Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn tối thiểu đến lực cắt trong phương pháp tiện

  • Số trang: 75 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 38 |
  • Lượt tải: 0
thanhphoquetoi

Tham gia: 05/11/2015

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------- LÊ VĂN CẢNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP BÔI TRƠN TỐI THIỂU ĐẾN LỰC CẮT TRONG PHƯƠNG PHÁP TIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 60 52 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, 2018 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Trần Anh Sơn ……………. Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS. Lương Hồng Sâm Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Trương Quốc Thanh Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM, ngày 13 tháng 7 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. PGS. TS. Trần Doãn Sơn Chủ tịch HĐ 2. PGS. TS. Bùi Trọng Hiếu Thư ký HĐ 3. PGS. TS. Lương Hồng Sâm UV phản biện 1 4. TS. Trương Quốc Thanh UV phản biện 2 5. PGS. TS. Phạm Huy Hoàng Ủy viên Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS. TS. Trần Doãn Sơn TRƢỞNG KHOA CƠ KHÍ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ VĂN CẢNH MSHV: 1670746 Ngày, tháng, năm sinh: 19/05/1990 Nơi sinh: Bắc Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số : 60520103 I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHƢƠNG PHÁP BÔI TRƠN TỐI THIỂU ĐẾN LỰC CẮT TRONG PHƢƠNG PHÁP TIỆN II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tìm hiểu lý thuyết cơ bản về phương pháp bôi trơn tối thiểu, cơ sở về gia công cắt gọt và các mô hình biểu diễn đánh giá lực cắt trong gia công cắt gọt.  Xây dựng được hệ thống thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu của nghiên cứu.  Thực nghiệm xây dựng được phương trình hồi quy đánh giá ảnh hưởng của các thông số bôi trơn tối thiểu tới lực cắt và mối quan hệ giữa lực cắt. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/01/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/6/2018 V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. Trần Anh Sơn Tp. HCM, ngày 12 tháng 9 năm 2018 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS. Trần Anh Sơn TS. Trần Anh Sơn TRƢỞNG KHOA CƠ KHÍ Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Trần Anh Sơn đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn này. Trong thời gian thực hiện luận văn, Thầy đã cố vấn cho tôi những những lời khuyên thiết thực giúp tôi tháo gỡ những khó khăn trong quá trình nghiên cứu để kịp thời hoàn thành luận văn này đúng thời hạn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy trong khoa Kỹ Thuật Cơ sở, các thầy trong bộ môn công nghệ kim loại Trường ĐH Trần Đại Nghĩa đã luôn giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi thực hiện các thí nghiệm. Đồng thời, tôi cũng xin cảm ơn quý Thầy/Cô trong khoa Cơ Khí đã tham gia giảng dạy chương trình Thạc sĩ trong thời gian tôi học tập ở trường. Thầy/Cô đã trang bị cho tôi những kiến thức để tôi có thể hoàn thành luận văn của mình. Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến tất cả những người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp (nơi tôi đang làm việc) đã luôn thông cảm, giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường đại học Bách khoa TP.HCM Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2018 Học viên LÊ VĂN CẢNH HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 1 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn TÓM TẮT Trong gia công cắt gọt, bôi trơn làm nguội giữ một vai trò quan trong trong việc nâng cao độ chính xác, chất lượng bề mặt chi tiết gia công. Công nghệ bôi trơn tối thiểu là công nghệ mới được phát triển ở những thập niên gần đây và ngày càng được nghiên cứu và phát triển. Công nghệ này đang dần chứng minh hiệu quả của nó trong vấn đề giảm chi phí sản xuất, thân thiên với môi trường và sức khỏe của người vận hành. Trong nghiên cứu này tác giả tập trung vào tìm hiểu ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi trơn tối thiểu tới lực cắt khi gia công tiện bán tinh thép C45. Bằng các phương pháp quy hoạch thực nghiệm, tác giả xây dựng được mô hình phương trình hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa các thông số bôi trơn là áp suất khí, tỉ lệ emulsive trong dung dịch bôi trơn, góc cao (vị trí) vòi phun tới lực cắt. Căn cứ vào kết quả phân tích, nghiên cứu chỉ ra rằng các thông số chế độ bôi trơn có ảnh hưởng tới lực cắt khi tiện, tuy nhiên tỉ trọng tương đối nhỏ so với các thành phần cố định (chế độ cắt). Hướng nghiên cứu tương lai của nghiên cứu là khảo sát ảnh hưởng tổng hợp của cả chế độ cắt và chế độ công nghệ bôi trơn đến lực cắt, nhiệt cắt, chất lượng bề mặt để có một cái nhìn, đánh giá tổng quan, chính xác hơn về công nghệ này. Từ khóa: Bôi trơn tối thiểu, tiện bán tinh, vị trí vòi phun, lực cắt. ABSTRACT In the machining process, the cooling lubricant plays an important role in improving the accuracy and quality of the machined surface. Minimum quantity lubrication is a new technology developed in recent decades and gradually proving its effectiveness in reducing production costs, friendly to the environment and the health of the operators. In this study, the author focuses on the effects of minimum lubrication technology parameters on cutting force when machining C45 steel. By full factorial design, the author builds a model of regression equation showing the relationship between lubrication parameters (gas pressure, the emulsion ratio in the lubrication solution, the vertical angle (position) of nozzle and the cutting forces. Based on the results of the analysis, the study shows that the lubrication parameters HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 2 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn affect the cutting force in turning process, but the relative contribution is relatively small compared to the fixed components (such as cutting conditions). Future work that the study recommend is to investigate the combined effect of both the cutting mode and the lubrication mode to cutting force, cutting heat, surface quality for an overview, more about this technology. Keywords: cutting forces, minimum quantity lubrication, medium cutting, nozzle position, turning process. HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 3 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện cùng với nhóm nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Anh Sơn. Nội dung luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ những phần tham khảo đã ghi rõ trong nội dung luận văn. Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Người thực hiện LÊ VĂN CẢNH HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 4 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................1 TÓM TẮT ...................................................................................................................2 LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................4 MỤC LỤC ...................................................................................................................5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.....................................................................................7 DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................9 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ....................................................10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .....................................................................................12 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. ................................................................................12 1.2. Tổng quan về các nghiên cứu ứng dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu ......15 1.3. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu .................................................................19 1.4. Ý nghĩa khoa học của đề tài ...........................................................................19 1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ............................................................................19 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1..........................................................................................20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................21 2.1. Lý thuyết về cắt gọt kim loại..........................................................................21 2.1.1. Lý thuyết tạo phoi-cơ sở về cắt gọt kim loại .........................................21 2.1.2. Lực cắt trong gia công kim loại. ............................................................26 2.1.3. Các mô hình tính toán, dự đoán lực cắt .................................................27 2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt khi tiện ..............................................31 2.2. Bôi trơn làm nguội khi tiện ............................................................................36 2.2.1. Yêu cầu đối với dung dịch trơn nguội ...................................................36 2.2.2. Tác dụng của dung dịch trơn nguội .......................................................36 2.2.3. Các phương pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt ................37 HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 5 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn 2.2.4. Một số hóa chất thường dùng trong bôi trơn - làm nguội .....................39 2.3. Lý thuyết về bôi trơn tối thiểu ........................................................................40 2.3.1. Khái niệm về bôi trơn tối thiểu..............................................................40 2.3.2. Phân loại hệ thống bôi trơn tối thiểu .....................................................41 2.3.3. Ảnh hưởng của các thông số của MQL đến quá trình tiện. ...................44 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2..........................................................................................49 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM .............................50 3.1. Phân tích và chọn thông số thí nghiệm ..........................................................50 3.1.1. Chế độ cắt sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm ...............................50 3.1.2. Các thông số của chế độ bôi trơn tối thiểu ............................................50 3.2. Mô hình thí nghiệm ........................................................................................52 3.2.1. Hệ thống công nghệ: ..............................................................................52 3.2.2. Hệ thống bôi trơn tối thiểu ....................................................................53 3.2.3. Thiết bị đo và kiểm tra...........................................................................56 3.3. Phương pháp phân tích kết quả ......................................................................57 3.3.1. Các thông số đầu vào của thực nghiệm .................................................57 3.3.2. Cơ sở lý thuyết của quy hoạch thực nghiệm bậc 2 cho 3 nhân tố dạng 3k ...............................................................................................................58 3.3.3. Kết quả quy hoạch thực nghiệm bậc hai 3k ...........................................60 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3..........................................................................................68 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ...................69 4.1. Kết luận ..........................................................................................................69 4.2. Hướng nghiên cứu tương lai ..........................................................................69 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................70 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ...........................................................................72 HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 6 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Hình học của các quá trình cắt trực giao và cắt xiên .......................21 Hình 2.2: Các vùng biến dạng trong quá trình hình thành phoi .......................22 Hình 2.3: Phoi vụn............................................................................................23 Hình 2.4: Phoi dây ............................................................................................24 Hình 2.5: Phoi có lẹo dao .................................................................................25 Hình 2.6: Phôi xếp ............................................................................................26 Hình 2.7: Các lực tác động lên phoi và dụng cụ cắt .........................................27 Hình 2.8: Biểu đồ vòng tròn lực Merchant. .....................................................28 Hình 2.9: Mô hình cắt xiên [12] .....................................................................30 Hình 2.10: Mô hình cắt thực tế [12] .................................................................30 Hình 2.11: Đồ thị quan hệ giữ lực cắt và bề rộng cắt.......................................33 Hình 2.12: Đồ thị mối quan hệ giữa lực cắt và chiều dày cắt ..........................34 Hình 2.13: Hệ thống MQL dùng bơm lưu lượng [15]......................................41 Hình 2.14: Hệ thống MQL dùng bình áp suất [16] ..........................................42 Hình 2.15: Bôi trơn tối thiểu bên ngoài [15] ....................................................43 Hình 2.16: Hệ thống bôi trơn tối thiểu tích hợp [15] .......................................44 Hình 2.17: Quỹ đạo của hạt bôi trơn được phun vào vùng gia công. [19] .......46 Hình 2.18: Dung dịch được phun lên mặt trước của dao .................................48 Hình 2.19: Dung dịch được phun lên mặt sau của dao ....................................49 Hình 3.1: Mô tả góc cao A của vòi phun lên mặt trước ...................................51 Hình 3.2: Máy tiện dùng trong thực nghiệm ....................................................52 Hình 3.3: Dao tiện được sử dụng trong thí nghiệm ..........................................53 Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống MQL được xây dựng và sử dụng [16] ....................54 Hình 3.5: Máy nén khí Fusheng .......................................................................54 Hình 3.6: Vòi phun và đồ gá chia góc cao .......................................................54 Hình 3.7: Chất bôi trơn blasocut 2000 universal..............................................55 HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 7 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn Hình 3.8: Thước cặp Mitutoyo .........................................................................56 Hình 3.9: Thiết bị đo lực IEICOS Lathe Tool Dynamometer ..........................56 Hình 3.10: Sơ đồ lực đo bởi IEICOS Lathe Tool Dynamometer .....................57 Hình 3.11: Máy đo tỉ lệ emulsive trong dung dịch...........................................57 Hình 3.12: Mức ý nghĩa của các hệ số phương trình hồi quy trên Minitab .....62 Hình 3.13: Đồ thị đánh giá ảnh hưởng của 3 nhân tố MQL tới lực cắt ...........64 Hình 3.14: Ảnh hưởng của tỉ lệ emulsive và góc cao lên lực cắt .....................65 Hình 3.15: Ảnh hưởng của áp suất khí và góc cao tới lực cắt..........................66 Hình 3.16: Ảnh hưởng của tỉ lệ emulsive và áp suất khí lên lực cắt ...............67 Hình 3.17: Đồ thị tối ứu hóa các thông số thực nghiệm ..................................67 HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 8 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Quy đổi giữa các thông số trong mô hình trực giao và thông số phương pháp tiện ....................................................................................................................29 Bảng 2.2: Hằng số lực cắt Cf khi cắt vật liệu dẻo .....................................................32 Bảng 2.3: Hằng số lực cắt Cf khi cắt vật liệu dòn .....................................................32 Bảng 2.4: Ưu và nhược điểm của hệ thống bôi trơn tối thiểu bên ngoài: .................43 Bảng 2.5: Ưu và nhược điểm của hệ thống bôi trơn tích hợp: ..................................44 Bảng 2.6: Kích thước giọt dầu ứng với các mức áp suất khác nhau [17] ................45 Bảng 3.1: Chế độ cắt sử dụng trong nghiên cứu ......................................................50 Bảng 3.2: Thành phần của thép C45 theo TCVN 1766-75 .......................................53 Bảng 3.3: Cơ tính của thép C45 theo TCVN 1766-75 ..............................................53 Bảng 3.4: Thông số đầu vào của thực nghiệm ..........................................................58 Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm thăm dò. ....................................................................58 Bảng 3.6: Quy hoạch nhân tố đã mã hóa 3k .............................................................59 Bảng 3.7. Kết quả thực nghiệm với 27 thí nghiệm thực hiện 2 lần lặp ....................60 Bảng 3.8. Ma trận quy hoạch với các nhân tố mã hóa ..............................................61 Bảng 3.9. Dữ liệu để đánh giá phương tình hồi quy .................................................63 Bảng 3.10. Bảng giá trí khi 2 thông số E và A thay đổi, P ở mức cơ sở ..................65 Bảng 3.11. Bảng giá trí khi 2 thông số P và A thay đổi, E ở mức cơ sở ..................66 Bảng 3.12. Bảng giá trí khi 2 thông số P và E thay đổi, A ở mức cơ sở ..................66 HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 9 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT MQL (Minimum Quantity Lubrication): công nghệ bôi trơn tối thiểu. NDL (Near dry machining): gia công gần khô Ft, Fy: lực tiếp tuyến (lực cắt). Ff , Fx: lực dọc trục. Fr , Fz: lực hướng tâm. μ : hệ số ma sát. α : góc trước của dụng cụ cắt. β : góc ma sát. ϕ : góc trượt. r: tỉ lệ co rút phoi. t0 : chiều sâu cắt. w : bề rộng cắt. τ : ứng suất trên mặt trượt. As: diện tích mặt trượt. F : lực ma sát. N : lực pháp tuyến với lực ma sát. Fs : lực trượt. Fn : lực pháp tuyến với mặt trượt. τs : ứng suất trượt. t0 : bước tiến dao. w: chiều sâu cắt. i : góc xiên. ϕn : góc trượt pháp tuyến. αn : góc trước pháp tuyến. βn : góc ma sát pháp tuyến. η : góc thoát của dòng phoi. Cf : hằng số lực cắt. xpn : Vị trí hạt tiếp xúc bề mặt dụng cụ theo phương X (m) HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 10 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn ypn : Vị trí hạt tiếp xúc bề mặt dụng cụ theo phương Y (m) t : Thời gian Vf : Vận tốc của hạt µ : độ nhớt tuyệt đối của hạt (Pa.s) D : Đường kính của hạt (m) M : Khối lượng của hạt V0 : Độ lớn vận tốc ban đầu của hạt. θ0 = góc nghiêng của đầu phun/ P: áp suất khí. E: tỉ lệ emulsive trong nước. A: góc cao của vòi phun. F1: lực cắt tổng theo 3 phương ở lần thực nghiệm thứ nhất F2: lực cắt tổng theo 3 phương ở lần thực nghiệm thứ 2 Ftb: lực cắt trung bình của 2 lần thí nghiệm. HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 11 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. Trong gia công cắt gọt, vấn đề bôi trơn –tưới nguội giữ một vai trò quan trọng, việc này không những ảnh hưởng đến chất lượng của chi tiết gia công mà còn ảnh hưởng đến chi phí sản xuất, môi trường và sức khỏe của người vận hành. Do yêu cầu đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng sản phẩm và sự phát triển của khoa học công nghê, trong gia công cơ khí thì vận tốc cắt và vận tốc chạy dao là rất lớn do đó dụng cụ cắt sẽ mòn rất nhanh, đây chính là nguyên nhân dẫn đến độ nhẵn bóng bề mặt chi tiết gia công tinh không cao. Tuổi thọ của dụng cụ cắt bị rút ngắn sẽ dẫn đến chất lượng của sản phẩm bị giảm cũng như biên dạng sản phẩm bị sai lệch so với thiết kết. Nguyên nhân thúc đẩy quá trình mòn và mòn phá hủy diễn ra nhanh là do ma sát và nhiệt độ sinh ra trong quá trình cắt. Theo Groover [1], trong quá trình gia công, hầu như hầu hết tất cả năng lượng tiêu thụ (~98%) được chuyển thành nhiệt. Điều này không những gây lãng phí điện năng, gây hư hỏng dụng cụ mà còn dẫn tới những ảnh hưởng không tốt đến chất lượng của sản phẩm. Việc áp dụng bôi trơn tưới nguội trong gia công cắt gọt được xem như một trong những giải pháp hiệu quả giải quyết vấn đề trên nhờ vào chức năng bôi trơn và làm nguội của nó. Những ảnh hưởng có lợi của việc sử dụng dung dịch trơn nguội đã được Taylor công bố đầu tiên năm 1894 khi nhận thấy rằng vận tốc cắt có thể nâng lên 33% mà không làm giảm tuổi thọ của dụng cụ khi tưới một lượng lớn dung dịch trơn nguội vào vùng cắt [2]. Kể từ đó, rất nhiều loại dầu cắt gọt được nghiên cứu và phát triển, gắn liền với nhiều phương pháp bôi trơn làm nguội và áp dụng đa dạng các loại vật liệu phôi và dụng cụ cắt khác nhau. Một cách phổ biến, chúng ta có thể phân loại các phương pháp bôi trơn làm nguội trong cắt gọt như sau:  Phương pháp gia công khô: là phương pháp gia công mà không sử dụng chất bôi trơn làm nguội  Phương pháp gia công tưới tràn: là phương pháp dùng phổ biến nhất hiện nay, ở phương pháp này, dung dịch bôi trơn làm nguội được dẫn hoặc phun trực tiếp vào vùng gia công với lưu lượng lớn. HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 12 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn  Phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) hay còn gọi phương pháp bôi trơn gần khô (NDL): là phương pháp mà dung dịch làm nguội được phun vào vùng gia công dưới dạng sương ở áp suất cao. Trong đó lưu lượng phun thường thấp hơn rất nhiều lần so với phương pháp tưới tràn. Phương pháp gia công khô (dry machining) đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và đã thành công trong lĩnh vực sản xuất thân thiện với môi trường. Tuy nhiên trong thực tế, các nghiên cứu đó ít có tác dụng khi mà đòi hỏi hiệu suất gia công cao hơn, chất lượng bề mặt tinh tốt hơn, và các điều kiện cắt khắt khe hơn đặt ra. Khi đó, máy phải có khả năng tản nhiệt nhanh, không chất đống phoi khô nóng và không tích lũy nhiệt ở bất kỳ khu vực nào của máy vì phoi có thể gây nên sự quá nhiệt trong máy. Các hạt bay lơ lửng phải được hút chân không ra khỏi máy. Bộ phận dẫn hướng của máy phải được làm kín nhằm ngăn chặn sự xâm nhập của bụi sinh ra từ phoi… Thêm vào đó, máy gia công khô này cần có khu vực gia công được thiết kế biệt lập với khung máy nhằm tối thiểu sự giãn nở nhiệt do khung máy tiếp xúc với phoi nóng. Phương pháp gia công khô đòi hỏi năng lượng sử dụng cho quá trình cắt rất lớn. Phương pháp tưới tràn truyền thống có lực cắt và nhiệt sinh ra trong quá trình cắt nhỏ hơn so với phương pháp gia công khô. Do vậy, khi sử dụng phương pháp gia công khô sẽ làm giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi gia công tinh lần cuối. Lý do bởi vì nhiệt cắt sinh ra trong quá trình cắt nhanh chóng làm biến đổi cơ tính của vật liệu dụng cụ, làm chúng trở nên mềm hơn, dưới tác dụng của lực cắt, ứng suất cắt, dụng cụ bị mòn nhanh chóng, thậm chí còn có khả năng bị hư hỏng hoàn toàn, dẫn đến ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công, chất lượng về mặt từ đó ảnh hưởng tới năng suất và chi phí sản xuất. Ở một hướng khác, bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong gia công cắt gọt do dung dịch trơn nguội nâng cao được hiệu quả của quá trình gia công nhờ chức năng bôi trơn, làm mát và làm đẩy phoi ra khỏi vùng gia công. Tuy nhiên, việc sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công hiện nay cho thấy nhược điểm của nó là gây ô nhiễm môi trường và độc hại đối với người lao động. HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 13 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn Trong một số trường hợp thì việc sử dụng dung dịch trơn nguội sẽ gây nên hiện tượng sốc nhiệt cho lưỡi cắt của dao. Hơn nữa, phương pháp trơn nguội kiểu tưới tràn tỏ ra hiệu quả ở chế độ cắt có vận tốc cắt tương đối nhỏ. Nhưng nó tỏ ra kém hiệu quả khi gia công ở những dải vận tốc cắt lớn hơn, vì khi đó nhiệt cắt sinh ra rất lớn, chất bôi trơn lại bị cản trở và không thể tiếp cận với bề mặt tiếp trượt giữa dao và phôi từ đó làm giảm tác dụng bôi trơn làm nguội. Ngoài ra, trong quá trình gia công chế tạo các chi tiết máy khi sử dụng dung dịch trơn nguội để giải quyết các vấn đề do nhiệt gây ra, các nhà sản xuất đã nhận thấy những nhược điểm mà phương pháp này có:  Gây ô nhiễm môi trường  Độc hại với người lao động  Chi phí cao.  Mất thời gian làm sạch phôi, dụng cụ và máy móc. Trong khi đó, phương pháp bôi trơn tối thiểu (MQL) được nghiên cứu và áp dụng như một giải pháp thay thế và ngày càng thể hiện được nhiều ứng dụng với ưu thế cao hơn so với gia công khô và gia công tới tràn về chi phí, năng suất lao động, và độ chính xác cũng như chất lượng sản phẩm. Nhưng những ảnh hưởng của các thông số trong MQL vẫn chưa dõ dạng. Phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu vẫn còn khá mới, cần có nhiều hơn nữa những nghiên cứu, những thực nghiệm khảo sát, đánh giá cụ thể hơn để chứng minh phương pháp này có tính ứng dụng cao và xây dựng cơ sở dữ liệu, đóng góp những thống số công nghệ phù hợp ứng với các phương pháp gia công và từng loại vật liệu cụ thể. Do vậy mà việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu (Minimum Quantity Lubricant - MQL) cho quá trình gia công là cấp thiết và cần được phát triển. Ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện hầu như chưa được quan tâm nhiều. Với những lợi ích về môi trường, kinh tế và ý nghĩa khoa học mà phương pháp này mang lại, tác giả nhận thấy cần thiết khi nghiên cứu cụ thể hơn về ảnh hưởng của các thông số công nghệ MQL đến lực cắt, vì lực cắt có liên quan đến các thông số khác như độ mòn và tuổi HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 14 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn bền dụng cụ căt, độ nhầm bề mặt và độ chính xác kích thước. Bên cạnh đó, lực cắt cũng ảnh hưởng trực tiếp đến công suất tiêu thụ và chi phí sản xuất. 1.2. Tổng quan về các nghiên cứu ứng dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu trong quá trình tiện hợp kim thép AISI 1040 đã được nghiên cứu bởi Dhar và các cộng sự [3]. Trong thực nghiệm của họ, các nhân tố như: lực cắt, nhiệt cắt, hệ số co rút phoi, mòn dao, độ nhám bề mặt và độ chính xác kích thước đã được đo đạc và giám sát để đánh giá ảnh hưởng phương pháp bôi trơn tối thiểu với áp suất khí: 8 bar, lưu lượng chất bôi trơn 200ml/giờ, chiều sâu cắt cố định ở 1.5mm và các bộ thông số về vận tốc cắt và lượng tiến dao khác nhau (V: 72, 94, 139 and 164 m/ph; S: 0.10, 0.13, 0.16, 0.20 mm/vg). So sánh với điều kiện gia công khô, nhóm tác giả đã nhận thấy rằng gia công dưới điều kiện bôi trơn tối thiểu giúp giảm lực cắt từ 5-15% và nhiệt cắt giảm từ 5-10%. Ali và các cộng sự [2] đã tiến hành thực nghiệm tiện thép carbon trung bình để nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn tối thiểu tới lực cắt, nhiệt cắt, hệ số co rút phoi, mòn dao, độ nhám bề mặt sau đó so sánh với phương pháp gia công khô. Quá trình gia công đã thực hiện với nhiều chế độ cắt khác nhau dưới điều kiện bôi trơn tối thiểu được áp dụng với áp suất cao và sử dụng dầu VG-68. Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng MQL chứng minh được những ưu điểm trong việc trong việc giảm lực cắt, nhiệt cắt, mòn dụng cụ, giảm sai số kích thước đồng thời nâng cao năng suất gia công, độ bóng bề mặt và chất lượng của sản phẩm. Hadad và Sadeghi [4] bằng thực nghiệm tiện cứng thép hợp kim AISI 4140 dưới điều kiện bôi trơn tối thiểu đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vị trí của vòi phun và chế độ cắt (chiều sâu cắt, vận tốc cắt và lượng chạy dao) đến quá trình gia công như lực cắt, nhiệt cắt và chất lượng bề mặt. Nghiên cứu này đã đưa ra mô hình tính toán nhiệt cắt trung bình nhiệt độ cục bộ trên dụng cụ, chi tiết và phoi. Mô hình này còn xác định được nhiệt cắt trong gia công khô và gia công tưới tràn. Kết quả cho thấy gia công dùng MQL giảm nhiệt cắt được 350oC so với gia công khô nếu đặt vùi phum vào góc sau, và 200oC nếu đặt ở góc trước. trong khi đó ở phương pháp tưới tràn nhiệt độ chỉ giảm được 300oC. HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 15 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn Khan và các công sự [5] đã đánh giá ảnh hưởng của MQL với dầu thực vật về lực cắt, nhiệt độ vùng cắt, mòn dao, kích thước chi tiết và độ nhám bề mặt trong gia công tiện thép AISI 1060. Kết quả thực nghiệm cho thấy: gia công dưới điều kiện MQL cho kết quả tốt hơn gia công khô vì MQL giúp giảm nhiệt độ, cải thiện sự tương tác tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ cắt và duy trì độ sắc của lưỡi cắt, từ đó giảm đáng kể hiện tượng mòn dao, nâng cao chất lượng bề mặt, độ chính xác kích thước và nổi bật là với phương pháp MQL, lực cắt giảm từ 5-15%. Lamba và các cộng sự [6] đã nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn tối thiểu lên lực cắt và độ nhám bề mặt khi tiện thép hợp kim EN16 sử dụng dầu thực vật. Nhóm tác giả đã thực nghiệm với vận tốc cắt trong khoảng từ 25-75 m/phút và lượng chạy dao khoảng 0.8-0.16 mm/vòng cùng với dao phay thép do (HSS). Kết quả thí nghiệm chỉ ra MQL làm tăng đang kể chất lượng gia công, làm giảm lực cắt dưới mọi tốc độ cắt ở vùng khảo sát so với phương pháp gia công khô và tưới tràn. Bên cạnh đó độ nhám và nhiệt độ cắt cũng giảm đáng kể. Behera và các cộng sự [7] đã nghiên cứu đề xuất một mô hình lực cắt khi gia công trong môi trường MQL xét đến ma sát tiếp xúc của dụng cụ và phoi. Một mô hình được đề xuất trên cơ sở mở rộng lý thuyết về gia công của Oxley (OPMT). Nghiên cứu đưa ra một mô hình cơ khí dự đoán về hệ số ma sát (COF) cục bộ dựa trên chế độ cắt và các thông số của MQL. Thực nghiệm trong nghiên cứu chỉ ra sự phù hợp của mô hình, đồng thời nhận thấy chiều dài tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ cắt giảm đáng kể khi tăng lưu lượng và áp suất. Patole và các cộng sự [8] đã nghiên cứu tối ưu hóa các thông số quá trình của bôi trơn tối thiểu sử dụng dung dịch nano trong gia công tiện AISI 4340 trên cơ sở xét đến lực cắt và nhám bề mặt. Trong thí nghiệm, 5 giá trị của lượng tiến dao, 3 giá trị của chiều sâu cắt, hai giá trị của tốc độ cắt và bán kính mũi dao tương ứng được sử dụng. Các mẫu thử được gia công trên một máy CNC vạn năng. Các số liệu được đo đạc và phân tích trên lý thuyết quy hoạch toàn phần với mô hình trực giao. Phương pháp Taguchi được sử dụng để tối ưu hóa các thông số quá trình. Kết quả sau đó được phân tích bằng phân tích phương sai (ANOVA). Kết quả thực nghiệm và tính toán phân tích cho thấy lượng chạy dao có ảnh hưởng lớn tới độ nhám bề HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 16 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Anh Sơn mặt và so sánh với phương pháp bôi trơn làm nguội truyền thống, phương pháp MQL cho kết quả với độ nhám thấp hơn trên cơ sở giữ lực cắt và nhiệt cắt ở một mức hợp lý. Ở Việt Nam Trong nước những năm gần đây, bên cạnh về năng suất gia công, yêu cầu về gia công tinh đạt độ nhẵn bóng bề mặt có độ chính xác cao, tiết kiệm dầu bôi trơn, giảm thiểu chất thải ô nhiễm môi trường, đang được chú ý và phát triển. Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu nhằm giảm lực cắt, tăng tuổi thọ dao cắt, độ nhẵn bóng bề mặt hầu như chưa được quan tâm so với những mặt tích cực mà phương pháp này mang lại (an toàn về vệ sinh, kinh tế và có ý nghĩa khoa học...). Hoàng Xuân Tứ [9] đã nghiên cứu: “Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9 CrSi (9XC) đã qua tôi” trong luận văn thạc sĩ thuộc đại học Thái Nguyên 2009. Sử dụng thành công dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam vào tiện cứng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp tiện tinh cứng sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu so với tiện khô. Lê Thái Sơn [10] đã nghiên cứu ảnh hưởng các thông số bôi trơn - làm nguội tối thiểu đến quá trình tiện cứng thép 9XC. Tác giả đã quy hoạch thực nghiệm tìm được quan hệ giữa lực cắt, độ mòn dụng cụ cắt, chiều cao nhấp nhô bề mặt chi tiết với thời gian gia công, xác định được tuổi bền của dụng cụ trong điều kiện MQL dùng dầu lạc để tiện cứng thép 9XC. Xây dựng được quan hệ giữa áp suất dòng khí, lượng dung dịch tiêu hao với độ mòn, tuổi bền dụng cụ cắt và chiều cao nhấp nhô bề mặt chi tiết gia công. Nghiên cứu này đã chỉ ra được bộ thông số lưu lượng áp lực hợp lý khi tiện cứng thép 9XC dùng dầu lạc, lưu lượng và áp lực phun khi bôi trơn - làm nguội tối thiểu (MQL) đến các thông số công nghệ như: Lực cắt, mòn, tuổi bền dụng cụ cắt, chất lượng bề mặt chi tiết trong quá trình tiện cứng một lĩnh vực mới hiện nay các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu để thay thế công nghệ mài trong gia công tinh. Nghiên cứu chứng minh được ưu điểm vượt trội của công nghệ MQL so với gia công khô khi tiện cứng thép 9XC, khi MQL dùng emulsion pha 10% trong nước cất tuổi bền của dao tăng 20% và khi MQL dùng dầu HVTH: Lê Văn Cảnh Trang 17
- Xem thêm -