Luận văn Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) đã qua tôi

n nhiệt cắt. Dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng rất lớn tới nhiệt cắt. Dung dịch trơn nguội có tác dụng: - Giảm ma sát trong vùng tạo phoi, giảm ma sát giữa phoi với mặt trước của dao, giữa phôi với mặt sau của dao... do đó sẽ làm giảm nhiệt cắt. - Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. Đảm bảo nhiệt độ làm việc của môi trường thấp và ổn định. Giúp vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng. 1.4. MÕN DỤNG CỤ CẮT Trong quá trình cắt, phoi cắt chuyển động trượt và ma sát trên mặt trước dao, mặt đang gia công của chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dao trong điều kiện áp lực lớn, nhiệt độ cao, ma sát khốc liệt và liên tục gây nên hiện tượng mài mòn dao. Mài mòn dao là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng cơ lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc giữa phoi, chi tiết với dụng cụ gia công. Khi bị mài mòn, hình dạng và thông số hình học phần cắt dao thay đổi gây nên những hiện tượng vất lý có ảnh hưởng xấu đến quá trình cắt và chất lượng bề mặt gia công. Do đặc điểm của quá trình cắt phức tạp nên khác với mài mòn trên các chi tiết máy bình thường, mài mòn dao có nhiều dạng khác nhau. * Các dạng mài mòn dao. Phần cắt dao trong quá trình cắt thường bị mài mòn theo các dạng sau: - 26 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên * Mài mòn theo mặt sau: Được đặc trưng bởi một lớp vật liệu dao bị tách khỏi mặt sau trong quá trình cắt và được đánh giá bởi chiều cao mòn hs. Mài mòn mặt sau thường xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ, đối với các loại vật liệu gia công giòn. Kết quả giảm góc sau , tăng sự tiếp xúc giữa mặt sau dao và bề mặt đang gia công, tăng mức độ ma sát. * Mài mòn theo mặt trước. Một lớp vật liệu trên mặt trước dao bị tách đi dẫn đến góc trước dao âm, tăng biến dạng và tăng tải trọng. + Mài mòn Crater. Trong quá trình cắt, phoi trượt liên tục trên mặt trước hình thành một trung tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng nào đó nên mặt trước bị mòn theo dạng lưỡi liềm (Crater). Vết lõm lưỡi liềm thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt và được đánh giá bởi chiều rộng B, chiều sâu ht và khoảng cách từ lưỡi dao đến vết lõm KT theo mặt trước. Dạng mài mòn này thường xảy ra khi cắt vật liệu dẻo với Hình 1.11 – Mài mòn mặt sau hs Hình 1.10 – Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt - 27 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên chiều dày cắt a lớn (a>0,6mm) dẫn đến góc tăng lên, phoi dễ thoá ra nhưng sẽ làm yếu dần lưỡi dao. Hình 1.12 – Mài mòn Crater - 28 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên + Mài cùn lưỡi cắt. Dao bị mòn dọc theo lưỡi cắt tạo thành dạng cung hình trụ có bán kính đo theo mặt vuông góc lưỡi cắt. Dạng mòn này thường gặp khi gia công các loại vật liệu có tính dẫn nhiệt kém, nhiệt cắt tập trung tại lưỡi cắt nên bị tù nhanh dẫn đến dao không tách được phoi mà bị trượt. * Mài mòn mũi dao. Phân kim loại ở mũi dao bị mất dần đi hình thành nên bán kính mũi dao R. Dạng mài mòn này sẽ làm biến đổi vị trí tiếp xúc giữa dao và chi tiết dẫn đến thay đổi kích thước gia công. Trong các dạng mài mòn trên thì mài mòn theo mặt sau là quan trọng và dễ xác định nhất. Chiều cao mài mòn hs và diện tích lõm mài mòn Crater Ak được dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá lượng mài mòn. * Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến mòn dụng cụ cắt. Hình 1.13 – Các dạng mài mòn chính khi tiện - 29 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Việc sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý có ảnh hưởng rất lớn đến mòn dụng cụ cắt. Do dung dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát giữa dao và phôi cũng như giữa gao và bề mặt gia công, nên có thể làm giảm mòn một cách đáng kể. Hơn nữa, dung dịch trơn nguội còn có khả năng làm giảm lực cắt và nhiệt cắt như đã nói ở phần trên. Nên việc sử dụng trơn nguội vào quá trình cắt để làm tăng tuổi thọ của dao hay để giảm lượng mòn dao là rất cần thiểt. 1.5. Ý NGHĨA CỦA BÔI TRƠN TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT Bôi trơn làm nguội có ý nghĩa rất quan trọng trong gia công cắt gọt. Bôi trơn - làm nguội có tác dụng: - Giảm ma sát trong vùng tạo phoi, giảm ma sát giữa phoi với mặt trước của dao, giữa phôi với mặt sau của dao... do đó sẽ làm giảm lực cắt và giảm rung động. - Giảm nhiệt cắt. - Giảm độ mòn, nâng cao độ mòn của dụng cụ. - Nâng cao độ chính xác gia công, nâng cao chất lượng bề mặt. - Vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công. Tuy nhiên trong dung dịch trơn nguội thường chứa một số chất độc hại nên ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người lao động và gây ô nhiễm môi trường. Nếu sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý không những góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình gia công mà còn góp phần rất lớn vào việc bảo vệ môi trường và sức khỏe người lao động. Với vai trò quan trọng như vậy nên bôi trơn - làm nguội đã được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất và đang được tiếp tục nghiên cứu để một mặt nâng cao hiệu quả của bôi trơn - làm nguội mặt khác là thân thiện với môi trường hơn. 1.6. CÁC PHƢƠNG PHÁP BÔI TRƠN 1.6.1. Bôi trơn kiểu tƣới tràn - 30 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phương pháp bôi trơn kiểu tưới tràn là phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay, dung dịch trơn nguội được dẫn tự do vào vùng cắt thông qua hiện tượng mao dẫn và các thiết bị cần thiết như bơm nước, sự chênh lệch độ cao, bình thông nhau... Ƣu điểm - Tải được nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế được ảnh hưởng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. - Đảm bảo được nhiệt độ trong môi trường thấp và ổn định. - Giúp việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng. - Giảm ma sát giữa phoi và mặt trước, giữa phôi và mặt sau dụng cụ cắt. Nhƣợc điểm - Gây ô nhiễm môi trường làm việc, đất đai và nguồn nước. - Tăng chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo dưỡng và tái chế chất bôi trơn đặc biệt là chi phí làm sạch trước khi đưa vào môi trường. - Tiêu tốn nhiều dung dịch trơn nguội. - Dung dịch khó xâm nhập vào vùng cắt. * Phương pháp dẫn dung dịch bôi trơn vào vùng cắt khi tiện Phương pháp dẫn dung dịch bôi trơn vào vùng cắt có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình bôi trơn. Phương pháp dẫn dung dịch bôi trơn vào vùng cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phương pháp gia công, loại dụng cụ cắt, vật liệu gia công... - Dẫn trực tiếp dung dịch lên chi tiết gia công: Phương pháp này thường sử dụng khi gia công có quá trình tạo phoi vụn, chi tiết gia công nhỏ hoặc do điều kiện dẫn dung dịch vào vùng cắt khó. Với phương pháp này chỉ có khoảng 40 50% lượng dung dịch được đưa vào vùng cắt. Như vậy, lượng dung dịch đến được vùng gia công rất hạn chế và chúng chỉ gián tiếp làm nguội qua phoi, qua chi tiết gia công. - 31 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 1.14. Dẫn dung dịch lên chi tiết gia công - Dẫn dung dịch vào mặt trước của dụng cụ cắt: Cách này dùng cho quá trình tạo phoi vụn là hiệu quả nhất, cách dẫn đơn giản, dễ bố trí vòi phun cũng như điều chỉnh vòi phun trong quá trình cắt. Dung dịch được dẫn vào mặt trước của dao, tùy theo hình dáng và kết cấu của phoi mà dung dịch đi vào vùng cắt được nhiều hay ít. Nếu phoi có hình dạng hợp lý thì lượng dung dịch vào vùng gia công là tối đa, còn nếu phoi có hình dáng không hợp lý thì dung dịch sẽ bị phoi trượt trên mặt trước dao dẫn ra ngoài, lúc đó lượng dung dịch tiêu hao là vô ích. Cách dẫn dung dịch kiểu này chỉ có khoảng 50 70% lượng dung dịch vào được vùng cắt. Theo phương pháp này cũng có thể dung dịch làm nguội vùng cắt gián tiếp từ phoi hoặc gián tiếp từ dao, thường thì dung dịch ít vào được vùng cắt. Vì vậy dung dịch khó vào được vùng biến dạng dẻo để tạo thành chêm dầu và cũng không trực tiếp tiếp xúc với vùng kim loại sạch tại vùng phá hủy. Hình 1.15. Dẫn dung dịch lên mặt trước dao - Dẫn dung dịch vào mặt sau của dụng cụ cắt: - 32 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm nhất, lượng dung dịch dẫn vào vùng cắt nằm trong khoảng 80 90%. Khi dẫn dung dịch vào mặt sau của dao, dung dịch sẽ xâm nhập vào vùng ma sát giữa mặt sau của dao với chi tiết gia công, vùng phá hủy và kết hợp thẩm thấu dung dịch theo phoi cuốn lên bôi trơn vùng ma sát mặt trước với phoi. Nếu áp lực đẩy dòng dung dịch nhỏ thì việc dẫn dung dịch vào vùng gia công rất khó và cách bố trí vòi phun phức tạp Hình 1.16. Dẫn dung dịch vào mặt sau của dao - Dẫn dung dịch bằng cách kết hợp từ mặt trước và mặt sau của dao: Khi dẫn dung dịch đồng thời từ mặt trước và mặt sau của dao sẽ có các ưu điểm của cách dẫn dung dịch từ mặt trước và cách dẫn dung dịch từ mặt sau, khi đó lượng dung dịch được đưa vào vùng cắt là tối ưu nhất, nhưng việc bố trí vòi phun rất phức tạp (hình 1.17). Hình 1.17. Dẫn dung dịch kết hợp cả từ mặt trước và mặt sau của dao - 33 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1.6.2. Gia công khô Là phương pháp không dùng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công. Ƣu điểm - Không gây ô nhiễm môi trường. - Không hao tốn dung dịch trơn nguội. - Máy không cần trang bị hệ thống bôi trơn. Nhƣợc điểm - Nhiệt độ vùng cắt lớn. - Lực cắt lớn hơn so với phương pháp tưới tràn. - Khó thoát phoi ra khỏi vùng gia công. - Phương pháp này chỉ sử dụng cho một số phương pháp gia công và vật liệu gia công nhất định. 1.6.3. Bôi trơn tối thiểu Là phương pháp sử dụng dòng khí nén có áp suất lớn để phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt dưới dạng sương mù để bôi trơn, làm nguội và đẩy phoi ra khỏi vùng gia công. Dung dịch được phun vào vùng gia công với một áp suất nhất định, chuyển một lượng nhỏ dung dịch vào vùng cắt với tốc độ cao (250 300 m/phút), chúng có tác dụng bôi trơn rất hiệu quả. * Ưu nhược điểm + Ưu điểm - Lượng dung dịch trơn nguội cần thiết chỉ bằng 20 30% lượng dung dịch sử dụng trong phương pháp tưới tràn, do đó giảm chi phí chế tạo chất bôi trơn. - Hiệu quả bôi trơn cao nên giảm được lực cắt, giảm nhiệt dẫn đến nâng cao chất lượng sản phẩm. - Tiết kiệm dung dịch trơn nguội. - Đảm bảo tuổi bền dụng cụ. - 34 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Phoi sạch. - Không gây ô nhiễm môi trường. - Không gian làm việc sạch. + Nhược điểm - Khó vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công. - Nhiệt độ chi tiết cao. 1.7. TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL) Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI. 1.6.1. Khái quát về tình hình nghiên cứu trên thế giới. Bôi trơn-làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong ngành cơ khí. Tuy nhiên phương pháp này vẫn được các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu với các hướng chủ yếu như: - Nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn - làm nguội, tiết kiệm dung dịch bôi trơn làm nguội. - Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dầu cắt gọt. - Nghiên cứu tìm các loại dầu cắt gọt mới ít độc hại, thân thiện với môi trường... Do những hạn chế của phương pháp tưới tràn nên từ những năm 90 của thế kỷ 20, ở các nước công nghiệp phát triển như CHLB Đức, Thuỵ Điển... đã bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Do có nhiều ưu điểm nổi bật và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường nên công nghệ này được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất. Hướng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các vấn đề: - Tìm các loại dầu cắt mới đáp ứng các yêu cầu của công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Hoặc tìm các chất phụ gia để làm tăng tính cắt của các loại dầu... - Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tưới tối ưu. - Cải tiến kết cấu dụng cụ để thích hợp với công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. - Cải tiến kết cấu đầu phun và hệ thống bôi trơn... - 35 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn làm nguội trong công nghệ tiện cứng, trong gia công tốc độ cao... Các nghiên cứu đã chứng minh được ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu so với các phương pháp tưới truyền thống hay gia công khô [1], [3]. Trong nghiên cứu của Ronan Autret [1] đối với quá trình tiện cứng cho thấy bôi trơn tối thiểu có ưu điểm hơn hẳn so với gia công khô về nhám bề mặt, lực cắt và nhiệt cắt. 1.6.2. Khái quát về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam. Ở Việt Nam, công nghệ này mới chỉ được tiếp cận trong vài năm trở lại đây. Các nghiên cứu của TS. Trần Minh Đức [5] khi tiện cắt đứt và phay răn răng sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu với một số chất bôi trơn như Emuxi, dầu lạc và dầu D40 cho thấy những ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu. Nghiên cứu của. Nghiên cứu của TS. Trần Minh Đức, ThS. Phạm Quang Đồng [7] khi áp dụng bôi trơn tối thiểu cho quá trình phay rãnh bằng dao phay ngón cũng cho thấy những ưu điểm của phương pháp này như làm tăng tuổi bền của dụng cụ cắt, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. 1.6.3. Dự kiến vấn đề nghiên cứu. Ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng chưa được nghiên cứu. Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu một cách có hiệu quả trong điều kiện cụ thể ở nước ta, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu "Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi" - 36 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chƣơng 2: NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI TIỆN CỨNG 2.1. BÔI TRƠN - LÀM NGUỘI TỐI THIỂU 2.1.1. Bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện Đối với quá trình tiện thường nói chung, khi tiện thô thì chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt nhỏ. Khi áp dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu vào quá trình tiện phải đảm bảo sao cho dung dịch có thể xâm nhập được vào vùng cắt để phát huy tối đa tính bôi trơn và làm nguội. Trong công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu vai trò của dung dịch bôi trơn làm nguội có nhiệm vụ chủ yếu là bôi trơn. Còn quá trình làm nguội chủ yếu là dòng khí áp lực cao. Loại dầu cắt và thành phần dung dịch ảnh hưởng đến quá trình gia công chủ yếu do các yếu tố: - Khả năng tạo thành các hạt sương mù của dung dịch. - Khả năng xâm nhập của các hạt sương mù vào vùng cắt. - Khả năng dính bám và khả năng tạo màng dầu bôi trơn trong vùng cắt. - Khả năng chịu được nhiệt độ và áp lực cao của màng dầu. - Không độc hại và thân thiện với môi trường. Vì vậy, dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu ngoài các yêu cầu chung như tưới tràn cần chú ý chọn thoả mãn các điều kiện trong đó đặc biệt chú ý là độ nhớt hợp lý, nhiệt độ hoá hơi cao và không độc hại. Loại dung dịch thường dùng có thể là dung dịch Emuxi có pha thêm dầu thực vật hoặc các loại dầu nhờn hoặc là dầu thực vật. Khi tiện cũng như khi gia công cắt gọt, việc áp dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu cần chú ý đến kiểu dẫn dung dịch vào vùng cắt. Hiệu quả của phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp, vị trí, góc vòi dẫn dung dịch vào vùng cắt. Ngoài những yêu cầu về không gian làm việc, không gian và kết cấu của máy, khả năng điều - 37 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên chỉnh của bản thân thiết bị bôi trơn và làm nguội, thì vòi phun nên bố trí có vị trí tương quan với dụng cụ cắt và phôi sao cho thích hợp nhất để hiệu quả bôi trơn làm nguội là cao nhất. Có thể sử dụng một số sơ đồ dẫn dung dịch như sau: * Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao. (hình 2.1) + Ưu điểm: - Áp lực khí đủ lớn sẽ nâng cánh phoi lên kết hợp với phôi quay như vậy sẽ đưa dung dịch vào ngập trong vùng cắt. - Không gian bố trí vòi phun dễ dàng. + Nhược điểm. - Nếu áp lực không đủ lớn thì khả năng bôi trơn là không tối ưu. - Khả năng nâng phoi sẽ không tốt nếu trong trường hợp chiều dày phoi lớn. Trong bôi trơn tối thiểu cần chú ý cách phun này. Nếu dùng trong bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn thì ý nghĩa không lớn vì lượng dung dịch vào vùng cắt chỉ đạt 50-60%, phần nhiều lượng dung dịch sẽ bị dẫn ra ngoài theo hướng trượt của phoi, điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn rất khó, sự tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao là tiếp xúc chặt, trong điều kiện đó dung dịch trơn nguội chỉ có thể xâm nhập khu vực cắt nhờ có những khoảng chân không hình thành giữa phoi và dao. Khoảng chân không như vậy có thể hình thành nhờ có lẹo dao. Lúc Hình 2.1. Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao - 38 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên lẹo dao bị cuốn đi, giữa dao và phoi hình thành khoảng trống, lớp kim loại biến dạng dẻo không thể tức thời điền đầy khoảng trống đó và dung dịch trơn nguội từ bên sườn của mặt tiếp xúc được hút vào thay thế. Khi áp dụng trong bôi trơn làm nguội tối thiểu, áp lực dòng khí nén sẽ nâng cánh phoi lên, đồng thời đẩy dung dịch vào vùng ma sát giữa mặt trước của dao và phoi, lúc này phoi sẽ trượt trên mặt trước của dao trên màng dầu. * Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao (hình 2.2). Khi phun dung dịch theo phương pháp này thì dòng khí áp lực cao sẽ đẩy toàn bộ dung dịch vào vùng ma sát mặt sau, phoi trượt trên mặt trước sẽ mang dung dịch theo bôi trơn và làm nguội vùng cắt của mặt trước dao. + Ưu điểm: - Hiệu suất tưới cao. - Bôi trơn được cả vùng ma sát ở mặt sau, vùng tạo phoi và mặt trước của dao. + Nhược điểm: - Không gian bố trí vòi phun và hiệu chỉnh vòi phun khó khăn. - Dòng khí sẽ đẩy phoi theo chiều không mong muốn. Còn khoảng cách giữa đầu vòi phun đến vùng cắt cần có các nghiên cứu với từng trường hợp cụ thể để tìm được giá trị tối ưu. Hình 2.2. Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao - 39 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên * Để giảm ma sát và mòn của dụng cụ cắt trong quá trình cắt kim loại, từ các yếu tố trên ta thấy rằng áp lực dòng khí nén là một yếu tố quan trọng để thực hiện bởi các lý do sau: - Áp lực dòng khí sẽ thổi sạch các hạt cứng của vật liệu khỏi vùng gia công không để các hạt này tiếp xúc với dụng cụ, đồng thời áp lực của dòng khí sẽ đẩy dung dịch vào các kẽ hở tại vùng tiếp xúc của mặt trượt của phoi và mặt trước, mặt sau của dao và chi tiết. Áp lực dòng khí sẽ đẩy dung dịch vào các vết nứt tế vi trên bề mặt chi tiết tạo thành hình nêm giúp làm biến dạng dẻo bề mặt chi tiết bị biến cứng. Yếu tố này cho ta thấy khả năng điền đầy dung dịch vào các vết nứt tế vi trên chi tiết phụ thuộc vào áp lực dòng khí lớn hay nhỏ. - Áp lực dòng khí phù hợp sẽ đưa các phần tử dung dịch vào cắt một cách thuận lợi nhất. Các phần tử này va đập trực tiếp lên chi tiết gia công, tạo thành ứng suất dư nén trên bề mặt chi tiết chống lại biến dạng dẻo tại vùng chi tiết tiếp xúc với mặt sau của dao. - Áp lực dòng khí sẽ tạo ra khí động lực học nhằm nâng cánh phoi lên khỏi mặt trước dụng cụ, đồng thời lúc này áp lực dòng khí cũng đẩy dung dịch vào trong vùng gia công hiệu quả nhất. Vậy cánh phoi có thể xem như chiếc ca nô lướt trên mặt nước phẳng lặng. - Dòng khí được bố trí có hướng ngược chiều với hướng của các hạt kim loại khi tách phoi bắn ra ngoài. Tác dụng này sẽ giúp đẩy các hạt kim loại bay ra khỏi vùng gia công và sẽ không gây va đập với dụng cụ cắt. Hiện tượng này có tác dụng làm giảm ứng suất có hại như tạo các vết nứt tế vi trên bề mặt dụng cụ cắt. - Tác dụng của áp suất dòng khí sẽ làm chuyển động các phân tử tích tụ trong dung dịch, các phần tử này sẽ chuyển động đến va vào chi tiết với áp lực của dòng khí nén, tạo thành một lớp màng phủ trên chi tiết, giúp bảo vệ chi tiết trong môi trường sau khi gia công. - Hiện tượng tán nhiệt nhanh từ vùng cắt ra môi trường xung quanh phụ thuộc rất nhiều vào áp lực của dòng khí. Nêu áp suất dòng khí quá lớn: - 40 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Khả năng tạo sương mù và đưa các hạt sương mù vào vùng cắt tốt. - Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt tốt. - Khả năng giữ các hạt sương mù trong vùng cắt kém. - Không an toàn cho người và thiết bị. Nếu áp suất dòng khí bé: - Khả năng tạo sương mù và đưa các hạt sương mù vào vùng cắt không tốt. - Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt kém. Vì vật, để nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn làm nguội tối thiểu cần lựa chọn được áp suất dòng khí hợp lý ứng với từng phương pháp gia công và các điều kiện cụ thể khác. Nếu dòng khí nhiệt độ thấp thì hiệu quả của quá trình làm nguội sẽ đạt hiệu quả rất cao. 2.1.2. Bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện cứng. Tiện cứng (hard turning) chính thức được giới thiệu ở nước ta vào năm 1988, tuy nhiên công nghệ này chưa có điều kiện phát triển mạnh. Cho tới những năm gần đây khi sự đổi mới về khoa học kỹ thuật đang trở thành tất yếu thì tiện cứng đã phát huy được vai trò to lớn của nó trong việc gia công tinh các sản phẩm thép qua tôi cứng. Các chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun và những chi tiết của hệ thống thuỷ lực,... sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc mài khôn. Các nguyên công này thường thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian. Hơn nữa chi phí dung dịch trơn nguội cho nguyên công mài cũng khá cao. Mặt khác chất thải khi mài ngày càng là vấn đề của môi trường sống. Những lý do trên đã thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công tinh chi tiết. Phương án tối ưu cho việc thay thế này chính là tiện cứng. Tiện cứng là một cách sử dụng dao bằng mảnh vật liệu siêu cứng CBN (Cubic boron nitride), PCBN, PCD hoặc Ceramic tổng hợp nhằm thay thế cho mài trong gia công thép qua tôi (thường> 45HRC). Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành - 41 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên chi tiết trong cùng một lần gá. Cấp chính xác khi tiện cứng có thể đạt IT5-7, nhám bề mặt Rz = 2 - 4µm, rõ ràng với chất lượng đạt được như vậy, tiện cứng hoàn toàn thay thế được cho mài trong hầu hết các trường hợp gia công tinh. Các sản phẩm trong tiện cứng khá linh hoạt, từ các chi tiết dạng trục trơn (các trục ngắn), con lăn,.. tới các chi tiết có biên dạng phức tạp hơn,.. Để áp dụng công nghệ này hệ thống máy, dao, đồ gá phải đảm bảo các yêu cầu như: Máy tiện đủ độ cứng vững, đủ tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp. Các máy tiện NC, CNC được khuyến cáo thực hiện công việc này. Các máy tiện thông thường có thể được dùng nếu đáp ứng được các yêu cầu trên. Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là TPGN, CNMA, DNMA, TNG,…nói chung hàm lượng CBN phụ thuộc vào nhà sản xuất. Người ta phân ra làm ba loại, hàm lượng cao (nhiều hơn 90% CBN), trung bình (khoảng 72% CBN) và thấp (nhỏ hơn 60% CBN). Các mảnh có hàm lượng cao thường sử dụng cho tiện truyền thống để gia công các vật liệu mềm hơn như kim loại bột, gang và một số hợp kim đặc biệt. So với những mảnh cácbít thì các mảnh CBN có giá thành cao hơn đáng kể (từ 4 - 5 lần), song dao CBN lại có tuổi bền lớn hơn rất nhiều. Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim cứng bề mặt stellites. Vật liệu điển hình được tiện cứng là các thép hợp kim qua tôi cứng. Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ cắt thấp hơn quy định thì mảnh CBN sẽ bị mòn nhanh và hư hỏng. Thông thường chế độ cắt khuyến cáo là: với tiện tinh độ cứng vật liệu từ 55-67HRC, V = 80-160 (m/ph), S = 0,04-0,08 (mm/vg); t = 0,1-0,5mm; với tiện chính xác độ cứng vật liệu từ 45-60HRC, V = 120-180 (m/ph), S = 0,02-0,04 (mm/vg), t = 0,02-0,3mm. Nhiều nhà máy chế tạo ổ đỡ, bánh răng, con lăn và trục bằng thép đã tôi sử dụng chế độ cắt này. Họ có thể đạt dung sai kích thước đến ±0,01mm hoặc cao hơn nếu thời gian chế tạo lâu hơn và nhám bề mặt đạt rất nhỏ. - 42 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Một lợi thế quan trọng nữa khi tiện cứng đó là việc tạo ra một lớp ứng suất dư nén khi gia công (tnhỏ), điều này đặc biệt có lợi với những chi tiết yêu cầu độ