Luận văn Khảo sát mòn dao khi bôi trơn, làm mát quá trình phay bằng dầu nano

tương tác hoá học với môi trường trên bề mặt tiếp xúc có khả năng ngăn ngừa hiện tượng dính của đỉnh các nhấp nhô. Khi đôi ma sát trượt làm việc trong môi trường chân không thì mòn do dính xảy ra mạnh do lớp màng ôxits không thể hình thành được. 1.2.3 Mòn dụng cụ và cách xác định * Mòn dụng cụ Trong quá trình cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dao gây nên hiện tượng mòn ở phần cắt của dụng cụ. Mòn là dạng hỏng cơ bản của dụng cụ cắt. Mòn mặt trước và mòn mặt sau là hai dạng mòn thường gặp nhất trong cắt kim loại. Mòn dụng cụ là một quá trình phức tạp, xảy ra theo hiện tượng lý, hoá ở các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công. Trong quá trình cắt, áp lực trên các bề mặt tiếp xúc lớn hơn rất nhiều so với áp lực làm việc của chi tiết máy (khoảng 15 đến 20 lần) và dụng cụ bị mòn theo nhiều dạng khác nhau. Phần cắt của dụng cụ trong quá trình gia công thường bị mòn theo các dạng: - Mòn theo mặt sau, hình 1.8 (a). - Mòn theo mặt trước, hình 1.8 (b). - Mòn đồng thời cả mặt trước và mặt sau, hình 1.8 (c). - Mòn tù lưỡi cắt, hình 1.8 (d). 29 Hình 1.9: Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ Mòn mặt trước và mặt sau là hai dạng mòn thường gặp nhất trong cắt kim loại. Loladez cho rằng cơ chế hình thành vùng mòn mặt trước của dao hợp kim cứng khác với dao thép gió. Bởi theo ông do hợp kim cứng có độ cứng nóng cao đến hàng nghìn độ C nên hiện tượng khuếch tán ở trạng thái rắn gây mòn với tốc độ cao xảy ra trên mặt trước từ vùng có nhiệt độ cao nhất. Như vậy mòn mặt trước có nguồn gốc do nhiệt. * Cách xác định mòn 30 Hình 1.10: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau Mòn mặt trước và mặt sau của dụng cụ có thể tính toán gần đúng như sau: (1-25) Trong đó: V. Bave là chiều cao trung bình của vùng Thể tích mòn mặt trước: (1-26) Kích thước dùng để xác định mòn trên hình 1.9 có thể đo bằng kính hiển vi dụng cụ hoặc thiết bị quang học khác hoặc bằng phương pháp chụp ảnh. 31 1.2.4 Quy luật mòn của dụng cụ cắt Hình 1.11. Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao Hình 1.11 là quan hệ phụ thuộc giữa độ mòn δ của dụng cụ cắt và thời gian làm việc của nó τ (gọi là đường cong mòn). Đường cong mòn có thể chia làm ba phần: - Phần 1: Mòn ban đầu với khoảng thời gian không lớn. Trong giai đoạn này, mòn xảy ra với cường độ rất lớn do sự mài mòn các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt dụng cụ. - Phần 2: Mòn bình thường. Giai đoạn này bắt đầu từ thời điểm khi mà chiều cao nhấp nhô có giá trị rất nhỏ. Ở giai đoạn này, độ mòn gần như tăng tỉ lệ tuyến tính với thời gian làm việc của dụng cụ. Đây là giai đoạn có thời gian làm việc lớn nhất của dụng cụ. - Phần 3: mòn kịch liệt. Ở giai đoạn này dao có thể bị xước lưỡi cắt hoặc bị gãy đầu dao. Mòn ở giai đoạn này không cho phép dao tiếp tục làm việc, có nghĩa là cần phải mài lại dao hoặc thay dao mới. 32 Chương 2 ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỚI CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH PHAY 2.1 Sơ lược về bôi trơn làm nguội khi gia công cắt gọt Sự trượt trực tiếp phoi trên mặt trước và phôi trên mặt sau của dụng cụ là các bề mặt rắn trượt trên nhau sinh ra nhiệt và mòn khốc liệt. Hiện tượng nhiệt và mòn phụ thuộc vào tính chất cơ, lý, hoá của hai bề mặt tiếp xúc. Sự hấp thụ và hình thành các lớp màng trong môi trường không khí là nguyên nhân giảm ma sát và mòn. Tuy nhiên không có gì đảm bảo cho sự tồn tại lâu dài các lớp màng này trong quá trình phoi và phôi liên tục trượt trên dao làm cho lớp màng không kịp tạo ra. Vậy chất bôi trơn – làm nguội sẽ vào vùng tiếp xúc chung giữa hai bề mặt để tạo ra các màng chất lỏng làm giảm ma sát và mòn. Lớp màng mỏng được tạo ra khi dẫn dung dịch trơn nguội trực tiếp vào vùng cắt là tác nhân tích cực làm giảm ma sát. Lớp màng tạo thành giữa hai bề mặt đối tiếp sẽ là mặt phân cách ngăn tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt rắn trượt trên nhau, nhờ vậy mà giữa hai bề mặt này hệ số ma sát giảm xuống (0,001  0,003) và loại trừ mòn [21]. Ta thấy rằng khả năng cắt của vật liệu dụng cụ cắt phụ thuộc rất lớn nhiệt độ vùng cắt, đặc biệt là vật liệu thép các bon dụng cụ và thép gió. Quá trình trao đổi nhiệt của dung dịch trơn nguội trong cắt gọt sẽ đảm bảo cho nhiệt độ vùng cắt luôn nằm trong giới hạn làm việc tốt của vật liệu dụng cụ. Quá trình bôi trơn – làm nguội còn có tác dụng giúp tải phoi ra khỏi vùng gia công. Các nguyên tố có mặt trong dung dịch như phốt pho, lưu huỳnh, Clo là tác nhân làm tăng tính gia công của vật liệu. 2.2 Dung dịch bôi trơn làm nguội quá trình cắt gọt kim loại 2.2.1 Yêu cầu đối với dung dịch trơn nguội + Có tác dụng bôi trơn, giảm ma sát tốt ứng với từng vật liệu gia công và vật liệu làm dao, và điều kiện cắt cụ thể có chất bôi trơn phù hợp, cho hệ số ma sát nhỏ. 33 + Có tác dụng làm nguội tốt. Dung dịch trơn nguội phải có độ dẫn nhiệt và tỉ nhiệt cao. Trong thực tế phải lựa chọn các dung dịch bôi trơn - làm lạnh phù hợp. Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà dùng tác dụng bôi trơn là chủ yếu, làm nguội là thứ yếu và ngược lại. + Không bị phân huỷ dưới sự tác động của nhiệt độ cao, sử dụng được lâu dài. + Phải là tác nhân có lợi cho máy, chi tiết, dụng cụ bảo vệ chúng không bị tác động của môi trường như gỉ sét, ôxy hoá,... + Không gây độc hại cho công nhân và không gây ô nhiễm môi trường. + Đảm bảo tính kinh tế, dễ tìm, giá cả phù hợp. + Áp suất và nhiệt độ khi cắt kim loại rất cao, do đó dung dịch cần tạo được màng dầu bôi trơn chịu áp lực và nhiệt độ cao. 2.2.2 Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội dùng trong gia công cắt gọt Để có loại dung dịch bôi trơn – làm nguội phù hợp với phương pháp gia công bằng trộn lẫn các thành phần: Dầu mỏ, mỡ động vật, dầu thực vật, các nguyên tố hoá học (lưu huỳnh, clo, phốt pho), Emusil (nhũ tương), chất khí, các loại chất rắn (than chì, bột tan,...) vào nhau với tỷ lệ hợp lý phụ thuộc vào lượng chất hoà tan trong dung môi, khả năng hoà tan được của chất hoà tan trong môi trường dung môi, sau gia công cắt gọt chúng tồn tại dưới dạng nào. 1. Dung dịch thực: Là dung dịch trong suốt, có thể có màu, bao gồm các chất vô cơ và hữu cơ tan trong nước, thể hiện ở (hình 2.1). Các chất hoà tan phân bố ngẫu nhiên trong môi trường nước, loại dung dịch này có sức căng bề mặt cao hơn nước nguyên chất, chúng được sử dụng trong làm mát hoặc làm sạch. 34 Hình 2.1. Các phần tử hoà tan trong nước. 2. Dung dịch có các ion tương tác: Là dung dịch kiểu có các ion dương và ion âm, chúng là các tác nhân tích cực tạo thành khối tích tụ trên bề mặt dung dịch, chúng tạo thành chất keo phủ lên toàn bộ bề mặt chi tiết sau khi gia công. Loại dung dịch này có sức căng bề mặt thấp hơn nước nguyên chất. Trong dung dịch này có nhóm các phần tử hoạt động được phân bố như trên (hình 2.2). Loại dung dịch này tương đối sạch và có khả năng bôi trơn tốt, nếu bổ sung thêm các chất phụ trợ như: Clo, lưu huỳnh, phốt pho thì khả năng bôi trơn – làm nguội sẽ tốt hơn. Hình 2.2. Các phần tử tích tụ khối và phần tử hoà tan trong nước. 3. Dạng Emusil: Là loại dung dịch có các giọt dầu nằm lơ lửng trong nước, như dầu khoáng, parafin hoặc dầu thô. Dung dịch này tạo ra bằng cách pha dầu 35 khoáng với các tác nhân Emusil và các chất khác để tạo các giọt dầu nhỏ đến 0.08  0.003 m (hình 2.3). Hình 2.3. Các phân tử hoà tan dưới dạng thể sữa. Dung dịch có khả năng bôi trơn tốt hơn nếu bổ sung thêm các chất phụ trợ như dầu thực vật, mỡ động vật hoặc các sản phẩm este khác, nếu bổ sung thêm các thành phần như: Lưu huỳnh, phốt pho hay Clo thì khả năng bôi trơn – làm nguội sẽ tốt hơn. Loại này vừa có tác dụng bôi trơn vừa có tác dụng làm nguội. 4. Dung dịch tạo thành từ các thành phần hoá học: Dung dịch này là sự kết hợp của ba loại ở trên, nhưng có các đặc điểm khác sau dây: + Lượng dầu hoà tan ít hơn từ 5  45% so với loại 2. + Lượng Emusil và các phân tử hoạt động trên bề mặt cao hơn so với loại 2, điều này cho ta thấy kích thước khối cầu nhỏ hơn so với loại 3. Khi dùng loại dầu này sẽ giúp quá trình tách phoi tốt, khả năng thâm nhập vùng cắt để bôi trơn làm nguội tốt. 36 Hình 2.4. Các phân tử hoà tan trong hợp chất hoá học. 5. Dung dịch được tạo thành từ các thành phần dầu: Được lấy từ dầu thô, dầu thực vật, mỡ động vật, chúng có thể ở thể đơn hoặc dưới dạng pha trộn. Dầu thô có nhiều nguồn khác nhau như dầu mỏ, parafin, độ nhớt của chúng cũng khác nhau phụ thuộc vào các thành phần pha trộn. Nếu bổ sung thêm dầu thực vật sẽ làm tăng khả năng dính ướt của dung dịch và cải thiện khả năng bôi trơn, đặc biệt ở nhiệt độ cao. Cũng có thể cho thêm các chất như phốt pho, lưu huỳnh, Clo, làm tăng thêm khả năng bôi trơn – làm nguội của dung dịch. Hình 2.5. Các phần tử hoà tan trong hợp chất dầu. 6. Tuỳ theo tác dụng bôi trơn hoặc làm nguội là chủ yếu dung dịch trơn nguội được phân loại như sau: 37 * Nhóm có tác dụng làm nguội là chủ yếu: Những loại dung dịch này sử dụng khi mục đích giảm nhiệt độ là chủ yếu. Nó được dùng cho các quá trình cắt mà ở đó nhiệt lượng phát sinh lớn, cần được dẫn khỏi vùng cắt nhanh, giảm tác động xấu của nhiệt độ đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và quá trình mòn của dụng cụ cắt. * Nhóm có tác động bôi trơn là chủ yếu: Những dung dịch loại này có tác dụng bôi trơn là chủ yếu, mục đích là giảm ma sát, mục tiêu giảm nhiệt độ vùng cắt là thứ yếu (dùng ở các dạng gia công với V cắt nhỏ). Loại này sử dụng khi gia công tinh lần cuối, dung dịch bôi trơn làm giảm lực nói chung, đặc biệt là giảm ma sát giữa mặt sau của dao cụ với bề mặt đã gia công. Kết quả là dung dịch bôi trơn góp phần làm tăng độ chính xác gia công và giảm độ nhấp nhô bề mặt gia công. 2.2.3 Cách sử dụng dung dịch trơn nguội khi phay Dung dịch trơn nguội chủ yếu dùng để làm giảm nhiệt độ ở vùng cắt, do đó tuổi bền của dao và chất lượng gia công tăng lên. Đồng thời dung dịch trơn nguội cũng giữ cho dụng cụ và chi tiết gia công khỏi bị ôxi hoá. Ngoài ra dung dịch trơn nguội không được gây ảnh hưởng xấu đến lớp sơn bảo vệ máy, trong quá trình làm việc không được tan thành các thể riêng biệt, dung dịch đòi hỏi phải ổn định,... Gần đây người ta đã chế tạo các dung dịch đáp ứng được những yêu cầu trên. - Tưới dung dịch trơn nguội bằng cách sử dụng hai vòi để dẫn trực tiếp dung dịch vào vùng cắt theo hai mặt bên của dao: Sử dụng tốt nhất khi gia công những bề mặt có chiều rộng cắt không lớn. Đây là phương pháp có cách bố trí thiết bị dẫn dung dịch rất đơn giản và dễ điều chỉnh lượng dung dịch theo yêu cầu trong khi đang gia công. 38 Hình 2.6. Dẫn dung dịch vào hai mặt bên dao phay. - Tưới dung dịch trơn nguội bằng cách sử dụng hai vòi dẫn trực tiếp vào mặt trước và mặt sau dao: Thực hiện hiệu quả nhất trên dao phay khi gia công các bề mặt rộng, thường sử dụng khi gia công mặt phẳng. Phương pháp có hệ thống vòi tưới phức tạp, phải bố trí vòi di chuyển cùng trục chính máy, trong quá trình cắt nếu cần điều chỉnh vòi thì hết sức khó khăn (hình 2.7). Hình 2.7. Dẫn dung dịch vào mặt trước và mặt sau dao phay - Tưới dung dịch trơn nguội bằng cách dùng thiết bị vòi dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt: Phương pháp này hiệu quả tưới cao, thường sử dụng cho các loại 39 dụng cụ như dao phay ngón. Nhược điểm chính là gián tiếp dẫn dung dịch vào vùng cắt, chỉ sử dụng cho các dụng cụ cắt có kích thước đường kính giới hạn (hình 2.8). Hình 2.8. Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt. Sử dụng dung dịch trơn nguội một cách hợp lý có thể tăng tuổi bền từ 1,5  4 lần. Dung dịch trơn nguội và cách sử dụng nó có hiệu quả tốt với loại vật liệu và phương pháp gia công này, nhưng có thể ít hiệu quả đến loại vật liệu và phương pháp gia công khác, thậm chí trong một số trường hợp lại gây ảnh hưởng xấu. Mỗi một tổ hợp: vật liệu gia công – phương pháp gia công - vật liệu làm dụng cụ cắt - chế độ cắt chỉ thích hợp với một loại dung dịch trơn nguội nhất định. Trong bảng dưới đây đã chỉ rõ các loại dung dịch trơn nguội và cách sử dụng dung dịch trơn nguội khi phay [7]: TT Vật liệu gia công Mã hiệu dung dịch trơn nguội 1 Thép các bon kết cấu 3% Ucơrinon – 1. 5 8 % P3 – COЖ – 8. 2 Thép hợp kim 5% Ucơrinon – 1. 3 Thép gió dụng cụ OCM - 3 40 TT Vật liệu gia công Mã hiệu dung dịch trơn nguội 4 Thép không gỉ 5% Ucơrinon – 1. 5 8 % P3 – COЖ – 8. 5 Thép độ bền cao và thép chịu lửa MP – 1. 6 Hợp kim titan 5% Ucơrinon – 1. 5 8 % P3 – COЖ – 8. 7 Gang 3% Ucơrinon – 1. 8 Nhôm và hợp kim nhôm 3 5 % Ucơrinon – 1. 9 Đồng và hợp kim đồng MP – 4. Khi phay gang xám trên máy phay vạn năng, thường người ta không dùng dung dịch trơn nguội, còn khi phay gang có độ bền cao thì dùng Emusil. Tuy vậy, đôi khi người ta vẫn dùng dung dịch trơn nguội để dễ phay gang xám. Trong trường hợp này nên có cơ cấu bảo vệ dưới dạng màn chắn, đặc biệt khi dùng dao phay mặt đầu bằng hợp kim cứng. Khi gia công các bộ phận thân máy bằng gang, nếu không dùng dung dịch trơn nguội chi tiết có thể bị nung nóng, vì vậy để giảm biến dạng chi tiết người ta dùng dung dịch trơn nguội. 2.3 Các phương pháp bôi trơn – làm nguội 2.3.1. Phương pháp bôi trơn – làm nguội tưới tràn Là phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay. Phương pháp mà dung dịch 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. * Ưu điểm: - Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ với dụng cụ cắt. - Đảm bảo nhiệt độ làm việc của 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 của dụng cụ cắt. * Nhược điểm: - Gây ô nhiễm môi trường làm việc, đất đai và nguồn nước. 41 - Tăng chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo dưỡng và tái chế chất bôi trơn, đặc biệt tăng chi phí cho làm sạch trước khi đưa ra môi trường. - Tiêu tốn nhiều dung dịch trơn nguội. - Dung dịch khó xâm nhập vào vùng cắt. Hình 2.9. Gia công bằng phương pháp tưới tràn trên máy phay. 2.3.2 Phương pháp gia công khô * Ưu điểm: - Không gây ô nhiễm môi trường. - Không hao tốn dung dịch trơn nguội. - Máy không cần trang bị hệ thống bôi trơn. * Nhược điểm: - Nhiệt độ vùng cắt lớn. - Lực cắt lớn hơn so với gia công ướt. - Khó thoát phoi ra khỏi vùng gia công. - Phương pháp này chỉ ứng dụng cho một số vật liệu nhất định. 42 Hình 2.10. Phương pháp gia công khô trên máy phay. 2.3.3. Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu Dung dịch được phun vào vùng gia công với một áp suất nhất định, chuyển một lượng nhỏ dung dịch vào vùng cắt với một tốc độ cao (250  300 m/phút), chúng có tác dụng bôi trơn và làm nguội rất hiệu quả. Tác dụng hút nhiệt của phương pháp bôi trơn và làm nguội tối thiểu là rất cao. Dùng phương pháp này cho phép nâng cao tuổi bền của dao thép gió và dao hợp kim cứng từ 1.5  3 lần so với phương pháp tưới tràn. Phương pháp này có các ưu điểm, nhược điểm sau: *Ưu điểm: - Lượng dung dịch trơn nguội cần thiết chỉ bằng 20  30% so với lượng dung dịch sử dụng theo phương pháp tưới tràn, do đó giảm chi phí chế tạo chất bôi trơn làm lạnh. - Hiệu quả bôi trơn, làm nguội cao nên giảm lực, giảm nhiệt dẫn đến nâng cao chất lượng sản phẩm. 43 - Tiết kiệm dung dịch trơn nguội, giảm ô nhiễm môi trường. - Đảm bảo tuổi bền của dụng cụ. - Phoi sạch, không gây ô nhiễm môi trường. - Không gian làm việc sạch. * Nhược điểm: - Khó vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt. - Nhiệt độ chi tiết cao. Hình 2.11. Gia công bằng phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu. 2.4 Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tới quá trình phay sử dụng dao thép gió 2.4.1 Ảnh hưởng đến nhiệt cắt Trong quá trình tiện, nhiệt sinh ra chủ yếu do công chuyển từ hiện tượng biến dạng dẻo trong quá trình hình thành phoi gia công, ma sát giữa dao và chi tiết gia công, ma sát giữa bề mặt tiếp xúc phoi và mặt trước của dao. Khi không sử dụng các biện pháp trơn nguội, hầu hết nhiệt sinh ra được tồn đọng trong phoi gia công, một số khác truyền vào dụng cụ cắt và chi tiết gia công. Lượng nhiệt truyền vào chi tiết gia công sẽ gây nên các hư hỏng lớp bề mặt. Phần khuếch tán vào dụng cụ cắt sẽ gây nên các hiện tượng lẹo dao, các hư hỏng nhiệt (biến dạng dẻo, các phản ứng hóa học xảy ra kèm theo), các hư hỏng cơ khí (mài mòn, mỏi, nứt tế vi). Các hư hỏng hình thành trên dụng cụ cắt sẽ gây nên các dạng hư hỏng liên quan trên bề mặt chi tiết gia công. Do vậy, các biện pháp làm giảm nhiệt gia công sẽ có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công và tuổi bền dụng cụ cắt. 44 Nhiệt cắt trong quá trình tiện cứng sử dụng dao cắt CBN để tiện khô có thể lên đến 9500C. Nhiệt gia công càng cao khi gia công chi tiết có độ cứng càng cao. Khi sử dụng các giá trị chế độ cắt càng cao thì nhiệt sinh ra càng lớn. Nhiệt cắt chịu ảnh hưởng rất lớn bởi vận tốc cắt và ít chịu ảnh hưởng của bước tiến dao và chiều sâu cắt. Sử dụng các phương pháp BT-LN khác nhau với các dung dịch khác nhau nhằm hạn chế các ảnh hưởng ngoài mong muốn này khi gia công. Li và Liang [18] đã thực hiện quá trình đo nhiệt cắt trong quá trình tiện cứng sử dụng dao cắt Carbide. Điểm đo nhiệt được thực hiện tại phía dưới lưỡi cắt. Kết quả cho thấy các phương pháp BT-LN khác nhau, có ảnh hưởng khác nhau đến giá trị nhiệt cắt, song chúng đều có cùng chung một chu trình quan hệ theo thời gian cắt và vận tốc cắt. Nhiệt cắt sinh ra khi bôi trơn tối thiểu xấp xỉ bằng nhiệt cắt khi bôi trơn tưới tràn trong khi đó nhiệt cắt khi tiện khô lại quá cao. Điều này cho thấy sự ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn tối thiểu đến khả làm nguội khi gia công tương đương với quá trình bôi trơn tưới tràn. Ở đây, nhiệt cắt tăng nhanh khi tăng vận tốc cắt từ 100 đến 200 m/phút nhưng khi vận tốc cắt cao hơn thì nhiệt cắt tăng không đáng kể. Nhiệt cắt cũng tăng nhanh trong khoảng thời gian cắt trước 1 phút, thời gian sau đó (đến 10 phút) nhiệt cắt tăng chậm và tỷ lệ với thời gian. Hình 2.12: Các vùng sinh nhiệt chủ yếu khi tiện [22] Để khẳng định các ảnh hưởng của quá trình MQL đến nhiệt cắt, Khan và Dhar [20] đã kiểm tra các đặc tính của phoi hình thành trong quá trình tiện. Kết quả 45 cho thấy những dấu hiệu liên quan đến khả năng BT-LN của phương pháp bôi trơn tối thiểu so với các phương pháp khác. Hệ số co rút phoi ít hơn, bề mặt sau của phoi bóng và nhẵn hơn trong quá trình tiện sử dụng MQL. Điều đó khẳng định một lượng dung dịch trơn nguội đáng kể đã xuất hiện giữa vùng tiếp xúc dao-phoi và phát huy tác dụng của chúng ở đó. Khi hệ số co rút của phoi ít hơn, sự chuyển biến thành nhiệt từ quá trình biến dạng dẻo sẽ ít hơn do đó nhiệt cắt sẽ giảm. Mặt khác, khi bề mặt phoi-dao được bôi trơn, phoi sẽ chuyển động có lực ma sát nhỏ hơn, diện tích tiếp xúc ít hơn và sẽ càng ít làm tăng nhiệt cắt hơn. 2.4.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm lực cắt xuống 30%, thậm chí xuống 45% khi cắt ren bằng tarô [21]. Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt phải càng giảm rõ rệt nếu vật liệu gia công càng có độ dẻo cao. Điều này được giải thích như sau: trong trường hợp này lực ma sát giữa dao và phoi tăng, do đó hiệu quả của việc sử dụng dung dịch trơn nguội càng phải cao [21]. Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên không nên sử dụng dung dịch trơn nguội khi gia công với tốc độ cắt lớn. Ví dụ khi gia công thép 10 với tốc độ cắt cao và dùng dung dịch trơn nguội emunxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ít so với trường hợp gia công không có dung dịch trơn nguội [21]. Mặc dù có lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trường hợp (kể cả gia công tốc độ cao) vẫn có ưu điểm vì khi có dung dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn, ngoài ra độ chính xác và độ nhám bề mặt cũng được cải thiện đáng kể [21]. 2.4.3 Ảnh hưởng đến mòn và tuổi bền dụng cụ cắt Trong quá trình gia công cắt gọt (nhất là trong quá trình hình thành phoi liên tục), mòn dụng cụ cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: mài mòn cơ học, mòn do bám dính, mòn do sự khuếch tán, ăn mòn hóa học, hoạt động điện tích trên bề mặt gia công, vật liệu dụng cụ và điều kiện gia công. Dụng cụ cắt thường hỏng sớm do 46 biến dạng dẻo dưới những điều kiện có hại gây ra bởi áp suất lớn, nhiệt độ và tải trọng động học tại đầu dụng cụ cắt, nếu vật liệu dao thiếu độ bền và độ cứng nóng. Những khảo sát cho thấy rằng dao hỏng chủ yếu do mòn. Một dạng mòn dụng cụ quan trọng là mòn mặt sau chính và mặt sau phụ, nó chi phối chất lượng bề mặt cũng như độ chính xác kích thước. Mòn mặt sau dẫn đến chất lượng bề mặt xấu và độ chính xác kích thước không đảm bảo. Nhờ tác dụng bôi trơn-làm mát của dung dịch trơn nguội chủ yếu ảnh hưởng đến mòn do dính, sự hình thành và mất đi của lẹo dao trong khoảng vận tốc cắt nhất định [23]. Đặc biệt là hiện tượng mòn do mài mòn của các hạt mài khi cắt ở vật tốc cắt thấp (dùng dụng cụ HSS) có thể được ngăn chặn bởi chất bôi trôi. 2.4.4. Ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô bề mặt Trong quá trình tiện thường, hiện tượng lẹo dao được hình thành và mất đi là ngẫu nhiên trong quá trình cắt. Tuy nhiên, đối với quá trình tiện cứng, hiện tượng này hầu như xuất hiện theo một số cơ chế nhất định [24]. Ban đầu, quá trình biến dạng dẻo xuất hiện sau đó dần dần mài mòn và đẩy lùi lưỡi cắt lui về phía sau và hình thành các hiện tượng lẹo dao. Lẹo dao là nguyên nhân cơ bản gây ảnh hưởng lớn đến chiều cao nhấp nhô bề mặt khi gia công nói chung và khi tiện cứng nói riêng. Trong quá trình tiện cứng, mối quan hệ này đã được Penalva và các đồng nghiệp [24] khẳng định bằng việc đối chứng sự trùng khớp giữa profile của chiều cao nhấp nhô bề mặt với profile của lưỡi cắt trong các điều kiện cắt khác nhau. Ngoài ra, Chou và Song [25] khẳng định bán kính mũi dao có ảnh hưởng lớn đến chiều cao nhấp nhô bề mặt chi tiết khi tiện cứng. Mũi dao có bán kính lớn chỉ có tác dụng làm giảm chiều cao nhấp nhô bề mặt chi tiết gia công khi hiện tượng lẹo dao chưa xuất hiện. Song nó lại tạo điều kiện cho các hiện tượng lẹo dao hình thành nhiều và nhanh hơn khi sử dụng các loại dao có bán kính mũi dao nhỏ hơn. Đây là một trong các yếu tố cần được cân nhắc khi thực hiện quá trình tiện cứng. Đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp BT-LN đến chiều cao nhấp nhô bề mặt khi gia công bề mặt vật liệu cứng, Liao và các đồng nghiệp [26] đã công bố kết 47 quả thực nghiệm chứng minh khả năng ảnh hưởng của phương pháp MQL đến sự làm giảm chiều cao nhấp nhô bề mặt khi gia công. Khi gia công bề mặt không liên tục, vận tốc cắt càng cao thì phương pháp MQL càng thể hiện tính ưu việt của nó. Lý do cơ bản giải thích cho quá trình ảnh hưởng này là khả năng làm giảm các vết nứt tại lưỡi cắt do đoản nhiệt khi gia công. Rõ ràng, khi gia công bề mặt không liên tục, nhiệt sẽ tăng mỗi khi lưỡi cắt tham gia cắt gọt và nhiệt cắt sẽ giảm sau khi lưỡi cắt rời bề mặt chi tiết gia công. Do vậy, việc sử dụng quá trình BT-LN theo hình thức tưới tràn sẽ càng làm tăng sự chênh lệch nhiệt ở đây và làm tăng các vết nứt đoản nhiệt tại lưỡi cắt dẫn đến làm tăng chiều cao nhấp nhô bề mặt chi tiết gia công. Để xác định được ảnh hưởng của MQL tới chiều cao nhấp nhô bề mặt ta dùng phương pháp so sánh. Đó là nghiên cứu ảnh hưởng của các công nghệ BT-LN tới chất lượng bề mặt trong cùng điều kiện công nghệ như: - Cùng vật liệu gia công; - Cùng vật liệu dụng cụ cắt; - Cùng chế độ cắt; - Cùng hệ thống thiết bị. Sự biến thiên của chiều cao nhấp nhô bề mặt được theo dõi trong tiến độ gia công thép bằng mảnh hợp kim, tại một chế độ vận tốc cắt (Vc), bước tiến dao (So), chiều sâu cắt (t) riêng biệt, dưới điều kiện gia công ướt, khô và MQL làm giảm mòn mặt sau phụ trung bình và mòn xước trên lưỡi cắt phụ, chiều cao nhấp nhô bề mặt cũng phát triển rất chậm dưới điều kiện MQL. Kết luận chương 2 - Tác giả đã nghiên cứu được các phương pháp bôi trơn và làm mát cũng như tìm hiểu về các phương pháp bôi trơn làm mát quá trình phay. - Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của bôi trơn làm mát tới các thông số cơ bản của quá trình phay. - Qua phân tích cho thấy, bôi trơn và làm mát ảnh hưởng lớn lớn lực cắt, nhiệt cắt, từ đó ảnh hưởng tới mòn và tuổi bền của dao. Do đó tác giả tập trung phân tích ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn làm mát tới mòn dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt sản phẩm sau khi gia công. 48 Chương 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DẦU EMUSIL CÓ TRỘN BỘT AL2O3 VÀO DẦU EMUSIL KHI PHAY RÃNH SỬ DỤNG DAO PHAY THÉP GIÓ 3.1 Đặt vấn đề Quá trình phay rãnh sử dụng dao phay thép gió khá phổ biến và đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Tuy nhiên vấn đề giảm mòn dao, tăng tuổi bền dao và giảm độ nhám bề mặt vẫn còn nguyên tính thời sự. Trong đó lựa chọn phư