Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài lỗ nhỏ vật liệu nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài lỗ nhỏ vật liệu 9xc qua tôi

n lượng mòn của dụng cụ giảm dẫn đến tuổi bền tăng. - Các phần tử của dung dịch trơn nguội bao quanh các phần tử của phoi làm cản trở sự dính, giúp phoi thoát ra khỏi khu vực cắt dễ dàng. Ngoài ra tính bôi trơn của dung dịch trơn nguội gắn liền với khả năng xâm nhập của dung dịch vào những vết nứt tế vi, làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử khiến cho lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt được dễ dàng hơn. 1.3.1.2.Vai trò làm nguội Tác dụng làm nguội của dung dịch trơn nguội bao gồm[6]: 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt để giảm nhiệt độ trên dụng cụ cắt và trên chi tiết gia công. - Đảm bảo nhiệt độ của môi trường thấp và ổn định. - Giảm khả năng biến dạng nhiệt của chi tiết trong quá trình gia công. - Giảm mức độ biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt do đó tăng độ chính xác gia công và nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt. 1.3.1.3.Vai trò làm sạch thiết bị và bề mặt gia công Tác dụng làm sạch thiết bị của dung dịch trơn nguội bao gồm[6]: - Dòng dung dịch trơn nguội đẩy các vụn kim loại ra khỏi thiết bị (sống trượt, khe hở ở bàn máy,) qua đó làm giảm quá trình mài mòn của thiết bị. - Làm sạch bề mặt đá mài, tăng hiệu quả cắt gọt cho đá. - Nâng cao tác dụng bảo vệ bề mặt chi tiết gia công, hạn chế rỉ sét. - Giảm lượng bụi trong khu vực gia công. Ngoài các tác dụng như trên thì dung dịch trơn nguội cũng có nhược điểm: - Tăng ô nhiễm môi trường và có thể ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động. - Tăng chi phí gia công và chi phí xử lý dung dịch sau khi sử dụng. 1.3.2. Các đặc tính của dung dịch trơn nguội Để sử dụng dung dịch trơn nguội một cách hiệu quả, dung dịch phải có các đặc tính sau [6]: - Khả năng làm nguội tốt: để giảm nhiệt độ cắt gọt, tăng năng suất và tuổi bền dụng cụ cắt, cải thiện độ chính xác kích thước. - Chất lượng bôi trơn tốt: để tránh kim loại dính bám vào lưỡi cắt và hình thành biên tích tụ nén ép, điều này làm giảm độ bóng bề mặt gia công và tuổi bền dụng cụ cắt. 13 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - Chống rỉ sét: ngăn chặn sự rỉ sét, ăn mòn hóa học trên chi tiết gia công, trên dụng cụ cắt hoặc trên máy. - Tính ổn định (lâu dài): có tính ổn định cao trong quá trình bảo quản và sử dụng. - Chống xuống cấp: chậm xuống cấp hoặc ôi thiu khi sử dụng. - Không độc hại: không gây tác hại da tay cho công nhân vận hành máy. - Trong suốt: để người vận hành dễ dàng quan sát chi tiết trong khi gia công. - Độ nhớt tương đối thấp: để phoi và tạp chất dễ dàng lắng xuống đáy bể. - Không cháy: để tránh bốc cháy và tránh nổ. Ngoài ra dung dịch trơn nguội phải không tạo khói, không tạo thành keo lắng đọng gây tắc nghẽn hệ thống tuần hoàn dung dịch, giá thành dung dịch trơn nguội phải thỏa mãn đồng thời hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong từng nguyên công gia công cắt gọt cụ thể. 1.3.3.Phân loại dung dịch trơn nguội Dung dịch trơn nguội được phân loại theo hai chỉ tiêu [6]: - Theo tác dụng chính của dung dịch có thể phân làm ba nhóm: Nhóm có tác dụng làm lạnh (các dung dịch chất điện ly), nhóm có tác dụng làm lạnh và một phần bôi trơn (dung dịch nước xà phòng, dung dịch emulsion), nhóm có tác dụng bôi trơn và một phần làm lạnh (các chất dầu). - Theo đặc tính sử dụng của dung dịch có thể phân làm ba nhóm: Dầu cắt gọt, dầu hòa tan, dung dịch cắt gọt hóa học. Trong thực tế sản xuất, người ta thường phân loại dung dịch trơn nguội theo đặc tính sử dụng. Cụ thể như sau: 1.3.3.1. Dầu cắt gọt Dầu cắt gọt được chia thành loại hoạt động và loại thụ động, các thuật ngữ này xác định tính hoạt động của dầu hoặc khả năng tương tác với bề mặt kim loại ở nhiệt độ làm việc để bảo vệ bề mặt và cải thiện tác động cắt [6]. 14 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN a. Dầu cắt gọt hoạt động Dầu cắt gọt hoạt động là loại làm sẫm màu, khi nhúng vào dầu trong ba giờ ở nhiệt độ 2120F (1000C). Các loại dầu này nói chung được sử dụng khi gia công thép, dầu có thể sẫm màu hoặc trong suốt. Các dầu sẫm mầu thường chứa nhiều lưu huỳnh hơn loại trong suốt và thích hợp cho gia công thô. b. Dầu cắt gọt thụ động Dầu cắt gọt thụ động là loại dầu không làm sẫm màu dải đồng khi nhúng trong dầu ở nhiệt độ 2120F (1000C) trong ba giờ. Lưu huỳnh trong dầu cắt gọt thụ động là lưu huỳnh tự nhiên của dầu và không có giá trị hóa học trong chức năng của dầu đó khi gia công. Các dung dịch là thụ động do lưu huỳnh được gắn kết chặt chẽ với dầu được giải phóng rất ít để có thể tương tác với bề mặt chi tiết trong quá trình cắt gọt. 1.3.3.2. Dầu hòa tan Dung dịch trơn nguội hiệu quả phải có tính dẫn nhiệt cao, dầu khoáng và dầu béo đều không phải là chất làm nguội tốt. Nước là môi trường làm nguội tốt, tuy nhiên khi chỉ dùng nước làm dung dịch cắt gọt sẽ gây ra rỉ sét và có tác dụng bôi trơn rất thấp. Bằng cách bổ sung vài phần trăm dầu hòa tan vào nước có thể làm tăng tính chống rỉ sét và chất lượng bôi trơn cùng với khả năng làm nguội của nước. Các dầu nhũ hóa hoặc hòa tan là dầu khoáng chứa chất xà phòng hóa (nhũ hóa) làm cho chúng hòa tan được vào nước, chúng được cung cấp ở dạng đậm đặc có nồng độ cao. Khi gia công với chế độ cắt gọt nhẹ và khi cần làm nguội là chính thì pha từ 1 đến 5 phần dầu đậm đặc với 100 phần nước, các hỗn hợp đặc hơn được dùng khi yêu cầu bôi trơn và chống gỉ sét là cơ bản. 1.3.3.3. Dung dịch cắt gọt hóa học Các dung dịch cắt gọt hóa học (đôi khi được gọi là dung dịch tổng hợp) đã được sử dụng rộng rãi ngay sau khi được giới thiệu vào năm 1945. Chúng là các nhũ ổn định được pha chế sẵn chứa rất ít dầu và dễ dàng hòa tan với nước. 15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Dung dịch cắt gọt hóa học phụ thuộc vào các tác nhân hóa học về tính bôi trơn và giảm ma sát. Một số loại dung dịch cắt gọt hóa học có chứa các chất bôi trơn áp suất rất cao (EP), tương tác với kim loại được gia công trong các điều kiện nhiệt và áp suất tạo ra các chất bôi trơn rắn. Các dung dịch chứa chất bôi trơn EP làm giảm cả áp suất và nhiệt giữa phoi và mặt dụng cụ cắt và giảm nhiệt phát sinh do biến dạng dẻo kim loại. Các tác nhân hóa học có trong hầu hết các loại dung dịch cắt gọt hóa học bao gồm [6]: + Amines và nitrites để ngăn chặn sự rỉ sét. + Nitrates để ổn định các nitrites. + Phosphate và borate để làm mềm nước. + Xà bông và tác nhân thấm ướt để bôi trơn. + Các hợp chất lưu huỳnh, phốt pho và clo để bôi trơn hóa học. + Glycol tác động như những tác nhân pha trộn. Kết quả của các tác nhân hóa học bổ sung cho tính bôi trơn của nước làm cho dung dịch cắt gọt hóa học có các ưu điểm sau đây: + Chống rỉ sét tốt. + Chống xuống cấp trong thời gian dài. + Giảm nhiệt phát sinh khi cắt gọt. + Khả năng làm nguội cao. + Ổn định lâu hơn so với dầu hòa tan. + Không cháy, không sinh khói. + Không độc hại. + Dễ tách khỏi chi tiết và phoi. + Lắng động nhanh các phoi vụn để các phoi này không tuần hoàn trong hệ thống làm nguội. 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN + Không làm tắc nghẽn hệ thống làm nguội. Cho đến nay loại dung dịch cắt gọt hóa học là loại được sử dụng phổ biến hơn cả nhờ vào những ưu điểm và tính tiện dụng của nó. Vì vậy loại dung dịch ta chọn sử dụng trong nghiên cứu là loại dung dịch cắt gọt hóa học. 1.3.4. Các phương pháp bôi trơn – làm mát khi mài 1.3.4.1. Phương pháp gia công khô Gia công khô được tiến hành bằng cách phun một dòng khí với áp suất cao trực tiếp vào vùng cắt để giảm nhiệt cắt ở đá mài, chi tiết gia công và phoi. Gia công khô hạn chế được ô nhiễm môi trường và giảm chi phí đối với sự tiêu hao dung dịch trơn nguội. Tuy nhiên công nghệ gia công khô có những hạn chế như sau: - Gia công khô không thực hiện được việc bôi trơn và không làm giảm được ma sát trong quá trình cắt. - Khả năng tải nhiệt ra khỏi vùng cắt thấp hơn, do đó nhiệt độ ở vùng cắt cao. - Tuổi bền của đá mài thấp hơn so với các trường hợp cùng điều kiện gia công khi sử dụng những biện pháp tưới nguội khác. - Dễ lùa những phoi có kích thước nhỏ (bụi kim loại) vào các khe hẹp của bộ phận thiết bị. Các bụi kim loại này là tác nhân làm tăng tốc độ mài mòn của các bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết chuyển động tương đối với nhau. 1.3.4.2. Phương pháp tưới tràn Bôi trơn – làm mát theo kiểu tưới tràn là phương pháp bơm dung dịch từ bể chứa vào vùng cắt, sau đó dung dịch lại được thu hồi lọc sạch về bể chứa. Phương pháp này tác động đến quá trình gia công bằng chức năng làm mát - bôi trơn - dội rửa. Khi sử dụng phương pháp tưới tràn, thông thường người ta bố trí trên máy mài một vòi phun với một máy bơm áp suất thấp vào khoảng vài atmôtphe (hình 1.6). 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Hình 1.6. Sơ đồ tưới nguội thông dụng trên máy mài [7]. Phương pháp bôi trơn – làm nguội theo kiểu tưới tràn có ưu điểm: - Bảo vệ đá mài, giảm tác dụng xấu của nhiệt cắt. - Đảm bảo nhiệt độ của môi trường làm việc thấp và ổn định. - Tạo điều kiện vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng. Khi sử dụng phương pháp tưới tràn, người ta thường bố trí trên máy mài một vòi phun với một máy bơm áp suất thấp vào khoảng vài atmôtphe. Phương pháp tưới tràn cải thiện được chất lượng bề mặt gia công và nâng cao năng suất mài. Tuy nhiên phương pháp này tốn chi phí cho việc sản xuất, tái chế và thải các chất bôi trơn – làm nguội, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động, lượng dung dịch tiêu hao lớn, chi phí dọn thải lớn, tăng chi phí gia công. 1.3.4.3. Phương pháp bôi trơn tối thiểu Bôi trơn - làm nguội tối thiểu là phương pháp sử dụng dòng khí áp lực cao trộn với thể tích dung dịch bôi trơn tối thiểu phun vào vùng cắt dưới dạng sương mù, hoặc dạng tia cao áp để bôi trơn làm nguội và chuyển phoi ra khỏi vùng gia công. Dưới tác dụng của dòng khí áp lực cao dung dịch được tạo thành các hạt nhỏ và được đẩy vào tận vùng cắt làm tăng khả năng bôi trơn làm nguội trong quá trình cắt. Từ những ưu, nhược điểm của từng phương pháp bôi trơn trên ta chọn phương pháp bôi trơn trong nghiên cứu là phương pháp tưới tràn. Đây là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật khi gia công. 18 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 1.4. Kết luận chương 1 - Gia công mài được sử dụng rộng rãi và có một vị trí quan trọng trong ngành gia công cơ khí. Mài thường là nguyên công gia công tinh hoặc bán tinh vì mài đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt cao. Nhiệt sinh ra trong quá trình mài là rất lớn, có thể làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt và giảm khả năng làm việc của chi tiết máy. Vì vậy, việc sử dụng dung dịch bôi trơn làm nguội khi mài là cần thiết để nâng cao chất lượng và hiệu quả quá trình mài. - Trong quá trình mài có thể sử dụng nhiều loại dung dịch tưới nguội với các đặc tính và công dụng khác nhau. - Biện pháp giảm nhiệt cắt bằng cách sử dụng dung dịch tưới nguội hợp lý được coi là một biện pháp đơn giản và mang lại hiệu quả cao trong quá trình mài. Một trong những phương pháp đơn giản, dễ thực hiện và mang lại hiệu quả cao là phương pháp tưới tràn. Đây cũng là phương pháp tưới nguội sẽ được sử dụng trong nghiên cứu này. - Mục tiêu của luận văn cần đạt được là nghiên cứu chọn loại dung dịch và chế độ tưới nguội tối ưu khi mài lỗ thép 9XC qua tôi nhằm đạt được độ nhám bề mặt gia công yêu cầu. 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI KHI MÀI Trong gia công cơ khí, nguyên công mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối các bề mặt. Khi mài nhiệt sinh ra trong quá trình mài là rất lớn, có thể làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt và giảm khả năng làm việc của chi tiết máy. Nhiệt cắt khi mài ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt mài, tuổi bền và khả năng làm việc của chi tiết máy. Vì vậy chất lượng bề mặt mài có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật. Việc ứng dụng công nghệ trơn nguội hợp lý có tác dụng rất lớn trong việc giảm ma sát và nhiệt cắt, qua đó nâng cao được chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi mài. Mài thường là nguyên công gia công tinh lần cuối nên việc sử dụng các loại dung dịch, biện pháp công nghệ trơn nguội để giảm nhiệt cắt và nâng cao chất lượng bề mặt gia công được rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và nghiên cứu. Chương này trình bày các kết quả nghiên cứu tìm hiểu về bôi trơn làm mát khi mài của các tác giả trong và ngoài nước. 2.1. Các nghiên cứu trong nước Cho đến nay, có rất nhiều tác giả trong nước đã có nghiên cứu về bôi trơn làm mát khi mài. Sau đây là kết quả của một số tác giả trong nước đã nghiên cứu: + Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến chất lượng bề mặt khi mài phẳng đã được Đỗ Đức Trung [9] nghiên cứu. Tác giả đã tiến hành nghiên cứu trên thép ổ lăn SUJ2 bằng AL2O3 và đá CBN trên máy mài phẳng, sử dụng phương pháp tưới tràn với lưu lượng 25 l/p và bốn loại dung dịch tưới nguội: Emulsion, Machinery coolant, Tectyl cool 1240, Tectyl cool 1290. Kết quả đạt được như sau: Bảng 2.1:Trị số độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN [9]. Dung dịch Emulsion Tectyl 1240 cool Tectyl 1290 cool Machinery coolant Mài khô Đá Al203 CBN Al203 CBN Al203 CBN Al203 CBN CBN Ra(µm) 0,86 0,89 0,73 0,89 0,67 1,03 0,84 0,81 0,67 20 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Kết quả trên hình 2.1 cho thấy ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN theo những qui luật khác nhau. Với đá Al2O3 thì Ramax = 0,86µm khi tưới bằng Emulsion và Ramin= 0,67µm khi tưới bằng Tectyl cool 1290; độ nhám giảm dần theo thứ tự Emulsion, Machinery coolant, Tectyl cool 1240, Tectyl cool 1290; mức độ thay đổi Ra khoảng 28%. Với đá CBN thì Ramax = 1,03µm khi tưới bằng Tectyl cool 1290 và Ramin = 0,67µm khi mài khô; độ nhám giảm dần theo thứ tự Tectyl cool 1290, Tectyl cool 1240 – Emulsion, Machinery coolant, mài khô; mức độ thay đổi Ra khoảng 27%. Hình 2.1 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN [9]. Như vậy sự khác nhau về qui luật ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN chủ yếu là do sự khác nhau về tác dụng bôi trơn của dung dịch tùy thuộc vào loại đá mài. Do đó để giảm độ nhám bề mặt gia công cần chọn loại dung dịch trơn nguội hợp lý phù hợp với từng loại đá mài. Với mỗi loại đá mài thì loại dung dịch trơn nguội ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công qua tác dụng bôi trơn và làm mát của dung dịch. Khi mài khô bằng đá CBN thì có thể nhiệt cắt cao làm cho lớp kim loại bề mặt gia công bị thay đổi cấu trúc dẫn đến tăng khả năng biến dạng đàn hồi, các hạt mài khó ăn sâu vào vật liệu gia công nên độ nhám bề mặt gia công giảm. 21 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN + Một nghiên cứu khác của các tác giả Ngô Cường và Nguyễn Đình Mãn [14]. Hình 2.2 là kết quả nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt khi mài thép không rỉ 3X13 bằng đá mài cacbit silic đen Sđ [14]. Hình 2.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhám bề mặt mài [14]. Từ kết quả trên hình 2.2 ta thấy: - Độ nhám bề mặt lớn nhất khi dùng dung dịch tưới nguội là nước. - Khi thay đổi nồng độ nhũ tương từ (5÷10)% thì nhám bề mặt giảm nhiều (từ 0,57 đến 0,48µm). - Khi thay đổi nồng độ nhũ tương từ (10÷15)% thì nhám bề mặt cũng giảm nhưng ít hơn (từ 0,48 đến 0,41µm). Hình 2.3 là kết quả khi nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến trạng thái bề mặt gia công. Từ hình 2.3 cho thấy: Khi tăng nồng độ dung dịch trơn nguội sẽ làm giảm ứng suất dư vì vậy hiện tượng nứt bề mặt mài do ứng suất cũng giảm theo. Sở dĩ như vậy là vì nồng độ dung dịch trơn nguội ảnh hưởng đến quá trình hóa học và ma sát xảy ra ở vùng mài qua đó ảnh hưởng đến mòn hóa học và mòn cơ 22 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN học của hạt mài. Kết quả thí nghiệm cho thấy tác dụng bôi trơn của dung dịch trơn nguội ảnh hưởng lớn hơn tác dụng làm mát. Tăng nồng độ dung dịch trơn nguội làm giảm ma sát giữa đá và chi tiết mài do đó làm tăng tuổi bền của đá, tuy nhiên tuổi bền của đá cũng chỉ tăng tới một giới hạn nào đó ứng với giá trị tối ưu của nồng độ dung dịch (giá trị này thay đổi theo các điều kiện mài cụ thể). Khi mài thép 3X13 bằng đá mài cacbit silic đen Sđ thì giá trị tối ưu của nồng độ dung dịch là khoảng 10%. Hình 2.3. Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương [14]. a) Nồng độ 5% b) Nồng độ 10% + Trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Thu [4], tác giả đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt khi mài phẳng. Vật liệu tác giả lựa chọn nghiên cứu là thép 9XC qua tôi; đá mài được lựa chọn là đá Hải Dương. Phương pháp tưới nguội được tác giả lựa chọn là phương pháp tưới tràn 23 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN với bốn loại dung dịch tưới nguội là: Dầu Caltex Aquatex 3180, dầu AVANTIN 361I, dầu AVANTIN 300 và dầu JP.Way. Kết quả thu được như sau: Hình 2.4: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến độ nhám bề mặt mài đối với dầu Caltex Aquatex 3180.[4] Hình 2.5: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi mài khi dùng dầu AVANTIN361I.[4] 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Hình 2.6: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi mài khi dùng dầu AVANTIN 300.[4] Hình 2.7. Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi dùng dầu JP.Way[4] Qua nghiên cứu tác giả đã đề xuất được chế độ tưới nguội (nồng độ dung dịch và lưu lượng tưới) hợp lý khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương với các loại dung dịch tưới nguội kể trên. Các giá trị nồng độ và lưu lượng tối ưu được đề xuất nên dùng là: + Với dầu Caltex Aquatex 3180: sử dụng nồng độ 6 % và lưu lượng tưới 10 l/ph; + Với dầu AVANTIN 361I: sử dụng nồng độ 4 % và lưu lượng tưới 10 l/ph; 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN + Với dầu AVANTIN 300: sử dụng nồng độ 3,5 % và lưu lượng tưới 5 l/ph; + Với dầu JP.Way: sử dụng nồng độ 2 % và lưu lượng tưới 10 l/ph. Đồng thời chế độ tưới nguội tối ưu đề xuất kể trên cho việc sử dụng dầu Caltex Aquatex 3180 cho phép giảm lực mài và giảm độ nhám bề mặt gia công. 2.2. Các nghiên cứu của các tác giả nước ngoài + Nghiên cứu thực nghiệm khi mài thép SCM21 bằng đá WA80I/J7V đã được H. Z. Choi, S. W. Lee, D. J. Kim [10] thực hiện. Tác giả đã sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của dung dịch chất thải bôi trơn đến môi trường sinh thái, độ nhám bề mặt giảm và giảm chi phí gia công do lượng dung dịch sử dụng cho bôi trơn ở dạng sương mù nên không tốn kém lượng dung dịch cho quá trình bôi trơn. Các loại dung dịch bôi trơn được tác giả sử dụng đó là: nước làm mát, khí nén lạnh và nước làm mát dạng sương mù để so sánh giữa nước làm mát dạng sương mù với khí nén lạnh và nước làm mát. Kết quả cho thấy chất lượng bề mặt và hiệu quả làm mát tốt như nước làm mát đồng thời giảm lượng dung dịch bôi trơn do đó giảm chi phí gia công. Hình 2.8 Độ nhám bề mặt gia công khi sử dụng các phương pháp bôi trơn làm nguội khác nhau [10]. 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Từ hình 2.8 ta thấy: Khi sử dụng nước làm mát hoặc khí lạnh kết hợp với sương mù cho chất lượng bề mặt tốt hơn khí nén lạnh (vì độ nhám thấp hơn). Nước làm mát so với nước làm mát dạng sương mù: - Với chiều sâu cắt từ 5 đến 15 mm/s thì nước làm mát dạng sương mù cho độ nhám tương đương với nước làm mát. - Với chiều sâu cắt lớn hơn 15 mm/s thì nước làm mát dạng sương mù cho độ nhám thấp hơn hay chất lượng bề mặt cao hơn. - Ở cả ba phương pháp bôi trơn,chiều sâu cắt càng tăng thì chất lượng bề mặt càng giảm. + Nghiên cứu tiếp theo của các tác giả Webster và Ciu [11] đã tiến hành thí nghiệm với: - Hai loại đá mài: Al2O3 và CBN. - Hai loại đầu phun: đầu phun thông thường và đầu phun Webster do Webster thiết kế có các đường kính lỗ là 3mm, 4mm, 5mm (áp suất tưới của đầu phun Webster cao hơn đầu phun thường). - Hai loại dung dịch trơn nguội: nhũ tương tổng hợp nồng độ 5% và dầu nguyên chất. Kết quả đo độ nhám bề mặt mài được biểu diễn trên (hình 2.9). Hình 2.9. Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới nguội đến độ nhám bề mặt mài [11]. 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Từ các đồ thị hình 2.9 có thể nhận xét như sau: - Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá mài CBN thấp hơn so với khi mài bằng đá mài AL2O3. - Khi mài bằng đá mài AL2O3 sử dụng dầu nguyên chất cho nhám bề mặt thấp hơn do khả năng bôi trơn tốt hơn so với nhũ tương tổng hợp. - Khi mài bằng đá mài CBN với 2 loại dung dịch trơn nguội thì nhận được độ nhám bề mặt gần như nhau, đó là do đá mài CBN có khả năng duy trì các cạnh sắc trong suốt quá trình gia công mà không đòi hỏi phải sửa đá liên tục. - Khi mài bằng đá mài AL2O3 đường kính đầu vòi phun càng nhỏ (áp suất dung dịch trơn nguội càng lớn) thì chất lượng bề mặt càng tốt, còn khi sử dụng đá mài CBN thì chất lượng bề mặt thay đổi không đáng kể. + Để rõ hơn ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội tới độ nhám bề mặt gia công, E.J da Silva và các đồng nghiệp [12] đã tiến hành thí nghiệm mài bằng đá mài CBN với 4 loại dung dịch trơn nguội là nước, dung dịch bán tổng hợp 3%, dung dịch bán tổng hợp 20% và dầu nguyên chất. Hình 2.10. Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với các loại dung dịch trơn nguội khác nhau [12]. Kết quả hình 2.10 cho thấy: - Loại dung dịch có khả năng bôi trơn tốt hơn thì cho độ nhám thấp hơn. 28 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - Khả năng bôi trơn của nước kém làm tăng ma sát giữa chất dính kết và phoi, do đó giá trị nhám tăng. Cụ thể là khi tăng lượng bóc tách vật liệu thì độ nhám bề mặt tăng từ 0,26µm lên 0,57µm. - Sử dụng dầu nguyên chất cho độ nhám nhỏ nhất (độ nhám nhỏ hơn 0,33µm), khi càng tăng lượng bóc tách kim loại ta càng thấy rõ hơn điều này. - Dung dịch bán tổng hợp 20% cho độ nhám nhỏ hơn dung dịch bán tổng hợp 3%. + Hiện nay một số nước đã ứng dụng công nghệ trơn nguội với khí nitơ được hoá lỏng ở nhiệt độ thấp khi mài các loại vật liệu khó gia công. Nabil Ben, Habib Sidhom và Chedly Braham [13] đã nghiên cứu thực nghiệm mài thép không gỉ AISI 304 trên máy mài phẳng với hai môi trường là dầu hoà tan và khí nitơ hóa lỏng, kết quả cho thấy độ nhám bề mặt mài thấp nhất khi sử dụng khí nitơ hoá lỏng (bảng 2.2). Sở dĩ như vậy là khi sử dụng khí nitơ hóa lỏng có tác dụng làm mát vùng mài tốt hơn khi dùng dầu. Bảng 2.2. Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai môi trường làm mát [13]. Vct (m/ph) t(mm) Ra (µm) Dầu Nitơ hóa lỏng 1 0,030 2,70 2,52 3 0,010 1,84 1,26 5 0,006 1,68 1,01 7 0,004 1,62 1,03 9 0,003 1,55 0,97 Như vậy loại dung dịch trơn nguội là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng bóc tách vật liệu, chất lượng bề mặt gia công và tuổi thọ của đá mài. + Một nghiên cứu khác của các tác giả K. Pamesh, H. Huang và L. Yin [15] khi nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dung dịch tưới nguội đến chất lượng bề mặt khi mài, các tác giả đã tiến hành mài ở vận tốc cắt 42 m/s và 104 m/s với tốc độ dung dịch tưới nguội khác nhau, ảnh SEM bề mặt mài được cho trong hình 2.11 đến hình 2.16. 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Từ hình 2.11 đến hình 2.16 ta có nhận xét: - Với cùng một vận tốc cắt thì khi sử dụng tốc độ tưới nguội cao sẽ cho chất lượng bề mặt mài tốt hơn khi sử dụng tốc độ tưới nguội thấp. - Khi sử dụng cùng một tốc độ tưới nguội thì chất lượng bề mặt mài sẽ tốt hơn khi vận tốc cắt cao hơn. Hình 2.11. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 3,5 m/s [15]. Hình 2.12. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 10 m/s [15]. 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Hình 2.13. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 15,4 m/s [15]. Hình 2.14. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 3,5 m/s [15]. Hình 2.15. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 10 m/s [15]. 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Hình 2.16. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 16 m/s [15]. + Nghiên cứu tiếp theo về ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội do Koji Kato, Norisugu Umehara và Minoru Suzuki [3] thực hiện. Các tác giả đã tiến hành nghiên cứu xác định ảnh hưởng của nồng độ dung dịch từ tính đến lớp biến cứng bề mặt khi mài. Kết quả thu được như sau: Hình 2.17. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng bề mặt mài [3]. Từ đồ thị hình 2.17 ta thấy: - Khi sử dụng dung dịch tưới nguội là nước thì mức độ biến cứng lớp bề mặt lớn nhất. - Khi sử dụng dung dịch tưới nguội gồm 50% nước và 50% chất lỏng từ tính thì mức độ biến cứng bề mặt giảm rất nhanh. 32 Số hóa bởi Trung tâm Học l