Luận văn Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu khi phay rãnh

ng khỏi nền để cuốn theo phoi. + Mòn do nhiệt: Thể tích vật liệu tại lưỡi cắt là rất nhỏ nên khi cắt nhiệt độ cao tập trung tại vị trí lưỡi cắt, do đó sẽ xảy ra hiện tượng quá nhiệt của vật liệu dao dẫn đến phá huỷ lưỡi cắt do nhiệt. * Quy luật mài mòn của dụng cụ cắt: Theo [5], (hình 1.8) là quan hệ phụ thuộc giữa độ mòn của dụng cụ cắt và thời gian làm việc của nó (gọi là đường cong mòn). Đường cong mòn trên hình có thể được chia ra 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 nhỏ. Ở giai đoạn này, độ mòn tăng gần như tỷ lệ tuyến tính với thời gian làm việc của dụng cụ. Đây là giai đoạn có thời gian làm việc lớn nhất của dụng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 + Phần 3: Mòn khốc 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 làm việc tiếp tục, có nghĩa là cần mài lại hoặc thay dao mới. 1.5.2. Ảnh hƣởng của dung dịch bôi trơn - làm nguội đến quá trình cắt kim loại 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 [2]. Hình 1.8. Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 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. 1.6. Tác dụng và yêu cầu đối với dung dịch trơn nguội 1.6.1. Tác dụng của dung dịch trơn nguội + Làm giảm hệ số ma sát của phoi trượt trên mặt trước và làm giảm ma sát của mặt sau với bề mặt gia công. Do vậy, dung dịch trơn nguội làm giảm lực cắt và giảm nhiệt phát sinh trong vùng cắt. + Dẫn nhiệt ra khỏi vùng cắt làm giảm nhiệt độ vùng cắt. Độ chính xác, chất lượng bề mặt gia công được nâng lên và độ mòn của dụng cụ cắt giảm. + Xâm nhập tốt nhất vào vùng cắt, đặc biệt xâm nhập vào những vết nứt tế vi, lúc này nó đóng vai trò như một cái chêm làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử, khiến lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt dễ dàng hơn. + Khả năng làm lạnh của dung dịch càng lớn khi nhiệt hoá hơi, độ dẫn nhiệt và nhiệt dung của nó càng lớn, nhờ đó tuổi bền của dao tăng lên và biến dạng do nhiệt của dao giảm đi. + Dung dịch trơn nguội tác động vào bề mặt phoi tạo ra lớp bọc cần thiết để phoi không bám vào nhau, thoát khỏi vùng tạo phoi dễ dàng. + Dung dịch bôi trơn – làm nguội luôn phải có xu hướng làm giảm lực cắt, nhiệt cắt, giảm hệ số ma sát, giảm biến dạng phoi. Kết quả thể hiện ở việc kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt, tăng chất lượng bề mặt gia công [3]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 + Khi gia công vật liệu dẻo, dung dịch trơn nguội giúp phá huỷ mạng tinh thể ở lớp cứng nguội. 1.6.2. 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. + 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 trét, ôxy hoá,... + Không gây độc hại cho công nhân và không gây 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. 1.7. 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 1.9). Các chất hoà tan phân bố Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 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. 2. Dung dịch có các ion tƣơng 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 1.10). 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 1. 9. Các phần tử hoà tan trong nước. Hình 1.10. Các phần tử tích tụ khối và phần tử hoà tan trong nước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 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 khoáng với các tác nhân Emusil và các chất khác để tạo các giọt dầu nhỏ đến 0.08 0.003 m (hình 1.11). 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. Hình 1.11. Các phân tử hoà tan dưới dạng thể sữa. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 5. Dung dịch đƣợc 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 vàocác 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 1.12. Các phân tử hoà tan trong hợp chất hoá học. Hình 1.13. Các phần tử hoà tan trong hợp chất dầu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 6. Tuỳ theo tác dụng bôi trơn hoặc làm nguội là chủ yếu dung dịch trơn nguội được phân loại như sau: * 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. 1.8. 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. - Tƣới 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 - Tƣới dung dịch trơn nguội bằng cách sử dụng hai vòi dẫn trực tiếp vào mặt trƣớc 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 1.15). - Tƣới dung dịch trơn nguội bằng cách dùng thiết bị vòi dẫn dung dịch vào tất cả các lƣỡi cắt: Phương pháp này hiệu quả tưới cao, thường sử dụng cho các loại dụng cụ như dao phay ngón. Nhược điểm chính là gián tiếp dẫn dung dịch Hình 1.14. Dẫn dung dịch vào hai mặt bên dao phay. Hình 1.15. Dẫn dung dịch vào mặt trước và mặt sau dao phay. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 vào vùng cắt, chỉ sử dụng cho các dụng cụ cắt có kích thước đường kính giới hạn (hình 1.16). 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]: Hình 1.16. Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 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 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. 1.9. Các phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội 1.9.1. Phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội tƣới 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. * Ƣu 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 * 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 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. 1.9.2. Phƣơng pháp gia công khô * 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 gia công ướt. - Khó thoát phoi ra khỏi vùng gia công. - Phương pháp này chỉ ứng dụng cho một số vật liệu nhất định. Hình 1.17. Gia công bằng phương pháp tưới tràn trên máy phay. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 1.9.3. Phƣơng 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: *Ƣu 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. Hình 1.18. Phương pháp gia công khô trên máy phay. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 - Hiệu quả bôi trơn, làm nguội cao nên giảm lực, giảm nhiệt dẫn đến nâng cao chất lượng sản phẩm. - 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. * Nhƣợc điểm: - Khó vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt. - Nhiệt độ chi tiết cao. Kết luận chƣơng 1 Phương pháp bôi trơn – làm nguội có vai trò rất quan trọng trong gia công cắt gọt, có tác dụng giảm nhiệt độ của vùng cắt, giảm mòn do ma sát, giảm công tiêu hao khi cắt, giảm hệ số co rút phoi, tăng chất lượng bề mặt gia công, nâng cao tuổi bền của dao,... Các phương pháp bôi trơn - làm nguội được sử dụng trong quá trình gia công: phương pháp tưới tràn, phương pháp gia công khô, phương pháp bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Trong các phương pháp đó thì phương pháp tưới tràn được dùng phổ biến nhất hiện nay, nhưng lại có nhược điểm: gây ra ô nhiễm môi trường, đất đai và nguồn nước, hiệu quả bôi trơn - làm nguội thấp, tốn dung dịch. Hình 1.19. Gia công bằng phương bôi trơn – làm nguội tối thiểu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 Phương pháp bôi trơn - làm nguội tối thiểu là một phương pháp có rất nhiều ưu điểm như: hiệu quả bôi trơn - làm nguội cao, kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt, lượng tiêu hao dung dịch nhỏ và dung dịch khi phun vào vùng cắt sẽ bốc hơi hết do đó sẽ không có lượng dung dịch cần xử lý sau khi hết hạn sử dụng như bôi trơn - làm nguội tưới tràn. Phoi gia công sạch, không gian làm việc thoáng mát sạch sẽ và không bị ô nhiễm môi trường. Do phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu có những ưu điểm trên nên từ những năm 90 của thế kỷ 20, ở các nước công nghiệp phát triển đã có một số công trình nghiên cứu và thu được nhiều kết quả khả quan: - Công trình của tác giả A. ATTANASIO, C. REMINO (ITALY) [17] : Nghiên cứu trong tiện thép 100Cr6 sử dụng phương pháp bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Trong công trình này tác giả đã so sánh giữa phương pháp tiện khô với phương pháp tiên sử dụng dao phủ CBN kết hợp với phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu, kết quả thu được đã cho thấy mòn dụng cụ rất ít nên đã tăng được tuổi đời của dao khi sử dụng phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu. - Công trình của tác giả DHAR N.R (Anh) [18]: Đánh giá hiệu suất của phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu bằng dầu thực vật thông qua gía trị của lực cắt, nhiệt độ vùng cắt, mòn dụng cụ và chất lượng bề mặt khi tiện thép AISI – 1060. Sau khi tiến hành thí nghiệm kết quả đã cho thấy: + Hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu đã làm giảm mòn dao, nâng cao được tuổi bền của dao và chất lượng bề mặt tốt hơn. + Độ nhấp nhô bề mặt và độ chính xác kích thước chủ yếu đã được nâng cao vì đã giảm được mòn và không gây ảnh hưởng đên đỉnh mũi dao bằng cách áp dụng phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu. + Bôi trơn - làm nguội tối thiểu bằng dầu thực vật đã giảm được lực cắt khoảng 5 – 15%, Px giảm được nhiều hơn Pz. Do duy trì được góc cắt sắc nên đã giảm đuợc nhiệt độ của vùng cắt đó là lý do chủ yếu để giảm lực cắt bằng phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Qua các công trình nghiên cứu trên, ta thấy công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu có rất nhiều ưu điểm nổi bật. Ở Việt Nam, công nghệ này mới chỉ được tiếp cận trong vài năm trở lại đây và đã có một số công trình nghiên cứu tiêu biểu như: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu đến độ mòn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngón, nghiên cứu so sánh các phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu khi doa, nghiên cứu xác định áp lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu khi khoan,...cho kết quả rất khả quan và đã được áp dụng vào trong thực tế ở một số cơ sở sản xuất. Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu một cách có hiệu quả trong điều kiện cụ thể ở nước ta, Tác giả chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu so sánh các phƣơng pháp tƣới trong công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu khi phay rãnh” là cần thiết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Chƣơng 2: CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN – LÀM NGUỘI TỐI THIỂU 2.1. Khái niệm chung về công nghệ bôi trơn làm nguội - tối thiểu * Khái niệm: Công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu là phương pháp sử dụng dòng khí được nén với áp suất cao để phun dung dịch bôi trơn – làm nguội vào vùng cắt 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 và chuyển một lượng nhỏ dung dịch vào vùng cắt với một tốc độ cao (250 – 300 m/phút), chúng có tác dụng bôi trơn – làm nguội rất hiệu quả. * Phân loại phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu: + Phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội tƣới kiểu sƣơng mù: là phương pháp có sử dụng dòng khí áp lực cao hoà trộn với dung dịch trơn nguội rồi phun trực tiếp vào vùng cắt. Dưới tác dụng của dòng khí áp lực cao, dung dịch trơn nguội được tạo thành dưới dạng sương mù. Sử dụng dung dịch trơn nguội trộn với dòng khí nén có áp suất cao để tạo thành dưới dạng sương mù để phun trực tiếp vào vùng cắt. Dưới tác dụng của áp lực cao dung dịch trơn nguội được chuyển thành vô số các hạt hình cầu nhỏ li ti. Do đó sẽ tăng diện tích tiếp xúc của dung dịch trơn nguội và dụng cụ cắt, chi tiết gia công và phoi, dẫn tới khả năng tải nhiệt ra khỏi vùng cắt phát huy được chức năng bôi trơn – làm nguội tới mức tối đa và tối thiểu lượng dung dịch trơn nguội. + Phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội tƣới kiểu nhỏ giọt: là phương pháp có sử dụng dòng khí nén áp lực cao kết hợp với bộ phận tạo xung để điều khiển bơm Piston thủy lực tạo ra tia dung dịch áp lực cao tưới vào vùng cắt. Dung dịch trơn nguội được phun vào vùng cắt dưới dạng dòng tia áp lực cao lên nó dễ dàng xâm nhập vào vùng cắt và đảm bảo đảm được một mức bôi trơn rất tốt. + Phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu kết hợp với dòng khí nén áp lực cao: là phương pháp dùng luồng khí lạnh với áp suất cao kết hợp với hệ thống bôi trơn làm nguội tối thiểu phun trực tiếp vào vùng cắt để giảm nhiệt ở dụng cụ cắt, chi tiết gia công và phoi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt. 2.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn – làm nguôi tối thiểu - Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu tƣới kiểu nhỏ giọt (hình 2.1): Áp lực được tạo ra từ hệ thống cung cấp khí nén, dòng khí áp lực cao đi từ máy nén khí (bình tích áp) qua hệ thống điều chỉnh và ổn định áp suất, qua bộ phận tạo xung. Xung khí nén điều chỉnh bơm Piston hoạt động. Dung dịch trơn nguội từ bình chứa được đưa đến buồng chứa của bơm Piston, ở đây dung dịch trơn nguội được tác động từng xung của áp lực khí nén. Dưới áp lực cao dung dịch trơn nguội được phun trực tiếp vào vùng gia công với một áp suất nhất định, và chuyển một lượng nhỏ dung dịch (từng giọt dung dịch) vào vùng cắt với một tốc độ cao nên đã đảm bảo được một mức bôi trơn tốt và làm nguội rất hiệu quả .Phương pháp này có thể nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt lên 1.5 3 lần so với phương pháp thông thường. - Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu tƣới kiểu sƣơng mù (hình 2.2): Áp lực được tạo ra từ hệ thống cung cấp khí nén, qua thiết bị ổn định áp suất dẫn vào buồng trộn, do sự chênh lệch áp suất nên dung dịch từ bình được đưa vào buồng trộn. Tại vị trí này, dung dịch trơn nguội trộn với dòng khí nén có áp suất cao để tạo thành dưới dạng sương mù để phun trực tiếp vào vùng cắt. Dưới tác dụng của áp lực cao dung dịch trơn nguội được chuyển thành vô số các hạt hình cầu nhỏ li ti. Do đó sẽ tăng diện tích tiếp xúc của dung dịch trơn nguội và Hệ thống cung cấp khí nén Bơm Piston Bình chứa dung dich trơn nguội Tia dung dịch Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 Hình 2.2. Hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội tưới kiểu sương mù trong công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu. 1 2 3 4 5 6 7 8 dụng cụ cắt, chi tiết gia công và phoi, dẫn tới khả năng tải nhiệt ra khỏi vùng cắt phát huy được chức năng bôi trơn – làm nguội tới mức tối đa và tối thiểu lượng dung dịch trơn nguội. 1. Hệ thống cung cấp khí nén. 2. Van điều chỉnh áp suất khí nén. 3. Bình cung cấp dung dịch. 4. Buồng trộn dung dịch. 5. Vòi phun. 6. Sensor ổn định lưu lượng. 7. Dụng cụ. 8. Chi tiết gia công. 2.3. Phƣơng pháp trộn dung dịch trong công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu khi gia công cắt gọt Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu đã được sử dụng một lưu lượng chất bôi trơn rất nhỏ (ml/h thực tế l/min). Trong trường hợp này, chất bôi trơn đã được bơm phun trực tiếp vào vùng gia công lên nó đã bảo đảm được một mức bôi trơn rất tốt, nhưng chất làm mát lại sử dụng rất ít và cơ chế loại bỏ các mảnh vỡ đã Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 đạt được bằng cách sử dụng lưu lượng của khí nén làm cho chất bôi trơn được trải rộng ra. Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu gần đây đã được giới thiệu các phương pháp trong gia công cắt gọt (trong trường hợp đặc biệt, trong gia công bằng phương pháp khoan, phay) đã đem lại những lợi ích rất lớn về kinh tế và môi trường, làm giảm bớt sử dụng những chất lỏng dùng để bôi trơn và làm nguội trong quá trình gia côn