Luận văn Nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với gang cầu có bôi trơn tối thiểu

tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chiều dày lớp cắt và tốc độ cắt có ảnh hưởng như nhau đến dạng mòn của dụng cụ. Khi cắt với chiều dày cắt nhỏ (< 0,1 mm) và tốc độ cắt thấp, dao mòn theo mặt sau (dạng mòn thứ nhất). Khi tăng chiều dày cắt và tốc độ cắt ngoài mặt sau ra, mặt trước của dao cũng bị mòn (dạng mòn thứ hai). Hơn nữa, chiều dày cắt a và tốc độ cắt v càng tăng thì mặt trước càng mòn nhanh hơn mặt sau [7]. Góc trước  và dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng không đáng kể đến dạng mòn của dao [7]. 2.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao Mặc dù mài mòn của dụng cụ cắt là chỉ tiêu quan trọng của khả năng làm việc của dụng cụ, nhưng bản chất vật lý của mài mòn vẫn chưa được nghiên cứu sâu do tính phức tạp của quá trình tiếp xúc xảy ra ở mặt trước và mặt sau của dao. Có nhiều giả thuyết giải thích bản chất vật lý của sự mài mòn dụng cụ. Các hiện tượng mòn xuất hiện ở dụng cụ cắt như hình 2.9 - a: Mòn do khuếch tán. - b: Mòn do cào xước. - c: Mòn do kim loại bị ôxi hoá ở t o≥ 800oC. - d: Mòn do dính bám dẫn tới hiện tượng tróc lớp bề mặt Hình 2.9. Mô hình mòn dụng cụ cắt [1] Dưới đây ta phân tích từng trường hợp cụ thể: - Mòn hạt mài: khi có ma sát của phôi với mặt sau và ma sát của phoi với mặt trước của dao, các hạt tinh thể cứng của vật liệu gia công làm xước vật liệu dao và dần dần phá hủy mặt dao. Cường độ mòn hạt mài tăng khi hàm lượng silic (Si ≤ 3.5%) trong gang (vật liệu gia công) vượt quá giới hạn. Lẹo dao có thể làm xước bề mặt dụng cụ nhanh hơn cả vật liệu gia công bởi độ cứng của lẹo dao cao hơn nhiều so với độ cứng của vật liệu gia công. Mòn hạt mài của dụng cụ bằng thép Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 24 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên dụng cụ và thép gió nhanh hơn so với dụng cụ bằng hợp kim cứng, bởi vì dao hợp kim cứng có độ cứng rất cao. - Mòn tiếp xúc: bề mặt của phoi và mặt trước của dao không phải là các bề mặt có độ nhẵn bóng tuyệt đối, vì vậy chúng chỉ tiếp xúc với nhau theo các đỉnh nhấp nhô. Điều này gây ra áp lực lớn phá vỡ các màng bị oxi hóa, do đó xảy ra hiện tượng hàn nguội giữa vật liệu phoi và bề mặt dụng cụ ở các điểm tiếp xúc thực tế. Sự hàn nguội này xảy ra với xác suất lớn hơn khi nhiệt độ cắt cao. Khi phoi dịch chuyển theo bề mặt dao, tại các chỗ tiếp xúc xuất hiện ứng suất cắt và kết quả các hạt kim loại ở mặt trước của dao bị bóc tách, có nghĩa là bị mài mòn. - Mòn khuyếch tán: nhiệt độ và biến dạng dẻo ở bề mặt tiếp xúc gây ra quá trình khuyếch tán ở vật liệu dao và vật liệu gia công. Trong trường hợp này khuyếch tán không xảy ra đối với các phân tử của liên kết hóa học, mà khuyếch tán chỉ xảy ra đối với các phân tử riêng biệt của liên kết này. Ví dụ, các phân tử Cácbon, Vônfram, Titan, Côban có trong thành phần của hợp kim cứng dụng cụ. Hình 2.10. Mài mòn do khuếch tán Hình 2.11. Mài mòn do chảy dẻo Theo quy luật phát triển của lớp khuyếch tán thì tốc độ khuyếch tán tăng nhanh ở giai đoạn đầu của quá trình khuyếch tán. Trong quá trình cắt thời gian tiếp xúc của phoi và dao xảy ra rất nhanh (% hoặc phần nghìn giây), vì vậy những phần khác nhau của vật liệu gia công liên tục tiếp xúc với bề mặt dụng cụ, làm cho quá Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 25 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên trình khuyếch tán ở giai đoạn đầu tăng mạnh, gây ảnh hưởng lớn đến cường độ mòn của dụng cụ. - Mòn oxy hóa: giả thuyết về mòn oxy hóa được đưa ra trên cơ sở ăn mòn của các hợp kim cứng khi chúng bị nung nóng trong môi trường Oxy và sự không thay đổi tính chất của lớp bề mặt hợp kim cứng khi chúng bị nung nóng trong các loại khí như Acgôn, Nitơ và Gheli. Theo giả thuyết này, khi nhiệt độ cắt 700  800 0C Oxy của không khí tham gia vào phản ứng hóa học với pha của Côban trong hợp kim cứng và Cácbít Vônfram, Cácbít Titan. Do hợp kim cứng có độ xốp lớn cho nên quá trình oxy hóa không chỉ xảy ra trên các lớp bề mặt tiếp xúc của dụng cụ mà còn ở các hạt vật liệu (hợp kim cứng) nằm sâu dưới lớp bề mặt. Sản phẩm oxy hóa của Côban là các ôxít Co3O4, CoO và cácbít WO3, TiO2. Độ cứng của các sản phẩm oxy hóa thấp hơn độ cứng của hợp kim cứng khoảng 40  60 lần. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao san phẳng các hạt cácbít và mài mòn các bề mặt này. Khi lượng Côban trong hợp kim cứng tăng thì tốc độ oxy hóa tăng, do đó bề mặt dụng cụ bị mài mòn tăng. Khi cắt trong môi trường khí Acgôn, Gheli và Nitơ có thể giảm được cường độ mòn của dụng cụ. 2.4.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt Hình 2.12. Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao Hình 2.12 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 có thể chia làm ba phần: Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 26 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 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. 2.5 GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY 2.5.1 Khái niệm chung Phay là phương pháp gia công kim loại được dùng phổ biến từ thế kỷ XIX. Từ đó đến nay nó đã trải qua một thời kỳ dài phát triển. Phương pháp phay được nhiều học giả quan tâm nghiên cứu. Phay cho độ chính xác kích thước và độ nhám không cao lắm (độ chính xác kích thước không cao hơn cấp 2  4 và độ nhám cấp (6  7) [7], [8]. Có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình, rãnh then, then hoa, bánh răng... bằng dao phay. Trải qua một thời gian dài phát triển, dao phay ngày càng được cải tiến, đã xuất hiện nhiều kiểu khác nhau như: dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay đĩa cắt đứt, dao phay ngón, dao phay góc, dao phay định hình... Nói chung, dao phay là dụng cụ nhiều lưỡi cắt nên quá trình cắt ngoài những đặc điểm của phương pháp tiện, còn có những đặc điểm sau đây: - Năng suất phay cao hơn bào nhiều lần do có đồng thời nhiều lưỡi cắt. - Lưỡi cắt của dao phay không làm việc liên tục, mặt khác khối lượng thân dao thường lớn nên khả năng truyền nhiệt tốt. - Diện tích cắt khi phay thay đổi do đó lực cắt thay đổi gây rung động trong quá trình cắt. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 27 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Khả năng tồn tại lẹo dao ít do lưỡi cắt làm việc gián đoạn gây va đập và rung động. 2.5.2 Phân loại dao phay Hình 2.13. Các loại dao phay a- dao phay trụ; b- dao phay đĩa và dao phay rãnh; c- dao phay ngón; d,e- dao phay mặt đầu; g- dao phay định hình; h- dao phay cắt đứt Theo khả năng công nghệ: - Dao phay mặt phẳng. - Dao phay rãnh. - Dao phay định hình. - Dao phay bánh răng và ren. - Dao phay các chi tiết tròn xoay. - Dao phay cắt đứt. Theo đặc điểm cấu tạo: - Theo phương của răng: dao phay răng thẳng, dao phay răng nghiêng, dao phay răng xoắn... Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 28 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Theo kết cấu của răng: dao phay răng nhọn, dao phay răng tù (phay hớt lưng). - Theo kết cấu: dao phay liền, dao phay ghép, dao phay răng chắp, đầu dao lắp ghép. - Theo phương pháp kẹp chặt: dao phay có lỗ, dao phay chuôi trụ hay côn. 2.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay Hợp kim cứng thường được sử dụng cho chế tạo dao phay mặt đầu, dao phay có kích thước lớn. Ít khi được sử dụng để chế tạo dao phay ngón cắt rãnh. Hợp kim cứng có độ cứng cao, có thể đạt HRA = 86  92, chịu nhiệt độ khoảng 10000C, do đó có thể tăng vận tốc cắt lên gấp 2  3 lần thép gió. Hợp kim cứng được chế tạo từ các bột cácbít vônfram (WC), cácbít titan (TiC), cácbít tantan (TaC), trộn với chất dính kết là bột côban, ép mảnh định hình rồi thiêu kết ở nhiệt độ ở khoảng 20000C để côban chảy ra và liên kết các hạt cácbít lại với nhau. Các hợp kim cứng thường dùng là BK, TK, TTK hoặc P01, P10, P20, P30, P40, P50, M10, M20, M30, M40, K01, K10, K20, K30. Theo tiêu chuẩn Nga (OCT) có thể phân thành bằng tay loại hợp kim cứng: Nhóm 1 cácbít BK: là hợp kim cứng một cácbít WC như BK3, BK8, BK10... Ví dụ BK8 có 8%Co và 92% Cácbít. Nhóm 2 cácbít TK: là hợp kim cứng hai cácbít TiC và WC như T15K6, T30K4... Ví dụ T15K6 có 6%Co, 15% TiC và 79% WC. Nhóm 3 cácbít TTK: là hợp kim cứng ba cácbít TiC, WC, TaC như: TT7K12 có 12% Co, 7%TiC và 81% WC. 2.5.4 Các thông số hình học của dao phay Ở dao phay mặt đầu (hình 2.14) các lưỡi cắt được chế tạo giống như các dao tiện có lưỡi cắt chuyển tiếp. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 29 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.14. Các thông số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu Định nghĩa các góc của dao phay mặt đầu cũng tương tự như định nghĩa các góc của dao tiện thường. Ví dụ, góc  (góc nghiêng chính) là gócgiữa hình chiếu của lưỡi cắt chính lên mặt phẳng đáy (mặt phẳng đi qua tâm dao) và phương chạy dao. Góc 2 0    là góc nghiêng của góc cắt chuyển tiếp. Đo góc  được thực hiện trong mặt phẳng N-N vuông góc với lưỡi cắt chính, còn góc sau  được đo trong mặt phẳng của hình chiếu của quỹ đạo chuyển động của một điểm của lưỡi cắt, có nghĩa là trong mặt phẳng A-A vuông góc với trục của dao và trùng với phương chạy dao. Giữa góc sau N và  có quan hệ phụ thuộc sau: tgN = tg.sin Ngoài các góc trên đây, dao phay mặt đầu còn có thêm góc hướng kính (hay góc ngang) N trong mặt phẳng cắt ngang A-A và góc trục (hay góc dọc) 2 trong mặt phẳng cắt dọc B-B. Các góc của dao phay được chọn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu gia công, điều kiện cắt và kết cấu của nó. Ví dụ, khi gia công thép bằng dao phay mặt đầu hợp kim cứng thì chọn góc  = -10  +100, còn khi gia công gang  = +5  0. Góc nghiêng chính  của dao phay mặt đầu thường bằng 45  600 và được chọn phụ Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 30 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên thuộc vào độ cứng vững của hệ thống công nghệ. Khi độ cứng của hệ thống công nghệ đảm bảo,  được chọn trong khoảng 20  300. Góc nghiêng phụ 1 được chọn phụ thuộc vào độ bóng bề mặt yêu cầu. 2.5.5 Các yếu tố của lớp cắt Hình 2.15. Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay Quá trình phay có những đặc điểm sau: Mỗi răng của dao phay trong quá trình cắt sẽ hớt ra phoi có dạng một dấu phẩy (hình 2.15), còn chiều dày cắt thay đổi từ 0 đến amax. Mỗi một răng của dao phay làm việc với chế độ gián đoạn theo chu trình kỳ. Chế độ làm việc như vậy có ưu điểm là khi răng của dao phay đi ra khỏi chi tiết nó được làm nguội còn nhược điểm là khi răng ăn vào chi tiết gia công sẽ gây ra va đập. Để phân tích chiều dày cắt và diện tích của lớp cắt cần xác định góc tiếp xúc , có nghĩa là góc tâm tương ứng với cung tiếp xúc của dao phay với phôi (hình 2.16). Ta có: D B D B  2 2 2 sin  Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 31 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.16. Sơ đồ tính góc tiếp xúc Chiều dày cắt a là khoảng cách giữa hai vị trí hình chiếu của hai răng kề nhau được đo theo phương hướng kính (hình 2.17) Công thức tổng quát của chiều dày cắt được tính như sau: a = SZ.sin Ở đây:  là góc tiếp xúc tức thời giữa đường vuông góc (với mặt gia công) và bán kính tại điểm tiếp xúc của đỉnh răng dao với chi tiết gia công. Chiều dày cắt trung bình a0 bằng: D t SSa ZZ  )cos1( 2 1 0  Khi biết chiều rộng cắt B và chiều dày cắt amax có thể xác định được diện tích của tiết diện ngang của lớp cắt bằng dao phay: aBf . 2 2 max 2 D t D t BSf Z  Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 32 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.17. Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của các răng dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt 2.5.6 Lực cắt khi phay Tổng hợp lực R1 có thể phân tích thành hai thành phần: lực vòng P (PZ) tác dụng theo tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt và lực hướng kính Py (hình 2.18a). Hình 2.18. Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay trụ a) Răng thẳng; b) Răng xoắn (răng nghiêng) Ngoài ra, tổng hợp lực R1 có thể phân tích thành: lực nằm ngang PH và lực thẳng đứng PV. Nếu dao có răng xoắn (răng nghiêng) ngoài lực R1 tác dụng lên răng dao trong mặt phẳng vuông góc với trục của dao còn xuất hiện lực dọc trục P0, khi đó tổng hợp lực sẽ là R (hình 2.18b). Lực P là lực cần quan tâm nhất bởi nó thực hiện công việc chính để cắt phoi. Dựa theo lực này mà người ta tính công suất cắt và tính các chi tiết của cơ cấu Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 33 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên chuyển động chính của máy. Lực hướng kính Py gây ra áp lực lên ổ bi của trục chính máy và uốn võng trục dao. Dựa theo lực ngang PH (lực chạy dao) người ta tính toán cơ cấu chạy dao và đồ gá kẹp phôi. Lực này có thể gây rung động khi giữa cặp vít me - đai ốc có khe hở. Lực hướng kính PV có xu hướng nâng phôi lên khỏi bàn máy và nâng bàn máy lên khỏi thân máy. Công thức tính lực vòng khi phay bằng dao phay bằng dao phay trụ răng thẳng: ppP qy Z x P DzBStCP ..... Cấu trúc và dạng công thức trên cũng đúng cho cả dao phay mặt đầu [7]. 2.5.7 Độ mòn và tuổi bền của dao phay Tùy thuộc vào điều kiện cắt, răng dao phay có thể bị mài mòn tùy theo mặt trước (hình 2.19a) hoặc đồng thời bị mài mòn theo cả hai mặt trước và sau (hình 2.19b). Chiều dày cắt càng nhỏ, độ mòn của mặt sau càng lớn. Hình 2.19. Các dạng mài mòn của răng dao phay Dạng mài mòn như vậy đặc trưng cho các loại dao phay hình trụ, dao phay ngón, dao phay then hoa, dao phay rãnh và dao phay định hình. Các loại dao phay mặt đầu và dao phay đĩa khi gia công thép với chiều dày cắt amax > 0,08 mm thông thường cả hai mặt trước và sau đều bị mài mòn [7]. Khi gia công thô chỉ tiêu mòn tối ưu của dao phay là thời gian phục vụ tối đa (tuổi bền của dao). Khi gia công tinh và bán tinh cần đánh gía mòn chỉ tiêu công nghệ, có nghĩa là độ mòn giới hạn để đảm bảo chất lượng bề mặt gia công. Tuổi bền của dao phay phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có đường kính của dao. Đường kính dao càng lớn, tuổi bền của dao càng cao. Tuy nhiên, để tăng Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 34 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên chế độ cắt nên giảm tuổi bền của dao xuống khi phay thép hợp kim và thép khó gia công. 2.6 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG 2.6.1 Các phƣơng pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt Dung dịch trơn nguội có tác dụng [3]: - Dung dịch có khả năng xâm nhập tốt nhất vào vùng cắt, đặc biệt xâm nhập vào các vết nứt tế vi, khi đó nó đóng vai trò như 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 hóa 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. - Khi gia công vật liệu dẻo, dung dịch trơn nguội giúp phá hủy mạng tinh thể ở lớp cứng nguội. - Chất bôi trơn làm nguội luôn phải có xu hướng làm giảm lực cắt, giảm hệ số ma sát, giảm biến dạng phoi. Kết quả thể hiện ở việc kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt, giảm nhiệt tại vùng cắt, giảm độ mấp mô bề mặt. Dung dịch trơn nguội có thể pha chế theo nhiều công thức khác nhau để thích hợp với từng điều kiện gia công khác nhau. Các dung dịch dùng trong cắt gọt thường dùng có thể chia làm hai nhóm chính: dung dịch chủ yếu làm nguội và dung dịch chủ yếu bôi trơn. Khi gia công thô, dao bị nóng nhiều và không đòi hỏi độ nhẵn cao, ta chỉ cần dùng dung dịch thuộc nhóm thứ nhất. Thành phần chủ yếu là keo của xà phòng và axit hữu cơ trong dầu mỏ pha với nước và pha cồn 900 để lâu hỏng. Khi gia công tinh đòi hỏi độ nhẵn bề mặt cao nên dùng dung dịch thuộc nhóm thứ hai. Thành phần cơ bản là dầu mỏ, dầu thực vật, dầu động vật, nước và xút có pha thêm cồn 900 [8]. Trong gia công cắt gọt có các dạng bôi trơn làm nguội sau đây [3]: - Gia công khô: là phương pháp không dùng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công. Ưu điểm của phương pháp gia công khô là không gây ô nhiễm môi trường. Không hao tốn dung dịch trơn nguội. Máy không cần trang bị hệ thống bôi Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 35 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên trơn. Nhược điểm của phương pháp là 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. - Bôi trơn làm nguội 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... Ưu điểm của phương pháp tưới tràn là 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. Nhược điểm của phương pháp là 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. - Bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL): là phương pháp sử dụng dòng khí nén có áp suất cao 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. 2.6.2 Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 1. Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu Dao phay mặt đầu được dùng để gia công các mặt phẳng trên máy phay đứng và ngang. Dao phay mặt đầu khác dao phay hình trụ ở chỗ là răng của dao phay mặt đầu nằm ở cả bề mặt trụ và mặt đầu. Dao phay mặt đầu chia làm hai loại: dao liền và dao chắp. So với dao phay hình trụ, dao phay mặt đầu có ưu điểm là: có độ cứng cao hơn khi kẹp nó trên trục tâm hoặc trục chính của máy. Quá trình làm việc êm hơn vì nhiều răng làm việc đồng thời. Chính vì thế khi gia công mặt phẳng người ta thường sử dụng dao phay mặt đầu [11]. Dao phay mặt đầu có các lưỡi bằng hợp kim cứng đã được sử dụng rộng rãi. Phay mặt đầu bằng loại dao phay này có năng suất cao hơn dao phay trụ. Gần đây Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 36 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên người ta đã sử dụng rộng rãi loại dao phay mặt đầu có các lưỡi dao thay đổi được bằng hợp kim cứng (chỉ dùng một lần) [11]. 2. Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng gang cÇu bằng dao phay mặt đầu Đối với vật liệu dao hợp kim cứng rất dễ xảy ra hiện tượng nứt mẻ lưỡi dao nên khi cắt gọt nếu tưới dung dịch trơn nguội thì phải tưới liên tục và đủ lưu lượng vì khi tưới rỏ giọt hoặc gián đoạn thì nhiệt độ dao thay đổi liên tục sẽ gây nứt vỡ dao [8]. Cắt khô hoàn toàn đã trở thành thói quen công nghiệp đối với gia công các chi tiết là gang. Các thông tin đáng tin cậy truyền thống chỉ ra rằng khi cắt có tưới dung dịch trơn nguội sẽ giảm được lực cắt, mòn dao, chất lượng bề mặt gia công tốt và công suất của máy giảm kết quả đó là do sự giảm nhiệt độ cắt [15]. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 37 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chương 3 LỰA CHỌN TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống Hệ thống bôi trơn làm nguội tối thiểu phải đảm bảo các yêu cầu: - Áp suất khí nén phải ổn định và điều chỉnh được trong phạm vi cần thiết. Việc điều chỉnh phải dễ dàng, thuận lợi. - Lưu lượng dòng chất lỏng phải ổn định, tạo sương mù tốt. Phải điều chỉnh được lưu lượng một cách chủ động và độc lập với điều chỉnh áp suất dòng khí. - Dễ chế tạo, lắp đặt và sử dụng. Để đáp ứng được yêu cầu trên, nguyên lý hoạt động hệ thống phun dung dịch MQL như sau [1]: 10 20 30 1 2 3 7 8 4 5 6 Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 38 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyên lý hoạt động Dòng khí áp lực cao từ máy nén khí 1 qua hệ thống điều chỉnh và ổn định áp suất 2 qua van 3, buồng tạo chân không và trộn 4. Khi dòng khí áp lực cao qua buồng tạo chân không 4 tạo nên lực hút chân không nên dung dịch trơn nguội từ buồng 8 sẽ qua hệ thống ống dẫn và van điều chỉnh lưu lượng7 vào buồng 4. Tại đây dung dịch trơn nguội được trộn với dòng khí nén tạo thành sương mù và được phun trực tiếp vào vùng cắt. Như vậy, áp suất dòng khí ra được điều chỉnh và ổn định nhờ van số 2. Lưu lượng dòng dung dịch được điều chỉnh và ổn định nhờ van 7. 3.1.2 Hệ thống thí nghiệm Hệ thống thí nghiệm phay Gang cầu trên máy phay sử dụng bôi trơn tối thiểu như sau: Hình 3.2. Ảnh hệ thống thí nghiệm 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm - Máy công cụ: máy phay đứng Showa, kiểu JMII, Nhật Bản. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 39 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Dụng cụ cắt: dao phay mặt đầu gắn mảnh cácbít tam giác BK8 (79% WC, 15% TiC, 6% Co), độ cứng HRA  90, hãng Sandvic Coromant Thụy Điển - Phôi: Gang cầu (C = 0,62  0,70%, Si = 0,17  0,37%, Mn = 0,9  1,2%, P  0,035%, S  0,035%, Cr  0,025%, Ni  0,025%, Cu  0,20%) , độ cứng HB =170  220, kích thước phôi: 250 x 100 x 100. - Dung dịch trơn nguội: dầu lạc. - Hệ thống cung cấp khí nén: máy nén khí Model PT-0136, Đài Loan. Áp suất khí nén lớn nhất: 8 kg/cm2. Áp suất đầu ra của thí nghiệm thay đổi . - Đầu phun: đầu phun NOGA, Cộng Hòa Liên Bang Đức. - Dụng cụ đo kích thước: thước cặp, độ phân giải 0,01, Mitutoyo, Nhật Bản. - Dụng cụ đo lưu lượng: loại vạch chia 5 ml, thể tích 500 ml. - Thước cặp độ phân giải 0,01, Mittutoyo, Nhật Bản. Hình 3.3. Ảnh Máy đo nhám - Máy đo nhám: SJ-201 Mittutoyo, Nhật Bản. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 40 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.4. Ảnh Máy chụp ảnh SEM - Máy chụp ảnh SEM và phân tích mòn trên kính hiển vi điện tử TM-1000, Nhật Bản. - Chế độ cắt: vận tốc cắt V = 208.5 m/phút, lượng tiến dao S = 28 mm/phút, chiều sâu cắt: t = 1,5 mm. 3.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.2.1.Mục đích thí nghiệm Khảo sát mòn dao, hình ảnh tế vi mòn dao, độ nhám bề mặt chi tiết để hiểu cơ chế mòn dao và xét hiệu quả gia công của phương pháp gia công MQL khi đổi áp suất dòng khí đối với phay Gang cầu bằng dao phay mặt đầu cácbít. Từ đó lựa chọn được chế độ cắt với áp suất tối ưu khi gia công phù hợp cho phay mặt phẳng là Gang cầu bằng dao phay mặt đầu cácbít. Các chỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng của các mức áp suất dòng khí khi gia công gồm: - Độ mòn và cơ chế mòn dao; - Tuổi bền dao ứng với lượng mòn cho phép; - Độ nhám bề mặt chi tiết gia công; 3.2.2.Trình tự tiến hành thí nghiệm Phay mặt phẳng Gang cầu có kích thước phôi: 250 x 100 x 100, chiều sâu cắt t = 1,5 mm bằng dao phay mặt đầu cácbít với các thông số công nghệ: n = 400 vòng/phút, S = 28 mm/phút, V = 208.5 m/phút. Sau một khoảng thời gian cắt 16.3 Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 41 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên phút (tương ứng với 2 lượt cắt, có chiều dài cắt 2 x 250 = 500 mm) mảnh dao được lấy ra để chụp ảnh hiển vi điện tử mòn dao, đo mòn. Sau mỗi thời gian cắt 8.15 phút (tương ứng với chiều dài cắt là 250 mm) tiến hành đo nhám bề mặt chi tiết. Khi gia công sử dụng dung dịch và phương pháp tưới dung dịch trơn nguội như sau: - Bôi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc với áp suất P = 4 KG/cm 2, lưu lượng Q = 0,22 ml/phút. . Sau một khoảng thời gian cắt 32.6 phút (tương ứng với 4 lượt cắt, có chiều dài cắt 4 x 250 = 1000 mm) mảnh dao được lấy ra để chụp ảnh hiển vi điện tử mòn dao, đo mòn. Sau mỗi thời gian cắt 8.15 phút (tương ứng với chiều dài cắt là 250 mm) tiến hành đo nhám bề mặt chi tiết. Khi gia công sử dụng dung dịch và phương pháp