LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT

Chia sẻ: Anh Tran Anh Văn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

Thêm vào BST

Báo xấu

237
lượt xem 67
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong gia công cắt gọt do dung dịch trơn nguội nâng cao được hiệu quả của của quá trình gia công bởi chức năng bôi trơn, làm mát và làm đẩy phoi ra khỏi vùng gia công của nó. Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu với các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bôi trơn làm nguội, tiết kiệm dung dịch trơn nguội. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Luận văn thạc sĩ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỖ NHƯ HOÀNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 Luận văn thạc sĩ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT Học viên : Đỗ Như Hoàng Người hướng dẫn khoa học : TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn THÁI NGUYÊN - 2009
3 Luận văn thạc sĩ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NGHIỆP --------------o0o-------------- *** THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT Học viên: Đỗ Như Hoàng Lớp: CHK9 Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Người HD khoa học: TS. Trần Minh Đức KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TS. Nguyễn Văn Hùng TS. Trần Minh Đức Đỗ Như Hoàng
4 Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4 DANH MỤC CÁC BẢNG 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 6 LỜI NÓI ĐẦU 8 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ BÔI TRƠN 12 LÀM NGUỘI KHI PHAY 1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 12 1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi 12 1.1.2 Sự co rút phoi 13 1.2 LỰC CẮT GỌT 14 1.2.1 Cơ sở lý thuyết của lực cắt gọt 14 1.2.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt 16 1.3 HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 17 1.3.1 Nhiệt cắt 17 1.3.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt 19 1.4 SỰ MÀI MÒN DAO 19 1.4.1 Biểu hiện ngoài của sự mài mòn dao 19 1.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao 21 1.4.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt 23 1.5 GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY 24 1.5.1 Khái niệm chung 24 1.5.2 Phân loại dao phay 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 Luận văn thạc sĩ 1.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay 26 1.5.4 Các thông số hình học của dao phay 27 1.5.5 Các yếu tố của lớp cắt 28 1.5.6 Lực cắt khi phay 30 1.5.7 Độ mòn và tuổi bền của dao phay 31 1.6 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG 32 1.6.1 Các phương pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt 32 1.6.2 Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 33 1.7 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MQL TRONG GIA 34 CÔNG CẮT GỌT VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU Chương 2. ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MÒN DAO VÀ ĐỘ 37 NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY THÉP ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT 2.1 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU (MQL) 37 2.1.1 Khái niệm về MQL 37 2.1.2 Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt 37 2.1.3 Cách dẫn dung dịch vào vùng cắt trong MQL 42 2.1.4 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ MQL đến quá trình gia 44 công 2.2 PHAY CỨNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MQL 47 VÀO PHAY CỨNG 2.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 49 Chương 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MÒN 51 DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT 3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 51 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 Luận văn thạc sĩ 3.1.2 Hệ thống thực nghiệm 52 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm 53 3.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 53 3.2.1 Mòn và cơ chế mòn của dao 54 3.2.2 Độ nhám bề mặt chi tiết 59 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 60 Chương 4. PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP 61 THEO 4.1 KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 61 4.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MÒN DAO 65 Phụ lục 2. SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 71 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ψ: góc tác động β1: góc trượt δ: góc cắt γ: góc trước K: hệ số co rút phoi L: chiều dài phoi L0: chiều dài cắt a1: chiều dầy phoi thực tế a: chiều dầy phoi lý thuyết R: tổng hợp lực tác dụng lên dao R0: lực tổng hợp pháp tuyến R1: tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau N: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước F0: lực ma sát của phoi lên mặt trước N’: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau F0: lực ma sát của phoi lên mặt sau Px: thành phần lực cắt theo phương X Py: thành phần lực cắt theo phương Y Pz: thành phần lực cắt theo phương Z t: chiều sâu cắt S: lượng chạy dao n: số vòng quay của trục chính Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8 Luận văn thạc sĩ m: số mũ của K A: công hớt phoi A1: công sinh ra do biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo A2: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước dao A3: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau dao V: vận tốc cắt Ps: lực trong mặt phẳng trượt Q: nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cắt δ0: độ mòn dao τ: thời gian làm việc của dao ϕ: góc nghiêng chính của dao α: góc sau δ: góc tiếp xúc f: tiết diện ngang của lớp cắt B: chiều rộng cắt Sz: lượng tiến dao răng a0: chiều dầy cắt trung bình D: đường kính dao phay P: lực vòng [u]: lượng mòn mặt sau cho phép Ra: độ nhấp nhô bề mặt trung bình MQL (Minimum Quantity Lubrication): Bôi trơn tối thiểu DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
9 Luận văn thạc sĩ Bảng 1: Số liệu độ nhám Ra, Rz 71 Bảng 2: Số liệu độ mòn mặt sau dao 72 Bảng 3: Tuổi thọ dao ứng với độ mòn mặt sau cho phép [u] = 0,52 72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo Hình 1.1: 12 Các loại phoi Hình 1.2: 13 Sơ đồ co rút phoi Hình 1.3: 14 Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi Hình 1.4: 15 Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do Hình 1.5: 15 Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt Hình 1.6: 18 Các dạng mòn của dụng cụ cắt Hình 1.7: 20 Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt Hình 1.8: 20 Quy luật mòn của dụng cụ cắt Hình 1.9: 23 Các loại dao phay Hình 1.10: 25 Các thông số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu Hình 1.11: 27 Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay Hình 1.12: 28 Sơ đồ tính góc tiếp xúc Hình 1.13: 29 Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của răng Hình 1.14: 30 dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay Hình 1.15: 30 Các dạng mài mòn của răng dao phay Hình 1.16: 31 Các phần tử hòa tan trong nước Hình 2.1: 40 Các phần tử tích tụ khối và các phần tử hòa tan trong nước Hình 2.2: 40 Các phần tử hòa tan dưới dạng thể sữa Hình 2.3: 41 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
10 Luận văn thạc sĩ Các phần tử hòa tan trong hợp chất hóa học Hình 2.4: 41 Các phần tử hòa tan trong hợp chất dầu Hình 2.5: 42 Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ hai mặt bên của Hình 2.6: 42 dao Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ mặt trước và mặt Hình 2.7: 43 sau dao phay Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt Hình 2.8: 43 Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù Hình 3.1: 51 Ảnh hệ thống thực nghiệm Hình 3.2: 52 Ảnh so sánh mòn mặt trước dao Hình 3.3 55 Ảnh so sánh mòn mặt sau dao Hình 3.4 57 Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t Hình 3.5: 58 Biểu đồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho Hình 3.6: 59 phép Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t Hình 3.7: 59 Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia công khô Hình 1: 65 Ảnh chụp TM-1000 m trước dao khi gia công MQL- ặt Hình 2: 66 emunxi Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia công MQL-dầu Hình 3: 67 lạc Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia công khô Hình 4: 68 Ảnh chụp TM-1000 m sau dao khi gia công MQL- ặt Hình 5: 69 emunxi Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia công MQL-dầu Hình 6: 70 lạc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
11 Luận văn thạc sĩ LỜI NÓI ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong gia công cắt gọt do dung dịch trơn nguội n âng cao được hiệu quả của của quá trình gia công bởi chức năng bôi trơn, làm mát và làm đẩy phoi ra khỏi vùng gia công của nó. Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu với các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bôi trơn làm nguội, tiết kiệm dung dịch trơn nguội. T ìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dung dịch trơn nguội. Nghi ên cứu các loại dung dịch trơn nguội mới ít độc hại, thân thiện với môi trường.... Bôi trơn làm ngu kiểu tưới tràn rất khó giải quyết được vấn đề về sức ội khỏe người thợ và ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, giá thành liên quan đến việc sử dụng dung dịch trơn nguội ngày càng cao do luật môi trường ngày càng khắt khe được áp dụng. Điều này đã đặt ra việc tìm tòi các giải pháp thay thế nhằm giảm thiểu, thậm chí là tránh sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công. Một trong những giải pháp thay thế là gia công khô và gia công với MQL. Gia công khô là mối quan tâm lớn và trên thực tế một số nhà nghiên cứu đã thành công trong lĩnh vực sản xuất thân thiện với môi trường. Tuy nhiên trong thực tế, các nghiên cứu đó ít có tác dụng khi mà hiệu suất gia công cao hơn, chất lượng bề mặt tinh tốt hơn, các điều kiện cắt khắt khe hơn đặt ra. Trong tình huống đó, gia công với MQL sử dụng lượng rất nhỏ dung dịch trơn nguội được Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
12 Luận văn thạc sĩ mong đợi trở thành công cụ mạnh và trên thực tiễn chúng giữ vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng. Những năm 90 của thế kỷ XX, các nước công nghiệp phát triển CHLB Đức, Thụy Điển... đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm ngu tối ội thiểu (MQL). Hướng nghiên cứu về MQL tập trung vào: tìm ra các loại dung dịch cắt gọt mới đáp ứng được yêu cầu của MQL hoặc tìm các chất phụ gia làm tăng tính cắt của dung dịch cắt gọt. Nghi ên cứu xác định áp suất và lưu lượng tối ưu. Cải tiến kết cấu của dụng cụ để thích hợp với MQL. Cải tiến kết cấu đầu phun và hệ thống bôi trơn. Nghiên cứu ứng dụng MQL trong gia công cứng và gia công tốc độ cao.... Trên thế giới có một số tài liệu đã công bố nghiên cứu về MQL như: các tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu Ảnh hưởng của MQL đến mòn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi tiện AISI-4340 [14]. Tác giả Steven Y. Liang đã nghiên cứu MQL trong tiện cứng [15]. Tổng công ty Master Chemical đã tổng kết các Ứng dụng của MQL trong công nghệ kim loại [16]. Tác giả Jim Lorincz đã nêu Các giải pháp đúng đối với chất làm nguội trong đó có nêu những thành công của MQL trong gia công cắt gọt và ứng dụng MQL vào thiết kế máy công cụ [17]. Ở Việt Nam, công nghệ MQL mới chỉ mới tiếp cận vài năm gần đây. Hiện đã có một số nghiên cứu áp dụng MQL trong gia công cắt gọt đã công bố như: tác giả Trần Minh Đức đã Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu trong gia công cắt gọt, tác giả đã xây dựng được hệ thống MQL đáp ứng yêu cầu nghiên cứu và rất thuận lợi cho việc chuyển giao công nghệ MQL trong tiện cắt đứt, phay rãnh bằng dao phay ngón, phay lăn răng, khoan [3]. Tác giả Phạm Quang Đồng đã 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 [4]. Tác giả Nguyễn Đức Chính đã Nghiên cứu xác định áp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
13 Luận văn thạc sĩ lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện công nghệ bôi trơn làm nguội khi khoan [5]. Tác giả Lưu Trọng Đức đã Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong công nghệ bôi trơn - Làm nguội tối thiểu khi phay rãnh [6]. Như vậy, theo các tài liệu đã công bố về MQL trong gia công cắt gọt thì nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay mặt phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít chưa được nghiên cứu. Trong khi đó nhu cầu phay thép đã tôi ngày càng tăng để tránh hoặc giảm bớt được nguyên công mài. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65 Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT”. 2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI Mục đích của đề tài là nghiên cứu và ứng dụng công nghệ MQL vào phay cứng bằng dao phay mặt đầu trong điều kiện cụ thể của nước ta. Đối tượng nghiên cứu là mòn và cơ chế mòn dao, độ nhám bề mặt chi tiết khi phay mặt phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít khi gia công khô và gia công MQL từ đó so sánh được hiệu quả của phương pháp gia công MQL so với gia công khô trong phay cứng. Trong khuôn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Nghiên cứu mòn và cơ chế mòn dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khô và MQL. - Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến mòn và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu sử dụng công nghệ MQL. - So sánh tuổi bền của dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khô và MQL. - Nghiên cứu ảnh hưởng của MQL đến độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
14 Luận văn thạc sĩ 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học của đề tài Kết quả của đề tài sẽ làm rõ ảnh hưởng của MQL trong phay cứng mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu so với gia công khô về độ nhám bề mặt chi tiết và mòn dao. Từ đó làm giàu thêm kiến thức và kinh nghiệm về bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Kết quả thực nghiệm của đề tài hoàn toàn có thể triển khai vào sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công chế tạo chi tiết máy và sản xuất thân thiện với môi trường. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Với mục đích nghiên cứu ứng dụng công nghệ MQL vào phay cứng, tác giả chọn phương pháp nghiên cứu là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trong đó nghiên cứu thực nghiệm là cơ bản. Nghiên cứu lý thuyết tổng quan các vấn đề liên quan đến gia công khô và gia công MQL trong phay cứng từ đó định hướng cho nghiên cứu về mòn, cơ chế mòn dao và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay cứng. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định được bản chất mòn, cơ chế mòn và độ nhám bề mặt chi tiết t ừ đó so sánh được hiệu quả gia công MQL so với gia công khô. Thái nguyên, ngày tháng năm 2009 Người thực hiện Đỗ Như Hoàng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
15 Luận văn thạc sĩ Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY 1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1a), sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.1b). Hiện tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1 ÷ 5 (hình 1.1c). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
16 Luận văn thạc sĩ a) b) ψ C P P 1 δ 2 a a β B c) 1 2 C ψ 3 P 4 δ 5 β1 a B Hình 1.1. Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng góc Ψ, góc này được gọi là góc tác động. Góc β1 gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trượt. Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và góc cắt δ nhỏ. Hình 1.2 là các loại phoi được hình thành trong quá trình gia công các loại vật liệu khác nhau. Phoi dây (hình 1.2a) được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước γ lớn [7]. Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước γ nhỏ [7]. Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước γ nhỏ [7]. Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước γ lớn thì phoi vụn (hình 1.2d) có hình dạng không giống nhau được hình thành. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
17 Luận văn thạc sĩ a) b) C P P a a B c) d) C C P P a a B B Hình 1.2. Các loại phoi 1.1.2 Sự co rút phoi Biến dạng dẻo khi cắt kim loại được thể hiện ở chỗ chiều dày phoi a1 lớn hơn chiều dày cắt a (hình 1.3). Nhưng trong trường hợp này có sự thay đổi về hình dáng, còn thể tích vẫn được giữ nguyên, cho nên chiều dài phoi L sẽ ngắn hơn quãng đường mà dao đi qua L0 (chiều dài cắt). Hiện tượng phoi bị ngắn lại theo chiều dài và lớn lên theo bề dày được gọi là sự co rút phoi K: L0 a1 K= = >1 L a Hệ số co rút phoi là chỉ tiêu gián tiếp đánh giá cường độ biến dạng dẻo khi cắt kim loại a1 L a L L0 Hình 1.3. Sơ đồ co rút phoi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
18 Luận văn thạc sĩ γ β1 l l0 Hình 1.4. Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi Khi xét một phần tử phoi (hình 1.4), hệ số co rút phoi sẽ bằng: l0 sin(90 0 − β1 + γ ) cos( β1 − γ ) K= = = sin β1 sin β1 l Trong thực tế, K = 1,5 ÷ 4. Sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm sự co rút của phoi [7]. 1.2 LỰC CẮT GỌT 1.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực. Các lực này tác dụng lên phôi và lưỡi cắt. Hình 1.5a là sơ đồ lực tác động lên phôi khi cắt tự do. R1 b) N' γ a) v F' F0 δ 0 R0 R1 c) R1 R R0 N' N F0' α y d) R Py L0 z Pz Hình 1.5. Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
19 Luận văn thạc sĩ Mặt trước của dao chịu tác dụng của lực R0, lực R0 là tổng hợp lực pháp tuyến N và lực ma sát của phoi lên mặt trước F0, có nghĩa là: R0 = N + F0 . Mặt sau của dao (gần lưỡi cắt) chịu tác dụng của lực pháp tuyến N’ và lực ma sát lên mặt sau của dao F0’. Tổng của hai lực N’ và F0’ là R1. Vì góc sau α nhỏ và có độ mòn ở mặt sau của dao, cho nên ta có thể tính lực như trên hình 1.5b, có nghĩa là phương của lực F0’ ngược với phương tốc độ cắt V. Để thực hiện được quá trình cắt hoặc để giữ trạng thái cân bằng của dao thì từ ngoài phải có một lực tác dụng lên dao R = R0 + R1 (hình 1.5c). Phân tích lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần: - Thành phần lực Pz theo phương chuyển động chính hoặc theo phương dịch chuyển của dao và ta gọi Pz là lực tiếp tuyến. - Thành phần lực Py theo phương trùng với đường tâm dao và ta gọi Py là lực hướng kính. Khi chiếu các lực lên phương của trục y và trục z ta được: Pz = Ncosγ + F0sinγ + F0’ Py = -Nsinγ + F0cosγ+ N’ Lực pháp tuyến N có thể xác định theo công thức gần đúng sau đây: N = σ 0 tSK m Ở đây: σ0: giới hạn chảy của vật liệu gia công khi bị nén (kG/mm2); t: chiều sâu cắt (mm); S: lượng chạy dao (mm/vòng); K: hệ số co rút phoi; m: số mũ của K (phụ thuộc vào vật liệu gia công). Ngoài hai thành phần lực Pz và Py còn có thêm thành phần lực Px (lực tác dụng theo phương trục chi tiết). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
20 Luận văn thạc sĩ Tương quan của các thành phần lực này trong điều kiện gia công bình thường có thể được tính như sau [7]: Px = (0,2 ÷ 0,3)Pz Py = (0,3 ÷ 0,4)Pz 1.2.2. 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 [7]. 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 [7]. 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 [7]. 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 [7]. 1.3 HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 1.3.1 Nhiệt cắt Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt đóng vai trò rất quan trọng, bởi vì nó ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề mặt. Ngoài ra, nhiệt cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến cường độ mòn và tuổi bền dao [7]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn