Nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến quá trình tạo phoi khi tiện thép 9crsi qua tôi

Chu Ngọc Hùng và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 104(04): 127 - 130<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL)<br /> ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO PHOI KHI TIỆN THÉP 9CrSi QUA TÔI<br /> Chu Ngọc Hùng, Nguyễn Đăng Bình*<br /> Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo giới thiệu một giải pháp công nghệ nhằm cải thiện điều kiện cắt khi tiện cứng, nâng cao<br /> hiệu quả của quá trình gia công với công nghệ bôi trơn tối thiểu (Minium Quantity Lubricant –<br /> MQL); đồng thời, đưa ra những kết luận về độ biến dạng của kim loại và quá trình tạo phoi khi gia<br /> công tiện cứng thép 9CrSi qua tôi có áp dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu.<br /> Từ khóa: bôi trơn tối thiểu, thép 9CrSi, tạo phoi<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ*<br /> Quá trình cắt kim loại là một quá trình phức<br /> tạp có kèm theo hiện tượng vật lý như biến<br /> dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, sinh nhiệt, toả<br /> nhiệt, lẹo dao, mòn dao... Vì vậy cần phải tìm<br /> hiểu và nắm vững bản chất những hiện tượng<br /> vật lý đó để có những biện pháp cải thiện điều<br /> kiện cắt, điều khiển quá trình cắt nhằm đạt<br /> mục đích cuối cùng là tăng chất lượng sản<br /> phẩm. Một trong những biện pháp cải thiện<br /> điều kiện cắt là bôi trơn làm nguội, và công<br /> nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minium<br /> Quantity Lubricant) là công nghệ mới, có thể<br /> thay thế cho công nghệ bôi trơn làm nguội<br /> truyền thống. Đúng như với ý nghĩa của tên<br /> công nghệ, (MQL) sử dụng rất ít dung dịch<br /> trơn nguội và tưới vào vùng gia công một<br /> cách chính xác. Các nghiên cứu đều chỉ ra<br /> rằng MQL có rất nhiều ưu điểm như : hiệu<br /> quả bôi trơn làm nguội cao, tăng tuổi thọ của<br /> dụng cụ cắt, lực cắt nhỏ, độ chính xác bề mặt<br /> tăng, mức tiêu hao dung dịch nhỏ và không<br /> gây ô nhiễm môi trường. Đến nay công nghệ<br /> bôi trơn làm nguội tối thiểu vẫn đang được<br /> nghiên cứu hoàn thiện và áp dụng ở các nước<br /> phát triển. Ở nước ta công nghệ này đang<br /> được nghiên cứu và đưa vào áp dụng trong<br /> những năm gần đây và đạt được một số kết<br /> quả khả quan. Tuy nhiên cho đến nay việc ứng<br /> dụng công nghệ MQL trong tiện cứng vẫn chưa<br /> được nghiên cứu và áp dụng ở nước ta.<br /> Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công<br /> nghệ bôi trơn tối thiểu một cách có hiệu quả<br /> trong điều kiện cụ thể ở nước ta, nhóm tác giả<br /> *<br /> <br /> Tel: 0913 286661<br /> <br /> đã nghiên cứu nhằm đưa ra chế độ bôi trơn<br /> làm nguội hợp lý để quá trình tạo phoi là<br /> thuận lợi nhất.<br /> MÔ TẢ THÍ NGHIỆM<br /> Thiết bị thí nghiệm<br /> Máy tiện vạn năng TAKISAWA – Nhật Bản<br /> Thiết bị cung cấp khí nén: Máy nén khí độc lập<br /> Thiết bị đo: Kính hiển vi điện tử SEM<br /> (Scanning Electron Microscope)Kí hiệu:<br /> JEOLJSM-6490, Độ phóng đại: 10.000 lần<br /> Dụng cụ cắt: Mảnh CBN. (MEGACOAT<br /> CBN KBN35M, KYOCERA - Nhật Bản)<br /> Vật liệu phôi: thép 9CrSi đã qua tôi (độ cứng<br /> 55 - 58HRC).<br /> Kích thước phôi: D = 60 mm, L = 300 mm.<br /> Cách bố trí đầu phun: Phun theo mặt sau của dao<br /> Chế độ công nghệ<br /> Tiện tinh ngoài với chế độ cắt:<br /> n = 970 vòng/phút, S = 0,1 mm/vòng, t =<br /> 0,15 mm,<br /> Chiều dày phoi: a = S.sin φ = 0.086 mm<br /> (φ = 600)<br /> Khi gia công sử dụng hai phương pháp là gia<br /> công khô và gia công có bôi trơn làm nguội<br /> tối thiểu.<br /> Gia công có bôi trơn tối thiểu sử dụng dung<br /> dịch bôi trơn là dầu thực vật. Áp suất khí P =<br /> 5 at, lưu lượng 0,3 ml/phút.<br /> Quá trình thí nghiệm.<br /> * Quá trình gia công sử dụng bôi trơn tối thiểu.<br /> Sử dụng 3 mảnh dao CBN, với chế độ cắt<br /> không đổi. Sau khi cắt sẽ tiến hành đo chiều<br /> dày của phoi.<br /> 127<br /> <br /> 132Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Chu Ngọc Hùng và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Mảnh 1 gia công 3 lát cắt tương ứng với 10<br /> phút gia công.<br /> Mảnh 2 gia công 6 lát cắt tương ứng với 20<br /> phút gia công.<br /> Mảnh 3 gia công 12 lát cắt tương ứng với 30<br /> phút gia công.<br /> * Quá trình gia công khô.<br /> Sử dụng 3 mảnh dao CBN, phôi gia công và<br /> chế độ cắt được giữ nguyên như khi bôi trơn<br /> tối thiểu.<br /> Mảnh 4 gia công 3 lát cắt tương ứng với 10<br /> phút gia công.<br /> Mảnh 5 gia công 6 lát cắt tương ứng với 20<br /> phút gia công.<br /> Mảnh 6 gia công 12 lát cắt tương ứng với 30<br /> phút gia công.<br /> <br /> 104(04): 127 - 130<br /> <br /> * Đo chiều dày của phoi.<br /> Sử dụng kính hiển vi điện tử SEM để chụp và<br /> đo chiều dày, căn cứ vào hình ảnh và kích<br /> thước của phoi để đánh giá và tính hệ số co<br /> rút phoi.<br /> Kết quả<br /> Kết quả đo chiều dày của phoi được trình bày<br /> tại bảng 1 và 2, hệ số co rút phoi được trình<br /> bày ở bảng 3, ảnh SEM của phoi được trình<br /> bày tại hình 1.<br /> Sử dụng phần mềm Graph 4.3 xử lý số liệu<br /> thí nghiệm đưa ra quan hệ giữa hệ số co rút<br /> phoi và thời gian gia công của hai phương<br /> pháp gia công, đồ thị 1.<br /> <br /> Bảng 1. Chiều dày phoi của phương pháp gia công khô<br /> Thời gian gia công<br /> <br /> Lần đo 1 (µm)<br /> <br /> 10 phút<br /> 20 phút<br /> 30 phút<br /> <br /> 84,39<br /> 104,03<br /> 122,58<br /> <br /> Lần đo 2<br /> (µm)<br /> 85,87<br /> 101,58<br /> 109,32<br /> <br /> Lần đo 3<br /> (µm)<br /> 83,29<br /> 102,17<br /> 117,56<br /> <br /> Giá trị trung bình<br /> (µm)<br /> 84,51<br /> 102,76<br /> 116.48<br /> <br /> Bảng 2. Chiều dày phoi của phương pháp gia công MQL<br /> Thời gian gia công<br /> 10 phút<br /> 20 phút<br /> 30 phút<br /> <br /> Lần đo 1<br /> (µm)<br /> 74,99<br /> 81,87<br /> 88,58<br /> <br /> Lần đo 2<br /> (µm)<br /> 74,19<br /> 78,41<br /> 89,08<br /> <br /> Lần đo 3<br /> (µm)<br /> 74,52<br /> 78,70<br /> 86,15<br /> <br /> Giá trị trung bình<br /> (µm)<br /> 74,56<br /> 79,66<br /> 87,93<br /> <br /> Bảng 3. Hệ số co rút phoi K (K=ap / a)<br /> Thời gian gia công<br /> 10 phút<br /> 20 phút<br /> 30 phút<br /> <br /> Gia công khô<br /> 0,976<br /> 1,186<br /> 1,348<br /> <br /> Gia công MQL<br /> 0,860<br /> 0,918<br /> 1,011<br /> <br /> K<br /> 1.5<br /> <br /> Khô<br /> MQL<br /> <br /> 1<br /> <br /> Thời gian gia công<br /> (phút)<br /> <br /> 0.5<br /> <br /> 0<br /> <br /> 10<br /> <br /> 20<br /> <br /> 30<br /> <br /> Đồ thị 1. Hệ số co rút phoi khi gia công khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu.<br /> <br /> 128<br /> <br /> 133Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Chu Ngọc Hùng và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 104(04): 127 - 130<br /> <br /> + Kích thước và hình ảnh phoi nhận được sau gia công bằng phương pháp gia công khô và gia<br /> công có sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu<br /> <br /> H1.a Sau 10 phút gia công khô<br /> <br /> H1.b Sau 10 phút gia công MQL<br /> <br /> H1.c Sau 20 phút gia công khô<br /> <br /> H1.d Sau 20 phút gia công MQL<br /> <br /> H1.e Sau 30 phút gia công khô<br /> <br /> H1.f Sau 30 phút gia công MQL<br /> <br /> Thảo luận kết quả<br /> Từ ảnh SEM và đồ thị cho thấy:<br /> Do chiều sâu cắt nhỏ vận tốc cắt lớn nên phoi<br /> hình thành trong cả hai phương pháp gia công<br /> đều là phoi dây.<br /> Sự hình thành phoi ở đây cũng giống như khi<br /> tiện thường, khi dao dịch chuyển các phần tử<br /> kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi sau đó bị biến<br /> dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần<br /> <br /> cho đến khi bị lực liên kết bên trong của các<br /> phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự<br /> xếp lớp của các phần tử phoi. Qua hình ảnh<br /> nhận được từ kính hiển vi điện tử đã cho thấy<br /> rõ các lớp của phoi.<br /> Bảng 3 cho thấy hệ số co rút phoi đều tăng tỷ<br /> lệ thuận với thời gian gia công ở cả hai<br /> phương pháp gia công. Có thể giải thích hiện<br /> tượng này là do dụng cụ cắt càng bị mòn thì<br /> 129<br /> <br /> 134Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Chu Ngọc Hùng và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> ma sát càng tăng dẫn đến nhiệt cắt và biến<br /> dạng của phoi tăng.<br /> Với phương pháp gia công khô, phoi bị biến<br /> dạng nhiều hơn nên hệ số co rút phoi lớn hơn.<br /> Với phương pháp gia công có sử dụng bôi<br /> trơn làm nguội tối thiểu biến dạng phoi nhỏ<br /> hơn rõ rệt, điều này chứng tỏ dung dịch trơn<br /> nguội có tác dụng làm giảm ma sát giữa phoi<br /> với mặt trước của dao, giữa phôi với mặt sau<br /> của dao... do đó sẽ làm giảm nhiệt cắt và hệ<br /> số co rút phoi giảm.<br /> KẾT LUẬN CHUNG<br /> Qua nghiên cứu thực nghiệm tác giả đã chứng<br /> minh được ưu điểm của phương pháp bôi trơn<br /> tối thiểu so với gia công khô khi áp dụng vào<br /> quá trình tiện cứng qua chỉ số về độ biến dạng<br /> của kim loại, đặc trưng bởi hệ số co rút phoi.<br /> Đã chứng minh được khả năng bôi trơn của<br /> dầu thực vật là khả thi khi sử dụng làm dung<br /> dịch bôi trơn làm nguội cho phương pháp bôi<br /> trơn làm nguội tối thiểu.<br /> <br /> 104(04): 127 - 130<br /> <br /> Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn<br /> làm nguội tối thiểu tới quá trình gia công vật<br /> liệu là thép 9CrSi có thể áp dụng trực tiếp<br /> hoặc dùng để tham khảo khi gia công các loại<br /> thép khác.<br /> Đưa ra hướng dẫn công nghệ để quá trình tạo<br /> phoi thuận lợi nhất.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Trần Minh Đức; Nghiên cứu ứng dụng công<br /> nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu trong gia công<br /> cắt gọt; B2005 - 01- 61TĐ.<br /> [2]. Bành Tiến Long,Trần Thế Lục; Nguyên lý gia<br /> công vật liệu; Nxb Khoa học kỹ thuật – Hà Nội<br /> 2001.<br /> [3]. Nguyễn Đăng Bình, Trần Minh Đức, Lê Thái<br /> Sơn (2011), “Ảnh hưởng của áp suất nén dung<br /> dịch MQL đến tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện<br /> cứng thép 9XC bằng dao CBN”, Tạp chí Khoa học<br /> và Công nghệ, Đại học Thái Nguyên, Tập 88, số<br /> 12, trang 185 – 190.<br /> <br /> SUMMARY<br /> STUDY THE EFFECTS OF MINIMUM QUANTITY LUBRICANT (MQL)<br /> ON SHAVINGS CREATED PROCESS<br /> WHEN TURNING TEMPERED STEEL 9CrSi<br /> Chu Ngoc Hung, Nguyen Dang Binh*<br /> College of Technology - TNU<br /> The article introduces a technological solution to improve condition of hard turning and increase<br /> effectiveness of metal cutting machining process using Minimum Quantity Lubricant (MQL);<br /> simultaneously, giving conclusions on deformation of metals and metal shavings created process<br /> when turning tempered steel 9CrSi with applying MQL.<br /> Keywords: Minimum Quantity Lubricant, steel 9CrSi, metal shavings created<br /> <br /> Ngày nhận bài:01/4/2013, ngày phản biện:15/4/2013, ngày duyệt đăng: 24/4/2013<br /> *<br /> <br /> Tel: 0913 286661<br /> <br /> 130<br /> <br /> 135Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br />