Đang tải... (xem toàn văn)
Bài báo với nội dung :Phân tích tribology trong gia công cắt gọt, cập nhật những kết quả nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học trên Thế giới về vấn đề Ma sát,mài mòn trong gia công cắt gọt. Bài báo đề cập đến hướng tiếp cận mới trong gia công cắt gọt theo hướng phân tích tribology quá trình cơ lý hóa xảy ra trong khi cắt gọt kim loại, trong đó phân tích sâu sắc quá trình lẹo dao, đưa ra những kết luận về mặt lý thuyết và đề cập đến những triển vọng áp dụng kết quả phân tích tribology vào thực tiễn..
ĐẶT VẤN ĐỀ Theo lý thuyết mòn truyền thống, gia công cắt gọt, xuất vị trí ma sát ngoài, đồng thời mặt trước dụng cụ, phoi, mặt sau dụng cụ bề mặt cắt bề mặt chi tiết gia công Công lực ma sát mặt trước mặt sau dụng cụ nguyên nhân gây mòn mặt dụng cụ Một phần đáng kể nhiệt lượng hình thành trình cắt có nguồn gốc từ trình ma sát Giá trị lực ma sát mặt trước dụng cụ xác định lượng co rút phoi lực cắt Trên khía cạnh khác, lực ma sát trình cắt, phụ thuộc vào điều kiện vùng gia công: nhiệt độ, giá trị đặc điểm ứng suất, trạng thái vật liệu v.v Ma sát gia công cắt gọt khác biệt đáng kể so với ma sát liên kết chi tiết máy thực điều kiện tải thường lớn (200 – 500 kgf/mm2) Nhiệt độ bề mặt chịu tải đạt đến 1000˚C; bề mặt chịu tải trượt tương với vận tốc lớn Ngày với tiến vượt bậc khoa học ma sát, mài mòn bôi trơn (Tribology) – khoa học nghiên cứu tác động tương hỗ bề mặt tiếp xúc điều kiện nhiệt độ áp suất xác định, nhà khoa học có điều kiện sâu vào nghiên cứu chất chế mòn gia công cắt gọt, để tìm lý giải cặn kẽ cho vấn đề Trong khuôn khổ tiểu luận, xin trình bày giải thích tác động tương hỗ phoi cắt dụng cụ sở lý thuyết Tribology theo hướng tiếp cận phân tích tải tác dụng xuất gia công cắt gọt kim loại nhà khoa học tổng kết thời gian gần I Lý thuyết mòn dụng cụ Trong thời gian gia công, dụng cụ gây biến dạng phôi, phần vật liệu bị cắt bỏ tách, thoát hình thành phoi Trong trình biến dạng xuất tải tác dụng dạng dạng nhiệt, mà theo thời gian chúng dẫn đến mòn phá hủy cấu trúc dụng cụ Theo lý thuyết mòn truyền thống, phá hủy cấu trúc dụng cụ có nguyên nhân từ ma sát xuất dụng cụ phoi, tức thân dụng cụ phoi trượt tiếp xúc không liên kết với Thế nghiên cứu chế phá hủy dụng cụ rằng, đặc điểm tải tác dụng nhiệt nêu trên, đặc biệt trình gia công vật liệu có độ bền cao diễn giải hoàn toàn khuôn khổ lý thuyết mòn truyền thống, mà xem xét tác dụng tương hỗ phoi dụng cụ Nghiên cứu ma sát, mài mòn trình gia công không bị giới hạn lần cắt hình thành phoi từ sau lần cắt Trên thực tế trình tiếp xúc xuất kết thúc lặp lại Phần phoi cắt bám dính vào bề mặt trước dụng cụ, sau lại tiếp tục cắt lần trước hoàn toàn trượt khỏi bề mặt dụng cụ Cơ chế mòn chủ yếu lặp lặp lại vết cắt (bản chất dịch chuyển phần tử vật liệu, tức trượt), mà ma sát Hình Trên hình hình biểu diễn trình gia công kim loại từ quan điểm khoa học ma sát, mài mòn, bôi trơn Hình cho thấy vùng vùng xảy lớp biến dạng (sơ khai) vật liệu gia công Vùng vùng phân chia, tức xảy điểm dừng trượt phoi, vùng chuyển động tương đối vật liệu phôi dụng cụ thực tế không Sự cắt vật liệu bắt đầu xảy vùng trượt sơ khai 1, vật liệu bắt đầu tách hình thành phoi Sau vùng trượt 2, phoi trượt tiếp xúc với bề mặt trước dao Dưới tác dụng lực tải học, phoi bám dính vào bề mặt trước dụng cụ Hình Phân tích tribology hình cho kết trực quan tượng xảy vùng trượt Thực nghiệm ra, miền A, cạnh cắt với tác dụng lực cắt lớn ép vào vật liệu, vật liệu bám dính vào dụng cụ Trong miền B vật liệu tiếp tục bám dính vào mặt trước dụng cụ Và miền C phoi bị cắt trượt khỏi mặt trước, đồng thời kết thúc tiếp xúc với phoi dụng cụ Trên hình cho thấy, vùng xảy trình trượt thứ theo mặt sau dụng cụ Quá trình xảy với trình tự không khác với cắt bám dính vật liệu vào mặt trước dụng cụ vùng Tuy nhiên, trình gia công số vật liệu vùng trượt theo mặt sau dụng cụ lại dẫn tới hóa bền bề mặt, tượng làm tăng tải tác dụng lên dụng cụ phôi II Phân tích hình thành lẹo dao cạnh cắt dụng cụ Thoạt đầu lớp vật liệu mỏng bám dính vào bề mặt trước dụng cụ, sau lớp vật liệu liên tục tích lũy Quá trình dẫn đến hình thành lẹo dao không mong muốn Nếu dụng cụ tích lũy lượng vật liệu đáng kể profin lưỡi cắt bị thay đổi Ngoài ra, lượng vật liệu tích lũy bị gãy vỡ dẫn đến làm khuyết tật lưỡi cắt Trường hợp xấu tượng tác dụng qua lại lẹo lưỡi cắt phôi Như trường hợp kể việc hình thành lẹo dao cản trở trình gia công tiên đoán kiểm soát Sự bám dính phoi vào bề mặt trước dụng cụ phụ thuộc vào phương diện trình gia công Một tải tác dụng nhiệt lớn vùng cắt gọt Khía cạnh khác vận tốc trượt nhỏ chuyển động tương đối phoi mặt trước dụng cụ thời điểm dừng chuyển động điểm kết thúc Khi vật liệu dụng cụ, phoi trượt tiếp xúc với điều kiện tải tác dụng học nhiệt độ lớn đồng thời dịch chuyển chậm, tạo nên điều kiện thuận lợi để hai vật liệu bám dính vào hình thành lẹo lưỡi cắt dao Hình Để giảm mức độ bám dính xác xuất hình thành lẹo dao can thiết phải giảm thời gian tiếp xúc phoi với mặt trước dụng cụ Giải pháp dễ nhận thấy tăng vận tốc cắt sử dụng dụng cụ có góc nhọn Vận tốc cắt tăng làm giảm thời gian tiếp xúc dụng cụ với vật liệu phôi Đồng thời nhiệt độ tăng tăng hệ việc tăng vận tốc làm cho giảm độ bền lẹo dao loại trừ hoàn toàn tượng Bên cạnh dụng cụ nhọn có góc trước lớn, nhờ điều mà phoi dịch chuyển khoảng độ dài lớn chu kỳ thời gian thiết lập sẵn, điều đồng nghĩa với việc phoi dịch chuyển nhanh III Phân tích đặc tính vật liệu Lĩnh vực nghiên cứu ma sát, mài mòn, bôi trơn dành nhiều quan tâm cách không lâu, khoảng 20 năm trước vật liệu có khuynh hướng dẫn tới tượng hình thành lẹo dao gia công Ví dụ gia công loại thép có hàm lượng bon cao, tượng hình thành lẹo dao vấn đề đáng kể Việc sử dụng thông số gia công phù hợp cho phép tránh khỏi bám dính vật liệu chống lại tượng hình thành lẹo dao Ngoài ra, gia công vật liệu có phoi ngắn, gang chẳng hạn, vấn đề nêu chí không tồn Trường hợp ngược lại, gia công vật liệu có phoi dài lại đòi hỏi thời gian tiếp xúc phoi dụng cụ lâu hơn, việc tạo nên nguy bổ sung cho trình hình thành lẹo dao Trong gia công vật liệu thuộc nhóm loại thép hàm lượng bon thấp loại nhôm xác xuất tạo thành lẹo dao lại lớn Hình Hầu hết lẹo dao tạo thành gia công vật liệu có độ dẻo, độ mài mòn, độ nhạy cảm với bám dính cao Trong số ví dụ kể đến vật liệu sử dụng công nghiệp lượng hàng không vũ trụ hợp kim Titan, hợp kim Niken loại hợp kim chịu nhiệt Thêm nữa, yếu tố khác ảnh hưởng trực tiếp đến hình thành lẹo dao phải kể đến tải tác dụng học nhiệt độ, yếu tố mà thường xuất gia công hợp kim bền có khả truyền nhiệt Đó chưa kể đến cắt vật liệu này, vận tốc cắt thường mức thấp trung bình Ngoài cách tăng vận tốc cắt sử dụng dao cắt nhọn hơn, tồn số biện pháp chống lại việc hình thành lẹo dao Cơ sở giải pháp cải thiện chất lượng bề mặt dụng cụ Trên thực tế tồn hai cách tiếp cận vấn đề trái ngược Theo hướng thứ nhất, bề mặt dụng cụ nhẵn, trơn trình trượt tiếp xúc phoi tương mặt trước dụng cụ tạo lượng Khi nhiệt độ thấp tiếp xúc làm giảm khuynh hướng tạo thành lẹo dao Theo hướng thứ hai, tức theo quan điểm ngược lại, nhấp nhô tế vi bề mặt dụng cụ với đỉnh nhấp nhô tế vi lớn đảm bảo tiếp xúc phoi mặt trước dụng cụ, cách giảm xác xuất bám dính Tuy nhiên chưa hướng tiếp cận số minh chứng tính đắn điều kiều kiện bất kỳ, nên phụ thuộc vào điều kiện cụ thể, sử dụng hai hướng đạt hiệu IV Kết luận: Những nghiên cứu lý thuyết lĩnh vực Tribology yếu tố dụng cụ công nghệ, được đặt để giải vấn đề hình thành lẹo dao nhằm hướng tới việc đảm bảo chất lượng bề mặt gia công theo yêu cầu đặt từ khách hàng Ngoài yêu cầu đặt kích thước hình dạng, chất lượng chi tiết thường xác định độ nhám bề mặt Chất lượng bề mặt tiêu cao nhất, đặc biệt công nghiệp hàng không vũ trụ nguyên tử, mà phần lớn khuyết tật gia công thường dẫn tới hình thành nứt chi tiết chịu tải thiết bị bay thiết bị sản xuất lượng Sự hình thành lẹo dao làm giảm chất lượng bề mặt gia công chi tiết dẫn tới cần thiết phải thường xuyên thay dụng cụ Những nghiên cứu rộng rãi lĩnh vực ma sát, mài mòn, bôi trơn (tribology) cho phép giảm xác xuất hình thành lẹo dao hạn chế hệ Mức độ thành công đo mối quan hệ giá thành khả sản xuất, cụ thể giá thành sản xuất 1mm2 bề mặt chi tiết chuẩn xác theo yêu cầu Trong khoảng năm trở lại đây, tỉ lệ giá thành khả sản xuất gia công tinh Titan giảm khoảng 20 lần Lĩnh vực nghiên cứu, khai thác vật liệu biên dạng hình học dụng cụ dành thành công định, để đạt kết tốt hai yếu tố cần kết hợp cân nhắc kỹ lưỡng Ý nghĩa chế ma sát, mài mòn tác động trình sử dụng dụng cụ cho phép người vận hành điều khiển tượng, hình thành lẹo dao, để đạt độ nhám bề mặt theo yêu cầu đặt với chi phí nhỏ xuất lợi nhuận cao V Triển vọng áp dụng kết nghiên cứu ma sát, mài mòn, bôi trơn gia công cắt gọt Ngày kết nghiên cứu tribology sử dụng chế tạo khai thác dụng cụ cắt trình gia công cắt gọt Đứng quan điểm gia công cắt gọt, việc sử dụng vận tốc cắt lớn biên dạng hình học cạnh cắt nhọn thường cho phép kiểm soát hình thành lẹo dao hiệu Bên cạnh đó, thay đổi yếu tố hình học dụng cụ, chí sử dụng dụng cụ với góc cắt dương, giải pháp khác cho phép rút phoi từ phôi Phủ bề mặt dụng cụ phương pháp kiểm chứng giảm bám dính vật liệu dụng cụ cắt Lớp phủ với tính bôi trơn tốt TiN thường sử dụng gia công loại thép để tạo điều kiện thuận lợi, dễ dàng cho tách thoát phoi Chẳng hạn lớp phủ kim cương thường tiến hành dụng cụ gia công loại hợp kim nhôm Thời gian gần tiến hành chế tạo khai thác dụng cụ cắt nhà khoa học lĩnh vực chế tạo máy dành nhiều quan tâm đến vai trò lớp phủ để hạn chế hình thành lẹo dao Ví dụ lớp phủ hệ Seco Duratomic phương pháp CVD sở oxit nhôm tạo thành sở nguyên lý tribology Dựa nghiên cứu tác động qua lại phôi dụng cụ cắt trình bày kỹ sư – nhà chế tạo thay đổi thành phần lớp phủ theo hướng có lợi cho chất lượng sản phẩm gia công Công nghệ lớp phủ Seco khác quan tâm nay, công nghệ lớp phủ hệ phương pháp PVD – lớp phủ màu kim loại bạc, thiết kế cho mảnh hợp kim dao phay MS2050 Lớp phủ có đặc tính khác biệt tính chịu nhiệt loại bỏ phần lớn hình thành lẹo dao gia công vật liệu nhớt, Titan Loại bỏ tượng lẹo dao khiến cho thời hạn sử dụng mảnh hợp kim tăng lên tới khoảng 50%, chúng làm việc chế độ gia công cắt gọt khắc nghiệt so sánh tương quan với dụng cụ trước Những nghiên cứu chủ yếu lĩnh vực Tribology hướng tới việc xem xét tượng có ảnh hưởng tới suất gia công, lẹo dao chẳng hạn Trong số trường hợp lớp vật liệu mỏng phôi bề mặt dụng cụ làm chậm phát triển mòn Vấn đề gặp khó khăn chỗ để đạt chiều dày lớp vật liệu bảo vệ nêu trên, mà giới hạn không gây ảnh hưởng đáng kể tới biên dạng hình học dao bám dính chặt vào bề mặt dụng cụ Nhờ việc thường xuyên đưa vào sử dụng hợp kim có hiệu cao, việc gia công chúng thúc đẩy nhiệm vụ lĩnh vực Tribology Khoa học ma sát, mài mòn bôi trơn thực phát triển động lĩnh vực cắt gọt kim loại Những kết nghiên cứu lĩnh vực khoa học ma sát, mài mòn, bôi trơn thực có giá trị kỹ sư sử dụng chế tạo dụng cụ cắt gọt, phương pháp công nghệ gia công Đây thực bước tiến lớn Khoa học ma sát, mài mòn bôi trơn Tài liệu tham khảo PGS.TS Nguyễn Doãn Ý Giáo trình ma sát, mài mòn, bôi trơn – Nhà xuất Khoa học – kỹ thuật; GS.TS Trần Văn Địch Nguyên lý cắt kim loại – Nhà xuất Khoa học – kỹ thuật; Nguồn internet: http://metallicheckiyportal.ru/articles/obrabotka/wolfram/fizicheskie_osoben nosti_processa_rezania_splavov_vo/3; Производственный журнал по металлообработке ЭМО «Экспозиция Металлообработка», №5 2015г ...I Lý thuyết mòn dụng cụ Trong thời gian gia công, dụng cụ gây biến dạng phôi, phần vật liệu bị cắt bỏ tách, thoát hình thành phoi Trong trình biến dạng xuất tải tác dụng dạng... cụ Hình Phân tích tribology hình cho kết trực quan tượng xảy vùng trượt Thực nghiệm ra, miền A, cạnh cắt với tác dụng lực cắt lớn ép vào vật liệu, vật liệu bám dính vào dụng cụ Trong miền B vật... với dụng cụ trước Những nghiên cứu chủ yếu lĩnh vực Tribology hướng tới việc xem xét tượng có ảnh hưởng tới suất gia công, lẹo dao chẳng hạn Trong số trường hợp lớp vật liệu mỏng phôi bề mặt dụng