Đang tải... (xem toàn văn)
ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL) ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔ
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -------------- o0o ------------- LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL) ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔI HOÀNG XUÂN TỨ THÁI NGUYÊN, 2009 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -------------- o0o ------------- LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL) ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔI CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ: HỌC VIÊN: HOÀNG XUÂN TỨ NGƯỜI HD KHOA HỌC: TS. TRẦN MINH ĐỨC THÁI NGUYÊN, 2009 - 3 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Tên hình Nội dung 1 Hình 1.1 Các loại phoi 2 Hình 1.2 Quá trình hình thành phoi khi tiện thường 3 Hình 1.3 Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép 4 Hình 1.4 Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng 5 Hình 1.5 Sơ đồ nguồn gốc lực cắt 6 Hình 1.6 Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt cắt 7 Hình 1.7 Quan hệ giữa θ và v 8 Hình 1.8 Quan hệ giữa chiều dày cắt và nhiệt cắt 9 Hình 1.9 Quan hệ giữa nhiệt cắt với b 10 Hình 1.10 Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt 11 Hình 1.11 Mài mòn mặt sau 12 Hình 1.12 Mài mòn Crater 13 Hình 1.13 Các dạng mài mòn chính khi tiện 14 Hình 1.14 Dẫn dung dịch lên chi tiết gia công 15 Hình 1.15 Dẫn dung dịch lên mặt trước dao 16 Hình 1.16 Dẫn dung dịch vào mặt sau của dao 17 Hình 1.17 Dẫn dung dịch kết hợp mặt trước và mặt sau của dao 18 Hình 2.1 Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao 19 Hình 2.2 Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao 20 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý đầu phun 21 Hình 3.2 Đầu phun 22 Hình 3.3 Máy nén khí 23 Hình 3.4 Máy đo nhám cầm tay Mitutoyo SJ-201 24 Hình 3.5 Kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi, Nhật Bản 25 Hình 3.6 Thân dao MTENN 2020 K16-N (hãng KANELA) 26 Hình 3.7 Mảnh dao CBN: TPGN 160308 - 4 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 27 Hình 3.8 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút 28 Hình 3.9 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. 29 Hình 3.10 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút. 30 Hình 3.11 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. 31 Hình 3.12 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút 32 Hình 3.13 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. 33 Hình 3.14 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút. 34 Hình 3.15 Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau u và thời gian cắt khi gia công khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu 35 Hình 3.16 Biểu dồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép 36 Hình 3.17 Quan hệ giữa nhám bề mặt Ra và thời gian cắt khi gia công khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu - 5 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI NÓI ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong quá trình gia công, mòn dụng cụ cắt là nguyên nhân dẫn đến dụng cụ cắt bị phá huỷ. Các nghiên cứu ngày nay đã phát triển công nghệ gia công theo xu hướng nâng cao vận tốc cắt và tốc độ chạy dao. Việc tăng tốc độ cắt và tốc độ chạy dao đồng nghĩa với nhiệt cắt sinh ra là rất lớn, điều này không chỉ làm giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt mà chất lượng của sản phẩm cũng bị giảm đi. Người ta sử dụng dung dịch trơn nguội nhằm giải quyết vấn đề này. Bởi vì dung dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát trong vùng cắt, tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. Đảm bảo nhiệt độ làm việc của môi trường thấp và ổn định. Giúp vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng. Tuy nhiên, sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công hiện nay cho thấy nhược điểm của nó là gây ô nhiễm môi trường và độc hại đối với lao động. Do vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu (Minimum Quantity Lubricant - MQL) cho quá trình gia công là cần thiết và cần được phát triển. Phương pháp bôi trơn tối thiểu sử dụng dầu thực vật làm dung dịch bôi trơn với lưu lượng khoảng từ 50 - 500 ml/1 giờ, nhỏ hơn rất nhiều so với phương pháp tưới tràn (có thể lên tới 10l/phút). Quan niệm về phương pháp bôi trơn tối thiểu cũng gần giống với phương pháp gia công khô và phương pháp bôi trơn cực tiểu được đề ra với ý nghĩa bảo vệ môi trường và người lao động. Ngoài ý nghĩa đó phương pháp này còn mang lại các hiệu quả về kinh tế do tiết kiệm được dầu bôi trơn, giảm thời gian làm sạch phôi, dụng cụ cắt và máy móc. Hiện nay, phương pháp tiện khô không bôi trơn làm nguội đã trở nên thông dụng trong sản xuất công nghiệp khi gia công các loại thép có độ cứng cao, đặc trưng của phương pháp này là năng lượng sử dụng cho quá trình cắt rất lớn. Điều này được chứng minh khi so sánh với phương pháp tưới tràn truyền thống, lực cắt nhỏ hơn và nhiệt sinh ra trong quá trình cắt cũng nhỏ hơn so với phương pháp gia công khô. Do vậy, khi sử dụng phương pháp gia công khô sẽ làm giảm - 6 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn tuổi thọ của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi gia công tinh lần cuối, để có thể gia công được phải giảm tốc độ chạy dao và chiều sâu cắt, dẫn đến năng suất cắt giảm xuống. Việc áp dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng sẽ làm tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt cũng như chất lượng bề mặt khi gia công tinh lần cuối. Ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng hầu như chưa được quan tâm. Với những lợi ích về môi trường, kinh tế và ý nghĩa khoa học mà phương pháp này mang lại em thấy cần thiết khi chọn đề tài nghiên cứu: "Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi". 2. Mục đích nghiên cứu Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm nhằm: Nghiên cứu so sánh giữa phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam với phương pháp gia công khô. Qua đó đánh giá được những ưu nhược điểm của bôi trơn tối thiểu và gia công khô khi tiện cứng. 3. Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ bôi trơn tối thiểu khi áp dụng cho quá trình tiện cứng. Ở đây chỉ nghiên cứu tiện cứng thép 9XC đã qua tôi đạt độ cứng 55 - 60 HRC, sử dụng dao gắn mảnh CBN. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nguyên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm, trong đó nghiên cứu thực nghiệm là chủ yếu. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài a.Ý nghĩa khoa học. Nghiên cứu ứng dụng thành công công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện sẽ đóng góp thêm các kiến thức về công nghệ gia công cắt gọt. Cung cấp thêm các kiến thức về cơ chế mòn của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi tiện cứng. b.Ý nghĩa thực tiễn. - 7 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Công nghệ tiện cứng ngày nay được áp dụng rất rộng rãi nhằm thay thế cho nguyên công mài vốn rất tốn kém. Khi tiện cứng người ta thường sử dụng phương pháp gia công khô. Nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả của quá trình tiện cứng với việc ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu sẽ làm giảm ma sát trong vùng cắt dẫn đến giảm được mòn dụng cụ cắt, đồng thời nâng cao chất lượng của bề mặt chi tiết gia công. Áp dụng phương pháp này với việc sử dụng dầu thực vật của Việt Nam sẽ làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tác hại đối với công nhân vận hành máy và lượng tiêu tốn dung dịch bôi trơn là rất ít. Từ những hiệu quả về kỹ thuật của phương pháp này khi áp dụng vào thực tế sản xuất sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn. 6. Nội dung của đề tài Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của đề tài gồm 3 chương và phần kết luận chung. Chương 1: Tổng quan. Nội dung chính là tìm hiểu một số lý thuyết cơ bản về quá trình tiện và bôi trơn làm nguội. Tổng hợp từ các nghiên cứu đã có, định hướng vấn đề nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết Nghiên cứu lý thuyết về bôi trơn tối thiểu khi tiện và bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng. Giới hạn vấn đề nghiên cứu, mục đích và phương pháp nghiên cứu. Chương 3: Nghiên cứu so sánh giữa phương pháp bôi trơn tối thiểu và phương pháp gia công khô khi tiện tinh thép 9XC đã qua tôi. Nội dung chính bao gồm: - Nghiên cứu so sánh giữa bôi trơn làm nguội tối thiểu và gia công khô khi tiện tinh cứng qua các chỉ tiêu về chất lượng bề mặt, lượng mòn dao, cơ chế mòn, để từ đó tìm được các ưu điểm nổi trội của phương pháp bôi trơn tối thiểu. - Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam áp dụng vào quá trình tiện cứng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu. Kết luận chung. 7. Kết quả của đề tài - 8 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Đã tìm hiểu được một số lý thuyết cơ bản về bôi trơn làm nguội trong cắt gọt, đặc biệt là bôi trơn tối thiểu trong quá trình tiện cứng. - Sử dụng thành công dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam vào tiện cứng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu. - Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của phương pháp tiện tinh cứng sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu so với tiện khô. 8. Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: - TS. Trần Minh Đức, thầy giáo đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. - Phòng Thí nghiệm Kỹ thuật cơ khí và Động lực - Trung tâm thí nghiệm - Trường ĐHKT Công nghiệp; Phòng Thí nghiệm Vật lý - Khoa Vật lý - Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên và các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ học viên hoàn thành luận văn này. Thái Nguyên, ngày 28 tháng 04 năm 2009 Học viên Hoàng Xuân Tứ - 9 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 1.1.1. Khái niệm và phân loại phoi * Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại rất phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy. Quá trình cắt kim loại là quá trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công. Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lượng dư gia công cơ. Lớp kim loại đã bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt. * Phân loại phoi. - 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 lớn. - Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia công thép và các vật liệu dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước nhỏ. - 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 nhỏ. Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước lớn thì phoi vụn (hình 1.2d) có hình dạng không giống nhau được hình thành. - 10 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 1.1. Các loại phoi 1.1.2. Quá trình hình thành phoi khi tiện thƣờng. Qua nghiên cứu quá trình tiện nói chung thì thực tế phoi được phoi được tánh ra khỏi chi tiết khi cắt không theo phương của vận tốc cắt v (tức là phương lực tác dụng). Phoi khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do; kích thước của phoi bị thay đổi so với lớp cắt khi còn trên chi tiết (hình 3.1). Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.1a), 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). a P a) a P C B a P C B a P C B c) b) d) a b bF aF V V LF L Hình 1.2: Quá trình hình thành phoi khi tiện thường [...]... nghiên cứu Ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng chưa được nghiên cứu Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu một cách có hiệu quả trong điều kiện cụ thể ở nước ta, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu "Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi" Số hóa bởi Trung tâm Học... CỨU PHƢƠNG PHÁP BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI TIỆN CỨNG 2.1 BÔI TRƠN - LÀM NGUỘI TỐI THIỂU 2.1.1 Bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện Đối với quá trình tiện thường nói chung, khi tiện thô thì chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt nhỏ Khi áp dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu vào quá trình tiện phải đảm bảo sao cho dung dịch có thể xâm nhập được vào vùng cắt để phát huy tối đa tính bôi trơn và làm nguội Trong... nhiệt cắt ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng lớp bề mặt gia công và khả năng cắt gọt của dao, còn ảnh hưởng đáng kể đến máy và đồ gá trong hệ thống công nghệ 1.3.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt cắt khi tiện a Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến nhiệt cắt Các tính chất về cơ học và nhiệt của vật liệu gia công có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt cắt Nhiệt cắt thấp hơn khi gia... 1.3.1 Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt khi tiện Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt thường được nghiên cứu theo 3 quan điểm: Theo độ chính xác gia công Theo chất lượng bề mặt đã gia công Theo khả năng cắt của dao * Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia công Độ chính xác gia công khi cắt gọt được quyết định bởi vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công trong quá trình cắt Do... cắt cần thiết để cắt gang (vật liệu dòn) nhỏ hơn khi cắt thép (vật liệu dẻo) bởi vì khi cắt gang công biến dạng nhỏ và hệ số ma sát của gang cũng nhỏ hơn của thép * Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt v, s, t; độ cứng vững của hệ thống công nghệ; có hay không tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt Ở đây ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt. .. trong công thức tính lực cắt ta thường bỏ qua yếu tố v + Ảnh hưởng của dụng cụ cắt đến lực cắt Thực tế cho thấy vật liệu chế tạo dao và thông số hình học của dao có ảnh hưởng trực tiếp đến lực cắt Qua khảo sát bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu liên quan của dụng cắt đến lực cắt được biểu thị qua các hệ số điều chỉnh trong công thức kinh nghiệm tính lực cắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học... F d v,s,t - là độ bền vật liệu dao - là chế độ cắt Sau quá trình cắt, khi chi tiết về nhiệt độ thường, đường kính thực tế của chi tiết gia công sẽ là: Dt = D - (α.Δθ.D + ΔL) (1.8) * Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến chất lượng bề mặt gia công Chất lượng bề mặt đã gia công của chi tiết được đặc trưng bởi độ nhấp nhô bề mặt và tính chất cơ - lý lớp sát bề mặt Nhiệt cắt có ảnh hưởng chủ yếu đến sự thay đổi tính... bôi trơn tối thiểu với một số chất bôi trơn như Emuxi, dầu lạc và dầu D40 cho thấy những ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu Nghiên cứu của Nghiên cứu của TS Trần Minh Đức, ThS Phạm Quang Đồng [7] khi áp dụng bôi trơn tối thiểu cho quá trình phay rãnh bằng dao phay ngón cũng cho thấy những ưu điểm của phương pháp này như làm tăng tuổi bền của dụng cụ cắt, giảm thiểu ô nhiễm môi trường 1.6.3 Dự... hoá bền Nói chung các ảnh hưởng này đều theo chiều hướng bất lợi cho yêu cầu về cắt gọt * Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của dao Những kết quả nghiên cứu về cắt gọt cho thấy rằng khi cắt kim loại, đặc biệt khi cắt ở tốc độ cao thì yếu tố quyết định lớn nhất đến khả năng cắt của dao đó là nhiệt cắt, tiếp đến mới là ma sát Khả năng cắt gọt của dao được đánh gía bởi tuổi bền dao thông qua. .. cũng ảnh hưởng tới độ lớn của nhiệt cắt, ta dễ dàng nhận biết qua sự thay đổi của chiều dày cắt a và chiều rộng cắt b dẫn đến sự thay đổi mức độ biến dạng và khả năng tản nhiệt Để đặc trưng các ảnh hương này đến nhiệt cắt ta dùng các hệ số điều chỉnh nhiệt cắt Kφθ và KRθ Ngoài ra sự mài mòn của dụng cụ làm thay đổi hình dáng hình học phần cắt và góc độ dao cũng làm cho nhiệt cắt thay đổi Nói chung dụng . NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL) ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔI HOÀNG XUÂN TỨ. THẠC SỸ KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL) ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔI CHUYÊN NGÀNH:
