Nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu tới nhấp nhô bề mặt và tuổi bền mũi khoan khi khoan thép gió φ 12 do nhà máy dụng cụ cắt hà nội chế tạo
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.36 MB, 99 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------------------
Nguyễn Văn Cừ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU
TỚI NHẤP NHÔ BỀ MẶT VÀ TUỔI BỀN MŨI KHOAN KHI
KHOAN THÉP CT3 BẰNG MŨI KHOAN THÉP GIÓ Ф12
DO NHÀ MÁY DỤNG CỤ CẮT HÀ NỘI CHẾ TẠO
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHẾ TẠO MÁY
Vũng Tàu-2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------------------
Nguyễn Văn Cừ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU
TỚI NHẤP NHÔ BỀ MẶT VÀ TUỔI BỀN MŨI KHOAN KHI
KHOAN THÉP CT3 BẰNG MŨI KHOAN THÉP GIÓ Ф12
DO NHÀ MÁY DỤNG CỤ CẮT HÀ NỘI CHẾ TẠO
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHẾ TẠO MÁY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Nguyễn Trọng Bình
Vũng Tàu-2011
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của
cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kết hợp nghiên cứu thực
nghiệm và dưới sự hướng dẫn khoa học của:
PGS.TS. Nguyễn Trọng Bình
Các số liệu, mô hình thực nghiệm và kết quả tính toán trong luận văn là
trung thực, chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào trước khi trình luận
văn, bảo vệ và công nhận bởi “Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ”.
LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Trọng Bình đã tận tình hướng dẫn
trong quá trình thực hiện luận văn và quý thầy cô Viện Cơ khí, Viện Đào tạo sau
đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã truyền dạy những kiến thức quý
báu trong chương trình cao học và giúp đỡ hỗ trợ để hoàn thành bản luận văn.
Tôi cũng xin được cảm ơn Trường Cao đẳng nghề Dầu Khí và Tập Đoàn
Dầu Khí Quốc Gia Việt Nam đã tổ chức khóa cao học và hỗ trợ học phí để tôi có
điều kiện hoàn thành khóa cao học và đủ điều kiện tham gia bảo vệ luận văn thạc
sỹ.
Trân trọng cảm ơn!
Vũng tàu, ngày 22 tháng 09 năm 2011
Tác giả
Nguyễn Văn Cừ
-0-
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
00
Lời cam đoan
0
Mục lục
1
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
7
Danh mục các bảng
10
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
11
MỞ ĐẦU
13
CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CẮT GỌT 18
1.1.BẢN CHẤT QUÁ TRÌNH TẠO PHOI
18
1.1.1.Quá trình tạo phoi
18
1.1.2.Các dạng phoi
20
1.1.3.Hiện tượng lẹo dao khi cắt
21
1.1.3.1.Ảnh hưởng của tốc độ cắt
21
1.1.3.2.Ảnh hưởng của vật liệu gia công
22
1.1.3.3.Ảnh hưởng của chiều dày cắt
22
1.1.4.Sự co rút phoi
23
1.1.4.1. Ảnh hưởng của vật liệu gia công
24
1.1.4.2. Ảnh hưởng của góc cắt
24
Trang 1
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
1.1.4.3. Ảnh hưởng của góc nghiêng chính
24
1.1.4.4. Ảnh hưởng của chế độ cắt
25
1.1.5. Lớp biến cứng khi tạo phoi
25
1.2. NHIỆT CẮT VÀ SỰ PHÂN PHỐI CỦA NHIỆT CẮT TRONG QUÁ TRÌNH
GIA CÔNG
26
1.2.1. Nhiệt cắt
26
1.2.1.1. Nhiệt sinh ra trong miền tạo phoi
26
1.2.1.2. Nhiệt sinh ra trên bề mặt tiếp xúc của phoi và mặt trước của dao
26
1.2.1.3. Nhiệt sinh ra trên bề mặt sau tiếp xúc với mặt cắt
27
1.2.1.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt
29
1.2.2. Sự phân bố của nhiệt cắt
33
1.2.2.1. Nhiệt truyền vào chi tiết gia công
33
1.2.2.2. Nhiệt truyền vào dụng cụ
34
1.2.2.3. Nhiệt truyền vào phoi
34
1.2.2.4. Nhiệt truyền vào môi trường
34
1.3. QUÁ TRÌNH MÒN DAO KHI GIA CÔNG
36
1.3.1. Qúa trình mòn của dụng cụ
36
1.3.2. Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ
36
1.3.2.1. Mòn theo mặt sau
36
1.3.2.2. Mòn theo mặt trước
36
1.3.2.3. Mòn mặt trước-mặt sau
37
Trang 2
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
1.3.2.4. Mòn tù lưỡi cắt
1.3.3. Bản chất vật lý của sự mài mòn dụng cụ
37
37
1.3.3.1. Mòn hạt mài
38
1.3.3.2. Mòn tiếp xúc
38
1.3.3.3. Mòn khuếch tán
38
1.3.3.4. Mòn ô-xy hóa
38
1.3.3.5. Mòn chảy dính
39
1.3.4. Quy luật mài mòn của dụng cụ
39
1.3.5. Các chỉ tiêu đánh giá sự mài mòn của dụng cụ
40
1.4.
1.3.5.1. Mòn tối ưu
41
1.3.5.2. Mòn công nghệ
42
ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KHI KHOAN
42
1.4.1. Các thông số cơ bản của dao khoan
42
1.4.1.1. Các thông số cơ bản của chế độ cắt
43
1.4.1.2. Các thông số hình học cơ bản của dao khoan
45
1.4.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt khi khoan
49
1.4.2.1. Quá trình tạo phoi khi khoan
49
1.4.2.2. Nhiệt cắt khi khoan
50
1.4.2.3. Lực cắt khi khoan
51
1.4.2.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến lực cắt khi khoan
54
1.4.2.5. Sự mài mòn của dao khoan
56
1.4.3. Mô hình quá trình khoan
57
Trang 3
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
1.4.4. Những ảnh hưởng của các thông số tới tuổi bền của dao khoan
57
1.4.4.1. Mòn và tuổi bền của dao khoan
57
1.4.4.2. Ảnh hưởng của vật liệu và hình dáng hình học đến tuổi bền của dao 58
1.4.5. Mối quan hệ giữa các thông số
59
1.4.5.1. Quan hệ giữa tuổi bền và vận tốc cắt
59
1.4.5.2. Quan hệ giữa lượng mòn của dao khoan với thời gian cắt
60
1.4.5.3. Quan hệ giữa độ mòn và độ nhám với áp suất phun làm mát
62
1.4.6. Phương pháp xác định tuổi bền của dao khoan
63
1.4.7. Giới hạn vấn đề nghiên cứu
63
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG I
64
CHƯƠNG II - CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI
65
2.1. VAI TRÒ CỦA CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TRONG GIA CÔNG
CẮT GỌT
65
2.1.1. Tác dụng bôi trơn của dung dịch
65
2.1.2. Tác dụng làm nguội của dung dịch
66
2.1.3. Tác dụng làm sạch thiết bị
67
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI
67
2.2.1. Gia công khô
67
2.2.2. Bôi trơn - làm nguội theo kiểu tưới tràn
67
2.2.3. Bôi trơn – làm nguội tối thiểu
68
2.2.4. Giảm nhiệt vùng cắt bằng dòng khí lạnh
68
2.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI KHOAN
69
Trang 4
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
2.4. ƯU ĐIỂM CỦA BÔI TRƠN – LÀM NGUỘI TỐI THIỂU KHI KHOA
69
KẾT LUẬN CHƯƠNG II
70
CHƯƠNG III - NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI
TỐI THIỂU TỚI NHẤP NHÔ BỀ MẶT VÀ TUỔI BỀN MŨI KHOAN KHI
KHOAN BẰNG THỰC NGHIỆM
72
3.1. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
72
3.1.1. Mô hình thí nghiệm
72
3.1.1.1. Đặt vấn đề
72
3.1.1.2. Sơ đồ thí nghiệm
72
3.1.1.3. Mô hình thí nghiệm
73
3.1.2. Điều kiện thí nghiệm
73
3.2. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ
74
3.2.1. Bôi trơn tưới tràn và bôi trơn tối thiểu P = 5 Kg/cm2
74
3.2.1.1. Phương pháp tiến hành thí nghiệm
74
3.2.1.2. Số liệu thí nghiệm và xử lý các số liệu thí nghiệm
75
3.2.1.3. So sánh bôi trơn tưới tràn và bôi trơn – làm nguội tối thiểu P = 5
Kg/cm2
3.2.2. Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu đến các thông số Δ và T
77
79
3.2.2.1. Xây dựng sơ đồ quy hoạch thực nghiệm
79
3.2.2.2. Phương pháp tiến hành thí nghiệm
79
3.2.2.3. Số liệu thí nghiệm và xử lý các số liệu thí nghiệm
79
3.2.3. Nhận xét
84
3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG III
84
Trang 5
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
CHƯƠNG IV - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 86
4.1. Kết luận của luận văn
86
4.1.1. Mục tiêu của luận văn
86
4.1.2. Định hướng thực hiện luận văn
87
4.1.3. Các vấn đề chính được giải quyết trong luận văn
87
4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo
88
TÀI LIỆU THAM KHẢO
90
PHỤ LỤC
91
PHỤ LỤC A:
HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM
91
PHỤ LỤC B:
SẢN PHẨM SAU THỰC NGHIỆM
92
PHỤ LỤC C:
BẢNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
93
Trang 6
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Số tt
Ký hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị tính
1
kbd
Mức độ biến dạng của phoi
2
Kms
Mức độ biến dạng của phoi do ma sát
3
aphoi
Chiều dày của phoi
4
K
Hệ số co rút phoi
5
Hv
Độ cứng tế vi
N/mm2
6
A
Công sinh ra trong quá trình cắt
Nm
7
Pz
Lực tiếp tuyến
N
8
V
Tốc độ cắt
m/ph
9
Vs
Tốc độ trượt
m/ph
10
Ps
Lực trong mặt phẳng trượt
Kg
11
F
Lực ma sát ở mặt trước của dao
Kg
12
F1
Lực ma sát ở mặt sau
Kg
13
VF
Tốc độ chuyển động của phoi ở mặt trước
m/ph
14
Q
Nhiệt cắt
k.cal/ph
15
θ
Nhiệt độ cắt
o
16
δ
Độ bền của vật liệu
N/mm2
17
HB
Độ cứng Brinen
Kg/mm2
18
φ
Góc nghiêng chính của dụng cụ cắt
0
19
S1
Diện tích truyền nhiệt ở mặt trước
mm2
20
q1
Dòng nhiệt hướng mặt trượt
kcal/ph
21
q2
Dòng nhiệt hướng mặt sau
kcal/ph
22
Qc
Nhiệt truyền vào chi tiết
kcal/ph
23
Qd
Nhiệt truyền vào dao
kcal/ph
24
Qm
Nhiệt truyền vào môi trường
kcal/ph
25
∆s
Lượng mòn dao theo mặt sau
mm
Mm
C
(độ)
Trang 7
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
26
T
Tuổi bền của dao
phút
27
Kml
Số lần mài lại của dụng cụ
28
D
Đường kính của dao
mm
29
n
Tốc độ quay của dụng cụ
v/ph
30
m
Chỉ số mũ ảnh hưởng tới tuổi bền của dao
31
xv
Chỉ số mũ ảnh hưởng đến lượng chạy dao
32
yv
Chỉ số mũ ảnh hưởng đến chiều sâu cắt
33
zv
Chỉ số mũ ảnh hưởng đến tốc độ cắt
34
Cv
Hệ số ảnh hưởng đến điều kiện cắt
35
Kv
Hệ số hiệu chỉnh chung về tốc độ cắt
36
Kmv
Hệ số ảnh hưởng của vật liệu gia công
37
Knv
Hệ số ảnh hưởng trạng thái của phôi
38
Kuv
Hệ số ảnh hưởng của vật liệu làm dao
39
Klv
Hệ số ảnh hưởng chiều sâu gia công
40
Sz
Lượng chạy dao răng
mm/răng
41
S
Lượng chạy dao vòng
mm/vòng
42
Sp
Lượng chạy dao phút
mm/ph
43
σb
Giới hạn bền của vật liệu gia công
kg/mm2
44
ω
Góc nghiêng rãnh xoắn của dao khoan
0
(Độ)
45
ψ
Góc nghiêng của lưỡi cắt ngang dao khoan
0
(Độ)
46
φ1
Góc nghiêng phụ
0
(Độ)
47
λ
Góc nâng của lưỡi cắt chính
0
(Độ)
48
γ
Góc trước của dụng cụ cắt
0
(Độ)
49
Px
Lực hướng trục
N
50
Py
Lực hướng kính
N
51
Mx
Mô-men xoắn
Nm
52
CM
Hệ số đặc trưng cho điều kiện khoan
53
CP
Hệ số đặc trưng cho vật liệu gia công
54
KM, KP
Hệ số tính đến diều kiện gia công khác
nhau
55
A1, A2
Hệ số phụ thuộc vào thực nghiệm
56
Rz
Độ nhám bề mặt gia công
Trang 8
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
57
P
Áp suất phun làm mát
Kg/cm2
58
N
Công suất của động cơ
KW
59
Qp
Nhiệt truyền vào phoi
kcal/ph
60
α
Góc sau phụ
0
61
Q
Lưu lượng chất làm mát
Lít/phút
(Độ)
Trang 9
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT
Số bảng
Nội dung
Trang
1
1.1
Các hệ số của lực cắt và mô men cắt
53
2
1.2
Tỷ lệ phần trăm của lực và mô men cắt ở các lưỡi cắt
53
3
1.3
Bảng góc nghiêng chính của dao khoan
55
4
2.1
Thành phần của một số dung dịch trơn nguội
66
5
3.1
Thành phần hóa học của thép gió
73
6
3.2
Thành phần hóa học và cơ tính của thép CT3 ở trạng thái
74
thường hóa
7
3.3
Ma trận thực nghiệm
79
8
3.4
Phương trình hồi quy thực nghiệm dạng ∆ = f(τ)
80
9
3.5
Phương trình hồi quy thực nghiệm dạng mũ ∆ = f(τ)
80
10
3.6
Bảng tổng hợp hệ số tốc độ mòn và áp suất
82
11
3.7
Bảng tổng hợp tuổi bền và áp suất
82
12
3.8
Phương trình hồi quy thực nghiệm dạng α = f(P) và T =
83
f(P)
13
C.1
Kết quả thí nghiệm đo độ mòn ∆ ở điểm P1
93
(P = 3 Kg/cm2)
14
C.2
Kết quả thí nghiệm đo độ mòn ∆ ở điểm P2
94
(P = 4 Kg/cm2)
15
C.3
Kết quả thí nghiệm đo độ mòn ∆ ở điểm P3
95
2
(P = 5 Kg/cm )
16
C.4
Kết quả thí nghiệm đo độ mòn ∆ khi tưới tràn
96
Trang 10
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT
Số hình
Nội dung
Trang
1
1.1
Quá trình tạo phoi
18
2
1.2
Xét sự biến dạng phoi
19
3
1.3
Các loại phoi
20
4
1.4
Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lẹo dao
22
5
1.5
Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến độ nhám
22
6
1.6
Mô tả sự co rút phoi
23
7
1.7
Ảnh hưởng của góc cắt đến co rút phoi
24
8
1.8
Nhiệt ma sát giữa dụng cụ và chi tiết
28
9
1.9
Ảnh hưởng của tôc độ cắt đến nhiệt độ
30
10
1.10
Nhiệt độ ở các loại vật liệu
30
11
1.11
Ảnh hưởng của góc nghiêng đến nhiệt độ
32
12
1.12
Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến sự phân bố nhiệt cắt
35
13
1.13
Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt
36
14
1.14
Quy luật mài mòn của dụng cụ
40
15
1.15
Các chỉ tiêu đánh giá sự mài mòn
41
16
1.16
Các thông số cơ bản của dao khoan
42
17
1.17
Kết cấu hình học của dao khoan
45
18
1.18
Thông số hình học của dao khoan
46
19
1.19
Lực cắt khi khoan
51
20
1.20
Ảnh hưởng của góc xoắn đến lực cắt
54
21
1.21
Ảnh hưởng của góc nghiêng chính đến lực cắt
54
22
1.22
Sự mài mòn mũi khoan
56
23
1.23
Mô hình quá trình khoan
57
24
1.24
Ảnh hưởng của vật liệu và hình dáng hình học đến tuổi
59
bền của dao
Trang 11
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
25
1.25
Ảnh hưởng của chiều dài đến tuổi bền của dao
59
26
1.26
Phạm vi tuổi bền của dụng cụ cắt
60
27
1.27
Phương pháp xác định tuổi bền của dao khoan
63
28
3.1
Sơ đồ thí nghiệm
72
29
3.2
Mô hình thí nghiệm
73
30
3.3
So sánh bôi trơn tưới tràn và bôi trơn tối thiểu với P = 5
78
Kg/cm2
31
3.4
Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm
79
32
3.5
Đồ thị xác định tuổi bền T1, T2, T3
81
33
3.6
Quan hệ tốc độ mòn với áp suất
83
34
3.7
Quan hệ tuổi bền với áp suất
83
35
A.1
Hình ảnh quá trình thực nghiệm
91
36
A.2
Thiết bị ổn định và điều chỉnh áp suất
91
37
A.3
Hệ thống vòi phun
91
38
B
Sản phẩm sau thực nghiệm
92
Trang 12
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
MỞ ĐẦU
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. Tìm 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 nguội kiểu tưới tràn rất khó giải quyết được vấn đề về sức
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 bôi trơn làm nguội tối
thiểu (BTLNTT).
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 BTLNTT sử dụng lượng rất nhỏ dung dịch trơn nguội được 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 nguội tối
thiểu. Hướng nghiên cứu về BTLNTT tập trung vào: tìm ra các loại dung dịch
cắt gọt mới đáp ứng được yêu cầu của BTLNTT hoặc tìm các chất phụ gia làm tăng
Trang 13
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
tính cắt của dung dịch cắt gọt. Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tối ưu. Cải
tiến kết cấu của dụng cụ để thích hợp với BTLNTT. Cải tiến kết cấu đầu phun
và hệ thống bôi trơn. Nghiên cứu ứng dụng BTLNTT trong gia công cứng và gia
công tốc độ cao....
Trên thế giới có một số tài liệu đã công bố nghiên cứu về BTLNTT như: các
tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu
Ảnh hưởng của BTLNTT đến mòn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi
tiện AISI-4340. Tác giả Steven Y. Liang đã nghiên cứu BTLNTT trong tiện cứng.
Tổng công ty Master Chemical đã tổng kết các Ứng dụng của BTLNTT trong công
nghệ kim loại. Tác giả Jim Lorincz đã nêu Các giải pháp đúng đối với chất làm
nguội trong đó có nêu những thành công của BTLNTT trong gia công cắt gọt và
ứng dụng BTLNTT vào thiết kế máy công cụ.
Ở Việt Nam, công nghệ BTLNTT mới chỉ mới tiếp cận vài năm gần đây. Hiện
nay mới chỉ có một số nghiên cứu áp dụng BTLNTT trong gia công cắt gọt, hơn
nữa việc áp dụng vào sản xuất thực sự còn rất hạn chế. Như vậy, việc nghiên cứu và
ứng dụng công nghệ mới này thực sự mới chỉ ở giai đoạn bắt đầu và tác giả đã chọn
hướng nghiên cứu về công nghệ mới này trong đề tài nghiên cứu của mình.
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Cùng với sự phát triển của xã hội nói chung và sự phát triển mạnh mẽ của
khoa học kỹ thuật, quá trình sản xuất đặt ra nhu cầu cấp thiết phải phát triển theo
hướng giảm chi phí gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm trong quá trình chế
tạo những sản phẩm cơ khí.
Trong chế tạo cơ khí, gia công cắt gọt là phương pháp được áp dụng rộng rái
nhất và chiếm tỷ lệ cao nhất so với các phương pháp gia công khác. Trong quá trình
gia công cắt gọt cho đến nay chúng ta vẫn sử dụng phương pháp bôi trơn làm nguội
theo kiểu tưới tràn. Để nâng cao hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của quá trình gia công,
trên thế giới người ta đã nghiên cứu sử dụng phương pháp bôi trơn làm nguội tối
thiểu. Nhưng cho đến nay phương pháp này ở Việt Nam vẫn chưa được nghiên cứu
và ứng dụng. Vì vậy đề tài này góp phần triển khai áp dụng công nghệ bôi trơn làm
Trang 14
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
nguội tối thiểu vào quá trình sản xuất của đơn vị nói riêng và tại Việt Nam nói
chung, nhằm giảm chi phí sản xuất và góp phần bảo vệ môi trường.
Qua thực tế sản xuất tại xưởng gia công chế tạo của Liên Doanh Việt-Nga
“Vietsovpetro”, tuổi bền của dụng cụ gia công là một vấn đề quan trọng. Việc nghiên
cứu áp dụng chế độ bôi trơn làm nguội hợp lý nhất để có thể tăng tuổi thọ của dao,
cũng như tăng năng suất lao động là yêu cầu cấp thiết của sản xuất. Được sự hỗ trợ
và định hướng của thầy hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Trọng Bình, tác giả đã mạnh
dạn nghiên cứu bằng thực nghiệm phương pháp bôi trơn tối thiểu đã được sử dụng
trên thế giới, cũng như bắt đầu đưa vào áp dụng ở Việt Nam. Để thực hiện được ý
tưởng này, bước đầu tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu
tới nhấp nhô bề mặt và tuổi bền mũi khoan khi khoan thép CT3
bằng mũi khoan thép gió Ф12 do nhà máy dụng cụ cắt Hà Nội chế tạo
Đây là một đề tài nghiên cứu hữu ích, không những đáp ứng yêu cầu thực tế
tại nơi sản xuất nâng cao hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của nguyên công khoan mà còn
có ý nghĩa làm giảm ô nhiễm môi trường, tăng cường sức khỏe cho người công nhân.
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 khoan
thép tấm bằng mũi khoan thép gió trong điều kiện cụ thể của cơ sở sản xuất ở đơn vị.
Đối tượng nghiên cứu là mòn và cơ chế mòn dao, độ nhấp nhô bề mặt chi tiết
khi khoan bằng mũi khoan thép gió khi gia công theo công nghệ bôi trơn tưới tràn và
gia công MQL, từ đó so sánh được hiệu quả của phương pháp gia công MQL so với
gia công bôi trơn tưới tràn.
Trong khuôn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
+ Tổng quan về gia công cắt gọt
- Bản chất của quá trình tạo phoi.
- Nhiệt cắt và sự phân bố của nhiệt cắt trong quá trình gia công
Trang 15
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
- Quá trình mòn dao khi gia công
- Đặc điểm của quá trình khoan
+Công nghệ bôi trơn làm nguội
- Vai trò của bôi trơn – làm nguội trong gia công cắt gọt
- Tổng quan về các phương pháp bôi trơn – làm nguội
- Đặc điểm của quá trình bôi trơn – làm nguội khi khoan
- Sơ lược bôi trơn làm nguội tối thiểu khi khoan
+ Nghiên cứu bôi trơn làm nguội tối thiểu khi khoan bằng thực nghiệm
- Xây dựng mô hình thí nghiệm
- Xây dựng quy hoạch thực nghiệm với một thông số
- Điều kiện thí nghiệm
- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu
- Xác định áp lực hợp lý
+ Kết luận đề tài và đưa ra phương hướng nghiên cứu tiếp theo
3.
GIẢ THIẾT KHOA HỌC, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ Ý
NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Giả thiết khoa học :
Nếu xây dựng được các mô hình tuổi bền với áp suất T=f(P). tốc độ mòn với
áp suất α=f(P) và độ mòn với thời gian Δ=f(τ) thì có thể xác định được áp lực hợp lý
P (áp suất khí), nhằm đạt được Tmax và Δmin trong quá trình khoan, nâng cao năng
suất, giảm chi phí gia công, chi phí dọn thải và góp phần bảo vệ môi trường.
Phương pháp nghiên cứu :
Trong quá trình nghiên cứu tác giả kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết
với nghiên cứu bằng thực nghiệm.
Trang 16
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Ý nghĩa của đề tài :
-Ý nghĩa khoa học : Kết quả của đề tài sẽ làm rõ ảnh hưởng của MQL trong
quá trình khoan thép tấm bằng mũi khoan thép gió so với bôi trơn thông thường tới
độ nhấp nhô bề mặt chi tiết và tuổi bền của mũi khoan. Đồng thời cũng bổ sung thêm
kiến thức và kinh nghiệm về bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt, đặc biệt là
kiến thức và công nghệ MQL đang còn mới lạ ở Việt Nam
-Ý nghĩa thực tiễn : Kết quả thực nghiệm của đề tài có thể áp dụng vào quá
trình sản xuất của đơn vị, đảm bảo chất lượng chi tiết gia công ổn định, giảm chi phí
dọn thải và làm sạch thiết bị; tăng tuổi bền của dụng cụ, tăng năng suất lao động.
Trong quá trình thực hiện luận văn, có nhiều vấn đề liên quan như: lý thuyết
tổng quan về gia công cắt gọt, các vấn đề về thực nghiệm, tổng hợp quá trình, do đó
khó tránh khỏi các sai sót. Tác giả rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các
thầy, cô và các đồng nghiệp để hoàn thiện đề tài cũng như để áp dụng vào quá trình
sản xuất.
Vũng Tàu, ngày 22 tháng 09 năm 2011
Người thực hiện
Nguyễn Văn Cừ
Trang 17
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CẮT GỌT
1.1. BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH TẠO PHOI
1.1.1. Quá trình tạo phoi
Để
tạo ra phoi
trong quá trình cắt thì lực
tác dụng vào phôi đủ lớn
để tạo ra trong lớp kim loại
bị cắt một ứng suất lớn hơn
sức bền của vật liệu gia
công.
Khi cắt do tác dụng
của lực P (hình 1.1), các
phần tử kim loại lúc đầu bị
nén đàn hồi theo mặt trước, sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng
dần đến khi bị lực liên kết trong các phần tử kim loại chặn lại. Lúc đó xảy ra sự trượt
của chúng trong mặt phẳng 0A, góc β gọi là góc trượt, còn mặt phẳng 0A gọi là mặt
phẳng trượt. Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công biến dạng đàn hồi
chuyển sang biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày aphoi được hình thành từ lớp
phoi có chiều dày a, di chuyển theo mặt trước chiều dày của dao.
Quá trình tạo phoi được phân ra thành các vùng sau:
-
Vùng biến dạng thứ nhất: là vùng vật liệu dao nằm trước mũi dao được giới
hạn giữa vùng vật liệu phoi và vùng vật liệu phôi. Dưới tác dụng của lực P trong
vùng này xuất hiện biến dạng dẻo (còn gọi là vùng biến dạng dẻo thứ nhất 1). Khi
ứng suất do lực tác động gây ra vượt quá giới hạn bền của kim loại thì xuất hiện
hiện tượng trượt và phoi được hình thành.
Trang 18
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Trong quá trình cắt, vùng tạo phoi 1 luôn di chuyển cùng với dao, những lớp
kim loại liền kề với mặt trước của dao chịu biến dạng lớn hơn các lớp phía trên, các
hạt tinh thể bị kéo dài theo một hướng nhất định.
Mức độ biến dạng của phoi:
Kp = Kbd + Kms (1.1)
Trong đó: Kbd – mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi;
Kms – mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao.
-
Vùng ma sát mặt trước: Vùng này là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt
trước của dao (vùng 2).
-
Vùng ma sát mặt sau: là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của
dao.
-
Vùng tách: là vùng bắt đầu quá trình tách kim loại ra khỏi phôi để tạo
thành phoi.
Mức độ biến dạng phần kề với mặt trước của dao lớn hơn mức độ biến dạng các
lớp phía trên. Vậy phoi cắt ra chịu biến dạng không đều.
Chiều rộng của miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất của vật liệu gia công và
điều kiện cắt (thông số hình học của dao, chế độ cắt, …).
Ngoài ra tốc độ cắt cũng ảnh hưởng
đến chiều rộng của miền tạo phoi. Khi
tăng tốc độ cắt miền tạo phoi co hẹp, vật
liệu gia công chuyển qua miền tạo phoi
với tốc độ nhanh hơn. Vật liệu đi qua
đường 0A không kịp xảy ra biến dạng
dẻo theo đường 0A mà theo đường 0A’.
Đường kết thúc biến dạng theo đường
0E’ (hình 1.2).
Do vậy miền tạo phoi là miền A’0E’, chiều dày a’phoi nhỏ hơn chiều dày phoi khi
cắt với tốc độ thấp vì biến dạng dẻo nhỏ.
Quá trình tạo phoi liên quan trực tiếp đến lực cắt, nhiệt cắt, sự mòn dao, chất
lượng bề mặt của chi tiết được gia công.
Mức độ biến dạng phần kề với mặt trước của dao lớn hơn mức độ biến dạng của
lớp trên. Vậy phoi cắt ra chịu biến dạng không đều. Do vậy ta cần nghiên cứu các
dạng phoi như được trình bày ở phần tiếp sau.
Trang 19
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
1.1.2. Các dạng phoi
Tùy theo vật liệu gia công, thông số hình học của dao và chế độ cắt, phoi cắt ra
có các dạng sau:
-
Phoi xếp: Phoi thu được khi gia công các loại vật liệu dẻo ở tốc độ cắt thấp,
chiều dày cắt lớn và góc cắt của dao có giá trị tương đối lớn. Phoi kéo dài từng đoạn
ngắn hay từng đốt xếp lại (hình 1.3a).
Loại phoi này chịu biến dạng lớn, do vậy vật liệu gia công bị mất tính dẻo và
được hóa bền. Phoi xếp thu được khi gia công thép, có độ cứng cao hơn độ cứng
của vật liệu gia công từ 2÷3 lần.
-
Phoi dây: phoi thu được khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ cắt cao, chiều
dày cắt nhỏ. Phoi kéo dài liên tục. Mức độ biến dạng dẻo của phoi dây thấp hơn so
với phoi xếp và gia công phoi dây dễ hơn (hình 1.3b).
Như vậy phoi thu được khi gia công kim loại dẻo có thể dùng làm tiêu chuẩn để
đánh giá điều kiện cắt.
-
Phoi vụn: phoi thu được khi gia công vật liệu giòn (gang, đồng …).
Trong quá trình cắt không xảy ra hiện tượng trượt giữa dao và phoi. Loại phoi
này khi gia công lớp kim loại bị cắt không qua giai đoạn biến dạng dẻo dưới tác
dụng của dao, trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi và ứng suất nén
theo phương chuyển động của dao, phương thẳng góc với chuyển động xuật hiện
ứng suất kéo.
Góc cắt càng lớn, chiều dày cắt càng bé thì biến dạng của phoi càng lớn, nên bán
kính cuộn phoi càng nhỏ.
Dạng mặt trước của dao cũng ảnh hưởng rất lớn đến bán kính của cuộn phoi.
Trang 20
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Diện tích tiếp xúc của phoi với mặt trước của dao phụ thuộc vào tính chất của
vật liệu gia công, tốc đọ cắt, chiều dày cắt và các điều kiện khác.
Trong quá trình tạo phoi gây ra hiện tượng lẹo dao, trong phần tiếp theo ta sẽ
nghiên cứu cụ thể hơn về hiện tượng lẹo dao.
1.1.3. Hiện tượng lẹo dao khi cắt
Trong quá trình tạo phoi, trên mặt trước của dao xuất hiện những lớp kim loại có
cấu trúc khác với lớp kim loại gia công và vật liệu làm dao. Lớp kim loại bám vào
lưỡi cắt của dụng cụ được gọi là lẹo dao.
Quá trình lẹo dao là do dao chịu một áp lực lớn, nhiệt độ cao và độ nhám trên
mặt trước của dao. Khi tạo phoi với tốc độ chậm, lực cản lớn hơn lực ma sát, lớp
kim loại nằm ở mặt trước của dao tạo thành lẹo dao. Độ cứng của lẹo dao lớn hơn
độ cứng của vật liệu gia công.
Các loại lẹo dao gồm có:
-Lẹo dao ổn định:
Là loại nằm dọc theo lưỡi cắt trong suốt quá trình cắt. Loại này được hình thành
khi cắt thép với chiều dày cắt nhỏ.
-Lẹo dao chu kỳ:
Loại này gồm có 2 phần: Phần nền nằm sát với mặt trước của dao, trên nền này
hình thành phần thứ 2. Phần này sinh ra và mất đi theo thời gian tạo phoi.
Điều này làm cho các thông số hình học của dao bị thay đổi. Trị số, hình dạng,
tính ổn định của lẹo dao của cặp vật liệu gia công và vật liệu làm dao phụ thuộc vào
rất nhiều yếu tố như lực ma sát giữa phoi với mặt trước của dụng cụ, lực liên kết
bên trong và vật liệu gia công.
Trong quá trình tạo phoi lực ma sát chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cắt.
Những yếu tố ảnh hưởng đến lẹo dao gồm có:
1.1.3.1. Ảnh hưởng của tốc độ cắt
Khi tốc độ cắt thấp, phoi cắt ra là phoi vụn, không có hiện tượng lẹo dao.
Khi tăng tốc độ cắt đến một giá trị nhất định thì lẹo dao đạt max, tiếp tục tăng tốc
độ cắt thì lẹo dao giảm dần (hình 1.4).
Trang 21
Luận văn thạc sỹ
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Tốc độ cắt còn ảnh hưởng đến nhấp nhô của bề mặt gia công (hình 1.5). Khi
tăng tốc độ cắt đến một giá trị nào đó thì độ nhám đạt giá trị max, sau đó giảm dần
khi tiếp tục tăng tốc độ cắt.
1.1.3.2. Ảnh hưởng của vật liệu gia công
Trong quá trình tạo phoi vật liệu gia công cũng ảnh hưởng đến chiều cao lẹo
dao.
Khi vật liệu gia công càng dẻo thì chiều cao lẹo dao càng cao.
Khi tăng lượng cacbon trong thép thì chiều cao lẹo dao giảm.
1.1.3.3. Ảnh hưởng của chiều dày cắt
Khi chiều dày càng lớn thì tốc độ hình thành lẹo dao càng thấp, chiều cao lẹo
dao tăng.
Qua nghiên cứu trên thì lẹo dao sẽ làm giảm chất lượng bề mặt gia công, gây
ra rung động. Lẹo dao có thể bám vào bề mặt gia công làm cho độ bóng bề mặt gia
công giảm.
Trang 22
