PHẦN MỞ ĐẦU Hiện nay ngành cơ khí đang ngày càng phát triển và không ngừng tạo ra những sản phẩm có độ chính xác ngày càng cao nhằm mục đích nội địa hóa các sản phẩm cơ khí phục vụ cho quá trình sản xuất. Đáp ứng đƣợc các yếu tố về kinh tế - kỹ thuật bên cạnh đó không gây ô nhiễm tới môi trƣờng. Bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minimum Quantity Lubrication-viết tắt MQL) ngoài việc thân thiện với môi trƣờng, còn có nhiều ƣu điểm nổi bật khác nhƣ hiệu quả bôi trơn cao, ma sát trong vùng cắt giảm do đó làm giảm lực cắt, nhiệt cắt, độ mòn của dụng cụ v. Nhƣợc điểm cơ bản của MQL là khả năng làm nguội bị hạn chế, nhiệt cắt truyền vào phoi, vào chi tiết gia công lớn.
Do đó, việc ứng dụng công nghệ MQL trong sản xuất còn một số hạn chế. Đặc biệt trong gia công vật liệu cứng, độ bền cao; vật liệu khó gia công, v. Để khắc phục tồn tại này, một hƣớng nghiên cứu mới đang đƣợc quan tâm đó là MQL phối hợp với làm nguội tích cực nghĩa là MQL sử dụng dòng khí lạnh trộn với dung dịch trơn nguội để tạo ra dòng dung dịch dƣới dạng sƣơng mù nhiệt độ thấp để phun trực tiếp vào vùng cắt (gọi chung là MQL sử dụng dung dịch lạnh). MQL sử dụng dung dịch lạnh là một giải pháp mới đang đƣợc quan tâm nghiên cứu, ứng dụng trong gia công vật liệu nói chung và đặc biệt trong gia công vật liệu cứng, vật liệu khó gia công.
Gia công vật liệu cứng bằng dụng cụ cắt có lƣỡi cắt xác định thƣờng là gia công tinh và là giải pháp nhằm thay thế một phần cho nguyên công mài. Vì vậy việc sử dụng MQL sử dụng dung dịch lạnh sẽ góp phần làm giảm nhiệt cắt, giảm lực cắt. do đó làm giảm độ mòn dao, tăng tuổi bền dụng cụ cắt. Phay vật liệu cứng sau nhiệt luyện một phần thay thế cho nguyên công mài.
Hiện nay công nghệ gia công vật liệu cứng bằng dụng cụ cắt xác định bƣớc đầu đƣợc sử dụng khá phổ biến ở nƣớc ta. Việc nghiên cứu ứng dụng MQL sử dụng dung dịch lạnh vào qúa trình gia công vật liệu cứng nếu làm giảm đƣợc nhiệt cắt, giảm lực cắt, nâng cao tuổi bền dụng cụ cắt, nâng cao chất lƣợng bề mặt gia công thì sẽ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 Từ cơ sở trên, tác giả chọn đề tài nghiên cứu : “Nghiên cứu ảnh hướng của bôi trơn làm nguôi tối thiểu (MQL) sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứng thép SKD11” Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hƣởng của bôi trơn làm nguôi tối thiểu (MQL) sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứng thép SKD11. Đối tƣợng nghiên cứu Các ảnh hƣởng của MQL dung dịch lạnh đến chất lƣợng bề mặt (nhám bề mặt), tuổi bền dụng cụ cắt khi phay cứng thép SKD11 sau nhiệt luyện (HRC=56-60) bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC APMT 1604 PDTR LT30.
Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu tổng quan về công nghệ MQL, Thiết bị tạo dung dịch lạnh; MQL sử dụng dung dịch lạnh; gia công vật liệu cứng v. Nghiên cứu lý thuyết về ảnh hƣởng của MQL sử dụng dung dịch lạnh đến một số hiện tƣợng vật lý xảy ra trong vùng cắt, đến kết quả quả của quá trình cắt, chất lƣợng bề mặt gia công. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của MQL sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công, tuổi bền dụng cụ cắt. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm.
Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa khoa học: Bổ sung thêm một phần lý thuyết về MQL sử dụng dung dịch lạnh, về ảnh hƣởng của MQL sử dụng dung dịch lạnh đến một số hiện tƣợng vật lý xảy ra trong vùng cắt khi gia công vật liệu cứng. Ý nghĩa thực tiễn: Đề xuất đƣợc giải pháp và thông số công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công vật liệu cứng phục vụ thực tiễn sản xuất ở nƣớc ta hiện nay. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA MQL DÙNG DUNG DỊCH LẠNH ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU CỨNG 1. Bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) 1.
Khái niệm Khái niệm bôi trơn làm nguội tổi thiểu (Minimum quantity lubrication - MQL) đã đƣợc đề xuất một thập kỷ trƣớc đây nhƣ là môt giải pháp để giải quyết vấn đề về môi trƣờng và nguy cơ mắc các bệnh nghề nghiệp liên quan đến chất bôi trơn làm nguội. Giảm thiểu chất bôi trơn làm nguội trong quá trình cắt dẫn đến lợi ích kinh tế bởi tiết kiệm chi phí xử lý chất thải. Giảm thời gian làm sạch phôi, dụng cụ cắt và máy. Kỹ thuật MQL là phun sƣơng hoặc dƣới dạng tia một số lƣợng rất nhỏ các chất bôi trơn, thông thƣờng lƣu lƣợng 50 – 500ml/h cùng với áp lực khí hƣớng vào vùng cắt (Autret và Liang, 2003).
Phun các chất bôi trơn làm nguội bao gồm một hoặc nhiều vòi phun. Có hai loại hệ thống phun cơ bản MQL (Hình 1. Phun ngoài và phun thông qua trục chính máy. Hệ thống phun bên ngoài bao gồm có một thùng hay một bể chứa dung dịch làm mát, hệ thống kết nối với các ống đƣợc trang bị một hoặc nhiều vòi phun.
Hệ thống này có thể đƣợc lắp ráp gần hoặc trên máy và có thể điều chỉnh một cách độc lập áp ruất khí, lƣu lƣợng nƣớc làm mát cung cấp vào vùng cắt (Hình 1. Không tốn chi phí đầu từ, di động và phù hợp hầu hết cho các quá trình gia công [17]. Hệ thống phun qua dụng cụ cắt, dầu và không khí đƣợc trộn lẫn bên ngoài chảy qua đƣờng ống của trục chính và dụng cụ cắt (Hình 1. Những thông số cơ bản của công nghệ MQL ảnh hƣởng đết quá trình và kết quả gia công gồm: loại dung dịch trơn nguội, lƣu lƣợng, áp suất phun, phƣơng pháp phun (tƣới) dung dịch vào vùng cắt (dạng sƣơng mù hay chùm tia chất lỏng), vị trí LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 đặt vòi phun (vào mặt trƣớc hay mặt sau của dao,v.), khoảng cách phun, phƣơng pháp gia công (cắt hở, nửa kín hay cắt kín),v.
MQL phun ngoài b. MQL phun qua dụng cụ cắt Hình 1.1: Các phương pháp phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt 1. Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng Ƣu điểm: Phƣơng pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu đƣa dung dịch bôi trơn làm nguội áp suất cao vào vùng cắt nên có các ƣu điểm sau. - Hiệu quả bôi trơn – làm nguội cao, rất tiết kiệm dung dịch trơn nguội và đặc biệt là không gây ô nhiểm môi trƣờng.
- Giảm ma sát, nhiệt vùng cắt, giảm lƣợng mòn dao, giảm hiện tƣợng lẹo dao do đó cải thiện độ nhám bề mặt chi tiết gia công. - Môi trƣờng làm việc sạch, phoi sạch. - Tiết kiệm chi phí do tiết kiệm đƣợc dung dịch trơn nguội và tiết kiệm chi phí xử lý chất thải công nghiệp. Nhƣợc điểm: - Khó vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công.
- Nhiệt độ chi tiết cao. Phạm vi ứng dụng: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 MQL đƣợc sử dụng cho hầu hết các phƣơng pháp gia công bằng dụng cụ cắt có lƣỡi cắt xác định. Ngoài ra, MQL còn đƣợc sử dụng đối với một số phƣơng pháp gia công mà phƣơng pháp tƣới tràn không sử dụng đƣợc nhƣ khi tiện cứng, phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC, v.MQL sử dung dung dịch lạnh 1. Khái niệm về MQL sử dung dung dịch lạnh MQL phối hợp với làm nguội tích cực với một số giải pháp nhƣ dùng dòng khí lạnh phun trực tiếp vào vùng cắt hoặc dùng dòng khí lạnh trộn với dung dịch trơn nguội để tạo ra dòng dung dịch dƣới dạng sƣơng mù nhiệt độ thấp,v.
Phƣơng pháp tạo dung dịch lạnh dùng trong MQL Có một số phƣơng pháp tạo dung dịch lạnh dùng trong MQL nhƣ sau: MQL kết hợp khí C02, ống xoáy Vortex Ranque – Hilsch (RHVT)… a. Phương pháp MQL kết hợp khí C02. Cấu tạo vòi phun MQL kết hợp khí C02. Giữa thân vòi phun trung tâm là MQL và các khí còn lại nằm ở bên sƣờn vòi phun (Hình 1.
Dòng khí đi vào trung tâm vòi phun mang theo khí C02 từ hệ thống vòi phun bên sƣờn. Ở đầu ra vòi phun trung tâm giống nhƣ một buồng trộn nội bộ, trỗn lẫn dung dịch làm mát và khí C02. Khí C02 đƣợc đẩy đi dƣới áp lực của đầu phun MQL.2: Phương pháp tạo dung dịc lạnh MQL kết hợp C02 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 Ƣu điểm: - Nhiệt độ dung dịch bôi trơn làm nguội có thể đạt đến 780 C. Nhƣợc điểm: - Chi phí đầu tƣ ban đầu của hệ thống lớn.
- Quá trình trỗn lẫn dung dịch ở đầu hệ thống phụ thuộc vào áp ruất khí MQL và khí CO2 [20]. Ống Vortex Ranque – Hilsch (RHVT) Ống Vortex Ranque – Hilsch [gọi tắt là hiệu ứng „Ống xoáy‟] là thiết bị tạo ra dòng khí lạnh và nóng đƣợc tách từ một dòng khí nén duy nhất. Ống Ranque – Hilsch đƣợc phát minh bởi Ranque năm 1933 và đƣợc cải tiến bởi Hilsch vào năm 1947 [2]. Sơ đồ nguyên lý tạo khí lạnh ở (Hình 1.
Nguyên lý tạo dòng khí lạnh trong ống xoáy Ranque-Hilsch Dòng khí nén đƣợc đƣa vào cửa 1 theo phƣơng tiếp tuyến với thành ống và tạo nên dòng xoáy thuận 2 trong thành ống đi về phía cửa nóng có van điều chỉnh 4. Tại đây, dòng xoáy khí gặp van 4, một phần khí nóng 3 thoát ra ngoài, phần còn lại bị phản xạ tạo dòng xoáy ngƣợc về phía cửa lạnh 5. Van 4 điều chỉnh sự cân bằng giữa lƣợng khí nóng thoát ra và lƣợng khí đƣợc đẩy ngƣợc lại. Hai dòng khí nóng và lạnh này đƣợc mô tả trong mô hình ống Ranque-Hilsch (Hình 1.
Sự thay đổi nhiệt độ giữa các luồng không khí nóng và lạnh phụ thuộc các thông số nhƣ áp suất khí nén, nhiệt độ môi trƣờng, các đặc tính hình học của ống,v. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng: - Ƣu điểm nổi bật của đầu phun khí lạnh theo hiệu ứng “ống xoáy” là kết cấu đơn giản, hiệu suất làm việc cao, không cần điện, không cần bảo dƣỡng, sử dụng an toàn,v.