PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong gia công cơ khí, gia công bằng phương pháp mài có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia công những vật liệu chịu nhiệt, độ cứng cao, độ bền cao…và cho độ chính xác, độ nhẵn bóng bề mặt cao, vì vậy mài chiếm một vị trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại. Đá mài là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi những hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi cắt, có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: góc trước thường âm và góc cắt thường lớn hơn 900.
Tốc độ cắt khi mài rất cao ( 30m/s, mài cao tốc có thể tới 120 m/s hoặc cao hơn). Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000 15000C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt và giảm khả năng làm việc của chi tiết máy. Ứng dụng công nghệ trơn nguội hợp lý có tác dụng lớn trong việc giảm ma sát và nhiệt cắt qua đó nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công mài. Vật liệu CBN là liên kết hoá học của Bo (44%) với Nitơ (56%) ở dạng mạng tinh thể gần như kim cương.
Đá mài CBN (Cubic Boron Nitride) có độ cứng gần bằng độ cứng của kim cương nhưng độ bền nhiệt cao gấp đôi. Liên Xô thí nghiệm thành công năm 1950 và được đưa vào sản xuất năm 1964. Ngoài việc dùng làm hạt mài, CBN còn được dùng làm dụng cụ cắt có lưỡi để gia công các loại thép đã tôi. Do không có sự tương tác hoá học với sắt, CBN được dùng để thay kim cương trong việc gia công các loại thép có sức bền cao và các loại hợp kim có nền là thép.
Đá mài CBN được coi là loại đá mài tốt nhất ứng dụng cho việc mài thép. Thép SUJ2 thuộc nhóm thép ổ lăn và thường được dùng để chế tạo các chi tiết máy chính xác, chịu mài mòn. Đây là mác thép được sử dụng khá phổ biến trong sản xuất và có ứng dụng rộng rãi công nghệ mài. Hiện nay ở Việt Nam có rất ít những nghiên cứu về mài bằng đá mài CBN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn -2- được công bố, đá mài CBN cũng chưa được sử dụng nhiều trong các nhà máy cơ khí.
Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên, tác giả chọn đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội tới chất lượng bề mặt gia công khi mài tinh thép ổ lăn SUJ2 bằng đá Al2O3 và đá CBN trên máy mài phẳng” 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Hầu hết các nguyên công mài có ứng dụng công nghệ trơn nguội. Những nghiên cứu về ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài bằng đá CBN chưa nhiều. Có khá nhiều loại dung dịch trơn nguội của các hãng khác nhau được sử dụng trong thực tế sản xuất.
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần định hướng cho việc lựa chọn loại dung dịch trơn nguội hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài bằng đá CBN. - Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng khi mài các chi tiết máy có độ chính xác cao làm bằng thép SUJ2 (như vòng bi, trục chính máy công cụ, trục vít me bi, con lăn, đĩa ma sát …) và tham khảo khi mài các mác thép ổ lăn khác bằng đá CBN. Đối tƣợng, mục đích, phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu 3. Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là ảnh hưởng loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài tinh thép SUJ2 bằng đá mài Al2O3 và đá CBN trên máy mài phẳng.
Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của đề tài là: - Chọn loại dung dịch trơn nguội hợp lý để nâng cao chất lượng bề mặt gia công khi mài tinh thép SUJ2 bằng đá mài CBN trên máy mài phẳng. - Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập. Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn -3- thực nghiệm: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết. - Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả. Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm: - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ trơn nguội trong gia công cắt gọt và gia công bằng phương pháp mài. - Nghiên cứu tổng quan về chất lượng bề mặt gia công khi mài và ảnh hưởng của công nghệ trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài. - Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài tinh thép SUJ2 bằng đá mài Al2O3 và CBN trên máy mài phẳng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn -4- Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRƠN NGUỘI TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT 1. Nhiệt phát sinh trong quá trình cắt gọt 1. Các nguồn nhiệt và sự truyền nhiệt trong quá trình cắt gọt Việc tạo phoi và thoát phoi khỏi vùng cắt trong quá trình cắt gọt làm xuất hiện một lượng nhiệt nhất định, đó là nhiệt cắt. Nhiệt cắt được tạo ra bằng sự chuyển đổi từ công cắt: gần như tất cả công cần thiết trong quá trình cắt đều chuyển thành nhiệt (trừ công biến dạng đàn hồi và công kín), công chuyển thành nhiệt chiếm đến 9598% tổng công của quá trình cắt.
Các nguồn sinh nhiệt khi gia công bằng cắt gọt gồm [4]: - Nhiệt sinh ra trong miền tạo phoi (do công ma sát giữa các phần tử của vật liệu gia công trong quá trình biến dạng). - Nhiệt sinh ra trên bề mặt tiếp xúc của phoi và của mặt trước của dao (do sự truyền công của biến dạng đàn hồi và ma sát ngoài). - Nhiệt sinh ra trên bề mặt sau tiếp xúc với mặt cắt (do sự chuyển đổi công ma sát). - Nhiệt sinh ra do công làm đứt phoi.
Nhiệt trong quá trình cắt gọt sẽ truyền vào các môi trường sau: - Truyền vào chi tiết gia công. - Truyền vào dụng cụ cắt. - Truyền vào phoi. - Tạo ra sự tỏa sáng.
- Truyền vào chất làm nguội. Nhiệt độ cắt và quá trình truyền nhiệt ra các môi trường phụ thuộc vào các yếu tố: tính chất vật lý của vật liệu dụng cụ và chi tiết gia công, điều kiện cắt, phương pháp gia công, môi trường gia công… 1. Nhiệt cắt trong quá trình mài Trong quá trình mài nhiệt độ phát sinh rất lớn, ở vùng tiếp xúc giữa đá và vật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn -5- mài, nhiệt độ có thể lên tới 1000 15000C. Thời gian tác dụng để phát sinh nhiệt rất ngắn từ 1.10-6 giây, sau đó nhiệt độ lại giảm xuống nhanh chóng, vì vậy gây ra rất nhiều tác động đến vật mài như thay đổi cấu trúc của lớp bề mặt, giảm độ cứng, cháy nứt, biến dạng, chứa nhiều nội lực,… Sau một thời gian mài, nhiệt độ của vùng mài đạt đến một trị số bão hòa nhiệt.
Người ta đã đo được thời gian bão hòa nhiệt T = 0,0120,015s. Nhiều thí nghiệm cho thấy rằng sau thời gian bão hòa nhiệt thì nhiệt độ mài hầu như không tăng nữa [8]. Nhiệt độ bão hòa phụ thuộc vào vật liệu gia công, chế độ mài, công nghệ tưới nguội và điều kiện công nghệ. Đồ thị bão hòa nhiệt cắt khi mài thép 12XH4A bằng đá Ctr25MV1K [8].
Nhiệt tạo ra trong vùng mài phân bố vào các khu vực với những tỷ lệ khác nhau [8]: Qt = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 (1.1) Trong đó: Qt – Nhiệt tạo ra khi mài. Q1 – Nhiệt truyền vào chi tiết gia công. Q2 – Nhiệt truyền vào đá mài. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn -6- Q3 – Nhiệt truyền vào phoi.
Q4 – Nhiệt tạo ra sự tỏa sáng. Q5 – Nhiệt truyền vào chất làm nguội. Khác với những phương pháp cắt gọt khác, phần lớn nhiệt tạo ra khi mài truyền vào chi tiết gia công, nhiệt tạo ra sự tỏa sáng khi mài không đáng kể, có thể bỏ qua. Nhiệt cắt khi mài phân bố vào các khu vực trong trường hợp mài khô và và mài có tưới nguội như ở bảng 1.
Phân bố nhiệt cắt khi mài [8].c) 0,5 Trong đó: TM - nhiệt độ mài ở vùng tiếp xúc. k - hệ số cố định. f - hệ số ma sát giữa đá và chi tiết. p - áp lực riêng ở vùng tiếp xúc (kg/m2).
l - chiều dài tiếp xúc (cm). Vđ - tốc độ quay của đá (m/ph). - hệ số truyền nhiệt của kim loại (Kcal/cm. - trọng lượng riêng của kim loại gia công.
c – nhiệt dung của kim loại mài. Mỗi loại vật liệu có hệ số truyền nhiệt khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ các nguyên tố hợp kim trong vật liệu. Những loại thép có nhiều nguyên tố hợp kim và hàm lượng cao thì hệ số truyền nhiệt thấp (bảng 1. Những vật liệu này khi mài nhiệt tỏa ra chậm làm cho nhiệt độ vùng mài tăng cao, bề mặt mài dễ bị cháy và nứt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www. Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim [8]. Hàm lượng hợp kim 2 % Cr 0,025 12 % Cr 0,050 18 % w 0,070 2 % Mn 0,078 1,1 % C 0,102 Để giảm nhiệt cắt khi mài nhằm nâng cao chất lượng bề mặt mài, có thể dùng các phương pháp chủ yếu sau đây: - Dùng dung dịch trơn nguội và những biện pháp tưới nguội tiên tiến. - Sử dụng những loại đá mài có bề mặt làm việc không liên tục và có kết cấu đặc biệt (hình 1.
- Dùng những loại vật liệu mài có khả năng cắt gọt cao. - Giảm bớt chế độ mài (V, t, S). - Sử dụng phương pháp mài phối hợp. Một số kiểu đá mài không liên tục [8].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.