Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng của chế độ làm lạnh tích cực và bôi trơn tối thiểu đến quá trình phay cứng

• Tác giả: Phạm Quang Đồng
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Minh Đức
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Làm Lạnh Tích Cực Và Bôi Trơn Tối Thiểu Trong Phay Cứng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MQCL VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIA CÔNG VẬT LIỆU CỨNG
• 1.1. Bôi trơn tối thiểu
• 1.2. Phân loại hệ thống MQL
• 1.3. Ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng
• 1.4. Bôi trơn tối thiểu phối hợp với làm lạnh tích cực
• 1.5. MQL phối hợp với dòng khí lạnh
• 1.6. Bôi trơn làm nguội tối thiểu
• 1.7. Gia công vật liệu cứng
• 1.8. Bôi trơn làm nguội cho quá trình gia công vật liệu cứng
• 1.9. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
• 1.10. Tổng quan về MQL
• 1.11. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.12. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.13. Tổng quan về MQCL và ứng dụng cho phay vật liệu cứng
• 1.14. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA MQCL ĐẾN QUÁ TRÌNH CẮT KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU CỨNG
• 2.1. Gia công vật liệu cứng
• 2.2. Quá trình tạo phoi trong gia công vật liệu cứng
• 2.3. Nhiệt cắt trong quá trình phay vật liệu cứng
• 2.4. Lực cắt trong gia công vật liệu cứng
• 2.5. Mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt trong phay cứng
• 2.6. Nhám bề mặt gia công
• 2.7. Ảnh hưởng của MQCL đến quá trình cắt khi phay vật liệu cứng
• 2.8. Ảnh hưởng của MQCL đến quá trình cắt khi phay cứng
• 2.9. Ảnh hưởng của loại dung dịch
• 2.10. Ảnh hưởng của vị trí phun và khoảng cách vòi phun
• 2.11. Ảnh hưởng của áp suất và lưu lượng dòng khí
• 2.12. Ảnh hưởng của hạt nano trong dung dịch
• 2.13. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MQCL ĐẾN QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY CỨNG THÉP SKD11
• 3.1. Xây dựng hệ thống thí nghiệm
• 3.1.1. Xây dựng hệ thống thí nghiệm
• 3.1.2. Hệ thống MQCL
• 3.1.3. Máy công cụ, dụng cụ cắt và vật liệu gia công
• 3.1.4. Hệ thống đo lường
• 3.1.5. Trang thiết bị phụ trợ
• 3.1.6. Nghiên cứu, chế tạo đầu phun MQCL
• 3.1.6.1. Nghiên cứu, chế tạo thiết bị tạo dòng khí lạnh (đầu phun khí lạnh)
• 3.1.6.2. Nghiên cứu, chế tạo thiết bị đầu phun MQCL
• 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn làm nguội, loại dung dịch và chế độ trơn nguội đến quá trình cắt khi phay cứng thép SKD11
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Phương pháp thiết kế quy hoạch thực nghiệm
• 3.5. Hệ thống thí nghiệm
• 3.6. Triển khai thí nghiệm và kết quả
• 3.6.1. Xử lý kết quả thí nghiệm với các thành phần lực cắt
• 3.6.2. Xử lý kết quả
• 3.6.3. Thảo luận kết quả
• 3.6.4. Xử lý kết quả thí nghiệm với nhám bề mặt Ra
• 3.6.5. Xử lý kết quả
• 3.6.6. Thảo luận kết quả
• 3.7. Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng dòng khí tối ưu khi phay cứng thép SKD11
• 3.7.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.7.2. Triển khai thí nghiệm và kết quả
• 3.7.3. Xử lý kết quả thí nghiệm quy hoạch tối ưu CCD
• 3.7.4. Thảo luận kết quả thí nghiệm quy hoạch tối ưu CCD
• 3.7.5. Tối ưu đa mục tiêu
• 3.8. Nghiên cứu xác định chế độ cắt và nồng độ hạt nano tối ưu khi phay cứng thép SKD11 sử dụng MQCL
• 3.8.1. Mục đích nghiên cứu
• 3.8.2. Mô hình thí nghiệm và hệ thống thí nghiệm
• 3.8.3. Quy hoạch thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến lực cắt và nhám bề mặt
• 3.8.4. Xử lý số liệu thí nghiệm với các thành phần lực cắt
• 3.8.5. Thảo luận kết quả với các thành phần lực cắt
• 3.8.5.1. Ảnh hưởng của nồng độ, vận tốc cắt, độ cứng đến lực cắt
• 3.8.6. Xử lý số liệu thí nghiệm và thảo luận kết quả với nhám bề mặt Ra
• 3.8.7. Xử lý số liệu thí nghiệm
• 3.8.8. Thảo luận kết quả
• 3.8.9. Nhận xét chung
• 3.8.10. Tối ưu hóa đa mục tiêu
• 3.9. Nghiên cứu ảnh hưởng của MQCL sử dụng dung dịch nano MoS2 đến chất lượng bề mặt gia công, đến mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt
• 3.9.1. Triển khai thí nghiệm
• 3.9.2. Kết quả thí nghiệm và xử lý kết quả chất lượng bề mặt gia công
• 3.9.3. Kết quả và xử lý kết quả
• 3.9.4. Thảo luận kết quả
• 3.10. Kết quả, xử lý kết quả mòn và tuổi bền của dụng cụ
• 3.10.1. Kết quả và xử lý kết quả
• 3.10.2. Thảo luận kết quả
• 3.11. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN CHUNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU

I. Tổng quan về MQCL và ứng dụng trong gia công vật liệu cứng

Chương này trình bày tổng quan về làm lạnh tích cực và bôi trơn tối thiểu (MQL) trong gia công vật liệu cứng. Bôi trơn tối thiểu là phương pháp đưa một lượng dung dịch trơn nguội hạn chế vào vùng cắt, giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, nhược điểm của MQL là khả năng làm nguội bị hạn chế, đặc biệt trong gia công các vật liệu cứng. Để khắc phục, làm lạnh tích cực kết hợp với MQL (MQCL) đã được nghiên cứu. MQCL sử dụng dung dịch lạnh, giúp nâng cao hiệu quả gia công và mở rộng phạm vi ứng dụng cho các vật liệu khó gia công. Việc áp dụng MQCL trong phay cứng đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất cắt và chất lượng bề mặt. Theo nghiên cứu, việc sử dụng MQCL có thể giảm nhiệt độ cắt và tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt.

1.1. Bôi trơn tối thiểu và các hệ thống MQL

Bôi trơn tối thiểu (MQL) là một phương pháp tiên tiến trong gia công, giúp giảm lượng dung dịch sử dụng mà vẫn đảm bảo hiệu quả làm mát. Hệ thống MQL có thể phân loại thành nhiều loại khác nhau, mỗi loại có ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn hệ thống phù hợp với từng loại gia công là rất quan trọng. Nghiên cứu cho thấy rằng MQL có thể cải thiện đáng kể hiệu suất cắt, đặc biệt trong các điều kiện cắt khắc nghiệt. Tuy nhiên, việc áp dụng MQL trong gia công vật liệu cứng vẫn gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc kiểm soát nhiệt độ cắt và mòn dụng cụ. Do đó, việc kết hợp MQL với làm lạnh tích cực là một hướng đi mới, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho ngành gia công cơ khí.

II. Ảnh hưởng của MQCL đến quá trình cắt khi gia công vật liệu cứng

Chương này phân tích ảnh hưởng của làm lạnh tích cực và bôi trơn tối thiểu đến quá trình cắt trong gia công vật liệu cứng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng MQCL có thể làm giảm nhiệt độ cắt, từ đó giảm mòn dụng cụ và cải thiện chất lượng bề mặt. Các yếu tố như áp suất, lưu lượng dòng khí và nồng độ hạt nano trong dung dịch đều có tác động đáng kể đến hiệu suất cắt. Cụ thể, áp suất cao và lưu lượng lớn giúp tăng cường khả năng làm mát, trong khi nồng độ hạt nano tối ưu có thể cải thiện đáng kể khả năng cắt của dụng cụ. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng dung dịch lạnh trong MQCL không chỉ giúp nâng cao hiệu suất cắt mà còn kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt, từ đó giảm chi phí sản xuất.

2.1. Nhiệt cắt và lực cắt trong gia công vật liệu cứng

Nhiệt cắt là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình gia công. Nghiên cứu cho thấy rằng làm lạnh tích cực có thể làm giảm nhiệt cắt đáng kể, từ đó giảm lực cắt và mòn dụng cụ. Việc kiểm soát nhiệt độ cắt không chỉ giúp cải thiện hiệu suất cắt mà còn nâng cao chất lượng bề mặt gia công. Các thí nghiệm cho thấy rằng khi áp dụng MQCL, nhiệt độ cắt giảm xuống mức an toàn, giúp kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt. Điều này đặc biệt quan trọng trong gia công các vật liệu cứng như thép SKD11, nơi mà nhiệt độ cắt cao có thể dẫn đến hư hỏng dụng cụ và giảm chất lượng sản phẩm.

III. Nghiên cứu ảnh hưởng của MQCL đến quá trình cắt khi phay cứng thép SKD11

Chương này tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng của làm lạnh tích cực và bôi trơn tối thiểu đến quá trình cắt khi phay cứng thép SKD11. Nghiên cứu đã xây dựng hệ thống thí nghiệm để đánh giá tác động của các yếu tố như áp suất, lưu lượng dòng khí và nồng độ hạt nano đến hiệu suất cắt. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng MQCL không chỉ giúp giảm nhiệt độ cắt mà còn cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt gia công. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng nồng độ hạt nano trong dung dịch có ảnh hưởng lớn đến khả năng cắt, với nồng độ tối ưu mang lại hiệu quả cao nhất. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc ứng dụng MQCL cho các vật liệu khó gia công.

3.1. Xây dựng hệ thống thí nghiệm và triển khai thí nghiệm

Hệ thống thí nghiệm được xây dựng với mục tiêu đánh giá chính xác ảnh hưởng của MQCL đến quá trình cắt. Các thiết bị được sử dụng bao gồm máy công cụ, dụng cụ cắt và hệ thống đo lường. Việc triển khai thí nghiệm được thực hiện theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm, giúp tối ưu hóa các thông số khảo sát. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng MQCL có thể cải thiện đáng kể hiệu suất cắt và chất lượng bề mặt, đồng thời kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt. Điều này chứng tỏ rằng MQCL là một giải pháp khả thi cho gia công vật liệu cứng, đặc biệt là trong các điều kiện cắt khắc nghiệt.