Tải bản đầy đủ

Khảo sát mòn dao khi bôi trơn, làm mát quá trình phay bằng dầu nano (Luận văn thạc sĩ)

1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LÊ VĂN THIỆN

KHẢO SÁT MÒN DAO KHI BÔI TRƠN, LÀM MÁT
QUÁ TRÌNH PHAY BẰNG DẦU NANO

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Thái Nguyên, tháng 3 năm 2018


2
MỤC LỤC
Trang
Mục lục

1


Lời cam đoan

3

Danh mục các bảng số liệu

4

Bảng các ký hiệu và chữ viết tắt

5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp

6

Lời nói đầu

8

Chương 1: Tổng quan về quá trình cắt – mòn dao thép gió khi phay

11

1.1. Quá trình phay và phay rãnh

11

1.1.1 Khái niệm về quá trình phay

11

1.1.2 Quá trình cắt khi phay

12

1.1.3 Các chuyển động cơ bản khi phay

16



1.1.4. Các thành phần của lớp bề mặt bị cắt khi phay

16

1.1.5. Các thành phần lực cắt và công suất cắt khi phay

21

1.2. Mòn và tuổi bền của dụng cụ

23

1.2.1 Khái niệm chung về mòn

23

1.2.2 Các cơ chế mòn của hai bề mặt trượt tương đối

24

1.2.3 Mòn dụng cụ và cách xác định

27

1.2.4 Quy luật mòn của dụng cụ cắt

30

Chương 2: Ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn làm nguội tới các thông 31
số cơ bản của quá trình phay
2.1 Sơ lược về bôi trơn làm nguội khi gia công cắt gọt

31

2.2 Dung dịch bôi trơn làm nguội quá trình cắt gọt kim loại

31

2.2.1 Yêu cầu đối với dung dịch trơn nguội

31

2.2.2 Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội dùng trong gia công cắt gọt

32

2.2.3 Cách sử dụng dung dịch trơn nguội khi phay

36

2.3 Các phương pháp bôi trơn – làm nguội
2.3.1. Phương pháp bôi trơn – làm nguội tưới tràn

39
39


3
2.3.2 Phương pháp gia công khô

40

2.3.3. Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu

41

2.4 Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tới quá trình phay sử dụng dao thép 42
gió
2.4.1 Ảnh hưởng đến nhiệt cắt

42

2.4.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt

44

2.4.3 Ảnh hưởng đến mòn và tuổi bền dụng cụ cắt

44

2.4.4. Ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô bề mặt

45

Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của dầu Emusil có trộn bột Al2O3 47
vào dầu Emusil khi phay rãnh sử dụng dao phay thép gió
3.1 Đặt vấn đề

47

3.2 Hệ thống thí nghiệm

48

3.2.1 Trang thiết bị thí nghiệm

48

3.2.2 Chế độ công nghệ

51

3.3 Thiết kế thí nghiệm Taguchi

62

3.3.1 Xây dựng ma trận thí nghiệm

63

3.3.2 Chỉ tiêu đánh giá

65

3.3.3 Phân tích kết quả

66

3.4 Xử lý kết quả và phân tích

69

3.4.1 Kết quả thí nghiệm

69

3.4.2 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới lượng mòn mặt sau

70

3.4.3 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới độ nhám bề mặt gia công

75

3.5 Kết luận

79

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

81

TÀI LIỆU THAM KHẢO

82

PHỤ LỤC

85


4
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Lê Văn Thiện
Học viên lớp cao học khóa K17 - Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí - Trường
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại Nhà máy Z131/Tổng cục CNQP/BQP.
Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong luận văn là do bản thân tôi
thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Hoàng Vị. Ngoài thông tin
trích dẫn từ các tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các kết quả và số liệu thực
nghiệm là do tôi thực hiện và chưa được công bố trong bất cứ công trình nào khác.

Thái Nguyên, tháng 3 năm 2018
Người thực hiện

Lê Văn Thiện


5
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
TT

1

2

Số
bảng

1

1

Phụ
lục

Nội dung

Trang

1

Phiếu báo kết quả đo độ dẫn nhiệt của
các dung dịch dầu của Trung tâm phát
triển công nghệ cao/Viện Hàn lâm
KH&CN Việt Nam

86

2

Phiếu kết quả phân tích kiểm tra mật độ
hạt trong dầu của Viện Hóa học công
nghiệp Việt Nam

87

3

1

3

4

1

4

5

1

5

Phiếu báo kết quả thử nghiệm, thí
nghiệm đo độ nhớt dung dịch ở các nhiệt
độ khác nhau của Nhà máy Z131/Tổng
cục CNQP
Phiếu báo kết quả thử nghiệm, thí
nghiệm đo độ nhớt dung dịch của Nhà
máy Z131/Tổng cục CNQP
Văn bản cho phép thực hiện thí nghiệm
đề tài tại Nhà máy Z131/Tổng cục
CNQP

88

89

90

Ghi chú


6
BẢNG CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiÖu
V hoặc n
S
t, B, a

Tên các đại lượng
Chuyển động chính
Chuyển động chạy dao
Chiều sâu, chiều rộng và chiều dày cắt

Sz, Sv, Sph Lượng chạy dao răng, vòng và phút
Vc

Vận tốc cắt

R

Lực cắt tổng

ψ

Góc tiếp xúc

P, f

Lực cắt, tiết diện ngang

η , Kn, M

Hiệu suất của máy, hệ số quá tải tức thời, mô men xoắn

Q

Lượng mòn trên một đơn vị chiều dài quãng đường trượt

N

Số lượng giá trị được kiểm tra
Giá trị trung bình của các kết quả kiểm tra

Ai

Giá trị tại mức i của thí nghiệm.

NK

Số lượng kiểm tra tại trạng thái i.

T

Tổng giá trị kiểm tra.

F

Hệ số Fisher

S/N

Tỷ số tín hiệu nhiễu


7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP

TT
1
2
3
4
5
6
7
8

Hình
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8

9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

1.9
1.10
1.11
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8

Nội dung
Trang
12
Quá trình hình thành phoi
13
Các dạng phoi khi gia công cắt gọt kim loại
17
Góc tiếp xúc khi phay bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón
18
Phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón
19
Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón, dao phay mặt đầu
20
Các phương pháp phay
21
Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng
Sơ đồ thể hiện các khả năng tương tác của hạt mài với bề
26
mặt của vật liệu, vết mòn và mặt cắt ngang của nó.
28
Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ
29
Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau
30
Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao
33
Các phần tử hoà tan trong nước
33
Các phần tử tích tụ khối và phần tử hoà tan trong nước
34
Các phân tử hoà tan dưới dạng thể sữa
35
Các phân tử hoà tan trong hợp chất hoá học
35
Các phần tử hoà tan trong hợp chất dầu
37
Dẫn dung dịch vào hai mặt bên dao phay
37
Dẫn dung dịch vào mặt trước và mặt sau dao phay
38
Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt
Gia công bằng phương pháp tưới tràn trên máy phay
40
Phương pháp gia công khô trên máy phay
41
Gia công bằng phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu
Các vùng sinh nhiệt chủ yếu khi tiện
Máy phay vạn năng X63W/1
Thiết kế dao phay chi tiết loa phụt
Dao phay chi tiết loa phụt phục vụ cho thí nghiệm
Phôi hoàn chỉnh phục vụ cho thí nghiệm
Sản phẩm sau khi phay rãnh
Máy khuấy dung dịch
Dung dịch 0,1% Al2O3
Dung dịch 0,2% Al2O3

42
43
49
50
51
52
53
55
56
56


8

TT
32
33
34
35
36

Hình
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13

37

3.14

38

3.15

39

3.16

40

3.17

41
42

3.18
3.19

43

3.20

44

3.21

45

3.22

46

3.23

47

3.24

48

3.25

49

3.26

50

3.27

51

3.28

52

3.29

53

3.30

54

3.31

Nội dung

Trang

Dung dịch 0,3% Al2O3
Dung dịch 0,5% Al2O3
Dung dịch 1,0% Al2O3
Dung dịch 2,0% Al2O3
Thiết bị đo độ nhớt TV250, xuất xứ Hà lan
Biểu đồ kết quả đo độ nhớt (cSt) ở 400C, 600C, 800C,
1000C của dầu bôi trơn làm mát khi trộn bột nano Al2O3
Biểu đồ kết quả đo độ dẫn nhiệt (W.m/K) của dầu emusil khi trộn bột
nano Al2O3
Đo độ nhám sản phẩm
Thiết lập các thông số trong mô hình thí nghiệm
TAGUCHI
Phay rãnh loa phụt
Mẫu sản phẩm và dao sau khi phay
Giá trị trung bình của lượng mòn mặt sau và mức độ ảnh hưởng của các
thông số
Ảnh hưởng tới giá trị trung bình của lượng mòn mặt sau
Ảnh hưởng tương tác giữa tỷ lệ hạt và vận tốc cắt tới lượng
mòn mặt sau
Tỷ số S/N trung bình của lượng mòn mặt sau và mức độ ảnh hưởng của
các thông số
Ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số S/N của lượng mòn
mặt sau
Ảnh hưởng tương tác giữa tỷ lệ hạt nano và vận tốc cắt tới
tỷ số S/N của lượng mòn mặt sau răng cắt
Giá trị độ nhám trung bình và mức độ ảnh hưởng của các
thông số
Ảnh hưởng của các thông số tới giá trị độ nhám trung bình
Ảnh hưởng tương tác giữa tỷ lệ hạt nano và vận tốc cắt tới
giá trị độ nhám trung bình
Tỷ số S/N của độ nhám trung bình và mức độ ảnh hưởng
của các thông số
Ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số S/N của độ nhám
trung bình
Ảnh hưởng tương tác giữa tỷ lệ hạt nano và vận tốc cắt tới
tỷ số S/N của độ nhám trung bình

57
58
58
59
60
61
62
66
69
69
70
71
72
73
73
74
75
75
76
77
78
78
79


9

LỜI NÓI ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Dung dịch trơn nguội đã được sử dụng rộng rãi trong quá trình gia công cắt
gọt nhằm làm giảm nhiệt cắt, bôi trơn, di chuyển phoi ra khỏi vùng cắt và bảo vệ sự
ăn mòn. 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, đảm bảo cho máy móc, thiết bị hoạt động ổn định, giảm chi phí bảo
dưỡng, nâng cao tuổi thọ sử dụng và độ tin cậy của chúng. Tìm các chất phụ gia
nhằm nâng cao hoạt tính của dung dịch trơn nguội. Nghiên cứu các loại dung dịch
trơn nguội mới ít độc hại, thân thiện với môi trường... Điều này đã đặt ra việc tìm
tòi các giải pháp nhằm đáp ứng tốt nhất các yêu cầu nêu trên. Một trong những giải
pháp đó là sử dụng dầu Nano để bôi trơn, làm mát quá trình phay.
Theo các tài liệu đã công bố về bôi trơn làm mát trong gia công cắt gọt thì
nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của mòn dao khi bôi trơn, làm mát quá trình phay
bằng dầu Nano chưa được nghiên cứu nhiều. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài
“Khảo sát mòn dao khi bôi trơn, làm mát quá trình phay bằng dầu Nano”, góp
phần hoàn thiện bổ sung kiến thức lý thuyết cũng như cải thiện và nâng cao hiệu
quả sản xuất nói chung và tại Nhà máy Z131 nói riêng.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ hạt nano tới
mòn dao khi bôi trơn, làm mát quá trình phay bằng dầu Nano để bước đầu dự đoán
được tỷ lệ và cỡ hạt nano hợp lý bổ xung vào dầu nano nhằm nâng cao hiệu quả của
quá trình phay.
3. Dự kiến kết quả đạt được
- Đưa ra thông số kỹ thuật của dầu Nano dùng cho bôi trơn làm mát.
- So sánh được lượng mòn mặt sau dao và lực cắt khi sử dụng dầu nano với
khi không sử dụng.


10
- Xác định được tỷ lệ và cỡ hạt hợp lý khi trộn bột Nano vào dầu công nghiệp.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Kết quả của đề tài sẽ làm rõ ảnh hưởng của việc sử dụng dầu nano tới mòn
dao khi bôi trơn, làm mát quá trình phay bằng dầu Nano. Đưa ra giải pháp kỹ thuật
bôi trơn làm nguội mới trong gia công cắt gọt.
- Kết quả thực nghiệm của đề tài hoàn toàn có thể triển khai vào sản xuất nhằm
nâng cao hiệu quả của quá trình gia công chế tạo chi tiết máy và sản xuất công nghiệp.
5. Phương pháp nghiên cứu
Với mục đích nghiên cứu ứng dụng dầu Nano vào phay, tác giả chọn phương
pháp nghiên cứu là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trong
đó nghiên cứu thực nghiệm là cơ bản. Nghiên cứu lý thuyết tổng quan các vấn đề
liên quan đến gia công trong phay cứng từ đó định hướng cho nghiên cứu về mòn,
cơ chế mòn dao. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định được ảnh hưởng của mòn dao
khi bôi trơn, làm mát quá trình phay bằng dầu Nano từ đó so sánh được hiệu quả gia
công khi sử dụng dầu Nano so với gia công sử dụng dầu bôi trơn làm mát (Emulsi).
6. Các công cụ cần thiết cho nghiên cứu
- Sử dụng dầu công nghiệp BW Cool EX-8500V, dao phay, bột Nano.
- Máy móc, thiết bị của Nhà máy Z131/TCCNQP, Viện Hàn lâm khoa học
Việt Nam, Viện hóa học công nghiệp Việt Nam và một số đơn vị để thực hiện khảo
sát, thử nghiệm …
7. Nội dung nghiên cứu của luận văn
Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính gồm 3 chương
và phần kết luận chung
Chương 1: Tổng quan về quá trình cắt – mòn dao thép gió khi phay
Chương 2: Ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn làm nguội tới các thông số cơ
bản của quá trình phay
Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của dầu Emusil có trộn bột Al2O3 vào dầu
Emusil khi phay rãnh sử dụng dao phay thép gió
Phần Kết luận chung


11
8. Lời cảm ơn:
Luận văn này đối với Tôi là một cơ hội lớn để rèn luyện khả năng thực hiện
một đề tài phục vụ thực tiễn sản xuất dựa trên cơ sở các lý thuyết khoa học và công
nghệ. Luận văn này được hoàn thành là nhờ có rất nhiều sự giúp đỡ và hướng dẫn
tận tình của cá nhân và tập thể. Lời cảm ơn sâu sắc nhất Tôi xin gửi đến giáo viên
hướng dẫn khoa học, thầy giáo PGS.TS. Hoàng Vị đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo
và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.
Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu, phòng Đào tạo sau đại học, các thầy cô giáo
trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ
tôi trong quá trình học tập.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên khích lệ của gia đình, bạn bè, đồng
nghiệp trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn.
Thái Nguyên, tháng 3 năm 2018
Người thực hiện

Lê Văn Thiện


12
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT – MÒN DAO THÉP GIÓ KHI PHAY
1.1 Quá trình phay và phay rãnh
1.1.1 Khái niệm về quá trình phay
Phay là một phương pháp gia công cắt đi một lớp kim loại (hay còn gọi là
lượng dư gia công để tạo thành phoi) trên bề mặt của phôi để được chi tiết có hình
dáng, kích thước, độ chính xác, độ bóng theo yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ. Quá
trình đó được thực hiện trên các máy phay. Phay là phương pháp gia công kim loại,
có độ chính xác không cao hơn cấp 3-4 và độ bóng không hơn cấp 6, là một trong
những phương pháp gia công đạt năng suất cao nhất. Bằng phương pháp phay người
ta có thể gia công mặt phẳng, định hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt
tròn xoay, trục then hoa, cắt ren, bánh răng…
Phay có thể dùng để gia công tinh, gia công lần cuối để đạt được độ bóng, độ
chính xác cao, dễ cơ khí hoá, tự động hoá, cho năng suất cao, dùng trong sản xuất
đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và hàng khối. Số lượng nguyên công gia công cắt gọt
đạt tới 60% - 70% công việc gia công cơ khí thì nguyên công phay cũng chiếm một
tỷ lệ lớn. Máy phay có số lượng nhiều, chiếm tỷ lệ lớn và giữ một vị trí quan trọng
trong các Nhà máy, Phân xưởng cơ khí.
Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi, trong quá trình cắt ngoài những
đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện, còn có những đặc điểm sau:
- Dao phay có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt, nên năng suất cắt khi phay cao
hơn khi bào.
- Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng thân dao
phay thường lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt.
- Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động trong
quá trình cắt.
- Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả năng tồn tại
lẹo dao ít.


13
1.1.2 Quá trình cắt khi phay
Quá trình cắt kim loại thực chất là sử dụng dụng cụ hình chêm để hớt đi một
lớp kim loại từ phôi. Lực tác dụng sinh ra do sự tương tác giữa dụng cụ cắt và phôi,
đối với phương pháp phay thì sự tương tác đó là chuyển động quay của dao phay và
sự cản trở lại chuyển động quay của phôi. Như vậy, lực tác dụng phải đủ lớn để tạo
ra trong kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu gia công (khả
năng liên kết giữa các tinh thể kim loại), đồng thời phải thắng được lực cản do ma
sát trong quá trình gia công bao gồm:
- Ma sát giữa các tinh thể kim loại khi trượt lên nhau;
- Ma sát giữa phoi và mặt trước của dao trong quá trình tạo phoi;
- Ma sát giữa bề mặt đã gia công với mặt sau của dao.
Quá trình hình thành phoi đã được nhiều tác giả như: Trent, Wright [15], Zorev
N.N và các đồng nghiệp [16], Doyle E.D [17], nghiên cứu với nhiều cách tiếp cận
khác nhau. Tất cả các nghiên cứu đó đều kết luận rằng khi chịu tác dụng của lực,
kim loại bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo rồi biến dạng phá huỷ.

Hình 1.1 Quá trình hình thành phoi [13]
Khi quá trình cắt xảy ra, trước tiên là các tinh thể kim loại bị dồn ép (nén),
khi lực tác dụng vượt quá giới hạn bền của vật liệu thì các tinh thể kim loại bị trượt
lên nhau và tách ra khỏi vật gia công tạo thành phoi. Quá trình biến dạng đó xảy ra
trong một vùng mà ta có thể gọi là vùng tạo phoi (giới hạn bởi đường cong OA, OE,


14
hình 1.1) [13]. Trong vùng này có những mặt trượt OA, OB, OC, OD, OE. Vật liệu
gia công trượt theo những mặt đó, các tinh thể kim loại bị xếp chồng lên nhau. Tuỳ
theo cấu trúc của vật liệu gia công, chế độ cắt mà có thể tạo ra phoi vụn, phoi xếp
hay phoi dây.
Như vậy, kết quả của biến dạng kim loại là tách ra khỏi phôi một phần vật
liệu, phần còn lại chính là chi tiết gia công. Tuy nhiên, do vùng biến dạng của kim
loại xảy ra ở cả phần vật liệu giữ lại (phía dưới điểm O) nên bề mặt chi tiết sau khi
gia công có tính chất khác hẳn trước khi gia công và thường có độ cứng cao hơn.
Hiện tượng đó chính là hiện tượng biến cứng lớp bề mặt. Ngoài ra trong vùng cắt
còn có rất nhiều hiện tượng vật lý khác xảy ra mà ta sẽ nghiên cứu cụ thể ở các
phần sau. Quá trình cắt kim loại khi phay về nguyên tắc không khác quá trình cắt
khi tiện. Ở đây tập trung nghiên cứu một số hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt.
Lớp kim loại được cắt gọi là phoi, có thể có nhiều dạng khác nhau tuỳ thuộc vào
điều kiện gia công.
Theo giáo sư I.A.Time thì phoi có các dạng sau đây: Phoi dây, phoi xếp và phoi
vụn.
- Phoi vụn: Là phoi tồn tại ở dạng hạt, thường nhận được khi gia công vật liệu
có tính dẻo thấp như gang, đồng thau, hình 1.2a.

Hình 1.2 Các dạng phoi khi gia công cắt gọt kim loại [13]
Quá trình biến dạng của vật liệu trong vùng cắt thường không qua giai đoạn
biến dạng dẻo (vì các vật liệu đó có tính dẻo rất thấp).
Khi cắt tạo thành phoi vụn thì có một số đặc điểm như: Chiều cao nhấp nhô bề
mặt không cao, tính chất lớp bề mặt ít thay đổi, lực cắt không ổn định, ít gây mất an
toàn [13].


15
- Phoi xếp: Là phoi tồn tại ở dạng đoạn ngắn, mặt dưới của phoi (mặt tiếp xúc
với mặt trước của dao) nhẵn, mặt trên xù xì như răng cưa. Dạng phoi này thường có
khi gia công vật liệu dẻo như thép có lượng các bon thấp, được gia công với chiều
dày cắt lớn, vận tốc cắt không cao, hình 1.2b.
Khi cắt tạo thành phoi xếp có một số đặc điểm: Chiều cao nhấp nhô bề mặt
không cao lắm, bề mặt chi tiết gia công bị biến dạng dẻo nên có tính chất cơ lý khác
một ít so với tính chất của vật liệu gia công. Phoi xếp thu được sau khi gia công
thép, có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2÷3 lần. Điều đó chứng
tỏ vật liệu đã được hoá bền ở mức độ cao.
- Phoi dây: Là phoi tồn tại ở dạng dây dài, bề dày không lớn. Tuỳ theo vật liệu
gia công, hình dáng hình học đầu dao và chế độ công nghệ mà phoi tồn tại ở dạng
dây dài hay xoắn lò xo. Dạng phoi này thường có khi gia công vật liệu có tính dẻo
với tốc độ cắt cao, hình 1.2c.
Khi cắt hình thành phoi dây có đặc điểm: Chiều cao nhấp nhô bề mặt gia công
cao, lực cắt đơn vị nhỏ và ít thay đổi. Tuy nhiên cần chú ý tìm biện pháp bẻ phoi vì
phoi dây đặc biệt là dây dài rất dễ gây mất an toàn [14].
Khi gia công các vật liệu có tính dẻo cao như thép và nhôm, trên mặt trước của
dao (ngay gần mũi dao) thường xuất hiện những lớp kim loại có cấu trúc khác hẳn
so với cấu trúc của phoi và vật liệu gia công. Lớp kim loại này bám rất chắc vào dao
và tham gia cắt gọt như một mũi dao vì nó có độ cứng rất cao. Hiện tượng này còn
được gọi là hiện tượng lẹo dao (built up edge). Hiện tượng lẹo dao được phân tích
xem xét dưới nhiều góc độ khác nhau nhưng đều có điểm thống nhất chung về
nguyên lý hình thành. Khi cắt, do nhiệt phát sinh nên một lớp mỏng kim loại nằm
giữa mặt trước của dao và mặt dưới của phoi bị nóng chảy; lớp kim loại này hầu hết
chuyển động theo phoi ra ngoài. Tuy nhiên, do bề mặt dao không tuyệt đối nhẵn nên
có lực ma sát cản trở chuyển động đó làm cho nó di chuyển chậm lại và trong một
điều kiện nhất định, khi lực cản lớn hơn lực liên kết giữa lớp kim loại đó với phoi
thì nó bị giữ lại bám rất chắc vào mũi dao gây ra hiện tượng lẹo dao [13]. Chiều cao
của lớp kim loại bám trên bề mặt càng ngày càng lớn nhưng nó không tồn tại mãi


16
mà đến một lúc nào đó nó lại bị cuốn theo phoi ra ngoài, tiếp tục hình thành lớp kim
loại bám tiếp theo.
Hiện tượng lẹo dao hình thành trong quá trình cắt có ưu điểm bảo vệ đầu mũi
dao và làm tăng khả năng thoát phoi (do góc trước của dao được tăng lên). Tuy
nhiên, sự xuất hiện lẹo dao lúc gia công có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình gia công
và chất lượng bề mặt chi tiết. Lẹo dao làm thay đổi các thông số hình học của dụng
cụ cắt (góc cắt) do đó làm tăng lực cắt. Lực cắt thay đổi, kéo theo các ảnh hưởng
khác như tăng nhiệt cắt và rung động. Do đó, mọi biện pháp để hạn chế sự xuất hiện
của lẹo dao khi gia công tinh sẽ là yếu tố rất quan trọng nhằm nâng cao chất lượng
chi tiết gia công.
Để khử lẹo dao, cần phải mài bóng mặt trước của dao thật cẩn thận hoặc thay
đổi tốc độ cắt (thường thường tăng tới 30m/phút hoặc cao hơn), đồng thời cũng có
thể sử dụng dung dịch trơn nguội trong từng điều kiện gia công cụ thể.
- Sự co rút phoi: Trong quá trình cắt phoi bị biến dạng và ngắn hơn so với phần
chi tiết được cắt ra. Hiện tượng phoi bị ngắn theo chiều dài được gọi là sự co rút của
phoi theo chiều dài. Thể tích của kim loại khi bị biến dạng thực tế không thay đổi.
Vì vậy, trong khi chiều dài của phoi giảm thì diện tích tiết diện ngang của phoi tăng.
Diện tích tiết diện ngang của phoi tăng được gọi là sự co rút của phoi theo chiều
ngang.
- Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt: Trong quá trình cắt chi tiết gia công,
dụng cụ cắt và phoi bị nung nóng. Khi tăng tốc độ cắt, đặc biệt là khi cắt các phoi
mỏng, nhiệt độ trong vùng cắt sẽ tăng tới 600oC. Nếu tốc độ cắt tiếp tục tăng, trong
nhiều trường hợp phoi cắt sẽ bị nung nóng tới 900oC (màu đỏ sáng). Nhiệt độ ở
vùng cắt tăng là do có hiện tượng cơ năng chuyển thành nhiệt năng trong quá trình
cắt. Nhiệt cắt xuất hiện bằng sự chuyển đổi từ công cắt, gần như tất cả công cần
thiết trong quá trình cắt đều biến thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi và công kín
(tổng của hai loại công này nhỏ, không vượt quá 5%), phần còn lại chuyển thành
nhiệt trong quá trình cắt. Khoảng 97 - 98% công suất cắt biến thành nhiệt. Khi sử
dụng dung dịch trơn nguội thì thông thường nhiệt độ cắt giảm nhanh vì ngoài tác


17
dụng làm nguội, dung dịch còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát trong quá trình
cắt. Hiệu quả làm nguội càng lớn thì nhiệt cắt càng giảm nhiều.
1.1.3 Các chuyển động cơ bản khi phay
Chuyển động cơ bản là các chuyển động để thực hiện quá trình cắt gọt, hình
thành các bề mặt chi tiết gia công, bao gồm:
- Chuyển động chính (chuyển động cắt): là chuyển động chủ yếu thực hiện
quá trình cắt tạo ra phoi, ký hiệu là V hoặc n. Chuyển động chính khi phay là
chuyển động quay tròn của dao phay được truyền dẫn qua trục chính.
- Chuyển động chạy dao S là chuyển động để thực hiện quá trình cắt tiếp tục
và cắt hết chiều dài chi tiết. Đó là chuyển động dọc, ngang hoặc thẳng đứng của bàn
máy phay có gá phôi. Chúng thường vuông góc với trục dao.
1.1.4. Các thành phần của lớp bề mặt bị cắt khi phay
Các thông số của yếu tố cắt và chế độ cắt khi phay bao gồm chiều sâu lớp cắt
to, lượng chạy dao S, vận tốc cắt V, chiều sâu phay t, chiều rộng phay B, chiều dày
cắt a. Khi phay các yếu tố này ảnh hưởng đến tuổi bền của dao, chất lượng bề mặt
gia công, công suất cắt và năng suất cắt.
- Chiều sâu cắt to: Chiều sâu cắt là kích thước lớp kim loại được cắt đi ứng
với một lần chuyển dao, đo theo phương vuông góc với bề mặt gia công (mm).
- Lượng chạy dao S: Được phân làm 3 loại:
+ Lượng chạy dao răng Sz: là lượng dịch chuyển của bàn máy (mang chi tiết
gia công) sau khi dao quay được một góc răng (mm/răng).
+ Lượng chạy dao vòng Sv: là lượng dịch chuyển của bàn máy khi dao quay
được một vòng (mm/vòng). Sv= Sz.Z (1-1)
+ Lượng chạy dao phút Sph: là lượng dịch chuyển của bàn máy sau thời gian
1 phút (mm/phút). Sph= Sz.Zn (1-2)
Tốc độ cắt: Tốc độ cắt khi phay được biểu diễn:

(1-3)

(1-4)


18
Dấu (+) ứng với trường hợp phay nghịch, dấu (-) ứng với trường hợp phay
thuận.
Trong đó: Vn= π.D.n/1000 (m/phút) (1-5)
Vs= SzZn(mm/phút) (1-6)
Thực tế giá trị Vs rất nhỏ so với Vn khi tính toán chế độ cắt người ta thường bỏ qua
lượng Vs, khi đó công thức 1-3 có dạng:
Vc= Vn= π.D.n/1000 (m/phút) (1-7)
- Chiều sâu phay t
Chiều sâu phay là kích thước lớp kim loại được cắt đi, đo theo phương vuông
góc với trục của dao phay ứng với góc tiếp xúc ψ
Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đường kính dao,
khi phay bề mặt vuông góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt to.
- Chiều rộng phay B
Chiều rộng phay là kích thước lớp kim loại được cắt theo phương chiều trục
của dao phay. Khi phay bằng dao phay ngón thì chiều rộng phay bằng chiều sâu
rãnh, khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì chiều rộng phay bằng chiều
sâu cắt to (B = to).
- Góc tiếp xúc ψ Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc t giữa dao và chi tiết.
Khi phay bằng dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay định
hình góc tiếp xúc được tính theo công thức sau:

( 1- 8)

Hình 1.3: Góc tiếp xúc khi phay bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón


19
Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:

(1-9)
Khi phay không đối xứng bằng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón thì:

(1-10)

Hình 1.4: Phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón
- Chiều dày cắt a khi phay
Chiều dày cắt khi phay là một trong những yếu tố quan trọng của quá trình
phay. Chiều dày cắt khi phay là khoảng cách giữa hai vị trí kế tiếp của quỹ đạo
chuyển động của một điểm trên lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng Sz.
Coi gần đúng quỹ đạo chuyển động tương đối của lưỡi cắt là đường tròn, do
đó chiều dày cắt a được đo theo phương đường kính của dao. Trong qúa trình phay,
chiều dày cắt a biến đổi từ trị số amin đến amax hoặc từ amax đến amin tuỳ theo
phương pháp phay.


20

Hình 1.5 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón, dao phay mặt đầu
Chiều dày cắt tại điểm C: aC = AC
Gần đúng, coi ΔACB vuông tại C, ta có
Công thức tổng quát:

(1-11)
Với

là góc tiếp xúc tức thời giữa đường vuông góc với mặt gia công và bán kính

tại điểm tiếp xúc của đỉnh răng dao với chi tiết gia công.
Do góc

thay đổi từ 0 đến

nên aC cũng thay đổi theo

Với ψ = 00 có a = amin = 0.
Với ψ = φ có amax = SZ . sinφ
Vì chiều dày cắt a thay đổi từ a =0 đến amax = SZ . sinφ nên diện tích cắt và lực cắt
cũng bị thay đổi theo.


21

Hình 1.6: Các phương pháp phay
Chiều rộng khi phay
Là kích thước lớp kim loại được cắt đo theo phương chiều trục của dao.
Khi phay bằng dao phay trụ, chiều rộng phay bằng chiều rộng chi tiết b = B.
Khi phay rãnh bằng dao phay đĩa, chiều rộng phay bằng chiều rộng rãnh.
Khi phay rãnh bằng dao phay ngón, chiều rộng phay bằng chiều sâu rãnh.
Khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu, chiều rộng phay bằng chiều sâu cắt
t0


22
1.1.5. Các thành phần lực cắt và công suất cắt khi phay
- Lực cắt tổng R tác dụng lên một răng dao phay cũng như lực cắt khi tiện có thể
được phân thành những lực thành phần theo các phương xác định.

Hình 1.7: Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng
Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng ta có:
(1-12)
Hoặc

(1-13)

Trong đó
Pz: lực vòng hay còn gọi là lực tiếp tuyến, là lực cần quan tâm nhất vì nó là lực
chính để tạo phoi. Dựa theo lực này để tính công suất cắt và các cơ cấu chuyển động
chính của máy.
Py: lực hướng kính tác dụng vuông góc với trục chính, có xu hướng làm võng
trục gá dao, đồng thời tạo ra một áp lực trên các ổ của trục chính.
PH: thành phần lực thẳng đứng, tuỳ theo phay thuận hay nghịch mà nó tác dụng
đè chi tiết xuống hay nâng chi tiết lên.
Pn là thành phần lực nằm ngang hay là lực chạy dao vì nó có phương trùng với
phương chạy dao. Tùy theo phay thuận hay nghịch mà nó có tác dụng làm tăng hay


23
giảm độ dơ cơ cấu truyền động chạy dao. Tính toán cơ cấu chạy dao cũng như đồ gá
kẹp chi tiết.
Khi dùng dao phay trụ răng thẳng ta có:
Giả sử mỗi răng được tác dụng một lực P’: P’ = p.f
Trong đó:
f- Tiết diện ngang do một răng dao thực hiện
p- Lực cắt đơn vị lên một đơn vị diện tích kG/mm2
Lực cắt đơn vị phụ thuộc vào chiều dày cắt a:

(1-14)
A- Hệ số tính đến điều kiện cắt, phụ thuộc tính chất của vật liệu gia công,
thông số hình học của răng dao phay.
n- Số mũ đặc trưng cho ảnh hưởng của a đến lực p, n<1;
ax- Chiều dày cắt tức thời – (mm)
Khi biết p và f, có thể xác định P’

(1-15)
Chiều dày cắt ax có thể lấy bằng chiều dày cắt trung bình a0

(1-16)
Thay giá trị của ax vào ta có:

(1-17)
Đối với m răng ta có lực P=P’.m với

(1-18)


24

(1-19)

(1-20)
Đặt

Khi đó:

(1-21)

Công thức trên là công thức tổng quát có thể dùng cho các loại dao phay
khác như dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay ngón...
Khi biết P và v =πDn/1000 có thể tính phay theo công thức
(1-22)
Ở đây: qN = qp + 1
Công suất chạy dao chiếm khoảng 15% công suất cắt, vì vậy tổng công suất
tính toán (công suất động cơ) sẽ bằng:

(1-23)
Trong đó:
η – Hiệu suất của máy
Kn – Hệ số quá tải tức thời cho phép, Kn = 1,3÷1,5
Dựa theo lực PZ, ta xác định momen xoắn M:
M = PZ.D/2 (kGm)
1.2. Mòn và tuổi bền của dụng cụ
1.2.1 Khái niệm chung về mòn
Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt và sự tách vật liệu từ một hoặc cả hai bề
mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau. Eyre và Davis
định nghĩa mòn liên quan đến về khối lượng hoặc thể tích, dẫn đến sự thay đổi vượt


25
quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của bề mặt. Nói chung mòn
xảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt. Trong quá trình chuyển động tương
đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các
nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút
vật liệu nào tách ra, sau đó vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp
hoặc tách ra thành những hạt mài rời.
Do áp lực, nhiệt độ và tốc độ cắt, các bề mặt tiếp xúc của dao trong quá trình
sử dụng bị mài mòn. Tất cả các loại dụng cụ đều bị mài mòn: theo mặt sau (dạng
mài mòn thứ nhất) hoặc theo mặt sau và mặt trước (dạng mòn thứ hai). Cả hai loại
mòn này đều tồn tại khi gia công với mọi chế độ cắt được dùng trong sản xuất.
1.2.2. Các cơ chế mòn của hai bề mặt trượt tương đối
* Mòn do dính
Khi hai bề mặt tiếp xúc với nhau, đỉnh các nhấp nhô sẽ bị biến dạng dẻo dưới
tác dụng của ứng suất pháp. Khi hai bề mặt chuyển động tương đối với nhau lớp
màng mỏng ôxy hoá và hấp thụ bị phá vỡ và vật liệu ở đỉnh các nhấp nhô tiếp xúc
trực tiếp gây dính.
Nếu sức bền dính đủ lớn để cản trở chuyển động trượt tương đối, một vùng
của vật liệu sẽ bị biến dạng dưới tác dụng của ứng suất nén và tiếp là sự trượt xảy ra
mạnh dọc theo các mặt phẳng trượt tạo thành các mảnh mòn dạng lá mỏng. Nếu
biến dạng xảy ra trên diện rộng ở vùng tiếp xúc đôi khi mảnh mòn sinh ra có dạng
như hình nêm và dính sang bề mặt đối tiếp.
Loladze và Rabinowicz cho rằng khi hai bề mặt làm từ vật liệu khác nhau
trượt tương đối với nhau các mảnh mòn của vật liệu cứng hơn cũng bị tách ra khỏi
vùng bề mặt. Nguyên nhân do sự dính ngẫu nhiên của vùng bề mặt có sức bền bị
giảm cục bộ với vùng bề mặt có sức bền cao cục bộ của vật liệu mềm. Archard đã
đưa ra mô hình tính toán mòn dính theo công thức sau:
(1-24)
Trong đó: Q là lượng mòn trên một đơn vị chiều dài quãng đường trượt [khối
lượng/chiều dài].


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×