Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA LOẠI DUNG DỊCH
TRƠN NGUỘI TỚI CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG
KHI MÀI TINH THÉP Ổ LĂN SUJ2 BẰNG ĐÁ AL
2
O
3
VÀ
ĐÁ CBN TRÊN MÁY MÀI PHẲNG ĐỖ ĐỨC TRUNG


Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Thầy giáo - TS. Ngô Cường, người đã hướng dẫn
và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và
hoàn chỉnh Luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ
thuật thuộc Đại học Thái Nguyên, Ban lãnh đạo và Khoa Sau đại học của Trường
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận
văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học của Viện Khoa học vật liệu
Hà Nội đã tận tình giúp đỡ trong quá trình xử lý kết quả thí nghiệm.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai
sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà
khoa học và các bạn đồng nghiệp.

Tác giả
Đỗ Đức Trung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU
1
1. Tính cấp thiết của đề tài
1
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2

9
1.4. Phân loại dung dịch trơn nguội
10
1.4.1. Dầu cắt gọt
10
1.4.2. Dầu hòa tan
12
1.4.3. Dung dịch cắt gọt hóa học
13
1.5. Các phương pháp bôi trơn – làm nguội khi mài
15
1.5.1. Phương pháp gia công khô
15
1.5.2. Phương pháp tưới tràn
15
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1.5.3. Phương pháp dùng dòng không khí lạnh
17
1.5.4. Phương pháp đưa dung dịch từ trong ra ngoài theo mọi hướng qua các lỗ
hổng của đá
18
1.5.5. Phương pháp đưa dung dịch từ trong ra ngoài bằng cách tạo các lỗ rỗng
trên đá
18
1.6. Kết luận chương 1
19
Chƣơng 2: CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG
VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA CÔNG NGHỆ TƢỚI NGUỘI
ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI

2.2.4. Ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt
37
2.2.4.1. Ảnh hưởng của loại dung dịch và áp suất tưới nguội
37
2.2.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội
39
2.2.4.3. Ảnh hưởng của lưu lượng tưới nguội
40
2.2.5. Ảnh hưởng đến cấu trúc lớp kim loại bề mặt
43
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.3. Kết luận chương 2
44
2.4. Xác định hướng nghiên cứu của luận văn
44
Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA
LOẠI DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ
MẶT GIA CÔNG KHI MÀI TINH THÉP SUJ2
BẰNG ĐÁ Al
2
O
3
VÀ CBN
47
3.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm
47
3.2. Phương pháp thí nghiệm
47
3.2.1. Mẫu thí nghiệm

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH

Ký hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị
R
a

Sai lệch prôfin trung bình cộng
m
R
z

Chiều cao nhấp nhô tế vi
m
V
đ
Tốc độ của đá mài
m/ph
t
Chiều sâu khi mài
mm
D
e

Đường kính tương đương của đá mài
mm
a
z


Nồng độ dung dịch
%

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

TT
Bảng số
Nội dung
Trang
1
1.1
Phân bố nhiệt cắt khi mài
6
2
1.2
Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng
hợp kim
7
3
2.1
Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai môi
trường làm mát
30
4
3.1
Thành phần hóa học của thép SUJ2
47
5

3
1.3
Sơ đồ tưới nguội thông dụng trên máy mài
16
4
1.4
Sơ đồ tưới nguội phối hợp ở bên ngoài bằng dung dịch
có áp lực cao
16
5
1.5
Kết cấu vòi phun có hai lỗ tưới nguội
17
6
1.6
Đá mài có lỗ để dẫn dung dịch trơn nguội đi qua
19
7
2.1
Sự hình thành độ nhám bề mặt mài
21
8
2.2
Sự hình thành bề mặt chi tiết mài
22
9
2.3
Rung động gây ra sóng bề mặt gia công
24
10

Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ
dung dịch trơn nguội 10 m/s
33
17
2.11
Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ
33
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

dung dịch trơn nguội 15,4 m/s
18
2.12
Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ
dung dịch trơn nguội 3,5 m/s
33
19
2.13
Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ
dung dịch trơn nguội 10 m/s
34
20
2.14
Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ
dung dịch trơn nguội 16 m/s
34
21
2.15
Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng
bề mặt mài
35

nhau
41
28
2.22
Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng
suất dư bề mặt khi mài bằng đá Al
2
O
3
và đá CBN
41
29
2.23
Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng
suất dư bề mặt khi mài bằng đá BWA60MVA1
42
30
2.24
Ảnh hưởng của lưu lượng tưới nguội tới nhiệt độ mài
khi mài bằng đá CBN
43
31
3.1
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá Al
2
O
3
với
dung dịch trơn nguội là Emulsion
50

3.5
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá CBN với
dung dịch trơn nguội là Emulsion
52
36
3.6
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá CBN với
dung dịch trơn nguội là Tectyl cool 1240
52
37
3.7
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá CBN với
dung dịch trơn nguội là Tectyl cool 1290
52
38
3.8
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá CBN với
dung dịch trơn nguội là Machinery coolant
53
39
3.9
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài khô bằng đá
CBN.
53
40
3.10
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá Al
2
O
3

44
3.14
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Emulsion
55
45
3.15
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Tectyl cool 1240
55
46
3.16
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
55
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

trơn nguội là Tectyl cool 1290
47
3.17
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Machinery coolant
56
48
3.18
Độ nhám bề mặt khi mài khô bằng đá CBN
56
49
3.19
Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ nhám
bề mặt gia công khi mài bằng đá Al

trơn nguội là Tectyl cool 1290
58
53
3.23
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá Al
2
O
3
với dung dịch
trơn nguội là Machinery coolant
59
54
3.24
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Emulsion
59
55
3.25
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Tectyl cool 1240
59
56
3.26
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Tectyl cool 1290
60
57
3.27
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Machinery coolant

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.lrc-tnu.edu.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 Al
2
O
3
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

- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả.
3.4. 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 Al
2
O
3
và CBN
trên máy mài phẳng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 4 -
Chƣơng 1:
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRƠN NGUỘI
TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT
1.1. Nhiệt phát sinh trong quá trình cắt gọt
1.1.1. 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 9598% tổng công của quá trình cắt. Các nguồn sinh nhiệt khi gia công
bằng cắt gọt gồm [4]:

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 = 0,0120,015s. 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.

Hình 1.1. 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]:
Q
t
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
+ Q
5

(1.1)
Trong đó:
Q
t
– Nhiệt tạo ra khi mài.

(%)
Q
3
(%)
Q
4
(%)
Q
5
(%)
Mài khô
Mài có tưới nguội
6584
69
15
1112
520
37
Không
đáng kể

413

Nhiệt cắt khi mài có thể tính theo công thức [8]:

5,0
5,0
) (
) (
c


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 7 -

Bảng 1.2. Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim [8].
Hàm lượng hợp kim

2 % Cr
12 % Cr
18 % w
2 % Mn
1,1 % C

0,025
0,050
0,070
0,078
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 1.2).
- 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.

Hình 1.2. Một số kiểu đá mài không liên tục [8].

- Giảm mức độ biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt do đó tăng độ chính xác gia
công và nâng cao tuổi bền của dao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 9 -
1.2.3. Tác dụng làm sạch thiết bị
Tác dụng làm sạch thiết bị của dung dịch trơn nguội bao gồm:
- Dòng dung dịch trơn nguội đẩy các vụn kim loại ra khỏi thiết bị (sống
trượt, khe hở ở bàn máy,…) qua đó làm giảm quá trình mài mòn của thiết bị.
- Làm sạch bề mặt đá mài, tăng hiệu quả cắt gọt cho đá.
- Nâng cao tác dụng bảo vệ bề mặt chi tiết gia công, hạn chế rỉ sét.
- Giảm lượng bụi trong khu vực gia công.
Ngoài các tác dụng như trên thì dung dịch trơn nguội cũng có nhược điểm:
- Tăng ô nhiễm môi trường và có thể ảnh hưởng đến sức khỏe người lao
động.
- Tăng chi phí gia công và chi phí xử lý dung dịch sau khi sử dụng.
1.2.4. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng dung dịch trơn nguội
Việc sử dụng dung dịch trơn nguội trong gia công cắt gọt có thể đưa đến các
lợi ích kinh tế sau:
- Giảm chi phí dụng cụ cắt: các dụng cụ cắt mòn chậm hơn do đó tăng tuổi
bền, giảm thời gian mài lại và chỉnh sửa dụng cụ cắt.
- Tăng năng suất cắt gọt: do dung dịch trơn nguội làm giảm nhiệt và ma sát
nên có thể sử dụng chế độ cắt gọt cao.
- Giảm chi phí lao động: do dụng cụ cắt có tuổi bền lớn hơn và cần mài lại ít
hơn khi sử dụng dung dịch trơn nguội, thời gian dừng máy ít hơn, giảm chi phí gia
công chi tiết.
- Giảm chi phí năng lượng: dung dịch trơn nguội làm giảm ma sát do đó
năng lượng cần thiết cho các nguyên công cắt gọt sẽ giảm tương ứng cho phép tiết

bôi trơn (dung dịch nước xà phòng, dung dịch emulsion), nhóm có tác dụng bôi trơn
và một phần làm lạnh (các chất dầu).
- Theo đặc tính sử dụng của dung dịch có thể phân làm ba nhóm: dầu cắt gọt,
dầu hòa tan, dung dịch cắt gọt hóa học.
Trong thực tế sản xuất, cách phân loại dung dịch trơn nguội theo đặc tính sử
dụng được dùng phổ biến hơn.
1.4.1. Dầu cắt gọt
Dầu cắt gọt được chia thành loại hoạt động và loại thụ động, các thuật ngữ
này xác định tính hoạt động của dầu hoặc khả năng tương tác với bề mặt kim loại ở

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 11 -
nhiệt độ làm việc để bảo vệ bề mặt và cải thiện tác động cắt [7].
1. Dầu cắt gọt hoạt động
Dầu cắt gọt hoạt động là loại làm sẫm màu dải đồng khi nhúng vào dầu trong
ba giờ ở nhiệt độ 212
0
F (100
0
C). Các loại dầu này nói chung được sử dụng khi cắt
gọt thép, dầu có thể sẫm màu hoặc trong suốt. Các dầu sẫm mầu thường chứa nhiều
lưu huỳnh hơn loại trong suốt và thích hợp cho gia công thô. Dầu cắt gọt hoạt động
nói chung gồm ba nhóm:
- Nhóm I: dầu khoáng sulfua hóa chứa từ (0,5  0,8%)S, nói chung có mầu
sáng hoặc trong suốt. Nhóm dầu này có tính chất làm nguội, bôi trơn và chống dính
tốt. Chúng có tác dụng rất tốt trong cắt gọt thép các bon thấp, các vật liệu kim loại
dẻo và dai. Dầu khoáng sulfua hóa có tác dụng ăn mòn đồng và hợp kim đồng, do
đó không nên dùng khi gia công các loại vật liệu có chứa đồng.
- Nhóm II: dầu khoáng sulfochlor hóa chứa đến 3%S và 1%Cl. Nhóm dầu

công.
- Nhóm III: hỗn hợp dầu khoáng béo (kết hợp các dầu khoáng và dầu béo)
tạo ra tính thấm ướt và xuyên thấu cao hơn dầu khoáng thuần. Các đặc tính này cho
phép tạo ra bề mặt gia công có độ bóng cao trên các vật liệu kim loại không có sắt.
- Nhóm IV: hỗn hợp dầu khoáng béo sulfua hóa, được chế tạo bằng cách kết
hợp sulfua với dầu béo sau đó hòa trộn với dầu khoáng. Nhóm dầu này có tính bôi
trơn và chống dính rất cao khi áp suất cắt gọt cao và sự rung động của dụng cụ lớn.
Hầu hết dầu nhóm này được sử dụng khi cắt gọt vật liệu kim loại không chứa sắt tạo
ra độ bóng bề mặt cao. Chúng cũng được dùng khi gia công đồng thời vật liệu kim
loại có sắt và không có sắt trên các chi tiết (chi tiết làm bằng vật liệu tổ hợp).
1.4.2. Dầu hòa tan
Dung dịch trơn nguội hiệu quả phải có tính dẫn nhiệt cao, dầu khoáng và dầu
béo đều không phải là chất làm nguội tốt. Nước là môi trường làm nguội tốt, tuy
nhiên khi chỉ dùng nước làm dung dịch cắt gọt sẽ gây ra rỉ sét và có tác dụng bôi
trơn rất thấp. Bằng cách bổ xung vài phần trăm dầu hòa tan vào nước có thể làm
tăng tính chống rỉ sét và chất lượng bôi trơn cùng với khả năng làm nguội của nước.
Các dầu nhũ hóa hoặc hòa tan là dầu khoáng chứa chất xà phòng hóa (nhũ
hóa) làm cho chúng hòa tan được vào nước, chúng được cung cấp ở dạng đậm đặc
có nồng độ cao. Khi gia công với chế độ cắt gọt nhẹ và khi cần làm nguội là chính
thì pha từ 1 đến 5 phần dầu đậm đặc với 100 phần nước, các hỗn hợp đặc hơn được
dùng khi yêu cầu bôi trơn và chống rỉ sét là cơ bản.
Dầu hòa tan được sản suất thành ba nhóm để sử dụng trong những điều kiện
gia công khác nhau [7]:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 13 -
- Nhóm I: dầu khoáng nhũ hóa, là loại dầu khoáng được bổ xung thêm các
hợp chất khác nhau làm cho dầu hòa tan được trong nước. Các dầu nhóm này có giá
rẻ, tính bôi trơn và làm nguội tốt, được sử dụng rộng rãi cho nhiều nguyên công cắt