Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 THÁI NGUYÊN - 2009 Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 Học viên
: Đỗ Như Hoàng
Người hướng dẫn khoa học
: TS. Trần Minh Đức THÁI NGUYÊN - 2009
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
TRƯỜNG ĐHKT CÔNG
NGHIỆP
***
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
--------------o0o-------------- THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI:
ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI
THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI
TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG
DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT Học viên: Đỗ Như Hoàng
Lớp: CHK9
Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
Người HD khoa học: TS. Trần Minh Đức
KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN
TS. Nguyễn Văn Hùng
12
1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 12
1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi 12
1.1.2 Sự co rút phoi 13
1.2 LỰC CẮT GỌT 14
1.2.1 Cơ sở lý thuyết của lực cắt gọt 14
1.2.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt 16
1.3 HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 17
1.3.1 Nhiệt cắt 17
1.3.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt 19
1.4 SỰ MÀI MÒN DAO 19
1.4.1 Biểu hiện ngoài của sự mài mòn dao 19
1.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao 21
1.4.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt 23
1.5 GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY 24
1.5.1 Khái niệm chung 24
1.5.2 Phân loại dao phay 25 Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5
1.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay 26
1.5.4 Các thông số hình học của dao phay 27
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6
3.1.2 Hệ thống thực nghiệm 52
3.1.3 Thiết bị thí nghiệm 53
3.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 53
3.2.1 Mòn và cơ chế mòn của dao 54
3.2.2 Độ nhám bề mặt chi tiết 59
3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 60
Chương 4. PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP
THEO
61
4.1 KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 61
4.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
PHỤ LỤC 65
Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MÒN DAO 65
Phụ lục 2. SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 71
γ: góc trước
K: hệ số co rút phoi
L: chiều dài phoi
L
0
: chiều dài cắt
a
1
: chiều dầy phoi thực tế
a: chiều dầy phoi lý thuyết
R: tổng hợp lực tác dụng lên dao
R
0
: lực tổng hợp pháp tuyến
R
1
: tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau
N: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước
F
0
: lực ma sát của phoi lên mặt trước
N’: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau
F
0
: lực ma sát của phoi lên mặt sau
P
x
: thành phần lực cắt theo phương X
P
y
P
s
: lực trong mặt phẳng trượt
Q: nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cắt
δ
0
: độ mòn dao
τ: thời gian làm việc của dao
ϕ: góc nghiêng chính của dao
α: góc sau
δ: góc tiếp xúc
f: tiết diện ngang của lớp cắt
B: chiều rộng cắt
S
z:
lượng tiến dao răng
a
0
: chiều dầy cắt trung bình
D: đường kính dao phay
P: lực vòng
[u]: lượng mòn mặt sau cho phép
R
a
: độ nhấp nhô bề mặt trung bình
MQL (Minimum Quantity Lubrication): Bôi trơn tối thiểu
DANH MỤC CÁC BẢNG
Hình 1.8: Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt 20
Hình 1.9: Quy luật mòn của dụng cụ cắt 23
Hình 1.10: Các loại dao phay 25
Hình 1.11: Các thông số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu 27
Hình 1.12: Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay 28
Hình 1.13: Sơ đồ tính góc tiếp xúc 29
Hình 1.14: Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của răng
dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt
30
Hình 1.15: Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay 30
Hình 1.16: Các dạng mài mòn của răng dao phay 31
Hình 2.1: Các phần tử hòa tan trong nước 40
Hình 2.2: Các phần tử tích tụ khối và các phần tử hòa tan trong nước 40
Hình 2.3: Các phần tử hòa tan dưới dạng thể sữa 41 Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10
Hình 2.4: Các phần tử hòa tan trong hợp chất hóa học 41
Hình 2.5: Các phần tử hòa tan trong hợp chất dầu 42
Hình 2.6: Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ hai mặt bên của
dao
42
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11
LỜI NÓI ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng
rãi trong gia công cắt gọt do dung dịch trơn nguội nâng cao được hiệu quả của
của quá trình gia công bởi chức năng bôi trơn, làm mát và làm đẩy phoi ra khỏi
vùng gia công của nó. 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. 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....
Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn rất khó giải quyết được vấn đề về sức
khỏe người thợ và ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, giá thành liên quan đến việc sử
gia công tốc độ cao....
Trên thế giới có một số tài liệu đã công bố nghiên cứu về MQL như: các
tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu
Ảnh hưởng của MQL đến mòn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi
tiện AISI-4340 [14]. Tác giả Steven Y. Liang đã nghiên cứu MQL trong tiện cứng
[15]. Tổng cô
ng ty Master Chemical đã tổng kết các Ứng dụng của MQL trong
công nghệ kim loại [16]. Tác giả Jim Lorincz đã nêu Các giải pháp đúng đối với
chất làm nguội trong đó có nêu những thành công của MQL trong gia công cắt
gọt và ứng dụng MQL vào thiết kế máy công cụ [17].
Ở Việt Nam, công nghệ MQL mới chỉ mới tiếp cận vài năm gần đây. Hiện
đã có một số nghiên cứu áp dụng MQL trong gia công cắt gọt đã công bố như:
tác giả Trần Minh Đức đã Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội
tối thiểu trong gia công cắt gọt, tác giả đã xây dựng được hệ thống MQL đáp ứng
yêu cầu nghiên cứu và rất thuận lợi cho việc chuyển giao công nghệ MQL trong
tiện cắt đứt, phay rãnh bằng dao phay ngón, phay lăn răng, khoan [3]. Tác giả
Phạm Quang Đồng đã Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi
trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mòn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh
bằng dao phay ngón [4]. Tác giả Nguyễn Đức Chính đã Nghiên cứu xác định áp Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Kết quả của đề tài sẽ làm rõ ảnh hưởng của MQL trong phay cứng mặt
phẳng bằng dao phay mặt đầu so với gia công khô về độ nhám bề mặt chi tiết và
mòn dao. Từ đó làm giàu thêm kiến thức và kinh nghiệm về bôi trơn làm nguội
trong gia công cắt gọt.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
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
thân thiện với môi trường.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Với mục đích nghiên cứu ứng dụng công nghệ MQL vào phay cứng, 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 khô và gia công MQL trong phay
cứng từ đó định hướng cho nghiên cứu về mòn, cơ chế
mòn dao và độ nhám bề
mặt chi tiết khi phay cứng. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định được bản chất
mòn, cơ chế mòn và độ nhám bề mặt chi tiết từ đó so sánh được hiệu quả gia
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI
KHI PHAY
1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI
1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi
Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình
1a), sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực
liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của
các phần tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.1b). Hiện
tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1 ÷ 5 (hình 1.1c). Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16
a
P
a)
a
b)
P
2
1
C
sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước γ lớn [7].
Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với
chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước γ nhỏ [7].
Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với
chiều
sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước γ nhỏ [7].
Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước γ lớn
thì phoi vụn (hình 1.2d) có hình dạng không giống nhau được hình thành. Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17
a
P
a)
a
P
C
B
a
P
C
B
cắt kim loại
L
a
L
L
0
a
1
Hình 1.3. Sơ đồ co rút phoi Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18
β1
γ
l
l
0
Hình 1.4. Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi
Khi xét một phần tử phoi (hình 1.4), hệ số co rút phoi sẽ bằng:
1
γ
N'
F'
0
R
1
F
R
N
0
0
v
δ
a)
N'
F'
0
R
b)
y
z
R
P
z
P
y
1
R
1
R
0
’. Tổng của hai lực N’ và F
0
’ là R
1
. Vì góc sau α nhỏ và có độ
mòn ở mặt sau của dao, cho nên ta có thể tính lực như trên hình 1.5b, có nghĩa là
phương của lực F
0
’ ngược với phương tốc độ cắt V. Để thực hiện được quá trình
cắt hoặc để giữ trạng thái cân bằng của dao thì từ ngoài phải có một lực tác dụng
lên dao
10
RRR +=
(hình 1.5c).
Phân tích lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần:
- Thành phần lực P
z
theo phương chuyển động chính hoặc theo phương
dịch chuyển của dao và ta gọi P
z
là lực tiếp tuyến.
- Thành phần lực P
y
theo phương trùng với đường tâm dao và ta gọi P
y
là
lực hướng kính. Khi chiếu các lực lên phương của trục y và trục z ta được:
P
z
y
còn có thêm thành phần lực P
x
(lực tác
dụng theo phương trục chi tiết). Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20
Tương quan của các thành phần lực này trong điều kiện gia công bình
thường có thể được tính như sau [7]:
P
x
= (0,2 ÷ 0,3)P
z
P
y
= (0,3 ÷ 0,4)P
z
1.2.2. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt
Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21
Sự tỏa nhiệt khi cắt là do một công A (kGm) sinh ra trong quá trình hớt
phoi. Công A được xác định theo công thức:
A = A
1
+ A
2
+ A
3
(1)
Ở đây:
A
1
: công sinh ra biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo;
A
2
: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước của dao;
A
3
: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau của dao.
Mặt khác, công A được tính theo công thức:
A = P
z
.L
Ở đây:
P
V
s
: tốc độ trượt (m/phút);
F: lực ma sát ở mặt trước của dao (kG);
F
1
: lực ma sát ở mặt sau của dao (kG);
K
V
V
F
=
: tốc độ chuyển động của phoi ở mặt trước của dao
(m/phút);
K: hệ số co rút phoi;
V
F1
: tốc độ chuyển động của bề mặt gia công tương đối so với mặt
trước của dao (m/phút), V
F1
= V. Lun vn thc s
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
gia cụng v dng c, cú th vit phng trỡnh nhit nh sau:
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
= Q
p
+ Q
d
+ Q
c
+ Q
m
õy:
Q
1
, Q
2
, Q
3
: nhit ng vi cỏc cụng cụng thc 1;
Q
p
, Q
d
, Q
c
≈ 1%. Thực
nghiệm cũng đã khẳng định rằng tính dẫn nhiệt của chi tiết gia công càng nhỏ thì
nhiệt tỏa vào dụng cụ càng lớn [7].
Khi cắt với tốc độ V = 10 m/phút, nhiệt độ lớn nhất trên mặt trước của dao
khoảng 540
0
C, còn trên khoảng cách 0,2 mm của mặt trước nhiệt độ khoảng
450
0
C. Khi tốc độ cắt là V = 200 m/phút nhiệt độ ở các nơi tương ứng là 1265
0
C
và 400
0
C [7].
Khi gia công vật liệu có tính dẫn nhiệt thấp, ví dụ hợp kim Titan BT2 thì
nhiệt độ vào dao lớn hơn khi gia công các vật liệu thông thường khác.
Khi nói về nhiệt độ cắt, cần nhớ rằng nó có giá trị không như nhau ở các
điểm khác nhau của vùng cắt. Ở các điểm khác nhau của bề mặt dụng cụ và phoi
có nhiệt đ
ộ khác nhau. Ngoài ra, tại mỗi điểm nhiệt độ có thể thay đổi theo thời
gian. Nhiệt độ cao nhất tồn tại ở tâm áp lực của phoi xuống dao và ở lưỡi cắt
chính [7].
1.3.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt
Dung dịch trơn nguội xâm nhập vào vùng cắt có tác dụng làm mát và tải
nhiệt ra khỏi vùng cắt, do đó làm nhiệt độ vùng cắt giảm xuống [7].
1.4 SỰ MÀI MÒN DAO
1.4.1 Biểu hiện ngoài của sự mài mòn dao
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
l
a)
b)
c)
Hình 1.7. Các dạng mòn của dụng cụ cắt
a)
b)
Hình 1.8. Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt
Khi mòn theo dạng thứ hai thì ngoài mặt sau bị mòn, mặt trước cũng bị
mòn (hình 1.7b). Mòn mặt trước có hình dạng đặc thù riêng. Dưới tác dụng của
phoi ở mặt trước của dao tồn tại một vết lõm có bề rộng l và chiều sâu δ
1
(hình
1.7b). Cạnh ngoài của vết lõm nằm gần song song với lưỡi cắt chính, còn chiều
dài b của vết lõm bằng chiều dài làm việc của lưỡi cắt chính. Tùy thuộc vào tốc
độ cắt và khoảng cách giữa cạnh ngoài vết lõm và lưỡi cắt chính có thể thay đổi.
Khi gia công thép với tốc độ cắt thấp và trung bình bằng dao thép gió, lưỡi cắt
chính và cạnh ngoài của vết lõm tồn tại khoảng cách f (gọi là đoạn nối ngang),
đoạn f này giảm dần theo chiều tăng của diện tích vết lõm. Điều
này có liên quan
đến lẹo dao, lẹo dao giữ cho mặt trước không bị phoi cọ sát nhiều. Khi gia công Luận văn thạc sĩ
của vật liệu dụng cụ vào vật liệu gia công (mòn
khuyếch tán).
Copyright: Tài liệu đại học ©