ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-------------- o0o -------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ẢNH HƢỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL)
ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI
TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔI

HOÀNG XUÂN TỨ

THÁI NGUYÊN, 2009


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-------------- o0o -------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
ẢNH HƢỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL)
ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI
TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔI

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
MÃ SỐ:
HỌC VIÊN: HOÀNG XUÂN TỨ
NGƢỜI HD KHOA HỌC: TS. TRẦN MINH ĐỨC

THÁI NGUYÊN, 2009


4

Hình 1.4

Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng

5

Hình 1.5

Sơ đồ nguồn gốc lực cắt

6

Hình 1.6

Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt cắt

7

Hình 1.7

Quan hệ giữa θ và v

8

Hình 1.8

Quan hệ giữa chiều dày cắt và nhiệt cắt


14

Hình 1.14

Dẫn dung dịch lên chi tiết gia công

15

Hình 1.15

Dẫn dung dịch lên mặt trước dao

16

Hình 1.16

Dẫn dung dịch vào mặt sau của dao

17

Hình 1.17

Dẫn dung dịch kết hợp mặt trước và mặt sau của dao

18

Hình 2.1

Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao


24

Hình 3.5

Kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi, Nhật Bản

25

Hình 3.6

Thân dao MTENN 2020 K16-N (hãng KANELA)

26

Hình 3.7

Mảnh dao CBN: TPGN 160308


-4Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

27

Hình 3.8

Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút


33

Hình 3.14

Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút.

34

Hình 3.15

Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau u và thời gian cắt khi gia
công khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu

35

Hình 3.16

Biểu dồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép

36

Hình 3.17

Quan hệ giữa nhám bề mặt Ra và thời gian cắt khi gia công
khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu


-5Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy



-6Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

tuổi thọ của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi gia công tinh lần cuối, để có
thể gia công được phải giảm tốc độ chạy dao và chiều sâu cắt, dẫn đến năng suất
cắt giảm xuống. Việc áp dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện
cứng sẽ làm tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt cũng như chất lượng bề mặt khi gia
công tinh lần cuối.
Ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối
thiểu vào quá trình tiện cứng hầu như chưa được quan tâm. Với những lợi ích về
môi trường, kinh tế và ý nghĩa khoa học mà phương pháp này mang lại em thấy
cần thiết khi chọn đề tài nghiên cứu: "Ảnh hƣởng của bôi trơn tối thiểu (MQL)
đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi".
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm nhằm: Nghiên cứu so sánh giữa
phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam
với phương pháp gia công khô. Qua đó đánh giá được những ưu nhược điểm của
bôi trơn tối thiểu và gia công khô khi tiện cứng.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu công nghệ bôi trơn tối thiểu khi áp dụng cho quá trình tiện
cứng. Ở đây chỉ nghiên cứu tiện cứng thép 9XC đã qua tôi đạt độ cứng 55 - 60
HRC, sử dụng dao gắn mảnh CBN.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp nguyên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm, trong đó
nghiên cứu thực nghiệm là chủ yếu.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
a.Ý nghĩa khoa học.

Chƣơng 3: Nghiên cứu so sánh giữa phương pháp bôi trơn tối thiểu và
phương pháp gia công khô khi tiện tinh thép 9XC đã qua tôi.
Nội dung chính bao gồm:
- Nghiên cứu so sánh giữa bôi trơn làm nguội tối thiểu và gia công khô khi
tiện tinh cứng qua các chỉ tiêu về chất lượng bề mặt, lượng mòn dao, cơ chế mòn,
để từ đó tìm được các ưu điểm nổi trội của phương pháp bôi trơn tối thiểu.
- Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam áp dụng vào quá trình
tiện cứng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu.
Kết luận chung.
7. Kết quả của đề tài


-8Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

- Đã tìm hiểu được một số lý thuyết cơ bản về bôi trơn làm nguội trong cắt
gọt, đặc biệt là bôi trơn tối thiểu trong quá trình tiện cứng.
- Sử dụng thành công dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam vào tiện cứng khi sử
dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu.
- Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của phương
pháp tiện tinh cứng sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu so với tiện khô.
8. Lời cảm ơn
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới:
- TS. Trần Minh Đức, thầy giáo đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn
thành luận văn này.
- Phòng Thí nghiệm Kỹ thuật cơ khí và Động lực - Trung tâm thí nghiệm Trường ĐHKT Công nghiệp; Phòng Thí nghiệm Vật lý - Khoa Vật lý - Trường
Đại học Sư phạm Thái Nguyên và các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ học viên
hoàn thành luận văn này.
Thái Nguyên, ngày 28 tháng 04 năm 2009

- 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

nhỏ.

Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước
thì phoi vụn (hình 1.2d) có hình dạng không giống nhau được hình thành.

lớn


- 10 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Luận văn thạc sỹ
a)

b)
P

a

a

C

P
B

c)


V

b
a

L

Hình 1.2: Quá trình hình thành phoi khi tiện thường
Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình
1.1a), 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).


- 11 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Luận văn thạc sỹ
a)

b)
C
1
2

B

c)

thường, tuy nhiên đối với tiện cứng do chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt lớn nên phoi
hình thành trong quá trình tiện cứng là phoi dây.
Biến dạng cắt khi tạo phoi dây là bé nhất. Vì vậy trong những trường hợp
gia công tinh ta cần cố gắng tạo phoi dây bằng cách nâng cao tốc độ cắt.
Khi tạo phoi dây, do phoi được hình thành một cách liên tục, do đó lực cắt
khá ổn định, ít rung động. Nhờ vậy dễ đạt độ bóng bề mặt cao.
v
1

c

Hình 1.4. Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng


- 12 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Luận văn thạc sỹ
1.2. LỰC CẮT KHI TIỆN

Trong quá trình cắt kim loại, để tách được phoi và thắng được ma sát cần
phải có lực. Lực sinh ra trong quá trình cắt là động lực cần thiết nhằm thực hiện
quá trình biến dạng và ma sát.
Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình cắt kim loại có ý nghĩa cả lý
thuyết lẫn thực tiễn. Trong thực tế, những hiểu biết về lực cắt rất quan trọng để
thiết kế dụng cụ cắt, đồ gá, tính toán thiết kế máy móc thiết bị,... Dưới tác dụng
của lực và nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muồn hiểu được quy luật mài
mòn và phá huỷ dao thì phải hiểu được quy luật tác động của lực cắt. Muốn tính
công tiêu hao khi cắt cần phải biết lực cắt. Những hiểu biết lý thuyết về lực cắt
tạo khả năng chính xác hoá lý thuyết quá trình cắt. Trong trạng thái cân bằng
năng lượng của quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng cân bằng.

Luận văn thạc sỹ
Trên hình 1.5. trong trường hợp
cắt tự do, ta có:

Pbd1 = Pdh1 + Pd1

Chi

P

Phoi

Pbd2 = Pdh2 + Pd2
P

Pbd = Pbd1 + Pbd2

Fms1

P

Fms = Fms1 + Fms2
P = Pbd + Fms

Pdh1

P

(4.1)



- 14 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Luận văn thạc sỹ

vậy để phân biệt trong khảo sát trong công thức kinh nghiệm: Lực cắt đơn vị p
được định nghĩa là lực cần thiết để tách một lớp phoi tiết diện 1mm2 có chiều
dày trung bình atb=1mm và chiều rộng b=1mm trong điều kiện dao tiêu chuẩn.
Như vậy lực cắt đơn vị đặc trưng cho một loại vật liệu xác định được gọi
là hằng số lực cắt, thường ký hiệu là Cp.
Xét thành phần lực Pv, ta có:
Cpv = Pv = p trong điều kiện a=1mm. B=1mm và dao Tiêu chuẩn
Trong thực tế, hảng số lực cắt Cp được xác định bằng thực nghiệm và cho
theo bảng trong các sổ tay cắt gọt.
Bảng 1.1- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo
b (N/mm2)
Cpv (N)

300-400

400-500

500-600

600-700

700-800

1270


cũng nhỏ hơn của thép.
* Ảnh hƣởng của điều kiện cắt đến lực cắt.
Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt v, s, t; độ cứng
vững của hệ thống công nghệ; có hay không tưới dung dịch trơn nguội vào vùng
cắt…Ở đây ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt.
Khảo sát ảnh hưởng của các thông số v, s, t đến lực cắt trong quá trình cắt.
Sử dụng nguyên lý cọng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số
nào đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho


- 15 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Luận văn thạc sỹ

yếu tố đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận được ảnh hưởng đồng thời
của các yếu tố xét đến lực cắt.
+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến lực cắt.
Vì chiều rộng cắt b = t/sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ
khảo sát ảnh hưởng của b đến lực cắt Pv.
Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi, cho b thay đổi
các giá trị khác nhau, ta đo được các giá trị lực cắt Pv tương ứng như trên đồ thị.
Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng b thì lực cắt cũng tăng. Nếu như cắt

P

C v .b

x pv

Kết quả xử lý số liệu đo

- 16 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Luận văn thạc sỹ

chiều rộng cắt b.
Từ đồ thị (logPv-loga)
có dạng tuyến tính, ta
có thể xác định được số
mũ:
y

logPv

tăng chiều dài làm việc thực tế của lưỡi cắt một cách tuyến tính như khi tăng

tg

v

Theo thực tế:
y

v

1

Khi cắt thép thì
y pv

0, 75

.s

y pv

Trong đó ta nhận thấy:

x

v

y

v

+ Ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến lực cắt.
Qua thực nghiệm ta thấy rằng: ở tốc độ cắt thấp mối quan hệ giữa tốc độ
cắt v với lực cắt P rất phức tạp và khó xác định qui luật. Tuy nhiên khi cắt với tốc
độ phổ biến ở phạm vi tốc độ cao như ngày nay đang sử dụng thì nhận thấy rằng
khi tăng tốc độ cắt v , lực cắt hầu như không thay đổi hoặc thay đổi không đáng
kể. Do vậy để đơn gian trong công thức tính lực cắt ta thường bỏ qua yếu tố v.
+ Ảnh hưởng của dụng cụ cắt đến lực cắt.
Thực tế cho thấy vật liệu chế tạo dao và thông số hình học của dao có ảnh
hưởng trực tiếp đến lực cắt.
Qua khảo sát bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu liên quan của dụng
cắt đến lực cắt được biểu thị qua các hệ số điều chỉnh trong công thức kinh
nghiệm tính lực cắt.


- 17 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy


hợp này lực ma sát giữa dao và phoi tăng, do đó hiệu quả của việc sử dụng dung
dịch trơn nguội càng phải cao.
Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên không nên sử dụng dung
dịch trơn nguội khi gia công với tốc độ cắt lớn. Ví dụ khi gia công thép 10 với
tốc độ cắt cao và dùng dung dịch trơn nguội êmuxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ít so
với trường hợp gia công không có dung dịch trơn nguội.
Mặc dù có lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn
nguội trong mọi trường hợp (kể cả gia công tốc độ cao) vẫn có ưu điểm vì khi có
dung dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn,
ngoài ra độ chính xác và độ nhám bề mặt cũng được cải thiện đáng kể

1.3. NHIỆT CẮT KHI TIỆN.


- 18 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Luận văn thạc sỹ

Quá trình tạo phoi và thoát phoi khỏi vùng cắt trong quá trình cắt làm xuất
hiện một lượng nhiệt nhất định. Lương nhiệt này sinh ra do sự chuyển đổi từ
công cắt gọt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng gần như tất cả công cần thiết trong quá
trình cắt đều chuyển biến thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi và công kín
(công để biến dạng mạng tinh thể và các bề mặt lớn). Khoảng gần 98% công này
chuyển hoá thành nhiệt tổng cọng phát sinh sau một phút gia công và có thể tính
theo công thức sau:
Qcg

Trong đó:

Pz .v


- 19 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Luận văn thạc sỹ

Khi gia công cắt gọt ta có thể phân định vùng cắt thành các vùng biến
dạng và ma sát. Do vậy nhiệt sinh ra từ 4 nguồn:
+ Vùng tạo phoi. Nhiệt sinh ra do công ma sát giữa các phần tử của vật liệu gia
công trong quá trình biến dạng: Qdh
Nếu xem vùng tạo phoi như là một mặt trượt duy nhất thì qua nghiên cứu
lượng nhiệt này có thể xác định qua biểu thức sau:
Qdh

Pc .vc1
427

(1.3)

Trong đó: Pc - lực theo phương trượt
vc1 - vận tốc trượt.

phoi

dao

v

chi tiết

Hình 1.6- Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt cắt

thì độ tăng của nhiệt độ của vật thể được xác định:
θ =

Q
c.γ.V

( 0K )

(1.4)

Độ thay đổi chiều dài L theo phương nào đó của vật thể là:
ΔL = α.Δθ.L

(mm)

(1.5)

Như vậy nếu ta xét trường hợp khi tiện một chi tiết có được đường kính là
D theo thiết kế trên bản vẽ , nếu nhiệt lượng truyền vào cho chi tiết là Qct thì
nhiệt độ trên chi tiết sẽ tăng lên một lượng

xác định và đường kính của chi tiết

sẽ thay đổi một lượng là D:
ΔD = α.Δθ.D

(mm)

(1.6)


(1.8)

* Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến chất lƣợng bề mặt gia công.
Chất lượng bề mặt đã gia công của chi tiết được đặc trưng bởi độ nhấp
nhô bề mặt và tính chất cơ - lý lớp sát bề mặt. Nhiệt cắt có ảnh hưởng chủ yếu
đến sự thay đổi tính chất cơ - lý lớp bề mặt chi tiết gia công.
Ta biết rằng, khi kim loại bị đốt nóng đến một nhiệt độ nào đó thi tổ chức
kim tương của chúng sẽ thay đổi. Sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi về cơ - lý
tính của kim loại. Mặt khác, trong quá trình cắt sự tăng giảm đột ngột về nhiệt độ
trên bề mặt gia công kết hợp với sự dao động của lực cắt sẽ tạo nên ứng suất dư
và vết nứt tế vi trên lớp kim loại sát trên bề mặt, đồng thời trên đó kim loại cũng
bị biến cứng hay hoá bền. Nói chung các ảnh hưởng này đều theo chiều hướng
bất lợi cho yêu cầu về cắt gọt.
* Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của dao.
Những kết quả nghiên cứu về cắt gọt cho thấy rằng khi cắt kim loại, đặc
biệt khi cắt ở tốc độ cao thì yếu tố quyết định lớn nhất đến khả năng cắt của dao
đó là nhiệt cắt, tiếp đến mới là ma sát.
Khả năng cắt gọt của dao được đánh gía bởi tuổi bền dao thông qua việc
xác định độ lớn của các dạng mài mòn dao cụ thể.
Dưới tác dụng của nhiệt khi cắt vật liệu của dao sẽ có sự thay đổi về tính
chất cơ - lý - hoá, đặc biệt độ cứng, độ bền giảm, tính chống mòn cũng giảm...
dẫn đến mài mòn dao nhanh chóng, hậu quả là thời gian sử dụng dao vào cắt gọt
cũng bị rút ngắn đi, dao nhanh chóng mất khả năng cắt gọt.


- 22 Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Tóm lại, nhiệt cắt ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công,


.v n


- 23 Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Hình 1.7 - Quan hệ giữa θ và v


- 23 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Luận văn thạc sỹ

Trong các yếu tố cắt thì tốc độ cắt là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến
nhiệt cắt. Khi tăng tốc đọ cắt thì nhiệt cắt lúc đầu tăng nhanh, sau khi đã đạt được
độ lớn nhất định thì cường độ tăng chậm lại và đường cong của hàm số phụ thuộc
θ = f(v) gần tiệm cận với nhiệt độ nóng chảy của vật liệu gia công.
Bằng thực nghiệm ta có thể thiết lập được mối quan hệ giữa nhiệt cắt và
tốc độ cắt theo công thức sau:
C .v x

Giá trị số mũ xθ phụ tuộc vào vật liệu gia công và vùng vận tốc cắt.
Khi v =15-45 m/ph thì
và

xθ = 0,5 đối với gia công thép
xθ = 0,35-0,45 đối với gia công gang.

Khi v = 45-180 m/ph thì xθ = 0,23 đối với gia công thép

C a .a


- 24 Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Chiều dày cắt ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn so với vận tốc cắt. Khi tăng
chiều dày a hay lượng chạy dao s thì nhiệt cắt tăng nhưng không phải tăng tuyến
tính.
Giá trị trung bình của số mũ yθ từ thực nghiệm:
Đối với thép: yθ = 0,3; gang: yθ = 0,2.
e. Ảnh hưởng của chiều rộng cắt.
Chiều rộng cắt b (hay chiều sâu cắt t) có ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn so
với lượng chạy dao.
Khi tăng chiều sâu cắt, một
mặt tải trọng trên một đơn vị chiều
dài lưỡi cắt không đổi, mặt khác khi
tăng t do φ không đổi nên chiều dài
phần làm việc của lưỡi cắt tuy có
tăng nhưng điều kiện truyền nhiệt tốt
hơn. Kết quả là nhiệt cắt thay đổi ít.
Từ kết quả thực nghiệm ta
thiết lập được mối quan hệ giữa
nhiệt cắt θ và chiều rộng cắt b như
sau:
C .b z

Hình 1.9 - Quan hệ giữa nhiệt cắt với b