LƯU TRỌNG ĐỨC
THÁI NGUYÊN 2008


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
……………………………………

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP TƯỚI TRONG
CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN – LÀM NGUỘI TỐI THIỂU KHI
PHAY RÃNH

THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP TƯỚI TRONG
CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN – LÀM NGUỘI TỐI THIỂU KHI
PHAY RÃNH
Học viên: Lưu Trọng Đức
Lớp: CHK8
Chuyên ngành: Chế tạo máy
Người HD khoa học: TS. Trần Minh Đức
Ngày giao đề tài: 01- 11 - 2007
Ngày hoàn thành: 12 - 6 - 2008
KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN

TS. Trần Minh Đức Lưu Trọng Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1

TS. Trần Minh Đức Lƣu Trọng Đức

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
MỤC LỤC Trang
Mục lục 1
Lời cam đoan 3
Danh mục các bảng số liệu 4
Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp 5
Lời nói đầu 7
Chƣơng 1: Tổng quan về bôi trơn – làm nguội trong gia công cắt gọt
10
1.1. Quá trình cắt kim loại 10
1.2. Quá trình biến dạng của vật liệu gia công trong vùng tạo phoi 11
1.3. Quá trình tạo phoi 12
1.4. Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt kim loại 15
1.5. Quy luật mài mòn của dụng cụ cắt và ảnh hưởng của dung dịch bôi
trơn làm nguội đến quá trình cắt
18
1.5.1. Quy luật mài mòn của dụng cụ cắt 18
1.5.2. Ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn – làm nguội đến quá trình cắt
kim loại
21

48
3.1. Xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm 48
3.1.1. Yêu cầu của hệ thống thí nghiệm 48
3.1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống bôi trơn – làm nguội tối
thiểu
48
3.2. Hệ thống thí nghiệm 50
3.3. Điều kiện thí nghiệm 50
3.4. Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong công nghệ bôi trơn –
làm nguội tối thiểu khi phay rãnh

52
3.4.1 Quá trình tiến hành thí nghiệm
52
3.4.2 Kết quả thí nghiệm
53
3.5. Thảo luận kết quả
55
Kết luận của luận văn
57
Tài liệu tham khảo
58
Phụ lục 1
60
Phụ lục 2
63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

TT Số
bảng
Phụ
lục
Nội dung Trang Ghi chú
1 1 1
Số liệu gia công sử dụng phương pháp
bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu
sương mù bằng dầu lạc.

60

2 2 1
Số liệu gia công sử dụng phương pháp
bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu
nhỏ giọt bằng dầu lạc.
61 3 2

10
2 1.2 Quan hệ giữa biến dạng và lực tấc động khi kéo kim loại.
11
3 1.3 Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép.
12
4 1.4 Sơ đồ vùng tạo phoi.
13
5 1.5 Miền tạo phoi ứng với các vận tốc cắt khác nhau.
14
6 1.6 Sơ đồ hình thành và lan toả nhiệt.
17
7 1.7 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ.
19
8 1.8 Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao.
21
9 1.9 Các phần tử hoà tan trong nước.
24
10 1.10 Các phần tử tích tụ khối và phần tử hoà tan trong nước.
24
11 1.11 Các phân tử hoà tan dưới dạng thể sữa.
25
12 1.12 Các phân tử hoà tan trong hợp chất hoá học.
26
13 1.13 Các phần tử hoà tan trong hợp chất dầu.
26
14 1.14 Dẫn dung dịch vào hai mặt bên dao phay.
28
15 1.15 Dẫn dung dịch vào mặt trước và mặt sau dao phay.
28
16 1.16 Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt.

Dẫn dung dịch trơn nguội bằng cách phun vào mặt sau của
dao.
44

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
27 2.8
Dẫn dung dịch trơn nguội bằng cách bố trí hiều đầu phun
vào một vùng gia công khi phay.
45
28 2.9
Hình ảnh cách bố trí vị trí đầu phun trong bôi trơn làm
nguội - tối thiểu khi phay.
45
29 2.10 Mô hình quá trình thí nghiệm.
46
30 3.1
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu
tưới kiểu nhỏ giọt.
49
31 3.2 Hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt.
50
32 3.3
Hệ thống điều chỉnh áp suất và hệ thống điều chỉnh lưu
lượng.
51
33 3.4
Hệ thống vòi phun dạng nhỏ giọt và bình chứa dung dịch
do Cộng Hòa Liên Bang Đức sản xuất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
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. Do sử dụng dung dịch trơn nguội trong gia công cắt gọt đã dẫn đến những
ảnh hưởng đối với sức khoẻ người công nhân, môi trường và khía cạnh kinh tế.
Người công nhân tiếp xúc với dung dịch trơn nguội có thể sinh ra bệnh viêm da và
do tạo ra sương mù trong suốt quá trình gia công có thể dẫn tới những loại bệnh
khác như: viêm đường hô hấp, hen, thậm chí bệnh viêm phổi,... Ngoài ra, khi thải
dung dịch trơn nguội ra ngoài môi trường đã dẫn đến một sự nguy hiểm là sự nhiễm
bẩn nguồn nước ngầm, dòng nước và gây ra những tác động nghiêm trọng về môi
trường. Các dữ liệu nghiên cứu đã đưa ra những nhận xét chi phí liên quan đến dung
dịch trơn nguội chiếm một số lượng lớn (tỉ lệ lớn) 7 % 17% tổng giá thành trong
gia công sản phẩm, trong đó chi phí của dụng cụ 2 % 4 %. Đó chính là một trong
những nguồn gốc chính của vấn đề liên quan đến chi phí gia công.
Mặc dù trong dung dịch trơn nguội thường chứa một số hóa chất độc hại nên
ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người lao động và gây ô nhiễm môi trường, nhưng
phần lớn các nhà sản xuất vẫn sử dụng dung dịch trơn nguôi dưới dạng chất lỏng
với một số lượng lớn, thường xuyên nhất là áp dụng phương pháp tưới tràn trong
sản xuất vẫn cao. Tuy nhiên, trong một vài năm gần đây đã ứng dụng phương pháp
gia công khô (không sử dụng dung dịch trơn nguội) vào trong sản xuất và đã phát
huy được hiệu quả, nhưng công nghệ này đã gặp phải một số vấn đề trong quá trình

4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu bằng thực nghiệm.
5. Ý nghĩa của đề tài:
+ Ý nghĩa khoa học.
- Góp phần xây dựng lý thuyết cơ bản về công nghệ bôi trơn - làm nguội tối
thiểu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
- Từ những kết quả và phương pháp nghiên cứu đạt được có thể áp dụng cho
các phương pháp cắt gọt khác.
+Ý nghĩa thực tiễn.
- Từ kết quả nghiên cứu đưa ra các chỉ dẫn cụ thể về các phương pháp tưới
trong công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu.
6. Nội dung của luận văn:
Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính gồm 3 chương
và phần kết luận chung
Chƣơng 1: Tổng quan về bôi trơn – làm nguội trong gia công cắt gọt.
Chƣơng 2: Công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu.
Chƣơng 3: Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong công nghệ bôi
trơn – làm nguội tối thiểu khi phay rãnh.
Phần Kết luận chung
7. 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 TS.Trần
Minh Đức, người thầy luôn luôn nhiệt tình chỉ bảo và định hướng giúp tôi trong
những lúc gặp khó khăn, các thầy cô trong Khoa Đào tạo Sau đại học Trường Đại

độ của chuyển động chính luôn luôn lớn hơn tốc độ chuyển động chạy dao. Trong
a)
b)
V
Hình 1.1. Chuyển động chính và chuyển động chạy dao.
S

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
quá trình cắt kim loại các bề mặt mới được hình thành do các lớp bề mặt biến dạng
và được hớt dần với sự tạo thành phoi.
1.2. Quá trình biến dạng của vật liệu gia công trong vùng tạo phoi
Trong quá trình gia công, mọi vật liệu khi cắt đều bị biến dạng. Biến dạng
vật liệu gia công tác động đến toàn bộ các hiện tượng vật lý trong vùng cắt. Nó là
nguồn gốc sinh ra lực cắt, nhiệt cắt, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hình thành
chất lượng của chi tiết (độ chính xác, độ nhấp nhô bề mặt và cơ lý tính trên lớp bề
mặt,...) [3].
Dưới tác dụng của tải trọng, trong phần lớn kim loại và hợp kim xảy ra ba
quá trình nối tiếp nhau là biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ (hình 1.2)
[6].
- Ở giai đoạn biến dạng đàn hồi, độ dãn dài l tỷ lệ thuận với lực tác động P
(nhánh 1 trên đồ thị). Khi bỏ qua lực P kim loại trở về hình dạng ban đầu.
- Ở giai đoạn biến dạng dẻo khi bỏ lực tác dụng kim loại không trở lại hình
dạng ban đầu.
- Giai đoạn phá huỷ là quá trình đứt
các liên kết trong nội bộ cấu trúc vật liệu.
Các vết nứt xuất hiện và các phần vật liệu
tách rời nhau . Vật liệu bị phá huỷ.
Trong quá trình cắt kim loại, vật

Quá trình biến dạng của vật liệu trong vùng tạo phoi ảnh hưởng đến toàn bộ
quá trình cắt. Nó còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố song chủ yếu là lực, góc tác
động, góc trước, tốc độ cắt và cơ lý tính của vật liệu gia công. Nghiên cứu bản chất
quá trình biến dạng vật liệu gia công trong vùng tạo phoi cho phép tìm các phương
pháp hữu hiệu để thực hiện quá trình cắt sao cho khi cắt vật liệu ít bị biến dạng.
Điều này cho phép cắt với lực cắt, nhiệt cắt nhỏ và nâng cao được khả năng gia
công và chất lượng bề mặt.
1.3. Quá trình tạo phoi
Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.3a),
sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết
bên trong của các phần tử kim loại chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của
các phần tử phoi và sự trượt của chúng trong mặt phẳng trượt (hình 1.3b). Hiện
tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1 6 (hình 1.3c) [5].
Hình 1.3. Sơ đồ của quá trình hình thành phoi thép
c)
b) a)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

phẳng OF đi qua lưỡi cắt và làm với phương chuyển động một góc . Góc là góc
Hình 1.4. Sơ đồ vùng tạo phoi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
trượt, là một thông số đặc trưng cho hướng và giá trị của biến dạng dẻo trong miền
tạo phoi.
Về giá trị của góc , hiện nay tồn tại 3 giả thuyết:
Theo Hucks
=
2arctan
2
1
45
0

Với là hệ số ma sát, =
N
T
F
F

Theo Ernst và Marchant góc có giá trị:
=
2
45
0

được hình thành.
1.4. Hiện tƣợng nhiệt trong quá trình cắt kim loại
Nguồn nhiệt phát sinh trong quá trình cắt là do công tiêu hao để lại như: Biến
dạng đàn hồi và biến dạng dẻo lớp bị cắt và các lớp tiếp xúc giữa bề mặt đó. Trong
gia công bằng cắt gọt nhiệt được sinh ra từ 4 nguồn sau:
- Trong miền tạo phoi. Nhiệt sinh ra do công ma sát giữa các phần tử của vật
liệu gia công trong quá trình biến dạng. Sự chuyển đổi công của vùng biến dạng đàn
hồi bậc nhất.
- Trên bề mặt tiếp xúc của phoi và mặt trước của dao. Nhiệt sinh ra do sự
truyền công của biến dạng đàn hồi bậc hai và ma sát ngoài.
- Trên bề mặt sau tiếp xúc với mặt cắt (mặt chi tiết gia công). Nhiệt sinh ra
do sự chuyển đổi công ma sát.
- Nhiệt sinh ra do công đứt phoi.
Theo [5], hiện tượng nhiệt trong quá trình gia công đóng vai trò rất quan
trọng, bởi vì nó ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và
cấu trúc lớp bề mặt. Ngoài ra, nhiệt cắt (nhiệt độ cắt) còn ảnh hưởng rất lớn đến
cường độ mòn và tuổi bề của dụng cụ.
Sự toả nhiệt khi cắt là do có 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
.
Trong đó:
A
1
– Là công sinh ra làm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo (A

s
. V
s
+ F . V
F
+ F
1
. V
F1
.
Trong đó:
V - Tốc độ cắt (m/phút).
P
s
- Lực trong mặt phẳng trượt hay lực trượt (kG).
V
s
- Tốc độ trượt (m/phút).
F - Lực ma sát ở mặt trước của dao (kG).
V
F
=
K
V
- 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

3
= Q
p
+ Q
d
+ Q
c
+ Q
m
.
Trong đó:
Q
1
- Nhiệt tương ứng với công sinh ra làm biến dạng đàn hồi và biến dạng
dẻo.
Q
2
- Nhiệt tương ứng với công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước của
dao.
Q
2
- Nhiệt tương ứng với công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau của dao.
Q
p
, Q
d
, Q
c
, Q
m

tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công. Khi mài mòn, hình dạng và thông số
hình học phần cắt dụng cụ thay đổi, gây nên các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá
trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt,...) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết gia
công. Trong quá trình cắt, áp lực trên các bề mặt tiếp xúc lớn hơn rất nhiều so với
áp lực làm việc trên các chi tiết máy (15 20 lần) và dụng cụ bị mài mòn theo
nhiều dạng khác nhau [3].
Phần cắt dụng cụ trong quá trình gia công thường bị mài mòn theo các dạng
sau:
- Mài mòn theo mặt sau (hình 1.7.a ).
- Mài mòn mặt trước (hình 1.7.b).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20
- Mài mòn đồng thời cả mặt trước và mặt sau (hình 1.7.c).
- Mòn tù lưỡi cắt (hình 1.7.d).
Để xác định được quan hệ thay đổi có tính quy luật của sự mài mòn, trước
hết cần phải nghiên cứu cơ chế quá trình mài mòn. Dụng cụ cắt có thể bị mài mòn
theo các cơ chế sau đây:
+ Mài mòn hạt mài (mòn do cào xƣớc): Bản chất của mài mòn hạt mài là
các hạt cứng của vật liệu gia công và phoi cào xước (mài mòn) vào các bề mặt tiếp
xúc của dụng cụ. Quá trình này như tác dụng của hạt nhỏ mài cắt vào các bề mặt
dụng cụ trong quá trình làm việc. Khi độ cứng của bề mặt tiếp xúc với dụng cụ càng
lớn thì dụng cụ bị mòn càng nhiều. Đặc biệt khi có hiện tượng lẹo dao trên mặt
trước, một số phần tử nhỏ của lẹo dao gây ra vết mòn do cào xước trên mặt sau của
dụng cụ.
+ Mòn do dính: Khi cắt nhiệt độ ở vùng cắt rất lớn làm cho liên kết giữa các

mòn xảy ra với cường độ rất lớn do sự mài mòn các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt dụng
cụ.
+ Phần 2: Mòn bình thường, giai đoạn này bắt đầu từ thời điểm khi mà chiều
cao nhấp nhô có giá trị nhỏ. Ở giai đoạn này, độ mòn tăng gần như tỷ lệ tuyến tính
với thời gian làm việc của dụng cụ. Đây là giai đoạn có thời gian làm việc lớn nhất
của dụng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
+ Phần 3: Mòn khốc liệt, ở giai đoạn này dao có thể bị xước lưỡi cắt hoặc bị
gãy đầu dao. Mòn ở giai đoạn này không cho phép dao làm việc tiếp tục, có nghĩa là
cần mài lại hoặc thay dao mới. 1.5.2. Ảnh hƣởng của dung dịch bôi trơn - làm nguội đến quá trình cắt kim loại
Sự trượt trực tiếp phoi trên mặt trước và phôi trên mặt sau của dụng cụ là các
bề mặt rắn trượt trên nhau sinh ra nhiệt và mòn khốc liệt. Hiện tượng nhiệt và mòn
phụ thuộc vào tính chất cơ, lý, hoá của hai bề mặt tiếp xúc. Sự hấp thụ và hình
thành các lớp màng trong môi trường không khí là nguyên nhân giảm ma sát và
mòn. Tuy nhiên không có gì đảm bảo cho sự tồn tại lâu dài các lớp màng này trong