Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu đến mòn và tuổi bền của dao phay khi phay lăn răng đĩa xích

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN DAO PHAY KHI PHAY LĂN RĂNG ĐĨA XÍCH ĐẶNG VĂN THANH THÁI NGUYÊN, 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN -1- http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- ĐẶNG VĂN THANH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN DAO PHAY TRONG PHAY LĂN RĂNG ĐĨA XÍCH CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN TS. Trần Minh Đức Đặng Văn Thanh KHOA ĐÀO TẠO SĐH BGH TRƯỜNG ĐHKTCN Thái Nguyên, 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN -2- http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Với danh dự là một giảng viên đại học tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của tôi. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Trừ những phần tham khảo đã được ghi rõ trong luận văn. Tác giả ĐẶNG VĂN THANH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN -3- http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn TS. Trần Minh Đức, Trưởng phòng Đào tạo - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, thầy hướng khoa học của tôi về tình cảm, sự tận tình dành cho tôi trong nghiên cứu, những đóng góp quý báu của Thầy trong nghiên cứu và viết luận văn đã giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ vô tư của TS. Nguyễn Văn Hùng Giám đốc Cty TNHH cơ khí Thuận Phát về cơ sở vật chất, dụng cụ, định hướng trong nghiên cứu khoa học trong suốt thời gian làm luận văn. Tôi muốn được cám ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-Đại học Thái Nguyên, Bộ môn Chế tạo máy, Trung tập thí nghiệm đã dàng cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cuối cùng tôi muốn được bày tỏ lòng biết ơn đến cán bộ, công nhân Cty TNHH cơ khí Thuận Phát về những giúp đỡ quý báu tạo điều kiện cho tôi thực hiện thí nghiệm tại cty. Học viên ĐẶNG VĂN THANH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN -4- http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Trang 1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 1 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 1 3. Mục đích của nghiên cứu ............................................................................ 2 4. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................. 2 5. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………….2 6. Nội dung của luận văn................................................................................. 2 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG RĂNG VÀ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TRONG GIA CÔNG RĂNG 1.1 Quá trình tạo phoi trong cắt kim loại ........................................................ 3 1.2 Sự hình thành biên dạng răng trong gia công răng sử dụng dao phay lăn trục vít. ............................................................................................................ 4 1.3 Sự hình thành phoi trong gia công răng bằng dao phay lăn trục vít ......... 5 1.4 Lực cắt trong quá trình phay lăn răng ....................................................... 7 1.5 Nhiệt cắt ................................................................................................... 9 1.5.1 Nhiệt sinh trong vùng biến dạng thứ nhất (QAB) ................................ 10 1.5.2 Nhiệt sinh trên mặt trước (QAC) ......................................................... 10 1.5.3 Nhiệt sinh ra trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công (QAD) 1.6 Mòn dụng cụ cắt ...................................................................................... 12 1.6.1 Khái niệm ........................................................................................... 12 1.6.2 Mòn dụng cụ và cách xác định .......................................................... 13 1.6.3 Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt ........................................................ 15 1.6.4 Mòn dụng cụ phủ ............................................................................... 18 1.6.5 Mòn và tuổi bền dao phay lăn răng .................................................... 19 1.6.5.1 Mòn dao phay lăn răng ..................................................................19 1.6.5.2 Tuổi bền của dụng cụ cắt ...............................................................21 1.7 Bôi trơn làm nguội trong gia công răng .................................................. 22 1.7.1 Phương pháp tưới tràn ........................................................................ 23 1.7.2 Gia công khô (Dry cutting) ................................................................ 23 1.7.3 Bôi trơn làm nguội tối thiểu MQL (Minimum Quantity Lubrication) .. 1.8 Tổng quan về bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) ở Việt Nam, trên thế giới trong gia công răng và dự kiến hướng nghiên cứu ....................................... 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN -5- http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.8.1 Khái quát về tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................. 25 1.8.2 Khái quát về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ................................. 27 1.8.3 Dự kiến vấn đề nghiên cứu ........................................................................... 29 Kết luận ......................................................................................................... 29 Chƣơng 2. BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TRONG PHAY LĂN RĂNG ĐĨA XÍCH 2.1 Đặt vấn đề................................................................................................ 30 2.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi trơn-làm nguội tối thiểu trong phay lăn răng đĩa xích ................................................................................... 31 2.2.1 Ảnh hưởng của vị trí vòi phun ........................................................... 31 2.2.2 Ảnh hưởng của áp suất dòng khí nén ................................................. 33 2.2.3 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ................................................ 34 2.3 Bôi trơn-làm nguội tối thiểu trong phay lăn răng đĩa xích ..................... 35 2.4 Gới hạn vấn đề nghiên cứu ..................................................................... 36 2.5 Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 37 Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ MQL ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN DAO PHAY LĂN RĂNG ĐĨA XÍCH 3.1 Xây dựng hệ thống thí nghiệm ................................................................ 38 3.1.1 Yêu cầu của hệ thống thí nghiệm ............................................................ 38 3.1.2 Hệ thống thí nghiệm ............................................................................... 38 3.1.2.1 Sơ đồ nguyên lý ............................................................................... 38 3.1.2.2 Hệ thống thí nghiệm ........................................................................ 39 3.2 Thí nghiệm so sánh .......................................................................................... 42 3.2.1 Chế độ công nghệ. ................................................................................... 42 3.2.2 Tiến trình thí nghiệm............................................................................... 42 3.2.3 Kết quả và thảo luận................................................................................ 42 3.2.4 Kết luận ................................................................................................... 49 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất dòng khí nén đến mòn dao và tuổi bền dao phay lăn răng. ......................................................................................................... 50 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN -6- http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.3.1 Thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu .................................................................... 50 3.3.2 Xây dựng kế hoạch thí nghiệm ...................................................... 51 3.3.2.1 Thí nghiệm dạng 2k ............................ 51 3.3.2.2 Thiết kế thí nghiệm hỗn hợp tâm xoay (CCD) .................. 53 3.3.2.3 Bài toán tối ưu không có điều kiện ràng buộc ................... 55 3.3.2.4 Quá trình thí nghiệm .......................................................... 57 3.3.2.5 Kết quả và thảo luận........................................................... 60 KẾT LUẬN CHUNG 1. Kết luận chung .......................................................................................... 64 2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo .............................................................. 64 3. Áp dụng vào thực tiễn sản xuất ................................................................. 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN -7- http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT f: hệ số ma sát trượt giữa hai bề mặt tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô. : ứng suất tiếp giới hạn thực trên bề mặt tiếp xúc chung của các nhấp nhô. : ứng suất pháp trên bề mặt tiếp xúc A: diện tích tiếp xúc danh nghĩa của hai bề mặt. Ar: diện tích tiếp xúc thực của hai bề mặt. B: là hằng số đặc trưng cho tính chất tiếp xúc của vật liệu. W: tải trọng pháp tuyến. F: lực ma sát giữa hai bề mặt Pc: thành phần cày của các nhấp nhô cứng lên bề mặt mềm hơn. o: ứng suất tiếp giới hạn của vật liệu mềm hơn ở chỗ tiếp xúc. o: giới hạn bền của vật liệu mềm hơn. : hằng số k: hằng số f: ứng suất tiếp giới hạn của lớp màng mỏng trên bề mặt tiếp. c: hằng số < 1. (x): ứng suất pháp trên mặt trước của dụng cụ cắt (x): ứng suất tiếp trên mặt trước của dụng cụ cắt : hệ số ma sát trên vùng ma sát thông thường của mặt trước. l: chiều dài tiếp xúc của phần dính trên mặt trước. l1: chiều dài tiếp xúc của phần dính trên mặt trước. n: số mũ của đường cong phân bố ứng suất pháp trên mặt trước Vc: vận tốc cắt. a1: chiều dày phoi trước biến dạng a2: chiều dày phoi sau khi cắt. t1: chiều sâu cắt trước khi cắt trực giao t2: chiều sâu cắt sau khi biến dạng : góc tạo phoi : góc trước t: chiều sâu cắt. : góc sau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN -8- http://www.lrc-tnu.edu.vn 1, 3: ứng suất chính trong các lớp tiếp xúc theo phương vuông góc với lưỡi cắt 2: ứng suất chính trong các lớp tiếp xúc theo phương song song với lưỡi cắt s: ứng suất tiếp giới hạn của các lớp phoi tiếp xúc trên mặt trước V(x): vận tốc của lớp phoi dưới cùng trên mặt trước Vp: vận tốc của khối phoi : là góc ma sát trung bình trên mặt trước b: chiều rộng cắt kAB: ứng suất tiếp giới hạn trên mặt phẳng trượt AB: ứng suất pháp tuyến trên mặt phẳng trượt Fc: lực cắt theo phương vận tốc cắt Ft: lực cắt theo phương vuông góc với vận tốc cắt Fs: lực tác dụng trên mặt phẳng trượt As: diện tích của vùng mặt phẳng trượt Vs : vận tốc tác phoi theo phương mặt phẳng trượt FN: lực tác dụng vuông góc với mặt phẳng trượt Wmpt: tổng năng lượng tiêu thụ trên mặt trước Wmt: tổng năng lượng tiêu thụ trên mặt trước Fmt: lực tác dụng trên mặt trước (theo phương của mặt trước) : tỷ số giữa ứng suất tiếp giới hạn trên mặt trước và mặt phẳng trượt. : tỷ số giữa chiều dài tiếp xúc trên mặt trước và hình chiếu của t1 trên mặt trước : biến dạng của vật liệu gia công. VLGC: vật liệu gia công VLDC: vật liệu dụng cụ. : góc giữa mặt phẳng trượt và hợp lực R trên mặt phẳng trượt. C: hằng số trong quan hệ tốc độ biến dạng thực nghiệm p: tốc độ biến dạng lớn nhất trên mặt phẳng trượt lAB: chiều dài của mặt phẳng trượt. 1 và n: hằng số Q: tổng nhiệt sinh ra trong quá trình cắt QAB=Q1: nhiệt sinh ra trên mặt phẳng trượt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN -9- http://www.lrc-tnu.edu.vn QAC=Q2: nhiệt sinh ra trên mặt trước QAD=Q3: nhiệt sinh ra trên mặt sau Qphoi: nhiệt truyền vào phoi Qphôi: nhiệt truyền vào phôi Qdao: nhiệt truyền vào dao Qmt: nhiệt truyền vào môi trường xung quanh : tỷ trọng của vật liệu c: nhiệt dung riêng : hệ số phân bố nhiệt từ mặt phẳng trượt vào phôi và phoi RT: hệ số nhiệt khi cắt kt: hệ số dẫn nhiệt của VLGC q2: tốc độ sinh nhiệt riêng trên mặt trước q21: tốc độ sinh nhiệt riêng trên mặt trước do ma sát của phoi với mặt trước q22: tốc độ sinh nhiệt riêng trên mặt trước do biến dạng dẻo của các lớp phoi sát mặt trước. mt: tốc độ biến dạng của các lớp phoi gần mặt trước t: chiều dày của vùng biến dạng thứ hai K: hệ số thẩm nhiệt Fc, Ft là áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trên vùng mòn mặt sau Fcf, Ftf : lực cắt tiếp tuyến và pháp tuyến đo khi dao mòn VBave: chiều cao trung bình vùng mòn mặt sau f: ứng suất tiếp trên vùng mòn mặt sau Kc, Kt: các hệ số thực nghiệm q3: tốc độ sinh nhiệt riêng trên mặt sau b: hệ số truyền nhiệt k: hế số dẫn nhiệt Q: lượng mòn trên một đơn vị chiều dài trượt k: hệ số xác xuất của một tiếp xúc tạo ra một hạt mài. km: hằng số : hệ số kể đến mức độ khuyết tật của lớp màng Am: diện tích tiếp xúc trực tiếp kim loại-kim loại p: biên độ biến dạng dẻo trong một chu kỳ N: số chu kỳ phá hủy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 10 - http://www.lrc-tnu.edu.vn S0: ứng suất phá hủy trong một chu kỳ ứng suất đơn S: ứng suất pháp hủy sau N chu kỳ t: là hằng số : nửa góc đỉnh của hạt mài : hệ số bằng tỷ số giữa diện tích mặt cắt ngang rãnh mòn thực và danh nghĩa ka: hằng số mòn do mài : góc tới hạn giữa cạnh trước của hạt mài và bề mặt mòn Vw: thể tích mòn mặt sau Vcr: thể tích mòn mặt trước T: thời gian cắt Ct: là hằng số (vận tốc cắt mà tuổi bền là 1 phút) S: lượng chạy dao KE, KB, KT: các kích thước vùng mòn mặt trước. Bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL-Minimum Quantity Lubrication) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 11 - http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Thành phần hóa học vật liệu gia công ............................................. 39 Bảng 2. Các mức thí nghiệm và bảng mã hóa các biến số độc lập ............... 59 Bảng 3. Ma trận thí nghiệm và kết quả đo mòn theo mặt sau ...................... 59 Bảng 4. Kết quả phân tích bởi ANOVA ....................................................... 60 Bảng 5. Kết quả tối ưu chỉ ra bởi phần mềm Design-expert 8.0 .................. 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 12 - http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1. Mô hình vùng biến dạng và ma sát trong quá trình tạo phoi ............ .3 Hình 2. Vùng tiếp xúc ma sát giữa dao và chi tiết gia công .......................... .4 Hình 3. Sơ đồ cắt răng bằng dao phay lăn răng trục vít ................................ .5 Hình 4: Quá trình hình phoi trong phay lăn răng .......................................... .6 Hình 5. Quá trình thoát phoi tại các vị trí vào cắt, trung tâm, ra cắt trên dao phay lăn răng .................................................................................................. 6 Hình 6. Hệ quy chiếu của dụng cụ khi phay lăn răng .................................... 8 Hình 7. Hệ lực khi phay lăn răng trong hệ tọa độ T-R .................................. 8 Hình 8. Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại ................... 9 Hình 9: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và sau theo tiêu chuẩn ISO 3685 [42]. ............................................................................................... 14 Hình 10. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn [64]. ......................... 15 Hình 11. Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trước của dụng cụ thép gió phủ TiN................................................................................................................. 18 Hình 12. Mòn mặt trước và mặt sau dao phay lăng răng .............................. 19 Hình 13. Giá trị trung bình độ mòn dao phay lăn răng [78] ......................... 26 Hình 14. Phun vào mặt trước của dao ........................................................... 31 Hình 15. Phun vào mặt sau của dao .............................................................. 31 Hình 16. Phun nhiều vòi vào cả mặt trước và mặt sau của dao .................... 32 Hình 17. Phun nhiều vòi vào mặt sau và dọc theo rãnh thoát phoi .............. 32 Hình 18. Phay lăn răng đĩa xích với MQL .................................................... 35 Hình 19. Mô hình quá trình thực nghiệm...................................................... 37 Hình 20. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bôi trơn-làm nguội tối thiểu. ......... 39 Hình 21. Dao phay lăn đĩa xích T12,7; d7,77 vật liệu thép gió P6M5 phủ CVD-TiN ....................................................................................................... 40 Hình 22. Dầu thực vật Simly......................................................................... 41 Hình 23. Máy nén khí.................................................................................... 41 Hình 24. Thiết bị ổn định áp suất .................................................................. 41 Hình 25. Hệ thống vòi phun .......................................................................... 41 Hình 26. Sơ đồ thực hiện phương pháp đo mòn mặt sau trên máy CMM. ... 41 Hình 27. Máy đo TESCAN ........................................................................... 41 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 13 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 28. Mòn mặt trước – MQL ................................................................... 42 Hình 29. Mòn mặt trước - Tưới tràn ............................................................. 42 Hình 30. Mòn mặt trươc khu vực 1-MQL .................................................... 44 Hình 31. Mòn mặt trước khu vực 1-Tưới tràn .............................................. 44 Hình 32. Mòn mặt trươc khu vực 1P-MQL .................................................. 44 Hình 33. Mòn mặt trước khu vực 1P-Tưới tràn ............................................ 44 Hình 34. Mòn mặt trươc khu vực 1T-MQL .................................................. 44 Hình 35. Mòn mặt trước khu vực 1T-Tưới tràn ............................................ 44 Hình 36. Mòn mặt sau-MQL ......................................................................... 46 Hình 37. Mòn mặt sau-Tưới tràn .................................................................. 46 Hình 38. Mòn mặt mau khu vực 1P-MQL .................................................... 46 Hình 39. Mòn mặt sau khu vực 1P-Tưới tràn ............................................... 46 Hình 40. Bề mặt CTGC lượt cắt cuối-MQL ................................................. 48 Hình 41. Bề mặt CTGC lượt cắt cuối-Tưới tràn ........................................... 49 Hình 42. Thí nghiệm CCD cho 3 biến .......................................................... 54 Hình 43. Mô hình thuật toán Gradient tìm cực trị ........................................ 55 Hình 44. Quan hệ giữa lượng mòn hs với V, P (S=1,18 tối ưu)................... 62 Hình 45. Quan hệ giữa lượng mòn hs với V, S (P=8.21 tối ưu).................... 62 Hình 46. Quan hệ giữa lượng mòn hs với P, S (V=21.07 tối ưu).................. 62 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 14 - http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bôi trơn-làm nguội tưới tràn đã được sử dụng từ rất lâu trong ngành cơ khí chế tạo máy. Và đây được cho là một trong những biện pháp phổ biến nâng cao tuổi bền dụng cụ, giảm độ nhám bề mặt và tăng độ chính xác kích thước sản phẩm. Bên cạnh đó dung dịch trơn nguội thúc đẩy vết nứt làm tăng khả năng tách đứt phoi và phoi được vận chuyển ra khỏi vùng gia công dễ dàng. Tuy nhiên, cho đến nay phương pháp này đã bộc lộ những nhược điểm là việc sử dụng dung dịch trơn nguội có tác động xấu sức khỏe của công nhân, gây ô nhiễm môi trường, không tiết kiệm được dầu bôi trơn, tăng thời gian làm sạch chi tiết, dụng cụ cắt và máy móc dẫn đến tăng giá thành sản phẩm. Để giảm bớt các tác động về kinh tế và môi trường, bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) đã được biết đến như là một biện pháp thay thế phương pháp tươi tràn đã được ứng dụng hàng thập kỷ trước đây [2,5]. Bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) được đề cập đến việc sử dụng dung dịch trơn nguội chỉ một lượng nhỏ khoảng (50†500)ml/giờ hoặc ít hơn, chỉ bằng 1/10.000 lượng dung dịch sử dụng trong phương pháp tưới tràn [5]. MQL được tin tưởng là mang lại tuổi bền dụng cụ cao hơn, chất lượng bề mặt gia công tốt hơn, tiết kiệm chi phí và đặc biệt không gây ô nhiễm môi trường [3,7,8,9]. Ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu vào quá trình phay lăn răng 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 tác giả thấy cần thiết khi chọn để tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông công nghệ bôi trơn -làm nguội tối thiểu đến mòn và tuổi bền của dao phay khi phay lăn răng đĩa xích”. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài * Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ xung lý thuyết cơ bản về bôi trơn – làm nguội tối thiểu trong lăn răng, trên cơ sở đó có thể ứng dụng cho phay bánh răng. * Ý nghĩa thực tiễn: Ứng dụng công nghệ MQL trong phay lăn răng đĩa xích tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 15 - http://www.lrc-tnu.edu.vn 3. Mục đích của nghiên cứu Đưa ra những chỉ dẫn cụ thể về thông số công nghệ MQL trong gia công lăn răng đĩa xích với điều kiện trang thiết bị trong nước. 4. Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiếu (MQL) trong phay lăn răng đĩa xích Z38; T12,7; d7,77 vật liệu thép S45C, dao phay lăn đĩa xích T12,7; d7.77; 3017‟, vật liệu P5M6 phủ CVD-TiN. Dung dịch trơn nguội chế biến từ thực vật trong nước. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm từ đó rút ra các mô hình lý thuyết; - Tổng hợp và phân tích số liệu thực tế; - Xử lý các số liệu thực nghiệm có sự trợ giúp của máy tính; - Rút ra những quy luật từ kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm nếu có thể. 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 gia công răng và bôi trơn làm nguội trong phay lăn răng Chương này tổng hợp từ các nghiên cứu đã có trước về sự cần thiết của bôi trơn-làm nguội trong cắt gọt và hướng tiếp cận không sử dụng dung dịch trơn nguội hoặc sử dụng với một lượng nhỏ dung dịch trong các quá trình gia công. Chƣơng 2. Bôi trơn-làm nguội tối thiểu trong phay lăn răng đĩa xích Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ bôi trơn-làm nguội tối thiểu để từ đó áp dụng trong thực tế phay lăn răng đĩa xích bước T12,7. Chƣơng 3. Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi trơn-làm nguội tối thiểu đến mòn và tuổi bền dao phay lăn răng đĩa xích. Nghiên cứu so sánh giữa bôi trơn làm nguội tối thiểu và gia công tưới tràn khi phay lăn răng qua các chỉ tiêu về 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 phay lăn răng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu. Nghiên cứu tìm ra áp suất dòng khí nén phù hợp trong bôi trơn-làm nguội tối thiểu khi phay lăn răng đĩa xích. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 16 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG RĂNG VÀ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TRONG GIA CÔNG RĂNG 1. Quá trình tạo phoi trong cắt kim loại Quá trình cắt kim loại thực chất là dùng dụng cụ hình chêm để hớt đi một lớp kim hoại từ phôi. Tác dụng lực của dụng cụ cắt tạo thành từ phôi hai bề mặt mới là bề mặt gia công và phoi. Ứng suất trên vùng lưỡi cắt của dụng cụ thường rất lớn. Giá trị của ứng suất pháp tuyến trên mặt trước có thể đạt đến 1600 Mpa, ứng suất tiếp tuyến thường lớn hơn khoảng hai lần ứng suất giới hạn bền của vật liệu. Toàn bộ thể tích của phoi cắt ra bị biến dạng dẻo trong vùng tạo phoi (vùng biến dạng thứ nhất) và phụ thêm trên mặt trước (vùng biến dạng thứ hai). Phần lớn năng lượng tiêu thụ cho các quá trình này đều biến thành nhiệt và nhiệt độ sinh ra trên bề mặt dụng cụ có thể đến 13000C [1]. Theo Doyle và đồng nghiệp [10], [11], điều kiện biến dạng trong cắt kim loại là tương đối đặc biệt bởi quá trình biến dạng dẻo của VLGC liên quan đến mức độ biến dạng lớn và tốc độ biến dạng rất cao trong một thể tích rất nhỏ. Điều kiện ma sát trên mặt trước là độc đáo bởi tại lưỡi cắt phoi sạch tuyệt đối có ái lực hóa học mạnh được liên tục tạo ra và chuyển động trên mặt trước. theo Trent [2], [1], thì hiệu quả của quá trình cắt kim loại bị chi phối rất lớn bởi tương tác giữa VLGC và VLDC ở vùng gần lưỡi cắt. Hình 1. Mô hình vùng biến dạng và ma sát trong quá trình tạo phoi Theo [1] ma sát trên các bề mặt dụng cụ có bề mặt tiếp xúc giống như trên (hình 2), trong đó trượt tương đối kết hợp với biến dạng trong lòng vật liệu gần bề mặt tiếp xúc chung của vật liệu có sức bền kém hơn. Ở đây tác giả đã chứng minh được mối quan hệ giữa bề mặt tiếp xúc lý thuyết A và bề mặt thực Ar như sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 17 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Ar 1  e BW A (1-1) Trong đó: B - là hằng số cho mỗi cặp vật liệu. W - là tải trọng pháp tuyến. Đặc tính tiếp xúc của cặp ma sát dao với phoi và dao với phôi là cặp ma sát của hai bề mặt luôn mới. Biết rằng trong gia công cắt gọt thì phoi và bề Hình 2. Vùng tiếp xúc ma sát giữa dao và chi tiết gia công mặt gia công liên tục được tạo ra và chúng trượt trên mặt trước và mặt sau của dao. Do vậy dạng mặt tiếp xúc trong vùng tạo phoi luôn ổn định. 1.2 Sự hình thành biên dạng răng trong gia công răng sử dụng dao phay lăn trục vít. Quá trình cắt răng là quá trình cắt bỏ lớp kim loại ở rãnh hai răng để tạo profin của răng. Đảm bảo độ chính xác của răng chủ yếu là đảm bảo độ chính xác profin răng, độ chính xác bước răng, độ đồng tâm của vòng chia với tâm quay của răng. Theo cách hình thành profin răng, có thể chia gia công răng thành phương pháp định hình và bao hình. Cắt răng theo phương pháp bao hình profin của răng được gia công là đường bao các vị trí khác nhau của lưỡi cắt dụng cụ trong quá trình cắt. Dụng cụ làm việc thoe phương pháp bao hình gồm: Dao phay lăn răng trục vít, dao xọc răng…v.v. Nhìn chung này có đặc điểm: - Trong quá trình cắt, tiết diện cắt luôn luôn thay đổi theo từng răng và khi gia công thì một số răng dao cùng cắt một lúc. - Tại từng thời điểm của lưỡi cắt tác dụng khác nhau. Thường ở mỗi điểm của lưỡi cắt thì tốc độ cắt cũng khác nhau và lượng dao cũng khác nhau. - Vì lưỡi cắt có hình dạng phức tạp, chuyển động tương đối của lưỡi cắt so với phoi cũng phức tạp nên góc mài sắc cũng như góc cắt thường không đạt được những trị số của điều kiện cắt hợp lý. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 18 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3. Sơ đồ cắt răng bằng dao phay lăn răng trục vít 1.3 Sự hình thành phoi trong gia công răng bằng dao phay lăn trục vít Nghiên cứu của Bouzakis [2]. Sơ đồ nguyên lý cắt răng bằng dao phay lăn răng trục vít được thể hiện trong phần trên của hình 3. Vì động học phức tạp của quá trình này, nên quá trình này được mô hình hóa, do mỗi rãnh răng đựoc hình thành bằng quá trình cắt liên tục trên phôi ở các vị trí tạo hình riêng biệt (GP). Xem xét chuyển động quay tròn của dụng cụ trong suốt quá trình cắt một rãnh răng, một vài vị trí xoay quanh đã đựoc giới thiệu để mô tả các mặt cắt ngang của phoi, như đă đựợc giải thích một cách cụ thể. Các thông số chính ảnh hưởng đến mòn dao là hình thành phoi và thóat phoi. Ở phần bên trái của hình 1, các hình ảnh phoi và phôi được tạo ra tại các vị trí tạo hình xác định như hình minh họa. Các hình học của phoi không biến dạng được tính toán tại các vị trí tạo hình và chuyển động quay tròn khác nhau trong suốt quá trình tạo hình rãnh răng, bằng các chương trình máy tính được giới thiệu trong (1). Nguyên lý của chương trình này là dựa vào mô tả tóan học của quá trình đâm của dụng cụ vào các rãnh răng. Các mặt cắt phoi không biến dạng trên phần phát triển của lưỡi cắt là được thể hiện tại các vị trí quay tròn liên tục của dụng cụ cắt tại mỗi vị trí tạo hình như minh họa trên phần bên phải của hình 3. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 19 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 4: Quá trình hình phoi trong phay lăn răng (Chip formation mechanism in gear bobbing) Vị trí răng dao (Revolving positions) Lưỡi cắt (cutting edge) Vị trí bao hình (Generating position) Mặt ngoài phoi (Chip external face) Mặt tiếp xúc của phoi (Chip contact face) Tiến trình vào cắt của lưỡi cắt (Development of the cutting edge) Hướng cắt (Cutting direction) Mặt cắt ngang của phoi (chip cross section) Cũng theo nghiên cứu này, cho thấy quá trình hình thành phoi ở các vị trí trung tâm và chuẩn bị ra khỏi vùng ăn khớp là phoi bị chằn ép lớn nhất, quá trình thoát phoi khó khăn. Đây cũng chính là một nguyên nhân quan trọng gây mòn lớn hơn trên toàn bộ răng cắt của dao phay lăn răng. Hình 4. Hình 5. Quá trình thoát phoi tại các vị trí vào cắt, trung tâm, ra cắt trên dao phay lăn răng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 20 - http://www.lrc-tnu.edu.vn