Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số đặc trưng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9xc qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (mql)

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 1 LỜI NÓI ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Quá trình cắt kim loại là một quá trình phức tạp có kèm theo hiện tƣợng vật lý nhƣ biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, sinh nhiệt, toả nhiệt, lẹo dao, mòn dao...Vì vậy cần phải tìm hiểu và nắm vững bản chất những hiện tƣợng vật lý đó để có những biện pháp cải thiện điều kiện cắt, điều khiển quá trình cắt nhằm đạt mục đích cuối cùng là tăng chất lƣợng sản phẩm. Bôi trơn-làm nguội kiểu tƣới tràn đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong ngành cơ khí. Tuy nhiên phƣơng pháp này vẫn đƣợc các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu với các hƣớng chủ yếu nhƣ: Nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn làm nguội. Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dầu cắt gọt. Nghiên cứu tìm các loại dầu cắt gọt mới ít độc hại, thân thiện với môi trƣờng... Do những hạn chế của phƣơng pháp tƣới tràn nên từ những năm 90 của thế kỷ 20, ở các nƣớc công nghiệp phát triển nhƣ CHLB Đức, Thuỵ Điển... đã bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minium Quantity Lubricant). Do có nhiều ƣu điểm nổi bật và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trƣờng nên công nghệ này đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất. Hƣớng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các vấn đề nhƣ: Tìm các loại dầu cắt mới đáp ứng các yêu cầu của công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu. Hoặc tìm các chất phụ gia để làm tăng tính cắt của các loại dầu... Nghiên cứu xác định áp suất và lƣu lƣợng tƣới tối ƣu. Cải tiến kết cấu dụng cụ để thích hợp với công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu. Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn làm nguội trong công nghệ tiện cứng, trong gia công tốc độ cao... Các nghiên cứu đã chứng minh đƣợc ƣu điểm của phƣơng pháp bôi trơn tối thiểu so với các phƣơng pháp tƣới truyền thống hay gia công khô [1], [3]. Trong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 2 nghiên cứu của Ronan Autret [6] đối với quá trình tiện cứng cho thấy bôi trơn tối thiểu có ƣu điểm hơn hẳn so với gia công khô về nhám bề mặt, lực cắt và nhiệt cắt. Ở Việt Nam, công nghệ này mới chỉ đƣợc tiếp cận trong vài năm trở lại đây. Các nghiên cứu của TS. Trần Minh Đức [2] khi tiện cắt đứt và phay lăn răng sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu với một số chất bôi trơn nhƣ Emuxi, dầu lạc và dầu D40 cho thấy những ƣu điểm của phƣơng pháp bôi trơn tối thiểu. Nghiên cứu của TS. Trần Minh Đức, ThS. Phạm Quang Đồng [3] khi áp dụng bôi trơn tối thiểu cho quá trình phay rãnh bằng dao phay ngón cũng cho thấy những ƣu điểm của phƣơng pháp này nhƣ làm tăng tuổi bền của dụng cụ cắt, giảm ô nhiễm môi trƣờng. Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu một cách có hiệu quả trong điều kiện cụ thể ở nƣớc ta, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số đặc trưng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL).” Là cần thiết và có tính ứng dụng trực tiếp. 2. Mục đích nghiên cứu Đƣa ra chế độ bôi trơn làm nguội hợp lý để nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt. 3. Đối tƣợng nghiên cứu Tiện cứng thép 9XC qua tôi, sử dụng dao CBN trên máy tiện OKUMA với dầu thực vật làm dung dịch trơn nguội. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Quá trình cắt sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu là một quá trình phức tạp với tập hợp lớn các thông số ảnh hƣởng và chỉ tiêu đánh giá. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm đƣợc trình bày trong luận văn không chỉ phù hợp với đối tƣợng nghiên cứu của đề tài mà còn có thể sử dụng khi nghiên cứu quá trình bôi trơn làm nguội tối thiểu ứng với các điều kiện khác nhau. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài a.Ý nghĩa khoa học. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 3 Về mặt khoa học, đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học công nghệ trong và ngoài nƣớc về công nghệ sạch và thân thiện với môi trƣờng. Bổ xung thêm lý thuyết về cơ sở vật lý của quá trình tạo phoi khi có MQL. b.Ý nghĩa thực tiễn. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới quá trình gia công vật liệu là thép 9XC có thể áp dụng trực tiếp hoặc dùng để tham khảo khi gia công các loại thép khác. Đƣa ra hƣớng dẫn công nghệ để quá trình tạo phoi thuận lợi nhất và độ mòn của dụng cụ cắt là nhỏ nhất. 6. Nội dung nghiên cứu Ảnh hƣởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) đến quá trình hình thành phoi, dạng phoi và xác định hệ số co rút phoi (so sánh với tiện khô). Cơ chế mòn, độ mòn của dụng cụ cắt khi có bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL), (so sánh với tiện khô). Kết luận chung. 7. Kết quả của đề tài Đã tìm hiểu đƣợc 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 phƣơng pháp bôi trơn tối thiểu. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phƣơng pháp tiện thép qua tôi 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 PGS.TS. Nguyễn Đăng Bình, thầy giáo đã tận tình hƣớng dẫn và giúp em hoàn thành luận văn này. Trung tâm thí nghiệm - Trƣờng ĐHKT Công nghiệp, phòng thí nghiệm kỹ thuật và công nghệ vật liệu cùng các đồng nghiệp đã giúp em hoàn thành luận văn này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 4 Thái Nguyên, ngày 05 tháng 11 năm 2011 Học viên Chu Ngọc Hùng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1. QUÁ TRÌNH TẠO PHOI 1.1. Sự hình thành và phân loại phoi * Sự hình thành. Lớp kim loại bị cắt ra trong quá trình gia công cơ khí đƣợc gọi là phoi. Sự tạo thành phoi chỉ phát sinh khi lực P đủ lớn để tạo ra trong lớp cắt một ứng suất vƣợt quá giới hạn bền của vật liệu gia công. H1.1 Miền tạo phoi Dao dƣới tác dụng của lực P đi vào vật liệu gia công, mặt trƣớc nén vật liệu, nếu dao tiến thêm vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi rồi mau chóng chuyển thành biến dạng dẻo, bề dầy a ban đầu suy biến thành bề dày a 1, phoi chuyển động theo mặt trƣớc của dao và chịu thêm một biến dạng phụ do ma sát với mặt trƣớc dao. Khi nghiên cứu tổ chức tế vi khu vực tạo phoi chứng tỏ: trƣớc khi thành phoi lớp kim loại bị cắt qua một giai đoạn biến dạng, khu vực này gọi là miền tạo phoi (AOE). OA: đƣờng phát sinh biến dạng dẻo đầu tiên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 6 OE: đƣờng kết thúc biến dạng dẻo. OA, OB, OC, OD, OE: là những mặt trƣợt, kim loại bị trƣợt theo mặt đó.θ Trong quá trình cắt, vùng tạo phoi AOF di chuyển theo dao.Vùng này rộng hay hẹp phụ thuộc vào nhiều yếu tố: vật liệu gia công, hình dạng dụng cụ cắt, chế độ cắt…..nhƣng chủ yếu là tốc độ cắt. Tốc độ càng cao, miền tạo phoi càng hẹp có thể dần đến vài phần trăm milimet và coi nhƣ xảy ra trên mặt phẳng OF nghiêng với phƣơng chuyển động dao một góc θ, θ gọi là góc trƣợt: đặc trƣng cho hƣớng và giá trị biến dạng dẻo trong miền tạo phoi. Tgθ = cosγ/(k – sinγ) * Phân loại phoi. Phoi dây (hình 1.2a) đƣợc hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trƣớc  lớn. Phoi xếp lớp (hình 1.2b) đƣợc hình thành khi gia công thép và các vật liệu dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trƣớc  nhỏ. Phoi vụn (hình 1.2c) đƣợc hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trƣớc  nhỏ. Phoi vụn (hình 1.2d) đƣợc hình thành khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trƣớc  lớn. a) b) P a a C P B c) a d) C P B a C P B Hình 1.2. Các loại phoi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 7 1.2. Quá trình tạo phoi khi tiện thƣờng Qua nghiên cứu quá trình tiện nói chung thì thực tế phoi đƣợc tánh ra khỏi chi tiết khi cắt không theo phƣơng của vận tốc cắt v (tức là phƣơng lực tác dụng). Phoi khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do, kích thƣớc của phoi bị thay đổi so với lớp cắt khi còn trên chi tiết (hình 1.3). bF LF aF V b a L Hình 1.3: Quá trình hình thành phoi khi tiện thường Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.4a), 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 trƣợt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.4b). Hiện tƣợng tƣơng tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1  5 (hình 1.4c). a) b) P  a 1 2  a  C P B c) 2 C   P  4 a 1 3 5 B Hình 1.4. Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 8 Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng đƣợc giới hạn bởi góc , góc này đƣợc gọi là góc tác động. Góc 1 gọi là góc trƣợt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trƣợt. Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và góc cắt  nhỏ. 1.3. Quá trình tạo phoi khi tiện cứng. Đối với quá trình hình thành phoi khi tiện cứng xảy ra cũng giống nhƣ tiện thƣờng, 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 trƣờng hợp gia công tinh ta cần cố gắng tạo phoi dây bằng cách nâng cao tốc độ cắt. Khi tạo phoi dây, do phoi đƣợc 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 Hình 1.5. Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng 1.4. Hiện tƣợng co rút phoi Dƣới tác dụng của lực cắt phần kim loại chịu biến dạng dẻo, mạng tinh thể xô lệch và trƣợt lên nhau theo phƣơng lực tác dụng làm cho chiều dài phoi co lại, chiều dày phoi lớn lên hiện tƣợng đó gọi là co rút phoi. Nếu cho rằng thể tích khối kim loại trƣớc và sau khi biến dạng không đổi thì ta có: K = L/Lp = ap/a Trong đó: [4] K: hệ số co rút phoi L, a: chiều dài, chiều dày lớp kim loại cần cắt Lp, ap: chiều dài, chiều dày phoi Sự co rút phoi là đặc tính tiêu biểu nói lên mức độ biến dạng dẻo về lƣợng của kim loại khi cắt gọt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 9 Phƣơng pháp xác định hệ số co rút phoi đƣợc xác định bằng 2 phƣơng pháp. * Đo trực tiếp chiều dài, chiều dày phoi cắt ra bằng dụng cụ đo chiều dài hoặc bằng kính hiển vi. * Đo theo phƣơng pháp trọng lƣợng. Trong trƣờng hợp phoi cắt quá ngắn (từ 5÷10 mm), chọn lấy một phoi tƣơng đối thẳng, mang đo chiều dài và cân trọng lƣợng. Diện tích của phoi cắt ra sẽ là : Fp = 103.Q/γ .Lp Trong đó: [4] Q : khối lƣợng phoi (g) γ : khối lƣợng riêng (g/cm2) Lp: chiều dài phoi (mm) Hình 1.6. Hiện tượng co rút phoi Vì thể tích của phoi không đổi nên ta có: Lp.Fp = L.s.t Từ đó ta có: K = L/Lp = Fp/s.t Hay: K = 103.Q/γ.Lp.s.t [4] Các yếu tố ảnh hưởng đến sự co rút của phoi: * Ảnh hƣởng của vật liệu gia công. Tính chất của vật liệu gia công có ảnh hƣởng lớn đến hệ số co rút phoi. Khi giữ nguyên các điều kiện cắt khác, vật liệu càng dẻo thì sự liên kết giữa các nguyên tử trong kim loại càng yếu, khiến cho sự sắp xếp của mạng tinh thể kim loại càng dễ bị phá huỷ do đó khi cắt kim loại sẽ bị biến dạng nhiều hơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 10 Bảng 1.1 Giá trị của hệ số co rút phoi khi cắt các kim loại khác nhau ở cùng một điều kiện cắt [4]. Vật liệu gia công Tính chất cơ lí Hệ số Co rút phoi ζ 2 η(N/mm ) ζ b (N/mm2) HB(N/mm Độ co tƣơng 2 ) đối (%) Thép30KҐCA 1,9 322 770 2375 0,384 Thép 35 2,84 265 512 1500 0,531 Thép 20 X 3,64 235 438 1500 0,464 Đồng 6,5 - 245 726 0,9 Khi thay đổi vật liệu gia công hệ số co rút phoi thay đổi trong phạm vi rất rộng. Không tồn tại một quan hệ rõ rệt nào giữa hệ số co rút phoi và các thông số đặc trƣng cho tính chất cơ lí của vật liệu gia công. Khi gia công các hợp kim Titan ta có hệ số co rút phoi nhỏ hơn đơn vị (chiều dài phoi cắt ra lớn hơn quãng đƣờng đi của dao) Ví dụ: khi tiện hợp kim Titan nhãn hiệu BT2, hệ số co rút phoi khi V=5m/ph là 1,6, tăng tốc độ cắt từ 35÷50 m/ph hệ số co rút phoi bằng 1, tăng thêm tốc độ cắt nữa thì hệ số co rút phoi trở nên nhỏ hơn đơn vị và khi V=100m/ph hệ số co rút phoi bằng 0,8. Có thể giải thích hiện tƣợng đó bằng những lí do sau: Hợp kim Titan ít dẻo do đó sự biến dạng của kim loại khi cắt không thể có giá trị lớn đƣợc. Hợp kim Titan có tính dẫn nhiệt kém, do đó nhiệt độ khi cắt cao. Nhiệt độ cao nhƣ vậy làm phoi bị giãn dài ra (khi V=40m/ph, t=1,5mm, S=0,11mm/vg nhiệt độ tiếp xúc đạt đến 880oC). Hợp kim Titan ở nhiệt độ cao hấp thụ nhiều Nitơ và Ôxi của không khí do đó trở nên giòn. Do vật liệu của phoi cắt trở nên ít dẻo hơn nên phoi sẽ không bị co rút nữa. * Ảnh hƣởng của góc cắt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 11 H.1.7. Sơ đồ tính toán sự co rút phoi Xét hình 1.7 trong tam giác OCF ta có : CF = OF.sin θ = a Trong tam giác OBF ta có : BF = OF .cos (θ-γ) = ap Do đó: K = ap/a = cos(θ-γ)/sin θ Thay γ = 90o – δ vào công thức trên ta có: K = sin(θ + δ)/sin θ [4] Từ phƣơng trình trên ta thấy khi góc cắt tăng thì hệ số co rút phoi tăng. Vì khi góc cắt càng lớn thì dụng cụ càng khó ăn sâu vào vật liệu gia công khiến cho vật liệu gia công chịu biến dạng càng lớn. * Ảnh hƣởng của góc nghiêng chính θ Khi r = 0, góc θ càng tăng thì hệ số co rút phoi càng giảm, vì khi θ tăng thì chiều dày cắt sẽ tăng do đó phoi càng dày và càng khó bị biến dạng. Nếu r ≠ 0 thì khi θ thay đổi, sự thay đổi của hệ số co rút phoi phức tạp hơn. Ban đầu khi tăng θ do chiều dày cắt tăng nên hệ số co rút phoi giảm. Khi vƣợt quá giá trị 60o÷70o thì hệ số co rút phoi tăng lên vì chiều dày phần cong của lƣỡi cắt tham gia làm việc tăng lên (AB>A’B’). Phoi khi thoát ra còn bị biến dạng thêm do sự giao nhau trên cung cong (phƣơng thoát phoi xem nhƣ thẳng góc với lƣỡi cắt, hình 1.8b) ngoài ra chiều dày cắt lúc này thay đổi dọc theo đoạn cong của lƣỡi cắt và có giá trị nhỏ hơn chiều dày cắt trên đoạn thẳng, do đó phoi trên đoạn cong bị biến dạng nhiều hơn trên đoạn thẳng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 12 H1.8. a) ảnh hưởng của góc φ đến hệ số co rút phoi b) phương thoát phoi khi lưỡi cắt cong Trên đoạn cong của lƣỡi cắt (khi λ>0o) giá trị của góc trƣớc thay đổi và giảm dần (theo chiều kim đồng hồ) khiến cho hệ số co rút phoi tăng. Khi tăng bán kính mũi dao, hệ số co rút phoi tăng do chiều dài đoạn cong của lƣỡi cắt tăng. * Ảnh hƣởng của chế độ cắt a. Tốc độ cắt. Trong các yếu tố của chế độ cắt thì tốc độ cắt ảnh hƣởng đến hệ số co rút phoi nhiều nhất. Khi tăng tốc độ cắt đến một khoảng giá trị nào đó thì xuất hiện lẹo dao làm giảm góc cắt, do đó hệ số co rút phoi giảm (Hình 1.9a, đoạn AB). Tiếp tục tăng tốc độ cắt, chiều cao lẹo dao giảm làm cho góc cắt tăng lên khiến cho hệ số co rút phoi lúc này tăng lên (đoạn BC). Khi tốc độ cắt tiếp tục tăng lên nữa vƣợt quá khu vực hình thành lẹo dao thì hệ số co rút phoi giảm (đoạn CD) vì lúc này hệ số ma sát giữa phoi và mặt trƣớc giảm đi. Hình 1.9b cho quan hệ giữa tốc độ và hệ số ma sát. Điểm A trên hình 1.9b tƣơng ứng với điểm C trên hình 1.9a. Tại đó nhiệt độ cắt khi gia công thép trung bình đạt khoảng 300÷400oC. Khi tăng tốc độ cắt, chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trƣớc của dao giảm đi, do đó làm giảm ma sát và sự co rút phoi giảm. Khi tốc độ cắt đạt giá trị 200÷300m/ph, hệ số co rút phoi hầu nhƣ không thay đổi. b. Chiều dày cắt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 13 Hình 1.9. cho thấy sự biến đổi của hệ số co rút phoi theo chiều dày cắt a, khi gia công thép 45 bằng dao có góc trƣớc γ=25o ; θ=45o ; và v=52m/ph. Từ hình 1.9.a có thể thấy rằng, khi chiều dày cắt a tăng lên thì hệ số co rút phoi giảm đi. Do sự biến dạng của phoi dọc theo chiều dày không đồng đều, lớp phoi càng gần mặt trƣớc của dao càng chịu biến dạng lớn, nên khi giữ nguyên các điều kiện khác, phoi mỏng có trị số co rút phoi lớn hơn phoi dày. Chiều sâu cắt có ảnh hƣởng không đáng kể đến sự co rút của phoi. Hệ số co rút phoi là một thông số quan trọng quyết định sự tiến triển của quá trình cắt, bởi vì sự thay đổi của hệ số co rút phoi kéo theo sự thay đổi của lực cắt, chất lƣợng bề mặt gia công. Trong một chừng mực nào đó, hệ số co rút phoi có thể đặc trƣng cho mức độ biến dạng dẻo. Tuy nhiên hệ số co rút phoi không thể dùng làm tiêu chuẩn định lƣợng chính xác cho biến dạng dẻo, bởi vì ngay cả khi hệ số co rút phoi K=1 thì vẫn có biến dạng dẻo. Để đặc trƣng cho biến dạng dẻo về mặt số lƣợng, có thể dùng độ trƣợt tƣơng đối (khi xem quá trình lần lƣợt của các lớp kim loại). Lý thuyết bền cho ta độ trƣợt tƣơng đối ε bằng tỷ số giữa độ trƣợt ∆ ε và chiều dày lớp trƣợt ∆x. H.1.9.a) Quan hệ giữa chế độ cắt và sự co rút phoi b) Sơ đồ trượt tương đối Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 14 Lấy một đoạn phoi có chiều dài ∆x, diện tích mặt bên của nó là hình bình hành ABCD. Trƣớc khi chuyển thành phoi hình bình hành có chiếm vị trí ABDE (hình 1.9b). Khi chuyển thành phoi, điểm E chuyển đến D, còn D chiếm vị trí điểm C. Ta có: ε = ∆x / ∆s , ở đây ∆s là độ dài của đoạn ED, DC hoặc AB = EF + FD. Từ tam giác EFA ta có: EF = ∆x.ctg θ Từ tam giác AFD ta có: FD = ∆x.tg(θ – γ) do đó ∆s = ∆x.ctgθ + ∆x.tg (θ – γ) Từ đó suy ra: ε = ctgθ + tg(θ – γ) Tìm quan hệ giữa ε và K. Thay giá trị của θ (tgθ = cosγ / K – sinγ) vào phƣơng trình trên ta có: ε = K2 – 2K.sinγ + 1 / K.cos γ Từ đó có thể rút ra một kết luận nhƣ sau: Hệ số co rút phoi không bằng độ trƣợt tƣơng đối, do đó không thể biểu diễn đƣợc mức độ biến dạng của phoi về mặt số lƣợng. Tăng hệ số co rút phoi thì độ trƣợt tƣơng đối tăng. Khi K=1 độ trƣợt tƣơng đối không bằng đơn vị, có nghĩa là ngay khi đó vẫn có biến dạng dẻo. Độ trƣợt tƣơng đối sẽ có giá trị cực tiểu khi: d.ε/d.K = 1/cosγ – 1/K2.cosγ = 0 Nghĩa là khi K = 1. Nhƣ vậy biến dạng dẻo sẽ cƣc tiểu khi hệ số co rút phoi bằng đơn vị. c. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội. Dung dịch trơn nguội có tác dụng làm giảm ma sát khi cắt, do đó làm giảm sự co rút của phoi. 2. MÕN DỤNG CỤ CẮT Trong quá trình cắt, phoi chuyển động trƣợt và tạo ma sát với mặt trƣớc của dụng cụ cắt, mặt đang gia công của chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dụng cụ cắt trong điều kiện áp lực lớn, nhiệt độ cao, ma sát khốc liệt và liên tục gây nên hiện tƣợng mài mòn dụng cụ cắt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 15 Mài mòn dụng cụ cắt là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tƣợng cơ lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc giữa phoi, chi tiết với dụng cụ gia công. Khi bị mài mòn, hình dạng và thông số hình học phần cắt dao thay đổi gây nên những hiện tƣợng vật lý có ảnh hƣởng xấu đến quá trình cắt và chất lƣợng bề mặt gia công. Do đặc điểm của quá trình cắt phức tạp nên khác với mài mòn trên các chi tiết máy bình thƣờng, mài mòn dao có nhiều dạng khác nhau. * Các dạng mài mòn dao. Phần cắt dao trong quá trình cắt thƣờng bị mài mòn theo các dạng sau: Hình 1.10 – Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt * Mài mòn theo mặt sau: Đƣợc đặc trƣng bởi một lớp vật liệu dao bị tách khỏi mặt sau trong quá trình cắt và đƣợc đánh giá bởi chiều cao mòn hs. Mài mòn mặt sau thƣờng xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ, đối với các loại vật liệu gia công giòn. Kết quả là góc sau  giảm, tăng sự tiếp xúc giữa mặt sau dao và bề mặt đang gia công, tăng ma sát. hs Hình 1.11– Mài mòn mặt sau Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 16 * Mài mòn theo mặt trước. Một lớp vật liệu trên mặt trƣớc dao bị tách đi dẫn đến góc trƣớc dao  âm, tăng biến dạng và tăng tải trọng. + Mài mòn Crater. Trong quá trình cắt, phoi trƣợt liên tục trên mặt trƣớc hình thành một trung tâm áp lực cách lƣỡi cắt một khoảng nào đó nên mặt trƣớc bị mòn theo dạng lƣỡi liềm (Crater). Vết lõm lƣỡi liềm thƣờng xảy ra dọc theo lƣỡi cắt và đƣợc đánh giá bởi chiều rộng B, chiều sâu ht và khoảng cách từ lƣỡi dao đến vết lõm KT theo mặt trƣớc. Dạng mài mòn này thƣờng xảy ra khi cắt vật liệu dẻo với chiều dày cắt a lớn (a>0,6mm) dẫn đến góc  tăng lên, phoi dễ thoá ra nhƣng sẽ làm yếu dần lƣỡi dao. Hình 1.12 – Mài mòn Crater + Mòn lƣỡi cắt. Dao bị mòn dọc theo lƣỡi cắt tạo thành dạng cung hình trụ có bán kính  đo theo mặt vuông góc lƣỡi cắt. Dạng mòn này thƣờng gặp khi gia công các loại vật liệu có tính dẫn nhiệt kém, nhiệt cắt tập trung tại lƣỡi cắt nên bị tù nhanh dẫn đến dao không tách đƣợc phoi mà bị trƣợt. * Mài mòn mũi dao. Phần kim loại ở mũi dao bị mất dần đi hình thành nên bán kính mũi dao R. Dạng mài mòn này sẽ làm biến đổi vị trí tiếp xúc giữa dao và chi tiết dẫn đến thay đổi kích thƣớc gia công. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 17 Hình 1.13 – Các dạng mài mòn chính khi tiện Trong các dạng mài mòn trên thì mài mòn theo mặt sau là quan trọng và dễ xác định nhất. Chiều cao mài mòn hs và diện tích lõm mài mòn Crater Ak đƣợc dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá lƣợng mài mòn. *Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền dụng cụ cắt. Chiều sâu cắt. Nói chung, tuổi bền dụng cụ cắt bị ảnh hƣởng nhỏ bởi những thay đổi về chiều sâu cắt so với những thay đổi về lƣợng chạy dao, đặc biệt trong cắt thô (trong đó chiều sâu cắt lớn hơn 1,5 mm). Sự lựa chọn phù hợp nhất giữa tuổi bền dao và tốc độ bóc tách vật liệu trong cắt thô thƣờng nhận đƣợc ở chiều sâu cắt lớn nhất cho phép. Tuy nhiên, chiều sâu cắt lớn hơn có thể làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt trong cắt bán thô và cắt tinh. Chiều sâu cắt tăng 50% chỉ giảm 15% tuổi bền dụng cụ cắt. Ảnh hƣởng của chiều sâu cắt phần nào lớn hơn khi chiều sâu cắt nhỏ hơn 10 lần lƣợng chạy dao. Lƣợng chạy dao. Lƣợng chạy dao cho phép lớn nhất có tác động đến cả tốc độ trục chính tối ƣu và năng suất. Những thay đổi về lƣợng chạy dao có tác động đáng kể hơn đến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 18 tuổi bền dụng cụ cắt so với do những thay đổi về chiều sâu cắt, lƣợng chạy dao tăng 50% thƣờng làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt 60%. Trong nhiều trƣờng hợp, lƣợng chạy dao lớn nhất cho phép phải phù hợp với công suất máy và yêu cầu chất lƣợng bề mặt và là giải pháp phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng máy. Có thể tăng tốc độ bóc tách vật liệu cao hơn nhiều mà không làm giảm tuổi bền dao bằng các tăng lƣợng chạy dao và giảm tốc độ cắt. Kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả trong cắt thô, ở đó lƣợng chạy dao lớn nhất phụ thuộc vào lực cắt lớn nhất mà lƣỡi cắt và máy có thể chịu đựng. Tốc độ cắt. Tốc độ cắt có ảnh hƣởng lớn nhất đến tuổi bền dụng cụ cắt so với chiều sâu cắt và lƣợng chạy dao. Khi tốc độ cắt tăng 50%, tuổi bền dao dựa trên mòn mặt sau hoặc mòn lõm mặt trƣớc thƣờng giảm từ 80-90%. * Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến mòn dụng cụ cắt. Việc sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý có ảnh hƣởng rất lớn đến mòn dụng cụ cắt. Do dung dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát giữa dao và phôi cũng nhƣ giữa dao và bề mặt gia công, nên có thể làm giảm mòn một cách đáng kể. Hơn nữa, dung dịch trơn nguội còn có khả năng làm giảm lực cắt và nhiệt cắt nhƣ đã nói ở phần trên. Nên việc sử dụng trơn nguội vào quá trình cắt để làm tăng tuổi thọ của dao hay để giảm lƣợng mòn dao là rất cần thiết. 3. LỰC CẮT KHI TIỆN Trong quá trình cắt kim loại, để tách đƣợc phoi và thắng đƣợc ma sát cần phải có lực. Lực sinh ra trong quá trình cắt 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,... Dƣới tác dụng của lực và nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muốn hiểu đƣợc quy luật mài mòn và phá huỷ dao thì phải hiểu đƣợc quy luật tác động của lực cắt. Muốn tính công tiêu hao khi cắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) 19 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 lƣợng của quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng cân bằng. Lực cắt sinh ra khi cắt là một hiện tƣợng động lực học, tức là trong chu trình thời gian gia công thì lực cắt không phải là hằng số mà biến đổi theo quãng đƣờng đi của dụng cụ. Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu tố: Điểm đặt, Hƣớng (phƣơng, chiều) và độ lớn của lực. Trong cắt gọt kim loại, ngƣời ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng  lên dao là lực cắt, ký hiệu là P ; còn lực có cùng độ lớn, cùng phƣơng nhƣng ngƣợc  ' chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt, ký hiệu là P . Quá trình cắt thực hiện đƣợc cần có lực để thắng biến dạng và ma sát, do vậy lực cắt theo định nghĩa trên có thể hiểu rằng có nguồn gốc từ quá trình biến dạng và ma sát. Biến dạng khi cắt có biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Do vậy lực sinh ra do biến dạng cũng có lực biến dạng đàn hồi  Pdh và lực biến dạng dẻo  Pd . Những lực này cùng với lực ma sát tác dụng lên dao, cụ thể trên mặt trƣớc và mặt sau dao. Trên hình 1.14. trong trƣờng hợp cắt tự do, ta có: Chi tiết Pd1 Pbd Pdh1 Fms1 Pdh2 Pd2 Phoi Fms Fms2 Dao Pbd P Hình 1.14- Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn