LUẬN văn THẠC sĩ HAY nghiên cứu ảnh hướng của bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứng thép SKD11​

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN QUYẾT CHIẾN

Nghiên cứu ảnh hƣớng của bôi trơn làm nguôi tối thiểu (MQL)
sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay
cứng thép SKD11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái nguyên, năm 2018

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN QUYẾT CHIẾN

Nghiên cứu ảnh hƣớng của bôi trơn làm nguôi tối thiểu (MQL) sử
dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứng thép
SKD11
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 8520103
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MƠN

CB HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS. TS HỒNG VỊ

PGS. TS TRẦN MINH ĐỨC

Thái Nguyên, năm 2018

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Trần Quyết Chiến
Học viên: Lớp cao học K18
Chun ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Đơn vị cơng tác: Xƣởng cơ khí – Trung tâm Thực nghiệm
Trƣờng Đại học KTCN
Tơi xin cam đoan tồn bộ luận văn này do chính bản thân tơi thực hiện dƣới
sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Trần Minh Đức
Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.

Ngƣời thực hiện

Trần Quyết Chiến

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Minh Đức đã hƣớng dẫn, giúp
đỡ tận tình từ định hƣớng đề tài, thiết kế, thực hiện và đánh giá kết quả thực nghiệm
đến q trình viết và hồn chỉnh luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy, cô giáo và các bạn bè đồng
nghiệp -Bộ mơn CTM - Khoa Cơ khí, Xƣởng Cơ khí - Trung tâm Thực Nghiệm Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hồn
thành luận văn này.
Do năng lực bản thân cịn nhiều hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi sai
sót, tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà
khoa học và các bạn đồng nghiệp.

Tác giả

Trần Quyết Chiến

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


i

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
MỤC LỤC .................................................................................................................... i
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ...................................................................... iv
Danh mục các bảng ..................................................................................................... v
Danh mục các hình vẽ, ảnh chụp, đồ thị .................................................................... vi
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1 ................................................................................................................ 3
Tổng quan về ảnh hƣởng của MQL dùng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt khi gia
công vật liệu cứng ....................................................................................................... 3
1.1. Bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) ................................................................ 3

1.1.1 Khái niệm ....................................................................................................3
1.1.2. Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng ........................................................4
1.2. MQL sử dung dung dịch lạnh .......................................................................... 5
1.2.1. Khái niệm về MQL sử dung dung dịch lạnh .............................................5
1.2.2. Phƣơng pháp tạo dung dịch lạnh dùng trong MQL....................................5
1.3. Ứng dụng MQL sử dung dung dịch lạnh trong gia công vật liệu cứng .......... 7
1.3.1. Giới thiệu về gia công vật liệu cứng ..........................................................7
1.3.2. Ảnh hƣởng của MQL đến q trình cắt khi gia cơng vật liệu cứng ...........8
1.3.3. Ảnh hƣởng của MQL sử dung dung dịch lạnh đến một số thơng số của
q trình cắt khi gia cơng vật liệu cứng, vật liệu khó gia cơng. .........................12
1.4. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu .................................................................... 15
1.4.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngồi ....................................15
1.4.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở trong nƣớc ....................................17
1.5. Kết luận chƣơng 1 ........................................................................................... 18
CHƢƠNG 2 .............................................................................................................. 19
Nghiên cứu ảnh hƣởng MQL sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi
phay vật liệu cứng ..................................................................................................... 19
2.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 19
2.2. Nhám bề mặt gia công .................................................................................... 19

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ii

2.2.1. Khái niệm..................................................................................................... 19
2.2.2. Cấu trúc bề mặt (Surface texture) ................................................................ 20
2.2.3. Kiểm tra nhám bề mặt.................................................................................. 25
2.2.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến nhám bề mặt gia công trong gia công vật liệu
cứng........................................................................................................................ 27

2.3. Ảnh hƣởng MQL sử dụng dung dịch lạnh đến quá trình cắt khi phay cứng .. 32
2.3.1. Nhiệt cắt ....................................................................................................... 32
2.3.2. Lực cắt ......................................................................................................... 33
2.3.3. Mòn, tuổi bền dụng cụ cắt ........................................................................... 33
2.3.4. Độ nhám....................................................................................................... 34
2.4. Kết luận chƣơng 2 ........................................................................................... 35
2.4.1. Giới hạn nội dung nghiên cứu ..................................................................... 36
2.4.2. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................. 36
2.4.3. Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 36
2.4.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................. 36
CHƢƠNG 3 .............................................................................................................. 37
Nghiên cứu thực nghiệm ........................................................................................... 37
3.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 37
3.2. Xây dựng hệ thống thí nghiệm. ...................................................................... 37
3.2.1. Hệ thống thí nghiệm .................................................................................... 37
3.2.1. Chế độ cơng nghệ ........................................................................................ 39
3.2.3. Triển khai thí nghiệm................................................................................... 40
3.3. Kết quả và thảo luận ....................................................................................... 40
3.3.1. Khi gia cơng mẫu 1 có độ cứng HRC = 56 ................................................. 40
3.3.1.1. Kết quả ...................................................................................................... 40

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


iii

3.3.1.2. Thảo luận .................................................................................................. 41
3.3.2. Khi gia công mẫu 2 có độ cứng HRC = 60 ................................................. 42
3.3.2.1. Kết quả ...................................................................................................... 42
3.3.3.2. Thảo luận kết quả...................................................................................... 43

3.4. Kết luận ........................................................................................................... 44
PHẦN KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................ 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 46
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 49

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ý nghĩa

Ký hiệu
MQL
MQL+CO2
RHVT

Đơn vị

Bôi trơn làm nguội tối thiểu
Bôi trơn làm nguội tối thiểu kết hợp với khí C02
Ống Vortex Ranque – Hilsch

RHVT + MQL Ống Vortex Ranque – Hilsch kết hợp với MQL
D

Cắt khô

E

Công nghệ tƣới tràn

CLBM

Chất lƣợng bề mặt

V

Vận tốc cắt

S

Lƣợng chạy dao

t

Chiều sâu cắt

mm

b

Chiều rộng phay

mm

Pz

Thành phần lực cắt tiếp tuyến

N

Pv

Thành phần lực cắt pháp tuyến

N

Ra, Rz,
T

vịng/ph
mm/v

Thơng số đánh giá độ nhám bề mặt gia công

m

Tuổi bền của dụng cụ cắt

phút

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


v

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Ký hiệu và Cách ghi vết nhám bề mặt ...................................................... 24
Bảng 2.2. bán kính (r), góc dao (k), góc nâng (y) và các giá trị nhám bề mặt ........ 28
Bảng 2.3. Thông số cắt .............................................................................................. 30
Bảng 2.4. Kết quả thí nghiệm và các giá tỷ lệ S/N .................................................... 30
Bảng 2.5: ảnh hưởng của phương pháp làm mát đến nhám bề mặt ......................... 35
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của thép SKD11 ...................................................... 38

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ẢNH CHỤP, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Các phương pháp phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt ......................4
Hình 1.2: Phương pháp tạo dung dịc lạnh MQL kết hợp C02 ...................................5
Hình 1.3. Ngun lý tạo dịng khí lạnh trong ống xốy Ranque-Hilsch .....................6
Hình 1.4: Nhám và độ sóng bề mặt phụ thuộc vào cơng nghệ bơi trơn làm nguộivà
các thống số cắt ...........................................................................................................9
Hình 1.5: Thơng số nhám bề mặt Ra cắt khơ và cắt có MQL .....................................9
Hình 1.6: Tuổi bền dụng cụ cắt phụ thuộc vào phương pháp bơi trơn làm nguội và
vận tốc cắt .................................................................................................................11
Hình 1.7: Nhám bề mặt phụ thuộc lượng chạy dao và công nghệ bơi trơn (Ra)......11
Hình 1.8: Độ mịn dụng cụ cắt sau 2 m chiều dài, chiều sâu cắt 0,15 mm với vận tốc
căt V= 150 m/phút và V =250m/phút........................................................................12
Hình 1.9: Nhiệt vùng cắt phụ thuộc vào vật tốc cắt và chiều sâu cắt .......................13
Hình 1.10: Ảnh hưởng của cơng nghệ bơi trơn làm nguội đến lực cắt ....................14
Hình 1.11: Mịn dụng cụ cắt 400mm chiều dài cắt với V = 3.1m/s và lượng chạy
dao s = 0.055mm/v ....................................................................................................14

Hình 2.1. Mặt cắt ngang cấu trúc bề mặt chi tiết .....................................................20
Hình 2.2. Cấu trúc bề mặt .........................................................................................21
Hình 2.3. Sai lệch trung bình cộng của profin Ra .....................................................22
Hình 2.4. Chiều cao lớn nhất của profin Rz ..............................................................22
Hình 2.5.Ký hiệu bằng hình vẽ cơ bản đối với nhám bề mặt ....................................23
Hình 2.6. Vị trí các yêu cầu bổ sung của nhám bề mặt ............................................23
Hình 2.7: Ví dụ về ghi ký hiệu nhám bề mặt trên bản vẽ kỹ thuật ............................25
Hình 2.8. Phương pháp đo cơ học ............................................................................25
Hình 2.9: Đo trên các bề mặt khác nhau ..................................................................26
Hình 2.10: biểu đồ nhám bề mặt Ra với r, k, y .........................................................29
Hình 2.11. Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến nhám bề mặt ...........................................31
Hình 2.12. Ảnh hưởngbơi trơn làm nguội đến nhám bề mặt ....................................31
Hình 2.13. Ảnh hướng thơng số cắt và bơi trơn làm nguội đến mịn dụng cụ cắt ...33

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


vii

Hình 2.14: Đồ thị nhám bề mặt MQL và MQL lạnh ................................................34
Hình 3.1. Dao phay mặt đầu Ø50 .............................................................................37
Hình 3.2. Mảnh dao APMT 1604 PDTR LT30 .........................................................37
Hình 3.2. ống xốy Ranque-Hilsch ...........................................................................38
Hình 3.3. Máy đo nhám Mitutoyo SJ-210 – Nhật bản ..............................................38
Hình 3.5. Đầu phun Noga tạo sương mù ..................................................................39
Hình 3.6. Hệ thống thí nghiệm với đầu phun dung dịch lạnh ...................................39
Hình 3.7. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến lưc Py ...........................................40
Hình 3.8. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến lưc Pz ...........................................40
Hình 3.9. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến trị số Rz ........................................41
Hình 3.10. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến trị số Ra ......................................41

Hình 3.11.Tuổi bền của dụng cụ cắt phụ thuộc vào chế độ BTLN ...........................41
Hình 3.12. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến đến lưc Py ..................................42
Hình 3.13. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến lưc Pz .........................................42
Hình 3.14. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến trị số Ra ......................................43
Hình 3.15. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến trị số Rz ......................................43
Hình 3.16. Tuổi bền dụng cụ cắt phụ thuộc vào chế độ BTLN ................................43
Hình 3.17. So sánh tuổi bền dụng cụ cắt với vật liệu có độ cứng HRC = 56 và .....43
HRC = 60 ..................................................................................................................43
Hình 3.18. Hệ thống thí nghiệm ................................................................................59
Hình 3.19: Phay cứng thép SKD11 với mẫu có độ cứng HRC = 56; .......................59
sử dụng dung dịch lạnh .............................................................................................59
Hình 3.20: Thu thập dữ liệu ......................................................................................60

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1

PHẦN MỞ ĐẦU
Hiện nay ngành cơ khí đang ngày càng phát triển và khơng ngừng tạo ra
những sản phẩm có độ chính xác ngày càng cao nhằm mục đích nội địa hóa các sản
phẩm cơ khí phục vụ cho q trình sản xuất. Đáp ứng đƣợc các yếu tố về kinh tế kỹ thuật bên cạnh đó khơng gây ơ nhiễm tới môi trƣờng.
Bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minimum Quantity Lubrication-viết tắt MQL)
ngồi việc thân thiện với mơi trƣờng, cịn có nhiều ƣu điểm nổi bật khác nhƣ hiệu
quả bôi trơn cao, ma sát trong vùng cắt giảm do đó làm giảm lực cắt, nhiệt cắt, độ
mịn của dụng cụ v.v. Nhƣợc điểm cơ bản của MQL là khả năng làm nguội bị hạn
chế, nhiệt cắt truyền vào phoi, vào chi tiết gia cơng lớn. Do đó, việc ứng dụng cơng

nghệ MQL trong sản xuất cịn một số hạn chế. Đặc biệt trong gia công vật liệu
cứng, độ bền cao; vật liệu khó gia cơng, v.v.
Để khắc phục tồn tại này, một hƣớng nghiên cứu mới đang đƣợc quan tâm
đó là MQL phối hợp với làm nguội tích cực nghĩa là MQL sử dụng dịng khí lạnh
trộn với dung dịch trơn nguội để tạo ra dòng dung dịch dƣới dạng sƣơng mù nhiệt
độ thấp để phun trực tiếp vào vùng cắt (gọi chung là MQL sử dụng dung dịch lạnh).
MQL sử dụng dung dịch lạnh là một giải pháp mới đang đƣợc quan tâm
nghiên cứu, ứng dụng trong gia cơng vật liệu nói chung và đặc biệt trong gia cơng
vật liệu cứng, vật liệu khó gia cơng...
Gia cơng vật liệu cứng bằng dụng cụ cắt có lƣỡi cắt xác định thƣờng là gia
công tinh và là giải pháp nhằm thay thế một phần cho ngun cơng mài. Vì vậy việc
sử dụng MQL sử dụng dung dịch lạnh sẽ góp phần làm giảm nhiệt cắt, giảm lực
cắt... do đó làm giảm độ mòn dao, tăng tuổi bền dụng cụ cắt ... Phay vật liệu cứng
sau nhiệt luyện một phần thay thế cho nguyên công mài.
Hiện nay công nghệ gia công vật liệu cứng bằng dụng cụ cắt xác định bƣớc
đầu đƣợc sử dụng khá phổ biến ở nƣớc ta. Việc nghiên cứu ứng dụng MQL sử dụng
dung dịch lạnh vào qúa trình gia cơng vật liệu cứng nếu làm giảm đƣợc nhiệt cắt,
giảm lực cắt, nâng cao tuổi bền dụng cụ cắt, nâng cao chất lƣợng bề mặt gia cơng
thì sẽ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


2

Từ cơ sở trên, tác giả chọn đề tài nghiên cứu : “Nghiên cứu ảnh hướng của
bôi trơn làm nguôi tối thiểu (MQL) sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia
công khi phay cứng thép SKD11”
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hƣởng của bôi trơn làm nguôi tối thiểu (MQL) sử dụng dung

dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứng thép SKD11.
Đối tƣợng nghiên cứu
Các ảnh hƣởng của MQL dung dịch lạnh đến chất lƣợng bề mặt (nhám bề
mặt), tuổi bền dụng cụ cắt khi phay cứng thép SKD11 sau nhiệt luyện (HRC=56-60)
bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC APMT 1604 PDTR LT30.
Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu tổng quan về cơng nghệ MQL, Thiết bị tạo dung dịch lạnh; MQL
sử dụng dung dịch lạnh; gia công vật liệu cứng v.v.
Nghiên cứu lý thuyết về ảnh hƣởng của MQL sử dụng dung dịch lạnh đến
một số hiện tƣợng vật lý xảy ra trong vùng cắt, đến kết quả quả của quá trình cắt,
chất lƣợng bề mặt gia công.
Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của MQL sử dụng dung dịch lạnh đến
nhám bề mặt gia công, tuổi bền dụng cụ cắt.
Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu
là nghiên cứu thực nghiệm.
Ý nghĩa của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Bổ sung thêm một phần lý thuyết về MQL sử dụng dung
dịch lạnh, về ảnh hƣởng của MQL sử dụng dung dịch lạnh đến một số hiện tƣợng
vật lý xảy ra trong vùng cắt khi gia công vật liệu cứng.
Ý nghĩa thực tiễn: Đề xuất đƣợc giải pháp và thông số công nghệ nhằm nâng
cao hiệu quả của q trình gia cơng vật liệu cứng phục vụ thực tiễn sản xuất ở nƣớc
ta hiện nay.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


3

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA MQL DÙNG DUNG DỊCH LẠNH
ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU CỨNG

1.1. Bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL)
1.1.1. Khái niệm
Khái niệm bôi trơn làm nguội tổi thiểu (Minimum quantity lubrication MQL) đã đƣợc đề xuất một thập kỷ trƣớc đây nhƣ là môt giải pháp để giải quyết
vấn đề về môi trƣờng và nguy cơ mắc các bệnh nghề nghiệp liên quan đến chất bôi
trơn làm nguội. Giảm thiểu chất bơi trơn làm nguội trong q trình cắt dẫn đến lợi
ích kinh tế bởi tiết kiệm chi phí xử lý chất thải. Giảm thời gian làm sạch phôi, dụng
cụ cắt và máy.
Kỹ thuật MQL là phun sƣơng hoặc dƣới dạng tia một số lƣợng rất nhỏ các
chất bôi trơn, thông thƣờng lƣu lƣợng 50 – 500ml/h cùng với áp lực khí hƣớng vào
vùng cắt (Autret và Liang, 2003). Phun các chất bơi trơn làm nguội bao gồm một
hoặc nhiều vịi phun.
Có hai loại hệ thống phun cơ bản MQL (Hình 1.1). Phun ngồi và phun
thơng qua trục chính máy.
Hệ thống phun bên ngồi bao gồm có một thùng hay một bể chứa dung dịch
làm mát, hệ thống kết nối với các ống đƣợc trang bị một hoặc nhiều vòi phun. Hệ
thống này có thể đƣợc lắp ráp gần hoặc trên máy và có thể điều chỉnh một cách độc
lập áp ruất khí, lƣu lƣợng nƣớc làm mát cung cấp vào vùng cắt (Hình 1.1a). Khơng
tốn chi phí đầu từ, di động và phù hợp hầu hết cho các quá trình gia công [17].
Hệ thống phun qua dụng cụ cắt, dầu và khơng khí đƣợc trộn lẫn bên ngồi
chảy qua đƣờng ống của trục chính và dụng cụ cắt (Hình 1.1b) [17].
Những thông số cơ bản của công nghệ MQL ảnh hƣởng đết q trình và kết
quả gia cơng gồm: loại dung dịch trơn nguội, lƣu lƣợng, áp suất phun, phƣơng pháp
phun (tƣới) dung dịch vào vùng cắt (dạng sƣơng mù hay chùm tia chất lỏng), vị trí

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

4

đặt vòi phun (vào mặt trƣớc hay mặt sau của dao,v.v.), khoảng cách phun, phƣơng
pháp gia công (cắt hở, nửa kín hay cắt kín),v.v.

a. MQL phun ngồi

b. MQL phun qua dụng cụ cắt

Hình 1.1: Các phương pháp phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt
1.1.2. Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng
Ƣu điểm:
Phƣơng pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu đƣa dung dịch bôi trơn làm nguội
áp suất cao vào vùng cắt nên có các ƣu điểm sau.
- Hiệu quả bôi trơn – làm nguội cao, rất tiết kiệm dung dịch trơn nguội và
đặc biệt là không gây ô nhiểm môi trƣờng.
- Giảm ma sát, nhiệt vùng cắt, giảm lƣợng mịn dao, giảm hiện tƣợng lẹo dao
do đó cải thiện độ nhám bề mặt chi tiết gia công.
- Môi trƣờng làm việc sạch, phoi sạch.
- Tiết kiệm chi phí do tiết kiệm đƣợc dung dịch trơn nguội và tiết kiệm chi
phí xử lý chất thải cơng nghiệp.
Nhƣợc điểm:
- Khó vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công.
- Nhiệt độ chi tiết cao.
Phạm vi ứng dụng:

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


5

MQL đƣợc sử dụng cho hầu hết các phƣơng pháp gia cơng bằng dụng cụ cắt
có lƣỡi cắt xác định. Ngồi ra, MQL cịn đƣợc sử dụng đối với một số phƣơng pháp
gia công mà phƣơng pháp tƣới tràn không sử dụng đƣợc nhƣ khi tiện cứng, phay
mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC, v.v. [12, 13, 14, 15].
1.2.MQL sử dung dung dịch lạnh
1.2.1. Khái niệm về MQL sử dung dung dịch lạnh
MQL phối hợp với làm nguội tích cực với một số giải pháp nhƣ dùng dịng
khí lạnh phun trực tiếp vào vùng cắt hoặc dùng dịng khí lạnh trộn với dung dịch
trơn nguội để tạo ra dòng dung dịch dƣới dạng sƣơng mù nhiệt độ thấp,v.v. (MQL
dùng dung dịch lạnh)
1.2.2. Phƣơng pháp tạo dung dịch lạnh dùng trong MQL
Có một số phƣơng pháp tạo dung dịch lạnh dùng trong MQL nhƣ sau: MQL
kết hợp khí C02, ống xoáy Vortex Ranque – Hilsch (RHVT)…
a. Phương pháp MQL kết hợp khí C02.
Cấu tạo vịi phun MQL kết hợp khí C02. Giữa thân vịi phun trung tâm là
MQL và các khí cịn lại nằm ở bên sƣờn vịi phun (Hình 1.2). Dịng khí đi vào trung
tâm vịi phun mang theo khí C02 từ hệ thống vịi phun bên sƣờn. Ở đầu ra vòi phun
trung tâm giống nhƣ một buồng trộn nội bộ, trỗn lẫn dung dịch làm mát và khí C02.
Khí C02 đƣợc đẩy đi dƣới áp lực của đầu phun MQL.

Hình 1.2: Phương pháp tạo dung dịc lạnh MQL kết hợp C02

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


6

Ƣu điểm:
- Nhiệt độ dung dịch bôi trơn làm nguội có thể đạt đến 780 C .

Nhƣợc điểm:
- Chi phí đầu tƣ ban đầu của hệ thống lớn.
- Quá trình trỗn lẫn dung dịch ở đầu hệ thống phụ thuộc vào áp ruất khí
MQL và khí CO2 [20].
b. Ống Vortex Ranque – Hilsch (RHVT)
Ống Vortex Ranque – Hilsch [gọi tắt là hiệu ứng „Ống xốy‟] là thiết bị tạo
ra dịng khí lạnh và nóng đƣợc tách từ một dịng khí nén duy nhất. Ống Ranque –
Hilsch đƣợc phát minh bởi Ranque năm 1933 và đƣợc cải tiến bởi Hilsch vào năm
1947 [2]. Sơ đồ nguyên lý tạo khí lạnh ở (Hình 1.3).

Hình 1.3. Ngun lý tạo dịng khí lạnh trong ống xốy Ranque-Hilsch
Dịng khí nén đƣợc đƣa vào cửa 1 theo phƣơng tiếp tuyến với thành ống và
tạo nên dòng xốy thuận 2 trong thành ống đi về phía cửa nóng có van điều chỉnh 4.
Tại đây, dịng xốy khí gặp van 4, một phần khí nóng 3 thốt ra ngồi, phần cịn lại
bị phản xạ tạo dịng xốy ngƣợc về phía cửa lạnh 5. Van 4 điều chỉnh sự cân bằng
giữa lƣợng khí nóng thốt ra và lƣợng khí đƣợc đẩy ngƣợc lại. Hai dịng khí nóng
và lạnh này đƣợc mơ tả trong mơ hình ống Ranque-Hilsch (Hình 1.3). Sự thay đổi
nhiệt độ giữa các luồng khơng khí nóng và lạnh phụ thuộc các thơng số nhƣ áp suất
khí nén, nhiệt độ mơi trƣờng, các đặc tính hình học của ống,v.v. [2].

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


7

Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng:
- Ƣu điểm nổi bật của đầu phun khí lạnh theo hiệu ứng “ống xoáy” là kết cấu
đơn giản, hiệu suất làm việc cao, không cần điện, không cần bảo dƣỡng, sử dụng an
tồn,v.v. [2] nên ngồi việc ứng dụng vào cơng nghệ bơi trơn làm nguội trong gia
cơng cắt gọt thì thiết bị này còn đƣợc sử dụng vào nhiều lĩnh vực công nghiệp khác

nhƣ để làm nguội các thiết bị công nghiệp, sử dụng dịng khí nóng để sấy khơ linh
kiện điện tử, làm nóng các sản phẩm,v.v.
Nhƣợc điểm:
- Phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng
- Cơ chế vật lý của việc tách nhiệt vẫn chƣa đƣợc giải quyết hoàn toàn
Phạm vi ứng dụng:
Việc tách khí lạnh và nóng bằng cách sử dụng các ngun lý của ống xốy
có thể đƣợc áp dụng cho các ứng dụng công nghiệp nhƣ thiết bị làm mát trong máy
CNC, tủ lạnh, bộ tản nhiệt, q trình gia nhiệt… ống xốy thích hợp cho các ứng
dụng này vì kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, nhẹ, yên tĩnh và không sử dụng chất làm
lạnh Freon hoặc chất làm lạnh khác (CFCs / HCFCs). Ống xốy khơng có bộ phận
chuyển động cho nên khơng bị vỡ hoặc mịn dẫn đến cần ít sự bảo trì [7].
1.3. Ứng dụng MQL sử dung dung dịch lạnh trong gia công vật liệu cứng
1.3.1. Giới thiệu về gia công vật liệu cứng
Gia công cứng (gia công vật liệu cứng) là một công nghệ mới đƣợc áp dụng
để gia công các vật liệu có độ cứng trong khoảng từ 45-75 HRC, sử dụng các dụng
cụ có lƣỡi cắt xác định để gia công. Và thƣờng đƣợc quan tâm nhiều nhất là các vật
liệu có độ cứng từ 58-60 HRC. Đối tƣợng trong gia cơng cứng bao gồm các loại
hợp kim có độ cứng khác nhau, thép dụng cụ, thép cứng, siêu hợp kim, thép thấm ni
tơ, thép phủ crom và các chi tiết đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp luyện kim bột. Gia
công cứng chủ yếu đƣợc dùng để gia công tinh và bán tinh các chi tiết máy nhằm
đạt đƣợc độ chính xác về kích thƣớc, hình dáng và chất lƣợng bề mặt.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


8

Gia công cứng đƣợc giới thiệu rộng rãi vào khoảng giữa năm 1980 với
phƣơng pháp gia công đầu tiên là tiện cứng. Kể từ đó đến nay gia cơng cứng đã có

những bƣớc phát triển đáng kể với nhiều phƣơng pháp gia công khác nhau nhƣ:
phay cứng, doa cứng, chuốt cứng và nhiều phƣơng pháp gia công cứng khác. Ngày
nay với các máy cơng cụ có độ cứng vững cao và sử dụng các loại vật liệu siêu
cứng để làm phần cắt của dụng cụ, đồng thời thân dụng cụ đƣợc thiết kế đặc biệt đã
cho phép gia công cứng đƣợc thực hiện một cách dễ dàng và áp dụng khá phổ biến
trong gia công cắt gọt.
Thông thƣờng mài là phƣơng pháp gia công các vật liệu cứng đƣợc sử dụng
phổ biến. Tuy nhiên, có thể dùng phƣơng pháp gia công cứng (tiện cứng, phay
cứng, doa cứng) để thay cho phƣơng pháp mài. Tiện cứng là phƣơng pháp gia công
cứng đầu tiên đƣợc ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô. Ngƣời ta dùng tiện
cứng để thay cho mài khi gia công các bề mặt lắp ghép của bánh răng, ổ bi bằng
cách sử dụng dao tiện gắn mảnh cắt đƣợc làm từ Nitrit Bo lập phƣơng tinh thể
(Polycrystalline Cubic Boron Nitride - PCBN) [24].
1.3.2. Ảnh hƣởng của MQL đến q trình cắt khi gia cơng vật liệu cứng
a. Ảnh hưởng của MQL đến q trình cắt khi gia cơng vật liệu thông thường.
Chất lƣợng bề mặt là một yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến khả năng làm
việc của chi tiết máy. Các thí nghiệm đƣợc thực hiện trên vật liệu thép C45 (AISI
1045) có đƣờng kính 60mm với chiều dài cho mỗi lần cắt là 15mm. Trƣớc khi tiến
hành thí nghiệm, để đảm bảo độ đồng đều bề mặt cho các vật mẫu sẽ đƣợc gia công
trƣớc 1mm. Để giảm thiểu ảnh hƣởng của dụng cụ cắt trong q trình thí nghiệm
mỗi thí nghiệm sử dụng một dụng cụ cắt mới. Các công nghệ bôi trơn làm mát đƣợc
ứng dụng trong thí nghiêm gồm có: D – Cắt khô, E – công nghệ tƣới tràn, MQL –
Công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu.
So sánh các trị số của tham số Ra phụ thuộc vào công nghệ làm mát giá trị
thấp nhất đối với cơng nghệ MQL vì giảm ma sát giữa bề mặt gia công với dụng cụ
cắt dẫn đến ổn định lực cắt và hạn chế rung động của hệ thống công nghệ. Kết quả

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

9

đo lƣờng cho thấy tác động tích cực của của cơng nghệ MQL đến nhám bề mặt
(Hình 1.4) [23].

Hình 1.4: Nhám và độ sóng bề mặt phụ thuộc vào cơng nghệ bôi trơn làm nguộivà
các thống số cắt
b. Ảnh hưởng của MQL đến q trình cắt khi gia cơng vật liệu cứng
So sánh hiệu suất cơ học của bôi trơn làm nguội tối thiểu và cắt khơ hồn
tồn đối với các vật liệu cứng, vật liệu khó gia cơng, vật liệu có độ bền cao dựa trên
thử nghiệm đo lực cắt, nhiệt độ dụng cụ, độ sâu lớp trắng ... Kết quả chỉ ra rằng việc
sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu dẫn đến giảm nhám bề mặt, giảm mòn dụng cụ
cắt, giảm nhiệt độ vùng cắt, giảm lực cắt [3].
Trị số nhám bề mặt Ra khi cắt khô với công nghệ MQL gia công vật liệu
thép cứng HRC = 62 bằng dụng cụ căt đƣợc phủ CBN (Hình 1.5).

a. Khi cắt khơ

b. khi cắt có MQL

Hình 1.5: Thơng số nhám bề mặt Ra cắt khơ và cắt có MQL

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


10

Đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng cơng nghệ MQL trong gia công vật liệu
cứng đƣợc đăng trên các tạp chí khoa học kỹ thuật chuyên ngành. Nhƣng việc
nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay cứng vẫn là một hƣớng nghiên cứu đƣợc các

nhà khoa học quan tâm và tập trung nghiên cứu nhằm phát triển hơn nữa ứng của
MQL trong gia cơng cơ khí (gia cơng vật liệu cứng).
Trong đó có nghiên cứu MQL phay cứng thép NAK80 (HRC = 41). Đƣợc thí
nghiệm với cắt khơ, làm nguội bằng công nghệ tƣới tràn và làm nguội bằng công
nghệ MQL. Dựa trên phƣơng pháp Taguchi. Kết quả đánh giá là tuổi thọ dụng cụ
cắt, nhám bề mặt và lực cắt (Hình 1.7,1.8,1.9) [8]. Hình 1.8 mơ tả tuổi bền dụng cụ
cắt liên quan đến công nghệ bôi trơn làm nguội. Tuổi bền dụng cụ cắt khi cắt khô và
công nghệ tƣới tràn thất hơn công nghệ MQL do nhiệt vùng cắt lớn dẫn đến dụng cụ
cắt nhanh bị mòn. Hình 1.9 Thể hiện giá trị độ nhám bề mặt Ra khi thay đổi tốc độ
cắt, cho ta thấy giá trị độ nhám tăng khi chiều sâu cắt tăng. Ở tốc độ cắt V =
150m/phút nhám bề mặt (Ra) của công nghệ tƣới tràn thấp hơn so với cắt khô và
công nghệ MQL. Tuy nhiên ở tốc độ cắt V = 200 – 250 m/phút thì nhám bề mặt Ra
của công nghệ MQL thất hơn điều này chứng minh công nghệ MQL tốt hơn khi
phay tốc độ cao.

a. V = 150m/phút

b. V = 200m/phút

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


11

c. V = 250m/phút
Hình 1.6: Tuổi bền dụng cụ cắt phụ thuộc vào phương pháp bôi trơn làm nguội và
vận tốc cắt

a. V= 150 m/phút

b. v = 200m/phút

c. v = 250m/phút

Hình 1.7: Nhám bề mặt phụ thuộc lượng chạy dao và công nghệ bôi trơn (Ra)

(a) V = 150 m / phút, cắt khơ

(b) phóng đại củavùng đánh dấu ở
hình (a)

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


12

(c) V = 150 m / phút, cắt MQL

(d) phóng đại diện tích được đánh
dấu trong hình (c)

(e) V = 250 m / phút, cắt khơ

(f) phóng đại của vùng đánh dấu ở
hình (e)

(g) V = 250 m / phút, cắt MQL

(h) phóng đại diện tích được đánh
dấu trong hình (g)

Hình 1.8: Độ mịn dụng cụ cắt sau 2 m chiều dài, chiều sâu cắt 0,15 mm với vận tốc
căt V= 150 m/phút và V =250m/phút
1.3.3. Ảnh hƣởng của MQL sử dung dung dịch lạnh đến một số thông số của
q trình cắt khi gia cơng vật liệu cứng, vật liệu khó gia cơng.
Dung dịch bơi trơn làm nguội tối thiểu ảnh hƣớng đến nhiệt cắt, lực cắt, mòn và
tuổi bền dụng cụ, chất lƣợng bề mặt gia công (độ nhám bề mặt, độ chính xác gia cơng)
- Nhiệt cắt:
Đƣợc nghiên cứu [9], khả năng làm mát của ống xoắn Ranque-Hilsch Vortex
(RHVT) đã đƣợc thí nghiệm bằng phƣơng pháp nhiệt hồng ngoại (IRT). Các thí
nghiệm đƣợc tiến hành trên mũi dao tiện ở các vị trí khác nhau về đƣờng kính phơi,

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


13

tốc độ cắt, chiều sâu cắt cho các trƣờng hợp cắt khô và làm mát bằng RHVT. Vật
liệu phôi là gang xám dƣới dạng thanh trịn có đƣờng kính 15 và  20 và chiều dài
100mm. Khả năng làm mát của RHVT đƣợc xác định bằng cách sử dụng nhiệt độ
thu đƣợc từ hình ảnh nhiệt (Tls) (Hình 1.11). Nhiệt độ đo ở trên điểm mũi dao đã
đƣợc xác địnhbằng cách sử dụng máy ảnh nhiệt. Camera hồng ngoại FLIR E45 có
khả năng chụp lại hình ảnh ở tần số 30 khung hình/giây. IRTT đo nhiệt độ thay đổi
xảy ra trên dụng cụ cắt mà không cần chạm vào điểm cần đo trên dụng cụ cắt nên
không gây ra mất nhiệt tại vị trí cần đo.

a. D= 15mm,V = 800v/phút

b.D=15mm, V = 1700v/phút

c. D= 20mm,V = 800v/phút

d. D= 20mm,V = 1700 v/phút
Hình 1.9: Nhiệt vùng cắt phụ thuộc vào vật tốc cắt và chiều sâu cắt
- Lực cắt
Hình 1.12 là sự so sánh lực cắt (p) giữa công nghệ MQL và công nghệ
RHVT MQL. Trên độ thi nhận thấy lực cắt cộng nghệ MQL ứng dụng nguyên lý

LUAN VAN CHAT LUONG download : add