Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội tới chất lượng bề mặt gia công khi mài tinh thép ổ lăn suj2 bằng đá mài al203 và đá cbn trên máy mài ph

..

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

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

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA LOẠI DUNG DỊCH
TRƠN NGUỘI TỚI CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG
KHI MÀI TINH THÉP Ổ LĂN SUJ2 BẰNG ĐÁ AL2O3 VÀ
ĐÁ CBN TRÊN MÁY MÀI PHẲNG

ĐỖ ĐỨC TRUNG

THÁI NGUYÊN - 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung
thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ
các phần tham khảo đã đƣợc nêu rõ trong Luận văn.

Tác giả

Đỗ Đức Trung

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

LỜI CẢM ƠN

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Thầy giáo - TS. Ngô Cường, người đã hướng dẫn
và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết và
hồn chỉnh Luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ
thuật thuộc Đại học Thái Nguyên, Ban lãnh đạo và Khoa Sau đại học của Trường
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận
văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học của Viện Khoa học vật liệu
Hà Nội đã tận tình giúp đỡ trong q trình xử lý kết quả thí nghiệm.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi sai
sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cơ giáo, các nhà
khoa học và các bạn đồng nghiệp.

Tác giả

Đỗ Đức Trung

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




MỤC LỤC
Trang

PHẦN MỞ ĐẦU

1

1. Tính cấp thiết của đề tài

1

2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

2

3. Đối tượng, mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu

2

3.1. Đối tượng nghiên cứu

2

3.2. Mục đích nghiên cứu

2

3.3. Phương pháp nghiên cứu

2

3.4. Nội dung nghiên cứu

3

Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRƠN NGUỘI

TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT

4

1.1. Nhiệt phát sinh trong quá trình cắt gọt

4

1.1.1. Các nguồn nhiệt và sự truyền nhiệt trong quá trình cắt gọt

4

1.1.2. Nhiệt cắt trong q trình mài

4

1.2. Vai trị của dung dịch trơn nguội trong gia công cắt gọt

8

1.2.1. Tác dụng bôi trơn

8

1.2.2. Tác dụng làm nguội

8

1.2.3. Tác dụng làm sạch thiết bị

9

1.2.4. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng dung dịch trơn nguội

9

1.3. Các đặc tính của dung dịch trơn nguội

9

1.4. Phân loại dung dịch trơn nguội

10

1.4.1. Dầu cắt gọt

10

1.4.2. Dầu hịa tan

12

1.4.3. Dung dịch cắt gọt hóa học

13

1.5. Các phương pháp bôi trơn – làm nguội khi mài

15

1.5.1. Phương pháp gia cơng khơ

15

1.5.2. Phương pháp tưới tràn

15

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




1.5.3. Phương pháp dùng dịng khơng khí lạnh

17

1.5.4. Phương pháp đưa dung dịch từ trong ra ngoài theo mọi hướng qua các lỗ 18
hổng của đá
1.5.5. Phương pháp đưa dung dịch từ trong ra ngoài bằng cách tạo các lỗ rỗng
trên đá
1.6. Kết luận chương 1

18
19

Chƣơng 2: CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG

VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA CÔNG NGHỆ TƢỚI NGUỘI

21

ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI
2.1. Chất lượng bề mặt gia công khi mài

21

2.1.1. Độ nhám bề mặt

21

2.1.2. Độ sóng bề mặt

23

2.1.3. Hình thái bề mặt

26

2.1.4. Cấu trúc và độ cứng của lớp kim loại bề mặt

26

2.2. Ảnh hưởng của công nghệ trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi
mài

28

2.2.1. Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

28

2.2.1.1. Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội

28

2.2.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội

30

2.2.1.3. Ảnh hưởng của áp suất tưới nguội

31

2.2.2. Ảnh hưởng đến hình thái bề mặt

32

2.2.3. Ảnh hưởng đến độ cứng lớp bề mặt

34

2.2.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội

34

2.2.3.2. Ảnh hưởng của lưu lượng tưới nguội

35

2.2.4. Ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt

37

2.2.4.1. Ảnh hưởng của loại dung dịch và áp suất tưới nguội

37

2.2.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội

39

2.2.4.3. Ảnh hưởng của lưu lượng tưới nguội

40

2.2.5. Ảnh hưởng đến cấu trúc lớp kim loại bề mặt

43

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

2.3. Kết luận chương 2

44

2.4. Xác định hướng nghiên cứu của luận văn

44

Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA

LOẠI DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ
MẶT GIA CÔNG KHI MÀI TINH THÉP SUJ2

47

BẰNG ĐÁ Al2O3 VÀ CBN
3.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm

47

3.2. Phương pháp thí nghiệm

47

3.2.1. Mẫu thí nghiệm

47

3.2.2. Đá mài

47

3.2.3. Sửa đá

49

3.2.4. Tưới nguội

49

3.2.5. Phương pháp mài

49

3.2.6. Chế độ cắt

49

3.2.7. Phương pháp đánh giá

50

3.3. Kết quả và thảo luận

50

3.3.1. Cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia cơng

50

3.3.2. Độ nhám bề mặt gia cơng

54

3.3.3. Hình thái bề mặt gia công

57

3.4. Kết luận chương 3

61

KẾT LUẬN CHUNG

62

TÀI LIỆU THAM KHẢO

63

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




DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH
Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị

Ra

Sai lệch prơfin trung bình cộng

m

Rz

Chiều cao nhấp nhơ tế vi

m

Vđ

Tốc độ của đá mài

m/ph

t

Chiều sâu khi mài

mm

De

Đường kính tương đương của đá mài

mm

az

Chiều sâu cắt của một hạt mài

mm

Sd

Lượng chạy dao dọc

m/ph

Ssđ

Lượng chạy dao dọc khi sửa đá

m/ph

tsđ

Chiều sâu cắt khi sửa đá

mm



Hệ số truyền nhiệt

Tm

Nhiệt cắt

Q

Lưu lượng tưới

m

Nồng độ dung dịch

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

Kcal/cm.g.độ
o

C

l/ph
%




DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT

Bảng số

Nội dung

1

1.1

Phân bố nhiệt cắt khi mài

6

2

1.2

Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng

7

Trang

hợp kim
3

2.1

Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai mơi

30

trường làm mát

4

3.1

Thành phần hóa học của thép SUJ2

47

5

3.2

Kí hiệu tương đương mác thép SUJ2 của các nước

47

6

3.3

Trị số độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3

56

và CBN

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

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT

Hình số

Nội dung

1

1.1

2

1.2

Một số kiểu đá mài không liên tục

7

3

1.3

Sơ đồ tưới nguội thông dụng trên máy mài

16

4

1.4

5

1.5

Kết cấu vịi phun có hai lỗ tưới nguội

17

6

1.6

Đá mài có lỗ để dẫn dung dịch trơn nguội đi qua

19

7

2.1

Sự hình thành độ nhám bề mặt mài

21

8

2.2

Sự hình thành bề mặt chi tiết mài

22

9

2.3

Rung động gây ra sóng bề mặt gia cơng

24

10

2.4

11

2.5

12

2.6

13

2.7

14

2.8

15

2.9

16

2.10

17

2.11

Trang

Đồ thị bão hịa nhiệt cắt khi mài thép 12XH4A
bằng đá Ctr25MV1K

Sơ đồ tưới nguội phối hợp ở bên ngồi bằng dung dịch
có áp lực cao

Sơ đồ hình học q trình hình thành sóng khi mài
phẳng
Ảnh SEM bề mặt mài

16

24
26

Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất
tưới nguội đến độ nhám bề mặt mài
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với các loại
dung dịch trơn nguội khác nhau
Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhám bề mặt
mài
Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ
dung dịch trơn nguội 3,5 m/s
Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ
dung dịch trơn nguội 10 m/s
Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ

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

5

28

29

31

32

33
33

dung dịch trơn nguội 15,4 m/s
Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ

18

2.12

19

2.13

20

2.14

21

2.15

22

2.16

23

2.17

24

2.18

25

2.19

Nứt do ứng suất khi mài thép không gỉ AISI 304

39

26

2.20

Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương

40

27

2.21

28

2.22

29

2.23

30

2.24

31

3.1

32

3.2

dung dịch trơn nguội 3,5 m/s
Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ
dung dịch trơn nguội 10 m/s
Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ
dung dịch trơn nguội 16 m/s
Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng
bề mặt mài
Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch đến mức độ biến
cứng bề mặt
Ứng suất dư bề mặt mài bằng đá CBN khi sử dụng các
loại dung dịch tưới nguội và áp suất khác nhau
Ứng suất dư với các loại dung dịch trơn nguội khi mài
bằng đá CBN và Al203

Ứng suất dư bề mặt mài với lưu lượng tưới nguội khác
nhau
Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng
suất dư bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 và đá CBN

Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng
suất dư bề mặt khi mài bằng đá BWA60MVA1
Ảnh hưởng của lưu lượng tưới nguội tới nhiệt độ mài
khi mài bằng đá CBN
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với
dung dịch trơn nguội là Emulsion
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với

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

33

34

34

35

36

37

38

41

41

42

43

50
51




dung dịch trơn nguội là Tectyl cool 1240
33

3.3

34

3.4

35

3.5

36

3.6

37

3.7

38

3.8

39

3.9

40

3.10

41

3.11

42

3.12

43

3.13

44

3.14

45

3.15

46

3.16

Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với
dung dịch trơn nguội là Tectyl cool 1290
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với
dung dịch trơn nguội là Machinery coolant
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá CBN với
dung dịch trơn nguội là Emulsion
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá CBN với
dung dịch trơn nguội là Tectyl cool 1240
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá CBN với
dung dịch trơn nguội là Tectyl cool 1290
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài bằng đá CBN với
dung dịch trơn nguội là Machinery coolant
Cấu trúc lớp kim loại bề mặt khi mài khô bằng đá
CBN.
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với dung dịch
trơn nguội là Emulsion
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với dung dịch
trơn nguội là Tectyl cool 1240
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với dung dịch
trơn nguội là Tectyl cool 1290
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với dung dịch
trơn nguội là Machinery coolant
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Emulsion
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch

trơn nguội là Tectyl cool 1240
Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch

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

51

51

52

52

52

53

53

54

54

54

55

55

55

55




trơn nguội là Tectyl cool 1290
47

3.17

48

3.18

49

3.19

50

3.20

51

3.21

52

3.22

53

3.23

54

3.24

55

3.25

56

3.26

57

3.27

58

3.28

Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Machinery coolant
Độ nhám bề mặt khi mài khô bằng đá CBN
Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ nhám
bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với dung dịch

trơn nguội là Emulsion
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với dung dịch
trơn nguội là Tectyl cool 1240
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với dung dịch
trơn nguội là Tectyl cool 1290
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 với dung dịch
trơn nguội là Machinery coolant
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Emulsion
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Tectyl cool 1240
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Tectyl cool 1290
Ảnh SEM bề mặt khi mài bằng đá CBN với dung dịch
trơn nguội là Machinery coolant
Ảnh SEM bề mặt khi mài khô bằng đá CBN

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

56
56
56

58

58

58

59

59

59

60

60
60




-1-

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong gia cơng cơ khí, gia cơng bằng phương pháp mài có nhiều ưu điểm
hơn so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia công những vật liệu chịu nhiệt, độ
cứng cao, độ bền cao…và cho độ chính xác, độ nhẵn bóng bề mặt cao, vì vậy mài
chiếm một vị trí quan trọng trong gia cơng cơ khí hiện đại.
Đá mài là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt khơng liên tục đồng thời tham
gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi những hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình
dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có
nhiều lưỡi cắt, có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt khơng thuận lợi cho điều kiện cắt
gọt: góc trước  thường âm và góc cắt  thường lớn hơn 900. Tốc độ cắt khi mài rất
cao ( 30m/s, mài cao tốc có thể tới 120 m/s hoặc cao hơn). Do góc cắt khơng hợp
lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000  15000C) làm thay
đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt và giảm khả năng làm việc của chi tiết máy.
Ứng dụng công nghệ trơn nguội hợp lý có tác dụng lớn trong việc giảm ma sát và

nhiệt cắt qua đó nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công mài.
Vật liệu CBN là liên kết hoá học của Bo (44%) với Nitơ (56%) ở dạng mạng
tinh thể gần như kim cương. Đá mài CBN (Cubic Boron Nitride) có độ cứng gần
bằng độ cứng của kim cương nhưng độ bền nhiệt cao gấp đôi. Liên Xơ thí nghiệm
thành cơng năm 1950 và được đưa vào sản xuất năm 1964. Ngoài việc dùng làm hạt
mài, CBN cịn được dùng làm dụng cụ cắt có lưỡi để gia cơng các loại thép đã tơi.
Do khơng có sự tương tác hoá học với sắt, CBN được dùng để thay kim cương
trong việc gia công các loại thép có sức bền cao và các loại hợp kim có nền là thép.
Đá mài CBN được coi là loại đá mài tốt nhất ứng dụng cho việc mài thép.
Thép SUJ2 thuộc nhóm thép ổ lăn và thường được dùng để chế tạo các chi
tiết máy chính xác, chịu mài mịn. Đây là mác thép được sử dụng khá phổ biến
trong sản xuất và có ứng dụng rộng rãi cơng nghệ mài.
Hiện nay ở Việt Nam có rất ít những nghiên cứu về mài bằng đá mài CBN

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




-2-

được công bố, đá mài CBN cũng chưa được sử dụng nhiều trong các nhà máy cơ
khí.
Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên, tác giả chọn đề tài:
“ Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội tới chất lượng bề
mặt gia công khi mài tinh thép ổ lăn SUJ2 bằng đá Al2O3 và đá CBN trên máy
mài phẳng”
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Hầu hết các ngun cơng mài có ứng dụng công nghệ trơn nguội. Những
nghiên cứu về ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia

công khi mài bằng đá CBN chưa nhiều. Có khá nhiều loại dung dịch trơn nguội của
các hãng khác nhau được sử dụng trong thực tế sản xuất. Kết quả nghiên cứu của đề
tài sẽ góp phần định hướng cho việc lựa chọn loại dung dịch trơn nguội hợp lý
nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài bằng đá CBN.
- Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng khi mài các chi tiết máy có độ chính
xác cao làm bằng thép SUJ2 (như vịng bi, trục chính máy cơng cụ, trục vít me bi,
con lăn, đĩa ma sát …) và tham khảo khi mài các mác thép ổ lăn khác bằng đá CBN.
3. Đối tƣợng, mục đích, phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là ảnh hưởng loại dung dịch trơn nguội đến
chất lượng bề mặt gia công khi mài tinh thép SUJ2 bằng đá mài Al2O3 và đá CBN
trên máy mài phẳng.
3.2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài là:
- Chọn loại dung dịch trơn nguội hợp lý để nâng cao chất lượng bề mặt gia
công khi mài tinh thép SUJ2 bằng đá mài CBN trên máy mài phẳng.
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập.
3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với

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




-3-

thực nghiệm:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.

- Phân tích và đánh giá kết quả.
3.4. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm:
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ trơn nguội trong gia công cắt gọt và
gia công bằng phương pháp mài.
- Nghiên cứu tổng quan về chất lượng bề mặt gia công khi mài và ảnh hưởng
của công nghệ trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài.
- Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội
đến chất lượng bề mặt gia công khi mài tinh thép SUJ2 bằng đá mài Al2O3 và CBN
trên máy mài phẳng.

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




-4-

Chƣơng 1:
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRƠN NGUỘI
TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT
1.1. Nhiệt phát sinh trong quá trình cắt gọt
1.1.1. Các nguồn nhiệt và sự truyền nhiệt trong quá trình cắt gọt
Việc tạo phoi và thoát phoi khỏi vùng cắt trong quá trình cắt gọt làm xuất
hiện một lượng nhiệt nhất định, đó là nhiệt cắt. Nhiệt cắt được tạo ra bằng sự
chuyển đổi từ công cắt: gần như tất cả cơng cần thiết trong q trình cắt đều chuyển
thành nhiệt (trừ cơng biến dạng đàn hồi và cơng kín), công chuyển thành nhiệt
chiếm đến 9598% tổng công của quá trình cắt. Các nguồn sinh nhiệt khi gia cơng
bằng cắt gọt gồm [4]:
- Nhiệt sinh ra trong miền tạo phoi (do công ma sát giữa các phần tử của vật

liệu gia cơng trong q trình biến dạng).
- Nhiệt sinh ra trên bề mặt tiếp xúc của phoi và của mặt trước của dao (do sự
truyền công của biến dạng đàn hồi và ma sát ngoài).
- Nhiệt sinh ra trên bề mặt sau tiếp xúc với mặt cắt (do sự chuyển đổi công
ma sát).
- Nhiệt sinh ra do công làm đứt phoi.
Nhiệt trong quá trình cắt gọt sẽ truyền vào các môi trường sau:
- Truyền vào chi tiết gia công.
- Truyền vào dụng cụ cắt.
- Truyền vào phoi.
- Tạo ra sự tỏa sáng.
- Truyền vào chất làm nguội.
Nhiệt độ cắt và q trình truyền nhiệt ra các mơi trường phụ thuộc vào các
yếu tố: tính chất vật lý của vật liệu dụng cụ và chi tiết gia công, điều kiện cắt,
phương pháp gia công, môi trường gia công…
1.1.2. Nhiệt cắt trong quá trình mài
Trong quá trình mài nhiệt độ phát sinh rất lớn, ở vùng tiếp xúc giữa đá và vật

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




-5-

mài, nhiệt độ có thể lên tới 1000  15000C. Thời gian tác dụng để phát sinh nhiệt rất
ngắn từ 1.10-4- đến 5.10-6 giây, sau đó nhiệt độ lại giảm xuống nhanh chóng, vì vậy
gây ra rất nhiều tác động đến vật mài như thay đổi cấu trúc của lớp bề mặt, giảm độ
cứng, cháy nứt, biến dạng, chứa nhiều nội lực,… Sau một thời gian mài, nhiệt độ
của vùng mài đạt đến một trị số bão hòa nhiệt. Người ta đã đo được thời gian bão

hòa nhiệt T = 0,0120,015s. Nhiều thí nghiệm cho thấy rằng sau thời gian bão hịa
nhiệt thì nhiệt độ mài hầu như khơng tăng nữa [8].
Nhiệt độ bão hòa phụ thuộc vào vật liệu gia công, chế độ mài, công nghệ
tưới nguội và điều kiện cơng nghệ.

Hình 1.1. Đồ thị bão hịa nhiệt cắt khi mài thép 12XH4A
bằng đá Ctr25MV1K [8].
Nhiệt tạo ra trong vùng mài phân bố vào các khu vực với những tỷ lệ khác
nhau [8]:
Qt = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5

(1.1)

Trong đó:
Qt – Nhiệt tạo ra khi mài.
Q1 – Nhiệt truyền vào chi tiết gia công.
Q2 – Nhiệt truyền vào đá mài.

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




-6-

Q3 – Nhiệt truyền vào phoi.
Q4 – Nhiệt tạo ra sự tỏa sáng.
Q5 – Nhiệt truyền vào chất làm nguội.
Khác với những phương pháp cắt gọt khác, phần lớn nhiệt tạo ra khi mài
truyền vào chi tiết gia công, nhiệt tạo ra sự tỏa sáng khi mài không đáng kể, có thể

bỏ qua. Nhiệt cắt khi mài phân bố vào các khu vực trong trường hợp mài khô và và
mài có tưới nguội như ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Phân bố nhiệt cắt khi mài [8].
Dạng mài

Q1 (%)

Q2 (%)

Q3 (%)

Q4 (%)

Mài khơ

6584

15

520

Khơng

Mài có tưới nguội

69

1112

37

đáng kể

Q5 (%)

413

Nhiệt cắt khi mài có thể tính theo cơng thức [8]:
TM 

k . f . p.(l.Vđ ) 0,5
(. .c) 0,5

(0C)

(1.2)

Trong đó:
TM - nhiệt độ mài ở vùng tiếp xúc.
k - hệ số cố định.
f - hệ số ma sát giữa đá và chi tiết.
p - áp lực riêng ở vùng tiếp xúc (kg/m2).
l - chiều dài tiếp xúc (cm).
Vđ - tốc độ quay của đá (m/ph).
 - hệ số truyền nhiệt của kim loại (Kcal/cm.g.độ).
 - trọng lượng riêng của kim loại gia công.
c – nhiệt dung của kim loại mài.
Mỗi loại vật liệu có hệ số truyền nhiệt khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ các
nguyên tố hợp kim trong vật liệu. Những loại thép có nhiều nguyên tố hợp kim và
hàm lượng cao thì hệ số truyền nhiệt thấp (bảng 1.2). Những vật liệu này khi mài

nhiệt tỏa ra chậm làm cho nhiệt độ vùng mài tăng cao, bề mặt mài dễ bị cháy và nứt.

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




-7-

Bảng 1.2. Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim [8].
Hàm lượng hợp kim



2 % Cr

0,025

12 % Cr

0,050

18 % w

0,070

2 % Mn

0,078

1,1 % C

0,102

Để giảm nhiệt cắt khi mài nhằm nâng cao chất lượng bề mặt mài, có thể
dùng các phương pháp chủ yếu sau đây:
- Dùng dung dịch trơn nguội và những biện pháp tưới nguội tiên tiến.
- Sử dụng những loại đá mài có bề mặt làm việc khơng liên tục và có kết cấu
đặc biệt (hình 1.2).
- Dùng những loại vật liệu mài có khả năng cắt gọt cao.
- Giảm bớt chế độ mài (V, t, S).
- Sử dụng phương pháp mài phối hợp.

Hình 1.2. Một số kiểu đá mài khơng liên tục [8].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




-8-

Tùy theo vật liệu mài, dạng sản xuất và điều kiện trang bị công nghệ mà áp
dụng các phương pháp giảm nhiệt độ khác nhau trong khi mài.
1.2. Vai trò của dung dịch trơn nguội trong gia công cắt gọt
1.2.1. Tác dụng bôi trơn
Nhiệt phát sinh do biến dạng dẻo kim loại, do ma sát giữa phoi và bề mặt
dụng cụ. Biến dạng dẻo kim loại xảy ra dọc theo mặt phẳng cắt. Việc giảm chiều dài
mặt phẳng cắt sẽ làm giảm lượng nhiệt phát sinh. Phương pháp duy nhất được biết
để làm giảm chiều dài mặt phẳng cắt đối với hình dạng đã cho của dụng cụ cắt và
vật liệu gia công là giảm ma sát giữa phoi và bề mặt dụng cụ. Khi sử dụng dung

dịch trơn nguội, tác dụng bôi trơn của dung dịch được thấy rõ trong những khía
cạnh sau:
- Giảm ma sát giữa mặt sau của phoi với mặt trước của dao.
- Giảm ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt đang gia công.
Do giảm ma sát ở mặt trước và mặt sau của dụng cụ nên lượng mòn của dụng
cụ giảm dẫn đến tuổi bền tăng.
- Các phần tử của dung dịch trơn nguội bao quanh các phần tử của phoi làm
cản trở sự dính, giúp phoi thốt ra khỏi khu vực cắt dễ dàng.
Ngồi ra tính bơi trơn của dung dịch trơn nguội gắn liền với khả năng xâm
nhập của dung dịch vào những vết nứt tế vi, làm giảm lực liên kết giữa các nguyên
tử khiến cho lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt được dễ dàng hơn.
1.2.2. Tác dụng làm nguội
Tác dụng làm nguội của dung dịch trơn nguội bao gồm:
- Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt dẫn đến giảm nhiệt độ trên dụng cụ cắt và trên
chi tiết gia công.
- Đảm bảo nhiệt độ của môi trường thấp và ổn định.
- Giảm khả năng biến dạng nhiệt của chi tiết trong quá trình gia công.
- Giảm mức độ biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt do đó tăng độ chính xác gia
cơng và nâng cao tuổi bền của dao.

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




-9-

1.2.3. Tác dụng làm sạch thiết bị
Tác dụng làm sạch thiết bị của dung dịch trơn nguội bao gồm:
- Dòng dung dịch trơn nguội đẩy các vụn kim loại ra khỏi thiết bị (sống

trượt, khe hở ở bàn máy,…) qua đó làm giảm q trình mài mịn của thiết bị.
- Làm sạch bề mặt đá mài, tăng hiệu quả cắt gọt cho đá.
- Nâng cao tác dụng bảo vệ bề mặt chi tiết gia công, hạn chế rỉ sét.
- Giảm lượng bụi trong khu vực gia cơng.
Ngồi các tác dụng như trên thì dung dịch trơn nguội cũng có nhược điểm:
- Tăng ơ nhiễm mơi trường và có thể ảnh hưởng đến sức khỏe người lao
động.
- Tăng chi phí gia cơng và chi phí xử lý dung dịch sau khi sử dụng.
1.2.4. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng dung dịch trơn nguội
Việc sử dụng dung dịch trơn nguội trong gia cơng cắt gọt có thể đưa đến các
lợi ích kinh tế sau:
- Giảm chi phí dụng cụ cắt: các dụng cụ cắt mịn chậm hơn do đó tăng tuổi
bền, giảm thời gian mài lại và chỉnh sửa dụng cụ cắt.
- Tăng năng suất cắt gọt: do dung dịch trơn nguội làm giảm nhiệt và ma sát
nên có thể sử dụng chế độ cắt gọt cao.
- Giảm chi phí lao động: do dụng cụ cắt có tuổi bền lớn hơn và cần mài lại ít
hơn khi sử dụng dung dịch trơn nguội, thời gian dừng máy ít hơn, giảm chi phí gia
cơng chi tiết.
- Giảm chi phí năng lượng: dung dịch trơn nguội làm giảm ma sát do đó
năng lượng cần thiết cho các nguyên công cắt gọt sẽ giảm tương ứng cho phép tiết
kiệm năng lượng và chi phí.
1.3. Các đặc tính của dung dịch trơn nguội
Để sử dụng dung dịch trơn nguội một cách hiệu quả, dung dịch phải có các
đặc tính sau [7]:
- Khả năng làm nguội tốt: để giảm nhiệt độ cắt gọt, tăng năng suất và tuổi
bền dụng cụ cắt, cải thiện độ chính xác kích thước.

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

- 10 -

- Chất lượng bôi trơn tốt: để tránh kim loại dính bám vào lưỡi cắt và hình
thành biên tích tụ nén ép, điều này làm giảm độ bóng bề mặt gia công và tuổi bền
dụng cụ cắt.
- Chống rỉ sét: ngăn chặn sự rỉ sét, ăn mịn hóa học trên chi tiết gia công, trên
dụng cụ cắt hoặc trên máy.
- Tính ổn định (lâu dài): có tính ổn định cao trong quá trình bảo quản và sử
dụng.
- Chống xuống cấp: chậm xuống cấp hoặc ôi thiu khi sử dụng.
- Không độc hại: không gây tác hại da tay cho công nhân vận hành máy.
- Trong suốt: để người vận hành dễ dàng quan sát chi tiết trong khi gia công.
- Độ nhớt tương đối thấp: để phoi và tạp chất dễ dàng lắng xuống đáy bể.
- Không cháy: để tránh bốc cháy và tránh nổ.
Ngoài ra dung dịch trơn nguội phải khơng tạo khói, khơng tạo thành keo lắng
đọng gây tắc nghẽn hệ thống tuần hoàn dung dịch, giá thành dung dịch trơn nguội
phải thỏa mãn đồng thời hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong từng nguyên công gia
công cắt gọt cụ thể.
1.4. Phân loại dung dịch trơn nguội
Dung dịch trơn nguội được phân loại theo hai chỉ tiêu [7]:
- Theo tác dụng chính của dung dịch có thể phân làm ba nhóm: nhóm có tác
dụng làm lạnh (các dung dịch chất điện ly), nhóm có tác dụng làm lạnh và một phần
bôi trơn (dung dịch nước xà phịng, dung dịch emulsion), nhóm có tác dụng bơi trơn
và một phần làm lạnh (các chất dầu).
- Theo đặc tính sử dụng của dung dịch có thể phân làm ba nhóm: dầu cắt gọt,
dầu hịa tan, dung dịch cắt gọt hóa học.
Trong thực tế sản xuất, cách phân loại dung dịch trơn nguội theo đặc tính sử
dụng được dùng phổ biến hơn.

1.4.1. Dầu cắt gọt
Dầu cắt gọt được chia thành loại hoạt động và loại thụ động, các thuật ngữ
này xác định tính hoạt động của dầu hoặc khả năng tương tác với bề mặt kim loại ở

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




- 11 -

nhiệt độ làm việc để bảo vệ bề mặt và cải thiện tác động cắt [7].
1. Dầu cắt gọt hoạt động
Dầu cắt gọt hoạt động là loại làm sẫm màu dải đồng khi nhúng vào dầu trong
ba giờ ở nhiệt độ 2120F (1000C). Các loại dầu này nói chung được sử dụng khi cắt
gọt thép, dầu có thể sẫm màu hoặc trong suốt. Các dầu sẫm mầu thường chứa nhiều
lưu huỳnh hơn loại trong suốt và thích hợp cho gia cơng thơ. Dầu cắt gọt hoạt động
nói chung gồm ba nhóm:
- Nhóm I: dầu khống sulfua hóa chứa từ (0,5  0,8%)S, nói chung có mầu
sáng hoặc trong suốt. Nhóm dầu này có tính chất làm nguội, bơi trơn và chống dính
tốt. Chúng có tác dụng rất tốt trong cắt gọt thép các bon thấp, các vật liệu kim loại
dẻo và dai. Dầu khống sulfua hóa có tác dụng ăn mịn đồng và hợp kim đồng, do
đó khơng nên dùng khi gia cơng các loại vật liệu có chứa đồng.
- Nhóm II: dầu khống sulfochlor hóa chứa đến 3%S và 1%Cl. Nhóm dầu
này ngăn cản sự hình thành biên tích tụ nén ép, cho phép kéo dài tuổi bền dụng cụ
cắt. Dầu khống sulfochlor hóa hiệu quả hơn so với dầu khống sulfua hóa trong cắt
gọt các loại thép các bon thấp, thép hợp kim Cr-Ni. Đặc biệt nhóm dầu này có giá
trị cao khi cắt ren trên các loại thép mềm.
- Nhóm III: hỗn hợp dầu béo sulfochlor hóa, chứa nhiều lưu huỳnh hơn các
loại dầu cắt gọt khác. Nhóm dầu này rất hiệu quả khi gia công với chế độ cắt lớn.

2. Dầu cắt gọt thụ động
Dầu cắt gọt thụ động là loại dầu không làm sẫm màu dải đồng khi nhúng
trong dầu ở nhiệt độ 2120F (1000C) trong ba giờ. Lưu huỳnh trong dầu cắt gọt thụ
động là lưu huỳnh tự nhiên của dầu và khơng có giá trị hóa học trong chức năng của
dầu đó khi gia cơng. Các dung dịch là thụ động do lưu huỳnh được gắn kết chặt chẽ
với dầu được giải phóng rất ít để có thể tương tác với bề mặt chi tiết trong quá trình
cắt gọt. Dầu cắt gọt thụ động gồm bốn nhóm chính [7]:
- Nhóm I: dầu khống thuần. Do có độ nhớt thấp nên nhóm dầu này có các
hệ số thấm ướt và xuyên thấu cao. Chúng được dùng để gia công các loại vật liệu
kim loại không chứa sắt, chẳng hạn nhôm, đồng thau, manhê,… khơng có u cầu

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




- 12 -

cao về các tính chất bơi trơn và làm nguội. Nhóm dầu này thường được sử dụng khi
gia cơng các vật liệu chứa chì và khi cắt ren trên vật liệu kim loại màu.
- Nhóm II: dầu béo. Nhóm dầu này trước đây được sử dụng rộng rãi nhưng
ngày nay ít được sử dụng để làm dầu cắt gọt. Nói chung dầu nhóm này được sử
dụng cho các chế độ cắt gọt cao trên các vật liệu kim loại không chứa sắt khi mà
trong trường hợp này dầu sulfua hóa có thể gây ra sự biến đổi màu ở bề mặt gia
cơng.
- Nhóm III: hỗn hợp dầu khống béo (kết hợp các dầu khoáng và dầu béo)
tạo ra tính thấm ướt và xun thấu cao hơn dầu khống thuần. Các đặc tính này cho
phép tạo ra bề mặt gia cơng có độ bóng cao trên các vật liệu kim loại khơng có sắt.
- Nhóm IV: hỗn hợp dầu khống béo sulfua hóa, được chế tạo bằng cách kết
hợp sulfua với dầu béo sau đó hịa trộn với dầu khống. Nhóm dầu này có tính bơi

trơn và chống dính rất cao khi áp suất cắt gọt cao và sự rung động của dụng cụ lớn.
Hầu hết dầu nhóm này được sử dụng khi cắt gọt vật liệu kim loại khơng chứa sắt tạo
ra độ bóng bề mặt cao. Chúng cũng được dùng khi gia công đồng thời vật liệu kim
loại có sắt và khơng có sắt trên các chi tiết (chi tiết làm bằng vật liệu tổ hợp).
1.4.2. Dầu hịa tan
Dung dịch trơn nguội hiệu quả phải có tính dẫn nhiệt cao, dầu khống và dầu
béo đều khơng phải là chất làm nguội tốt. Nước là môi trường làm nguội tốt, tuy
nhiên khi chỉ dùng nước làm dung dịch cắt gọt sẽ gây ra rỉ sét và có tác dụng bôi
trơn rất thấp. Bằng cách bổ xung vài phần trăm dầu hịa tan vào nước có thể làm
tăng tính chống rỉ sét và chất lượng bôi trơn cùng với khả năng làm nguội của nước.
Các dầu nhũ hóa hoặc hịa tan là dầu khống chứa chất xà phịng hóa (nhũ
hóa) làm cho chúng hịa tan được vào nước, chúng được cung cấp ở dạng đậm đặc
có nồng độ cao. Khi gia công với chế độ cắt gọt nhẹ và khi cần làm nguội là chính
thì pha từ 1 đến 5 phần dầu đậm đặc với 100 phần nước, các hỗn hợp đặc hơn được
dùng khi yêu cầu bôi trơn và chống rỉ sét là cơ bản.
Dầu hòa tan được sản suất thành ba nhóm để sử dụng trong những điều kiện
gia cơng khác nhau [7]:

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




- 13 -

- Nhóm I: dầu khống nhũ hóa, là loại dầu khoáng được bổ xung thêm các
hợp chất khác nhau làm cho dầu hòa tan được trong nước. Các dầu nhóm này có giá
rẻ, tính bơi trơn và làm nguội tốt, được sử dụng rộng rãi cho nhiều nguyên cơng cắt
gọt.
- Nhóm II: dầu béo nhũ hóa, là dầu khống nhũ hóa được bổ sung thêm dầu

béo. Các dầu nhóm này có tính bơi trơn tốt, và được dùng cho các ngun cơng cắt
gọt vật liệu có độ dai cao (nhơm và hợp kim nhơm).
- Nhóm III: dầu nhũ hóa chịu áp suất cao. Để tăng tính bơi trơn cần thiết khi
gia cơng các vật liệu có độ dai cao người ta cho vào nhóm dầu này lưu huỳnh, clo,
phốt pho, dầu béo. Dầu chịu áp suất cao nói chung được pha với nước theo tỷ lệ 1
phần dầu 20 phần nước (nồng độ 5%).
1.4.3. Dung dịch cắt gọt hóa học
Các dung dịch cắt gọt hóa học (đơi khi được gọi là dung dịch tổng hợp) đã
được sử dụng rộng rãi ngay sau khi được giới thiệu vào năm 1945. Chúng là các
nhũ ổn định được pha chế sẵn chứa rất ít dầu và dễ dàng hịa tan với nước.
Dung dịch cắt gọt hóa học phụ thuộc vào các tác nhân hóa học về tính bơi
trơn và giảm ma sát. Một số loại dung dịch cắt gọt hóa học có chứa các chất bơi
trơn áp suất rất cao (EP), tương tác với kim loại được gia công trong các điều kiện
nhiệt và áp suất tạo ra các chất bôi trơn rắn. Các dung dịch chứa chất bôi trơn EP
làm giảm cả áp suất và nhiệt giữa phoi và mặt dụng cụ cắt và giảm nhiệt phát sinh
do biến dạng dẻo kim loại.
Các tác nhân hóa học có trong hầu hết các loại dung dịch cắt gọt hóa học bao
gồm [7]:
- Amines và nitrites để ngăn chặn sự rỉ sét.
- Nitrates để ổn định các nitrites.
- Phosphate và borate để làm mềm nước.
- Xà bông và tác nhân thấm ướt để bôi trơn.
- Các hợp chất lưu huỳnh, phốt pho và clo để bơi trơn hóa học.
- Glycol tác động như những tác nhân pha trộn.

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