Thạc Sĩ Nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với gang cầu c

1.Tính cấp thiết của đề tài

PHẦN MỞ ĐẦU


Trong thời kỳ CNH và HĐH đất nước, ngành Cơ khí có vai trò rất lớn trong việc chế tạo các sản phẩm công nghiệp. Để nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo yêu cầu về tính công nghệ và kinh tế, đặc biệt là khi gia công các sản phẩm có độ cứng cao, cấu trúc vật liệu phức tạp người ta đã ứng dụng rất nhiều phương pháp công nghệ từ truyền thống đến không truyền thống.
Đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình gia công cắt gọt chi tiết chính là bôi trơn - làm nguội vì bôi trơn - làm nguội có tác dụng làm giảm lực cắt, giảm nhiệt cắt, giảm ma sát, mòn dao, giảm hệ số co rút phoi, đặc biệt làm tăng chất lượng bề mặt gia công, nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế. Theo công nghệ truyền thống, khi gia công vật liệu Gang, thông thường người ta không sử dụng bôi trơn (gia công khô) vì : Đặc điểm biến dạng phần lớn Gang kết cấu dạng ferit hoặc peclit và từ 3- 5% graphit ở dạng bông hoặc tấm, hay graphit phiến hoặc dạng cầu. Chính vì có graphit lên tính dẻo của gang giảm, làm phoi dễ gẫy và hoạt động như một loại chất bôi trơn tự nhiên, lực cắt tương đối nhỏ và phoi vụn. Do vậy gang được xếp vào nhóm vật liệu dễ gia công cắt gọt, tuy nhiên khi gia công cắt gọt Gang thường gặp một số vấn đề như:
- Mòn dao do tạp chất cứng lẫn trong gang gây ra

- Có hiện tượng phoi chảy dẻo và dính bám lên mặt sau (Gang cầu)

- Lực cắt rất lớn, nhiệt độ cao, chất lượng gia công giảm (Gang cầu) Để khắc phục các nhược điểm kể trên tác giả đề xuất ứng dụng công nghệ
bôi trơn tối thiểu khi gia công vật liệu Gang với chế độ cắt tối ưu được chọn trước vì những ưu điểm nổi bật của công nghệ này như:
- Giảm lực cắt và mòn dao

- Nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt.

- Giảm chi phí dọn phế thải và làm sạch môi trường.

- Không gian làm việc sạch, góp phần giảm ô nhiễm môi trường.

Trên thế giới công nghệ bôi trơn tối thiểu đã được áp dụng khá phổ biến tại những nước có nền công nghiệp phát triển như: Anh, Đức, Mỹ, Hàn quốc
Ở Việt Nam hiện nay những nghiên cứu và ứng dụng về bôi trơn tối thiểu còn nhiều hạn chế. Do phương pháp này có nhiều ưu điểm, đặc biệt là thân thiện với môi trường nên rất cần có những nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này vào thực tế sản xuất ở nước ta, vì vậy tác giả đề xuất chọn đề tài:
“Nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với gang cầu có bôi trơn tối thiểu”

2. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.

2.1.Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu, đánh giá khả năng bôi trơn- làm nguội của công nghệ bôi trơn tối thiểu qua đó chỉ ra tính ưu việt của phương pháp này.
- Nghiên cứu tìm được ra những ảnh hưởng của chế độ công nghệ bôi trơn- làm nguội tối thiểu bằng dầu thực vật đến mòn, tuổi bền của dao khi gia công gang Cầu( bằng phương pháp phay bề mặt).
- Nghiên cứu đưa ra được chỉ dẫn cụ thể như: áp suất dòng khí, lưu lượng tưới phù hợp khi gia công mặt phẳng gang Cầu bằng dao phay mặt đầu có gắn mảnh hợp kim cứng.
- Nghiên cứu để lựa chọn được chế độ cắt tối ưu trong quá trình gia công mặt phẳng( Gang cầu)có bôi trơn(bôi trơn tối thiểu bằng dầu thực vật).
2.2. Đối tượng nghiên cứu

- Dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC (BK8)

- Gang cầu có độ cứng từ 170-220HB (Bàn Máp 2 rãnh)

- Chế độ bôi trơn tối thiểu bằng dầu thực vật( áp suất dòng khí ).

- Chế độ cắt (lựa chọn bộ thông số S,V,t tối ưu) trong quá trình gia công gang cầu bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh BK8.
- Các chỉ tiêu công nghệ trong quá trình gia công: Cơ chế mòn và tuổi bền của dao.

2.3.Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm (chủ yếu là thực nghiệm).

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

3.1.Ý nghĩa khoa học

- Kết quả nghiên cứu sẽ đánh giá khả năng cũng như cho thấy được các ảnh hưởng của việc lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với Gang cầu có bôi trơn tối thiểu. Qua đó đánh giá được mòn, tuổi bền của dao của Gang cầu nói riêng và các loại Gang nói chung.
3.2. í nghĩa thực tiễn

- Chọn ra được chế độ cắt tối ưu, loại dầu bôi trơn và những chỉ dẫn cụ thể về chế độ bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với Gang cầu nói riêng và các loại Gang nói chung.
- Các kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng trong thực tiễn và dần thay thế công nghệ truyền thống .
- Kết quả nghiên cứu đạt được sẽ ứng dụng vào Phay bàn Máp 2 rãnh bằng Gang cầu tại nhà máy Điêzen Sông công – Thái nguyên.




MỤC LỤC



Trang


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 5

PHẦN MỞ ĐẦU 8

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN 11

1. Tổng quan về công nghệ bôi trơn truyền thống 11

2. Tổng quan về công nghệ bôi trơn tối thiểu 11

Chương 2

NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY 14

2.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 14

2.1.1 Khái niệm và phân loại phoi 14

2.1.2 Sự co rút phoi 15

2.2 LỰC CẮT GỌT 16

2.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt 16

2.2.2. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt 18

2.3 HIỆN TưỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 18

2.3.1 Nhiệt cắt 18

2.3.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt 21

2.4. SỰ MÀI MÒN DAO 21

2.4.1 Biểu hiện ngoài của sự mài mòn dao 21

2.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao 23

2.4.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt 25

2.5 GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY 26

2.5.1 Khái niệm chung 26

2.5.2 Phân loại dao phay 27

2.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay 28

2.5.4 Các thông số hình học của dao phay 28

2.5.5 Các yếu tố của lớp cắt 30

2.5.6 Lực cắt khi phay 32

2.5.7 Độ mòn và tuổi bền của dao phay 33

2.6 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG 34

2.6.1 Các phương pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt 34

2.6.2 Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt 35

đầu

1. Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 35

2. Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng gang cÇu bằng dao 36

phay mặt đầu

Chương 3 37

LỰA CHỌN TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM

3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 37

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 37

3.1.2 Hệ thống thí nghiệm 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm 38

3.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 38

3.2.1.Mục đích thí nghiệm 40

3.2.2.Trình tự tiến hành thí nghiệm 40

Chương 4 40

TỐI ưU QUÁ TRÌNH GIA CÔNG KHI PHAY MẶT PHẲNG LÀ

GANG CẦU 42

4.1. Mô hình hoá quá trình cắt khi phay 42

4.2. Mô hình hoá toán học tối ưu hoá quá trình cắt khi phay 43

4.3. Giới hạn vấn đề tối ưu 46

Chương 5 46

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 46

5.1. Mòn và cơ chế mòn dao 46

5.1.1. Mòn và cơ chế mòn mặt trước dao 46

5.1.2. Mòn và cơ chế mòn mặt sau dao 49

5.1.3. Mòn và tuổi bền dao 52

5. 2. Độ nhám bề mặt chi tiết Ra 54

5. 3 . Kết luận 56

PHẦN KẾT LUẬN VÀ HưỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 57

I. KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 57

II. HưỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 61

Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MÒN DAO 61

Phụ lục 2. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VỀ ĐỘ NHÁM VÀ ĐỘ MÒN 67

DAO




DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

: góc tác động

1: góc trượt

: góc cắt

: góc trước

K: hệ số co rút phoi

L: chiều dài phoi

L0: chiều dài cắt

a1: chiều dầy phoi thực tế a: chiều dầy phoi lý thuyết
R: tổng hợp lực tác dụng lên dao

R0: lực tổng hợp pháp tuyến

R1: tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau

N: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước

F0: lực ma sát của phoi lên mặt trước

N’: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau

F0: lực ma sát của phoi lên mặt sau

Px: thành phần lực cắt theo phương X Py: thành phần lực cắt theo phương Y Pz: thành phần lực cắt theo phương Z t: chiều sâu cắt
S: lượng chạy dao

n: số vòng quay của trục chính m: số mũ của K
A: công hớt phoi

A1: công sinh ra do biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo A2: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước dao A3: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau dao
V: vận tốc cắt

Ps: lực trong mặt phẳng trượt

Q: nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cắt

0: độ mòn dao

: thời gian làm việc của dao

: góc nghiêng chính của dao

: góc sau

: góc tiếp xúc

f: tiết diện ngang của lớp cắt

B: chiều rộng cắt

Sz: lượng tiến dao răng

a0: chiều dầy cắt trung bình

D: đường kính dao phay

P: lực vòng

: lượng mòn mặt sau cho phép




Ra: độ nhấp nhô bề mặt trung bình

MQL (Minimum Quantity Lubrication): Bôi trơn tối thiểu


DANH MỤC CÁC BẢNG



Trang


Bảng 1. Số liệu độ nhám Ra, Rz sau 2 lượt cắt 67

Bảng 2. Số liệu độ nhám Ra, Rz sau 4 lượt cắt 67

Bảng 3. Số liệu độ nhám Ra, Rz sau 6 lượt cắt 67

Bảng 4. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau sau 2 lượt cắt 68

Bảng 5. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau sau 4 lượt cắt 68

Bảng 6. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau sau 6 lượt cắt 68

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Trang
Hình 2.1: Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo 14
Hình 2.2: Các loại phoi 15
Hình 2.3: Sơ đồ co rút phoi 16
Hình 2.4: Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi 16
Hình 2.5: Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do 17
Hình 2.6: Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt 20
Hình 2.7: Các dạng mòn của dụng cụ cắt 22
Hình 2.8: Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt 22
Hình 2.9: Quy luật mòn của dụng cụ cắt 23
Hình 2.10: Mòn do khuếch tán 24

Hình 2.11 Mòn do chảy dẻo 24

Hình 2.12: Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao 25

Hình 2.13: Các loại dao phay 27

Hình 2.14: Các thông số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu 29

Hình 2.15: Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay 30

Hình 2.16: Sơ đồ tính góc tiếp xúc 31

Hình 2.17: Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của răng 32

dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt

Hình 2.18: Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay 32

Hình 2.19: Các dạng mài mòn của răng dao phay 33

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù 37

Hình 3.2: Ảnh hệ thống thí nghiệm 38

Hình 3.3: Ảnh Máy đo nhám 39

Hình 3.4: Ảnh Máy chụp ảnh SEM 40

Hình 4.1: Mô hình tối ưu hoá quá trình cắt khi phay 42

Hình 5.1: Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 2 lượt cắt 47

Hình 5.2: Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 4 lượt cắt 48

Hình 5.3: Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 6 lượt cắt 49

Hình 5.4: Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 2 lượt cắt 50

Hình 5.5: Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 4 lượt cắt 51

Hình 5.6 Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 6 lượt cắt 52

Hình 5.7 Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 2 53

lượt cắt

Hình 5.8: Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 4 53

lượt cắt

Hình 5.9: Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 6 54

lượt cắt

Hình 5.10: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t 55

Hình 5.11: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và lượt cắt t (2) 55

Hình 5.12: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t 55

Hình 5.13: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và lượt cắt t (4) 55

Hình 5.14: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t 56

Hình 5.15: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và lượt cắt t (6) 56