ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu xây dựng đánh giá hệ thống bôi trơn MQL phay hợp kim cứng LÊ NGỌC THÀNH Thanh.LN20211077M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật khí Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Hùng Chữ ký GVHD Khoa: Trường: Cơ khí chế tạo máy Cơ khí HÀ NỘI, 4/2023 LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Phạm Văn Hùng, người hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô môn Máy ma sát học, khoa Chế tạo máy, trường Cơ khí - ĐH Bách Khoa Hà Nội tận tình hỗ trợ, truyền đạt kiến thức q báu cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu thực đề tài luận văn Tuy thân nỗ lực nghiên cứu, thời gian với kinh nghiệm, kiến thức hạn chế, luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Tơi mong nhận ý kiến đóng góp, bổ sung Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp bạn đọc để luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! TĨM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI Luận văn giải vấn đề nghiên cứu xây dựng đánh giá hệ thống bôi trơn MQL phay hợp kim cứng Nhà máy Z113 Khảo sát số liệu thực trạng sử dụng máy công cụ cắt gọt với phương pháp bôi trơn làm mát tưới tràn Nhà máy Z113 Nghiên cứu tổng hợp tài liệu, công bố khoa học để đề xuất, xây dự ng hệ thống bôi trơn tối thiểu MQL cho phương pháp phay hợp kim cứng phù hợp với thiết bị có sẵn có thị trường nước Thực nghiệm chạy thử hệ thống bôi trơn MQL máy phay CNC có, kết phù h ợp với vấn đề đặt luận văn Đề tài áp dụng mang lại hiệu kinh tế giải môi trường, sức khoẻ người lao động, góp phần thực tốt 5S đơn vị có ý nghĩa thực tiễn với nhu cầu gia cơng cắt gọt kim loại, đặc biệt gia công v ật liệu cứng sau (khoan lỗ sau để lắp bi cắt HKC cho MKXC), vật liệu hợp kim cứng BK8, BK9, v ật liệu SKD sử dụng làm khuôn dập Nhà máy Z113 HỌC VIÊN Lê Ngọc Thành MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BÔI TRƠN LÀM MÁT TƯỚI TRÀN TẠI NHÀ MÁY Z113 VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÔI TRƠN MQL 11 1.1 Tổng quan Nhà máy Z113/ Tổng Cục CNQP 11 1.2 Tình hình sử dụng máy cơng cụ, gia cơng cắt gọt nhà máy 12 1.3 Cơ sở lý thuyết bôi trơn tối thiểu (MQL) 14 1.3.1 Khái niệm 14 1.3.2 Ưu điểm, nhược điểm ứng dụng 15 1.4 Sơ đồ nguyên lý, thiết bị hệ thống MQL 16 1.4.1 Hệ thống bơi trơn ngồi 16 1.4.2 Hệ thống bôi trơn 19 1.5 Lựa chọn hệ thống bôi trơn 23 1.6 Tổng quan trình nghiên cứu MQL t ại Việt Nam giới 23 1.6.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 23 1.6.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 24 1.6.2.1 Ảnh hưởng MQL tới chất lượng gia công 27 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ TỔ HỢP HỆ THỐNG MQL TRÊN MÁY PHAY CNC 31 2.1 Lựa chọn loại máy pháy CNC để thiết kế tổ hợp hệ thố ng MQL 31 2.2 Đặc điểm gia công vật liệu hợp kim cứng máy phay CNC 31 2.3 Nguyên lý hoạt động hệ - Các thành phần hệ thống bôi trơn tối thiểu: 33 2.4 Tính chọn, thiết kế hệ thống bơi trơn tối thiểu 36 2.4.1 Yêu cầu kỹ thuật hệ thống bôi trơn tối thiểu MQL 36 2.4.1.1 Tính chọn bơm dầu 36 2.4.2 Thiết kế, chế tạo, lắp ráp hoàn thiện hệ thống bôi trơn tối thiểu 41 2.4.2.1 Kiểm tra, đánh giá thiết bị 45 2.4.2.2 Quy trình vận hành thiết bị 46 2.5 Kết luận 48 CHƯƠNG 3: CHẠY THỬ, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG MQL TRÊN MÁY PHAY CNC 50 3.1 Tổng hợp kết thực nghiệm có 50 3.2 Hệ thống thiết bị thử nghiệm 50 3.2.1 Máy công c ụ 50 3.2.2 Các thiết bị, dụng cụ thử nghiệm 51 3.2.3 Thiết bị đo lực cắt 51 3.2.4 Thiết bị đo độ nhám 52 3.3 Nghiên cứu thử nghiệm 52 3.3.1 Mục tiêu thự c nghiệm 52 3.3.2 Trình tự tiế n hành thử nghiệm 52 3.3.3 Kết thử nghiệm 53 KẾT LUẬN 55 Kết luận chung 55 Hướng phát triển đề tài 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Ưu nhược điểm hệ thống bơi trơn ngồi Bảng 1.2: Ưu nhược điểm hệ thống bôi trơn Bảng 1.3: So sánh kênh đơn kênh kép Bảng 2.1 Thơng s ố kỹ thuật máy Bảng 2.2: Tổ hợp điều chỉnh lưu lượng dung dịch tưới nguội Bảng 2.3: Kết chạy thử, đánh giá lưu lượng hệ thống MQL Bảng 3.1: Kết chạy thử đo DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Một phần khu vực Nhà máy Z113 Hình 1.2: Đạn pháo chi ến dịch 122mm, 130mm, 155mm Hình 1.3: Đạn súng b ộ binh Hình 1.4: Đạn 12,7; 14,5 23mm; 25mm, 30mm HQ Hình 1.5: Các máy gia cơng cắt gọt kim loại Hình 1.6: Phương pháp làm mát tưới tràn máy gia cơng cắt gọt Hình 1.7: Phương pháp làm mát tưới tràn gây bẩn thiết bị nhà xưởng Hình 1.8: Hệ thống bơi trơn ngồi [3] Hình 1.9: Hệ thống bơi trơn ngồi sử dụng bơm định lượng Hình 1.10: Hệ thống bơi trơn ngồi với bình áp lực [4] Hình 1.11: Hệ bơi trơn bắn giọt dầu điểm tiếp xúc [4] Hình 1.12: Sơ đồ kênh đơn kênh kép [4] Hình 1.13: Hệ MQL (kênh đơn) bơi trơn [4] Hình 1.14: Hệ thống bơi trơn kênh kép [4] Hình 1.15: Thành ph ần kênh kép [4] Hình 1.16: Mịn dụng cụ gia cơng khơ MQL Hình 1.17: Phoi cắt khơ, tưới tràn MQL (phóng to 1000 lần) Hình 18: Biểu diễn đồ họa nghiên cứu Mozammel Mia [23] Hình 19: Ảnh hưởng bôi trơn tối thiểu đến tuổi thọ dao Hình 20:2 Đồ thị ảnh hưởng thông số MQL tới nhiệt cắt Liu, Z Q [25] Hình 2.1: Máy phay CNC V-50L Hình 2.2: Phay CNC sử dụng dao phay ngón Hình 2.3: Ngun lý hoạt động hệ thống bơi trơn tối thiểu Hình 2.4: Kết cấu c vịi phun MQL [4] Hình 2.5: Van điều ển áp suất khí nén Hình 2.6: Bơm dầu định lượng [27] Hình 2.7: Bơm dầu dạng nhỏ giọt hãng UNIST (M ỹ) [28] Hình 2.8: Hệ thống MQL sử dụng bơm khí nén dạng nhỏ giọt Hình 2.9: Bơm dầu (micro pump) hãng TOPSET Hình 2.10: Bơm dầu dạng nhỏ giọt phương pháp điều chỉnh Hình 2.11: Điều chỉnh tốc độ xung bơm khí nén Hình 2.12: Điều chỉnh thể tích buồng chứa dầu bơm khí nén Hình 2.13:2 Tủ a vỏ hệ thống MQL Hình 2.14: Đồ gá cho vịi phun MQL phay CNC Hình 2.15: Đồ gá cho vịi phun MQL Hình 2.3: Xylanh kiểm tra lưu lượng dầu Hình 2.17: Điều khiển tham số cơng nghệ hệ thống bơi trơn tối thiểu Hình 2.18: Điều khiển lưu lượng bơi trơn tối thiểu Hình 3.1: Máy phay CNC V-50L Hình 3.2: Dao phay ngón mặt đầu Hình 3.3: Kistler 9139AA Hình 3.4: Máy đo độ nhám SJ-410 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nhà máy Z113, có nhiệm vụ sản xuất chế tạo, sữa chữa trang bị kỹ thuật vũ khí đạn cho quân đội Sau 65 năm hình thành phát triển, Nhà máy Z113 đầu tư, trang bị nhiều thiết bị phục vụ sản xuất chế tạo vũ khí đạn Trong có hàng nghìn thiết bị cắt gọt kim loại với nhiều chủng loại độ xác khác Các thiết bị, máy móc cắt gọt kim loại Nhà máy trang bị từ nhiều nguồ n khác nhau, số chế tạo nước nhập ngoại Tất thiết bị cắt gọt kim loại sử dụng phương pháp bơi trơn làm mát kiểu tưới tràn q trình gia công Phương pháp bôi trơn làm mát tưới tràn có nhiều ưu điểm có hạn chế định về: chi phí pha chế dung dịch, chi phí xử lý chất thải có nguy cao môi trường, sức khoẻ người vận hành, ảnh hưởng đến mơi trường xung quanh Để tiệm cận q trình sản xuất khí đại, xanh, bền vững, thân thiện môi trường, phương pháp bôi trơn làm mát Nhà máy triển khai Đó phương pháp bôi trơn tối thiểu (MQL), sử dụng hỗn hợp khí chất lỏng bơi trơn (thường dầu thực vật) phun vào vùng cắt gọt Phương pháp có hiệu bơi trơn làm mát, tiết kiệm chi phí, bảo vệ mơi trường đảm bảo bí mật, an tồn nơi sản xu ất quốc phịng nên việc nghiên cứu phương pháp bôi trơn tối thiểu (MQL) ứng dụng máy gia cơng cắt gọt có tính cấp thiết Nhà máy Z113 nói giêng ngành cơng nghiệp quốc phịng nói chung Do tơi lựa chọn đề tài luận văn “Nghiên cứu xây dựng đánh giá hệ thống bôi trơn MQL phay hợp kim cứng” Mục đích, đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu luận văn 2.1 Mục đích nghiên cứu luận văn: Nghiên cứu xây dựng đánh giá hệ thống bôi trơn MQL phay hợp kim cứng Ứng dụng hệ thống bôi trơn MQL cho máy gia cơng khí tiện, khoan, mài…của nhà máy Từ nâng cao chất lượng chất lượng sản phẩm, giảm chi phí dung dịch bơi trơn, dụng cụ bảo vệ mơi trường, đảm bảo bí mật, an tồn nơi sản xuất quốc phịng 2.2 Đối tượng nghiên cứu: Trong phạm vi luận văn này, nghiên cứu xây dựng đánh giá hệ thống bôi trơn MQL phương pháp phay Khả áp dụng cho phương pháp gia cơng khí khác tiện, khoan, mài… 2.3 Phạm vi nghiên c ứu: Nghiên u tổng quan lý thuyết bôi trơn MQL với điều tra khảo sát số liệu, máy móc cắt gọt kim loại sử dụng phương pháp bôi trơn tưới tràn Nhà máy Z113 Nghiên cứu tổng hợp tài liệu, công bố khoa học để đề xuất, xây dựng hệ thống bôi trơn tối thiểu MQL cho máy móc cắt gọt kim loại Nhà máy Z113 2.4 Phương pháp thực Các luận điểm luận văn: - Tổng quan tình hình sử dụng máy công cụ cắt gọt với phương pháp bôi trơn làm mát tưới tràn Nhà máy Z113 - Cơ sở lý thuyết bôi trơn làm mát cho cắt gọt kim loại định hướng cho phương pháp phay hợp kim - Thiết kế, tổ hợp thiết bị bôi trơn tối thiểu MQL cho phương pháp phay chạy thử thiết bị Phương pháp nghiên cứu luận văn - Nghiên u tổng quan lý thuyết bôi trơn MQL với điều tra kh ảo sát số liệu, máy móc cắt g ọt kim loại sử dụng phương pháp bôi trơn tưới tràn - Nghiên cứu tổng hợp tài liệu, công bố khoa học để đề xuất, xây dựng hệ thông bôi trơn tối thiểu MQL phù hợp với thiết bị có Nhà máy - Thực nghiệm chạy thử hệ thống bôi trơn MQL cho phương pháp phay máy phay CNC có c Nhà máy Z113 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học: Đã thay phương pháp bôi trơn, làm mát truyền thống (tưới tràn) Tự thiết kế, chế tạo, l ắp giáp vận hành hệ thống bơi trơn tối thiểu MQL cho máy móc cắt gọt kim loại có Nhà máy Z113 3.2 Ý nghĩa thực tiễn: Giải hạn chế bôi trơn làm mát phương pháp tưới tràn như: giảm chi phí pha chế dung d ịch, xử lý chất thải, kho chứa, nâng cao tuổi thọ d ụng cụ , chất lượng sản phẩm giảm thiểu nguy ảnh hưởng đến sức khoẻ người vận hành, môi trường xung quanh Ti ết kiệm chi phí, bảo vệ mơi trường đảm bảo bí mật, an tồn nơi sản xuất quốc phòng Kết Tác giả tổng hợp số lý thuyết trình gia cơng vật liệu cứng q trình bơi trơn làm nguội cắt gọt, đặc biệt bôi trơn tối thiểu (MQL) Đã thiết kế tổng quát lựa chọn thiết bị hệ thống bôi trơn MQL thực nghiệm phù hợp với điều kiện thực tế Nhà máy Z113 Làm tiền đề để tác giả thiết kế, tổ hợp thiết bị bôi trơn tối thiểu MQL ứng dụng cho máy móc gia cơng cắt gọt tiện, khoan, mài…tại Nhà máy Đặc biệt gia công vật liệu cứng sau (khoan lỗ lắp bi HKC cho mũi khoan xoay cầu), vật liệu hợp kim c ứng BK8, BK9, vật liệu SKD sử dụng làm khuôn dập Nhà máy Z113 Bố cục luận văn gồm chương Chương 1: Tổng quan sử dụng phương pháp bôi trơn làm mát tưới tràn Nhà máy Z113 sở lý thuyết bôi trơn MQL Khảo sát, đánh giá tình hình sử dụng máy cơng cụ cắt gọt với phương pháp bôi trơn làm mát tưới tràn Nhà máy Z113 Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn MQL, ảnh hưởng bôi trơn tối thiểu tới độ nhám bề mặt vật liệu, mòn dụng cụ nhiệt cắt Chương 2: Thiết kế tổ hợp hệ thống MQL máy phay CNC Nghiên cứu, thiết kế cấu hệ thống, thiết bị MQL, lựa chọn hệ thống phù hợp với thực tế máy phay CNC có Nhà máy Z113 Chương 3: Chạy thử, đánh giá hệ thống MQL máy phay CNC - Lắp đặt, chạ y thử, khảo sát đánh giá khả vận hành hệ thống MQL điều kiện gia công máy phay CNC Nhà máy - So sánh với kết thu từ nghiên cứu, ứ ng dụng hệ thống MQL với phương pháp bôi trơn tưới tràn Nhà máy Z113 10 Để điều khiển góc độ vịi phun MQL, tác giả thiết kế đồ gá để lắp máy phay CNC V-50L, hãng LEADWELL, với khả điều chỉnh góc phun 0-15 độ, với vạch chia 15 độ cho lần điều chỉnh Trong trình gia cơng, góc độ vịi phun MQL điều chỉnh cách điều chỉnh vị trí xoay xoay xoay với góc 150o góc dịch chỉnh nhỏ 15o Để điều chỉnh góc xoay 2, ta tháo lỏng đai ốc tai hồng đến khí xoay (ở xoay đục sẵn lỗ quanh tâm với khoảng cách có chốt), ta xoay chốt xoay đến vị trí lỗ xoay mà ta mong muốn Sau đó, siết chặt đai ốc tai hồng lại q trình chỉnh góc hồng cho xoay 2.4.2.1 Kiểm tra, đánh giá thiết bị Để đảm bảo tin cậy thiết bị so với thiết kế, hệ thống MQL thử nghiệm lưu lượng áp suất bảng 2.3 Trong thử nghiệm này, nguồn dầu hút từ xylanh 10 ml thay hút trực tiếp từ buồng dầu, nhằm gia tang độ xác kết đo giảm thiểu thời gian thử nghiệm Ma trận thực nghiệm tổ c với thay đổi áp suất P, lưu lượng Q bảng 2.3 Hình Xylanh kiểm tra lưu lượng dầu Tương ứng với mức áp suất P, bơm dầu điều chỉnh mức lưu lượng 5ml/ giờ; 100 ml/giờ 150 ml/giờ Kết lưu lượng sử dụng thực tế ghi nhận sau 15 phút với mức lưu lượng 5ml.giờ; phút với mức lưu lượng 100 ml/ phút với mức lưu lượng 150ml/giờ Các kết đo thực tế quy đổi mức ml/ Kết thử nghiệm quy đổi thể bảng 2.3 45 Bảng 2.3 Kết chạy thử, đánh giá lưu lượng hệ thống MQL Lưu lượng Q (ml/giờ) Áp suất P (Bar) Thiết kế Thực tế Thiết kế Thực tế Thiết kế Thực tế 0.5 4.9 100 99.1 150 148.4 4.9 100 98.7 150 147.8 5.2 100 99.3 150 148.6 Kết thử nghi ệm cho thấy, hệ thống bôi trơn tối thiểu đáp ứng mức độ xác lưu lượng nhỏ 5% 2.4.2.2 Quy trình v ận hành thiết bị Các bước điều khiển h ệ thống MQL máy phay CNC Bước 1: Kiểm tra, đảm bảo nguồn điện khí nén cấp vào hệ thống Bước 2: Kiểm lượng dầu bể dầu (phải nằm vạch min) Bước 3: Tháo chốt nút dừng khẩn cấp Bước 4: Điều khiển thông số hệ thống (lưu lượng; áp suất) Bước 5: Sau hoàn thành việc điều chỉnh thông số hệ thống, bấm nút chạy thử để kiểm tra việc cài đặt Bước 6: Hoàn thành kiểm tra chạy thử, bấm nút khởi động để hệ thống hoạt động Một số lưu ý v ận hành hệ thống bôi trơn tối thiểu: Module điều khiể n áp suất khí nén: để điều khiển áp suất khí nén hệ thống, tiến hành v ặn núm vặn phía đồng h áp Thơng số thường điều chỉnh khoảng từ đến MPa (có thể cao tuỳ theo sở vật chất hệ thống nhà xưởng) Cụm điều khiển lưu lượng dầu phun, bao gồm: - Bơm khí nén - Bộ điều khiển tốc độ phun theo xung (xung/phút) 46 Hình 2.17a Kiểm tra lượng dầu Hình 2.17b Module điều khiển áp suất khí nén Cụm điều khiển lưu lượng dầu: – Bộ điều khiển tốc độ xung; – Bơm khí nén mini Hình 17 Điều khiển tham số công nghệ hệ thống bôi trơn tối thiểu ¾ Bộ điề u khiển tốc độ xung: Điều khiển ng núm vặn, thiết k ế với vạch khắc bảng điều khiển, thể mức xung đo kiểm chế tạo, cụ thể Bảng ¾ Bơm khí nén Bơm khí nén loại nhỏ trang bị hệ thống để cấp dầu lên vòi phun trình trộn khí dầu Ưu điểm phương pháp cấp liệu tuỳ chỉnh khoảng cách xy lanh để xác định lượng dầu cấp chu kỳ Trong hệ thống này, để điều chỉnh khoảng bơm xy lanh, tiến hành vặn núm đầu xy lanh Mỗi vịng xoay có kh ấc tạo thành tiếng “click”, “click” mức khoảng cách xy lanh đo đạc cài đặt chế tạo Bơm khí nén loại nhỏ miêu tả hình 2.18 lượng dầu ra/hành trình theo mức “click” thể bảng 47 Hình 2.18 Điều khiển l ưu lượng bôi trơn tối thiểu Kết luận lại, cần lưu ý điều sau điều chỉnh thông số hệ thống bôi trơn tối thiểu: - Áp suất vòi phun điều khiển qua van chiết áp khí nén, giá trị áp suất hiển thị đồng hồ đo áp - Để điều chỉnh lưu lượng dầu phun, cần kết hợp điều chỉnh hai bước Đầu tiên nên xác định số xung phù h ợp với thí nghiệm, sau đối chiếu với bảng phụ lục sản phẩm để điều chỉnh mức phù hợp cho bơm khí nén Cụ thể, với trường hợp thường sử dụng mức 21, 37 66 xung/phút, lập bảng để dễ dàng điều chỉnh cho hệ thống bơi trơn tối thiểu Ví dụ cài đặt mức lưu lượng phổ biến: Q=50ml/giờ Từ tổ hợp số xung thể tích buồng phun bảng 1, ta chọn mức lưu lượng 50ml/h sau: - Vặn điều chỉnh xung sang mức 66 xung/phút - Vặn núm điều chỉnh bơm vị trí ban đầu (0 click), sau vặn thuận chiều kim đồng hồ 15 click Ỵ Tham chiếu bảng quy đổi ta thấy Q 49,46 ml / h | 50 ml / h 2.5 Kết luận Trong công nghệ bôi trơn tối thiểu, tham số thường điều khiển để phù hợp với điều kiện gia công khác nhau, phương pháp gia công khác lưu lượng dung dịch trơn nguội (Q), áp suất dòng (P) góc phun (α) Qua phân tích ảnh hưởng tham số, cơng trình nghiên cứu nước, tác giả lựa chọn bơm khí nén dạng nhỏ giọt để điều chỉnh lượng 48 dầu tưới nguội; sử dụng van điều áp để điều khiển áp suất dịng khí thiết kế đồ gá riêng để điều chỉnh góc độ phun Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống bôi trơn tối thiểu thiết kế có khả ứng dụng khơng ch ỉ giới hạn gia công máy phay, mà cịn phù hợp với q trình gia cơng cắt gọt khác tiện, mài, cưa…hiện có Nhà máy Z113 Ngoài ra, hệ thống cho phép thực nghiên cứu thực nghiệm khác trộn hạt nano vào dung dịch trơn nguội; đánh giá ảnh hưởng loại dung dịch trơn nguội khác nhau… 49 CHƯƠNG 3: CHẠY THỬ, ĐÁNH GIÁ H Ệ THỐNG MQL TRÊN MÁY PHAY CNC 3.1 Tổng hợp kết thực nghiệm có Tại Việt Nam giới nói chung có nhiều nghiên cứu liên quan đến MQL Mozammel Mia tối ưu lưu lượng MQL thỏa mãn lực cắt nhám bề mặt nhỏ phay mặt đầu thép [23] Kyung-Hee Park tìm ảnh hưởng chế độ cắt làm lạnh đến mòn dụng cụ [19] GurRaj Singh đồ ng nghi ệp chứng minh bôi trơn MQL tốt truyền thống [29] Để có khám phá quan trọng MQL, nghiên cứu tiến hành thực nghiệm tính tốn, phân tích số liệu Tương tự vậy, luận văn dựa số liệu kiểm chứng nghiên cứu để lựa chọn loại dung dịch bôi trơn, chế độ cắt thiết lập thông số lưu lượng, áp suất hệ thống MQL làm sở chạy thử nghiệm, đánh giá hiệu hệ thống MQL máy phay CNC 3.2 Hệ thống thiết bị thử nghiệm 3.2.1 Máy công cụ Lựa chọn máy phay CNC có Nhà máy: Model: V-50L, hãng LEADWELL/ Đài Loan Hình 3.1 Máy phay CNC V-50L Thơng số kỹ thuật chính: - Hành trình trục X/Y/Z: 1270 / 635 / 610 mm - Khoảng cách mũi trục đến bàn máy: 100 - 710 mm - Kích thước bàn máy: 1420x610 mm - Tốc độ trục chính: 15.000 v/p - Tốc độ tiến dao nhanh (X/Y/Z): 24/24/15 m/p - Tốc độ tiến dao cắt: 10.000 mm/phút - Chiều dài dao max: 250 mm 50 - Tốc độ cắt: – 10 m/phút 3.2.2 Các thiết bị, d ụng cụ thử nghiệm - Dụng cụ cắt Dao phay ngón mặt đầu me cắt, dao gắn mảnh cácbít tam giác BK8 (79% WC, 15% TiC, 6% Co), độ cứng HRAt 90, hãng Sandvic Coromant Thụy Điể n Hình 3.2 Dao phay ngón mặt đầu - Phơi: thép SKD11 Tỷ lệ thành phần thép SKD 11: C = (1.4 ÷ 1.6)%; Si ≤ 0.4%; Mn = (0.5 ÷ 0.8)%; P ≤ 0.03%; S ≤ 0.03%; Cr = (11 ÷ 13)%; Mo = (0.8 ÷ 1.2)%; V= (0.2 ÷ 0.5)%; Kích thước phơi (LxWxH): (60x60x15) mm - Dung dịch bơi trơn: Dầu lạc - Khí nén: từ bình tích áp phân xưởng A2, áp su ất max kg/cm2 Áp suất đầu thử nghiệm thay đổi - Khoảng cách đầu phun: 25mm; Góc phun: 45 o - Lưu lượng dung dịch trơn nguội: Q= 30÷50(ml/h) - Dụng cụ đo kích thước: thước cặp, độ phân giải 0,01, Mitutoyo, Nhật Bản - Dụng cụ đo lưu lượng: loại vạch chia ml, thể tích 500 ml - Thước cặp độ phân gi ải 0,01, Mittutoyo, Nhật Bản 3.2.3 Thiết bị đo lực cắ t Sử dụng cảm biến đo lực Kistler dynamometer 9139AA gắn bàn máy phay Đặc tính kỹ thuật: - Dải đo Fx, Fy, Fz: -30 kN…30 kN - Dải momen Mx, My, Mz: -3000 N.m…3000 N.m - Ngưỡng lực nhỏ nhất: < 0.01N - Độ nhạy, Fx, Fy: -8.2 pC/N, Fz: -4.2 pC/N - Độ tuyến tính tồn dải: ≤+0.3% FSO Hình 3.3 Kistler 9139AA - Độ trễ: ≤0.3% FSO - Nhiễu chéo: ≤ +-2% - Lớp bảo vệ EN60529: IP67 - Dải nhiệt độ hoạt động: -20°C…70°C 51 - Kích thước gá: 140x190mm 3.2.4 Thiết bị đo độ nhám Lựa chọn thiết bị đo độ nhám có nhà máy: Model SJ-410 Hãng Mitutoyo Phạm vi đo: - Trục X: 50mm - Trục Z (máy dò): 800 μm, 80 μm, μm - Máy dò: Độ hiển thị 0,01 μm (phạm vi 800 μm), 0,001 μm (phạm vi 80 μm), 0,0001 μm (phạm vi μm) Hình 3.4 Máy đo độ nhám SJ-410 - Chế độ cắt: Lượng chạy dao (bước tiến) ݂ ௭= 0,002-0,1(mm/răng); Vận tốc cắt V=120 ÷ 300(m/phút); Chiều sâu cắt theo phương dọc trục ܽ ௣=0,1÷0,9(mm) Tốc độ trục (S); Độ nhám bề mặt (Ra); Công suất cắt (Pc) Trên thông số cắt tối ưu (S, fz, a p) thỏa mãn đa tiêu chí giảm thiểu độ nhám bề mặt (Ra) lực cắt (Pc), [29] thực nghiệm lựa chọn ba cấp độ thông số cắt xem xét, cụ thể S = {910; 2040; 3184} (vòng/phút), fz = {0,02; 0,04; 0,06} (mm/z) a p = {0,1; 0,3; 0,5} (mm) 3.3 Nghiên cứu thử nghiệm 3.3.1 Mục tiêu thực nghiệ m - Chạy thử, đánh giá thiết bị hệ thống MQL lựa chọn, thiết kế lắp máy phay CNC V-50L, LEADWELL với tham số lưu lượng (Q), áp suất (P), góc phun (α) tối ưu phay mặt phẳng vật liệu thép hợ p kim SKD11 - Khảo sát độ nhám bề mặt chi tiết xét hiệu gia công phương pháp gia công MQL đổi áp suất dịng khí phay thép hợp kim SKD11 dao phay mặt đầu cácbít Từ lựa chọn chế độ cắt với áp suất tối ưu gia công phù hợp cho phay mặt phẳng thép hợp kim SKD11 dao phay mặt đầu cácbít - Các tiêu đánh giá ảnh hưởng mức áp suất dịng khí gia cơng đến độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng 3.3.2 Trình tự tiến hành thử nghiệm Phay mặt phẳng thép hợp kim SKD11 có kích thước phơi: (60x60x15) mm, Chiều sâu cắt theo phương dọc trục ܽ ௣=0,1÷0,9(mm) dao phay mặt đầu cácbít 52 với thông số công nghệ: Lượng chạy dao (bước tiến) ݂ ௭= 0,002-0,1(mm/răng); Vận tốc cắt V=120 ÷ 300(m/phút) Khi gia công sử dụng dung dịch phương pháp tưới dung dịch trơn nguội sau: Bôi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù dầu lạc với áp suất P = Kg/cm2, lưu lượng Q = 50ml/h Trên sở thông số cắt tối ưu (S, fz, ap ) thỏa mãn đa tiêu chí giảm thiểu độ nhám bề mặt (Ra) lực cắt (Pc), [29] thực nghiệm lựa chọn ba cấp độ thông số cắt xem xét, cụ thể tốc độ trục S = {912; 2040; 3182} (vòng/phút), lực cắt fz = {0,02; 0,04; 0,06} (mm/z) chiều sâu cắt ap = {0,1; 0,3; 0,5} (mm) Từ lựa chọn cấp tốc độ để chạy thử 15 lần ứng với ba cấp tốc độ trục 912; 2040; 3182 (rpm) để phay mặt phẳng phơi thép SKD11 máy phay CNC có sử dụng hệ thống MQL lựa chọn, thiết kế Chương 3.3.3 Kết thử nghiệm Kết chạy thử kiểm tra độ nhám sản phẩm ứng với công suất cắt P c nêu bảng 3.1 Bảng 3.1 Kết chạy thử đo Thông số cắt Kết đo Số lần chạy S (rpm) fz (mm/z) ap (mm) Ra (Pm) P c (W) 2040 0.04 0.3 1.57 545.5 2040 0.06 0.5 2.74 461.35 2040 0.02 0.1 281.35 912 0.04 0.5 1.90 267 3182 0.06 0.3 1.96 772 3182 0.02 0.3 1.09 973.5 3182 0.04 0.1 1.05 508.5 2040 0.02 0.5 1.26 653.3 912 0.04 0.1 1.52 237 10 3182 0.04 0.5 1.57 1081 11 912 0.02 0.3 1.35 213 12 2040 0.04 0.3 1.50 605 13 2040 0.06 0.1 1.95 308.45 53 14 2040 0.04 0.3 1.50 568 15 912 0.06 0.3 2.69 199 Nhận xét: Với mong muốn sản phẩ m có chất lượng bề mặt tốt nhất, theo sở thông số độ nhám bề mặt (Ra), công suất c (Pc) thu qua 15 l ần chạy với cấp độ trục (S) Tác giả nhận thấy với tốc độ trục S=2040 rpm, lự c cắt fz =0.02 mm/z, chiều sâu cắt ap =0,1mm có độ nhám bề mặt (Ra) nhỏ Kết luận Hệ thống MQL thiết kế hệ thống bơi trơn ngồi sử dụng chất bơi trơn dầu lạc, với áp suất phun MPa, lưu lượng phun 50 ml/h Qua chạy thử hệ thống MQL máy phay CNC V-50L LEADWELL có Nhà máy vật liệu phôi thép hợp kim SKD11, kết độ nhám bề mặt gia công cho thấ y thiết bị lựa chọn v ới thông số phù hợp Như vậy, hệ thống MQL lựa chọn thiết kế đảm bảo chất lượng sản phẩm (độ nhám bề mặt) phay vật liệu hợp kim SKD11 chất lượng bề mặt, lực cắt cải thiện theo hướng tốt so với gia công phay vật liệu hợp kim SKD11 sử dụng phương pháp tưới tràn [30], [31] 54 KẾT LUẬN Kết luận chung Với phát triển ngành gia cơng khí q trình gia cơng vật liệu hợp kim cứng ngày áp dụng đặc tính bền, chống ăn mịn cao, chịu nhiệt độ cao nhẹ vật liệ u khác Cùng với q trình gia cơng vật liệu hợp kim cứng kĩ thuật bơi trơn tối thiểu (MQL) áp dụng tốt so với bôi trơn làm mát truyền thống [30] thẩm thấu tốt vùng cắt, giảm nhiệt độ vùng cắt [32]; giảm mòn, tăng độ bền dụng cụ [19, 31], làm giảm độ nhám bề mặt [29]; tiết kiệm dung dịch trơn nguội, góp phần bảo v ệ mơi trường bảo vệ sức khỏe người lao động, đảm bảo chất lượng gia cơng [1] Qua đề tài “Nghiên cứu xây dựng đánh giá hệ thống bôi trơn MQL phay hợp kim cứng”, rút số kết sau đây: - Đã tổng hợp số lý thuyết bôi trơn tối thiểu, phương pháp bôi trơn tối thiểu ảnh hưởng đến nhiệt độ, lực cắt, độ nhám - Đã thiết kế lựa chọn thiết bị củ a hệ thống bôi trơn MQL máy phay CNC phù hợp với điều kiện thực tế máy có Nhà máy Tạo tiền đề để ứng dụng hệ thống bôi trơn MQL cho máy phay lại hệ máy công cụ khác tiện, khoan, mài…của Nhà máy Z113 thời gian tới Hướng phát triển đề tài - Với đề tài ch ỉ nghiên cứu, thiết kế tổ hợp thiết bị hệ thống MQL bơi trơn ngồi cho máy phay CNC Để áp dụng cho máy gia công cắt gọt kim loại tiện, khoan, mài… hệ vạn CNC Nhà máy Đồng thời cần nghiên cứu, thiết kế hệ thống bôi trơn MQL kết hợp hệ th ống bôi trơn để chọn phương án bôi trơn làm mát tốt - Thiết k ế tích hợp hệ thống điều khiển bôi trơn tối thiểu vào máy CNC gia công 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] E Benedicto, “Technical, economic and environmental review of the lubrication/cooling systems used in machining processes’’, Procedia engineering, vol 184, pp 99-116, 2017 [2] M Prasad and R Srikant, “Performance evaluation of nano graphite inclusions in cutting fluids with MQL technique in turning of AISI 1040 steel,” International Journal of Research in Engineering and Technology, vol 2, no 11, pp 381-393, 2013 [3] T Walker, The MQL Handbook, 2013 [4] Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV), Minimum quantity lubrication for machining operations, Berlin: Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV), 2010 [5] T Đức, “Nghiên cứu, đánh giá hiệu bôi trơn làm nguội tối thiểu phay cứng thép S60C,’’ Tạp chí khí Việt Nam, 2015 [6] T Đức, “Nghiên cứu chế tạo đầu phun dung dịch lạnh cho bôi trơn làm nguội tối thiểu, ứng dụng vào phay cứng thép SKD11,’’ Tạp chí Khoa học Công nghệ - Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, vol 173, no 13, pp 171-176, 2017 [7] H Tứ, “Ảnh hưởng bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt nhám bề mặt tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi,” Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, Thái Nguyên, 2009 [8] L T Đức, “Nghiên cứu so sánh phương pháp tưới công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu,” Đại học K ỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, Thái Nguyên, 2008 [9] Trần Minh Đức, Ảnh hưởng phương pháp tưới dung dịch đến mòn tuổi bền dao tiện cắt đứt, Tạp chí khoa học công nghệ trường đại học kỹ thuật số 67, 2008 [10] Trần Minh Đức, Phạm Quang Đồng, Ảnh hưởng phương pháp tưới dung dịch đến mòn, tuổi bền dao nhám bề mặt phay rãnh dao phay ngón, Tạp chí khoa học công nghệ trường đại học kỹ thuật số 65, 2008 56 [11] Trần Minh Đức, Phạm Quang Đồng (2011),“Ảnh hưởng áp suất nén dung dịch MQL đến tuổi bền dụng cụ cắt tiện thép CrSi dao CBN”, TẠP CHÍ KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ, Đại học Thái Nguyên,88 (12), pp 185– 190 [12] Nguyễn Đăng Bình, Trần Minh Đức, Nguyễn Thái Bình, “Nghiên cứu tìm hiểu thành phần hóa học chế bơi trơn dầu thực vật công nghệ bôi trơn tối thiểu (MQL)”, Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ 3, tr 185-190 [13] L T Sơn, “Nghiên cứu ảnh hưởng bôi trơn làm nguội – tối thiểu dầu lạc đến tuổi bền dụng cụ cắt tiện cứng,” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, vol 88, no 12, pp 169-174, 2001 [14] T T Long, “Nghiên cứu ảnh hưởng bôi trơn làm nguội tố i thiểu (MQL) có sử dụng hạt nano Al2O3 đến lực cắt chất lượng bề mặt phay cứng thép,” Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Thái Nguyên, 2017 [15] K Osman, “Application of minimum quantity lubrication techniques in machining process of titanium alloy for sustainability: a review,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol 100, no 9, pp 2311-2332, 2019 [16] B Boswell, “A review indentifying the effectiveness of minium quantity lubrication (MQL) during conventional machining,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol 92, no 1, pp 321-340, 2017 [17] M Ramana, “Experimental investigations and selection of optimal cutting conditions in turning of Ti-6Al-4V alloy with different cutting fluids by minimum quantity lubrication (MQL) methodology,” i-Manager’s Journal on Mechanical Engineering, vol 2, no 1, p 45, 2011 [18] G Campatelli, “Analysis of the environmental impact for a turning operation of AISI 1040 steel,” in IPROMS Conference, 2009, pp 6-17, 2011 [19] K H Park, “Milling of titanium alloy with cryogenic cooling and minimum quantity lubrication (MQL),” International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, vol 18, no 1, pp 447-460, 2015 57 [20] F Rabiei, “Performance improvement of minimum quantity lubrication (MQL) technique in surface grinding by modeling and optimization,” Journal of Cleaner Production, vol 86, pp 447-460, 2015 [21] M Gupta, “Machining parameters optimization of titanium alloy using response surface methodology and particle swarm optimization under minimumquantity lubrication environment,” Materials and Manufacturing Processes, vol 31, no 13, pp 1671-1682, 2016 [22] S Kedare, “Effect of Minimum Quantity Lubrication (MQL) on Surface Roughness of Mild Steel of 15 HRC on Universal Miling Machine,” Procedia Materials Science, no 6, pp 150-153, 2014 [23] M Mia, “Optimization of MQL flow rate for minimum cutting force and surface roughness in end milling of hardend steel (HRC 40),” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, no 89, pp 675-690, 2017 [24] C V Yildirim, “Determination of MQL parameters contributing to sustainable machining in the milling of nickel-base superalloy waspaloy,” Arabian Journal for Science and Engineering, vol 42, no 11, pp 4667-4681, 2017 [25] Z Liu, “Investigation of cutting force and temperature of end-milling Ti-6Al4V with different minimum quantity lubrication (MQL) parameters,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, vol 225, no 8, pp 1273-1279, 2011 [26] Zaman PB, Dhar NR Design and evaluation of an embedded double jet nozzle for MQL delivery intending machinability improvement in turning operation J Manuf Process [Internet] 2019;44:179–96 Available from: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1526612518315688 [27] LeadFluid BT301F Intelligent Dispensing Peristaltic Pump [Internet] Available from: https://leadfluid.com/product/bt301f-intelligent-dispensing- peristaltic-pump/ [28] UNIST UNIST Coolubricator [Internet] Available from: https://unist.com/product.html?prod=clbr 58 [29] Van Hung Pham1 , Thuy Duong Nguyen1, Van Thao Le 2, Dung Hoang Tien3 , Van-Canh Nguyen3 “Optimization of cutting parameters in MQL flat surface milling of SKD11 steel” Proceedings of the International Conference on Advanced Mechanical Engineering, Automation, and Sustainable Development 2021 (AMAS2021) [30] G Singh, M K Gupta, M Mia and V S Sharma, “Modeling and optimization of tool wear in MQL-assiated milling of Inconel 718 superalloy using evolutionary techniques,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol 97, no 1, pp 481-494, 2018 [31] M Hadad and B Sedeghi, “Minimum quantity lubrication-MQL turning of AISI 4140 steel alloy,” Journal of Cleaner Production, vol 54, pp 332-343, 2013 [32] M Okada and e al “End milling of stainless and titanium alloy in an oil mist environment,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol 74, pp 1255-1266, 2014 59