Chuyển đến nội dung chính

Công nghệ gia công khô

Hiện nay nhiều công ty chế tạo máy đang cố gắng giảm lượng tiêu hao dung dịch trơn nguội và nếu có thể thì loại bỏ chúng hoàn toàn. Một số nguyên nhân khiến các nhà chế tạo thực hiện điều này là do vấn đề chi phí cho dung dịch trơn nguội và vấn đề môi trường. Trường hợp gia công không sử dụng dung dịch trơn nguội được gọi là gia công khô (Dry machining). Bài viết này xin giới thiệu sơ lược về công nghệ gia công khô trong chế tạo máy.

ThS. Nguyễn Văn Tường – Khoa Cơ khí, Đại học Nha Trang

a111111

Dung dịch trơn nguội thường được sử dụng trong quá trình cắt gọt. Chúng làm giảm sự mài mòn dao, xua tan nhiệt từ chi tiết gia công, dao và máy, giúp quá trình thoát phoi dễ dàng và giảm ứng suất cắt sinh ra trong chi tiết gia công, dụng cụ và thiết bị. Tuy nhiên việc sử dụng dung dịch trơn nguội đã làm gia tăng đáng kể chi phí gia công. Chi phí cho dung dịch trơn nguội có thể từ 7-17% chi phí sản xuất. Bên cạnh đó dung dịch trơn nguội làm ảnh hưởng đến sức khỏe người vận hành máy. Khi loại bỏ dung dịch trơn nguội đã qua sử dụng thì chúng lại gây ô nhiễm môi trường.

Do đó tối thiểu hóa việc sử dụng lượng dung dịch trơn nguội hoặc hoàn toàn loại bỏ nó trong gia công có ý nghĩa hết sức quan trọng và nó là mục tiêu kinh tế và môi trường trong tương lai.

Nếu không sử dụng dung dịch trơn nguội thì các tính năng của dung dịch trơn nguội tác dụng lên quá trình cắt cũng mất đi. Nghĩa là dao và chi tiết gia công không còn được bôi trơn và làm nguội nữa, quá trình thoát phoi cũng khó khăn hơn. Các phương pháp thay thế cho dung dịch trơn nguội được đưa ra là:

  • Làm nguội bằng khí nén (compressed air).
  • Sử dụng phuơng pháp “bôi trơn sương mù tối thiểu” (minimum mist lubrication-MML).

Khí nén với áp suất khoảng 6 bar có thể thay thế phần nào dung dịch trơn nguội và nó cũng giúp tống phoi ra khỏi khu vực cắt gọt. Trong bôi trơn sương mù tối thiểu, một lượng nhỏ chất bôi trơn hiệu suất cao được thêm vào khí nén trong một hệ thống hòa trộn. Mặc dù chỉ hiện diện với một lượng rất nhỏ (khoảng 5-50ml/h) nhưng các chất này có thể ngăn cản quá trình tạo cầu hàn khuếch tán của dao đối với vật liệu cắt, đặc biệt là trong trường hợp gia công nhôm. Ở bôi trơn sương mù tối thiểu thì ma sát giữa dao và chi tiết gia công cũng như phoi cũng giảm do đó làm giảm nhiệt sinh ra trên dao. Hình 1 sau đây trình bày kết quả đo nhiệt trên mũi khoan xoắn ruột gà bằng carbide có khi gia công vật liệu Ck45 ứng với ba trường hợp: gia công khô (Dry), bôi trơn sương mù tối thiểu (MML) và dùng dung dịch trơn nguội (Coolant).

a2222223

Hình 1. Nhiệt độ trên dao với các phương pháp bôi trơn và

làm nguội khác nhau.


a333333

Hình 2. Dao với lớp phủ có thể dùng trong gia công khô.

Trong một số trường hợp thì việc sử dụng dung dịch trơn nguội sẽ gây nên hiện tượng sốc nhiệt cho lưỡi cắt của dao. Khi xén mặt đầu với tốc độ quay không đổi, vì dao tiến từ ngoài vào trong nên nhiệt độ trên lưỡi cắt giảm do giảm tốc độ cắt. Dao nở ra và co lại và chịu đựng sự thay đổi lặp đi lặp lại của trạng thái ứng suất của nó. Hậu quả là trên lưỡi cắt sinh ra các vết nứt do nhiệt, có thể gây tróc và sớm làm hỏng dao. Các mảnh hợp kim khi cắt có thể chịu một lượng sốc nhiệt lớn khi dùng dung dịch trơn nguội, sẽ gia tăng sự mài mòn các lưỡi cắt. Sự gia tăng mài mòn theo mặt trước của dao có thể bình thường nhưng sự gia tăng mài mòn mặt sau ảnh hưởng đáng kể đến tuổi bền của dao. Với gia công khô thì hiện tượng này bị loại bỏ hoàn toàn. Tiện khô với chế độ cắt thích hợp có thể nâng cao tuổi bền của dao.

a44444

Hình 3. Máy phay lăn răng CNC gia công khô

Khi phay, ngay cả khi giả thuyết là dung dịch trơn nguội thắng lực ly tâm gây ra bởi dao, thì dung dịch trơn nguội cũng đã bốc hơi nhiều trước khi đến khu vực cắt gọt. Do đó hiệu quả làm nguội rất thấp. Hơn nữa, khi phay thì mảnh hợp kim sau khi cắt sẽ có thời gian “chạy không”. Lúc vào cắt mảnh hợp kim sẽ bị nung nóng, khi ra khỏi khu vực cắt gọt nó nguội bớt đi và được nung nóng trở lại khi vào cắt. Tức là nhiệt độ của dao tăng và giảm nhanh chóng. Nếu có sử dụng dung dịch trơn nguội thì mức độ thay đổi này còn trầm trọng hơn. Hiện tượng sốc nhiệt sẽ xảy ra và tạo nên ứng suất trên mảnh hợp kim và sớm làm nứt nó. Khi phay khô, chu kỳ nung nóng và nguội bớt vẫn xảy ra nhưng không nghiêm trọng, giảm tối đa hiện tượng nứt.

Gần đây người ta chế tạo nhiều loại dao làm bằng các vật liệu có tính chống mòn cao, có khả năng chống lại sự sốc nhiệt và sự bám dính. Các vật liệu làm dao như carbide, ceramic, cermet, CBN và PCD có thể được sử dụng cho gia công khô. Công nghệ phủ dao cũng có vai trò quan trọng trong gia công khô. Nhờ có lớp phủ mà dao điều khiển được độ biến đổi nhiệt độ, hạn chế truyền nhiệt từ khu vực cắt gọt vào mảnh hợp kim. Các lớp phủ trên mảnh hợp kim đóng vài trò như một rào cản nhiệt, hạn chế nhiệt truyền vào vật liệu nền và vào chi tiết gia công. Chiều dày lớp phủ cũng quan trọng. Lớp phủ càng mỏng thì khả năng chống lại sự biến đổi nhiệt càng tốt và ngược lại. Khi gia công khô với dao có lớp phủ mỏng thì tuổi bền của dao có thể kéo dài đến 40% so với dao có lớp phủ dày. Trên hình 2 là dao có lớp phủ được sử dụng trong gia công khô.

Có thể gia công khô trên máy thông thường. Ngày nay các nhà chế tạo máy công cụ đã sản xuất ra những dòng máy với các đặc điểm khác biệt dùng cho gia công khô. Do không sử dụng dịch trơn nguội nên đặc điểm thiết kế của các máy này nhấn mạnh vào các vấn đề về quản lý phoi và ứng suất nhiệt. Máy phải có khả năng tản nhiệt nhanh, không chất đống phoi khô nóng và không tích lũy nhiệt ở bất kỳ khu vực nào của máy vì có thể gây nên sự quá nhiệt trong máy. Các hạt bay lơ lửng phải được hút chân không ra khỏi máy. Bộ phận dẫn hướng củamáy phải được làm kín nhằm ngăn chặn sự xâm nhập của bụi sinh ra từ phoi… Trên hình 3 là máy phay lăn răng CNC với khả năng gia công khô. Ở máy này thì khu vực gia công được thiết kế biệt lập với khung máy nhằm tối thiểu sự giãn nở nhiệt do khung máy tiếp xúc với phoi nóng.

Tóm lại, gia công khô có ý nghĩa lớn về kinh tế và môi trường. Việc nghiên cứu và áp dụng gia công khô ngày càng được triển khai mạnh mẽ. Tuy nhiên không phải trường hợp nào cũng áp dụng gia công khô được. Các phương pháp gia công với hình học lưỡi cắt không xác định như mài, mài khôn thường đòi hỏi phải sử dụng dung dịch trơn nguội và khả năng sử dụng gia công khô rất hạn chế. Các phương pháp gia công với lưỡi cắt xác định như tiện, phay và doa lỗ với dao đơn mũi cắt (boring) rất thích hợp cho gia công khô nhưng khoan và doa (reaming) vẫn còn nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu thêm

Tài liệu tham khảo

1. Graham T. Smith, Cutting Tool Technology Industrial Handbook,

Springer, 2008.

2. I. R. Sharma, Latest trends in machining

3. http://www.ceratizit.com/3074_ENG_HTML.htm

4. http://news.thomasnet.com/fullstory/493702

5. http://titex.ru/files/Titex_drymachining.pdf

Theo Tạp chí Máy móc và công cụ Việt Nam – Hiện Đại Hoá .com


SCCK.TK

Related Posts by Categories



Nhận xét

Bài đăng xem nhiều

Dung sai và các chế độ lắp ghép bề mặt trụ trơn [pdf]

Viết bài: Thanh Sơn, bản quyền thuộc về www.baoduongcokhi.com Ví dụ bạn cần gia công 1 trục bơm ly tâm 1 cấp, khi lên bản vẽ gia công thì cần dung sai gia công, việc chọn dung sai gia công thì căn cứ vào kiểu lắp ghép như vị trí lắp vòng bi: đối với vòng trong vòng bi với trục bơm thì sẽ lắp theo hệ thống lỗ (vì kích thước vòng bi không thay đổi được), nên việc lắp chặt hay trung gian là do bạn lựa chọn dựa trên các tiêu chí ở dưới. Còn thân bơm với vòng ngoài vòng bi thì lắp theo hệ trục (xem vòng ngoài vòng bi là trục). Bạn cũng cần lưu ý việc lắp chặt hay trung gian có thể ảnh hưởng đến khe hở vòng bi khi làm việc nên cần cân nhắc cho phù hợp với điều kiện vận hành, loại vòng bi (cùng loại vòng bi, vòng bi C2, C3 có khe hở nhỏ hơn C4, C4 nhỏ hơn C5). Nếu bạn đang dùng C3, lắp trung gian mà chuyển sang lắp chặt có thể làm giảm tuổi thọ vòng bi vì khe hở giảm hoặc không đáp ứng yêu cầu làm việc. Sơ đồ miền dung sai Miền dung sai Miền dung sai được tạo ra bằng cách phối hợp giữa  1...

Tải miễn phí phần mềm triển khai hình gò

Phần mềm này sẽ giúp các bạn đưa ra bản vẽ triển khai gia công đầy đủ và chính xác, cho phép các bạn xuất ra bản vẽ Autocad để tiện hơn cho việc tính toán, in ấn , quản lý. [MF] —–  nhấn chọn để download Lưu ý: sau khi giải nén và cài đặt thì chép pns4.exe (có sẵn sau khi giải nén) đè lên file pns4.exe mới. Phiên bản này có đầy đủ kích thước với các kiểu ống và help. Nên chạy run as administrator trong win 7. Xin chào bạn!  Nếu bạn đang thích trang web của chúng tôi và thấy các bài viết của chúng tôi hữu ích, chúng tôi rất mong nhận được sự ủng hộ của bạn. Với sự giúp đỡ của bạn, chúng tôi có thể tiếp tục phát triển tài nguyên và cung cấp cho bạn nội dung có giá trị hơn nữa.  Cảm ơn bạn đã ủng hộ chúng tôi. Nguyễn Thanh Sơn

Cách kiểm tra và đánh giá vết ăn khớp (tooth contact) của cặp bánh răng

Viết bài: Thanh Sơn, bản quyền thuộc về  www.baoduongcokhi.com Hộp số với cặp bánh răng nghiêng Tooth contact là một trong những yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động hiệu quả và độ bền của bánh răng Mục đích Các bánh răng phải có tải trọng phân bố đều trên bề mặt răng khi làm việc ở điều kiện danh định.  Nếu tải trọng phân bố không đều, áp lực tiếp xúc và ứng suất uốn tăng cục bộ , làm tăng nguy cơ hư hỏng.  Gear Run Out của bánh răng là gì? cách kiểm tra Bánh răng và hộp số, phần 3: Phân tích dầu tìm nguyên nhân hư hỏng bánh răng. Bánh răng và Hộp số, phần 2: Các loại hộp số, bôi trơn, hư hỏng thường gặp Bánh răng và hộp số, phần 1: Các loại bánh răng (types of gears) Để đạt được sự phân bố tải đều, bánh răng cần có độ chính xác trong thiết kế, sản xuất, lắp ráp và lắp đặt các bộ phận của hộp số. Các yếu tố này được kiểm tra, test thử nghiệm và kiểm tra tại xưởng của nhà sản xuất thiết bị. Lắp đặt đúng cách tại hiện trường là bước cuối cùng để ...

Phương pháp kiểm tra hạt từ (Magnetic Particle Testing)

Viết bài: Thanh Sơn, bản quyền thuộc về  www.baoduongcokhi.com Kiểm tra hạt từ (Magnetic Particle Testing MPT/MT hay Magnetic Particle Inspection - MPI) là một phương pháp kiểm tra không phá hủy nhằm phát hiện các khuyết tật trên bề mặt hoặc ngay bên dưới bề mặt kim loại. Đây là kỹ thuật nhanh và đáng tin cậy để phát hiện và định vị các vết nứt bề mặt. Nguyên lý MPT: Từ thông rò trên bề mặt không liên tục Nguyên lý Kiểm tra hạt từ (MT) dựa trên tính chất từ tính của vật liệu sắt từ. Khi một thành phần sắt từ bị từ hóa (được thực hiện bằng cách cho dòng điện chạy qua nó hoặc bằng cách đặt nó trong một từ trường mạnh), bất kỳ sự không liên tục hoặc khuyết tật nào có trong vật liệu sẽ gây ra rò rỉ từ thông (như vết nứt  sẽ tạo ra lực cản đáng kể đối với từ trường, tại những điểm không liên tục như vậy, từ trường thoát ra trên bề mặt của mẫu thử (từ thông rò rỉ). Xem thêm:  Kiểm tra thẩm thấu PT (Penetrant Testing) Kiểm tra siêu âm bên trong lòng ống ILI là gì? Rò rỉ từ thông...

Khe hở mặt răng (backlash) và khe hở chân/đỉnh răng (root/tip clearance)

Viết bài : Nguyễn Thanh Sơn, bản quyền thuộc về www.baoduongcokhi.com Các thông số cơ bản của bánh răng Về những thông số của bánh răng, có rất nhiều thông số để phục vụ cho quá trình gia công, thiết kế và lắp đặt máy. Tuy nhiên có một số thông số cơ bản bắt buộc người chế tạo cần phải nắm rõ, gồm: Đường kính Vòng đỉnh (Tip diameter): là đường tròn đi qua đỉnh răng, da = m (z+2) . Đường kính Vòng đáy (Root diameter): là vòng tròn đi qua đáy răng, df = m (z-2.5) . Đường kính Vòng chia (Reference diameter): là đường tròn tiếp xúc với một đường tròn tương ứng của bánh răng khác khi 2 bánh ăn khớp với nhau, d = m.Z   Số răng: Z=d/m Bước răng (Circular Pitch): là độ dài cung giữa 2 profin của 2 răng kề nhau đo trên vòng chia, P=m. π Modun: là thông số quan trọng nhất của bánh răng, m = P/π ; ha=m. Chiều cao răng (whole depth): là khoảng cách hướng tâm giữa vòng đỉnh và vòng chia; h=ha + hf=2.25m, trong đó ha=1 m, hf=1,25 Chiều dày răn...

Tải giáo trình chuyên nghành cơ khí [pdf]

Danh mục sách chuyên nghành cơ khí do chúng tôi tìm kiếm sưu tầm trên internet, đường link google drive có sẵn (pdf).  Nếu có điều kiện các bạn nên mua sách để ủng hộ tác giả và NXB nhé! Link tải giáo trình vẫn đang tiếp tục được cập nhật hàng ngày...... Ngày cập nhật: 13/6/2023 -------------------------------------------------------------- Sổ tay thiết kế cơ khí - Tập 1 - PGS Hà Văn Vui, TS. Nguyễn Chỉ Sáng, TH.S. Phan Đăng Phong NXB Khoa học và Kỹ thuật (2006) Số trang: 734 ==>  Tải tại đây -------------------------------------------------------------- Sổ tay thiết kế cơ khí - Tập 2 - PGS Hà Văn Vui, TS. Nguyễn Chỉ Sáng NXB Khoa học và Kỹ thuật (2004) Số trang: 601 ==>  Tải tại đây -------------------------------------------------------------- Sổ tay thiết kế cơ khí - Tập 3 - PGS Hà Văn Vui, TS. Nguyễn Chỉ Sáng NXB Khoa học và Kỹ thuật (2006) Số trang: 653 ==>  Tải tại đây -------------------------------------------------------------- Sổ tay thiết kế cơ ...

Tại sao đường kính ống hút thường lớn hơn đường kính ống xả của bơm ly tâm?

Trong hệ thống bơm ly tâm (centrifugal pump system), việc thiết kế và lựa chọn kích thước đường ống hút và đường ống xả không phải là ngẫu nhiên mà dựa trên cơ sở tính toán thủy lực nhằm đảm bảo hiệu quả vận hành, độ tin cậy và tuổi thọ thiết bị. Một điểm dễ thấy là trong nhiều hệ thống, đường kính ống hút thường lớn hơn đường kính ống xả. Điều này xuất phát từ các yêu cầu kỹ thuật liên quan đến kiểm soát tổn thất áp suất, chống xâm thực (cavitation) và đảm bảo điều kiện thủy lực tối ưu cho bơm. Sau đây là phân tích chi tiết: 1. Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm Bơm ly tâm hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng cơ học từ bánh công tác (impeller) thành động năng và áp năng của dòng chất lỏng. Chất lỏng được hút vào bơm qua cửa hút (suction inlet), tại đây bánh công tác gia tốc dòng chảy, sau đó chất lỏng được đẩy ra ngoài qua cửa xả (discharge outlet) với áp suất và vận tốc cao hơn. Lưu ý: Áp suất tại cửa hút luôn thấp hơn áp suấ...

Phương pháp kết nối truyền động bằng đĩa ép chặt (Shrink disc)

Kết nối then Giả sử bạn muốn lắp 1 Đĩa răng lên 1 Trục, thông thường sẽ là 1 mối lắp gép dùng then, tuy nhiên việc kết nối bằng then sẽ tạo sự tập trung ứng suất tại rãnh then, sự mài mòn cơ học theo thời gian và sự lệch tâm trục. Phương pháp kết nối bằng đĩa ép chặt (Shrink Disc) tạo sự phân bố áp lực đồng đều nên sẽ loại bỏ các nhược điểm trên. Đĩa ép chặt này còn gọi là  thiết bị kết nối không dùng then (Keyless locking device) , đây là một phương pháp hiện đại để tạo sự kết nối cơ học.  Đĩa ép chặt  (shrink disc)  có hình  dạng của 1 mặt bích trục có ghép nối ma sát. Chức năng chính của đĩa ép chặt là kết nối an toàn giữa trục bằng ma sát. Ví dụ, truyền động với trục và truyền động trục lồng trục (hollow shaft). Đĩa ép tạo ra kết nối không có khe hở bằng cách ép moay-ơ vào trục. Kết nối này chủ yếu được sử dụng để truyền mô-men xoắn. Đĩa ép chỉ cung cấp các lực cần thiết và không tự truyền lực hoặc mô men giữa trục và moay-ơ. Đĩa ép không nằm trong đường...

Kỹ thuật hàn Temper Bead

Biên soạn Nguyễn Thanh Sơn , bản quyền thuộc baoduongcokhi.com Hàn temper bead là một kỹ thuật hàn đặc biệt, trong đó nhiệt lượng (heat input) từ các lớp hàn kế tiếp sẽ làm tôi (temper) các lớp hàn trước đó. Kết quả là cấu trúc hạt mịn (fine grain structure) và độ cứng thấp được hình thành trong vùng ảnh hưởng nhiệt (Heat-Affected Zone – HAZ). Đây là phương pháp rất hữu ích trong việc kiểm soát luyện kim vùng HAZ mà không cần xử lý nhiệt sau hàn (Post-Weld Heat Treatment – PWHT).  Kỹ thuật này thường được áp dụng trong các tình huống mà PWHT không thể thực hiện được vì lý do kỹ thuật hoặc kinh tế — chẳng hạn như khi thực hiện sửa chữa tại chỗ trong các nhà máy đang vận hành. Trong những trường hợp như vậy, hàn temper bead cho phép đạt được các đặc tính cơ học chấp nhận được cho mối hàn và kiểm soát kích thước HAZ ở mức tối thiểu. 1. Định nghĩa và cơ sở luyện kim Temper Bead Welding (TBW) là phương pháp hàn nhiều lớp (multi-pass welding) được bố trí theo trình tự cụ thể, trong đó...

Sơ đồ tuabin khí chu trình hỗn hợp (combined cycle)

Viết bài KS Nguyễn Thanh Sơn, bản quyền thuộc về  www.baoduongcokhi.com CCGT được gọi là chu trình kết hợp trong nhà máy điện, có sự tồn tại đồng thời của hai chu trình nhiệt trong một hệ thống, trong đó một lưu chất làm việc là hơi nước và một lưu chất làm việc khác là một sản phẩm khí đốt. Giải thích rõ hơn: Turbine khí chu trình hỗn hợp (Combined Cycle Gas Turbine - CCGT) là một hệ thống phát điện sử dụng cùng một nguồn nhiên liệu để vận hành hai loại máy phát điện khác nhau: một máy phát điện dẫn động bởi tuabin khí (gas turbine) và một máy phát điện dẫn động bởi tuabin hơi nước (steam turbine). Hệ thống CCGT được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện, do có thể giảm thiểu lượng khí thải và tăng tính hiệu quả trong việc sử dụng năng lượng. Nhà máy điện CCGT Trong hệ thống CCGT, nguồn nhiên liệu (thường là khí tự nhiên natural gas hoặc dầu) được đốt trong máy tuabin khí dẫn động cho máy phát điện generator để sản xuất điện. Hơi nước được tạo ra từ lò hơi thu hồi nhiệt (Heat Re...