TRANG THÔNG TIN LUẬN ÁN

Tên đề tài luận án tiến sĩ: "Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ làm lạnh kết hợp với bôi trơn tối thiểu đến quá trình cắt khi phay cứng"

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí                         Mã số: 9.52.01.03

Họ và tên NCS: Phạm Quang Đồng

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS.TS. Trần Minh Đức
2. TS. Nguyễn Trọng Hiếu

Đơn vị đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên

NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN

1. Gia công vật liệu cứng là hướng nghiên cứu mới để dần thay thế một phần cho mài. Để nâng cao hiệu quả của quá trình gia công vật liệu cứng, giải pháp tác giả sử dụng ở đây là MQCL sử dụng dung dịch nano MoS₂. Đây là hướng nghiên cứu mới, đặc biệt là ở Việt Nam.

2. Từ định hướng chung, tác giả đã có nghiên cứu lý thuyết cơ bản và tổng quan về quá trình gia công VLC; về bôi trơn thiểu MQL; bôi trơn làm nguội tối thiểu MQCL; MQCL sử dụng dung dịch nano vào quá trình phay cứng. Tác giả đã chọn định hướng nghiên cứu là ảnh hưởng của MQCL sử dụng dung dịch nano MoS₂ đến quá trình cắt khi phay cứng thép SKD11 với 3 mục tiêu nghiên cứu chính:

a. Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn làm nguội; loại dung dịch; tác động của hạt nano MoS₂; áp suất dòng khí và lưu lượng dòng khí đến quá trình cắt khi phay cứng thép SKD11.

b. Nghiên cứu xác định áp suất, lưu lượng dòng khí tối ưu khi phay cứng thép SKD11 sử dụng MQCL

c. Nghiên cứu xác định chế độ cắt, nồng độ hạt nano tối ưu khi phay cứng thép SKD11 sử dụng MQCL và đánh giá hiệu quả của MQCL đến khả năng nâng cao tính cắt của mảnh hợp kim APMT 1604 PDTR LT 30 phủ PVD của hãng LAMINA.

3. Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm với các phương pháp thiết kế quy hoạch thực nghiệm gồm quy hoạch dạng 2^k-p; quy hoạch tối ưu bề mặt chỉ tiêu CCD và phương pháp quy hoạch tối ưu Box – Behnken với sự trợ giúp của phần mềm thiết kế quy hoạch thí nghiệm Minitab 18.

4. Đã thiết kế, xây dựng hệ thống thí nghiệm đáp ứng yêu cầu nghiên cứu thực nghiệm. Trong đó đã chế tạo thành công đầu MQCL trong điều kiện thực tiễn của cơ sở đào tạo.

5. Một số kết quả chính:

a. Với việc sử dụng phương pháp thiết kế quy hoạch thực nghiệm 2^{k – p}, tác giả đã nghiên cứu, đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố gồm phương pháp bôi trơn làm nguội; loại dung dịch; tác động của hạt nano; áp suất dòng khí và lưu lượng dòng khí đến quá trình và kết quả của quá trình phay cứng thép SKD11. Kết quả là đã chọn được hướng nghiên cứu cụ thể: Sử dụng phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu MQCL dùng dung dịch nano MoS₂ Emulsi cho quá trình phay cứng thép SKD11.

b. Với phương pháp thiết kế quy hoạch thực nghiệm tối ưu CCD đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất và lưu lượng dòng khí đến quá trình cắt khi phay cứng và đã xác định được các giá trị tối ưu là p = 6 bar; Q = 200 lít/phút.

c. Với quy hoạch thực nghiệm tối ưu Box – Behnken đã nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của vận tốc cắt, nồng độ hạt nano và độ cứng vật liệu gia công đến quá trình cắt khi phay cứng thép SKD11 đánh giá thông qua các thành phần lực cắt, nhám bề mặt R_a.

d. Kết quả nghiên cứu tối ưu đa mục tiêu khi định hướng phay tinh ưu tiên trị số nhám bề mặt nhỏ và trị số lực cắt P_y nhỏ (giảm sai số gia công) cho bộ thông số tối ưu là nồng độ hạt nano 0,5%; vận tốc cắt V = 110 m/phút; độ cứng của vật liệu gia công HRC = 56,85 với giá trị của các hàm mục tiêu là: R_a= 0,107 µm; P_x = 54,99 N; P_y = 120,92N; P_z = 158,48N. Với công cụ tính toán được trang bị ở đây, căn cứ vào yêu cầu cụ thể ta hoàn toàn có thể chọn trọng số và mức độ quan trọng cho các hàm mục tiêu chính, qua đó sẽ tìm được bộ thông số tối ưu.

e. Với việc ứng dụng MQCL sử dụng dung dịch nano MoS₂ trên dung dịch nền là Emulsi cho quá trình phay cứng thép SKD11 đã nâng cao được được đáng kể khả năng cắt của mảnh dao APMT 1604 PDTR LT 30, cụ thể so với thông số do hãng cung cấp thì đã nâng độ cứng vật liệu gia công từ 45 HRC đến 60 HRC (tăng 133,3%), vận tốc cắt tăng từ 70 m/ph đến 110 m/ph (tăng 157,1%).

g. Đã nghiên cứu của MQCL sử dụng dung dịch nano MoS₂ đến nhám bề mặt R_a; cấu trúc hình học tế vi bề mặt gia công; mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Kết quả cho thấy rõ hơn hiệu quả của MQCL sử dụng dung dịch MoS₂ trong việc cải thiện chất lượng bề mặt, giảm trị số R_a. Cụ thể MQCL với dung dịch nano MoS₂ 0,5% đã đạt R_a = 0,130 µm (bằng 82,8% so với MQCL; 56,2% so với MQL và 44,5% so với không BTLN).

NHỮNG ỨNG DỤNG, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

HOẶC NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN BỎ NGỎ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU

1. Chưa đo lường và nghiên cứu được ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến nhiệt cắt, đối với BTLN thì đây là vấn đề quan trọng.

2. Chỉ mới nghiên cứu ứng dụng được MQCL vào quá trình phay cứng, chưa khảo sát sâu về cơ chế vật lý xảy ra trong vùng cắt khi phay cứng có sử dụng MQCL, chưa nghiên cứu sâu được về đặc điểm, cơ chế mòn của dụng cụ, v.v.

3. Định hướng nghiên cứu tiếp theo: Đây là vấn đề mới, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn vì vậy cần tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện thiết bị, nghiên cứu tối ưu các thông số vào của MQCL, nghiên cứu sâu về cơ sở vật lý, phối hợp với việc dùng dung dịch hybrid nano và ứng dụng rộng rãi vào các quá trình gia công khác như tiện, mài, v.v.

INFORMATION OF DOCTORAL DISSERTATION

Dissertation: "Study on The Effects of Minimum Quantity Cooling Lubrication on Cutting Performance in Hard Milling"

Specialty: Mechanical Engineering                     Code of Specialty: 9 52 01 03

PhD Student: Pham Quang Dong

Scientific supervisor:

1. Assos. Prof. Dr. Tran Minh Duc
2. Dr. Nguyen Trong Hieu

Training institution: Thai Nguyen University of Technology, Thai Nguyen University

NEW SCIENTIFIC RESULTS OF THE DISSERTATION

1. Hard machining is a new research topic to replace some of grinding processes. To improve the efficiency of the machining process of hard materials, the solution the author used here is Minimum Quantity Cooling Lubrication (MQCL) using MoS₂ nanofluid. This is a new research direction, especially in Vietnam.

2. From the general orientation, the author has researched on the basic theories, overview of the hard machining process; minimum quantity lubrication (MQL); MQCL minimum quantity cooling lubrication (MQCL), MQCL using nanofluid in hard milling. The author chose the research orientation that is the effects of MQCL using MoS₂ nanofluid on the cutting performancein hard milling of SKD11 steel with three main research objectives:

a. Study on the effect of cooling lubrication method,fluid type, the influence of MoS₂ nanoparticles; airflow pressure and airflow rate to cutting performance in hard milling of SKD11 steel.

b. Determine the optimal pressure and air flow in MQCL hard milling of SKD11

c. Study to determine the cutting conditions, optimal nanoparticle concentration MQCL hard milling of SKD11 steel and evaluate the effectiveness of MQCL on improving the machinability of APMT 1604 PDTR LT 30 PVD coated inserts made by LAMINA technologies.

3. Research methodology: Using experimental research methods with 2^k-p experimental design; CCD and Box - Behnken with the help of Minitab 18 software.

4. The experimental system was designed and built to meet the research requirements. Also the novel MQCL device has successfully fabricated in the practical conditions of the training institution.

5. Main contributions:

a. Using the 2^k-p experimental design, the author has studied and evaluated the effects of investigated factors including cooling lubrication method,fluid type,influence of nanoparticles; airflow pressure and airflow rate on the cutting process and results of hard milling of SKD11. As a result, a specific research direction was selected: The application of MQCL method using MoS₂ Emulsion-based nanofluid for hard milling of SKD1.

b. With the central composite design (CCD), the study is made to investigate the effects of airflow pressure and airflow rate on the cutting process of hard milling and has determined the optimal values ​​asp = 6 bar; Q = 200 l/

c. Box–Behnken design for response surface methodology is used to study and evaluate the effects of cutting speed, nanoparticle concentration and hardness on the cutting process of hard milling of SKD11 in terms of cutting forces and surface roughness R_a.

d. The results of multi response optimization in finishing milling for small values of surface roughness and the small F_y thrust force (Reducing machining error) gave out the optimal parameter set: the nanoparticle concentration of 0.5 %; cutting speed V = 110 m/min; hardness of work material 56.85 HRC with values ​​of the target functions of R_a = 0.107 µm; F_x = 54.99 N; F_y = 120.92N; F_z = 158.48N. Based on specific requirements, the weights and importance levels for the main objective functions can completely selected, thereby finding the optimal set of parameters.

e. The application of MQCL using MoS₂ Emulsion-based nanofluid in hard milling of SKD11 has significantly improved the machinability of APMT 1604 PDTR LT 30 inserts. Compared to the manufacturer’s recommendations, it has increased the hardness of processing materials from 45 HRC to 60 HRC (increased about 133.3%), cutting speed from 70 m/min to 110 m/min (increased about 157.1%).

g. Study on the performance of MQCL method using MoS₂ nanofluidonsurface roughness R_a; microstructure of machined surface; tool wear and tool life. The results show the effectiveness of MQCL using MoS₂nanofluidon improving surface quality, reducing R_a Specifically, MQCL with 0.5% MoS₂ nanofluid achieved R_a = 0.130 µm.

APPLICATION IN PRACTICEAND RECOMMENTATION FOR FURTHER STUDIES

1. The effects of investigated factors on cutting temperature have not been measured and studied yet. This is an important issue for cooling lubrication methods.

2. MQCL method is studied and applied in the hard milling process, but has not deeply examined in the physical mechanism occurring in the cutting zone when hard milling using MQCL. Also, the characteristics and wear mechanism of tools have not been deeply studied, and so on.

3. Future work: This is a new issue, havingimportant scientific and practical contributions, so it is necessary to make further studies on the equipment, optimization of the MQCL parameters, physical basis, the use of hybrid nanofluid for other machining processes such as turning, grinding, etc.

Nguồn: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên.