TRANG THÔNG TIN NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI
VỀ MẶT HỌC THUẬT VÀ LÝ LUẬN CỦA LUẬN ÁN
Tên luận án: “Nghiên cứu gia công lỗ sâu vật liệu SUS304 có sự trợ giúp của rung động siêu âm và bôi trơn sử dụng dung dịch nano”
Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103
Nghiên cứu sinh: Mai Thị Thu Hà Khóa: 2021 – 2024
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên
Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Dự
Những đóng góp của luận án về khoa học và thực tiễn:
- Luận án đã đề xuất và đánh giá bằng thực nghiệm giả thuyết khoa học về cơ chế tác động kép của rung động siêu âm, gồm: (1) tạo dung dịch bôi trơn dạng sương mù tại đầu mũi khoan (uACF) với lưu lượng tương tự bôi trơn MQL, qua đó cải thiện khả năng bôi trơn làm nguội; và (2) hỗ trợ quá trình bẻ phoi trong khoan UAD trên thép không gỉ SUS304, tạo ra phoi dạng phân mảnh, từ đó cải thiện khả năng thoát phoi, thoát nhiệt, giảm hiện tượng kẹt và dính phoi. Ảnh hưởng kết hợp khoan UAD-uACF đến quá trình gia công được lượng hóa thông qua các chỉ tiêu về hình thái phoi, lực dọc trục, mô men xoắn, công tiêu hao và tuổi bền dụng cụ. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng duy trì chế độ khoan tiến dao liên tục ở tỷ lệ L/D = 8 trong điều kiện khảo sát.
- Luận án đã đề xuất và đánh giá bằng thực nghiệm cách tiếp cận chuẩn bị dung dịch trơn nguội nền nước có bổ sung hạt nano graphene thông qua dầu khoáng làm môi chất trung gian hỗ trợ quá trình phân tán, không cần sử dụng các chất hoạt hóa bề mặt, hoặc nước khử ion, hoặc ô xy hóa graphene như các công bố trước đây. Kết quả thực nghiệm cho thấy, trong điều kiện cấp dung dịch với lưu lượng nhỏ và áp suất thấp (bôi trơn giảm thiểu RQL), loại dung dịch trơn nguội này có thể hỗ trợ quá trình khoan lỗ sâu trên thép không gỉ SUS304 ở chế độ tiến dao liên tục với tỷ lệ L/D = 8 trong phạm vi khảo sát. Ảnh hưởng tích cực của dung dịch trơn nguội có bổ sung hạt nano graphene khi khoan lỗ sâu theo giải pháp RQL+Nano+CD được lượng hóa thông qua các chỉ tiêu về hình thái phoi, lực dọc trục, mô men, công tiêu hao, tuổi bền dụng cụ.
Những kết quả trên đóng góp vào cơ sở dữ liệu và phương pháp luận cho các nghiên cứu tiếp theo về gia công vật liệu khó gia công cắt gọt. Đồng thời, luận án cũng là tài liệu tham khảo giá trị cho công tác giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu.
Các kết quả của luận án cho thấy tiềm năng ứng dụng trong việc nâng cao hiệu quả gia công lỗ sâu, đặc biệt trong điều kiện sản xuất yêu cầu tính kinh tế và linh hoạt. Cụ thể là:
- Luận án đã đề xuất một giải pháp tích hợp rung động siêu âm trong cùng một hệ thống khoan UAD. Hệ thống này vừa đảm nhiệm chức năng trợ giúp gia công cắt gọt, vừa thực hiện chức năng cung cấp dung dịch trơn nguội dạng sương mù, tương tự chế độ bôi trơn MQL. Ngoài ra, hệ thống này không đòi hỏi đầu tư các thiết bị tạo sương chuyên dụng và phức tạp, góp phần giảm chi phí đầu tư và vận hành, tăng tính khả thi và khả năng tiếp cận đối với các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ.
- Luận án đã đề xuất và ứng dụng một quy trình hai bước để phân tán hạt nano graphene vào nước máy thông thường thông qua dầu khoáng làm môi chất trung gian, tạo ra dung dịch trơn nguội nền nước. Quy trình này không yêu cầu sử dụng chất hoạt hóa bề mặt, nước khử ion hoặc biến tính bề mặt hạt nano, góp phần đơn giản hóa quy trình và giảm chi phí chuẩn bị dung dịch trơn nguội.
- Sử dụng dung dịch trơn nguội nền nước có bổ sung hạt nano graphene, luận án đã triển khai đánh giá bằng thực nghiệm khả năng khoan lỗ sâu trên thép không gỉ SUS304 bằng khoan CD tiến dao liên tục trong điều kiện bôi trơn RQL với lưu lượng nhỏ và áp suất thấp. Giải pháp này vừa có tính khả thi và hiệu quả kinh tế cao, vừa giảm lượng dung dịch trơn nguội thải, có tiềm năng như một lựa chọn thay thế trong một số điều kiện phù hợp so với các phương pháp như bôi trơn áp lực cao hoặc khoan gián đoạn. Các kết quả nghiên cứu có thể được xem là cơ sở tham khảo cho việc tiếp tục nghiên cứu và đánh giá khả năng ứng dụng trong điều kiện sản xuất, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp chế tạo máy, ô tô và hàng không, nơi thường xuyên phải đối mặt với bài toán gia công các lỗ sâu trên vật liệu có tính dẻo cao, khó thoát phoi.
INFORMATION ON NEW ACADEMIC AND THEORETICAL
CONTRIBUTIONS OF THE THESIS
Thesis’s Title: “Study on Ultrasonic-Assisted Deep Drilling of SUS304 with Nano-Fluid Lubrication”
Major: Mechanical Engineering Code: 9520103
PhD Candidate: Mai Thị Thu Hà Course: 2021 – 2024
University: Thai Nguyen University of Technology – Thai Nguyen University
Science Instructor: Assoc. Prof. Dr. Nguyen Van Du
The contributions of thesis on science and practice, including:
- The thesis proposed and experimentally validated a scientific hypothesis concerning the dual-action mechanism of ultrasonic vibration, including: (1) generating ultrasonically atomized cutting fluid (uACF) at the drill tip with a flow rate comparable to minimum quantity lubrication (MQL), thereby enhancing lubrication and cooling performance; and (2) facilitating chip breaking during ultrasonic-assisted deep drilling (UAD) of SUS304 stainless steel, resulting in fragmented chips that improve chip evacuation and heat dissipation while reducing chip clogging and chip adhesion. The combined effects of the UAD-uACF approach on the machining process were quantified through chip morphology, thrust force, drilling torque, energy consumption, and tool life. Experimental results demonstrated the feasibility of maintaining continuous-feed drilling at an L/D ratio of 8 under the investigated conditions.
- The thesis also proposed and experimentally evaluated an approach for preparing a water-based cutting fluid containing graphene nanoparticles using mineral oil as an intermediate medium to support the nanoparticle dispersion process, without requiring surfactants, deionized water, or graphene oxidation as reported in previous studies. Experimental results showed that, under reduced quantity lubrication (RQL) conditions with low flow rate and low pressure, the proposed cutting fluid could effectively support deep-hole drilling of SUS304 stainless steel under continuous-feed conditions with an L/D ratio of 8 within the investigated range. The beneficial effects of the graphene nanoparticle-enhanced cutting fluid in deep-hole drilling using the RQL+Nano+CD approach were quantified through chip morphology, thrust force, drilling torque, energy consumption, and tool life.
These findings contribute to the experimental database and methodological foundation for future studies on machining difficult-to-cut materials. In addition, the thesis serves as a valuable reference for teaching and advanced research activities.
The findings of the thesis demonstrate potential applications for improving the efficiency of deep-hole machining, particularly under manufacturing conditions requiring economic feasibility and operational flexibility. Specifically:
- The thesis proposed an integrated ultrasonic vibration solution within a single UAD drilling system. This system simultaneously performs both machining assistance and delivery of atomized cutting fluid, similar to the MQL lubrication mode. In addition, the proposed system does not require specialized and complex atomization equipment, thereby reducing investment and operating costs while enhancing feasibility and accessibility for small- and medium-sized manufacturing enterprises.
- The thesis proposed and implemented a two-step process for preparing a graphene nanoparticle-enhanced water-based cutting fluid by first dispersing graphene nanoparticles into mineral oil prior to emulsification with conventional tap water. The proposed process does not require surfactants, deionized water, or nanoparticle surface modification, contributing to simplification of the preparation procedure and reduction of cutting-fluid preparation costs.
- Using the graphene nanoparticle-enhanced water-based cutting fluid, the thesis experimentally evaluated the feasibility of deep-hole drilling of SUS304 stainless steel under continuous-feed CD conditions with low-flow-rate and low-pressure RQL lubrication. The proposed approach demonstrates both technical feasibility and economic effectiveness while reducing cutting-fluid consumption and waste generation. Therefore, it has potential as an alternative solution under suitable conditions compared with approaches such as high-pressure lubrication or peck drilling. The findings of this study may serve as a reference basis for further investigation and assessment of industrial applicability, particularly in the mechanical manufacturing, automotive, and aerospace industries, where deep-hole machining of highly ductile and difficult-to-chip-evacuate materials is frequently encountered.
Nguồn: Phòng Đào tạo - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp