Nghiên cứu khả năng cắt gọt của hạt mài trong việc ứng dụng phương pháp gia công không liên tục sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn

Tuy nhiên, loại ựá mài này có hạn chế là lực cắt, nhiệt cắt lớn nên thường gây ra các khuyết tật: cháy mài, thoát các bon, nứt tế vi, ứng suất dư kéo trên lớp bề mặt Ầlàm hạn chế khả năn

ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGÔ THỊ HÀ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA HẠT MÀI TRONG VIỆC ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KHÔNG LIÊN TỤC SỬ DỤNG ðÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ðOẠN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

THÁI NGUYÊN 2012

ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGÔ THỊ HÀNGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA HẠT MÀI TRONG VIỆC ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KHÔNG LIÊN TỤC SỬ DỤNG ðÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ðOẠN

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

HD1:

GS.TSKH BÀNH TIẾN LONG

HD2:

TS NGUYỄN TIẾN ðÔNG

KHOA SAU ðẠI HỌC

HỌC VIÊN

NGÔ THỊ HÀ

BGH TRƯỜNGðHKTCN

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng ñượcai công bố trong bất kỳ một công trình khác Trừ những phần tham khảo ñã ñược ghi rõ trong Luận văn

Tác giả Ngô Thị Hà

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Ý nghĩa ðơn vị

Sxq ñá thường Diện tích xung quanh viên ñá thường mm2

S phôi mẫu Diện tích phôi mẫu mm2

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ đỒ THỊ

Tốc ựộ cắt vft=1m/phút, ae=200ộm

26

b,Bảng các thông số thắ nghiệm thực hiện

27

tuyến (b) khi gia công bằng ựá mài thông thường và ựá mài gián ựoạn đá mài gián ựoạn thực hiện khả năng giảm lực cắt trong quá trình gia công

14 3 1 a, Mẫu thắ nghiệm; b,Kắch thước phôi làm thắ nghiệm. 36

15 3.2 a, Kắch thước ựá mài gián ựoạn; b,Mẫu ựá thắ nghiệm 37

TT Hình số Nội dung Trang

b) Kí hiệu chế ñộ cắt trên phôi

42

vị diện tích tiếp xúc phôi trong một ñơn vị thời gian với tỷ

lệ % gián ñoạn trên từng viên ñá

48

dọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt S1, t1, t2, t3 với thép C45 nhiệt luyện

49

dọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt S1, t1, t2, t3 với thép C45 không nhiệt luyện

49

dọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt t1, S1, S2, S3.

với thép C45 nhiệt luyện

50

TT Hình số Nội dung Trang

dọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt t1, S1, S2, S3.

với thép C45 không nhiệt luyện

50

hạt mài tác ñộng lên một ñơn vị diệntích tiếp xúc phôi trong một ñơn vị thời gian ñối với thép C45 nhiệt luyện

51

hạt mài tác ñộng lên một ñơn vị diệntích tiếp xúc phôi trong một ñơn vị thời gian ñối với thép C45 không nhiệt luyện

51

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Thành phần nguyên tố hóa học có trong thép C45 36

Bảng 3.2: Số rãnh Z và tỷ lệ gián % gián ñoạn η của các mẫu ñá 38

Bảng 3.4: Tỷ lệ % gián ñoạn, tỷ lệ % tiếp xúc của ñá với phôi 47

Bảng 3.5: Số hạt mài tác ñộng lên một ñơn vị diện tích tiếp xúc phôi mẫu 48 Bảng 3.6: Kết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=0, tỷ lệ

LỜI CẢM ƠN

-Tác giả xin chân thành cảm ơn! Thầy giáo GS.TSKH Bành Tiến Long - TS Nguyễn Tiếnđôngngười ựãhướng dẫn và giúp ựỡ tận tình từ ựịnh hướng ựề tài, thực nghiệm ựếnquá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn

- Tác giả bày tỏ lòng biết ơn ựối với Ban lãnh ựạo và Khoa Sau ựại họccủa Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp ựã tạo ựiều kiện thuận lợi ựể hoànthành bản Luận văn này

-Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh ựạo Trường Cao ựẳng Công Nghiệp Thái Nguyên ựã giúp ựỡ, tạoựiều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và nghiên cứu luận

- Tác giả bày tỏ lòng biết ơn ựối với công ty TNHH Vạn Xuân - Trường đại học Bách khoa Hà Nội ựãtận tình giúp ựỡ trong quá trình làm thực nghiệm vàxử lý kết quả thắ nghiệm

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránhkhỏi sai sót, tác giả rất mong nhận ựược sự ựóng góp ý kiến của các Thầy, Côgiáo, các nhà khoa học và các bạn ựồng nghiệp

Tác giả Ngô Thị Hà

MỤC LỤC

Trang

Danh mục các ký hiệu và chữ viết 1

Danh mục các hình vẽ và ựồ thị 3

Danh mục các bảng 6

PHẦN MỞ đẦU 1.Tắnh cấp thiết của ựề tài 11

2 Mục ựắch, ựối tượng và phương pháp nghiên cứu 12

2.1: Mục ựắch của ựề tài 12

2.2: đối tượng nghiên cứu 12

2.3: Phương pháp nghiên cứu 12

3 Ý nghĩa của ựề tài 12

3.1: Ý nghĩa khoa học 12

3.2: Ý nghĩa thực tiễn 13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI PHẲNG 1.1 Bản chất của quá trình mài phẳng 14

1.2 Các phương pháp mài phẳng 15

1.2.1.Mài phẳng bằng ựá mài mặt ựầu 15

1.2.2 Mài bằng ựá mài hình trụ phẳng 16

1.3 Quá trình mài phẳng bằng ựá mài thường 17

1.3.1 Lực cắt khi mài bằng ựá mài thường 17

1.3.2.Nhiệt cắt khi mài bằng ựá mài thường 20

1.3.3 Quá trình tạo phoi khi mài bằng ựá mài thường 22

1.4.độ nhấp nhô bề mặt chi tiết gia công khi màibằng ựá mài thường 23 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 24

CHƯƠNG 2: MÀI BẰNG đÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN đOẠN 2.1 đá mài gián ựoạn 25

2.2 Quá trình mài bằng ựá mài gián ựoạn 25

2.2.1 Lực cắt khi mài bằng ựá mài gián ựoạn 25

2.1.2 Nhiệt cắt khi mài bằng ựá mài gián ựoạn 28

2.1.3 Qúa trình tạo phoi khi mài bằng ựá mài gián ựoạn 28

2.3.độ nhấp nhô bề mặt chi tiết gia công khi màibằng ựá mài gián ựoạn 29

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 32

2.5 XÁCđỊNH HƯỚNG NGHÊN CỨU TIẾP CỦA LUẬN VĂN 33

CHƯƠNG 3:NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA HẠT MÀI TRONG VIỆC ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KHÔNG LIÊN TỤC SỬ DỤNG đÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN đOẠN 3.1.Phương pháp tiến hành 36

3.2 điều kiện thực nghiệm 36

3.2.1 Mẫu thắ nghiệm 36

3.2.2 đá mài 37

3.2.3 Sửa ựá 38

3.2.4 Tưới nguội 38

3.2.5 Máy mài 38

3.2.6 Thiết bị ựo 39

3.2.7 Bộ thông số thắ nghiệm 41

3.3 Trình tự tiến hành và kết quả thực nghiệm 41

3.3.1 Trình tự thắ nghiệm 41

3.3.2 Qúa trình thắ nghiệm thực tế 42

3.4.Tắnh số hạt mài tác ựộng lên một ựơn vị diện tắch tiếp xúc phôi trong thời gian một giây 44

3.5 Xử lý số liệu thực nghiệm và thảo luận kết quả 48

3.5.1 Xử lý các số liệu thực nghiệm 48

3.5.2.Thảo luận kết quả 52

3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 54

KẾT LUẬN CHUNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ðỀ TÀI

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN MỞ đẦU

1 Tắnh cấp thiết của ựề tài

Các chi tiết máy có ựộ chắnh xác, chất lượng bề mặt và ựộ bền cao là cơ

sở cho sự ra ựời các loại máy móc, thiết bị và phương pháp gia công Phương pháp mài có một vị trắ quan trọng trong gia công cơ khắ hiện ựại nhờ khả năng vượt trội so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia công những vật liệu có

ựộ bền cơ học và ựộ cứng cao cho ựộ chắnh xác và chất lượng bề mặt cao Gia

0,32ộm; 0,16ộm), ựộ chắnh xác kắch thước 0,002-0,003mm[1] Chất lượng bề mặt chi tiết ựòi hỏi càng cao thì yêu cầu phương pháp mài càng phải ựược nghiên cứu, phát triển ựể ựáp ứng yêu cầu gia công

Quá trình cắt gọt của mài thực chất là quá trình các hạt mài cào xước bề mặt của chi tiết gia công, lượng kim loại do mỗi lưỡi cắt cắt ựi rất nhỏ Các phương pháp mài hiện nay chủ yếu dùng ựá mài thông thường Tuy nhiên, loại ựá mài này có hạn chế là lực cắt, nhiệt cắt lớn nên thường gây ra các khuyết tật: cháy mài, thoát các bon, nứt tế vi, ứng suất dư kéo trên lớp bề mặt

Ầlàm hạn chế khả năng ứng dụng của các phương pháp mài thông thường

để khắc phục những hạn chế trên, phương pháp mài dùng ựá mài có bề mặt làm việc gián ựoạn ựã ựược nghiên cứu, phát triển và ứng dụng ựể gia công vật liệu Taghi Tawakoli, Bahman Azarhoushang [11] ựã ựiều tra tắnh khả thi của mài không liên tục với ựá mài có bề mặt làm việc gián ựoạn trên hai loại vật liệu composit nền ceramic khác nhau J PeƠrez và các cộng sự [12] phân tắch sự truyền nhiệt trong quá trình mài gián ựoạn trong khi Michele H Miller and Xiaorui Fan [20] nghiên cứu sự mài mòn của ựá khi mài gián ựoạn Ở một nghiên cứu khác, Nguyễn Tiến đông, Nguyễn Thị Phương Giang [11] ựã nghiên cứu về khả năng giảm lực cắt khi gia công vật liệu ceramics sử dụng ựá mài có bề mặt làm việc gián ựoạn

Do mài thường ựược chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối nên chất lượng bề mặt mài ảnh hưởng trực tiếp ựến ựộ bền của chi tiết máy.Việc nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài bằng ựá mài có bề mặt làm việc gián ựoạn ựối với nhiều loại vật liệu khác nhau sẽ tạo ựiều kiện ựể cải thiện quá trình gia công, nâng cao chất lượng bề mặt, ựộ bền của chi tiết máy

2 Mục ựắch, ựối tượng và phương pháp nghiên cứu

- Ứng dụng kết quả làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy, học tập

2.2: đối tượng nghiên cứu

- Vật liệu mài: Thép 45 nhiệt luyện và thép 45 chưa nhiệt luyện

- Phương pháp mài: Mài phẳng

2.3: Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

- Tiến hành thực nghiệm và xử lý số liệu thắ nghiệm

- Phân tắch và ựánh giá kết quả

3 Ý nghĩa của ựề tài

3.1: Ý nghĩa khoa học

- Mài bằng ựá mài gián ựoạn ựược nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu

và ứng dụng nhưng ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu về chất lượng

bề mặt thép 45 khi mài bằng ựá mài có bề mặt làm việc gián ựoạn ựược công bố

- đóng góp và hoàn thiện lý thuyết phương pháp gia công mài, kết cấu

về ựá mài có bề mặt làm việc gián ựoạn

- Nâng cao ñược chất lượng và hiệu quả sản phẩm khi gia công bằng ñá mài có bề mặt làm việc gián ñoạn

3.2: Ý nghĩa thực tiễn

- Các kết quả nghiên cứu sẽ áp dụng ñể nâng cao chất lượng ñá mài gián ñoạn, ñiều chỉnh ảnh hưởng các thông số chế ñộkhi gia công Từ ñó nâng cao chất lượng bề mặt, hiệu quả kinh tế kỹ thuật của phương pháp mài.ðưa loạiñá mài giánñoạn vào sản xuất hàng loạt

- Kết quả nghiên cứu cho thấy tínhưu việt củañá mài giánñoạn, do vậycó thể ứng dụng trong các nhà máykhi gia công thép C45 chưa nhiệt luyện

và nhiệt luyện, sử dụng ñể tham khảo khi mài các mác thép khác

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ MÀI PHẲNG 1.1 BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH MÀI

Mài là một phương pháp gia công kim loại ựược biết từ lâu, tuy nhiên phải ựến thế kỷ 19 khi xuất hiện máy mài và các vật liệu tổng hợp thì việc gia công bằng mài mới có bước phát triển nhảy vọt

Mài là nguyên công gia công tinh có thể gia công ựược nhiều dạng mặtkhác nhau như mặt trụ ngoài, trụ trong, mặt phẳng và mặt ựịnh hình Bản chất của quá trình mài là sự cào xước tế vi bề mặt bằng những hạt mài có vận tốc cao, thường 20m/s trên máy mài thường và ựến 200m/s trên máy mài cao tốc Gia công bằng mài cho phép ựạt ựộ chắnh xác 2-3, ựôi khi cấp 1 và

ựộ bóngbề mặt cấp 8-9 Trong một số trường hợp mài là nguyên công chuẩn

bị phôi hoặc nguyên công thô ựể làm sạch phôi ựúc và phôi rèn hoặc ựể tẩy sạch xỉ hàn Ầ

Mài có nhiều ựặc ựiểm khác biệt so với các phương pháp gia công cắt gọt khác [8]:

- đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục ựồng thời tham gia cắt, các lưỡi cắt ựược tạo ra bởi các hạt mài có kắch thứơc rất nhỏ, có hình dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dắnh kết đa số các hạt mài có nhiều lưỡi cắt, có góc lượn ở ựỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho ựiều kiện cắt gọt: góc trước thường âm và góc cắt thường lớn hơn 9000C

- Tốc ựộ cắt khi mài rất cao (≥ 30 m/s, mài cao tốc ựộ có thể lên tới 120 m/s hoặc cao hơn)

- Do góc cắt không hợp lý, tốc ựộ cắt cao nên nhiệt ựộ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000 ọ 150000C ) làm thay ựổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt

- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kắch thước rất nhỏ,

số lượng phoi tạo ra trong một ựơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong một phút), vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia công tạo ra ựộ nhẵn bóng và ựộ chắnh xác cao

- Hạt mài có ñộ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công ñược những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không cắt ñược như thép tôi, hợp kim cứng… nhưng lại không gia công ñược những vật liệu rất mềm

- Trong quá trình cắt, ñá mài có khả năng tự mài sắc: dưới tác dụng của tải trọng cơ, nhiệt các hạt mài ñã mòn bật ra khỏi bề mặt ñá tạo ñiều kiện cho những hạt mài mới tham gia vào quá trình cắt, ngoài ra một số hạt mài vỡ tạo thành những lưỡi cắt mới

- Do hiện tượng tự mài sắc cũng như không thể chủ ñộng thay ñổi ñược hình dáng và vị trí của hạt mài trong ñá mài cho nên việc nghiên cứu và ñiều khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa ñược nghiên cứu toàn diện

Việc chọn ñá mài, chế ñộ mài ñóng vai trò quyết ñịnh chất lượng sản phẩm + Chọn ñá mài: chọn ñá mài hợp lý chất lượng và năng suất cao Chọn ñá mài chú ý ñến các yếu tố vật liệu mài, chất kết dính, ñộ cứng, kết cấu, ñộ hạt của

1.2.1.Mài phẳng bằng ñá mài mặt ñầu

Phương pháp này cho năng suất bóc phoi lớn, vì số lượng hạt mài ñồng thời tham gia cắt nhiều hơn Tuy nhiên diện tích tiếp xúc giữa ñá và bề mặt chi tiết gia công lớn, nhiệt cắt lớn, lực cắt lớn hơn, khả năng thoát nhiệt, thoát phoi và tưới dung dịch trơn nguội khó khăn hơn vì vậy dễ gây biến dạng nhiệt, tạo ra vết cháy, vết nứt tế vi trên bề mặt vật mài Nói chung ñộ chính xác và ñộ nhẵn bề mặt ñạt ñược thấp hơn khi mài bằng ñá mài hình trụ

Hình 1.1:Sơ ñồ mài phẳng sử dụng mặt ñầu ñá[6]

1.2.2.Mài phẳng bằng ñá mài hình trụ

Mài phẳng bằng ñá mài hình trụ thực hiện trên máy mài phẳng có bàn

thực hiện chuyển ñộng tịnh tiến dao ngang Sngang ñể mài hết chiều rộng chi tiết

và tiến dao dọc Sdọc sau một lượt mài ñể mài hết lượng dư gia công (Hình 1.2a) hoặc thực hiện trên máy có bàn máy quay tròn quanh tâm của nó còn

dọc Sdọc sau mỗi lượt mài (Hình 1.2b)

Hình 1.2:Sơ ñồ các phương pháp mài phẳng bằng ñá mài hình trụ[6]

So với phương pháp mài phẳng bằng mặt ñầu ñá, phương pháp này có diện tích tiếp xúc giữa ñá và chi tiết nhỏ, lượng hạt mài ñồng thời tham gia vào quá trình cắt nhỏ, lượng nhiệt toả ra trên bề mặt tiếp xúc giữa ñávà phôi ít

hơn Mặt khác khả năng thoát nhiệt, thoát phoi và tưới dung dịch trơn nguội

vào vùng gia công dễ dàng hơn, có thể gia công ñược các chi tiết mỏng, kém

cứng vững, chi tiết yêu cầu gia công với ñộ chính xác cao do ñó phương pháp

này cho ñộ chính xác, ñộ nhẵn bề mặt cao hơn phương pháp trên

Tuy nhiên do diện tích tiếp xúc giữa ñá và chi tiết nhỏ nên năng suất thấp ðể khắc phục nhược ñiểm này người ta có thể sử dụng ñá có bề rộng lớn

hơn bề rộng chi tiết Trong trường hợp này ñầu ñá chỉ thực hiện tiến dao dọc

Sdọc sau mỗi hành trình kép của bàn máy, tuy nhiên máy phải ñảm bảo ñộ

cứng vững và phải sửa ñá cẩn thận ñể tránh ñầu ñá bị côn hoặc ñường sinh ñá

không thẳng dễ gây ra sai số in dập trên bề mặt chi tiết gia công

1.3 QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG KHI MÀI BẰNG ðÁ MÀI THƯỜNG

1.3.1 Lực cắt khi mài bằng ñá mài thường

Lực cắt khi mài thường không lớn (trung bình khoảng 300 ÷400N) vì tiết diện phoi cắt bé Tuy nhiên công suất tiêu hao khi mài lớn vì tốc ñộ cắt khi

mài cao

Xét những tác dụng trên hạt mài (hình 1.3)

Hình 1.3:Các thành phần lực cắt khi mài phẳng.[1]

Trên mặt trước của hạt mài có các lực phân bố pháp tuyến N1, N2…Nn và

ma sát F1, F2,…Fn

Lực cắt ñặc trưng cho quá trình mài về phương diện vật lý Lực cắt khi mài là nguồn ñộng lực gây ra các biến dạng ñàn hồi của hệ thống công nghệ, rung ñộng, nhiệt cắt trong vùng gia công và nó cũng xác ñịnh chế ñộ mòn của

ñá mài Khi lực cắt tăng, tuổi bền của ñá giảm, ñộ chính xác gia công giảm và

ñộ nhám bề mặt tăng lên ðặc biệt, những thay ñổi tức thời của lực cắt là nguyên nhân chính gây ra các dao ñộng cưỡng bức của ñầu ñá tạo nên sóng bề mặt và dạng sai số khác

ðộ lớn của lực cắt phụ thuộc vào số lượng hạt mài ñồng thời tham gia cắt, chiều dày lớp kim loại do mỗi hạt mài bóc ñi, hệ số ma sát giữa bề mặt chi tiết với ñá mài Lực cắt là thông số cơ bản quyết ñịnh ñặc tính mòn của ñá mài Lực P tác dụng trên hạt mài có thể phân thành hai thành phần: Pz theo phương tốc ñộ cắt, và Py nén hạt mài về phía bề mặt ñược gia công (hình 1.3)

Hình1.4 :Sơ ñồ tính lực cắt giả ñịnh khi mài phẳng[1]

Khi nghiên cứu ñộng học quá trình cắt của từng hạt mài riêng lẻ các nhà nghiên cứu ñưa ra sơ ñồ tính giả ñịnhcó thể thay thế các lực thành phần ñó bằng hai lực tổng hợp N, F ñặt tại ñiểm x (hình 1.4)

Trên hình vẽ, N là lực cắt vuông góc với mặt cắt tức thời của từng hạt mài, lực này có xu hướng giữ cho hạt mài không tách ra khỏi bề mặt gia công

và xác ñịnh từ ñiều kiện bền theo ứng suất cắt của vật liệu gia công S là lực cần ñể thắng ma sát.T phản lực tạo bởi ma sát giữa bề mặt làm việc của hạt

mài với vật liệu hạt mài khi chúng chuyển ñộng tương ñối với nhau

Khi xây dựng mô hình lực cắt cho quá trình mài [1]cũng ñưa ra công thức tính lực cắt như sau:

PN = N(sinγx + µcosγx ) (1-1)

PN:Lực cắt hướng kính tổng cộng

Pz:Lực cắt tiếp tuyến tổng cộng Phân tích lực cân bằng N’(có giá trị bằng N) ra các thành phần: S1 tác dụng trên mặt trượt (mm); S2 tác dụng thẳng góc với mặt trượt(mm)

Lực F (lực cân bằng của F) ñược phân thành T1, và T2

f - diện tích cắt

µ’- hệ số ma sát trong trên mặt trượt

Giải các phương trình trên ta ñược:

  (1-7)

PN= . 

   (1-8)

Phân tích hai phương trình trên ta có nhận xét sau

Lực Pz và PN phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công(τs, µ, µ’), kích thước kim loại bị cắt f, góc trước γ và các ñiều kiện cắt khác

Lực PN lớn hơn Pz và tỷ số 

 tăng lên khi giảm chiều dày và tăng góc cắt

Lực tổng hợp R khi mài (hình 1.4) (bằng tích của P với số hạt mài ñồng

hướng kính Py và lực chiều trục Px

Theo một trong các tài liệu về lý thuyết quá trình gia công vật liệu và gia công bằng hạt mài [14] phân tích cho thấy: lực sinh ra khi mài là một trong các thông số quan trọng ñể ñánh giá khả năng gia công của ñá Thông thường thành phần lực này sẽ ñược chia làm ba thành phần theo phương tiếp tuyến, pháp tuyến, và dọc trục Lực dọc trục thường ñược bỏ qua do sự ảnh hưởng tương ñối nhỏ ñến quá trình cắt Chỉ còn lại lực pháp tuyến là lực có ảnh hưởng lớn tới quá trình hình thành bề mặt gia công và ñộ nhám bề mặt gia công Trong khi ñó, lực tiếp tuyến lại có ảnh hưởng chính chủ yếu ñến công suất của máy và tuổi bền làm việc của ñá

Do lực cắt thay ñổi liên tục trong quá trình gia công làm cho biến dạng ñàn hồi của hệ thống công nghệ và vận tốc bóc kim loại thực tế cũng thay ñổi theo, ứng suất nhiệt tại các ñiểm khác nhau của bề mặt gia công sẽ không giống nhau Chất lượng bề mặt vật mài do ñó bị giảm, các cơ cấu máy bị mòn trước thời hạn và không ñều nhau, tuổi bền ñá giảm

1.3.2.Nhiệt cắt khi mài bằng ñá mài thường

ðể mài các chi tiết bằng phương pháp mài phẳng, hiện nay sử dụng rộng rãi loại ñá mài liên tục thông thường và thực hiện mài bằng mặt ñầu của ñá hoặc theo chu vi ñá Quá trình mài ñòi hỏi một nguồn năng lượng lớn ñể bóc

tách vật liệu Phần lớn nguồn năng lượng này ñược chuyển hóa thành nhiệt và tập trung trong vùng mài [10].

Trong quá trình mài, do sự tiếp xúc, cào xước liên tục của các hạt mài lên bề mặt gia công, do vậy việc cung cấp dung dịch trơn nguội vào vùng ñang gia công là rất khó khăn, chính vì vậy nhiệt cắt trong quá trình mài rất lớn (1000 ÷15000c) Thời gian tác dụng ñể phát simh nhiệt rất ngắn (1.10-

4÷5.10-6s) [8], ñiều này ảnh hưởng rất lớn ñến khả năng gia công của hạt mài

và chất lượng bề mặt chi tiết gia công

Khi phân tích về hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt[1]ñưa ra ñược ñồ thịảnh hưởng của tốc ñộ cắt ñến sự thu nhận nhiệt nhưhình 1.5

Hình 1.5:Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt ñến sự thu nhận nhiệt[1]

ðặc trưng của các ñường cong trên hình vẽ thể hiện ñộ lớn tương ñối của các thành phần nhiệt thỏa mãn theo tỷ lệ Qtr> Qob >Qn> Qpr(trong ñóQtr nhiệt truyền vào phoi, Qob nhiệt truyền vào chi tiết gia công, Qn nhiệt truyền vào dụng cụ, Qprnhiệt truyền vào môi trường)[1]

Khác với các phương pháp cắt gọt khác, khi mài bằng ñá mài thường nhiệt ñộ mài chủ yếu truyền vào chi tiết gia công (65%÷84%), phần còn lại truyền vào ñá mài(11%÷12%), vào dung dịch trơn nguội (4%÷13%), vào phoi(3%÷7%) [8,9]

“Nghiên cứu quá trình mòn của ñá mài và ảnh hưởng của nó ñến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài phẳng”[10]cũng ñã xây dựng ñược mô hình truyền nhiệt trong quá trình mài khô, xác ñịnh ñược nhiệt ñộ trên bề mặt chi tiết mài, tỷ lệ truyền nhiệt vào ñá và chi tiết và nêu ra ñược các dạng hư hỏng

- Dùng dung dịch trơn nguội và các biện pháp tưới nguội tiên tiến

- Sử dụng những loại ñá mài có bề mặt làm việc không liên tục, ñá mài có ñộ xốp cao

- Không mài khi ñá mài quá mòn Dùng những vật liệu mài có khả năng cắt gọt cao

1.3.3 Quá trình tạo phoi khi mài bằng ñá mài thường

Khi gia công bằng ñá mài thường, quá trình cắt diễn ra là liên tục trên

bề mặt ñá, các phoi cắt khi sinh ra sẽ chuyển ñộng chạy ngược chiều với phương của vận tốc của ñá Các phoi nhỏ này có xu hướng tích tụ lại thành ñám phoi có kích thước lớn dần và chiếm toàn bộ không gian chứa phoi nhỏ

bé là khoảng cách giữa các hạt mài như trong hình 1.6

Hình 1.6:Sự hình thành phoi mài [11]

Khi ñó, toàn bộ các hạt mài trên bề mặt gần như bị bít lại, các cạnh sắc của hạt mài bị bao phủ hoàn toàn bởi các ñám phoi Nếu như ñám phoi này không nhanh chóng thoát ñược ra khỏi vùng cắt, tức là bị cuốn ra ngoài ñể trả lại ñộ sắc của các hạt mài thì ñá mài sẽ xảy ra trường hợp bị cùn , hay bị bết

ñá , nguyên nhân khiến cho các hạt mài mất ñi hoàn toàn khả năng cắt Khi ñá

bị cùn hay bị bết ñá , sự tương tác giữa ñá mài và bề mặt chi tiết cần gia công chỉ còn xảy ra sự trượt thuần tuý, không xảy ra quá trình cắt Chính ñiều này khiến cho lực pháp tuyến Fn bị tăng lên, ma sát giữa ñá và chi tiết tăng theo làm nhiệt của quá trình cắt cũng tăng, ảnh hưởng ñến quá trình gia công và chất lượng bề mặt chi tiết gia công Sự gia công diễn ra liên tục cũng chính là một trong những nguyên nhân làm dung dịch tưới nguội khó có thể tác ñộng trực tiếp ñến vùng ñang gia công bằng phương pháp tưới nguội thông thường [11]

1.4.ðỘ NHẤP NHÔBỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG KHI MÀI BẰNG

ðÁ MÀI THƯỜNG

Mài là phương pháp gia công tinh lần cuối Nhám bề mặt là một trong các yếu tố ñánh giá chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công ðộ nhám bề mặt ñược hình thành chủ yếu bởi các vết cào xước chồng lên nhau của các ñiểm cắt có chiều cao không bằng nhau [9]

Khi mài ñộ bóng ñạt ñược Ra = 1,25÷0,63µm và lớn hơn(có thể ñạt 0,32µm; 0,16µm) ðể ñạt ñược năng suất và chất lượng bề mặt tốt thì lựachọn ñá mài thích hợp và chế ñộ cắt khi mài là cơ sở ñể ñảm bảo kết quả của quá trình mài Trình tự chọn như sau [1]

1 Chọn loại ñá mài, cấu trúc, ñộ hạt, chất kết dính, ñộ cứng ñá…

2 Chọn chiều sâu cắt t = 0,005÷0,09mm

3 Xác ñịnh lượng chạy dao dọc S = (0,3÷0,6)B; B- chiều rộng của ñá

4 Xác ñịnh tốc ñộ quay của ñá mài (tốc ñộ cắt)

1.5.KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Chương 1ñã tập trung trình bày tổng quan về phương pháp gia công mài, bao gồm các bản chất của quá trình mài, phân tích lực cắt và nhiệt của quá trình mài, quá trình tạo phoi khi mài bằngñá mài thường Phân tích ñộ nhấp bề mặt của chi tiết gia công khi mài bằng ñá mài thường

Trên cơ sở ñó rút ra một số kết luận sau:

1 Phương pháp mài có vị trí quan trọng trong nghành cơ khí chính xácdo có khả năng gia công những vật liệu có ñộ cứng, ñộ bền cao Cho ñộ chính xác và chất lượng bề mặt tốt Mài thường là phương pháp gia công tinh lần cuối, do vậy chất lượng bề mặt là quan trọng và là chỉ tiêu ñểñánh giá khả năng làm việc của chi tiết gia công trong ñó nhám bề mặt ñược chọn làm chỉ tiêu ñểñánh giá chất lượng bề mặt chi tiết sau mài, có ảnh hưởng quan trọng ñến khả năng làm việc của chi tiết máy

2.Bên cạnh những ưu ñiểm ñã ñạt ñược thì các phương pháp mài sử dụng

ñá mài thông thường hiện nay còn có những nhược ñiểm là lực cắt, nhiệt cắt lớn nên có thể gây ra các khuyết tật bề mặt, ảnh hưởng ñến chất lượng bề mặt mài, làm hạn chế khả năng tăng năng suất và hiệu quả của quá trình mài

3 Từ những phân tích trên cho thấy cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu ñể hoàn thiện phương pháp mài, phát triển các phương pháp mài mới; nghiên cứu chế tạo ra các loại vật liệu hạt mài, chất dính kết mới hay nghiên cứu phát triển tạo ra loại ñá mài có cấu trúc phù hợp giảm khuyết tật bề mặt mài, nâng cao ñược chất lượng chi tiết gia công, từ ñó giúp tiết kiệm chi phí và hạ giá thành sản phẩm

Chương 2:

MÀI BẰNG ðÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ðOẠN

2.1 ðÁ MÀI GIÁN ðOẠN

Quá trình mài là quá trình cào xước liên tục các hạt mài lên bề mặt chi tiết gia công, tạo ra nhiều phoi vụn ðộ cứng của hạt mài cao nên có thể cắt gọt các vật liệu cứng mà các dụng cụ cắt khác không gia công ñược hoặc gia công khó khăn như thép tôi, hợp kim cứng… Hạt mài có ñộ giòn cao, lưỡi căt

dễ bị vụn, tạo thành những lưỡi cắt mới hoặc bật ra khỏi chất kết dính ñể hạt mài khác tham gia cắt

Các hạt mài không xác ñịnh, ñược phân bố một cách ngẫu nhiên không theo quy luật, hỗn ñộn trên bề mặt làm việc của ñá Ở ñá mài thường qúa trình cắt diễn ra liên tục trên bề mặt ñá Nhưng không phải tất cả các hạt mài ñều tham gia vào quá trình cắt mà có những hạt mài cắt với quỹ ñạo trùng nhau

Do sự tiếp xúc, cào xước liên tục của các hạt mài lên bề mặt chi tiết gia công nên việc cung cấp dung dịch trơn nguội vào vùng ñang gia công là rất khó khăn, chính vì vậy nhiệt cắt trong quá trình mài lớn, ảnh hưởng ñến khả năng gia công của hạt mài và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công

Việc bố trí các hạt mài liên tục trong vùng gia công như vậy ñã ảnh hưởng lớn rất lớn ñến khả năng gia công của hạt mài và chất lượng bề mặt chi tiết gia công Gần ñây ñã có rất nhiều các công trình nghiên cứu của các học giả trong và ngoài nước ñã ñề cập ñến loại ñá mài có bề mặt làm việc không liên tục và cũng ñưa ra ñược các kết luận về tính ưu việt của loại ñá mài này

so với ñá mài thông thường có bề mặt làm việc liên tục

2.2 QUÁ TRÌNH MÀI BẰNG ðÁ MÀI GIÁN ðOẠN.

2.2.1 Lực cắt khi mài bằng ñá mài gián ñoạn

Lực cắt sinh ra trong quá trình gia công là một trong những thông số quan trọng ñể ñánh giá khả năng cắt gọt của ñá ðặc biệt lực dư thừa trong quá trình cắt gây ra các khuyết tật dưới lớp bề mặt, ảnh hưởng tới chất lượng chi tiết gia công Có rất nhiều các nghiên cứu ñã phân tích ưu ñiểm của loại ñá

mài gián ñoạn Khẳng ñịnh ñược tính ưu việt của loại ñá mài này.[11] phân tích ưu ñiểm nổi bật của ñá mài có bề mặt làm việc gián ñoạn về khả năng giảm lực cắt khi gia công vật liệu ceramics và ñồng thời ñưa ra tính cấp thiết của việc sản xuất loại ñá mài này tại Việt Nam

Hình 2.1: Lực mài cụ thể ñặc trưng cho vật liệu phôi, quá trình mài [18]

v ft =1m/phút, a e =200µm

Hình 2.1 so sánh lực mài tạo ra bởi quá trình mài không liên tục với quá trình mài bằng ñá mài thông thường ởlượng chạy dao và chiều sâu cắtkhác nhau.Trên hình cho thấy rằng vật liệu CMC-II gây ra lực mài cao hơn CMC-I Lực mài giữa CMC-II và CMC-I rất khác nhau có thể là do ñặc tính vật liệu khác nhau của chúng ðộ cứng của CMC-II là khoảng năm 1900 HV0.1 và ñộ bền uốn của nó là khoảng 140 MPa trong khi CMC-I có ñộ cứng thay ñổi trong phạm vi 1.080 ñến 1400HV0.2 và ñộ bền uốn của nó là khoảng 80 MPa Phạm vi ñộ cứng rộng của CMC-I là do sự hiện diện của sợi carbon, silicon

và SiC liên kết với nhau trên một nền thô So với CMC-I, CMC-II có ñộ cứng

và ñộ bền uốn cao hơn nhiều, do hạt kim cương thâm nhập vào phôi nên trở thành cứng hơn và do ñó lực mài cao hơn Nói cách khác, CMC-II thể hiện

sức cản trở lớn hơn ñể cày và cắt Ngoài ra, do ñộ bền uốn cao hơn, ứng suất tốt hơn của CMC-II ñể có thể gây ra các vết nứt trong vật liệu là ñiều cần thiết khi gia công Trong tất cả các thí nghiệm ñược thực hiện, lực mài pháp tuyến cao hơn so với lực mài tiếp tuyến, cả lực mài pháp tuyến và tiếp tuyến ñều giảm trong quá trình mài không liên tục (với việc sử dụng ñá mài T-Tool)[18]

Từ nhiều phân tích cho rằng “ lực cắt là nguyên nhân gây ra sự gãy vỡ của vật liệu gia công trong quá trình cắt”[16] ñã công bố một loại ñá mài tròn

có bề mặt làm việc theo từng ñoạn như hình 2.2a với tỷ lệ và sự phân bố khác nhau ñược thực hiện thí nghiệm theo các thông số như trong hình 2.2b.Kết quả thí nghiệm cho thấy loại ñá mới này có ảnh hưởng rõ rệt tới việc giảm lực cắt trong quá trình gia công khi so sánh với ñá mài thông thường ở cùng chế

ñộ gia công

Hình 2.2: a, Hình dạng của ñá mài tròn với biên dạng không liên tục

b, Bảng các thông số thí nghiệm thực hiện về: vật liệu gia công, tốc ñộ cắt,

tốc ñộ tiến ñá, chiều sâu cắt [16]

Kết quả cũng chỉ ra rằng, khoảng cách gián ñoạn càng lớn và số lượng gián ñoạn càng ít thì lực cắt càng giảm ñáng kể như trong hình 2.3 Trong nghiên cứu này chưa ñưa ra mối quan hệ giữa lượng giảm của lực cắt với khoảng cách và số lượng gián ñoạn trên bề mặt ñá [16]

Hình 2.3 Quan hệ giữa tốc ựộ cắt với lực pháp tuyến (a) và lực tiếp tuyến (b)

khi gia công bằng ựá mài thông thường và ựá mài gián ựoạn đá mài gián

ựoạn thực hiệnkhả năng giảm lực cắt trong quá trình gia công [16]

2.2.2 Nhiệt cắt khi mài bằng ựá mài gián ựoạn

J PeƠrez và các cộng sự [17] phân tắch sự truyền nhiệt trong quá trình mài gián ựoạn Mô tả mối tương tác ựá mài, phôi và dung dịch làm mát đưa

ra một số thuật toán cho pháp nghiên cứu tác ựộng về nhiệt ựộ phôi, vận tốc phôi các thông số liên quan ựến thời gian Xác ựịnh các thông số thắch hợp ựể số lượng vật liệu loại bỏ ựược tối ựa và giảm thiểu ựược lượng dung dịch làm mát

Nguyễn Tiến đông và Nguyễn Thị Phương Giang [11]ựã kết luận rằng

ựá mài với bề mặt làm việc gián ựoạn ựã chứng tỏ ựược khả năng ưu việt hơn

so với ựá mài thông thường trong việc giảm lực và nhiệt trong quá trình cắt Chắnh khoảng cách giữa các gián ựoạn là cơ sở cho việc thoát nhiệt và làm mát tốt hơn trong vùng gia công

2.2.3 Qúa trình tạo phoi khi mài bằng ựá mài gián ựoạn

Với các ựá mài gián ựoạn ựược phát triển như trong các nghiên cứu ựiển hình nêu trên, những nhược ựiểm của phương pháp gia công sử dụng ựá mài có bề mặt làm việc liên tục phần nào ựược giải quyết Chắnh khoảng cách

gián ñoạn giữa các phần gián ñoạn ñã giúp cho việc thoát phoi ñược diễn ra nhanh chóng, ñồng thời giúp cho dung dịch tưới nguội có thể qua khoảng không gian giữa các phần gián ñoạn này mà xâm nhập trực tiếp vào vùng gia công, vừa có tác dụng làm mát, vừa có tác dụng cuốn phoi ra khỏi vùng gia công Khi ñó các lưỡi cắt của các hạt mài sẽ không bị cùn, khả năng xảy ra trường hợp cùn và bết ñá sẽ ít ñi, nâng cao khả năng gia công

2.3.ðỘ NHẤP NHÔ BỀ MẶTCHI TIẾT GIA CÔNG KHI MÀI

Mài bằngñá mài thườngsố lượng nhiều hơn các lưỡi cắt hoạt ñộng và cọ xát nhiều hơn trong quá trình mài Tuy nhiên ñộ nhám bề mặt thu ñược khi màiñá mài có bề mặt làm việc giánñoạncó thể ñược cải thiện 30-40% khi có tia lửa

ñi qua[18]

Hình 2.4 ðộ nhám bề mặt ñặc trưng cho vật liệu phôi, quá trình mài [18]

v ft =1m/phút, a e =200µm

Hình2.5, ñộ nhám bề mặt tăng với lượng chạy dao ngày càng tăng và giảm khi tốc ñộ cắt cao hơn[18]

Hình 2.5: Hình dạng 3D của bề mặt CMC-I [18].

Bên trái: Mài thông thường Bên phải: Mài gián ựoạn với ựĩa mài T-Tool

(đo bởi thiết bị ựo của hãng Mommel Tester T8000)

[12, 13]Tien Dong Nguyen, Koji Matsumaru, Masakazu Takatsu* and Kozo Ishizakinghiên cứu về hiệu quả của hạt mài ựến nhám bề mặt khi mài vật liệuceramics và hợp kim magie Một ựá mài mặt ựầu có bề mặt làm việc với mô hình lục giác, trong ựó các cạnh của hình lục giác có chứa các hạt mài kim cương và lấp ựầy bên trong các hình lục giác bằng vật liệu xốp carborundum màu xanh lá cây không có hạt kim cương Các hình lục giác ựặc trưng bởi kắch thước của hình lục giác (x), và chiều rộng của các cạnh hình lục giác có chứa hạt kim cương (w)

Hình 2.6:đá mài mặt ựầu kim cương gian ựoạn với biên dạng hình lục giác