tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công vật liệu thép c45 sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn

Trong thực tế, tùy theo kết cấu và yêu cầu cụthể về chức năng của từng loại sản phẩm để xác địnhphương pháp gia công cho phù hợp, song cùng với cùng độnhấp nhô và độ chính xác kích thước

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt

và độ bền cao là cơ sở cho sự ra đời và nâng cao chất lượngcác loại sản phẩm máy móc, thiết bị và hình thành, hoànthiện các phương pháp gia công Phương pháp mài có một

vị trí đặc biệt quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại nhờkhả năng vượt trội so với các phương pháp cắt gọt khác khigia công những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng caocho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao Gia công bằngphương pháp mài có thể đạt độ nhấp nhô Ra=1,25-0,63μmμmm(có thể đạt 0,3μm2μmm), độ chính xác kích thước cao tới 0,002-0,003μmmm [1] Trong thực tế, tùy theo kết cấu và yêu cầu cụthể về chức năng của từng loại sản phẩm để xác địnhphương pháp gia công cho phù hợp, song cùng với cùng độnhấp nhô và độ chính xác kích thước chi tiết như đã nêutrên thì phương pháp mài chiếm 80-85%, trừ những kết cấusản phẩm không thể can thiệp được bằng phương pháp mài.Chất lượng bề mặt chi tiết đòi hỏi càng cao thì yêu cầuphương pháp mài càng phải được nghiên cứu, phát triển đểđáp ứng yêu cầu gia công

Quá trình cắt gọt của mài thực chất là quá trình các hạtmài cào xước bề mặt của chi tiết gia công, lượng kim loại

do mỗi lưỡi cắt cắt đi rất nhỏ Các phương pháp mài hiệnnay chủ yếu dùng đá mài thông thường Tuy nhiên, loại đámài 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 …làm hạn chế khả năng ứngdụng của các phương pháp mài thông thường

Để khắc phục những hạn chế trên, phương pháp màidùng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn đã được nghiêncứu, phát triển và ứng dụng để gia công vật liệu Ở nướcngoài, Michele H Miller and Xiaorui Fan [11] đã nghiêncứu sự mài mòn của đá khi mài gián đoạn Taghi Tawakoli,Bahman Azarhoushang [20] đã điều tra tính khả thi của màikhông liên tục với đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn trênhai loại vật liệu composit nền ceramic khác nhau trong khi

J Pe´rez và các cộng sự [22] đã tiến hành phân tích sựtruyền nhiệt trong quá trình mài gián đoạn.v.v Ở trongnước, Nguyễn Tiến Đông, Nguyễn Thị Phương Giang [2] đãnghiên cứu về khả năng giảm lực cắt khi gia công vật liệuceramics sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn

Do mài thường được chọn là nguyên công gia công tinhlần cuối nên chất lượng bề mặt mài ảnh hưởng trực tiếp đến

độ bền của chi tiết máy.Việc nghiên cứu chất lượng bề mặtgia công khi mài bằng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạnđối với nhiều loại vật liệu khác nhau sẽ tạo điều kiện để cảithiện quá trình gia công, nâng cao chất lượng bề mặt, năngsuất và hiệu quả gia công

Thép C45 là mác thép thường được sử dụng để chế tạocác chi tiết máy có độ chính xác cao như các loại trục sửdụng trong các hộp giảm tốc, trục nghiền…Do đó việc mởrộng nghiên cứu chất lượng bề mặt khi gia công các loại vậtliệu, trong đó có vật liệu thép C45 là cần thiết, có ý nghĩakhoa học và thực tiễn

Xuất phát từ những phân tích trên, được sự hướng dẫn

của các thầy giáo, tác giả chọn đề tài: “Chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công vật liệu thép C45 sử dụng đá mài có

bề mặt làm việc gián đoạn”

2 Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích của đề tài

- Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn của đá màigián đoạn corundum đến chiều sâu cắt thực tế và năng suấtcắt gọt khi gia công thép C45 bằng phương pháp mài phẳng

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

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Chiều sâu cắt thực tế và năng suất cắt gọt khi gia côngthép C45 bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài giánđoạn

2.3 Nội dung, phương pháp nghiên cứu

- Nội dung nghiên cứu: Tổng quan về phương phápmài và chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài;tổng quan về kết quả nghiên cứu đối với đá mài gián đoạn;đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài đến chiềusâu cắt thực tế và năng suất gia công khi mài thép C45 bằngphương pháp mài phẳng sử dụng đá mài gián đoạn

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

+ Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.+ Phân tích và đánh giá kết quả

3 Ý nghĩa của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

Mài bằng đá mài gián đoạn được nhiều quốc gia quantâm nghiên cứu và ứng dụng nhưng ở Việt Nam chưa cócông trình nghiên cứu về chất lượng bề mặt thép C45 khimài bằng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn được công

bố, do đó đề tài có ý nghĩa khoa học và phù hợp với hướngnghiên cứu của khoa học và công nghệ về gia công vật liệu

- Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đề xuất một số hướngnghiên cứu mới về đá mài gián đoạn trong tương lai

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG BẰNG

PHƯƠNG PHÁP MÀI

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI

Mài là phương pháp gia công có lịch sử phát triển lâudài và có một vị trí đặc biệt quan trọng trong gia công cơkhí nhờ khả năng vượt trội so với các phương pháp cắt gọtkhác khi gia công những vật liệu có độ bền cơ học và độcứng cao, cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao Tỷ lệmáy mài trong tổng số máy cắt kim loại nói chung chiếmkhoảng 3μm0% nhưng trong một số ngành đặc biệt như chế tạovòng bi thì máy mài chiếm đến 60% [1] Mài là phươngpháp gia công với lưỡi cắt không xác định nên có những đặcđiểm riêng khác biệt so với các phương pháp gia công khác

1 Tính cấp thiết của đề tài

2 Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

2.1 Mục đích của đề tài

2.2 Đối tượng nghiên cứu

2.3μm Nội dung, phương pháp nghiên cứu

3 Ý nghĩa của đề tài

3μm.1 Ý nghĩa khoa học

3μm.2 Ý nghĩa thực tiễn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀI

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI

1.1.1 Đặc điểm của quá trình mài

1.1.2 Quá trình tạo phoi khi mài

1.1.3μm Lực cắt khi mài

1.1.4 Nhiệt của quá trình mài

1.1.5 Sự mài mòn của đá mài và sửa đá

1.2.7 Mài siêu tinh xác

1.2.8 Mài bằng đai mài

1.2.9 Mài điện hóa

1.2.10 Gia công tinh bằng hạt mài tự do

1.4.3μm Một số hướng nghiên cứu để nâng cao chất lượng

bề mặt chi tiết gia công và hiệu suất của quá trìnhmài

hiện tượng vật lý như lực cắt và nhiệt cắt của quá trìnhmài.

- Trình bày các nội dung cơ bản về các phương phápmài thông dụng hiện nay Tổng quan về đá mài và các thànhphần cấu thành đá mài

- Phân tích được các yếu tố đặc trưng của chất lượng bềmặt khi gia công bằng phương pháp mài và một số phươngpháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công Đồng thời, đãtrình bày một số hướng nghiên cứu để nâng cao chất lượng

bề mặt gia công và hiệu suất của quá trình mài

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

- Phương pháp mài có một vị trí đặc biệt quan trọngtrong ngành gia công cơ khí chính xác nhờ khả năng vượttrội so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia côngnhững vật liệu có giá trị độ bền cơ học, độ cứng cao cho độchính xác và chất lượng bề mặt cao Cùng với sự phát triểncủa khoa học kỹ thuật, phương pháp mài đã được nghiêncứu phát triển và ngày càng hoàn thiện để đáp ứng yêu cầugia công

- Do mài thường được chọn là nguyên công gia côngtinh lần cuối nên chất lượng bề mặt chi tiết gia công bằngphương pháp mài có ảnh hưởng quan trọng đến khả nănglàm việc của chi tiết máy Từ bản chất, đặc điểm của quátrình mài và chất lượng bề mặt chi tiết khi mài có thể thấyrằng, bên cạnh những ưu điểm đã đạt được thì các phươngpháp mài sử dụng đá mài thông thường hiện nay còn cónhững nhược điểm là lực cắt, nhiệt cắt lớn nên có thể gây racác khuyết tật bề mặt, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt

mài, làm hạn chế khả năng tăng năng suất và hiệu quả củaquá trình mài.

- Xuất phát từ những phân tích trên cho thấy cần thiếtphải tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện phương pháp mài, từviệc nghiên cứu bản chất của quá trình mài để mở rộng khảnăng công nghệ của mài; phát triển các phương pháp màimới; nghiên cứu chế tạo ra các loại vật liệu hạt mài, chấtdính kết mới hay nghiên cứu phát triển tạo ra loại đá mài cócấu trúc phù hợp giúp cải thiện khả năng gia công, giảmkhuyết tật bề mặt mài, từ đó giúp tiết kiệm chi phí và hạ giáthành sản phẩm

Chương 2:

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHI MÀI BẰNG ĐÁ MÀI

CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN

Hiện nay các phương pháp mài có sử dụng đá màithường dùng các loại đá mài thông thường Bên cạnh những

ưu điểm đã đạt được thì khi gia công với loại đá mài nàycũng đã cho thấy những hạn chế về năng suất gia công vàkhuyết tật bề mặt chi tiết khi mài Các phân tích cho thấynguyên nhân chính của những hạn chế trên là do sự làmviệc liên tục của hạt mài trong quá trình gia công

Để khắc phục những hạn chế của đá mài liên tục thôngthường, xuất phát từ nguyên nhân của những hạn chế đó,một trong những hướng đi mới không những được các nướctrên thế giới tập trung nghiên cứu mà ở Việt Nam cũngđược rất nhiều nhà khoa học quan tâm, đó là xây dựng lêncác loại đá mài có hình dáng hình học mới giúp cải thiệnnăng suất gia công, giảm khuyết tật bề mặt Trong đó, việctập trung nghiên cứu phát triển đá mài có bề mặt làm việcgián đoạn đã được thực hiện Quá trình mài sử dụng đá mài

có bề mặt làm việc gián đoạn đã cho thấy nhiều kết quả ưuviệt với khả năng giảm nhiệt cắt, lực cắt, năng lượng tiêuthụ, tăng năng suất gia công và hiệu quả làm việc của hạtmài Bên cạnh đó, đá mài gián đoạn cũng cho thấy những

ưu điểm về tiết kiệm chi phí sản xuất, chế tạo, sửa chữa,tăng độ an toàn trong gia công cũng như nhiều kết quả khảquan khác

2.1 SỰ PHÁT TRIỂN ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN CHO ĐẾN NAY

2.1.1 Lịch sử phát triển của đá mài gián đoạn

2.1.2 Mô hình hóa đá mài gián đoạn

2.1.3μm Ứng suất sinh ra trong đá mài gián đoạn

2.1.4 Kích thước của đá mài gián đoạn

2.1.5 Sự an toàn khi thiết kế đá mài gián đoạn

2.1.6 Các loại đá mài gián đoạn

2.1.6.1 Đá mài mặt đầu gián đoạn

2.1.6.2 Đá mài tròn gián đoạn

2.1.6.3μm Một số mảnh đá mài của các hãng sản xuất trên thếgiới

2.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC KHI GIA CÔNG BẰNG

ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN SO VỚI ĐÁ MÀI THÔNG THƯỜNG.

2.2.1 Về lực cắt

2.2.2 Về nhiệt cắt

2.2.3μm Về năng suất gia công

2.2.4 Về năng lượng tiêu thụ khi mài

2.2.5 Về lượng mòn của đá

2.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI BẰNG ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN

2.3μm.1 Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt mài

2.3μm.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài

2.3μm.1.2 Ảnh hưởng của vận tốc đá mài

2.3μm.1.3μm Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt2.3μm.2 Ảnh hưởng đến cấu trúc và ứng suất dư lớp bề mặt

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Trong chương này, tác giả đã tập trung nghiên cứu vềlịch sử phát triển của đá mài gián đoạn và tổng hợp trìnhbày những kết quả nghiên cứu mới nhất về đá mài gián đoạn

ở Việt Nam và trên thế giới Từ đó đi đến các kết luận sau:1- Đá mài gián đoạn đã được nghiên cứu phát triển từnhững năm 1970 và đã được ứng dụng để gia công các loạivật liệu có độ cứng cao, khó gia công như ceramics, thép dụng

cụ, thép hợp kim Các loại hạt mài được sử dụng để chế tạo đámài gián đoạn gồm kim cương, nhôm ôxit, CBN

2- Đá mài gián đoạn đã khẳng định được tính ưu việt sovới đá mài liên tục thông thường trong việc giảm lực cắt,nhiệt cắt, năng lượng tiêu thụ, tăng năng suất và hiệu quả giacông, đồng thời giúp tiết kiệm chi phí sửa chữa và tăng độ

an toàn trong gia công Chất lượng bề mặt khi gia công bằng

đá mài gián đoạn cũng đã có những cải thiện đáng kể

3μm- Bên cạnh đó, đá mài gián đoạn cũng thể hiện một sốhạn chế như đòi hỏi yêu cầu cao hơn của hệ thống côngnghệ (máy, dao, đồ gá) Phạm vi sử dụng của đá mài giánđoạn mới chủ yếu được dùng trong quá trình mài phẳng.Đến nay, chưa có lý thuyết toàn vẹn về đá mài gián đoạn

Từ các kết quả thu được, nhiều nước trên thế giới đã tiếptục mở rộng phát triển và ứng dụng đá mài gián đoạn vàosản xuất Tuy nhiên, ở Việt Nam, đến nay chưa có nhiều

công trình nghiên cứu về đá mài gián đoạn được công bố.Các nghiên cứu chế tạo ra các loại đá mài gián đoạn có hìnhdáng hình học mới, dựa trên việc kết hợp sử dụng các loạihạt mài, chất dính kết đã có để gia công các loại vật liệuthông dụng; việc đánh giá về ứng xử của đá mài gián đoạnkhi gia công vật liệu cũng còn hạn chế Do đó, các ứngdụng đá mài gián đoạn để tăng năng suất, hiệu quả gia côngchưa nhiều.

Xuất phát từ những phân tích trên và tiếp nối các nghiêncứu đi trước thấy rằng, việc tiếp tục xây dựng và phát triển

đá mài gián đoạn, tiến hành các thực nghiệm đánh giá ứng

xử và hiệu quả gia công của đá mài gián đoạn bằng phươngpháp mài phẳng đối với các loại vật liệu, nhất là các vật liệuthông dụng trong ngành công nghệ chế tạo máy là rất cầnthiết

Trên cơ sở đó, tác giả quyết định tiến hành các thựcnghiệm nghiên cứu, đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết khigia công vật liệu thép C45 sử dụng đá mài có bề mặt làmviệc gián đoạn bằng phương pháp mài phẳng Từ đó đánhgiá chiều sâu cắt thực tế và năng suất cắt gọt khi gia côngthép C45 bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài giánđoạn

Chương 3 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI GIA CÔNG THÉP C45 BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀI PHẲNG SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM

VIỆC GIÁN ĐOẠN

3.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

- So sánh chiều sâu cắt thực tế khi gia công vật liệu thépC45 bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài giánđoạn và đá mài liên tục Từ đó đánh giá chiều sâu cắt thực

tế và năng suất cắt gọt của đá mài gián đoạn

- Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài đếnchiều sâu cắt thực tế

3.2 MÔ TẢ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM

3.2.1 Vật liệu thí nghiệm

Thép C45 chưa nhiệt luyện có độ cứng khoảng200÷250HB và thép 45 đã qua nhiệt luyện có độ cứngkhoảng 42÷43μm HRC Tất cả các phôi thép đều có cùng kíchthước 100x3μm5x40 (mm)

Bảng 3.1 - Thành phần hoá học của thép Các bon chất

0,04

0,25

0,25

0,25 -

5 ,

% ,% J*cmak/-2 Cán

nóng

Ủ hoặcramnhiệt

a Số lượng đá mài: 06 viên (01 viên đá mài liên tụcthông thường và 05 viên đá mài gián đoạn)

b Hình dáng hình học của đá mài gián đoạn (Hình 3μm.2):

Hình 3.2: Hình dáng hình học của đá mài gián đoạn.

Thông số của đá mài: + Đường kính trong d: 127 mm

c, Xác định tỷ lệ % gián đoạn (η)) của các viên đá mài

Tỷ lệ gián đoạn của đá mài ở đây được định nghĩa là tỷ lệgiữa tổng diện tích của bề mặt đá không chứa hạt mài chiacho tổng diện tích bề mặt đá (tính theo chu vi) Hay có thểtính bằng tỷ số giữa tổng giá trị các góc ở tâm giới hạn bởi

các cung rãnh đá không chứa hạt mài (rad) chia cho tổng giátrị góc ở tâm của cả viên đá (= 2 rad).

Gọi  là góc ở tâm của đá mài giới hạn bởi chiều rộng

xẻ rãnh W của một rãnh đá, R là bán kính ngoài của đá

mài (hình 3μm.4 )

Hình 3.4: Sơ đồ tính toán tỷ lệ % gián đoạn (độ)η)) của đá

Ta có:

) arcsin(

2 2

2

sin

D

W D

W R

tâm đá giới hạn bởi các rãnh đá không có hạt mài là:

(rad) )

Z.

% 100

Bảng 3.5: Tỷ lệ gián % gián đoạn η của các viên đá

Máy mài phẳng: OKAMOTO Xuất xứ: Nhật Bản.

Các thông số bản của máy:

- Kích thước máy: Dài x rộng x cao: 4.280x1.850x 2.190 (độ)mm)

- Công suất độ)ng cơ trục chính: 11 KW

- Tốc độ) trục chính: 1450 vòng/phút

- Về bàn máy:

+ Kích thước bàn máy: Dài x rộng = 2.150 x 800 (mm)+ Khả năng dịch chuyển của bàn máy: Ngang + dọc.+ Hành trình làm việc của bàn máy:

Dài x rộng x cao = 1.200 x 520 x 3μm50 (mm)

- Đường kính bích gá đá: 127 (mm)

- Giới hạn đường kính ngoài của đá : 3μm3μm0≤ D ≤500(mm)

- Chiều sâu cắt: t = 0 ÷ 0,1 (mm)

- Lượng chạy dao s : Vô cấp

Máy mài phẳng OKAMOTO

3.3.1 Phương pháp tiến hành thực nghiệm

a Chuẩn bị trước khi gia công:

- Xác định mác thép C45 nhiệt luyện và không nhiệtluyện Đo độ cứng phôi, gia công chuẩn bị, xác định kíchthước phôi

- Chọn máy, chuẩn bị đồ gá, phương tiện đo kiểm theophương án gia công, thiết lập chế độ cắt

b Tiến hành gia công.

- Sử dụng bộ đá bao gồm 01 viên đá mài liên tục thôngthường và 05 viên đá mài gián đoạn Các thí nghiệm đượcthực hiện với cả hai loại thép C45 nhiệt luyện và không

nhiệt luyện Trong quá trình thí nghiệm, vận tốc cắt vàlượng chạy dao được giữ không đổi trong khi chiều sâu cắtdanh nghĩa (chiều sâu cắt thiết lập cho máy thực hiện mỗi

lần cắt) có giá trị thay đổi gồm t 1 = 0,015mm; t 2 = 0,025mm

và t 3 = 0,05mm/htk của bàn máy Sau mỗi lần cắt, sửa đá đểchuẩn bị cho lần cắt tiếp theo

- Tiến hành đo và ghi chép kết quả

Quá trình cắt được thực hiện với 10 hành trình kép củabàn máy, sau đó dừng máy và tiến hành đo kích thước tạiphôi tại 3μm điểm khác nhau Chiều sâu cắt thực tế tại mỗiđiểm được tính bằng hiệu số của kích thước phôi ban đầu vàkích thước phôi sau khi cắt Giá trị trung bình của chiều sâucắt thực tế tại 3μm điểm này được lấy là giá trị để so sánhchiều sâu cắt thực tế với chiều sâu cắt danh nghĩa đã thiếtlập từ ban đầu

c Xử lý số liệu thí nghiệm.

Các số liệu thu được sau quá trình thí nghiệm được xử lýbằng phần mềm Microsoft Excel 2007 Mối liên hệ giữa cácđiểm thí nghiệm được biểu diễn bằng đường cong bậc haixấp xỉ đi qua gần nhất các điểm thí nghiệm

3.3.2 Kết quả thí nghiệm

3.3.2.1 Khi gia công trên thép C45 không nhiệt luyện

Thép C45 chưa nhiệt luyện có độ cứng khoảng200÷250HB Kết quả mối quan hệ giữa tỷ lệ gián đoạn của

đá mài ( ) đến chiều sâu cắt thực tế (t a) được biểu diễnthông qua các đồ thị Hình 3μm.9; 3μm.10 và 3μm.11 Nhận thấy:

- Trong tất cả các thí nghiệm đã thực hiện, chiều sâu cắtthực tế t a đều có giá trị nhỏ hơn chiều sâu cắt danh nghĩa