Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)

Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ

để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ

3X13 bằng đá mài Hải Dương

Chủ nhiệm đề tài: TS Ngô Cường

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 1

3 Cách tiếp cận 1

4 Phương pháp nghiên cứu 1

5 Phạm vi nghiên cứu 1

Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 3

1.1 Đặc điểm cấu tạo và tính gia công của thép không gỉ 3X13 3

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo 3

1.1.2 Tính gia công của thép 3X13 5

1.2 Một số biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 8

1.2.1 Sử dụng phương pháp mài không liên tục 10

1.2.2 Dùng dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội hợp lý 11

1.2.3 Chọn đá mài hợp lý 14

1.2.4 Chọn chế độ cắt hợp lý 15

1.3 Kết luận Chương 1 17

Chương 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 18

2.1 Hệ thống thí nghiệm 18

2.1.1 Vật liệu thí nghiệm 18

2.1.2 Đá mài thí nghiệm 18

2.1.3 Tưới nguội 19

2.1.4 Máy mài thí nghiệm 19

2.1.5 Phương pháp đo lường 19

2.2 Kết quả thí nghiệm 19

2.2.1 Ảnh hưởng của vật liệu hạt mài đến tuổi bền đá mài 19

2.2.2 Ảnh hưởng của độ cứng đá đến tuổi bền đá mài 20

2.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến tuổi bền đá mài 20

2.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt mài 21

2.2.5 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến hiện tượng nứt do ứng suất 22

2.2.6 Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ cong vênh của chi tiết mài 23

1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt Vđ 23

2 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t 25

3 Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết Vct 25

4 Ảnh hưởng của lượng chạy dao ngang (bề rộng mài b) 26

2.3 Thảo luận 26

2.3.1 Tuổi bền của đá mài 26

2.3.2 Chất lượng bề mặt mài 27

2.3.3 Độ cong vênh 27

2.3.4 Chọn chế độ cắt đề đảm bảo hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 28

2.4 Kết luận Chương 2 28

Chương 3 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ MÀI LÁ VAN MÁY NÉN KHÍ 29

3.1 Điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật của lá van máy nén khí pittông nhiều cấp 29

3.2 Ứng dụng các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ để mài lá van máy nén khí 30

3.2.1 Kết cấu, điều kiện làm việc và dạng hỏng của lá van máy nén khí của Công ty Cổ phần luyện cán thép Gia Sàng 30

3.2.2 Kết cấu, điều kiện làm việc và dạng hỏng của lá van máy nén khí của Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc 32

3.2.3 Phân tích các nguyên nhân gây hỏng lá van 32

3.2.4 Vấn đề chế tạo lá van 34

1 Lá van chế tạo tại Trung tâm thực nghiệm và sản xuất - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên 34

2 Lá van chế tạo tại Công ty Cơ khí Hóa chất - Bắc Giang 35

3 Công nghệ mài lá van 36

KẾT LUẬN 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

3 1.3 Chi phí sửa đá khi mài tròn ngoài một số loại vật liệu 6

4 1.4 Hệ số truyền nhiệt của thép C45 và 3X13 7

5 1.5 Tính gia công khi mài của thép 3X13 và C45 7

6 1.6 Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai môi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1 1.1 Quan hệ giữa thế điện cực và hàm lượng Cr trong hợp

2 1.2 Quan hệ giữa tốc độ ăn mòn thép không gỉ trong không

khí công nghiệp với hàm lượng Cr trong hợp kim Fe-Cr 4

3 1.3 Hệ số dính bám η khi mài tròn ngoài thép ЭИ417, P18

và C45 bằng đá Al2O3

6

4 1.4 Nứt do ứng suất trên bề mặt mài của thép không gỉ 9

6 1.6 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến ứng suất

7 1.7 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới

8 1.8 Nứt do ứng suất khi mài thép không gỉ AISI 304 13

9 1.9 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến mòn đá 14

10 1.10 Ảnh hưởng của tốc độ chi tiết và chiều sâu cắt đến nhiệt

11 2.1 Ảnh hưởng của vật liệu hạt mài đến tuổi bền đá mài 19

12 2.2 Ảnh hưởng của độ cứng đá đến tuổi bền đá mài 20

13 2.3 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến tuổi

14 2.4 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến độ

15 2.5 Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương 5% 22

16 2.6 Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương 10% 22

17 2.7 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ cong vênh chi tiết 23

19 2.9 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ cong vênh chi tiết 25

20 2.10 Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết đến độ cong vênh chi tiết 26

21 3.1 Bản vẽ chế tạo lá van cấp 4 máy nén khí oxy 31

22 3.2 Bản vẽ chế tạo lá van cấp 3 máy nén khí CO2 33

TÓM TẮT KÊT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung

Tên đề tài: Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để

nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương

Mã số: B07-TN09-01

Chủ nhiệm đề tài: TS Ngô Cường

ĐT: 02803847284 E-mail: ngocuong_tn@yahoo.com

Cơ quan chủ trì đề tài: Đại học Thái Nguyên

Cơ quan phối hợp thực hiện: Công ty TNHH Hoa Nam; Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Tham gia thực hiện đề tài: TS Nguyễn Đình Mãn

Thời gian thực hiện: 2007-2008

2 Mục tiêu

Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện mài đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khi mài thép 3X13 bằng đá mài Hải Dương Trên cơ sở đó:

- Xác định chế độ cắt hợp lý

- Lựa chọn các biện pháp công nghệ hợp lý

- Áp dụng kết quả nghiên cứu để sản xuất thử chi tiết lá van của máy nén khí

- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Thái Nguyên

- Đánh giá chất lượng bề mặt của thép ổ lăn khi mài bằng đá Al 2 O 3 và CBN, Tạp

chí Khoa học và Công nghệ, Hà Nội

4.2 Sản phẩm ứng dụng

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu để chế tạo thử nghiệm hai loại lá van máy nén khí làm bằng thép 3X13 nhiệt luyện:

+ Tỷ lệ phế phẩm sau khi mài do cong vênh < 10%

+ Các yêu cầu kỹ thuật khác trong giới hạn cho phép

+ Năng suất gia công đạt yêu cầu

+ Loại lá van thử nghiệm tại Công ty Cổ phần luyện cán thép Gia Sàng – Thái Nguyên đạt tuổi thọ trung bình 360 giờ, loại lá van thử nghiệm tại Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc đạt tuổi thọ trung bình 1000 giờ

- Phạm vi và địa chỉ ứng dụng: Lá van là chi tiết quan trọng và phải thay thế thường xuyên của máy nén khí pittông nhiều cấp, loại máy nén khí này được sử dụng nhiều trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm và luyện kim Một số địa chỉ cụ thể như: Công ty Cổ phần luyện cán thép Gia Sàng - Thái Nguyên, Công ty Gang thép Thái Nguyên, Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc 4.3 Các kết quả khác

- Với các loại đá mài đã thí nghiệm thì đá Sđ60.MV1.G.V1.250x30x75.50m/s

- Những thông số công nghệ chính được sử dụng để mài lá van máy nén khí làm bằng thép 3X13 nhiệt luyện:

Project title: Investigation on choosing cutting mode and technological

measures to improve economic-technical effectiveness of grinding 3X13 stainless steel with Hai Duong grinding wheel

Code number: B07-TN09-01

Coordinator: Dr Ngo Cuong

Tel: 0280.3847284 E-mail: ngocuong_tn@yahoo.com

Implementing Institution: Thai Nguyen University

Cooperating Institution: Hoa Nam CO.,LTD; Thai Nguyen Technology University

Collaborated with: Nguyen Dinh Man

Duration: From 2007 to 2008

2 Objectives

To investigate the influence of grinding conditions on economic-technical criteria when grinding 3X13 stainless steel with Hai Duong grinding wheel On that basis, it is aimed to:

- Determine appropriate cutting mode

- Choose appropriate technological measures

- Apply research results to manufacturing valve leaves of air compressors

3 Main Contents

- General investigation on the influence of cool lubricant liquid, cutting mode

and grinding wheel on economic-technical criteria of 3X13 stainless steel grinding

- General investigation on mechanical, physical and chemical properties and machining characteristics of stainless steel

- General investigation on measures to increase economic-technical effectiveness

of stainless steel grinding

- Experimental investigation on some measures to increase economic-technical effectiveness of 3X13 stainless steel grinding

- Application of research results to trial manufacture of valve leaves of air

compressors

4 Results obtained

4.1 Scientific products (scientific article)

- Investigation on some factors that have influence on economic-technical criteria of 3X13 stainless steel grinding, The Scientific and Industrial Magazine,

Thai Nguyen University

- Evaluation of surface quality of bearing steel when grinding with wheel Al 2 O 3

and CBN, The Scientific and Industrial Magazine, Ha Noi

- Applications: The valve is considered an important part which needs to be usually changed in piston compressors used in chemistry, food and metallurgy For example: Thai Nguyen Iron Refinement Stock Company and Ha Bac Limited

Company of Nitrogenous Fertilizer and Chemistry

4.3 Other results

- The longest lifetime can be get by using grinding wheel Sđ60.MV1.G.V1.250x 30x75.50m/s

- Cool lubricant liquid with elmusion 10% is suitable

- Increasing the percentage of cooling lubricant liquid can reduce the surface roughness and cracks on the surface

- Increasing grinding speed and the depth of cut lead to the reduction of the bending of the workpiece

- Increasing workpiece speed leads to the reduction of the bending of the workpiece

- The main grinding process for grinding compressor valves 3X13:

+ Grinding wheel: Sd60.MV1.G.V1.250x30x75.50 m/s

+ Cooling lubricant liquid: emulsion 10% and fully lubricant

+ Dressing parameters: Ssd = 0,3mm/ph, tsd = 0,02 mm

+ Grinding regime: t = 0,001 mm, Vd = 19 mm/s; Vct = 17 m/ph; Sn = 18mm/ht

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thép không gỉ thường dùng để chế tạo các chi tiết máy của các thiết bị thuộc các ngành hóa chất, chế biến thực phẩm, công nghiệp giấy Hầu hết các chi tiết máy chính xác đều phải gia công qua nguyên công mài Tuy nhiên, hiệu quả kinh tế

- kỹ thuật khi mài thép không gỉ rất thấp do tính khó gia công của vật liệu và do việc lựa chọn các điều kiện mài chưa hợp lý Quá trình mài là một quá trình phức tạp với tập hợp lớn các yếu tố ảnh hưởng, vì thế chỉ có thể lựa chọn được các điều kiện mài hợp lý dựa trên những kết quả nghiên cứu ứng với điều kiện công nghệ cụ thể Đá mài của Nhà máy đá mài Hải Dương được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam từ nhiều năm nay, việc sử dụng loại đá mài này để nghiên cứu sẽ cho phép ứng dụng kết quả vào thực tế sản xuất

2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện mài đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khi mài thép 3X13 bằng đá mài Hải Dương Trên cơ sở đó:

- Xác định chế độ cắt hợp lý

- Lựa chọn các biện pháp công nghệ hợp lý

- Áp dụng kết quả nghiên cứu để sản xuất thử chi tiết lá van của máy nén khí

3 Cách tiếp cận

Kế thừa các kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả thực hiện đề tài và của các tác giả khác có các công trình liên quan đã công bố

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

5 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội, chế độ cắt và các thông

số của đá mài đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13

- Chọn chế độ cắt, dung dịch trơn nguội và loại đá mài hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3x13

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu để mài chi tiết lá van máy nén khí đạt các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật nhất định

Chương 1

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

1.1 Đặc điểm cấu tạo và tính gia công của thép không gỉ 3X13

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo

Nguyên lý chống ăn mòn hóa học của thép không gỉ nói chung và của thép 3X13 nói riêng là hợp kim hoá thép bằng nguyên tố Cr, qua đó làm tăng thế điện cực của dung dịch đặc của Fe để cho lớp bề mặt có thể tạo được một lớp màng mỏng thụ động hoá ổn định và xít chặt trong môi trường oxy hoá

Thế điện cực của Fe trong thép có trị số âm khi trong thép không có Cr hoặc

có Cr nhưng với hàm lượng thấp Khi tăng hàm lượng Cr trong thép thì thế điện cực của dung dịch đặc của Fe cũng tăng nhưng không tăng đều, khi hàm lượng Cr theo tỷ lệ nguyên tử đạt tới 12,5% thì thế điện cực của dung dịch đặc Fe tăng đột biến từ -0,56V lên +0,2V (hình 1.1) và tương ứng độ bền ăn mòn hoá học của thép tăng lên (hình 1.2)

Hình 1.1 Quan hệ giữa thế điện cực và hàm lượng Cr trong hợp kim Fe-Cr [3]

Tỷ lệ nguyên tử 12,5% của Cr trong thép không gỉ khi đổi ra tỷ lệ trọng lượng là 11,7% chính là giới hạn tối thiểu cần thiết của Cr trong thép không gỉ Tuy

nhiên, để đảm bảo cơ tính và độ bền mài mòn của thép không gỉ thì trong thép luôn phải có nguyên tố C mà nguyên tố này lại kết hợp với nguyên tố Cr để tạo thành các bít Cr23C6, vì thế cần phải tăng hàm lượng Cr trong thép không gỉ lên một chút Thực tế thì hàm lượng trung bình theo trọng lượng của Cr trong thép không gỉ là 13%

Hình 1.2 Quan hệ giữa tốc độ ăn mòn thép không gỉ trong không khí công nghiệp

với hàm lượng Cr trong hợp kim Fe-Cr [3]

Trong thép không gỉ ngoài 3 nguyên tố cơ bản Fe, Cr, C ra còn có các nguyên tố khác như Si, Mn, P, Ni,… trong đó có những nguyên tố được cho thêm vào thép không gỉ để cải thiện các tính chất của thép, có những nguyên tố là tạp chất tồn tại trong thép (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Thành phần hoá học của thép 3X13

0,260,35  0,80  0,80  0,03  0,025 1214  0,20  0,60 Nguyên tố Ni làm cho tổ chức của thép thay đổi rõ rệt, mở rộng khu vực ôstenit, tăng khả năng thấm tôi, tăng tính biến dạng nguội và độ dai va đập

Nguyên tố Cr là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất của thép không gỉ, nó tạo khả năng chống ăn mòn, tăng tính chịu mài mòn, tăng độ dẻo dai va đập của thép

Nguyên tố C làm tăng độ cứng và khả năng chịu mài mòn của thép sau khi tôi

Các nguyên tố Mn, S, P tồn tại trong thép không gỉ như là các tạp chất, tuy nhiên S cũng có tác dụng làm tăng tính lưu động và tính chống oxy hoá của thép không gỉ, còn Mn với hàm lượng dưới 2% thì không ảnh hưởng gì tới tính chất của thép không gỉ Nguyên tố Ti có tác dụng ngăn ngừa tinh giới của thép không gỉ

Bảng 1.2 Mác thép tương đương của các nước Nga

(TC гOCT)

Trung Quốc (TC GB)

Nhật (TC JIS)

Đức (TC DIN)

1.1.2 Tính gia công của thép 3X13

Tính gia công là một tính chất vật lý - kỹ thuật phức tạp của vật liệu phản ánh khả năng chịu cắt gọt của vật liệu trong những điều kiện xác định

Các yếu tố quyết định tính gia công của vật liệu gồm [2]:

- Thành phần hóa học và cấu trúc của vật liệu

- Tính chất cơ, lý của vật liệu

- Phương pháp gia công và điều kiện gia công

Khi gia công bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt xác định (như tiện, phay, khoan,…) hoặc khi mài thô thì thường chọn chỉ tiêu để đánh giá tính gia công của vật liệu là lực cắt vì nó phản ánh được năng suất cắt gọt, mức tiêu hao năng lượng

và hiệu quả kinh tế của quá trình gia công Khi mài tinh thường chọn chỉ tiêu tuổi bền đá mài, đây là chỉ tiêu tổng hợp phản ánh mức độ phù hợp của cặp đá - vật liệu gia công, phản ánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình mài (bảng 1.3)

Bảng 1.3 Chi phí sửa đá khi mài tròn ngoài một số loại vật liệu [1]

Dạng gia

công Vật liệu gia công Thời gian sửa đá theo

% thời gian máy

Chi phí cho sửa đá theo % giá thành nguyên công

Thép không gỉ nói chung và thép 3X13 nói riêng có tính gia công thấp (khó gia công) vì những nguyên nhân sau [2]:

- Có độ bền cơ học cao: sau khi tôi và ram thì giới hạn bền của chúng thường lớn hơn 180 kg/mm2 làm cho lực cắt và nhiệt cắt khi gia công rất lớn, tuổi bền của dụng cụ, độ chính xác gia công và năng suất cắt gọt giảm

- Có tính chống mài mòn cao: hàm lượng Cr cao làm tăng hệ số ma sát của thép và làm cho dụng cụ cắt bị mòn nhanh

- Có độ dẻo, dai và tính dính bám cao:

Hình 1.3 Hệ số dính bám  khi mài tròn ngoài thép ЭИ417, P18 và 45

bằng đá Al2O3[19]

+ Độ dẻo, dai cao làm cho các hạt mài dễ bị bật ra khỏi đá ngay cả khi vẫn còn sắc gây hao mòn đá Khi gia công, bề mặt bị biến dạng dẻo mạnh nên rất khó đạt được độ bóng cao

+ Khi mài thép không gỉ thì hiện tượng mòn đá do dính bám vật liệu gia công vào lưỡi cắt của các hạt mài (mòn hóa học) xảy ra ngay từ đầu chu kỳ mài sau khi sửa đá và có tốc độ lớn hơn nhiều so với khi mài các loại thép thông thường (hình 1.3) Đây là một trong những nguyên nhân quan trọng làm giảm nhanh khả năng cắt của các hạt mài từ đó làm giảm nhanh tuổi bền của đá mài

- Có hệ số truyền nhiệt thấp: hệ số truyền nhiệt của thép không gỉ 3X13 thấp hơn nhiều so với các loại thép thông thường (bảng 14)

Bảng 1.4 Hệ số truyền nhiệt của thép C45 và 3X13 Vật liệu Hệ số truyền nhiệt ở 1000C (kcal/m.h.độ)

bị thay đổi mạnh, giảm độ cứng, tăng độ nhám, gây ra cháy, nứt và ứng suất dư kéo lớn, kết quả là độ bền của chi tiết khi làm việc giảm đi nhiều Ngoài ra, nhiệt độ mài cao còn gây cong, vênh chi tiết gia công (nhất là dạng chi tiết có kích thước nhỏ hoặc mỏng, phẳng) và làm giảm tuổi bền của đá mài [6]

Bảng 1.5 Tính gia công khi mài của thép 3X13 và C45

theo chỉ tiêu tuổi bền đá mài [19]

Vật liệu Tuổi bền đá (phút)

Đánh giá tính gia công của thép không gỉ khi mài theo chỉ tiêu tuổi bền đá, nghiên cứu thực nghiệm của Л.Н Филимоновđã cho thấy thép 3X13 khó gia công hơn thép 45 khoảng 6 lần (bảng 1.5)

Tính gia công thấp làm ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ, cụ thể [2]:

- Chi tiết bị cong vênh (nhất là những chi tiết nhỏ, mỏng)

1.2 Một số biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không

gỉ

Để nâng cao hiệu quả kinh tế cần: tăng tuổi bền đá mài; tăng tốc độ bóc vật liệu Để nâng cao hiệu quả kỹ thuật cần: giảm nhiệt độ mài; giảm độ nhám bề mặt gia công

Các biện pháp giảm nhiệt độ mài được đặc biệt quan tâm vì có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng bề mặt gia công và độ cong, vênh chi tiết, đồng thời ảnh hưởng đến tuổi bền đá mài Nhiệt cắt khi mài có thể xác định theo công thức [6]:

( )

) (

) (

5 , 0

5 , 0

C c

V l p f k T

 - trọng lượng riêng của vật liệu gia công;

c - nhiệt dung của vật liệu gia công

Công thức trên cho thấy: do có hệ số truyền nhiệt thấp, hệ số ma sát cao và lực cắt lớn nên nhiệt cắt khi mài thép không gỉ cao hơn nhiều so với khi mài các loại thép khác

Các nghiên cứu thực nghiệm về mài thép không gỉ [8, 9, 11, 12, 14 ] cho thấy: khác với các loại thép thông thường, hiện tượng nứt tế vi bề mặt mài của thép không gỉ xảy ra ngay cả khi đá vẫn còn khả năng cắt tốt và trên bề mặt mài chưa xuất hiện vết cháy Các tác giả đều cho rằng nguyên nhân của các vết nứt tế vi là do tác dụng của nhiệt độ cao ở vùng cắt đã tạo ra tổ chức kim loại ở lớp bề mặt không đều và gây ra ứng suất dư kéo lớn (nứt do ứng suất) Các vết nứt thường xuất hiện

ở vùng tinh giới của lớp bề mặt và là nguyên nhân quan trọng làm giảm độ bền mỏi của chi tiết máy

Hình 1.4 Nứt do ứng suất trên bề mặt mài của thép không gỉ [9]

Do việc đo nhiệt độ mài rất khó khăn và kém chính xác nên hiệu quả của các biện pháp giảm nhiệt độ mài thường được đánh giá gián tiếp qua các thông số chất lương bề mặt (độ nhám, cháy, nứt, ứng suất dư ) và độ cong, vênh chi tiết gia công

1.2.1 Sử dụng phương pháp mài không liên tục

Mài không liên tục là tạo ra sự gián đoạn trong quá trình cắt gọt giữa đá mài

và chi tiết gia công bằng cách dùng những loại đá mài có bề mặt làm việc không liên tục (hình 1.5)

Hình 1.5 Một số kiểu đá mài không liên tục [6]

Mài không liên tục làm giảm thời gian tiếp xúc liên tục của đá mài với bề mặt gia công đồng thời cải thiện điều kiện tưới nguội do đó nhiệt độ mài giảm

Phương pháp mài không liên tục khá đơn giản, dễ ứng dụng và có hiệu quả khá tốt nhưng có nhược điểm là làm giảm độ cứng vững và độ an toàn của đá, tăng

rung động qua đó làm tăng độ nhám và độ sóng bề mặt gia công vì thế không phù hợp để mài tinh các chi tiết có độ chính xác cao

1.2.2 Dùng dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội hợp lý

Thành phần hóa học và nồng độ của dung dịch trơn nguội ảnh hưởng đến khả năng bôi trơn và làm mát của dung dịch qua đó ảnh hưởng đến nhiệt độ mài và ứng suất dư bề mặt (hình 1.6)

Hình 1.6 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến ứng suất dư bề mặt [18]

Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới đến độ nhám bề mặt mài [13], các tác giả Webster và Ciu đã thí nghiệm với:

- Hai loại đá mài: Al2O3 và CBN;

- Hai loại dung dịch trơn nguội: nhũ tương tổng hợp 5% và dầu nguyên nhất;

- Hai loại đầu phun: đầu phun thường và đầu phun Webster có đường kính 3mm, 4mm, 5mm (đầu phun Webster có áp suất tưới cao hơn đầu phun thường)

Kết quả đo độ nhám bề mặt mài cho trên hình 1.7:

Hình 1.7 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới nguội

đến độ nhám bề mặt mài [13]

Ta có một số nhận xét sau:

- Dầu nguyên chất có khả năng bôi trơn tốt hơn đã làm giảm ma sát giữa đá mài và vật liệu gia công, giảm nhiệt độ mài, giảm biến dạng dẻo bề mặt do đó cho

độ nhám bề mặt gia công thấp hơn

- Đầu phun có áp suất tưới cao hơn sẽ làm tăng hiệu quả cung cấp dung dịch trơn nguội vào vùng tiếp xúc giữa đá và chi tiết gia công nên độ nhám bề mặt gia công thấp hơn

- Nếu khi mài các vật liệu dễ gia công chỉ cần tưới với áp suất 3  4 atmotphe thì khi mài các loại vật liệu khó gia công cần tưới với áp suất từ 5  10 atmotphe [6]

Hiện nay một số nước đã ứng dụng công nghệ trơn nguội với khí nitơ được hoá lỏng ở nhiệt độ thấp khi mài các loại vật liệu khó gia công Nabil Ben Fredj và các tác giả [9] đã nghiên cứu thực nghiệm mài thép không gỉ AISI 304 trên máy mài phẳng với ba môi trường là mài khô, dầu hoà tan và khí nitơ hóa lỏng, kết quả cho thấy độ nhám bề mặt mài thấp nhất khi tưới nguội bằng khí nitơ hoá lỏng (bảng 1.6)

Bảng 1.6 Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai môi trường làm mát [9]

Vct (m/ph)

t (mm)

Ra (m) Dầu Nitơ hóa lỏng

a) b)

Hình 1.8 Nứt do ứng suất khi mài thép không gỉ AISI 304 [9]

a) Làm mát bằng khí nitơ hóa lỏng b) Làm mát bằng dầu cắt

Nghiên cứu của các tác giả Upadhyaya và S.Malkin [18] về ảnh hưởng của lưu lượng tưới nguội đã cho thấy: nếu tăng lưu lượng tưới nguội thì làm tăng lượng dung dịch vào vùng tiếp xúc đá – chi tiết do đó làm giảm ma sát, tăng tốc độ tản nhiệt nên nhiệt độ mài giảm Tuy nhiên với mỗi phương pháp tưới nguội cụ thể thì chỉ nên tăng lưu lượng tưới nguội đến một giới hạn nhất định bởi vì sau đó nhiệt độ mài hầu như giảm không đáng kể (trong thí nghiệm của các tác giả thì giới hạn đó

là khoảng 9 lít/phút)

Mòn cơ học và hóa học của đá mài phụ thuộc vào quá trình tương tác lý, hóa tại vùng mài, vì vậy thành phần hoá học và nồng độ của dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng nhiều đến tuổi bền của đá mài (hình 1.9)

Hình 1.9 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến mòn đá [18]

Như vậy, để nâng cao tuổi bền của đá mài cần tăng cường tính chất bôi trơn của dung dịch

1.2.3 Chọn đá mài hợp lý

Chọn đá mài thép không gỉ theo định hướng sau [2, 4, 5, 6]:

- Vật liệu hạt mài: oxyt nhôm điện trắng hoặc cacbit silic đen Hai loại hạt mài này có khả năng tự mài sắc tốt nên duy trì khả năng cắt của đá lâu hơn (tuổi bền cao hơn) và nhiệt độ mài thấp hơn