Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên máy phay CNC sử dụng đá mài CBN

Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, tôi lựa chọn thực hiện đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên máy phay CNC sử dụng đá mài CBN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM HỒNG HẢI

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀI BỀ MẶT ĐỊNH HÌNH

TRÊN MÁY PHAY CNC SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CBN.

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số : 60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS TRẦN MINH ĐỨC

THÁI NGUYÊN – NĂM 2015

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ht t p: / /ww w .lr c- tnu.edu.vn/

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Phạm Hồng Hải - Học viên cao học lớp K14 chuyên ngành Kỹ thuật Cơ

khí, khóa 2011- 2013 trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên

Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, tôi lựa chọn thực

hiện đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên

máy phay CNC sử dụng đá mài CBN”

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy giáo TS Trần Minh Đức

và sự nỗ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực vàchưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần thamkhảo đã được ghi rõ trong Luận văn

Thái Nguyên, ngày 17 tháng 11 năm 2014

Học viên

Phạm Hồng Hải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ht t p: / /ww w .lr c- tnu.edu.vn/

Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo,các bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình làm luận vănnày.

Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắnluận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong muốn sẽ nhận đượcnhững chỉ dẫn từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đượchoàn thiện và có ý nghĩa hơn nữa trong thực tiễn

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả

Phạm Hồng Hải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ht t p: / /ww w .lr c- tnu.edu.vn/

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iLỜI CẢM ƠN iiiMỤC LỤC ivDANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANHMỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ix PHẦN MỞĐẦU 1

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3

văn 4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÀI 5

1.3.1 Khái quát về các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực mài 22

1.3.2 Định hướng nghiên cứu 23

CHƯƠNG II.NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀI BẰNG ĐÁ CBN24 ĐỂ GIA CÔNG CÁC MẶT ĐỊNH HÌNH 24

2.1 Đặc tính của đá mài CBN 24

2.1.1 Độ cứng 24

2.1.2 Tính chống mòn 25

2.1.3 Tính dẫn nhiệt 25

2.1.4 Độ bền nén .28

2.1.5 Lực cắt 28

2.2 Mòn và tuổi bền của đá mài .31

2.2.1 Mòn của đá mài .31

2.2.2 Tuổi bền của đá mài 32

2.3 Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng bề mặt gia công khi mài bằng đá mài CBN .33

2.3.1 Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt mài .33

2.3.2 Ảnh hưởng đến cấu trúc lớp bề mặt mài .38

2.3.3 Ảnh hưởng đến ứng suất dư lớp bề mặt mài .39

2.4 Mài bề mặt định hình bằng đá CBN trên máy Phay CNC 41

2.5 Giới hạn vấn đề nghiên cứu 43

2.6 Kết luận 45

CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 46

3.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 46

3.2 Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm 46

3.3 Thiết bị thí nghiệm 46

3.3.1 Máy phay CNC 46

3.3.2 Đá mài 47

3.3.3 Tưới nguội 49

3.3.4 Phôi thí nghiệm 50

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ht t p: / /ww w .lr c- tnu.edu.vn/

3.3.5 Thiết bị đo 50

3.4 Trình tự thí nghiệm 52

3.4.1 Chuẩn bị 52

3.4.2 Tiến hành thí nghiệm 52

3.4.3 Xử lý kết quả thí nghiệm 55

3.5 Thảo luận kết quả thí nghiệm 60

3.5.1 Nhám bề mặt .60

3.5.2.Chất lượng bề mặt gia công 61

3.5.3 Cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 61

3.5.4 Sai lệch kích thước 62

3.5.5 Hiệu quả kinh tế 62

3.6 Kết luận chương 3 62

KẾT LUẬN CHUNG 64

1 Kết luận chung 64

2 Hướng nghiên cứu tiếp theo .64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ht t p: / /ww w .lr c- tnu.edu.vn/

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Piz Thành phần lực cắt theo phương tiếp tuyến tác dụng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ht t p: / /ww w .lr c- tnu.edu.vn/

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ht t p: / /ww w .lr c- tnu.edu.vn/

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng 7

Hình 1.2 Các dạng có thể có của lưỡi cắt 8

Hình 1.3 Quá trình tạo phoi khi mài 9

Hình 1.4 Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài 12

Hình 1.5 Sự hình thành độ nhám bề mặt [4] .15

Hình 1.6 Ảnh SEM bề mặt mài [14] 16

Hình 1.7 Cấu trúc lớp bề mặt [14 18

Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn độ cứng của các loại hạt mài [6] 24

Hình 2.2 So sánh tính chống mài mòn của đá CBN với các vật liệu khác nhau [16]

25 Hình 2.3 Lực cắt khi mài thép ổ lăn AISI 52100 bằng đá CBN [26] .28

Hình 2.4 Lực cắt khi mài bằng các loại đá khác nhau [13] 29

Hình 2.5 Ảnh hưởng của vận tốc đá đến lực cắt khi mài bằng đá CBN [15 ] 30

Hình 2.6 Quá trình mòn của đá 32

Hình 2.7 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội 34

Hình 2.7 Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với các loại dung dịch trơn nguội khác nhau [28] .35

Hình 2.8 Ảnh SEM trạng thái bề mặt khi mài bằng đá mài CBN với vận tốc đá khác nhau [29] 36

Hình 2.9 Ảnh hưởng của vận tốc đá đến độ nhám bề mặt khi mài bằng đá mài CBN [29] 36

Hình 2.10 Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặtkhi mài bằng đá CBN [30] 37

Hình 2.11 Ảnh hưởng của độ hạt đá mài CBN đến độ nhám bề mặt mài [31] 38

Hình 2.12 Ảnh hưởng của lưu lượng tưới nguội tới nhiệt độ mài khi mài bằng đá CBN [32] 39

Hình 2.13 Ứng suất dư với các loại dung dịch trơn nguội khi mài bằng đá CBN và Al203 [33] 40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ht t p: / /ww w .lr c- tnu.edu.vn/

Hình 2.14 Ảnh hưởng của vận tốc đá đến ứng suất dư khi mài bằng đá CBN [34]

41

Hình 2-15: Các bề mặt định hình 42

Hình 3.1 Máy phay CNC YDC - 96 46

Hình 3.2 Đồ gá lắp đá mài CBN lên lên máy phay CNC 47

Hình 3.3 Đá mài CBN 125D-3X- 19T-31.75H, CBN 400N85B3,0 49

Hình 3.4 Máy đo độ nhám Mytutoyo SJ – 201 51

Hình 3.5 Kính hiển vi OLYMPUS GX51 51

Hình 3.7 Tiến hành gia công bằng đá CBN trên máy phay CNC YDC - 96 54

Hình 3.8 Sản phẩm sau khi gia công mài 54

Hình 3.9 Đồ thị phân bố nhám bề mặt .55

Hình 3.10 Đồ thị phân bố sai lệch kích thước lớn nhất 57

Hình 3.11 Hình ảnh chụp tế vi bề mặt khi mài bằng đá mài Hải Dương 58

Hình 3.12 Hình ảnh chụp tế vi bề mặt khi mài bằng đá mài CBN 58

Hình 3.13 Hình ảnh chụp cấu trúc kim loại bề mặt gia công bằng đá mài Hải Dương 59 Hình 3.14 Hình ảnh chụp cấu trúc kim loại bề mặt gia công bằng CBN 59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ht t p: / /ww w .lr c- tnu.edu.vn/

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim [4] .13

Bảng 2.1 Một vài số liệu về hệ số dẫn nhiệt của đá mài CBN và Al203 [24] .26

Bảng 2.2 Hệ số dẫn nhiệt lý thuyết và thực nghiệm của đá CBN và Al203 [24] .27

Bảng 2.3 Nhiệt độ khi mài khô bằng đá mài Al203 và CBN [25] .27

Bảng 2.4 Nhiệt độ khi mài ướt bằng đá mài Al203 và CBN [25] .27

Bảng 2.5 Giá trị của Rw khi mài bằng đá mài CBN và Al203 [25] 39

Bảng 3.1.Kết quả đo nhám trung bình 55

Bảng 3.2.Kết quả đo sai lệch kích thước lớn nhất 56

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ht t p: / /ww w .lr c- tnu.edu.vn/

1

1 Tính cấp thiết của đề tài

PHẦN MỞ ĐẦU

Mài là một phương pháp gia công tinh được sử dụng rất phổ biến trongngành chế tạo máy Mài đặc biệt chiếm ưu thế khi gia công tinh các chi tiết đã tôicứng, các chi tiết có độ cứng, độ bền cao vv Với sự phát triển nhanh chóng củakhoa học kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp phát triển Các chi tiết máy

có độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền cao là cơ sở cho sự ra đời các loạimáy móc, thiết bị hiện đại, có chất lượng cao (độ chính xác, độ tin cây, độ bềncao…) Phương pháp mài có một vị trí quan trọng trong gia công cơ khí, nhờ khảnăng vượt trội so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia công những vật liệu có

độ bền cơ học và độ cứng cao cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao

Gần đây đã có nhiều nghiên cứu về phương pháp tiện cứng và phay cứngbằng mảnh dao CBN để gia công tinh các vật liệu khó gia công đã qua tôi Tuynhiên, xét về hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, khi gia công những chi tiết yêu cầu độchính xác và chất lượng bề mặt rất cao thì chưa có phương pháp nào thay thế đượccho phương pháp mài

Các loại vật liệu hạt mài thông thường gồm Ôxit nhôm, cacbit silic, cacbit Bo

… Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài bằng đá mài sử dụng những loại vật liệu hạtmài này bị hạn chế (đặc biệt khi mài những vật liệu khó gia công) do sau một thờigian làm việc đá mòn và phải sửa lại đá Việc phát minh ra loại vật liệu hạt mài siêucứng là cubic boron nitride (CBN) đã góp phần cải thiện đáng kể hiệu quả kinh tế -

kỹ thuật của phương pháp mài Vật liệu hạt mài này được các nước công nghiệp tiêntiến ứng dụng nhiều vào việc gia công cơ khí từ những năm 70 của thế kỷ 20

Vật liệu CBN có độ cứng cao gần gấp đôi oxide nhôm và khả năng chịunhiệt đến 13710C [16] Do độ cứng cao, đá mài làm bằng CBN có khả năng duy trìdung sai rất nhỏ, quá trình cắt ổn định tạo ra chất lượng bề mặt gia công cao và ổnđịnh Ngoài ra, đá mài CBN còn có khả năng lấy đi lượng dư đều đặn trên bề mặtcủa chi tiết gia công mà không cần bù độ mòn của đá mài

Từ trước tới nay mài bằng đá mài CBN được nhiều nhà khoa học các nước

quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhưng ở Việt Nam có rất ít công trình nghiên cứu

về lĩnh vực này được công bố, việc sử dụng đá mài CBN vào sản xuất cũng chưa phổbiến Tuy nhiên việc đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt để đảm bảo chất lượng bềmặt gia công đồng thời tăng tuổi bền của đá mài trong quá trình mài chưa có côngtrình nghiên cứu nào đề cập đến nhất là trong trường hợp gia công các khuôn cắtcũng như chày dâp

Hiện nay các loại thép có độ cứng

chính xác bề mặt

Xuất phát từ nhu cầu sử dụng và khai thác thiết bị thực tế của trường Caođẳng nghề cơ điện Phú thọ, nhà trường được trang bị một máy mài phẳng năm 2008nhưng từ đó đến nay nhà trường mới chỉ khai thác để mài các loại thép thường với

đá mài Hải Dương Nhu cầu mài các chi tiết có độ chính xác, chịu tải va đập lớn, chịumài mòn và chịu ăn mòn hóa học cao là rất lớn Việc nghiên cứu công nghệ mài cácloại thép này đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đồng thời tăng tuổi bền cho đá đảm bảohiệu quả kinh tế và phát huy hết tính năng của máy ứng dụng trong sản xuất cũngnhư trong giảng dạy của nhà trường là rất cần thiết Mặt khác trong thực tế sản xuấtkhi mài các mặt định hình nhà trường chưa có máy mài CNC nên gặp khó khăn tronggia công Các chi tiết định hình gia công bằng phương pháp mài yêu cầu phải đảmbảo độ chính xác về kích thước Đạt độ đồng tâm giữa các bề mặt định hình vớiđường tâm chi tiết Đảm bảo độ sai lệch về hình dạng hình học, độ côn, độôvan trong phạm vi cho phép vad đảm bảo về độ nhẵn bóng bề mặt Để giảiquyết được các vấn đề này trong khi chưa có máy mài CNC thì việc ứng đụng khảnăng công nghệ máy phay CNC để mài định hình theo Contuor trên máy CNC là cầnthiết

Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên tác giả chọn đề tài: " Nghiên

cứu ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên máy phay CNC sử dụng đá mài CBN",

2 Mục tiêu nghiên cứu là :

Nghiên cứu khả năng cắt của đá mài CBN khi mài bề mặt định hình bằng đá

mài CBN và đá mài Al2O3 do Nhà máy Đá mài Hải Dương sản xuất với vật liệu làthép 9XC nhiệt luyện trên máy phay CNC; Chỉ tiêu đánh giá là nhám bề mặt và sailệch kích thước bề mặt gia công.

3 Dự kiến các kết quả đạt được

- Đưa ra phương pháp mài bề mặt định hình trên máy phay CNC bằng đá màiCBN cho chất lượng bề mặt tốt, đảm bảo hiệu quả kinh

tế

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm trong đó thực nghiệm là chủ yếu

5 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về mài và chất lượng bề mặt gia công và các yếu tốảnh hưởng đến các thông số đặc trưng cho chất lượng bề mặt gia công bằngphương pháp mài

- Nghiên cứu tổng quan về các đặc tính cắt gọt của đá mài và chất lượng bềmặt mài bằng đá CBN;

- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên máy phay CNC.Đánh giá chất lượng bề mặt mài bằng đá CBN khi mài thép 9XC nhiệt luyện trênmáy mài phay CNC theo chỉ tiêu nhám bề mặt và sai lệch kích thước gia công

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần ứng dụng công nghệ mài bề mặt địnhhình trên máy phay CNC bằng đá mài CBN vào gia công cơ khí ở Việt Nam nhằmnâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật

7 Nội dung của luận văn

Kết cấu của luận văn bao gồm ba chương và phần kết luận chung

Chương 1: Tổng quan về mài

Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài bằng đá CBN để gia công

các mặt định hình

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm

Kết luận chung

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÀI 1.1 Tổng quan về công nghệ mài

1.1.1 Tổng quan về công nghệ mài

a Đặc điểm, ý nghĩa của quá trình mài

Mài là một phương pháp gia công cắt gọt kim loại tốc độ cao bằng một sốlượng lớn các lưỡi cắt rất bé của hạt mài Các hạt mài được giữ chặt trong đá màibằng chất kết dính Mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các phương pháp giacông cắt gọt khác:

- Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thờitham gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hìnhdáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết Đa số các hạt mài cónhiều lưỡi cắt, có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắtgọt: Góc trước thường âm và góc cắt thường lớn hơn 900, có bán kính ở các lưỡicắt

- Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường Vd = 30 35 m/s, tốc độ có thể lên tới

100 m/s hoặc cao hơn Tiết diện phoi mài rất bé

- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn(1000 ÷ 15000 C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt

- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ, sốlượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trongmột phút), vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia côngtạo ra độ nhẵn bóng và độ chính xác cao

- Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công đượcnhững vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không cắt được như thép tôi, hợp kimcứng, thép bền nhiệt nhưng lại không gia công được những vật liệu rất mềm

- Lực cắt khi mài thường không lớn (trung bình vào khoảng 300N - 400N) vì tiếtdiện của phoi hạt mài rất bé Thường Py = (1,5 ÷ 3) Pz, lực Px bé hơn lực Pz nhiều.Tuy nhiên công suất tiêu hao khi mài rất lớn vì tốc độ cắt khi mài rất cao [1]

- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: Dưới tác dụng của tảitrọng cơ, nhiệt các hạt mài đã mòn bật ra khỏi bề mặt đá tạo điều kiện chonhững

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 động thay đổi được hìnhdáng và vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều khiển quátrình mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa được nghiên cứutoàn diện

Do những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia công các vật liệu có độcứng và độ bền cao cho độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên phươngpháp mài có vị trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại Mặc dù được sử dụng

cả trong gia công thô nhưng chỉ trong gia công tinh thì những ưu thế của phươngpháp mài mới thực sự được phát huy, vì vậy mài thường được chọn là nguyêncông gia công tinh lần cuối các bề mặt Trong tổng số máy công cụ, máy mài chiếmđến 30%, còn trong một số ngành đặc biệt như chế tạo vòng bi máy mài chiếm đến60% [1]

Ngày nay, cùng với sự phát triển của ngành chế tạo máy, những loại vật liệu

có tính năng cơ học cao, khó gia công ngày càng được sử dụng rộng rãi Những đòihỏi về độ chính xác và chất lượng gia công ngày càng cao thì mài càng được quantâm nghiên cứu và sử dụng rộng rãi hơn bất kỳ một dạng gia công cơ nào khác Do

đó mài luôn được nghiên cứu và mở rộng

b Khả năng công nghệ của mài

Mài có thể gia công được hầu hết các dạng bề mặt: Mặt trụ ngoài, mặt trụtrong, mặt phẳng, mặt định hình v.v

Ngoài ra mài còn có khả năng gia công được những chi tiết khó định vị và kẹpchặt như: Xéc măng, viên bi v.v

Mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao: Khi mài tinh

có thể đạt cấp chính xác 5 - 6, nhám bề mặt Ra = 0,1 - 0,2 m Mài có khả năng giacông được hầu hết các loại vật liệu nhất là các loại vật liệu mới có cơ lý tính cao (độbền, độ cứng, độ chịu nhiệt, chịu mài mòn) Lĩnh vực ứng dụng khác mà không cóphương pháp nào cạnh tranh được với mài là trong gia công tạo hình các loại vật

liệu đặc biệt cứng hoặc đặc biệt giòn Trong sản xuất các chi tiết thép tôi như dụng

cụ cắt, ổ lăn

c Quá trình tạo phoi khi mài

Các hạt mài có độ cứng tế vi cao hơn nhiều so với độ cứng của vật liệu chitiết gia công Các hạt mài có đặc điểm là rất giòn nên trong quá trình cắt, chúngthường vỡ vụn thành nhiều mảnh có hình dáng bất kỳ và nhiều cạnh sắc Các hạtmài được phân bố trong chất dính kết ngẫu nhiên Do có nhiều lưỡi cắt có hìnhdáng bất kỳ và các lưỡi cắt luôn thay đổi trong quá trình mài nên việc theo dõi hìnhdáng của từng lưỡi

cắt phải mất rất nhiều công sức.

Để có thể hiểu được hình dáng của một lưỡi cắt, chúng ta cần xác định mặtcắt của dao bằng thống kê Sau đó mô tả hình dáng, kích thước của hạt mài mộtcách trung bình Trên (hình 1 2) là hai mặt cắt đặc trưng của hạt mài

Hình (1.2a) mô tả mặt cắt trung bình của lưỡi cắt tương tự khi gia công bằng dao có lưỡi cắt xác định (tiện, phay ) Lưỡi cắt có hình dạng là cung tròn có bán kính

cắt với chiều dày cắt phoi az Độ sắc của lưỡi s được định nghĩa như sau:

của mặt này tương tự ma sát trên mặt sau của dao tiện (hình 1.2 c).

Các nghiên cứu đều cho rằng, các lưỡi cắt chỉ bền vững khi 00 Thường

có thể đặt đến giá trị - 800 [9], [10], [14]

Quá trình tạo phoi khi mài được mô tả trên hình 1.3 [10].

Biến dạng đàn hồi Biến dạng đàn hồi

và biến dạng dẻo Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và tách phôi

Hình 1.3 Quá trình tạo phoi khi mài

Do mũi dao có bán kính và do góc ăn tới của lưỡi cắt nhỏ nên giai đoạnđầu không tạo phoi mà vật liệu gia công bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, bị đẩysang hai bên của lưỡi cắt hoặc chảy qua mặt dưới của lưỡi cắt sang mặt sau của hạtmài

Khi lưỡi cắt tiếp tục ăn sâu vào chi tiết thì chiều dày phoi az tương ứng với chiều sâu vết cắt t và lúc này bắt đầu tạo phoi Tiếp theo là quá trình tạo phoi,

dồn ép kim loại gây biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi xảy ra đồng thời

Do vậy, chiều dày phoi thực tế a’z nhỏ hơn chiều sâu cắt thực tế t

Thời gian của mỗi giai đoạn trong quá trình tạo phoi là rất ngắn do quá trình tạo phoi xảy ra rất nhanh, khoảng từ 0,001 - 0,005 (s)

Các nghiên cứu cho thấy rằng az', t phụ thuộc vào hình dáng hình học của lưỡi cắt, vào góc tác dụng , vào vận tốc cắt vd Ngoài ra a’z còn phụ thuộc vào

các yếu tố khác như: Các thành phần của lực cắt, vào cơ lý tính của vật liệu gia

công Khi lưỡi cắt bị mòn ( lớn), góc nhỏ thì biến dạng vật liệu tăng lên mặc dù t lớn nhưng a’z vẫn nhỏ Khi tăng vc có ma sát giữa lưỡi cắt và bề mặt mài thì a’z

tăng

1.1.2 Lực cắt khi mài

Lực cắt tác dụng vào từng hạt mài trong quá trình cắt (hình 1.3) được chia

làm hai thành phần: Lực tiếp tuyến Ptt và lực Phk [10].

Gọi P P tt

hk

là hệ số lực cắt (1.2)

Khi cắt, ở giai đoạn chưa tạo phoi (giai đoạn I,II hình 1.3), thành phần lực

Phk sẽ ép lưỡi cắt vào bề mặt chi tiết do Phk có trị số lớn hơn rất nhiều so với Ptt ( nhỏ) Khi quá trình tạo phoi xảy ra thì Ptt tăng lên ( tăng) Lúc này Ptt gồm

hai thành phần: Lực ma sát và lực tạo phoi

Qua nghiên cứu vết cắt, chiều sâu cắt không có biến dạng t và chiều dày phoi thực tế az' có thể rút ra một số kết luận sau:

- Khi bán kính mũi dao nhỏ hoặc ma sát giữa dao và bề mặt gia công lớnthì quá trình tạo phoi xảy ra sớm

- Khi lớn và ma sát nhỏ thì quá trình dồn ép kim loại sẽ kéo dài, quá trìnhtạo phoi xảy ra muộn

Các hạt mài tạo ra phoi nhỏ, mảnh nên lực cắt do các hạt mài phát sinh nhỏ.Tuy nhiên khi mài có nhiều hạt đồng thời tham gia cắt nên tổng lực cắt củatất cả các lưỡi khá lớn

Nếu gọi lực cắt tổng hợp tác dụng lên một hạt mài là Pi thì lực cắt khi màiđược xác định theo công thức:

1 2

Px - Thành phần lực dọc theo phương chạy dao.

Thường Py (1,5 3).Pz ; Px thường rất bé so với Pz nên thường bỏ qua Thành phần lực tiếp tuyến Pz được tính theo công thức :

tố khi mài trong đó vd và Sd có ảnh hưởng lớn nhất tới lực Pz Chiều sâu cắt thực

tế t ảnh hưởng tới Pz ít hơn Khi tăng vd và độ hạt lực Pz giảm.

Khi mài tỷ số lực cắt K được xác định theo biểu thức:

K P z

P y

(1.6)

Hệ số lực cắt K biểu thị tương quan ma sát tại vùng tiếp xúc giữa lưỡi cắt

và chi tiết gia công

1.1.3 Nhiệt cắt khi mài

Năng lượng và nhiệt cắt phân bố trong quá trình cắt như hình 1.4 [10]

Chất kết dính

Môi trường

Hạt mài

Phoi

Ma sát phoi Năng lượng

Ma sát

cắt mặt trước

Năng lượng dồn ép

Chi tiết

Hình 1.4 Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài

Khi mài do các lưỡi cắt bị mòn (hoặc do có lớn) nên năng lượng tiêu haochủ yếu là do ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt gia công, do dồn ép gâybiến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo bề mặt chi tiết và biến thành nhiệt

Nhiệt sinh ra do năng lượng cắt và ma sát giữa phoi và mặt trước của dao Nguồn

nhiệt sinh ra khi mài được truyền vào chi tiết, phoi, dụng cụ và môi trường

Nhiệt truyền vào chi tiết chiếm tỷ lệ rất lớn trong tổng lượng nhiệt sinh ra.Nhiệt này làm thay đổi tổ chức tế vi của bề mặt chi tiết theo hướng không có lợihoặc làm ôxy hóa bề mặt tùy theo thời gian tác động của nhiệt

Một phần nhiệt truyền vào dụng cụ Nhiệt này sẽ làm suy giảm độ cứng, suygiảm tính cắt của các hạt mài và suy giảm tính năng của chất dính kết Ngoài ranguồn nhiệt này còn thúc đẩy các tương tác hóa học xảy ra trong vùng cắt

Bảng 1 1 Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim [4].

Nhiệt độ mài Tm có thể xác định theo công thức sau [3], [4]:

k T

- Hệ số truyền nhiệt của vật liệu gia công (Kcal/cm.g.độ)

- Khối lượng riêng của vật liệu gia công

c - Nhiệt dung của vật liệu gia công

Phương trình (1.7) cho thấy nhiệt độ mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:Chế độ cắt, vật liệu gia công, vật liệu hạt mài, chất dính kết, độ xốp của đá mài,dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội

Tỷ lệ các nguyên tố hợp kim trong vật liệu là yếu tố ảnh hưởng quyết địnhđến hệ số truyền nhiệt của vật liệu Những vật liệu có số lượng và hàm lượngnguyên tố hợp kim cao thì hệ số truyền nhiệt thấp Khi mài những loại vật liệu nàynhiệt lan truyền chậm làm cho nhiệt độ vùng mài tăng cao, bề mặt chi tiết mài dễ

bị cháy, nứt (bảng 1.1)

Khác với các phương pháp cắt gọt khác, khi mài bằng đá thường nhiệt độ mài chủ yếu truyền vào chi tiết gia công (65% 84%), phần còn lại truyền vào đá mài (11%

12%), vào dung dịch trơn nguội (4% 13%) và vào phoi không đáng kể (3% 7%) [4]

Để giảm nhiệt độ mài có thể dùng các biện pháp sau:

- Giảm bớt chế độ cắt

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

- Sử dụng những loại đá mài có bề mặt làm việc không liên tục, đá mài độxốp cao

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

1.1.4 Công suất cắt khi mài

Công suất mài có thể xác định theo công thức:

1.1.5 Rung động khi mài

Rung động khi mài gồm hai loại rung: Rung động cưỡng bức và tự rung Các tác giả [11], [14] .cho rằng nguyên nhân của rung động cưỡng bức là do các bộ phận quay của hệ thống công nghệ như trục chính, puly, đá, rô to của động cơ không cân bằng gây ra

Tự rung phức tạp hơn nhiều so với rung động cưỡng bức và đã có nhiều côngtrình nghiên cứu về vấn đề này Theo các tác giả [14] thì tự rung xảy ra do hiệntượng không ổn định khi cắt gây ra sự thay đổi lực cắt mà những nguyên nhânchính là: Biến dạng đàn hồi cục bộ của đá và phôi, mòn đá không đều, hiện tượng

tự mài sắc của đá mài, dao động xoắn của chi tiết gia công

Tự rung sẽ giảm và ổn định [14] nếu thỏa mãn điều kiện:

R em - Đặc tính động lực học của máy; R em = 1 10 (giới hạn dưới chomáy chống rung tốt, giới hạn trên cho máy chống rung

kém) km - Độ cứng tĩnh của máy

kc/b - Độ cứng cắt trên đơn vị chiều rộng mài; kc/b = 2 10 KN/mm2

ka/b - Độ cứng tiếp xúc trên đơn vị chiều rộng mài; ka/b = 1 10 KN/mm2

Sự phối hợp đá mài - phôi có ảnh hưởng quyết định tới kc và ka Khi mài vậtliệu khó gia công thì lực cắt lớn, tức là kc lớn và rung động lớn hơn, nếu giảm độcứng đá sẽ làm giảm kc và ka

Như vậy đối với đá mài, đá mài nào có độ cứng lớn hơn, lực cắt nhỏ hơn, ítmòn, mòn đều và ít xảy ra hiện tượng tự mài sắc thì ít rung động và ổn địnhhơn, khả năng cắt gọt sẽ cao hơn

1.1.6 Chất lượng bề mặt sau mài

Bằng cách chụp ảnh tế vi bề mặt mài, các nghiên cứu cho thấy độ nhám lý

thuyết của bề mặt mài tăng lên do các hiện tượng sau [13]

- Vật liệu bị nén giãn sang hai bên đường cắt