ia công trên máy mài, Công dụng, khả năng, đặc điểm + Công dụng + Khả năng + Đặc điểm Dụng cụ cắt Đặc điểm quá trình khi khoan khoét doa Các yếu tố cắt khi mài Các phương pháp mài Các phương pháp mài Các phương pháp mài
Trang 1Chơng 7: Gia công trên máy mài
7.1 Công dụng, khả năng, đặc
điểm
Mài là phơng pháp gia công các chi
tiết máy bằng một loại dụng cụ đặc
biệt gọi là dụng cụ mài (DCM) Các
Mài còn đợc dùng để gia công thô, phá bỏ bavia vật đúc, mốihàn…
7.1.2 Khả năng: Mài có thể đạt cấp chính xác IT7ữ IT6, độ nhám
bề mặt cấp 7ữ 11
7.1.3 Đặc điểm:
- Chuyển động chính là chuyển động quay do đá mài thựchiện
Chuyển động chạy dao khi mài phẳng là chuyển động tịnh
tiến của bàn máy mang phôi Sd Ngòai ra, có thể có chuyển động
chạy dao theo phơng ngang Sng
Chuyển động chạy dao khi mài tròn có thể có: chuyển động
quay của phôi nph; chuyển động tịnh tiến dọc trục của bàn máy
mang phôi Sd; chuyển động tịnh tiến hớng kính của ụ đá Shk
- Dụng cụ cắt khi mài thờng là vật thể có dạng tròn xoay (đámài, viết tắt là ĐM), gồm nhiều hạt mài, mỗi hạt mài trên bề mặtlàm việc của ĐM tơng đơng với một răng cắt Các hạt mài đợc sắpxếp ngẫu nhiên, góc độ của răng cắt thờng không hợp lý (γ < 0) ảnhhởng xấu tới quá trình cắt
- Tốc độ cắt của các hạt mài khá cao (V=(30ữ 50)m/s), quátrình cắt có nhiều hạt mài tham gia cắt đồng thời, nên mài cónăng suất cao
Do tốc độ cắt cao nên nhiệt độ tại vùng cắt rất cao(to= (1000ữ 1500)oC) làm cho các hạt kim loại bị đốt cháy tạo nênchùm tia lửa hớng theo véc tơ tốc độ cắt
Trang 2Trong quá trình cắt, các hạt mài gây áp lực lớn lên bề mặt giacông, làm biến dạng dẻo lớp bề mặt, tạo nên lớp biến cứng và ứngsuất d trên bề mặt sau gia công.
- ĐM tự mài sắc trong quá trình gia công Quá trình cắt khimài cũng kèm theo các hiện tợng vật lý nh khi tiện
7.2 Dụng cụ cắt khi mài
Dụng cụ cắt khi mài (DCM) đợc chế tạo bằng cách thiêu kết hỗnhợp gồm các hạt mài, chất dính kết và chất tạo xốp DCM gồm cónhiều lọai, nhng dùng phổ biến nhất là đá mài (ĐM)
7.2.1 Các yếu tố kết cấu của ĐM
a Vật liệu hạt mài có: hạt mài thiên nhiên và hạt mài nhân tạo.
Hạt mài thiên nhiên gồm các loại chủ yếu sau:
- Kim cơng thiên nhiên (có độ cứng cao nhất so với mọi loại vậtliệu khác),
- Corun là vật liệu chứa (80ữ90)% Al2O3,
- Cacborodun là vật liệu chứa (20ữ60)% Al2O3,
- Thạch anh là vật liệu chứa SiO2
Kim cơng thiên nhiên dùng để chế tạo DCM để sửa ĐM.Cacborodun và thạch anh dùng để chế tạo các thanh mài cầm tay,giấy ráp, vải ráp
Hạt mài nhân tạo gồm các loại chủ yếu sau:
- Kim cơng nhân tạo đợc luyện từ grafit trong lò chuyên dùng có
áp suất và nhiệt độ cao (p = 9810MPa, to= (2300ữ 2500)oC) Thànhphần hoá học của kim cơng nhân tạo tơng đơng với kim cơngthiên nhiên (C=99,7%, tạp chất ≤ 0,3% )
- Côranhđông điện là những hạt tinh thể Al2O3 đợc chế tạo từ
quặng bocxit trong lò điện Có 2 loại: côranhđông điện nâu (Cn,
Al2O3= (92ữ 95)%) và côranhđông điện trắng (Ct,
Al2O3= (96ữ99)%) Ct có khả năng cắt cao hơn Cn
- Cacbit silic đợc chế tạo bằng cách thiêu kết than đá với thạch
anh trong lò điện Có 2 loại: cacbit silic xanh (Sx, SiC = (96ữ 99)%) và
cacbit silic đen (Sđ, SiC = (95ữ 98)%) Sx đợc dùng để mài sắc dụng
cụ cắt bằng HKC, Sđ đợc dùng để mài các chi tiết làm từ gang xám,hợp kim đồng, hợp kim nhôm
- Cacbit Bo chứa 94% tinh thể B4C, đợc dùng để làm bột màinghiền
b Độ hạt là chỉ tiêu đặc trng cho kích thớc của hạt mài, đợc
quy định theo TCVN 10 - 64 (Bảng 7-1) Kích thớc của các nhóm hạt
Trang 3mài đợc lựa chọn bằng cách sàng các hạt mài qua các rây kim loại
có kích thớc lỗ mắt rây đợc quy chuẩn
Bảng 7-1 Độ hạt của hạt mài theo TCVN 10 - 64
m
Số hiệu
c Chất dính kết có vai trò liên kết các hạt mài với nhau thành
một khối thống nhất khi chế tạo ĐM Chất dính kết quyết định khảnăng chịu va đập, chịu mài mòn, độ bền hoá học và tốc độ quaycho phép của ĐM Có chất dính kết vô cơ và chất dính kết hữucơ
- Chất dính kết vô cơ phổ biến nhất là ceramic (G đợc làm từ
đất sét chịu lửa và thủy tinh lỏng) có u điểm là độ bền cao, chịunhiệt tốt, bền hoá học, không sợ ẩm, giữ đợc hình dạng; có nhợc
điểm là dòn
- Chất dính kết hữu cơ phổ biến nhất là bakêlit và vunganhit Bakêlit (B đợc làm từ axit cacbolit và fomalin) có u điểm là độbền cao, đàn hồi tốt, chịu đợc tốc độ cắt cao; có nhợc điểm là
độ bền nhiệt kém (suy giảm độ bền ở nhiệt độ (180ữ 200)OC),
bị phá huỷ trong môi trờng kiềm 1,5% ĐM với chất dính kết bakêlit
đợc dùng để mài phẳng bằng mặt đầu của ĐM, mài cắt đứt, màirãnh, mài sắc DC, mài khôn, mài ren và mài tròn không tâm
Vunganit (V đợc làm từ 70% cao su và 30% lu huỳnh) có u điểm
là độ bền cao, đàn hồi tốt, tốc độ cắt cho phép đến 75m/s; cónhợc điểm là độ bền nhiệt kém (suy giảm độ bền ở nhiệt độ(150ữ 200)OC) ĐM với chất dính kết vunganit đợc dùng để mài tinhlần cuối, mài định hình, mài cắt và làm đá dẫn trong mài trònkhông tâm
Ngoài ra, trong thực tế còn dùng một số loại chất dính kết khác,
xem Bảng 7-2.
Trang 4Bảng 7-2 Một số chất dính kết có sử dụng trong sản xuất đá
loại Đồng, thiếc, nhôm, bộtmài
Mài HKC, ceramic, thuỷ tinhquang học, pherit, các loại đáquý, bê tông, gang, các lớp bọcnhôm, hợp kim nhôm
d Tổ chức là chỉ tiêu đánh giá độ xốp của ĐM, đợc biểu hiện
ở tỷ số giữa thể tích mà các hạt mài và chất dính kết chiếm giữvới thể tích của ĐM
Có 3 nhóm tổ chức với 13 cấp (0, 1 12) theo thứ tự độ xốp
e Độ cứng là chỉ tiêu đánh giá khả năng chống lại sự văng ra
khỏi ĐM của các hạt mài dới tác dụng của lực cắt ĐM đợc chế tạo
Trang 5Trong quá trình cắt, các hạt mài mòn dần làm cho lực cắt tănglên và tới mức nào đó thì các hạt mài đã cùn sẽ bị văng ra khỏi ĐM,các hạt mài mới sắc ở bên trong sẽ thay thế các hạt mài cùn đã văng
ra Hiện tợng này gọi là khả năng tự mài sắc của ĐM Nếu độ cứngcủa ĐM quá lớn thì lực cắt không đẩy đợc các hạt mài cùn ra khỏi
ĐM Khi đó trên bề mặt làm việc của ĐM xuất hiện hiện tợng “kẹtbẩn” làm giảm chất lợng bề mặt gia công và có thể sẽ không cắttiếp đợc Tuy nhiên, cũng không nên chọn ĐM có độ cứng quá thấpvì đá sẽ nhanh mòn, làm tăng chi phí sửa đá
Chọn độ cứng của ĐM theo nguyên tắc: Khi mài vật liệu có độcứng càng cao thì chọn ĐM càng mềm Tuy nhiên, khi mài các vậtliệu quá mềm (kim loại màu) thì cũng chọn ĐM mềm, vì phoi củakim loại màu dễ bết vào các lỗ hổng của ĐM làm cho ĐM mất khảnăng cắt Khi mài bề mặt định hình nên dùng ĐM cứng để giữ
đợc biên dạng làm việc của ĐM
f Hình dáng, kích thớc:
DCM đợc phân ra: đá mài, thỏi mài, các mảnh ghép Kiểu, têngọi, kích thớc cơ bản và phạm vi sử dụng của từng loại DCM đợc chotrong sổ tay công nghệ
7.2.3 Ký hiệu ĐM
Ký hiệu ĐM đợc ghi trên bề mặt không làm viêc của ĐM, baogồm các yếu tố: nhà máy sản xuất, vật liệu hạt mài, độ hạt, độcứng, chất dính kết, số hiệu tổ chức, hình dáng, kích thớc và tốc
độ cắt lớn nhất cho phép
Ví dụ: ĐMHD.Ct.40.V1.G.405::24ắ24::127.30m/s là ký hiệu của ĐM
do nhà máy ĐM Hải Dơng sản xuất, vật liệu hạt mài là côranhđông
điện trắng (Ct), độ hạt 40, độ cứng vừa (V1), chất dính kết là
gốm (G), đờng kính ngoài 405mm, chiều rộng 60mm, đờng kính
lỗ 127mm, tốc độ cắt lớn nhất cho phép là 30m/s
7.2.4 Lắp ĐM và sửa ĐM
ĐM làm việc với tốc độ cắt rất lớn, vì vậy trớc khi xuất xởng ĐMphải đợc cân bằng động và kiểm tra độ bền của nó trên bệ thửchuyên dùng Chế độ kiểm tra: cho chạy với tốc độ vòng lớn hơntốc độ làm việc (50ữ 60)% trong thời gian (5ữ 10)phút
Khi lắp ĐM lên máy phải đảm bảo sao cho ĐM có thể di chuyểnnhẹ nhàng trên trục gá Thờng, đờng kính lỗ ĐM phải lớn hơn đờngkính trục gá một lợng (0,2ữ 0,8)mm Phải lót tấm đệm cao su hoặccáctông dày (0,5ữ 3)mm vào hai mặt bên của ĐM trớc khi xiết chặt.Trong quá trình mài, ĐM bị mòn và mất khả năng cắt là do cáchạt mài bị cùn, do bụi kim loại điền đầy vào các lỗ hổng giữa các
Trang 6hạt mài ĐM thờng mòn không đều trên toàn bộ bề mặt làm việc,
do đó làm giảm số lợng hạt mài tham gia cắt đồng thời Thông
th-ờng, tuổi bền trung bình của ĐM khi mài tròn ngoài là T = 15ph.
Khi ĐM mất khả năng cắt, nếu không sửa đá kịp thời sẽ làm giảm
độ nhám và cháy bề mặt gia công, giảm độ chính xác gia công,giảm năng suất cắt và tăng tiếng ồn Bởi vậy, phải định kỳ sửa ĐMmột cách hợp lý
Mục đích của sửa ĐM là tách những hạt mài đã cùn ra khỏi ĐM(để các hạt mài mới chiếm lĩnh vị trí cắt) và tạo cho ĐM có hìnhdáng hình học hợp lý Ngòai ra, sửa ĐM còn góp phần làm cân bằng
ĐM
Để sửa ĐM, ngời ta dùng
ĐM (hoặc dao sửa ĐM) có
các hạt mài là cacbit silic với
chuyển động quay nđ của ĐM
Chuyển động chạy dao gồm:
chuyển động quay nph của
phôi, chuyển động tịnh tiến
Sd dọc theo đờng tâm phôi và
dịch chuyển hớng kính Shk của
ụ mang ĐM (tại thời điểm cuối
mỗi hành trình lùi của bàn máy
để cắt lớp kim loại tiếp theo)
Sơ đồ mài chạy dao dọc
dùng để mài các chi tiết dài,
yêu cầu cao về độ chính xác
và độ nhám bề mặt gia công
H.7.3 Các sơ đồ mài tròn ngoài
Trang 7b Mài sâu (hình H.7.3c):Chuyển động chính là chuyển
động quay nđ của ĐM Chuyển động chạy dao gồm: chuyển động
quay nph của phôi và chuyển động tịnh tiến Sd của bàn máy mangphôi, không có chuyển động chạy dao hớng kính (vì toàn bộ lợng
d gia công đợc cắt hết chỉ trong một đờng chuyển dao)
ĐM dùng cho sơ đồ mài sâu có phần côn trớc dài (8ữ 12)mm,làm nhiệm vụ cắt, phần trụ sau làm nhiệm vụ sửa đúng và tăngcấp độ nhám cho bề mặt gia công
Sơ đồ mài sâu có năng suất cao Tuy nhiên, do lực cắt lớn nênsơ đồ này chỉ áp dụng để gia công những chi tiết đủ cứng vững,yêu cầu chất lợng bề mặt không cao
c Mài cắt (hình 7-3b)
Chuyển động chính là chuyển động quay nđ của ĐM, chuyển
động chạy dao gồm: chuyển động quay nph của phôi và chuyển
động tịnh tiến hớng kính Shk của ĐM (Shk đợc thực hiện liên tục chotới khi bề mặt gia công đạt kích thớc yêu cầu) ĐM trong sơ đồ màicắt phải có chiều rộng lớn hơn chiều dài của bề mặt gia công.Sơ đồ mài cắt đợc dùng để mài các chi tiết có chiều dài mặtgia công nhỏ
Để mài đồng thời cả mặt trụ ngoài và mặt đầu của vai trụcngời ta sửa ĐM và đánh nghiêng trục ĐM đi một góc nhất định nh
hình H.7.3d Mặt trụ ngoài đợc mài bằng mặt côn của ĐM theo sơ
đồ mài tơng tự nh hình H.7.3a Mặt đầu của vai trục đợc mài kết
thúc theo cách chạy dao bằng tay
7.3.2 Sơ đồ mài côn (hình H.7 4)
a Phơng pháp đánh lệch bàn máy đợc
dùng để mài mặt côn ngoài có chiều dài lớn
Phôi đợc gá chống tâm hai đầu, nhận chuyển
động quay Phần trên của bàn máy đợc đánh
lệch đi một góc α sao cho đờng sinh của mặt
côn cần gia công song song với phơng chuyển
động chạy dao dọc của bàn máy Chuyển
động chạy dao dọc và chạy dao ngang đợc
thực hiện nh sơ đồ mài mặt trụ ngoài
b Phơng pháp đánh lệch ụ trớc (hình
H.7.4b) đợc dùng để mài mặt côn có chiều
dài không lớn Phôi đợc gá trên mâm cặp của
ụ trớc, ụ trớc đợc xoay đi một góc α sao cho
đờng sinh của mặt côn cần gia công song
song với phơng chuyển động chạy dao dọc
H.7.4 Sơ đồ mài
côn ngoài
Trang 8của bàn máy Chuyển động chạy dao dọc và
chạy dao ngang đợc thực hiện nh sơ đồ mài
mặt trụ ngoài
7.3.3 Mài tròn trong (hình H.7.5) dùng để gia công tinh các lỗ
đã qua cắt gọt và nhiệt luyện Có thể mài các lỗ thông và khôngthông, các lỗ trụ, lỗ côn và các lỗ định hình Đờng kính của ĐM khimài tròn trong bằng (0,7ữ 0,9) đờng kính lỗ gia công
a Sơ đồ phôi và đá cùng quay:
Chi tiết gia công đợc gá lên mâm
cặp, nhận chuyển động quay quanh
đ-ờng tâm của lỗ cần gia công (hình
H.7.5a) ĐM nhận chuyển động quay nđ
tạo tốc độ cắt và chuyển động chạy dao
Sd tịnh tiến qua lại dọc theo đờng tâm lỗ
gia công Chuyển động chạy dao ngang
Shk đợc thực hiện cuối mỗi hành trình lùi
của Sd của ĐM để cắt lớp kim loại tiếp
trục đá quay quanh đờng tâm lỗ gia công nph để tạo chuyển
động chạy dao vòng Các chuyển động chạy dao Sd và Shk tơng tựsơ đồ mài phôi và ĐM cùng quay Sơ đồ mài hành tinh dùng đểmài lỗ trên các chi tiết có trọng lợng lớn, mài các lỗ có tâm nằm cách
xa trọng tâm của chi tiết gia công
Để mài lỗ côn, cần xoay đờng tâm lỗ gia công đi một góc saocho đờng sinh của nó song song với phơng của chuyển động chạydao dọc
7.3.4 Mài phẳng
a Mài phẳng bằng mặt chu vi của ĐM:
Mài mặt phẳng bằng mặt chu vi của ĐM trên máy có bàn chữ
nhật đợc thực hiện theo sơ đồ hình H.7.6a Phôi đợc gá trên bàn máy nhận chuyển động chạy dao dọc Sd tịnh tiến qua lại ĐM nhận
chuyển động quay nđ và chuyển động chạy dao tịnh tiến Sđ(theo phơng đứng, định kỳ) ở đầu mỗi hành trình của bàn máy.Nếu chiều dài của bề mặt gia công lớn hơn chiều rộng của ĐM thì
ĐM còn nhận chuyển động chạy dao định kỳ theo phơng ngang
Sng
Trang 9Sơ đồ mài phẳng bằng mặt chu vi
ĐM trên máy có bàn chữ nhật còn đợc dùng
để mài các rãnh thẳng
Mài mặt phẳng bằng mặt chu vi của
ĐM trên máy có bàn quay đợc thực hiện
theo sơ đồ hình 7-6c Các phôi 2 đợc gá
trên bàn máy 1 nhận chuyển động quay
Sv ĐM nhận chuyển động quay nđ và
chuyển động chạy dao dọc tịnh tiến qua
lại Sd Cuối mỗi hành trình kép của
chuyển động chạy dao dọc Sd, ĐM nhận
chuyển động chạy dao không liên tục
quay nđ tạo tốc độ cắt và chuyển động chạy dao theo phơng
đứng Sđ sau mỗi hành trình chạy dao dọc Sd của bàn máy
Mài mặt phẳng bằng mặt đầu ĐM trên máy có bàn quay đợc
thực hiện theo sơ đồ hình H.7.6d Các phôi 2 đợc gá trên bàn máy
1 nhận chuyển động quay Sv ĐM nhận chuyển động quay nđ và
chuyển động chạy dao không liên tục theo phơng đứng Sđ
Mài phẳng bằng mặt đầu ĐM có năng suất cao hơn mài bằngmặt chu vi, vì có số lợng hạt mài tham gia cắt lớn hơn Tuy nhiên,
do số lợng hạt mài cắt đồng thời lớn nên lực cắt lớn, nên sơ đồ nàychỉ dùng để mài chi tiết đủ cứng vững, có yêu cầu độ chính xác
và chất lợng bề mặt gia công không cao
Trang 10hypeboloit và trục đợc đánh nghiêng so
với trục quay của phôi một góc θ (thờng
θ= 1Oữ 7O) Véctơ tốc độ của đá dẫn
đợc phân tích theo hai thành phần: Sv
tạo chuyển động quay cho phôi, Sd tạo
chuyển động chạy dao dọc cho phôi
Nh vậy, khi mài không tâm, phôi không
Mài không tâm có u điểm là năng suất cao, chi tiết không bịcong vênh, đợc áp dụng để mài chi tiết có đờng kính nhỏ, độcứng vững thấp
7.4 Lực cắt và công suất khi mài
Lực cắt tổng hợp khi mài R tác dụng lên phôi đợc phân ra các thành phần (hình H.7.8): lực tiếp tuyến PZ, lực dọc trục PX và lực h-
ớng kính PY (PY= (1,5ữ 3,0)PZ)
Trang 11trong đó: CP- hệ số phụ thuộc phơng pháp
mài, ĐM, vật liệu gia công Khi mài tròn
ngoài bằng đá Cn.40.MV1.G5 có B = 40mm,
D = (300ữ 400)mm với tốc độ cắt
Vđ= 30m/s, lấy CP= 22 khi gia công thép đã
tôi, CP= 21 khi gia công chi tiết bằng thép
cha tôi, CP= 20 khi gia công gang
P V
N =
[kW] (7.3)
trong đó: PZ đợc tính bằng [N], Vđ tính bằng [m/s], Vph tính bằng[m/ph]
Do tốc độ quay không lớn nên công suất tiêu hao cho trục chínhmang phôi nhỏ hơn công suất tiêu hao cho trục chính mang ĐMkhoảng (60ữ 100) lần
7.5 Các yếu tố chế độ cắt khi mài
7.5.1 Chiều sâu cắt t là chiều dày lớp kim loại đợc ĐM cắt đitrong mỗi đờng chuyển dao đo theo phơng vuông góc với bề mặt
đã gia công
Khi mài thô: t= (0,01ữ 0,08 )mm, khi mài tinh:
t= (0,005ữ 0,015 ) mm
7.5.2 Lợng chạy dao:
Lợng chạy dao dọc Sd là lợng dịch chuyển tơng đối theo phơng
dọc của phôi (hoặc ĐM) sau một vòng quay của phôi Sd đợc chọn
theo chiều rộng B của ĐM
Khi mài thô: Sd= (0,3ữ 0,7)B, khi mài tinh: Sd= (0,2ữ 0,4)B.
Lợng chạy dao hớng kính Shk là lợng dịch chuyển của ĐM hớng vềtâm chi tiết gia công, ở cuối mỗi hành trình lùi của bàn máy mang
phôi, Shk=t
Lợng chạy dao vòng là tốc độ của phôi: . .
1000
ph ph ph
D n
= [m/ph](7.4)
ở đây: Dph- đờng kính chi tiết gia công, mm; nph- tốc độ quay củaphôi, vòng/phút