Xây dựng mô hình đo topography bề mặt đá mài và đo độ mòn đá khi mài trên máy mài tròn ngoài

Để góp phần vào việc nghiên cứu các vấn đề liên quan về mài, trong luận văn này em nghiên cứu một vấn đề của mài: “Xây dựng mô hình đo Topography bề mặt đá mài và đo độ mòn đá khi mài tr

-

NGUYỄN VĂN THIỆN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐO TOPOGRAPHY BỀ MẶT ĐÁ MÀI VÀ ĐO ĐỘ

MÒN ĐÁ KHI MÀI TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

Hà Nội – 2005

-

NGUYỄN VĂN THIỆN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐO TOPOGRAPHY BỀ MẶT ĐÁ MÀI VÀ ĐO ĐỘ

MÒN ĐÁ KHI MÀI TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS nGUYỄN HUY NINH

Hà Nội - 2005

Mục lục

-Một số các kí hiệu dùng trong luận văn 5

-1.1.3 Sự biến đổi cấu trúc trong lớp bề mặt kim loại mài 16

-1.5 Một số h-ớng nghiên cứu về mài hiện nay 34

Chơng 2 Nghiên cứu phơng pháp đo Topography đá mài 36

-2.1.2 Bộ thông số đặc tr-ng cho Topography 38

-2.2 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu topography đá mài 46

-2.2.1 Định nghĩa, tính chất, ý nghĩa của Topography đá mài 46 2.2.2 Sự thay đổi Topography của đá trong quá trình mài - 47 - 2.2.3 Các ph-ơng pháp nghiên cứu Topography đá mài - 48 -

-Ch-ơng 4 - Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý kết quả 64

-4.1 Đo Topography của đá trên máy mài tròn ngoài 64

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí và các thầy cô giáo trong tr-ờng đã giảng dạy và giúp đỡ em trong thời gian học tập và thực hiện luận văn tại tr-ờng

Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến ban chủ nhiệm khoa Cơ khí tr-ờng ĐHBKHN, trung tâm đào tạo sau đại học tr-ờng ĐHBKHN, tr-ờng Cao đẳng công nghiệp Hà Nội và bạn bè đồng nghiệp đã dành nhiều sự quan tâm giúp đỡ trong thời gian học tập và làm luận văn

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và ch-a đ-ợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Văn Thiện

Mét sè c¸c kÝ hiÖu dïng trong luËn v¨n

f(x,y) Kho¶ng c¸ch trung b×nh b×nh ph-¬ng nhá nhÊt t¹i

Danh môc c¸c b¶ng biÓu

Danh mục các hình vẽ

có bán kính đỉnh cắt p

14

lửa điện EDM

khuyếch đại Amplỉphier

54

ngoài

55

29 4.3 Biªn d¹ng 2D cña bÒ mÆt khëi thuû trªn c¸c

d¶i ®o 1, 2, 50,100

67

phót trªn c¸c d¶i ®o 1, 2, 50,100

68

phót trªn c¸c d¶i ®o 1, 2, 50,100

69

Mài là một ph-ơng pháp gia công khá phổ biến tạo ra các chi tiết máy

có độ chính xác cao, chất l-ợng bề mặt cao Ph-ơng pháp mài là ph-ơng pháp tốt nhất để gia công các loại vật liệu có cơ tính cao (độ bền cao, độ cứng cao v v ) Mài không những áp dụng để gia công lần cuối các loại chi tiết máy mà còn áp dụng để gia công thô, trong đó nhiều tr-ờng hợp bề mặt mài

đ-ợc thực hiện mà không qua các b-ớc gia công trung gian

Bề mặt chi tiết mài có chất l-ợng sử dụng tốt hơn, bởi bề mặt mài có độ chính xác cao và tính chất cơ lý tốt, do đó ph-ơng pháp mài nâng cao đ-ợc tuổi bền của bề mặt chi tiết

Khác với các ph-ơng pháp gia công khác trong ngành gia công cắt gọt, ph-ơng pháp mài thực hiện ở tốc độ cắt cao, đá mài thuộc loại dụng cụ cắt có cấu tạo phức tạp, khi mài không thể giám sát trực tiếp quá trình tạo phoi Bởi vậy khi mài cần phải hiểu rõ các yếu tố ảnh h-ởng đến chất l-ợng và độ chính xác bề mặt chi tiết mài để điều chỉnh máy mài cho phù hợp Việc nghiên cứu

về mài là một lĩnh vực rất rộng, đã đ-ợc nhiều nhà khoa học trong và ngoài n-ớc nghiên cứu, nh-ng lý thuyết về mài đã và đang đ-ợc tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện

Để góp phần vào việc nghiên cứu các vấn đề liên quan về mài, trong luận văn này em nghiên cứu một vấn đề của mài:

“Xây dựng mô hình đo Topography bề mặt đá mài và đo độ mòn đá khi mài trên máy mài tròn ngoài“

Mục đích của đề tài: Xây dựng thiết bị đo Topography bề mặt đá mài,

đo độ mòn h-ớng kính của đá mài theo bề mặt trung bình khi mài trên máy mài tròn ngoài

Đối t-ợng nghiên cứu: Đá mài: WA60K kích th-ớc: 305x25x127 gia

công thép 45

Ph-ơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên

cứu thực nghiệm

ý nghĩa của đề tài:

ý nghĩa khoa học: Xây dựng ph-ơng pháp đo Topography đá mài trên

máy mài tròn ngoài bằng ph-ơng pháp đo Lazer, ph-ơng pháp này hạn chế

đ-ợc nh-ợc điểm của các thiết bị đo khí nén là chịu sự ảnh h-ởng của luồng khí động

ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng đ-ợc thiết bị đo Topography của đá với độ

chính xác và đo đ-ợc độ mòn đá làm cơ sở cho các nghiên cứu về mài nh-:

1 Dựa vào quá trình đo ta nghiên cứu ảnh h-ởng của mòn đá tới chất l-ợng của bề mặt chi tiết mài, ảnh h-ởng của thông số công nghệ khi sửa đá đến tuổi bền của đá

2 Nghiên cứu ảnh h-ởng của Topography đá tới chất l-ợng bề mặt chi tiết mài

3 Xác định tuổi bền của đá mài, chiều sâu và chế độ sửa đá tối -u

Nội dung luận án: Kết cấu của luận án gồm 4 ch-ơng và phần kết luận chung

Ch-ơng 1 Tổng quan quá trình mài

Nghiên cứu lý thuyết cơ bản về mài…

Ch-ơng 2 Nghiên cứu ph-ơng pháp đo Topography đá mài

Nghiên cứu lý thuyết về ph-ơng pháp đo 3D, khái niệm Topography đá mài, các thông số đặc tr-ng cơ bản của Topography đá mài…

Ch-ơng 3 Xây dựng hệ thống thí nghiệm

Xây dựng hệ thống thí nghiệm, kết nối thiết bị đo, xây dựng phần mềm

xử lý kết quả đo

Ch-ơng 4 Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý kết quả

Nghiên cứu thực nghiệm, xử lý các số liệu thí nghiệm

Phần kết luận chung:

Trong quá trình thực hiện đề tài, mặc dù đã có sự cố gắng rất cao của

em nh-ng do thời gian và điều kiện nghiên cứu còn hạn chế nên kết quả nghiên cứu mới đạt đ-ợc ở mức độ nhất định và cũng không thể tránh khỏi các sai sót Rất mong nhận đ-ợc ý kiến đóng góp của các Thầy, Cô và các đồng nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn!

Ngày 25 tháng 11 năm 2005

Tác giả

Nguyễn Văn Thiện

Ch-ơng 1 - Tổng Quan qúa trình mài

1.1 Quá trình mài kim loại

1.1.1 Sơ đồ mài

Trên hình 1.1 Biểu diễn sơ đồ mài tròn ngoài Hình 1.1.a đá mài quay tròn, tiến ngang; phôi có chuyển động tịnh tiến dọc; hình 1.1.b đá mài quay tròn tiến ngang

Hình 1.1 Sơ đồ mài tròn ngoài

Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của đá mài, chuyển động quay của phôi, chuyển động dọc của phôi và chuyển động tiến ngang của đá mài là những chuyển động phụ hay gọi là các chuyển động tiến dao

Khi mài th-ờng sử dụng tốc độ mài khá cao, tốc độ cắt khi mài là tốc

độ của đá mài Tốc độ quay của phôi trong tr-ờng hợp mài th-ờng đ-ợc bỏ qua vì rất bé

Tốc độ cắt khi mài thông th-ờng bằng 30-35 m/s, khi mài cao tốc 50-60 m/s Khi đá mài mòn sẽ dẫn đến tốc độ cắt bị giảm theo Để giữ ổn định tốc

độ cắt khi đá mòn nên tăng số vòng quay

Tốc độ quay của phôi th-ờng nhỏ hơn 60-100 lần tốc độ quay của đá mài Dịch chuyển t-ơng đối giữa đá mài và phôi để cắt phoi đ-ợc gọi là chuyển động tiến dao

Tuỳ thuộc vào điều kiện mài, chủng loại máy mài và những yêu cầu về

độ chính xác, chất l-ợng gia công mà lựa chọn chế độ mài Sd, Vp, t, Vd cho phù hợp

1.1.2 Quá trình cắt gọt khi mài

Mài là một quá trình cắt - cào x-ớc một khối l-ợng rất lớn lớp phôi mỏng bằng hạt mài với tốc độ rất cao Nếu xem xét quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài ta thấy nó có nguyên lý làm việc t-ơng tự nh- với một răng của dao phay (hình 1.2 [9]) song quá trình mài có những đặc thù riêng, t-ơng

đối khác biệt với quá trình cắt bằng dụng cụ kim loại nh- dao phay Những khác biệt ấy bao gồm:

Hình 1.2 Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài

- ở đây mài không có l-ỡi cắt liên tục trên vành cắt gọt

- Lớp kim loại đ-ợc cắt bởi một hạt đá mài có sự phụ thuộc về quan hệ chiều rộng và bề dày hạt đá

- Hình dáng hình học của hạt đá không xác định, ở đỉnh cắt của hạt mài

có cung l-ợn bán kính R

- Hạt mài nằm không quy luật trên mặt trụ đá

Hình 1.3 Sơ đồ mô tả quá trình tạo phoi bằng hạt mài có bán kính

đỉnh cắt : a-hiện t-ợng tr-ợt của hạt mài trên bền mặt mài; b-miết kim loại; c-tạo phoi

- Tốc độ cắt rất cao và quá trình cắt có một khối l-ợng hạt tham gia cắt nhiều, tức là hầu nh- trong khoảng khắc một l-ợng lớn phoi đ-ợc hình thành

- Các l-ỡi cắt của hạt đá có độ cứng, bền nhiệt, độ ròn rất cao

- Do sự tác động động học của mỗi hạt mài trên bề mặt mài do đó sinh

ra nhiệt cắt cao - cào x-ớc tức thời rất lớn

- Có hiện t-ợng tr-ợt giữa hạt mài và kim loại tr-ớc khi cắt gọt

* Quá trình tạo phoi:

Hạt mài bắt đầu làm việc với va đập lần đầu của cạnh cắt lên bề mặt gia công, lực va đập phụ thuộc tốc độ cắt và đại l-ợng tiến dao Lực va đập đ-ợc mềm hoá bởi trong lúc hạt này va đập thì nhiều hạt khác đang cắt và tạo phoi, nếu nh- độ bền động học của cạnh cắt không đủ lớn tức là bán kính đỉnh nhọn l-ỡi cắt quá nhỏ thì trong lúc va đập nó đã bị phá huỷ, nếu cạnh cắt có bán kính cong đủ lớn thì tại thời điểm đầu tiên khi hạt đá tiếp xúc với bề mặt phôi

sự tạo phoi không xuất hiện, do vậy hạt mài sẽ tr-ợt trên bề mặt gia công, lúc này áp lực trên hạt đá tăng dần, Trong thời điểm này phát sinh nhiều nhiệt

Hình 1.3 Sơ đồ mô tả quá trình tạo phoi bằng hạt mài có bán kính đỉnh cắt p

a – hiện t-ợng tr-ợt của hạt mài trên bề mặt mài

b – miết kim loại

việc của bất kỳ hạt đá nào trên chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và phoi

đều đ-ợc chia thành các giai đoạn (tr-ợt miết, tạo phoi) do đá mài không có l-ỡi cắt liên tục trên vành cắt, các cạnh cắt của hạt mài nằm trên độ cao khác nhau, do đó không phải tất cả các hạt mài đều tham gia cắt gọt trong cùng một thời điểm giống nhau Hạt thì tr-ợt trên bề mặt gia công, hạt thì miết nén, hạt thì tạo phoi Những hạt có bán kính cung lợn lớn tức là những hạt quá mòn không thể cắt đ-ợc lát cắt mỏng, những hạt này không cắt mà chỉ tr-ợt trên bề mặt gia công Lúc này sinh ra một l-ợng nhiệt rất lớn

Nh- vậy quá trình tạo phoi khi mài tuỳ thuộc vào yếu tố hình học của hạt mài Quá trình tạo phoi xảy ra trong khoảng khắc rất nhỏ 0,001- 0,005 giây, tức là hầu nh- tức thời Tổng số l-ợng hạt phoi đ-ợc cắt bởi một đá mài trong một đơn vị thời gian là rất lớn (hàng trăm triệu hạt phoi trong một phút)

Bề dày của phoi rất khác nhau – từ một vài micrô đến vài phần trăm micrô, những phoi quá nhỏ d-ới tác dụng của nhiệt cao sẽ bị cháy tạo thành tia lửa khi mài Những phoi lớn hơn cùng với những phần tử hạt bị mòn của đá đ-ợc rửa trôi trong dung dịch tới nguội

* Lực cắt khi mài:

Các lực cắt khi mài không lớn, nh-ng cần hiểu rõ và biết tính toán để

lựa chọn động cơ điện cho máy và chính bởi các lực này có ảnh h-ởng đến chất l-ợng và độ chính xác khi mài Khi mài cần phải biết tổng lực cắt gọt của

đá mài và lực cắt cào x-ớc của một hạt đá

2,2, Với thép ch-a tôi Cp= 2,1, Với gang Cp= 2,0)

1.1.3 Sự biến đổi cấu trúc trong lớp bề mặt kim loại mài

Chúng ta biết rằng 80% công trong quá trình mài đ-ợc biến thành nhiệt

mà chỉ có 20% năng l-ợng làm biến dạng mạng tinh thể Khi mài nhiệt nung nóng toàn bộ phôi nh-ng tại vùng mài (vùng tiếp xúc giữa bề mặt đá và phôi) nhiệt l-ợng có thể rất cao Song thời gian tác dụng của nhiệt này rất nhỏ, không đáng kể Nh- vậy cần chỉ rõ rằng khi mài thép không tôi cấu trúc lớp

bề mặt thông th-ờng không thay đổi bởi vì sự biến đổi cấu trúc của thép

không tôi cần có thời gian đủ lớn để giữ nhiệt ở nhiệt độ cao so với các loại thép đã tôi Biến đổi cấu trúc dẫn đến xuất hiện nội ứng suất bởi vì chúng gây

ra biến đổi thể tích kim loại Nếu nh- nội ứng suất v-ợt quá đại l-ợng bền tức thời kim loại sẽ bị phá huỷ, lúc này sẽ sinh ra nứt mài

Trong quá trình mài xuất hiện hiện t-ợng cháy mài do đó cần phải khống chế sinh nhiệt trong quá trình mài Nhiều kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng nhiệt phát sinh khi mài và sau đó là khả năng gây cháy mài có nguyên nhân trực tiếp từ lựa chọn chế độ mài, đặc tính kĩ thuật của đá và ph-ơng pháp

điều chỉnh máy mài Tuy nhiên nhiệt độ phát sinh chủ yếu do ma sát giữa đá mài và bề mặt chi tiết mài, cho nên biện pháp cơ bản nhất là giảm nhiệt phát sinh tức là giảm ma sát giữa đá và phôi

* Biến dạng dẻo khi mài:

Chúng ta đều biết rằng kim loại và hợp kim đều có cấu trúc mạng tinh thể và đ-ợc hình thành từ một số l-ợng lớn các hạt đa tinh thể đ-ợc xếp theo những trật tự khac nhau về kích th-ớc Chúng liên kết với nhau tạo thành khối rất bền vững về cơ học Bề mặt các kim loại đa tinh thể liên kết với nhau bằng những lớp tinh thể nhỏ và khi bị phá huỷ có ph-ơng rất khác nhau Khi gia công kim loại bằng ph-ơng pháp cắt gọt sẽ xuất hiện biến dạng dẻo trên lớp mỏng ở bề mặt, lan toả sang các vùng lân cận nằm d-ới lớp bề mặt gia công Càng gia tăng quá trình biến dạng dẻo phát sinh theo h-ớng tr-ợt tức là làm dịch chuyển một lớp tinh thể này theo mặt phẳng liên kết tinh thể nhất định nào đó Cũng có thể nói rằng quá trình tr-ợt là sự dịch chuyển của một lớp nguyên tử này so với lớp nguyên tử kia, d-ới tác dụng của lực biến dạng ( tức

là d-ới sự tác dụng của lực cắt) Sự tr-ợt bắt đầu xuất hiện khi xuất hiện ứng suất tr-ợt đủ lớn để gây tr-ợt Quá trình biến dạng dẻo xẩy ra sau biến dạng

đàn hồi, sức lan toả hầu nh- bằng tốc độ âm thanh (với sắt khoảng 5130m/s), nh-ng để xuất hiện biến dạng dẻo đảm bảo cho các hạt tinh thể dịch chuyển

đ-ợc cần có nhiều thời gian hơn Bởi vậy ở tốc độ biến dạng cao xuất hiện

biến dạng dẻo cục bộ tại chỗ Biến dạng dẻo cũng đ-ợc hiểu nh- biến dạng giữa các tinh thể, trong đó một số hạt này dịch chuyển t-ơng đối vơí một số hạt khác Chính những sự dịch chuyển này không lớn, nh-ng kể cả với gia tốc không lớn cũng đủ để gây phá huỷ đ-ờng biên cạnh của hạt, cuối cùng phá huỷ kim loại

Khi cắt kim loại bằng hạt mài ở lớp ngoài cùng bị kéo chảy theo h-ớng tác dụng của lực cắt Các tinh thể về cơ bản đ-ợc sắp xếp theo h-ớng của sơ

đồ mạng tinh thể, t-ơng tự sắp xếp của các hạt nhỏ theo h-ớng biến dạng gọi

là vân kim loại Nh- vậy khi biến dạng dẻo xuất hiện những hiện t-ợng sau:

- Thay đổi tính chất cơ lý của lớp bề mặt

- Khi cắt kim loại biến dạng dẻo gây ra biến cứng bề mặt nên bề mặt trở nên bền hơn và độ cứng tế vi đ-ợc nâng cao hơn và giảm tính dẻo

* ứng suất d- lớp bề mặt:

Bằng những việc nghiên cứu đã xác định rằng nội ứng suất gây ra ảnh h-ởng đến tính chất sử dụng của chi tiết máy Thực ra ảnh h-ởng lớn nhất đến tuổi bền mài mòn của độ cứng tế vi lớp bề mặt, yếu tố cơ bản để đánh giá tình trạng lớp bề mặt là phải biết đ-ợc đại l-ợng và dấu hiệu của ứng suất mỏi bên trong kim loại Các loại ứng suất này xuất hiện trong quá trình thực hiện những nguyên công công nghệ cụ thể ứng suất trên lớp bề mặt xuất hiện do những kết quả sau

- Biến dạng dẻo lớp bề mặt

- Biến dạng dẻo không đồng nhất, liên quan đến kéo chảy sợi kim loại lớp bề mặt và phát sinh trong lớp này ứng suất d- nén có ảnh h-ởng theo chiều cắt gọt

1.1.4 Sự hình thành bề mặt mài

Bề mặt mài đ-ợc hình thành do tổng tác động của tất cả các hạt mài trên lớp bề mặt lên bề mặt gia công Hạt mài khi cắt vào phôi cắt đi một l-ợng kim loại ở dạng các hình đa giác

Trong ngành công nghiệp Chế tạo máy, biện pháp gia công mài trong

đại đa số tr-ờng hợp đ-ợc coi là nguyên công cuối cùng phải đảm bảo đ-ợc chất l-ợng bề mặt theo yêu cầu, độ chính xác kích th-ớc và độ chính xác hình dạng hình học Về chất l-ợng, bề mặt mài phải đ-ợc hiểu là các yếu tố hình học của các vết cào x-ớc tế vi (hình 1.5), và độ bóng bề mặt (độ nhấp nhô, vết gia công, hình dạng các vết nhấp nhô) và các tính chất cơ lý của lớp bề mặt (biến cứng, biến đổi cấu trúc, ứng suất d- ) Đại l-ợng nhấp nhô tế vi khi mài phụ thuộc vào chế độ mài, chất l-ợng đá mài, tình trạng kỹ thuật của máy, độ tinh khiết của dung dịch tới nguội và nhiều yếu tố khác…

Hình 1.5 Sự hình thành bề mặt chi tiết mài

Kinh nghiệm thu đ-ợc từ những thí nghiệm trên các loại máy mài và những nghiên cứu đã tiến hành cho phép khẳng định độ bóng bề mặt mài phụ thuộc đầu tiên vào chế độ mài Nh- vậy có nghĩa rằng độ bóng bề mặt sẽ giảm khi tăng tốc độ quay của phôi mài, khi tăng số hành trình kép/phút và khi tăng tiến dao ngang và ng-ợc lại sẽ tăng chất l-ợng bề mặt khi giảm các

đại l-ợng tiến dao Độ bóng bề mặt có thể nâng cao bằng cách sửa đá đúng (

có thể mài đ-ợc các bề mặt có độ bóng tới cấp 11- 12 với đá có độ hạt trung bình khi sửa đá đúng)

Để đảm bảo độ bóng bề mặt gia công cao việc làm sạch, lọc sạch dung dịch tới nguội th-ờng xuyên và cẩn thận có ý nghĩa rất lớn Phoi kim loại khi mài bị đốt cháy rất nhanh, đ-ợc tôi cứng và hầu hết cứng hơn bề mặt gia công Khi dòng tới nguội có lẫn phoi sẽ làm cào x-ớc bề mặt mài Dòng tới nguội phải đ-ợc h-ớng tới vị trí rửa sạch bề mặt đá, tẩy đ-ợc tạp chất bám dính trên

sử dụng với ý nghĩa là dụng cụ cắt Các hạt trong đá mài nằm lộn xộn và đ-ợc liên kết với nhau bằng chất dính kết Chất dính kết không lấp đầy khoảng không gian giữa các hạt đá, bởi vậy giữa các hạt đá có khe hở Nhờ có các khe

hở này mà các hạt phoi sau khi cắt có nơi chứa tạm thời Khi đá mài quay các hạt phoi đ-ợc rửa bằng dung dịch tới nguội và khe hở lại đ-ợc làm sạch từng phần Đá mài theo tính chất cũng nh- hình dạng và cấu tạo không giống bất

kỳ loại dụng cụ cắt nào khác Thực hiện những công việc mài khác nhau, đá

mài có rất nhiều kiểu dạng và chủng loại ngay cả chúng cũng rất khác nhau về hình dáng, kích th-ớc, kết dính, số l-ợng, độ lớn của hạt, cấp độ cứng, cấu trúc v.v

Những thông số kể trên của đá mài cũng là những thông số để xác định tính chất và công dụng của đá

Sự khác biệt giữa đá mài và các dụng cụ cắt khác là trong quá trình cắt

đá mài có khả năng tự sửa đồng thời nó cũng có thể mài sắc tất cả các loại dụng cụ cắt khác, nó cắt đ-ợc bất kỳ vật liệu có độ cứng nào, đảm bảo độ chính xác gia công mà không thể hi vọng ở các loại dụng cụ khác có thể đạt

đ-ợc Ngoài ra những dụng cụ bằng hạt mài có thể gia công với tốc độ rất cao, v-ợt xa các loại dụng cụ khác đã có trong ngành gia công cắt, cắt đ-ợc những lát cắt cực nhỏ, rất mỏng (từ vài micrô tới vài mm)

Cùng với những -u điểm trên câú trúc của đá mài và công nghệ chế tạo chúng ch-a hoàn thiện bởi vâỵ còn có những nh-ợc điểm cơ bản sau :

- Hình dạng và kích th-ớc hạt mài khác nhau sự sắp xếp hỗn độn không quy luật trong đá mài và trên bề mặt tạo ra tính không đồng nhất trong cấu trúc và khác nhau về chất l-ợng sử dụng

- Không đồng nhất về tính chất vật liệu (chế tạo đá mài – hạt mài và chất kết dính ) bởi vậy gây nên không đồng nhất về độ cứng và cấu trúc

- Số l-ợng hạt mài tạo phoi trong quá trình cắt là rất lớn do đó tiêu tốn năng l-ợng trên một đơn vị thể tích vật liệu đ-ợc cắt đi, tức là khi mài một năng l-ợng phụ đ-ợc tiêu tốn để phân tán chia nhỏ phoi

- Có độ bền rất thấp so với dao cắt kim loại khi chịu va đập chịu nén và uốn vì vậy không cho phép chế tạo đá mài với tỷ lệ các thông số kích th-ớc tuỳ ý

- Hạt mài của dụng cụ đá mài nằm trên lớp bề mặt đ-ợc liên kết với nhau bền hơn so với hạt nằm ở các cạnh (góc) bởi vậy trong quá trình làm việc ngay cả khi tải trọng đều trên suất bề mặt bề rộng đá (thí dụ: Khi mài tròn

bằng ph-ơng pháp cắt tiến ngang) thì cạnh đá cũng vẫn mài nhiều hơn nhanh hơn

1.2.1 Dụng cụ hạt mài

Dụng cụ từ hạt mài là các dụng cụ chế tạo từ vật liệu dạng hạt- liên kết với nhau thành một thể nguyên khối bằng những chất kết dính

Trong giai đoạn hiện nay các loại dụng cụ từ hạt mài đ-ợc sử dụng rộng rãi do vì yêu cầu tăng độ nhẵn bóng bề mặt, tăng độ chính xác và tăng tuổi bền của chi tiết gia công lên cao cũng nh- đã chế tạo và ứng dụng rộng rãi các loại vật liệu siêu bền mới, các loại hợp kim khó gia công…Dụng cụ từ hạt mài

đ-ợc ứng dụng rộng rãi không chỉ trong những yêu cầu gia công có độ chính xác cao mà còn sử dụng trong các nguyên lý mài thô để cắt đi một l-ợng kim loại đủ lớn

Những vật liệu hạt mài sử dụng để chế tạo dụng cụ từ hạt mài là tất cả các loại vật liệu nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, mà chúng có độ cứng độ lớn và có khả năng cắt gọt cao Các vật liệu hạt mài sử dụng để chế tạo các dụng cụ th-ờng đ-ợc phân thành hai nhóm: thiên nhiên và nhân tạo Nhóm vật liệu thiên nhiên bao gồm các khoáng chất sau:Kim c-ơng tự nhiên, Coranh

đông điện, Các bua Silic, Các bit Bo (B4C)

Sự khác biệt giữa đá mài và các dụng cụ cắt khác trong quá trình cắt đá mài có khả năng tự sửa đồng thời nó cũng có thể mài sắc tất cả các loại dụng

cụ cắt khác, nó cắt đ-ợc bất kỳ vật liệu có độ cứng nào, đảm bảo độ chính xác gia công mà không thể hi vọng ở các loại dụng cụ khác có thể đạt đ-ợc Ngoài

ra những dụng cụ bằng hạt mài có thể gia công với tốc độ rất cao, v-ợt xa các loại dụng cụ khác đã có trong ngành gia công cắt gọt, cắt đ-ợc những lát cắt cực nhỏ, rất mỏng (từ vài phần micrô tới vài mm)

Chất kết dính dùng để kết dính những hạt mài rời rạc thành khối Đá mài có chất l-ợng cao hay thấp tuỳ thuộc vào chất kết dính Tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng của đá mài mà ng-ời ta sử dụng các loại chất liên kết khác nhau

để chế tạo đá Chất kết dính đ-ợc chia thành hai nhóm cơ bản là: vô cơ và hữu cơ

- Với chất kết dính vô cơ bao gồm: Gốm, Magnhêdit và Silicat

- Với kết dính hữu cơ bao gồm: Bakêlic, Gliphtalin và Vuncanic

* Độ hạt của đá mài:

Độ hạt của đá mài đ-ợc biểu thị bằng kích th-ớc thực tế của hạt mài (theo OCT – 3647 – 59) (bảng1.1) Tính năng cắt gọt của vật liệu phụ thuộc vào kích th-ớc hạt mài Khi mài thô dùng loại hạt có kích th-ớc lớn và ng-ợc lại khi mài tinh dùng loại hạt có kích th-ớc nhỏ Hạt mài đ-ợc phân ra làm 3 nhóm [1]:

- Nhóm thứ nhất gọi là hạt mài gồm các số hiệu: 200; 160; 125; 100; 80; 63; 50; 40; 32; 25; 20; 16

- Nhóm thứ hai gọi là bột mài gồm các số hiệu: 12; 10; 8; 6; 5; 4; 3

- Nhóm thứ ba gọi là phấn mài gồm các số hiệu: M40; M28; M20; M14; M7; M5

Chất l-ợng của hạt mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố song quan trọng nhất là sự đồng đều của các hạt

dao tiện bằng hợp kim cứng, thép gió…

- Mài tinh những chi tiết có độ bóng và

độ chính xác cao, các dụng cụ đo kiểm

- Mài ren, mài sửa cần có độ bóng cao

- Mài nghiền các chi tiết và các loại dụng cụ nhiều l-ỡi đòi hỏi độ nhẵn cao

- Mài khôn xi lanh, mài mỏng, mài rà

* Mật độ của đá mài:

Mật độ của đá mài là kết cấu ở bên trong của đá, tức là tỷ lệ giữa thể tích hạt, chất kết dính, khoảng trống (độ xốp) Kẽ của đá mài là khoảng trống nhỏ để chứa phoi và dung dịch làm nguội Mật độ của đá mài có từ 1 đến 12 cấp, mỗi cấp của mật độ chỉ những tỉ lệ giữa hạt mài, chất kết dính, khoảng trống trong một đơn vị thể tích của đá ví dụ đá mài có độ cứng MV2, nếu thể tích hạt chiếm 52%, chất kết dính chiếm 9%, còn lại thể tích của các khoảng trống chiếm 39%, nh- vậy t-ơng đ-ơng với mật độ 5, còn đá mài cũng có độ cứng nh- trên, nh-ng thể tích hạt là 50%, chất kết dính 11%, thể tích khoảng trống 39% thì t-ơng đ-ơng với mật độ 6 Nh- vậy, mật độ càng lớn thì khoảng cách giữa các hạt mài càng tăng Vì vậy khi chọn mật độ của đá mài phải theo nguyên tắc là vật liệu càng mềm, phải chọn mật độ càng cao, ng-ợc lại vật liệu càng cứng phải chọn mật độ càng thấp Ngoài ra khi chọn mật độ của đá cần phải biết điều kiện mài, độ chính xác gia công và độ bóng bề mặt chi tiết Thành phần hạt mài của các cấp có trong bảng 1.2 [1], cấu trúc của đá mài hình 1.6

Hình 1.6 Cấu trúc của đá mài

1 Hạt mài, 2 Chất kết dính, 3 Khoảng trống

Trung bình TB1, TB2 C1, C2 Z1, Z2 L, M, N, O

Ký hiệu của độ cứng đá theo mức tăng dần, bởi vậy M3 đ-ợc xem là

trọng, chúng ta biết rằng đá mài có những tính chất đặc tr-ng – tính cắt của chúng ở nhiều mức độ khác nhau Khi mài bằng đá mài mà chọn đúng độ cứng, hạt mài theo thời gian mòn dần tải trọng cắt trên hạt đá đó cũng lớn dần

nó phải tự rơi hoặc tách ra khỏi bề mặt đá để lớp cạnh cắt lại xuất hiện Khi đá mài quá cứng tính chất cắt rửa hạt đá không đ-ợc khôi phục và xuất hiện tình trạng đá bị cứng bề mặt, do đó đá mài mất hẳn tính chất cắt gọt, do ma sát giữa đá mài và bề mặt chi tiết gia công tăng nhanh, sẽ xuất hiện cháy mài và nứt mài Trong tr-ờng hợp này phải tiến hành sửa đá Khi mài bằng đá mài quá mềm, hạt mài sẽ bị tách vỡ khỏi bề mặt đá, nó không kịp mòn, đá mài mòn hình học quá nhanh, giảm năng suất gia công

1.2.2 Mòn đá mài

Mòn là quá trình thay đổi kích th-ớc, hình dạng và khả năng cắt gọt của

đá Quá trình mòn của đá là quá trình cơ, lý, hoá rất phức tạp Chúng phụ thuộc vào tất cả các điều kiện khi gia công nh-: Các thông số kỹ thuật của đá mài, Topography của đá, tính chất cơ lý của vật liệu gia công, chế độ công nghệ khi mài… L-ợng mòn tổng trên bề mặt làm việc của đá mài gồm mòn trong quá trình mài và lớp cắt khi sửa đá

- Mòn đá khi sửa đá phụ thuộc vào lớp hạt đá đ-ợc cắt đi để khôi phục hoàn toàn khả năng cắt gọt của đá và hình dáng hình học đúng của đá Tần số sửa đá phụ thuộc vào tuổi bền của đá giữa hai lần sửa chữa (tức là khả năng bền mòn của đá) Khi tuổi bền của đá càng thấp, cần phải sửa đá th-ờng xuyên (chu kỳ bền T giảm - chu kỳ bền của đá là thời gian làm việc của đá

giữa hai lần sửa trong một chế độ mài xác định) Tần số sửa đá tùy thuộc vào vật liệu hạt đá, độ cứng, độ hạt, cấu trúc, kết dính, và những tính chất cơ học

đặc tr-ng của vật liệu gia công, độ bóng, độ chính xác yêu cầu trên bề mặt mài và các chế độ mài Tất cả các yếu tố trên ảnh h-ởng đến đặc tính mòn của

đá trong quá trình mài

- Sự mài mòn bề mặt làm việc của đá ảnh h-ởng rất lớn đến các thông số trong quá trình mài (lực, nhiệt…) và chất l-ợng của bề mặt chi tiết mài Vì mài chủ yếu là nguyên công gia công lần cuối nên chất l-ợng chi tiết gia công

là chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá tuổi bền của đá mài Nhiệm vụ nghiên cứu sự mòn của đá là phải xác định đ-ợc sự ảnh h-ởng độ mòn của đá đến các thông

- Hạt mài bị tách ra khỏi bề mặt làm việc của đá.(hình 1.7.d)

- Hạt mài bị phá huỷ do phản ứng hoá học ở vùng tiếp xúc giữa hạt mài và chi tiết gia công ở nhiệt độ cao.(hình 1.7.e)

- Hạt mài bị phoi chèn ép vào các khoảng trống, mất khả năng cắt gọt.(hình 1.7.g)

Các dạng mòn trên xuất hiện đồng thời trong quá trình mài, tuy nhiên tuỳ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể mà một dạng mòn nào đó thể hiện rõ nhất

Trong quá trình mài hạt đá bị mòn dần Có thể khôi phục khả năng cắt của đá bằng cách sửa đá Nh-ng đá mài khác các loại dụng cụ cắt khác là nó

có khả năng tự sửa Tức là tự làm mới bề mặt cắt bằng cách tách khỏi lớp bề mặt những hạt bị mòn, d-ới tác dụng của lực cắt và những yếu tố khác Những chuyên gia đã cho rằng, khi hiện t-ợng tự sửa xảy ra, nó không tự tách ra nguyên hạt mài mòn, mà nó chỉ mòn cục bộ từng cạnh cắt và các đỉnh hạt Nh- vậy luôn luôn tạo ra các mặt mới có các đỉnh cắt sắc nhỏ hơn Theo mức

độ mòn hạt, các mặt này càng xuất hiện nhiều hơn và càng có nhiều đỉnh cắt, bởi vậy áp lực riêng trên mỗi đỉnh nhọn cắt giảm dần Nếu áp lực giảm đến mức mà lực cắt mài không đủ lớn để làm mòn hạt và tạo ra ở chúng những

đỉnh nhọn khác nữa nhỏ hơn, thì các đỉnh hạt này bị làm mòn đến mức hoàn toàn

Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả đã chỉ rõ, quá trình mòn của đá chia làm 3 giai đoạn [8] (hình 1.8)

Hình 1.8 Quá trình mòn đá mài

- Giai đoạn 1: Giai đoạn mòn ban đầu của đá Thời giam mòn ban đầu

tm nhỏ nh-ng nh-ng độ mòn ban đầu Um lớn Nguyên nhân là sau khi sửa đá

có nhiều hạt mài có vị trí và thông số hình học của l-ỡi cắt không thuận lợi cho quá trình cắt hoặc các hạt mài liên kết không chặt chẽ với nhau Các hạt này liên tục bị bung ra khỏi chất kết dính Thời gian và độ mòn ban đầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó ảnh h-ớng lớn nhất là ph-ơng pháp và chế độ công nghệ khi sửa đá

- Giai đoạn 2: Giai đoạn mòn bình th-ờng Thời gian làm việc của đá

đ-ợc tính trong giai đoạn này Độ mòn của đá trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính của tải trọng cơ nhiệt

- Giai đoạn 3: Giai đoạn mòn khốc liệt của đá Lúc này các lỗ rỗng trên bềmặt đá bị phoi và các sản phẩm mòn lấp đầy, đá mài mất khả năng cắt Vì vậy phải tiến hành sửa đá

1.3 Sửa đá mài

Nh- đã biết đá mài trong quá trình làm việc bị mòn, tức là nó mất khả năng cắt gọt do mòn hạt đá và bẩn do bụi bít kín khe hỏng của bề mặt đá, nó còn làm sai lệch hình học của đá, tìm điệu kiện đảm bảo độ chính xác của bề mặt gia công trong tr-ờng hợp nh- vậy đá mài phải đ-ợc sửa c-ỡng bức [10] (hình 1.9 và 1.10) Nh- vậy mục đích của sửa đá bao gồm :

- Khôi phục khả năng cắt gọt của đá mài, do ảnh h-ởng của mòn hạt đá,

do bị bít kín lớp bề mặt

- Khôi phục hình dạng ban đầu của đá mài, do bị mòn không đều khi tự sửa hoặc do mòn cục bộ

- Tạo lại hình dáng tức là sửa lại đá cho đá một profin đúng

- Xác định vị trí của l-ỡi cắt trong không gian, để dịch chuyển nó đúng

đại l-ợng cần thiết

Hình 1.9 Cấu trúc bề mặt đá mài tr-ớc khi sửa (a) và sau khi sửa (b)

Hình 1.10 Topography đá mài khi sửa đá

Vết nứt Phá huỷ tế vi Hạt mài mất liên kết

Phoi bám dính bm mài mòn đỉnh hạt

b

a

Hạt mài

Khoảng trống Mối liên kết

Biên dạng hạt kim

Sửa đá cũng đ-ợc thực hiện trong những tr-ờng hợp để làm thay đổi thuộc tính của đá mài, thí dụ: nếu nh- khi mài bằng đá hạt lớn có thể mài đạt

đ-ợc độ bóng bề mặt cao, bằng cách chọn chế độ sửa đá làm nhỏ mịn cạnh cắt của hạt mài, nằm trên bề mặt làm việc của đá để bề mặt của đá có dạng mịn,

đá mài này cho phép đạt đ-ợc độ chính xác gia công cao Những thợ mài có kinh nghiệm khẳng định khả năng này và làm cho độ chính xác tăng 1-2 cấp,

độ bóng bề mặt đạt cấp 11- cấp 12 Khi mài bóng để có độ hạt trung bình phải chọn chế độ sửa đá hợp lý Đá mài mòn càng nhanh càng phải sửa th-ờng xuyên hơn Đá mài càng có độ bền cao, sửa đá càng ít lần hơn Thực tế chứng minh rằng ở mọi kiểu mài, mòn đá do sửa đá chiếm 50-95% Những nghiên cứu đã tiến hành và qua cả kinh nghiệm thực tế đã xác nhận rằng đối với tất cả các hình thức mài và với tất cả các hình thức sửa đá để khôi phục khả năng cắt gọt của đá chỉ cần cắt lớp bề mặt khoảng 0,05 - 0,08mm Bởi vậy khi sửa

đá nên sửa đi chiều sâu ít nhất có thể Nh- vậy nâng cao đ-ợc hiệu quả sử dụng của đá mài và nâng cao đ-ợc hiệu quả kinh tế của quá trình mài

Tùy thuộc vào yêu cầu về chất l-ợng bề mặt mài, và các yếu tố đã nêu ở phần trên, ta có thể sử dụng các ph-ơng pháp khác nhau để sửa đá và sử dụng các loại dụng cụ sửa đá khác nhau Các loại dụng cụ sửa đá bao gồm dụng cụ kim c-ơng và phi kim c-ơng

- Sửa đá bằng kim c-ơng: Khi sửa đá bằng dung cụ kim c-ơng có thể dùng ở dạng dụng cụ nguyên khối hay mũi kim c-ơng hàn trên thanh kim loại gọi là bút kim c-ơng Th-ờng th-ờng khi sửa đá bằng kim c-ơng trong dụng

cụ th-ờng dùng hơn cả là bút kim c-ong Bút này thân bằng kim loại (kết dính các hạt bằng vônfran) Hạt kim c-ơng có kích th-ớc 0,3- 0,003 cara ở mỗi bút kim cuơng có thể có 0,5-2 cara kim c-ơng Bút kim c-ong khác nhau bởi cách sắp đặt kim c-ơng Các loại bút kí hiệu từ C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C11

- Sửa đá bằng vật liệu phi kim c-ơng: Trong giai đoạn hiện nay liên quan đến việc hao tổn trọng l-ợng của kim c-ơng ngày càng tăng, hơn nữa các nguyên công mài ngày một nhiều hơn trong công nghiệp gia công kim loại Nhìn chung từ các ngành kinh tế quốc dân tổng l-ợng kim c-ơng hao tổn cho sửa đá mài chiếm khoảng 40% Trên cơ sở của hàng loạt những nghiên cứu và kinh nghiệm làm việc của các xí nghiệp tiên tiến đã xác định đ-ợc khả năng chỉ sử dụng kim c-ơng trong các nguyên công đòi hỏi chính xác cao Còn trong các tr-ờng hợp khác nên sử dụng vật liệu thay thế Sửa đá bằng dụng cụ thay thế theo hai ph-ơng pháp cơ bản : Lăn và mài Các dụng cụ sửa đá phụ thuộc vào vật liệu mà nó đ-ợc chế tạo bao gồm: Loại dạng của hạt hợp kim cứng và kim loại Dụng cụ sửa bằng hạt mài đ-ợc chế tạo từ các bua silíc độ hạt № 125, 100, 80 trên nền kết dính kêramíc Khi sửa đá để mài tinh sử dụng loại đá có độ hạt № 40,25, 16

1.4 tuổi bền của đá mài

Chất l-ợng của nguyên công mài phụ thuộc vào trạng thái của bánh mài trong quá trình mài Việc hiểu các đặc tính của bánh mài là cần thiết để điều khiển quá trình mài Trong nhiều đề tài sự biến đổi của các đặc tính mài đ-ợc phân tích thông qua các đại l-ợng độ mòn của bánh mài và sự rạn nứt các chất liên kết Các nghiên cứu miêu tả nhiều ảnh h-ởng vật lý trong quá trình mài và

cách sử dụng mô hình toán học và mô phỏng Dựa trên sự hiểu biết về diễn

biến quá trình mài trong vòng đời của bánh mài xác định các đặc tính mài tối -u

Quá trình mài là quá trình gia công rất phức tạp, do có rất nhiều thông

số tác động Quá trình mài có thể coi nh- quá trình t-ơng tác giữa các hạt mài trên bánh mài với vật mài d-ới tốc độ và áp suất cao Một trong những thông

số quan trọng đặc tr-ng cho quá trình mài, đó là tuổi bền của đá mài Tuổi bền của đá mài đặc tr-ng cho tính chất vật lý và tính chất kinh tế kỹ thuật của quá trình mài Khi tuổi bền của đá mài đã hết, ng-ời ta phải sửa lại đá mài với mục

đích phục hồi lại tính chất cắt gọt Để quá trình mài thực hiện tốt hơn thì mô hình là cần thiết để chứng minh tuổi bền của đá mài phụ thuộc vào sự điều khiển của các thông số Các chuyển động trong quá trình mài, các đặc tính của bánh mài đ-ợc quan tâm nh- là cơ sở của mô hình của quá trình mài để

xác định các thông số cho quá trình mài

Các mô hình của qúa trình mài hầu hết đ-ợc phát triển dựa trên nghiên

chất vật lý của quá trình mài Các mô hình Topography đá mài mô tả đặc tính

bề mặt của nó, nó thiết lập cơ sở phân tích quá trình mài Các mô hình chế độ mài bao gồm lực, năng l-ợng, nhiệt độ và độ nhám bề mặt đ-ợc phát triển dựa trên sự hiểu biết về Topography bề mặt của đá mài và các chuyển động của quá trình mài Do không có đại l-ợng miêu tả cấu trúc vi mô của bánh mài, sự xác định theo thực nghiệm vẫn là đặc thù của các mô hình mài Hình dáng hình học của các phoi mài đ-ợc thể hiện bằng chiều dày của lớp kim loại đ-ợc bóc ra Sự miêu tả hình dáng của phoi mài dựa trên sự chuyển động của quá trình mài liên quan đến sự cấu tạo của cấu trúc vi mô của bánh mài Mặc dù các mô hình này minh hoạ sự tạo thành phoi mài nh-ng các áp dụng thực tế của nó bị cản trở bởi cần phải đo Topography bánh mài

Các mô hình về lực mài và độ nhám bề mặt mài cần sự phối hợp phân tích lý thuyết và thực nghiệm Phần lớn các mô hình này yêu cầu mô tả cấu trúc của bánh mài và do đó không dễ dàng áp dụng trong công nghiệp

Do đặc tính rất phức tạp của quá trình mài nên việc xác định tuổi bền của đá mài cũng rất phức tạp Không thể nghiên cứu xây dựng một chỉ tiêu tổng quát để xác định tuổi bền của đá mài cho mọi tr-ờng hợp Việc xác định tuổi bền của đá mài phải xuất phát từ điều kiện gia công cụ thể Để xác định tuổi bền của đá mài ta có thể dựa vào các ph-ơng pháp đánh giá nh- sau:

* Gia công các chi tiết thử nghiệm: Khi gia công các chi tiết thử nghiệm, chúng ta có thể tiến hành đo các thông số về chất l-ợng của chi tiết nh- độ

chính xác nhấp nhô tế vi bề mặt Ra, Rz… Căn cứ vào các giá trị cho phép của các thông số về chất l-ợng chúng ta sẽ xác định đ-ợc thời điểm phải sửa lại

đá

* Theo dõi của ng-ời thợ trực tiếp đứng máy: theo ph-ơng pháp này, thời

điểm sửa đá đ-ợc xác địnhhoàn toàn dựa vào đánh giá chủ quan và kinh nghiệm của ng-ời thợ đứng máykhi quan sát các hiện t-ợng xẩy ra khi mài ví dụ: Sự xuất hiện các âm thanh đặc biệt trong quá trình mài, các vết cháy, vết gằn trên bề mặt gia công…Ph-ơng pháp này kém chính xác nh-ng đơn gian nên vẫn đ-ợc sử dụng rất phổ biến trong sản xuất loạt, đơn chiếc

* Ph-ơng pháp xác định tuổi bền thông qua thành phần lực h-ớng kính Py , hoặc lực tiếp tuyến Pz: Cơ sở của ph-ơng pháp này là dựa trên sự tăng lực h-ớng kính Py khi đá bị mòn hoặc lực Pz đặc tr-ng cho khả năng cắt khi mài

* Ph-ơng pháp xác định thông qua nhiệt cắt khi mài: Cơ sở của ph-ơng pháp này là dựa trên sự tăng nhiệt khi đá bị mòn, tuy nhiên ph-ơng pháp đo nhiệt là một ph-ơng pháp phức tạp đang đ-ợc nghiên cứu để áp dụng trong thực tế

* Xác định tuổi bền của đá thông qua chỉ tiêu rung động trong quá trình cắt hoặc biên độ dao đông của lực cắt: Với ph-ơng pháp này ta đo rung động của

hệ thống công nghệ theo ph-ơng của lực Py và sự tăng rung động khi đá bị mòn…

Các ph-ơng pháp xác định tuổi bền của đá ở trên là các ph-ơng pháp gián tiếp, các ph-ơng pháp này chỉ đ-ợc sử dụng khi có mối liên hệ với các thông số của chất l-ợng bề mặt hoặc độ chính xác gia công khi mài, nh- vậy không có một ph-ơng pháp nào là vạn năng để đánh giá tuổi bền của đá mài

1.5 một số h-ớng nghiên cứu về mài hiện nay

Mài là một ph-ơng pháp gia công rất quan trọng trong ngành chế tạo máy (đặc biệt là gia công tinh) và do những đặc điểm riêng của quá trình cắt khi mài Vì vậy ph-ơng pháp mài đ-ợc rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài n-ớc nghiên cứu, có rất nhiều công trình nghiên cứu khác nhau về mài đã

đ-ợc công bố và đã ứng dụng có hiệu quả vào thực tế sản xuất Tuy nhiên, ph-ơng pháp mài vẫn còn nhiều vấn đề phải đ-ợc tiếp tục nghiên cứu để nó ngày càng tối -u hơn và hoàn thiện hơn, ví dụ các công trình đã và đang đ-ợc nghiên cứu tại Việt Nam:

- Nghiên cứu xây dựng ph-ơng pháp đánh giá tính cắt gọt của đá mài và lựa chọn cặp đá mài – vật liệu gia công thích hợp, TS.Nguyễn Huy Ninh nghiên cứu

- Mô hình tuổi bền đá mài khi gia công trên các loại máy mài, nhóm tác giả: PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp – TS Nguyễn Huy Ninh – ThS L-u Văn Nhang nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh h-ởng của các thông số công nghệ khi sửa đá đến tuổi bền của đá mài khi mài tròn ngoài TS.Trần Minh Đức nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh h-ởng của Topography bề mặt đá tới chất l-ợng của bề mặt chi tiết gia công, ThS Trần Đức Quý đang nghiên cứu

- Nghiên cứu xác định tuổi bền của đá mài, chiều sâu và chế độ sửa đá tối -u,

đang đ-ợc nhóm tác giả Tr-ờng ĐHBK Hà Nội và CĐCN Hà Nội nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh h-ởng của thông số công nghệ tới chất l-ợng của chi tiết gia công trên máy mài phẳng, ThS Phùng Xuân Sơn nghiên cứu…

Các công trình nghiên cứu đá mài trên các loại máy mài bằng các ph-ơng pháp đo khí nén, đo lực, đo dao động… đ-ợc rất nhiều nhà khoa học

đã và đang tiến hành nghiên cứu Song mỗi ph-ơng pháp đo đều gặp phải những khó khăn nhất định

Xuất phát từ những cơ sở khoa học trình bày ở trên, để tiếp tục nghiên cứu về mài và làm cơ sở cho các nghiên cứu sâu về mài, góp phần phát triển công nghệ mài, tạo ra các sản phẩm cơ khí có chất l-ợng cao Em đi nghiên

cứu đề tài: “Xây dựng mô hình đo Topography bề mặt đá mài và đo độ

mòn đá khi mài trên máy mài tròn ngoài“ là vấn đề cần thiết và rất thực tế

hiện nay

Ch-ơng 2 - Nghiên cứu ph-ơng pháp đo Topography đá mài

2.1 khái niệm topography

Ngày nay cựng với sự phỏt triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là với sự trợ giỳp của mỏy vi tớnh đó giỳp cho chúng ta rất nhiều trong việc mụ tả lại hỡnh dỏng của vật thể Qua đú việc khảo sỏt vật thể trờn mụ hỡnh của chỳng

đ-ợc thuận lợi Từ đú đưa ra cỏc ứng dụng hay cải tiến chỳng một cỏch thớch hợp và đơn giản

2.1.1 Khái niệm

Bề mặt của một vật rắn là phần vật thể xác định những ranh giới giữa vật rắn và môi tr-ờng xung quanh nó Bề mặt của vật rắn chứa đựng nhiều thuộc tính, chủ yếu là các thuộc tính hình học Tập hợp các lồi lõm của một bề mặt vật rắn đ-ợc xác định trong không gian ba chiều với những đặc tr-ng cụ thể của nó thì đ-ợc gọi là Topography

Để đánh giá Topography hiện nay ng-ời ta đ-a ra các thông số mô tả

đặc điểm chính, những nét đặc tr-ng của topography của bề mặt 3D Đó là các thông số mô tả khả năng phân loại độ rộng và độ cao, thông số mô tả tính chất không gian

Trong hệ thống toạ độ EUCLID, bề mặt vật thể có thể trình bày nh- một hàm liên tục z(x,y) với hai biến độc lập x,y Bề mặt vật thể z(x,y) phải

đ-ợc số hoá trong quá trình đo để sau này thông tin của nó có thể sử dụng để phân tích, xử lý (hình 2.1) Bởi vậy trong phép phân tích bề mặt 3D ng-ời ta biểu thị chiều cao bề mặt bằng các điểm rời rạc z(xi, yi) và vị trí không gian biểu thị bằng :

xi = (i-1)x với i = 1 M

yj= (j-1)y với j = 1 N

Trong đó: x, y là các biến thiên khoảng cách ứng với x, y

M, N là số điểm mẫu ứng với x, y

Với sự biêu thị này thì chúng ta hoàn toàn có thể d-ng lại bề mặt 3D của vật thể và thực hiện các phép phân tích cũng nh- đánh giá

Trong đó a, b, c là hệ số giải tích đ-a vào các dữ liệu của phép đo

Tổng bình ph-ơng của sai lệch đ-ợc tính nh- sau:

l k l

k N

l

M

k

l k l

k y z x y z x y f a b x c y x

1 (

) 1 ( 6 ) 1 ( 6 ) 7

M u N N

M MN

) 1 )(

1 (

2

1

N M

M u x b



) 1 )(

1 (

2

1

N y

l k N

l M k

l k N

z k

, ( ).

1 ( );

, ( ).

1

Bề mặt gia số cho bởi :

) ( ) , ( )

Trước khi đưa ra cỏc thụng số 3D, chỳng ta cần xem xột một số qui ước

mà ở đú cỏc thụng số đó được định nghĩa và tiến hành thớ nghiệm trong cỏc điều kiện đặc biệt :

- Để phõn biệt thụng số 2D và 3D người ta đưa vào ký hiệu S (Surface) dưới cỏc thụng số 3D

- Mặt khảo sỏt được sử dụng cho việc mụ tả đặc điểm bề mặt là mặt vuụng nhỏ nhất Vỡ thế bề mặt phương sai mà cú gốc là 0 sẽ được sử dụng trong thuật toỏn

- Khụng giống thụng số 2D được định nghĩa trong tiờu chuẩn quốc tế với giỏ trị được ước lượng trờn chiều dài mẫu, những thụng số 3D trỡnh bày dưới đõy được xỏc định bờn trong một vựng mẫu

- Sự thiết lập cỏc khỏi niệm của những thụng số được đưa ra dựa trờn một vựng mẫu cú kớch thước là 100x100 cỏc dữ liệu điểm

2.1.2.2 Bộ thông số

Bộ thông số đ-ợc đ-a ra trong cuộc hội thảo khoa học lần 2 [10] để mô tả đặc điểm bề mặt 3D gồm các thông số mô tả đặc điểm chính những nét đặc