Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá tới tuổi bền của đá khi mài thép 45 chưa nhiệt luyện trên máy mài tròn ngoài

Mài có thể gia công tạo ra các chi tiết có độ chính xác cao, chất l-ợng bề mặt cao, gia công đ-ợc các loại vật liệu có tính chất cơ lý tính cao độ bền cao, độ cứng cao….. Quá trình mài l

LUẬN VĂN THẠC SỸ CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS NGUYỄN TRỌNG BÌNH

xuất bản giá dục

[2] Lê Văn Tiến - Nguyễn Đắc Lộc (1998), Công nghệ chế tạo máy Tập I và

II, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

[3] Nguyễn Tiến Thọ – Nguyễn Thị Xuân Bảy- Nguyễn Thị Cẩm Tú

(2001), Kỹ thuật đo lường – kiểm tra trong chế tạo cơ khí, Nhà xuất bản Khoa học

[7] Bùi Công Cường – Bùi Minh Trí (1997), Giáo trình xác suất và thống

kê, Nhà xuất bản Giao thông vận tải

[8] Nguyễn Anh Tuấn – Nguyễn Đắc Lộc – Phạm Đắp (1964), Máy cắt kim Loại, Nhà xuất bản giá dục

[9] Nguyễn Văn Khang (1998), Dao động kỹ thuật, Nhà xuất bản Khoa học

[15] PGS – TS Nguyễn Trọng Bình, TS Trần Hữu Đà, ThS Trần Minh Đức – Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá đến tuổi bền của

dá mài khi mài tròn ngoài Luận văn tiến sỹ (2002)

bề mặt khác nhau nh- mặt trụ ngoài, mặt trụ trong (lỗ), mặt phẳng, mặt định hình Mài có thể gia công tạo ra các chi tiết có độ chính xác cao, chất l-ợng bề mặt cao, gia công đ-ợc các loại vật liệu có tính chất cơ lý tính cao (độ bền cao,

độ cứng cao…) Vì vậy, mài có vị trí rất quan trọng trong gia công cơ khí, đặc biệt là gia công tinh để tạo ra các đôi ma sát làm việc với vận tốc cao, tải trọng

và nhiệt độ lớn Mài không những chỉ đ-ợc dùng trong gia công tinh, mà còn

đ-ợc dùng ngày càng nhiều ở các nguyên công gia công phá, gia công thô

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 đ-ợc sử dụng rộng rãi Những đòi hỏi về độ chính xác và chất l-ợng gia công ngày càng cao thì mài càng đ-ợc quan tâm nghiên cứu và đ-ợc sử dụng rộng rãi hơn bất kì dạng gia công nào khác Quá trình mài đ-ợc thực hiện ở vận tốc cắt cao, áp lực lớn, nhiệt độ vùng cắt lớn, các quá trình lý hoá xảy ra trong vùng tiếp xúc phức tạp.Mặt khác đá mài có cấu tạo đa dạng và phức tạp, sự sắp xếp hạt mài, sự tạo các l-ỡi cắt trên hạt mài là ngẫu nhiên Nên việc nghiên cứu, điều khiển quá trình mài gặp rất nhiều khó khăn

ở Việt nam, việc sử dụng công nghệ mài còn rất hạn chế vì vậy việc nghiên cứu sâu sắc và ứng dụng hiệu quả quá trình mài trong gia công tinh, góp phần nâng cao chất l-ợng sản phẩm mài là vấn đề cấp thiết hiện nay

Xuất phát từ vấn đề đó, đ-ợc sự h-ớng dẫn của:

PGS - TS Nguyễn Trọng Bình - Bộ môn công nghệ chế tạo máy

m¸y mµi trßn ngoµi

Phần mở đầu

Ch-ơng I: Tổng quan về mài

1.1 Bản chất quá trình mài……… 01

1.2 Cấu tạo đámài……….……… 03

1.3 Hình dáng hình học của đá mài ………

và sự phân bố hạt mài trên bề mặt đá.……… 19

1.4 Quá trình tạo phoi khi mài ……… 20

1.5 Một số loại máy mài tròn ngoài ……… 22

1.6 Mòn và tuổi bền của đá.……… ………… 27

1.7 Topographie của đá mài ……… 33

1.8 Cơ sở quá trình cắt khi mài ……… ………39

1.9 Mối quan hệ giữa các đại l-ợng thu đ-ợc của quá trình mài……

với thời gian mài ……… ………48

Ch-ơng II: Xây dựng mô hình thí nghiệm 2.1 Mô hình thí nghiệm ……… ………54

2.2 Thiết kế, chế tạo và kết nối hệ thống đo lực cắt ……… 58

2.3 Kết nối hệ thống đo rung động ……… … 67

2.4 Thử nghiệm hệ thống ……… ……… 67

2.5 Kết luận ……… ……… 70

Ch-ơng III: Nghiên cứu ảnh h-ởng của chế độ sửa đá tới tuổi bền của đá mài khi mài thép 45 ch-a nhiệt luyện trên máy mài tròn ngoài

3.1 Cơ sở khoa học ……… ……… 71

3.2.Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm ……… ………73

3.3 Điều kiện công nghệ cụ thể khi nghiên cứu bằng thực nghiệm ……….74

3.4 Tiến hành nghiên cứu và lấy số liệu ……… 76

3.5 Xác định tuổi bền của đá mài theo số chu trình mài ……… 86

3.6 Xây dựng mối quan hệ giữa tuổi bền của đá………

với chế độ công nghệ khi sửa đá.……… ………86

3.7 Nhận xét kết quả.……… 95

Tài liệu tham khảo……… 96

Mài là nguyên công gia công tinh, là quá trình tham gia cắt đồng thời của nhiều l-ỡi cắt có hình dáng hình học khác nhau và các l-ỡi cắt luôn luôn biến đổi trong quá trình mài d-ới tác dụng của tải trọng cơ nhiệt Chính vì vậy trong quá mài còn tồn tại nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu trong đó vấn đề

ảnh h-ởng của các thông số công nghệ khi sửa đá tới kết quả của quá trình mài ch-a đ-ợc nghiên cứu đầy đủ cho nên chúng tôi lựa chọn đề tài:

:“Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá tới tuổi bền của đá mài khi mài thép 45 ch-a nhiệt luyện trên máy mài tròn ngoài“

[1] Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối -u hoá quá trình gia công cắt gọt, Nhà xuất bản giá dục

[2] Lê Văn Tiến - Nguyễn Đắc Lộc (1998), Công nghệ chế tạo máy Tập

I và II, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

[3] Nguyễn Tiến Thọ – Nguyễn Thị Xuân Bảy- Nguyễn Thị Cẩm Tú (2001), Kỹ thuật đo l-ờng – kiểm tra trong chế tạo cơ khí, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

[4] Nguyễn Văn Tính (1978), Kỹ thuật mài, Nhà xuất bản công nhân kỹ thuật

[5] Ngô diệp Tập (1996), Đo L-ờng và điều khiển bằng máy tính, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

[6] Bành Tiến Long – Trần Thế Lục – Trần Sỹ Tuý (2001),Nguyên lý gia công vật liệu, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

[7] Bùi Công C-ờng – Bùi Minh Trí (1997), Giáo trình xác suất và thống kê, Nhà xuất bản Giao thông vận tải

[8] Nguyễn Anh Tuấn – Nguyễn Đắc Lộc – Phạm Đắp (1964), Máy cắt kim Loại, Nhà xuất bản giá dục

[9] Nguyễn Văn Khang (1998), Dao động kỹ thuật, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

[10] Tô Cẩm Tú – Trần Văn Diễn – Nguyễn Đình Hiên – Phạm Chí Thành (1999), Thiết kế và phân tích thí nghiệm, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

[12] Kodunro.L.M, Sổ tay mài kim loại (1981), Nhà xuất bản Đại học Minsk

[13].Koxunov.B.S, Mài kim c-ơng (1967), Nhà xuất bản chế tạo máy Lêningrat

[14].PGS – TS Nguyễn Trọng Bình, KS Nguyễn Hiệp C-ờng –

Nghiên cứu ảnh h-ởng của l-ợng chạy dao dọc khi sửa đá tới các thông số nhám bề mặt khi mài tròn ngoài Luận văn thạc sỹ (1998)

[15] PGS – TS Nguyễn Trọng Bình, TS Trần Hữu Đà, ThS Trần Minh

Đức – Nghiên cứu ảnh h-ởng của các thông số công nghệ khi sửa đá đến tuổi bền của dá mài khi mài tròn ngoài Luận văn tiến sỹ (2002)

Ch-ơng I

Tổng quan về mài 1.1 Bản chất của quá trình mài

Mài là một ph-ơng pháp gia công cắt gọt tốc độ cao bằng một số l-ợng lớn các l-ỡi cắt rất bé của các hạt mài

Cùng với sự phát triển của ngành chế tạo máy, những vật liệu mới có cơ tính cao và khó gia công ngày càng đ-ợc sử dụng rộng rãi Mặt khác, do yêu cầu của độ chính xác trong gia công ngày càng cao, nên mài ngày càng

đ-ợc áp dụng một cách hiệu quả trong gia công cơ khí

Quá trình mài là quá trình cắt gọt của các hạt mài, nhằm bóc đi một lớp kim loại mỏng trên bề mặt chi tiết gia công, tạo ra rất nhiều phôi vụn

So với các ph-ơng pháp gia công cắt gọt bằng các dụng cụ cắt có l-ỡi cắt xác định khác nh- tiện, phay, bào… thì mài có một số đặc điểm nh- sau:

- Đá mài là dụng cụ cắt có nhiều l-ỡi cắt cùng đồng thời tham gia vào quá trình cắt, nó bao gồm các hạt mài đ-ợc liên kết với nhau bằng chất dính kết Các hạt mài có hành dáng hình học khác nhau, sự phân bố của chúng trong đá mài rất ngẫu nhiên nên các thông số hình học của chúng trong đá mài th-ờng không hợp lý, không thuận lợi cho quá trình cắt gọt và thoát phoi Th-ờng góc tr-ớc âm (<0), góc sắc của l-ỡi cắt th-ờng lớn hơn

900 ( > 900) và có bán kính  ở các l-ỡi cắt

- Tốc độ cắt khi mài rất cao Cùng một lúc, trong một thời gian rất ngắn (khoảng từ 10-3  5.10-5m/s) có nhiều hạt mài cùng tham gia cắt gọt và tạo ra rất nhiều phoi vụn với tiết diện phoi mài rất bé

- Dụng cụ mài có l-ỡi cắt không liên tục, các hạt mài nằm tách biệt trên mặt đá và cắt ra các phoi riêng biệt Do đó có thể coi quá trình mài là một quá trình cạo x-ớc liên tục trên bề mặt gia công

- Dó có nhiều hạt mài cùng tham gia vào quá trình cắt gọt do góc tr-ớc âm (<0) và do vận tốc cắt lớn, nên nhiệt cắt phát sinh trong quá trình cắt gọt rất lớn, chi tiết gia công bị nung nóng rất nhanh, nhiệt độ ở vùng mài lớn có thể lên đến 10000C – 15000C…

- Độ cứng của hạt mài cao, độ giòn cao, độ bền nhiệt cao nên có khả năng gia công đ-ợc các loại vật liệu có độ bền độ cứng cao nh- thép đã tôi, hợp kim cứng, thép bền nhiệt…mà các ph-ơng pháp gia công khác không thể gia công đ-ợc hoặc gia công một cách rất khó khăn và rất tốn kém

- Hạt mài có nhiều cạnh cắt và có bán kính cong ở đỉnh (Hình 1.1) Trong quá trình cắt gọt bán kính này tăng lên đến một trị số nhất định, lực cắt tác dụng vào hạt mài cũng tăng lên, có thể làm các hạt vỡ ra tạo lên những l-ỡi cắt mới hoặc có thể làm bật các hạt ra khỏi chất dính kết Vì vậy trong quá trình mài, việc tách phoi phụ thuộc vào hình dáng hình học của hạt mài, phụ thuộc vào mật độ hạt mài

Hình 1-1: Sơ đồ cấu tạo hạt mài

Trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc, đồng thời các hạt mài có hình dáng bất kỳ và phân bố ngẫu nhiên trong đá mài, nên việc

điều khiển quá trình mài là rất khó khăn và phức tạp

Quá trình mài là quá trình cào x-ớc tế vi bề mặt, tạo ra phoi rất nhỏ nên mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bề mặt rất cao Mài là





quá trình gia công tinh và th-ờng đặt cuối quy trình công nghệ Do có nhiều -u điểm nổi bật nên mài đ-ợc sử dụng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy Trong tổng số máy công cụ, máy mài chiếm tới 30%, còn trong một

số ngành đặc biệt nh- chế tạo vòng bi thì máy mài chiếm đến 60%

Mài không chỉ đ-ợc dùng trong gia công tinh, mà còn đ-ợc dùng ngày càng nhiều ở các nguyên công gia công phá, gia công thô

Hiện 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 đ-ợc sử dụng rộng rãi Những đòi hỏi về độ chính xác và chất l-ợng gia công ngày một cao thì mài càng đ-ợc quan tâm nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi hơn bất kỳ một dạng gia công nào khác Xu thế nâng cao độ chính xác trong gia công đ-ợc chỉ ra nh- hình 1.2, điều đó có nghĩa là mài ngày càng đ-ợc sử dụng rộng rãi trong gia công tinh để đáp ứng yêu cầu về độ chính xác gia công

1.2 Cấu tạo đá mài

Cấu tạo của viên đá gồm hai thành phần: Là hạt mài và chất dính kết Hạt mài đóng vai trò quan trọng nh- những l-ỡi cắt Muốn gia công

đ-ợc các loại vật liệu khác nhau thì hạt mài phải có độ cứng cao hơn nhiều

độ cứng của vật liệu gia công Sự thay đổi độ cứng và hình dáng hình học của hạt mài sẽ dẫn đến sự thay đổi trong quá trình cắt

Chất dính kết ảnh h-ởng quyết định tới độ cứng và độ bền của đá Tuỳ thuộc vào sự sắp xếp của các hạt mài trong chất dính kết mà đá mài có thể xốp hoặc chặt khít Cơ sở phân biệt và đánh giá đá mài đ-ợc biểu thị bằng năm tiêu chuẩn kỹ thuật sau đây:

• Kim c-ơng nhân tạo:

Kim c-ơng nhân tạo đ-ợc tạo ra bằng cách nung graphít ở nhiệt độ cao đến 27000C d-ới áp suất đến 10 000 atm Thành phần của kim c-ơng nhân tạo gần giống thành phần của kim c-ơng tự nhiên, gồm 97,7% cacbon

và 0,3% tạp chất Kim c-ơng có đặc điểm nổi bật là:

- Độ cứng tế vi rất cao: HV = 105N/mm2

- Có bán kính cong của hạt mài nhỏ  =1,1  11,3 m và có góc sắc  =52840

Hệ số dẫn nhiệt cao (lớn hơn 14 lần so với các bít Silíc và gần 45 lần

so với corun điện)

Tinh thể kim c-ơng th-ờng đ-ợc dùng để chế tạo dao cắt kính, các loại dao cắt, mũi khoan mỏ, đầu đo độ cứng, đầu đo độ nhấp nhô bề mặt,

đầu sửa đá mài Kim c-ơng đ-ợc sử dụng rộng rãi hơn cả là dùng để chế tạo mũi mài sắc và mài bóng dụng cụ cắt hợp kim cứng, mài các chi tiết vật liệu

là hợp kim cứng, mài sứ, mài các loại kính quang học, đánh bóng…

Khi mài bằng đá mài kim c-ơng, do khả năng dẫn nhiệt tốt nên nhiệt

độ mài thấp, vì vậy chất l-ợng bề mặt đạt đ-ợc cao

Ký hiệu kim c-ơng tự nhiên: A

Ký hiệu kim c-ơng nhân tạo: AC (theo tiêu chuẩn Nga)

1.2.1.2 Corun điện

Corun điện có hai loại, corun điện th-ờng và corun điện trắng

- Corun điện th-ờng thu đ-ợc từ quá trình nung chảy bốc xít trong lò

điện Thành phần chủ yếu của nó là Al2O3, có dải mầu sắc từ hồng đến thẫm, tuỳ thuộc vào hàm l-ợng ô xít nhôm

Hiện nay đang sản xuất các loại corun điện th-ờng với hàm l-ợng

Al2O3 từ 92  95%

Ký hiệu của corun điện th-ờng theo tiêu chuẩn Nga: 12a, 13a, 14a, 15a, 16a

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam: Cn

Corun điện th-ờng để mài vật liệu dẻo nh- thép đã tôi, thép đúc, thép cán… (trừ thép gió đã tôi)

- Corun điện trắng:

Corun điện trắng thu đ-ợc từ quá trình nung chảy Al2O3 trong lò hồ quang Hạt có dải màu từ hồng đến trắng Hàm l-ợng Al2O3 trong corun

điện trắng rất cao Hiện nay chế tạo chủ yếu là corun điện trắng 22a, 23a, 24a, 25a với hàm l-ợng Al2O3 từ 98  99% Do đó corun điện trắng cứng hơn corun điện th-ờng nh-ng lại dòn hơn corun điện th-ờng

Corun điện trắng có tính cắt gọt tốt hơn corun điện th-ờng nên nó

đ-ợc sử dụng rộng rãi để gia công những bề mặt có yêu cầu chất l-ợng cao, hay dùng để gia công thép gió, thép dụng cụ đã qua tôi cứng

1.2.1.3 Các bít Silíc (các bo Run)

Các bít silíc thu đ-ợc do kết quả tác động t-ơng hỗ giữa SiO2 và cácbon (C) trong là điện trở Hàm l-ợng SiO2 khoảng 97  99%, còn lại là các tạp chất khác

Đặc tính quan trọng của các bít silíc là đọ cứng cao, nh-ng dòn, có góc nhọn nên dễ vỡ thành các tinh thể nhỏ Bề mặt của hạt mài nhẵn, khó dính vào chất liên kết, do đó hao phí nhiều Tuỳ theo thành phần tạp chất

mà nó có mầu xanh hoặc mầu đen Nó đ-ợc chia ra làm hai loại cơ bản sau

đây:

- Các bít silíc xanh:

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Nga: Kz

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam: Sx

Thành phần của Kz chứa 98  99% SiC nên có ít tạp chất, độ cứng cao nh-ng dòn, nó th-ờng dùng để gia công các loại vật liệu cứng nh- sứ, hợp kim cứng, gang già…

- Các bít silíc đen:

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Nga: KЧ

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam: Sđ

Thành phần của KЧ chứa 97  98% SiC, tính năng cắt gọt kém vì có nhiều tạp chất hơn, nó đ-ợc dùng để gia công các loại vật liệu dòn hoặc rất mềm nh- đồng thau, đồng thanh, kẽm, gang và các loại đồ nhựa

1.2.1.4 Các bít Bo

Các bít bo thu đ-ợc trong lò điện hồ quang do kết hợp tác dụng t-ơng

hỗ giữa bo và cốc dầu mỏ ít tro ở nhiệt độ 20000C  23500C Trong thành phần của các bít Bo có đến 94%BO, các bít Bo có độ cứng rất cao chỉ sau kim c-ơng nitrít Bo và Bo lập ph-ơng Do đó nó có tính năng cắt gọt tốt, th-ờng dùng để gia công thép hợp kim, hợp kim cứng và các vật liệu khó gia công khác

Ngoài các loại vật liệu hạt mài nói trên còn có các loại vật liệu hạt mài khác nh- corun điện Crôm, mônô corun, corun điện titan… nh-ng vì phạm vi ứng dụng hẹp nên không giới thiệu trong đề tài nghiên cứu này

1.2.2 Vật liệu dính kết

Khi chế tạo đá mài, nhờ tính chất của chất dính kết mà các hạt mài

đ-ợc liên kết với nhau Các hạt mài đ-ợc trộn lẫn với chất dính kết theo một

tỷ lệ thích hợp, sau đó ép hỗn hợp đó vào trong khuôn và thiêu kết để tạo thành đá mài Hiện nay có khoảng 50 – 60% tổng sản l-ợng đá mài đ-ợc chế tạo từ chất dính kết Kêramic, 30 – 40% đá mài đ-ợc chế tạo từ chất dính kết Bakelít, 4 – 7% từ chất kết dính Vunganít và 1 – 2% từ chất dính kết kim loại và các chất dính kết khác Vì mức độ và phạm vi nghiên cứu ứng dụng nên nội dung này chỉ giới thiệu một số chất dính kết chủ yếu nhất

1.2.2.1 Chất dính kết Kêramíc

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Nga: K

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam: G

Kêramíc đ-ợc chế tạo từ đất sét chịu lửa phenspat, thạch anh và một

số tạp chất khác Đá mài chế tạo từ chất dính kết Kêramíc có độ bền, độ chịu nhiệt, độ cứng cao, sức bền của trắc diện làm việc lớn và nó có thể làm việc đ-ợc trong môi tr-ờng hoá học Loại đá mài có chất dính kết Kêramíc

có thể mài với tốc độ v = 65m/s Tuy nhiên, nó cũng có nh-ợc điểm là không đ-ợc sử dụng làm chất dính kết để chế tạo đá mài có chiều dày nhỏ

và đá mài chịu tải trọng va đập

1.2.2.2 Chất dính kết Bakêlít

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Nga: Б

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam: B

Bakêlít là một chất keo hữu cơ, có thành phần cơ bản là nhựa tổng hợp Đá mài đ-ợc chế tạo từ chất dính kết này có độ bền và độ đàn hồi cao,

ít làm nóng chi tiết gia công khi mài

Tuy nhiên, nó có nh-ợc điểm là độ bền nhiệt thấp ở nhiệt độ t =

2000C Bakêlít trở nên dòn Vì vậy mà đá rất chóng mòn và không chịu đ-ợc trong môi tr-ờng kiềm Do đó khi sử dụng đá chế tạo từ chất dính kết này thì không đ-ợc sử dụng chất trơn nguội DDTN có chứa quá 1,5% xút Loại

đá mài chế tạo từ chất dính kết Bakêlít có thể mài với tốc độ v = 35  70m/s hoặc cao hơn nữa Nó có thể chế tạo thành đá mài cắt có chiều dày nhỏ đến 0,18mm

1.2.2.3 Chất dính kết Vungalít

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Nga: B

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam: V

Là loại chất keo hữu cơ, thành phần của nó chủ yếu là cao su tổng hợp Nó có sức bền cơ học và tính đàn hồi tốt Đá mài chế tạo từ chất dính

kết Vungalít có độ bền mòn cao, có thể mài với tốc độ v = 18  80m/s Nh-ng nó có những nh-ợc điểm là độ xốp kém và chịu nhiệt không tốt (bắt

đầu hoá dẻo ở nhiệt độ 159  2000C) nên khi mài bắt buộc phải sử dụng dung dịch trơn, nguội Chất dính kết Vungalít th-ờng đ-ợc chế tạo đá dẫn trên máy mài vô tâm, đá xẻ rãnh có chiều dày nhỏ tới 0,3  0,5mm, các đá

để mài các chi tiết có yêu cầu độ nhẵn bề mặt cao

1.2.3 Cỡ hạt (kích th-ớc hạt mài)

Cỡ hạt của đá đ-ợc biểu thị bằng kích th-ớc thực tế của các hạt mài Tính năng cắt gọt của đá phụ thuộc vào cỡ hạt của đá Khi mài thô dùng đá

có kích th-ớc hạt mài lớn, khi mài tinh dùng đá có kích th-ớc hạt mài nhỏ

Tuỳ theo mục đích sử dụng mà hạt mài đ-ợc phân ra thành nhiều cỡ hạt có kích th-ớc khác nhau Các cỡ hạt này phân theo nhóm: nhóm hạt rất thô, hạt thô, hạt trung bình, hạt mịn, rất mịn và đặc biệt mịn

1.2.4 Độ cứng của đá mài

Độ cứng của đá mài biểu thị khả năng tách hạt mài khỏi bề mặt đá d-ới tác dụng của tác động cơ nhiệt sinh ra trong quá trình mài Độ cứng của đá mài càng cao có nghĩa là hạt mài càng khó tách rời khỏi bề mặt của

đá, khả năng tự mài sắc kém Độ cứng của đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh- kích th-ớc hạt mài, chất dính kết và tỷ lệ của nó, lực ép khi chế tạo đá, chế độ thiêu kết Độ cứng của đá mài có ảnh h-ởng đến năng suất cà chất l-ợng sản phẩm mài Trong quá trình mài cần xuất phát từ vật liệu gia công, cần chọn đá có độ cứng phù hợp Khi mài vật liệu cứng cần chọn đá mềm ng-ợc lại khi mài vật liệu mềm cần chọn đá cứng

Theo nguyên tắc chung, khi gia công vật liệu cứng thì chọn đá mềm

và khi gia công vật liệu mềm thì chọn đá cứng Ví dụ, khi gia công tinh các loại thép đã tôi, hợp kim cứng nên chọn đá mềm hơn, th-ờng chọn từ M3  MV1 Khi gia công thô nên chọn đá cứng hơn Đá có độ cứng trung bình có thể gia công thép mềm ch-a tôi, gang đúc… Khi gia công thép đã tôi cứng

có nhiều cacbon, để đề phòng cháy và nứt nên dùng đá bằng chất keo Bakêlít và Vungalic

Độ cứng của đá mài chia thành 7 nhóm (Bảng 3) Độ cứng tăng dần theo chỉ số bên phải của ký hiệu

1.2.5 Cấu trúc đá (độ xốp)

Độ xốp của đá mài đặc tr-ng cho tổ chức bên trong của đá mài Nghĩa là quan hệ giữa các thể tích của hạt mài, chất dính kết vầ khoảng trống của đá Cơ sở để phân loại đá mài theo cấu trúc là thể tích của các hạt mài Những đá mài có cùng cấp cấu trúc thì thể tích của các hạt mài chiếm chỗ là nh- nhau với mọi cấp độ cứng Cấu trúc của đá mài đ-ợc chia thành

18 cấp độ từ cấp 1 cho đến cấp 18 (Bảng 4)

Bảng 5: Hình dáng và ký hiệu đá mài

1 Đá mài cạnh vuông đá phẳng V1  Mài tròn ngoài,

mài lỗ, mài không tâm, mài phẳng, mài sắc

5 Đá mài cạnh vuông lỗ 2 bậc của

hai mặt

11 Đá mài hình bát côn V15 ЧK Mài phẳng bằng

mặt đầu của đá, th-ờng để mài dụng cụ

mài cắt

của đá, th-ờng dùng để mài dụng

16 Miếng mài cạnh vuông M1 C Làm thanh mài

nghiền và mài khôn

17 Miếng mài hình thang M6 5C Lắp vào các đồ gá

để mài phẳng, tuỳ theo cấu tạo của đồ gá mà chọn miếng mài cho phù hợp

Khi tăng một cấp cấu trúc thì thể tích hạt mài trong đá giảm đi một l-ợng V = 2%, còn thể tích chất dính kết tăng một l-ợng là 2% t-ơng ứng

(h - V) + (dk + V) + Vr = 100% (1.1) Trong đó: - Vh: Thể tích hạt mài

- Vdk: Thể tích chất dính kết

- Vr: Thể tích các khoảng rỗng Thể tích chung các khoảng rỗng r của đá ứng với mật độ cứng nhất không thay đổi với các cấu trúc khác nhau Tuy nhiên khi tăng số liệu cấp cấu trúc thì các khoảng trống trở lên lớn hơn

Đá mài có cấu trúc chặt chẽ, trong đó hạt mài đ-ợc bố trí sít với nhau

sẽ làm cho khoảng cách giữa các hạt mài nhỏ, loại đá mài nh- vậy th-ờng dùng để đánh bóng Đá mài có cấu trúc xốp, khoảng cách giữa các hạt mài

lớn, dễ dàng thoát phoi trong quá trình cắt, do đó cho phép nâng cao tốc độ cắt, nh-ng khi đó đá lại kém bền, nhanh bị mòn

Để tạo ra khoảng rỗng, khi chế tạo đá mài ng-ời ta th-ờng trộn thêm một số chất phụ gia nh- mùn c-a, gỗ, than… vào hỗn hợp tr-ớc khi ép theo một tỷ lệ thích hợp Quá trình thiêu kết, các chất phụ gia cháy sẽ tạo thành các khoảng rỗng Đá mài có độ hạt tử 125  80 th-ờng cấp cấu trúc N0 3 

4 Độ hạt tử 5040 th-ờng dùng cấp cấu trúc N0 67

Ký hiệu của đá mài:

Trên mặt đầu của đá mài th-ờng đ-ợc ghi các thông số cơ bản theo thứ tự sau:

350x650x63 30m/s

Hình 12: Kí hiệu đá mài

Giải thích các kí hiệu:

- 2A: Vật liệu hạt mài Corun điện th-ờng (91% Al2O3)

- 63: Kích th-ớc của hạt mài nằm trong khoảng từ 630 – 800m

+ Nguyên tắc chung khi chọn đá:

- Khi gia công vật liệu cứng thì chọn đá mềm, khi gia công vật liệu mềm thì chọn đá cứng, khi gia công vật liệu rất mềm dẻo nh- đồng, nhôm… thì dùng đá mềm

- Khi gia công vật liệu cứng, các l-ỡi cắt trên hạt mài mòn nhanh, khẳ năng cắt của hạt mài giảm nhanh, tuổi thọ của đá giảm

- Để phục hồi khă năng của đá, cần phải tách khỏi đá những hạt mài

đã bị mòn, để các hạt mài mới ở các lớp d-ới có điều kiện tham gia vào quá trình cắt gọt Chính vì vậy khi mài vật liệu cứng thì chọn đá mềm Ng-ợc lại khi mài vật liệu mềm, các hạt mài mòn chậm, nếu chọn đá mềm thì các hạt tách rời khỏi đá mài rất nhanh Trong khi đó chúng vẫn còn khả năng cắt tốt Điều này dẫn đến đá mòn nhanh gây lãng phí Vì vậy khi gia công vật liệu mềm cần phải chọn đá cứng

- Khi gia công thô cần chọn đá mài cứng để tăng năng suất bóc phôi Khi gia công các mặt định hình nên chọn đá có độ cứng trung bình, để vừa

đảm bảo hình dạng bề mặt gia công, vừa đảm bảo năng suất Độ cứng của

đá mài đ-ợc lựa chọn phụ thuộc vào vật liệu gia công, hình dáng hình học

bề mặt gia công, tính chất cơ lý của vật liệu gia công và vật liệu làm đá Phụ thuộc vào yêu cầu về độ chính xác, độ nhám bề mặt, phụ thuộc thiết bị

đá mài Hình dáng hình học của mỗi hạt mài hoàn toàn khác nhau, mỗi một hạt mài có nhiều cạnh cắt, có bán kính tròn ở đỉnh Các góc cắt của hạt mài hoàn toàn khác l-ỡi cắt của dao tiện, phay, bào Góc sắc th-ớng lớn hơn 900

( >900), góc tr-ớc th-ờng âm ( < 0) Các bán kính tròn ở đỉnh cắt thay đổi

và th-ờng tăng dần trong quá trình cắt gọt H-ớng của các góc cắt của các hạt mài không phù hợp với nhau, do đó không thuận lợi cho việc cắt gọt

Khi bán kính ở đỉnh cắt tăng dần lên, lực cắt tăng, tác dụng trực tiếp vào hạt mài, làm cho áp lực giữa chi tiết gia công và hạt mài tăng áp lực này tăng đến một trị số đủ lớn sẽ làm cho hạt mài bị vỡ thành nhiều mảnh hoặc làm bật hạt mài ra khỏi đá mài Do đó ng-ời ta gọi hiện t-ợng này là hiện tượng “tự mài sắc” Khi lực cắt tăng đến một trị số đủ lớn sẽ làm vỡ các hạt mài, hình thành các hạt mài mới có l-ỡi cắt mới Hoặc có thể làm bật các hạt mài ra khỏi bề mặt đá mài làm xuất hiện cá hạt mài ở lớp sau sẽ tham gia vào quá trình cắt gọt

Mặt khác, do hạt mài có các bán kính tròn ở đỉnh cắt và góc cắt của

nó (góc sắc th-ờng lớn hơn 900, góc tr-ớc th-ờng âm) do đó không thuận lợi cho việc thoát phoi

Hình 1.3: Quá trình mài

Do hạt mài có độ cứng cao nh-ng dòn, d-ới tác dụng của lực cắt và

ma sát giữa chi tiết gia công và đá mài, sự va đạp của phoi vào bề mặt gia công, năng l-ợng biến dạng của kim loại Nên nhiệt ở vùng cắt rất lớn, làm cho các hạt mài bị mòn, cùn, tróc vỡ một phần diện tích hoặc tróc vỡ toàn

bộ hạt mài ra khỏi chất dính kết làm xuất hiện các hạt mài mới sẽ tham ra vào quá trình cắt gọt, đó chính là khả năng tự mài sắc của đá

1.4 Quá trình tạo phoi khi mài

Trong quá trình cắt gọt, việc tách phoi ra khỏi chi tiết gia công phụ thuộc vào hình dáng hình học của hạt mài, phụ thuộc vào hình dáng và tính chất cơ lý của vật liệu mài, phụ thuộc vào chế độ gia công và chế độ trơn nguội Nên việc nghiên cứu quá trình tách phoi rất phức tạp và khó khăn Xong qua thực tiễn ta thấy quá trình tách phoi gồm ba giai đoạn chủ yếu sau:

Hình 1.4: Quá trình tách phoi khi mài

- Nếu gọi bán kính cong của mũi hạt mài là , chiều dày của lớp kim loại cần hớt đi là a thì ở giai đoạn đầu (Hình 1.4a) mũi hạt mài bắt đầu va

đạp vào bề mặt gia công

Lực va đập này phụ thuộc vào chế độ mài (tốc độ quay của đá, tốc độ quay của chi tiết gia công, l-ợng tiến dao dọc hoặc ngang của đá, l-ợng chạy đi lại của chi tiết gia công) Nếu bán kính cong  của đỉnh cắt hạt mài rất nhỏ thì độ bền động học của nó cũng rất nhỏ Khi va đập và tiếp xúc với chi tiết gia công thì các hạt mài sẽ bị phá huỷ không thể cắt gọt đ-ợc Nếu bán kính cong ở đỉnh cắt  hợp lý thì quá trình cắt gọt thuận lợi Tr-ờng hợp bán kính cong ở đỉnh cắt  lớn hơn chiều dày a rất nhiều, hạt mài sẽ tr-ợt trên bề mặt chi tiết gia công, làm cho áp lực tăng dần ở thời điểm này chi tiết gia công bị nung nóng và giữ l-ợng nhiệt độ lớn

Giai đoạn này vật liệu gia công bị biến dạng đàn hồi

- Tiếp sau giai đoạn một là giai đoạn mà áp lực mài tăng dần lên, nhiệt độ ở lớp bề mặt kim loại tăng lên làm cho biến dạng dẻo của kim loại cúng tăng dần lên, lúc này bắt đầu xảy ra quá trình cắt gọt kim loại (Hình 4.1b)

- Khi chiều sâu của lớp kim loại đạt tới giá trị a nào đó, với điều kiện

a   thì xảy ra quá trình tách phoi Lớp kim loại cần phải hớt đi của chi tiết gia công nằm trong giai đoàn biến dạng dẻo và biến dạng phá huỷ để tạo phoi

Quá trình cắt gọt của hạt mài trên chi tiết gia công có thể khái quát thành ba giai đoạn sau:

- Giai đoạn tr-ợt miết

- Giai đoạn nén, x-ớc

- Giai đoạn tách phoi

Kim loại nằm trong vùng gia công cũng biến dạng theo ba giai đoạn:

- Giai đoạn biến dạng đàn hồi

- Giai đoạn biến dạng dẻo

- Giai đoạn biến dạng và biến dạng phá huỷ

Quá trình cắt gọt tạo phoi thì các cung tròn ở đỉnh cắt của hạt mài khi tiếp xúc với chi tiết gia công luôn luôn thay đổi Các cạnh của mép phân bố sắp xếp theo các h-ớng khác nhau Bán kính cong  của từng hạt mài cũng không giống nhau Những hạt mài có bán kính cong ở đỉnh cắt lớn sẽ không thể cắt được lớp kim loại mỏng Lúc đó xảy ra hiện tượng “trượt – nạo” của hạt mài với vật liệu gia công, ma sát lớn do áp lực tăng, phát sinh nhiệt

1.5 Máy mài tròn ngoài

Máy mài tròn ngoài dùng để gia công các bề mặt hình trụ, côn và các mặt định hình Máy mài tròn ngoài có thể mài đ-ợc l-ợng d- khác nhau từ rất nhỏ 0,0005mm đến vài milimét với độ chính xác và độ nhẵn bóng cao

Có rất nhiều loại máy mài tròn ngoài, tuỳ theo yêu cầu công nghệ, kích

th-ớc, hình dáng của chi tiết gia công mà chọn máy cho phù hợp Sau đây giới thiệu một số loại máy mài th-ờng gặp

- Máy mài tròn ngoài vạn năng có ụ đá và chi tiết có đầu phụ đế mài

- Máy mài tròn ngoài, mài mặt đầu, có ụ quay đ-ợc các góc 80, 300,

450, có ụ mài chuyển động thẳng góc với tâm 3T161

- Máy mài tròn ngoài dùng mâm cặp để kẹp chặt chi tiết gia công, không có ụ sau kiểu 3T161A

- Máy mài tròn ngoài dùng mâm cặp để kẹp chi tiết gia công, trục của đá và chi tiết không vuông góc với nhau

- Máy mài nhiều đá, dùng để gia công trục nhiều bậc, trục khuỷu, trục lệch tâm (lắp nhiều đá trên một trục)

- Máy mài tròn ngoài chuyên dùng, có truyền dẫn của ụ tr-ớc và ụ sau kiểu 3A424, 3428 để mài thanh truyền, cổ trục khuỷu, có các bộ phận chép hình kiểu XШ-170 Máy mài để mài trục cam của máy nổ có ụ quay

đ-ợc, có ống kẹp đàn hồi kiểu XШ-111, MШ- 29 để mài cạnh vát côn của sufap

- Máy mài tròn ngoài hỗn hợp có ụ mài cải tiến để sử dụng cho phù hợp với yêu cầu công nghệ Trọng l-ợng của ụ mài từ 800 – 1000kg, động cơ điện có công suất từ 6,5kw – 9kw, đ-ờng kính đá mài từ 600 –

700mm, có cơ cấu chạy dao ngang tự động trong quá trình mài, có cữ hãm

và hệ thống kiểm tra chủ động trên máy

- Máy mài nửa tự động của hãng TOS (Tiệp Khắc) có bộ phận chép hình bằng thuỷ lực và bộ phận sửa đá theo hình dạng trong quá trình mài

- Máy mài nhiều đá lắp thẳng góc hoặc lắp nghiêng một góc trên cùng một trục chính, dùng để gia công những chi tiết lớn

Sau đây đối t-ợng dùng để thí nghiệm là máy mài tròn ngoài cơ bản

- Tốc độ dịch chuyển của bàn máy 0,4 – 10m/ph

- Tốc độ b-ớc tiến của đá trong một hành trình kép của bàn máy từ 0,0025 đến 0,05mm

- Góc quay của bàn máy  60

1.5.4 Các hệ thống chuyển động

- Chuyển động chính: Là chuyển động quay tròn của đá mài, chuyển

động này đ-ợc truyền động từ động cơ có công suất N = 5,5 KW; có tốc độ quay n = 1450v/ph Khi đ-ờng kính của đá mài là 600mm thì tốc độ cắt v = 32m/s Khi đ-ờng kính của đá mài 525mm thì tốc độ cắt v = 27m/s

- Chuyển động quay tròn của chi tiết gia công: Là chuyển động quay

có công suất N = 0,25KW; 0,8 KW; tốc độ quay n = 710v/ph; n = 1400v/ph qua bộ truyền đai, qua ly hợp ma sát côn làm cho trục gá chi tiết quay với 6 tốc độ khác nhau, tốc độ nhỏ nhất = 140v/ph

- Chuyển động tiến dọc của bàn máy: Xuất phát từ động cơ có công suất N=0,25 KW làm quay bơm bánh răng đẩy pít tông mang bàn máy dịch chuyển sang trái, và ng-ợc lại

- Chuyển động tịnh tiến dao dọc bằng tay: Kéo tay gạt để đ-a van tr-ợt sang phải, lúc đó bàn máy sẽ đứng yên tại chỗ Quay vô lăng để bánh răng ăn khớp với thanh răng làm cho bàn máy tịnh tiến đi lại

- Chuyển động ngang của đá: Chỉ thực hiện ở cuối hành trình đơn

1.6 Mòn và tuổi bền của đá mài

1.6.1 Mòn của đá mài

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

đá mài đồng thời là quá trình cơ, lý, hoá rất phức tạp Chúng phụ thuộc vào tất cả các điều kiện gia công: Thông số kỹ thuật của đá, tính chất cơ lý của chi tiết gia công, chế độ công nghệ mài, Topographie…

Sự mòn bề mặt làm việc của đá ảnh h-ởng rất lớn đến các thông số trong quá trình mài: lực, nhiệt, độ chính xác, chất l-ợng bề mặt chi tiết…

Vì mài chủ yếu là nguyên công gia công tinh lần cuối nên chất l-ợng chi tiết gia công sẽ là chỉ tiêu quyết định để đánh giá tuổi bền của đá mài

số của chế độ cắt, làm thay đổi tải trọng cơ nhiệt để khi mài luôn luôn xảy

ra hiện t-ợng tự mài sắc để duy trì khả năng cắt của viên đá, đồng nghĩa với việc tăng tuổi bền của đá

Vđ

Hình 1.8a Hình 1.8b

- Hạt mài bị phá huỷ do phản ứng hoá học ở vùng tiếp xúc giữa các hạt mài và chi tiết gia công ở nhiệt độ cao (mòn do khuyếch tán hoặc do dính)

Điển hình là: dùng đá kim c-ơng để mài thép:

C + Fe → phân huỷ kim c-ơng nhanh

Vì vậy không dùng đá kim c-ơng để mài thép bởi lý do đá mòn

nhanh, năng suất cắt không cao

Hình 1.9

- Mòn do phoi chèn ép vào khoảng trống giữa các hạt mài làm mất khả năng cắt của đá Ngoài ra trong quá trình mài chất dính kết bị mòn do chịu tác động của tải trọng cơ nhiệt cũng nh- t-ơng tác hoá học của môi

bóc phoi Q(mm 3

/s)

Thời gian mài  (s)

Dùng dung dịch trơn nguội có truyền sóng siêu âm Mài bình th-ờng

Vđ

Phoi

Vđ

Hình 1.10a Hình 1.10b

Khắc phục: Dùng dao động siêu âm truyền vào dung dịch trơn nguội

để làm bật phoi ra khỏi bề mặt của đá, duy trì khả năng cắt của đá Nh-ng phải chọn đ-ợc tần số và biên độ dao động thích hợp So sánh khi mài có dao động siêu âm và không có sóng siêu âm đ-ợc thể hiện nh- Hình 1.10b

Quá trình mòn chia làm 3 giai đoạn đ-ợc thể hiện nh- đồ thị sau:

u: Độ mòn h-ớng kính của viên đá

 : Thời gian mài

Hình 1.11 Quá trình mòn của đá

- Giai đoạn I: Giai đoạn mòn ban đầu của đá

Sau khi sửa đá nhiều hạt mài có vị trí và thông số hình học của l-ỡi cắt không thuận lợi hoặc không đ-ợc giữ chặt trong chất dính kết nên khi

mài các hạt này bị bật nhanh khỏi bề mặt đá vì vậy đá mòn rất nhanh thể hiện ở độ dốc có đ-ờng cong lớn (1 lớn)

- Giai đoạn II: Giai đoạn mòn bình th-ờng t-ơng ứng với thời gian làm việc của đá Thời gian làm việc của đá đ-ợc tính trong giai đoạn này và

độ mòn phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính tải trọng cơ nhiệt, tốc độ mòn chậm thể hiện ở độ dốc đ-ờng cong nhỏ (2 < 1)

- Giai đoạn III: Giai đoạn mòn khốc liệt của đá mài Sau khi các hạt mài bị vỡ làm nhiều mảnh, các mảnh còn lại dính trên mặt đá có t- thế không thuận lợi d-ới tác dụng của tải trọng cơ nhiệt dẫn đến các hạt này bật nhanh khỏi bề mặt đá cho nên tốc độ mòn tăng nhanh thể hiện ở độ dốc có

u = Ct / Tm (1.2) Trong đó: u - Độ mòn của đá (m)

T – Tuổi bền của đá

m – Số mũ

Ct – Hệ số