Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đánh bóng bi đũa trụ báo cáo tổng kết đề tài khoa học cấp trường khoa công nghệ cơ khí

Ngoài ra, chất lượng bề mặt chi tiết gia công còn được điều khiển bằng cách thiết lập các thông số công nghệ của quá trình gia công như vận tốc đánh bóng, lực ép trên đĩa mài, nồng độ du

Mẫu IUH1521

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHI ÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đánh bóng bi đũa trụ

Mã số đề tài: 181.CK02

Chủ nhiệm đề tài: ThS Châu Ngọc Lê

Đơn vị thực hiện: Khoa Công Nghệ Cơ Khí

i

Trong quá trình thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bi

đũa trụ”, Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình, tạo điều kiện của tập thể

lãnh đạo, các giảng viên của Khoa Công nghệ Cơ khí; Ban lãnh đạo và chuyên viên

của phòng Quản lý khoa học và Hợp tác quốc tế Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân của Tôi đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ Tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài nghiên cứu này

Xin kính chúc quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp dồi dào sức khỏe, hạnh phúc và thành công

ii

PHẦN I THÔNG TIN CHUNG

1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đánh bóng bi đũa trụ

1.2 Mã số: 181.CK02

1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

(học hàm, học vị) Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 ThS Châu Ngọc Lê Khoa Cơ khí Chủ nhiệm

2 TS Nguyễn Thành Tâm Khoa Động lực Thành viên

1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa Công nghệ Cơ khí

1.5 Thời gian thực hiện:

1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018

1.5.2 Gia hạn (nếu có):

1.5.3 Thực hiện thực tế: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên nh ân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

1.7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 95 triệu đồng

PHẦN II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)

Bi đũa trụ là một chi tiết máy quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong các chi

tiết máy, động cơ điện, công nghiệp xe máy, và các hộp số trong các động cơ truyền động Nó có khả năng chịu tải trọng hướng tâm và tải trọng động cao do vòng lăn

và bi đũa trụ tiếp xúc trực tiếp với nhau Sự chính xác trong quá trình truyền động

và tuổi thọ của bi đũa trụ phụ thuộc vào chất lượng bề mặt và độ chính xác hình dáng của các viên bi đũa trụ Đề tài đã nghiên cứu đặc tính của quá trình gia công bi đũa trụ bằng cách kết hợp chuyển động của 2 đĩa mài, trên cơ sở đó thiết kế và chế

tạo ra máy đánh bóng bi đũa trụ Đồng thời thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số gia công như tải trọng, kích thước hạt mài đến độ nhám bề mặt chi tiết thép AISI 52100 Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, kích thước hạt mài ảnh hưởng

iii

lớn đến chất lượng bề mặt gia công Tuy nhiên, độ nhám bề mặt cải thiện ít hơn trong quá trình đánh bóng Bên cạnh đó, sự ảnh hưởng của tải trọng tác dụng cũng được thiết lập trong quá trình mài thô và đánh bóng để xem xét ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công Kết quả độ nhám bi đũa trụ (Ø15x25 mm) sau 3 giờ gia công được cải thiện từ Ra = 1,5 µm xuống còn Ra = 0,1µm với đĩa mài mềm

Abtracts:

Cylindrical roller bearing is an important part of the machine and it has been widely used in machinery parts, electric motors, motorcycles, and gearboxes It capable of supporting high loads and dynamic loads due to the rolling rod and the rollers of bearings being in direct contact The operational precision and working life of rolling bearings depends on the surface quality and profile accuracy of cylindrical rollers The characteristics of the roller bearings processing by combining the movements of two lapping plates is studied in this research Based on the results, the polishing machine is designed and manufactured The influence of machining parameters such as load, abrasive size on surface roughness of cylindrical rollers were investigated by experiments Abrasive size has effect on the surface roughness, the surface roughness of rollers have changed significantly in lapping process However, the surface roughness has slightly reduced in polishing process

In addition, with the increase of the load, the smoother surfaces with better roughness can be obtained after lapping and polishing process in this paper The surface roughness of cylindrical rollers (Ø15x25 mm) were reduced rapidly from

Ra = 1,5 µm to Ra = 0,1µm after three hours’ processing under double-side lapping plates attached with flannelette polishing pad

2 Đặt vấn đề

Vòng bi đũa trụ đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cơ khí, động

cơ điện, xe máy và hộp số Nó có khả năng chịu tải trọng hướng tâm cao và tải động

do thanh lăn và trục lăn của vòng bi tiếp xúc trực tiếp Theo truyền thống, bề mặt của viên bi trụ được tạo ra bằng phương pháp tiện và kết thúc bằng mài tinh bằng đá mài Quá trình gia công này đòi hỏi một lượng thời gian gia công tương đối lớn

iv

Ngoài ra, các yếu tố của quá trình sản xuất như độ chính xác của máy, vị trí của đá mài và rung động ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình gia công viên bi trụ Điều này dẫn đến chi phí sản xuất sẽ tăng lên và năng suất tương đối thấp

Ngày nay, có nhiều nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng bề mặt gia công cho viên

bi đũa trụ bằng cách áp dụng phương pháp cơ - hóa học (CMP) Các kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, độ nhám bề mặt Ra và độ tròn của chi tiết gia công theo kỹ thuật CMP đạt được lần lượt là 0,023 μm và 0,39 μm Bên cạnh đó, chất lượng bề mặt của chi tiết gia công được cải thiện rõ rệt như độ bằng phẳng và độ sáng bóng

bề mặt khi sử dụng kỹ thuật CMP Tuy nhiên, đối với phương pháp CMP phải tốn thời gian gia công chuẩn bị bề mặt chi tiết trước khi bước vào gia công chính thức

Kỹ thuật mài mòn điện phân (ELID) được sử dụng, giúp giảm bớt mài mòn bánh mài và hạt mài Hệ thống mài ELID gồm bánh mài với hạt mài bằng kim cương, một nguồn cung cấp năng lượng điện, một điện cực và làm mát Bánh mài kim cương được kết nối với các thiết bị đầu cực dương của nguồn cung cấp năng lượng thông qua tiếp xúc điện và một điện cực cố định đã được kết nối với các thiết bị đầu cực âm Giữ khoảng cách xấp xỉ 0.1mm giữa các bánh mài và các điện cực Tuy nhiên, phương pháp này ứng dụng hạn chế do chi phí tương đối cao cho quá trình điện phân và thiết kế các điện cực

Ngoài ra, phương pháp gia công bằng chất lỏng từ biến (MRF) cũng được áp dụng gia công với độ chính xác bề mặt cao do được điều khiển bằng máy tính Hệ thống MRF có một máy bơm liên tục bơm chất lỏng từ lưu biến Các chất lỏng được đưa vào vùng đánh bóng nhờ vào một vòi phun chất lỏng Chất lỏng từ lưu biến kết hợp với các hạt từ tính như cerium oxide (CeO2) và nano-kim cương Một nam châm điện được sử dụng để tạo ra hướng từ trường Nó được đặt ở dưới bánh mài Khi chất lỏng từ lưu biến đi qua vùng từ trường, nó liên kết lại và hoạt động như một dụng cụ đánh bóng Tuy nhiên, phương pháp này có chi phí tương đối cao do sử dụng lưu chất từ biến và thiết kế điều khiển dòng lưu chất từ biến

Vì vậy, nâng cao hiệu suất của quá trình gia công và cải thiện chất lượng bề mặt là nhu cầu cấp thiết hiện nay Dựa trên nền tảng của quá trình mài nghiền, nghiên cứu này đã đề xuất phương pháp gia công bằng cách kết hợp chuyển động quay tròn của

2 đĩa mài với dung dịch mài tạo nên quá trình gia công Phương pháp này tạo ra

năng suất cao hơn bởi vì cùng lúc có thể gia công nhiều chi tiết với điều kiện gia công tương ứng Ngoài ra, chất lượng bề mặt chi tiết gia công còn được điều khiển bằng cách thiết lập các thông số công nghệ của quá trình gia công như vận tốc đánh bóng, lực ép trên đĩa mài, nồng độ dung dịch mài và kết cấu thiết bị gá chi tiết Kết quả chỉ thông qua một quá trình gia công đơn giản mà có thể gia công cùng lúc nhiều chi tiết và chất lượng bề mặt của các chi tiết trong loạt gia công tương đối đồng đều nhau, góp phần làm giảm thời gian và tăng độ chính xác gia công

3 Mục tiêu

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng phương pháp gia công mài tinh bề mặt bi đũa

trụ bằng cách kết hợp chuyển động của hai đĩa mài và dung dịch mài để tạo ra quá trình gia công Trên cơ sở đó, thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt bi đũa trụ

Nghiên cứu phân tích lý thuyết: dựa trên các nghiên cứu trong và ngoài nước để làm

cơ sở lý luận khi tiến hành tính toán và thiết kế kết cấu các chi tiết của máy

vi

Nghiên cứu thực nghiệm: dựa trên máy mài tinh bề mặt bi đũa trụ được chế tạo và lắp ráp hoàn thiện sẽ tiến hành gia công thử nghiệm đánh giá chất lượng của máy

Kết quả nghiện cứu của đề tài đạt được:

 Thiết kế và chế tạo được máy mài tinh bề mặt bi đũa trụ đạt yêu cầu kỹ thuật

 Gia công thử nghiệm

 Xác định được ảnh hưởng kích thước hạt mài đến độ nhám bề mặt bi đũa trụ

 Xác định được ảnh hưởng của tải trọng đến độ nhám bề mặt bi đũa trụ

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu

- Lực ép: P = 0-6 bar

2 Sản phẩm mẫu - Kích thước bi đũa trụ: 10

-20 mm

- Độ nhám bề mặt đạt được: Ra ≤ 0.1µm

- Kích thước bi đũa trụ: Ø15x25

- Độ nhám bề mặt đạt

được: Ra = 0.1µm

3 Tập bản vẽ thiết kế 01 tập bản vẽ thiết kế 01 tập bản vẽ thiết kế

4 Bài báo khoa học 01 bài báo đăng ở tạp chí

IUH hoặc hội thảo khoa

của đề tài sẽ làm cơ sở cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo về gia công các bề

mặt các viên bi của ổ lăn phức tạp khác

vii

PHẦN III SẢN PHẨM ĐỀ TÀI, CÔNG BỐ VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO

3.1 Kết quả nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3)

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu

- Lực ép: P = 0-6 bar

2 Sản phẩm mẫu - Kích thước bi đũa trụ: 10

-20 mm

- Độ nhám bề mặt đạt được: Ra ≤ 0.1µm

- Kích thước bi đũa trụ: Ø15x25

- Độ nhám bề mặt đạt

được: Ra = 0.1µm

3 Tập bản vẽ thiết kế 01 tập bản vẽ thiết kế 01 tập bản vẽ thiết kế

4 Bài báo khoa học 01 bài báo đăng ở tạp chí

IUH hoặc hội thảo khoa

- Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm trong phần phụ lục minh chứng ở cuối báo cáo (đối với ấn phẩm là sách, giáo trình cần có bản photo trang bìa, trang chính

và trang cuối kèm thông tin quyết định và số hiệu xuất bản)

3.2 Kết quả đào tạo

TT Họ và tên thực hiện đề tài Thời gian Tên chuyên đề nếu là NCS Tên đề tài

Nghiên cứu sinh

Học viên cao học

PHẦN IV TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ

Kinh phí được duyệt

(triệu đồng)

Kinh phí thực hiện

(triệu đồng)

Ghi chú

PHẦN V KIẾN NGHỊ ( về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)

Do thời gian và kinh phí thực hiện đề tài có hạn nên đề tài cần được phát triển thêm một số vấn đề sau:

 Nghiên cứu và trang bị thêm hệ thống cung cấp và khuấy trộn dung dịch mài tự động để tối ưu hóa và ổn định lượng dung dịch cấp cho máy khi gia công

 Nghiên cứu mô phỏng tải trọng ảnh hưởng đến chuyển động của viên bi trụ trong quá trình gia công để thấy được bản chất của quá trình tiếp xúc khi mài

ix

- Bài báo 1: Ducnam Nguyen, Ngocle Chau “Experimental study on

polishing process of cylindrical roller bearings”, Kỷ yếu hội nghị quốc tế về

v ật liệu, thiết bị và phương pháp gia công MMMS 2018, Đà nẵng, 2018

- Bài báo 2: Châu Ng ọc Lê, Nguyễn Đức Nam “Nghiên cứu thực nghiệm gia

công mài tinh bi đũa trụ bằng đĩa mài giấy nhám”, Tạp chí Khoa học và công

x

1

NỘI DUNG BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

Chủ nhiệm đề tài: ThS Châu Ngọc Lê

1

TÓM TẮT

Bi đũa trụ là một chi tiết máy quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong các chi

tiết máy, động cơ điện, công nghiệp xe máy, và các hộp số trong các động cơ truyền

động Nó có khả năng chịu tải trọng hướng tâm và tải trọng động cao do vòng lăn

và bi đũa trụ tiếp xúc trực tiếp với nhau Sự chính xác trong quá trình truyền động

và tuổi thọ của bi đũa trụ phụ thuộc vào chất lượng bề mặt và độ chính xác hình

dáng của các viên bi đũa trụ

Kết quả đề tài đã nghiên cứu được đặc tính quá trình gia công bi đũa trụ bằng cách

kết hợp chuyển động của 2 đĩa mài, trên cơ sở đó thiết kế và chế tạo ra máy đánh

bóng bi đũa trụ Đồng thời thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số gia

công như tải trọng, kích thước hạt mài đến độ nhám bề mặt chi tiết thép 52100 Kết

quả thí nghiệm cho thấy rằng, kích thước hạt mài ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề

mặt gia công Tuy nhiên, độ nhám bề mặt cải thiện ít hơn trong quá trình đánh bóng

Bên cạnh đó, sự ảnh hưởng của tải trọng tác dụng cũng được thiết lập trong quá

trình mài thô và đánh bóng để xem xét ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công

Kết quả độ nhám bi đũa trụ (Ø15x25 mm) sau 3 giờ gia công được cải thiện từ

Ra = 1,5 µm xu ống còn Ra = 0,1µm với đĩa mài mềm

2

ABSTRACT

Cylindrical roller bearing is an important part of the machine and it has been widely used in machinery parts, electric motors, motorcycles, and gearboxes It capable of supporting high loads and dynamic loads due to the rolling rod and the rollers of bearings being in direct contact The operational precision and working life of rolling bearings depends on the surface quality and profile accuracy of cylindrical rollers The characteristics of the roller bearings processing by combining the movements of two lapping plates is studied in this research

Based on the results, the polishing machine is designed and manufactured The influence of machining parameters such as load, abrasive size on surface roughness

of cylindrical rollers were investigated by experiments Abrasive size has effect on the surface roughness, the surface roughness of rollers have changed significantly in lapping process However, the surface roughness has slightly reduced in polishing process

In addition, with the increase of the load, the smoother surfaces with better roughness can be obtained after lapping and polishing process in this paper The surface roughness of cylindrical rollers (Ø15x25 mm) were reduced rapidly from

Ra = 1,5 µm to Ra = 0,1µm after three hours’ processing under double-side lapping plates attached with flannelette polishing pad

3

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 9

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 14

1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 14

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 14

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 16

1.1.2.1 Đánh bóng bằng ELID 16

1.1.2.2 Đánh bóng bằng chất lỏng từ biến (MRF) 17

1.1.2.3 Đánh bóng bằng chùm tia ion 19

1.1.2.4 Đánh bóng bằng Lazer 20

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 21

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ MÀI TINH BỀ MẶT BI ĐŨA TRỤ 22

2.1 Nguyên lý gia công 22

2.2 Các loại hạt mài 23

2.2.1 Silicon carbide (SiC) 24

2.2.2 Nhôm ôxít (Al2O3) 25

2.2.3 Boron carbide (B4C) 25

2.2.4 Kim cương (C) 26

2.3 Ảnh hưởng của các loại hạt mài đến chất lượng bề mặt gia công 28

2.4 Ảnh hưởng của tải trọng 28

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY MÀI BÓNG BỀ MẶT BI ĐŨA TRỤ 30

3.1 Nguyên lý làm việc và yêu cầu kỹ thuật của máy 30

3.1.1 Nguyên lý làm việc của máy 30

4

3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật của máy 30

3.1.3 Kết cấu sơ bộ tổng thể của máy 31

3.2 Tính toán thiết kế các bộ phận chi tiết của máy 31

3.2.1 Tính toán chọn động cơ chính 31

3.2.2 Thiết kế trục chính của máy mài 37

3.3 Thiết kế hệ thống cung cấp lực cho máy 47

3.3.1 Các bộ phận chính của hệ thống cấp lực 47

3.3.2 Tính toán xy lanh 48

3.3.3 Tính toán, thiết kế hệ thống cấp lực 50

3.3.4 Phương án 1 50

3.3.5 Phương án 2 52

3.3.6 Phương án 3 54

3.3.7 Kết luận 56

3.4 Thiết kế hệ thống điều khiển của máy mài bề mặt cầu 56

3.4.1 Các bộ phận chính của hệ thống điều khiển 56

3.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị điều khiển sử dụng trong máy mài 57

3.4.2.1 PLC 57

3.4.2.2 Biến tần (FR-D700) 57

3.4.3 Kết nối và cài thông số biến tần FR-D700 Mitsubishi 60

3.5 Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén 62

3.5.1 Các bộ phận chính của hệ thống khí nén 62

3.5.2 Hệ thống điều khiển bằng khí nén 64

CHƯƠNG 4 LẮP RÁP, VẬN HÀNH VÀ GIA CÔNG THỬ NGHIỆM 65

4.1 Bản vẽ tháo lắp máy 65

4.2 Quy trình tháo và lắp máy 65

5

4.2.1 Quy trình lắp máy 65

4.2.2 Quy trình tháo máy 66

4.2.3 Kiểm tra hoạt động của máy 66

4.3 Gia công thử nghiệm 67

4.3.1 Máy thử nghiệm 67

4.3.2 Dụng cụ đo 68

4.3.3 Dung dịch mài 69

4.3.4 Chi tiết gia công 70

4.3.5 Thông số của quá trình gia công 71

4.4 Kết quả thực nghiệm 73

4.4.1 Quá trình gia công thô với dung dịch hạt mài: silicon carbit (SiC) 73

4.4.1.1 Ảnh hưởng của kích thước hạt mài 73

4.4.1.2 Ảnh hưởng của lực tác dụng 74

4.4.2 Quá trình gia công tinh với dung dịch hạt mài: Nhôm oxit (Al2O3) 75

4.4.2.1 Ảnh hưởng của kích thước hạt mài 76

4.4.2.2 Ảnh hưởng của lực tác dụng 76

4.5 Kết luận 78

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

5.1 Kết luận 79

5.2 Kiến nghị 80

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

PHỤ LỤC……… 85

6

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Kết cấu ổ bi đũa trụ 14

Hình 1.2 Tiện tạo hình bi đũa trụ 15

Hình 1.3 Mài tinh bi đũa trụ 15

Hình 1.4 Nguyên lý quá trình mài bằng phương pháp ELID 17

Hình 1.5 Quá trình gia công bằng MRF 18

Hình 1.6 Hệ thống đánh bóng bằng chùm tia Ion 19

Hình 1.6 Hệ thống đánh bóng lazer 20

Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động của quá trình gia công 22

Hình 2.2 Quá trình chuyển động của hạt mài trong gia công 23

Hình 2.3 Silicon carbide (SiC) 24

Hình 2.4 Nhôm ôxít (Al2O3) 25

Hình 2.5 Boron carbide (B4C) 26

Hình 2.6 Kim cương dạng bột 27

Hình 2.7 Kim cương dạng pha sẵn 27

Hình 2.8 Ảnh hưởng của tải trọng 28

Hình 3.1 Nguyên lý hoạt động của máy mài bi đũa trụ 30

Hình 3.2 Kết cấu tổng thể của máy 31

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý tính chọn động cơ 32

Hình 3.4 Kết cấu của hệ thống cấp lực 48

Hình 3.5 Thông số của xy lanh 49

Hình 3.6 Kết cấu theo phương án 1 50

Hình 3.7 Kết quả ứng suất (phương án 1) 51

Hình 3.8 Kết quả chuyển vị (phương án 1) 51

Hình 3.9 Kết cấu theo phương án 2 52

Hình 3.10 Kết quả ứng suất (phương án 2) 53

Hình 3.11 Kết quả chuyển vị (phương án 2) 53

Hình 3.12 Kết cấu theo phương án 3 54

Hình 3.13 Kết quả ứng suất (phương án 3) 55

7

Hình 3.14 Kết quả chuyển vị (phương án 3) 55

Hình 3.15 PLC – FX1N 57

Hình 3.16 Biến tần Mitsubishi FR-D700 59

Hình 3.17 Sơ đồ đấu đối động lực biến tần FR-D700 60

Hình 3.18 Bảng chỉ dẫn cài đặt thông số biến tần FR-D700 61

Hình 3.19 Sơ đồ mạch khí nén 64

Hình 3.20 Sơ đồ mạch điều khiển 64

Hình 4.1 Bản vẽ tháo và lắp máy mài 65

Hình 4.2 Máy mài được chế tạo hoàn chỉnh 67

Hình 4.3 Máy đo độ nhám bề mặt SJ – A301 68

Hình 4.4 Chi tiết thử nghiệm 70

Hình 4.5 Mô hình thử nghiệm gia công thô 71

Hình 4.6 Quan hệ giữa kích thước hạt mài và độ nhám bề mặt 73

Hình 4.7 Quan hệ giữa lực tác dụng và độ nhám bề mặt 74

Hình 4.8 Chi tiết sau khi được mài thô 75

Hình 4.9 Mô hình thử nghiệm gia công tinh 75

Hình 4.10 Quan hệ giữa kích thước hạt mài và độ nhám bề mặt 76

Hình 4.11 Quan hệ giữa lực tác dụng và độ nhám bề mặt 77

Hình 4.12 Chi tiết sau khi được mài thô 77

8

DA NH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Bảng so sánh các phương án thiết kế 56

Bảng 4.1 Bảng thông số kỹ thuật của máy 68

Bảng 4.2 Đặc tính dung dịch hạt mài 69

Bảng 4.3 Tỷ lệ pha trộn dung dịch mài 69

Bảng 4.4 Thành phần hóa học của thép AISI 52100 70

Bảng 4.5 Cơ – lý tính của thép AISI 52100 70

Bảng 4.6 Thông số của quá trình gia công thô bằng dung dịch mài SiC 72

Bảng 4.7 Thông số của quá trình gia công tinh bằng dung dịch mài Al2O3 72

9

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CNC Máy gia công chương trình số

cơ điện, xe máy và hộp số Nó có khả năng chịu tải trọng hướng tâm cao và tải động

do thanh lăn và trục lăn của vòng bi tiếp xúc trực tiếp Theo truyền thống, bề mặt của viên bi trụ được tạo ra bằng phương pháp tiện và kết thúc bằng mài tinh bằng đá mài Quá trình gia công này đòi hỏi một lượng thời gian gia công tương đối lớn Ngoài ra, các yếu tố của quá trình sản xuất như độ chính xác của máy, vị trí của đá mài và rung động ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình gia công viên bi trụ Điều này dẫn đến chi phí sản xuất sẽ tăng lên và năng suất tương đối thấp

Ngày nay, có nhiều nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng bề mặt gia công cho viên

bi đũa trụ bằng cách áp dụng phương pháp cơ - hóa học (CMP) Các kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, độ nhám bề mặt Ra và độ tròn của chi tiết gia công theo kỹ thuật CMP đạt được lần lượt là 0,023 μm và 0,39 μm Bên cạnh đó, chất lượng bề mặt của chi tiết gia công được cải thiện rõ rệt như độ bằng phẳng và độ sáng bóng

bề mặt khi sử dụng kỹ thuật CMP Tuy nhiên, đối với phương pháp CMP phải tốn thời gian gia công chuẩn bị bề mặt chi tiết trước khi bước vào gia công chính thức

Kỹ thuật mài mòn điện phân (ELID) được sử dụng, giúp giảm bớt mài mòn bánh mài và hạt mài Hệ thống mài ELID gồm bánh mài với hạt mài bằng kim cương, một nguồn cung cấp năng lượng điện, một điện cực và làm mát Bánh mài kim cương được kết nối với các thiết bị đầu cực dương của nguồn cung cấp năng lượng thông qua tiếp xúc điện và một điện cực cố định đã được kết nối với các thiết bị đầu cực âm Giữ khoảng cách xấp xỉ 0.1mm giữa các bánh mài và các điện cực Tuy

Trong nghiên cứu này, nguyên lý gia công bằng 2 đĩa mài kết hợp vẫn được sử dụng trong để tiến hành gia công các viên bi đũa trụ Để nâng cao hiệu quả và chất lượng

bề mặt chi tiết trong quá trình gia công thì bề mặt 2 đĩa mài bằng thép được bao phủ bằng giấy nhám Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của chi tiết gia công như hệ

số ma sát, kích thước hạt mài và tải trọng tác dụng sẽ được nghiên cứu trong bài báo này Các thí nghiệm gia công đánh bóng bề mặt bi đũa trụ bằng thép AISI 52100 được thực hiện, và các kết quả thử nghiệm sẽ được phân tích và thảo luận Dựa trên kết quả gia công, quá trình mài bằng đĩa mài giấy nhám cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt gia công và lượng vật liệu được cắt gọt Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng, độ nhám bề mặt cải thiện đáng kể từ Ra = 0,17 μm xuống còn 0.027 µm và hiệu suất gia công được tăng lên

Vì vậy, nâng cao hiệu suất của quá trình gia công và cải thiện chất lượng bề mặt là nhu cầu cấp thiết hiện nay Dựa trên nền tảng của quá trình mài nghiền, nghiên cứu này đã đề xuất phương pháp gia công bằng cách kết hợp chuyển động quay tròn của

2 đĩa mài với dung dịch mài tạo nên quá trình gia công Phương pháp này tạo ra

năng suất cao hơn bởi vì cùng lúc có thể gia công nhiều chi tiết với điều kiện gia công tương ứng Ngoài ra, chất lượng bề mặt chi tiết gia công còn được điều khiển bằng cách thiết lập các thông số công nghệ của quá trình gia công như vận tốc đánh

12

bóng, lực ép trên đĩa mài, nồng độ dung dịch mài và kết cấu thiết bị gá chi tiết Kết quả chỉ thông qua một quá trình gia công đơn giản mà có thể gia công cùng lúc nhiều chi tiết và chất lượng bề mặt của các chi tiết trong loạt gia công tương đối đồng đều nhau, góp phần làm giảm thời gian và tăng độ chính xác gia công

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng phương pháp gia công mài tinh bề mặt bi đũa

trụ bằng cách kết hợp chuyển động của hai đĩa mài và dung dịch mài để tạo ra quá trình gia công Trên cơ sở đó, thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt bi đũa trụ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là chế tạo máy mài bóng bề mặt bi đũa trụ dựa tren nguyên lý kết hợp chuyển động tương quan giữa 2 đĩa mài

Phạm vi nghiên cứu: đề tài thực hiện nghiên cứu nguyên lý gia công bi đũa trụ bằng cách kết hợp chuyển động quay tròn của 2 đĩa mài, trên cơ sở đó xây dựng bản vẽ thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh máy mài bóng bề mặt bi đũa trụ Sau đó, kiểm tra khả năng hoạt động của máy bằng cách tiến hành thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số của quá trình gia công đến chất lượng bề mặt bi đũa trụ

- Phương pháp chuyên gia: dựa trên các nghiên cứu trong và ngoài nước để làm cơ

sở lý luận khi tiến hành tính toán, phân tích khả năng gia công tinh bề mặt bi đũa trụ

bằng cách kết hợp chuyển động tương quan của 2 đĩa mài và xây dựng nguyên lý và bản vẽ thiết kế kết cấu các chi tiết của máy

- Phương pháp thực nghiệm: dựa trên máy mài được chế tạo và lắp ráp hoàn thiện sẽ tiến hành gia công thử nghiệm đánh giá chất lượng của bi đũa trụ

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học

Với kết quả nghiên cứu sẽ chế tạo ra máy đánh bóng bi đũa trụ bằng cách kết hợp chuyển động tương đối của 2 đĩa mài và đưa ra thông số công nghệ gia công mài

14

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Vòng bi đũa là loại vòng bi có khả năng chịu tải hướng tâm rất cao và thích hợp sử dụng cho các hoạt dộng ở tốc độ cao Một số loại vòng bi đũa không có gờ ở vòng trong hoặc là vòng ngoài, cho nên các vòng này có thể di chuyển được tương đối với nhau theo hướng dọc trục vòng bi Những loại vòng bi này thường được sử dụng vào các chức năng ổ tự do Loại vòng bi này có tất cả vòng trong và vòng ngoài đều có thể tách rời được Về đặc điểm của vòng bi đũa trụ là có được khả năng chịu tải trọng hướng tâm lớn bở vì đũa lăn và mặt lăn của vòng bi tiếp xúc thẳng Những loại vòng bi này thích hợp với các ứng dụng mang tải trọng hướng tâm lớn và tải va đập

Hình 1.1 Kết cấu ổ bi đũa trụ

Ngoài ra chúng còn thích hợp với các ứng dụng có tốc độ cao vì được gia công bằng máy một cách chính xác đến từng chi tiết nhờ kết cấu chặt chẽ của chúng.Nhờ đặc điểm của loại vòng bi này là cả vòng trong hay vòng ngoài có thể tháo lắp được nên giúp vòng bi có thể tháo lắp dễ dàng

Vòng bi trụ hai dãy có hai loại là:vòng bi với một lỗ trụ và với một lỗ côn Loại vòng bi với một lỗ côn có thể đạt được một độ lớn quy định của khe hở nhờ việc

15

điều chỉnh nhịp đập Còn một số loại vòng bi có lỗ bôi trơn và rãnh bôi trơn ở vòng ngoài của vòng bi Những vòng bi đũa này thích hợp với các tải trọng hướng tâm lớn và thường được sử dụng cho trục máy công cụ

Trước đây, quá trình gia công các viên bi đũa được chế tạo thông qua phương pháp gia công truyền thống như tiện (hình 1 2) và mài tinh bằng đá mài (hình 1.3)

Hình 1.2 Tiện tạo hình bi đũa trụ

Hình 1.3 Mài tinh bi đũa trụ

16

Ngày nay, cũng có nhiều nghiên cứu trong nước được thực hiện để tiến hành gia công mài bóng bề mặt Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ, lực cắt đến chất lượng bề mặt gia công trong gia công mài tinh

bề mặt phẳng bằng đá mài Trong đó, ảnh hưởng của chế độ cắt đến rung động và

độ nhám bề mặt của quá trình mài phẳng bằng đá mài đã được thực hiện bởi Phùng Xuân Sơn [1], còn nghiên cứu của Nguyễn Tiến Đông thì liên quan đến ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến chất lượng bề mặt chi tiết thép C45 khi mài bằng đá mài xẻ rãnh [2] Bên cạnh đó, so sánh khả năng cắt gọt theo chỉ tiêu lực cắt của đá mài CBN với đá mài AL2O3 khi mài tinh thép cũng được nghiên cứu bởi Ngộ Cường [3]

1.1.2 Tình hình nghiên c ứu ở nước ngoài

Trước đây, để gia công tinh các bề mặt của chi tiết phải trải qua các phương pháp gia công truyền thống như tiện, phay và gia công tinh lần cuối bằng phương pháp mài bằng đá mài Quá trình gia công bề mặt bi đũa trụ bằng phương pháp tiện, phay được thể hiện ở hình 1.2 và gia công tinh bằng mài như hình 1.3

Quá trình gia công bằng các phương pháp truyền thống này đòi hỏi lượng thời gian gia công tương đối lớn, quá trình gia công khá phức tạp Do đó, năng suất gia công thấp và chi phí gia công sẽ tăng lên

Để nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công thì đã có rất nhiều phương pháp gia công khác đã được nghiên cứu và áp dụng để gia công các bề mặt bi đũa

trụ Các phương pháp này dựa vào sự kết hợp chuyển động của chi tiết với đĩa mài, hoặc điều khiển quá trình cắt gọt bằng xung điện từ, bằng tia lazer hoặc sóng siêu

âm để tạo nên quá trình gia công

1.1.2.1 Đánh bóng bằng ELID

Để nâng cao chất lượng bề mặt gia công thì có các nghiên cứu ứng dụng quá trình gia công được điều khiển bởi điện cực ELID - Electrolytic In Process Dressing Quá trình gia công được thể hiện như hình 1.4

17

Hình 1.4 Nguyên lý quá trình mài bằng phương pháp ELID

Kỹ thuật mài mòn điện phân (ELID) được sử dụng, giúp giảm bớt ảnh hưởng của sự mài mòn bánh mài và hạt mài trong quá trình gia công Hệ thống mài ELID gồm bánh mài với hạt mài bằng kim cương, một nguồn cung cấp năng lượng điện, một điện cực và làm mát Bánh mài kim cương được kết nối với các thiết bị đầu cực dương của nguồn cung cấp năng lượng thông qua tiếp xúc điện và một điện cực cố định đã được kết nối với các thiết bị đầu cực âm Giữ khoảng cách xấp xỉ 0.1mm giữa các bánh mài và các điện cực [4-7] Tuy nhiên, phương pháp này ứng dụng hạn chế do chi phí tương đối cao cho quá trình điện phân và thiết kế các điện cực

1.1.2.2 Đánh bóng bằng chất lỏng từ biến (MRF)

Đánh bóng bằng chất lỏng từ biến (MRF) là phương pháp gia công bề mặt cầu có độ chính xác cao bằng cách kiểm soát khoảng cách tiếp xúc giữa đĩa mài, dung dịch mài và chi tiết bằng điện từ [8, 9] Hình 1.5a là sơ đồ minh họa của một hệ thống MRF và hình 1.5 b mô tả là thực tế quá trình cắt bỏ vật liệu tại vùng gia công

18

Chất lỏng từ lưu biến sẽ kết hợp với các hạt mài như cerium oxide (CeO2) và kim cương tham gia vào quá trình gia công Hệ thống mài ELID gồm bánh mài với hạt mài bằng kim cương, một nguồn cung cấp năng lượng điện, một điện cực và làm mát

Hình 1.5 Quá trình gia công bằng MRF Chất lỏng từ lưu biến sẽ kết hợp với các hạt mài như cerium oxide (CeO2) và kim cương tham gia vào quá trình gia công Hệ thống mài ELID gồm bánh mài với hạt mài bằng kim cương, một nguồn cung cấp năng lượng điện, một điện cực và làm mát Một nam châm điện đặt dưới đĩa mài được sử dụng để tạo ra từ trường điều khiển dòng chất lỏng lưu từ biến Khi chất lỏng từ lưu biến đi qua vùng từ trường,

nó liên kết lại và hoạt động như một dụng cụ đánh bóng Một vùng gia công đánh bóng được hình thành nhờ dòng từ lưu chất từ biến chèn vào giữa chi tiết và đĩa mài Chi tiết gia công được gá trên trục quay và được chuyển động nghiêng theo các hướng khác nhau để có thể gia công được hết các bề mặt Quá trình phun lưu chất từ biến, khoảng cách gia công và tốc độ quay của chi tiết phải được kiểm soát chính xác để loại bỏ vật liệu đạt yêu cầu về chất lượng Tuy nhiên, phương pháp này ứng dụng hạn chế do chi phí tương đối cao cho lưu chất điện từ và quá trình thiết kế các điện cực

19

1.1.2.3 Đánh bóng bằng chùm tia ion

Hình 1.6 Hệ thống đánh bóng bằng chùm tia Ion Đánh bóng bằng chùm tia ion (IBF) là một phương pháp tạo hình bằng cách sử dụng một chùm tia ổn định tác động vào bề mặt chi tiết để loại bỏ vật liệu [10-14] Trong phương pháp này, chi tiết được đặt bên trong một buồng cao áp và một chùm ion argon (Ar +) được tạo ra từ một máy phát tia ion tác động lên chi tiết Các vật liệu được loại bỏ do bức xạ của chùm tia trên bề mặt chi tiết thông qua điều khiển phạm vi hoạt động của chùm tia ion trên vị trí của chi tiết đánh bóng Quá trình của phương pháp này được thể hiện như trong hình 1.6 Phương pháp này có thể gia công được các bề mặt phức tạp bằng cách điều khiển chuyển động của dòng tia và cường độ của tia Tuy nhiên, điều khiển vùng phân bố và cường độ dòng tia tại các

vị trí khác nhau tương đối phức tạp Để nâng cao quá trình điều khiển này, dưới sự trợ giúp của máy tính thì việc điều khiển sẽ đơn giản và chính xác hơn

20

1.1.2.4 Đánh bóng bằng Lazer

Hình 1.7 Hệ thống đánh bóng lazer Đánh bóng bằng Laser được sử dụng để đánh bóng những các chi tiết bằng vật liệu

có độ cứng cao như kim cương [15, 16], các sản phẩm quang học như mắt kính, thấu kính, sợi thủy tinh [17, 18] Đánh bóng bằng lazer thường ít được sử dụng để đánh bóng các chi tiết bằng kim loại Đánh bóng Laser là một quá trình nhiệt động

lực học phức tạp liên quan đến tính chất vật liệu, hình dạng bề mặt, và sự tương tác giữa Laser với vật liệu và hiện tượng nhiệt,… Hai phương pháp đánh bóng Laser nỗi bật đó là sự bay hơi của chất liệu bề mặt [19]và làm mềm hoặc tan chảy vật liệu dưới tác dụng của sức căng bề mặt

Các nguyên tắc đánh bóng Laser dựa trên điều khiển bức xạ của một chùm tia laser làm tan chảy một phần rất nhỏ vật liệu trên lớp bề mặt Thông số tối ưu của quá trình là các chùm tia laser chỉ làm tan chảy vật liệu ở phần đỉnh, vật liệu nóng chảy

ở phần đỉnh sẽ lấp đầy các phần trũng, tạo ra một bề mặt phẳng hơn so với trước

[20, 21] Kết quả của quá trình này phụ thuộc trực tiếp vào lượng vật liệu nóng chảy, mà điều này phụ thuộc vào mật độ năng lượng bức xạ và hệ số hấp thụ bức

xạ Các nguyên tắc cơ bản của đánh bóng với bức xạ bằng laser được thể hiện trong hình 1.6

21

Ngày nay, các lĩnh vực cơ khí chính xác, thiết bị, máy móc tự động hóa đã và đang phát triển rất nhanh chóng Các lĩnh vực này đã tạo ra nhu cầu rất lớn cho ngành gia công chính xác làm thế nào để đáp ứng yêu cầu cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác hình dạng của chi tiết sau gia công phục vụ cho các lĩnh vực trên Do đó, nhu cầu xã hội là rất lớn nhưng cũng đòi hỏi cao về yêu cầu chất lượng Tuy nhiên, chi phí gia công vẫn còn khá cao và đòi hỏi quy trình gia công phức tạp và hiệu suất còn hạn chế

Việc nâng cao hiệu suất của quá trình gia công và cải thiện chất lượng bề mặt là nhu cầu cấp thiết hiện nay Dựa trên nền tảng của quá trình mài nghiền, phương pháp gia công mài bóng bi đũa trụ bằng cách kết hợp chuyển động quay tròn của 2 đĩa mài với dung dịch mài tạo nên quá trình gia công thích hợp Phương pháp này tạo ra năng suất cao hơn bởi vì cùng lúc có thể gia công nhiều chi tiết với điều kiện gia công tương ứng Ngoài ra, chất lượng bề mặt chi tiết gia công còn được điều khiển bằng cách thiết lập các thông số công nghệ của quá trình gia công như vận tốc đánh bóng, lực ép trên đĩa mài, nồng độ dung dịch mài và kết cấu thiết bị gá chi tiết Kết quả chỉ thông qua một quá trình gia công đơn giản mà có thể gia công cùng lúc nhiều chi tiết và chất lượng bề mặt của các chi tiết trong loạt gia công tương đối đồng đều nhau, góp phần làm giảm thời gian và tăng độ chính xác gia công

Do vậy, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bi đũa trụ là rất cần thiết

và sẽ mang lại hiệu quả kinh tế Chính vì thế, việc định hướng nghiên cứu đề tài này

là cấp bách, với kết quả nghiên cứu sẽ xây dựng được phương pháp gia công, thông

số công nghệ gia công và thiết bị gia công mài bóng bi đũa trụ phục vụ cho lĩnh vực gia công chính xác

22

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ MÀI TINH BỀ MẶT BI ĐŨA TRỤ

Quá trình mài bóng bề mặt bi đũa trụ được thực hiện bằng cách kết hợp chuyển động tương quan của 2 đĩa mài: đĩa mài dưới và đĩa mài trên và dung dịch hạt mài Khi đĩa mài dưới quay tròn thì ma sát làm cho chi tiết cũng chuyển động quay tròn theo đĩa mài Vòng dẫn hướng trên máy mài có nhiệm vụ giữ chi tiết không bị tách rời khỏi đĩa mài do lực ly tâm gây ra và định hướng chuyển động cho chi tiết Dung dịch hạt mài được cung cấp vào vùng tiếp xúc giữa 2 đĩa mài và bề mặt chi tiết cần gia công để thực hiện quá trình gia công Tùy thuộc vào sự thay đổi các thông số của quá trình gia công như tốc độ quay của đĩa mài, tải trọng tác dụng, kích thước

và nồng độ dung dịch hạt mài sẽ ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công

Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động của quá trình gia công

Trong quá trình mài, dung dịch hạt mài được cung cấp vào bề mặt đĩa mài với lưu lượng điều chỉnh được Khi 2 đĩa mài quay thì dung dịch hạt mài di chuyển cùng với đĩa mài để tiến hành cắt gọt bề mặt chi tiết Dung dịch hạt mài bao gồm các hạt mài có hình dáng và lưỡi cắt vô định hình pha trộn với chất lỏng để đạt nồng độ thích hợp Nồng độ của dung dịch hạt mài và kích thước hạt mài sẽ tác động đến

23

chất lượng bề mặt gia công Các loại hạt mài có thể sử dụng trong quá trình gia công như ôxít nhôm (Al2O3), ôxít sắt (Fe2O3), boron carbide (B4C), silicon carbide (SiC), ôxít cerium (CeO2), hoặc bột kim cương

Hình 2.2 Quá trình chuyển động của hạt mài trong gia công Ngoài yếu tố dung dịch hạt mài ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công thì tải trọng, loại đĩa mài, tốc độ quay của đĩa mài cũng ảnh hưởng đến chất lượng của bề mặt chi tiết khi gia công

24

2.2.1 Silicon carbide (SiC)

Silicon carbide là hợp chất hóa học giữa carbon và silicon Ban đầu nó được sản xuất bằng phản ứng điện hóa ở nhiệt độ cao của cát và carbon Silicon carbide là một loại hạt mài tốt và được sử dụng để chế tạo đá mài hoặc làm các dung dịch hạt mài trong gia công

Silicon carbide tồn tại trong khoảng 250 dạng tinh thể Cấu trúc tinh thể của SiC được đặc trưng bởi nhóm họ của cấu trúc tinh thể tương tự nhau gọi là thù hình tinh thể Các biến thể của SiC có hợp chất hóa học tương tự nhau và giống nhau ở hai kích thước và khác nhau ở kích thước thứ ba

Alpha carbide silicon (α-SiC) là cấu trúc thường gặp nhất; nó được hình thành ở nhiệt độ lớn hơn 1700°C và có cấu trúc tinh thể hình lục giác Dạng cấu trúc hiệu chỉnh khác của SiC là beta carbide silicon (β-SiC), có cấu trúc tinh thể chấm kẽm (tương tự như kim cương), được hình thành ở nhiệt độ dưới 1.700°C Cho đến gần đây, hình thức phiên bản beta tương đối ít sử dụng trong thương mại

Hình 2.3 Silicon carbide (SiC) Silicon carbit nhìn chung có độ cứng tương đối (khoảng 28GPa) và cấu trúc tinh thể dạng khối cho nên thường được sử dụng để mài thô SiC ít khi được sử dụng để gia

25

công tinh (đánh bóng bề mặt) hoặc gia công tinh các bề mặt yêu cầu độ nhẵn bóng cao

2.2.2 Nhôm ôxít (Al 2 O 3 )

Nhôm ôxít là hợp chất giữa nhôm và oxy với công thức hóa học là Al2O3 Nhôm

ôxít có nhiều dạng, thông thường được sử dụng là nhôm (3) ôxít Nó thường tồn tại

ở dạng tinh thể α-Al2O3, trong đó bao gồm các khoáng chất corundum, giống như trong cấu trúc hình thành các loại đá quý ruby và sapphire Al2O3 được sử dụng trong việc sản xuất nhôm kim loại, được dùng làm hạt mài do độ cứng cao của nó,

và dùng làm vật liệu chịu lửa do có nhiệt độ nóng chảy cao

Hình 2.4 Nhôm ôxít (Al2O3) Nhôm ôxít có độ cứng tương đối (khoảng 23GPa) và có cấu trúc góc cạnh nên thường được sử dụng gia công tinh hoặc đánh bóng các bề mặt chi tiết Al2O3tương đối rẻ tiền nên được sử dụng rộng rãi

2.2.3 Boron carbide (B4C)

Boron carbide (công thức hóa học B4C) là một vật liệu gốm-carbon boron rất cứng được sử dụng trong áo giáp xe tăng, áo khoác chống đạn, bột mài, cũng như rất

26

nhiều các ứng dụng công nghiệp Với độ cứng Mohs khoảng 9.497, nó là một trong những vật liệu cứng nhất được biết đến chỉ sau khối boron nitride và kim cương Boron carbide có độ cứng cao nhất trong các loại hạt mài (ngoại trừ kim cương) và cấu trúc tinh thể khối đa cạnh Trong gia công mài, hạt mài B4C được sử dụng để gia công thô và tinh bề mặt chi tiết Do có cấu trúc tinh thể khối đa cạnh và cứng nên khả năng cắt gọt kim loại rất nhanh và thường được sử dụng để tăng tốc độ cắt gọt kim loại với chất lượng bề mặt tương đối

Hình 2.5 Boron carbide (B4C)

2.2.4 Kim cương (C)

Kim cương dùng trong quá trình gia công mài được biết đến là bột kim cương Kim cương là vật liệu cứng nhất được biết đến, có cấu trúc tinh thể góc cạnh và sắc bén Kim cương là loại hạt mài hữu ích nhất trong quá trình gia công tinh và đánh bóng

bề mặt chi tiết Kim cương có thể gia công bề mặt chi tiết đạt độ nhẵn bóng rất cao kết hợp với khả năng cắt gọt kim loại vượt trội so với các loại hạt mài khác

Kim cương trong gia công mài có thể sử dụng dạng bột hoặc dạng dung dịch kim cương được pha sẵn theo từng kích thước của hạt

27 Hình 2.6 Kim cương dạng bột

Hình 2.7 Kim cương dạng pha sẵn

28

2.3 Ảnh hưởng của các loại hạt mài đến chất lượng bề mặt gia công

Kích thước hạt mài, dung dịch hạt mài khác nhau sẽ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công Kích thước hạt mài càng nhỏ thì chất lượng bề mặt càng tăng lên Trong gia công các vật liệu có độ cứng cao thì kết quả độ nhám bề mặt tốt nhất khi dùng dung dịch hạt mài bằng kim cương, so với việc dùng các dung dịch hạt mài khác như nhôm ôxít (Al2O3), boron carbit (B4C), silicon carbit (SiC) Nguyên nhân

là do các hạt mài kim cương có khả năng chống lại sự biến dạng cao hơn so với các loại hạt mài khác

2.4 Ảnh hưởng của tải trọng

Tải trọng (lực ép) ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, hiệu suất của quá trình gia công Sơ đồ ảnh hưởng của tải trọng được thể hiện như hình 2.8

Hình 2.8 Ảnh hưởng của tải trọng Lực tác dụng P thông qua cơ cấu cấp lực sẽ tác dụng lên bề mặt chi tiết gia công Nếu kể đến trọng lượng cụm cấp lực Q thì lực tác dụng tổng hợp F là lực tổng của hai lực Q và P

Giả sử lực tác dụng đặt ngay tâm của đĩa mài trên và đặt tại A trên bề mặt đĩa mài

dưới thì khi chi tiết dịch chuyển, lực F được phân tích thành hai thành phần:

• Ft – Thành phần nằm ngang tiếp tuyến với bề mặt gia công và được cân bằng với lực ma sát ∑Fms