Đánh giá khả năng cắt của đá mài cbn khi mài thép x12m nhiệt luyện trên máy mài phẳng theo chỉ tiêu lực cắt

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --- BÙI ĐỨC VIỆT ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA ĐÁ MÀI CBN KHI MÀI THÉP X12M NHIỆT LUYỆN TRÊN MÁY MÀI PHẲNG THEO CHỈ TIÊU LỰC CẮ

Trang 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

BÙI ĐỨC VIỆT

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA ĐÁ MÀI CBN KHI MÀI THÉP X12M NHIỆT LUYỆN TRÊN MÁY MÀI PHẲNG THEO CHỈ TIÊU LỰC CẮT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

BÙI ĐỨC VIỆT

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA ĐÁ MÀI CBN KHI MÀI THÉP X12M NHIỆT LUYỆN TRÊN MÁY MÀI PHẲNG THEO CHỈ TIÊU LỰC CẮT

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Trang 4

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Trừ các phần tham khảo đã đƣợc nêu rõ trong Luận văn.

Tác giả

Bùi Đức Việt

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Thầy giáo - TS Ngô Cường, người đã hướng dẫn

và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và Khoa Sau đại học - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Trần Đức Tăng và Th.S Vũ Minh Đức -

Bộ môn Công nghệ thiết bị và Hàng không vũ trụ - Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tận tình giúp đỡ trong quá trình thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Tác giả

Bùi Đức Việt

Trang 6

Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị

hmax Chiều dày phoi không biến dạng lớn nhât mm

Trang 7

Tm Nhiệt độ mài o

C

G Hệ số mài

Trang 8

TT Bảng số Nội dung Trang

1 1.1 Một vài số liệu về hệ số dẫn nhiệt của đá mài CBN và

2 1.2 Hệ số dẫn nhiệt lý thuyết và thực nghiệm của đá CBN

3 1.3 Nhiệt độ khi mài khô bằng đá mài Al203 và CBN 31

4 1.4 Nhiệt độ khi mài ướt bằng đá mài Al203 và CBN 32

6 2.2 Kí hiệu tương đương mác thép X12M của các nước 38

7 3.1 Lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến khi mài thép

X12M bằng đá mài CBN và đá mài thường với 15 lượt cắt, sử dụng ba loại dung dịch trơn nguội 53

8 3.2 Lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến khi mài thép

X12M bằng đá mài CBN và đá mài thường với 30 lượt cắt, sử dụng ba loại dung dịch trơn nguội 58

Trang 9

7 1.7 Lực cắt khi mài thép ổ lăn AISI 52100 bằng đá CBN 15

8 1.8 Lực cắt khi mài bằng các loại đá khác nhau 16

9 1.9 Ảnh hưởng của vận tốc đá đến lực cắt khi mài bằng đá CBN 17

10 1.10 Ảnh hưởng của vận tốc dung dịch trơn nguội đối với hệ

số lực mài Ft/Fn ở điều kiện: 0,833 mm3/mms, đá mài

11 1.11 Lực mài ứng với lượng chạy dao và tốc độ bóc tách vật liệu

riêng cho vật liệu 100Cr6 độ cứng 60HRC 19

12 1.12 Lực mài ứng với lượng chạy dao và tốc độ bóc tách vật

liệu riêng cho vật liệu 100Cr6 độ cứng 188HB 19

13 1.13 Lực mài ứng với lượng chạy dao và tốc độ bóc tách vật

14 1.14 Lực cắt pháp tuyến ứng với lực cắt tiếp tuyến 20

15 1.15 So sánh tính chống mài mòn của CBN với các vật liệu hạt

Trang 10

21 1.21 Ảnh hưởng của tốc độ bóc tách vật liệu tới hệ số mài của

22 1.22 So sánh mòn bán kính đá mài CBN và Al2O3 25

23 1.23 So sánh đá mài CBN độ xốp cao và độ xốp trung bình khi

24 1.24 Hiệu quả của đá mài CBN độ xốp cao sử dụng để mài

25 1.25 Công suất mài ứng với tốc độ bóc tách vật liệu 28

26 1.26 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đối với công suất trục chính 29

27 1.27 Công suất không tải, công suất cấp nước làm mát và công

suất làm sạch đá mài trong máy công cụ sử dụng đá mài CBN 29

28 1.28 Sự khác nhau về nhiệt độ mài giữa đá mài CBN và đá mài

32 2.4 Sơ đồ khối phần mềm điều khiển và xử lý số liệu

33 2.5 Màn hình điều khiển và hiển thị DASYLAB 9.0.2 đo lực cắt 44

34 2.6 Sơ đồ đọc dữ liệu đo lực mài trên phần mềm DASYLAB 45

35 2.7 Sơ đồ đọc dữ liệu đo lực mài trung bình trên phần mềm

36 2.8 Sơ đồ thí nghiệm đo lực cắt khi mài thép X12M nhiệt

luyện bằng đá mài CBN và đá mài thường trên máy mài

37 3.1 Lực cắt pháp tuyến và tiếp tuyến khi mài bằng đá mài

CBN và đá mài Al2O3, sử dụng dung dịch Emulsion 48

Trang 11

CBN và đá mài Al2O3, sử dụng dung dịch Tectylcool 1240 48

CBN và đá mài Al2O3, sử dụng dung dịch Tectylcool 1290 48

40 3.4 Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến khi sử

dụng dung dịch Emulsion với 15 lượt cắt 49

dụng dung dịch Tectylcool 1240 với 15 lượt cắt 49

43 3.7 Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến trung bình

khi sử dụng 3 loại dung dịch trơn nguội với 15 lượt cắt 50

44 3.8 Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá mài

CBN và đá mài thường, sử dụng Emulsion với 15 lượt cắt 51

CBN và đá mài thường, sử dụng Tectylcool 1240 với 15

CBN và đá mài thường, sử dụng 3 loại dung dịch trơn

dụng dung dịch Emulsion với 30 lượt cắt 53

Trang 12

khi sử dụng 3 loại dung dịch với 30 lượt cắt 55

CBN và đá mài thường, sử dụng Emulsion với 30 lượt cắt 55

57 3.21 Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài

CBN và đá mài thường, sử dụng dung dịch Emulsion với

CBN và đá mài thường, sử dụng dung dịch Tectylcool

CBN và đá mài thường, sử dụng ba dung dịch trơn nguội

61 3.25 Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài 61

Trang 13

CBN và đá mài thường, sử dụng dung dịch Emulsion với

30 lượt cắt

66 3.30 Đồ thị hiệu ứng cắt lại theo lực cắt khi dùng dung dịch

Trang 14

Trang

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Danh mục các ký hiệu chính

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các hình vẽ

PHẦN MỞ ĐẦU

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG CẮT CỦA ĐÁ MÀI VÀ CÁC

NGHIÊN CỨU VỀ KHẢ NĂNG CẮT CỦA ĐÁ MÀI CBN

4

1.2 Một số phương pháp đánh giá khả năng cắt của đá mài 5

1.2.7 Đánh giá theo hệ số khả năng cắt của đá mài 13

1.4 Một số kết quả nghiên cứu về khả năng cắt của đá mài CBN 14

Trang 15

HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẮT

CỦA ĐÁ MÀI KHI MÀI THÉP X12M NHIỆT LUYỆN

TRÊN MÁY MÀI PHẲNG

Trang 16

3.4 Hiệu ứng cắt lại 63

Trang 17

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Phương pháp mài, với rất nhiều ưu điểm, đã chiếm một vị trí rất quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại

Thép X12M được dùng phổ biến để chế tạo những chi tiết chính xác, chịu tải

va đập lớn, chịu mài mòn và chịu ăn mòn hóa học như: khuôn và chày dập nguội, con lăn, chốt ắc (xích xe tăng, xe ủi), chày dập thuốc tây, Thép X12M ở trạng thái ủ tương đối dễ gia công, nhưng sau khi tôi và ram thì có tính gia công rất thấp

và được xếp vào nhóm thép khó gia công nhất [6]

Vật liệu CBN có độ cứng chỉ sau kim cương và khả năng chịu nhiệt đến

1371oC Đá mài CBN được biết đến với rất nhiều tính năng ưu việt, đặc biệt khi mài những loại thép khó gia công (như X12M) Do có độ cứng cực cao và độ dai va đập lớn, đá mài CBN có khả năng duy trì dung sai rất nhỏ, quá trình cắt ổn định tạo ra chất lượng bề mặt gia công cao và ổn định Ngoài ra, đá mài CBN còn có khả năng lấy đi lượng dư đều đặn trên bề mặt của chi tiết gia công mà không cần bù độ mòn của đá mài Tuy nhiên loại đá mài này rất đắt Để có thể sử dụng đá mài CBN có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật thì cần thiết phải có sự đánh giá về khả năng cắt gọt của loại đá mài này

Khả năng cắt của đá mài có thể xác định qua một số chỉ tiêu như: Lực cắt, độ mòn, công suất cắt, nhiệt cắt hoặc hiệu ứng cắt lại, Trong các chỉ tiêu trên: Lực cắt là chỉ tiêu cơ bản đặc trưng cho bản chất vật lý của quá trình mài Lực cắt ảnh hưởng lớn đến sự mài mòn của đá, đến biến dạng đàn hồi và tiếp xúc của hệ thống công nghệ, đến rung động, nhiệt độ mài, đến độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công Lực mài tuy nhỏ nhưng diện tích tiếp xúc của đỉnh hạt mài với bề mặt gia công rất nhỏ nên lực cắt đơn vị rất lớn

Mài bằng đá mài CBN được nhiều nhà khoa học các nước quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhưng ở Việt Nam có rất ít công trình nghiên cứu về lĩnh vực này

Trang 18

“Đánh giá khả năng cắt của đá mài CBN khi mài thép X12M nhiệt luyện trên máy mài phẳng theo chỉ tiêu lực cắt.”

2 Ý nghĩa của đề tài

3 Đối tượng, mục đích và phương pháp nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: Khả năng cắt của đá mài CBN khi mài thép X12M nhiệt luyện trên máy mài phẳng

3.2 Mục đích nghiên cứu

- So sánh khả năng cắt của đá mài CBN với đá mài Al2O3 khi mài thép X12M nhiệt luyện trên máy mài phẳng theo chỉ tiêu lực cắt

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho việc giảng dạy, học tập và nghiên cứu

3.3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm

- Phân tích và đánh giá kết quả

Trang 19

4 Nội dung nghiên cứu

4.1 Nghiên cứu tổng quan về:

Khả năng cắt của đá mài Al2O3 và đá mài CBN khi mài thép X12M nhiệt luyện trên máy mài phẳng

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Xây dựng hệ thống, thiết bị thí nghiệm: Chọn máy, phôi thí nghiệm, đá mài, công nghệ trơn nguội, hệ thống đo lường, sử dụng công nghệ thông tin để trợ giúp đo và xử lý số liệu, đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật đặt ra

- Xây dựng kế hoạch thực nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm

Trang 20

TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG CẮT CỦA ĐÁ MÀI

VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ KHẢ NĂNG CẮT CỦA ĐÁ MÀI CBN 1.1 Đặc điểm của quá trình mài

Quá trình mài là quá trình cắt gọt vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao Mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các phương pháp gia công cắt gọt khác:

- Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi cắt, có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: góc trước  thường âm và góc cắt  thường lớn hơn 900

- Tốc độ cắt khi mài rất cao (≥ 30 m/s, mài cao tốc độ có thể lên tới 120 m/s hoặc cao hơn)

- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000 ÷ 15000

C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt

- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ, số lượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong một phút), vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia công tạo

ra độ nhẵn bóng và độ chính xác cao

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

- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: dưới tác dụng của tải trọng cơ, nhiệt các hạt mài đã mòn bật ra khỏi bề mặt đá tạo điều kiện cho những hạt mài mới tham gia vào quá trình cắt, ngoài ra một số hạt mài vỡ tạo thành những lưỡi cắt mới

- Do hiện tượng tự mài sắc cũng như không thể chủ động thay đổi được hình dáng và vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều khiển quá

Trang 21

trình mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa được nghiên cứu toàn diện

Do những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia công các vật liệu có độ cứng và độ bền cao cho độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên phương pháp mài có vị trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại Mặc dù được sử dụng cả trong gia công thô nhưng chỉ trong gia công tinh thì những ưu thế của phương pháp mài mới thực sự được phát huy, vì vậy mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối các bề mặt quan trọng [1]

1.2 Một số phương pháp đánh giá khả năng cắt của đá mài

1.2.1 Đánh giá theo chỉ tiêu lực cắt

Lực cắt khi mài được xác định theo công thức:





 n

i i

Trang 22

) sin(

) ' ( ) cos(

).

' 1 (

sin

) sin (cos

x x

s iz

f

)sin(

)'()cos(

)

'.1.(

sin

)sin (cos

x x

s iy

x - Góc trước của hạt mài

µ’ - Hệ số ma sát trong trên mặt trượt

Các công thức 1.1 và 1.2 cho thấy

- Lực Piy lớn hơn Piz

- Lực cắt Piy, Piz phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: vật liệu hạt mài, vật liệu gia công (s, µ, µ’), kích thước lớp cắt (f), hình dáng, kích thước hạt mài (, ), chế độ cắt và các điều kiện gia công khác

Khi mài phẳng có thể phân lực cắt Pc làm ba thành phần:

z y x

Trang 23

Pyc - Lực cắt pháp tuyến

Pyt - Lực trượt pháp tuyến

Pzt - Lực trượt tiếp tuyến

A - Diện tích tiếp xúc giữa vùng mòn của các hạt mài và bề mặt gia công

y

P P P



 (1.6) Với điều kiện gia công cho trước thì Pyc và Pzc coi như là hằng số Do đó, đồ thị quan hệ giữa Py - Pz như hình 1.2

* Hệ số lực cắt K pi , K p

- Hệ số lực cắt xác định theo công thức:

zi

yi pi P

P

K  (1.7)

z

y p P

P

K  (1.8) Thay (1.1), (1.2) vào (1.7) được:

x x

pi K

sincos





Hình 1.2 Quan hệ Py - Pz [15]

Trang 24

Nghiên cứu quá trình cắt gọt của hạt mài với các vật liệu khác nhau Maxlov

đã xây dựng được đồ thị quan hệ giữa hệ số lực cắt với chiều sâu cắt az và góc trước

x (hình 1.3 và 1.4)

Ta có các nhận xét sau:

- Khi az <  thì chỉ có quá trình nén vật liệu gia công và Kpi rất lớn (Pyi>>Pzi) Tăng dần az thì Kpi giảm dần, khi az thì quá trình tạo phoi xảy ra và Kpi ổn định (hình 1.3)

- Khi giảm góc trước  thì Kpi tăng, khi   -60o thì Kpi rất lớn (Pyi>>Pzi) và hạt mài chỉ nén vào vật liệu gia công mà không tạo phoi (hình 1.4)

- Như vậy có thể dùng hệ số Kpi để đánh giá khả năng cắt của hạt mài [1] Hạt mài nào có hệ số Kpi nhỏ hơn, ổn định hơn thì có khả năng cắt tốt hơn

Hình 1.3 Quan hệ Kpi - az khi mài vật liệu ШX15

Hình 1.4 Quan hệ Kpi - x

Trang 25

1.2.2 Đánh giá theo chỉ tiêu mòn

Mòn bề mặt làm việc của đá mài là một quá trình cơ, lý, hóa phức tạp và phụ thuộc vào tất cả các điều kiện gia công như: thông số kỹ thuật của đá, tính chất của vật liệu gia công, sự phối hợp đá mài - vật liệu gia công, chế độ cắt,

Mòn đá mài có thể chia thành 5 dạng cơ bản như hình 1.5:

1 Mài mòn đỉnh các hạt mài (hình 1.5a)

2 Phá hủy giòn hạt mài thành những mảnh lớn hoặc nhỏ (hình 1.5b)

V

Trong đó:

Vw - Thể tích vật liệu được bóc đi (mm3)

Vd - Thể tích vật liệu đá mài bị tiêu hao (mm3)

Hình 1.5 Các dạng mòn của đá

Trang 26

đá mài nào có hệ số mài càng lớn thì khả năng cắt càng cao

Khi tăng chế độ cắt thì năng suất cắt gọt tăng nhưng cũng đồng thời làm tăng tốc độ mòn đá Quan hệ giữa hệ số mài G với chế độ cắt xác định theo công thức thực nghiệm [15]:

g w g

w g

Các hệ số:

g d

b G G

1.2.3 Đánh giá theo chỉ tiêu công suất

Công suất mài có thể xác định theo công thức:

N = Pz (vd  vct) (1.14) Trong đó:

N - Công suất mài

Pz - Lực tiếp tuyến

vd - Vận tốc đá mài

vct - Vận tốc chi tiết

Dấu (+) lấy khi mài nghịch, dấu (-) lấy khi mài thuận

Vì vct nhỏ hơn rất nhiều so với vd (thường vct = 1  3%vd) nên có thể bỏ qua,

và công thức 1.14 có thể đơn giản thành:

N = Pz vd (1.15) Thay (1.4) vào (1.15) ta có:

N = (Pzc + Pzt)vd = (Pzc + µ”.p.A) vd (1.16)

Trang 27

Mặc dù lực cắt khi mài thường nhỏ (vì tiết diện phoi cắt bé) nhưng công suất mài lại rất lớn do tốc độ cắt khi mài rất cao (thường vd  30 m/s)

Có thể đánh giá được khả năng cắt của đá mài theo chỉ tiêu công suất cắt Với cùng tốc độ bóc tách vật liệu, loại đá mài nào có công suất cắt nhỏ hơn thì có khả năng cắt cao hơn

1.2.4 Đánh giá theo chỉ tiêu nhiệt cắt

Do tốc độ cắt cao và góc cắt của các hạt mài không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt nên nhiệt độ ở vùng tiếp xúc giữa đá mài với chi tiết gia công rất lớn (khoảng 1000  1500oC), thời gian tác dụng để phát sinh nhiệt rất ngắn (1.10-4 

5.10-6s) sau đó nhiệt lại giảm xuống nhanh chóng

Nhiệt độ mài có thể xác định theo công thức sau [1]:

) ( ) (

) (

.

5 0

C c

v l p k



 (1.17) Trong đó:

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

 - Khối lượng riêng của vật liệu gia công

c - Nhiệt dung của vật liệu gia công

Phương trình (1.17) cho thấy nhiệt độ mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chế độ cắt, vật liệu gia công, vật liệu hạt mài, chất dính kết, độ xốp của đá mài, dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội

Nhiệt trong quá trình mài có ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng bề mặt của vật mài, đến độ bền và khả năng chịu tải của chi tiết Có thể đánh giá khả năng cắt

Trang 28

khả năng cắt cao hơn

1.2.5 Đánh giá theo chỉ tiêu rung động

Rung động khi mài gồm hai loại rung: Rung động cưỡng bức và tự rung Các tác giả [6], [15] cho rằng nguyên nhân của rung động cưỡng bức là do các bộ phận quay của hệ thống công nghệ như trục chính, puly, đá, rô to của động cơ … không cân bằng gây ra

Tự rung phức tạp hơn nhiều so với rung động cưỡng bức và đã có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này Theo các tác giả [6], [15] thì tự rung xảy ra do hiện tượng không ổn định khi cắt gây ra sự thay đổi lực cắt mà những nguyên nhân chính là: biến dạng đàn hồi cục bộ của đá và phôi, mòn đá không đều, hiện tượng tự mài sắc của đá mài, dao động xoắn của chi tiết gia công

Tự rung sẽ giảm và ổn định [15] nếu thỏa mãn điều kiện:

a c m

em

k k k

2

1 

 (1.17) Trong đó:

em

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

km - Độ cứng tĩnh của máy

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

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

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

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

Trang 29

1.2.6 Đánh giá theo hiệu ứng cắt lại

Trong quá trình cắt gọt của đá mài, quan sát thấy rằng: Sau lần cắt cuối, không cho đá mài tiến thêm, tiến hành chạy dao dọc một vài lần thấy vẫn còn hoa lửa chứng tỏ vật liệu vẫn chưa được bóc tách hết Tiếp tục tiến hành chạy dao dọc cho tới khi hết hoa lửa và đếm lại số lần cắt thấy: Với cùng một loại vật liệu gia công và điều kiện cắt, số lần cắt lại của mỗi loại đá mài là khác nhau Loại đá mài nào có số lần cắt lại ít hơn thì khả năng cắt tốt hơn

Mặt khác, sau mỗi lần cắt lại, chiều sâu cắt thực giảm dần cho tới khi az < , lực cắt tiếp tuyến và lực cắt pháp tuyến giảm dần tới một giá trị nhất định Loại đá mài nào có khả năng cắt tốt hơn thì số lần cắt lại ít hơn, lực cắt tiếp tuyến và lực cắt pháp tuyến giảm nhanh và ổn định hơn so với lực cắt tiếp tuyến và lực cắt pháp tuyến ban đầu, giá trị lực cắt sau khi ổn định thấp hơn

1.2.7 Đánh giá theo hệ số khả năng cắt của đá mài

Để đánh giá khả năng cắt của đá mài người ta có thể dùng tỷ số giữa tốc độ bóc vật liệu Qw với lực pháp tuyến Py, ký hiệu là Kc:

y

w c P

Q

K  (mm3/s.N) (1.18)

Theo thời gian mài đá mòn dần, lực Py tăng dần, chiều sâu cắt thực tế giảm dần nên Qw giảm dần làm cho Kc giảm dần Khi đá mòn khốc liệt thì Kc giảm đột ngột và mất khả năng cắt (hình 1.6) Hệ số K

Hình 1.6 Quan hệ Kc với thời gian mài

Trang 30

khả năng cắt gọt tốt hơn

1.3 Tính gia công của vật liệu khi mài

Tính gia công là một tính chất vật lý - kỹ thuật phức tạp của vật liệu, phản ánh khả năng chịu cắt gọt của vật liệu trong những điều kiện xác định

Các yếu tố quyết định tính gia công của vật liệu gồm:

- Thành phần hóa học và cấu trúc của vật liệu

- Tính chất cơ, lý của vật liệu

- Phương pháp gia công và điều kiện gia công

Để đánh giá tính gia công khi mài vật liệu thường dùng các chỉ tiêu sau:

- Chỉ tiêu lực cắt: Py, Pz

- Chỉ tiêu năng suất cắt gọt: Qw, Q’w

- Chỉ tiêu hệ số mài G

- Chỉ tiêu chất lượng bề mặt gia công: Ra/Rz

- Chỉ tiêu tuổi bền đá mài T

Những chỉ tiêu trên chỉ là những chỉ tiêu định lượng Với mỗi nguyên công

cụ thể cần phải chọn ra một hoặc một số chỉ tiêu chính để đánh giá Khi mài thô và bán tinh thường chọn chỉ tiêu lực cắt và năng suất cắt gọt vì phản ánh được mức năng lượng tiêu hao và hiệu quả kinh tế của quá trình mài Khi mài tinh thường chọn chỉ tiêu tuổi bền của đá mài, đây là chỉ tiêu tổng hợp phản ánh mức độ phù hợp của cặp đá-vật liệu gia công, phản ánh hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của quá trình mài

Thép X12M ở trạng thái ủ tương đối dễ gia công, nhưng sau khi tôi và ram thì có tính gia công rất thấp và được xếp vào nhóm thép khó gia công nhất [1]

1.4 Một số kết quả nghiên cứu về khả năng cắt của đá mài CBN

Một trong số các phát hiện mới về lĩnh vực hạt mài đã được giới thiệu là Boron Nitride lập phương Hạt mài tổng hợp này có độ cứng giữa Silicon Carbide

và kim cương Tinh thể này được biết đến dưới tên Borazon CBN (Cubit Boron Nitride), và được phát triển bởi công ty General Electric vào năm 1969 Vật liệu này

Trang 31

có khả năng mài thép gió dễ dàng, chính xác và tốt hơn kim cương trong nhiều ứng dụng Sự ra đời của vật liệu hạt mài siêu cứng CBN đã góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cho nguyên công mài nhất là khi mài vật liệu khó gia công

Vật liệu CBN có độ cứng chỉ sau kim cương và khả năng chịu nhiệt độ mài đến 2500o

F (1371oC) trước khi vỡ vụn CBN dùng để cắt nguội và chịu được hóa chất đối với tất cả các muối vô cơ và hợp chất hữu cơ Do có độ cứng cực cao và độ dai va đập lớn, đá mài làm bằng CBN có khả năng duy trì dung sai rất nhỏ, quá trình cắt ổn định tạo ra chất lượng bề mặt gia công cao và ổn định Ngoài ra, đá mài CBN đòi hỏi sự chỉnh sửa rất ít và còn có khả năng lấy đi lượng dư đều đặn trên bề mặt của chi tiết gia công mà không cần bù độ mòn của đá mài Do tác động cắt nguội nên rất ít hoặc không có sự hư hỏng chi tiết gia công Hạt mài CBN được coi

là loại vật liệu hạt mài tốt nhất hiện nay (the superabrasive) ứng dụng cho việc mài thép

Trang 32

khác nhau, kết quả:

- Khi mài tinh (với chiều sâu cắt t = 0,05 mm) đá mài CBN cho lực cắt nhỏ hơn các loại đá mài khác còn khi mài thô (với chiều sâu cắt t = 2 mm) thì ngược lại, lực cắt của đá mài CBN lớn hơn các loại đá khác (hình 1.8) Nguyên nhân là tải trọng nhiều hơn và đá CBN bị mòn nhiều khi mài thô Nhiệt độ cao khi mài thô đã làm tăng tốc độ phản ứng của CBN với nước Những tác động của trượt, cày, và xói mòn nước làm CBN bị mòn nghiêm trọng[18] Như vậy, đá mài CBN chỉ phát huy hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài tinh

- Khi mài bằng đá mài CBN, thành phần lực cắt pháp tuyến nhỏ hơn khi mài bằng đá mài thông thường do đó tốc độ bóc tách vật liệu cao hơn [13]

Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của vận tốc đá đến lực cắt khi mài thép AISI 52100 bằng đá mài CBN cho thấy: khi tăng vận tốc đá thì lực cắt pháp tuyến tăng nhẹ nhưng lực cắt tiếp tuyến lại giảm do đó hệ số lực cắt giảm làm giảm

Hình 1.8 Lực cắt khi mài bằng các loại đá khác nhau [18]

Trang 33

hiệu quả bóc tách vật liệu (hình 1.9) [13] Nhà sản xuất cũng khuyên sử dụng tốc độ hiệu quả của đá mài CBN từ 1750 ÷ 1850 m/phút khi mài ướt và từ 900 ÷ 1200 m/phút khi mài khô [9]

Hình 1.9 Ảnh hưởng của vận tốc đá đến lực cắt khi mài bằng đá CBN [13] Nghiên cứu về ảnh hưởng của vận tốc dung dịch trơn nguội tới hệ số lực mài, bài báo [18] cho thấy hướng của Ft/Fn với thông số vận tốc dung dịch trơn nguội vs

cho phôi SS304 với tiết diện đầu phun khác nhau và vận tốc đá khác nhau (Hình 1.10) Với tốc độ đá là 42m/s, tiết diện đầu phun là 15,14 đến 50,25 mm2 đã làm giảm hệ số lực cắt từ 0,44 xuống 0,26, 0,44 xuống 0.38 và 0,52 xuống 0,4 với việc tăng vận tốc dung dịch trơn nguội từ 3,5 tới 7 m/s, 4 tới 11 m/s và 10,5 tới 16 m/s tương ứng Với việc áp dụng các điều kiện mài giống nhau bao gồm cả phạm vi vận tốc dung dịch trơn nguội nhưng với tốc độ mài cao hơn khoảng 104 m/s thì lực cắt giảm xuống từ 0,24 xuống 0,16, từ 0,38 xuống 0,28 và 0,24 xuống 0,2 Những kết

Trang 34

gia công Vì các hạt mài ăn khớp với chi tiết gia công, sự cọ sát gây ra biến dạng đàn hồi trước khi gây ra biến dạng dẻo và bóc tách vật liệu Cho rằng quá trình tạo phoi phụ thuộc vào quá trình tương tác giữa đá mài và chi tiết gia công, sự cọ sát hoặc biến dạng dẻo hoặc tách bỏ vật liệu, hệ số lực cắt sẽ khác nhau.

Nghiên cứu về ảnh hưởng của tốc độ bóc tách vật liệu và lượng chạy dao tới lực cắt và hệ số mài bằng đá CBN, kết quả như sau:

Hình 1.11; 1.12; 1.13 cho thấy sự phụ thuộc của lực mài đối với lượng chạy dao và tốc độ bóc tách vật liệu riêng Hình 1.11 cho thấy rằng lực mài khi sử dụng dầu thấp hơn so với khi sử dụng nhũ tương, đặc biệt khi cắt ở tốc độ cắt tương đối thấp là vc = 60 m/s lực mài khi sử dụng dầu chỉ bằng gần một nửa so với khi sử dụng nhũ tương Tại tốc độ cắt cao là 120 m/s lực mài khi sử dụng dầu vẫn thấp hơn

so với sử dụng nhũ tương, nhưng sự khác biệt là không nhiều như trong trường hợp tốc độ cắt 60 m/s Hình 1.12 cũng cho kết quả tương tự hình 1.11 khi mài vật liệu chưa qua xử lý nhiệt

Trang 35

Tuy nhiên, như trong hình 1.13, lực mài đối với các phôi đã qua xử lý nhiệt của 100Cr6 độ cứng 60 HRC là khá thấp so với mài cùng điều kiện mẫu 100Cr6

Hình 1.11 Lực mài ứng với lượng chạy dao và tốc độ bóc tách vật liệu riêng

Hình 1.12 Lực mài ứng với lượng chạy dao và tốc độ bóc tách vật liệu

riêng cho vật liệu 100Cr6 độ cứng 188HB [22]

Trang 36

C Guo, Z Shi, H Attia và D McIntosh đã tiến hành thí nghiệm mài phẳng trên một trung tâm gia công 5 trục, sử dụng đá mài CBN, phôi hợp kim niken, vận tốc đá mài là 12  60 m/s, vận tốc phôi là 12  150 mm/s và chiều sâu cắt a = 0,03 

0,06 mm, vận tốc dung dịch trơn nguội là 100 l/phút, áp suất qua vòi phun 2.8 Mpa,

lỗ phun hình chữ nhật 40,6 mm2 (12,7 mm x 3,2 mm) Kết quả như sau:

Lực mài pháp tuyến và lực mài tiếp tuyến thể hiện qua phương trình [14]:

Theo phương trình này, mối quan hệ giữa Fn và Ft được vẽ theo một đường thẳng với hệ số góc 1/µ Fn và Ft được đo theo một vài điều kiện mòn đá khác nhau được vẽ như hình 1.14 Hệ số ma sát trong trường hợp này là µ = 0.27 và được so sánh để mài với đá mài Al2O3

Trang 37

độ mòn của của hạt mài CBN ở vòng quay thứ 1260 gần bằng độ mòn của kim cương ở vòng quay thứ 150 và của Al203 ở vòng quay thứ 20 Như vậy tính chống mài mòn của CBN khi mài thép cao hơn 8 lần so với kim cương và 63 lần so với

Trang 38

Soo và D.T Curtis đã tiến hành đo ảnh hưởng của tốc độ bóc tách vật liệu đối với mòn đá với hai loại đá mài: đá mài kim cương D46 và đá mài CBN B46 (hình 1.16)

Sự khác biệt giữa mòn đá mài kim cương và đá mài CBN được thể hiện trong hình 1.16 cho hai loại đá mài là D46 và B46 khi gia công ở tốc độ trục chính

là 60.000 vòng/phút Phân tích thống kê (hai mẫu t-Test) cho thấy có sự khác biệt đáng kể tại giá trị trung bình mức 5%, với hạt mài CBN cho giá trị mòn thấp hơn [5]

Nhóm tác giả cũng tiến hành thí nghiệm đo ảnh hưởng của tốc độ cắt đối với mòn đá của loại đá mài CBN B46 với hai tốc độ trục chính là 60.000 và 90.000 vòng/phút (hình 1.17) Kết quả cho thấy đá mài CBN B46 mòn chậm hơn ở tốc độ cắt 90.000 vòng/phút vì bề dày phoi không biến dạng nhỏ hơn và những ảnh hưởng của lực cắt cũng như công suất cắt [5]

Nghiên cứu về mòn đá CBN, C Guo1, Z Shi, H Attia và D McIntosh đã tiến hành mài hợp kim Niken bằng đá mài CBN mới

Các tác giả đã đo diện tích mòn bề mặt so với tốc độ bóc tách vật liệu riêng Thí nghiệm cho thấy rằng diện tích mòn bề mặt tăng lên khi tăng tốc độ bóc tách vật

Trang 39

liệu Diện tích mòn bề mặt tăng lên nhanh chóng khi bắt đầu mài sau đó ổn định dần Với tộc độ bóc tách vật liệu riêng V’w = 9300 mm3/mm, diện tích mòn bề mặt được tìm thấy là 2.3% Nguyên nhân là khi bắt đầu mài với đá mài mới, có một số lượng nhỏ các hạt mài nhô ra và nhanh chóng bị gãy do tác động của lực cắt làm cho tốc độ mòn tăng nhanh Các hạt mài CBN bị gãy đi và trở nên mịn hơn (hình 1.19) [21]

Tốc độ bóc tách vật liệu riêng trên đơn vị chiều rộng, V’w (x1000mm2)

Trang 40

đánh giá qua hệ số mài G Qiang Liu, Xun Chen và Nabil Gindy đã tiến hành nghiên cứu so sánh hệ số mài của các loại đá mài khác nhau

Hình 1.20 cho thấy rằng:

- Đá mài cứng hơn thì hệ số mài cao hơn

- Hệ số mài của đá mài CBN cao hơn nhiều so với hệ số mài của đá mài

Al2O3 và thấp hơn so với kim cương

- Khi tăng chiều sâu cắt thì hệ số mài của đá mài CBN giảm đi một lượng đáng kể

`

Qiang Liu, Xun Chen và Nabil Gindy cũng tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ bóc tách vật liệu đối với hệ số mài G của đá mài CBN Hình 1.21 cho thấy:

- Khi tăng tốc độ bóc tách vật liệu thì hệ số mài của đá mài giảm đi

- Trong giai đoạn đầu tiên khi tăng tốc độ bóc tách vật liệu từ 0  2

mm 3 /mm*s thì hệ số mài của đá mài CBN giảm đi nhanh chóng, sau đó giảm đi ít

hơn

- Vật liệu: CMSX4

- Máy: Makino A55

- Dung dịch trơn nguội: Hocut 3380

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	3,14 MB