TỔNG QUAN VỀ MÀI LỖ
Giới thiệu về mài lỗ
1.1.1 Các sơ đồ mài lỗ
Khi mài lỗ với đường kính nhỏ hơn 50mm, đường kính đá mài nên đạt từ 0,7 đến 0,9 lần đường kính lỗ cần mài Có hai phương pháp mài lỗ là mài có tâm và mài vô tâm; trong nghiên cứu này, phương pháp mài có tâm sẽ được áp dụng do tính phổ biến và hiệu quả của nó.
Hình 1.1 Sơ đồ mài lỗ có tâm [1]
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong vô tâm [1]
Mài lỗ có tâm có hai cách gá đặt chi tiết
Phương pháp đầu tiên là kẹp chặt chi tiết trên mâm cặp và quay tròn với tốc độ nω (hình 1.1a) Trục đá quay (nđ) thực hiện cả chuyển động chạy dao dọc và chạy dao ngang (fa, fr) Phương pháp này thường được áp dụng để mài chi tiết nhỏ, các mặt tròn xoay và các vật dễ gá trên mâm cặp.
Cách thứ hai trong gia công là chi tiết được gá cố định trên bàn máy, cho phép trục mang đá thực hiện các chuyển động cần thiết như quay tròn, chạy dao dọc hoặc ngang, và chuyển động hành tinh xung quanh tâm lỗ gia công Điều này giúp cắt hết bề mặt chu vi lỗ, với chuyển động hành tinh thay thế cho chuyển động quay tròn của chi tiết gia công ở cách thứ nhất Phương pháp này đặc biệt thuận tiện cho việc gia công các chi tiết lớn như thân động cơ, hộp và các chi tiết cồng kềnh.
1.1.2 Trục mang đá của đá mài lỗ
Trục mang đá (quill) đóng vai trò quan trọng trong việc đưa đá mài tiếp cận vùng cắt, giúp tối ưu hóa quá trình gia công Với thiết kế tiêu chuẩn của trục chính máy mài, trục mang đá có tính tùy biến cao, mở rộng công năng sử dụng Kết cấu của trục mang đá ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng vững của đá mài, từ đó tác động đến độ chính xác trong gia công.
Có 2 phương pháp gắn trục mang đá với trục chính và phụ thuộc vào thiết kế trục chính gồm: gắn bằng ren và gắn bằng bề mặt côn (hình 1.3) Loại trục mang đá gắn với trục chính bằng ren là loại rất phổ biến nhất
Hình 1.3 Kết cấu trục mang đá của đá mài lỗ b Kết cấu gắn đá mài với trục mang đá
Có 3 phương pháp gắn đá mài với trục mang đá
Gắn đá mài bằng keo là phương pháp phổ biến cho đá mài có đường kính nhỏ, mang lại độ cứng vững cao cho trục mang đá, nhưng việc thay thế đá gặp nhiều khó khăn Các phương pháp gắn đá mài bao gồm: a) Gắn đá mài bằng keo, b) Gắn đá mài bằng ren, và c) Gắn đá mài bằng collet Hình 1.4 minh họa kết cấu gắn đá mài với trục mang đá.
- Gắn bằng ren (hình 1.4b): phương pháp này được sử dụng cho sản xuất loạt lớn và đòi hỏi phải thay đá thường xuyên
Phương pháp gắn bằng collet (hình 1.4c) được áp dụng khi đá mài có kích thước khác nhau, giúp dễ dàng thay đổi đá mài Các thông số của trục mang đá cũng cần được chú ý để đảm bảo hiệu quả trong quá trình sử dụng.
Chiều dài trục mang đá ảnh hưởng đến độ cứng vững của đá; càng ngắn thì độ cứng vững càng cao Tuy nhiên, để mài hết chiều dài lỗ, chiều dài trục mang đá cần phải đủ dài.
Đường kính trục mang đá nên được chọn với kích thước lớn nhất có thể, điều này không chỉ đảm bảo độ cứng mà còn giúp tăng tuổi thọ của đá mài.
- Độ cứng vững: độ cứng vững hợp lý được xác định [44] như sau:
Trong đó: E – Modul đàn hồi của vật liệu làm trục mang đá (N/mm 2 )
D – Đường kính trục mang đá (mm)
L – Chiều dài trục mang đá (mm)
1.1.3 Vị trí và vai trò của nguyên công mài lỗ trong quy trình công nghệ
Trong quy trình gia công các chi tiết lỗ sau nhiệt luyện, mài và tiện cứng là hai phương pháp phổ biến được các nhà công nghệ lựa chọn Việc chọn phương pháp gia công phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu sản phẩm cũng như ưu nhược điểm của từng phương pháp Thông thường, tiện được sử dụng cho gia công thô, trong khi mài thường được chọn cho gia công tinh lần cuối.
Hình 1.5 Các lựa chọn cho quá trình gia công tinh bề mặt lỗ [17]
Mỗi phương pháp gia công tinh lần cuối như mài lỗ và tiện cứng đều có những ưu nhược điểm riêng, không có phương pháp nào hoàn hảo tuyệt đối Thay vào đó, các phương pháp này hỗ trợ lẫn nhau với những đặc điểm riêng biệt Đặc biệt, phương pháp mài nổi bật với chi phí gia công thấp nhưng vẫn đảm bảo đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật.
Gia công thô Gia công tinh
Bảng 1.1 Ưu điểm và nhược điểm của tiện cứng và mài khi gia công tinh bề mặt lỗ [17]
Tiện cứng Mài lỗ Ưu điểm:
- Có thể cắt khô – thân thiện với môi trường
- Chất lượng bề mặt tốt Ưu điểm:
- Chất lượng bề mặt tốt
- Có thể kiểm soát các dạng hỏng trên lớp bề mặt gia công
- Lượng dư gia công nhỏ
- Chi phí cho đá mài rẻ
- Cắt khô có thể gây nhiệt cắt lớn
- Quá trình cắt thiếu ổn định do dao tiện chỉ cắt đơn điểm
- Lớp bề mặt bị biến trắng do nhiệt cao
- Chi phí cho dụng cụ cắt lớn
- Khó gia công lỗ sâu
- Lượng dư gia công lớn
- Bắt buộc phải sử dụng dung dịch BTLN – gây ô nhiễm môi trường
- Khó (không thể) tái chế phoi
- Mức độ tiêu thụ năng lượng cao
- Năng suất bóc tách không cao
- Phải sửa đá (mất nhiều thời gian)
Các đặc điểm của quá trình mài lỗ
1.2.1 Chiều dài cung tiếp xúc l k
Khi không tính đến biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ, chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết trong quá trình gia công mài lỗ được xác định bằng một công thức cụ thể.
Trong đó: Vct – vận tốc chi tiết (mm/ph)
Vđ – vận tốc cắt (m/s) u = nw.fa
Dgw – đường kính đá mài dw – đường kính chi tiết t – chiều sâu cắt
Dấu “+” được lấy khi chi tiết và đá mài quay cùng chiều, dấu
“-” được lấy khi chi tiết và đá mài quay ngược chiều
Khi mài chạy dao ngang, fa = 0 thì u = 0 ta có: w w ct w w
Nếu coi như trong quá trình mài chi tiết đứng yên (vw = 0) và u = 0 thì: w w w w
Theo công thức 1.4, đường kính đá mài Dgw lớn hơn sẽ dẫn đến chiều dài cung tiếp xúc dw tăng lên, và ngược lại Nghiên cứu so sánh chiều dài cung tiếp xúc lk giữa các phương pháp mài cho thấy: lo ph ng k k k l l l.
Hình 1.6 Chiều dài cung tiếp xúc của các phương pháp mài
Chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết trong trường hợp mài lỗ là lớn nhất trong các phương pháp mài
1.2.2 Chiều dày lớp cắt khi mài a z
Chiều dày lớp cắt được tính theo công thức tổng quát sau [11] (hình 1.9) w w w w w w
Trong đó: t – Chiều sâu cắt thực tế của một hạt mài (mm) l – Khoảng cách thực tế giữa cát hạt mài (mm)
Bgw – Chiều rộng của đá (mm) ξ – Hệ số: với mài lỗ ξ = -1, với mài ngoài ξ = +1, với mài phẳng ξ = 0
Chiều dày lớp cắt được xác định bởi tất cả các thông số của quá trình mài Trong đó, trị số az đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định tải trọng tác dụng lên hạt mài, ảnh hưởng đến tuổi bền và độ mòn của đá mài.
Phương trình 1.6 được coi là phương trình cơ bản trong quá trình mài Độ dày lớp cắt của hạt mài trong các dạng mài lỗ, mài phẳng và mài tròn có mối quan hệ chặt chẽ với nhau.
1.2.3 Đường kính tương đương của đá mài Đường kính tương đương cũng được sử dụng trong quá trình nghiên cứu về mài Đường kính tương đương được xác định theo [31]: w w w w
Khi mài, dấu “+” được sử dụng cho mài tròn ngoài, dấu “-” cho mài lỗ, và khi mài phẳng, đường kính tương đương bằng đường kính đá mài Từ phương trình 1.8, có thể thấy rằng đường kính tương đương khi mài lỗ là lớn nhất, tiếp theo là khi mài phẳng, trong khi đó, đường kính tương đương khi mài tròn ngoài là nhỏ nhất.
1.2.4 Quá trình tách phoi của hạt mài
Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất dính kết Hạt mài có nhiều cạnh cắt và có bán kính tròn rs ở đỉnh (hình 1.7)
Theo Grof [65], quá trình tách phoi của hạt có thể chia làm 6 giai đoạn được minh họa trong hình 1.8
+ Giai đoạn 1: Hạt mài tiếp xúc với chi tiết, biến dạng tại đây là biến dạng đàn hồi và chưa hình thành phoi
Trong giai đoạn 2, khi hạt mài tiếp xúc sâu vào chi tiết, mảnh phoi được hình thành và bị nén, uốn cong Với góc cắt lớn của hạt mài, mảnh phoi lúc này có dạng phẳng.
Hình 1.7 Hình dạng hạt mài và phân tích lưỡi cắt [31]
Giai đoạn 3 là khi lượng chạy dao nhỏ, phoi hình thành có dạng sợi Ngược lại, khi lượng chạy dao lớn, lưỡi cắt sẽ xuyờn vào vật liệu mềm hơn, khiến hạt mài tiếp xúc với vật liệu và tạo ra nhiệt lớn.
Hình 1.8 Quá trình tách phoi của hạt mài [65]
Giai đoạn 4 trong quá trình gia công cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ, dẫn đến việc làm nóng chảy một phần phoi Nếu quá trình tiếp xúc giữa lưỡi cắt và vật liệu gia công dừng lại ở giai đoạn này, phoi sẽ có hình dạng giống như “nòng nọc”.
Trong giai đoạn 5, khi lưỡi cắt và vật liệu gia công tiếp tục tiếp xúc, phoi sẽ hình thành dạng sợi và rơi ra khỏi bề mặt vật liệu gia công.
+ Giai đoạn 6: Phoi nóng chảy sẽ trở thành dạng cầu do sức căng mặt ngoài
Hình 1.9 Quá trình tạo phoi khi mài [35]
Quá trình tạo phoi được mô tả qua hình 1.9, trong đó đá mài có bán kính lưỡi cắt rs và góc α nhỏ Ban đầu, phoi không hình thành mà vật liệu trải qua biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo, dẫn đến việc vật liệu bị đẩy sang hai bên hoặc bị dồn qua mặt trước và mặt sau của hạt mài.
Khi lưỡi cắt đi sâu vào chi tiết với chiều sâu đủ lớn và chiều dày lớp cắt az bằng hoặc lớn hơn chiều sâu cắt tối thiểu Tμ, phoi sẽ được hình thành Trong quá trình này, đồng thời xảy ra hiện tượng dồn ép kim loại gây biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi Hình dáng lưỡi cắt và vận tốc cắt cũng ảnh hưởng đến chiều dày lớp cắt khi mài az.
1.2.5 Năng suất bóc tách của quá trình mài a, Năng suất bóc vật liệu
Với mài lỗ chạy dao dọc năng suất của một bước gia công được tính theo công thức sau [31]: w w a r
Trong đó: dw – Đường kính phôi (mm) fa – Lượng chạy dao dọc (mm/giây) fr – Lượng chạy dao hướng kính (mm/hành trình) b, Năng suất của nguyên công mài
Năng suất mài, được tính cho một nguyên công mài, là khối lượng hoặc thể tích kim loại bị loại bỏ trong một đơn vị thời gian Công thức xác định năng suất mài là yếu tố quan trọng trong quá trình gia công.
Trong đó: MRR – năng suất mài (mm 3 /s)
V m – Thể tích kim loại bị bóc đi (mm 3 ) t c – Thời gian cơ bản của mài (s) d w0 , d we – Đường kính phôi trước và sau khi gia công
1.2.6 Lực trong quá trình mài
Lực cắt khi mài xác định theo công thức:
Trong đó: n - số hạt mài đồng thời tham gia cắt
Pi - lực cắt tác dụng lên một hạt mài
Lực cắt tác dụng lên hạt mài Pi được chia thành hai thành phần chính: Piz, tác động theo phương tiếp tuyến, và Piy, tác động theo phương pháp vuông góc với bề mặt gia công.
Hình 1.10 Lực cắt tác dụng lên hạt mài [11]
s - ứng suất tiếp f - diện tích cắt
- hệ số ma sát ở mặt trước hạt mài
x - góc trước của hạt mài
’ - hệ số ma sát trong trên mặt trượt
Các công thức (1.12), (1.13) cho thấy:
- Lực Piy lớn hơn Piz
Lực cắt Piz và Piy chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm vật liệu hạt mài, vật liệu gia công (như độ cứng, độ giòn), kích thước lớp cắt, hình dáng và kích thước hạt mài, cùng với chế độ cắt và các điều kiện gia công khác.
Khi mài phẳng chạy dao dọc có thể phân lực cắt Pc làm ba thành phần:
Mòn đá và tuổi bền của đá mài
Mòn đá mài là quá trình thay đổi kích thước, hình dạng và khả năng cắt của đá, chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như đặc tính và topography của đá, tính gia công của vật liệu, và chế độ công nghệ trong quá trình mài Khi mòn lớn xảy ra, sẽ dẫn đến mòn hướng kính và mòn góc của đá mài, trong khi mòn nhỏ sẽ gây ra mòn hạt mài.
Hình 1.12 Các dạng của đá mài [31]
Trong quá trình mài, lưỡi cắt của các hạt mài sẽ bị mòn và cùn, dẫn đến sự biến dạng hình học của mặt cắt đá mài Hình 1.13 minh họa các dạng mòn của đá mài, bao gồm: (a) đỉnh hạt mài bị mòn, (b) hạt mài bị vỡ thành mảnh, (c) hạt mài bị bật ra khỏi chất dính kết, (d) hạt mài mất góc cắt, và (e) hạt mài bị che lấp bởi phoi và tạp chất.
Hình 1.13 Các trạng thái mòn của đá mài [11]
Hạt mài có khả năng tự tạo đỉnh nhọn mới, giúp phục hồi khả năng cắt của đá, hiện tượng này được gọi là tự mài sắc Ngoài ra, độ bám của chất kết dính thấp cũng góp phần vào hiện tượng mài sắc của đá.
Khi các hạt mài bị cùn, chúng dễ dàng bị bứt ra khỏi bề mặt làm việc, dẫn đến việc hình thành lớp bề mặt mới với các hạt cắt có khả năng cắt cao hơn Trong quá trình mài tinh với đá mài cứng, hiện tượng tự mài sắc không xảy ra Khi đá mài bị mòn, nhám bề mặt tăng lên, gây ra dao động và làm giảm khả năng cắt nhanh chóng, buộc phải sửa đá Theo thời gian, lượng mòn tăng lên sẽ dẫn đến những hiện tượng này đối với hạt mài Sự biến đổi này được minh họa trong hình 1.14.
Hình 1.14 Sự biến đổi của lượng mòn, dạng mòn theo thời gian gia công [35]
Hình 1.15: Quá trình mòn của đá
Quá trình mòn của đá mài chia làm 3 giai đoa ̣n (hình 1.15)
Giai đoạn I: Giai đoạn mòn ban đầu Trong giai đoạn này, thời gian mòn nhỏ nhưng độ mòn lớn, do sau khi sửa đá, các hạt mài có đỉnh sắc nhọn và nhiều hạt không bám chặt vào chất dính kết Các hạt mài này sẽ bị mài mòn đỉnh nhọn nhanh chóng hoặc bị bật khỏi đá mài.
Giai đoạn II, hay còn gọi là giai đoạn mòn ổn định, là thời kỳ mà đá hoạt động với thời gian làm việc được xác định bởi giai đoạn này Mức độ mòn của đá trong giai đoạn này chủ yếu phụ thuộc vào tải trọng cơ nhiệt.
Giai đoạn III là giai đoạn mòn khốc liệt, khi các hạt đá mài đã mất đi các cạnh sắc và các lỗ rỗng trên bề mặt đá mài bị lấp đầy bởi các sản phẩm của quá trình mòn Đá đã mất khả năng cắt, vì vậy cần tiến hành sửa đá ở giai đoạn này.
Tuổi bền của đá mài là thời gian sử dụng giữa hai lần sửa chữa, phản ánh khả năng chống mòn của đá và sự bám dính của vật liệu mài lên hạt mài Nó cũng liên quan đến sự duy trì hình dáng hình học của đá mài Theo nghiên cứu, mối quan hệ giữa tuổi bền và độ mòn của đá mài có thể được biểu diễn bằng công thức: q = w * t^m.
Trong đó: q - độ mòn của đá mài (m) tw - tuổi bền đá mài (phút)
Ct , m - hệ số và số mũ phụ thuộc điều kiện mài
Có thể sử dụng các phương pháp sau để xác định tuổi bền đá mài [3]:
1 Mài các chi tiết thử nghiệm: kiểm tra chất lượng và độ chính xác gia công của các chi tiết thử nghiệm để xác định số lượng chi tiết gia công lớn nhất giữa hai lần sửa đá.Việc hiệu chỉnh để tránh phế phẩm thường giảm đáng kể số lượng chi tiết gia công lớn nhất làm giảm năng suất của quá trình mài và tăng giá thành gia công Hiện nay người ta dùng điều khiển thích nghi để giải quyết vấn đề này: đo lượng mòn của đá ngay trong quá trình mài để làm tín hiệu tự động điều khiển chuyển động bù của máy sao cho luôn đảm bảo lượng mòn đá nhỏ hơn giá trị cho phép Khi đá mòn khốc liệt (không còn đảm bảo biên dạng đúng của đá, không đảm bảo độ nhẵn bóng bề mặt gia công, xuất hiện vết cháy.v.v.) thì phải sửa đá
2 Theo dõi của người thợ: khi thấy xuất hiện vết cháy, sóng bề mặt, tăng độ nhám bề mặt chi tiết gia công, có âm thanh gắt thì đó là thời điểm phải sửa đá Phương pháp này cho độ chính xác thấp
3 Đo lực pháp tuyến Py: lực Py tăng theo mức độ mòn của đá mài, thời điểm
Tăng đột ngột lực Py trong quá trình gia công có thể dẫn đến hiện tượng cháy bề mặt và cần phải sửa đá Tuy nhiên, mối liên hệ giữa lực Py và chất lượng bề mặt gia công vẫn chưa được xác định rõ ràng Hơn nữa, quy luật của sự tăng Py trong các điều kiện mài khác nhau cũng chưa được làm rõ, điều này hạn chế ứng dụng của phương pháp này.
4 Đo lực tiếp tuyến Pz: năng lượng và công suất mài được xác định qua lực Pz Tuy nhiên nhiều nghiên cứu cho thấy không có một quy luật nhất định về sự thay đổi của Pz theo độ mòn của đá
5 Đo tốc độ bóc kim loại trong quá trình mài: sự giảm tốc độ bóc kim loại phản ánh sự suy giảm khả năng cắt của đá do mòn Tốc độ bóc kim loại giảm đến giới hạn gây cháy bề mặt được chọn làm giới hạn tuổi bền đá mài
6 Đo nhiệt mài: nhiệt độ mài tăng lên cùng với độ mòn của đá làm xấu đi chất lượng bề mặt gia công Việc đo nhiệt mài quá phức tạp làm cho phương pháp này không thể ứng dụng trong sản xuất
7 Đo hệ số khả năng cắt của đá Kc, sự thay đổi của Kc theo thời gian mài phản ánh mức độ mòn của đá:
Kc - trị số Kc tại thời điểm
Kc0 - trị số Kc ở thời điểm đầu chu kỳ tuổi bền
- hệ số phụ thuộc vào các điều kiện mài
Việc áp dụng phương pháp đo hai đại lượng Py và Qw đồng thời gặp một số hạn chế Thêm vào đó, trong chu kỳ tuổi bền của đá, hệ số Kc thường có sự thay đổi không đáng kể (1,2).
2 lần), sai số của phép đo Py và Qw làm sai lệch kết quả xác định Kc
Tổng quan các nghiên cứu về mài lỗ
Quá trình mài, đặc biệt là mài lỗ, bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố phức tạp Hình 1.18 minh họa sự tác động của các thông số đầu vào đến quá trình mài và kết quả đạt được Từ sơ đồ này, có thể thấy rằng các yếu tố như chế độ cắt, loại đá mài, chế độ bôi trơn làm nguội, và chế độ sửa đá đều góp phần quan trọng vào hiệu quả của quá trình mài.
Do vậy, phần nghiên cứu tổng quan này sẽ tập trung vào ba vấn đề trên Cụ thể như sau:
Hình 1.18 Mô hình hóa quá trình mài [5, 31]
1.4.1 Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội (BTLN) đến quá trình mài lỗ
Dung dịch BTLN đóng vai trò quan trọng trong gia công mài, giúp giảm ma sát và lực cắt, đồng thời tải nhiệt ra khỏi vùng cắt và làm sạch phoi Nhiều nghiên cứu đã chứng minh sự cần thiết của dung dịch BTLN trong quá trình gia công này.
Có 3 phương pháp BTLN cho mài đó là: Mài khô (Dry grinding), BTLN tối thiểu (Minimum quality grinding – MQL) và BTLN tưới tràn (Flood cooling) Mỗi phương pháp đều có những ưu/nhược điểm cũng như phạm vi ứng dụng khác nhau
Trong lĩnh vực gia công cơ khí, mài khô và BTLN tối thiểu đang được nghiên cứu và áp dụng nhiều nhằm bảo vệ môi trường Tuy nhiên, trong gia công mài, đặc biệt là mài lỗ, BTLN tưới tràn vẫn là phương pháp phổ biến hơn so với BTLN tối thiểu Mài khô chủ yếu được sử dụng trong mài phẳng, và đến nay chưa có công bố nào về ứng dụng của nó trong mài lỗ.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc đưa dung dịch BTLN vào vùng cắt gặp khó khăn do đường kính đá thường chỉ bằng 0,7 – 0,9 đường kính lỗ gia công Do đó, vị trí và hình dạng vòi phun dung dịch BTLN trở thành những yếu tố quan trọng cần được xem xét kỹ lưỡng.
Webster đã tiến hành nghiên cứu về các loại vòi phun và vị trí của vòi phun dung dịch BTLN trong quá trình mài Nghiên cứu này đã đề xuất một kiểu vòi phun mới, như hình 1.19a, nhằm thay thế cho vòi phun truyền thống được giới thiệu bởi Owczarek và Rockwell vào năm 1972 (hình 1.19b).
Hình 1.19 Hai dạng vòi phun dung dịch BTLN [59] kiểu Webster (a) kiểu phẳng (b)
Đến nay, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về thiết kế vòi phun, vị trí và khoảng cách của vòi phun, nhưng phần lớn chỉ tập trung vào hai phương pháp là mài tròn ngoài và mài phẳng.
28, 46] còn đối với mài lỗ số lượng các nghiên cứu còn hạn chế
Vì không gian gia công hạn chế, việc tiếp cận vùng gia công bằng dung dịch BTLN gặp khó khăn, do đó, vị trí đặt vòi phun trở nên rất quan trọng Baines-Jones và các cộng sự đã chỉ ra vị trí tối ưu cho vòi phun dung dịch BTLN trong quá trình mài lỗ.
Hình 1.20 Vị trí của vòi phun trong mài lỗ [16]
Nadolny và cộng sự đã nghiên cứu phương pháp đưa dung dịch BTLN tiếp cận nhanh và hiệu quả đến vùng cắt bằng cách phun dung dịch vào lòng trục mang đá qua các rãnh hướng kính trên đá mài Kết quả cho thấy lưu lượng dung dịch BTLN giảm từ 5 lít/phút xuống còn 1 lít/phút, nhưng vẫn đảm bảo các chỉ tiêu về nhám bề mặt và công suất mài Đến nay, chưa có nghiên cứu nào từ các tác giả trong nước về ảnh hưởng của dạng vòi phun và vị trí vòi phun đến hiệu quả của quá trình mài.
Hình 1.21 Hệ thống BTLN của Nadolny [42] b Ảnh hưởng của phương pháp, loại và chế độ dung dịch BTLN
Các nhà khoa học không chỉ nghiên cứu vị trí và hình dạng vòi phun mà còn xem xét phương pháp, loại và chế độ dung dịch BTLN để tối ưu hóa hiệu quả.
Nghiên cứu của Monici và các cộng sự đã chỉ ra ảnh hưởng của loại dung dịch BTLN và chế độ BTLN đến chất lượng bề mặt khi gia công bằng hai loại đá mài: Oxit nhôm và CBN Qua thực nghiệm với bốn loại đầu vòi phun và hai dung dịch BTLN (Emulsion 5% và dầu nguyên chất), kết quả cho thấy chất lượng bề mặt khi gia công bằng đá CBN tốt hơn so với đá Oxit nhôm Đặc biệt, khi sử dụng đá Oxit nhôm, việc áp dụng dầu nguyên chất dẫn đến độ nhám bề mặt thấp hơn so với khi sử dụng Emulsion tổng hợp.
Hình 1.22 Ảnh hưởng của loại dung dịch BTLN và áp suất BTLN đến độ nhám bề mặt mài [37]
Khi mài với đá mài CBN và 2 loại dung dịch BTLN, độ nhám bề mặt thu được gần như tương đương Đối với đá mài Oxit nhôm, khi đường kính đầu vòi phun nhỏ hơn và áp suất dung dịch BTLN lớn hơn, chất lượng bề mặt sẽ được cải thiện Ngược lại, với đá mài CBN, chất lượng bề mặt không thay đổi đáng kể Do đó, việc sử dụng đá mài cao cấp như CBN mang lại sự cải thiện rõ rệt cho chất lượng gia mài.
Năm 2000, Hafenbraedl và Malkin [24] là những người đầu tiên áp dụng BTLN tối thiểu khi mài lỗ thép AISI 52100 với lưu lượng dầu ester với lưu lượng
Với lưu lượng 12 ml/giờ và áp suất 69 kPa, kết quả cho thấy năng lượng mài giảm đáng kể và tỷ số mài cao hơn so với mài khô và BTLN tưới tràn Tuy nhiên, nhiệt độ cao trong vùng mài gây ra biến dạng chi tiết do nhiệt, dẫn đến giảm độ chính xác.
2009, Alves và các cộng sự đã nghiên cứu BTLN tối thiểu cho mài lỗ thép SAE
Khi so sánh quá trình gia công 52100 với đá mài CBN, kết quả cho thấy độ nhám bề mặt khi làm nguội tối thiểu không đạt yêu cầu bằng phương pháp bôi trơn tưới tràn, mặc dù độ không tròn gần tương đương Nguyên nhân chính là do lượng dung dịch bôi trơn không đủ để làm sạch bề mặt gia công, dẫn đến việc dầu và phoi tạo thành hỗn hợp bùn bám dính lên chi tiết và đá mài.
Hình 1.23 Độ nhám bề mặt gia công khi mài lỗ 24,4 [14]
Một phương án hiệu quả để giảm nhiệt và độ nhám trong quá trình mài là sử dụng các vật liệu nano như CNT, TiO2, Al2O3, và MoS2 trộn vào dung dịch BTLN Những vật liệu này đã được áp dụng trong các nghiên cứu mài phẳng và vào năm 2012, Pil-Ho Lee đã áp dụng phương pháp này cho mài lỗ, đạt được kết quả ấn tượng với cả độ nhám và lực mài đều giảm so với phương pháp làm nguội tối thiểu truyền thống.
Hình 1.24 Lực mài (P y ) khi bôi trơn tối thiểu có chất phụ gia vật liệu nano [32]
Hình 1.25 Độ nhám bề mặt (Ra) khi làm nguội tối thiểu có chất phụ gia nano [32]
Kết luận chương 1
Từ những kết quả nghiên cứu tổng quan về mài và mài lỗ, rút ra được một số nhận xét sau:
Cải thiện các yếu tố kỹ thuật như giảm nhám bề mặt, nâng cao độ chính xác và tăng năng suất đang là xu hướng nghiên cứu nổi bật trong lĩnh vực mài Các thông số công nghệ quan trọng được chú trọng bao gồm chế độ cắt, chế độ BTLN và chế độ sửa đá.
Nhiều nghiên cứu đã đề xuất giải pháp để tăng năng suất và tuổi bền của đá mài, nhưng khái niệm về tuổi thọ đá mài tối ưu chỉ mới được chú ý gần đây, đặc biệt trong mài tròn ngoài Chi phí trong quá trình mài là một yếu tố phức tạp, với nhiều tác giả đã nghiên cứu và phát triển cách tính cho mài phẳng và mài tròn ngoài Do đó, việc xây dựng cách tính chi phí cho mài lỗ cũng rất cần thiết, cùng với việc nghiên cứu đường kính đá mài tối ưu khi thay đá trong gia công mài lỗ.
Mặc dù có những đặc thù và khó khăn trong nghiên cứu, vẫn còn ít nhà khoa học quan tâm đến mài lỗ Nhiều hiện tượng trong quá trình gia công vẫn chưa được làm rõ, và các tác giả đưa ra những lời khuyên khác nhau, gây khó khăn trong việc áp dụng vào thực tiễn Do đó, cần định hướng rõ ràng cho vấn đề nghiên cứu này.
Để nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ, cần cải thiện độ chính xác mài, chất lượng bề mặt và giảm chi phí Các giải pháp có thể được áp dụng để đạt được những mục tiêu này bao gồm tối ưu hóa kỹ thuật mài và sử dụng công nghệ tiên tiến.
Nghiên cứu xác định chế độ bôi trơn, làm nguội hợp lý;
Nghiên cứu xác định chế độ sửa đá tối ưu;
Nghiên cứu xác định tuổi thọ tối ưu của đá (hay đường kính đá mài tối ưu khi thay đá)
Giải pháp đầu tiên tập trung vào việc tăng năng suất và nâng cao chất lượng bề mặt, được trình bày chi tiết trong chương 3 và chương 4 Giải pháp thứ ba nhằm tăng tốc độ cắt trung bình, giảm thời gian gia công và chi phí, đồng thời vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sẽ được thảo luận trong chương 5.
Nghiên cứu về đường kính đá mài tối ưu cho các máy mài vạn năng không điều chỉnh được số vòng quay trục chính là rất quan trọng Loại máy này thường được sử dụng phổ biến trong gia công mài.