Nghiên cứu xác định chế độ sửa đá tối ưu khi mài phẳng thép SKD11 qua tôi

Để đạt được độ chính xác gia công cần thiết, cần phảiđảm bảo profile và độ sắc của đá mài trong suốt quá trình mài hay nói cách khác đá màicần phải được sửa bằng dụng cụ sửa đá sau một k

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LÝ HOÀNG TÚ

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ TỐI

ƯU KHI MÀI PHẲNG THÉP SKD11 QUA TÔI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan:

Toàn bộ kết quả nghiên cứu của luận án được tác giả hoàn toàn tự nghiên

cứu Tác giả không lấy từ nguồn nào hay sao chép lại của bất kỳ ai (ngoại trừ các

điểm trích dẫn).

Các bảng biểu, đo đạc thí nghiệm đều được thực hiện nghiêm túc Không sao

chép, chỉnh sửa từ nguồn khác (ngoại trừ các điểm trích dẫn).

Tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có sai trái trong luận văn

Tác giả

Lý Hoàng Tú

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

đỡ, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn.

Bên cạnh đó tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Cao ĐẳngCông nghiệp Thái Nguyên, Ban lãnh đạo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp,phòng Đào tạo và Khoa Cơ khí Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điềukiện để tôi hoàn thành luận văn này

Đồng thời, tác giả xin cảm ơn doanh nghiệp tự nhân cơ khí chính xác Thái Hà

đã hỗ trợ tôi máy móc thiết bị và công nhân cho việc thí nghiệm tại xưởng

Tuy nhiên, do năng lực bản thân nên trong luận văn khó có thể tránh khỏi saisót, tác giả rất mong các thầy, cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệpđóng góp để tôi hoàn thiện luận văn này!

Tác giả

Lý Hoàng Tú

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của nghiên cứu 1

3 Đối tượng nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

5.1 Ý nghĩa khoa học 2

5.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

6 Nội dung đề tài: 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SỬA ĐÁ KHI MÀI PHẲNG 3

1.1 Đặc điểm chung của mài và mài phẳng 3

1.2 Đá mài 4

1.3 Tổng quan về mòn và sửa đá khi mài phẳng 6

Kết luận chương 1 13

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH MÀI, XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 14

2.1 Cơ sơ lý thuyết 14

2.1.1 Quá trình tạo phoi khi mài 14

2.1.2 Lưỡi cắt khi mài 15

`2.1.3 Chiều dày lớp cắt 15

2.1.4 Quá trình sửa đá 16

2.1.6 Dụng cụ sửa đá 17

2.1.7 Lưỡi cắt tĩnh và lưỡi cắt động [34] 20

2.1.8 Một số tiêu chí đánh giá quá trình mài 21

2.1.8.1 Mòn và tuổi bền của đá 21

2.1.8.2 Nhám bề mặt khi mài 23

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

2.2 Xây dựng hệ thống thí nghiệm 24

2.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 27

2.4 Lựa chọn thông số và điều kiện thí nghiệm 29

Kết luận chương 2 33

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến nhám bề mặt Ra 34

3.2 Xác định bộ thông số chế độ sửa đá hợp lý 36

3.3 Tính toán dự đoán giá trị nhám bề mặt 38

Kết luận chương 3 39

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 40

Kết luận 40

Hướng nghiên cứu tiếp theo 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

PHỤ LỤC 46

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng 12 4

Hình 1.2 Sự hình thành nhám bề mặt khi mài phẳng 19 6

Hình 1.3 Ảnh sem bề mặt mài 19 7

Hình 1.4 Ảnh hưởng của lượng chạy dao khi sửa đá đến lực mài và 9 nhám bề mặt khi mài [32] 9

Hình 1.5 Ảnh hưởng lượng chạy dao dọc, chiều sâu sửa đá và góc gá mũi sửa đá đến nhám bề mặt gia công [41] 11

Hình 1.6 Cách gá mũi sửa đá kim cương một hạt [41] 11

Hình 2.1 Quá trình tạo phoi khi mài [34] 14

Hình 2.2 Các dạng có thể có của lưỡi cắt 15

Hình 2.3 Phân loại dụng cụ sửa đá kim cương 18

Hình 2.4 Sửa đá bằng bút chì kim cương 19

Hình 2.5 Lưỡi cắt tĩnh và lưỡi cắt động [34] 21

Hình 2.6 Các trạng thái mòn của đá mài 7 21

Hình 2.8 Máy mài phẳng moto – yokohama 25

Hình 2.9 Đá Mài Hải Dương Cn46tb2gv1.300.32.127.30 M/S 26

Hình 2.10 Bút sửa đá kim cương nhiều hạt 26

Hình 2.11 Ảnh Máy Đo Nhám Mittutoyo Sj-201 26

Hình 2.12 Hình dáng phôi thí nghiệm 26

Hình 2.13 Khai báo biến thí nghiệm theo phương pháp taguchi 30 ( l16 = 4^4 2^2 = 16 thí nghiệm) 30

Hình 2.14 Đồ thị phân phối của kết quả thí nghiệm ra 32

Hình 3.1 Biểu đồ các ảnh hưởng chính của các yếu tố đến khi sửa đá 35

Hình 3.2 Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến tỉ số s/n của ra khi sửa đá 38

Bảng 1.1 Bảng cỡ hạt đá mài 12 6Bảng 1.2 Chế độ sửa đá khi sử dụng đầu sửa đá kim cương nhiều hạt của norton

[42] 12

Bảng 1.3 Chế độ sửa đá khi sử dụng đầu sửa đá kim cương nhiều hạt của winter

[42] 12Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của máy mài phẳng moto – yokohama 25Bảng 2.2 Các mức thí nghiệm của các thông số đầu vào s, ar, nr, af, nf và nnon 29Bảng 2.3 Kế hoạch thí nghiệm và kết quả thí nghiệm sửa đá theo các thông số đầu

vào ar, nr, af, nf, nnon và s 31Bảng 2.4 Mục tiêu đánh giá khi sửa đá thông qua nhám bề mặt 32Bảng 3.1 Anova giá trịkhi sửa đá Error! Bookmark not defined.Bảng 3.2 Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đếnkhi sửa đá Error! Bookmarknot defined

Bảng 3.3 Anova tỉ số s/n củakhi sửa đá Error! Bookmark not defined.Bảng 3.4 Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số s/n của ra khi sửa đá Error!Bookmark not defined

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài.

Mài là một trong những phương pháp gia công có vai trò rất quan trọng trong việcnâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công Mài là quá trình phức tạp phụ thuộc vàonhiều thông số như các thông số của đá mài, các thông số của chế độ cắt khi mài và cácthông số của chế độ sửa đá Trong quá trình mài, bề mặt của đá bị mòn dần và nó sẽlàm giảm độ chính xác gia công Để đạt được độ chính xác gia công cần thiết, cần phảiđảm bảo profile và độ sắc của đá mài trong suốt quá trình mài hay nói cách khác đá màicần phải được sửa bằng dụng cụ sửa đá sau một khoảng thời gian làm việc nhất định.Trong quá trình sửa đá, các hạt đá bị cùn sẽ bị bóc đi để tạo ra các hạt đá mới có cạnhsắc để chúng dễ dàng bóc tách vật liệu gia công

Đến nay, đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số sửa đá đếnkhả năng cắt của đá và đến chất lượng bề mặt gia công Khá nhiều công trình nghiêncứu về tối ưu hóa quá trình sửa đá để đạt các mục tiêu này Chẳng hạn như, trongtốc độ chạy dao khi sửa đá, lượng ăn dao hướng kính của dụng cụ sửa đá và số lầnchạy không ăn dao đã được tối ưu hóa nhằm xác định tuổi bền tối ưu của đá, khảnăng cắt lớn nhất của đá, và nhám nhỏ nhất của bề mặt gia công Các phương phápkhác nhau như phương pháp nơtron network, phương pháp Taguchi và phương phápquan hệ xám

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về xác định các thông số tối ưu của quá trìnhsửa đá, tuy nhiên vẫn chưa có nghiên cứu nào về tối ưu hóa các thông số của quátrình sửa đá khi mài phẳng để mài thép SKD11 qua tôi nhằm đạt nhám bề mặt nhỏ

nhất Chính vì vậy “Nghiên cứu xác định chế độ sửa đá tối ưu khi mài phẳng thép SKD11 qua tôi” là cấp thiết.

2 Mục tiêu của nghiên cứu

- Xác định chế độ sửa đá tối ưu (hay hợp lý) nhằm đạt nhám bề mặt gia công nhỏ nhất khi mài phẳng thép SKD 11 qua tôi bằng đá mài Hải Dương

3 Đối tượng nghiên cứu

Hải Dương.

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm theo phương pháp Taguchi

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

6 Nội dung đề tài:

gồm 3 chương; cụ thể như sau:

Chương 1: Tổng quan về quá trình sửa đá khi mài phẳng

Chương2: Cơ sở lý thuyết của quá trình mài, xây dựng hệ thống thí nghiệm

và lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Chương 3: Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SỬA ĐÁ KHI MÀI PHẲNG

1.1 Đặc điểm chung của mài và mài phẳng

- Trong gia công mài và mài phẳng nói riêng, các hạt mài có kích thước nhỏ tạo

ra các lưỡi cắt có hình dạng không giống nhau Các lưỡi cắt phân bố không đồngđều Chúng được liên kết với nhau bằng chất dính kết Lưỡi cắt khi gia công màithường có thông số hình học không hợp lý (góc trước  < 0, góc cắt 900) nênlực hướng kính khi mài rất lớn

- Tốc độ cắt khi gia công mài cao trung bỉnh khoảng 30 m/s, có thể đạt 120 m/s hoặclớn hơn nữa Vì góc cắt 900, khi tốc độ cắt cao dẫn đến nhiệt độ cắt khi mài lớn,

có thể đạt từ 1000÷ 15000C Phoi hình thành thường rất nhỏ và nóng đỏ

- Rất khó điều khiển được quá trình mài do sự phân bố không đồng đều của hạt

mài và thông số hình học của các lưỡi cắt không xác định Hạt mài có độ cứng rất cao

và tham gia cắt không liên tục Trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc: Bởi

lẽ trong quá trình các lưỡi cắt bị mòn và bật ra khỏi đá mài (dẫn đến mòn đá) để các hạtliền kề tham gia cắt gọt hoặc hạt mài có thể bị vỡ, tạo ra các lưỡi căt mới

- Vì thế, gia công mài có thể gia công được những vật liệu rất cứng mà cácphương pháp khác không cắt được như gia công thép tôi, hợp kim cứng…

Trong thực tế sản xuất, hầu hết các chi tiết đều có mặt phẳng và thường yêucầu nhám bề mặt thấp Mài phẳng thường được ưu tiên sử dụng nhằm đảm bảo cácyêu cầu đó Do đó, mài phẳng chiếm vị trí quan trọng, thường là nguyên công giacông cuối

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng 12

a, b - Mài phẳng bằng chu vi đá; c, d, e - Mài phẳng bằng mặt đầu đá

Mài phẳng bao gồm mài bằng chu vi đá và mài bằng mặt đầu đá Sơ đồ

nguyên lý các phương pháp mài phẳng thể hiện như Hình 1.1 Thông thường, quá

trình mài phẳng có các chuyển động sau: (1) Chuyển động quay tròn của đá mài (nđ)

là chuyển động cắt chính của quá trình mài; (2) Chuyển động tịnh tiến khứ hồi củabàn máy mang chi tiết gia công (VB) nhằm đảm bảo mài hết chiểu dài chi tiết; (3)Chuyển động tịnh tiến dọc trục của đá (Sd) nhằm đảm bảo mài hết chiều rộng chitiết gia công; (4) Chuyển động tịnh tiến của đá theo phương thẳng đứng (Sđ) nhằmtạo chiều sâu cắt (t)

Nhược điểm của chất dính kết gốm là giòn, không dùng chế tạo đá mài cóchiều dày nhỏ, chịu tải trọng va đập Đá mài dùng chất dính kết gốm có thể cắt vớitốc độ đạt 50m/s.

Chất dính kết Bakelit: Là loại chất dính kết hữu cơ (kí hiệu B) được sử dụng rất

phổ biến Bakelit là loại nhựa tổng hợp được chế tạo từ axit cacbonic và phooc ma lin

Ưu điểm của chất dính kết này là độ bền cao, độ đàn hồi lớn, chịu được vađập tốt, nhiệt sinh ra ít khi mài và cho phép cắt với tốc độ đạt 60m/s

Nhược điểm bị phá hủy bởi dung dịch kiềm có độ PH ≥ 8 Độ bền cơ học vàlực giữa hạt mài giảm nhanh ở nhiệt độ 2000C Vì vậy, chỉ được phép làm việc khi

có tưới dung dịch trơn nguội với độ kiềm nhỏ hơn 1,5%

Phạm vi ứng dụng: Đá mài được tạo từ chất dính kết này thường dùng màirãnh, mài sắc dao đã tôi, mài bề mặt định hình, mài ta rô, bàn ren, mũi doa,…

Chất dính kết Vunkanit: Là loại chất dính kết hữu cơ (kí hiệu V) được chế tạo

bằng cách lưu hóa cao su đã được làm mềm bằng benzen với lưu huỳnh bao gồm70% cao su và 30% lưu huỳnh

Phạm vi ứng dụng: Đá mài chế tạo bằng chất dính kết này có độ bền mòncao, thường dùng làm đá dẫn của các máy mài vô tâm

Đá mài Vunkanit cho phép dùng với tốc độ rất cao có thể tới 75m/s Thườngdùng để cắt đứt, mài rãnh, mài rãnh then, mài định hình chính xác lần cuối

Nhược điểm: Khí cắt đạt nhiệt độ 1500C đá bắt đầu bị mềm Khi nhiệt độ lớnhơn 2000C đá dễ bị cháy Khi cắt phải tưới nguội bằng dung dịch không có kiềm tính

Độ cứng đá mài

Là khả năng chống lại quá trình bật hạt mài ra khỏi đá mài trong quá trình giacông Theo các tài liệu khuyên dùng thì khi mài vật liệu cứng nên chọn đá mềm vàngược lại khi mài vật liệu mềm nên chọn đá cứng Ví dụ: Khi mài vật liệu dẻo nhưnhôm, đồng thì phoi dễ bít kín vào lỗ hổng trên bề mặt đá, làm tăng nhám bề mặt

Cỡ hạt đá mài

Tùy theo mục đích sử dụng hạt mài được chia thành các cỡ có kích thước khác

nhau Các cỡ hạt này có thể sắp xếp theo nhóm độ hạt như thể hiện trong Bảng 1.1:

Bảng 1.1 Bảng cỡ hạt đá mài 12

phân loạiHạt mài 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32,25, 20, 16 Sàng

1.3 Tổng quan về mòn và sửa đá khi mài phẳng

Trong quá trình gia công mài phẳng, các hạt mài sẽ bị mòn làm cho khả năng

mài giảm Độ chính xác gia công và nhám bề mặt chi tiết gia công không đảm bảo

yêu cầu đặt ra Vì thế, ta phải tiến hành sửa đá theo chu kỳ phù hợp để tạo biên dạng

ban đầu của đá mài và làm mới các lưỡi cắt

Nhám bề mặt khi gia công mài phẳng là do các vết cào xước chồng lên nhau

của các điểm cắt có chiều cao không bằng nhau (Hình 1.2).

Hình 1.2 Sự hình thành nhám bề mặt khi mài phẳng 19

-Hình 1.3 Ảnh SEM bề mặt mài 19

Nhám bề mặt khi mài phẳng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố Trong đó, mật

độ hạt mài và chế độ sửa đá (S, a) có ảnh hưởng tương tự nhau đến nhám bề mặtmài: Với hạt mài có kích thước lớn nếu chỉ sửa đá thô thì dẫn đến nhám bề mặt tăng

Có rất nhiều các nghiên cứu về sửa đá khi mài nhằm đánh giá chất lượng bềmặt gia công sau mài Nghiên cứu trong nước về gia công mài cũng rất rộng rãi, nhưtrong nghiên cứu [40], TS Trần Minh Đức đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của chế

độ công nghệ sửa đá đến topography và tuổi bền của đá khi mài ngoài thép 45thường hóa Trong nghiên cứu này, khi gia công chi tiết thép 45 nhiệt luyện nênchọn lượng chạy dao dọc S và chiều sâu sửa đá a nhỏ Ngược lại, khi mài thép 45thường hóa thì các giá trị này nên chọn lớn hơn

Ngoài ra, quá trình mòn của đá mài và ảnh hưởng của quá trình mòn đá mài đếnchất lượng bề mặt chi tiết khi mài phẳng cũng được chỉ ra ở [7] Nghiên cứu cũng đãxây dựng được mô hình truyền nhiệt trong quá trình mài khô, xác định được nhiệt độtrên bề mặt chi tiết mài Nghiên cứu đã chế tạo và đưa vào sử dụng thiết bị đo sử dụngkhí nén để đo mòn đá theo phương hướng kính đảm bảo độ chính xác và tin cậy

Độ mòn tuyệt đối U của đá mài phụ thuộc vào chế độ cắt (t, Sd, VB), thời gian mài

Có nhiều tác giả trong nước tập trung nghiên cứu về tối ưu hóa trong gia công,nhằm mục đích tiết kiệm nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu Như ở [13] khảo sát ảnh hưởngcủa đường kính đá mài khi thay đến chi phí mài Nghiên cứu thực nghiệm này

đã xây dựng được công thức tính đường kính tối ưu của đá khi thay thế mà vẫn đảmbảo giá thành mài là nhỏ nhất so với phương thức thay đá truyền thống.

Dop  0,785.d0 1,0276

Trong đó: d0 là đường kính đá mài ban đầu, a là chiều sâu sửa đá

Ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá đến tuổi bền của đá mài đãđược chỉ ra ở [14,15], việc tìm ra chế độ công nghệ sửa đá hợp lý nhất sẽ giúp tăng tuổibền cho đá mài, điều này cũng góp phần tăng năng suất gia công khi mà số chi tiếttrong mỗi lần mài sau sửa đá cao nhất có thể Trong [15] đã tiến hành nghiên cứu

11 nhóm chi tiết khi mài tương ứng với 11 chế độ sửa đá Kết quả cho thấy trị số độnhám Ra và số chi tiết mài được tương ứng sau mỗi chế độ sửa đá Từ đó tìm đượcchế độ sửa đá tối ưu như sau: Sửa đá thô 3 lần với lượng chạy dao dọc 0,07 mm/htđ,sau đó sửa đá tinh 3 lần với lượng chạy dao dọc 0,02 m/htđ, cuối cùng chạy không

ăn dao 3 lần

Hay như nghiên cứu ảnh hưởng của độ hạt đến tuổi bền của đá mài chế tạo tạiViệt Nam (nhà máy đá mài Hải Dương) được chỉ ra ở [16], điều này có ý nghĩa rấtlớn trong việc tính toán giá thành mài, tuổi bền của đá lớn đồng nghĩa với số chi tiếtmài được nhiều, làm giảm giá thành chi tiết

Nếu nói trước kia điều kiện nghiên cứu về Topography của đá mài gặp nhiềukhó khăn, tuy nhiên với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học nói chung, kĩ thuật nóiriêng thì việc nghiên cứu Topography đá mài đã được các tác giả trong nước rấtquan tâm, việc nghiên cứu topography đá mài được chỉ ra ở các nghiên cứu [17].Nghiên cứu được thực hiện nhằm xác định quan hệ giữa chế độ sửa đá (S, a),Topography đá mài và nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng Xác định quan hệ giữachế độ cắt, rung động, Topography đá mài và nhám bề mặt chi tiết gia công tại cácthời điểm khác nhau

Các tác giả nước ngoài đã có nhiều nghiên cứu khá chuyên sâu và có ý nghĩa rộng

về quá trình sửa đá khi mài: Nghiên cứu về tối ưu hóa các thông số của quá trình sửa đá

để giảm lực cắt quá trình mài nhằm đạt nhám bề mặt theo yêu cầu đã được thực hiệncho đá mài Oxit nhôm, vật liệu chi tiết là SPK 12080 qua tôi [8] Việc ứng

dụng các kỹ thuật tiên tiến để khảo sát trực tiếp khả năng cắt cũng như độ mòn của

đá đã được nghiên cứu trong [27] Độ mòn của đá cũng như chế độ sửa đá tối ưucũng đã được đề cập đến trong [28] Nghiên cứu về tối ưu hóa các thông số của quátrình sửa đá để giảm lực cắt quá trình mài nhằm đạt nhám bề mặt theo yêu cầu đãđược thực hiện cho đá mài Oxit nhôm, vật liệu chi tiết là SPK 12080 qua tôi [29].Đánh giá tuổi bền của đá mài thông qua tỉ số mài và lực cắt khi mài cũng đã đượckhảo sát trong [30] So sánh hiệu quả của sửa đá mài bằng dụng cụ sửa đá kimcương với sửa đá bằng laser đã được thực hiện trong [31] khi mài vật liệu 100Cr6qua tôi bằng đá mài SiC

Hình 1.4 Ảnh hưởng của lượng chạy dao khi sửa đá đến lực mài và

nhám bề mặt khi mài [32]

Fritz Klocke [32] đã khảo sát ảnh hưởng của lượng chạy dao khi sửa đá đến

lực mài và nhám bề mặt khi mài khi sửa đá bằng bánh xe sửa đá (Hình 1.4) Từ hình

vẽ có thể khi lượng ăn dao khi sửa đá tăng thì nhám bề mặt chi tiết mài tăng và lựccắt khi mài giảm Do vậy, với mỗi yêu cầu về nhám bề mặt sẽ có một giá trị giớihạn về lượng ăn dao khi sửa đá mài

Các tác giả trong nước cũng đã có nhiều cố gắng nghiên cứu về lĩnh vực sửa

đá mài Topography của đá mài và vấn đề sửa đá mài cũng được các tác giả trongnước quan tâm Ảnh hưởng của chế độ và công nghệ sửa đá đến chất lượng chi tiết

gia công cũng đã được chỉ ra trong nhiều nghiên cứu [33, 34, 35] Phương phápđánh giá Topography của đá mài đã được phân tích [34] và Topography của đá cóthể đánh giá một cách gián tiếp như thông qua lực cắt, rung động trong quá trìnhmài [34] hoặc đo bằng cảm biến khoảng cách laser [36] Thêm vào đó, chế độ sửa

đá tối ưu cũng đã được chỉ ra trong [34]

Chế độ công nghệ sửa đá khi mài tròn ngoài cũng đã được đề cập đến trongnhiều tài liệu Milton C Shaw [37] đã hướng dẫn chế độ công nghệ sửa đá khi màingoài như sau: Sửa thô: 2-3 lần với chiều sâu sửa đá tsd=0,025 mm/htđ; lượng chạydao dọc Sd=0,25 mm/vòng; Sửa tinh: 2-3 lần với tsd=0,005 mm/htđ; lượng chạy daodọc Sd=0,05 mm/vòng

Sửa đá khi mài tròn ngoài nhằm đạt được nhám bề mặt Ra=0,32-1,25 (μm) đãm) đãđược đề xuất trong [38] với chế độ công nghệ như sau: lượng chạy dao dọc Sđ=0,4 (m/ph); sửa 4 lần với chiều sâu sửa đá tsd=0,03 mm/htđ và chạy không ăn dao 4 lần

S Malkin đã đưa ra chế độ sửa đá với dụng cụ sửa đá kim cương như sau [39]:Khi sử dụng mũi sửa kim cương một hạt: Sd<0,2 mm/vòng; 0, 01 t sd 0, 03 (mm) Khi

sử dụng mũi sửa kim cương nhiều hạt: Sd<0,5 mm/vòng; 0, 01 t sd 0, 05 (mm)

TS Trần Minh Đức [40] đã tiến hành nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của chế

độ công nghệ sửa đá đến topography và tuổi bền của đá khi mài ngoài thép 45thường hóa Nghiên cứu này cũng chỉ rõ, với chi tiết gia công thép 45 nhiệt luyệnnên chọn lượng chạy dao dọc Sd và chiều sâu sửa đá tsd nhỏ Ngược lại, khi mài thép

45 thường hóa thì các giá trị này nên chọn lớn hơn

Hình 1.5 Ảnh hưởng lượng chạy dao dọc, chiều sâu sửa đá và góc

gá mũi sửa đá đến nhám bề mặt gia công [41]

Hình 1.6 Cách gá mũi sửa đá kim cương một hạt [41]

Ảnh hưởng lượng chạy dao dọc, chiều sâu sửa đá và góc gá mũi sửa đá đến

độ nhám bề mặt chi tiết khi mài tròn ngoài sửa đá bằng mũi sửa kim cương một hạt

(Hình 1.5) đã được chỉ ra trong [41] Trong tài liệu này cũng nêu rõ, với mũi sửa kim cương một hạt, khi sửa cần gá nghiêng mũi sửa một góc 150 để đạt được hiệu

quả tốt nhất (Hình 1.6) Thêm vào đó, lượng chạy dao khi sửa đá phụ thuộc vào số

vòng quay của đá mài trong một phút và cỡ hạt của đá mài

Công ty Norton đưa ra hướng dẫn chế độ công nghệ sửa đá khi mài ngoài khidùng dụng cụ sửa đá kim cương nhiều hạt như sau [42]: Trong chế độ này, cả lượngchạy dao dọc của dụng cụ sửa đá Ssđ và chiều sâu sửa đá Ssđ đều phụ thuộc vào nhámyêu cầu của bề mặt gia công Thêm vào đó, chế độ sửa đá được tiến hành qua 3 bước:

sửa thô, sửa tinh và chạy không ăn dao trước khi kết thúc quá trình sửa đá (Bảng 1.2).

Bảng 1.2 Chế độ sửa đá khi sử dụng đầu sửa đá kim cương nhiều hạt của Norton [42]

Chiều sâu sửa đá (mm/htđ) Số hành

Công ty Winter cũng giới thiệu chế độ công nghệ khi sửa đá bằng dụng cụ

sửa đá kim cương nhiều hạt cho trường hợp mài ngoài Trong chế độ này, lượng

chạy dao dọc của dụng cụ sửa đá Ssđ phụ thuộc vào độ hạt của đá và tốc độ đá mài

(v/ph) Chiều sâu sửa đá Ssđ cũng phụ thuộc vào độ hạt của đá (Bảng 1.3).

Bảng 1.3 Chế độ sửa đá khi sử dụng đầu sửa đá kim cương nhiều hạt của Winter [42]

Lượng chạy dao khi sửa đá (mm/ph)

Nepman M.C đề xuất chế độ công nghệ sửa đá cho mài tròn ngoài chạy dao dọc

khi dùng dụng cụ sửa đá kim cương nhiều hạt nhằm đạt nhám bề mặt gia công Theo

tác giả, chế độ công nghệ sửa đá được phân ra sửa thô (2-3 lần), sửa đá tinh

(1-2 lần) và chạy không ăn dao (1-2 lần) (Bảng 1.2).

Từ các thống kê nói trên, có thể nói cho đến nay đã có khá nhiều nghiên cứu

về tuổi bền của đá và các thông số ảnh hưởng đến nó, về topography của đá và các

thông số ảnh hưởng đến nó, về tối ưu hóa các thông số công nghệ sửa đá của một số

loại đá và vật liệu gia công cụ thể vv Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có nghiên

cứu nào về chế độ sửa đá tối ưu hay hợp lý khi mài phẳng thép SKD11 qua tôi bằng

mài phảng thép SKD11 qua tôi” là rất cần thiết.

Kết luận chương 1

- Tổng hợp các nghiên cứu về xác định chế độ sử đá khi mài phẳng cho thấyhầu như các nghiên cứu về tối ưu hóa hoặc lựa chọn chế độ sửa đá đều tập trung vàocác mục tiêu đơn lẻ như nhám bề mặt, nhiệt cắt, lực cắt, ứng suất dư… Trong khi

đó, trong phạm vi hiểu biết của tác giả, các nghiên cứu về chế độ sửa đá tối ưu đểđạt được nhám bề mặt nhỏ nhất khi mài phẳng thép SKD11 qua tôi bằng đá mài HảiDương hầu như chưa có

- Sửa đá qua ba bước, thô, tinh và chạy không ăn dao đã được khuyến nghị sửdụng nhưng hiện vẫn chưa được quan tâm đúng mức

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH MÀI, XÂY DỰNG

HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG

PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 2.1 Cơ sơ lý thuyết

2.1.1 Quá trình tạo phoi khi mài

Hình 2.1 Quá trình tạo phoi khi mài [34]

Hình 2.1 mô tả quá trình tạo phoi khi mài gồm ba giai đoạn: Giai đoạn đầu

chưa tạo ra phoi vì ở mũi dao có bán kính  và góc ăn tới của lưỡi cắt  nhỏ Tronggiai đoạn này hạt mài va đập vào bề mặt chi tiết gia công, lực va đập này phụ thuộcvào chế độ mài: tốc độ quay của đá, tốc độ quay của chi tiết, lượng chạy dao Vậtliệu gia công ở giai đoạn này bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo bị đẩy sang haibên của lưỡi cắt hoặc chảy qua mặt dưới của lưỡi cắt sang mặt sau của hạt mài

Khi lưỡi cắt tiếp tục ăn sâu vào chi tiết thì chiều dày phoi a z tương ứng với

chiều sâu vết cắt t khi đó áp lực mài tăng lên, nhiệt tăng làm cho biến dạng đàn hồi và

biến dạng dẻo của kim loại tăng dần và lúc này bắt đầu tạo phoi Tiếp theo là quá trìnhtạo phoi, kim loại bị dồn ép gây biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi xảy ra đồng thời vì

vậy chiều dày phoi thực tế a z nhỏ hơn chiều sâu cắt thực tế Thời gian của mỗi

giai đoạn trong quá trình tạo phoi là rất ngắn do quá trình tạo phoi xảy ra rất nhanh, khoảng từ 0,001 – 0,005(s).

2.1.2 Lưỡi cắt khi mài

Để hình dung được hình dáng của một lưỡi cắt, người ta sử dụng phương phápthống kê Việc mô tả hình dáng, kích thước của hạt mài đ ư ợ c đ á n h g i á một cách

trung bình Trên (Hình 2.2) là hai mặt cắt đặc trưng của hạt mài.

Hình 2.2 Các dạng có thể có của lưỡi cắt Hình 2.2 a mô tả mặt cắt trung bình của lưỡi cắt tương tự như khi gia công bằng

dao có lưỡi cắt xác định (tiện, phay…) Lưỡi cắt có hình dạng là cung tròn có bán kính

 cắt với chiều dày cắt phoi a z Độ sắc của lưỡi s được định nghĩa như sau:

động học của nó rất nhỏ nên khi vào vùng cắt chúng dễ dàng bị phá hủy không thể cắtgọt được Khi  có giá trị hợp lý thì quá trình cắt gọt thuận lợi và lượng nhiệt sinh ra ởvùng cắt nhỏ Khi  lớn sẽ không cắt được với chiều sâu cắt nhỏ và xảy ra hiện tượngtrượt giữa hạt mài và chi tiết gia công dẫn đến lượng nhiệt phát sinh ở vùng cắt lớn do

áp lực lớn Lưỡi cắt bị mòn góc  nhỏ thì biến dạng vật liệu liệu tăng lên mặc dù t lớnnhưng az vẫn nhỏ Khi tăng Vđ có ma sát giữa lưỡi cắt và bề mặt mài thì az tăng

2.1.4 Quá trình sửa đá

Quá trình chuẩn bị dụng cụ mài gồm 2 giai đoạn: Tạo biên dạng và làm sắc Tạo

biên dạng đá là tạo cho đá mài có một biên dạng chính xác phù hợp với biên dạng của chitiết cần gia công Làm sắc là quá trình tạo khả năng cắt cho đá mài Quá trình làm sắc bao

Tạo biên dạng của đá mài Khôi phục lại độ chính xác về hình dáng hình học của

đá mài sau mỗi chu kỳ làm việc của đá Tạo ra Topography hợp lý của đá nhằm nângcao tính cắt, tuổi bền của đá mài và mở rộng khả năng công nghệ của đá mài, góp phần

nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công đồng thời nâng cao năng suất và hạ

trên hạt mài, trên chất dính kết, có nghĩa là phụ thuộc vào chế độ công nghệ khi mài.

- Topography ảnh hưởng quyết định đến khả năng cắt, đến độ mòn và tuổi bền của

đá mài, đến chất lượng bề mặt gia công.v.v

Ý nghĩa của Topography

Topography của đá đặc trưng cho cấu trúc hình học tế vi của bề mặt đá mài Đặcđiểm hình học của dụng cụ mài phức tạp hơn rất nhiều so với dụng cụ cắt có lưỡi cắtxác định Dụng cụ mài có số lưỡi cắt rất lớn, các hạt mài có hình dạng khác nhau, cácthông số hình học của các lưỡi cắt khác nhau và thường không hợp lý, các hạt mài phân

bố ngẫu nhiên trong đá mài v.v… Tất cả các điều đó làm cho quá trình nghiên cứu đánhgiá Topography gặp rất nhiều khó khăn

Topography của đá ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất tiếp xúc giữa bề mặt làmviệc của đá và bề mặt chi tiết gia công nên nó ảnh hưởng rất lớn đến tính năng cắt gọt,

độ mòn và tuổi bền của đá mài

Bởi vậy, khi các điều kiện công nghệ khác đã xác định thì việc nghiên cứu để tạo

ra được Topography của đá thích hợp có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật rất lớn để cải thiệntính cắt gọt, mở rộng khả năng gia công của đá mài, nâng cao năng suất, độ chính xácgia công, cơ lý tính lớp bề mặt chi tiết gia công và nâng cao tuổi bền của đá mài

2.1.6 Dụng cụ sửa đá

Dụng cụ sửa đá rất đa dạng Nếu phân loại dụng cụ sửa đá theo vật liệu dụng cụ:

- Dụng cụ sửa đá không kim cương: Với loại dụng cụ này có 2 phương pháp sửa đá: Sửa đá bằng phương pháp cắt lăn và sửa đá bằng phương pháp mài

Nhược điểm chung của loại dụng cụ không kim cương là: Độ mòn của dụng cụ lớn,lực hướng kính khi sửa đá lớn (700 1000 N đối với phương pháp cắt lăn: 100 300Nđối với phương pháp mài) Nổi bật nhất là khả năng cắt của đá mài sau khi sửa không cao,tuổi bền của đá thấp, chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công đạt được không cao.Nguyên nhân: Khi sửa, dụng cụ tạo nên diện tích “ mòn ” trên bề mặt hạt mài lớn ( lớn),làm suy giảm khả năng giữ các hạt mài của chất dính kết, phoi của quá trình sửa đá

lấp đầy các không gian chứa phoi trên bề mặt đá mài v.v… Chính vì các nhược điểm

này mà ngày nay các phương pháp này ít được dùng

- Dụng cụ sửa đá kim cương: Việc sử dụng dụng cụ kim cương để sửa đá cho phép

nâng cao hơn chất lượng của quá trình sửa đá Kim cương có độ cứng, độ bền mòn cao

nhất hiện nay; do đó, dụng cụ sửa đá kim cương là loại dụng cụ tốt nhất và được sử

dụng nhiều nhất hiện nay.Căn cứ vào động hình học của quá trình sửa đá có thể phân

loại dụng cụ kim cươn cương theo sơ đồ (Hình 2.3) [15].

Chuyển động Tiếp xúc của dụng cụ

Hình 2.3 Phân loại dụng cụ sửa đá kim cương

Dụng cụ sửa đá tĩnh: Có đặc điểm là vận tốc chuyển động tương đối tại điểm tiếp

xúc bằng tốc độ dài của đá mài khi sửa đá vd Biên dạng đá được tạo bởi chuyển dịch

của dụng cụ dọc theo đường dẫn hướng với vận tốc Ssd Dụng cụ sửa đá tĩnh làm việc

Hạt Chất dính kết mài

Hình 2.4 Sửa đá bằng bút chì kim cương

Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, độ tin cậy cao, năng suất sửa đá cao, chất lượng bềmặt đá được sửa cao Vì vậy loại dụng cụ này được sử dụng rộng rãi trong tất cả cácnguyên công mài

- Dụng cụ sửa đá động:

Ưu điểm: Tuổi bền dụng cụ sửa cao, giảm suất tiêu hao đá khi sửa, tăng độ chínhxác và khả năng cắt của đá nên tăng được độ chính xác, độ nhẵn bề mặt chi tiết gia công

và tăng năng suất khi mài (khi sửa đá định hình chạy dao hướng kính thì năng suất này

có thể tăng từ 2 đến 6 lần), đặc biệt là tạo được lớp ứng suất dư nén bề mặt và tăng độbền mỏi của chi tiết

Nhược điểm: Kết cấu và sử dụng phức tạp nên ít được sử dụng

Cơ sở lựa chọn dụng cụ sửa đá: Việc lựa chọn dụng cụ sửa đá được tiến hành dựa trên các cơ sở sau:

- Kỹ thuật: Tạo Topography tối ưu, tuổi bền của đá, độ tin cậy, độ ổn định của

dụng cụ, các thông số đặc trưng của đá, yêu cầu công nghệ gia công v.v…

- Kinh tế: Sử dụng đơn giản, thuận tiện, chi phí cho việc sửa đá nhỏ v.v… Việc chọn

lựa được chỉ dẫn trong các sổ tay về mài Với đá mài Corun điện và SiC, với chất dínhkết Keramit thường sử dụng dụng cụ sửa đá là bút chì kim cương sửa bằng phương pháptiện [34] Tùy theo cấu tạo mà người ta chia bút chì kim cương làm 3 loại và kiểu

Ngoài các phương pháp sửa đá cổ điển trên, ngày nay người ta còn sử dụng rấtnhiều phương pháp sửa đá tiên tiến khác để đạt được Topography của đá theo yêucầu như: Sửa đá bằng phương pháp rung động, sửa đá mài kim cương và CBN bằngchùm tia hạt mài, sửa đá mài bằng tia lửa điện [16], [17] v.v…

2.1.7 Lưỡi cắt tĩnh và lưỡi cắt động [34]

Hình 2.5 mô tả mặt cắt đá theo chiều vuông góc với trục mang đá mài, thể hiện

hai loại lưỡi cắt: Lưỡi cắt tĩnh và lưỡi cắt động

Lưỡi cắt tĩnh là tất cả các cạnh sắc của hạt mài nhô khỏi chất kết dính Khoảngcách giữa hai đỉnh nhọn liên tiếp gọi là khoảng cách lưỡi cắt tĩnh Lst Mỗi hạt mài cóthể có một hoặc nhiều lưỡi cắt, S1 đến S9 là các lưỡi cắt tĩnh Mật độ lưỡi cắt tĩnhđặc trưng cho cấu trúc hình học của bề mặt đá (Topography), thường ký hiệu là Sst,được xác định bằng số lượng lưỡi cắt tĩnh trên một đơn vị chiều dài bề mặt của đá.Ngoài ra, mật độ lưỡi cắt tĩnh còn được xác định theo số lưỡi cắt tĩnh trên một đơn

vị diện tích bề mặt đá mài N st (1/mm2) hoặc trên một đơn vị thể tích đá mài C st

(1/mm3) Sst được xác định theo công thức:

=

1

(1/ )

Lưỡi cắt động: Chỉ một phần lưỡi cắt của hạt mài nhô ra khỏi chất kết dính

tham gia cắt, chúng được gọi là lưỡi cắt động Trên Hình 2 thì S1, S2, S4, S6, S8 làcác lưỡi cắt động, Lk là khoảng cách giữa các lưỡi cắt động Tương tự như lưỡi cắt

tĩnh, mật độ lưỡi cắt động cũng được xác định theo một đơn vị chiều dài S k (1/mm),

theo một đơn vị diện tích bề mặt đá N k (1/mm2) hoặc theo một đơn vị thể tích đá C k

Hình 2.5 Lưỡi cắt tĩnh và lưỡi cắt động [34]

2.1.8 Một số tiêu chí đánh giá quá trình mài

2.1.8.1 Mòn và tuổi bền của đá

Trong quá trình mài, lưỡi cắt trên các hạt mài sẽ bị mòn và cùn, hình dánghình học của mặt cắt của đá mài sẽ bị biến dạng Độ mòn của đá mài phụ thuộc vàochế độ mài, đặc tính đá, các điều kiện tiến hành quá trình mài và nhiều yếu tố khácnữa Thời gian mài càng tăng, bể mặt làm việc của đá càng nhẵn hơn, các đỉnh

nhọn của hạt mài sẽ bị cùn và tù nhiều hơn (Hình 2.6.a ) Khả năng ăn sâu vào kim

loại của các hạt mài càng khó khăn hơn, áp lực tác động lên hạt mài sẽ không

ngừng tăng cho đến khi xuất hiện hiện tượng phá vỡ hat mài cục bộ (Hình 2.6.b )

và toàn phần (Hình 2.6.c )

Hình 2.6 Các trạng thái mòn của đá mài 7

Lúc này hình thành một lơp hạt cắt có các mặt cắt với cácđỉnh nhọn mới, khảnăng cắt của đá được phục hồi, gọi dó là hiện tượng tự mài sắc

Độ bám của chất kết dính không cao cũng góp phần gây lên hiện tượng tương

tự như mài sắc của đá vì sẽ làm cho các hạt mài đã bị cùn dễ dàng bứt hoàn toàn rakhỏi bề mặt làm việc tạo ra một lớp bề mặt làm việc với các hạt cắt mới có khả năng

cắt cao hơn (Hình 2.6.d).

Khi sử dụng đá mài có độ cứng cao và khi mài tinh hiện tượng tự mài sắckhông xảy ra Do vậy khi đá bị mòn nhám bề mặt tăng lên, xuất hiện các dao động,khả năng cắt của đá giảm đi rất nhanh ta buộc phải tiến hành sửa đá [16]

Quá trình mòn của đá mài chia làm 3 giai đoạn [17]:

- Giai đoạn I: Giai đoạn mòn ban đầu Trong giai đoạn này, thời gian mòn nhỏnhưng độ mòn lớn Nguyên nhân là do sau khi sửa đá các hạt mài có đỉnh sắc nhọn vànhiều hạt không bám chặt vào chất dính kết Các hạt mài này sẽ bị mài mòn đỉnh nhọnnhanh chóng hoặc bị bật khỏi đá mài

- Giai đoạn II: giai đoạn mòn ổn định (còn gọi là mòn bình thường) Thời gianlàm việc của đá được tính trong giai đoạn này Độ mòn của đá trong giai đoạn này chủyếu phụ thuộc vào tải trọng cơ nhiệt

- Giai đoạn III: Giai đoạn mòn khốc liệt Khi này, các hạt mài đã bị mất các cạnhsắc và các lỗ rỗng trên bề mặt đá mài bị phoi và các sản phẩm của quá trình mòn lấp

đầy Đá mất khả năng cắt Vì vậy, đến giai đoạn này cần tiến hành sửa đá

Tuổi bền của đá mài là khoảng thời gian làm việc liên tục của đá giữa hai lầnsửa đá.Tuổi bền của đá là một chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật rất quan trọng Để xác địnhtuổi bền của đá, có thể dùng các chỉ tiêu đánh giá sau [7]:

- Kinh nghiệm của người thợ: Theo phương pháp này, thời điểm sửa đá đượcquyết định bởi người thợ mài dựa trên đánh giá chủ quan và kinh nghiệm của họ khi quansát các hiện tượng xảy ra khi mài (như âm thanh khi mài, các vết gia công, vết gằn, vếtcháy trên bề mặt mài vv ) Phương pháp này không chính xác nhưng đơn

giản, rẻ tiền nên thường dùng trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ

- Gia công các chi tiết thử nghiệm: Nội dung của phương pháp này là: tiến hànhgia công các chi tiết thử nghiệm và đo các thông số đánh giá chất lượng chi tiết như độ chínhxác, độ nhám bề mặt (Ra, Rz) vv Từ đó xác định tuổi bền của đá căn cứ

vào giá trị cho phép của các thông số Phương pháp này cho độ chính xác khá cao;việc thực hiện không quá phức tạp và tốn kém Tuy nhiên, thời gian thực hiện khálâu