Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xác định đường kính tối ưu của đá khi thay khi mài lỗ bằng phương pháp thực nghiệm

Malkin [6] cũng thực hiện một nghiên cứu về tối ưu hóa line quá trình mài lỗ nhằm giảm thời gian gia công mà vẫn đảm bảo các yêu cầu vềchất lượng bề mặt gia công như độ nhám.. Các nghiên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐẶNG THỊ THANH NGA

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH TỐI ƯU

CỦA ĐÁ KHI THAY KHI MÀI LỖ BẰNG

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái Nguyên, tháng 8/2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong luận văn là do bản thân tôithực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Vũ Ngọc Pi, TS Hồ Ký Thanh và NCS Lê Xuân Hưng Ngoài thông tin trích dẫn từ các tài liệu tham khảo đãđược liệt kê, các kết quả và số liệu thực nghiệm là do tôi thực hiện và chưa được công

bố trong bất cứ công trình nào khác

Thái Nguyên, tháng 8 năm 2018

Tác giả

Đặng Thị Thanh Nga

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn khoa học, thầy

giáo - PGS.TS Vũ Ngọc Pi và TS Hồ Ký Thanh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và

tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cảm ơn NCS Lê Xuân Hưng - Trường Đại học kỹ thuật

công nghiệp, đã giúp đỡ tôi trong việc lắp đặt các thiết bị và thực hiện thí nghiệmcho đề tài này

Tôi xin cảm ơn các chú, các anh đang làm việc tại xưởng cơ khí chính xácThái Hà đã tạo điều kiện về máy móc, trang thiết bị thí nghiệm giúp thực hiện quátrình thực nghiệm được thuận lợi

Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên khích lệ của gia đình, bạn bè, đồngnghiệp trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn

Thái Nguyên, tháng 8 năm 2018

Tác giả

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH VÀ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ MÀI VÀ MÀI LỖ 5

1.1 Giới thiệu về gia công mài 5

1.1.1 Đặc điểm cơ bản của mài 5

1.1.2 Khả năng công nghệ của mài 6

1.1.3 Quá trình tách phoi của hạt mài 9

1.1.4 Chất lượng bề mặt sau mài 11

1.1.4.1 Độ nhám bề mặt gia công sau mài 11

1.1.4.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công mài 11

1.1.4.3 Các phương pháp đánh giá độ nhám sau mài 12

1.1.5 Tuổi bền của đá 12

1.1.5.1 Giới thiệu về đá mài 12

1.1.5.2 Mòn đá khi mài: 17

1.1.5.3 Tuổi bền của đá 19

1.1.6 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình mài 20

1.2 Đặc điểm của mài lỗ 20

1.3 Kết luận chương 1 22

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH MÀI LỖ 24

2.1 Tổng quan về tối ưu hóa sửa đá khi mài lỗ 24

2.2 Tổng quan về tối ưu hóa chế độ cắt khi mài lỗ 26

2.3 Tổng quan về tối ưu hóa chế độ tưới nguội 29

2.4 Kết luận chương 2 33

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH GIÁ THÀNH MÀI LỖ 34

3.1 Phân tích giá thành trong mài lỗ 34

3.2 Thời gian cơ bản khi mài 35

3.3 Thời gian mài 36

3.4 Bài toán tối ưu giá thành khi mài lỗ 37

3.5 Công thức tính đường kính tối ưu của đá khi thay trong mài lỗ 37

3.6 Kết luận chương 3 38

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CÚU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH TỐI ƯU CỦA ĐÁ KHI THAY TRONG GIA CÔNG MÀI LỖ THÉP 9XC BẰNG THỰC NGHIỆM 39

4.1 Mục đích của thí nghiệm 39

4.2 Thí nghiệm xác định năng suất khi mài 39

4.2.1.Setup thí nghiệm 39

4.2.2.Cách thức tiến hành thí nghiệm 43

4.2.3.Kết quả và nhận xét 44

4.2.4 Lợi ích của việc thay đá tại đường kính tối ưu 48

4.2.5 So sánh kết quả đường kính đá tối ưu tìm ra trong thí nghiệm với công thức xác định đường kính tối ưu khi thay đã được chứng minh trên lý thuyết 49 4.3 Kết luận chương 4 50

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH VÀ VIẾT TẮT

Giá thành mài tròn trong cho một chi tiết Đồng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý mài tròn ngoài chạy dao dọc11 6

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý mài tròn ngoài chạy dao ngang11 6

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý mài tròn ngoài chạy dao xiên[15] 7

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý mài tròn ngoài vô tâm 11 7

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong có tâm11 8

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong vô tâm 11 8

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng12 9

Hình 1.8 Cấu tạo hạt mài 13 10

Hình 1.9 Quá trình tách phoi của hạt mài 13 10

Hình 1.10 Sự hình thành độ nhám bề mặt khi mài 19 11

Bảng 1.2 Bảng cỡ hạt đá mài 16

Hình 1.11 Cấu trúc khác nhau của đá mài 16 17

Hình 1.12 Các trạng thái mòn của đá mài16 17

Hình 1.13: Quá trình mòn của đá [17] 18

Hình 1.14 Mô hình hóa quá trình mài 14 20

Hình 1.15 Chọn đường kính đá theo lỗ gia công 15 21

Hình 1.16 Mài lỗ với chi tiết quay15 22

Hình 1.17 Mài lỗ trên máy mài hành tinh5 22

Hình 2.1 Biểu đồ SCHMITT mô tả ảnh hưởng của tốc độ bóc tách và lượng tiến dao khi mài lỗ đến nhám bề mặt 2 24

Hình 2.2 Ảnh bề mặt của đá mài CBN trước (phải) và sau (trái) sửa đá 2 24

Hình 2.3 Mối quan hệ giữa lực cắt khi mài lỗ với thời gian gia công 2 25

Hình 2.4 Ảnh hưởng của các thông số đến độ nhám trung bình 12 26

Hình 2.5 Hiện tượng cháy khi mài phát hiện nhờ cảm biến công suất 5 27

Hình 2.6 Phổ tín hiệu công suất của cảm biến AE 5 28

Bảng 2.2 So sánh kết quả thử nghiệm với các tiêu chuẩn hiện tại của công ty SKF Indonesia 20 29

Hình 2.7 Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt khi

mài bằng đá mài CBN và đá Al2O321 30

Hình 2.8 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng bề mặt mài 22 31

Hình 2.9 .Độ nhám bề mặt gia công khi sử dụng các dung dịch bôi trơn làm nguội khác nhau 23 32

Hình 2.10 Ảnh hưởng của loại dung dịch tưới nguội và áp suất tưới nguội đến độ nhám bề mặt mài [24] 32

Hình 4.1 Đá mài Nhật Bản 19A-120L-8 -ASI-V-S-1A; Kích thước: 23x25x8 39

Hình 4.2 Máy đo độ nhám 40

Hình 4.3 Dụng cụ sửa đá 40

Hình 4.4 Phôi thép 9XC 41

Hình 4.5 Máy mài lỗ MACHT - 701 41

Hình 4.6 Quan hệ giữa số chi tiết mài với độ nhám bề mặt 44

Hình 4.7 Quan hệ giữa đường kính đá mài ban đầu và số chi tiết trung bình mài được sau mỗi lần sửa đá 46

Hình 4.8 Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và tuổi bền của đá 46

Hình 4.9 Mối quan hệ giữa đường kính đá khi thay và tổng thời gian mài trung bình một chi tiết 47

Hình 4.10 Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và chi phí mài lỗ 47

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bảng chia độ cứng tiêu chuẩn TCVN11-64 15

Bảng 2.1 Điều kiện tối ưu 20 28

Bảng 4.1 Chế độ sửa đá khi nghiên cứu mài lỗ 41

Bảng 4.2 Chế độ mài khi thí nghiệm mài lỗ 42

Bảng 4.3 Giá trị đường kính khi thay đá mài khi thí nghiệm mài lỗ 42

Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm năng suất mài 44

Bảng 4.5 Kết quả tính toán chi phí mài cho mỗi chi tiết 45

Bảng 4.6 Bảng kết quả tính toán của thí nghiệm 48

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đá mài đã được sử dụng để tạo hình vật liệu từ cách đây 2000 năm Ban đầuchúng được sử dụng để mài các dụng cụ như dao và vũ khí Ngày nay, gia côngmài nói chung và mài lỗ nói riêng được sử dụng rộng rãi trong gia công cơ khí Đặcbiệt, mài được sử dụng để gia công các bề mặt yêu cầu độ chính xác và độ bóng bềmặt cao Vì thế tối ưu hóa quá trình mài là bài toán được rất nhiều nhà nghiên cứuquan tâm

- Pereverzev P.P, Akintseva A.V [1] đã đề xuất phương pháp tính toán tối

ưu hóa chu trình mài lỗ bằng việc sử dụng phương pháp lập trình tự động Kết quảcủa nghiên cứu cho phép kể đến các ràng buộc công nghệ đối với hàm mục tiêu và

đã xác định được các thông số tối ưu cho chương trình điều khiển máy mài lỗCNC Các giá trị tối ưu thu được là các giá trị tối ưu của lượng ăn dao hướng kính

và ăn dao dọc trục, lượng dư tối ưu khi mài nhằm đạt thời gian gia công là nhỏnhất Kết quả nghiên cứu còn cho phép ta mở rộng số lượng các thông số tối ưu vàthực hiện tối ưu hóa nhiều biến trong không gian đa chiều

- A.Daneshia, N Jandaghi, T Tawakoli [2] đã tiến hành nghiên cứu về sửa

đá khi mài tròn trong với đá mài corundum và tinh thể CBN Kết quả nghiên cứu

đã chỉ ra rằng biểu đồ Schmitt cho kết quả đúng đối với đá mài đường kính nhỏ

- S.J.Pande, S.N.Halder và G.K Lal [3] đã tiến hành một nghiên cứu thựcnghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số của đá mài đến khả năng cắt của đá

mài khi mài phẳng thép với các độ cứng khác nhau Kết quả của nghiên cứu cho thấy, tồn tại một giá trị tối ưu của độ hạt đá mài mà tại đó tỉ số mài đạt giá trị lớn nhất

- J Peters và R.Aerens [4] đã giới thiệu một phương pháp tối ưu nhằm đạttổng thời gian mài một loạt chi tiết là nhỏ nhất Trong phương pháp này, tất cả các chitiết mài phải thỏa mãn yêu cầu về dung sai kích thước và độ nhám bề mặt Kết quả tối

ưu cho thấy, trong giai đoạn mài thô, tốc độ tiến đá ngang cần chọn lớn nhất

có thể Trong giai đoạn mài tinh, tốc độ tiến đá ngang được xác định bởi chươngtrình tối ưu.

- I Inasaki [5] đã tiến hành một nghiên cứu về giám sát và tối ưu hóa quátrình mài tròn trong Nghiên cứu được tiến hành khi mài thép S45C và thép vòng biSUJ 2 bằng đá mài CBN và quá trình mài được giám sát trực tiếp bằng cảm biếnbức xạ âm học Đặc biệt, chu trình mài lỗ mới đã được đề xuất cho phép giảm thờigian mài

- G Xiao và S Malkin [6] cũng thực hiện một nghiên cứu về tối ưu hóa line quá trình mài lỗ nhằm giảm thời gian gia công mà vẫn đảm bảo các yêu cầu vềchất lượng bề mặt gia công như độ nhám Việc áp dụng kết quả nghiên cứu chophép giảm thời gian mài lỗ vòng bi trong thực tế từ 50-70%

on-b Các nghiên cứu trong nước:

- Ảnh hưởng của các thông số của quá trình mài tròn ngoài như chiều sâu cắt

và lượng chạy dao dọc đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công cũng đã được nghiêncứu bằng phương pháp thực nghiệm [7, 8, 9]

- Gần đây, Vũ Ngọc Pi và các cộng sự [10] đã tiến hành nghiên cứu về tối ưuhóa chi phí khi mài tròn trong.Trong nghiên cứu này, các phân tích đánh giá về chiphí mài đã được thực Bên cạnh đó, các tác động của đường kính đá khi thay tới cácchi phí thành phần mài và các thông số quá trình mài đã được nghiên cứu Bằngviệc xác định đường kính đá mài tối ưu với mục tiêu chi phí mài tối thiểu nhất, mộtchương trình máy tính được xây dựng, dựa trên kết quả của chương trình, côngthức tính đường kính tối ưu được đề xuất Mài với đường kính tối ưu có thể tiếtkiệm rất nhiều cả chi phí mài và thời gian mài

Qua các phân tích trên, ta thấy rằng việc nghiên cứu về quá trình mài lỗ cònrất hạn chế, các bài toán tối ưu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu mài phẳng và màitrụ ngoài

Nghiên cứu nói trên [10 mới chỉ dừng lại ở việc đưa ra các công thức tínhtoán đường kính đá khi thay tối ưu Thực tế gia công có thể khác với các điều kiện

tính toán lý thuyết nên cần thiết phải kiểm nghiệm công thức này Do vậy

“NGHIÊN CÚU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH TỐI ƯU CỦA ĐÁ KHI THAYTRONG GIA CÔNG MÀI LỖ THÉP 9XC BẰNG THỰC NGHIỆM” là rất cầnthiết Đặc biệt kết quả của nghiên cứu sẽ kiểm nghiệm công thức tính toán đườngkính tối ưu đã được nghiên cứu trên lý so với thực tế sản xuất cụ thể

2 Mục đích nghiên cứu

- Mục đích nghiên cứu là: XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH TỐI ƯU CỦA ĐÁKHI THAY TRONG GIA CÔNG MÀI LỖ THÉP 9XC BẰNG THỰC NGHIỆM

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập

3 Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu xác định đường kính tối ưu của đá mài Nhật Bản 19A-120L-8 - ASI-V-S-1A khi thay khi mài lỗ thép 9XC qua tôi bằng phương pháp thực nghiệm

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng 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

5 Ý nghĩa của đề tài

6 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần giới thiệu và phần kết luận chung, luận văn được chia thành 4 chương với các nội dung như sau:

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ MÀI VÀ MÀI LỖ

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH MÀI LỖ

Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH GIÁ THÀNH MÀI LỖ

Chương 4: NGHIÊN CÚU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH TỐI ƯU CỦA ĐÁ KHI THAY TRONG GIA CÔNG MÀI LỖ THÉP 9XC BẰNG THỰC NGHIỆM.Các kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong phần cuối cùng của luận văn

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ MÀI VÀ MÀI LỖ

1.1 Giới thiệu về gia công mài.

1.1.1 Đặc điểm cơ bản của mài

Mài là phương pháp cắt gọt vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao Các hạt màiđược liên kết với nhau bằng chất dính kết tạo nên đá mài Gia công bằng mài có nhiềuđặc điểm khác biệt so với các phương pháp gia công cắt gọt khác Cụ thể như sau:

- Đá mài có thể coi là dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt.Các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất khácnhau và phân bố ngẫu nhiên 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 β thường lớn hơn 900

- Tốc độ cắt khi mài rất cao Thông thường tốc độ cắt khi mài từ 30 đến 40 m/

s Mài tốc độ cao có thể lên tới 100 m/s hoặc hơn

- Nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000 ÷ 15000C) do góc cắt của các hạtmài không hợp lý và tốc độ cắt cao Điều đó có thể làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kimloại bề mặt hoặc gây rạn, nứt tế vi bề mặt

- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ Sốlượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong một phút).Nhờ đó quá trình mài có thể tạo ra bề mặt gia công có độ bóng và độ chính xác cao

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

- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: dưới tác dụng của tảitrọng cơ, nhiệt các hạt mài đã mòn bật ra khỏi bề mặt đá tạo điều kiện cho những hạt màimới 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 hìnhdáng và vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều khiển quá trìnhmài gặp nhiều khó khăn.

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 bóng bề mặt cao nên phương pháp mài có vịtrí quan trọng trong gia công cơ khí Mặc dù mài được sử dụng cả trong gia côngthô nhưng chỉ trong gia công tinh và bán tinh thì những ưu thế của phương pháp màimới thực sự được phát huy Do vậy mài thường được chọn là nguyên công gia côngtinh lần cuối các bề mặt quan trọng [7]

1.1.2 Khả năng công nghệ của mài

Mài là phương pháp gia công có khả năng gia công được nhiều dạng bề mặtnhư mặt trụ ngoài và trong, mặt phẳng, mặt định hình Một số dạng mài thườnggặp được chỉ ra trong các hình sau:

* Mài tròn ngoài có tâm:

Phương pháp mài tròn ngoài ăn dao dọc thường sử dụng khi mài các bề mặt

có chiều dài lớn hơn so với chiều rộng của đá mài

Phương pháp mài tròn ngoài ăn dao ngang hường dùng phương pháp này khimài chi tiết có đường kính lớn, chiều dài bề mặt cần mài ngắn hơn chiều rộng đá,sản lượng lớn Cách mài này đòi hỏi độ cứng vững chi tiết lớn, máy có công suấtlớn, đá rộng bản và sửa đá tốt.

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý mài tròn ngoài chạy dao xiên[15]

Hình 1.3 là kiểu mài tiến dao xiên, đá được gá nghiêng một góc và có thểmài nhiều bề mặt cùng lúc, kiểu này cho năng suất cao nhưng khó đạt cấp chính xáccao do đá mòn không đều

* Mài tròn ngoài vô tâm:

Mài vô tâm có ưu điểm là năng suất gia công cao, có thể mài các chi tiết nhỏ, ngắn,

…Tuy nhiên lại có nhược điểm là không gia công được các bề mặt không liên tụcnên chủ yếu dùng gia công trục trơn

* Mài tròn trong có tâm:

Mài tròn trong có tâm có thể gia công được các lỗ trụ, lỗ côn, được thực hiện trên các máy mài lỗ , máy mài tròn ngoài vạn năng

* Mài tròn trong vô tâm:

Phương pháp này có khả năng đạt độ chính xác và độ đồng tâm rất cao.Thường dùng gia công các chi tiết có yêu cầu độ đồng tâm cao giữ lỗ và mặt trụngoài trong sản xuất loạt lớn và hàng khối, các chi tiết không thể gá trên máy màitròn trong như các chi tiết thành mỏng, chiều dài ngắn

1.1.3 Quá trình tách phoi của hạt mài

Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất dính kết 13 Hạt mài cónhiều góc cắt và có bán kính tròn  ở đỉnh ( hình 1.1)

Hình 1.8 Cấu tạo hạt mài 13

Trong quá trình làm việc các bán kính này tăng dần lên Khi đạt đến trị số đủlớn hạt mài có thể bị phá thành những hạt khác nhau tạo ra những lưỡi cắt mới hoặclàm bật các hạt mài ra khỏi chất kết dính Vì vậy quá trình mài, sự tách phoi phụthuộc vào hình dạng của các hạt mài

Quá trình tách phoi của hạt có thể chia làm 3 giai đoạn (hình 1.9)

*) Giai đoạn 1 (trượt) : Gọi  là bán kính cong của mũi hạt mài, chiều dàylớp kim loại được bóc đi là a Ở giai đoạn đầu này mũi hạt mài bắt đầu va đập vào

bề mặt gia công, lực va đập này phụ thuộc vào tốc độ mài và lượng tiến của đá vào

bề mặt gia công, bán kính cong  của mũi hạt hợp lý thì việc cắt gọt thuận tiện, nếubán kính  quá lớn so với chiều dày cắt a thì hạt mài sẽ trượt trên bề vật mài làmcho bề mặt gia công bị nung nóng với nhiệt cắt lớn (hình 1.9a)

*) Giai đoạn 2 (nén): Áp lực mài tăng lên, nhiệt cắt tăng lên, làm tăng biếndạng dẻo của kim loại, lúc này bắt đầu xẩy ra quá trình cắt phoi (hình 1.9.b)

*) Giai đoạn 3 (tách phoi): Khi chiều sâu lớp kim loại a >  thì xảy ra việctách phoi ((hình 1.9.c)

Khi bán kính  hợp lý thì hạt mài sắc, cắt gọt tốt và lượng nhiệt giữ nhỏ hơn.Quá trình tách phoi xảy ra trong khoảng thời gian rất ngắn khoảng 0.001-0.00005 (giây) Do đó các giai đoạn của quá trình cắt gọt diễn ra rất nhanh chóng.

1.1.4 Chất lượng bề mặt sau mài.

1.1.4.1 Độ nhám bề mặt gia công sau mài

Độ nhám bề mặt mài hình thành chủ yếu bởi các vết cào xước chồng lên nhau của các điểm cắt có chiều cao không bằng nhau (hình 1.10)

1.1.4.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công mài.

Độ nhám bề mặt mài chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố:

- Sự hình thành nhám bề mặt trước hết là do in dập quỹ đạo chuyển động củacác hạt mài Vết của các hạt mài tạo ra biên dạng hình học tế vi trên bề mặt gia công Chế

độ cắt ảnh hưởng tới quỹ đạo chuyển động của các hạt mài vì vậy ảnh

hưởng tới độ nhám bề mặt mài

- Độ hạt và chế độ sửa đá (Ssđ, tsđ) có ảnh hưởng tương tự nhau đến nhám bề mặt mài: hạt mài có kích thước lớn hơn, sửa đá thô dẫn đến độ nhám bề mặt tăng

số truyền nhiệt của vật liệu gia công và của đá mài ảnh hưởng tới nhiệt độ ở vùng mài qua đó ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt mài.

1.1.4.3 Các phương pháp đánh giá độ nhám sau mài

Để đánh giá độ nhám bề mặt người ta thường dùng các phương pháp sau:

1- Phương pháp quang học (dùng kính hiển vi Linich): phương pháp này đo

được bề mặt có độ nhẵn bóng cao (độ nhám thấp) thường từ cấp 10 đến cấp 14

2- Phương pháp đo độ nhám Ra, Rz, Rmax bằng máy đo prôfin: phương

pháp này sử dụng mũi dò để đo prôfin lớp bề mặt có cấp độ nhẵn đến cấp 11

3- Phương pháp so sánh:

- So sánh bằng mắt: dùng mắt quan sát và so sánh bề mặt gia công với bề mặtvật mẫu và kết luận xem bề mặt gia công đạt cấp độ bóng nào Phương pháp này đơngiản, có thể xác định được cấp độ bóng từ cấp 3 đến cấp 7 nhưng độ chính xác thấp vàphụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người thực hiện

- So sánh bằng kính hiển vi quang học: dùng kính hiển vi quang học để quansát và so sánh bề mặt gia công với bề mặt vật mẫu và kết luận xem bề mặt gia công

đạt cấp độ bóng nào Phương pháp này có độ chính xác cao hơn nhưng vẫn phụthuộc vào kinh nghiệm của người thực hiện

Trong nghiên cứu của đề tài, tác giả sử dụng phương pháp đo độ nhám Ra… bằng máy đo prôfin ( Mitutoyo 178-923-2A, SJ-201)để đo độ nhám bề mặt khi mài

chi tiết 9XC qua tôi

1.1.5 Tuổi bền của đá

1.1.5.1 Giới thiệu về đá mài.

Đá mài là một vật thể xốp do hạt mài và chất dính kết cấu tạo thành Hạt màiđóng vai trò như những lưỡi cắt, còn chất dính kết có chức năng tạo hình dáng cho

đá mài

Đá mài được đặc trưng bởi các thông số sau:

- vật liệu hạt mài

- cỡ hạt, độ cứng, chất dính kết

- cấu trúc, hình dạng kích thước của đá mài

*) Vật liệu hạt mài: Vật liệu dùng làm đá mài được chế từ các loại quặng như ôxit

nhôm, kim cương tự nhiên và kim cương nhân tạo hoặc bằng các hợp chất hóa họckết hợp giữa silic và cacbon tạo thành dạng cacbua, bo cacbit,…Những vật liệu nàyphần lớn được thiêu kết trong lò ở nhiệt độ cao rồi nghiền nát thành hạt mài, bột mài

có kích thước hat khác nhau

- Tùy theo tính chất gia công mà chọn cỡ hạt mài cho phù hợp, các hạt mài có độcứng rất cao, có thể cắt gọt được kim loại, hợp kim dễ dàng nhưng rất giòn, dễ vỡ

- Hạt mài nhân tạo được dùng phổ biến hiện nay vì kích thước hạt, hình dáng và

dộ tinh khiết của hạt được kiểm định chặt chẽ, đảm bảo tính đồng đều về kích thước vàhình dáng theo yêu cầu Các loại hạt mài nhân tạo thường dùng là:

+ Ôxit nhôm: 75% đá mài được chế tạo từ loại vật liệu này, dùng để mà các loại

+Silic cacbua (SiC): là một hợp chất hóa học kết hợp giữa Silic và cacbon

được kết tinh nhân tạo bằng cách thiêu kết trong lò có nhiệt độ 2100oC ÷2200oC

Tùy theo thành phần mà có các loại sau: SiC màu xanh chứa khoảng 97%SiC có ít tạp chất, độ cứng cao và giòn dùng để gia công các vật liệu có độ cứngcao và hợp kim cứng; SiC màu đen đến xám chứa 95÷ 97% tinh thể SiC dùng đểgia công các loại vật liệu giòn và mềm như đồng thay, kẽm, gang, nhôm,

Cac bit silic có một số tính chất sau:

+ Độ cứng rất cao (chỉ sau kim cương, enbo và cacbit bo)

+ Do có hình dánh sắc nhọn nên khả năng cắt của nó rất cao

+ Độ chịu nhiệt rất cao, có thể chịu được nhiệt độ 2050oF

+ Cacbit bo: Là một hợp chất của Bo với cacbon BrC Được thiêu kết trong lò

điện nhiệt độ 2000 oC.÷ 2350 oC Nó có độ cứng rất cao, tính năng cắt gọt tốt, chịumài mòn và trơ hóa học Cacbit bo được sản xuất với hàm lượng 87 – 94% BrC.Dùng để gia công thép hợp kim, họp kim cứng và vật liệu khó gia công

+ Boron Nitride thể lập phương (CBN): Là hạt mài có độ cứng rất cao, gấp

đôi ôxit nhôm chịu được nhiệt độ mài đến 25000 F, dùng để cắt nguội và chịu đượchóa chất đối với tất cả các muối vô cơ và hợp chất hữu cơ

Đá mài CBN đòi hỏi chỉnh sửa ít, có tác động cắt nhanh nên ít bị mòn đá,thời gian sử dụng đá dài hơn so với các loại đá khác, chất lượng bề mặt gia côngđạt tốt hơn

+ Kim cương nhân tạo: tính năng cắt gọt rất tốt, độ dẫn nhiệt gấp 9 lần so với

SiC Kim cương dùng để sửa đá, dùng trong các nguyên công tinh cần độ bóng cao từ cấp 10 ÷ 14, dùng để mài nghiền, mài khôn, mài siêu tinh, mài các hợp kim cứng

* Chất dính kết của đá mài: Chất kết dính có tác dụng liên kết các hạt mài riêng lẻ

để tạo hình khối cho đá mài, tính năng của chất kết dính quyết định đến độ cứng vàsức bền của đá Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi các loại: Gốm, Bakelit,Vucanit

+Chất dính kết Gốm: (kí hiệu G), khoảng 70% đá mài được chế tạo từ

những dính kết này Chất dính kết gốm có độ bền, độ chịu nhiệt và độ cứng cao,chịu ăn mòn và chịu ẩm tốt, bền vững về mặt hóa học Nhược điểm của chất dínhkết gốm là giòn nên không dùng chế tạo đá mài có chiều dày nhỏ và chịu tải trọng

va đập Đá mài dùng chất dính kết gốm có thể mài với các dung dịch trơn nguộikhác nhau,đạt được tốc độ mài đến 65m/s

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

tạo bằng cách lưu hóa cao su đã được làm mềm bằng benzen với lưu huỳnh Baogồm 70% cao su và 30% lưu huỳnh

Đá mài chế tạo bằng chất dính kết Vunkanit có độ bền mòn cao, thường dùnglàm đá dẫn của các máy mài vô tâm Đá mài Vunkanit cho phép dùng với tốc độ rấtcao có thể tới 75m/s Thường dùng để cắt đứt, mài rãnh, mài rãnh then, mài địnhhình chính xác lần cuối Nhược điểm của đá mài Vunkanit là độ xốp thấp, chịu nhiệtkém Ở nhiệt độ 1500C đá bắt đầu bị mềm Khi nhiệt độ lớn hơn 2000C đá dễ bịcháy Vì vậy khi cắt, bắt buộc phải tưới dung dịch trơn nguội không có kiềm tính

+Chất dính kết Bakelit: (kí hiệu B) Bakelit là loại nhựa tổng hợp được chế

tạo từ axit cacbonic và phoocmalin Đá mài có chất kết dính B có tính đàn hồi cao,chịu nhiệt, độ xốp hơn đá mài bằng chất kết dính V nhưng thấp hơn đá mài có chấtkết dính, tốc độ mài đạt 35÷70m/s Nó bị phá hủy bởi dung dịch kiềm có độ pH ≥ 8

Độ bền cơ học và lực giữa hạt mài giảm nhanh ở nhiệt độ 2000C Vì vậy chỉ đượcphép làm việc khi có tưới dung dịch trơn nguội với độ kiềm nhỏ hơn 1,5% Đá màidùng chất dính kết loại này được sử dụng rộng rãi ở tốc độ cao để mài rãnh, mài sắcdao đã tôi, mài bề mặt định hình, mài ta rô, bàn ren, mũi doa,…

*) Độ cứng của hạt mài : Là khả năng giữ lại trong chất kết dính những hạt ở mặt

ngoài của đá khi có lực tác dụng vào (khi đá tham gia cắt gọt)

Tiêu chuẩn TCVN11-64 quy định bảng phân chia độ cứng (bảng 1.1)

Độ cứng của đá mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước hạt mài, chấtkết dính và tỉ lệ của nó, lực ép khi chế tạo đá mài,…

Độ cứng đá mài ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng của sản phẩm mài Do

đó theo nguyên tắc chung khuyên dùng chọn độ cứng đá mài: khi mài vật liệu cứngnên chọn đá mềm và ngược lại khi mài vật liệu mềm nên chọn đá cứng

*) Cỡ hạt của đá mài: Cỡ hạt còn gọi là độ hạt được biểu thị bằng kích thước thực

tế của hạt mài Tính năng cắt của đá mài phụ thuộc vào kính thước của hạt Khi màithô, dùng hạt mài có kích thước lớn Khi mài tinh dùng cỡ hạt nhỏ Khi gia công vậtliệu mềm và dẻo, để giảm hiện tượng nhét phoi vào lỗ của bề mặt đã mài, nên dùng

Hình 1.11 Cấu trúc khác nhau của đá mài 16

a - Cấu trúc kín; b - Cấu trúc hở; c - Cấu trúc xốp

Lúc này hình thành một lớp hạt cắt có các mặt cắt với các đỉnh nhọn mới, khả năng 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 tượngtương tự như mài sắc của đá vì sẽ làm cho các hạt mài đã bị cùn dễ dàng bứt hoàntoàn ra khỏi bề mặt làm việc tạo ra một lớp bề mặt làm việc với các hạt cắt mới cókhả năng cắt cao hơn (hình 2.12d).

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 (hình 2.13) [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

và nhiều hạt không bám chặt vào chất dính kết Các hạt mài này sẽ bị mài mòn đỉnhnhọn nhanh 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 đá mài đã bị mài mấtcác cạnh sắc và các lỗ rỗng trên bề mặt đá mài bị phoi và các sản phẩm của quá trìnhmòn lấp đầy Đá mất khả năng cắt Vì vậy, đến giai đoạn này cần tiến hành sửa đá

Hình 1.13: Quá trình mòn của đá [17]

1.1.5.3 Tuổi bền của đá

Tuổi bền của đá mài là khoảng thời gian làm việc liên tục của đá giữa hai lần sửa đá Để xác định tuổi bền của đá, có thể dùng các phương pháp đánh giá sau [18]:

quyết 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

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 chophép của các thông số Phương pháp này cho độ chính xác khá cao; việc thực hiện không quáphức tạp và tốn kém Tuy nhiên, thời gian thực hiện khá lâu

xác định dựa trên sự tăng của lực Py hoặc Pz khi đá mòn Phương pháp này cho kết quảkhá chính xác Tuy nhiên nó đòi hỏi chi phí cao và việc xây dựng quan hệ giữa lực Py

hoặc Pz với các thông số khi mài khá phức tạp

được quyết định bởi năng suất giới hạn khi mài (tốc độ bóc kim loại giới hạn)

quyết định khi theo dõi sự tăng lên của nhiệt cắt khi mài Phương pháp này cho kết quảkhá chính xác Tuy nhiên nó khá phức tạp và đòi hỏi chi phí cao

rung động của hệ thống công nghệ theo phương lực Py và quyết định thời điểm sửa

đá dựa trên ảnh hưởng (tăng) đến rung động do đá mòn

Qua phân tích các phương pháp nêu trên, trong nghiên cứu này tác giả chọn

phương pháp “Gia công các chi tiết thử nghiệm” với việc đo thông số độ nhám bề

mặt Ra để xác định thời điểm sửa đá

1.1.6 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình mài.

Quá trình mài chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố đặc trưng khác nhau.Hình 1.10 dưới đây mô tả ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến quá trình mài vàkết quả của quá trình mài

1.2 Đặc điểm của mài lỗ

Mài lỗ là phương pháp gia công tinh các bề mặt lỗ Các lỗ sau khi mài có thểđạt cấp chính xác 6 ÷7; Ra = 3,2 ÷ 0,2 µm Mài lỗ thường được dùng trong cáctrường hợp sau:

- Mài các lỗ có độ cứng cao (đã qua tôi)

- Mài các lỗ lớn, lỗ phi tiêu chuẩn, lỗ có kết cấu không thuận tiện để thực hiệnphương pháp gia công khác và có yêu cầu chính xác cao

- Mài các lỗ cần sửa lại sai lệch vị trí tương quan của lỗ do các nguyên công trước để lại

Mài lỗ có thề thực hiện trên các máy mài lỗ, máy mài tròn vạn năng, máy mài

lỗ không tâm…

Khi mài lỗ để đảm bảo độ chính xác, chất lượng bề mặt gia công cũng nhưnâng cao năng suất, trục đá và đá mài cần chọn đủ lớn để đảm bảo độ cứng vữngkhi gia công Đường kính đá thường chọn từ 0,7 ÷ 0,9 đường kính lỗ gia công

a,c,e) Không nên chọn; b,d,f ) Nên chọn

Vì thế, không thể đạt được tốc độ mài bằng cách tăng đường kính đá mà phảităng số vòng quay của trục mang đá, nhưng lúc này sẽ gặp nhiều trở ngại như lực quántính ly tâm rất lớn, rung động và không an toàn Tốc độ của đá không được vượt quá35m/s Do vậy, bề mặt lỗ gia công đạt độ bóng không cao (so với mài ngoài)

- Mài lỗ có hai phương pháp: mài lỗ có tâm và mài lỗ không tâm (Cụ thể

trong nghiên cứu này tác giả sẽ sử dụng phương pháp mài có tâm là phương pháp thường dùng và phổ biến hơn cả)

- Mài lỗ có tâm: Có hai cách gá đặt chi tiết

*) Cách thứ nhất: Chi tiết quay, thông thường cách này dùng gia công các chi tiết

nhỏ dạng tròn xoay dễ gá trên mâm cặp như: đĩa, bạc, bánh răng,…(hình 1.2.) Khi

đó chiều quay của chi tiết ngược chiều với chuyển động quay của đá mài

Hình 1.16 Mài lỗ với chi tiết quay15

*)Cách thứ hai: Chi tiết được gá cố định trên bàn máy, trục mang đá thực hiện tất

cả các chuyển động: chuyển động quay tròn của đá cắt, chuyển động chạy dao vàchuyển động hành tinh của đá xung quanh lỗ gia công

1.3 Kết luận chương 1.

- Từ đặc điểm cơ bản và khả năng công nghệ của phương pháp mài có thể thấymài có một vị trí quan trọng trong ngành cơ khí chính xác do khả năng gia công những vậtliệu có độ cứng, độ bền cao, cho độ chính xác và độ bóng bề mặt cao

- Sơ đồ 1.14 cho thấy rằng để tăng năng suất và giảm giá thành mài cần phảixác định được các thông số đầu vào tối ưu Đối với các máy mài vạn năng, khi

đường kính đá giảm dần theo thời gian thì thì tốc độ cắt cũng sẽ giảm và dẫn đếnnăng suất hay hiệu quá quá trình mài giảm Hay nói cách khác, đường kính đá màikhi thay (hay tuổi thọ của đá) cũng là nhân tố ảnh hưởng đến năng suất và giá thànhcủa nguyên công mài Do vậy, có thể nâng cao hiệu quả của quá trình mài (tăngnăng suất, giảm giá thành quá trình mài) bằng cách xác định và sử dụng đường kínhtối ưu của đá khi thay (hay tuổi thọ tối ưu của đá) Hướng nghiên cứu của đề tài này

là tìm hiểu ảnh hưởng của đường kính đá khi thay đến giá thành mài khi mài lỗ thép

9XC qua tôi bằng thực nghiệm.

- Dựa vào đặc điểm của mài tròn trong, dựa vào điều kiện thực tế, tác giả chọn

phương pháp mài lỗ có tâm (trên máy MACHT -70l ) chạy dao dọc để thực hiện thí

nghiệm

- Khi mài, chất lượng bề mặt chi tiết gia công chịu tác động của nhiều yếu tố(chế độ cắt, chế độ sửa đá, độ hạt, lực cắt, nhiệt, nhiệt cắt, rung động….) Tuổi bềncủa đá sẽ được xác định thông qua chỉ số Ra khi gia công các chi tiết trong thínghiệm