Mục tiêu nghiên cứu luận án là nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt, độ cứng, độ hạt của đá đến lực cắt, nhiệt cắt, rung động của bàn gá phôi, tuổi bền của đá mài trong quá trình mài ở tốc độ cao. Xây dựng công thức thực nghiệm, đưa ra lời khuyến cáo đối với người tiêu dùng, khi sử dụng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam, (nhà máy đá mài Hải Dương)
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUY ỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
NGHIÊN C ỨU TÍNH CHẤT CẮT CỦA ĐÁ MÀI CAO TỐC CHẤT DÍNH
K ẾT CERAMIC SẢN XUẤT TẠI NHÀ MÁY ĐÁ MÀI HẢI DƯƠNG
Chuyên ngành : K ỹ thuật máy công cụ
Mã s ố : 62.52.04.15
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1 GS.TSKH BÀNH TI ẾN LONG
2 PGS.TS TR ẦN THẾ LỤC
HÀ NỘI - 2008
Trang 2L ỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được dành để bày tỏ lòng biết ơn và kính trọng nhất tới GS.TSKH Bành Tiến Long, Thứ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo, trưởng Bộ môn - Thầy hướng dẫn khoa học thứ nhất của tôi, về những định hướng chủ đạo và những đóng góp quý báu của Thầy trong suốt quá trình tôi làm nghiên cứu sinh và viết luận án
Tôi muốn được trân trọng bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Thế Lục - Thầy hướng dẫn khoa học thứ hai của tôi, về những tình cảm, sự tận tình và những điều kiện tốt nhất Thầy đã dành cho tôi trong nghiên cứu đã giúp tôi hoàn thành luận án này
Tôi xin được gửi đến Ban Giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà nội, lãnh đạo
và cán bộ Trung tâm đào tạo và bồi dưỡng Sau đại học, Bộ môn Gia công vật liệu
và Dụng cụ công nghiệp; Khoa Cơ khí; Phòng Quản lý Khoa học,… Trường đại học Bách Khoa Hà nội, lòng biết ơn về những đóng góp quý báu, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận án đúng hạn
Tôi cũng xin nói lời cám ơn chân thành với các nhà khoa học: GS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS Trịnh Minh Tứ, PGS.TS Trần Sỹ Túy, TS Lê Thanh Sơn, PGS.TS Nguyễn Phong Điền, PGS.TS Nguyễn Văn Hùng, TS Nguyễn Trọng Hùng, TS Nguyễn Thị Phương Mai, Th.S Nguyễn Chí Quang, TS Hoàng Vĩnh Sinh và đồng nghiệp, bạn bè….đã tận tình giúp đỡ tôi về phương pháp nghiên cứu, tài liệu liên quan cũng như các vấn đề xử lý số liệu của luận án
Tôi muốn gửi lời cám ơn chân thành đến Ban Giám đốc Nhà máy đá mài Hải Dương, Ban chủ nhiệm chương trình trọng điểm cấp nhà nước về Cơ khí KC05, Trung tâm cơ khí chính xác Trường đại học Bách Khoa Hà nội, Công ty dụng cụ và
đo lường đã hết lòng giúp đỡ tôi trong việc chế tạo thử các mẫu thí nghiệm, lắp đặt vận hành đá mài
Đặc biệt, tôi cũng xin được bày tỏ sự biết ơn tới gia đình đã thường xuyên động viên và luôn dành cho tôi môi trường làm việc tốt nhất
Trang 3L ỜI CAM ĐOAN
Với danh dự của một giảng viên đại học, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Các số liệu và kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác Trừ những phần tham khảo đã được ghi rõ trong luận án
Tác giả
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
Trang 4
M ỤC LỤC
Trang Danh mục các ký hiệu chính
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ đồ thị
MỞ ĐẦU
1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 19
2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 23
3 PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 24
4 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 24
5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 24
6 NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN 25
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÀI 1.1 Bản chất của quá trình mài 27
1.2 Đặc điểm của quá trình mài 28
1.3 Các phương pháp và công nghệ mài 30
1.3.1 Mài phẳng 30
1.3.2 Mài tròn ngoài 31
1.3.3 Mài tròn trong 33
1.3.4 Mài dây 33
1.3.5 Mài vô tâm 34
1.3.6 Mài khôn 35
1.3.7 Mài siêu tinh 36
1.4 Đánh giá hiệu quả của quá trình mài 37
1.5 Các phương pháp và những kết quả nghiên cứu đặc tính cắt của đá mài 38
1.5.1 Đặc tính đá mài 38
1.5.2 Chất dính kết 45
1.5.3 Cấu trúc của đá mài 46
1.5.4 Độ cứng của đá mài 47
Trang 51.5.5 Hình dáng hình học của đá mài 48
1.5.6 Bảng ký hiệu hạt mài, độ cứng, độ hạt của các nước 49
1 6.Ưu nhược điểm của phương pháp gia công bằng đá mài 50
1.6.1 Ưu nhược điểm của phương pháp gia công bằng đá mài so với các phương pháp gia công cắt gọt khác 50
1.6.2.Ưu điểm của phương pháp mài cao tốc so với mài thông thường 51
1.7.Các thông số đặc trưng cho quá trình mài 53
1.8 Kết luận chương 1………38
CHƯƠNG II: CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐÁ MÀI 2.1 Chất kết dính gốm 58
2.1.1 Chất có tính dẻo 58
2.1.2 Chất giúp chảy 61
2.1.3 Tính chất chung của chất dính kết gốm 63
2.1.4 Quá trình liên kết giữa chất dính kết và hạt mài 65
2.2 Điều kiện kỹ thuật của nguyên liệu 67
2.2.1 Hạt mài 67
2.2.2 Chất dính kết 68
2.2.3 Thuỷ tinh nước Na2O.SiO2.nH2O 68
2.3 Công nghệ sản xuất 69
2.3.1 Pha chế nhào trộn 69
2.3.2 Thành hình 71
2.3.3 Nung đốt 71
2.3.4 Gia công 73
2.3.5.Kiểm tra 75
2.4 Kết luận chương 2………57
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA BỀ MẶT KHI MÀI TRÒN NGOÀI BẰNG ĐÁ MÀI CAO TỐC CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM
3.1 Những thông số ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công trong quá trình mài : 59
Trang 63.2 Chất lượng bề mặt khi mài 61
3.3 Kết quả thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng của bề mặt chi tiết khi mài tròn ngoài bằng đá mài cao tốc chế tạo tai nhà máy đá mài Hải Dương : 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc đá Vđá đến nhấp nhô bề mặt Ra: 68
3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc chi tiết đến nhấp nhô bề mặt : 69
3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến nhấp nhô bề mặt : 69
3.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chạy dao dọc đến nhấp nhô bề mặt: 70
3.4 Kết luận: 72
CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN LỰC CẮT KHI MÀI TRÒN NGOÀI VÀ MÀI PHẲNG BẰNG ĐÁ MÀI CAO TỐC CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM 4.1 Lực cắt khi mài 74
4.2 Thiết kế hệ thống thí nghiệm trên máy mài phẳng 78
4.2.1 Mô hình thí nghiệm và trang bị thí nghiệm 78
4.2.2 Thông số công nghệ cơ bản của hệ thống 89
4.3 Thiết kế hệ thống thí nghiệm trên máy mài tròn ngoài 89
4.4 Xử lý số liệu, kết quả thực nghiệm 90
4.4.1 Trường hợp mài phẳng : 93
4.4.2 Trường hợp mài tròn ngoài 100
4.5 Kết luận 108
CHƯƠNG V: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT (V đá , S d , t) ĐẾN RUNG ĐỘNG KHI MÀI PHẲNG VÀ QUAN HỆ GIỮA RUNG ĐỘNG VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG KHI MÀI BẰNG ĐÁ MÀI CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM
5.1 Các tham số dao động 115
5.1.1 Chuyển vị 115
5.1.2 Vận tốc 116
5.1.3 Gia tốc 116
5.1.4 Quan hệ giữa các thông số 116
Trang 75.2 Khái niệm về ổn định và mất ổn định của quá trình cắt 117
5.2.1 Nguyên nhân gây mất ổn định 118
5.2.2 Dao động cưỡng bức 118
5.2.3 Dao động riêng 119
5.2.4 Tự rung 120
5.3 Cơ sở chọn thông số đo, phương pháp đo 121
5.4 Hệ thống thiết bị đo 122
5.4.1 Sơ đồ thiết bị 122
5.4.2 Cảm biến đo rung 124
5.4.3 Chọn loại cảm biến đo rung trên máy mài 125
5.4.4 Bộ khuếch đại và chuẩn hóa tín hiệu 127
5.5 Điều khiển tốc độ động cơ 129
5.5.1 Chọn phương pháp điều khiển tốc độ động cơ 129
5.5.2 Điều khiển động cơ bằng máy biến tần 129
5.6 Cơ sở lý thuyết tín hiệu 129
5.6.1 Các định nghĩa 129
5.6.2 Các hệ thống xử lý tín hiệu 129
5.6.3 Tín hiệu trong miền thời gian 130
5.6.4 Tín hiệu số 131
5.6.5 Phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT) và Fourier nhanh (FFT) 131
5.6.6 Biên độ tín hiệu dao động 132
5.7 Quá trình thí nghiệm và kết quả đo 133
5.7.1 Máy mài 3Г71M (xem phụ lục) 133
5.7.2 Đá mài và phôi 133
5.7.3 Trình tự thực hiện thí nghiệm 134
5.8 Xử lý tín hiệu số bằng Matlab 134
5.9 Ứng dụng biến đổi FFT xử lý tín hiệu đo rung 138
5.10 Kết luận : 140
Trang 8CHƯƠNG VI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG ĐÁ VÀ ĐỘ HẠT ĐẾN TUỔI BỀN VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG
BẰNG ĐÁ MÀI CAO TỐC CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM
6.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng đá đến tuổi bền và chất lượng bề mặt
chi tiết gia công bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt nam 143
6.2 Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu 145
6.2.1 Tiến hành thí nghiệm 147
6.2.2 Kết quả thực nghiệm 147
6.2.3 Xử lý số liệu 148
6.3 Kết luận: 155
6.4 Nghiên c ứu ảnh hưởng của độ hạt đến tuổi bền của đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam (nhà máy đá mài Hải Dương) 156
6.4.1 Nghiên cứu đại lượng mòn và thời gian : 156
6.4.2 Kết quả thực nghiệm mô tả mối quan hệ giữa thời gian mài, thể tích mài mòn và chất lượng bề mặt gia công: 157
6.5 Kết luận : 160
CHƯƠNG VII: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT (V, S, t) ĐẾN NHIỆT CẮT KHI MÀI PHẲNG BẰNG ĐÁ MÀI CAO TỐC CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM 7.1 Phương pháp thực nghiệm nghiên cứu các hiện tượng nhiệt 161
7.2 Thiết kế đồ gá mài 163
7.3 Cơ sở đánh giá số liệu thí nghiệm 163
7.4 Kết quả thí nghiệm và xử lý số liệu 164
7.5 Các đồ thị lưới của kết quả thí nghiệm 168
7.6 Kết luận 169
KẾT LUẬN CHUNG 171
ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 173
CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 174
TÀI LIỆU THAM KHẢO 176
Trang 9DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH
1 a - chiều rộng của chi tiết (mm)
2 aTB- chiều dày trung bình của lớp kim loại được bóc (mm)
3 B - chiều rộng đá (mm)
4 b – chiều dài nửa chiều nguồn nhiệt không thứ nguyên
5 c – nhiệt dung riêng
6 C- độ hạt của đá
7 Cdá - hệ số phụ thuộc mật độ lưỡi cắt của đá
8 Cm - kết cấu đá
9 Cra - hệ số có tính đến tính chất cơ lý của bề mặt gia công
10 Cγ - nhiệt dung riêng của vật thể
11 D - đường kính đá mài (mm)
12 erf - hàm sai số
13 efc - hàm sai số bổ sung
14 E – mô dul đàn hồi
15 f- tần số của dao động riêng của hệ bất kỳ
16 f - độ võng của mẫu thử
17 fs - tần số lấy mẫu
18 F - tốc độ trượt của phoi trên lưỡi cắt
19 F – tiết diện ngang của mẫu
20 g - gia tốc trọng trường
21 G2 - trọng lượng mẫu ở trạng thái làm việc
22 G1 - trọng lượng mẫu sấy khô ở nhiệt độ 11000
23 h- chiều dày của phoi
24 h - hệ số truyền nhiệt đối lưu không thứ nguyên
25 H - độ cứng của đá mài
26 Hk - độ cứng theo thang Norton
27 k – hệ số dẫn nhiệt
28 K - hệ số phụ thuộc kích thước
Trang 1029 K0 – hàm Bessel loại 2 bậc không đã điều chỉnh
30 K1 - hệ số có tính đến độ hạt của đá mài
31 K2 - hệ số có tính đến thành phần của dung dịch trơn nguội
32 K3 - hệ số có tính đến ảnh hưởng của các hành trình chạy hết hoa lửa
33 L0 - chiều dài vạch trước khi sấy
34 L1 - chiều dài vạch sau khi sấy
35 Lc - chiều dài tiếp xúc
36 m - trọng lượng riêng của hệ
37 M - tốc độ tăng nhiệt
38 n - số vòng quay của trục chính n(vòng/phút)
39 Nie - số lưỡi cắt nằm trong vùng tiếp xúc giữa đá và chi tiết
40 Ndong - số lưỡi cắt động trong vùng tiếp xúc giữa đá và chi tiết
47 Qbt - nhiệt truyền vào dung dịch trơn nguội
48 Qct - nhiệt truyền vào chi tiết
49 Qda- nhiệt truyền vào đá
50 Qm - thể tích bóc phoi theo thời gian (mm3/ph)
51 Qph - nhiệt truyền vào phoi và các phế thải khi mài
52 Qphs - nhiệt phát sáng
53 r - hệ số phụ thuộc vào hình dạng lưỡi cắt của đá
54 R- Giá trị bình phương
55 S - Độ lệch chuẩn
56 Sd - lượng chạy dao dọc (m/ph)
57 Sng - lượng chạy dao ngang (mm/hành trình kép ) – (mm/htk)
Trang 1169 Z - chiều sâu không lớp dưới bề mặt
70 W - % hàm lượng nước có trong đất sét
71 λ - hệ số dẫn nhiệt
72 θ - nhiệt độ tại điểm khảo sát – M(x,y,z) (độ)
73 ρ - khối lượng nhiệt dung riêng
74 η - độ nhớt của màng phoi chuyển động trên bề mặt hạt mài
75 α - hệ số giãn nở nhiệt
76 σ - ứng suất phát sinh trong đá mài khi nung và làm nguội
77 γ – khối lượng riêng của đá (G/cm3)
78 Δt - độ phân giải thời gian
79 ωB - tần số giới hạn trên của tín hiệu
80 θ - nhiệt độ (độ C)
81 τ - thời gian không thứ nguyên
Trang 12DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT Bảng
số
3 1.3 Giá trị trung bình của góc giữa các mặt, bán kính lượn của hạt
mài và hạt kim cương với độ hạt khác nhau
25
4 1.4 Tỷ lệ hạt mài trong đá ứng với các cấu trúc khác nhau 27
5 1.5 Thang độ cứng của đá mài theo tiêu chuẩn Việt Nam 28
6 1.6 Tỷ lệ phần trăm thể tích của khoảng trống tương ứng với các cấp
1 2.1 Thành phần hoá học các loại hạt mài Corundun 49
11 2.2 Đặc tính kỹ thuật của đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam 49
12 2.3 Quy định về cấu trúc của đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam 50
13 3.1 Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến chiều cao nhấp nhô bề mặt 65
14 3.2 Ảnh hưởng của vận tốc đá đến nhấp nhô bề mặt 68
15 3.3 Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết đến nhấp nhô bề mặt 69
16 3.4 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến nhấp nhô bề mặt 69
17 3.5 Ảnh hưởng của lượng chạy dao dọc đến nhấp nhô bề mặt 70
19 3.7 Quan hệ giữa Ra và vận tốc của đá mài Vda 71
20 3.8 Quan hệ giữa Ra và vận tốc của chi tiết Vct 72
21 3.9 Quan hệ giữa Ra và lượng chạy dao ngang Sng 72
22 4.1 Lực Py và Pz khi t thay đổi khi mài phẳng 93
23 4.2 Lực Py và Pz khi Vđá thay đổi khi mài phẳng 93-94
Trang 1324 4.3 Lực Py và Pz khi Sd thay đổi khi mài phẳng 94
25 4.4 Kết quả số liệu thí nghiệm thu được Py và Pz khi thay đổi chế độ cắt khi
mài phẳng theo mô hình tuyến tính bội
97-98
26 4.5 Kết quả hệ số mũ của phương trình Py phụ thuộc vào chế độ cắt 98
27 4.6 Kết quả hệ số mũ của phương trình Pz phụ thuộc vào chế độ cắt 99
28 4.7 Lực Py và Pz khi t thay đổi khi mài tròn ngoài 100
29 4.8 Lực Py và Pz khi Sng thay đổi khi mài tròn ngoài 100
30 4.9 Lực Py và Pz khi Vct thay đổi khi mài tròn ngoài 100
31 4.10 Lực Py và Pz khi Vđá thay đổi khi mài tròn ngoài 101
32 4.11 Kết quả số liệu thí nghiệm thu được Py và Pz khi thay đổi chế độ cắt khi
mài tròn ngoài theo mô hình tuyến tính bội
105
33 4.12 Kết quả hệ số mũ của phương trình Py phụ thuộc vào chế độ cắt 107
34 4.13 Kết quả hệ số mũ của phương trình Py phụ thuộc vào chế độ cắt 107
36 5.2 Kết quả tính toán giá trị RMS khi thay đổi chế độ cắt 135-136
37 5.3 Kết quả hệ số mũ miêu tả ảnh hưởng của Vda đến RMS 137
38 5.4 Kết quả hệ số mũ miêu tả ảnh hưởng của t đến RMS 138
39 5.5 Kết quả tính toán biên độ dao động cực đại khi thay đổi chế độ
cắt
139
40 6.1 Phạm vi ứng dụng độ cứng của đá mài vào các nguyên công 144
41 6.2 Ký hiệu độ cứng của đá mài chế tạo tại Việt Nam 144-145
42 6.3 Kết quả thí nghiệm sự phụ thuộc của Ra vào tuổi bền khi thay
đổi độ cứng đá (thép 45 chưa nhiệt luyện)
148
43 6.4 Kết quả thí nghiệm sự phụ thuộc Ra vào tuổi bền khi thay đổi độ
cứng đá (thép 45 đã nhiệt luyện)
148
44 6.5 Quan hệ giữa độ sâu vết lõm và độ cứng đá mài cao tốc chế tạo
tại Việt Nam
149
45 6.6 Độ cứng đá mài (biểu hiện qua độ sâu của vết lõm) và Ra trung 150
Trang 14bình (thép 45 chưa nhiệt luyện)
46 6.7 Độ cứng đá mài (biểu hiện qua độ sâu của vết lõm) và Ra trung
bình (thép 45 đã nhiệt luyện)
150
47 6.8 Kết quả tính toán tham số quan hệ của độ cứng và tuổi bền, Ra
(thép 45 chưa nhiệt luyện)
151
48 6.9 Kết quả tính toán tham số quan hệ của độ cứng và tuổi bền , Ra
(thép 45 chưa nhiệt luyện)
57 7.1 Giá trị nhiệt độ ứng với 6 vị trí đo khác nhau so với mặt phẳng mài
khi vận tốc thay đổi
164
58 7.2 Kết quả số liệu thí nghiệm nhiệt độ thu được với 6 đầu đo ở các v
trí khác nhau so với mặt phẳng mài khi chiều sâu cắt t (mm) thay
165
Trang 15đổi
59 7.3 Kết quả số liệu thí nghiệm nhiệt độ thu được với 6 đầu đo ở các v
trí khác nhau so với mặt phẳng mài khi lượng chạy dao dọc (m/ph) thay đổi
166
60 7.4 Kết quả tính toán hệ số mũ nói lên quan hệ của nhiệt độ và khoảng
cách của 6 đầu đo so với mặt phẳng cần mài
166
61 7.5 Kết quả tính toán hệ số mũ nói lên quan hệ của chế độ cắt và
nhiệt độ
167
Trang 16DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ
TT Hình
số
3 1.3 Sơ đồ các phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ 11
12 2.2 Đồ thị nguyên tắc hoà Al2O3 vào chất dính khi nung đá
14 2.4 Nguyên tắc sự phụ thuộc độ cứng đá theo thể tích lỗ xốp 50
16 2.6 Lưu đồ công nghệ sản xuất chế tạo đá mài cao tốc 58
17 3.1 Quan hệ giữa tải trọng và chiều sâu thâm nhập tương đối
của hạt mài
60
18 3.2 Mối liên hệ giữa Ra với lượng chạy dao dọc Sd 62
19 3.3 Mối liên hệ giữa Ra và vận tốc vòng của đá mài 62
20 3.4 Mối liên hệ Ra với:
a/ Vận tốc quay của chi tiết (m/ph) b/ Lượng ăn dao theo chiều sâu (mm)
62
21 3.5 Sự phụ thuộc chiều cao nhám bề mặt Ra vào kích thước 63
Trang 1723 3.7 Sự phụ thuộc của Ra vào hs bề mặt đá
1- Theo số liệu của Maslop khi mài tròn ngoài
2 – Khi mài cắt đứt
65
24 3.8 Kết quả thí nghiệm giữa vận tốc vòng của đá và Ra 69
25 3.9 Kết quả thí nghiệm quan hệ giữa vận tốc quay cuả chi tiết
30 4.3 Sơ đồ đặc điểm quan hệ của quá trình mài 78
34 4.7 Cách đặt các thông số điều chỉnh động cơ trên máy biến
Trang 1843 4.16 Sơ đồ thí nghiệm đo lực khi mài phẳng 110
44 4.17 Sơ đồ thí nghiệm đo lực khi mài tròn ngoài 111
45 4.18 Sơ đồ tổng thể thí nghiệm đo lực trên máy mài phẳng 112
46 4.19 Sơ đồ tổng thể thí nghiệm đo lực trên máy mài tròn ngoài 113
48 5.2 Chuyển vị, vận tốc, gia tốc của cùng một chuyển động 117
49 5.3 Phân biệt trạng thái ổn định và mất ổn định 118
52 5.6 Phân biệt dao động cưỡng bức và dao đông tự do 121
56 5.10 Bố trí cảm biến đo rung trên máy mài phẳng 124
57 5.11 Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo rung 125
58 5.12 Cấu tạo máy đo gia tốc áp điện kiểu nén 126
63 5.17 Các loại biên độ của tín hiệu điều hòa 133
64 5.18 Mối quan hệ giữa RMS và độ nhám với vận tốc đá Vđá 136
65 5.19 Mối quan hệ giữa RMS và độ nhám Ra với chiều sâu cắt t 136
66 5.20 Mối quan hệ giữa RMS và độ nhám Ra với lượng chạy
Trang 1969 6.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Tuổi bền,Ra và độ cứng
71 6.3 Đồ thị quan hệ Ra - tuổi bền - độ cứng đá của thép 45
chưa nhiệt luyện
74 6.6 Hình ảnh bề mặt đá mài cao tốc chế tạo tại nhà máy đá
mài Hải Dương khi chưa gia công
160
77 7.3 Nhiệt độ tại vùng cắt phụ thuộc vào vận tốc cắt 165
78 7.4 Nhiệt độ tại vùng cắt phụ thuộc vào chiều sâu cắt 165
79 7.5 Nhiệt độ tại vùng cắt phụ thuộc vào lượng chạy dao dọc 166
80 7.6 Nhiệt cắt tại vùng cắt phụ thuộc vào lượng chạy dao và
chiều sâu cắt
168
81 7.7 Nhiệt cắt tại vùng cắt phụ thuộc vào vận tốc và chiều sâu cắt 168
82 7.8 Ảnh hưởng của lượng chạy dao dọc đến nhiệt cắt tại vùng cắt 168
83 7.9 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến nhiệt cắt tại vùng cắt ở
các điểm của đầu đo
168
84 7.10 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt tại vùng cắt 169
85 7.11 Đồ thị nhiệt độ tại vùng cắt phụ thuộc toạ độ x, y 169
86 7.12 Sơ đồ ảnh kết nối máy tính và thiết bị đo 170
M Ở ĐẦU
1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trang 20Trong gia công cơ khí các nguyên công mài đóng một vai trò rất quan trọng vì hầu như đó là nguyên công lần cuối, quyết định đến chất lượng sản phẩm Đá mài được chế tạo từ hạt mài tự nhiên hay nhân tạo kết hợp với chất dính kết tạo ra hình dạng đá Đá mài được chế tạo thành công vào năm 1840, khi đó chất dính kết là cao su hoặc đất sét, vào năm 1870 chất dính kết thuỷ tinh ra đời ngày càng hoàn thiện chất lượng của đá mài Từ đó đến nay chất dính kết thuỷ tinh sử dụng trong
đá mài tiếp tục được nghiên cứu để nâng cao chất lượng của đá mài ngày càng tăng
Đá mài đóng vai trò quan trọng trong ngành Cơ khí đã hơn 150 năm, nó dường như có mặt trong tất cả các phân xưởng cơ khí, dùng để cắt thép, mài sắc dụng cụ cắt, làm sạch các bề mặt để chuẩn bị cho nguyên công tiếp theo.v.v… Cùng với sự phát triển của ngành chế tạo máy, những loại vật liệu có tính năng cơ học cao, khó gia công ngày càng được sử dụng rộng rãi, chất lượng khi gia công bằng mài cao, hầu như các sản phẩm yêu cầu chính xác cao phải qua nguyên công mài Tuy nhiên mài là một quá trình phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, những đòi hỏi
về độ chính xác cũng như chất lượng gia công ngày càng cao thì phạm vi sử dụng của đá mài ngày càng phổ biến hơn những dạng gia công nào khác Tỉ lệ máy mài trong tổng số máy cắt kim loại nói chung chiếm khoảng 30%, nhưng trong một số ngành chế tạo đặc biệt ví dụ như ngành chế tạo vòng bi thì máy mài chiếm tới 60% Hiện nay mài không những được sử dụng trong những nguyên công gia công tinh
mà còn được dùng ngày càng nhiều trong những nguyên công gia công thô Người
ta sử dụng phương pháp mài thô để gia công những chi tiết có trọng lượng lớn đến
125 tấn, lượng dư khoảng 6mm trên máy mài cỡ lớn có công suất đến 250kW Mỗi giờ có thể cắt tới 250-360kg kim loại Năng suất đạt được như vậy là nhờ tốc độ đá mài cao (60-80m/s) và tốc độ quay của chi tiết lớn Một trong những hướng phát triển quan trọng nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình mài và phổ biến rộng rãi công nghệ mài là nâng cao tốc độ mài Tốc độ mài được đề cập đến ở đây có sự khác biệt so với tốc độ cắt khi gia công bằng các dụng cụ chế tạo từ thép dụng cụ Trước đây, thông thường tốc độ mài trong hầu hết các nguyên công mài được xác định trong khoảng 20-40 m/s Trong thời gian gần đây, đã xuất hiện những khả
Trang 21năng mới trong việc tăng độ bền của đá mài từ đó tạo điều kiện tăng tốc độ mài (ví
dụ : tăng lên 1,5 đến 2 lần) sẽ dẫn đến sự thay đổi các thông số khác của quá trình mài, từ đó sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình mài
Để giải quyết được hàng loạt các vấn đề nêu trên, cần phân tích đầy đủ và toàn diện bản chất của quá trình mài nhằm phát hiện những quy luật công nghệ và tính quy luật khi thực hiện mài ở tốc độ cao, từ đó nghiên cứu chế tạo ra máy mài cũng như hạt mài, chất dính kết phù hợp với quá trình gia công mài cao tốc
Nhờ tăng tốc độ cắt khi mài mà nâng cao hiệu quả gia công chi tiết máy Giải quyết được tổ hợp vấn đề này đòi hỏi phân tích sâu và rộng bản chất của quá trình mài, nghiên cứu những quy luật công nghệ khi mài tốc độ cao, từ đó có thể nghiên cứu chế tạo ra các máy mài mới, hạt mài và chất dính kết để gia công tương xứng với mài tốc độ cao
Trong những năm gần đây, ở một số nhà máy đã nâng cao tốc độ cắt lên đến 120m/ph và tiếp tục phấn đấu để đưa tốc độ mài lên cao hơn nữa (khoảng 300m/s) Khi gia công tinh bằng phương pháp mài độ bóng có thể đạt Ra = (1,25-0,63) μm và tốt hơn, độ chính xác kích thước cao (0,002-0,003)mm So với dạng gia công khác mài có một số đặc điểm sau :
• Tốc độ cắt khi mài lớn, tiết diện phoi cắt bé
• Đá mài là dụng cụ cắt nhiều lưỡi cắt gồm các hạt mài liên kết với nhau bằng chất kết dính Khi cắt một số lượng lớn các hạt mài có hình dạng, vị trí hoàn toàn khác nhau cùng đồng thời tham gia cắt Các góc cắt khi mài không hợp
Trang 22• Do không thể thay đổi được vị trí, hình dáng hình học của các hạt mài trong
đá mài nên việc điều khiển quá trình mài rất khó khăn
• Trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc một phần
Một số các tác giả trong và ngoài nước [5], [16], [35], [49] [56]…đã phân tích các chỉ tiêu đánh giá đặc tính cắt của đá mài, chúng ta thấy mỗi chỉ tiêu các tác giả đưa ra có những mặt mạnh mặt yếu và phạm vi ứng dụng khác nhau Chẳng hạn một số chỉ tiêu chỉ đánh giá dựa trên cơ sở năng suất bóc kim loại, khối lượng kim loại bóc trên một đơn vị khối lượng hạt mài hao phí mà không quan tâm đến lực cắt, một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm mài Một số tác giả nước ngoài khác nghiên cứu sâu về nhiệt, ứng suất dư, năng suất bóc kim loại, tuổi bền của đá [52], [54], [55], [56]….với các loại vật liệu khác nhau, tính cắt phụ thuộc vào cường độ mòn của lưỡi cắt, độ bền cơ học và độ bền nhiệt của đá mài
Việc nghiên cứu đặc tính cắt của đá mài, đặc biệt là đá mài cao tốc có ý nghĩa to lớn đối với việc xác định chế độ cắt tối ưu Khả năng cắt của đá mài phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như : chế độ mài, tính dễ gia công của vật liệu, dung dịch trơn nguội….nên việc nghiên cứu đặc tính cắt của đá phải được thực hiện với loại đá mài
và vật liệu gia công xác định
Ở Việt Nam Công ty đá mài Hải Dương từ năm 1966 đến năm 1998 mới chỉ sản xuất đá mài có tốc độ cắt lớn nhất là 30m/s Từ năm 1998 do nhu cầu của thị trường Công ty đã nghiên cứu đá mài với vận tốc cắt lớn nhất là 35 m/s Hiện nay các nhà máy trong nước sử dụng loại đá 35 m/s; 40m/s; 45m/s đều phải nhập ngoại rất tốn ngoại tệ Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo đá mài cao tốc là một việc rất cần thiết Cùng với sự kết hợp giữa nhà sản xuất, nhà khoa học, nhà nước đã tạo cơ chế chính sách thông thoáng cho nhà sản xuất dưới sự giúp đỡ của các nhà khoa học nghiên cứu chế tạo ra các sản phẩm đá mài có chất lượng cao phục vụ cho thị trường trong nước và ngoài nước Để đáp ứng yêu cầu trên, đề tài nghiên cứu được lựa chọn có nội dung : “Nghiên cứu tính chất cắt của đá mài cao tốc chất dính kết ceramic, sản xuất tại nhà máy đá mài Hải Dương” Tại nhà máy đá mài Hải Dương
đã chế tạo thành công nhiều loại đá mài, đặc biệt là đá mài cao tốc (V = 50-60 m/s)
Trang 23Song chất lượng cắt của đá mài chưa được đánh giá đầy đủ và khoa học, vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của đặc tính cắt của đá mài cao tốc sản xuất tại Việt nam là một yêu cầu cấp thiết, giúp cho nhà sản xuất và người sử dụng đảm bảo được chất lượng của sản phẩm mài
2 M ỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt, độ cứng, độ hạt của đá đến lực cắt, nhiệt cắt, rung động của bàn gá phôi, tuổi bền của đá mài trong quá trình mài ở tốc độ cao
2.2 Xây dựng công thức thực nghiệm, đưa ra lời khuyến cáo đối với người tiêu dùng, khi sử dụng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam, (nhà máy đá mài Hải Dương) gồm các nội dung chính sau :
• Đánh giá rung động trong quá trình mài
• Xây dựng công thức thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài tròn ngoài bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam (nhà máy đá mài Hải Dương)
• Xây dựng công thức thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt khi mài tròn ngoài và mài phẳng bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam
• Nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng và độ hạt đến tuổi bền của đá mài khi mài bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt nam
• Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt (Vda, Sd, t) đến rung động của bàn gá phôi khi mài phẳng và ảnh hưởng của nó đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi mài bằng đá mài tốc độ cao chế tạo tại Việt nam
• Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt khi mài tròn và mài phẳng bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt nam
• Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhiệt cắt khi mài phẳng bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt nam
Trang 243 PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
3.1 Áp dụng lý thuyết độ tin cậy, lý thuyết xác xuất thống kê, lý thuyết quy hoạch thực nghiệm và phương pháp thực nghiệm để thực hiện các nội dung nghiên cứu
3.2 Đánh giá chất lượng của đá mài cao tốc thông qua thực nghiệm tại các nhà máy, công ty, trung tâm Cơ khí đang sử dụng đá mài nhập ngoại
3.3 Xây dựng công thức thực nghiệm để thấy mối quan hệ giữa chế độ cắt (Vda,Vct,s,t), độ cứng độ hạt, … đến lực cắt, tuổi bền, nhiệt cắt sinh ra trong quá trình mài cho vật liệu thép 45 chưa nhiệt luyện và thép 45 đã nhiệt luyện
3.4 Thiết bị phục vụ cho nghiên cứu bao gồm : máy biến tần Hitachi L200; cảm biến M353B33 của Đức; máy đo độ nhám bề mặt của SJ201 –P/M của hãng Mitutoyo, máy mài tròn 3Б153, máy mài phẳng 3Г171,bộ khuyếch đại và chuẩn hóa tín hiệu; đầu đo lực Kobuta, máy đo độ cứng, cặp nhiệt ngẫu K của Hàn Quốc, vật liệu thép 35X, thép 45 chưa nhiệt luyện, thép 45 đã nhiệt luyện được xác định thành phần mẫu tại Viện Công nghệ (42 Vũ Ngọc Phan)…
4 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
4.1 Đề tài đã nghiên cứu phương pháp xác định mối quan hệ giữa chế độ mài (Vda, Vct, s,t) đến lực cắt, nhiệt cắt, tuổi bền, tần số rung động của đá mài cao tốc chế tạo tại Việt nam trong trường hợp mài tròn và mài phẳng
4.2 Xây dựng công thức thực nghiệm giữa cặp đá mài cao tốc và thép 45 (loại thép được sử dụng rộng rãi trên thị trường) về lực cắt, nhiệt cắt, độ cứng, độ hạt, tuổi bền, rung động, chất lượng bề mặt chi tiết gia công … từ đó đưa ra khuyến cáo đối với người tiêu dùng
4.3 Đánh giá tuổi bền của đá khi mài thông qua lượng mài mòn
4.4 Đề tài góp phần phát triển việc ứng dụng lý thuyết vào thực tế chế tạo đá mài cao tốc tại Việt Nam
5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Trang 255.1 Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính cắt của đá mài cao tốc sản xuất tại Việt Nam là cơ sở để khẳng định chất lượng của đá mài sản suất ở Việt Nam Do đó
có thể sử dụng nó thay thế cho đá mài nhập ngoại (đá cùng loại)
5.2 Trong quá trình mài, yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất, hiệu quả,
độ chính xác gia công là đá mài và chế độ mài Luận án đã quan tâm đến đá mài (độ cứng, độ hạt của đá) và đặc biệt là chế độ mài (vận tốc đá, vận tốc chi tiết, lượng chạy dao dọc và lượng chạy dao ngang, chiều sâu mài) Do đó những kết quả của đề tài có thể giúp thực tế sản xuất sử dụng hợp lý đá mài cao tốc sản xuất tại Việt nam
5.3 Luận án đã đưa ra một số chế độ cắt trong trường hợp mài tròn và mài phẳng bằng đá mài cao tốc, khuyến nghị người sử dụng chế độ cắt này khi dùng cặp đá mài cao tốc do Việt Nam chế tạo và thép 45 nếu muốn chất lượng của bề mặt chi tiết gia công đạt độ nhám theo yêu cầu
6 N ỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
Luận án gồm 201 trang, 61bảng, 88 hình vẽ
Phụ lục gồm : nội dung lí lịch của máy, tín hiệu rung động, kết quả số liệu khi lực cắt, nhiệt cắt trong quá trình tròn và mài phẳng bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt nam (nhà máy đá mài Hải Dương)
Nội dung chính cuả luận án bao gồm :
Mở đầu
Chương I : Tổng quan về mài
Chương II :Cơ sở kỹ thuật của quá trình sản xuất đá mài
Chương III : Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài tròn bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam
Chương IV : Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt khi mài tròn và mài phẳng bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam
Trang 26Chương V: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến rung động trong quá trình mài phẳng và quan hệ giữa rung động và chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi mài bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam
Chương VI : Nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng và độ hạt đến tuổi bền của đá khi mài phẳng bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam
Chương VII : Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhiệt cắt khi mài bằng đá mài cao tốc chế tạo tại Việt Nam
Kết luận chung
Tài liệu tham khảo
Trang 27CHƯƠNG I
T ỔNG QUAN VỀ MÀI 1.1 B ản chất của quá trình mài
Mài là quá trình cắt gọt được thực hiện đồng thời bởi nhiều hạt mài có các lưỡi cắt khác nhau được phân bố ngẫu nhiên trên bề mặt đá mài Do hạt mài có hình dáng hình học rất đa dạng, khó có thể xác định những quan hệ về kích thước, thông
số hình học như ở các dụng cụ cắt có lưỡi Song đa số hạt mài có góc trước âm do
vậy vật liệu gia công chủ yếu biến dạng lớn hơn khi mài
Nghiên cứu riêng rẽ một quá trình cắt của hạt mài ta có thể nhận thấy nó tương
tự như quá trình cắt bằng dao tiện với góc trước âm (γ < 0) Vậy có thể dựa vào mô hình cắt khi tiện hoặc phay để xây dựng mô hình cắt khi mài Do góc trước âm (γ < 0), nên vật liệu chịu biến dạng lớn khi cắt Trong mặt phẳng trượt ngang tồn tại lực
ma sát lớn Giữa chi tiết và đá lực ma sát cũng tăng lên đáng kể
Hình 1.1: Sơ đồ xác định góc trước của hạt mài [5]
Gọi: ρ - Bán kính cong của đỉnh hạt mài tại điểm x
ax - Độ dày lớp phoi hớt đi tại điểm x
γx - Góc trước tại điểm x
Trang 28• ax = 0 thì γx = 900 lúc đó quá trình cắt không xảy ra mà chỉ có hiện tượng biến dạng bề mặt
• ax = ρ thì γx = 0 lúc đó xảy ra sự trượt trơn giữa bề mặt đá và bề mặt chi tiết[5]
Một hạt mài tham gia quá trình cắt không liên tục, nhưng do vận tốc cắt lớn, thời gian mà mỗi hạt mài tác động lên bề mặt chi tiết rất nhỏ (từ 0,0001 ÷ 0,00005 giây), số lượng hạt mài rất lớn, nên quá trình tạo phoi có thể coi như xảy ra liên tục
1.2 Đặc điểm của quá trình mài
1 Khi mài, phoi cắt khác nhau về hình dáng và kích thước, do hạt mài phân bố ngẫu nhiên trên bề mặt đá với chiều cao khác nhau, khoảng cách giữa các hạt khác nhau, mỗi hạt có kích thước và hình dáng cũng khác nhau Các hạt mài làm việc ở tốc độ cao và cắt một số rất lớn phoi mỏng (tới 100 triệu phoi trong một phút) Lớp phoi cắt do từng hạt mài riêng lẻ bóc ra rất nhỏ (khoảng vài đến vài chục μm) Gọi bán kính cong của mũi hạt mài là ρ, chiều dày của lớp kim loại hớt đi là a Quá trình trình tách phoi của hạt mài có thể chia ra ba giai đoạn sau:
Hình 1.2: Quá trình tách phoi của hạt mài [5]
- Ở giai đoạn đầu (hình 1-2.a) mũi hạt mài bắt đầu va đập vào bề mặt gia công Lực này phụ thuộc vào tốc độ mài và trị số lượng chạy dao (lượng tiến dọc hoặc ngang của đá vào vật gia công) Nếu bán kính cong ρ của hạt rất nhỏ thì độ bền động học của nó cũng rất nhỏ [5], khi va đập và tiếp xúc với vật mài hạt mài sẽ bị phá huỷ không thể cắt gọt được Nếu mũi của hạt mài có bán kính cong ρ hợp lý thì cắt gọt được thuận lợi Trường hợp bán kính cong của hạt mài lớn hơn chiều dày a
Trang 29rất nhiều, hạt mài sẽ trượt trên bề mặt vật mài, làm cho áp lực tăng dần Ở thời điểm này vật mài bị nung nóng và giữ lượng nhiệt lớn (hạt mài bị cùn mòn).[7], [66]
- Tiếp theo ở giai đoạn hai, do áp lực mài tăng lên, nhiệt ở lớp bề mặt mài tăng lên làm cho biến dạng dẻo của kim loại tăng dần, lúc này bắt đầu xảy ra quá trình cắt phoi (hình 1-2.b)
- Khi chiều sâu cắt của lớp kim loại đạt trị số a nào đó với điều kiện a ≥ ρ thì xảy ra việc tách phoi (hình 1-2.c) [7,55]
Vì vậy, quá trình làm việc của hạt mài với chi tiết có thể chia ra thành những giai đoạn chủ yếu: trượt, nén, tách phoi Cung tiếp xúc giữa hạt mài và chi tiết luôn thay đổi, còn các cạnh của mép cắt phân bố sắp xếp theo các hướng khác nhau Bán kính cong của mỗi hạt cũng không giống nhau mà luôn luôn thay đổi trong quá trình mài Những hạt mài có bán kính ρ lớn không thể cắt được những lớp kim loại mỏng,
vì vậy trong trường hợp này, hạt mài không cắt gọt được, mà xảy ra hiện tượng
“nạo” ở bề mặt kim loại, làm cho áp lực mài tăng lên, nhiệt phát sinh lớn
2 Các hạt mài có chiều cao nhô ra khỏi chất dính kết không đều nhau, do đó, lực tác động lên chúng cũng khác nhau Nhiều hạt mài không tham gia vào quá trình cắt (chỉ khoảng 10% số hạt tham gia cắt thực sự), do chúng đi theo quỹ đạo trùng với quỹ đạo của các hạt trước nó
3 Sau một thời gian làm việc, nhiều hạt mài bị mòn, tải trọng tác động lên chúng vượt quá giới hạn cho phép, do đó, chúng sẽ bị sứt, vỡ mảnh, hoặc tróc hẳn
ra khỏi chất dính kết tạo thành các lưỡi cắt mới Hiện tượng này gọi là hiện tượng tự mài sắc Như vậy, khác hẳn với các phương pháp gia công bằng cắt gọt khác, dụng
cụ mài có khả năng tự mài sắc ngay trong quá trình gia công
4 Trong quá trình gia công dưới tác động của nhiệt cắt, vật liệu trong vùng gia công có xu hướng mềm hóa Mặt khác, các hạt mài có độ cứng và độ chịu nhiệt rất cao, nên mài có khả năng gia công các vật liệu rất cứng (kể cả hợp kim cứng)
5 Nhiệt cắt khi mài rất lớn, lượng nhiệt này không kịp thoát ra môi trường hoàn toàn, do đó sẽ làm nóng toàn bộ lớp kim loại bề mặt vật mài và có thể gây ra các biến dạng nhiệt, các thay đổi cơ lý tính, các vết cháy, vết nứt tế vi v…v…
Trang 306 Hầu hết phoi tạo ra khi mài sẽ được dung dịch trơn nguội và lực ly tâm đẩy
ra khỏi vùng gia công Tuy nhiên, khi gia công các vật liệu mềm, phoi không thoát hết sẽ chèn đẩy các khe hở giữa các hạt mài, làm cho lưỡi cắt thực và các thông số hình học cơ bản của các hạt mài bị thay đổi, khả năng cắt giảm nhanh
1.3 Các phương pháp và công nghệ mài
Mài phẳng thông thường đạt độ chính xác cấp 7, Ra = 0,8÷1,6 μm, nếu chuẩn
bị công nghệ tốt có thể đạt độ chính xác cấp 6, Ra = 0,4 μm
Mài phẳng bằng đá mài hình trụ thực hiện trên máy mài phẳng có bàn máy chuyển động tịnh tiến khứ hồi thực hiện tiến dao dọc Sdọc, đầu mang dao thực hiện chuyển động tịnh tiến dao ngang Sngang để mài hết chiều rộng chi tiết và tiến dao dọc
Sdọc sau một lượt mài để mài hết lượng dư gia công (hình 1-3.a) hoặc thực hiện trên máy có bàn máy quay tròn quanh tâm của nó còn đầu đá thực hiện chuyển động tiến dao ngang Sngang và chuyển động tiến dao dọc Sdọc sau mỗi lượt mài (hình 1-3.b) [66]
Trang 31Hình 1.3: Sơ đồ các phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ
Phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ có ưu điểm dễ thoát phoi, dễ thoát nhiệt do dễ đưa dung dịch trơn nguội vào vùng cắt, do đó đảm bảo độ chính xác cao
Tuy nhiên do diện tích tiếp xúc giữa đá và chi tiết nhỏ nên năng suất thấp Để khắc phục nhược điểm này người ta có thể sử dụng đá có bề rộng lớn hơn bề rộng chi tiết Trong trường hợp này đầu đá chỉ thực hiện tiến dao dọc Sdọc sau mỗi hành trình kép của bàn máy, tuy nhiên máy phải đảm bảo độ cứng vững và phải sửa đá cẩn thận để tránh đầu đá bị côn hoặc đường sinh đá không thẳng dễ gây ra sai số in
dập trên bề mặt chi tiết gia công
Có thể dùng chu vi của đá hoặc mặt đầu của đá (hình 1.4) Đá mài có chuyển động quay tròn và sau mỗi hành trình của bàn máy có chuyển động chạy dao để cắt hết lượng dư Chi tiết kẹp trên bàn máy có chuyển động tịnh tiến quay theo bàn máy (chuyển động chạy dao)
d¸
V
Hình 1-4: Sơ đồ mài phẳng bằng đá mài mặt đầu
1.3.2 Mài tròn ngoài
Mài tròn ngoài thường dùng để gia công các mặt trụ ngoài Chi tiết và đá mài
có các chuyển động tương đối sau:
- Chi tiết quay tròn và đồng thời chuyển động tịnh tiến khứ hồi dọc trục (chạy dao dọc); đá quay tròn và sau mỗi hành trình lại đi sâu vào chi tiết một lượng t (chạy dao ngang) Tập hợp các chuyển động như vậy cho chất lượng gia công cao, nhưng máy phải có kích thước lớn
- Chi tiết quay tròn, đá mài vừa quay tròn vừa thực hiên hai chuyển động chạy dao ngang dọc
Trang 32Mài tròn ngoài có tâm có tính vạn năng cao Khi mài có thể gá chi tiết trên hai mũi tâm hoặc một đầu trên mâm cặp, một đầu trên mũi tâm Nên dùng hai mũi tâm làm chuẩn tinh thống nhất để lượng dư đều và đảm bảo đồng tâm giữa các bậc trục Sau khi nhiệt luyện cần nắn thẳng và sửa lại lỗ tâm trước khi mài [66], [17]
Thông thường nên sử dụng phương pháp mài tròn ngoài có tâm tiến dao dọc (hình 1.5.a) với sngang = 0,005 ÷ 0,02 mm/1 hành trình kép để lực hướng kính bé, chi tiết ít biến dạng, nâng cao độ chính xác gia công Để nâng cao năng suất bóc phoi ta sửa đá vát góc 20 ÷ 30 (hình 1-5.b) Khi mài tinh ở những hành trình cuối không thực hiện tiến dao ngang mà chỉ thực hiện tiến dao dọc cho tới khi mài hết hoa lửa
2°÷3°
b)a)
Hình 1.5: Sơ đồ các phương pháp mài tròn ngoài
Khi chi tiết ngắn, đường kính lớn, độ cứng vững cao người ta dùng phương pháp tiến
đá hướng kính (Sdọc = 0, Sngang ≠ 0) để tăng năng suất (hình 1.5.c) Với phương pháp này
có thể mài định hình bằng cách sửa đá có hình dạng là âm bản của chi tiết cần gia công
Trang 33Người ta có thể tiến hành gia công đồng thời mặt trụ và mặt đầu bằng phương pháp tiến đá theo phương tạo với trục nằm ngang một góc 450 (hình 1.5.d) Phương pháp này cho năng suất cao nhưng độ chính xác không cao vì tốc độ cắt của các điểm trên đá khác nhau dẫn tới đá mòn không đều
Hình 1.6: Sơ đồ phương pháp mài tròn trong
Trong trường hợp chi tiết nặng, đá mài có thể chuyển động hành tinh, vừa quay tròn quanh trục của đá để cắt, vừa quay chậm xung quanh trục của chi tiết Lượng chạy dao dọc có thể do đá mài hoặc chi tiết đảm nhiệm.[56]
1.3.4 Mài dây
Mài dây (hình 1.7) ngày càng được sử dụng rộng rãi trong chế tạo máy nhờ các ưu điểm: không phải cân bằng hoặc sửa dây, dễ thay dây, có thể thay đổi đặc tính của quá trình mài bằng cách thay đổi cặp con lăn tiếp xúc Chất dính kết để làm dây mài có hệ số ma sát với kim loại bé, do đó giảm được lực cắt, nhiệt cắt, công suất, nâng cao chất lượng và giảm giá thành gia công
Trang 34Hình 1.7: Sơ đồ phương pháp mài dây
Để nâng cao độ bóng bề mặt, trên một số máy mài dây người ta còn tạo thêm chuyển động dao động phụ cho dây mài
1.3.5 Mài vô tâm
Khi mài vô tâm (hình 1.8) chi tiết được đặt tự do trên một thanh đỡ giữa hai viên đá mài Một trong hai viên đá đó giữ nhiệm vụ cắt, viên kia là đá dẫn (làm quay và chuyển động chi tiết dọc trục) Mài vô tâm là phương pháp cho hiệu quả kinh tế cao, vì giảm bớt được thời gian kẹp chặt và định tâm chi tiết, yêu cầu tay nghề của công nhân không cao và ít phế phẩm Ngoài ra quá trình mài vô tâm dễ tự động hoá.[66]
Khi mài vô tâm có hai phương pháp chạy dao: chạy dao dọc và chạy dao ngang Phương pháp chạy dao dọc dùng để mài các chi tiết không có bậc, còn chi tiết có bậc hoặc có chiều dài bằng hoặc gần bằng chiều rộng của đá mài được mài theo phương pháp chạy dao ngang
Trang 35Hình 1.8: Sơ đồ các phương pháp mài vô tâm
Trong quá trình mài, sự dịch chuyển của chi tiết song song với trục của chính
nó (chuyển động chạy dao), được thực hiện nhờ đặt nghiêng bánh dẫn một góc α trong mặt phẳng đứng (α = 1,50 ÷ 60)
Hình 1.8.b là sơ đồ của phương pháp mài vô tâm trong Bánh dẫn 1 làm quay chi tiết 2 với tốc độ vu (vu rất bé so với v của đá) Con lăn 4 quay theo chi tiết 2, tỳ chặt chi tiết vào con lăn 5 Cuối hành trình làm việc cần 6 sẽ đẩy chi tiết ra khỏi vị trí làm việc
1.3.6 Mài khôn
Mài khôn là một trong những phương pháp gia công tinh lỗ bằng mài Đầu khôn gồm một thân có gắn một số thanh mài có độ hạt bé Khi làm việc, đầu khôn quay tròn với tốc độ v và đồng thời có chuyển động tịnh tiến dọc trục của lỗ với tốc
Trang 36độ thấp vo (khi mài thép và gang v = 15 ÷ 75 m/ph và vo = 12 ÷ 20 m/ph), khi mài thép đã tôi v = 18 ÷ 28 m/ph và vo = 5 ÷ 10 m/ph Mài khôn đạt độ chính xác và độ bóng cao.[54]
Thanh mµi Chi tiÕt
Hình 1.9: Sơ đồ phương pháp mài khôn
Trước đây người ta cho rằng cũng như doa, mài khôn không sửa được phương
và độ cong của đường tâm do các nguyên công trước để lại Nhưng hiện nay mài khôn bằng thanh mài kim cương cho phép đạt độ chính xác cấp 1 và 2, độ bóng Ra
= (0,4 ÷ 0,1)μm và cho phép sửa được phần lớn sai số hình học
Lượng dư để mài khôn tuỳ thuộc vào nguyên công trước đó và dao động trong khoảng từ 0,01 (sau khi mài) đến 0,08 (sau khi tiện tinh) Khi mài khôn thường dùng dung dịch trơn nguội là emunxi pha dầu thảo mộc (30%)
1.3.7 Mài siêu tinh
Mài siêu tinh là một dạng mài tương tự như mài khôn nhưng thường được dùng chủ yếu để gia công bề mặt ngoài
Thanh mµi
Chi tiÕt
Hình 1.10: Sơ đồ phương pháp mài siêu tinh
Trang 37Khi mài siêu tinh chi tiết có chuyển động quay tròn, thanh mài dưới áp suất bé
(1,5 ÷ 2,5 kG/cm2) di chuyển dọc trục với lượng chạy dao khoảng 0,003m/s, đồng
thời được dao động với tần số (25 ÷ 50 htk/s), biên độ dao động vào khoảng 3 ÷ 5
mm
Độ nhám bề mặt sau khi mài siêu tinh rất cao, chiều cao độ nhám sau khi mài
siêu tinh đạt đến 0,1 μm hoặc nhỏ hơn.[66]
Ngoài những phương pháp mài dùng hạt mài liên kết ở dạng đá mài hoặc
thanh mài còn có những phương pháp mài dùng hạt mài ở dạng tự do như mài
nghiền, mài bóng
1.4 Đánh giá hiệu quả của quá trình mài
Để đánh giá hiệu quả của quá trình mài và chất lượng của dụng cụ mài người
ta sử dụng các chỉ tiêu khác nhau sau:
+ Năng suất riêng của quá trình gia công:
q =
Qd
Q vl
(1-3) + Năng suất của quá trình gia công, được đặc trưng bởi thể tích vật liệu bóc
được trong một đơn vị thời gian Qvl (mm3/phút)
+ Lượng mòn của đá được xác định bởi thể tích đá tiêu hao trong một đơn vị
thời gian Qđ (mm3/phút)
Khi xác định lượng tiêu hao định mức của dụng cụ bằng kim cương hay
nitơritbo người ta sử dụng lượng tiêu hao riêng hạt mài, nó là lượng hạt mài cần
thiết để bóc một đơn vị khối lượng vật liệu nghĩa là về trị số thì lượng tiêu hao
Gz: khối lượng hạt mài hao phí (mg)
Năng suất riêng và lượng hao phí hạt mài riêng là những chỉ tiêu quan trọng để
đánh giá hiệu quả của quá trình mài, mặc dù nó không phản ánh hoàn toàn các điều
Trang 38kiện gia công, kèm theo nó thường người ta còn sử dụng các chỉ tiêu như tuổi bền của đá, độ nhám bề mặt gia công cũng như các chỉ tiêu: lực, công suất cắt, nhiệt độ tại vùng mài
Trong những trường hợp riêng biệt, hiệu quả của quá trình mài tròn có thể được đánh giá bởi khả năng của bề mặt lưỡi cắt tiến vào vật liệu gia công dưới tác dụng của lực pháp tuyến Py Khi đó, đại lượng đặc trưng cho khả năng làm việc của dụng cụ mài :
λm=
y
vl dP
1 5.1.1 Hạt mài
A Vật liệu hạt mài
Vật liệu hạt mài thường có hai loại: thiên nhiên và nhân tạo Loại thiên nhiên hiện nay thường rất ít dùng [50]
a Vật liệu mài thiên nhiên:
Vật liệu mài thiên nhiên thường gặp là kim cương, ôxyt nhôm, cacborun, thạch anh, đá lửa
- Kim cương: là than nguyên chất có khối lượng riêng 3 ÷ 3,5 g/cm3, có độ cứng cao nhất so với mọi loại vật liệu khác Trong thiên nhiên thường gặp kim cương ở dạng tinh thể có trọng lượng từ 0,005 đến vài chục cara (1cara = 0,02 mg) + Sức bền của kim cương không cao Nếu quy ước giới hạn bền uốn của hợp kim BK8 là 1, thì giới hạn bền uốn của P18 là 2,25, của Al2O3 là 0,35, còn của kim cương là 0,21
Trang 39+ Độ dẫn nhiệt của kim cương gấp 2 lần P18, gấp 5 lần BK8 và khoảng 35 lần
so với Al2O3 Nhờ có độ dãn dài rất bé và độ cứng cao nên dụng cụ có lưỡi cắt bằng kim cương đảm bảo đạt được độ chính xác gia công cao
- Ôxyt nhôm: có thành phần chủ yếu là Al2O3 ở dạng tinh thể Nhờ độ cứng cao (chỉ thua kim cương và cacbít bo) và độ dẻo cao nên ôxyt nhôm được xem là một trong những vật liệu hạt mài tốt nhất Ôxyt nhôm thiên nhiên có màu từ hồng đến xám Khối lượng riêng tuỳ thuộc vào lượng tạp chất trong khoảng từ 3,93 ÷ 4 g/cm3 Ôxyt nhôm thiên nhiên thường được dùng ở dạng bột mịn và bột nhão trong các nguyên công mài bóng
- Cacborun: là một dạng của ôxyt nhôm nhưng hàm lượng của ôxyt nhôm thấp (khoảng 60%) nên độ cứng thấp, trọng lượng riêng 3,5 g/cm3
- Thạch anh: có thành phần chủ yếu là ôxyt silíc Độ cứng của thạch anh theo
thang Mohs là 7 Độ cứng Mohs được đo theo tỷ lệ của nhà khoáng học Fredrich Mohs người Đức tìm ra vào năm 1812 Theo tỷ lệ này, loại đá mềm và cực mềm được đề ở cấp 1và 2 còn đá kim cương và corundun sẽ có độ cứng cấp 9 và 10
- Đá lửa: là một dạng của thạch anh, có hơn 90% SiO2 có độ cứng tương tự như thạch anh, nhưng có lưỡi cắt sắc hơn.Cacborun, thạch anh, đá lửa chủ yếu được dùng để chế tạo thanh mài hoặc giấy ráp dùng trong công nghiệp gỗ, da …
b Vật liệu mài nhân tạo:
Vật liệu mài nhân tạo thường gặp là: kim cương nhân tạo, ôxyt nhôm điện, cacbit silic, cacbit bo, cacbit bo – silic, nitrit bo lập phương …[76]
- Kim cương nhân tạo: được tổng hợp từ graphit dưới áp suất 100.000 atm và
nhiệt độ 2.500 ÷ 2.7000C Thành phần hoá học của kim cương nhân tạo gần giống với kim cương thiên nhiên (99,7% cacbon và 0,3% tạp chất) Phần lớn các tinh thể tổng hợp được có kích thước đến vài μm, trọng lượng vào khoảng từ 0,01 ÷ 0,1 cara Nhờ một chất xúc tác mới tìm ra gần đây người ta đã tổng hơp được kim cương dưới áp suất và nhiệt độ thấp hơn (từ 12600 atm và 1200 ÷ 14000C)
+ Hình dáng và màu sắc của các tinh thể kim cương phụ thuộc vào nhiệt độ
Độ bền của kim cương nhân tạo gấp 1,2 ÷ 2 lần so với kim cương thiên nhiên
Trang 40- Nitrit bo lập phương (CBN): có độ cứng gần bằng độ cứng của kim cương
nhưng độ bền nhiệt cao gấp đôi Nitrit bo lập phương là liên kết hoá học của bo (44%) với nitơ (56%) ở dạng mạng tinh thể gần như kim cương Liên bang Nga đã thí nghiệm thành công năm 1950 và đưa vào sản xuất năm 1964
Cần chú ý phân biệt giữa nitrit bo và nitrit bo lập phương Nitrit bo đã được biết từ lâu, là một loại vật liệu mềm, có cấu tạo mạng gần như graphit, trọng lượng riêng 2,2 G/cm3, graphit là một loại vật liệu dẫn điện rất tốt ở nhiệt độ cao Graphit có màu đen còn nitrit bo màu trắng Khi tổng hợp ở áp suất (70000 atm)
và nhiệt độ cao (17000C) người ta thu được tinh thể nitrit bo lập phương có các thông số mạng gần như kim cương Ngoài việc dùng làm hạt mài, nitrit bo lập phương còn được dùng làm dụng cụ cắt có lưỡi để gia công các loại thép tôi Do không có sự tương tự hoá học với sắt, nitrit bo lập phương được dùng để thay kim cương trong việc gia công các loại thép có sức bền cao và các loại hợp kim có nền
là thép Đá mài nitrit bo lập phương đắt hơn đá mài ôxyt nhôm nhiều nhưng cho hiệu quả kinh tế cao hơn
- Ôxyt nhôm điện: là ôxyt nhôm thu được trong lò điện từ quặng boxit
Thường gặp mấy loại sau:
+ Ôxyt nhôm điện thường: được dùng phổ biến nhất, có màu thay đổi từ da
cam đến hồng Lượng Al2O3 có trong ôxyt nhôm điện thường vào khoảng 92 ÷ 95% Ôxyt nhôm điện thường được dùng để mài thô, mài bán tinh và mài tinh các loại vật liệu có sức bền cao như thép, gang rèn … hoặc mài sắc các dụng cụ bằng thép cacbon dụng cụ
+ Ôxyt nh ôm điện trắng: có hàm lượng Al2O3 cao hơn (98 ÷ 99%) nên tính cắt tốt hơn Khi mài nhiệt độ mài thấp hơn vì khả năng tự mài sắc tốt hơn
+ Ôxyt nhôm đơn tinh thể: dạng hạt của ôxyt nhôm đơn tinh thể khác với
dạng hạt của ôxyt nhôm nói chung ở chỗ sau khi bị nghiền nát các hạt đều có một dạng hình học với kích thước từ (1 ÷ 50).10-3 mm Ôxyt nhôm đơn tinh thể có sức bền và tính cắt cao Hàm lượng Al2O3 trong ôxyt nhôm đơn tinh thể từ 97 ÷ 99%