Mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối các bề mặt quan trọng. Các bề mặt cho nguyên công mài có lượng dư rất nhỏ. Vì vậy, mài ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công cũng như độ chính xác của chi tiết gia công. Với các phương pháp gia công cơ như tiện, phay, bào, khoan… thì nhiệt cắt được truyền chủ yếu vào dụng cụ cắt và dung dịch trơn nguội, nhưng đối với phương pháp mài thì nhiệt cắt lại chủ yếu truyền vào chi tiết gia công. Do vậy, nhiệt độ vùng cắt khi mài ảnh hưởng rất lớn đến các thông số công nghệ cũng như các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Nhiệt độ khi mài ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt gia công, làm thay đổi cấu trúc lớp bề mặt, làm giảm độ cứng bề mặt do lớp bề mặt bị tôi lại, gây cháy nứt, biến dạng, ứng suất dư kéo... Đặc biệt, khác với các phương pháp gia công khác, nhiệt cắt khi mài rất cao.
Lời nói đầu Trong gia cơng khí, mài phương pháp gia cơng có khả đạt độ xác, độ nhám bề mặt cao có khả gia cơng loại vật liệu có độ bền, chịu nhiệt độ cứng cao Vì vậy, mài sử dụng phổ biến ngành chế tạo máy Mài thường chọn nguyên công gia công tinh lần cuối bề mặt quan trọng Các bề mặt cho ngun cơng mài có lượng dư nhỏ Vì vậy, mài ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng độ xác chi tiết gia công Với phương pháp gia cơng tiện, phay, bào, khoan… nhiệt cắt truyền chủ yếu vào dụng cụ cắt dung dịch trơn nguội, phương pháp mài nhiệt cắt lại chủ yếu truyền vào chi tiết gia công Do vậy, nhiệt độ vùng cắt mài ảnh hưởng lớn đến thông số công nghệ tiêu kinh tế - kỹ thuật Nhiệt độ mài ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt gia công, làm thay đổi cấu trúc lớp bề mặt, làm giảm độ cứng bề mặt lớp bề mặt bị lại, gây cháy nứt, biến dạng, ứng suất dư kéo Đặc biệt, khác với phương pháp gia công khác, nhiệt cắt mài cao Ngồi ra, nhiệt cắt cịn làm giảm độ xác kích thước độ xác hình dáng hình học chi tiết gia công, giảm tuổi bền tăng độ mòn đá mài, lực cắt Nhiệt độ vùng cắt mài làm biến chất dung dịch trơn nguội làm ảnh hưởng đến tiêu kinh tế Chính mà nghiên cứu nhiệt cắt trình mài thực cấp thiết Tài liệu tham khảo “Handbook of Machining with Grinding Wheels” – Ioan D Marinescu, Mike Hitchiner, Eckart Uhlmann, W Brian Rowe, Ichiro Inasaki “GRINDING TECHNOLOGY-Theory andApplicationsof Machining with Abrasives” – tái lần thứ – Stephen Malkin, Changshen Guo (2008) I Nhiệt độ bề mặt Dự đoán nhiệt độ mài chống cháy bề mặt quan trọng chất lượng mài Nhiều tính tốn mơ hình hóa phân vùng nhiệt yếu tố vùng mài phát triển 50 năm qua Nhiệt độ tối đa phôi thường dựa giấy gốc Jaeger [1942] dựa nguyên tắc di chuyển nguồn nhiệt mô tả Carslaw Jaeger [1959] Phân vùng nhiệt mô tả sâu Marinescu et al [2004] Phiên đơn giản sau đủ để minh họa yếu tố chi phối nhiệt độ bề mặt tối đa II Nhiệt độ tối đa bề mặt làm việc Nhiệt độ bề mặt tối đa phụ thuộc vào công suất mài (F’t vs), tốc độ mài thông số vật liệu 𝑇𝑚𝑎𝑥 𝐹𝑡′ 𝑣𝑠 = 𝐶𝑚𝑎𝑥 𝑅𝑤 √ 𝛽𝑤 𝑣𝑤 𝑙𝑐 thơng số nhiệt ảnh hưởng đến nhiệt độ mài hệ số Cmax, tính chất tạm thời βw tỷ lệ phân vùng phôi Rw Hệ số Cmax : Đây số cho nhiệt độ tối đa Giá trị xấp xỉ mài thông thường Giá trị giảm cho mài sâu Rowe Jin [2001] đưa biểu đồ giá trị C cho nhiệt độ tối đa nhiệt độ bề mặt hoàn thiện Tính thất nhiệt độ tạm thời βw : tính chất nhiệt tạm thời βw vật liệu phôi đưa βw = √k ρ c k= độ dẫn nhiệt, ρ= mật độ c= công suất nhiệt Tỷ lệ phân vùng phôi Rw : Tỷ lệ phân vùng phôi Rw tỷ lệ lượng mài dẫn vào phôi Tỷ lệ phân vùng công việc chức phức tạp độ dẫn độ sắc nét đá mài tính chất nhiệt phôi Bỏ qua, tại, đối lưu chất làm mát đối lưu chip mài, Rw gần với Rws Hahn [1962] mơ hình truyền nhiệt hạt trượt phơi Nó kg độ dẫn nhiệt hạt mài mịn r0 bán kính tiếp xúc hạt Rws tương đối không nhạy cảm với biến thể r0 Thông thường, Rws mài thông thường dao động khoảng 0,7 đến 0,9 đá mài đông lạnh từ 0,4 đến 0,6 đá mài CBN Ảnh hưởng biến nhiệt độ : Do đó, phương trình nhiệt độ cho q trình mài thơng thường giảm nhiều cho cấu hình đá mài / phần làm việc / máy cụ thể để từ đó, việc tăng tốc độ đá mài, tăng độ sâu cắt tăng số cạnh cắt hoạt động (ví dụ: cách làm mờ vết bẩn) làm tăng nhiệt độ bề mặt Thảo luận thêm nhiệt độ tạo mài tốc độ đá mài cao thực chương sau III Đối lưu nhiệt chất làm mát phoi Cần lưu ý thận trọng mài sâu độ dài tiếp xúc dài cho phép làm mát đối lưu đáng kể từ chất làm mát Ngồi ra, q trình mài tốc độ cao với lượng riêng thấp, nhiệt lượng lấy từ phoi mài làm giảm đáng kể nhiệt độ tối đa [Rowe Jin 2001] Phụ cấp thực để làm mát đối lưu cách trừ nhiệt lượng lấy chất làm mát phoi mô tả Rowe Jin [2001] Phụ cấp cho làm mát đối lưu điều cần thiết cho mài chậm hiển thị Andrew, Howes Pearce [1985] Nó tìm thấy quan trọng trình mài sâu hiệu cao khác sử dụng để mài ống, mài trục khuỷu mài cắt Nếu phụ cấp không thực để làm mát đối lưu, nhiệt độ đánh giá cao Phương trình nhiệt độ tối đa sửa đổi phép làm mát đối lưu có dạng Trong Tmp nhiệt độ tiếp cận điểm nóng chảy vật liệu phôi Đối với thép, vật liệu mềm 1.400 ° C nhiệt độ đưa ước tính hợp lý cho thời hạn đối lưu phoi hf hệ số đối lưu chất làm mát áp dụng miễn nhiệt độ tối đa không làm cho chất lỏng bị đốt cháy vùng mài Nếu kiệt sức xảy ra, hệ số đối lưu coi khơng Sự kiệt sức tình trạng phổ biến trình mài nên tránh trình mài chậm mài ứng suất thấp Các giá trị ước tính cho hệ số đối lưu mài với phân phối chất lỏng hiệu 290.000 W / m2K nhũ tương 23.000 W / m2K dầu IV Kiểm soát thiệt hại nhiệt Một cách tiếp cận ngày phổ biến để kiểm soát thiệt hại nhiệt Malkin [1989] phát triển với ví dụ văn học ứng dụng công nghiệp General Motors gang [Meyer 2001], với Bell Trực thăng thép cứng [Stephenson et al 2001] Inconel để áp đặt giới hạn nhiệt độ mài Malkin [1989] cung cấp lượng mài cụ thể tối đa cho phép để tăng nhiệt độ tối đa định A C số dựa tính chất dẫn nhiệt độ khuếch tán phôi đá mài Một loạt thử nghiệm thực cho giá trị khác ae , vw de phôi phân tích để ghi Vẽ thứ đồ thị thiết lập độ dốc CTmax chặn A Phương pháp minh họa dạng sơ đồ Hình 2.8 Trong tình hình cơng nghiệp, đồng hồ đo điện sử dụng để theo dõi giá trị lượng cụ thể Nếu giá trị lượng cụ thể vượt mức ngưỡng để ghi, cần phải thực hành động khắc phục cho quy trình Điều có nghĩa khắc phục đá mài thực số thay đổi quy trình khác giảm độ sâu cắt, tăng tốc độ làm việc sử dụng bánh mài khác Hình 2.8: Giá trị lượng cụ thể ngưỡng tránh bị đốt cháy Giá trị lượng cụ thể ngưỡng gây cháy V Các khía cạnh nhiệt: Mài thơng thường Q trình mài địi hỏi chi phí lượng cao đơn vị khối lượng vật liệu bị loại bỏ Hầu toàn lượng chuyển thành nhiệt tập trung vùng mài Nhiệt độ cao tạo gây loại thiệt hại nhiệt khác cho phôi, chẳng hạn đốt cháy, biến đổi pha, làm mềm (ủ) lớp bề mặt với khả phục hồi, ứng suất kéo cịn lại khơng thuận lợi, vết nứt giảm độ bền mỏi Hơn nữa, giãn nở nhiệt phơi q trình mài góp phần khơng xác biến dạng sản phẩm cuối Tốc độ sản xuất đạt cách mài thường bị giới hạn nhiệt độ mài ảnh hưởng nghiêm trọng chúng đến chất lượng phôi Từ kiểm tra luyện kim bề mặt thép cứng báo cáo vào năm 1950, người ta kết luận rõ ràng phần lớn thiệt hại mài nguồn gốc nhiệt Trong nỗ lực tương quan nhiệt độ mài thực tế với thay đổi luyện kim cấu trúc phơi năm năm sau đó, phân bố nhiệt độ lớp bề mặt đo trình mài thép chịu lực phương pháp cặp nhiệt điện nhúng phôi Nhiều phương pháp khác phát triển để đo nhiệt độ mài cách sử dụng cặp nhiệt điện cảm biến xạ Mặc dù có khó khăn đáng kể xảy việc diễn giải phép đo độ dốc nhiệt độ cực đoan thời gian không gian gần bề mặt, cặp nhiệt điện nhúng cảm biến xạ hồng ngoại sử dụng sợi quang chứng minh cung cấp dấu hiệu hợp lý nhiệt độ phôi gần mặt đất Cả hai kỹ thuật đo nhiệt độ tìm thấy kết phù hợp với với phép đo nhiệt độ bề mặt cách sử dụng cặp nhiệt điện mỏng Nhiệt độ tạo trình mài hậu trực tiếp lượng đầu vào q trình Nói chung, tiêu thụ lượng lượng đầu không kiểm sốt q trình mài, thay đổi đáng kể nhạy cảm với tình trạng đá mài Do đó, nhiệt độ tạo khơng kiểm soát thay đổi Các phương pháp đo nhiệt độ không cung cấp phương tiện thực tế để xác định kiểm sốt nhiệt độ mài, chúng thường bị giới hạn phịng thí nghiệm khơng thể áp dụng môi trường sản xuất Giám sát q trình cơng suất mài, kết hợp với phân tích nhiệt q trình mài, đưa cách tiếp cận tốt để ước tính nhiệt độ mài kiểm sốt nhiệt độ Các phân tích nhiệt trình mài thường dựa việc áp dụng lý thuyết nguồn nhiệt di chuyển vào phôi mài Với mục đích này, vùng mài thường mơ hình hóa nguồn nhiệt dải di chuyển dọc theo bề mặt phôi Tất lượng mài sử dụng coi chuyển thành nhiệt vùng mài nơi đá mài tương tác với phôi Một tham số quan trọng cần thiết để tính tốn đáp ứng nhiệt độ phân vùng lượng cho phôi, phần tổng lượng mài vận chuyển đến phôi dạng nhiệt vùng mài Phân vùng lượng phụ thuộc vào loại mài, đá mài vật liệu phôi, điều kiện hoạt động Đối với mài cắt nông thông thường với đá mài nhôm oxit thông thường, phân vùng lượng thường lớn so với mài độ sâu cho bò để mài bánh CBN Chương liên quan đến khía cạnh nhiệt q trình mài cắt nơng thơng thường, chủ yếu hướng đến việc tính toán nhiệt độ kiểm soát thiệt hại mài nhiệt Các khía cạnh nhiệt q trình mài creep-feed đề cập Chương 7, khía cạnh nhiệt mài đá mài mài CBN Chương Chương bắt đầu phân tích truyền nhiệt tương đối đơn giản trình mài để thiết lập mơ hình nhiệt độ vùng mài cho q trình mài chìm hình trụ bề mặt thẳng mặt tiêu thụ lượng, phân vùng lượng thông số mài khác Bằng cách đảo ngược dung dịch truyền nhiệt, công suất cho phép tương ứng với nhiệt độ bề mặt tới hạn định theo thơng số mài Nó chứng minh làm kết áp dụng để dự đoán kiểm soát khởi đầu thiệt hại nhiệt việc mài thép Các phân tích nhiệt trình bày cho q trình mài mòn mặt mài mòn Mài Creep - Feed Mài Creep-feed sử dụng vận tốc phôi chậm (creep) độ sâu cắt (feed) cực lớn Việc mài bề mặt thẳng điều kiện độ sâu leo cho phép tốc độ loại bỏ nhanh nhiều so với việc mài cắt nông thông thường mà không gây thiệt hại nhiệt cho phôi, việc mài creep-feed thường đòi hỏi lượng cụ thể lớn nhiều Đối với trình mài thép độ sâu, lượng cụ thể vượt giá trị ngưỡng đốt phôi đạt mài thường xun Chương 6, khơng có chứng thiệt hại khác Có ý kiến cho tình trạng nhiệt cải thiện q trình mài creepfeed quy cho độ sâu cắt cực lớn, phần lớn nhiệt lượng vào phôi loại bỏ với phoi mài trước đưa khỏi đường dẫn đá mài tiến Điều giống với tình nhiệt với cắt đứt mô tả chương trước Để đánh giá hiệu ứng việc mài creep-feed, phân tích truyền nhiệt (phần 6.2) sửa đổi để tính đến độ sâu cắt lớn cách sử dụng nguồn nhiệt nghiêng minh họa Hình 7-1 Đối với phân tích nhiệt này, cung trịn vùng mài tính gần hợp âm AB định hướng theo góc với hướng chuyển động phơi Thơng lượng nhiệt coi phân bố đồng chiều dài nguồn AB, với vật liệu từ phôi qua AB loại bỏ trình mài Do chuyển động nghiêng 𝜙 phôi, phần nhiệt vào phôi khu vực mài không dẫn xuống phôi bên B, xác định qua ranh giới AB tiến lên với vật liệu (phoi) loại bỏ, làm giảm nhiệt độ tối đa nơi bề mặt tạo B Tuy nhiên, góc nghiêng điển hình q trình mài creep-feed phạm vi từ đến 10 độ, tính tốn sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho thấy mức giảm nhiệt độ tối đa cạnh B thấp, so với độ nghiêng khơng thể tính đến khả leo lên thép mài mà không cần phôi đốt cháy Yếu tố giúp tăng cường tình hình nhiệt q trình mài creep-feed làm mát chất lỏng khu vực mài Mài độ sâu cho bò đòi hỏi dòng chất lỏng dồi phân phối áp suất cao đến khu vực mài để loại bỏ nhiệt cách đối lưu cưỡng Làm mát chất lỏng mài có hiệu đến nhiệt độ kiệt sức quan trọng liên quan đến trình đun sôi màng Tại thời điểm này, đáng kể tạo ra, làm cho chất lỏng khó làm ướt làm mát bề mặt làm nóng khu vực mài Sự chuyển đổi kiệt sức nhiệt độ ngưỡng tới hạn tương ứng với thông lượng nhiệt kiệt sức quan trọng khu vực mài Nhiệt độ tới hạn ngưỡng kiệt sức khoảng 130 ° C với dầu hòa tan nước 300 ° C với dầu thẳng Tuy nhiên, thông lượng nhiệt kiệt sức quan trọng với chất lỏng gốc nước cao nhiều so với dầu thẳng, tính dẫn nhiệt cao chất lỏng gốc nước Cần lưu ý nhiệt độ tới hạn thường vượt mài cắt nông thông thường, xem xét chương trước, đó, việc làm mát chất lỏng khu vực mài bị bỏ qua Khi kiệt sức xảy ra, nhiệt độ vùng mài nhảy vọt 1000 độ C trở lên Sự ổn định nhiệt kèm với tượng tăng vọt, theo lượng mài định kỳ tích tụ giảm xuống, tích tụ kim loại theo chu kỳ đá mài sau tự rung Trong điều tra, ngưỡng đốt phơi q trình mài thức ăn thép chịu lực với chất lỏng dựa nước loạt điều kiện tìm thấy gần thơng lượng nhiệt (cơng suất đơn vị diện tích khu vực mài) q * = -8 W / mm2 Thông lượng nhiệt đốt cháy lớn nhiều lên đến 50 W / mm2 báo cáo Những giá trị điển hình báo cáo cho kiệt sức nước đối lưu cưỡng [4] Điều tra sâu rộng thông lượng nhiệt đốt cháy phụ thuộc vào điều kiện mài vị trí dọc theo đường mài Để mài creep-feed cho phôi đủ dài để đạt nhiệt độ trạng thái ổn định, kiệt sức thường quan sát xảy phần đèo nơi trạng thái bán ổn định chiếm ưu thế, cuối cắt đá mài rời khỏi phôi Sự đốt cháy chất lỏng trình mài creep-feed dẫn đến gia tăng nhiệt độ vùng mài đáng kể khả thiệt hại nhiệt nghiêm trọng, cần tránh Do đó, trọng tâm chương dự đoán kiệt sức chất lỏng để kiểm soát thiệt hại nhiệt trình mài creep-feed Mài với chất liệu CBN Như nói trên, nhiệt độ mài phân tích cách coi vùng mài nguồn nhiệt di chuyển dọc theo bề mặt phôi Nhiệt độ tính tốn cho thơng số vận hành định thường tìm thấy tỷ lệ thuận với tốc độ lượng tiêu hao với phần lượng vận chuyển dạng nhiệt đến phôi khu vực mài (phân vùng lượng) Đối với mài cắt nơng thơng thường với đá mài mài mịn thơng thường, Chương 6, truyền nhiệt cho phôi đặc biệt quan trọng, phân vùng lượng thường dao động từ 60 đến 90% Nhiệt độ cao tạo gây thiệt hại nhiệt cho phơi Điều trái ngược hồn tồn với tình mài thức ăn cho bò cách sử dụng đá mài nhôm oxit mô tả Chương Trong trường hợp khơng có đốt cháy chất lỏng, phân vùng lượng để mài creep-feed thường từ đến 6% Thiệt hại nhiệt không nên xảy nhiệt độ giới hạn kiệt sức chất lỏng Chương liên quan đến khía cạnh nhiệt mài với đá mài siêu khối boron nitride (CBN) So với đá mài oxit nhôm thông thường, thiệt hại nhiệt với CBN thường coi gặp vấn đề Để mài thép đá mài CBN, q trình cháy phơi xảy hơn, ứng suất dư bề mặt đất thường tìm thấy chủ yếu nén Những quan sát cho thấy nhiệt độ với CBN thấp nhiều so với đá mài oxit nhôm Nhiệt độ thấp với CBN ban đầu quy cho lượng cụ thể nhỏ thường tìm thấy thực tế Tuy nhiên, sau quy định tác động độ dẫn nhiệt cao CBN, phần nhiệt lớn nhiều vận chuyển đến hạt phôi (phân vùng lượng thấp hơn) Độ dẫn nhiệt CBN lớn khoảng 35 lần so với nhôm oxit Làm mát chất lỏng nghiền yếu tố bổ sung với CBN Chương bắt đầu với việc xem xét đá mài CBN bị thủy tinh hóa, sau tiến tới đá mài CBN mạ điện lớp Hai loại đá mài chiếm phần lớn số đá mài CBN sử dụng công nghiệp Tại thời điểm, đá mài CBN liên kết nhựa phổ biến nhất, việc sử dụng chúng chủ yếu thay sản phẩm ngoại quan thủy tinh thể Trong năm gần đây, đá mài CBN mạ điện ngày phổ biến, đặc biệt ứng dụng ô tô hàng không vũ trụ Độ xốp cấu trúc vốn có đá mài CBN thủy tinh hóa dường cung cấp điều kiện thuận lợi để làm mát chất lỏng khu vực nghiền Ngược lại, kiểu làm mát dường xảy với đá mài CBN mạ điện độ xốp bề mặt hạn chế chúng, thấy điều không thiết Chương kết luận với khía cạnh nhiệt mài sâu hiệu cao (HEDG), thường sử dụng đá mài mạ điện hoạt động tốc độ đá mài cao với độ sâu cắt lớn, tương đương chí lớn so với mài thức ăn từ leo, với tốc độ làm việc nhanh nhiều Mặc dù tỷ lệ loại bỏ cực đoan đạt được, quy trình HEDG tìm thấy ứng dụng hạn chế công nghiệp