Nghiên cứu xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài

Vì thế, để góp phần tăng năng suất, chất lượng và hạ giá thành sản phẩm, tạo ra sự cạnh tranh trên thị trường thì việc xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài cần phải thực hiện được một

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNGTHỨC TÍNH

CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI

PHẠM THANH CƯỜNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

- PHẠM THANH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNGTHỨC TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN

Pgs.Ts Vũ Ngọc Pi Phạm Thanh Cường

KHOA SAU ĐẠI HỌC BAN GIÁM HIỆU

Pgs.Ts Nguyễn Văn Tuấn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong luận văn

Tác giả

Phạm Thanh Cường

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo – PGS.TS Vũ Ngọc Pi, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực hiện đến quá trình viết và hoàn chỉnh luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban giám hiệu và Khoa Sau đại học của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản luận văn này

Tác giả cũng chân thành cảm ơn Doanh nghiệp tư nhân cơ khí chính xác Thái Hà đã giúp đỡ tác giả thực hiện luận văn này

Do năng lực bản thân còn có những hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Trân trọng cảm ơn!

Tác giả

Phạm Thanh Cường

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC HÌNH ẢNH 9

PHẦN MỞ ĐẦU 10

1 Tính cấp thiết của đề tài 10

2 Ý nghĩa của đề tài 11

3 Phương pháp nghiên cứu và mục đích nghiên cứu 11

3.1 Hướng nghiên cứu 11

3.2 Phương pháp nghiên cứu 11

3.3 Mục đích nghiên cứu 11

4 Nội dung và phạm vi nghiên cứu 12

4.1 Nội dung 12

4.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 12

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU GIA CÔNG MÀI VÀ MÀI TRÒN NGOÀI 13

1.1 Giới thiệu về gia công mài 13

1.1.1 Đặc điểm gia công mài 13

1.1.2 Quá trình tạo phoi khi mài 15

1.1.3 Đá mài 17

1.1.3.1 Vật liệu hạt mài 17

1.1.3.2 Vật liệu dính kết 18

1.1.3.3 Độ hạt của đá mài 18

1.1.3.4 Cấu trúc đá mài 19

1.1.3.5 Độ cứng của đá mài 19

1.1.4 Chế độ mài 20

1.2 Giới thiệu về mài tròn ngoài 20

1.3 Kết luận chương 1 23

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI 24

2.1 Tổng quan về tính chế độ cắt của mài tròn ngoài 24

2.2 Kết luận chương 2 39

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG THỨC

TÍNH CHẾ ĐỘ CẮTCHO MÀI TRÒN NGOÀI 40

3.1 Lựa chọn cơ sở dữ liệu để XD công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài 40

3.2 Lựa chọn dạng hàm hồi quy 42

3.3 Tổ chức cơ sở dữ liệu 42

3.3.1 Tổ chức cơ sở dữ liệu cho mài tròn ngoài chạy dao dọc 43

3.3.2 Tổ chức cơ sở dữ liệu cho mài tròn ngoài chạy dao ngang 49

3.4 Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài 53

3.4.1 Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài chạy dao dọc 53

3.4.2 Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài chạy dao ngang 55

3.5 Kết quả và nhận xét chương 3 58

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI 60

4.1 Tổng quan về các ngôn ngữ lập trình 60

4.2 Xây dựng phần mềm tính toán chế độ cắt cho mài tròn ngoài 63

CHƯƠNG 5: THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG THỨC TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI 64

5.1 Mục đích thí nghiệm 64

5.2 Chuẩn bị thí nghiệm 64

5.3 Tiến hành thí nghiệm 67

5.4 Kết quả thí nghiệm 69

5.4.1 Kết quả thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 69

5.4.2 Kết quả thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao ngang 73

5.5 Kết luận chương 5 77

CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 78

6.1 Kết luận 78

6.2 Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

PHỤ LỤC 1: BẢNG TRA CHẾ ĐỘ MÀI TRÒN NGOÀI [16] 82

PHỤ LỤC 2: GIẤY CHỨNG NHẬN SẢN PHẨM ĐẠT GIẢI NHÌ TẠI TRIỂN LÃM SÁNG TẠO KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN VÀ CÁN BỘ GIẢNG VIÊN TRẺ 91

PHỤ LỤC 3: GIẤY XÁC NHẬN ĐĂNG BÁO TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM 92

PHỤ LỤC 4: BÀI BÁO ĐĂNG TRÊN TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM 93

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

3 Bảng 3- Trị số các hệ số và số mũ trong công thức tính công suất khi mài [12] 23

7 Bảng 4d- Hệ số phụ thuộc đường kính đá và vật liệu gia công khi mài tinh và

35 Bảng 31- Số vòng quay của phôi với thép kết cấu có HRC >50 ; thép bền nhiệt 42

40 Bảng 36- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Thép cacbon kết cấu, Cr, Ni, mangan,

thép cacbon dụng cụ

45

43 Bảng 39- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Thép gió, thép hợp kim titan bền nhiệt 45

50 Bảng 46- Hệ số K1 phụ thuộc nhóm vật liệu thép cacbon kết cấu, Cr, Ni,

mangan, thép cacbon dụng cụ

48

51 Bảng 47- Hệ số K1 phụ thuộc nhóm vật liệu thép vonfram, silic, molipden kết

53 Bảng 49- Hệ số K1 phụ thuộc vật liệu thép gió, thép hợp kim titan bền nhiệt 49

DANH MỤC HÌNH ẢNH

2 Hình 1.2: Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài [7] 13

3 Hình 1.3: Sơ đồ mô tả các giai đoạn tạo phoi của hạt mài [8] 14

8 Hình 2.1: Quan hệ giữa chiều sâu cắt và tốc độ quay của phôi [22] 35

9 Hình 2.2: Quan hệ giữa tuổi bền và tốc độ của đá [22] 36

10 Hình 2.3: Quan hệ giữa tốc độ bóc tách kim loại và tốc độ cắt của đá [22] 36

11 Hình 4.1: Phần mềm tra chế độ cắt cho mài tròn ngoài 61

13 Hình 5.2 Bản vẽ phôi mài tròn ngoài chạy dao ngang 63

15 Hình 5.4 Mô hình thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 63

16 Hình 5.5 Mô hình thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao ngang 64

19 Hình 5.8 Thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 66

20 Hình 5.9 Thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao ngang 66

21 Hình 5.10 Mẫu thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 67

22 Hình 5.11 Ảnh chụp bề mặt chi tiết mài tròn ngoài chạy dao dọc 68

23 Hình 5.12 Biểu đồ so sánh về độ nhám bề mặt giữa mài tròn ngoài chạy

24 Hình 5.13 Biểu đồ so sánh về thời gian gia công giữa mài tròn ngoài

chạy dao dọc theo tính toán và theo kinh nghiệm

69

25 Hình 5.14 Mẫu thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc thu được 70

26 Hình 5.15 Ảnh chụp bề mặt chi tiết mài tròn ngoài chạy dao ngang 71

27 Hình 5.16 Biểu đồ so sánh về độ nhám bề mặt giữa mài tròn ngoài chạy

dao ngang theo tính toán và theo kinh nghiệm

72

28 Hình 5.17 Biểu đồ so sánh về thời gian gia công giữa mài tròn ngoài

chạy dao ngang theo tính toán và theo kinh nghiệm 72

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Những năm gần đây, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh Nó đã mang lại lợi ích to lớn cho con người Để nâng cao đời sống của nhân dân, để hội nhập vào

sự phát triển chung của các nước trong khu vực và thế giới, Đảng và Nhà nước ta đã đề

ra mục tiêu trong những năm tới là thực hiện “Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước”, và đưa nước ta đến năm 2020 cơ bản trở thành nước công nghiệp Để thực hiện

mục tiêu đó, một trong những ngành cần quan tâm phát triển là cơ khí chế tạo Trong

cơ khí chế tạo, mài là một phương pháp gia công quan trọng, phổ biến, có năng suất và

độ chính xác cao Trong quá trình công nghệ thì mài là một trong những nguyên công cuối cùng, nhưng có vị trí rất quan trọng bởi lẽ những sai hỏng gây ra ở nguyên công này thường là không sửa được

Mài tròn ngoài là dạng mài phổ biến trong sản xuất cơ khí hiện nay Việc xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài có ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm Cho đến nay đã có nhiều phương pháp xác định chế độ tròn ngoài như phương pháp tra bảng, phương pháp kinh nghiệm, phương pháp kết hợp giữa tính toán bằng công thức với tra bảng và phương pháp xác định bằng đồ thị. Tuy nhiên, việc xác định chế độ cắt của mài tròn ngoài cho đến nay chủ yếu là tra bảng hoặc tra đồ thị - đòi hỏi rất phức tạp và tốn kém thời gian Mặt khác, ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học, kỹ thuật và sự phát triển của nền kinh

tế thị trường đã tạo ra sự cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà sản xuất, các sản phẩm kỹ thuật và đặc biệt là sản phẩm cơ khí Vì thế, để góp phần tăng năng suất, chất lượng và

hạ giá thành sản phẩm, tạo ra sự cạnh tranh trên thị trường thì việc xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài cần phải thực hiện được một cách nhanh chóng chính xác và hiệu

quả hơn Vì vậy, việc tác giả lựa chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu, xây dựng công

thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài” là hướng nghiên cứu thiết thực hiện nay Đề

tài này, trình bày việc nghiên cứu lựa chọn, tổ chức cơ sở dữ liệu nhằm xây dựng lên

bộ công thức xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài thông qua phương pháp hồi quy Các công thức này là cơ sở cho việc lập trình xây dựng nên phần mềm tra chế độ cắt cho mài tròn ngoài

2 Ý nghĩa của đề tài

- Kết quả nghiên cứu sẽ áp dụng để xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài, từ

đó nâng cao hiệu quả của mài tròn ngoài

3 Phương pháp nghiên cứu và mục đích nghiên cứu

3.1 Hướng nghiên cứu

Dựa trên các kết quả đã nghiên cứu về xác định các thông số của chế độ cắt của mài tròn ngoài và việc sử dụng phương pháp hồi quy để tiến hành nghiên cứu, xây dựng các công thức xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài nhằm phục vụ thuận tiện cho tra cứu chế độ cắt và đặc biệt là sử dụng trong các chương trình tính toán tự động

để xác định chế độ cắt của mài tròn ngoài

3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan kết hợp sử dụng phương pháp hồi quy

3.3 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng bộ công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài để phục vụ thuận tiện cho việc tính toán xác định chế độ cắt, đặc biệt là sử dụng trong các chương trình tính toán tự động bằng máy tính để xác định chế độ cắt của mài tròn ngoài

4.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Tác giả chỉ nghiên cứu, xây dựng các công thức xác định chế độ cắt của mài

tròn ngoài có tâm chạy dao dọc và chạy dao ngang

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU GIA CÔNG MÀI VÀ MÀI TRÒN NGOÀI

1.1 Giới thiệu về gia công mài

1.1.1 Đặc điểm gia công mài

Mài là một trong những phương pháp gia công cắt gọt xuất hiện lâu đời nhất trong các phương pháp gia công co khí hiện nay [1] Mài có khả năng gia công được các loại vật liệu có độ bền, độ cứng cao như: thép đã tôi, hợp kim cứng, thép bền nhiệt

… Quá trình mài là quá trình gia công tốc độ cao bằng cách sử dụng một lượng lớn các lưỡi cắt của các hạt mài Quá trình mài cũng là quá trình cào xước tế vi bề mặt, tạo ra phoi rất nhỏ nên mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bề mặt rất cao Mài gia công được hầu hết các dạng bề như: mặt tròn xoay, mặt phẳng, răng, ren, then hoa, các mặt định hình Ngoài ra, mài còn có thể gia công các chi tiết khó định vị và kẹp chặt như xéc măng, viên bi[2] Mài không những được dùng trong gia công tinh, mà còn được dùng ngày càng nhiều ở các nguyên công gia công phá, gia công thô Vì thế, mài

đã và đang được sử dụng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy hiện nay

Quá trình mài được biểu diễn trên hình 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình mài [3]

Qua hình 1.1 nhận thấy rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình mài:

- Phôi: vật liệu, độ cứng, độ bền, tính dẫn nhiệt, hình dáng hình học

- Dung dịch mài: thành phần dung dịch, phương pháp tưới, lưu lượng, áp lực

- Máy mài: lực cắt của máy, khả năng định vị vị trí trương đối gữa phôi và đá mài, độ cứng vững của hệ thống công nghệ

- Đá mài: cấu trúc đá, vật liệu hạt mài, độ hạt, độ cứng, chất kết dính

Nghiên cứu quá trình mài thấy rằng mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các phương pháp gia công cắt gọt khác:

- Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất khác nhau và phân bố ngẫu nhiên trong chất dính kết 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 γ thường âm và góc cắt β thường lớn hơn 900

- Tốc độ cắt khi mài rất cao (≥ 30 m/s, thể lên tới 700 m/s)[4]

- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000 ÷ 15000 C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt

- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một hạt phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ, số lượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong một phút),

vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia công tạo ra độ nhẵn bóng và độ chính xác cao[4]

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

- Quá trình cắt khi mài có tính gián đoạn, các hạt mài lần lượt vào cắt, ra cắt tạo

ra các rung động

- Các đỉnh lưỡi cắt phân bố không đều theo chiều cao, lượng dư phân bố cho các hạt mài không đều, do đó lực cắt tác động lên các hạt mài không bằng nhau

- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: dưới tác dụng của tải trọng

cơ, nhiệt các hạt mài đã mòn bật ra khỏi bề mặt đá tạo điều kiện cho những hạt mài mới 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 hình dáng và vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa được nghiên cứu toàn diện

- Trong quá trình mài tồn tại 3 hiện tượng: cắt (cutting), cày (ploughing) và trượt (rubbing) các hiện tượng này đồng thời xảy ra và phụ thuộc vào tương tác giữa hạt mài và vật liệu gia công[5]

Do những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia công các vật liệu có độ cứng,

độ bền, độ mài mòn, khả năng chịu nhiệt cao, có thể đạt cấp chính xác cao (5 – 6) và nhám bề mặt cao (Ra =0,1 - 0,2 µm) nên mài được sử dụng phổ biến và có vị trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại Mặc dù được sử dụng cả trong gia công thô nhưng chỉ trong gia công tinh thì những ưu thế của phương pháp mài mới thực sự được phát huy, vì vậy mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối các bề mặt quan trọng [6]

1.1.2 Quá trình tạo phoi khi mài

Quá trình tạo phoi khi mài được mô tả trên hình 1.2

Hình 1.2: Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài [7]

Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài có nguyên lý làm việc tương tự như với một răng của dao phay song quá trình mài có những đặc điểm riêng:

- Các lưỡi cắt của hạt mài tham gia cắt không liên tục

- Lớp kim loại được cắt bởi một hạt mài có sự phụ thuộc về quan hệ chiều rộng

và bề dày hạt đá

- Hình dáng hình học của hạt mài không xác định, ở đỉnh cắt của hạt mài có cung lượn bán kính R

- Hạt mài phân bố tự nhiên không có quy luật trên bề mặt trụ của đá

- Tốc độ cắt cao, có nhiều lưỡi cắt cùng tham gia cắt đồng thời trong vùng cắt

- Các lưỡi cắt của hạt mài có độ cứng, bền nhiệt, độ giòn rất cao

- Do có nhiều lưỡi cắt cùng tham gia cắt gọt nên tạo ra nhiệt cắt lớn, nhiệt độ vùng cắt cao

- Có hiện tượng trượt giữa hạt mài và kim loại trước khi cắt gọt (hinh 1.3)

a (a<< ρ ) b (a< ρ ) c (a> ρ )

Hình 1.3: Sơ đồ mô tả các giai đoạn tạo phoi của hạt mài [8]

a - Hiện tượng trượt của hạt mài; b- cày kim loại; c- tạo phoi Dưới áp lực mỗi lúc mỗi tăng từ hạt mài lên bề mặt gia công, do mũi dao có bán kính ρ và góc ăn tới của lưỡi cắt η nhỏ nên giai đoạn đầu không tạo phoi mà vật liệu bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, bị đẩy sang hai bên đồng thời nhiệt độ tăng làm cho kim loại mài bị mềm hơn và có thể bị chảy qua mặt trước sang mặt sau của hạt mài Khi độ sâu của lớp cắt đạt được giá trị a tương ứng với chiều sâu cắt t thì quá trình mài bắt đầu tạo phoi, kim loại bị dồn, ép gây biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và tạo phoi

Do kim loại bị dồn, ép trong khi tạo phoi nên chiều dày phoi thực tế az nhỏ hơn chiều

sâu cắt thực tế t Quá trình tạo phoi của bất kỳ hạt mài nào đều được chia thành các giai đoạn: trượt, cày, tạo phoi

Đá mài có lưỡi cắt không liên tục trên vành cắt, các cạnh cắt của hạt mài nằm trên

độ cao khác nhau, do đó không phải tất cả các hạt mài đều tham gia cắt gọt trong cùng một thời điểm Hạt thì trượt trên bề mặt gia công, hạt thì miết nén, hạt thì tạo phoi Những hạt có bán kính cung lượn lớn tức là những hạt quá mòn không thể cắt được lát cắt mỏng thì không cắt mà chỉ trượt trên bề mặt gia công, lúc này sinh ra một lượng nhiệt rất lớn

Như vậy, quá trình tạo phoi khi mài tuỳ thuộc vào yếu tố hình học của hạt mài Quá trình tạo phoi xảy ra trong khoảnh khắc rất nhỏ 0,001- 0,005 giây[9] Tổng số lượng hạt phoi được tạo ra trong một đơn vị thời gian là rất lớn (hàng trăm triệu hạt phoi trong một phút) Chiều dày của phoi rất khác nhau từ một vài micrômet đến vài phần trăm micrômet, những phoi quá nhỏ sẽ bị nhiệt độ cao đốt cháy tạo thành tia lửa khi mài Những phoi lớn hơn và những phần tử hạt bị mòn của đá được dung dịch tưới nguội rửa trôi

Co ranh đông điện, Cacbit silic, Cacbit bo, Oxit nhôm …

1.1.3.2 Vật liệu dính kết

Chất kết dính dùng để kết dính những hạt mài rời rạc thành khối Đá mài có chất lượng cao hay thấp phụ thuộc vào chất kết dính Tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng của đá mài mà sử dụng các loại chất kết dính khác nhau để chế tạo đá Chất kết dính thường được chia thành các nhóm cơ bản là:

- Chất kết dính vô cơ bao gồm: Gốm, Manhêdit và Silicat

- Chất kết dính hữu cơ bao gồm: Bakêlic, Gliphtalin và Vuncanic

- Chất kết dính kim loại

Trong đó khoảng 50-60% tổng sản lượng đá mài được chế tạo từ chất dính kết vô

cơ, 30-39% từ chất kết dính hữu cơ, 1-2% chất kết dính kim loại

Để tăng độ bền của đá mài, người ta sử dụng các chất kết dính hợp kim Chất kết dính có chứa Bo (52%) và titan cho phép chế tạo đá mài làm việc với tốc độ cắt đến 60 m/s Các chất kết dính có chứa thêm ôxitbo, ôxitliti, bari, phtora sẽ tăng cường đáng

kể các đặc tính cơ học của đá mài

1.1.3.3 Độ hạt của đá mài

Độ hạt của đá mài được biểu thị bằng kích thước thực tế của hạt Tính năng cắt gọt của vật liệu phụ thuộc vào kích thước hạt mài Khi mài thô dùng loại hạt có kích thước lớn và ngược lại khi mài tinh dùng loại hạt có kích thước nhỏ Hạt mài được phân ra làm 3 nhóm:

- Nhóm thứ nhất gọi là hạt mài gồm các số hiệu: 200; 160; 125; 100; 80; 63; 50; 40; 32; 25; 20; 16

- Nhóm thứ hai gọi là bột mài gồm các số hiệu: 12; 10; 8; 6; 5; 4; 3

- Nhóm thứ ba gọi là phấn mài gồm các số hiệu: M40; M28; M20; M14; M7; M5

Chất lượng của hạt mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố song quan trọng nhất là sự đồng đều của các hạt

đá mài được chia thành 12 cấp từ 1÷12

Đá mài có cấu trúc chặt, trong đó hạt mài được bố trí quá mau, khoảng cách giữa các hạt nhỏ, chủ yếu để mài bóng

Đá mài có cấu trúc xốp, khoảng cách giữa các hạt lớn, thoát phoi tốt, vì vậy cho phép nâng cao tốc độ cắt, nhưng khi đó đá lại kém bền

Để tạo khoảng trống, khi chế tạo đá mài, người ta trộn các chất phụ gia (mùn cưa, gỗ, than v.v…) vào hỗn hợp trước khi ép, khi thiêu kết các chất phụ gia sẽ cháy và tạo thành các khoang rỗng

1.1.3.5 Độ cứng của đá mài

Độ cứng của đá mài được hiểu là khả năng liên kết của các hạt mài bởi các chất kết dính để chống bật hạt mài khỏi bề mặt đá dưới tác dụng của ngoại lực Độ cứng càng cao có nghĩa hạt mài càng khó tách rời khỏi bề mặt của đá, khả năng chịu lực càng lớn, tuy nhiên khả năng tự mài sắc kém

Độ cứng của đá mài phụ thuộc vào tỷ lệ, chất lượng chất dính kết, dạng vật liệu hạt mài, quy trình công nghệ chế tạo đá mài Độ cứng của đá mài ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng khi mài

Khi đá mài quá cứng thì khả năng tự mài sắc kém do đó đá mài mất hẳn tính chất cắt gọt, ma sát giữa đá mài và bề mặt chi tiết gia công tăng nhanh, sẽ xuất hiện cháy mài và nứt mài Trong trường hợp này phải tiến hành sửa đá

Khi mài bằng đá mài quá mềm, hạt mài sẽ bị tách vỡ khỏi bề mặt đá, nó không kịp mòn, đá mài mòn hình học quá nhanh, giảm năng suất gia công

1.1.4 Chế độ mài

Chế độ mài là tập hợp giá trị của các thông số mà qua đó có thể xác lập và thực hiện được trọn vẹn một nguyên công mài Chế độ mài bao gồm các thông số có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và giá thành của chi tiết gia công Các thông số đó bao gồm: thông số đá mài, chiều sâu cắt, lượng chạy dao, tốc độ phôi, tốc độ đá, thời gian gia công và công suất cắt Xác định chế độ mài là xác định giá trị của các thông số gia công này Để chi tiết đạt được yêu cầu kỹ thuật và giá thành cạnh tranh thì phải xác định được chế độ mài hợp lý Chế độ mài hợp lý là chế độ mài trên cơ sở đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của nguyên công, phát huy khả năng của máy, của thiết bị công nghệ và dụng cụ cắt, đảm bảo năng suất lao động cao và giá thành hạ

Như vậy, việc xác định chế độ cắt khi mài là quan trọng vì nó ảnh hưởng đến chất lượng và giá thành của sản phẩm

1.2 Giới thiệu về mài tròn ngoài

Gia công mài được chia thành nhiều dạng khác nhau trong đó mài tròn ngoài là một dạng phổ biến Mài tròn ngoài có thể gia công được các bề mặt trụ ngoài của các chi triết trục hay chi tiết tròn xoay

Mài tròn ngoài được biểu diễn trên hình 1.4

Hình 1.4: Sơ đồ mài tròn ngoài

Quá trình mài tròn ngoài bao gồm các chuyển động sau:

- Chuyển động quay tròn của đá mài (Vđ ): là chuyển động cắt chính

- Chuyển động quay tròn của chi tiết mài (Vct): đảm bảo mài hết chu vi chi tiết

- Chuyển động tịnh tiến của bàn máy (Sd): đảm bảo mài hết chiều dài chi tiết

- Chuyển động tịnh tiến của đá (Sn): đảm bảo mài hết chiều sâu cắt

Mài tròn ngoài bao gồm mài có tâm (hình 1.5) và mài không tâm (hình 1.6): Mài có tâm là phương pháp mài tròn ngoài mà chi tiết được gá đặt vào 2 lỗ tâm hoặc mâm cặp và lỗ tâm, nhờ đó có thể đảm bảo được độ đồng tâm của các bậc trục Mài có tâm có tính vạn năng cao, có thể mài rãnh, mài góc lượn, các mặt trụ có rãnh

Hình 1.5: Mài tròn ngoài có tâm

Hình 1.6: Mài tròn ngoài không tâm

Mài không tâm là phương pháp mài tròn mà chi tiết được đặt tự do trên căn đỡ, không được định vị bằng mũi tâm hay mâm cặp, căn đỡ thường có góc nghiêng 15ohoặc 30o so vớimặt cắt ngang Khi mài không tâm, chi tiết nằm giữa hai đá mài, một đá

Mài tròn ngoài có tâm có 3 kiểu chạy dao đó là chạy dao dọc, chạy dao ngang

và chạy dao nghiêng Mài tròn ngoài chạy dao dọc là dạng mài phổ biến hơn cả Dạng mài này thường dùng để gia công những trục dài, có độ cứng vững cao và đường kính không quá lớn Nó đạt được độ chính xác cao và thích hợp với sản xuất loạt lớn và hàng khối Dưới đây giới thiệu một mô hình mài tròn ngoài chạy dao dọc

Hình 1.7: Mô hình mài tròn ngoài chạy dao dọc [11]

Qua mô hình này cho thấy các yếu tố đầu vào - đại lượng vào, các yếu tố đầu ra đại lượng ra và các yếu tố xuất hiện trong quá trình mài đều có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, năng suất gia công và giá thành sản phẩm Vì vậy, để tăng năng suất,

ĐẠI LƯỢNG VÀO

- Sai lệch vị trí tương quan

* Chất lượng BM chi tiết

- Nhấp nhô bề mặt

- Vết cháy, vết gằn bề mặt

- Tổ chức lớp bề mắt

- Tính chất cơ lý lớp bề mặt + Độ cứng tế vi

+ Chiều sâu lớp biến cứng + T/c lớp ứng suất dư bề mặt TÍNH KINH TẾ

- Giá thành

- Năng suất

- tuổi bền của đá

chất lượng sản phẩm mà giá thành hạ thì cần thiết phải lựa chọn, điều chỉnh, điều khiển các yếu tố đại lượng vào, đại lượng ra và các yếu tố xuất hiện trong quá trình mài một cách hợp lý

1.3 Kết luận chương 1

- Gia công mài đã được sử dụng rộng rãi và có một vị trí quan trọng trong ngành

cơ khí chính xác Mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối vì mài đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt cao

- Các đặc điểm và thông số cơ bản của quá trình mài như quá trình tạo phoi, đá mài, chế độ mài đã được khảo sát

- Chế độ mài là tập hợp giá trị của các thông số mà qua đó có thể xác lập và thực hiện được trọn vẹn một nguyên công mài Các thông số đó bao gồm các thông số của

đá mài, chiều sâu cắt, lượng chạy dao, tốc độ phôi, tốc độ đá, thời gian gia công vv Việc xác định chế độ mài hợp lý là công việc rất quan trọng vì nó quyết định đến năng suất và chất lượng của quá trình gia công Việc xác định chế độ mài (hay chế độ cắt khi mài) của các nghiên cứu trước đây sẽ được khảo sát và đánh giá cụ thể trong chương 2

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI

2.1 Tổng quan về tính chế độ cắt của mài tròn ngoài

Chế độ cắt của mài tròn ngoài là tập hợp giá trị các thông số để có thể thực hiện được trọn vẹn một nguyên công mài tròn ngoài Nó bao gồm, thông số đá mài, lượng chạy dao dọc, lượng chạy dao ngang, tốc độ phôi, tốc độ đá, thời gian gia công, công suất cắt

Cho đến nay, đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến việc xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài và có nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp tra bảng, phương pháp kinh nghiệm, phương pháp kết hợp giữa tính toán bằng công thức với tra bảng và phương pháp xác định bằng đồ thị Cụ thể như sau:

Phương pháp tra bảng được sử dụng khá phổ biến Giáo sư, tiến sỹ Nguyễn Đắc Lộc và các cộng sự [12] đã sử dụng phương pháp này mà theo đó, hình dạng, kích thước, thành phần hạt mài của đá mài đều được tra theo bảng chỉ dẫn Việc xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài được căn cứ vào vật liệu gia công, phương pháp tiến dao

và mức độ mài thô hay tinh để từ đó tra chế độ cắt tương ứng Tương tự như trong [12], Nguyễn Ngọc Đào và các cộng sự [14] và khoa cơ khí đại học công nghiệp Hà Nội [15] cũng sử dụng phương pháp tra bảng để xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài với những căn cứ tương tự Cụ thể như sau:

*Theo [12] - Giáo sư, tiến sỹ Nguyễn Đắc Lộc và các cộng sự, phương pháp tra bảng thực hiện như sau:

- Đá mài, vật liệu đá: tra Bảng 1

- Tốc độ quay của đá: tra bảng 2

- Lượng chạy dao dọc: tra bảng 2

- Lượng chạy dao ngang: tra bảng 2

- Số vòng quay của phôi: tra các bảng 4a, 4b, 4c, 4d, 4e

- Công suất hữu ích, tính theo công thức:

N= C N V r ph t x S y d q

Trong đó: CN và các số mũ t, y, q tra bảng 3

Bảng 1- Các kích thước cơ bản và đặc tính đá mài [12]

Đá có chất kế dính Kêramit

D: Đường kính đá, H chiều dày đá, d: đườngkính lỗ

Bảng 2- Chế độ cắt cho mài tròn ngoài [12]

Vật liệu

gia công

Đặc điểm quá trình mài

V đm (m/s)

V phôi (m/ph)

t (mm)

S d (mm/ph)

S n (mm/v)

10-20 20-30

0.0075-0.01 0.0075-0.01

0.5-0.8 0.3-0.5

Đá mài

Vật liệu hạt mài

Chất dính kết

Độ hạt

Độ cứng Chạy dao

ngang/htk

Thép

đã tôi

Côrum điện

Gốm (Keramit)

36

46

CM2 CM1

Bảng 4b Hệ số phụ thuộc đường kính đá và vật liệu gia công [12]

* Với mài tròn ngoài tinh và bán tinh

Bảng 4c- Số vòng quay của chi tiết n ct và lượng chạy dao ngang S n [12]

Thép có tôi

Lượng chạy dao ngang Sn(mm/ph)

Bảng 4d -Hệ số phụ thuộc đường kính đá và vật liệu gia công [12]

Bảng 4e- Hệ số phụ thuộc lượng dư và cấp chính xác gia công [12]

- Xác định tốc độ đá, số vòng quay chi tiết

+ Tra đặc tính của đá theo bảng 5, từ đó xác định được:

+ Độ hạt đá;

+ Tốc độ đá Vđ + Tỷ lệ tốc độ q + Từ đó tính số vòng quay của đá theo công thức: đ

đ

đ

60.1000.V D

60.Vq

+ Tính số vòng quay phôi theo công thức:

f f

f

1000.vn

.d

=π

- Chiều sâu cắt tra bảng 6

- Lượng chạy dao dọc tra bảng 6

- Lực cắt và công suất cắt

+ Lực cắt: Fc = ZIE.Az.Kc.Kv

ZIE : là số lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt

Az : tiết diện cắt ngang

Kc : lực cắt riêng khi mài

Kv: Hệ số tốc độ : 0,8 - 1,0 + Công suất cắt: N F Vc đ

= (L: Chiều dài cắt; i: số lần cắt)

Bảng 5- Đặc tính của đá mài [13]

Vật liệu mài Độ hạt Độ cứng Vđ (m/s) q=60.Vc/Vw Thép Corum

mềm

I

II III

Bảng 6- Chiều sâu cắt và lượng chạy dao [13]

Chiều sâu cắt cho mỗi hành trình kép t (µm)

Mài thô Mài tinh Mài tiến dao ngang

20-50 2,5-10 2-8 Lượng chạy dao dọc

(mm/vòng)

Mài thô Mài tinh

(0.7 – 0.8)Bđ (0.25-0.5)Bđ

* Theo [23] - PGS.TS Trần Văn Địch và cộng sự (2002) thì chế độ mài cũng được xác định theo cách tính toán kết hợp tra bảng như sau:

o Tốc độ đá tính theo công thức: đ D.nđ

V 1000.60

π

=

o Đặc tính của đá mài tra bảng 7

o Tốc độ (m/ph) và số vòng quay (v/ph) của phôi:

- Tính lại tốc độ phôi theo công thức: f D nf

Snmtb : Lượng chạy dao ngang tự động mài tinh tra bảng 9

Sntayb : Lượng chạy dao ngang bằng tay tra bảng 10

K1: Hệsố phụ thuộc vật liệu gia công tra bảng 12

K2: Hệsố phụ thuộc tuổi bền dụng cụ tra bảng 13

K3: Hệsố tỉ số chiều dài cắt với đường kính tra bảng 14

o Xác định thời gian sửa tinh tt bằng tra bảng 15,16

o Xác định chiều dày cắt khi sửa tinh bằng tra bảng 17

o Tính thời gian cơ bản theo công thức:

ath: lượng dư một bên khi mài thô: ath = (0,5 - 0,5)a

Z : lượng dư một bên tổng cộng

Zt : lượng dư một bên khi mài tinh

Zth: lượng dư một bên khi mài thô

Snm: Lượng chạy dao ngang tự động

t1 : Thời gian sửa tinh tra bảng

Dung sai (µm)

Vật liệu gia công

HRC≤30 HRC 30-50 HRC≥50 Xám Còn lại Mài

Bảng 10 - Lượng chạy dao ngang – mài bằng tay[23]

Bảng 17 – Chiều dày cắt khi sửa tinh [23]

Thời gian sửa tinh tt (ph) at (mm) cho bước tiến Sm (mm/ph)

dữ liệu được đánh giá là đầy đủ và chi tiết nhất và đáp ứng được yêu cầu thực tế sản xuất Cụ thể:

Với mài tròn ngoài chạy dao ngang, trước tiên đá mài được tra bảng dựa theo vật liệu mài, phương pháp mài, cấp chính xác cần đạt được (tra bảng P1) Tiếp theo, số vòng quay của chi tiết (nct) được xác định bằng cách tra bảng dựa theo đường kính mài

và vật liệu mài (tra bảng P2), sau đó lượng chạy dao ngang (Snb) được tra bảng căn cứ vào đường kính của chi tiết cần đạt được, lượng dư đường kính và chiều dài mài (tra bảng P2) Khi xác định được đá mài, nct, Snb thì lượng chạy dao thực tế được tính theo

công thức:

S t = S nb K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 (1.4)

Trong đó: St- Lượng chạy dao thực tế

Snb- Lượng chạy dao tra bảng

K1- hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công và cấp chính xác;

K2- hệ số phụ thuộc vào kích thước và vận tốc quay của đá;

K3- hệ số phụ thuộc vào phương pháp mài và kiểm tra kích thước;

K4- hệ số phụ thuộc vào hình dáng bề mặt và độ cứng chi tiết;

K5- hệ số phụ thuộc vào độ cứng của máy;

Thời gian cơ bản T0 được xác định theo công thức: T0 Trong đó:

Z - lượng dư gia công theo bán kính (mm);

Các hệ số K1, K2, K3, K4, K5 đều được tra bảng P3

Với mài tròn ngoài chạy dao dọc, đá mài được tra bảng dựa theo vật liệu mài, phương pháp mài, cấp chính xác cần đạt được (tra bảng P1) Tiếp theo, số vòng quay của chi tiết (nct) được xác định bằng cách tra bảng dựa theo đường kính mài và vật liệu mài (tra bảng P4), lượng chạy dao dọc cũng được tra bảng dựa theo đường kính phôi, chiều rộng đá và cấp độ bóng bề mặt (tra bảng P4) Sau đó lượng chạy dao ngang (Snb mm/htk) được tra bảng căn cứ vào đường kính của chi tiết cần đạt được, lượng dư đường kính và lượng chạy dao dọc (tra bảng P5) Sau khi xác định được đá mài, nct, Snb

thì lượng chạy dao thực tế được tính theo công thức:

S t = S nb K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 (1.4)

Trong đó: St- Lượng chạy dao thực tế

Sb- Lượng chạy dao tra bảng

K1- hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công và cấp chính xác;

K2- hệ số phụ thuộc vào kích thước và vận tốc quay của đá;

K3- hệ số phụ thuộc vào phương pháp mài và kiểm tra kích thước;

K4- hệ số phụ thuộc vào hình dáng bề mặt và độ cứng chi tiết;

K5- hệ số phụ thuộc vào độ cứng của máy;

Thời gian cơ bản T0 đuwọc xác định theo công thức:

T0 Trong đó:

Z - lượng dư gia công theo bán kính (mm);

Các hệ số K1, K2, K3, K4, K5 đều được tra bảng P6

- Xác định kiểu mài: Dựa vào yêu cầu kỹ thuật, dựa vào hình dáng chi tiết, vật liệu gia công để xác định kiểu mài có tâm hay không tâm, mài trong hay mài ngoài, mài chạy dao dọc hay chạy dao ngang

- Chọn đá: Loại hạt mài, kích thước, độ cứng hạt, cấu trúc đá, chất lượng

đá, được chọn bằng cách tra bảng 18, đường kính đá, chiều rộng đá được tra bảng 19

- Tốc độ đá, tốc độ phôi, hệ số tỷ lệ tốc độ, chiều sâu cắt, lượng chạy dao cũng được trả bảng 20, 21, 22

- Công suất cắt:

+ Chiều dày cắt trung bình tính bằng công thức (mm):

Trong đó: hệ số λKe tra bảng 23 + Lực cắt riêng (N):

Trong đó: hế số K tra bảng 24 + Lực cắt chính trung bình:

Fcm = b.hm.kcTrong đó b là chiều rộng mài: b= 0,7bđ (bđ: chiều rộng đá) + Góc tiến dao (0):

+ Hệ số tiếp xúc lưỡi cắt:

+ Công suất cắt (KW):

- Thời gian gia công:

+ Số lần cắt:

+ Chiều dài mài(mm):

+ Lượng chạy dao ngang (mm/ph) tra bảng 20 + Tốc độ phôi (m/ph):

+ Thời gian gia công (ph):

Bảng 18: Hạt mài, kích thước, độ cứng hạt, cấu trúc đá [24]

Vật liệu gia công

Bảng 20: Lượng chạy dao [24]

Loại gia công Mài tròn ngoài chạy dao dọc

mm/ vòng (mm/ hành trình) Mài phẳng

Thô Tinh

Phương pháp kinh nghiệm cũng được sử dụng khá phổ biến để xác định chế độ cắt khi mài ngoài Như trong [9], [17], [18], [19], [20] và [21], nếu dùng đá mài có chất kết dính keramit, khi mài tròn ngoài với vật liệu gang thì Vđ = 18 ÷ 25 m/s, thép Vđ =

25 ÷ 30 m/s; nếu dùng đá mài có chất kết dính vunkanit và bakenit thì Vđ = 30 ÷ 50 m/s, nếu chạy dao bằng tay thì Vđ ≤ 20 m/s Các thông số khác của chế độ cắt cũng được xác định theo kinh nghiệm như: Tốc độ chi tiết Vct = 1% ÷ 3%Vđ; Lượng chạy dao ngang khi mài thô thép Sng = 0.01 ÷ 0.06 mm, mài thô gang Sng = 0.02 ÷ 0.08 mm; Lượng chạy dao ngang, mài tinh Sng = 0.005 ÷ 0.015 mm; Lượng chạy dao dọc khi mài thô thép Sd = 0.3 ÷ 0.7 bề rộng đá mài, mài tinh thép Sd = 0.2 ÷ 0.3, mài tinh gang Sd = 0.4 bề rộng đá Thêm vào đó, các tác giả cũng nêu rõ chế độ cắt của mài tròn ngoài cho

2 loại đá mài như trên áp dụng khi mài ngoài gang và thép nói chung chứ chưa xác định chế độ cắt cho các loại mác vật liệu cụ thể

Ngoài việc sử dụng phương pháp tra bảng như trong [12], [13], [14], [15] và tính bằng công thức như trong [16], phương pháp kinh nghiệm như trong [9], [17], [18], [19], [20] và [21], trong [22] còn sử dụng thêm cả đồ thị để xác định các thông số của chế độ cắt khi mài ngoài Cụ thể như sau: [22] khuyến cáo (theo kinh nghiệm) nên chọn tốc độ đá mài từ 1200 ÷ 1800m/phút có thể tối đa là 3600m/phút; tốc độ chi tiết

từ 20 ÷ 40m/phút; chiều sâu cắt cho mài thô từ 0.01 ÷ 0.025mm và cho mài tinh là 0.005mm; kích thước hạt mài từ 46 ÷ 60 với vật liệu dễ mài và khoảng 80 với vật liệu khó mài Bên cạnh đó, [22] cũng đưa ra một số công thức để xác định các thông số chế

độ cắt như sau:

• Lượng chạy dao:

S = bđgc.V (mm/ph) Trong đó, bđgc là bề rộng gia công của đá mài

bđgc = C.bđ (mm) Với C là hệ số tra bảng; bđ là chiều rộng đá mài( mm);

V là tốc độ gia công (v/ph)

Hình 2.1: Quan hệ giữa chiều sâu cắt và tốc độ quay của phôi [22]

Hình 2.2: Quan hệ giữa tuổi bền và tốc độ của đá [22]

Hình 2.3: Quan hệ giữa tốc độ bóc tách kim loại và tốc độ cắt của đá [22]