Chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công vật liệu thép C45 sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHẠM ĐỨC BÌNH CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU THÉP C45 SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU THÉP C45 SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN Học viên : Phạm Đức Bình Lớp : CHK13 Chuyên ngành : Cơ khí chế tạo máy CB hướng dẫn khoa học : GS.TSKH Bành Tiến Long TS. Nguyễn Tiến Đông Ngày giao đề : ……… / ……… /……… Ngày hoàn thành : ……… / ……… /……… BAN GIÁM HIỆU KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CB HƢỚNG DẪN GS.TSKH Bành Tiến Long HỌC VIÊN Phạm Đức Bình TS. Nguyễn Tiến Đông Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần tham khảo đã đƣợc ghi rõ trong luận văn Tác giả Phạm Đức Bình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo GS.TSKH Bành Tiến Long, TS.Nguyễn Tiến Đông đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn thành Luận văn này. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và khoa Sau đại học của trường Đại học kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Trung cấp nghề tỉnh Lào Cai đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu luận văn. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Công ty TNHH Vạn Xuân; Trung tâm thí nghiệm của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ trong quá trình làm thực nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm. Do năng lực của bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi những 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. Tác giả Phạm Đức Bình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Pi Lực cắt tổng hợp tác dụng lên một hạt mài P Σ Lực cắt tổng hợp khi mài P x Lực dọc theo phương chạy dao P y Lực cắt pháp tuyến P z Lực cắt tiếp tuyến R a Độ nhám bề mặt S d Lượng chạy dao dọc S n Lượng chạy dao ngang n c Vận tốc chạy dao vòng của bàn máy khi mài mặt đầu có bàn máy chạy dao vòng S o Lượng chạy dao dọc trục (mài mặt đầu) ρ Bán kính đỉnh lưỡi cắt của hạt mài γ Góc trước của lưỡi cắt hạt mài α Góc sau của lưỡi cắt hạt mài θ Góc ở tâm của đá mài gián đoạn giới hạn bởi chiều rộng xẻ rãnh W của một rãnh đá β Góc cắt của lưỡi cắt hạt mài λ Góc ăn tới của lưỡi cắt hạt mài a z Chiều dày phoi cắt theo lý thuyết a’ z Chiều dày phoi cắt thực tế s Độ sắc của lưỡi cắt hạt mài m L Chiều dài trung bình của diện tích mòn đỉnh hạt mài n Tổng số lưỡi cắt của các hạt mài đồng thời tham gia cắt hk R Lượng mòn đá theo hướng kính cd R Lượng mòn cạnh đá cd A Diện tích mòn cạnh đá tương ứng với lượng mòn cạnh đá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn hk A Diện tích mòn hướng kính tương ứng với lượng mòn hướng kính shk V Thể tích mòn đá theo hướng kính scd V Thể tích mòn cạnh đá hm V Thể tích hạt mài trong đá mài cdk V Thể tích chất dính kết trong đá mài kt V Thể tích khoảng trống trong đá mài đ V Thể tích đá mài B Bề rộng của đá d D Đường kính ngoài của đá ct v Vận tốc chi tiết sđ S Lượng chạy dao khi sửa đá sđ t Chiều sâu cắt khi sửa đá dn t Chiều sâu cắt danh nghĩa (thiết lập cho máy từ ban đầu) a t Chiều sâu cắt thực tế c v Vận tốc đá mài n đ Tốc độ quay của đá mài η Tỷ lệ gián đoạn của đá mài gián đoạn w S Bước sóng bề mặt z W Chiều cao độ sóng bề mặt 1  Ứng suất pháp tuyến lớn nhất sinh ra trong đá mài gián đoạn 2  Ứng suất pháp tuyến nhỏ nhất sinh ra trong đá mài gián đoạn 3  Ứng suất dọc trục sinh ra trong đá mài gián đoạn lt L Chiều dài một cung đá mài gián đoạn có chứa hạt mài theo lý thuyết th L Chiều dài thực tế của một cung đá mài gián đoạn có chứa hạt mài lt N Số lượng hạt mài theo lý thuyết tương ứng với chiều dài lt L th N Số lượng hạt mài thực tế tương ứng với chiều dài th L Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DÙNG TRONG LUẬN VĂN Thứ tự NỘI DUNG Bảng 1.1 Thành phần, đặc tính và công dụng của một số vật liệu mài Bảng 1.2 Độ hạt và kích thước hạt mài theo một số tiêu chuẩn Bảng 1.3 Một số chất dính kết thông dụng trong sản xuất đá mài Bảng 1.4 Thang độ cứng của đá mài và ký hiệu Bảng 1.5 Lượng hạt mài theo cấu trúc Bảng 3.1 Thành phần hoá học của thép Các bon chất lượng C45 Bảng 3.2 Cơ tính của thép Các bon chất lượng C45 Bảng 3.3 Thành phần của hạt mài Corundun nâu: Bảng 3.4 Thông số hình học của các viên đá mài gián đoạn Bảng 3.5 Tỷ lệ gián % gián đoạn η của các viên đá Bảng 3.6 Chiều dài của một cung đá có chứa hạt mài (L) của các viên đá mài. Bảng 3.7 Kết quả đo chiều sâu cắt thực tế khi gia công thép C45 không nhiệt luyện bằng đá mài gián đoạn Bảng 3.8 Kết quả đo chiều sâu cắt thực tế khi gia công thép C45 nhiệt luyện bằng đá mài gián đoạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Thứ tự NỘI DUNG Hình 1.1 Các dạng có thể có của lưỡi cắt Hình 1.2 Quá trình tạo phoi khi mài Hình 1.3 Dạng mài mòn hạt mài và chất dính kết Hình 1.4 Mài tròn ngoài có tâm Hình 1.5 Mài tròn ngoài không tâm Hình 1.6 Các phương pháp mài lỗ Hình 1.7 Sơ đồ các phương pháp mài phẳng dùng đá mài mặt đầu Hình 1.8 Mài phẳng dùng đá mài mặt đầu Hình 1.9 Sơ đồ các phương pháp mài phẳng dùng đá mài tròn Hình 1.10 Quá trình mài phẳng bằng đá mài tròn Hình 1.11 Sơ đồ mài mặt định hình Hình 1.12 Sơ đồ mài khôn Hình 1.13 Sơ đồ mài nghiền Hình 1.14 Sơ đồ mài siêu tinh xác Hình 1.15 Các sơ đồ của cơ cấu đai mài Hình 1.16 Sơ đồ gia công điện hóa mài Hình 1.17 Sơ đồ gia công bằng tia hạt mài Hình 1.18 Sơ đồ ký hiệu đá mài Hình 1.19 Đá mài mặt phẳng của hãng TYROLIT Hình 1.20 Một số loại đá mài của hạng Camel Grinding Wheels Hình 1.21 Một số loại đá mài mặt phẳng của hãng Norton Abrasive Hình 1.22 Đá mài mặt phẳng cacborundum của hãng ANCHOR Hình 1.23 Đá mài mặt phẳng của hãng KINIK Hình 1.24 Đá mài mặt phẳng cacborundum của hãng Saint - Gobain Hình 1.25 Một số loại đá mài mặt phẳng của Công ty đá mài Hải Dương Hình 1.26 Sự hình thành độ nhám bề mặt mài Hình 1.27 Ảnh SEM bề mặt mài Hình 1.28 Sơ đồ của độ sóng bề mặt Hình 1.29 Một số dạng sai số hình dáng bề mặt trụ theo tiết diện dọc Hình 2.1 Đá mài của hãng Saint-Gobain Abrasives có vận tốc cắt đến 180m/s Hình 2.2 Đá mài gián đoạn CBN và các phần phân đoạn chéo của hãng Saint- Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Gobain Abrasives. Hình 2.3 Ứng suất lớn nhất của đá mài gián đoạn khi đang quay là hàm số của số lượng các phân đoạn đá mài và chiều dày lớp mài mòn Hình 2.4 Tốc độ quay tại đó đá mài gián đoạn bị vỡ như là hàm số của đường kính đá mài và chiều dày của lớp mài mòn Hình 2.5 So sánh sự hư hỏng của các viên đá mài Hình 2.6 Đá mài thông thường bị hỏng khi mài tròn ngoài cổ trục khuỷu Hình 2.7 Năng lượng được giải phóng của một phần tư viên đá mài liền khối với một phân đoạn của đá mài gián đoạn Hình 2.8 Đá mài kim cương dạng cốc của công ty Camel grinding Wheels Hình 2.9 Đá mài mặt đầu gián đoạn với các mảnh đá được ghép đều trên đế Hình 2.10 Đá mài mặt đầu kim cương gián đoạn Hình 2.11 Đá mài mặt đầu gián đoạn gắn trên máy mài Hình 2.12 Một số loại đá mài gián đoạn Hình 2.13 Một số kiểu mảnh đá của các hãng sản xuất đá mài trên thế giới Hình 2.14 Một số mảnh đá mài mặt phẳng của hãng NORTON Hình 2.15 Một số mảnh đá mài mặt phẳng của hãng ANCHOR Hình 2.16 Một số mảnh đá mài mặt phẳng của hãng TYROLIT Hình 2.17 Một số mảnh đá của hãng NIKIK Hình 2.18 Hình dáng một số mảnh đá của tập đoàn Saint – Gobain Abrasive Hình 2.19 Biểu đồ mối quan hệ giữa lực cắt với tỷ lệ gián đoạn và số lượng phân đoạn Hình 2.20 Sơ đồ so sánh nhiệt khi mài gián đoạn và mài thông thường Hình 2.21 Mối quan hệ giữa lượng kim loại được hớt đi và hệ số lệch K Hình 2.22 Đá mài mặt đầu gián đoạn với mô hình lục giác Hình 2.23 Ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn η (%) đến độ nhám bề mặt Hình 2.24 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt khi mài với đá mài tròn gián đoạn và mài bằng đá mài liên tục thông thường Hình 2.25 Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với tỷ lệ gián đoạn và tốc độ cắt Hình 2.26 Quan hệ của độ nhám bề mặt chi tiết với lượng chạy dao khi mài bằng đá mài tròn gián đoạn Hình 2.27 Quan hệ của độ nhám bề mặt chi tiết với chiều sâu cắt a e Hình 3.1 Phôi thép C45 sử dụng trong thí nghiệm Hình 3.2 Hình dáng hình học của đá mài gián đoạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.3 Bộ đá mài sử dụng trong thí nghiệm Hình 3.4 Sơ đồ tính toán tỷ lệ % (η) gián đoạn của đá Hình 3.5 Đầu sửa đá kim cương 22 viên Hình 3.6 Tiến hành sửa đá mài sau mỗi lần cắt Hình 3.7 Máy mài phẳng OKAMOTO Hình 3.8 Thước cặp điện tử Mitsubishi Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn của đá mài (η) với chiều sâu cắt thực tế ( a t ) khi gia công thép C45 không nhiệt luyện với chiều sâu cắt t 1 =0,015mm/hành trình kép Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn của đá mài (  ) với chiều sâu cắt thực tế ( a t ) khi gia công thép C45 không nhiệt luyện với chiều sâu cắt t 2 =0,025mm/hành trình kép Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn của đá mài (  ) với chiều sâu cắt thực tế ( a t ) khi gia công thép C45 không nhiệt luyện với chiều sâu cắt t 3 =0,05mm/hành trình kép Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn của đá mài (  ) với chiều sâu cắt thực tế a t khi gia công thép C45 nhiệt luyện với chiều sâu cắt t 1 =0,015mm/hành trình kép Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn của đá mài (  ) với chiều sâu cắt thực tế a t khi gia công thép C45 nhiệt luyện với chiều sâu cắt t 2 =0,025mm/hành trình kép Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn của đá mài (  ) với chiều sâu cắt thực tế a t khi gia công thép C45 nhiệt luyện với chiều sâu cắt t 3 =0,05mm/hành trình kép Hình 3.15 Mô phỏng quỹ đạo cắt của hạt mài Hình 3.16 Sự tích tụ và hình thành các đám phoi mài Hình 3.17 Quá trình thoát phoi khi mài với đá mài gián đoạn Hình 3.18 Sự tiếp cận của dung dịch trơn nguội vào bề mặt gia công khi sử dụng đá mài liên tục và đá mài gián đoạn Hình 3.19 Chiều dài cung hạt mài và khả năng thoát phoi đối với đá mài gián đoạn Hình 3.20 Hoa lửa trong quá trình gia công bằng đá mài gián đoạn Hình 3.21 Hoa lửa trong quá trình gia công bằng đá mài liên tục [...]... chất lượng bề mặt gia công khi mài bằng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn đối với nhiều loại vật liệu khác nhau sẽ tạo điều kiện để cải thiện quá trình gia công, nâng cao chất lượng bề mặt, năng suất và hiệu quả gia công Thép C45 là mác thép thường được sử dụng để chế tạo các chi tiết máy có độ chính xác cao như các loại trục sử dụng trong các hộp giảm tốc, trục nghiền…Do đó việc mở rộng nghiên cứu chất. .. chất lượng bề mặt khi gia công các loại vật liệu, trong đó có vật liệu thép C45 là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Xuất phát từ những phân tích trên, được sự hướng dẫn của các thầy giáo, tác giả chọn đề tài: Chất lƣợng bề mặt chi tiết khi gia công vật liệu thép C45 sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn 2 Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích của đề tài - Đánh... lớn hơn bề rộng chi tiết 1.2.4 Mài mặt định hình Khi mài mặt định hình thường sử dụng phương pháp gia công tinh, thực hiện bằng đá mài định hình hoặc đá mài thông thường với chuyển động chạy dao của đá hoặc chi tiết gia công theo dưỡng chép hình Mài mặt định hình được sử dụng khi mài ren, mài răng hoặc mài các bề mặt phức tạp như mặt cam, mặt côn… Hình 1.11: Sơ đồ mài mặt định hình a- mài ren; b -mài răng;... Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 mài gián đoạn. v.v Ở trong nước, Nguyễn Tiến Đông, Nguyễn Thị Phương Giang [2] đã nghiên cứu về khả năng giảm lực cắt khi gia công vật liệu ceramics sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn Do mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối nên chất lượng bề mặt mài ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của chi tiết máy .Việc nghiên cứu chất. .. mài dùng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn đã được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng để gia công vật liệu Ở nước ngoài, Michele H Miller and Xiaorui Fan [11] đã nghiên cứu sự mài mòn của đá khi mài gián đoạn Taghi Tawakoli, Bahman Azarhoushang [20] đã điều tra tính khả thi của mài không liên tục với đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn trên hai loại vật liệu composit nền ceramic khác nhau trong khi. .. Tổng quan về phương pháp mài và chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài; tổng quan về kết quả nghiên cứu đối với Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 đá mài gián đoạn; đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài đến chi u sâu cắt thực tế và năng suất gia công khi mài thép C45 bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài gián đoạn - Phương pháp nghiên... lực cắt khi mài phụ thuộc vào số lượng hạt mài trên một đơn vị diện tích bề mặt đá mài Khi số lượng hạt mài tăng thì lực cắt tổng hợp tăng Lực cắt tổng hợp tăng lên là một trong những nguyên nhân chính làm ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công, trong đó lực pháp tuyến Py có ảnh hưởng lớn tới quá trình hình thành bề mặt gia công và độ nhám bề mặt chi tiết gia công, lực tiếp tuyến Pz có ảnh... gọt cao - Sử dụng đá mài có bề mặt làm việc không liên tục, đá mài độ xốp cao 1.1.5 Sự mài mòn của đá mài và sửa đá a Sự mài mòn của đá mài Sự mài mòn bề mặt làm việc của đá mài khi mài là một quá trình cơ-lý-hóa phức tạp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: Đặc trưng của đá, tính chất vật liệu gia công, chế độ cắt… Những dạng mài mòn đặc trưng cho đá mài là: + Mòn từng hạt do mài cơ học hoặc do sự dính bám,... thường sử dụng các phương pháp sửa đá sau: + Dùng mũi sửa đá kim cương + Lăn theo biên dạng bằng đá mài có độ cứng cao hơn + Mài bằng đá mài có độ cứng cao hơn - Dụng cụ để sửa đá mài gồm: mũi sửa đá kim cương, đĩa kim cương, đĩa bằng vật liệu mài bằng hợp kim cứng, bằng thép con lăn, bằng thép gió Hình dáng của một số dụng cụ sửa đá mài cho trong hình 1.5 a, b, c, Hình 1.5 Một số dụng cụ sửa đá mài a-Mũi... tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1.1 Lịch sử phát triển của đá mài gián đoạn 41 2.1.2 Mô hình hóa đá mài gián đoạn 43 2.1.3 Ứng suất sinh ra trong đá mài gián đoạn 43 2.1.4 Kích thước của đá mài gián đoạn 44 2.1.5 Sự an toàn khi thiết kế đá mài gián đoạn 46 2.1.6 Các loại đá mài gián đoạn 49 2.1.6.1 Đá mài mặt đầu gián đoạn . nên chất lượng bề mặt mài ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của chi tiết máy .Việc nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài bằng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn đối với nhiều loại vật liệu. tài: Chất lƣợng bề mặt chi tiết khi gia công vật liệu thép C45 sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn 2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích của đề tài - Đánh. 2.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 62 CHƢƠNG 3: CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI GIA CÔNG THÉP C45 BẰNG PHƢƠNG PHÁP MÀI PHẲNG SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN 65 3.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THỰC