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.vnBảng 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

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

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

Trang 2

THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CB hướng dẫn khoa học : GS.TSKH Bành Tiến Long

TS Nguyễn Tiến Đông

CB HƯỚNG DẪN

GS.TSKH Bành Tiến Long

HỌC VIÊN

Phạm Đức Bình

Trang 3

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

Trang 4

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

Trang 5

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

Trang 6

n đ Tốc độ quay của đá mài

η Tỷ lệ gián đoạn của đá mài gián đoạn

N Số lượng hạt mài theo lý thuyết tương ứng với chiều dài L lt

N Số lượng hạt mài thực tế tương ứng với chiều dài L

Trang 7

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

Trang 8

Hình 1.1 Các dạng có thể có của lưỡi cắt

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

Trang 9

Saint-Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

kính đá mài và chiều dày của lớp mài mòn

với một phân đoạn của đá mài gián đoạn

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

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

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

bằng đá mài tròn gián đoạn

Trang 10

Hình 3.6 Tiến hành sửa đá mài sau mỗi lần cắt

Hình 3.9

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn của đá mài (η)

Hình 3.10

Hình 3.11

Hình 3.12

Hình 3.13

Hình 3.14

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

dụng đá mài liên tục và đá mài gián đoạn

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

Trang 11

Danh mục các bảng biểu iii

Danh mục các hình vẽ và đồ thị iv

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2

2.1 Mục đích của đề tài 2

2.2 Đối tượng nghiên cứu 2

2.3 Nội dung, phương pháp nghiên cứu 2

3 Ý nghĩa của đề tài 3

3.1 Ý nghĩa khoa học 3

3.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀI 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI 4

1.1.1 Đặc điểm của quá trình mài 4

1.1.2 Quá trình tạo phoi khi mài 5

1.1.3 Lực cắt khi mài 7

1.1.4 Nhiệt của quá trình mài 8

1.1.5 Sự mài mòn của đá mài và sửa đá 9

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÀI 11

1.2.1 Mài tròn ngoài 11

1.2.2 Mài tròn trong 12

1.2.3 Mài mặt phẳng 13

1.2.4 Mài mặt định hình 16

1.2.5 Mài khôn 16

1.2.6 Mài nghiền 17

1.2.7 Mài siêu tinh xác 17

Trang 12

1.3 ĐÁ MÀI 20

1.3.1 Vật liệu hạt mài 21

1.3.2 Độ hạt của đá mài 24

1.3.3 Chất dính kết 25

1.3.4 Độ cứng của đá mài 26

1.3.5 Cấu trúc đá mài 27

1.3.6 Một số loại đá mài 28

1.4 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀI 30

1.4.1 Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài 31

1.4.1.1 Độ nhám bề mặt 31

1.4.1.2 Độ sóng bề mặt 32

1.4.1.3 Sai số hình dáng bề mặt 34

1.4.1.4 Độ cứng tế vi 34

1.4.1.5 Ứng suất dư 35

1.4.1.6 Cấu trúc của lớp bề mặt 36

1.4.2 Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công 36

1.4.2.1 Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 36

1.4.2.2 Phương pháp đánh giá độ cứng lớp bề mặt 37

1.4.2.3 Phương pháp đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt 37

1.4.2.4 Phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt 37

1.4.3 Một số hướng nghiên cứu để nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công và hiệu suất của quá trình mài 38

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 39

CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHI MÀI BẰNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN 41

2.1 SỰ PHÁT TRIỂN ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN CHO ĐẾN NAY 41

Trang 13

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 49

2.1.6.2 Đá mài tròn gián đoạn 50

2.1.6.3 Một số mảnh đá mài của các hãng sản xuất trên thế giới 51

2.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC KHI GIA CÔNG BẰNG ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN SO VỚI ĐÁ MÀI THÔNG THƯỜNG 53

2.2.1 Về lực cắt 53

2.2.2 Về nhiệt cắt 55

2.2.3 Về năng suất gia công 56

2.2.4 Về năng lượng tiêu thụ khi mài 58

2.2.5 Về lượng mòn của đá 58

2.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI BẰNG ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN 59

2.3.1 Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt mài 59

2.3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài 59

2.3.1.2 Ảnh hưởng của vận tốc đá mài 60

2.3.1.3 Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt 61

2.3.2 Ảnh hưởng đến cấu trúc và ứng suất dư lớp bề mặt 62

CHƯƠNG 3: CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI GIA CÔNG THÉP C45 BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀI PHẲNG SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN 65

3.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 65

3.2 MÔ TẢ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 65

Trang 14

3.2.4 Tưới nguội 71

3.2.5 Máy thí nghiệm 71

3.2.6 Thiết bị đo 72

3.3 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 72

3.3.1 Phương pháp tiến hành thực nghiệm 72

3.3.2 Kết quả thí nghiệm 73

3.3.2.1 Khi gia công trên thép C45 không nhiệt luyện 73

3.3.2.2 Khi gia công trên thép C45 nhiệt luyện 75

3.4 THẢO LUẬN KẾT QUẢ 78

3.4.1 Ảnh hưởng của quá trình thoát phoi mài đến chiều sâu cắt thực tế 78

3.4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài đến chiều sâu cắt thực tế 80

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 85

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC

Trang 15

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền cao là cơ

sở cho sự ra đời và nâng cao chất lượng các loại sản phẩm máy móc, thiết bị và hình thành, hoàn thiện các phương pháp gia công Phương pháp mài có một vị trí đặc biệt quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại nhờ khả năng vượt trội so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia công những vật liệu có độ bền cơ học

và độ cứng cao cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao Gia công bằng

độ chính xác kích thước cao tới 0,002-0,003mm [1] Trong thực tế, tùy theo kết cấu và yêu cầu cụ thể về chức năng của từng loại sản phẩm để xác định phương pháp gia công cho phù hợp, song cùng với cùng độ nhấp nhô và độ chính xác kích thước chi tiết như đã nêu trên thì phương pháp mài chiếm 80-85%, trừ những kết cấu sản phẩm không thể can thiệp được bằng phương pháp mài Chất lượng bề mặt chi tiết đòi hỏi càng cao thì yêu cầu phương pháp mài càng phải được nghiên cứu, phát triển để đáp ứng yêu cầu gia công

Quá trình cắt gọt của mài thực chất là quá trình các hạt mài cào xước bề mặt của chi tiết gia công, lượng kim loại do mỗi lưỡi cắt cắt đi rất nhỏ Các phương pháp mài hiện nay chủ yếu dùng đá mài thông thường Tuy nhiên, loại đá mài này có hạn chế là lực cắt, nhiệt cắt lớn nên thường gây ra các khuyết tật: cháy mài, thoát các bon, nứt tế vi, ứng suất dư kéo trên lớp bề mặt …làm hạn chế khả năng ứng dụng của các phương pháp mài thông thường

Để khắc phục những hạn chế trên, phương pháp 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 J Pe´rez và các cộng sự [22] đã tiến hành phân tích sự truyền nhiệt trong quá trình

Trang 16

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 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 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 lượng 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 tượng và phương pháp nghiên cứu

2.1 Mục đích của đề tài

- Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn của đá mài gián đoạn corundum đến chiều sâu cắt thực tế và năng suất cắt gọt khi gia công thép C45 bằng phương pháp mài phẳng

- Ứng dụng kết quả làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy, học tập

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Chiều sâu cắt thực tế và năng suất cắt gọt khi gia công thép C45 bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài gián đoạn

2.3 Nội dung, phương pháp nghiên cứu

- Nội dung nghiên cứu: 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

Trang 17

đá mài gián đoạn; đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài đến chiều 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 cứu:

+ Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

+ Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm

+ Phân tích và đánh giá kết quả

3 Ý nghĩa của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

Mài bằng đá mài gián đoạn được nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhưng ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu về chất lượng bề mặt thép C45 khi mài bằng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn được công bố, do

đó đề tài có ý nghĩa khoa học và phù hợp với hướng nghiên cứu của khoa học và công nghệ về gia công vật liệu

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần ứng dụng công nghệ mài bằng đá mài có

bề mặt làm việc gián đoạn vào gia công cơ khí ở Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp mài

- Kết quả của nghiên cứu có thể ứng dụng trong các nhà máy khi gia công thép C45 nhiệt luyện và chưa nhiệt luyện bằng phương pháp mài phẳng Sử dụng để tham khảo khi mài các mác thép khác

- Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đề xuất một số hướng nghiên cứu mới về đá mài gián đoạn trong tương lai

Trang 18

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT

CHI TIẾT GIA CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀI

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI

Mài là phương pháp gia công có lịch sử phát triển lâu dài và có một vị trí đặc biệt quan trọng trong gia công cơ khí nhờ khả năng vượt trội so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia công những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao, cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao Tỷ lệ máy mài trong tổng

số máy cắt kim loại nói chung chiếm khoảng 30% nhưng trong một số ngành đặc biệt như chế tạo vòng bi thì máy mài chiếm đến 60% [1] Mài là phương pháp gia công với lưỡi cắt không xác định nên có những đặc điểm riêng khác biệt so với các phương pháp gia công khác

1.1.1 Đặc điểm của quá trình mài

Quá trình mài là quá trình gia công vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao Mài có các đặc điểm sau:

- Đá mài là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt Các hạt mài có kích thước, hình dáng khác nhau và phân bố ngẫu nhiên trong chất dính kết Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi cắt, lưỡi cắt có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt, có nghĩa là góc trước  thường âm và góc cắt  thường

vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia công tạo ra

Trang 19

độ nhẵn bóng và độ chính xác cao

- 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…

- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc một phần: 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

- Lực cắt khi mài thường không lớn (trung bình khoảng 300N÷400N) vì tiết diện cắt rất bé Tuy nhiên công suất tiêu hao khi mài lớn vì tốc độ cắt khi mài cao [1]

- Do không thể chủ động thay đổi được hình dáng và vị trí của hạt mài trong đá mài nên việc điều khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn

Xuất phát từ những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia công các vật liệu có độ cứng và độ bền lớn cho độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên phương pháp mài có vị trí rất 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 [1]

1.1.2 Quá trình tạo phoi khi mài

Các hạt mài được phân bố ngẫu nhiên trong chất dính kết và có độ cứng tế

vi cao hơn nhiều so với độ cứng của vật liệu chi tiết gia công Trong quá trình cắt, hạt mài bị vỡ sẽ tạo thành nhiều mảnh có hình dáng bất kỳ và nhiều cạnh sắc Các mặt cắt đặc trưng của hạt mài được mô tả như Hình 1.1

Hình 1.1.a mô tả mặt cắt trung bình của lưỡi cắt tương tự như khi gia công bằng dao có lưỡi cắt xác định (gia công tiện, phay…) Lưỡi cắt có dạng cung tròn bán kính  với chiều dày phoi cắta Độ sắc của lưỡi cắt ( s ) được định z

Trang 20

nghĩa theo công thức:

Trang 21

mũi dao có bán kính  và do góc ăn tới của lưỡi cắt  nhỏ nên giai đoạn đầu (I,II) không tạo phoi mà vật liệu gia công bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, bị đẩy sang hai bên của lưỡi cắt hoặc chảy qua mặt dưới của lưỡi cắt sang mặt sau của hạt mài

Khi lưỡi cắt tiếp tục ăn sâu vào chi tiết thì chiều dày phoi a tương ứng với z

chiều sâu vết cắt t và lúc này bắt đầu tạo phoi (III) Tiếp theo là quá trình tạo a

phoi, dồn ép kim loại gây biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi xảy ra đồng thời Do vậy chiều dày phoi thực tế a nhỏ hơn chiều sâu cắt thực tế 'z t a

Các nghiên cứu cho thấy rằng a , z' t phụ thuộc vào hình dáng hình học a

của lưỡi cắt, vào góc tác dụng , vào vận tốc cắt v Ngoài ra c a còn phụ thuộc z'

vào các yếu tố khác như: các thành phần của lực cắt, vào cơ lý tính của vật liệu gia công Khi lưỡi cắt bị mòn ( lớn), góc  nhỏ thì biến dạng vật liệu tăng lên mặc dù t lớn nhưng a '

Nếu gọi lực cắt tổng hợp tác dụng lên một hạt mài là P thì lực cắt khi mài i



i i

P P

Trang 22

P Thành phần lực tiếp tuyến

Thường P y (1,53)P z; P rất bé so với x P nên thường bỏ qua [1] z

Từ công thức (1.2) có thể thấy 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 P có ảnh hưởng lớn tới quá trình hình thành bề mặt gia công và độ nhám y

bề mặt chi tiết gia công, lực tiếp tuyến P có ảnh hưởng chính đến công suất của z

máy và tuổi bền làm việc của đá Đặc biệt, lực dư thừa trong quá trình mài sẽ gây ra khuyết tật dưới lớp bề mặt như cháy mài, thoát các bon, nứt tế vi… ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt chi tiết gia công [2]

1.1.4 Nhiệt của quá trình mài

Trong quá trình mài, năng lượng cơ học sinh ra do chuyển động tương đối giữa đá mài và phôi chủ yếu được chuyển thành nhiệt (khoảng 98%) [1] Sự chuyển đổi này diễn ra thông qua quá trình ma sát giữa hạt mài với phôi, hạt mài với phoi và biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi của vật liệu [8] Nguồn nhiệt sinh

ra khi mài được truyền vào chi tiết, phoi, đá mài và môi trường

Năng lượng của quá trình mài chủ yếu tập trung cho việc cào xước tạo phoi nên khi năng lượng này biến đổi thành nhiệt thì tỷ lệ nhiệt truyền vào chi tiết rất lớn, chiếm khoảng 60-90% trong tổng lượng nhiệt sinh ra [24] Nhiệt truyền vào chi tiết làm thay đổi tổ chức tế vi của bề mặt chi tiết theo hướng không có lợi hoặc làm oxy hóa bề mặt tùy theo thời gian tác động của nhiệt

Một phần nhiệt truyền vào dụng cụ, làm suy giảm độ cứng, suy giảm tính cắt của các hạt mài và độ bền của chất dính kết

Do tốc độ cắt cao và góc cắt của các hạt mài không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt nên nhiệt độ ở vùng tiếp xúc giữa đá mài với chi tiết gia công rất lớn (khoảng 1.000 1.500 0C) Nhiệt độ mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chế độ cắt, vật liệu gia công, vật liệu hạt mài, chất dính kết, độ xốp của đá mài, dung

Trang 23

dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội

Tỷ lệ các nguyên tố hợp kim trong vật liệu là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hệ số truyền nhiệt của vật liệu Những vật liệu có số lượng và hàm lượng nguyên tố hợp kim cao thì hệ số truyền nhiệt thấp Khi mài những loại vật liệu này nhiệt lan truyền chậm làm cho nhiệt độ vùng mài tăng cao, bề mặt chi tiết mài dễ bị cháy, nứt

Để giảm nhiệt độ mài có thể dùng các biện pháp như:

- Dùng dung dịch trơn nguội và các biện pháp tưới nguội tiên tiến

- Sử dụng vật liệu hạt mài có khả năng cắt 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, ăn mòn, khuyếch tán, các vết nứt tế vi do ứng suất nhiệt và gẫy vỡ các hạt mài

+ Các hạt mài bị bung khỏi chất dính kết do tải trọng cơ nhiệt lớn, do chất dính kết bị mài mòn, do hóa học, nhiệt hoặc do cơ học

+ Khoảng không gian giữa các hạt mài bị lấp đầy phoi cắt hoặc các vật phẩm mài mòn

Hình 1.3- Dạng mài mòn hạt mài và chất dính kết

Trang 24

Lượng mòn của đá được đặc trưng bởi tỷ số thể tích mài mòn của đá với thể tích lớp kim loại tương ứng được cắt đi Lượng mòn đá gồm lượng mòn hướng kính R hk và lượng mòn cạnh đá R cd Thể tích mòn của đá:

scd shk

cd d scd D A

cd

A : Diện tích mòn cạnh đá (mm2) Lượng mòn hướng kính R hkgây ra sai số về kích thước Lượng mòn cạnh đá R cdgây ra sai số về hình dáng hình học khi mài định hình Cả hai lượng mòn này xác định tuổi bền của đá và tạo ra nhu cầu sửa đá Lượng sửa đá tương đương với lượng mòn cạnh đá R cd

b Sửa đá mài

- Khi đá mòn cần phải sửa đá bằng các loại dụng cụ sửa đá khác nhau để khôi phục khả năng cắt và hình dáng đúng của bề mặt đá Sửa đá gồm 2 giai đoạn: Tạo biên dạng và làm sắc

+ Tạo biên dạng đá là tạo cho đá mài có biên dạng chính xác, phù hợp với biên dạng của chi tiết cần gia công Tạo biên dạng nhằm mục đích khôi phục lại

độ chính xác về hình dáng hình học của đá mài sau mỗi chu kỳ làm việc của đá, nâng cao tính cắt, tuổi bền của đá mài và mở rộng khả năng công nghệ của đá mài, góp phần nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công đồng thời nâng cao năng suất và hạ giá thành

+ Làm sắc là quá trình tạo khả năng cắt cho đá mài Làm sắc bao gồm việc làm sạch phoi kim loại tích tụ ở các khoảng trống giữa các hạt mài trên bề mặt

đá, đồng thời tạo các lưỡi cắt mới cho hạt mài

- Tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng gia công và điều kiện sản xuất,

Trang 25

trong thực tế 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

c, Hình 1.5 Một số dụng cụ sửa đá mài a-Mũi sửa đá mài loại 1 đầu; b-Mũi sửa đá mài loại nhiều đầu; c-Đá sửa đá mài

- Chi tiết quay tròn, đá mài vừa quay tròn vừa thực hiện hai chuyển động chạy dao ngang dọc

Trang 26

Mài tròn ngoài gồm mài tròn ngoài có tâm và mài tròn ngoài không tâm

* Mài 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 Mài tròn ngoài có tâm gồm các phương pháp: Phương pháp tiến dao dọc; Phương pháp tiến dao ngang; Phương pháp tiến dao tiếp tuyến; Phương pháp tiến dao nghiêng; Mài tròn ngoài bằng mặt đầu của đá mài

Hình 1.4- Mài tròn ngoài có tâm

a-tiến dao dọc; b-tiến dao hướng kính; c-tiến dao tiếp xúc; d,e-tiến dao nghiêng; g-mài

bằng mặt đầu của đá

* Mài tròn ngoài không tâm: gồm mài tròn ngoài không tâm tiến dao dọc

và mài tròn ngoài không tâm tiến dao ngang

Hình 1.5-Mài tròn ngoài không tâm

a-tiến dao dọc; b-tiến dao ngang (n đ – tốc độ quay của đá mài, n c – tốc độ quay của chi tiết)

1.2.2 Mài tròn trong

Mài lỗ được thực hiện trên các máy mài tròn trong Chi tiết và đá mài có chuyển động ngược nhau, đá mài có chuyển động ngang để ăn hết chiều sâu của

Trang 27

chi tiết Đá mài hoặc chi tiết có chuyển động dọc trục để gia công hết chiều dài chi tiết Trong đa số các trường hợp, chi tiết được kẹp chặt trên mâm cặp Mài lỗ đối với chi tiết gá trên mâm cặp được thực hiện theo hai phương pháp: Phương pháp tiến dao hướng trục và phương pháp tiến dao hướng kính Hình 1.6 là sơ đồ một số phương pháp mài lỗ

Hình 1.6: Các phương pháp mài lỗ

a-tiến dao dọc; b-tiến dao ngang; c-tiến dao dọc và chi tiết cố định; d-tiến dao ngang

và chi tiết cố định; e- mài vô tâm; (1- chi tiết gia công, 2-bánh dẫn, 3- con lăn đỡ phía

dưới; 4-con lăn ép phía trên)

1.2.3 Mài mặt phẳng

Mài phẳng là phương pháp gia công tinh bề mặt chi tiết có năng suất cao Với phương pháp mài phẳng, 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 hoặc quay theo bàn máy (chuyển động chạy dao) Mài phẳng có thể đạt độ chính xác cấp 7- 6, độ nhám bề mặt

a

R =1,6÷0,4m [4] Mài phẳng có thể sử dụng đá mài mặt đầu hoặc đá mài tròn

a Mài phẳng bằng đá mài mặt đầu:

Mài phẳng bằng đá mài mặt đầu thực hiện trên máy có bàn máy thực hiện tiến dao dọc S hoặc ngang d S hoặc quay vòng với tốc độ n n Đầu mang dao c

(đá) thực hiện chuyển động tịnh tiến lên xuống S để cắt hết lượng dư gia công o

Hình 1.9 là sơ đồ các phương pháp mài phẳng dùng mặt đầu của đá mài

Trang 28

a,

Hình 1.7: Sơ đồ các phương pháp mài phẳng dùng đá mài mặt đầu [5]

a- Đá mài mặt đầu, tiến dao dọc; b- Đá mài mặt đầu, tiến dao dọc và ngang;

c- Đá mài mặt đầu, chạy dao vòng

Hình 1.8: Mài phẳng dùng đá mài mặt đầu

a-Với bàn máy chạy dao vòng; b-Đá mài mặt đầu của công ty Naxos-Diskus

Để khắc phục những nhược điểm trên có thể sử dụng các loại đá mài mặt đầu không liên tục (Hình 1.8a)

b Mài phẳng bằng đá mài tròn

Mài phẳng bằng đá mài tròn thực hiện trên máy mài phẳng có bàn máy

Trang 29

chuyển động tịnh tiến khứ hồi thực hiện tiến dao dọc S , đầu mang dao thực d

hiện chuyển động tịnh tiến dao ngang S để mài hết chiều rộng chi tiết và tiến n

dao dọc S sau một lượt mài để mài hết lượng dư gia công, hoặc thực hiện trên d

máy có bàn máy quay tròn quanh tâm của nó còn đầu đá thực hiện chuyển động tiến dao ngang S và chuyển động tiến dao dọc n S sau mỗi lượt mài Hình 1.9 là d

sơ đồ các phương pháp mài phẳng dùng đá mài tròn

Hình 1.9: Sơ đồ các phương pháp mài phẳng dùng đá mài tròn [5]

a- Đá mài tròn, tiến dao dọc; b- Đá mài tròn, tiến dao dọc và ngang; c- Đá mài tròn, chạy dao vòng

Hình 1.10: Quá trình mài phẳng bằng đá mài tròn

So với phương pháp mài phẳng bằng mặt đầu đá, phương pháp này có diện tích tiếp xúc giữa đá và chi tiết nhỏ, lượng hạt mài đồng thời tham gia vào quá trình cắt ít hơn, lượng nhiệt toả ra ít hơn Mặt khác khả năng thoát nhiệt, thoát phoi và tưới dung dịch trơn nguội vào vùng gia công dễ dàng hơn, do đó phương pháp này cho độ chính xác, độ nhẵn bề mặt cao hơn phương pháp trên, đảm bảo

độ chính xác cấp 7 và chiều cao nhấp nhô bề mặt R = 1,6 μm, nếu chuẩn bị a

công nghệ cẩn thận có thể đạt cấp chính xác cấp 6 và R = 0,4 μm [4] Tuy a

Trang 30

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

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; c- mài vòng bi; d-mài mặt cầu; e-mài cam; g- mài côn; 1-

đá mài; 2- bánh dẫn

1.2.5 Mài khôn

Mài khôn là một trong những phương pháp gia công tinh lỗ bằng mài nhờ đầu khôn quay tròn và tịnh tiến dọc trục Trong quá trình khôn, mỗi thanh đá tạo nên một lưới quỹ đạo của các hạt mài đan chéo nhau Mài khôn cho độ chính xác cấp 7, đôi khi cấp 6 và độ bóng cao R a =0,4÷0,05μm [4]

Trang 31

Hình 1.12 Sơ đồ mài khôn

1.2.6 Mài nghiền

Bản chất của mài nghiền là quá trình cắt của các hạt mài tự do (bột nghiền) chuyển động cưỡng bức dưới một áp lực xác định giữa dụng cụ nghiền và bề mặt chi tiết được gia công Bột nghiền gồm bột mài trộn với dầu nhờn, parafin,

mỡ bò và các axit hữu cơ theo một tỷ lệ nhất định

Mài nghiền gồm 2 phương pháp: nghiền mặt trụ và nghiền mặt phẳng

Hình 1.13 Sơ đồ mài nghiền [5]

1- Dụng cụ nghiền; 2- phoi; 3- hạt xúc tác hóa học; 4- chi tiết gia công; 5-lớp kim loại chịu tác dụng của hiện tượng hóa học; 6- chất lỏng có pha thêm chất xúc tác; 7-lớp kim loại chịu

tác dụng của hiện tượng ma sát; 8-hạt mài di trượt; 9- mảnh vụn

Đặc điểm của mài nghiền là lực cắt và vận tốc cắt không lớn, nhiệt cắt không cao Quỹ đạo chuyển động của các hạt mài trên bề mặt gia công phức tạp, lớp lượng dư cắt rất nhỏ (0,02mm) nên không sửa được sai lệch vị trí tương quan Do đó trước khi mài nghiền, chi tiết phải đạt độ chính xác cấp 7, sai số

Mài nghiền có thể gia công được các mặt phẳng, mặt trụ ngoài và trong, các mặt định hình đạt độ chính xác cấp 6, R a= 0,2÷0,01μm [4]

1.2.7 Mài siêu tinh xác

Mài siêu tinh xác là một dạng mài tương tự như mài khôn nhưng thường

Trang 32

được dùng để gia công bề mặt ngoài (mặt trụ, mặt côn, mặt phẳng, mặt cầu) Khi mài siêu tinh, chi tiết có chuyển động quay tròn, thanh mài dưới áp lực bé

thời được dao động với tần số (25÷50htk/s), biên độ dao động khoảng 3÷5mm [5] Độ bóng bề mặt sau khi mài siêu tinh rất cao, chiều cao nhấp nhô sau khi mài siêu tinh đạt đến 0,1μm hoặc nhỏ hơn [1]

Hình 1.14: Sơ đồ mài siêu tinh xác

a- mài mặt côn; b- mài mặt phẳng; c,d- mài mặt cầu

1.2.8 Mài bằng đai mài

Mài bằng đai mài là phương pháp gia công tinh chi tiết bằng đai hạt mài khép kín có bề rộng xác định, thực hiện trên các máy mài đai chuyên dùng Mài bằng đai mài là phương pháp gia công vạn năng, có thể dùng để gia công thô (làm sạch phôi, làm sạch gỉ hàn) hoặc gia công tinh bề mặt chi tiết Mài bằng đai

Hình 1.15: Các sơ đồ của cơ cấu đai mài

a- Các con lăn: truyền động và tiếp xúc; b-các con lăn: truyền động, tiếp xúc và kéo căng;

Trang 33

c- các con lăn: truyền động, tiếp xúc và tỳ chặn; d- các con lăn: truyền động, tiếp xúc và biên dạng; e- các con lăn: truyền động, tiếp xúc và lệch vị trí; g- các con lăn: truyền động, tiếp

xúc, kéo căng và chi tiết tỳ đai mài

1.2.9 Mài điện hóa

Bản chất của phương pháp gia công điện hóa là khi có dòng điện đi qua chất điện phân, kim loại (cực dương) sẽ bị ăn mòn và trên bề mặt của nó sẽ hình thành lớp màng axit

Hình 1.16: Sơ đồ gia công điện hóa mài [5]

a- với vùng làm việc riêng biệt; b- với vùng làm việc chung; 1-đá mài;2-ca tôt;

3-chi tiết gia công

Có hai phương pháp mài điện hóa là mài điện hóa thông thường và mài điện hóa kim cương Phương pháp mài điện hóa cho phép đạt độ nhám bề mặt

a

R =0,08÷0,16μm và giảm độ mòn của đá xuống 3÷4 lần so với các phương

pháp mài thông thường Đặc biệt có hiệu quả cao khi gia công hợp kim cứng và hợp kim chịu lửa [5]

1.2.10 Gia công tinh bằng hạt mài tự do

Gia công tinh bằng hạt mài tự do bao gồm các phương pháp gia công tinh bằng tia hạt mài, Phương pháp gia hạt mài rung, gia công hạt mài từ, gia công bằng hạt mài tự do được lèn chặt nhờ lực quán tính

- Gia công bằng tia hạt mài: được dùng để gia công tinh các bề mặt phức

tạp Các tia hạt mài được phun tới bề mặt gia công từ vòi phun với áp suất phun góc nhất định, có động năng lớn khi va đập vào bề mặt gia công gây ra tác động mài (Hình 1.17)

Trang 34

Hình 1.17: Sơ đồ gia công bằng tia hạt mài

1- Chi tiết gia công; 2- tia hạt mài; 3- vòi phun

Ngoài phương pháp gia công bằng tia hạt mài còn có phương pháp gia công hạt mài rung và gia công bằng hạt mài tự do được lèn chặt nhờ lực quán tính

1.3 ĐÁ MÀI

Đá mài được chế tạo từ vật liệu hạt mài và chất dính kết Mỗi loại đá mài được sản xuất và có ký hiệu riêng theo quy định Ký hiệu chuẩn của đá mài được cho như hình 1.18 [8]:

Mã đá

Loại hạt mài

Độ hạt Độ cứng của đá

mài

Cấu trúc

đá

Loại chất dính kết

Mã chất dính kết

C: cacsbit silic 14 54 150 320 4

8

R:Chất dính kết cao su

Xốp 9

S:Chất dính kết silicate

Mềm

Trang 35

Hình 1.18- Sơ đồ ký hiệu đá mài

Như vậy, tùy theo các thành phần cấu thành lên mỗi viên đá (loại vật liệu hạt mài, chất dính kết, độ cứng, cấu trúc đá mài ) mà các loại đá mài của cùng một nhà sản xuất hoặc của các nhà sản xuất khác nhau sẽ có các ký hiệu khác nhau

Trong các thành phần cấu thành lên một viên đá mài thì vật liệu hạt mài, chất dính kết, độ cứng và cấu trúc đá mài đóng vai trò rất quan trọng

1.3.1 Vật liệu hạt mài

Vật liệu dùng làm hạt mài gồm hai loại: vật liệu thiên nhiên và vật liệu nhân tạo Vật liệu thiên nhiên hiện nay ít dùng mà thường dùng vật liệu nhân tạo

vì tính phổ biến, có các tính chất cắt gọt được nâng cao

a) Vật liệu thiên nhiên

Gồm các loại:

- Kim cương tự nhiên: là than nguyên chất có trọng lượng riêng 3-3,5

g/cm3, có độ cứng cao nhất trong tất cả các vật liệu hạt mài Nhờ có độ giãn 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

- Ôxit nhôm: Có thành phần chủ yếu là Al2O3 dạng tinh thể, có độ cứng và

độ dẻo cao và là một trong những vật liệu mài tốt nhất Ôxít nhôm thiên nhiên thường có màu hồng đến xám, thường được dùng ở dạng bột mịn và bột nhão trong các nguyên công mài bóng

- Các khoáng chất : Cacborun (một dạng của ôxít nhôm nhưng hàm lượng

ôxit nhôm thấp, khoảng 60%), hỏa thạch (đá lửa) và thạch anh (có thành phần chủ yếu là oxit silic)…

b) Vật liệu nhân tạo

- Kim cương nhân tạo: Được tổng hợp từ graphit dưới áp suất 100.000atm

và nhiệt độ khoảng 2.500oC [1] Tính chất vật lý của kim cương nhân tạo tương

Trang 36

đương kim cương tự nhiên nhưng có độ dẫn nhiệt cao hơn nên chịu được tốc độ cắt lớn hơn

- Nitrit bo lập phương (CBN): Nitrit bo lập phương (CBN): là liên kết hóa học của Bo và Ni ở dạng mạng tinh thể CBN có độ cứng gần bằng độ cứng của kim cương nhưng có độ bền nhiệt cao gấp đôi Hầu hết các hạt mài CBN được sản xuất hiện nay là đơn tinh thể Ở dạng đa tinh thể, CBN bền hơn Tuy nhiên, hạt mài CBN đơn tinh thể có xu hướng được tạo hình ở dạng khối lớn với các cạnh sắc và bề mặt trơn nhẵn hơn [24]

Tùy vào tỷ lệ Ni và Bo trong hợp chất mà CBN được phân ra thành nhiều loại khác nhau và ứng dụng gia công các vật liệu khác nhau Một số loại CBN thường được sử dụng như CBN 100 ; 400, 420, 500, 520 ; 550, 560, 570; 1000

- Ôxít nhôm điện: Có thành phần chủ yếu là oxit nhôm Al2O3 Ôxit nhôm điện gồm:

+ Ôxit nhôm điện thường: Có hàm lượng Al2O3 từ 92÷95% Có màu da cam đến hồng, dùng để chế tạo các dạng đá mài thô và bán tinh kim loại đen, mài sắc dụng cụ cắt từ thép cácbon dụng cụ

mài sắc tốt hơn Ứng dụng mài mọi trường hợp cho kim loại đen và dụng cụ từ thép dụng cụ; chế tạo thanh mài; bột nhão đánh bóng

+ Ôxit nhôm điện đơn tinh thể: Có hàm lượng Al2O3 từ 97÷99% Ôxit nhôm đơn tinh thể có dạng hạt khác với dạng hạt của ôxit nhôm nói chung ở chỗ sau khi bị nghiền nát, các hạt đều có một dạng hình học với kích thước từ (1÷50).10-3mm Có tính bền và cắt cao, dùng để mài bán tinh và mài tinh các loại thép và mài sắc dao bằng thép dụng cụ

Ngoài ra còn có các loại ôxit nhôm pha crom (dùng trong chế độ cắt nặng), ôxit nhôm pha titan (dùng cho việc mài rà và mài bóng), ôxit nhôm màu xanh hạt mịn (dùng để mài bóng)

Trang 37

- Cácbit Silic (SiC): Là liên kết hóa học giữa Si và C, gồm 2 dạng:

+ Cacbit silic đen: Chứa 97÷98% SiC, dùng để gia công các loại vật liệu có sức bền thấp (gang, đồng thau, nhôm, vật liệu phi kim loại…)

+ Cacbit silic xanh: Chứa khoảng 98-99% SiC, cacbit silic xanh có tính cắt cao hơn cacbit silic đen do ít tạp chất hơn, chủ yếu dùng để mài sắc hợp kim cứng và vật liệu sứ

- Cacbit Bo (B 4 C): có độ cứng rất cao (chỉ kém kim cương và Nitrit bo lập

phương), sử dụng dưới dạng bột mịn và bột nhão để mài bóng các vật liệu cứng như thạch anh

- Cacbit Bo Silic (BI): Tính năng ổn định, bền và rẻ hơn Cacbit Bo do

không có tạp chất graphit Sử dụng nhiều ở các nguyên công đánh bóng, cho năng suất cao hơn cacbit bo khoảng 30-40%

Thành phần, đặc tính và công dụng của một số vật liệu hạt mài được cho trong Bảng 1.1

Trang 38

Bảng 1.1 Thành phần, đặc tính, công dụng của một số vật liệu hạt mài [1]

Loại vật liệu Thành phần

hóa học

Độ cứng

(theo Mohs)

Công dụng

Korun thiên nhiên

Al2O3+Fe2O3(dạng tinh thể 90÷98% Al2O3)

9 Mài thép có tính dẻo cao

mài Oxit nhôm điện

Oxit nhôm điện trắng (95÷98%) Al2O3 9 Mài thép, gang, mài sắc dụng

cụ thép gió Cacbit Silic đen (97÷98%) SiC > 9 Mài gang cứng, thép gió

Cacbit Silic xanh (98÷99%) SiC > 9 Mài hợp kim cứng

nhão)

cứng Kim cương thiên

nhiên và nhân tạo

(tổng hợp dạng tinh thể) > 10 Mài sắc dụng cụ, mài tinh xác

1.3.2 Độ hạt của đá mài

Trước đây độ hạt của đá mài được quy ước ký hiệu bằng số lỗ có trong một tấc vuông Anh của dây phân loại hạt Cách ký hiệu như vậy hiện nay vẫn còn được sử dụng ở một số nước Hiện nay người ta quy ước ký hiệu độ hạt của đá mài bằng trị số kích thước của lỗ dây Độ hạt của đá mài là một thông số quan trọng để đánh giá kích thước của hạt mài, độ hạt càng cao thì kích thước của hạt mài càng mịn Đây cũng là thông số quan trọng để đánh giá chất lượng và khả năng gia công của hạt mài Kích thước và độ hạt của hạt mài được cho trong bảng 1.2

Trang 39

Bảng 1.2 Độ hạt và kích thước hạt mài theo một số tiêu chuẩn [8]

(FEPA - tiêu chuẩn Châu Âu, ISO- tiêu chuẩn quốc tế, ANSI- tiêu chuẩn của Mỹ,

US- tiêu chuẩn của Anh và JIS- tiêu chuẩn Nhật Bản)

FEPA

Designation

ISO R 5665-1990 Aperture Range (µm)

ANSI Grit Zize Standard

US Grit number

Japanese (JIS) size

Particles Per Carat

a) Chất kết dính vô cơ:

- Chất dính kết Ceramic: Được dùng phổ biến nhất Ưu điểm là chịu nước,

Trang 40

chịu lửa, chịu ẩm và có độ bền hóa học cao Có thể dùng để chế tạo được các loại đá có tính đàn hồi và tính giòn khác nhau

- Chất dính kết Silicate: Có nền là natriumsilicate với các chất phụ gia (oxit

chì, phấn, thạch cao…) Tính năng của chất dính kết silicate kém hơn so với Ceramic nhưng có khả năng tự mài sắc cao hơn

b) Chất dính kết hữu cơ:

- Chất dính kết Bakelite: Đá mài bakelite có nhược điểm là sức bền cơ học

của bản thân bakelite cũng như lực giữ hạt mài giảm nhanh ở nhiệt độ

Đá từ bakelite có tính đàn hồi tốt, độ bền cao và ít nung nóng chi tiết nên

sử dụng có hiệu quả để cắt đứt

- Chất dính kết Rubber: Có nguyên liệu chính là cao su tổng hợp Đá từ

rubber có tính đàn hồi tốt, chịu được tốc độ cắt cao, dùng làm đá cắt mỏng (0,3

÷0,5 mm) Nhược điểm là độ xốp kém và chịu nhiệt thấp, do đó yêu cầu phải có phương án thoát nhiệt tốt, khi gia công bắt buộc phải dùng dung dịch trơn nguội

c) Chất dính kết kim loại

Chất dính kết kim loại (Cu, Al): Thường dùng chế tạo đá mài kim cương Bảng 1.3 là ký hiệu chất dính kết thông dụng trong sản xuất đá mài của một số nước

Bảng 1.3: Một số chất kết dính thông dụng trong sản xuất đá mài.[1]

Kí hiệu chất dính kết Việt Nam Nga Trung quốc Tiệp khắc Mỹ

Độ cứng của đá mài được đo bằng nhiều phương pháp: phun cát, lăn bằng