tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu KHẢ NĂNG cắt gọt của hạt mài TRONG VIỆC ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KHÔNG LIÊN tục sử DỤNG đá mài có bề mặt

NGÔ THỊ HÀ

Tên luận văn:

“NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA HẠT MÀITRONG VIỆC ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG

KHÔNG LIÊN TỤC SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN”

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máyMã số: 60 52 01 03

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Trường ĐHKT Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên

Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến LongTS Nguyễn TiếnĐông

Phản biện 1: PGS.TS Vũ ngọc PiPhản biện 2: PGS.TS Tăng Huy

Luận văn được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn cấp nhà trườnghọp tại: Hội trường 201 - A8, ĐHKT Công Nghiệp, ĐH TháiNguyên.

Vào hồi 16giờ 00 ngày 09 tháng 3 năm 2013.

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài.

Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bềncao là cơ sở cho sự ra đời các loại máy móc, thiết bị và phương phápgia công Phương pháp mài có một vị trí quan trọng trong gia công cơkhí hiện đại nhờ khả năng vượt trội so với các phương pháp cắt gọtkhác khi gia công những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao chođộ chính xác và chất lượng bề mặt cao Gia công bằng phương pháp màicó thể đạt độ bóng Ra=1,25-0,63μm (có thể đạt 0,32μmm (có thể đạt 0,32μm (có thể đạt 0,32μmm; 0,16μm (có thể đạt 0,32μmm), độchính xác kích thước 0,002-0,003mm[1] Chất lượng bề mặt chi tiết đòihỏi 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 càoxước bề mặt của chi tiết gia công, lượng kim loại do mỗi lưỡi cắt cắtđi rất nhỏ Các phương pháp mài hiện nay chủ yếu dùng đá mài thôngthường Tuy nhiên, loại đá mài này có hạn chế là lực cắt, nhiệt cắt lớnnên 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 củacác phương pháp mài thông thường

Để khắc phục những hạn chế trên, phương pháp mài dùng đámài có bề mặt làm việc gián đoạn đã được nghiên cứu, phát triển vàứng dụng để gia công vật liệu Taghi Tawakoli, BahmanAzarhoushang [11] đã điều tra tính khả thi của mài không liên tục vớiđá mài có bề mặt làm việc gián đoạn trên hai loại vật liệu compositnền ceramic khác nhau J Pe´rez và các cộng sự [12] phân tích sự

truyền nhiệt trong quá trình mài gián đoạn trong khi Michele H Millerand Xiaorui Fan [20] nghiên cứu sự mài mòn của đá khi mài giánđoạn Ở một nghiên cứu khác, Nguyễn Tiến Đông, Nguyễn ThịPhương Giang [11] đã nghiên cứu về khả năng giảm lực cắt khi giacông 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 cuốinên chất lượng bề mặt mài ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của chi tiếtmáy.Việc nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài bằng đá màicó bề mặt làm việc gián đoạn đối với nhiều loại vật liệu khác nhau sẽtạo điều kiện để cải thiện quá trình gia công, nâng cao chất lượng bềmặt, độ bền của chi tiết máy.

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

2.1: Mục đích của đề tài.

- Luận văn nghiên cứu khả năng cắt gọt của hạt mài trong việc ứngdụng phương pháp gia công không liên tục sử dụng đá mài có bề mặt làmviệc gián đoạn.

- Phân tích tính ưu việt của đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn so vớiđá mài thường.

- Độ nhấp nhô bề mặt gia công thép C45 nhiệt luyện và không nhiệtluyện khi mài bằng đá mài thường và đá mài có bề mặt làm việc giánđoạn

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

2.2: Đối tượng nghiên cứu.

- Vật liệu mài: Thép 45 nhiệt luyện và thép 45 chưa nhiệt luyện

- Phương pháp mài: Mài phẳng

2.3: Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm- Tiến hành thực 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 tâmnghiên cứu và ứng dụng nhưng ở Việt Nam chưa có công trình nghiêncứu về chất lượng bề mặt thép 45 khi mài bằng đá mài có bề mặt làmviệc gián đoạn được công bố

- Đóng góp và hoàn thiện lý thuyết phương pháp gia công mài,kết cấu về đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn.

- Nâng cao được chất lượng và hiệu quả sản phẩm khi gia công bằng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn.

3.2: Ý nghĩa thực tiễn.

- Các kết quả nghiên cứu sẽ áp dụng để nâng cao chất lượng đámài gián đoạn, điều chỉnh ảnh hưởng các thông số chế độ khi giacông Từ đó nâng cao chất lượng bề mặt, hiệu quả kinh tế kỹ thuật củaphương pháp mài Đưa loại đá mài gián đoạn vào sản xuất hàng loạt.

- Kết quả nghiên cứu cho thấy tính ưu việt của đá mài gián đoạn,do vậy có thể ứng dụng trong các nhà máy khi gia công thép C45 chưanhiệt luyện và nhiệt luyện, sử dụng để tham khảo khi mài các mácthép khác.

1.3.3 Quá trình tạo phoi khi mài bằng đá mài thường

1.4.ĐỘ NHẤP NHÔ BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG KHI MÀI BẰNG ĐÁ MÀI THƯỜNG.

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trên cơ sở đó rút ra một số kết luận sau:

1 Phương pháp mài có vị trí quan trọng trong nghành cơ khíchính xác do có khả năng gia công những vật liệu có độ cứng, độ bềncao Cho độ chính xác và chất lượng bề mặt tốt Mài thường là phươngpháp gia công tinh lần cuối, do vậy chất lượng bề mặt là quan trọng và làchỉ tiêu để đánh giá khả năng làm việc của chi tiết gia công trong đónhám bề mặt được chọn làm chỉ tiêu để đánh giá chất lượng bề mặt chitiết sau mài, có ảnh hưởng quan trọng đến khả năng làm việc của chi tiếtmáy.

2.Bên cạnh những ưu điểm đã đạt được thì các phương pháp màisử dụng đá mài thông thường hiện nay còn có những nhược điểm là

lực cắt, nhiệt cắt lớn nên có thể gây ra các khuyết tật bề mặt, ảnhhưởng đến chất lượng bề mặt mài, làm hạn chế khả năng tăng năngsuất và hiệu quả của quá trình mài.

3 Từ những phân tích trên cho thấy cần thiết phải tiếp tục nghiêncứu để hoàn thiện phương pháp mài, phát triển các phương pháp màimới; nghiên cứu chế tạo ra các loại vật liệu hạt mài, chất dính kết mớihay nghiên cứu phát triển tạo ra loại đá

Chương 2:

MÀI BẰNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN

2.1 ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN

2.2 QUÁ TRÌNH MÀI BẰNG ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN.

2.2.1 Lực cắt khi mài bằng đá mài gián đoạn.2.2.2 Nhiệt cắt khi mài bằng đá mài gián đoạn.

2.2.3 Qúa trình tạo phoi khi mài bằng đá mài gián đoạn.

2.3.ĐỘ NHẤP NHÔ BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG KHI MÀIBẰNG ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN.

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.

1 Đá mài gián đoạn đã chứng tỏ được khả năng giảm lực cắt khimài so với đá mài thông thường Khi gia công bằng đá mài gián đoạnviệc thoát nhiệt, thoát phoi sẽ thuận lợi hơn so với đá mài thôngthường Chất lượng bề mặt khi gia công bằng đá mài gián đoạn cũngđã có những cải thiện đáng kể Từ các kết quả nghiên cứu về đá màigián đoạn đã cho thấy những ưu việt của nó so với đá mài liên tụcthông thường

2 Tuy nhiên những kết quả đã đạt được ở trên vẫn là những kếtquả bước đầu trong quá trình nghiên cứu hoàn thiện về mặt lý thuyếtvà công nghệphát triển đá mài gián đoạn Dù đạt được nhiều ưu điểmsong việc cải tiến, chế tạo các viên đá mài gián đoạn có đặc tính kỹthuật mới đòi hỏi công nghệ chế tạo đá phức tạp hơn Song song vớiđó là các thiết bị, đồ gá nhằm đảm bảo độ chính xác gia công; phạm visử dụng của đá mài gián đoạn cũng hạn chế hơn so với đá mài thôngthường do chủ yếu được sử dụng để mài mặt phẳng, do đó đá mài giánđoạn vẫn tồn tại hạn chế so với đá mài thông thường Những nguyênnhân làm cho đá mài gián đoạn đến nay vẫn chưa được sử dụng phổbiến trong thực tế.

2.4 XÁC ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN

Chương 3:

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA HẠT MÀI TRONGVIỆC ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KHÔNG LIÊNTỤC SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁNĐOẠN.

3.1 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH Lý thuyết kết hợp với thực

nghiệm nhiều thông số (v, S, t)

3.2 ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM

3.2.1 Mẫu thí nghiệm.

Kích thước:10 mẫu thép C45 thường và 10 mẫu thép C45 nhiệt luyện.

0.43-0.60-0.90 0.040 0.050 Thép C45 chưa nhiệt luyện: 220 ÷ 230 HB Thép C45 nhiệt luyện: 42 ÷ 43 HRC

2x450

Bảng 3.2:Số rãnh Z và tỷ lệ gián % gián đoạn η của các mẫu đá.

3.2.3 Sửa đá.

Thiết bị sửa đá : Đầu sửa đá kim cương 22 viên

Hình 3.3: Đầu sửa đá kim cương 22 viên.3.2.4 Tưới nguội.

Dùng phương pháp tưới tràn với dung dịch trơn nguội:OMETA

3.2.5 Máy mài.

Hình 3.4: Máy mài phẳng OKAMOTO3.2.6 Thiết bị đo

a) Thiết bị đo kích thước

Ta sử dụng thước cặp điện tử, độ chính xác tới phần trăm.(0.01 (mm) )

Hình 3.5: Thước cặp điện tử.

Thiết bị đo độ nhám

- Tên máy:Mittutoyo SJ-301- Xuất xứ : Nhật Bản

Hình 3.6: Máy đo độ nhám Mituitoyo SJ-301.3.2.7 Bộ thông số thí nghiệm.

- Vận tốc cắt: v = 35 m/s - Chiều sâu cắt t (mm/htk), Sd

(m/ph)

Bảng 3.3: Bảng bộthông số thí nghiệm

v, S ,t t 1= 0.015 t2= 0.025 t3= 0.05S1 =12 v,S1,t 1 v,S1,t2 v,S1,t3

S2=15 v,S2,t 1

S3=20 v,S3,t 1

3.3 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

 Thay đổi lần lượt lượng tiến dao dọc S (12; 15; 20) (m/ph), giữnguyên các đại lượng còn lại: V=35 (m/s), t = 0,015 (mm/htk).Mỗi lần thay đổi lượng tiến dao dọc ứng với 1 phôi (Nhiệt luyệnvà không nhiệt luyện).

 Tiến hành đo các giá trị: ; Ra – Rz Cứ mỗi lần thực hiện ở mộtchế độ cắt, ta tiến hành bảo quản phôi và tiến hành đo theo từngloạt (20 mẫu)

3.3.2 Qúa trình thí nghiệm thực tế.

Khảo sát hai mẫu thép C45 nhiệt luyện và không nhiệt luyện

a) b)

Hình 3.7: a)Hai mẫu C45 nhiệt luyện&không nhiệt luyện.

b)Kí hiệu chế độ cắt trên phôi Cân bằng tĩnh cho đá.

Hình 3.8: Cân bằng tĩnh cho đá

Gá đá lên máy.

Hình 3.9: Gá đá lên máy.

Sửa đá.Tiến hành sửa đá với tsđ = 0,035mm, Ssđ = 2m/p

Hình 3.10: Sửa đá bằng đầu sửa đá kim cương.

Cân bằng động cho đá

Gia công phôi để chọn mặt chuẩn gá đặt và bề mặt chuẩn gia công.

Hình 3.11: Gia công lấy mặt chuẩn và mặt định vị.

Đo kích thước phôi sau khi gia công mặt chuẩn.

a) b) c)

Hình 3.12:a)Đo chiều dài mẫu b) Đo chiều rộng mẫu c)Đo chiều cao mẫu

Tiến hành thí nghiệm với các chế độ cắt trên. Với mỗi chế độ cắt cho chạy 10 hành trình kép.

 Sau khi thực hiện cả 5 chế độ cắt trên 5 mẫu tôi và 5 mẫu không tôi trên 1 viên đá thì tiến hành đo độ nhám bề mặt Ra.

Mỗi phép đo độ nhám thực hiện 5 lần ( 5 lần đo theo chiều dọc và 5 lần đo theo chiều ngang.

 Thực hiện tất cả các chế độ cắt lần lượt trên 6 viên đá.

3.4TÍNH SỐ HẠT MÀI TÁC ĐỘNG LÊN MỘT ĐƠN VỊ DIỆNTÍCH TIẾP XÚC PHÔI TRONG MỘT ĐƠN VỊ THỜI GIAN

Từ các số liệu thực nghiệm có các quan hệ trình bày dưới đây xácđịnh số hạt mài tác động lên một đơn vị diện tích tiếp xúc phôi trongmột đơn vị thời gian đối với đá mài thường và đá mài xẻ rãnh.

Số hạt mài khi đá ở trạng thái tĩnh.

Hình 3.13: Kích thước bề mặt đá khi trải

Diện tích xung quanh viên đá không gián đoạn (viên đá thường)

D: Đường kính ngoài của đá (D = 350mm).d: Đường kính trong của đá (d = 127mm)B: Bề dày đá (B = 40mm)

 Đá mài có thể tích hạt mài 50%, thể tích chất dính kết 10,5 %; thể tích lỗ xốp là 39,5% nên ta xác định được diện tích hạt mài trên viên đá thường là.

Shạt = 28010.50% = 14004(mm2)(3-3)

 Đá mài sử dụng trong thực nghiệm là loại đá có độ hạt mài 46,tương ứng với giới hạn kích thước dài của đa số các hạt là từ(500÷400)μm (có thể đạt 0,32μmm [1], trong mẫu đá này chọn ρ = 500µm = 0,5mm.m = 0,5mm.Vậy diện tích một hạt mài là.

S1hạt= π(ρ/2)2= π(0,5/2)2 = 0,2(mm2)(3-4)

 Vậy số hạt mài khi đá ở trạng thái tĩnh làSố hạt đá tĩnh: X0 = 14004/0,2 = 70020 hạt (3-5)

Số hạt mài khi đá ở trạng thái động.

V: vận tốc trục chính máy V = 1450v/ph = 1450/60 v/giây = 24,17v/sLượng chạy dao dọc: S1= 12m/p = 12000mm/p = 200mm/s

Lượng chạy dao dọc: S2= 15m/p = 15000mm/p = 250mm/sLượng chạy dao dọc:S3= 12m/p = 20000mm/p = 333mm/sDiện tích phôi mẫu:Sphôimẫu = 100.35 = 3500(mm2)

 Tổng quát cách tính số hạt mài ở trạng thái động

Ta có:tg/c = (s) (tg/c: thời gian gia công hết chiều dài phôi) 6)

(3-(L: chiều dài phôi; S: lượng chạy dao dọc)

Số hạt mài Xhạt tại S2= 9,668 = = 255,7 hạt (3-14)

SốGóc giữa

2Tỷ lệ % tiếprãnhrãnh đá

liên xúc phôiđá Ztiếp α

Viên số 2123010.9189.09Viên số 3182016.3783.63Viên số 4201818.1981.81Viên số 52216.3620.0179.99Viên số 6241521.8378.17

Viên đá

Tỷ lệ gián đoạn ƞ(%)

Số hạt mài Xhạt tại S3= 7,258 = = 169,4 hạt (3-17)

Với các viên đá có tỷ lệ % gián đoạn là 0%; 10,91%; 16,37%;18,19%; 20,01%; 21,80% tương ứng với tỷ lệ % tiếp xúc của đá vớiphôi là 100%; 89,01%; 83,63%; 81,81%; 79,99%; 78,17%bảng 3.4

Bảng 3.4:Tỷ lệ % gián đoạn, tỷ lệ % tiếp xúc của đá với phôi

Viên đáTỷ lệ % gián đoạn Số hạt mài tại S0%

Bảng 3.5: Số hạt mài tác động lên một đơn vị diện tích tiếp xúc phôi mẫu

3.5 XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ

thị mối quan hệ giữa số hạt mài tác động lên một đơn vị diện tích tiếp xúcphôi trong một đơn vị thời gian với tỷ lệ % gián đoạn trên từng viên đá

Hình 3.15:Đồ thị mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt đo theo phương

dọc Ra với số rãnh đá mài Z tại chế độ cắt S1, t1, t2, t3 với thép C45nhiệt luyện

Hình 3.16:Đồ thị mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt đo theo phương

dọc Ra với số rãnh đá mài Z tại chế độ cắt S1, t1, t2, t3 với thép C45 không nhiệt luyện

Hình3.17: Đồ thị mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt đo theo phương

dọc Ra với số rãnh đá mài Z tại chế độ cắt t1, S1, S2, S3. với thép C45nhiệt luyện

Hình 3.18:Đồ thị mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt đo theo phương

dọc Ra với số rãnh đá mài Z tại chế độ cắt t1, S1, S2, S3. với thép C45không nhiệt luyện

Hình 3.19:Đồ thị biểu diễn mối quan hệ độ nhámđo theo

phương dọc Ra với số hạt mài tác động lên một đơn vị diệntíchtiếp xúc phôi trong một giây với thép C45 nhiệt luyện

Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ độ nhámđo theo

phương dọc Ra với số hạt mài tác động lên một đơn vị diệntíchtiếp xúc phôi trong một giây với thép C45 không nhiệt luyện

3.5.2 Thảo luận kết quả

Qua sơ đồ biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn với sốhạt mài/1mm2/s tại các chế độ cắt có lượng chạy dao dọc thay đổi từS1=12m/ph, S2=15m/ph, đến S3=20m/ph Từ sơ đồ thấy ứng với tỷ lệ% gián đoạn tăng lên thì số hạt mài tác động lên một đơn vị diện tích

tiếp xúc phôi trong một giây là giảm dần lần lượt tại S1, S2, S3. Số hạtmài tác động lên một đơn vị diện tích tiếp xúc phôi trong một giâyđược xác định giảm khi tăng lượng chạy dao dọc từ S1=12m/ph,S2=15m/ph, S3=20m/ph Và tương ứng với các tỷ lệ % gián đoạn tănglên tại các viên đá có số rãnh z=0, z=12, z=18, z=20, z=22, z=24 thì sốhạt mài tác động lên một đơn vị diện tích tiếp xúc phôi trong một giâycũng giảm dần Số lượng hạt mài giảm như vậy là do khi tỷ lệ phầntrăm gián đoạn của đá tăng lên làm cho diện tích tiếp xúc giữa đá vàphôi giảm, lượng chạy dao dọc tăng lên thì số vòng quay của đá sẽgiảm vì thời gian để gia công hết chiều dài phôi L=100 giảm do thờigian tiếp xúc giữa đá và bề mặt chi tiết giảm đi Đây là các nguyênnhân làm cho số lượng hạt mài giảm đi.

Qua các sơ đồ biểu diễn mối quan hệ giữa độ nhấp nhô bề mặtchi tiết gia công đo theo các phương dọc của Ra với số rãnh đá mài,tại các viên đá mài xẻ rãnh cho các giá trị độ nhám cao với biên độkhông ổn định

Tại các viên đá có số rãnh z=0, z=18, z=22 ta xác định được khi lượngchạy dao S thay đổi từ S1=12m/ph, S2=15m/ph, S3=20m/ph thì số hạtmài tác động lên một đơn vị diện tích tiếp xúc phôi trong một giâygiảm, sự thay đổi giá trị độ nhám có biên độ nhỏ, với các viên đá cònlại giá trị độ nhám đo được tăng một cách đột biến.Quá trình mài làquá trình tham gia cào xước bề mặt chi tiết gia công của các hạt mài.Khi số lượng rãnh đá tăng lên thì số hạt mài tác động lên đơn vị diệntích tiếp xúc phôi trong một đơn vị thời gian giảm Số lượng hạt mài ítđi làm cho khoảng trống giữa các hạt mài tăng lên, việc thoát nhiệt vàthoát phoi sẽ dễ dàng hơn, thuận lợi cho việc đưa dung dịch trơn nguội