Tiểu luận gia công bề mặt chi tiết bằng hạt mài

Header Page of 126 MỤC LỤC Câu Giải thích mài lượng cắt riêng lại lớn nhiều so với trình gia công khác thay đổi mài vật liệu có độ cứng khác nhau……………………………………………………………………… Câu Trình bày chế mòn đá Giải thích câu nói: “Khi mài vật liệu cứng nên chọn đá mềm ngược lại” ………… …… ………………………………8 Footer Page of 126 Trọng Khôi HVTH: Nguyễn Header Page of 126 Câu 1: Giải thích mài lượng cắt riêng lại lớn nhiều so với trình gia công khác thay đổi mài vật liệu có độ cứng khác I, Giới thiệu chung : Quá trình cắt vật liệu mài diễn nhờ trình tạo phoi trình qia công khác Quá trình diễn xâm nhập hạt mài vào vật liệu chi tiết tạo phoi Chiều xâu xâm nhập hạt mài vào vật liệu phụ thuộc vào cấu trúc hình học bề mặt đá, chuyển động đá chi tiết Việc tính toán lực công suất cần thiết trình mài điều kiện khác nhau, từ tìm lượng riêng - Quá trình mài xuất từ lâu; mài gia công vật liệu có độ bền & độ cứng cao, cho độ xác kích thước (cấp 6-7), độ nhẵn bề mặt cao (nhám bề mặt đạt cấp 7-8 cao hơn) Chất lượng lớp bề mặt tốt - Cho đến nay, máy mài chiếm tỉ trọng đến 30% tổng số máy công cụ; đến 60% ngành khí xác Đặc điểm trình cắt mài : + Đá mài coi loại dụng cụ cắt nhiều lưỡi, lưỡi cắt không giống nhau, mà xếp lộn xộn chất dính kết + Hình dạng hình học hạt mài khác nhau, góc trước thường  < 00, không thuận lợi cho trình thoát phoi cắt gọt Footer Page of 126 Trọng Khôi HVTH: Nguyễn Header Page of 126 + Tốc độ cắt mài lớn V=3050m/s, lúc, thời gian ngắn tính giây có nhiều hạt mài tham gia vào cắt gọt tạo nhiều phoi vụn + Có thể cắt gọt loại vật liệu cứng mà loại dụng cụ cắt khác không cắt Eg: thép tôi, hợp kim cứng v.v… + Do có nhiều hạt mài tham gia cắt gọt với  < 00 tạo ma sát lớn với vật liệu gia công gọi tượng “ cắt, cào xước” làm chi tiết gia công bị nung nóng nhanh nhiệt độ vùng mài lớn (từ 10000C – 15000C) + Lực mài nhỏ diện tích tiếp xúc đỉnh hạt mài với bề mặt gia công nhỏ nên lực cắt đơn vị lớn + Trong trình mài, đá mài có khả tự mài sắc nghĩa hạt cùn bị bật khỏi chất dính kết hạt có đỉnh sắc lân cận tham gia cắt Hoặc hạt mài cùn bị vỡ tạo thành lưỡi cắt sắc mới, tham gia cắt + Do thay đổi vị trí hình dạng hình học hạt mài đá mài nên việc điều khiển trình mài khó khăn + Bề mặt gia công thường có lớp cứng nguội phân bố đều, chiểu dày khoảng 2k, độ cứng Hv=1100 Trên bề mặt có ứng suất lớn vết nứt tế vi + Do trị số bán kính đỉnh hạt mài nhỏ, nên thực trình với chiều sâu cắt nhỏ II, Năng lượng mài riêng, công lực mài: Công mài: P = Ft (Vs ± Vw) Trong đó: Vw - Là thể tích vật liệu bị cắt Vs - Là lượng đá mòn bị mài cắt Vw kim loại Ft - Là lực mài tiếp tuyến Vì Vs >> Vw nên công trình mài viết lại sau : P = Ft x Vs Năng lượng mài riêng : U = P/Qw Footer Page of 126 Trọng Khôi HVTH: Nguyễn Header Page of 126 Trong : Qw khối lượng kim loại bóc đơn vị thời gian Qw = Vwab cho mài phẳng = πdwvfb cho mài tròn ngoài, b chiều rộng mài 1, Hiệu ứng kích thước xem xét lượng : Khi tính toán lực lượng riêng trình mài tiến hành người ta nhận thấy : - Năng lượng riêng mài lớn nhiều so với nguyên công cắt gọt kim loại khác Tiện, Phay, Khoan… - Ngoài ra, lượng riêng có giá trị lớn chế độ cắt điều chỉnh để làm giảm độ dày phoi không biến dạng, ví dụ giảm vw chiểu sâu mài a (giảm tốc độ bóc phoi) Theo mô hình tạo phoi Merchan, tạo phoi diễn trình trượt mạnh vùng mỏng ma sát phoi trượt qua mặt trước hạt mài Thông thường, trượt chiếm khoảng 75% toàn lượng tạo phoi, ma sát dụng cụ cắt phoi chiếm khoảng 25% lượng lại Bằng cách dựa vào giả thuyết đáng tin cậy cấu tạo hình học mũi dao điển hình người ta thu kết ứng suất trượt cho biến dạng dẻo trình mài, ứng suất trượt tính toán cao nhiều so với ứng suất chảy cho trước kim loại mài Ở điều kiện mài tinh lượng riêng mài lại lớn 2, Lực lượng trượt : Mặc dù trình bóc tách kim loại diễn hầu hết tạo phoi, hầu hết lượng mài lại tiêu hao chế khác Một số bao gồm chế đỉnh bị làm cùn phẳng hạt mài chúng trượt bề mặt chi tiết mà không cắt vật liệu Những diện tích phẳng tạo sửa đá trước mài Trong trình mài, diện tích phẳng mòn thêm lan rộng mài mòn ma sát bám dính hạt kim loại vật liệu chi tiết Diện tích mòn phẳng thay đổi tới diện tích lớn hay nhỏ nhờ chế tự mài sắc, nhờ số diện tích phẳng bóc phần hoàn toàn hạt mài vỡ bật khỏi chất dính kết Nhận xét : Footer Page of 126 Trọng Khôi HVTH: Nguyễn Header Page of 126 - Việc có mặt diện tích mòn phẳng cho thấy phần lượng tiêu hao mài vùng trượt qua chi tiết - Có thể tìm quan hệ trực tiếp lực mài độ cùn đá mài thể qua tỷ lệ phần trăm bề mặt đá mài có diện tích mòn phẳng Với chế độ gia công không đổi, lực pháp tuyến lực tiếp tuyến Fn Ft tăng tương ứng với diện tích mòn phẳng A hình vẽ - Với vật liệu phôi cụ thể, có giá trị khác biệt lực diện tích mòn phẳng cách thay đổi độ cứng đá mài, điều kiện sửa đá lượng kim loại bóc - Với chi tiết thép, lực mài tăng tuyến tính với diện tích mòn phẳng đến điểm tới hạn, qua điểm độ dốc lớn chi tiết bị cháy - Quan hệ tiếp tuyến điểm gián đoạn xuất mài kim loại màu Kết luận : Lực mài có lượng riêng bao gồm thành phần lực cắt lực trượt 3, Năng lượng tạo phoi lượng cày xước - Năng lượng riêng mài với kích thước hạt độ cứng đá khác - Ở tốc độ bóc phoi nhỏ, lượng cắt riêng lớn, lượng giảm dần tốc độ bóc phoi tăng đạt tới giá trị nhỏ xấp xỉ 13,8J/mm3 - Năng lượng cắt riêng trường hợp vw x a = 1mm2/s gần không đổi (uc ≈ 40J/mm3) mài vật liệu khác Đây kết đáng ngạc nhiên loại phôi có độ cứng khác - Khi tốc độ bóc kim loại nhỏ, lượng cắt riêng có giá trị lớn Độ lớn không tương thích với mô hình tạo phoi truyền thống → Có tiêu hao lượng Cơ chế tạo phoi trình mài gồm giai đoạn : Giai đoạn cày xước : Khi hạt mài xâm nhập vào vật liệu chi tiết, vật liệu bị đẩy sang hai bên Giai đoạn hạt mài cắt vật liệu : Quá trình xảy hạt mài xâm nhập vào chiểu sâu định (gọi chiều sâu tới hạn), hạt mài cắt kim loại thông qua tạo phoi Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều sâu tới hạn : - Độ sắc lưỡi cắt (Bán kính đỉnh hạt mài) - Sự định hướng lưỡi cắt Footer Page of 126 Trọng Khôi HVTH: Nguyễn Header Page of 126 - Góc trước hệ số ma sát hạt mài chi tiết - Vật liệu chi tiết mài Ngay trình tạo phoi bắt đầu, chế cày xước tiếp diễn khiến lượng kim loại đường cắt bị đẩy sang hai bên tạo thành gờ thay bóc tách dạng phoi Để nghiên cứu điều sử dụng thí nghiệm cắt với chiều sâu cố định sử dụng dụng vụ cắt hình chóp đáy tam giác đáy vuông để mô điểm cắt đá mài Dụng cụ cắt đặt vuông góc với mặt vuông góc với hướng cắt đặt nghiêng với lưỡi cắt nằm hai mặt kề hướng phía trước Cách định hướng dụng cụ cắt trực giao xoay nghiêng xác định góc tương tác β, tương ứng với góc trước α : α = β-900 Từ thí nghiệm cắt trực giao với dụng cụ cắt hình chóp có đáy tam giác, tính giá trị góc trước tới hạn mà góc nhỏ trước nhỏ giá trị này, trình tạo phôi xảy Do xác định trình cày xước trình tạo phoi xảy đồng thời khoảng giá trị góc trước nhỏ Cách đặt nghiêng dụng cụ cắt làm tăng xu hướng cày xước đẩy vật liệu sang hai bên Quá trình cày xước kiểm soát chiều sâu cắt tới hạn nguyên nhân dẫn đến Hiệu ứng kích thước quan sát Từ hình đặc điểm hình học phoi chưa biến dạng, thấy tăng vận tốc phôi Vw chiều sâu mài a làm tăng thể tích phoi chưa biến dạng, lượng vật liệu phôi bị cày xước sang hai bên trước đạt tới chiều sâu cắt hth so sánh tương quan với lượng kim loại bóc tách trình tạo phoi giảm Sự giảm đáng kể trình cày xước tốc độ bóc phoi cao làm giảm lượng cày xước riêng Khi đạt tới giới hạn, lượng cày xước riêng upl 0, lượng cắt riêng tối thiểu tương ứng với lượng tạo phoi riêng uch – lượng coi có giá trị không đổi Từ kết trình bày hình lượng tạo phoi riêng uch = 13,8J/mm3 mối quan hệ tỷ lệ nghịch lượng cày xước riêng lượng bóc tách phoi với lực cày xước tiếp tuyến không đổi đơn vị chiều rộng F’t.pl ≈ 1N/mm Theo cách lý luận tương tự, việc sử dụng phương pháp mài thuận thay mài nghịch làm giảm chí loại bỏ hoàn toàn trình cày xước ban đầu, điểm cắt lúc bắt đầu cắt vào phôi chiều sâu cắt lớn Điều lý giải lực cắt mài thuận thường nhỏ chút so với lực mài nghịch Tuy nhiên, mức chênh lệch lực Footer Page of 126 Trọng Khôi HVTH: Nguyễn Header Page of 126 đo hai trường hợp nhỏ so với thành phần lực cày xước, điều chứng tỏ có trình cày xước phương pháp mài thuận Vậy : Năng lượng mài riêng U = Năng lượng tạo phoi Uch + Năng lượng trượt Usl + Năng lượng cày xước Upl U = Uch + Upl + Usl Chỉ có lượng tạo phoi riêng thực sử dụng vào việc bóc tách phoi, lượng mài tối thiểu cần có Tuy nhiên, lượng tạo phoi riêng uch = 13,8J/mm3 lớn nhiều lượng cắt riêng nguyên công cắt kim loại khác Một điểm khác lượng mài riêng tối thiểu không thay đổi nhiều gia công kim loại qua xử lý nhiệt hay chưa Ví dụ, phôi thép Cac-bon thấp gia công nóng đòi hỏi lượng mài tối thiểu gần lượng mài tối thiểu thép hợp kim cứng hay chí thép gió cứng Để giải thích đặc tính bất thường kim loại gia công mài, vấn đề quan tâm so sánh giừa độ lớn lượng mài riêng tối thiểu với lượng làm chảy kim loại mài Vì khoảng 75% lượng tạo phoi lượng trượt, 25% lại lượng chống ma sát phoi dụng cụ cắt → lượng trượt riêng khoảng 10,4J/mm3, giá trị gần lượng làm chảy thể tích đơn vị sắt Sự hai giá trị cho biến dạng lớn gần đoạn nhiệt chiếm ưu suốt trình mài Các điểm cắt hạt mài có góc trước mang giá trị âm lớn, ước tính vào khoảng -600 chí âm Đối với góc trước có giá trị âm lớn vậy, lý thuyết tạo phoi cổ điển dự đoán biến dạng trượt lớn Footer Page of 126 Trọng Khôi HVTH: Nguyễn Header Page of 126 Câu 2: Trình bày chế mòn đá Giải thích câu nói: “Khi mài vật liệu cứng nên chọn đá mềm ngược lại” Quá trình cắt mài thực vô số hạt mài gắn cưỡng bề mặt làm việc đá mài Đá mài loại dụng cụ cắt chế tạo từ hạt mài, chất kết dính chất phụ gia Hình 2.2 cho ta thấy : Các hạt mài liên kết với vật liệu đặc biệt chất kết dính (6), chất kết dính hạt mài khe hở (5) Số lượng hạt mài phân bố bề mặt làm việc đá lớn (từ vài chục đến vài trăm hạt tùy theo loại đá chế tạo) Do vậy, trình cắt lượng lớn hạt mài có hình dáng hình học khác nhau, phân bố không theo quy luật thực Mặc dù có đặc điểm chung với trình cắt gọt khác xong mài có đặc tính riêng biệt vận tốc cắt gọt cao, chiều sâu lớp kim loại hớt bỏ bé (từ vài phần trăm đến vài phần nghìn mm) Kết cấu hình học lưỡi cắt không thuận lợi Bề mặt gia công phoi bị nung nóng đến nhiệt độ cao Thường vận tốc cắt mài nằm khoảng 30m/s đến 50m/s Footer Page of 126 Trọng Khôi HVTH: Nguyễn Header Page of 126 Hầu hết hạt mài có góc cắt âm Các hạt mài tạo bề mặt làm việc với lưỡi cắt gián đoạn, bố trí không theo trật tự Do vận tốc cắt cao, ma sát chất kết dính với vật liệu gia công, góc trước sau âm làm cho nhiệt độ vùng mài cao (Có thể đạt đến 10000C), làm biến dạng cấu trúc mạng tinh thể tính chất lý lớp bề mặt kim loại Yêu cầu hạt mài phải cứng vật liệu mà mài Độ cứng vật liệu mài thường xác định theo độ cứng vết lõm tĩnh xác định thử nghiệm độ cứng Knoop Một tính chất quan trọng khác vật liệu mài độ bền động lực học hay độ dai - Độ dẻo dai lớn hạt mài bị phân rã (mòn, vỡ) sau lần chúng tác động đến vật liệu gia công - Hạt mài bở (dễ vỡ, bền) hạt mài dễ vỡ sau lần tiếp xúc với chi tiết gia công → tạo điều kiện tái tạo lưỡi cắt (còn gọi tượng tự làm sắc) hạt bị mài mòn trình sử dụng Việc chọn đá mài, chế độ mài đóng vai trò định chất lượng sản phẩm.Chọn đá mài hợp lý chất lượng suất cao Khi chọn đá ý đến vật liệu hạt, độ cứng, chất kết dính, cỡ hạt mài cấu trúc đá… Chất kết dính: Là chất để dính hạt mài rời rạc thành đá mài cố định hạt bề mặt đá mài Chất kết dính dùng hai loại chất kết dính chính: Vô (Kê mit), hữu (Beckelit, Vun ganhit) -Kê mit : (K) đất sét, Sillic cat Natri, Silic cát -Manhê : Không sợ ẩm, giữ profin tính giòn cao -Beckelit : (b) chế tạo từ axit cacbonic fooman có độ bền, đàn hồi cao, chế tạo đá với tốc độ cao -Vun ganhit : 70% cacbon + 30% lưu huỳnh đàn hồi cao chế tạo đá mỏng, nhỏ (dày 0,3 ÷ 0,5mm, D = 150 ÷ 200mm) Độ cứng đá mài: Độ cứng đá mài không nên nhầm với độ cứng hạt, cường độ chất kết dính Cường độ xác định lực tác dụng lên hạt để làm cho hạt rời khỏi chất kết dính Độ cứng vật liệu mài khả chống lại biến dạng dẻo cục tải trọng bên thông qua tác dụng vật thể cứng có dạng mũi tâm Footer Page of 126 Trọng Khôi HVTH: Nguyễn Header Page 10 of 126 Độ cứng Ký hiệu Cấp độ cứng Mềm M M1, M2, M3 Mềm vừa MV MV1, MV2 Trung bình TB TB1, TB2 Cứng vừa CV CV1, CV2, CV3 Cứng C C1, C2 Rất cứng RC RC1, RC2 Đặc biệt cứng ĐC ĐC1, ĐC2 đá mài Chú thích: Độ cứng tăng theo chiều tăng số cấp độ cứng Cấu trúc đá: Là tương quan số lượng thể tích hạt mài chất kết dính thể tích lỗ trống đá Kết cấu đá mài vào quan hệ lẫn thể tích lỗ trống , chất kết dính hạt Mối quan hệ định độ chặt (hay độ xốp) đá mài Nói cách khác tỷ trọng (tính gram/mm3 g/inch3) Nó xác định khả chứa phoi cắt đá mài Đá mài làm việc xấu tốt phụ thuộc lựa chọn phù hợp với công việc mài cụ thể Người ta chia (1÷12) số hiệu, đó: cấu trúc chặt (1÷3), cấu trúc trung bình (4÷6), cấu trúc rỗng (7 ÷12) Hình dạng đá mài chế tạo theo tiêu chuẩn quy định hình dáng kích thước Footer Page 10Nguyễn of 126.Trọng Khôi HVTH: 10 Header Page 11 of 126 Cơ sở để phân loại cấp cấu trúc đá mài tỷ lệ phần trăm hạt mài đá theo thể tích Vật liệu hạt mài: Gồm hạt nhỏ khoáng vật thiên nhiên nhân tạo nghiền nhỏ làm thành, cát kim cương ngọc vật liệu mài thiên nhiên Oxit alumin cacbua silic vật liệu mài nhân tạo Footer Page 11Nguyễn of 126.Trọng Khôi HVTH: 11 Header Page 12 of 126 Cỡ hạt hạt mài: Cỡ hạt gọi độ hạt biều thị kích thước thực tế hạt mài Tính cắt đá phụ thuộc vào kích thước hạt Khi mài thô, dùng hạt mài có kích thước lớn Khi mài tinh dùng cỡ hạt nhỏ Khi gia công vật liệu mềm dẻo, để giảm tượng nhét phoi lỗ bề mặt đá mài, nên dùng cỡ hạt lớn Hạt mài chia làm bốn nhóm sau: -Hạt mài, có cỡ hạt: 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16 -Bột mài, có cỡ hạt: 12, 10, 8, 6, 5, 4, -Bột mài mịn, có cỡ hạt: M63, M50, M40, M28, M20, M14 -Bột mài cực mịn, có cỡ hạt: M10, M7, M5, M3, M2, M1 Kích thước thực cỡ hạt hạt mài bột mài nhân với 0,01mm Kích thước thực cỡ hạt bột mài mịn bột mài cực mịn nhân với 0,001mm Từ điều ta có cách chọn đá mài sau: Footer Page 12Nguyễn of 126.Trọng Khôi HVTH: 12 Header Page 13 of 126 Chọn đá mài phải dựa theo loại gia công khác nhau, gia công kim loại tương đối mềm hạt mài bị cùn chậm, đá mài phải cứng để hạt không bị rơi sớm làm việc tới cùn Khi gia công kim loại tương đối cứng hạt mài cùn nhanh, đá phải mềm Mài chi tiết cấu tạo thép mềm dùng đá mài cứng, mài thép bon dùng đá mài mềm Mài thép gang đùng đá mài mềm Từ rút qui tắc: Kim loại bị mài mềm đá mài phải cứng, ngược lại kim loại bị mài cứng đá mài phải mềm Chọn cỡ hạt mài định độ bóng mặt độ xác kích thước vật gia công yêu cầu Đối với hạt to mài nhanh, đồng thời để lại mặt vệt rõ rệt, mài thô phải dùng đá mài hạt to mài cuối mài tinh (bóng) phải dùng đá mài hạt nhỏ Tính chất lý số vật liệu mài: Mài dụng cụ thép cacbon, thép hợp kim thép gió vật liệu có độ bền uốn lớn, nên dùng đá corun điện Trong đó, đá corun điện thường sử dụng rộng rãi để mài phá, mài thô, mài tinh Còn đá corun Footer Page 13Nguyễn of 126.Trọng Khôi HVTH: 13 Header Page 14 of 126 điện trắng nên dùng để mài tinh có độ chịu mòn cao hơn, độ giòn cao nên tính tự mài sắc tốt Do đó, mài sinh nhiệt không hình thành vết nứt cháy bề mặt Mài sắc mảnh dao hợp kim cứng vật liệu sứ hình dáng đơn giản loại vật liệu có độ cứng cao, nên chọn đá cacbit silic xanh với chất kết dính bakelit Loại đá có tính tự mài sắc tốt hạt cacbit silic có độ cứng tế vi, độ bền uốn cao hơn, bán kính góc lượn đỉnh hạt nhỏ so với hạt corun điện Khi mài dao hợp kim cứng, độ dẫn nhiệt hợp kim cứng đá mài thấp, thoát nhiệt khỏi vùng cắt khó khăn nên nhiệt cắt lớn Mặt khác hợp kim cứng có hệ số nở dài bé, ảnh hưởng nhiệt độ cao làm xuất ứng suất mảnh dao Nếu ứng suất lớn gây vết nứt tế vi vết nứt sâu Muốn bảo đảm chất lượng mài, cần thoát nhiệt nhanh để giảm nhiệt cắt Như ta có cách chọn đá mài sau: Chọn vật liệu hạt mài : + Gia công thép : Dùng oxit Nhôm thích hợp + Mài gang hợp kim cứng : Dùng đá mài cacbit Silic Chọn hình dáng đá : Tùy theo công dụng cụ thể để chọn hình đá Chọn độ cứng đá: + Vật liệu cứng đá mềm ( hạt mài nhanh chóng bị mòn) ngược lại + Vật liệu dẻo (Al, Cu) độ mài mòn bị tính cắt bị cùn chủ yếu, cần dùng đá mềm Chọn cấu trúc đá : + Gia công tinh mặt định hình cần phải chọn đá có cấu trúc chặt (để giữ hình dạng đá) + Mài thép : Dùng đá cấu trúc trung bình Cấu trúc xốp : Gia công kim loại, mềm dẻo, mài phẳng mặt đầu đá Footer Page 14Nguyễn of 126.Trọng Khôi HVTH: 14 ... đỉnh hạt mài với bề mặt gia công nhỏ nên lực cắt đơn vị lớn + Trong trình mài, đá mài có khả tự mài sắc nghĩa hạt cùn bị bật khỏi chất dính kết hạt có đỉnh sắc lân cận tham gia cắt Hoặc hạt mài. .. thước hạt Khi mài thô, dùng hạt mài có kích thước lớn Khi mài tinh dùng cỡ hạt nhỏ Khi gia công vật liệu mềm dẻo, để giảm tượng nhét phoi lỗ bề mặt đá mài, nên dùng cỡ hạt lớn Hạt mài chia làm bốn... bị mài cứng đá mài phải mềm Chọn cỡ hạt mài định độ bóng mặt độ xác kích thước vật gia công yêu cầu Đối với hạt to mài nhanh, đồng thời để lại mặt vệt rõ rệt, mài thô phải dùng đá mài hạt to mài