Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống đo nhiệt cắt trong quá trình mài phẳng

Và một yếu tố không thể không nhắc đến vì có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt sản phẩm trong quá trình mài phẳng, đó là nhiệt độ.. Trong quá trình mài phẳng, hầu hết năng lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Nguyễn Minh Quân

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG

ĐO NHIỆT CẮT TRONG QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG

Chuyên ngành: Công nghệ Cơ Điện Tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS Nguyễn Trọng Hiếu

Hà Nội - 2014

1

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

MỞ ĐẦU 10

Chương 1 - Tổng quan về quá trình mài 13

1.1 Khái niệm mài 13

1.2 Đặc điểm của quá trình cắt khi mài 13

1.3 Đá mài 16

1.3.1 Vật liệu hạt mài 16

1.3.2 Cấu trúc của đá mài: 16

1.3.3 Khả năng gia công của đá mài 18

1.3.4 Độ cứng của đá mài 19

1.4 Quá trình mài phẳng 19

1.5 Các đặc điểm của mài phẳng 22

Chương 2 - Nhiệt cắt trong quá trình mài 28

2.1 Tổng quan về nhiệt cắt trong quá trình mài 28

2.2 Ảnh hưởng của nhiệt cắt trong quá trình mài 30

2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia công 30

2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến chất lượng bề mặt gia công 30

2.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của quá trình mài 31

2.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến cấu trúc lớp bề mặt 31

Chương 3 - Các phương pháp đo nhiệt cắt 33

3.1 Đo không tiếp xúc 33

3.1.1 Hồng ngoại 33

3.1.2 Kỹ thuật quang học 34

3.1.3 Sợi quang kỹ thuật 36

2

3.1.4 Hỏa kế quang học 37

3.2 Đo tiếp xúc trực tiếp 38

3.2.1 Kỹ thuật sơn phủ 38

3.2.2 Kỹ thuật cặp nhiệt điện 38

Chương 4 - Tổng quan về cảm biến nhiệt độ 43

4.1 Khái niệm chung 43

4.1.1 Cảm biến 43

4.1.2 Xử lý tín hiệu và điều khiển 43

4.2 Đường cong chuẩn của cảm biến 44

4.2.1 Khái niệm 44

4.2.2 Phương pháp chuẩn cảm biến 45

4.2 Đặc trưng của cảm biến 47

4.2.1 Sai số và độ chính xác 47

4.2.2 Độ nhạy 49

4.2.3 Độ tuyến tính 49

4.2.2 Độ nhanh - thời gian đáp ứng 50

4.2.3 Giới hạn sử dụng của cảm biến 51

4.4 Thang nhiệt độ 52

4.5 Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo 53

4.5.1 Nhiệt độ đo được 53

4.5.2 Đo nhiệt độ trong lòng vật rắn 53

4.6 Các loại cảm biến nhiệt độ 53

4.6.1 Nhiệt điện trở 53

4.6.2 Cặp nhiệt điện 55

4.6.3 Cảm biến bán dẫn 61

Chương 5 - Thiết kế hệ thống đo nhiệt 64

5.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 64

3

5.2 Phần cứng 64

5.2.1 Cảm biến 64

5.2.2 Bộ phận chuyển đổi tín hiệu 66

5.3 Phần mềm 71

5.3.1 Giao diện 71

5.3.2 Cài đặt cấu hình hệ thống 74

Chương 6 - Thiết kế thí nghiệm và xử lý kết quả 77

6.1 Phương pháp bình phương nhỏ nhất 77

6.1.1 Giới thiệu chung 77

6.1.2 Sai số trung bình phương và phương pháp bình phương tối thiểu tìm xấp xỉ tốt nhất với một hàm 78

6.2 Xác định tham số công thức thực nghiệm 82

6.3 Thí nghiệm đo nhiệt độ trong quá trình mài phẳng 83

6.3.1 Máy và dụng cụ thí nghiệm 83

6.3.2 Kết quả thí nghiệm 85

6.4 Xử lý kết quả thí nghiệm 86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ρ : bán kính cong của đỉnh hạt mài

ax : độ dày lớp cắt tại điểm x

γx : góc trước tại điểm x

a : độ dày lớp vật liệu bị cắt khi mài

Qda : nhiệt truyền vào đá Qbt : nhiệt truyền vào dung dịch trơn nguội Qphoi : nhiệt truyền vào phoi và các phế thải khi mài Qphs : nhiệt phát sáng

6

tm : thời gian tăng tdc : thời gian trễ khi giảm

tc : thời gian giảm

Tc : nhiệt độ của cảm biến

Tx : nhiệt độ môi trường

C, b : các hằng số đặc trưng cho vật liệu

Ei : năng lượng liên kết Tref : nhiệt độ chuẩn

Rt : điện trở của cặp nhiệt,

Rl : diện trở dây nối,

RV : điện trở trong của milivôn kế

n



7

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Quá trình mài 13

Hình 1.2 Sơ đồ xác định góc trước của hạt mài 15

Hình 1.3 Một số dạng đá mài 17

Hình 1.4 Kí hiệu đá mài 18

Hình 1.5 Một số phương pháp gia công trên máy mài 19

Hình 1.6 Mài phẳng bằng mặt đầu đá 20

Hình 1.7 Sơ đồ mài phẳng song song bằng hai đá mặt đầu 20

Hình 1.8 Sơ dồ các phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ 21

Hình 1.9 Sơ đồ đặc điểm quan hệ của quá trình mài 23

Hình 1.10 Các thành phần lực cắt khi mài phẳng 24

Hình 2.1 Mô hình mài 28

Hình 3.1 Phép đo nhiệt độ sử dụng hồng ngoại 33

Hình 3.2 Phương pháp chụp ảnh nhiệt 34

Hình 3.3 Phương pháp sử dụng transistor quang 35

Hình 3.4 Phương pháp sử dụng sợi quang kỹ thuật 36

Hình 3.5 Cấu tạo hỏa kế quang học 37

Hình 3.6 Cấu trúc cặp nhiệt điện hai cực cho bề mặt mài 39

Hình 3.7 Cấu trúc của cặp nhiệt điện hai cực có thể mài được 40

Hình 3.8 Cặp nhiệt điện đơn cực lắp vào một đá mài 41

Hình 3.9 Kích thước cặp nhiệt kiểu J hoặc T 42

Hình 3.10 Phương pháp sử dụng cặp nhiệt đơn cực 42

Hình 4.1 Các phần tử của vòng lặp quá trình điều khiển 44

Hình 4.2 Đường cong chuẩn 44

Hình 4.3 Phương pháp chuẩn cảm biến 45

Hình 4.4 Cấu tạo cặp nhiệt điện 55

Hình 4.5 Bán dẫn 61

8

Hình 4.6 IC cảm biến nhiệt DS18B20 62

Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống 64

Hình 5.2 Cấu tạo cặp nhiệt loại K 64

Hình 5.3 Cặp nhiệt loại K thực tế 65

Hình 5.4 Đường đặc tính của cảm biến cặp nhiệt loại K 66

Hình 5.5 ADAM-4019+ 66

Hình 5.6 Sơ đồ chân ADAM-4019+ 68

Hình 5.7 Sơ đồ khối ADAM – 4019+ 69

Hình 5.8 ICPCON I-7520 70

Hình 5.9 Sơ đồ khối ICPCON I-7520 70

Hình 5.10 Cáp chuyển RS232-USB 71

Hình 5.11 Giao diện phần mềm 71

Hình 5.12 Giao diện cài đặt 72

Hình 5.13 Giao diện lựa chọn 72

Hình 5.14 Giao diện hiệu chỉnh 72

Hình 5.15 Hiệu chỉnh gốc 0 73

Hình 5.16 Hiệu chỉnh dải đo 73

Hinh 5.17 Hiệu chỉnh bù điểm lạnh 73

Hình 5.18 Giao diện đồ thị 74

Hình 5.19 Device Management 75

Hình 5.20 Lựa chọn cổng COM 75

Hình 5.21 Giao diện khởi động 76

Hình 5.22 Tìm module từ cổng COM 76

Hình 5.23 Kết nối được với máy tính 76

Hình 6.1 Phôi 83

Hình 6.2 Cặp nhiệt gắn trên phôi 84

Hình 6.3 Phôi gá trên máy mài 85

9

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Vật liệu hạt mài 16

Bảng 1.2 Cấu trúc của đá mài 17

Bảng 4.1 Trình tự hiệu chuẩn cảm biến của Viện đo lường Việt Nam 46

Bảng 4.2 Một số loại cặp nhiệt điện thông dụng 60

Bảng 4.3 Thông số cặp nhiệt Chromel/Constantan 61

Bảng 5.1 Hiệu chuẩn cảm biến cặp nhiệt loại K 65

Bảng 5.2 Các loại cặp nhiệt điện sử dụng với ADAM-4019+ 67

Bảng 6.1 Kết quả thí nghiệm 85

Bảng 6.2 Các giá trị quy đổi kết quả thí nghiệm 86

Trong cơ khí chế tạo, có một loại máy được sử dụng nhiều trong gia công tinh, nhằm chế tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, đó là máy mài phẳng Trong quá trình mài phẳng, chất lượng bề mặt sản phẩm luôn là một trong các yêu cầu được ưu tiên hàng đầu

Và một yếu tố không thể không nhắc đến vì có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt sản phẩm trong quá trình mài phẳng, đó là nhiệt độ

Trong quá trình mài phẳng, hầu hết năng lượng dùng để cắt đều chuyển thành nhiệt, gây ra nhiệt độ cao tại một số khu vực trên bề mặt phôi và đá mài Đặc biệt hơn nữa, nhiệt độ cao còn có thể dẫn đến hiện tượng cháy bề mặt phôi, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Như vậy, nhiệt cắt nếu như không kiểm soát chặt chẽ sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng gia công chi tiết, làm giảm năng suất lao động cũng như tăng chi phí sản xuất, gây ảnh hưởng đến quá trình sản xuất

Chính vì vậy, tác giả đã lựa chọn đề tài luận văn: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống đo nhiệt cắt trong quá trình mài phẳng”

2 Lịch sử nghiên cứu

Lĩnh vực nghiên cứu về nhiệt độ trong quá trình gia công nói chung vẫn còn chưa phổ biến ở Việt Nam Gần đây nhất là đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo nhiệt khi tiện” của nhóm tác giả trường Đại học Công nghiệp Hà Nội năm 2007 Sản phẩm của đề tài là một thiết bị hoàn chỉnh để đo nhiệt trong quá trình tiện

Trong khi đó, ở các nước khác trên thế giới, đã có một số tác giả sử dụng các phương pháp khác nhau để nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình gia công Tác giả D Anderson khảo sát nhiệt độ bề mặt trong quá trình mài khô sử dụng hồng ngoại Tác giả A.D.Batako nghiên cứu nhiệt độ phôi mài sử dụng máy ảnh nhiệt hay tranzito quang

11

3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và lắp đặt và điều khiển hệ thống đo nhiệt cắt trên máy mài phẳng

- Nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ cắt theo các thông số đầu vào (tốc độ cắt, chiều sâu cắt)

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Luận văn tập trung nghiên cứu về sự thay đổi nhiệt độ phôi trong quá trình mài phẳng, đồng thời chỉ ra sự phụ thuộc của nhiệt độ phôi đối với một số thông số chế độ cắt của máy mài phẳng

5 Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới

Nội dung luận văn gồm 6 chương:

- Chương 1 trình bày các đặc điểm cơ bản của quá trình mài và mài phẳng

- Chương 2 đưa ra lý thuyết tổng quan về nhiệt cắt và ảnh hưởng của nhiệt cắt trong quá trình mài phẳng

- Chương 3 giới thiệu một số phương pháp đo nhiệt cắt sử dụng trong thực tế

- Chương 4 trình bày các đặc điểm cơ bản của một số loại cảm biến đo nhiệt độ thông dụng

- Chương 5 mô tả nguyên lý hoạt động, sau đó trình bày quá trình thiết kế và xây dựng

hệ thống đo nhiệt cắt

- Chương 6 giới thiệu cách thức lắp đặt hệ thống trong máy mài, và sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu sự thay đổi của nhiệt cắt theo các thông số đầu vào

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập thông tin: Nghiên cứu tài liệu kỹ thuật trong và ngoài nước liên quan đến mài phẳng và các phương pháp đo nhiệt độ, từ đó thiết kế và xây dựng hệ thống đo nhiệt tương đối hoàn chỉnh

12

- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành các thí nghiệm đo nhiệt trên máy mài phẳng nhằm tìm hiểu sự thay đổi nhiệt độ phôi theo các thông số chế độ cắt

13

Chương 1 - Tổng quan về quá trình mài

1.1 Khái niệm mài

Mài là một phương pháp gia công kim loại được biết từ lâu, tuy nhiên phải đến thế kỷ 19 khi xuất hiện máy mài và các vật liệu tổng hợp thì việc gia công bằng mài mới

có bước phát triển nhảy vọt

Mài là nguyên công gia công tinh có thể gia công được nhiều dạng mặt phẳng khác nhau như mặt trụ ngoài, mặt trụ trong, mặt phẳng và mặt định hình Bản chất của quá trình mài là sự cào xước bề mặt của vật rắn bằng những hạt mài có vận tốc cao, thường 20 m/s với máy mài thường và 200 m/s với máy mài cao tốc Gia công bằng mài cho phép đạt độ chính xác cấp 2-3, đôi khi cấp 1 và độ bóng bề mặt cấp 8-9 Trong một

số trường hợp mài được sử dụng để làm sạch phôi đúc và phôi rèn hoặc để tẩy sạch xi hàn, có nghĩa là nguyên công chuẩn bị phôi hoặc nguyên công thô Mài được thực hiện bằng nhiều hành trình, do đó có khả năng sửa lại sai số hình dáng và kích thước của chi tiết gia công Cho đến hiện nay, máy mài vẫn chiếm tỉ trọng đến 30% tổng số máy công cụ; và có thể đến 60% ở ngành cơ khí chính xác

1.2 Đặc điểm của quá trình cắt khi mài

.

Hình 1.1 Quá trình mài

- Quá trình cắt được thực hiện bằng nhiều hạt mài có độ cứng tế vi cao (2200 – 3100 kG.mm2)

14

- Quá trình cắt được thực hiện với tốc độ cắt cao của hạt mài (30 – 70 m/s), cùng một lúc, trong thời gian ngắn tính bằng giây có nhiều hạt mài cùng tham gia vào cắt gọt và tạo ra nhiều phoi vụn

- Các hạt mài được bố trí lộn xộn trong chất dính kết, vì vậy thông thường chúng có góc trước âm và góc cắt lớn hơn 900

- Tốc độ cắt và điều kiện cắt không thuận lợi làm tăng nhiệt độ cắt (1000 – 15000C)

- Điều khiển quá trình mài chỉ có thể được thực hiện bằng cách thay đổi chế độ cắt, vì thay đổi hình học của các hạt mài hầu như không thể thực hiện được

- Trong quá trình gia công, đá mài có thể tự mài sắc vì hạt mài sau khi bị mài mòn làm cho lực cắt tăng, dưới tác dụng của lực cắt lớn các hạt mài tự bẻ gãy và tạo ra các hạt mài mới có cạnh sắc mới

- Bề mặt mài được hình thành nhờ tác động của các yếu tố hình học đặc trưng cho quá trình cắt và quá trình biến dạng dẻo kim loại

- Có thể cắt gọt được những loại vật liệu cứng mà các loại dụng cụ cắt khác không cắt được Ví dụ: thép đã tôi, hợp kim cứng v.v…

- Bề mặt gia công thường có một lớp cứng nguội phân bố đều, chiểu dày khoảng 2m,

độ cứng Hv=1100 Trên bề mặt có ứng suất lớn và những vết nứt tế vi

- Do trị số bán kính đỉnh hạt mài nhỏ, nên có thể thực hiện quá trình với chiều sâu cắt rất nhỏ

Trong quá trình cắt, các hạt mài có lưỡi cắt luôn luôn thay đổi nhưng hầu như tất cả chúng đều có góc trước âm Nghiên cứu riêng rẽ quá trình cắt của một hạt mài, ta có thể nhận thấy nó tương tự như quá trình cắt của một dao tiện với góc trước âm (γ < 0) Vậy

có thể dựa vào một mô hình cắt khi tiện để xây dựng một mô hình cắt khi mài

- Mặt trước ECB (phoi khi tách ra sẽ theo mặt này)

- Mặt sau BC1E1

15

Hình 1.2 Sơ đồ xác định góc trước của hạt mài

Gọi: ρ – bán kính cong của đỉnh hạt mài

ax - độ dày lớp cắt tại điểm x

γx – góc trước tại điểm x

a - độ dày lớp vật liệu bị cắt khi mài Khi đó : 𝛾𝑥 = arcsin⁡(𝜌−𝑎𝑥

Góc cắt thực tế tại điểm x là: 𝛿 = 𝜋

2+ 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛𝜌−𝑎𝑥

Do γx thay đổi theo vị trí cắt x mà mức độ biến dạng của vật liệu sẽ khác nhau, đặc biệt:

- ax = 0 thì γx = 900 lúc đó quá trình cắt không xảy ra mà chỉ có hiện tượng biến dạng bề mặt

- ax = ρ thì γx = 00 lúc đó xảy ra sự trượt trơn giữa bề mặt đá và bề mặt chi tiết

Như vậy, ta thấy rằng, bản thân đá mài là một dụng cụ đặc biệt, không những thế hình học của phần cắt trên mỗi hạt mài cũng không giống nhau, chúng lại thay đổi liên tục trong quá trình gia công, mặt khác số lượng các hạt mài tham gia cũng liên tục thay đổi

Vì vậy quá trình mài là một quá trình cắt phức tạp

16

1.3 Đá mài

1.3.1 Vật liệu hạt mài

Bảng 1.1 Vật liệu hạt mài T

1.3.2 Cấu trúc của đá mài:

Cấu trúc của đá mài thể hiện ở tỷ lệ phần trăm của thể tích hạt mài, thể tích chất dính kết, thể tích khoảng trống trong đá mài Các tỷ lệ thể tích đó quyết định độ chặt (hay độ xốp) của đá mài Nói một cách khác, nó là tỉ trọng (tính bằng g/mm3 hay g/inch3)

Nó xác định khả năng chứa phoi khi cắt của đá mài Cơ sở để phân loại cấp cấu trúc đá mài là tỉ lệ phần trăm hạt mài trong đá theo thể tích

18

Hình 1.4 Kí hiệu đá mài

1.3.3 Khả năng gia công của đá mài

Mài tròn ngoài Mài tròn trong (mài lỗ)

Mài vô tâm

19

Mài phẳng

Hình 1.5 Một số phương pháp gia công trên máy mài

1.3.4 Độ cứng của đá mài

Độ cứng là một trong những đặc tính quan trọng nhất của đá mài Độ cứng của

đá mài là khả năng chống lại sự rứt hạt mài ra khỏi mặt làm việc của đá dưới tác dụng của ngoại lực

Độ cứng của hạt mài được đo bằng nhiều phương pháp: phun cát, lăn bằng con lăn thép tôi với tải trọng nhất định theo bề mặt đá mài, dụng cụ đo độ cứng rôcoen… và dựa trên chiều sâu của vết để lại trên bề mặt dụng cụ mài để đánh giá độ cứng

Tuy nhiên những phương pháp trên đều chưa đặc trưng được hoàn toàn khả năng làm việc của đá mài Tiêu chuẩn khách quan hơn để đánh giá chất lượng của đá mài là tuổi bền (thời gian làm việc giữa hai lần sửa đá), hoặc số chi tiết gia công được trong khoảng thời gian đó hoặc lượng tiêu hao đá (tính bằng cm3) khi cắt được 1 cm3 vật liệu gia công

1.4 Quá trình mài phẳng

Mài phẳng là một phương pháp gia công tinh các mặt phẳng sau khi qua phay hoặc bào, đã hoặc chưa qua nhiệt luyện Ngoài ra mài phẳng còn có thể thay cho phay, bào trong sản xuất hoặc để gia công các chi tiết khó định vị và kẹp chặt

20

Ngày nay do trình độ công nghệ được nâng cao, xu hướng chung là người ta tập trung nghiên cứu thực hiện tối ưu hóa quá trình tạo phôi, giảm lượng dư gia công cắt gọt, nâng cao độ chính xác hình dạng, độ chính xác kích thước cũng như chất lượng bề mặt phôi, sau đó dùng mài thô thay cho các phương pháp gia công cắt gọt khác nhằm tiết kiệm vật liệu, giảm chi phí gia công cơ và rút ngắn quy trình công nghệ, đặc biệt đối với các chi tiết khó gá đặt

Mài phẳng có thể đạt độ chính xác cấp 7-6, độ nhám bề mặt Ra = 1,6 – 0,4 µm Mài phẳng có thể thực hiện theo hai phương pháp: mài phẳng bằng mặt đầu đá hoặc mài phẳng bằng đá mài hình trụ

* Mài phẳng bằng đá mài mặt đầu:

Vn - vận tốc chi tiết Vd - Vận tốc đá mài

Hình 1.6 Mài phẳng bằng mặt đầu đá

Hình 1.7 Sơ đồ mài phẳng song song bằng hai đá mặt đầu

Phương pháp này cho năng suất cao hơn, vì số lượng hạt mài đồng thời tham gia cắt nhiều hơn Tuy nhiên do nó lớn hơn và khả năng thoát nhiệt, thoát phoi và tưới dung

21

dịch trơn nguội khó khăn hơn, nên dễ dàng gây biến dạng nhiệt, tạo ra vết cháy, vết nứt

tế vi trên bề mặt vật mài Nói chung độ chính xác và độ nhẵn bề mặt đạt được thấp hơn khi mài bằng đá mài hình trụ

* Mài bằng đá mài hình trụ:

Mài phẳng bằng đá mài hình trụ thực hiện trên máy mài phẳng có bàn máy chuyển động tịnh tiến khứ hồi thực hiện tiến dao dọc sdọc, đầu mang dao thực hiện chuyển động tịnh tiến dao ngang sngang để mài hết chiều rộng chi tiết và tiến dao dọc sdọc sau một lượt mài để mài hết lượng dư gia công (a), hoặc thực hiện trên máy có bàn máy quay tròn quanh tâm của nó còn đầu đá thực hiện chuyển động tiến dao ngang sngang và chuyển động tiến dao dọc sdọc sau mỗi lượt mài (b)

Hình 1.8 Sơ dồ các phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ

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 tỏa 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 và độ nhẵn bề mặt cao hơn phương pháp trên, đảm bảo độ chính xác cấp 7 và chiều cao nhấp nhô bề mặt Ra = 1,6 µm, nếu chuẩn bị công nghệ cẩn thận có thể đạt cấp chính xác câp 6 và Ra = 0,4 µm

22

Tuy 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 Trong trường hợp này đầu đá chỉ thực hiện tiến dao dọc sdọc sau mỗi hành trình kép của bàn máy, tuy nhiên máy phải đảm bảo độ cứng vững và phải sửa đá cẩn thận để tránh đầu đá bị côn hoặc đường sinh đá không thẳng dễ dây ra sai số in đập trên bề mặt chi tiết gia công

Mài phẳng bằng đá mài hình trụ có thể thực hiện theo hai cách:

- Cách thứ nhất: ăn dao nhiều lần, chiều sâu cắt cho mỗi lần chạy dao nhỏ nhưng lượng chạy dao lớn Cách này cho phép giảm tối đa ảnh hưởng của nhiệt cắt, áp dụng khi gia công tinh và gia công các chi tiết mỏng

- Cách thứ hai: mài với chiều sâu cắt lớn sao cho toàn bộ chiều sâu cắt có thể được bóc

đi sau một, hai lần ăn dao Khi đó các hạt mài ở phía cạnh đá chịu tải trọng lớn nên bị mài mòn và bong tróc nhiều hơn, vì vậy đá sẽ bị tang trống ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Cách này chỉ sử dụng khi gia công thô các vật liệu gang đúc và thép chưa nhiệt luyện với lượng dư lớn

1.5 Các đặc điểm của mài phẳng

Hình 1.9 đã chỉ ra sơ đồ tổng quát các hiện tượng xảy ra trong quá trình mài và mỗi quan hệ giữa chúng Các đại lượng xuất hiện trong quá trình mài là: lực cắt, nhiệt cắt, rung động, mòn đá trong quá trình mài Chúng có ảnh hưởng quyết định đến độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt khi mài

Các công trình nghiên cứu đã chứng minh được rằng lực dọc trục Px khi mài rất

bé và có thể bỏ qua Lực cắt khi mài phẳng có thể chia làm hai thành phần như sơ đồ hình 1.10

24

Pc - Lực cắt toàn phần Py - Lực cắt hướng kính

Pz – Lực cắt tiếp tuyến

Hình 1.10 Các thành phần lực cắt khi mài phẳng

Lực cắt tiếp tuyến còn được gọi là lực vòng, nó quy định độ lớn của mômen xoắn

và công suất tiêu hao của quá trình mài Lực cắt Py vuông góc với bề mặt gia công, nó

có xu hướng làm cong trục gá đá theo phương ngược với phương chạy dao thẳng đứng

Độ lớn của lực cắt phụ thuộc vào số lượng hạt mài đồng thời tham gia cắt, chiều dày lớp kim loại do mỗi hạt mài bóc đi, hệ số ma sát giữa bề mặt chi tiết với đá mài Lực cắt là thông số cơ bản quyết định đặc tính mòn của đá mài

- Dao động khi mài phẳng

Trong quá trình mài luôn tồn tại dao động Các dao động này có ba dạng: dao động cưỡng bức, dao động riêng và dao động tự rung

a Dao động cưỡng bức

Xuất hiện do các lực tác động từ bên ngoài Tần số của nó trùng với tần số của lực kích thích, còn biên độ phụ thuộc vào chế độ mài, không thay đổi trong thời gian tuổi bền Dao động cưỡng bức do các nguyên nhân sau gây nên:

25

- Độ không cân bằng của đá

- Độ không cân bằng của động cơ trục chính

- Độ không cân bằng của các bộ truyền dẫn và ổ đỡ, các loại bánh răng trục đỡ ổ lăn …

Để tránh các dao động cưỡng bức nên thực hiện các biện pháp như: sử dụng các loại đá có độ chính xác cao, cân bằng tĩnh cẩn thận trước khi gá đá, cân bằng các cơ cấu quay, giữ cho vị trí tâm quay cố định bằng cách sử dụng các ổ đỡ có kết cấu mới cho phép tạo ra các bộ đệm dầu cân bằng, dùng loại ổ thủy tĩnh có kế cấu đặc biệt …

b Dao động riêng

Là dao động đặc trưng cho và liên quan tới hệ thống lực trong bản thân máy đo Tần số của các dao động riêng không tắt dần của hệ bất kỳ có thể tính theo công thức:

𝑓 = 12𝜋√𝑐

Trong đó: c- độ cứng riêng của hệ

m - trọng lượng của hệ Nhiều nghiên cứu cho thấy, tần số dao động riêng do độ không cân bằng của các bộ truyền gây ra thường nhỏ hơn nhiều só với tần số dao động riêng của máy

c Dao động tự rung

Dao động này chỉ phụ thuộc vào độ cứng vững của máy và khối lượng của hệ thống mà không phụ thuộc vào chế độ mài, vận tốc của đá cũng như vận tốc chuyển động tịnh tiến của chi tiết Biên độ của dao động tự rung không cố định mà thay đổi trong thời gian tuổi bền Khi chế độ cắt tăng, biên đọ của dao động này tăng Khi chế độ cắt giảm, biên độ giảm Các dao động tự rung gây ra sóng trên bề mặt làm việc của đá

- Độ chính xác khi mài

Khi mài phẳng, độ chính xác, độ không song song và độ không phẳng là chỉ tiêu quan trọng nhất, đặc trưng cho độ chính xác của quá trình mài Các yếu tố trên có thể phân thành hai nhóm:

26

- Nhóm thứ nhất là các nguyên nhân do trang thiết bị gây nên:

+ Độ không song song và không phẳng của bàn gá với phương chuyển động của bàn máy

+ Độ không ổn định đường tâm của trục chính trong quá trình gia công

+ Độ không êm của các dịch chuyển nhỏ của các cơ cấu máy

- Nhóm thứ hai gồm các yếu tố phụ thuộc vào điều kiện mài và chỉ xuất hiện trong quá trình gia công:

+ Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt

+ Ảnh hưởng của các biến dạng đàn hồi do lực cắt gây ra

+ Ảnh hưởng của các sai số in dập

Ngoài ra, độ chính xác khi mài còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa như mức

độ hợp lý của cặp vật liệu đá – chi tiết, chế độ sửa đá, điều kiện mài …

- Chất lượng bề mặt vật mài

Chất lượng bè mặt vật mài được đánh giá bằng hai nhóm chỉ tiêu sau:

- Nhóm chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất hình học của bề mặt như độ sóng, độ nhám, vết gia công cơ …

- Nhóm các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của bề mặt gia công như ứng suất dư, vết nứt tế vi, vết cháy

đủ dung dịch trơn nguội, đá bị đảo … Chiều sâu vết cháy phụ thuộc vào nhiệt độ mài và tính chất của vật liệu gia công Các kết quả nghiên cứu cho thấy độ cứng trong vùng cháy không đồng nhất

Từ đó, ta có thể thấy một yếu tố có ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng gia công

bề mặt chi tiết là nhiệt cắt Nhiệt cắt sinh ra trong quá trình mài là rất lớn, và nếu không kiểm soát kịp thời sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt cũng như việc gia công chi tiết Chính vì vậy, việc tìm hiểu về nhiệt cắt trong quá trình mài, sự phân bố và ảnh hưởng của nhiệt cắt là rất quan trọng

28

Chương 2 - Nhiệt cắt trong quá trình mài

2.1 Tổng quan về nhiệt cắt trong quá trình mài

Mài là một phương pháp gia công mà hầu hét công suất cắt được chuyển hóa thành nhiệt năng, chỉ một phần rất nhỏ công suất cắt chuyển hóa thành năng lượng tiềm

ẩn làm thay đổi mạng tinh thể của vật liệu Lượng nhiệt này sẽ truyền ra xung quanh và một phần lớn nhiệt lượng sẽ truyền vào chi tiết Phần nhiệt này sẽ ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, cụ thể là làm biến dạng lớp bề mặt, tạo ra ứng suát làm thay đổi tính chất cơ lý hóa của bề mặt, gây ra các biến đổi về pha và cấu trúc của vật liệu, thay đổi tính chất của lớp kim loại bề mặt gia công như độ cứng lớp kim loại ứng suất dư và vết cháy, vết nứt tế vi trên mặt mài

29

Trong đó: (Pz.Vda) - nhiệt do công suất chuyển hóa thành

Qcht - nhiệt truyền vào chi tiết Qda - nhiệt truyền vào đá Qbt - nhiệt truyền vào dung dịch trơn nguội Qphoi - nhiệt truyền vào phoi và các phế thải khi mài Qphs - nhiệt phát sáng

Lượng nhiệt tỏa ra khi mài truyền vào chi tiết gia công và đá mài có thể xác định theo công thức sau:

- Nhiệt độ tức thời tại điểm xảy ra quá trình cắt do một hạt mài gây ra Tùy thuộc vào điều kiện mài, nhiệt độ này có thể thay đổi từ 10000C tới nhiệt độ nóng chảy của kim loại Thời gian tác động rất ngắn

- Nhiệt độ tiếp xúc trung bình trên toàn bộ chiều rộng đá có giá trị từ 2500C đến 11000C Dưới tác động của nhiệt độ tiếp xúc trên lớp kim loại bề mặt có thể xuất hiện vết cháy

và vết nứt tế vi

- Nhiệt độ trung bình của chi tiết Tùy thuộc vào điều kiện và thời gian mài, tính chất của dung dịch trơn nguội, nhiệt độ trung bình sẽ có giá trị từ 200C đến 3500C Nhiệt độ trung bình sẽ gây ra biến dạng nhiệt của chi tiết gia công

Quá trình xuất hiện và phân bố của nhiệt cắt khi mài phụ thuộc vào nhiếu yếu tố

30

- Khi các thành phần của chế độ cắt (V, s, t) tăng thì nhiệt cắt tăng

- Đường kính đá tăng thì nhiệt độ mài giảm

- Chất dính kết của đá cũng có ảnh hưởng tới nhiệt độ khi mài Đá mài có chất kết dính bakêlit có khả năng giảm cường độ tỏa nhiệt tốt hơn so với đá có chất kết dính keramic

- Khả năng dãn nhiệt của vật liệu giảm sẽ làm tăng nhiệt độ mài Để giảm nhiệt

độ mài phải giả số nguồn tạo nhiệt hoặc tăng hiệu suất tạo nhiệt bằng các biện pháp như chọn sơ đồ mài tối ưu, chọn đặc tính đá, chế độ cắt, dung dịch trơn nguội phù hợp

2.2 Ảnh hưởng của nhiệt cắt trong quá trình mài

2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia công

Độ chính xác gia công khi cắt gọt được quyết định bởi vị trí tương quan giữa đá và chi tiết gia công trong quá trình mài Do vậy sự biến dạng về nhiệt của đá và phôi gia công do ảnh hưởng của nhiệt khi mài được quan tâm khảo sát

Về quá trình trao đổi nhiệt, ta biết rằng nếu cung cấp một lượng nhiệt Q cho một vật có thể tích V (cm3), tỷ nhiệt c (J/kg.0K), khối lượng riêng 𝛾(kg/cm3), thì độ tăng nhiệt

độ của vật thể được xác định:

∆θ =𝑄𝐶𝑉

0

Độ thay đổi chiều dài L theo phương nào đó của vật thể là:

2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến chất lượng bề mặt gia công

Chất lượng bề mặt đã gia công của chi tiết được đặc trưng bởi độ nhấp nhô bề mặt

và tính chất cơ - lý lớp sát bề mặt Nhiệt cắt có ảnh hưởng chủ yếu đến sự thay đổi tính chất cơ - lý lớp bề mặt chi tiết gia công

Ta biết rằng, khi kim loại bị đốt nóng đến một nhiệt độ nào đó thì cấu trúc của chúng sẽ thay đổi Sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi về cơ - lý tính của kim loại Mặt khác, trong quá trình cắt sự tăng giảm đột ngột về nhiệt độ trên bề mặt gia công kết hợp

31

với sự dao động của lực cắt sẽ tạo nên ứng suất dư và vết nứt tế vi trên lớp kim loại sát trên bề mặt, đồng thời trên đó kim loại cũng bị biến cứng hay hoá bền Nói chung các ảnh hưởng này đều theo chiều hướng bất lợi cho yêu cầu về cắt gọt

2.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của quá trình mài

Những kết quả nghiên cứu về cắt gọt cho thấy rằng khi cắt kim loại, đặc biệt khi cắt ở tốc độ cao thì yếu tố quyết định lớn nhất đến khả năng cắt của quá trình mài đó là nhiệt cắt, tiếp đến mới là ma sát

Khả năng cắt gọt của quá trình mài được đánh gía bởi tuổi bền dao thông qua việc xác định độ lớn của các dạng mài mòn đá cụ thể

Dưới tác dụng của nhiệt khi cắt vật liệu trong quá trình mài sẽ có sự thay đổi về tính chất cơ - lý - hoá, đặc biệt độ cứng, độ bền giảm, tính chống mòn cũng giảm dẫn đến mài mòn nhanh chóng, hậu quả là thời gian sử dụng đá vào cắt gọt cũng bị rút ngắn

đi, đá nhanh chóng mất khả năng cắt gọt

2.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến cấu trúc lớp bề mặt

Năng lương trong mài phần lớn được chuyển hoá thành nhiệt Nhiệt quá lớn sẽ dẫn tới thiệt hại về nhiệt, ứng suất dư và thay đổi kết cấu vi mô trong lớp bề mặt Những hiệu ứng này có thể làm tổn hại lớn tuổi thọ và chất lượng thành phần của phôi gia công Nhiệt sinh ra trong quá trình mài phải được loại bỏ để giảm những ảnh hưởng của thiệt hại nhiệt đến mặt cơ sở Khi tốc độ cắt vật liệu tăng tức là tăng với tốc độ làm việc

và độ sâu cắt lớn hơn, ý nghĩa của hiệu ứng nhiệt này trở nên lớn hơn Khi tăng tốc độ cắt vật liệu, nhiệt độ trong vùng mài yêu cầu xác định đo đạc kỹ lưỡng nếu quá trình này

là bất lợi cho sự toàn vẹn bề mặt của phôi sau khi mài

Tóm lại, nhiệt cắt ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng lớp bề mặt gia công và khả năng cắt gọt của đá, còn ảnh hưởng đáng kể đến máy và đồ

gá trong hệ thống công nghệ

32

Qua nghiên cứu và từ thực tế cắt gọt ta thấy rằng nhiệt cắt có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cắt, do vậy cần phải xác định được độ lớn của chúng trong nhữngtrường hợp cắt gọt cụ thể Tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu mà ta có thể xác định nhiệt cắt trên dao, trên chi tiết, trên phoi hoặc ở môi trường chung quanh

Sự phân tích lý thuyết về sự thu nhận nhiệt của quá trình cắt giúp đánh giá được ảnh hưởng của các thông số cơ bản có liên quan đến quá trình cắt đến sự xuất hiện và sự dẫn nhiệt khi cắt, tuy nhiên việc xác định sự thu nhận nhiệt bằng tính toán là rất khó và không chính xác nên chỉ thường được áp dụng khi việc đo đạc nhiệt độ trực tiếp khó khăn hoặc không thể tiến hành được

Ngày nay với sự phát triển của các ngành khoa học, kỹ thuật đo nhiệt nói chung và

đo nhiệt cắt nói riêng ngày càng hoàn hảo và ngày càng trở nên phổ biến, được ứng dụng nhiều trong thực tế

33

Chương 3 - Các phương pháp đo nhiệt cắt

3.1 Đo không tiếp xúc

Quá trình trao đổi nhiệt giữa các vật có thể diễn ra dưới hình thức bức xạ nhiệt, không cần các vật đó trực tiếp tiếp xúc với nhau Bức xạ nhiệt chính là sự truyền nội năng của vật bức xạ đi bằng sóng điện từ Khi một vật khác hấp thụ sóng điện từ của vật

bức xạ thì sóng điện từ đó lại được chuyển thành nhiệt năng Bất kỳ một vật nào sau khi

nhận nhiệt thì cũng có một phần nhiệt năng chuyển đổi thành năng lượng bức xạ, số lượng được chuyển đổi đó có quan hệ với nhiệt độ Vậy từ năng lượng bức xạ người ta

sẽ biết được nhiệt độ của vật

3.1.1 Hồng ngoại

Hình 3.1 Phép đo nhiệt độ sử dụng hồng ngoại

Hồng ngoại là một công nghệ lý tưởng để đo nhiệt độ mài do đo được khu vực đầy

đủ của phôi bằng cách sử dụng các điểm ảnh tương đối nhanh và nhỏ, và nó không cần đính kèm vật lý với phôi

cỡ 1,35 mm được sử dụng để nhận biết nhiệt độ của tấm thép này Một camera hồng ngoại hoạt động ở 60 khung hình mỗi giây với thời gian cảm biến nhiệt độ là 25ms được

sử dụng để đo nhiệt độ trong quá trình mài Camera hồng ngoại đã được thiết lập phạm

vi đo lường trong 20-500 0C với độ chính xác là ±2 0C và đi kèm với một ống kính có chiều dài tiêu cự 50 mm với một ống kính kéo dài 6,35mm Ống kính kéo dài được sử dụng để giảm không gian nhìn và tăng độ phân giải của hình ảnh Camera này đã được đặt cố định đối với vùng mài để giảm thiểu hiệu ứng làm mờ gây ra bởi các nguồn nhiệt chuyển động và thời gian cảm biến nhiệt độ Các hình ảnh hồng ngoại đã được tạo ra bộ đoạt khung IMAQPCI-1422 và được lưu dưới định dạng RAW 12-bit Tất cả các dữ liệu sau đó đã được gửi đến một máy tính thu thập dữ liệu để phân tích

3.1.2 Kỹ thuật quang học

Hình 3.2 Phương pháp chụp ảnh nhiệt

Hình 3.2 minh họa phương pháp đo nhiệt sử dụng chụp ảnh nhiệt Một máy ảnh nhiệt ghi lại sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt của phôi Trong hình, kết quả được so sánh với

35

dự đoán từ mô phỏng FEM Kỹ thuật này đưa ra một hình ảnh toàn bộ về trường nhiệt

độ bao gồm cả những khu vực lân cận khu vực mài Tuy nhiên, phương pháp này ít sử dụng để xác định chính xác nhiệt độ của điểm tiếp xúc trong quá trình mài

Phương pháp chụp ảnh nhiệt có ưu thế là xác định được nhiệt độ tại lớp dưới bề mặt Trường nhiệt độ được minh họa thông qua việc đọc dữ liệu trực tiếp trong suốt quá trình mài Một bất lợi của phương pháp này là việc camera ghi lại bức xạ nhiệt từ một mặt phẳng đứng phía vuông góc với vùng tiếp xúc Sự có mặt của chất lưu động có thể ảnh hưởng đến bức xạ và do đó ảnh hưởng đến việc ghi lại bức xạ Ngoài ra, nhiệt độ đo trong mặt phẳng có thể không phải là tiêu biểu cho nhiệt độ trung tâm bên trong vùng tiếp xúc Sự đối lưu nhiệt trong quá trình mài xảy ra trên bề mặt bên của phôi, trong khi

đó ở mặt phẳng trung tâm của phôi sự truyền nhiệt xảy ra hai chiều

Hình 3.3 Phương pháp sử dụng transistor quang

Hình 3.3 minh họa việc sử dụng một transistor quang (4) ghi lại bức xạ hồng ngoại

từ vùng mài thông qua một lỗ (2) được thực hiện trong đá mài Dòng điện được tạo ra bởi transistor quang tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ hồng ngoại Các tín hiệu được điều khiển bởi một bộ khuếch đại (6) và gửi đến một thiết bị thu (7) Phương pháp này cung cấp tín hiệu gần như không có nhiễu, nhưng lại nảy sinh vấn đề khác Phương pháp này chỉ hoạt động tốt trong mài khô Trong mài ướt, phoi và chất lỏng lấp đầy lỗ đo, dẫn đến mất tín hiệu đầu ra Rất khó tạo lỗ trong đá mài cũng như đồi hỏi sự can thiệp từ các nhà

36

sản xuất đá mài Việc kiểm soát sự thay đổi kích thước lỗ và góc độ nghiêng là rất khó Thời gian xử lí tín hiệu phụ thuộc vào tốc độ đá mài và đường kính lỗ

3.1.3 Sợi quang kỹ thuật

Nghiên cứu gần đây về các cảm biến sợi quang đã mở đường cho việc phát triển một thiết bị đo nhiệt độ mới dựa trên kỹ thuật Bragg sợi Sự thay đổi trong lưới sóng cảm biến do nhiệt độ gây ra sự thay đổi bước sóng của ánh sáng phản xạ Ghép kênh phân chia bước sóng (WDM), bộ ghép và phương pháp tạo hai lưới sóng, cùng bộ phân kênh chia bước sóng trên màng mỏng (DWDM) là các kỹ thuật được sử dụng để phát hiện sự thay đổi trong bước sóng Hình 3.4 minh họa kỹ thuật DWDM, Hình 3.7a cho thấy cấu tạo của hệ thống và hình 3.4b so sánh điện áp đầu ra của cảm biến quang với hai cặp nhiệt điện cực đôi, nơi mà cả hai bộ cảm biến được đặt bên dưới bề mặt mài Sợi quang tạo ra một tín hiệu mạnh và hầu như không bị ảnh hưởng bởi nhiễu Tuy nhiên, kỹ thuật này đòi hỏi phải đo trước và sau khi cắt bởi vì bộ cảm biến được đặt bên dưới bề mặt cắt Cần phải có một khoảng cách an toàn ở phía trên cảm biến Các giá trị nhiệt độ cuối cùng sau đó được ngoại suy, do đó phương pháp này không đưa ra nhiệt độ tiếp xúc trực tiếp một cách chính xác Kỹ thuật sợi quang là tương đối đắt tiền và khó sử dụng

Hình 3.4 Phương pháp sử dụng sợi quang kỹ thuật

37

3.1.4 Hỏa kế quang học

Hình 3.5 Cấu tạo hỏa kế quang học

Nguyên lý làm việc của hỏa kế quang học : so sánh cường độ sáng của vật cần đo với cường độ sáng của một nguồn sáng chuẩn đó là bóng đèn sợi đốt vonfram sau khi đã được già hóa trong khoảng 100 giờ với nhiệt độ 20000 C, sự phát sáng của đèn ổn định nếu sử dụng ở nhiệt độ 400 ÷ 15000 C Cường độ sáng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng đốt hoặc dùng bộ lọc ánh sáng Đầu tiên hướng ống kính về phía đối tượng cần đo, điều chỉnh kính vật để ảnh thật của vật nằm trên mặt phẳng của dây tóc bóng đèn, điều chỉnh kính mắt để nhìn rõ ảnh vật và dây tóc bóng đèn Sau đó điều chỉnh biến trở để độ sáng của dây tóc bằng độ cường độ sáng của đối tượng cần đo và được so sánh bằng mắt

Nếu cường độ sáng của đối tượng nhỏ hơn độ sáng của sợi đốt ta sẽ thấy được vệt sáng trên nền thẫm (a), nếu độ sáng của đối tượng lớn hơn độ sáng của sợi đốt ta sẽ thấy

38

được vệt thẫm trên nền sáng (b), lúc độ sáng của đối tượng bằng độ sáng của sợi đốt thì

hình ảnh của sợi đốt biến mất (c) (ta không thể phân biệt được vệt dây tóc bóng đèn) Lúc

này ta đọc được giá trị nhiệt độ của đối tượng cần đo

3.2 Đo tiếp xúc trực tiếp

3.2.1 Kỹ thuật sơn phủ

Kỹ thuật sơn phủ có thể đo trực tiếp nhiệt độ tối đa ở một vị trí cụ thể Ưu điểm của kỹ thuật này là giúp chúng ta nhận biết rõ ràng hơn về quá trình thay đổi từ thời điểm bắt đầu cảm biến nhiệt độ ở vị trí cần đo Vật liệu có điểm nóng chảy thấp như indium, bismuth và các loại sơn nhạy nhiệt được sử dụng để đánh giá nhiệt độ khi mài Phương pháp này được áp dụng cùng với việc phân tích luyện kim giúp chúng ta nhận biết một cách rõ ràng về thay đổi nhiệt độ bên trong lớp gia công

3.2.2 Kỹ thuật cặp nhiệt điện

Có nhiều phương pháp khác nhau trong việc gắn một cặp nhiệt điện vào phôi để đo nhiệt độ tại vùng tiếp xúc khi mài Một cách tương đối đơn giản là chèn một cặp nhiệt điện sử dụng phôi lắp ghép Có ba kỹ thuật chính Cặp nhiệt điện hai cực thông thường

có thể được chèn vào bên dưới bề mặt phôi Thứ hai, có thể hình thành một cặp nhiệt điện hai cực có thể mài được tại điểm tiếp xúc khi mài Một khả năng thứ ba là hình thành một cặp nhiệt điện đơn cực có thể mài được tài điểm tiếp xúc khi mài Cặp nhiệt điện đơn cực sử dụng kim loại dẫn điện khác so với vật liệu phôi Quá trình mài sẽ tạo thành kết nối cặp nhiệt điện ở bề mặt

* Cặp nhiệt điện hai cực

Cặp nhiệt điện hai cực được đặt vào bên dưới bề mặt phôi được hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn và thường cho ra một tín hiệu nhiệt độ tốt Tuy nhiên, vì những cặp nhiệt điện này

đo nhiệt độ bên dưới bề mặt, nhiệt độ đo được là do nhiệt truyền qua vật liệu phôi và thông qua chất cách ly của cặp nhiệt điện Đặc tính nhiệt của vật liệu cách ly thường bị

bỏ qua và gây ra sự không chính xác Do độ chênh nhiệt độ gần bề mặt có thể phi tuyến tính, tính chính xác của phép đo dựa trên một quá trình ngoại suy

39

Cấu hình thông thường của cặp nhiệt điện hai cực được thể hiện trong hình 3.8 Sử dụng cặp nhiệt điện cực đôi thông thường để đo nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc của phôi yêu cầu việc tính toán chính xác vị trí của mối nối so với bề mặt trước và sau khi mài để xác định vị trí trung bình để đo nhiệt Thông thường, nhiệt độ được đo tại trung tâm của mối nối Vì vậy, kích thước vật lý của mối nối đóng một vai trò quan trọng trong đo nhiệt độ Nếu sự chênh lệch nhiệt độ cao ở vị trí của mối nối, kết quả sẽ là nhiệt độ trung bình của nhiệt độ cao nhất và thấp nhất Một vấn đề nữa là nếu mối nối không được tạo thành chính xác trong mặt phẳng đo mong muốn, có một cách để dự đoán nhiệt độ tại vị trí mong muốn bằng cách ngoại suy từ chênh lệch nhiệt độ Do đó, mô hình hóa lý thuyết đóng một vai trò quan trọng trong ngoại suy từ kết quả đo vật thể đến một điểm trên bề mặt

Hình 3.6 Cấu trúc cặp nhiệt điện hai cực cho bề mặt mài