Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi mài phẳng bằng đá mài hải dương với vật liệu chi tiết thép c45 sau nhiệt luyện

NGUYỄN TUẤN TÚ ĐỀ TÀI: NGUYÊN CỨU NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI MÀI PHẲNG BẰNG ĐÁ MÀI HẢI DƯƠNG VỚI VẬT LIỆU CHI TIẾT C45 SAU KHI LUYỆN NGƯỜI HƯ

NGUYỄN TUẤN TÚ

ĐỀ TÀI: NGUYÊN CỨU NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC

THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI MÀI PHẲNG BẰNG ĐÁ MÀI HẢI DƯƠNG VỚI VẬT LIỆU CHI TIẾT C45 SAU KHI LUYỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TRƯƠNG HOÀNH SƠN

HÀ NỘI – 2008

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan nh÷ng nghiªn cøu vµ c¸c kÕt qu¶ ®−îc tr×nh bµy trong luËn v¨n nµy lµ cña riªng t«i, kh«ng sao chÐp tõ bÊt kú c¸c nghiªn cøu kh¸c

Hµ Néi, ngµy th¸ng n¨m 2008

NguyÔn TuÊn Tó

Mục lục

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các kí hiệu, chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về quá trình mài đá mài và đá mài 1.1 Tổng quan về quá trình mài

1.2 Các đặc trưng cơ bản của quá trình mài

1.2.1 Khả năng công nghệ của mài

1.2.2 Bản chất của quá trình mài phẳng 1.2.3 Quá trình cắt gọt khi mài 1.3 Đá mài và các thông số đặc trưng của đá mài 1.3.1 Vật liệu hạt mài 1.3.2 Độ hạt của đá mài 1.3.3 Chất dính kết 1.3.4 Độ cứng của đá mài 1.3.5 Cấu trúc và sơ đồ pha của đá mài

1.3.5.1 Cấu trúc đá mài

1.3.5.2 Sơ đồ pha của đá mài

1.3.6 Các phương pháp chế tạo đá mài

1.4 Mòn đá mài và tuổi bền của đá

1.4.1 Mòn đá mài

1.4.1.1 Lượng mòn đá

1.4.1.2 Cơ chế mòn

1.4.1.3 Phân tích mòn đá mài

1.4.2 Tuổi bền của đá mài

1 2 3 5 6 7 9 12 12 17 17 20 23 35 35 37 39 40 43 43 46 49 50 50 50 52 54 55

1.4.2.1 Khái niệm tuổi bền của đá 1.4.2.2 Các tiêu chuẩn đánh giá tuổi bền đá mài Chương 2 Nhám bề mặt khi mài phẳng và một số yếu tố

ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt khi mài phẳng

Chương 4 Kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo

Tài liệu tham khảo

5557

6363

66

7074

76767676777777777879798081

839091

Chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt

L−ợng (dịch chuyển) chạy dao ngang

L−ợng chạy dao khi mài

Độ cứng đá mài theo thang Noton

Thể tích vật liệu bóc đi trong một đơn vị thời gian

Công suất động cơ đá

Chiều sâu cắt khi sửa đá

Đơn vị

àm.mm/htk.m/p.mm.mm.mm.m/s.v/p.mm.mm.mm

mm3 N.N.N.Phút.mm.mm

mm3/p.KWmm

Danh mục các bảng Biểu

Giá trị trung bình của bàn kính góc lượn của hạt mài

Tỷ lệ khoảng trống trong đá mài với cấp độ cứng

Kí hiệu độ cứng đá mài

Tỷ lệ hạt mài trong đá ứng với các cấp cấu trúc

ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết

ảnh hưởng của vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt

ảnh hưởng của thời gian mài đến nhám bề mặt chi tiết

Khả năng cắt của đá mài

Trang

28363739414682828283

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Sơ đồ cấu tạo hình dáng của hạt mài

L−ỡi cắt của đá mài có bán kính đỉnh cắt là r

Sơ đồ mô tả quá trình tách phoi của mạt mài

Quan hệ giữa thể tích hạt mài, chất liên kết và khoảng trống

của đá mài có cấu trúc N05 (a) và N010 (b)

Sự thay đổi độ hạt, độ cứng và cấu trúc đá mài

Sơ đồ pha của đá mài

Mối quan hệ giữa l−ợng mòn dao với thời gian cắt khi tiện

Cơ chế mòn đá

Các dạng mòn của đá mài

Hạt mài khi cắt chịu lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến

Sơ đồ quan hệ của quá trình mài

Mô hình nhám bề mặt chi tiết mài

Mô hình mô tả độ nhám bề mặt chi tiết máy khi làm việc

444446505253545863646465666767

69

70

Mô phỏng quá trình cắt của hạt mài bị cùn

Quan hệ giữa lực mài và diện tích mòn phẳng A%

Sơ đồ mô hình thí nghiệm

Máy mài phẳng GS – 401

Máy đo độ cứng AR – 20

Máy đo nhám xách tay SJ – 400 của hãng Mitutoyo

Đồ thị ảnh hưởng của bước tiến dao dọc lên Ra, Rz

Quá trình cắt và tạo phoi của một hạt mài

Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu mài lên Ra, Rz

Đồ thị ảnh hưởng của thời gian mài lên Ra, Rz

Mô phỏng sự mòn do ma sát của một hạt mài

Cơ chế mòn của đá mài

71717374777979848586878788

Mở đầu

Để nâng cao tính cạnh tranh trong quá trình hội nhập toàn cầu, mỗi doanh ngiệp muốn tồn tại cần phải phát triển theo hướng hạ thấp giá thành chi phí gia công trên cơ sở đảm bảo và nâng cao chất lượng sảm phẩm Đáp ứng nhanh nhu cầu của người tiêu dùng

Nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công là một trong những vấn đề rất quan trọng của ngành công nghệ chế tạo máy nhằm tạo ra các sản phẩm, thiết bị, máy móc đạt độ chính xác và tuổi thọ cao, đảm bảo hiệu quả kinh tế

kỹ thuật Hiện nay các loại vật liệu mới có cơ lý tính cao (độ bền cơ học, độ bền nhiệt, độ cứng, chịu mài mòn) ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các máy móc thiết bị… khi gia công các loại vật liệu này để tạo ra các chi tiết máy có chất lượng (bề mặt, độ chính xác, năng suất ) cao là rất khó khăn nếu

sử dụng các phương pháp gia công lần cuối là tiện, phay Do vậy để đáp ứng

được yêu cầu này sử dụng phương pháp mài để gia công lần cuối cho sản phẩm là thích hợp hơn cả ( chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào phương pháp gia công tinh lần cuối) Mài là một phương pháp gia công cơ có vị trí rất quan trọng bởi vì mài tạo ra các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt, gia công được vật liệu bất kỳ mà các phương pháp gia công cắt gọt khác rất khó khăn để đạt được Không những vậy mài còn có thể sử dụng để ra công thô mà không qua các bước gia công tạo hình trung gian khác với năng suất cao

Việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp công nghệ và phương pháp gia công tinh lần cuối cho các bề mặt chi tiết máy, đồng thời tìm ra những biện pháp công nghệ mới hoàn thiện hơn là một nhiệm vụ cấp bách

Chất lượng sản phẩm khi mài sẽ như thế nào khi mà công nghệ tự động hóa, công nghệ tin học, công nghệ vật liệu phát triển như vũ bão Sự phát triển của các ngành công nghệ này ảnh hưởng rất lớn đến việc đảm bảo chất lượng sản phẩm khi mài Trước đây khi gia công xong người ta mới biết kết quả,

nhưng ngày nay người ta có thể dự đoán thậm chí còn điều khiển được các thông số công nghệ để tạo ra các kết quả mài mong muốn

Hiện nay do xu thế hội nhập khu vực và thế giới các sản phẩm cơ khí Việt Nam cũng phải vươn lên đạt các chỉ tiêu chất lượng của khu vực và quốc

tế Vỳ vậy việc nghiên cứu và ứng dụng kết quả của công nghệ mài để góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cơ khí một cách cụ thể và có hiệu quả

trong điều kiện ở nước ta là vấn đề cấp thiết Đề tài luận văn “Nghiên cứu ảnh

hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài phẳng bằng đá mài Hải Dương với vật liệu chi tiết là thép 45 sau nhiệt luyện”

Mục đích của đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ

(sd, t), khả năng bóc và sự mòn của đá mài đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài phẳng Xác định chế độ cắt với độ nhám bề mặt và tuổi bền của đá mài Hải Dương khi mài trên máy mài phẳng

Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu tổng quan về mài Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mài và những vấn đề cơ bản của công nghệ mài, ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ, quá trìng mòn của đá mài đến chất lượng bề mặt gia công trên máy mài phẳng

- Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu ảnh hưởng của hai thông số công nghệ lượng chạy dao dọc (sd) và chiều sâu cắt (t) đến chất lượng bề mặt của chi tiết gia công theo thời gian mài

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết bằng đá mài Hải Dương Cn46CV1G V1 250x25x32 với vật liệu chi tiết là thép 45 sau nhiệt luyện trên máy mài phẳng Nghiên cứu tổng quan các tài liệu, lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt chiết gia công khi mài phẳng bằng các điều kiện cụ thể Xác định chế độ cắt với chất lượng bề mặt gia công một cách hợp lý

Kết quả nghiên cứu sẽ được áp dụng với nhóm sản phẩm được đước chế tạo bằng thép 45 sau nhiệt luyện ứng dụng các kết quả nghiên cứu nhằm tạo ra các chi tiết máy có độ chính xác, độ nhám bề mặt, năng suất, độ tin cậy cao với giá thành hạ Từ đó hỗ trợ các ngành công nghiệp khác phát triển, thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa và hiện đai hóa đất nước

Nội dung luận văn bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về đá mài và quá trình mài

Chương 2: Nhám bề mặt khi mài phẳng và một số yếu tố ảnh hưởng tới

độ nhám bề mặt khi mài phẳng

Chương 3: Nghiên cứu khả năng cắt gọt của đá mài Hải Dương

Chương 4: Kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo

Quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài mặc dù đã có sự cố gắng rất cao nhưng do điều kiện nghiên cứu và khả năng còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phê bình của các thầy, cô và các đồng nghiệp

Xin trân thành cảm ơn!

ngày tháng năm2008

Chương 1 Tổng quan về đá mài và quá trình mài

1.1 Tổng quan về quá trình mài

* Tầm quan trọng và vị trí của mài của phương pháp mài:

Mài là phương pháp gia công tinh, nó đóng vai trò quyết định đến chất

lượng sản phẩm Tầm quan trọng của mài được thể hiện ở hai yếu tố sau:

+ Mài chiếm từ 20-25% giá thành sản phẩm cơ khí có nguyên công mài + Sẽ không có xã hội văn minh nếu không có mài

* Nghiên cứu về quá trình mài:

- Mài là phương pháp gia công đầu tiên mà con người tìm ra, kể từ khi

người cổ đại cọ xát vũ khí hay công cụ lao động của mình xuống các phiến đá

và nhận thấy điều đó có tác dụng là sắc dụng cụ hay vũ khí của mình

- Tuy nhiên việc nghiên cứu về quá trình mài một cách có hệ thống thì lại sau cùng Việc nghiên cứu mài gặp nhiều khó khăn bởi vì các yếu tố sau:

+ Tốc độ của mài rất lớn: Vận tốc mài thường là trên 15m/s, chủ yếu là

khoảng từ 25-35m/s so với mài thường, và 150-200m/s cho mài cao tốc Với tốc độ này thì việc đo đạc chính xác các thông số trong vùng mài là rất khó khăn

+ Do cấu tạo của đá mài: Trong quá trình cắt, cùng một lúc có nhiều hạt

mài cùng tham gia một lúc (có nhiều lưỡi cắt), thông số hình học của các lưỡi cắt đó không giống nhau và luôn luôn thay đổi trong quá trình mài Do vậy việc đưa ra được một mô hình vùng mài chính xác và cố định trong một thời gian tương đối dài là rất khó khăn

mài kim loại là một loại hình gia công bằng phương pháp cắt gọt, giống như gia công tiện ,phay,khoan…trên các máy cắt kim loại nói chung

mục đích của quá trình gia công của các loại hình cắt gọt là tạo ra chi tiết có các bề mặt cần thiết phù hợp với hình dáng hình học, kích thước, và

độ nhám trên bề mặt đó máy mài là một trong những dạng máy cắt kim loại phổ biến rộng rãi, để gia công bề mặt kim loại, dụng cụ cắt là đá mài

ưu điểm cơ bản của quá trình mài: dễ đạt được độ chính xác kích thước, chính xác về hình dáng hình học, chất lượng bề mặt gia công, và năng xuất cao

Trong quá trình gia công lần cuối những chi tiết máy đã được gia công nhiệt luyện với lượng dư gia công nhỏ - mài là phương pháp gia công đạt năng xuất và hiệu quả kinh tế cao nhất

Hàm lượng các nguyên công mài, và theo đó các nhóm máy mài càng ngày càng tăng không ngừng:

- Khi các loại chi tiết máy bằng thép tôi và các loại chi tiết bằng thép nhiều thành phần hợp kim, hợp kim cứng được sản xuất và ứng dụng rộng rãi

- Khi các loại chi tiết máy được tạo hình chính xác hơn, với lượng dư gia công nhỏ

Dụng cụ cắt làm từ hạt mài được chế tạo từ rất sớm, đá mài có hình dáng như hiện nay được chế tạo vào khoảng nửa thế kỷ 19 Các hạt mài tự nhiên được sử dụng cho tới những năm 1980, khi mà quặng được phát hiện

và khai thác để chế tao Al2O3 và SiC Trong thế chiến thứ II, việc cung cấp không liên tục kim cương tự nhiên để làm đá mài đã thúc đẩy các nghiên cứu phát triển vật liệu thay thế chúng Năm 1891 các nhà hoá học đã tổng hợp

được Cacbit silic Năm 1901 các nhà máy Anh, Pháp Đức bắt đầu sản xuất ra Corandum thường Năm1910 Corandum điện trắng được tổng hợp Năm

1955 rất nhiều phát kiến trong việc phát triển vật liệu mài đã đưa đến thành công chế tạo kim cương nhân tạo Rất nhanh sau đó, Nitrit Bor lập phương (CBN – Cubic Bor Nitride) được chế tạo Kim cương và CBN nhân tạo được

biết đến dưới tên Superabrasive bởi vì chúng có các tính chất tốt, đáp ứng

được về độ cứng, độ bền mòn, độ bền nén và hệ số dẫn nhiệt… Các hạt mài nhân tạo tỏ ra có nhiều ưu điểm vượt trội so với hạt mài tự nhiên vì có thể khống chế lượng tạp chất trong đó, có thể điều khiển chất lượng của hạt mài trong quá trình sản xuất Công nghiệp sản xuất hạt mài đã điều khiển được các tính chất như kích thước hạt mài, độ bền của hạt phù hợp với các ứng dụng mài khác nhau

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và của ngành chế tạo máy nói riêng, ngày càng có vật liệu mới ra đời đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về cơ lí tính và các tính chất đặc biệt khác, tính gia công của các loại vật liệu này rất thấp ( khó gia công), đồng thời các chi tiết

có yêu cầu ngày càng cao về chất lượng cũng như độ chính xác Do vậy phạm

vi sử dụng của phương pháp mài ngày càng được mở rộng

Vào năm 1860 đã chế tạo được đá mài kết dính keramic

Một phát minh quan trọng thực sự làm thay đổi công nghệ mài đó là phát minh ra chất kết dính thuỷ tinh của hãng Norton vào năm 1920

Năm 1923 chất kết dính Bakelit cũng được tổng hợp và đưa vào sử dụng

Do độ cứng của vật liệu gia công ngày càng cao, nhu cầu sử dụng các loại vật liệu mài có độ cứng và khả năng cắt cao đã dẫn tới việc phát minh ra

đá mài kim cương với chất kết dính kim loại vào năm 1940

Mài không những áp dụng đối với những nguyên công gia công tinh lần cuối trong chế tạo máy, mà hiện nay còn được sử dụng trong các nguyên công gia công thô, trong đó rất nhiều loại bề mặt không qua các bước gia công trung gian (tiện, phay, bào…)

Tuỳ thuộc vào các tính chất của các nguyên công gia công mà đã chế tạo ra các chủng loại máy mài rất khác biệt (chủng loại máy mài các chi tiết

có dạng mặt phẳng, dạng bề mặt tròn xoay, mài răng,mài ren, mài hớt lưng…) Năm 1500 Leonardo Devinci đã thiết kế một cỗ máy có nguyên lý giống máy mài tròn hiện nay Tuy nhiên vào năm 1847 mới chế tạo được máy mài tròn vạn năng đầu tiên [5] Bắt đầu từ những năm 1980 các hãng chế tạo máy công cụ lớn đã cho ra đời các thế hệ máy mài điều khiển theo chương trình số đầu tiên, đánh dấu một bước nhảy vọt của công nghệ mài Mức độ chuyên môn hoá , tự động hoá trong ngành mài ngày một phát triển (dây chuyền tự động, xưởng tự động, trong đó trang bị những loại máy có độ chính xác cao, năng xuất gia công rất cao những loại máy này có độ cứng vững cao, tự động hoá trong quá trình mài, các loại máy mài hiện đại được trang bị các thiết bị điều khiển thuỷ lực, điều khiển điện tử, số hoá, đo kiểm tra tự động, tự động cấp dỡ phôi trong quá trình gia công để điều khiển

được các loại máy này hiệu quả, cần có đội ngũ công nhân có trình độ chuyên môn cao, có mức đào tạo hợp chuẩn với quy mô sản xuất chuyên môn hoá, tự động hoá

Khác biệt lớn của ngành mài so với các ngành gia công cắt gọt có phoi khác, trong quá trình mài không quan sát trực tiếp được quá trình cắt, bởi vậy người thợ phải đủ kiến thức để nhận biết những yếu tố công nghệ nào

đang ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ chính xác gia công, đưa ra những quyết định thích hợp để điều, khiển điều chỉnh máy

* Điểm qua tình hình nghiên cứu công nghệ mài trong nước và thế giới

Do vị trí quan trọng của công nghệ mài trong các quá trình gia công cắt gọt, nên ngay từ khi khoa học công nghệ chế tạo máy mới hình thành, các nhà công nghệ đã đặc biệt trú trọng tới việc nghiên cứu hoàn thiện phương pháp mài

Từ những năm 1950, một số nhà khoa học hàng đầu về công nghệ mài

của thế giới như Maxlốp, Iaserưsin của Nga, Backer của Mỹ, Brammertz.P, Bruckner.K, Solje.E của Đức, Mullercuar Anh, Watanabe.K của Nhật đã thực hiện các nghiên cứu cơ bản nhằm tìm hiểu bản chất vật lý và cơ chế hình thành bề mặt khi mài Các nghiên cứu này cho phép xây dựng một loạt các công thức thực nghiệm để sử dụng cho các điều kiện gia công khác nhau Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu trong thời kỳ này có tính ứng dụng thấp,

độ chính xác không cao

Trong những năm 1960 đến 1970, kỹ thuật điện tử phát triển mạnh, dụng cụ đo ngày càng hoàn thiện hơn nên các nghiên cứu về mài được tiến hành rất rộng và có chiều sâu Các công trình nghiên cứu rung động khi mài của Peters.I người Anh vào năm 1966, Takegama.H người Nhật vào năm

1975 đã cho phép ghép nối cơ học ứng dụng với công nghệ mài Đặc biệt các nghiên cứu về nhiệt cắt khi mài trong thời gian này cũng được nghiên cứu rất mạnh

Bắt đầu từ nhừng năm 1975 do nhu cầu về các loại vật liệu chịu mòn,

có độ cứng cao tăng mạnh nên các nghiên cứu ứng dụng đá kim cương trong sản xuất được triển khai trên nhiều nước Các công trình đã công bố của các tác giả L.L Misnaepxki, H.B.Nôvickôp của Nga, Emerson.G của Mỹ, Griffth của Anh, Konig.W của Đức và Yuhta.T, Kobayshi.A của Nhật cho thấy công nghệ mài đã chuyển sang một giai đoạn mới với việc sử dụng đá mài kim cương cho phép nâng cao đáng kể năng suất và độ chính xác của mài

Các nghiên cứu trong giai đoạn này không còn bó ngọn trong các thực nghiệm đơn thuần Một loạt các công trình nghiên cứu về lý thuyết mài và mô hình hoá các quá trình mài được thực hiện Kết quả nghiên cứu của các tác giả Samuel.B, Xun Chen, Brian Rowe.W người Mỹ, Katsushi Fututani, Suto.T, Inasaki.I người Nhật, Steffens.K, Konig người Đức và A.C.Xuxlôp người Nga đã cho phép các nhà chế tạo của các hãng chế tạo máy công cụ trên thế giới cho ra đời thế hệ máy mài CNC đầu tiên vào năm 1980

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về mài cũng đã được thực hiện từ rất sớm Trong những năm 1970 đến 1975 có nhiều chuyên gia nghiên cứu về mài đã được đào tạo tại các nước Đông Âu như T.S Nguyễn thế Đạt, T.S Nguyễn Đắc Lộc, T.S Nguyễn tiến Thọ , T.S Đỗ trọng Hùng, Th S Lưu văn Nhang Trong một vài năm trở lại đây, nhiều đề tài nghiên cứu về mài cũng

đã được một số trường đại học trong nước thực hiện Các công trình đã được công bố của T.S Trần minh Đức, ĐH CN Thái Nguyên, T.S Nguyễn huy Ninh

ĐHBK Hà Nội đã cho thất tính đa dạng của các nghiên cứu về công nghệ mài

đã và đang được triển khai thực hiện tại Việt Nam

1.2 Các đặc trưng cơ bản của quá trình mài

1.2.1 Khả năng công nghệ của mài:

* Mài là phương pháp gia công tinh Bằng phương pháp mài, có thể gia công được chi tiết đạt độ chính xác cấp 6 - 7, độ bóng ▽ 8 - 10, do đó có thể

sử dụng cho gia công lần cuối

Bằng mài có thể gia công được các mặt phẳng, mặt trụ (trong, ngoài) các mặt tròn xoay hay các mặt định hình Mài còn có thể sửa được các sai số

vị trí của các bề mặt trên các chi tiết máy

Mài được thực hiện chủ yếu bởi máy mài (Grinding Machine) (Máy mài phẳng, tròn trong, tròn ngoài, mài định hình, máy mài CNC ) đôi khi còn được thực hiện trên máy tiện nếu chi tiết mài có yêu cầu về độ chính xác không cao Máy mài thường có độ chính xác cao hơn các loại máy công cụ khác như phay, bào, tiện v.v Dụng cụ cắt được dùng trong quá trình mài là đá mài (Grinding Wheel, Grinding Stone)

* Các phương pháp mài cơ bản

a Mài tròn ngoài Có thể gia công được mặt trụ và mặt côn, có hai

phương pháp :

* Mài có tâm:

- Là phương pháp mài có tính vạn năng cao, có thể mài được trục trơn, trục bậc

- Chi tiết được gá trên hai mũi tâm hoặc một đầu kẹp trên mâm cặp và

đầu kia chống tâm Khi mài, nếu cần phải sửa lỗ tâm, nắn thẳng chi tiết

- Có nhiều cách tiến dao khi mài như tiến dao dọc, tiến dao ngang, tiến dao nghiêng

* Mài không tâm:

- Chuẩn định vị của chi tiết gia công chính là bề mặt đang gia công

- Có hai cách chạy dao : chạy dao dọc và chạy dao ngang Mài theo cách chạy dao dọc gồm hai đá, một đá dẫn và một đá cắt phoi Tâm chi tiết gá cao hơn tâm đá khoảng (1/2 ữ 1)R (R bán kính chi tiết gia công) nhưng không quá 15 mm Đá dẫn có dạng Hypecbôlôit và gá nghiêng so với chi tiết góc α =

10 ữ 2030’, mài vật dài α = 1012’ ữ 3030’, có khi tới 4030’ Mài chạy dao ngang không cần đá hình Hypecbôlôit

- Ưu điểm:

+ Giảm được thời gian phụ và thời gian gia công mặt chuẩn

+ Dễ tự động hoá quá trình công nghệ

- Mài trên máy mài lỗ, máy mài vạn năng có bộ phận mài lỗ, trên máy tiện vạn năng có đồ gá chuyên dùng

- Bản chất mài lỗ và mài tròn ngoài giống nhau Nhưng mài trong bị hạn chế do kích thước đá phụ thuộc kích thước lỗ gia công Lỗ quá nhỏ sẽ gây ra rất nhiều khó khăn

- Có hai cách chuyển động :

+ Chi tiết quay, dao vừa quay vừa tịnh tiến

+ Chi tiết đứng yên, dao quay, tịnh tiến, chuyển động hành tinh

* Mài lỗ không tâm :

- Có thể gia công lỗ trụ hoặc lỗ côn Đặc biệt hiệu quả khi gia công các chi tiết bạc có thành mỏng

- Ngoài đá mài, bánh dẫn còn phải có thêm các con lăn để đỡ chi tiết

- Trước khi mài phải gia công tinh hoặc bán tinh mặt ngoài

c Mài phẳng.

Là phương pháp cơ bản gia công tinh các mặt phẳng sau khi tôi

Trong sản xuất lớn mài phẳng có thể thay cho phay, bào nhất là đối với các chi tiết khó định vị, kẹp chặt

Mài phẳng đạt IT7, IT6 ; Ra = 1,6 ữ 0,4 àm

Có thể mài phẳng bằng đá trụ hoặc đá mặt đầu :

- Mài mặt phẳng bằng đá trụ

+ Đảm bảo độ chính xác và độ nhẵn bóng cao vì dễ tới dung dịch trơn nguội, dễ thoát phoi, thoát nhiệt

+ Năng suất thấp

- Mài mặt phẳng bằng đá mài mặt đầu

+ Tăng năng suất, tiết kiệm đá, mở rộng khả năng của mài

+ Độ chính xác và độ nhẵn bóng thấp vì khó tới dung dịch trơn nguội, khó thoát phoi, thoát nhiệt

d Mài mặt định hình.

1.2.2 Bản chất của quá trình mài phẳng

Trong đề tài này các thí nghiệm được nghiên cứu trên máy mài phẳng vì vậy sẽ nghiên cứu sâu về phương pháp mài phẳng

Cơ bản mài phẳng có đầy đủ các đặc tính của quá trình mài như đã trình bày ở phần trên Ngoài ra vì là phương pháp ra công cụ thể nên có các đặc tính riêng biệt Là một phương pháp cơ bản để gia công tinh mặt phẳng, nó có thể dùng để gia công tinh lần cuối các mặt phẳng qua tôi, phay, bào Ngoài ra mài phẳng còn có thể thay thế cho phay, bào trong sản xuất lớn hoặc để gia công các chi tiết khó định vị và kẹp chặt Mài phẳng có thể đạt độ chính xác cấp 7 –

6 và độ nhám bề mặt Ra = 1.6 – 0.4àm

Mài phẳng có thể thực hiện theo hai phương pháp:

- Mài phẳng bằng mặt đầu đá

Hinh1.1 Sơ đồ mài phẳng bằng mặt đầu đá

Phương pháp này cho năng suất cao hơn, vì số lượng hạt tham gia cắt nhiều hơn Tuy nhiên do diện tích tiếp xúc giữa đá và phôi lớn nên nhiệt toả ra trong vùng cắt lớn Mặt khác khả năng thoát nhiệt, thoát phoi và dung dịch

trơn nguội thâm nhạp vào vùng cắt khó khăn vỳ vậy rất rễ gây biến dạng nhiệt, tạo ra cá vết cháy, nứt tế vi trên bề mặt chi tiết mài Nói chung độ chính xác

và độ nhám bề mặt đạt được thấp hơn so với khi mài bằng mặt trụ đá

- Mài phẳng bằng vành trụ đá

Với phương pháp này thì diện tích tiếp xúc giữa đá và chi tiết mài nhỏ, lượng hạt mài đồng thời tham gia vào quá trình cắt ít, lượng nhiệt toả ra trong vùng cắt nhỏ hơn Khẳ năng thoát nhiệt, thoát phoi, và dung dịch trơn nguội thâm nhập vào vùng cắt dễ dàng hơn, do đó phương pháp này có độ chính xác

Khi mài phẳng bằng vành trụ đá, đá được gá trên trục gá của ụ đá Trục

đá quay tròn với vận tốc không đổi Chi tiết mài được gá trên bàn từ ( gá trực tiếp) hoặc được gá trên đồ gá và đồ gá được gá trên bàn từ ( gá gián tiếp) và có

chuyển động tịnh tiến khứ hồi Vd(m/p) Lượng tịnh tiến ngang gián đoạn để cắt hết bề rộng của chi tiết mài được thực hiện bằng sự dịch chuyển của bàn máy hoặc ụ đá ( tuỳ thuộc vào máy cụ thể) Sn(mm/htđ) Chiều sâu cắt được thực hiện sau một lần tiến dao thẳng đứng nhờ ụ đá t(mm) Trong quá trình mài dung dịch trơn nguội được cấp liên tục vào vùng cắt để làm nguội chi tiết,

đẩy phoi và các phế thải trong quá trình mài ra khỏi vùng gia công

Mài phẳng bằng vành trụ đá 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 ngang lớn Cách này cho phép giảm tối đa ảnh hưởng của nhiệt cắt, áp dụng cho gia công tinh và gia công các chi tiết mỏng

- Cách thứ hai: Mài với chiều sâu cắt lớn, theo cách này toàn bộ chiều sâu cắt có thể được bóc đi sau một lần ăn dao Khi đó các hạt mài ở phía cạnh

đá mài chịu tải trọng lớn nên bị mòn và bong tróc nhiều hơn ảnh hưởng tới sự chính xác của chi tiết 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

Trong quá trình mài, thời gian bóc hớt phoi rất bé có thể xác định theo công thức [6]

d

v

L T

A - Đối tượng nghiên cứu có thể là T - độ bền lâu của đá

Pz – Lực cắt gọt

Ra – Nhám bề mặt của chi tiết gia công

c1 – c8 – Các hệ số biểu thị tính chất của vật liệu gia công, cấu trúc đá mài, chất kết dính, độ cứng đá, loại dung dịch tưới nguội, độ chính xác và độ cứng vững của máy mài, chất lượng sửa đá Việc xác định các thông số này dựa vào thực nghiệm

1.2.3 Quá trình cắt gọt khi mài

Mài là một quá trình cào xước - cắt mỏng với tốc độ cao đồng thời của

số lượng lớn hạt mài

Nếu như nghiên cứu cụ thể quá trình cắt của một hạt đá, thì về nguyên tắc nó giống như quá trình tạo phoi của dao cắt đơn (dao tiện, một răng dao phay) Tuy nhiên quá trình cắt của mài có những đặc điểm riêng khác biệt so với khi cắt bằng dao cắt đơn ( thí dụ: dao phay) những khác biệt cụ thể như sau:

- Trên bề mặt phẳng cắt lưỡi cắt của đá mài là không liên tục (gián

- Hạt đá nằm hỗn độn trên bề mặt làm việc của đá mài

- Tốc độ cắt rất cao, trong một thời điểm tức thời một lượng lớn hạt mài đồng thời tham gia cắt gọt, tức là cắt một lượng lớn hạt phoi

- Hạt mài có độ cứng rất cao, có tính chịu nhiệt, và lưỡi cắt có tính dòn

- Tác dụng động học của mỗi hạt đá lên bề mặt mài có khả năng nâng cao nhiệt cắt - cào xước tức thời

- Hạt đá miết trượt trên bề mặt gia công trước khi xuất hiện cắt gọt

Nhiệt cắt tức thời phát sinh ngay trong quá trình mài, đã làm tăng tính chảy dẻo của kim loại và tạo ra khả năng dễ tạo phoi của các đỉnh cung tròn trên hạt đá, tức là khi cắt tốc độ cao sẽ sinh nhiệt lớn, đó là yếu tố cần thiết trong quá trình mài ở tốc độ thấp hạt mài không thể có khả năng cắt gọt Nh− vậy đặc điểm này là thuộc tính cắt gọt của hạt mài, và là điều kiện cần thiết để tạo phoi trong quá trình cắt gọt

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo hình dángcủa hạt mài

Hạt mài có các đỉnh cắt nhọn không thể thực hiện cắt đ−ợc, bởi nó không có đ−ợc độ bền động học cần thiết Trong quá trình làm việc bán kính cung đỉnh tăng dần, và khi bán kính cung này đạt đ−ợc trị số nhất định nó mất khả năng cắt gọt

Nh− vậy quá trình cắt phoi khi mài phụ thuộc vào hình dáng hình học của thành phần cắt gọt của hạt mài

Hình 1.4 L−ỡi cắt của đá mài có bán kính đỉnh cắt là ρ [5]

Giả định rằng lưỡi cắt của đá mài có bán kính đỉnh cắt là ρ hình 1.4

Bán kính này tạo ra mối liên hệ cụ thể bởi góc cắt thực tế và chiều dầy lát cắt Khi cắt những lớp kim loại khác nhau ở những khoảng cách khác nhau từ đường cắt, sẽ có biến dạng khác nhau ở góc cắt khác nhau

Từ hình1.4 thấy rằng lát cắt càng nhỏ, thì đỉnh góc cắt thực tế càng tù hơn gây ra biến dạng kim loại cắt, tức là, nếu a ặ 0 thì δxặ180o

Như vậy, đối với lớp kim loại nằm trực tiếp trên đường cắt, góc cắt đạt

được tới đại lượng mà không thể thực hiện cắt được, lúc này chỉ xảy ra hiện tượng miết nén kim loại

Khi tăng chiều dầy lớp cắt (a) góc cắt thực tế tăng, khi mà a=ρ

δx=900, tức là khi a>ρ δx< 900 Chỉ có thể cắt phoi khi mà a ≥ ρ từ bất phương trình trên thấy rằng khi ρ càng nhỏ (bán kính đỉnh của lưỡi cắt trên hạt mài), thì lớp cắt kim loại càng nhỏ mà nó có thể cắt được

Từ hình 1.4 thấy rằng hạt mài có thể cắt phoi khi nó có bán kính đỉnh lưỡi cắt ρ1, trường hợp này nó có thể cắt được lát có chiều dầy a1 nhỏ hơn hạt

a - Hạt mài vào thời điểm tham gia cắt sẽ va đập cạnh cắt lên bề mặt kim loại bề mặt gia công, lực va đập phụ thuộc vào tốc độ cắt và lượng tiến dao Lực va đập này yếu dần đi bởi trong thời điểm nó va đập thì những hạt

đá khác đang cắt phoi rồi Nếu độ bền động học của hạt đá là không lớn tức

là bán kính đỉnh lưỡi cắt là nhỏ thì đỉnh lưỡi cắt sẽ bị phá huỷ ngay tại thời

điểm tiếp súc với bề mặt gia công Nếu đỉnh lưỡi cắt có bán kính là đáng kể

ρ thì ngay khi tiếp súc với bề mặt gia công nó cũng không cắt phoi bởi lúc này a<<ρ hạt mài sẽ trượt trên bề mặt kim loại mà áp lực miết tăng dần, lúc này nhiệt lượng sinh ra rất lớn

b - Khi mà áp lực miết nén của hạt đá lên bề mặt lớp kim loại tăng thì

đồng thời xuất hiện sự chảy dẻo của kim loại do nhiệt phát sinh trong khi miết nén, làm cho kim loại mềm hơn

c - Chiều sâu của lớp cắt đạt tới giá trị a, xuất hiện trạng thái cắt phoi Như vậy quá trình làm việc của một hạt mài bất kỳ khi nó nằm trên cung tiếp súc với bề mặt gia công có thể phân chia thành mấy giai đoạn sau( trượt, miết, cắt phoi)

Do đá mài không thể có lưỡi cắt liên tục như dao cắt kim loại, còn các lưỡi cắt của hạt mài không thể sắp đặt trên cùng một mức giống nhau, và các bán kính cắt gọt của các hạt đá khác nhau, bởi vậy tất cả các hạt mài đang cùng tham gia cắt gọt trong cùng thời điểm cũng không làm việc giống nhau; một số thì miết trượt, một số thì miết nén, một số thì cắt thành phoi

Những hạt mài có bán kính lưỡi cắt lớn, tức là những hạt đã mòn không thể thực hiện những lát cắt mỏng Những hạt mày không thực hiện cắt gọt, nó chỉ miết trượt trên bề mặt kim loại, trong trường hợp này sinh nhiệt rất lớn

Khi mài bằng hạt đá có đỉnh cắt nhọn (bán kính đỉnh lưỡi cắt nhỏ) lượng nhiệt sinh ra nhỏ hơn, bởi vì hạt đá miết trượt trên bề mặt kim loại ít hơn, do r nhỏ dể dàng hình thành bất phương trình a≥ ρ

Thời gian để thực hiện quá trình cắt của một hạt đá bằng khoảng 0,001-0,0005 giây, trong thực tế đó là một khoảnh khắc rất nhỏ Tổng lượng hạt phoi cắt ra trong một đơn vị thời gian là rất lớn (hàng trăm triệu phoi trong một phút) Chiều dầy phoi cũng khác nhau (từ một vài àm đến vài phần mười àm)

Những hạt phoi nhỏ nhất dưới tác dụng của nhiệt cắt bị cháy thành tia lửa khi mài Những hạt phoi lớn hơn cùng với thành phần mòn của hạt đá

được nước tưới nguội rửa trôi

* Biến đổi cấu trúc trên lớp bề mặt kim loại mài

Chúng ta biết rằng 80% công tổn hao khi mài biến thành nhiệt năng,chỉ còn khoảng 20%-năng lượng hữu ích làm biến đổi lưới cấu trúc.khi mài nhiệt lượng sinh ra nung nóng toàn bộ phôi mài, tuy nhiên bề mặt nơi tiếp súc giữa đá mài và bề mặt gia công nhiệt lượng có thể rất lớn

Phân tích bằn tia Rentgen bề mặt phôi mài đã tôi cứng thấy rằng suất hiện đáng kể thành phần Austennit dư Như vậy chứng tỏ rằng khi bị tôi lần hai (thứ cấp) xảy ra trong quá trình mài kim loại đã tôi, nhiệt độ phải lớn hơn

đủ để biến đổi Austennit (8000C) Khi mài những hạt đá ở trong trạng thái không thích hợp để tạo phoi có thể phát sinh nhiệt tới 16000C

Tuy nhiên thời gian tác dụng của nhiệt này trên lớp bề mặt là không

đáng kể, điều đó thể hiện khi mài các chi tiết chưa tôi cấu trúc lớp kim loại

bề mặt không thay đổi Bởi để thay đổi lớp cấu trúc của thép chưa tôi này cần có thời gian đủ lớn ở nhiệt độ cao, so với thép đã tôi

Khi giữ đúng chế độ cắt mài, trên lớp bề mặt chi tiết gia công đã tôi có lớp kim loại mỏng biến đổi cấu trúc do hậu quả bị tôi thứ cấp và ram cao Lớp kim loại ngoài cùng là lớp bị tôi thứ cấp có cấu trúc tế vi Austennitmactenxit Lớp kim loại này nằm trong lớp kim loại ram (trôstít và trôstômactexít), mà tiếp theo ở lớp kim sâu hơn đã tôi ban đầu xảy ra các giai đoạn ram cấu trúc.(ram máctenxít)

Trong những trường hợp, khi mà mài với chế độ cắt cao hoặc đá bị mòn hạt, sẽ tạo ra những vùng biến đổi cấu trúc tế vi khá sâu trên kim loại-cháy mài Cháy mài là hiện tượng sảy ra khi nhiệt cắt tập trung trong một vùng cắt nhỏ Trong mọi trường hợp khi xuất hiện cháy mài trên lớp bề mặt

đều dẫn đến phế phẩm khi mài, bởi cháy mài sẽ dẫn đến khả năng bị phá huỷ khi chịu tải trọng

Cháy mài có thể xuất hiện ở hai dạng: dạng ram và dạng tôi lại

Những vết cháy mài lớn xuất hiện cùng hiện tượng ram làm giảm độ cứng từ 61-64 tới 45-55 HRC Chiều sâu của các vết này tới 2mm Các vết cháy mài này thường có màu sẫm tối, đó là do mài với chế độ mài quá lớn

Những vết cháy mài nhỏ xuất hiện cùng hiện tượng ram là vết xẫm nhỏ đứt đoạn có cấu trúc hạt Trôxtít, xuất hiện trạng thái cháy mài này phụ thuộc cơ bản vào loại hạt mài nào đó Tức là phụ thuộc chất lượng đá mài, không phụ thuộc vào chế độ mài, mặc dầu có thể sử lý bằng mọi biện pháp thay đổi chế độ mài, thí dụ: mài là mặt lâu hơn Thường thì lớp này có độ sâu 1-3àm Bởi độ sâu của lớp này quá nhỏ nên không cho phép đo được độ cứng của lớp đó

Những vết cháy mài lớn xuất hiện cùng trạng thái tôi thứ cấp (tôi lần hai) xuất hiện trong trường hợp khi mà nhiệt độ trong vùng mài nào đó vượt quá nhiệt biến đổi Austennít (Điểm AC, trên giả đồ sắt –cácbon), ngay sau

đó vùng này dưới tác dụng của nước tưới nguội bị tôi lại lần hai

Tính tẩy mầu vùng cháy mài xuất hiện tôi thứ cấp kém hơn so với bề mặt mài thông thường nó có mầu sáng hơn Khác biệt về mầu tẩy cho thấy rằng, tại vùng cháy mài có xuất hiện tôi máctenxít, phần không cháy mài là ram máctenxít Nếu sau khi mài xong mà loại sản phẩm này được ram lại thì

độ tẩy màu của toàn bộ bề mặt giống nhau Theo cấu trúc hiện tượng cháy mài như trên tạo ra một lớp mỏng kim loại bị tôi máctenxít chiều dầy 50àm và lớp phía dưới là vùng đệm mềm trôstít tới 1mm

Những vết cháy mài nhỏ có hiện tượng tôi lại biểu hiện bằng những vết tẩy đứt đoạn Cấu trúc tế vi của các vết này tương tự cấu trúc tế vi của lớp

có vết cháy mài lớn , bởi vì ở các vùng cháy mài nhỏ lớp máctenxít tuy mỏng không quá 10àm (tuy nhiên khi đo độ cứng luôn có độ cứng thấp hơn (màng mỏng máctenxít chiều dầy 10àm , tuy nhiên lớp kim loại phía dưới là lớp đệm mềm trôstít tới 70àm)

Biến đổi cấu trúc dẫn đến xuất hiện nội ứng xuất bởi vì nó có liên quan đến thay đổi thể tích kim loại Nếu nội ứng suất vượt quá đại lượng bền phá huỷ tức thời của kim loại thì sẽ xuất hiện vỡ nứt

Để khắc phục hiện tượng cháy mài cần giảm các khả năng sinh nhiệt khi mài Kinh mghiệm cho thấy rằng lượng nhiệt phát sinh khi mài, và khả năng gây cháy mài chủ yếu bắt nguồn từ chọn chế độ mài, chọn đặc tính của

đá mài, và điều khiển máy mài thích hợp Nhiệt xuất hiện do ma sát giữa bề mặt mài và đá mài là nguyên nhân chính, do đó biện pháp hướng tới giảm nhiệt khi mài là giảm hệ số ma sát giữa bề mặt mài và đá mài

Trước hết cần đảm bảo đủ dung dịch tưới nguội vào vùng mài và nâng cao chất lượng của dung dịch tức là dung dịch này giảm ma sát giữa bề mặt

đá mài và kim loại gia công

Khi tăng tốc độ quay của đá mài, lượng nhiệt sinh ra càng lớn Khi tăng tốc độ của chi tiết gia công cũng làm tăng thêm nhiệt cắt khi mài, nhưng đồng thời cũng giảm thời gian tác dụng của nguồn nhiệt Giảm thời gian tác dụng của nguồn nhiệt lên bề mặt chi tiết gia công là giảm được nhiệt khi mài

Tăng lượng tiến dao trong mọi trường hợp đều dẫn đến tăng nhiệt khi mài và tăng thời gian tác dụng của nhiệt cắt Bởi vậy khi mài nên áp dụng chế độ mài tinh tiến dao nhỏ, và mài là mặt ở cuối giai đoạn mài, như vậy dễ

đạt được bề mặt mài không bị cháy mài

Nhiệt độ mài càng tăng khi mài bằng đá mài cứng hơn, bởi vì trong trường hợp này những hạt đá mòn không rơi vỡ khỏi bề mặt mài khi không còn khả năng cắt gọt, những hạt này làm tăng hệ số ma sát giữa bề mặt mài

và bề mặt gia công

Các loại đá mài chế tạo bằng hạt cương ngọc điện trắng, sinh nhiệt thấp hơn khi mài so với loại hạt cương ngọc điện thường Với loại đá có kết dính bakêlít có khả năng giảm sinh nhiệt tốt nhất, với loại đá kết dính vunkanít khả năng này là nhỏ nhất

Giảm khả năng sinh nhiệt khi mài bằng cách sử dụng loại đá mài có cấu trúc hở (cấu trúc nhiều khe hổng) Loại đá có khoảng hở nhiều, tức là chọn đá có mã cấu trúc cao hơn Loại đá này giảm khả năng sinh nhiệt, bởi

ma sát giữa đá mài và bề mặt gia công giảm, có khe chứa phoi tốt hơn, hạt

đá dễ thay thế loạt mới Nhiệt mài còn phụ thuộc vào tốc độ hạ nhiệt trong vùng tự nó phát sinh, tức là tính dẫn nhiệt của kim loại gia công Khi mà tính dẫn nhiệt của kim loại càng thấp thì càng dễ sinh ra cháy mài Bởi vậy với kim loại có tính dẫn nhiệt thấp thì nên lựa chọn chế độ mài thấp thích hợp

Bảng 1.1 Tính dẫn nhiệt của một vài mác thép

Mác kim loại Hệ số dẫn nhiệt Thép crôm với 2% Cr 0,095

Thép vonphram 18%W 0,070 Thép mănggan 2%Mn 0,076 Thép cácbon 0,6% 0,112 Thép cácbon 1,1% 0,102

Như trong bảng 1.1 [5] các bon và các thành phần hợp kim có tính dẫn nhiệt thấp Cấu trúc thành phần theo hướng tăng tính dẫn nhiệt được sắp sếp như sau:

Austennít, tôi máctenxít, ram máctenxít, péclít (soócbít, trôstít)

Trên cơ sở những trình bày trên đây có thể đề xuất như sau: với thép

đã tôi có lượng Austennít dư tăng bởi vậy dễ dẫn đến cháy mài khi mài Cháy mài cũng thường xảy ra khi trạng thái kỹ thuật của máy không tốt hoặc không điêù khiển đúng, tức là khi tạo ra va đập của đá mài lên bề mặt gia công, bàn máy dọc chuyển động không êm (giật cục), tiến dao ngang không

đồng đều…

*Biến dạng dẻo khi mài

Chúng ta biết rằng kim loại và các hợp kim kỹ thuật có cấu đa tinh thể

và chúng bao gồm những hạt tinh thể có kích thước khác nhau, sắp sếp không có quy luật, chúng chèn sít với nhau, tạo ra mối liên kết cơ học Bề mặt của kim loại đa tinh thể tích tụ, liên kết chuyển tiếp bằng những lớp hạt tinh thể nhỏ và những mảnh tinh thể nằm hỗn độn

Khi gia công kim loại bằng phương pháp cắt gọt xuất hiện biến dạng dẻo đàn hồi lớp kim loại mỏng nằm phía dưới bề mặt gia công Sự tăng dần quá trình biến dạng dẻo cơ bản là hiện tượng trượt tức là dịch chuyển tương

đối giữa từng phần tinh thể riêng biệt theo mặt của mạng tinh thể xác định Cũng có thể nói rằng quá trình trượt là sự dịch chuyển tương đối của một lớp nguyên tử này so với lớp nguyên tử kia dưới tác dụng của lực biến dạng (dưới tác dụng của lực cắt)

Hiện tượng dịch chuyển bắt đầu khi xuất hiện ứng suất chuyển động của tinh thể ứng suất này đủ lớn để bắt đầu gây trượt Quá trình biến dạng dẻo gây ra biến dạng đàn hồi, nó lan toả và phát tán bằng tốc độ âm thanh (với sắt 5130m/s).Tuy nhiên quá trình biến dạng dẻo để làm dịch chuyển

một phần tinh thể kim loại cần có thời gian đủ lớn Bởi vậy ở tốc độ cao thường thấy hiện tượng biến dạng dẻo cục bộ từng phần

Biến dạng dẻo bao gồm cả khái niệm biến dạng miền giữa các tinh thể, trong đó các hạt có dịch chuyển tương đối với nhau Các hạt này chuyển dịch không nhiều vận tốc dịch chuyển không lớn tuy nhiên có thể gây phá huỷ đường biên hạt, gây ra phá huỷ kim loại

Khi cắt kim loại các hạt ở lớp cạnh rìa ngoài bị kéo dãn theo hướng lực cắt, các tinh thể về cơ bản được sếp theo hướng mạng tinh thể Những hạt nhỏ cũng có xu hướng như vậy, chúng bị kéo theo hướng biến dạng, tạo thành hoa vân trên kim loại

Như vậy, khi xuất hiện biến dạng dẻo xảy ra những hiện tượng sau:

- Thay đổi hình dáng của hạt

- Thay đổi hướng tổ chức cả hạt tạo ra hoa vân

- Xuất hiện ứng suất dư

- Phát sinh lực phá huỷ nội tinh thể và giữa các tinh thể, phá huỷ tính thống nhất của hạt;

- Thay đổi các tính chất cơ lý của kim loại trên lớp bề mặt

Khi biến dạng dẻo quá nhiều sẽ gây ra biến cứng trên bề mặt, lúc này lớp kim loại bền hơn, độ cứng tế vi cao hơn, tính dẻo giảm

Quá trình biến dạng dẻo được chia thành hai dạng:

- Biến dạng với làm bền hoàn toàn

- Biến dạng với làm bền không hoàn toàn

Biến dạng với làm bền hoàn toàn thường xuất hiện ở các trường hợp nhiệt thấp Trường hợp biến dạng với làm bền không hoàn toàn thì đồng thời xuất hiện cả làm bền và phá huỷ (trạng thái nghỉ hoặc mỏi)

Bền phá huỷ xuất hiện do tác dụng của nhiệt, nhiệt cắt làm tăng tính lưu động của nguyên tử, và làm cho sai lệch mạng tinh thể dể dàng, dẫn đến phá huỷ cấu trúc hạt tinh thể,tạo ra hiện tượng biến dạng dẻo Bền phá huỷ càng tăng khi nhiệt độ cắt càng tăng, kéo dài thời gian bền mỏi

Tất cả các yếu tố thuộc chế độ cắt, đều có xu hướng tăng nhiệt cắt trên

bề mặt gia công (chính xác hơn trong vùng biến dạng dẻo), hoặc tăng thời gian tác dụng của nhiệt cắt, làm cho dể dàng xuất hiện bền mỏi, làm giảm độ bền Ngược lại, các yếu tố làm giảm thời gian bền mỏi (tăng tốc độ biến dạng) hoặc giảm nhiệt độ biến dạng của kim loại (tưới nguội tốt hơn, tăng tính dẫn nhiệt của kim loại, giảm ma sát) đều dẫn đến khả năng tăng bền

Trong quá trình mài, đá mài đóng vai trò chính làm tăng nhiệt gia công Và nếu càng tăng thời gian tiếp súc giữa đá mài với bề mặt gia công, thì càng tác dụng nhiệt lên bề mặt này lớn hơn, dẫn đến tăng khả năng phát sinh bền phá huỷ

* ứng suất dư của lớp bề mặt khi mài

Những nghiên cứu đều cho thấy rằng, nội ứng suất đều ảnh hưởng đến tính chất sử dụng của chi tiết máy Thực ra ảnh hưởng lớn nhất đến độ bền mòn chính là độ cứng tế vi lớp kim loại bề mặt Như vậy để đánh giá trạng thái lớp bề mặt phải đánh giá được đại lượng và dấu của ứng suất dư ứng suất dư xuất hiện trong quá trình thực hiện các nguyên công công nghệ, và tồn tại trong sản phẩm sau khi thực hiện xong các nguyên công đó ứng suất dư của lớp bề mặt xuất hiện trong những trường hợp sau:

- Do biến dạng dẻo lớp bề mặt

- Biến dạng dẻo không đồng đều, liên quan đến hiện tương sợi kim loại trên lớp bề mặt bị kéo chảy và xuất hiện ứng suất dư nén, sắp sếp theo hướng cắt

- Cháy mài trên lớp kim loại mỏng phân bố từng vùng, làm xuất hiện ứng suất dư kéo trong vùng này

- Biến đổi pha trong những lớp kim loại khác nhau, dẫn đến tạo ra vùng cấu trúc khác nhau, tạo ra khối lượng riêng khác nhau, cũng vì đó tạo

ra trong những lớp này ứng suất dư có dấu khác nhau, và đại lượng khác nhau

Phân loại ứng suất dư thành ba loaị cơ bản: [5]

ứng suất loại một có tính chất phá huỷ lớn, mắt thường có thể quan sát

được Loại ứng suất này lan toả trên toàn thể tích chi tiết, hoặc là chiếm phần lớn trên chi tíêt đó

ứng suất loại thứ hai là loại ứng suất tinh thể tại chỗ (cục bộ), lan toả trong thể tích của một hoặc vài hạt nguyên tử kim loại

ứng suất loại ba lan toả trên thể tích trên một vài mạng tinh thể hạt kim loạt

Thí nghiệm đã chứng minh rằng khi mài các kim loại đã tôi trên lớp

bề mặt thường tạo ra ứng suất dư kéo đôi khi đạt tới 80-100KG/mm2

Đại lượng ứng suất dư (đôi khi cả dấu) phụ thuộc vào chế độ mài Chiều sâu lan toả ứng suất dư vào phía bên trong lớp bề mặt bao gồm khoảng 0,02-0,04mm chiều dầy lớp ứng xuất 0,005-0.01mm

Nghiên cứu về đại lượng và tính chất nội ứng suất có một ý nghĩa rất lớn, bởi vì trong hàng loạt những nghiên cứu đã khẳng định rằng nâng cao độ bền mỏi khi tạo ra trên bề mặt kim loại ứng suất nén, và nâng cao tính chịu mài mòn khi trên bề mặt có nội ứng suất mang bất kỳ dấu nào

Đặc biệt quan trọng là đại lượng ứng suất tạo ra do kết quả của quá trình mài tương tự như đại lượng ứng suất đã tạo ra bằng phương pháp làm bền bề mặt đặc biệt (gọi là công nghệ làm bền bề mặt)

Như vậy, với việc lựa chọn chế độ mài hợp lý có thể có được ứng suất dư trên lớp bề mặt, mà nhờ nó cho sản phẩm có tuổi bền tối đa

1.3 Đá mài và các thông số đặc trưng của đá mài

* Đặc trưng của đá mài

Đá mài là một vật thể xốp có hình dáng hình học xác định, gồm những hạt mài sắp xếp không theo trật tự và kết hợp với nhau nhờ chất liên kết

Các đá mài khác nhau ở hình dáng hình học, kích thước, loại vật liệu mài, độ hạt hay kích thước hạt mài, ở chất liên kết hoặc dạng liên kết, độ cứng hoặc độ bền chống bật hạt mài ra khỏi bề mặt đá do tác dụng của ngoại lực, ở cấu trúc và tổ chức của đá mài Tập hợp những dấu hiệu đó thường gọi là đặc trưng của đá mài [2]

Các vật liệu hạt mài sử dụng để chế tạo các dụng cụ thường được phân thành hai nhóm: tự nhiên và nhân tạo

* Nhóm vật liệu tự nhiên bao gồm các khoáng chất như: Kim cương tự nhiên, thạch anh, đá lửa, granat, coranh đông, cacbua Silic ,

* Nhóm vật liệu nhân tạo bao gồm: Kim cương nhân tạo, nitrit bo ở dạng lập phương thể tâm (CBN), coranh đông điện, cacbit silic, cacbit bo, oxyt nhôm ,

- Kim cương tự nhiên (A) là một biến thể của cacbon Có độ cứng cao nhất trong các loại vật liệu mài nhân tạo và tự nhiên hiện nay Tuy vậy kim cương có tính giòn Kim cương thường được xác định bằng cara (1cara = 200miligam)

- Kim cương nhân tạo (A.C) Để tổng hợp kim cương nhân tạo người ta

sử dụng các loại vật liệu có chứa cacbon kết hợp với một số chất xúc tác Vật liệu cơ bản thường dùng là graphit, đôi khi còn dùng cả than củi Vật liệu xúc tác thường dùng là kim loại như crôm, niken, sắt, côban và một số kim loại khác Dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao kim cương nhân tạo sẽ được hình thành

- Côranh đông điện có hai loại:

+ Côranh đông điện thường (1A) được thiêu kết từ bôcxit và các biến thể của nó như 12A, 13A, 14A, 15A, 16A

+ Côranh đông điện trắng (2A) được thiêu kết từ ôxit nhôm và các biến thể của nó 22A, 23A, 24A, 25A

Các loại Côranh đông điện hợp kim được phân biệt với nhau bởi hàm lượng của ôxit nhôm chứa trong nó

- Cacbit silic: Là một hợp chất của Silic và cacbon nhận được từ than cốc và cát thạch anh khi nung nóng tới nhiệt độ 2000ữ2100°C trong lò điện

Đây là loại vật liệu mài quý, nó có màu xanh đậm, óng ánh Tuỳ thuộc vào hàm lượng của silic nguyên chất người ta chia làm hai loại: Cacbit silic xanh (6c) và cacbit silic đen (5c) Cacbit silic có một số tính chất quan trọng sau:

+ Chúng có độ cứng rất cao ( đứng sau kim cương, Enbo, Cacbit bo) + Có hình dáng nhọn sắc nên khả năng cắt rất cao

+ Độ chịu nhiệt rất cao ( tới 2050°C)

- Cacbit bo: là một hợp chất của Bo và cacbon (BrC) có khả năng cắt cao, chịu mài mòn và độ trơ hoá học Cacbit bo được sản xuất có hàm lượng 87ữ94% BrC

- Nitritbo lập thể (CBN) là loại vật liệu siêu cứng, có chứa 43.6% Bo và 56.4% Nitơ Mặc dù nó có độ cứng nhỏ hơn kim cương một chút nhưng lại có khả năng cắt và độ chịu mài mòn rất cao, vượt hẳn vật liệu mài thông thường,

độ chịu nhiệt cao tới 1200°C [3]

1.3.2 Độ hạt của đá mài

Trong sản xuất đá mài, người ta dùng vật liệu mài được nghiền nhỏ thành hạt Hạt là những tinh thể riêng rẽ hay liên tinh tinh thể, hoặc những mảnh tinh thể thường không đúng hình dạng và có kích thước không quá 5mm Hạt có ba kích thước cơ bản: chiều dài, chiều rộng và chiều dày Tuy nhiên để cho đơn giản, người ta chỉ cho chiều rộng làm kích thước đặc trưng của hạt Việc sàng những hạt mài nhỏ thường được thực hiện bằng các lưới rây

có lỗ vuông ở các nước, kể cả Liên xô từ trước năm 1960, kích thước lỗ của lưới được đặc trưng bởi số mắt lưới, nghĩa là số lỗ trên chiều dài một tấc Anh (25,4mm)

Độ hạt của đá mài được biểu thị bằng kích thước thực tế của hạt mài theo ΓOCT- 3647- 59 (bảng 1.2) Tính năng cắt gọt của vật liệu phụ thuộc vào kích thước hạt mài Khi mài thô dùng hạt có kích thước lớn, mài tinh dùng hạt

có kích thước nhỏ Hạt mài được phân ra làm 3 nhóm [2]

- Nhóm thứ nhất gọi là hạt mài có các số hiệu; 200, 160, 125, 100, 80,

63, 50, 40, 32, 25, 20, 16

- Nhóm thứ hai gọi là bột mài có các số hiệu; 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3

- Nhóm thứ ba gọi là phấn mài có các số hiệu; M40, M28, M20, M14, M7, M5

Mỗi số liệu hạt mài không được chứa dưới 45% nhóm cơ bản, không qua 20% nhóm lớn (nhóm bên cạnh có số hiệu độ hạt lớn) và không chứa dưới 90% nhóm phức hợp ( bao gồm các số hiệu cơ bản cùng các số hiệu lớn và nhỏ lân cận)

Dụng cụ hạt mài sản xuất với những số hiệu độ hạt sâu đây: 125, 80, 50,

40, 25, 16, 12, 8, 6, 5, 4, M40, M28, M20

Hạt mài không có hình dạng nhất định khi nghiền nhỏ Chúng thường là những hình chóp đa diện, lập phương, hình cầu hoặc dạng tấm phẳng có các cạnh bị vê tròn

- Mài tinh những chi tiết có độ bóng

và độ chính xác cao, các dụng cụ đo kiểm , - Mài ren, mài sửa cần có độ bóng cao Mài nghiền các chi tiết và các loại dụng cụ nhiều l−ỡi cắt đòi hỏi độ nhẵn cao.Mài khôn xilanh, mài mỏng, mài rà

Góc giữa các mặt của hạt mài dao động trong khoảng 30 – 1800 ở kim cương tổng hợp nhãn hiệu ACO, góc giữa các mặt dao động trong khoảng 19 – 1210, trong đó phần lớn là góc nhọn gần 72 – 74%

Độ nhọn của hạt mài, đặc trưng bởi các bán kính góc lượn ở đỉnh và ở cạnh bên, tuỳ thuộc vào vật liệu mài và số liệu của độ hạt Hạt coranhđông

điện thường có bán kính góc lượn từ 4 đến 180 àm và hơn nữa

Bảng 1.3 Giá trị trung bình của bán kính góc lượn của hạt mài

Giá trị trung bình của bán kính lượn àm

Hạt cacbit silic có góc ở đỉnh và ở các mặt nhọn hơn và bán kính góc lượn nhỏ hơn Hạt kim cương có bán kính góc lượn nhỏ nhất, gia trị trung bình của chúng trong khoảng 1- 9 àm trong đó phần lớn các đỉnh có bán kính trong khoảng dưới 1 àm

1.3.3 Chất dính kết

Chất kết dính dùng để kết dính những hạt mài rời rạc thành khối Đá mài có chất lượng cao hay thấp phụ thuộc vào chất kết dính Tuỳ thuộc vào yêu cầu của đá mài mà người ta sử dụng các chất dính kết khác nhau để chế tạo đá Chất kết dính thường được chia thành các nhóm cơ bản:

- Chất kết dính vô cơ gồm: Gốm, manhêdit, silicat

- Chất kết dính hữu cơ gồm: Bakelic, gliphtalin, vuncanic

- Chất kết dính kim loại

Trong đó khoảng 50ữ60% tổng sản lượng đá mài được chế tạo từ chất dính kết gốm, 30ữ39% từ chất dính kết hữu cơ, 1ữ2% chất kết dính kim loại.[2]

Chất dính kết Keramic (K) trong thành phần của nó có chứa ôxit nhôm chịu lửa, pensphat, thạch anh, manhê, và các thành phần khác đá mài có chất dính kết keramic có độ xốp lớn do vậy ít bị bít phoi khi mài, khả năng cắt cao, chống thấm nước tốt Tuy nhiên chất kết dính này giòn rất nhạy cảm với các lực va đập khi mài

Chất kết dính Silicat: Được chế tạo từ thuỷ tinh lỏng trộn với ôxit kẽm, manhê và ôxit nhôm , chất kết dính silicat có độ cứng trung bình Đá mài với chất kết dính loại này rất nhanh mòn, nhưng ít tỏa nhiệt khi mài

Chất kết dính Bakelic: Thành phần chính của chất kết dính bakelic là bakelic lỏng hoặc bột (hắc ín, nhựa nhân tạo) Đá mài với chất kết dính này có

độ bền cao nhưng mau mòn Chất kết dính bakelic có tính đàn hồi cao, do đó cho phép chế tạo đá mài có chiều dày <0.5mm dùng làm đá cắt và gia công với chế độ cắt cao [3]

Chất kết dính Vuncanit: Thành phần chính là cao su nhân tạo và một số chất phụ gia khác có chức năng làm tăng độ cứng, độ bền và độ đàn hồi của dụng cụ Đá mài với chất kết dính vuncanit có độ đàn hồi cao hơn so với đá mài có chất kết dính bakelit nhưng nhiệt độ làm việc thấp hơn (150°C)

Để tăng độ bền của đá mài người ta sử dụng các chất kết dính hợp kim Chất kết dính có chứa Bo (52%) và Titan cho phép chế tạo đá mài làm việc với tốc độ cắt đến 60m/s Các chất kết dính có chứa thêm ôxit bo, ôxitliti, bari, phtora sẽ làm tăng cường đáng kể các đặc tính cơ học của đá mài [3]

1.3.4 Độ cứng của đá mài

Độ cứng của đá mài được hiểu là khả năng liên kết của các hạt mài bởi