Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi mài phẳng vật liệu gang xám 21 40

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI PHẲNG VẬT LIỆU GANG XÁM 21-40 BÙI KIM DƯƠNG Hà Nội, 2010 MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Một số ký hiệu đại lượng dùng luân văn Danh mục hình vẽ Danh mục bảng biểu Mở đầu Chương TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG 1.1 Mài đặc điểm điểm 1.2 Đá mài thông số 1.2.1 Kết cấu cấu trúc đá mài 1.2.2 Phương pháp biểu diễn đá mài 1.2.3 Vật liệu hạt mài 1.2.4 Chất kết dính đá mài 1.3 Các sơ đồ mài phẳng 1.4 Hình học động học trình mài 1.4.1 Chiều dài tiếp xúc đá mài với phôi 1.4.2 Đường cắt 1.4.3 Chiều dày cắt lớn 1.4.4 Chiều dày thể tích lớp cắt kim loại 1.5 Ứng suất dư mài phẳng 1.6 Nội dung nghiên cứu đề tài Kết luận Chương Chương NGHIÊN CỨU ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI PHẲNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NHÁM 2.1 Các thông số đặc trưng cho chất lượng trình mài 2.1.1 Độ xác mài 2.1.2.Chất lượng bề mặt vật mài mài phẳng 2.2 Động học hình thành nhám bề mặt mài phẳng 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt mài phẳng 2.3.1 Ảnh hưởng đặc tính đá mài 2.3.2 Ảnh hưởng di truyền yếu tố trước mài đến nhám bề mặt sau gia công 2.3.3 Ảnh hưởng chế độ cắt 2.3.4 Ảnh hưởng thời gian mài đến hoa lửa 2.3.5 Ảnh hưởng chế độ sửa đá đến nhám bề mặt 5 7 12 14 15 15 18 18 20 21 23 25 26 27 28 28 28 29 29 31 31 33 34 37 38 2.3.6 Quy luật suy giảm chiều cao nhám theo thời gian mài 2.3.7 Ảnh hưởng mòn đá mài đến nhám bề mặt 2.3.8 Ảnh hưởng động học mài đến nhám bề mặt 2.4 Nghiên cứu mô hình xác định độ nhám bề mặt 2.4.1 Mô hình nhám bề mặt mài lý tưởng S.Malkin 2.4.2 Mô hình nhám bề mặt chi tiết thực nghiệm S.Malkin 2.4.3 Mô hình biểu diễn độ nhám bề mặt Lyre S.Malkin 2.5 Đề xuất mô hình thực nghiệm xác định ảnh hưởng chế độ cắt đến nhám bề mặt chi tiết mài phẳng 2.5.1 Các điều kiện giới hạn mô hình 2.5.2 Thiết lập mô hình xác định nhám bề mặt Kết luận Chương Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI PHẲNG 3.1 Sơ đồ nghiên cứu chung 3.2 Trình tự thí nghiệm 3.2.1 Thí nghiệm ảnh hưởng chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết 3.2.2 Thí nghiệm ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt 3.2.3 Thí nghiệm ảnh hưởng lượng tiến đá ngang đến nhám bề mặt 3.3 Trang thiết bị thí nghiệm 3.3.1 Mẫu thí nghiệm 3.3.2 Máy đo độ cứng 3.3.3 Máy mài phẳng 3.3.4 Đá mài 3.3.5 Máy đo nhám bề mặt 3.4 Kết thực nghiệm 3.4.1 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến nhám bề mặt 3.4.2 Ảnh hưởng vân tốc chi tiết đến nhám bề mặt 3.4.3 Ảnh hưởng lượng tiến đá ngang đến nhám bề mặt Kết luận Chương Kết luận chung luận văn Tài liệu tham khảo Phụ lục 39 40 45 50 51 54 55 56 56 57 58 59 59 59 59 59 60 60 60 60 61 62 62 63 66 67 68 70 71 73 74 MỘT SỐ KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN B: Chiều rộng đá mài (mm) D: Đường kính đá mài (mm) E: Môđun đàn hồi (N/mm2) f: Diện tích ngang vết cắt (mm2) h: Chiều dày cắt (mm) hm: Chiều dày cắt lớn (mm) HB, HRC: Độ cứng vật liệu σb: Ứng suất vật liệu lc: Chiều dài tiếp xúc (mm) lk:: Chiều dài đường cắt (mm) l: Chiều dài cung tiếp xúc đá mài với chi tiết (mm) m: Tỉ lệ mài Ne: Công suất (kW) nđ: Tốc độ quay đá (vòng/phút) Px: Lực cắt pháp tuyến tế vi (kG) Py: Lực cắt pháp tuyến (kG) Pz: Lực cắt tiếp tuyến (kG) Qvl: Năng suất trình gia công (mm3/phút) Ra: Độ nhám bề mặt gia công (µm) s: Lượng tiến dao dọc (mm/vòng) t: Chiều sâu cắt (mm) vđ: Vận tốc đá (m/s) vct: Vận tốc chi tiết (m/phút) z: Số lượng hạt mài làm việc cung tiếp xúc µ: Hệ số ma sát r: Bán kính cong đỉnh hạt mài (µm) ε: Góc ăn dao (độ) T: Tuổi bền dụng cụ (phút) τc: Ứng suất cắt (N/ mm2) HTK: Hành trình kép DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.14 Hình 1.15 Hình 1.16 Hình 1.17 Hình 1.18 Hình 1.19 Hình 1.20 Hình 1.21 Hình 1.22 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Sơ đồ mài phẳng Sơ đồ quan hệ đặc điểm trình mài Hình dạng tế vi số loại vật liệu hạt mài Hình dạng hạt mài kim cương với tỷ lệ chất phủ Nikel khác Hình dạng tế vi hạt mài Si3N4 phủ niken Khả giữ hạt mài tốt hạt mài Si3N4 Sự biến đổi cạnh cắt hạt mài Si3N4, số lượng lưỡi cắt lớn Si3N4 làm giảm lực cắt Các hạt mài cácbít vônphram phủ bạc Độ cứng tế vi mô đun đàn hồi số loại vật liệu Ký hiệu đá mài cho đá mài ô xít nhôm cácbít silíc Mài phẳng mặt đầu đá Mài với chiều sâu cắt lớn Mài ăn dao chiều trục cho lần tiến với chiều sâu cắt d Hình dạng lớp cắt hạt mài Các kích thước lớp cắt mài phẳng Biến đổi chiều dài tiếp xúc đá mài vật mài Sơ đồ biểu diễn vận tốc hướng kính vr tiếp tuyến vθ đá mài Hình dạng lớp cắt với hm = a Hình dạng lớp cắt Chiều dày phoi tương đương te mài phẳng Ảnh hưởng hình học đá không đến chiều dày cắt mài phẳng Sự thay đổi ứng suất dư theo chiều sâu mài Biên dạng bề mặt dọc lý tưởng mài Biên dạng nhám lý tưởng qua hướng mài tạo biên dạng cắt liên tiếp đá mài Ảnh hưởng hình học hạt mài đến nhánh bề mặt Ảnh hưởng độ hạt đến nhám bề mặt mài Ảnh hưởng loại vật liệu chất kết dính (đường 1) vật liệu hạt mài (đường 2,3) đến nhám bề mặt mài Ảnh hưởng di truyền yếu tố trước mài đến độ nhám bề mặt chi tiết sau gia công Ảnh hưởng chiều sâu cắt t Ảnh hưởng lượng tiến dao tới nhám bề mặt Trang 10 10 11 11 11 12 13 16 16 17 18 19 19 20 22 23 24 25 26 30 31 32 32 33 33 34 35 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 2.20 Hình 2.21 Hình 2.22 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.6 Ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt mài Ảnh hưởng lượng tiến dao dọc tới nhám bề mặt Ảnh hưởng số lần mài hết hoa lửa nguyên lý Ảnh hưởng số hành trình mài hết hoa lửa (1,2,3,4 hành trình cắt) tới nhám bề mặt Ảnh hưởng chế độ sửa đá tới nhám bề mặt chi tiết mài thay đổi nhám theo thời gian mài Các dạng mòn đá mài Sơ đồ sửa đá mài Các vết xước gây hạt mài vùng mài Các đường cong thực nghiệm giảm độ cao nhám bề mặt số vết cắt tăng đá mài có độ hạt khác Sơ đồ hình thành sóng bề mặt đá Sơ đồ tạo không đồng có quy luật nhám bề mặt chi tiết mài Sự thay đổi chiều cao nhám bề mặt đỉnh sóng Biểu đồ biên dạng nhám bề mặt đá mài mô tả đỉnh sóng Sự thay đổi nhám theo chế độ sửa đá Máy đo độ cứng HR-522 hãng Mitoyo-Nhật Bản Máy mài phẳng đá mài dùng cho thí nghiệm Máy đo nhám Surftrst SJ-301 hãng Mitutoyo Xác định độ cứng vật liệu gia công trước mài Mài mẫu thí nghiệm vật liệu gang xám 21-40 Thí nghiệm đo độ nhám mẫu vật liệu gang xám 21-40 sau mài In kết thí nghiệm đo độ nhám bề mặt mẫu vật liệu gang xán 21-40 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết mài phẳng Ảnh hưởng vận tốc cắt đến nhám bề mặt chi tiết mài phẳng Ảnh hưởng lượng tiến đá ngang đến nhám bề mặt chi tiết mài phẳng 35 36 37 37 38 41 43 46 47 49 49 49 50 55 61 61 62 63 63 64 65 66 67 68 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các giá trị Racm điều kiện mài khác Bảng 2.2 Hệ số mòn loại vật liệu mài Bảng 3.1 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết mài phẳng Bảng 3.2 Ảnh hưởng vận tốc tiến dọc bàn máy đến Ra chi tiết mài phẳng Bảng 3.3 Ảnh hưởng lượng tiến đá ngang đến Ra bề mặt chi tiết mài phẳng Bảng 3.4 Số liệu thực nghiệm tổng hợp Bảng 3.5 Số liệu thực nghiệm sau đổi biến Trang 40 42 66 67 68 69 69 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luân văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luân văn Bùi Kim Dương LỜI CẢM ƠN Trước tiên cho bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến thầy giáo, PGS.TS Hà Minh Hùng GS.TS Trần Văn Địch tận tình bảo, hướng dẫn suốt thời gian thực luận văn Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến thầy, cô giáo cộng tạo điều kiện thuận lợi cho việc hoàn thành thực nghiệm Tôi xin lời cảm ơn chân thành đến ban chủ nhiệm, Hội đồng khoa học, thầy cô giáo môn Công nghệ chế tạo máy Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Khoa Cơ khí Trường Trung cấp nghề khí I Hà Nội, Công ty 17 Quân đội Công ty cổ phần Xích Líp Đông Anh tạo cho đóng góp quý báu vào việc thiết thực Tác giả Bùi Kim Dương MỞ ĐẦU Mài nguyên công cần thiết quy trình chế tạo khí, cho phép gia công nhiều loại bề mặt khác nhau, đạt độ xác cao tồn từ lâu lịch sử Ngay từ thời tiền sử người nguyên thuỷ làm sắc công cụ cách chà sát mạnh chúng vào đá Ngày nay, mài giữ vai trò quan trọng chiếm khoảng 20 ÷ 25 % tổng chi phí cho gia công, đặc biệt mài sắc dụng cụ như: dao tiện, dao phay, mũi khoan,… Để thực nguyên công mài nói chung, cần phải sử dụng đá mài phù hợp với tính thiết bị (máy mài) vật liệu gia công Trong trình mài, hạt mài bị mòn bị tách khỏi bề mặt đá để lộ lớp hạt mài có tính cắt gọt tốt Đây khả tự mài sắc cuả đá mài Tuy nhiên, số lượng hạt mài bị tách khỏi bề mặt đá lớn đá bị mòn nhanh, điều làm giảm tính cắt gọt đá đặc biệt gây sai số kích thước, độ sóng bề mặt gia công Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công mài, thông thường người ta đánh giá thông qua tiêu chí độ nhám bề mặt Mài phương pháp gia công cho độ bóng xác cao Một nguyên nhân ảnh hưởng lớn đến độ xác, suất giá thành mài chế độ cắt Một yếu tố mà phương pháp gia công khác đạt nhám bề mặt chi tiết gia công, nhám bề mặt đạt từ 0,2 ÷ 3,2 µm Vì nâng cao suất, chất lượng độ ổn định trình tiến tới xác định chế độ tự động tối ưu cho điều kiện gia công khác nhiệm vụ quan trọng Tuy vậy, mài trình phức tạp, nhiều vấn đề để nghiên cứu Các thông số chất lượng đặc trưng trình mài phụ thuộc vào yếu tố đặc tính đá mài, tính chất vật liệu gia công, chất bôi trơn làm mát, độ xác độ cứng vững máy, chế độ cắt chế độ sửa đá, … Quan hệ thông số chất lượng trình mài với yếu tố ảnh hưởng phức tạp, khó xác định ảnh hưởng theo thời gian Quy luật thay đổi tác động qua lại chúng phụ thuộc nhiều vào điều kiện gia công tình 10 t = 0.01 mm; Vct = 25 m/ph; Sng = 2.5 mm/HTK; nđỏ = 1450 vg/ph 94 t = 0.015 mm; Vct = 25 m/ph; Sng = 2.5 mm/HTK; nđỏ = 1450 vg/ph 95 t = 0.02 mm; Vct = 25 m/ph; Sng = 2.5 mm/HTK; nđỏ = 1450 vg/ph 96 t = 0.025 mm; Vct = 25 m/ph; Sng = 2.5 mm/HTK; nđỏ = 1450 vg/ph 97 t = 0.03 mm; Vct = 25 m/ph ;Sng = 2.5 mm/HTK; nđỏ = 1450 vg/ph 98 t = 0.035 mm; Vct = 25 m/ph; Sng = 2.5 mm/HTK; nđỏ = 1450 vg/ph 99 t = 0.04 mm; Vct = 25 m/ph; Sng = 2.5 mm/HTK; nđỏ = 1450 vg/ph 100 Sng = 0.1 mm/HTK; Vct = 25 m/ph ; t = 0.015 mm; nđá = 1450 vg/ph 101 Sng = 0.2 mm/HTK ; Vct = 25 m/ph ; t = 0.015 mm; nđá = 1450 vg/ph 102 Sng = 0.25 mm/HTK; Vct = 25 m/ph ; t = 0.015 mm; nđá = 1450 vg/ph 103 Sng = 0.4 mm/HTK; Vct = 25 m/ph ; t = 0.015 mm; nđá = 1450 vg/ph 104 Sng = 0.5 mm/HTK; Vct = 25 m/ph ; t = 0.015 mm; nđá = 1450 vg/ph 105 Sng = 0.75 mm/HTK; Vct = 25 m/ph ; t = 0.015 mm; nđá = 1450 vg/ph 106 Sng = mm/HTK; Vct = 25 m/ph ; t = 0.015 mm; nđá = 1450 vg/ph 107 108 ... đá mài Ảnh hưởng hình học hạt mài đến nhánh bề mặt Ảnh hưởng độ hạt đến nhám bề mặt mài Ảnh hưởng loại vật liệu chất kết dính (đường 1) vật liệu hạt mài (đường 2,3) đến nhám bề mặt mài Ảnh hưởng. .. gang xán 21-40 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết mài phẳng Ảnh hưởng vận tốc cắt đến nhám bề mặt chi tiết mài phẳng Ảnh hưởng lượng tiến đá ngang đến nhám bề mặt chi tiết mài phẳng. .. cao nhám theo thời gian mài 2.3.7 Ảnh hưởng mòn đá mài đến nhám bề mặt 2.3.8 Ảnh hưởng động học mài đến nhám bề mặt 2.4 Nghiên cứu mô hình xác định độ nhám bề mặt 2.4.1 Mô hình nhám bề mặt mài