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

Một trong những chỉ tiêu rất quan trọng của chất lượng sản phẩm, đặc biệt các chi tiết máy yêu cầu độ chính xác và độ bóng cao thì việc xác lập một mô hình xác mối quan hệ giữa các thông

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

MỤC LỤC Trang

Lời cảm ơn Một số ký hiệu của các đại lượng dùng trong luân văn

Danh mục hình vẽ

Danh mục bảng biểu

Mở đầu 1

1.1 Mài và các đặc điểm điểm cơ bản 5

1.2 Đá mài và các thông số cơ bản 7

1.4.4 Chiều dày và thể tích lớp cắt kim loại 23

1.5 Ứng suất dư khi mài phẳng 25

Chương 2 NGHIÊN CỨU ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI

MÀI PHẲNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NHÁM

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt khi mài phẳng 31

2.3.2 Ảnh hưởng di truyền của các yếu tố trước khi mài đến nhám bề

mặt sau gia công

33

2.3.3 Ảnh hưởng của chế độ cắt 34

2.3.4 Ảnh hưởng của thời gian mài đến hoa lửa 37

2.3.5 Ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến nhám bề mặt 38

2.3.6 Quy luật suy giảm chiều cao nhám theo thời gian mài 39

2.3.7 Ảnh hưởng của mòn đá mài đến nhám bề mặt 40

2.3.8 Ảnh hưởng của động học mài đến nhám bề mặt 45

2.4 Nghiên cứu các mô hình cơ bản xác định độ nhám bề mặt 50

2.4.2 Mô hình nhám bề mặt chi tiết thực nghiệm của S.Malkin 54

2.4.3 Mô hình biểu diễn độ nhám bề mặt của Lyre S.Malkin 55

2.5 Đề xuất mô hình thực nghiệm xác định ảnh hưởng của chế độ cắt

đến nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng

3.2.1 Thí nghiệm ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết 59

3.2.2 Thí nghiệm ảnh hưởng của vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt 59

3.2.3 Thí nghiệm ảnh hưởng của lượng tiến đá ngang đến nhám bề mặt 60

3.3 Trang thiết bị thí nghiệm 60

3.4.1 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến nhám bề mặt 66

3.4.2 Ảnh hưởng của vân tốc chi tiết đến nhám bề mặt 67

3.4.3 Ảnh hưởng của lượng tiến đá ngang đến nhám bề mặt 68

Kết luận chung của luận văn 71

Tài liệu tham khảo 73

Phụ lục 74

MỘT SỐ KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN

σb: Ứng suất của vật liệu

lc: Chiều dài tiếp xúc (mm)

lk:: Chiều dài đường cắt (mm)

l: Chiều dài cung tiếp xúc của đá mài với chi tiết (mm)

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.2 Sơ đồ quan hệ các đặc điểm của quá trình mài 8

Hình 1.3 Hình dạng tế vi của một số loại vật liệu hạt mài 9

Hình 1.4 Hình dạng hạt mài kim cương với tỷ lệ chất phủ Nikel khác nhau 10

Hình 1.5 Hình dạng tế vi của hạt mài Si3N4 phủ niken 10

Hình 1.6 Khả năng giữ hạt mài tốt hơn của hạt mài Si3N4 11

Hình 1.7 Sự biến đổi các cạnh cắt của hạt mài Si3N4, số lượng các

lưỡi cắt lớn của Si3N4 làm giảm lực cắt

11

Hình 1.9 Độ cứng tế vi và mô đun đàn hồi của một số loại vật liệu 12

Hình 1.10 Ký hiệu đá mài cho đá mài ô xít nhôm và cácbít silíc 13

Hình 1.12 Mài với chiều sâu cắt lớn 16

Hình 1.13 Mài ăn dao chiều trục cho một lần tiến với chiều sâu cắt d 17

Hình 1.15 Các kích thước lớp cắt khi mài phẳng 19

Hình 1.16 Biến đổi của chiều dài tiếp xúc đá mài vật mài 19

Hình 1.17 Sơ đồ biểu diễn vận tốc hướng kính vr và tiếp tuyến vθ của đá mài 20

Hình 1.19 Hình dạng lớp cắt 23

Hình 1.21 Ảnh hưởng của hình học đá không đều đến chiều dày cắt

khi mài phẳng

25

Hình 1.22 Sự thay đổi ứng suất dư theo chiều sâu mài 26

Hình 2.2 Biên dạng nhám lý tưởng qua hướng mài được tạo bởi các

biên dạng cắt liên tiếp của đá mài

31

Hình 2.3 Ảnh hưởng của hình học hạt mài đến các nhánh bề mặt 32

Hình 2.4 Ảnh hưởng của độ hạt đến nhám bề mặt khi mài 32

Hình 2.5 Ảnh hưởng của loại vật liệu chất kết dính (đường 1) và vật

liệu hạt mài (đường 2,3) đến nhám bề mặt khi mài

33

Hình 2.6 Ảnh hưởng di truyền của các yếu tố trước khi mài đến độ

nhám bề mặt chi tiết sau gia công

33

Hình 2.9 Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt khi mài 35

Hình 2.10 Ảnh hưởng của lượng tiến dao dọc tới nhám bề mặt 36

Hình 2.11 Ảnh hưởng của số lần mài hết hoa lửa nguyên lý 37

Hình 2.12 Ảnh hưởng của số hành trình mài hết hoa lửa (1,2,3,4 và 5

hành trình cắt) tới nhám bề mặt

37

Hình 2.13 Ảnh hưởng của chế độ sửa đá tới nhám bề mặt chi tiết mài

sự thay đổi của nhám theo thời gian mài

38

Hình 2.16 Các vết xước gây ra bởi các hạt mài trong vùng mài 46

Hình 2.17 Các đường cong thực nghiệm chỉ ra sự giảm độ cao của nhám

bề mặt khi số vết cắt tăng đối với đá mài có độ hạt khác nhau

47

Hình 2.18 Sơ đồ hình thành sóng trên bề mặt đá 49 Hình 2.19 Sơ đồ tạo ra sự không đồng nhất có quy luật của nhám bề

mặt chi tiết mài

49

Hình 2.20 Sự thay đổi chiều cao nhám của bề mặt ở đỉnh sóng 49

Hình 2.21 Biểu đồ biên dạng nhám bề mặt đá mài được mô tả trên các đỉnh sóng 50

Hình 2.22 Sự thay đổi nhám theo chế độ sửa đá 55

Hình 3.3 Máy đo nhám Surftrst SJ-301 của hãng Mitutoyo 62

Hình 3.4 Xác định độ cứng vật liệu gia công trước khi mài 63

Hình 3.5 Mài mẫu thí nghiệm bằng vật liệu gang xám 21-40 63

Hình 3.6 Thí nghiệm đo độ nhám mẫu vật liệu gang xám 21-40 sau khi mài 64

Hình 3.7 In kết quả thí nghiệm đo độ nhám bề mặt mẫu vật liệu

gang xán 21-40

65

Hình 3.8 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng 66

Hình 3.9 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng 67

Hình 3.6 Ảnh hưởng của lượng tiến đá ngang đến nhám bề mặt chi

tiết khi mài phẳng

68

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các giá trị của Racm đối với điều kiện mài khác nhau 40

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết khi

Bảng 3.4 Số liệu thực nghiệm được tổng hợp 69

Bảng 3.5 Số liệu thực nghiệm sau khi đổi biến 69

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luân văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên cho tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến các thầy giáo, PGS.TS Hà Minh Hùng và GS.TS Trần Văn Địch đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến các thầy, cô giáo và các cộng sự đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc hoàn thành các thực nghiệm

Tôi xin lời cảm ơn chân thành đến ban chủ nhiệm, Hội đồng khoa học, các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ chế tạo máy Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội, Khoa Cơ khí Trường Trung cấp nghề cơ khí I Hà Nội, Công ty 17 Quân đội và Công ty cổ phần Xích Líp Đông Anh đã tạo cho tôi sự đóng góp quý báu vào việc thiết thực

Tác giả

MỞ ĐẦU

Mài là nguyên công rất cần thiết trong quy trình chế tạo cơ khí, cho phép gia công nhiều loại bề mặt khác nhau, đạt độ chính xác cao và nó đã tồn tại từ rất lâu trong lịch sử Ngay từ thời tiền sử người nguyên thuỷ đã làm sắc công cụ bằng cách chà sát mạnh chúng vào đá Ngày nay, mài giữ một vai trò hết sức quan trọng và chiếm khoảng 20 ÷ 25 % tổng chi phí cho gia công, đặc biệt là mài sắc dụng cụ như: dao tiện, dao phay, mũi khoan,…

Để thực hiện được nguyên công mài nói chung, cần phải sử dụng đá mài phù hợp với tính năng thiết bị (máy mài) và vật liệu gia công Trong quá trình mài, các hạt mài bị mòn hoặc bị tách ra khỏi bề mặt đá để lộ ra lớp hạt mài mới

có tính năng cắt gọt tốt hơn Đây chính là khả năng tự mài sắc cuả đá mài Tuy nhiên, nếu số lượng hạt mài bị tách ra khỏi bề mặt đá càng lớn thì đá bị mòn càng nhanh, điều đó làm giảm tính năng cắt gọt của đá và đặc biệt là gây ra sai số về 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 là phương pháp gia công cho độ bóng và chính xác cao Một nguyên nhân ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác, năng suất và giá thành mài là chế độ cắt Một trong những yếu tố mà các phương pháp gia công khác không thể đạt được là nhám bề mặt chi tiết gia công, khi nhám bề mặt có thể đạt được từ 0,2 ÷ 3,2 µm Vì vậy nâng cao năng suất, chất lượng và độ ổn định của quá trình tiến tới xác định chế độ tự động tối ưu cho các điều kiện gia công khác nhau là một nhiệm vụ rất quan trọng hiện nay Tuy vậy, mài là một quá trình rất phức tạp, nó còn nhiều vấn đề để nghiên cứu Các thông số chất lượng đặc trưng của quá trình mài phụ thuộc vào các yếu tố như đặc tính đá mài, tính chất của vật liệu gia công, chất bôi trơn làm mát, độ chính xác và độ cứng vững của máy, chế độ cắt và chế

trạng cụ thể của máy.Việc xây dựng một hệ thống các chỉ dẫn hoặc bảng biểu dùng chung cho các loại máy mài, các phương pháp mài khác nhau là một việc không thể thực hiện được trong điều kiện kỹ thuật hiện nay

Để nâng cao hiệu quả của quá trình mài, hầu hết các nghiên cứu hiện nay đều được tiến hành theo các bước cơ bản sau:

1 Tìm ra các loại vật liệu hạt mài mới có tính cắt gọt tốt, có độ cứng và độ bền mòn cao

2 Nâng cao chất lượng, hoàn thiện kết cấu của đá mài Nghiên cứu chế tạo các loại đá mài tốt hơn, chính xác và đồng đều về tính chất cơ lý

3 Nâng cao vận tốc mài

4 Điều khiển tối ưu quá trình mài

Theo hướng thứ nhất và thứ hai, người ta tiến hành chế tạo các loại đá mài

từ vật liệu mới có độ bền mòn và khả năng chịu tải trọng cao Nghiên cứu chế tạo các loại đá có kết cấu đặc biệt, như đá mài có rãnh xoắn, đá mài gián đoạn, đá mài có rãnh dẫn dung dịch trơn nguội hướng tâm, …

Theo hướng thứ ba, tiến hành thiết kế chế tạo các máy mài cao và siêu cao tốc (vận tốc mài Vđá>100m/s)

Theo hướng thứ tư, người ta tiến hành điều khiển quá trình mài theo nguyên tắc điều khiển tối ưu Nghĩa là dựa vào mối quan hệ hàm được xác định ngay trong quá trình gia công giữa các thông số đầu ra với các thông số đầu vào, thực hiện điều chỉnh quá trình để đạt được các chỉ tiêu chất lượng và kinh tế kỹ thuật cao nhất

Một trong những chỉ tiêu rất quan trọng của chất lượng sản phẩm, đặc biệt các chi tiết máy yêu cầu độ chính xác và độ bóng cao thì việc xác lập một mô hình xác mối quan hệ giữa các thông số đầu ra của quá trình mài (nhám, sóng, năng suất, giá thành…) với các thông số đầu vào cho các điều kiện mài khác nhau có một ý nghĩa vô cùng quan trọng, nó giúp nhà công nghệ chọn được một chế độ cắt tối ưu, chọn cặp đá mài - vật liệu, chế độ sửa đá, … để từ đó nâng cao năng suất, chính xác và độ bóng bề mặt chi tiết mài Đồng thời nó là cơ sở để tiến

tới tối ưu hóa quá trình mài Đề tài tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài phăng trong điều kiện cụ thể

Học viên chọn đề tài luận văn cao học về vấn đề: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài phẳng” là cần thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn hiện nay ở Việt Nam

Phương pháp nghiên cứu

Để nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng Phương pháp nghiên cứu là lý thuyết kết hợp với thực nghiệm nhằm thích ứng được tính khoa học và thực tiễn của đề tài Trên cơ sở các mô hình lý thuyết đưa ra của một số tác giả trên thế giới và trong nước, tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng Từ các kết quả thực nghiệm đưa ra kết luận, đánh giá cho điều kiện mài cụ thể, từ đó có thể áp dụng vào thực tiễn

Kế thừa và phát triển kết quả nghiên cứu của một số tác giả trong và ngoai nước Cập nhật kiến thức mới, đặc biệt một số bài báo, sách trên mạng Internet

Ứng dụng của đề tài

Thành công bước đầu của đề tài sẽ được áp dụng rất phù hợp để định hình chọn chế độ cắt khi mài Nó giúp nhà công nghệ chọn chế độ cắt tối ưu, giảm sai

số và tăng độ bóng bề mặt chi tiết gia công

Dần làm sáng tỏ quá trình mài và tiến tới tối ưu hóa quá trình mài

Giới hạn nghiên cứu của đề tài luận văn

Mài là một nguyên công trong quy trình công nghệ chế tạo cơ khí phức tạp, có nhiều yếu tố gây ảnh hưởng đến chất lượng gia công, trong đó có độ nhám bề mặt và chưa được nghiên cứu đầy đủ, ví dụ như:

- Hình thái ban đầu trên bề mặt của chi tiết mài, …

Nội dung đề tài luận văn sẽ là cơ sở để tiến tới tối ưu hóa quá trình mài

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài Luận văn Cao học này chỉ giới hạn tập trung vào khảo sát ảnh hưởng của 3 yếu tố công nghệ chính là:

1) Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến nhám bề mặt t;

2) Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhám bề mặt vct;

3) Ảnh hưởng của lượng tiến đá đến nhám bề mặt sng

đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công ở dạng phẳng, với điều kiện biên khi coi ảnh hưởng của các yếu tố khác là hằng số

4) Như ta đã biết, để có một kết quả chính xác cao trong nghiên cứu thực nghiệm, cần thiết phải tiến hành ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố và mất nhiều thời gian, cần rất nhiều trang thiết bị Với thời gian hạn chế và khuôn khổ của một luận văn Thạc sĩ hạn hẹp nên có thể còn nhiều khiếm khuyết, học viên xin được các thầy góp ý kiến để hoàn thiện kết quả nghiên cứu của mình Đồng thời có được định hướng nghiên cứu phát triển luận văn ở mức cao hơn trong tương lai

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG 1.1 Đặc điểm cơ bản của quá trình mài

Mài là phương pháp gia công kim loại bằng cắt gọt, sử dụng dụng cụ cắt là

đá mài Quá trình mài thực chất là quá trình được thực hiện bởi vô số hạt mài rất cứng và chống mòn tốt, chúng được gắn cưỡng bức với nhau bởi chất kết dính cắt đi lớp lượng dư rất nhỏ trên bề mặt vật gia công Mỗi hạt mài (gồm nhiều lưỡi cắt có góc độ khác nhau) lấy đi lượng kim loại rất nhỏ khoảng vài micron Để tạo thành bề mặt gia công, mỗi quá trình mài có hàng nghìn hạt mài tham gia cắt gọt đồng thời và hàng triệu dao liên tiếp

Để thực hiện quá trình (hình 1.1) đá mài và chi tiết phải có các chuyển động cần thiết Khi mài phẳng, đá chuyển động quay tròn theo chiều mũi tên 2, chi tiết chuyển động tịnh tiến theo chiều mũi tên 4, các hạt mài 7 được gắn cưỡng bức lên bề mặt đá bởi chất kết dính 6 Giữa chất kết dính và các hạt mài là các khe hở 5 (gọi là các khoảng trống)

Hình 1.1 Sơ đồ mài phẳng [6]: 1)mặt đầu đá ; 2)chiều quay đá; 3)mặt trụ đá; 4)hướng dịch chuyển; 5) khoảng trống; 6) chất kết dính; 7)hạt mài

Mài là phương pháp gia công tinh phổ biến ở nguyên công cuối cùng của một quá trình công nghệ gia công bằng phương pháp mài có ưu điểm là có thể cắt được chiều sâu cắt rất nhỏ, với vận tốc cắt khá cao, điều chỉnh, gá đặt chi tiết đơn giản, không tốn nhiều thời gian và thay đổi chế độ cắt ngay trong quá trình gia

công Thường chiều sâu cắt từ 0,005÷0,09 mm độ bóng và độ chính xác rất cao (từ cấp 7÷9, nhám bề mặt từ 0,2÷3,2µm)

Rõ ràng là không có phương pháp gia công nào có thể so sánh được với mài về độ bóng và độ chính xác gia công Ví dụ, khi gia công các lát silíc trong công nghệ vi điện tử, khi đó người ta dùng các đĩa mài hoặc cưa cực mỏng (chỉ dầy khoảng 20µm) Ngoài ra mài còn được sử dụng để gia công thô, bạt mấu phôi trong các phân xưởng tạo phôi, cắt đứt, làm sạch các thỏi thép trong các xưởng đúc và trong các nhà máy thép với tốc độ khoảng 1600 cm3/ph, … nhờ có tốc độ cắt rất cao và có thể cắt đi lớp vỏ cứng của bề mặt phôi Tốc độ cao cũng

là một trong những đặc điểm nổi bật của mài, tốc độ mài thường từ 30÷50 m/s (từ 1800÷3000 v/p), với mài cao tốc vận tốc cắt khoảng 100 m/s hoặc cao hơn Vận tốc này lớn hơn từ 10÷60 lần so với vận tốc cắt khi tiện, thời gian mài diễn

ra rất nhanh (khoảng 10-4 ÷ 10-5 s) Nhờ có tốc độ cắt cao mà động năng của các hạt mài đủ lớn để không bị tách ra khỏi bề mặt đá mài trong quá trình tách phoi Tuy nhiên tốc độ cắt cao công với các góc mài không hợp lý (các hạt mài có hình dáng bất kỳ và có góc cắt không hợp lý: góc cắt lớn và góc trước âm) nên nhiệt cắt sinh ra trong quá trình mài rât lớn (1000 ÷ 15000c), làm biến dạng cấu trúc mạng tinh thể và biến đổi các tính chất cơ lý lớp vật liệu bề mặt Khi mài thường gây ra các khuyết tật như: Cháy mài, thoát các bon, nứt tế vi, ứng suất dư (ứng suất dư khi mài là ứng suất dư kéo) Giá thành mài cao điều đó cũng là các trở ngại làm hạn chế khả năng công nghệ của mài

Khi gia công các loại vật liệu có độ cứng cao và giòn, không thể hoặc rất khó gia công bằng các phương pháp khác Mài có thể dùng để gia công thép tôi hoặc thép đã hoá cứng như dụng cụ cắt, ổ bi, …

Mặc dù đóng vai trò rất quan trọng trong công nghiệp nhưng mài vẫn có nhiều hạn chế Mài tinh thường đắt hơn so với các phương pháp gia công khác tính theo thể tích vật liệu bị cắt đi, do đó chỉ được dùng trong các trường hợp cần thiết Dĩ nhiên chiều dầy gia công càng ngày càng giảm do sự phát triển của các phương pháp đúc và tạo phôi khác, mài trở nên càng kinh tế với tư cách là

phương pháp gia công trực tiếp đạt kích thước danh nghĩa mà không cần qua các phương pháp gia công khác như tiện, phay

Thời gian giữa 2 lần sửa đá được gọi là tuổi bền đá mài, tuổi bền đá mài là một thông số rất quan trọng, quyết định đến năng suất, chất lượng và giá thành mài Khi đá mài bị mòn không còn đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết ta phải sửa lại đá Sửa đá là việc hớt bỏ đi lớp hạt mài đẫ mất tính năng cắt gọt hoặc chúng không đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật (đặc biệt là độ sóng bề mặt) khi gia công để lộ ra lớp hạt mài mới có tính năng cắt gọt tốt hơn, đảm bảo các yêu cầu của chi tiết Dụng cụ sửa đá mài có thể là bút sửa kim cương, con lăn kim cương Trong khuôn khổ luận văn này không đề cập sâu đến vấn đề sửa đá Tóm lại, mài là một quá trình phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, các yếu tố lại có sự tác động tương hỗ lẫn nhau, điều đó được mô tả trong (hình 1.3) Trong các đại lượng của quá trình mài rất phức tạp, các yếu tố có thể ảnh hưởng tác động lẫn nhau hoặc tác động song song Trong tất cả các phương pháp gia công phổ biến, mài là phương pháp còn nhiều vấn đề phải nghiên cứu Do khi mài vô số các vị trí cùng được gia công, hình dạng hình học không giống nhau, tốc độ cắt cao và chiều sâu cắt nhỏ, các yếu tổ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt phức tạp, khó xác định và không ổn định theo thời gian, trong khi đó quy luật thay đổi và tác động qua lại của chúng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện gia công

và tình trạng cụ thể của máy

1.2 Đặc tính kỹ thuật của đá mài

1.2.1 Kết cấu và cấu trúc của đá mài

Kết cấu của đá mài gồm: các hạt mài (lưỡi cắt), chất kết dính (tạo độ bền cho đá) và khoảng trống (hay xốp) nhằm tạo ra độ xốp cần thiết và sự luân chuyển phoi cho đá)

Vật liệu hạt mài đóng vai trò của các lưỡi cắt, có nhiều loại với cơ tính và cấu trúc tế vi khác nhau (hình 1.3; 1.4; 1.5; 1.6)

Bề mặt đá mài sau khi được phủ được chỉ ra ở (hình 1.6), các hạt khi đó được giữ tốt nhất bởi các chất kết dính Chất kết dính sử dụng để liên kết các hạt mài và tạo ra độ bền của đá

Thông số đầu vào Các đại lượng xuất hiện

trong quá trình mài

Kết quả thu được (Ra)

3 Đặc tính phôi gia công

(cơ lý hóa tính vật liệu;

Hình 1.2 Sơ đồ quan hệ các đặc điểm của quá trình mài [6]

Khoảng trống (xốp) - khe hở giữa các hạt mài và chất kết dính có chức năng tạo ra độ xốp cho đá và tạo ra quá trình dịch chuyển phoi khi cắt

Đá mài có các đặc điểm riêng biệt rất khác nhau tuỳ theo sự kết hợp của 3 yếu tố: hạt mài, chất kết dính, khoảng trống (xốp) và được xác định theo 6 thông số như : 1)- Loại vật liệu hạt mài; 2)- Kích thước hạt mài; 3)- Độ cứng của hạt mài; 4)- Cấu trúc của hạt mài; 5)- Chất dính kết; 6) - Các yếu tố khác (hình 1.12) [6]

Nhiệt cắt

Trạng thái mòn

Rung động Lực tạo phôi

Việc chọn đá mài phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố chẳng hạn như loại vật liệu gia công, cơ tính của từng loại vật liệu (hình 1.3 a, b)

a)

b)

Hình 1.3 Hình dạng tế vi của một số loại vật liệu hạt mài [2]

Hình 1.4 Hình dạng hạt mài kim cương với tỷ lệ chất phủ Nikel khác nhau [2]

Hình 1.5 Hình dạng tế vi của hạt mài Si3N4 phủ niken [2]

Hình 1.6 Khả năng giữ hạt mài tốt hơn của hạt mài Si3N4 được phủ niken (b)

so với hạt mài không được phủ (a) [2]

Hình 1.7 Sự biến đổi các cạnh cắt của hạt mài Si3N4, số lượng các lưỡi cắt

lớn của Si3N4 làm giảm lực cắt [2]

Hình 1.8 Các hạt mài cácbít vônphram được phủ bạc [2]

Hình 1.9 Độ cứng tế vi và mô đun đàn hồi của một số loại vật liệu [2]

1.2.2 Đặc tính của đá mài

Có nhiều loại đá mài khác nhau được phân loại bằng các ký tự lấy theo quy ước tùy theo tiêu chuẩn riêng của mỗi nước (đặc trưng cho thành phần vật liệu,

độ hạt, độ cứng, độ xốp), dựa trên các đặc tính kỹ thuật của đá Ví dụ như đối với

đá mài có chứa ôxít nhôm và các-bít silic cho trên (hình 1.10) Chỉ số cấu trúc được tính theo công thức kinh nghiệm [2]:

Vg (%) = 2.(32 – S) (1.1) trong đó: Vg – Tỷ lệ % theo thể tích; S – Chỉ số cấu trúc

Vật liệu dính kết đối với hầu hết đá mài đều thường dùng chất dính kết thuỷ tinh, kim loại hoặc nhựa tổng hợp, ví dụ như: “V - Virrified” cho biết đá mài đó dùng chất dính kết thuỷ tinh, chất dính kết cáo su (rất phổ biến trước kia) được biểu thị bằng chữ R - Rubber, B - Bakelite, M - Metal, E - đối với nhựa Shellac… Hai loại vật liệu là silicát - S, và ôxiclorua - O

Hình 1.10 Ký hiệu đá mài cho đá mài ô xít nhôm và cácbít silíc [2]

1.2.3 Vật liệu hạt mài

Vật liệu hạt mài được chế tạo từ những quặng như ôxít nhôm (Al203), kim cương nhân tạo và các vật liệu siêu cứng như các bít silíc, các bít bo được thiêu kết trong lò điện ở nhiệt độ cao rồi nghiền mịn thành hạt mài, bột mài, phấn mài

có kích thước hạt khác nhau và nhỏ đến nức 1÷2 µm để gia công các chi tiết có

độ chính xác cao

- Ôxít nhôm thông thường: có khoảng 89 ÷ 95% Al203 có mầu nâu xám đến hung đỏ,dùng để mài các vật liệu dẻo và bền như thép đã qua tôi, thép đúc, thép cán, trừ thép gió đã tôi

- Ôxít nhôm trắng: có khoảng 96 ÷ 99% Al203 có mầu hồng đến trắng, cứng và giòn hơn loại thường Tính cắt gọt tốt hơn dùng khi yêu cầu gia công đạt

độ nhẵn cao, hệ số sinh nhiệt thấp, gia công thép gió, thép dụng cụ

- Silicon Carbide: thích hợp cho các vật liệu mài có độ bền kéo thấp

(nhôm, đồng thau, đồng thanh) và các vật liệu có tỉ trọng cao như carbide thiêu kêt, đá và sứ, dùng cho gia công gang và hầu hết các kim loại màu có độ cứng cao, gốm kim loại và phi kim loại

- Silíc Z r -Al: chứa khoảng 40% Zr, có ít tạp chất, có độ cứng và độ bền cao, chịu va đập tốt, tuổi tho cao, đặc biệt có khả năng duy trì cạnh sắc và khả năng cắt gọt ở nhiệt độ và áp suất cao, khả năng bóc vật liệu tốt dùng để gia công hợp kim cứng và các vật liệu siêu cứng

- Boron cacbit: Có độ cứng cao hơn Silicon Carbide và gần bằng kim

cương, tuy nhiên không thích hợp để làm đá mài mà chỉ dùng làm bột mài thay thế tương đối rẻ cho kim cương

- El-Bo (nitơrit bo lập phương): hạt mài tổng hợp có độ cứng nằm giữa

silicon carbide và kim cương tinh thể, thường được gọi là barazon CBN, có khả năng mài thép dễ dàng, chính xác và tốt hơn kim cương trong nhiều ứng dụng El-Bo có độ cứng gần gấp đôi ôxít nhôm và có thể chịu được nhiệt độ mài đến

13710c trước khi vỡ vụn El-Bo dùng để cắt nguội và chịu được hoá chất với tất

cả các muối vô cơ và hợp chất hữu cơ Do độ cứng rất cao nên đá mài làm từ vật

liệu El-Bo có khả năng duy trì các dung sai nhỏ, ít chỉnh sửa đá và lấy đi lượng vật liệu đều đặn qua bề mặt chi tiết lớn mà không cần bù lại lượng mòn

- Kim cương nhân tạo; độ cứng cao hơn các loại vật liệu khác rất nhiều,

tính năng cắt gọt tốt, độ dẫn điện gấp 9 lần so với các bít silic Cacbua Khi mài bằng đá mài kim cương, nhiệt độ mài thấp, chất lượng bề mặt tốt Các đá mài kim cương có thể được tráng phủ một lớp mỏng niken hoặc đồng để tăng khả năng liên kết và tăng tuổi thọ sử dụng

- Ôxít nhôm sứ

1.2.4 Chất kết dính đá mài

Các hạt mài được liên kết với nhau nhờ chất kết dính để tạo ra độ xốp và

độ bền cho đá mài bằng các vật liệu như: thuỷ tinh hoá; nhựa dẻo; cao su; silicát; chất kết dính shellac

1.3 Khái quát về phương pháp mài phẳng

Mài phẳng được thực hiện theo hai phương pháp: 1) Bằng mặt đầu đá , sơ

đồ nguyên lý cho trên (hình 1.11) (năng suất bóc phoi lớn, vì số lượng hạt mài tham gia cắt đồng thời lớn, nhiệt cắt lớn, dễ gây ra các vết cháy, nứt tế vi và biến dạng nhiệt trên vật mài); 2) Bằng đá mài hình trụ (diện tích tiếp xúc giữa đá và phôi nhỏ, số lượng hạt mài tham gia cắt gọt đồng thời trong quá trình cắt gọt nhỏ, nhiệt trên bề mặt tiếp xúc giữa đá và phôi nhỏ, do đó độ chính xác gia công cao hơn phương pháp mài bằng mặt đầu của đá)

Trong trường hợp thứ 2: vận tốc đá mài thường từ 20 ÷ 40 m/s trên các máy mài thông thường và có thể lên tới 200m/s trên các máy mài cao tốc Chi tiết gia công được gá trên bàn gá hoặc bàn từ và chuyển động tịnh tiến khứ hồi trong quá trình mài để gia công hết chiều dài chi tiết gia công Vận tốc chuyển động của chi tiết khoảng từ 3 ÷ 45 m/ph

Trong quá trình gia công, vận tốc dịch chuyển ụ đá có thể thay đổi vô cấp

từ 2 ÷ 40 mm/HTK tuỳ theo loại máy, cần sử dụng dung dịch tưới nguội cấp liên tục vào vùng cắt để làm nguội chi tiết, đẩy phoi và các phế thải ra ngoài, tạo điều kiện cho quá trình mài được dễ dàng, giảm ứng suất dư kéo, biến dạng nhiệt, các vết nứt tế vi cũng như các vết xước do các phế thải chà sát vào bề mặt gia công

Phương pháp ăn dao nhiều lần (áp dụng với các chi tiết mài có chiều sâu cắt nhỏ): chiều sâu cắt cho mỗi lần chạy dao nhỏ nhưng lượng chạy dao ngang lớn, nó cho phép giảm tối đa các ảnh hưởng của nhiệt cắt, do đó thường sử dụng cho gia công tinh cũng như các chi tiết mỏng

Sơ đồ nguyên lý mài phẳng bằng đá mài hình trụ có thể tiến hành theo hai cách:

Hình 1.11 Mài phẳng bằng mặt đầu đá

Hình 1.12 Mài với chiều sâu cắt lớn

Mài với chiều sâu lớn (hình 1.12): toàn bộ chiều sâu cắt được bóc đi một lần, hai lần chạy dao thẳng đứng Các hạt mài nằm ở phía cạnh đá chịu tải trọng lớn, do đó chúng bị mòn và bong tróc nhiều hơn, đá bị tang trống và giảm độ chính xác gia công nên sử dụng gia công thô các chi tiết từ gang đúc và thép chưa nhiệt luyện, khi yêu cầu tốc độ bóc phoi lớn

Mài dọc trục phức tạp hơn so với mài ăn sâu vì chiều sâu cắt của đá mài phụ thuộc vào lượng ăn dao hướng kính d mà còn phụ thuộc vào góc nghiêng của

bề mặt cắt trên mặt đá mài (hình 1.13) mô tả một đá mài với góc ngiêng của bề mặt cắt Lượng tiến dao chiều trục b và chiều sâu cắt là d Đương nhiên chiều sâu cắt của đá mài (de) và chiều rộng cắt (be) là:

de = b sin α ; be = d cos α (1.2)

be de = b d (1.3)

Hình 1.13 Mài ăn dao chiều trục cho một lần tiến (b) với chiều sâu cắt d

Trên thực tế, còn phức tạp hơn nhiều ở các điểm A và điểm B Vấn đề phức tạp này của mài hướng dọc đã được nghiên cứu Khi còn trêm (hình 1.13) (bề mặt cuối cùng không có đánh lửa, mài với giảm dần của d) Các đặc trưng gồm be/ b là khoảng 4 và chiều rộng đá mài thực tế cho một lần ăn dao là vào khoảng 8 lần ăn dao chiều Cho đá mài ăn dao ngang vào khoảng 16 lần ăn dao chiều trục sẽ tạo được sản phẩm tốt Khi chiều rộng của phần phẳng f nhỏ hơn 2 hoặc 3 lần ăn dao ngang b, thì độ nhám của bề mặt sẽ cao và như vậy đá mài ít phải sửa đá

Năng lượng mài đặc trưng phụ thuộc vào chiêu sâu phoi trung bình (t) và

nó lại phụ thuộc vào chiều sâu cắt de nhưng lại độc lập với be Để năng lượng mài đặc trưng nhỏ, de cần phải lớn, nghĩa là b phải lớn và điều đó dẫn đến phải chọn

α lớn Khi nhám bề mặt cao thì chiều sâu cắt phải nhỏ, điều này dẫn đến b có giá trị nhỏ và đá mài phải có giá trị α nhỏ

Ăn dao dọc cho độ bóng bề mặt tốt, phoi nhỏ và năng lượng mài đặc trưng nhỏ Đó chính là điều rất quan trọng cho nguyên công mài tinh

1.4 Cơ sở lý thuyết về hình học và động thái quá trình mài

Nội dung của đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đền độ hiểu rõ bản chất của nhám bề mặt, cấu trúc, cơ chế hình thành của nó Nguyên lý cơ bản cho trên (hình 1.14)

Hình 1.14 Hình dạng lớp cắt của hạt mài [6]

1.4.1 Khái niệm về chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi

Trên hình 1.15 mô tả hình học khi mài phẳng, đá mài có đường kính dsquay với vận tốc Vs (vận tốc tiếp tuyến tại đường kính đá) cắt với chiều sâu cắt a, chuyển động tịnh tiến với vận tốc Vw Mài phẳng chiều sâu cắt cỡ 10 ÷ 15 µm Vận tốc khi mài là 30 m/s, tuy nhiên trong một số trường hợp vận tốc mài tới 120 m/s, vận tốc chi tiết nhỏ hơn vận tốc đá mài rất nhiều, tỷ số Vs/Vw nằm trong khoảng 100 ÷ 120 khi mài phẳng [6]

Chiều dài cung tiếp xúc lc trên hình 1.18 là chiều dài từ a đến c Bỏ qua biến dạng của đá mài và phôi, chiều dài cung tiếp xúc được tính như sau:

− (1.6) Kết hợp biểu thức trên ta có: lc = (ads)1/2 (1.7)

Từ biểu thức ta thấy chiều dài cung tiếp xúc bằng chiều dài dây cung AB khi

bỏ qua dịch chuyển và biến dạng, lc gọi là chiều dài tiếp xúc tĩnh

Hình 1.15 Các kích thước lớp cắt khi mài phẳng

Hình 1.16 Biến đổi của chiều dài tiếp xúc đá mài vật mài λmax, λa và λ = (a.ds)0,5 với chiều sâu cắt t Các điều kiện mài đặc trưng: đá mài A46M, đường khí đá 398 mm, tốc độ đá 22 ms -1; tốc độ vật mài 10 m.min-1 [6]

Chiều dài tiếp xúc lc nằm trong khoảng 0,1 ÷ 10 mm tuỳ theo điều kiện mài Do biến dạng dẻo và biến dạng nhiệt vì vậy chiều dài tiếp xúc có xu hướng giãn ra và lớn hơn so với tính toán lý thuyết như trên (hình 1.16)

1.4.2 Đường cắt

Trên (hình 1.15) vận tốc cắt vs hướng ngược chiều với vận tốc phôi vw tại vùng cắt (mài thuận), khi đó chiều sâu cắt thực tế rất nhỏ, vận tốc đá lớn hơn vận tốc phôi rất nhiều Lượng ăn dao bằng tích của vận tốc phôi vw và thời gian giữa các lớp cắt kế tiếp nhau (L/vs):

Đường này là một đường parabol Chiều quỹ đạo cắt lk bắt đầu tại F’ và kết thúc tại A’ khi tâm đá mài dịch chuyển từ O đến O’ Bán kính cong của đường cắt parabol tại gốc (θ’= θ) bằng D/2, và tăng một lượng không đáng kể θ’= θ Đối với mài thuận bán kính cong lớn hơn bán kính đá mài với mài nghịch bán kính cong nhỏ hơn bán kính đá mài

Hình 1.17 Sơ đồ biểu diễn vận tốc hướng kính vr và tiếp tuyến vθ của đá mài

1.4.3 Chiều dày cắt lớn nhất

Chiều dày cắt lớn nhất của một hạt mài được biểu thị bởi tham số hm (hình 1.18) Đối với đá mài lý tưởng có các hạt mài phân bố với khoảng cách đều, có thể tìm được biểu thức tính hm khi đường cắt là đường xiclôit

Nếu coi đường cắt là một cung tròn, có nghĩa là ta giải thiết chuyển động của phôi là gián đoạn, tại mỗi lần cắt phôi đứng yên rồi sau đó dịch một đoạn OO’ trước khi hạt mài tiếp theo bắt đầu cắt Đối với mài phẳng (hình 1.18.a) chiều dày phoi lớn nhất hm tương ứng với chiều dài AC:

Từ tam giác OO’A, trong đó OA bằng bán kính đá mài và OO’ = s, độ dài O’A có thể tính như sau:

O’A =

2 2

2

cos 1

Kết hợp với biểu thức (1.11) ta được:

O’A =

2 2 2 2 2

4 1

8 1

s s

s

d

s d

a d

a d

s d

(1.13)

Trong công thức trên biểu thức thứ 2 ở trong ngoặc đơn nhỏ hơn 1 rất nhiều, do đó ta có thể đơn và kết hợp với biểu thức (1.9) ta có công thức tính chiều dày phoi danh nghĩa như sau:

hm =

s s

s

d

s d

a d

2 2

1 2

s

2 2

lk = ( )

s e

c

d

s ad

l

2 2

4

3 2

Với l lớn hơn, ta cũng có kết quả hm như vậy, nhưng khi đó lk sẽ tăng đến mức các lớp cắt không còn giao nhau nữa Điều này được chỉ rõ trên (hình 1.18.b), khi đó chiều dài lk sẽ là:

lk ≈ 2lc = 2(ade)1/2 (1.17)

Độ lớn của hm trong biểu thức (1.41) nói chung là nhỏ hơn chiều sâu cắt a Trong trường hợp này hm << lc sao cho hình phôi lý thuyết AF’A’ trên (hình 1.21) gần giống với một tam giác Khi hm < a/3, ta có thể bỏ qua vế sau của biểu thức (1.14) và (1.15) với sai số nhỏ hơn 10%, ta có:

2 ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞

s s

w

d

a v

Chiều dày lớp trung bình b−c , phụ thuộc vào chiều dày lớn nhất của phoi

lý thuyết và hình dạng mặt cắt ngang vuông góc với đường cắt của nó Để đơn giản, ta coi mặt cắt ngang là hình tam giác như trên (hình 1.22.a) với giả thiết

chiều dày b−c tỷ lệ với chiều dày phoi trung bình ha:

w

d

a v

v

Hình 1.19 Hình dạng lớp cắt: a)- Dạng hình chữ nhật, b)- Dạng tam giác

1.4.4 Chiều dày và thể tích lớp cắt kim loại

Một cách khác để tính chiều dày lớp cắt lý thuyết là dựa vào thể tích phoi với thể tích vật liệu cắt:

trong đó: Cbvs là thể tích phoi cắt ra trong một đơn vị thời gian ứng với chiều sâu cắt b, vs là thể tích phoi và avwb là năng lượng ăn dao thể tích Với hình học của phoi như trên (hình 1.22 a) với hm << lc thì thể tích của phoi bằng tích của diện tích mặt cắt ngang trung bình (habc) với chiều dài lc:

Vc = habclc (1.28) Kết hợp các công thức trên, với hs bằng 1/2hm, ta có:

hm =

2 2

w

d

a v

v

Hình 1.20 Chiều dày phoi tương đương te khi mài phẳng

Phân tích thể tích lớp cắt ở trên có thể áp dụng được vào các hình dạng phoi được lý tưởng khác Giả sử mặt cắt phoi là hình tam giác (hình 1.19.b) Khi đó r

là tỷ số giữa bề rộng phoi với chiều dày cắt: Khi hm<< lc ta có thể xấp xỉ thể tích của phoi bằng 1/3 lần thể tích của diện tích mặt cắt ngang lớn nhất (r hm2/2) với chiều dài lc :

Vc = (r hm2/2)/6 (1.30)

Áp dụng công thức này đối với biểu thức phoi trong (1-29) và thay lc từ

biểu thức (1.6) ta có: hm =

2 2

w

d

a v

v

Ta thấy công thức này cũng có dạng tương tự nhưng hơi lớn hơn một chút so với biểu thức (1.26) Do đó biểu thức (1.31) cũng có thể được áp dụng đối với phoi có mặt cắt ngang hình tam giác, từ biểu thức (1.28) và (1.29) ta thấy rằng chiều dày phoi lớn nhất gấp 3 lần giá trị trung bình (hm = 3 ha)

Sự phân bố không đồng đều giữa các điểm cắt trên bề mặt đá mài dẫn tới

sự biến đổi về kích thước của phoi Từ biểu thức (1.29) ta thấy rằng khi tăng (vw/vs)(a/de)2 sẽ làm tăng giá trị δn, do đó cho phép các điểm cắt sâu hơn phía dưới các hạt mài ngoài cùng tham gia cắt

Hình 1.21 Ảnh hưởng của hình học đá không đều đến

chiều dày cắt khi mài phẳng

1.5 Ứng suất dư khi mài phẳng

Ứng suất dư ảnh hưởng lớn đến tính chất sử dụng của chi tiết máy, xuất hiện trong quá trình mài và tồn tại trên chi tiết sau gia công do những nguyên nhân chính như: Biến dạng dẻo lớp bề mặt; Biến dạng dẻo không đồng nhất, liên quan đến kéo chảy sợi kim loại lớp bề mặt và phát sinh trong lớp này ứng suất dư nên có ảnh hưởng theo chiều cắt gọt; Cháy lớp mỏng trên bề mặt kèm theo xuất hiện ứng suất dư kéo; Biến đổi pha các lớp kim loại dẫn đến chúng có cấu trúc khác nhau, các lớp này có thể tích khác nhau do đó tạo ra các lớp đó ứng suất dư

có dấu và đại lượng khác nhau

Ứng suất dư gồm 3 loại (hình 1.22): 1) Ứng suất loại III lớn nhất, lan toả hoặc toàn bộ thể tích chi tiết gia công, hay một phần lớn trên chi tiết gia công; 2) Ứng suất loại I chi ở lớp bề mặt chi tiết rất mỏng; Ứng suất loại II có chiều dày khá lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của chi tiết máy

Hình 1.22: Sự thay đổi ứng suất dư theo chiều sâu mài [2]

Kinh nghiệm thực tiễn cho thấy khi mài Gang trên lớp bề mặt đôi khi xuất hiện lớp ứng suất dư tới 800 ÷1000 MPa, tuỳ thuộc vào chế độ cắt

Chiều sâu của lớp ứng suất mỗi bên trong bề mặt khoảng 0,02 ÷ 0,04mm Chiều dày của lớp ứng suất từ 0,005 ÷ 0,01mm Khi khử ứng suất dư trên lớp bề mặt đã làm tăng bền chi tiết gia công và nâng cao khả năng chịu mòn ngay cả khi ứng suất có bất kỳ dấu nào

Ứng suất hình thành trong quá trình hóa bền (được gọi là công nghệ tăng bền, chọn chế độ cắt khi mài phù hợp) để tạo ra lớp bề mặt có ứng suất dư nén làm tăng tuổi thọ tối đa

1.6 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Qua nghiên cứu tổng quan về công nghệ mài phẳng học viên nhận thấy cần giới hạn phạm vi nghiên cứu của mình trong công trình này ở những nội dung chính như sau:

1) - Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi mài phẳng

2) - Nghiên cứu mô hình xác định độ nhám của một số công trình đã đăng tải trong và ngoài nước để lựa chọn mô hình thí nghiệm cho đề tài luận văn 3) – Xác định các thông số ảnh hưởng của các chế độ (chiều sâu cắt t, vận tốc cắt vct, lượng tiến đá ngang sng đến nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng) để tiến hành thí nghiệm

4) – Xử lý kết quả thực nghiệm để xác lập mối quan hệ giữa nhám bề mặt với chế độ cắt, làm cơ sở khoa học cho việc áp dụng các kết quả vào thực tiễn

Kết luận Chương 1

Để nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng Phương pháp nghiên cứu là lý thuyết kết hợp với thực nghiệm nhằm thích ứng được tính khoa học và thực tiễn của đề tài Từ các kết quả thực nghiệm đưa

ra kết luận, đánh giá cho điều kiện mài cụ thể, từ đó có thể áp dụng vào thực tiễn

Thành công bước đầu của đề tài sẽ được áp dụng rất có hiệu quả để định hình chọn chế độ cắt khi mài Nó giúp nhà công nghệ chọn chế độ cắt tối ưu, giảm sai số và tăng độ bóng bề mặt chi tiết gia công

Dần làm sáng tỏ quá trình mài và tiến tới tối ưu hóa quá trình mài

Mài là một yếu tố phức tạp và chưa được nghiên cứu đầy đủ Độ nhám bề mặt cũng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố trong quá trình gia công như:

- Nhám và sóng ban đầu trên bề mặt của chi tiết mài, …

Để có một kết quả chính xác cao phải tiến hành ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố và mất nhiều thời gian, cần rất nhiều trang thiết bị Với thời gian thực hiện ngắn nên đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố quyết định đến nhám

bề mặt mài là chế độ cắt (v,s,t) khi coi ảnh hưởng của các yếu tố khác là hằng số

Vì vậy đề tài sẽ khó có một kết quả đầy đủ, ý nghĩa thực tiễn sẽ bị hạn chế Nhưng trong tương lai được tiến hành phát triển khi tiến hành nghiên cứu đầy đủ các yếu tố sẽ có được các kết quả tốt và được ứng dụng rất rộng rãi, nâng cao hiệu quả phương pháp mài phẳng Nội dung đề tài sẽ là cơ sở để tiến tới tối ưu hóa quá trình mài

Chương 2

NGHIÊN CỨU ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI PHẲNG VÀ

XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 2.1 Các thông số đặc trưng cho chất lượng của quá trình mài

Để đánh gía chất lượng quá trình mài phẳng,người ta sử dụng nhiều chỉ tiêu khác nhau như năng suất bóc kim loại sau một đơn vị thời gian Độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công và nhiều chỉ tiêu khác nữa Khi mài thô, chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng của quá trình mài là năng suất bóc kim loại trong một đơn vị thời gian Khi mài tinh, ngoài việc đảm bảo năng suất gia công, còn phải đảm bảo độ chính xác hình học, kích thước cũng như chất lượng

bề mặt mài Để đánh giá chất lượng quá trình mài tinh, người ta thường sử dụng các chỉ tiêu đặc trưng cho độ chính xác và chất lượng bề mặt vật mài Sau đây ta xét một số chir tiêu cơ bản đặc trưng cho độ chính xác và chất lượng bề mặt vật mài khi mài phẳng

2.1.1 Độ chính xác khi mài

Độ chính xác khi mài được hiểu là mức độ phù hợp của chi tiết gia công với chi tiết thiết kế Khi mài phẳng, độ không song song và độ không phẳng là hai chỉ tiêu quan trọng nhất, đặc trưng cho độ chính xác của quá trình mài phẳng Các yếu tố trên có thể chia thành hai nhóm chính như sau:

* Nhóm các nguyên nhân do trang thiết bị gây nên:

- Độ không song song và độ không phẳng của bàn gá so với phương chuyển động của bàn máy

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

- Độ không êm của các dịch chuyển nhỏ

* Nhóm các yếu tố phụ thuộc vào điều kiện mài: nhóm này chỉ xuất hiện trong quá trình gia công và bao gồm:

- Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt Nhiệt cắt sẽ gây ra các biến dạng làm sai lệch vị trí không gian ban đầu của các cụm chi tiết và chi tiết trên máy

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

- Ảnh hưởng của các sai số do nhân công trước để lại

- Hiện tượng phoi bám lên bề mặt hạt mài, …

Ngoài các sai số vừa nêu trên, độ chính xác khi mài 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, …

2.1.2 Chất lượng bề mặt vật mài khi mài phẳng

Chất lượng bề mặt vật mài được đánh giá bằng hai nhóm chỉ tiêu cơ bản sau:

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

- 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, Nội dung đề tài nghiên cứu thông số rất quan trọng đến chất lượng bề mặt vật mài là nhám bề mặt

2.2 Động học hình thành nhám bề mặt khi mài phẳng

Nhám bề mặt là tập hợp các nhấp nhô bề mặt chi tiết sau khi gia công Khi mài nhám bề mặt từ 0,2 ÷ 0,3µm chiều dài chẩn để xác định nhám là 0.8mm, nhám dọc bề mặt thường lớn hơn hướng ngang

Nhám bề mặt khi được mài hình thành tương tự các quá trình gia công bằng cắt gọt, động học quá trình hình thành nhám bề mặt lý tưởng khi mài phẳng bằng trụ đá (hình 2.1) tương tự quá trình hình thành nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng bằng dao phay trụ Song quá trình mài có những đặc điểm riêng như quá trình cắt khi mài diễn ra ở mức độ tế vi của các hạt mài có hình dạng và kích thước không giống nhau (có thể coi là các lưỡi cắt rất nhỏ) vì vậy có thể coi nó gần giống với quá trình cào xước của các hạt mài lên bề mặt chi tiết gia công Bề

mặt chi tiết hình thành là kết quả của vô số các vết cắt bởi vô số các hạt mài rất nhỏ đi qua bề mặt chi tiết mài (hình 2.2)

Hình 2.1 Biên dạng bề mặt dọc lý tưởng khi mài

Nhám bề mặt chi tiết khi mài rất nhỏ do mỗi tiết diện bề mặt chi tiết mài là

sự chồng chất của rất nhiều các vết cắt bởi các hạt mài Trong trường hợp này trên bề mặt đá mài xuất hiện các rãnh mài

Hình 2.2 Biên dạng nhám lý tưởng qua hướng mài được tạo bởi các biên

dạng cắt liên tiếp của đá mài

Nhám bề mặt khi mài như hình 2.1 và hình 2.2 nhỏ hơn nhánh thực rất nhiều Sự khác nhau là do các yếu tố của quá trình cắt như:

- Sự chảy dẻo của vật liệu lan sang các điểm nhấp nhô tế vi

- Rung động của hệ thống khi gia công

- Ma sát ở bề mặt sau dao với bề mặt gia công

- Nhiệt cắt

- Sự không cắt hết của quá trình mài

- Tính chất cơ lý của vật liệu gia công

- Độ căng cưa tế vi của lưỡi cắt

- Ngoài ra, khi gia công vật liệu dẻo nếu cắt ở vùng tốc độ có suất hiện lẹo dao thì nhấp nhô bề mặt sẽ tăng lên do sự xuất hiện và biến mất của lẹo dao

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt khi mài phẳng

Độ nhám bề mặt được hình thành từ rất nhiều các vết cắt, vì vậy nó mang tính ngẫu nhiên, chúng phụ thuộc vào sự phân bố của các hạt mài trên đá mài, vào quá trình động học và mức độ biến dạng dẻo khi cắt, …Theo một số tác giả

độ nhám bề mặt phụ thuộc vào các yếu tố như: đặc tính vật liệu đá mài; chế độ cắt; vật liệu và điều kiện gia công; chế độ và kết cấu của đầu sửa đá (nếu độ sửa

đá phù hợp, có thể nâng độ bóng lên cao hơn 1 đến 2 cấp ở cùng điều kiện gia công [8]) trạng thái và rung động của máy mài (rung động là nguyên nhân chính làm cho đá mòn không đều, khả năng cắt tại các điểm khác nhau không giống nhau, điều này cũng gây ra hiện tượng giảm độ bóng [3]); quá trình mài có tưới nguội đảm bảo độ nhám chi tiết gia công tốt hơn so với khi mài không tưới nguội Quy luật chung là độ nhám bề mặt chi tiết gia công thường tăng dần theo tuổi bền

2.3.1 Ảnh hưởng của đăc tính đá mài

a) Ảnh hưởng của hình học hạt mài

Hình dáng hình học hạt mài chủ yếu phụ thuộc vào loại vật liệu hạt mài,

(xem hình 1.5;1.6;1.7;1.8), đặc trưng bởi tổ chức tế vi của một số loại vật liệu hạt mài, khi các hạt mài có nhiều cạnh cắt thì khả năng cắt càng tốt, khi đá mòn sẽ tạo ra nhiều lưỡi cắt mới Trên hình 2.3 thể hiện sự ảnh hưởng của một số yếu tố của hình học hạt mài đến nhám bề mặt Khi góc nghiêng chính của lưỡi cắt nhám

bề mặt chi tiết tăng Khi tăng góc trước và góc sau của lưỡi cắt thì nhám bề mặt giảm Tuy nhiên khi mài việc xác định góc độ củ haj mài là không thể và nó hoàn toàn phụ thuộc vào loại hạt mài, độ lớn của hạt [2]