Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi mài đến chất lượng bề mặt chi tiết mài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ HUY NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI MÀI ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÀI Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG HOÀNH SƠN Hà Nội – Năm 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác, trừ phần tham khảo ghi rõ luận văn Tác giả Lê Huy MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài .5 Đối tượng, mục đích, nội dung phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2 Mục đích nghiên cứu 2.3 Nội dung nghiên cứu 2.4 Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn .7 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG .8 1.1 Tổng quan trình mài 1.1.1 Tầm quan trọng vị trí phương pháp mài 1.1.2 Nghiên cứu trình mài .8 1.1.3 Tình hình nghiên cứu công nghệ mài nước giới 12 1.2 Các đặc trưng trình mài 14 1.2.1 Khả công nghệ mài 14 1.2.2 Các phương pháp mài 14 1.2.3 Bản chất trình mài phẳng 17 1.3 Kết luận 20 Chương 2: MÀI PHẲNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP MÀI PHẲNG 21 2.1 Bản chất trình mài phẳng .21 2.1.1 Mài phẳng đá mài mặt đầu .21 2.1.2 Mài phẳng đá mài hình trụ .21 2.2 Các đặc điểm đặc trưng trình mài 23 2.3 Đá mài thông số đặc trưng 26 2.3.1 Vật liệu hạt mài 26 2.3.2 Độ hạt hình dáng hình học hạt mài 27 2.3.3 Độ cứng đá 28 2.3.4 Cấu trúc đá 28 2.3.5 Chất dính kết .29 2.4 Phương pháp biểu diễn đá mài 30 2.5 Chế độ cắt mài phẳng 31 2.5.1 Vận tốc quay đá mài 31 2.5.2 Chiều sâu mài (lượng chạy dao hướng kính) 31 2.5.3 Lượng chạy dao dọc Sd .32 2.6 Quá trình hình thành độ nhám bề mặt .32 2.7 Các thông số đặc trưng cho chất lượng trình mài phẳng 33 2.7.1 Độ xác mài 33 2.7.2 Chất lượng chi tiết gia công mài phẳng 33 2.8 Cơ chế mài lực mài .33 2.8.1 Phoi mài 33 2.8.2 lượng mài riêng, công lực mài 34 2.8.3 Cơ chế mài đá truyền thống 35 2.8.4 Năng lượng tạo phoi cày xước .38 2.9 Cấu trúc hình học bề mặt mài 44 2.9.1 Chiều dài hình học cung tiếp xúc đá chi tiết 44 2.9.2 Đường cắt 45 2.9.3 Chiều dày cắt lớn (chiều dài phoi không biến dạng) 49 2.10 Kết luận 51 Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ THỰC NGHIỆM 53 3.1 Lựa chọn thông số đầu vào 53 3.2 Chỉ tiêu chất lượng bề mặt gia công 54 3.3 Mô hình thí nghiệm thông số thực nghiệm 54 3.3.1 Mô hình thí nghiệm 54 3.3.2 Các thông số thực nghiệm .55 3.4 Trang thiết bị thí nghiệm 56 3.4.1 Mẫu thí nghiệm 56 3.4.2 Đá mài .56 3.4.3 Máy mài phẳng 57 3.4.4 Máy đo độ cứng 58 3.4.5 Máy đo độ nhám 59 3.4.6 Một số dụng cụ khác dùng trình thí nghiệm .60 3.5 Trình tự thí nghiệm 60 3.5.1 Thí nghiệm ảnh hưởng chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết 60 3.5.2 Thí nghiệm ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt 61 3.5.3 Thí nghiệm ảnh hưởng thời gian mài đến mòn đá .61 3.6 Kết thí nghiệm 61 3.6.1 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết 61 3.6.2 Ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt 62 3.6.3 Ảnh hưởng thời gian mài đến mòn đá 63 3.7 Kết luận 64 Chương 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN Ra, Rz 65 4.1 Ảnh hưởng chiều sâu cắt 65 4.2 Ảnh hưởng vận tốc chi tiết 68 4.3 Khả cắt gọt đá mài 71 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 73 5.1 Kết luận chung 73 5.2 Hướng nghiên cứu 73 LỜI CẢM ƠN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sự đời loại máy móc, thiết bị đại, có chất lượng cao (đạt độ xác, độ tin cậy độ bền cao…) đòi hỏi cần phải có chi tiết máy có độ xác, chất lượng bề mặt độ bền cao Điều này, dẫn tới cần phải có phương pháp gia công đạt yêu cầu Phương pháp mài có vị trí quan trọng trình gia công khí đại nhờ khả vượt trội so với phương pháp cắt gọt khác gia công vật liệu có độ bền học độ cứng cao cho độ xác chất lượng bề mặt vượt trội Gần có nhiều nghiên cứu phương pháp tiện cứng phay cứng để gia công tinh vật liệu khó gia công qua Tuy nhiên, xét hiệu kinh tế - kỹ thuật, gia công chi tiết yêu cầu độ xác chất lượng bề mặt cao chưa có phương pháp thay cho phương pháp mài Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công mài Do phương pháp mài thường chọn nguyên công gia công tinh lần cuối nên chất lượng bề mặt chi tiết mài ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền chi tiết máy Các loại vật liệu hạt mài thông thường gồm oxide nhôm, silicon carbide, carbide boron… Hiệu kinh tế - kỹ thuật mài đá mài sử dụng loại vật liệu hạt mài thời gian gần đạt chất lượng tốt, điển hình đá mài Hải Dương Bên cạnh tầm quan trọng đá mài trình mài ảnh hưởng yếu tố công nghệ (Sd, t) (xác định chế độ cắt mài) máy mài yếu tố đặc biệt quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt chi tiết mài Thép 20X mác thép phổ biến, chuyên dùng thường sử dụng để chế tạo chi tiết chịu mài mòn lớn, chịu tải trọng va đập cao, phận quan trọng máy móc có độ xác cao bánh răng, trục truyền động, trục vít me bi, lăn, đĩa ma sát … loại thép bề mặt Xuất phát từ đặc điểm tình hình trên, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết mài đá mài Hải Dương mài phẳng với vật liệu chi tiết mài thép 20X nhiệt luyện” Đối tượng, mục đích, nội dung phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài vài thông số đặc trưng cho trình cắt mài tinh mác thép 20X nhiệt luyện máy mài phẳng đá mài Hải Dương Cn46CV1G V1 250x25x32 Nghiên cứu tổng quan tài liệu, lý thuyết kết hợp với thực nghiệm 2.2 Mục đích nghiên cứu Xác định ảnh hưởng thông số công nghệ (Sd, t) trình mài đến chất lượng bề mặt chi tiết mài mài phẳng đá mài Hải Dương với vật liệu chi tiết mài 20X, từ sở xác định chế độ cắt hợp lý Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy học tập 2.3 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan mài: Nghiên cứu sở lý thuyết mài vấn đề công nghệ mài, ảnh hưởng yếu tố công nghệ mài đến chất lượng bề mặt gia công máy mài phẳng Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu ảnh hưởng hai thông số công nghệ lượng chạy dao dọc (Sd) chiều sâu cắt (t) đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công theo thời gian mài 2.4 Phương pháp nghiên cứu Đề tài thực phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: - Phân tích động học động lực học trình mài - Xây dựng mô hình thực nghiệm mài - Thí nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm - Phân tích đánh giá kết thí nghiệm Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết mài phẳng đá mài truyền thống nhiều quốc gia giới quan tâm nghiên cứu ứng dụng Nhưng Việt Nam, với đá mài Hải Dương chưa có công trình nghiên cứu lĩnh vực công bố, đề tài có ý nghĩa khoa học phù hợp với hướng nghiên cứu khoa học công nghệ gia công vật liệu 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ mài đá mài Hải Dương góp phần đẩy mạnh ứng dụng công nghệ mài vào trình gia công khí Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu kinh tế - kỹ thuật trình chế tạo sản phẩm Kết nghiên cứu ứng dụng mài chi tiết máy có độ xác cao làm thép 20X sau nhiệt luyện bánh răng, trục truyền động, trục vít me bi, lăn, đĩa ma sát … dùng để tham khảo cho trình mài mác thép khác Từ hỗ trợ ngành công nghiệp khác phát triển, thúc đẩy trình công nghiệp hóa đại hóa đất nước Nội dung luận văn bao gồm: Chương : Tổng quan trình mài phẳng Chương : Mài phẳng đặc tính phương pháp mài phẳng Chương : Xây dựng mô hình thực nghiệm thực nghiệm Chương : Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến Ra, Rz Kết luận chung hướng nghiên cứu Chương 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG 1.1 Tổng quan trình mài 1.1.1 Tầm quan trọng vị trí phương pháp mài Mài phương pháp gia công tinh, đóng vai trò định đến chất lượng sản phẩm Tầm quan trọng mài thể hai yếu tố sau: - Mài chiếm từ 20-25% giá thành sản phẩm khí có nguyên công mài - Sẽ xã hội văn minh Mài Nhìn chung, sản phẩm cao cấp chế tạo phải qua trình mài có liên qua đến trình mài Một số sản phẩm bắt buộc phải qua trình mài sau mài như: Ổ cứng máy tính, ống kính máy ảnh, máy ảnh kỹ thuật số thiết bị máy bay… 1.1.2 Nghiên cứu trình mài Mài phương pháp gia công mà người tìm ra, kể từ người cổ đại tình cờ cọ xát vũ khí hay công cụ lao động xuống phiến đá họ nhận thấy điều có tác dụng làm sắc dụng cụ hay vũ khí Tuy nhiên việc nghiên cứu trình mài cách có hệ thống lại sau cùng, cách khoảng 70 năm Mài kim loại loại hình gia công phương pháp cắt gọt, giống gia công tiện, phay, khoan… máy cắt kim loại nói chung Mục đích trình gia công loại hình cắt gọt tạo chi tiết có bề mặt cần thiết phù hợp với hình dáng hình học, kích thước độ nhám bề mặt Máy mài dạng máy cắt kim loại phổ biến rộng rãi, để gia công bề mặt kim loại với dụng cụ cắt đá mài Quá trình mài trình cắt gọt vật liệu hạt mài có độ cứng cao Mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với phương pháp gia công cắt gọt khác yếu tố sau: - Đá mài loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia cắt, lưỡi cắt tạo hạt mài có kích thước nhỏ, có hình dáng khác phân bố lộn xộn chất dính kết Đa số hạt mài có nhiều lưỡi cắt, có góc lượn đỉnh có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: góc trước γ thường âm góc cắt β thường lớn 90o - Tốc độ mài lớn, thường 15m/s, chủ yếu khoảng từ 25÷35m/s mài thường, 150÷300m/s mài cao tốc Với tốc độ việc đo đạc thông số lực cắt, nhiệt cắt v.v khó khăn - Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ vùng cắt mài lớn khoảng từ 1000÷1500oC, nhiệt độ làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt - Khi mài, hạt mài tạo phoi riêng biệt có kích thước nhỏ, số lượng phoi tạo đơn vị thời gian lớn (hàng nghìn phoi phút), coi trình mài trình cào xước tế vi bề mặt gia công tạo độ nhẵn bóng độ xác cao - Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên gia công vật liệu có độ cứng cao mà dụng cụ khác không cắt thép tôi, hợp kim cứng… lại không gia công vật liệu mềm - Trong trình cắt, đá mài có khả tự mài sắc: tác dụng tải trọng cơ, nhiệt hạt mài mòn bật khỏi bề mặt đá tạo điều kiện cho hạt mài tham gia vào trình cắt, số hạt mài vỡ tạo thành lưỡi cắt Hình 1.1 Quá trình mài 3.5.2 Thí nghiệm ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến độ nhám bề mặt • Các mẫu thí nghiệm mài phẳng hai mặt, đo độ nhám ban đầu • Sửa đá đầu sửa kim cương C8 với hai chế độ sửa đá sau: Chế độ thứ nhất: t = 0.02 mm ; Ssđ = 0.5 m/ph Chế độ thứ hai: t = 0.02 mm ; Ssđ = 0.8 m/ph • Gá mẫu lên bàn từ • Mài khoảng phút để máy làm việc ổn định • Lấy chế độ cắt: t = 0.02mm Sn = 0.5mm/htđ; Sd = 4; 8;12; 16; 20 m/phút • Tháo mẫu, làm đưa đo độ nhám • Lặp lại từ bước cho lần thay đổi Sd 3.5.3 Thí nghiệm ảnh hưởng thời gian mài đến mòn đá • Chuẩn bị mẫu thí nghiệm, mài phẳng hai mặt mẫu Khi mài mẫu thực lần gá, sau mài đo lại chiều dầy • Sửa đá đầu sửa kim cương C8 với chế độ sửa đá: t = 0.02 mm; Ssđ = 0.5m/p • Gá mẫu lên bàn từ • Mài không tải khoảng phút để máy làm việc ổn định • Lấy chế độ cắt: t = 0.03mm; Sn = 0.5mm/htđ; Sd =12m/phút • Thực mài 50 hành trình kép, với hành trình cuối thực mài hết hoa lửa • Tháo mẫu ra, làm đem đo lại chiều dầy mẫu 3.6 Kết thí nghiệm 3.6.1 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết Kết thí nghiệm thay đổi chiều sâu cắt t = 0.01 ÷ 0.03mm đến nhám bề mặt, số liệu đưa bảng 3.1, 3.2 61 Với Sd=10 (m/p); Sn=0.3 (mm/htđ) Bảng 3.1 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết TT HRC Sd (m/p) 56.66 57.33 56.66 Sn (mm/htđ) t (mm) Ra (µm) Rz (µm) 0.01 0.14 0.96 0.015 0.19 1.05 0.02 0.20 1.07 57.66 0.025 0.22 1.19 57.33 0.03 0.27 1.30 10 0.3 Sd=12 (m/p); Sn=0.5 (mm/htđ) Với Bảng 3.2 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết TT HRC Sd (m/p) 57.16 58.16 57.00 Sn (mm/htđ) t (mm) Ra (µm) Rz (µm) 0.01 0.13 0.85 0.015 0.16 0.93 0.02 0.21 1.24 57.66 0.025 0.25 1.62 57.33 0.03 0.30 1.80 12 0.5 3.6.2 Ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến độ nhám bề mặt Kết thí nghiệm thay đổi Sd = ÷ 20m/p đến nhám bề mặt, số liệu đưa bảng 3.3 3.4 Bảng 3.3 Ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến độ nhám bề mặt (chế độ sửa đá : t = 0.02 mm Ssđ = 0.5 m/ph) TT HRC Sd (m/p) 56.83 Sn (mm/htđ) t (mm) Ra (µm) Rz (µm) 0.46 3.01 58.16 0.52 3.28 58.33 12 0.51 3.48 58.16 16 0.53 3.57 58.50 20 0.56 3.54 0.5 62 0.02 Bảng 3.4 Ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến độ nhám bề mặt (chế độ sửa đá : t = 0.02 mm Ssđ = 0.8 m/ph) TT HRC Sd (m/p) 57.33 Sn (mm/htđ) t (mm) Ra (µm) Rz (µm) 0.16 0.91 57.66 0.29 1.78 57.83 12 0.30 1.81 57.83 16 0.32 1.86 58.50 20 0.42 3.07 0.5 0.02 3.6.3 Ảnh hưởng thời gian mài đến mòn đá • Thực mài phẳng mẫu, đo lại chiều dầy ta được: δ = 19.42mm • Sửa đá đầu sửa kim cương C8 với chế độ sửa đá: t = 0.02 mm; Ssđ = 0.5m/p • Gá mẫu lên bàn từ • Mài không tải khoảng phút để máy làm việc ổn định • Lấy chế độ cắt: t = 0.03mm; Sn = 0.5mm/htđ; Sd =12m/phút • Thực mài 50 hành trình kép • Tháo mẫu, làm đem đo chiều dầy ta được: δ = 18.03mm Nếu giả thiết trình thí nghiệm đá mài không bị mòn sau 50 hành trình kép với chiều sâu cắt t=0.03mm mẫu thí nghiệm mài lượng là: 50x0.03=1.5mm Với chiều dầy ban đầu là: δ = 19.42mm, sau thí nghiệm chiều dầy mẫu là: δ = 19.42-1.5=17.92mm Nhưng thực tế mẫu sau thí nghiệm có chiều dầy δ = 18.03mm Điều cho thấy sau thí nghiệm đá mài bị mòn theo bán kính lượng là: δ = 18.03-17.92=0.11mm 63 3.7 Kết luận Đã tiến hành thí nghiệm mài tinh mẫu thép 20X qua nhiệt luyện máy mài phẳng với đá mài Hải Dương Đã xây dựng số thực nghiệm biểu thị mối quan hệ độ nhám bề mặt chi tiết gia công với chế độ cắt mài thép 20X nhiệt luyện đá mài Hải Dương máy mài phẳng Mô hình cho phép đánh giá mức độ ảnh hưởng chế độ cắt tới độ nhám bề mặt gia công ứng với điều kiện công nghệ cụ thể sở để lựa chọn chế độ cắt hợp lý tối ưu Bên cạnh có thông số quan hệ thời gian mài tới độ mòn đá mài, làm sở để nghiên cứu độ mòn đá gia công tinh chi tiết thép 20X qua nhiệt luyện với đá mài Hải Dương Có sở để đánh giá chất lượng bề mặt gia công mài thép 20X nhiệt luyện đá mài Hải Dương qua thông số độ nhám bề mặt 64 Chương 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN Ra, Rz 4.1 Ảnh hưởng chiều sâu cắt Kết thí nghiệm thay đổi chiều sâu cắt t = 0.01 ÷ 0.03mm đến nhám bề mặt, số liệu đưa bảng 4.1, 4.2 Với Sd=10 (m/p); Sn=0.3 (mm/htđ) Bảng 4.1 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết TT Sd (m/p) t (mm) Ra (µm) Rz (µm) 0.01 0.14 0.96 0.015 0.19 1.05 0.02 0.20 1.07 0.025 0.22 1.19 0.03 0.27 1.30 Rz (µm) Sn (mm/htđ) 10 0.3 1.4 1.2 Quan hÖ t vµ Ra Quan hÖ t vµ Rz 1.0 Ra (µm) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 ChiÒu s©u c¾t t (mm) Hình 4.1 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết 65 Với Sd=12 (m/p); Sn=0.5 (mm/htđ) Bảng 4.2 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết TT Sn (mm/htđ) t (mm) Ra (µm) Rz (µm) 0.01 0.13 0.85 0.015 0.16 0.93 0.02 0.21 1.24 0.025 0.25 1.62 0.03 0.30 1.80 Rz (µm) Sd (m/p) 1.8 1.62 12 0.5 Quan hÖ t vµ Ra Quan hÖ t vµ Rz 1.24 0.93 Ra (µm) 0.85 0.3 0.25 0.21 0.16 0.13 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 ChiÒu s©u c¾t t (mm) Hình 4.2 Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến độ nhấp nhô bề mặt (Ra, Rz) thể bảng 4.1 - hình 4.1 với lượng chạy dao dọc Sd=10 (m/ph), lượng chạy dao ngang Sn=0.3 (mm/htđ) bảng 4.2 - hình 4.2 với lượng chạy dao dọc Sd=12 (m/ph), lượng chạy dao ngang Sn=0.5 (mm/htđ) Có thể thấy chiều sâu cắt t tăng 66 Ra, Rz có xu hướng tăng lên Khi tăng chiều sâu cắt t từ 0,01mm lên 0,03mm độ bóng giảm từ ∇10 xuống ∇9 Theo phân tích tính toán Ra từ việc mô hình hóa trình mài, Ra xác định theo công thức sau: ⎛ Vw L ⎞ ⎟ Ra = ⎜ g ⎜⎝ VS d1S/ ⎟⎠ Với: Vw: vận tốc chi tiết; VS: vận tốc đá mài; dS: đường kính đá mài Từ công thức thấy độ bóng bề mặt Ra không phụ thuộc nhiều vào chiều sâu mài t, tăng chiều sâu mài t theo lý thuyết Ra không thay đổi Nguyên nhân với chiều sâu cắt nằm giá trị đo lớn chiều sâu cắt tới hạn nên biến tạo phoi xẩy ổn định ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Như vậy, tăng Ra tăng chiều sâu mài t rung động trình mài Khi tăng chiều sâu mài, lực mài tăng lên suất bóc phoi tăng làm cho hệ thống công nghệ bị biến dạng nhiều rung động tăng lên làm cho Ra tăng Điều thể công thức sau: Tần số rung đá: JS = VS 2.l C Trong đó: lC chiều dài cung tiếp xúc: l C = t.d S Với: t: chiều sâu mài; VS: vận tốc đá mài; dS: đường kính đá mài Như vậy, tăng t tần số rung động tăng lên kết Ra, Rz tăng lên 67 4.2 Ảnh hưởng vận tốc chi tiết Kết thí nghiệm thay đổi Sd = ÷ 20m/p đến nhám bề mặt, số liệu đưa bảng 4.3 4.4 Bảng 4.3 Ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến độ nhám bề mặt (chế độ sửa đá : t = 0.02 mm Ssđ = 0.5 m/ph) Rz (µm) TT Sd (m/p) Sn (mm/htđ) t (mm) Ra (µm) Rz (µm) 0.46 3.01 0.52 3.28 12 0.51 3.48 16 0.53 3.57 20 0.56 3.54 0.5 0.02 4.0 3.5 3.0 Ra (µm) 2.5 Quan hÖ Sd vµ Ra 2.0 Quan hÖ Sd vµ Rz 1.5 1.0 0.5 0.0 10 12 14 16 18 20 22 L−îng ch¹y dao däc Sd (mm) Hình 4.3 Ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến độ nhám bề mặt 68 Bảng 4.4 Ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến độ nhám bề mặt (chế độ sửa đá : t = 0.02 mm Ssđ = 0.8 m/ph) Rz (µm) TT Sd (m/p) Sn (mm/htđ) t (mm) Ra (µm) Rz (µm) 0,16 0,91 0,29 1,78 12 0,30 1,81 16 0,32 1,86 20 0,42 3,07 0.5 0.02 3.5 Quan hÖ Sd vµ Ra 3.0 Quan hÖ Sd vµ Rz 2.5 Ra (µm) 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 10 12 14 16 18 20 22 L−îng ch¹y dao däc Sd (mm) Hình 4.4 Ảnh hưởng vận tốc chi tiết đến độ nhám bề mặt Ảnh hưởng vận tốc tiến dao (vận tốc bàn máy) đến độ nhám bề mặt với chế độ sửa đá khác thể bảng 4.3; 4.4 hình 4.3; 4.4 Có thể nhận thấy vận tốc chi tiết tăng độ nhám bề mặt (Ra, Rz) tăng lên Điều hoàn toàn phù hợp với lý thuyết cắt gọt kim loại độ nhám tỷ lệ với 69 bình phương tốc độ chạy dao trình bày chương Độ nhẵn bóng đạt cao ∇10 Một tượng khác xảy phổ biến mài với tốc độ chạy dao nhỏ cày xước vật liệu chi tiết hạt mài mà không tạo phoi Lúc hạt mài đẩy vật liệu chi tiết hai bên qua vật liệu chi tiết mà không tạo phoi Dưới tác động hai tượng làm cho độ nhám bề mặt mài tăng lên Khi mài với tốc độ tiến dao này, lực mài nhỏ lượng vật liệu bóc nên lượng mài riêng lớn, dễ xẩy tượng cháy bề mặt chi tiết Việc tạo phoi không ổn định tạo rung động mài nguyên nhân làm cho chất lượng bề mặt xấu Cũng tương tự trường hợp ảnh hưởng tốc độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết mài, thay đổi chế độ sửa đá độ nhám bề mặt thay đổi không đáng kể Điều thể phần ảnh hưởng vận tốc mài Một điều khác nhận vận tốc chi tiết lớn độ nhám bề mặt chi tiết tăng mạnh Điều hoàn toàn hợp lý độ nhám tỷ lệ với bình phương vận tốc chi tiết nên tăng vận tốc ảnh hưởng mạnh đến độ nhám bề mặt chi tiết máy Khi thay đổi chế độ sửa đá Ssđ từ 0,5 m/ph lên 0,8m/ph ảnh hưởng chiều sâu mài thể bảng 4.4 hình 4.4 Có thể nhận thấy thay đổi chế độ sửa đá theo xu hướng thô lên độ nhám bề mặt có xu hướng tăng lên Tuy nhiên lượng tăng không đáng kể với đá cỡ hạt #46 việc thay đổi chế độ sửa đá chưa mang lại thay đổi cấu trúc bề mặt đá đáng kể nên khả cắt gọt hạt mài không thay đổi nhiều Khi thực mài thép 20X nhiệt luyện (chi tiết có độ cứng cao), khả tạo phoi cắt gọt trình mài diễn có hình dạng lá, xoắn lượn, giống với phoi tiện Các phoi có cấu trúc mỏng giống phoi trình gia công khác Tính chất lý biểu thị độ cứng bề mặt, biến đổi cấu trúc tinh thể lớp bề mặt, chiều sâu lớp biến cứng bề mặt Trong trình gia công tác dụng lực cắt làm xô lệch mạng tinh thể kim loại lớp bề mặt, gây biến dạng 70 dẻo vùng trước sau lưỡi cắt làm cho kim loại lớp bề mặt bị cứng nguội, lại có độ cứng tế vi cao Khi gia công lớp bề mặt chi tiết xuất ứng suất dư Các nguyên nhân gây ứng suất dư lớp bề mặt gia công là: + Khi cắt lớp mỏng vật liệu trường lực gây biến dạng dẻo không + Biến dạng dẻo cắt làm lớp kim loại bề mặt + Nhiệt sinh vùng cắt nung nóng cục bề mặt, làm giảm mô đun đàn hồi vật liệu Sau cắt lớp bề mặt nguội nhanh, co lại gây ứng suất dư kéo, để cân lớp gây ứng suất dư nén + Kim loại chuyển pha nhiệt cắt làm thay đổi cấu trúc lớp kim loại bề mặt gây ứng suất dư nén có xu hướng tăng thể tích 4.3 Khả cắt gọt đá mài Từ kết thí nghiệm chương ta có: • Các mẫu trước mài thí nghiệm có chiều dầy: δ = 19.42mm • Các mẫu sau thí nghiệm mài 50 hành trình kép với chiều sâu cắt t=0.03mm có chiều dầy: δ = 18.03mm Như vậy, giả thiết trình mài đá mài không bị mòn sau 50 hành trình kép với chiều sâu cắt t=0.03mm mẫu thí nghiệm mài lượng là: 50x0.03=1.5mm Với chiều dầy ban đầu là: δ = 19.42mm, sau thí nghiệm chiều dầy mẫu là: δ = 19.42-1.5=17.92mm Nhưng thực tế mẫu sau thí nghiệm có chiều dầy δS = 18.03mm Điều cho thấy sau thí nghiệm đá mài bị mòn theo bán kính lượng là: δs = 18.03-17.92=0.11mm Như vậy, sau 50 hành trình kép mài mẫu thép 20X với chiều sâu cắt t=0.03mm thì: 71 • Lượng phoi bị bóc khỏi chi tiết: ⎛ π.d ct2 ⎞ G ct = ⎜⎜ δp ⎟⎟.η ( mm3 ) ⎝ ⎠ Với: dct: đường kính chi tiết – dct=60mm; δp: chiều dày phoi bị bóc khỏi chi tiết: δp = 19.42 - 18.03 = 1.39mm; η: số lượng mẫu thí nghiệm - η=6 Vậy: ⎛ π.602 ⎞ G ct = ⎜⎜ x1.39 ⎟⎟.6 = 23580.79 ( mm3 ) ⎝ ⎠ • Lượng mòn đá: [ ] π d s2 − (d s − 2.δ s ) Gđ = δ đ ( mm ) Với: ds: đường kính đá mài – ds=250mm; δs: lượng mòn đá theo bán kính – δs=0.11mm; δđ: chiều dày đá mài – δđ=25mm Vậy: Gđ = [ ] π 2502 − (250 − 2.0.11) 25 = 2158.89 ( mm3 ) Ta có hệ số mài: K = Gct 23580.79 = = 10.9 Gđ 2158.89 Từ kết cho thấy, thực gia công tinh vật liệu 20X sau nhiệt luyện máy mài phẳng với đá mài Hải Dương hoàn toàn phù hợp Với hệ số mài K=10.9 (K>10) cho thấy lượng mòn đá gia công chấp nhận Với hệ số mài áp dụng với mài phẳng mà áp dụng với mài định hình 72 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 5.1 Kết luận chung Luận văn xây dựng phương pháp thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng vận tốc chi tiết chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt mài phẳng Xác định ảnh hưởng chiều sâu cắt vận tốc chi tiết đến độ nhám bề mặt mài phẳng Độ nhẵn bóng đạt cao cấp 10 Trong hai yếu tố chế độ cắt ảnh hưởng tốc độ chạy dao đến độ nhám bề mặt lớn ảnh hưởng chiều sâu mài Các kết thực nghiệm phù hợp với lý thuyết công trình thực nghiệm công bố Việt Nam giới Do đó, kết luận văn sử dụng nhằm khuyến cáo cho việc lựa chọn thông số công nghệ tiến hành gia công phương pháp mài phẳng với vật liệu thép 20X có nhiệt luyện 5.2 Hướng nghiên cứu - Xây dựng mối quan hệ vận tốc chi tiết Sd chiều sâu cắt t với thông số chất lượng bề mặt Từ đưa hàm quan hệ Ra (Sd,t) - Xây dựng ảnh hưởng vận tốc chi tiết Sd, chiều sâu cắt t đến độ mòn đá mài phẳng - Nghiên cứu chế độ cắt tối ưu mài phẳng thép 20X có nhiệt luyện để đạt chất lượng bề mặt tốt 73 LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Viện Đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện tốt giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn - TS Trương Hoành Sơn tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình thực đề tài Thầy truyền tải cho em thấy yếu tố cần thiết hoạt động nghiên cứu Thầy tham gia thảo luận đề xuất giải pháp cho vấn đề liên quan Đồng thời, thầy cung cấp cho em nhiều tư liệu chuyên môn quan trọng để tìm hiểu sâu toàn diện đề tài giao Bên cạnh đánh giá tổng kết sâu sắc gợi mở hướng phát triển đề tài nghiên cứu thầy giúp em nhiều cho hướng phát triển đề tài tương lai Xin chân thành cảm ơn cộng tác, hỗ trợ từ Trung tâm Công nghệ cao EMCO, Trung tâm Thực hành Công nghệ Cơ khí – Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cán công tác Trung tâm giúp đỡ tận tình trình thực nghiệm luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2010 Lê Huy 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hoá trình cắt gọt, Nhà xuất Giáo Dục Hà Nghiệp (1980), Mài sắc dụng cụ cắt, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Lưu Văn Nhang (2003), Kỹ thuật mài kim loại, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật – Hà Nội Nguyễn Huy Ninh (1996), Nghiên cứu xây dựng phương pháp đánh giá tính cắt gọt đá mài, MS 02.01.09 Nguyễn Đắc Lộc, Nguyễn Huy Ninh, Trương Hoành Sơn (2008), Công nghệ gia công tinh bóng vật liệu hạt mài, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Văn Tính (1978), Kỹ thuật mài, Nhà xuất công nhân kỹ thuật – Hà Nội Xun Chen, Rowe, W.B, Mills, B, Allanson, D.R (1998), Analysis and Simulation of the Grinding, Int.J.Mach.Tools Manufact, Vol38, No.1-2,pp 41- 49 Iotech, Inc (1998), Programmer’s Manual, United States of America G B Lure (1969), Mài kim loại, Nhà suất chế tạo máy Môxkva 10 S.Malkin (1989), Grinding technology theory and applycation machining with abrasive, Massachusetts 11 Y.Alitintas (2000), Manufucturing automation, Cambridge Universitty 75 ... (Sd) chi u sâu cắt (t) có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt chi tiết mài Khi nghiên cứu, xác định ảnh hưởng thông số công nghệ trình mài đến chất lượng bề mặt chi tiết mài lựa chọn cho thông số. .. trình mài tinh - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ trình mài tới chất lượng bề mặt chi tiết mài sở để tìm biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết mài - Các thông số công nghệ lượng. .. dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan mài: Nghiên cứu sở lý thuyết mài vấn đề công nghệ mài, ảnh hưởng yếu tố công nghệ mài đến chất lượng bề mặt gia công máy mài phẳng Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên