Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy mài bóng trục cam xe máy w110

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, … Ngày nay, với sự

Trường đại học bách khoa Hà Nội

******************************

Luận văn Thạc sỹ

Đề tài:

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy mài

bóng trục cam xe máy w110

Học viên : Đặng Kiên Giang

Lớp : Cao học CNCK 2007 -2009

Hà Nội - 10 /2009

Trang

Danh sách các bản vẽ và ký hiệu sử dụng trong luận văn 3

Chương 1 Mài và các nghiên cứu về gia công mài 6

1.6 Ưu nhược điểm của phương pháp gia công bằng đá mài 24

2.2 Thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết quan trọng 33 2.3 Tính năng của máy (Các thông số kỹ thuật của máy) 38

Chương 3 Tối ưu hóa quá trình mài trục cam cho xe máy honda W110 52

3.1 Giới thiệu về trục cam và các yêu cầu kỹ thuật

3.2 Xây dựng mô hình thực nghiệm và xửt lý kết quả 55

Phụ lục 1 Bộ tài liệu bản vẽ chế tạo một số chi tiết chính 61

Việc ứng dụng mài là một nguyên công gia công lần cuối đã xuất hiện cách đây khoảng 2 triệu năm, khi mà những dụng cụ thời tiền sử được sản xuất bằng quá trình mài (chipping-abrade) Các hạt mài tự nhiên được sử dụng cho tới những năm 1980, khi mà quặng được phát hiện và khai thác để chế tạo

Al2O3 và SiC

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, độ bền của hạt phù hợp với các ứng dụng mài khác nhau

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 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, …

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

chế tạo máy nói riêng, ngày càng có nhiều loại 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

Quá trình mài bao gồm 3 hiện tượng: cắt (cutting), cày (ploughing) và trượt (rubbing) Các hiện tượng này xảy ra đồng thời và phụ thuộc vào tương tác giữa hạt mài và vật liệu gia công Mài còn được gọi là dụng cụ cắt có lưỡi cắt không xác định, không xác định vì ở đó có rất nhiều hiện tượng ngẫu nhiên, không theo quy luật, ví dụ như thông số hình học của hạt mài, kích thước hạt, sự phân bố hạt trên bề mặt đá, sự vỡ ra của các hạt cũng như sự tách ra khỏi bề mặt đá của các hạt Chính vì thế, việc nghiên cứu và điều khiển quá trình mài khá phức tạp

so với các quá trình gia công khác

Trong ngành chế tạo máy hiện đại, mài chiếm một tỷ lệ rất lớn, máy mài chiếm khoảng 30% tổng số máy cắt kim loại Đặc biệt là trong ngành chế tạo trục cam xe máy, nguyên công mài chiếm khoảng 60% toàn bộ quy trình công nghệ

Luận văn là đề tài nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¸y mai bãng trôc cam xe m¸y w110 Máy thực hiện việc mài bóng bề mặt vấu cam, là nguyên công cuối cùng trong quy trình chế tạo trục cam của xe máy W110

Chương 1 MÀI VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ GIA CÔNG MÀI

1.1 Bản chất của quá trình mài

Mài là quá trình cắt gọt được thực hiện đồng thời bởi nhiều hạt mài có các lưỡi cắt khác nhau được phân bố ngẫu nhiên trên bề mặt đá mài Do hạt mài có hình dáng hình học rất đa dạng, khó có thể xác định những quan hệ về kích thước, thông số hình học như ở các dụng cụ cắt có lưỡi Song đa số hạt mài có góc trước âm do vậy vật liệu gia công chủ yếu biến dạng lớn hơn khi mài

Nghiên cứu riêng rẽ một quá trình cắt của hạt mài ta có thể nhận thấy nó tương

tự như quá trình cắt bằng dao tiện với góc trước âm (γ < 0) Vậy có thể dựa vào

mô hình cắt khi tiện hoặc phay để xây dựng mô hình cắt khi mài Do góc trước

âm (γ < 0), nên vật liệu chịu biến dạng lớn khi cắt Trong mặt phẳng trượt ngang tồn tại lực ma sát lớn Giữa chi tiết và đá lực ma sát cũng tăng lên đáng kể

Hình 1.1: Sơ đồ xác định góc trước của hạt mài

Gọi: ρ - Bán kính cong của đỉnh hạt mài tại điểm x

ax - Độ dày lớp phoi hớt đi tại điểm x

γx - Góc trước tại điểm x

1.2 Đặc điểm của quá trình mài

1 Khi mài, phoi cắt khác nhau về hình dáng và kích thước, do hạt mài phân bố ngẫu nhiên trên bề mặt đá với chiều cao khác nhau, khoảng cách giữa các hạt khác nhau, mỗi hạt có kích thước và hình dáng cũng khác nhau Các hạt mài làm việc ở tốc độ cao và cắt một số rất lớn phoi mỏng (tới 100 triệu phoi trong một phút) Lớp phoi cắt do từng hạt mài riêng lẻ bóc ra rất nhỏ (khoảng vài đến vài chục µm)

Gọi bán kính cong của mũi hạt mài là ρ, chiều dày của lớp kim loại hớt đi a Quá trình trình tách phoi của hạt mài có thể chia ra ba giai đoạn sau:

Hình 1.2: Quá trình tách phoi của hạt mài

- Ở giai đoạn đầu (hình 1-2.a) mũi hạt mài bắt đầu va đập vào bề mặt gia công Lực này phụ thuộc vào tốc độ mài và trị số lượng chạy dao (lượng tiến dọc hoặc ngang của đá vào vật gia công) Nếu bán kính cong ρ của hạt rất nhỏ thì độ bền động học của nó cũng rất nhỏ [5], khi va đập và tiếp xúc với vật mài hạt mài sẽ

bị phá huỷ không thể cắt gọt được Nếu mũi của hạt mài có bán kính cong ρ hợp

lý thì cắt gọt được thuận lợi Trường hợp bán kính cong của hạt mài lớn hơn chiều dày a rất nhiều, hạt mài sẽ trượt trên bề mặt vật mài, làm cho áp lực tăng dần Ở thời điểm này vật mài bị nung nóng và giữ lượng nhiệt lớn (hạt mài bị cùn mòn)

- Tiếp theo ở giai đoạn hai, do áp lực mài tăng lên, nhiệt ở lớp bề mặt mài tăng lên làm cho biến dạng dẻo của kim loại tăng dần, lúc này bắt đầu xảy ra quá trình cắt phoi (hình 1-2.b)

- Khi chiều sâu cắt của lớp kim loại đạt trị số a nào đó với điều kiện a ≥ ρ thì xảy

ra việc tách phoi (hình 1-2.c)

Vì vậy, quá trình làm việc của hạt mài với chi tiết có thể chia ra thành những giai đoạn chủ yếu: trượt, nén, tách phoi Cung tiếp xúc giữa hạt mài và chi tiết luôn thay đổi, còn các cạnh của mép cắt phân bố sắp xếp theo các hướng khác nhau Bán kính cong của mỗi hạt cũng không giống nhau mà luôn luôn thay đổi trong quá trình mài Những hạt mài có bán kính ρ lớn không thể cắt được những lớp kim loại mỏng, vì vậy trong trường hợp này, hạt mài không cắt gọt được, mà xảy ra hiện tượng “nạo” ở bề mặt kim loại, làm cho áp lực mài tăng lên, nhiệt phát sinh lớn

2 Các hạt mài có chiều cao nhô ra khỏi chất dính kết không đều nhau, do đó, lực tác động lên chúng cũng khác nhau Nhiều hạt mài không tham gia vào quá trình cắt (chỉ khoảng 10% số hạt tham gia cắt thực sự), do chúng đi theo quỹ đạo trùng với quỹ đạo của các hạt trước nó

3 Sau một thời gian làm việc, nhiều hạt mài bị mòn, tải trọng tác động lên chúng vượt quá giới hạn cho phép, do đó, chúng sẽ bị sứt, vỡ mảnh, hoặc tróc hẳn ra khỏi chất dính kết tạo thành các lưỡi cắt mới Hiện tượng này gọi là hiện tượng tự mài sắc Như vậy, khác hẳn với các phương pháp gia công bằng cắt gọt khác, dụng cụ mài có khả năng tự mài sắc ngay trong quá trình gia công

4 Trong quá trình gia công dưới tác động của nhiệt cắt, vật liệu trong vùng gia công có xu hướng mềm hóa Mặt khác, các hạt mài có độ cứng và độ chịu nhiệt rất cao, nên mài có khả năng gia công các vật liệu rất cứng (kể cả hợp kim cứng)

5 Nhiệt cắt khi mài rất lớn, lượng nhiệt này không kịp thoát ra môi trường hoàn toàn, do đó sẽ làm nóng toàn bộ lớp kim loại bề mặt vật mài và có thể gây ra các biến dạng nhiệt, các thay đổi cơ lý tính, các vết cháy, vết nứt tế vi v…v…

6 Hầu hết phoi tạo ra khi mài sẽ được dung dịch trơn nguội và lực ly tâm đẩy ra khỏi vùng gia công Tuy nhiên, khi gia công các vật liệu mềm, phoi không thoát hết sẽ chèn đẩy các khe hở giữa các hạt mài, làm cho lưỡi cắt thực và các thông

số hình học cơ bản của các hạt mài bị thay đổi, khả năng cắt giảm nhanh

1.3 Các phương pháp và công nghệ mài

có bàn máy quay tròn quanh tâm của nó còn đầu đá thực hiện chuyển động tiến dao ngang Sngang và chuyển động tiến dao dọc Sdọc sau mỗi lượt mài (hình 1-3.b)

Hình 1.3: Sơ đồ các phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ

Phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ có ưu điểm dễ thoát phoi, dễ thoát nhiệt do dễ đưa dung dịch trơn nguội vào vùng cắt, do đó đảm bảo độ chính xác cao

Tuy nhiên do diện tích tiếp xúc giữa đá và chi tiết nhỏ nên năng suất thấp Để khắc phục nhược điểm này người ta có thể sử dụng đá có bề rộng lớn hơn bề rộng chi tiết Trong trường hợp này đầu đá chỉ thực hiện tiến dao dọc Sdọc sau mỗi hành trình kép của bàn máy, tuy nhiên máy phải đảm bảo độ cứng vững và phải sửa đá cẩn thận để tránh đầu đá bị côn hoặc đường sinh đá không thẳng dễ gây ra sai số in dập trên bề mặt chi tiết gia công

Có thể dùng chu vi của đá hoặc mặt đầu của đá (hình 1.4) Đá mài có chuyển động quay tròn và sau mỗi hành trình của bàn máy có chuyển động chạy dao để cắt hết lượng dư Chi tiết kẹp trên bàn máy có chuyển động tịnh tiến quay theo bàn máy (chuyển động chạy dao)

Hình 1-4: Sơ đồ mài phẳng bằng đá mài mặt đầu

- Chi tiết quay tròn, đá mài vừa quay tròn vừa thực hiên hai chuyển động chạy dao ngang dọc

Mài tròn ngoài có tâm có tính vạn năng cao Khi mài có thể gá chi tiết trên hai mũi tâm hoặc một đầu trên mâm cặp, một đầu trên mũi tâm Nên dung hai mũi tâm làm chuẩn tinh thống nhất để lượng dư đều và đảm bảo đồng tâm giữa các bậc trục Sau khi nhiệt luyện cần nắn thẳng và sửa lại lỗ tâm trước khi mài Thông thường nên sử dụng phương pháp mài tròn ngoài có tâm tiến dao dọc (hình 1.5.a) với sngang = 0,005 ÷ 0,02 mm/1 hành trình kép để lực hướng kính

bé, chi tiết ít biến dạng, nâng cao độ chính xác gia công Để nâng cao năng suất bóc phoi ta sửa đá vát góc 20 ÷ 30 (hình 1-5.b) Khi mài tinh ở những hành trình cuối không thực hiện tiến dao ngang mà chỉ thực hiện tiến dao dọc cho tới khi mài hết hoa lửa

Hình 1.5: Sơ đồ các phương pháp mài tròn ngoài

Khi chi tiết ngắn, đường kính lớn, độ cứng vững cao người ta dùng phương pháp tiến đá hướng kính (Sdọc = 0, Sngang ≠ 0) để tăng năng suất (hình 1.5.c) Với phương pháp này có thể mài định hình bằng cách sửa đá có hình dạng là âm bản của chi tiết cần gia công

Người ta có thể tiến hành gia công đồng thời mặt trụ và mặt đầu bằng phương pháp tiến đá theo phương tạo với trục nằm ngang một góc 450 (hình 1.5.d) Phương pháp này cho năng suất cao nhưng độ chính xác không cao vì tốc độ cắt của các điểm trên đá khác nhau dẫn tới đá mòn không đều

1.3.3 Mài tròn trong

Chi tiết và đá mài có chuyển động quay ngược nhau, đá mài có chuyển động ngang để ăn hết chiều sâu của chi tiết Đá mài hoặc chi tiết có chuyển động dọc trục để gia công hết chiều dài chi tiết (hình 1.6)

Hình 1.6: Sơ đồ phương pháp mài tròn trong

Trong trường hợp chi tiết nặng, đá mài có thể chuyển động hành tinh, vừa quay tròn quanh trục của đá để cắt, vừa quay chậm xung quanh trục của chi tiết Lượng chạy dao dọc có thể do đá mài hoặc chi tiết đảm nhiệm

1.3.4 Mài dây

Mài dây (hình 1.7) ngày càng được sử dụng rộng rãi trong chế tạo máy nhờ các

ưu điểm: không phải cân bằng hoặc sửa dây, dễ thay dây, có thể thay đổi đặc tính của quá trình mài bằng cách thay đổi cặp con lăn tiếp xúc Chất dính kết để làm dây mài có hệ số ma sát với kim loại bé, do đó giảm được lực cắt, nhiệt cắt, công suất, nâng cao chất lượng và giảm giá thành gia công

Hình 1.7: Sơ đồ phương pháp mài dây

Để nâng cao độ bóng bề mặt, trên một số máy mài dây người ta còn tạo thêm chuyển động dao động phụ cho dây mài

1.3.5 Mài vô tâm

Khi mài vô tâm (hình 1.8) chi tiết được đặt tự do trên một thanh đỡ giữa hai viên

đá mài Một trong hai viên đá đó giữ nhiệm vụ cắt, viên kia là đá dẫn (làm quay

và chuyển động chi tiết dọc trục) Mài vô tâm là phương pháp cho hiệu quả kinh

tế cao, vì giảm bớt được thời gian kẹp chặt và định tâm chi tiết, yêu cầu tay nghề của công nhân không cao và ít phế phẩm Ngoài ra quá trình mài vô tâm dễ tự động hoá

Khi mài vô tâm có hai phương pháp chạy dao: chạy dao dọc và chạy dao ngang Phương pháp chạy dao dọc dùng để mài các chi tiết không có bậc, còn chi tiết có bậc hoặc có chiều dài bằng hoặc gần bằng chiều rộng của đá mài được mài theo phương pháp chạy dao ngang

Hình 1.8: Sơ đồ các phương pháp mài vô tâm

Trong quá trình mài, sự dịch chuyển của chi tiết song song với trục của chính nó (chuyển động chạy dao), được thực hiện nhờ đặt nghiêng bánh dẫn một góc α trong mặt phẳng đứng (α = 1,50 ÷ 60)

Hình 1.8.b là sơ đồ của phương pháp mài vô tâm trong Bánh dẫn 1 làm quay chi tiết 2 với tốc độ vu (vu rất bé so với v của đá) Con lăn 4 quay theo chi tiết 2, tỳ chặt chi tiết vào con lăn 5 Cuối hành trình làm việc cần 6 sẽ đẩy chi tiết ra khỏi

vị trí làm việc

1.3.6 Mài khôn

Mài khôn là một trong những phương pháp gia công tinh lỗ bằng mài

Đầu khôn gồm một thân có gắn một số thanh mài có độ hạt bé Khi làm việc, đầu khôn quay tròn với tốc độ v và đồng thời có chuyển động tịnh tiến dọc trục của lỗ với tốc độ thấp vo (khi mài thép và gang v = 15 ÷ 75 m/ph và vo = 12 ÷

20 m/ph), khi mài thép đã tôi v = 18 ÷ 28 m/ph và vo = 5 ÷ 10 m/ph Mài khôn đạt độ chính xác và độ bóng cao

Hình 1.9: Sơ đồ phương pháp mài khôn

Trước đây người ta cho rằng cũng như doa, mài khôn không sửa được phương

và độ cong của đường tâm do các nguyên công trước để lại Nhưng hiện nay mài khôn bằng thanh mài kim cương cho phép đạt độ chính xác cấp 1 và 2, độ bóng

Ra = (0,4 ÷ 0,1)µm và cho phép sửa được phần lớn sai số hình học

Lượng dư để mài khôn tuỳ thuộc vào nguyên công trước đó và dao động trong khoảng từ 0,01 (sau khi mài) đến 0,08 (sau khi tiện tinh) Khi mài khôn thường dùng dung dịch trơn nguội là emunxi pha dầu thảo mộc (30%)

1.3.7 Mài siêu tinh

Mài siêu tinh là một dạng mài tương tự như mài khôn nhưng thường được dùng chủ yếu để gia công bề mặt ngoài

Hình 1.10: Sơ đồ phương pháp mài siêu tinh

Khi mài siêu tinh chi tiết có chuyển động quay tròn, thanh mài dưới áp suất bé (1,5 ÷ 2,5 kG/cm2) di chuyển dọc trục với lượng chạy dao khoảng 0,003m/s, đồng thời được dao động với tần số (25 ÷ 50 htk/s), biên độ dao động vào khoảng 3 ÷ 5 mm

Độ nhám bề mặt sau khi mài siêu tinh rất cao, chiều cao độ nhám sau khi mài siêu tinh đạt đến 0,1 µm hoặc nhỏ hơn

Ngoài những phương pháp mài dùng hạt mài liên kết ở dạng đá mài hoặc thanh mài còn có những phương pháp mài dùng hạt mài ở dạng tự do như mài nghiền, mài bóng

1.4 Đánh giá hiệu quả của quá trình mài

Để đánh giá hiệu quả của quá trình mài và chất lượng của dụng cụ mài người ta

sử dụng các chỉ tiêu khác nhau sau:

+ Năng suất riêng của quá trình gia công:

Trong đó: Gvl : khối lượng vật liệu được bóc (g)

Gz: khối lượng hạt mài hao phí (mg)

Năng suất riêng và lượng hao phí hạt mài riêng là những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả của quá trình mài, mặc dù nó không phản ánh hoàn toàn các điều kiện gia công, kèm theo nó thường người ta còn sử dụng các chỉ tiêu như tuổi bền của đá, độ nhám bề mặt gia công cũng như các chỉ tiêu: lực, công suất cắt, nhiệt độ tại vùng mài

Trong những trường hợp riêng biệt, hiệu quả của quá trình mài tròn có thể được đánh giá bởi khả năng của bề mặt lưỡi cắt tiến vào vật liệu gia công dưới tác dụng của lực pháp tuyến Py Khi đó, đại lượng đặc trưng cho khả năng làm việc của dụng cụ mài :

Vật liệu mài thiên nhiên thường gặp là kim cương, ôxyt nhôm, cacborun, thạch anh, đá lửa

- Kim cương: là than nguyên chất có khối lượng riêng 3 ÷ 3,5 g/cm3, có độ

cứng cao nhất so với mọi loại vật liệu khác Trong thiên nhiên thường gặp kim cương ở dạng tinh thể có trọng lượng từ 0,005 đến vài chục cara (1cara = 0,02 mg)

+ Sức bền của kim cương không cao Nếu quy ước giới hạn bền uốn của hợp kim BK8 là 1, thì giới hạn bền uốn của P18 là 2,25, của Al2O3 là 0,35, còn của kim cương là 0,21

+ Độ dẫn nhiệt của kim cương gấp 2 lần P18, gấp 5 lần BK8 và khoảng 35 lần

so với Al2O3 Nhờ có độ dãn dài rất bé và độ cứng cao nên dụng cụ có lưỡi cắt bằng kim cương đảm bảo đạt được độ chính xác gia công cao

- Ôxyt nhôm: có thành phần chủ yếu là Al2O3 ở dạng tinh thể Nhờ độ cứng

cao (chỉ thua kim cương và cacbít bo) và độ dẻo cao nên ôxyt nhôm được xem là một trong những vật liệu hạt mài tốt nhất Ôxyt nhôm thiên nhiên có màu từ hồng đến xám Khối lượng riêng tuỳ thuộc vào lượng tạp chất trong khoảng từ 3,93 ÷ 4 g/cm3 Ôxyt nhôm thiên nhiên thường được dùng ở dạng bột mịn và bột nhão trong các nguyên công mài bóng

- Cacborun: là một dạng của ôxyt nhôm nhưng hàm lượng của ôxyt nhôm thấp

(khoảng 60%) nên độ cứng thấp, trọng lượng riêng 3,5 g/cm3

- Thạch anh: có thành phần chủ yếu là ôxyt silíc Độ cứng của thạch anh theo

thang Mohs là 7 Độ cứng Mohs được đo theo tỷ lệ của nhà khoáng học Fredrich Mohs người Đức tìm ra vào năm 1812 Theo tỷ lệ này, loại đá mềm và cực mềm được đề ở cấp 1và 2 còn đá kim cương và corundun sẽ có độ cứng cấp 9 và 10

- Đá lửa: là một dạng của thạch anh, có hơn 90% SiO2 có độ cứng tương tự như

thạch anh, nhưng có lưỡi cắt sắc hơn.Cacborun, thạch anh, đá lửa chủ yếu được dùng để chế tạo thanh mài hoặc giấy ráp dùng trong công nghiệp gỗ, da …

b Vật liệu mài nhân tạo:

Vật liệu mài nhân tạo thường gặp là: kim cương nhân tạo, ôxyt nhôm điện, cacbit silic, cacbit bo, cacbit bo – silic, nitrit bo lập phương …

- Kim cương nhân tạo: được tổng hợp từ graphit dưới áp suất 100.000 atm và

nhiệt độ 2.500 ÷ 2.7000C Thành phần hoá học của kim cương nhân tạo gần giống với kim cương thiên nhiên (99,7% cacbon và 0,3% tạp chất) Phần lớn các tinh thể tổng hợp được có kích thước đến vài µm, trọng lượng vào khoảng từ 0,01 ÷ 0,1 cara Nhờ một chất xúc tác mới tìm ra gần đây người ta đã tổng hơp được kim cương dưới áp suất và nhiệt độ thấp hơn (từ 12600 atm và 1200 ÷ 14000C)

+ Hình dáng và màu sắc của các tinh thể kim cương phụ thuộc vào nhiệt độ Độ

bền của kim cương nhân tạo gấp 1,2 ÷ 2 lần so với kim cương thiên nhiên

- Nitrit bo lập phương (CBN): có độ cứng gần bằng độ cứng của kim cương

nhưng độ bền nhiệt cao gấp đôi Nitrit bo lập phương là liên kết hoá học của bo (44%) với nitơ (56%) ở dạng mạng tinh thể gần như kim cương Liên bang Nga

đã thí nghiệm thành công năm 1950 và đưa vào sản xuất năm 1964 Cần chú ý phân biệt giữa nitrit bo và nitrit bo lập phương Nitrit bo đã được biết từ lâu, là

G/cm3, graphit là một loại vật liệu dẫn điện rất tốt ở nhiệt độ cao Graphit có

màu đen còn nitrit bo màu trắng Khi tổng hợp ở áp suất (70000 atm) và nhiệt độ cao (17000C) người ta thu được tinh thể nitrit bo lập phương có các thông số mạng gần như kim cương Ngoài việc dùng làm hạt mài, nitrit bo lập phương còn được dùng làm dụng cụ cắt có lưỡi để gia công các loại thép tôi Do không

có sự tương tự hoá học với sắt, nitrit bo lập phương được dùng để thay kim cương trong việc gia công các loại thép có sức bền cao và các loại hợp kim có nền là thép Đá mài nitrit bo lập phương đắt hơn đá mài ôxyt nhôm nhiều nhưng cho hiệu quả kinh tế cao hơn

- Ôxyt nhôm điện: là ôxyt nhôm thu được trong lò điện từ quặng boxit

Thường gặp mấy loại sau:

+ Ôxyt nhôm điện thường: được dùng phổ biến nhất, có màu thay đổi từ da

cam đến hồng Lượng Al2O3 có trong ôxyt nhôm điện thường vào khoảng 92 ÷ 95% Ôxyt nhôm điện thường được dùng để mài thô, mài bán tinh và mài tinh các loại vật liệu có sức bền cao như thép, gang rèn … hoặc mài sắc các dụng cụ bằng thép cacbon dụng cụ

+ Ôxyt nhôm điện trắng: có hàm lượng Al2O3 cao hơn (98 ÷ 99%) nên tính

cắt tốt hơn Khi mài nhiệt độ mài thấp hơn vì khả năng tự mài sắc tốt hơn

+ Ôxyt nhôm đơn tinh thể: dạng hạt của ôxyt nhôm đơn tinh thể khác với dạng

hạt của ôxyt nhôm nói chung ở chỗ sau khi bị nghiền nát các hạt đều có một dạng hình học với kích thước từ (1 ÷ 50).10-3 mm Ôxyt nhôm đơn tinh thể có sức bền và tính cắt cao Hàm lượng Al2O3 trong ôxyt nhôm đơn tinh thể từ 97 ÷ 99%

Ôxyt nhôm điện trắng và ôxyt nhôm đơn tinh thể được dùng để mài bán tinh và mài tinh các loại thép và mài sắc dao bằng thép dụng cụ Ngoài ra còn có ôxyt nhôm pha crom dùng trong các chế độ cắt nặng, ôxyt nhôm pha titan có độ dẻo cao thích hợp cho việc mài rà và mài bóng Ôxyt nhôm (màu xanh) hạt mài mịn thường dùng để mài bóng

- Cacbit silic (SiC): là liên kết hoá học giữa Si và C, được sản xuất dưới hai

dạng: cacbit silic xanh chứa 98 ÷ 99% SiC và cacbit silic đen chứa 97 ÷ 98% SiC Cacbit silic xanh có tính cắt cao hơn cacbit silic đen khoảng 20% vì tạp chất ít hơn

+ Cacbit silic đen: được dùng để gia công các loại vật liệu có sức bền thấp

(gang, đồng thau, alumin, vật liệu phi kim loại …)

+ Cacbit silic xanh: chủ yếu được dùng để maì sắc hợp kim cứng và vật liệu sứ

- Cacbit bo (B4C): có độ cứng rất cao, chỉ kém kim cương và nitrit bo lập

phương Bột mịn và bột nhão bằng cacbit bo được dùng để mài bóng các loại vật liệu cứng như thạch anh …

- Cacbit bo silic (BI): khác với cacbit bo ở chỗ không có tạp chất graphit nên

tính năng ổn định, bền và rẻ hơn Cacbit bo silic được dùng nhiều ở các nguyên công đánh bóng, cho năng suất cao hơn cacbit bo khoảng 30 ÷ 40%

Bảng 1-1: Tính chất cơ lý của một số vật liệu mài

Tính chất Kim

cương

Nitrit bo lập phương Cacbit bo Cacbit silic

Oxyt nhôm điện

Mạng tinh thể Lập phương Lập phương Sáu cạnh Sáu cạnh -

B Kích thước hạt 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 thể, hoặc những mảnh tinh thể thường không đứng hình dạng và kích thước không quá 5mm

Hạt mài có ba kích thước cơ bản: chiều dài, chiều rộng và chiều dày Tuy nhiên

để cho đơn giản, người ta chỉ chọn chiều rộng làm kích thước đặc trưng của hạt Việc sàng những hạt mài nhỏ thường được thực hiện bằng các lưới dây có lỗ vuông Trước năm 1960 ở các nước, kể cả Liên Xô cũ dùng kích thước lỗ của lưới đặc trưng bởi số mắt lưới, nghĩa là số lỗ trên diện tích một tấc Anh (một tấc Anh bằng 25,4 mm) Kí hiệu độ hạt của đá mài dùng phổ biến ở Mỹ và ở Việt Nam (bảng 1-2)

Trong mỗi số hiệu hạt mài, không thể chỉ có những hạt mài có kích thước duy nhất mà nó bao gồm các hạt có kích thước lân cận Vì vậy mỗi số hiệu được đặc trưng bởi các nhóm (kích thước): giới hạn, lớn, cơ bản, phức tạp và nhỏ

Đặc trưng cơ bản của số hiệu hạt là số lượng và độ lớn của nhóm cơ bản của nó Mỗi số hiệu hạt mài không được chứa dưới 40% nhóm cơ bản, không quá 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 mài sản xuất với những số hiệu độ hạt sau đây: 125 ; 80 ; 50 ; 40; 25 ;

16 ; 12 ; 8 ; 6 ; 5 ; 4 ; M40 ; M28 ; M20

Bảng 1-2: Một số kí hiệu độ hạt mài

Kí hiệu độ hạt Theo tiêu

chuẩn của Mỹ (đơn vị 0,01mm)

Theo hệ dium (đơn vị mắt lưới) (hệ này hiện nay không dùng)

Giới hạn kích thước hạt theo nhóm cơ bản, µm

19 ÷ 1210, trong đó phần lớn là góc nhọn gần 72 ÷ 74%

Bảng 1-3: Giá trị trung bình của góc giữa các mặt, bán kính lượn của hạt

mài và hạt kim cương với độ hạt khác nhau

Vật liệu

mài Số hiệu độ hạt

Giá trị trung bình của góc giữa các mật độ

Góc nhọn (%)

Giá trị trung bình của bán kính lượn (µm)

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

1.5.2 Chất dính kết

Khi chế tạo dụng cụ, hạt mài kết hợp với nhau nhờ chất dính kết đông cứng Chất kết dính có ảnh hưởng quyết định tới độ bền cơ học và độ cứng của đá Độ cứng của đá được đánh giá bằng khả năng tách hạt mài khỏi bề mặt đá dưới tác dụng cơ nhiệt của quá trình mài Dụng cụ chế tạo từ chất dính kết gốm, nhựa và cao su lưu hoá thường được sử dụng rộng rãi hơn cả

Chất dính kết gốm: chế tạo từ đất sét, thạch anh và các chất khác bằng cách tán

nhỏ và trộn lẫn chúng theo tỷ lệ nhất định

Chất dính kết nhựa: có thành phần cơ bản là nhựa tổng hợp – bakêlit

Chất dính kết cao su lưu hoá: là cao su tổng hợp được lưu hoá và trở thành

êbonit cứng và bền

Khoảng 50 ÷ 60% tổng sản lượng đá mài chế tạo từ chất dính kết gốm, 30 ÷ 40% từ chất bakêlit, 4 ÷ 7% từ cao su lưu hoá và lưới, còn lại là các chất dính kết khác

Quá trình sản xuất dụng cụ mài bao gồm việc chế tạo chất dính kết, trộn hạt mài với chất dính kết, đóng khuôn, nung gia công cơ khí và thử Đóng khuôn các sản phẩm mài chủ yếu bằng cách ép trên máy ép chuyên dùng Dụng cụ chế tạo từ chất dính kết gốm có độ bền, độ chịu nhiệt và độ cứng cao, nhưng trở nên giòn hơn, vì vậy người ta không dùng chất dính kết gốm để chế tạo đá mài có chiều dày nhỏ và chịu tải trọng va đập

Đá mài dùng chất dính kết bakêlít có độ bền và độ đàn hồi cao hơn, ít làm nóng chi tiết được mài Tuy nhiên đá mài này có độ bền nhiệt và tuổi bền chịu tác dụng hoá học thấp, vì vậy thường dùng không có dung dịch làm nguội Ở nhiệt

độ từ 2000 trở lên, chất dính kết bakêlít trở nên giòn và đá mài rất mau mòn

Đá mài dùng chất dính kết cao su có độ chặt và độ đàn hồi cao, chịu nước tốt, nhưng có độ bền và chịu nhiệt hơi thấp Đá này được dùng rộng rãi để xẻ rãnh, cắt đứt và mài sản phẩm cần yêu cầu độ nhấp nhô bề mặt nhỏ

Chất dính kết gốm chia thành hai nhóm cơ bản: nóng chảy (dạng thuỷ tinh) và thiêu kết (dạng sứ) Chất dính kết gốm ký hiệu là K, đối với các dạng riêng biệt

có thể dùng chỉ số phụ

Chất liên kết KO dùng cho đá mài hạt nhỏ, ủ ở nhiệt độ 8000C

Đá mài corundun điện dùng chất liên kết K8, với corundun điện trắng – K1 và K5, với cácbítsi líc – K3 và K13, với đá mài hạt nhỏ dùng chất dính kết K7 Chất dính kết K51 chế tạo từ nguyên liệu chứa bo và dùng cho đá mài có cạnh

và prôfin cần độ chịu mòn cao

Chất liên kết cao su có một số dạng: B1, B2, B3 1ΓK, 2ΓK, 3ΓK, 4ΓK

Dạng B1 dùng cao su tổng hợp, đá mài được tạo thành nhờ cách cán trên máy cán cao su Dạng B2 dùng cho đá mài ren với các bước ren nhỏ Người ta phân biệt đá mài kiểu ΓK theo độ cứng: từ loại dẻo rất mềm (1ΓK) đến loại dẻo cứng 4ΓK) Những loại này chủ yếu dùng để đánh bóng, lượng cắt từ vài µm đến vài phần mười mm

1.5.3 Cấu trúc của đá mài

Cấu trúc của đá mài là tương quan về mặt số lượng giữa thể tích hạt mài, thể tích chất kết dính và thể tích khoảng trống trong đá, đảm bảo quan hệ:

Vhạt mài + Vdính kết + Vlỗ trống = 100% (1-6)

Trong đó:

Vhạt mài: Thể tích hạt mài

Vdính kết: Thể tích chất dính kết

Vlỗ trống: Thể tích lỗ trống trong toàn bộ viên đá

Cấu trúc của đá có kí hiệu từ 0 ÷ 12 Số hiệu của cấu trúc càng lớn thì đá mài càng xốp nghĩa là số lượng hạt mài càng giảm và khoảng trống càng tăng Theo tiêu chuẩn của Mỹ cấu trúc của đá được kí hiệu từ 1 đến 15, số 1 dành cho đá có cấu trúc đặc, số hiệu tăng dần thì đá mài càng xốp

Bảng 1-4: Tỷ lệ hạt mài trong đá ứng với các cấu trúc khác nhau

1.5.4 Độ cứng của đá mài

Độ cứng của đá mài là khả năng của chất liên kết chống sự bóc tách hạt mài khỏi bề mặt đá dưới tác dụng của ngoại lực Do đó, độ cứng của đá mài càng cao khi hạt mài liên kết với nhau càng vững, đá càng chịu lực lớn mà không bị mẻ

vỡ

Độ cứng đá mài chia ra sáu nhóm và 12 cấp

Bảng 1-5: Thang độ cứng của đá mài theo tiêu chuẩn Việt Nam

Độ cứng của đá mài Ký hiệu Cấp

Sự thay đổi độ cứng của đá đạt được bằng cách thay đổi tỷ lệ chất dính kết ∆V

và tương ứng làm thay đổi thể tích lỗ trống khi giữ nguyên thể tích hạt mài, ứng với tổ chức nhất định của đá Sự thay đổi tỷ lệ chất dính kết ảnh hưởng đến độ bền liên kết các hạt mài

Quan hệ đó có thể biểu diễn như sau:

Bảng 1-6: Tỷ lệ phần trăm thể tích của khoảng trống tương ứng với các

đá có độ hạt từ 125 ÷ 16 với chất liên kết gốm và bakêlit được thực hiện trên máy phun cát, bằng cách đo chiều sâu rãnh lõm tạo thành trên bề mặt đá do tác dụng của dòng cát thạch anh phun từ buồng máy, dưới áp suất khí nén 1,5kG/cm2 Độ cứng của đá càng cao thì chiều sâu rãnh càng nhỏ

Độ cứng của đá có độ hạt 12 ÷ M14 với chất dính kết gốm và bakêlit được xác định nhờ sự thay đổi chiều sâu rãnh lõm tạo thành do ép viên bi thép lên bề mặt

đá với tải trọng 60kG trên máy đo Roocwen

Độ cứng của đá có độ hạt 80 ÷ 10 với chất liên kết cao su, xác định trên máy đo AOT – 4 bằng cách đo số vòng quay cần thiết của mũi khoan để khoan vào thân

đá mài đến chiều sâu nhất định Người ta cũng dùng đầu côn đo độ cứng TKH qua hai bước: dùng tải trọng sơ bộ 1kG và sau đó dùng 60 kG Chỉ tiêu xác định

độ cứng là độ ăn sâu của đầu côn hợp kim cứng với góc ở đỉnh 600, nung nóng đến 9000C

1.5.5 Hình dáng hình học của đá mài

Tập hợp các lồi lõm của bề mặt đá mài được gọi là hình dáng hình học của đá

Nó phụ thuộc vào chế độ công nghệ khi sửa đá cũng như phụ thuộc vào vật liệu hạt, độ hạt, độ cứng của đá và luôn biến đổi phụ thuộc vào tải trọng cơ nhiệt xuất hiện trong quá trình mài

Hình dáng hình học đặc trưng cho khả năng cắt của đá Ứng với mỗi loại đá cụ thể (độ hạt, độ cứng, cấp cấu trúc xác định) sẽ có một chế độ sửa đá thích hợp sao cho tạo ra một topografie thích hợp nhất để có khả năng cắt tốt nhất, tuổi

bền đá cao nhất Chế độ sửa đá hợp lý này phải xác định bằng thực nghiệm dựa trên các điều kiện gia công cụ thể

Như vậy các tính chất đặc trưng cho một viên đá mài là vật liệu hạt mài, chất dính kết, độ hạt và độ rỗng (hay còn gọi là cấp cấu trúc) của đá

1.5.6 Bảng ký hiệu hạt mài, độ cứng, độ hạt của các nước

1 Ký hiệu loại hạt mài

Bảng 1.7 : Ký hiệu loại hạt mài

Ký hiệu loại hạt Việt

Nam

Nga Trung

Quốc

Tiệp Khắc

cứng (chưa sản xuất)

3 Ký hiệu chất dính kết :

Bảng 1.9 : Ký hiệu chất dính kết

1.6 Ưu nhược điểm của phương pháp gia công bằng đá mài

1.6.1 Ưu nhược điểm của phương pháp gia công bằng đá mài so với các phương pháp gia công cắt gọt khác

a) Ưu điểm

- Có độ chính xác cao hơn các phương pháp gia công bằng các dụng cụ khác

- Có thể đạt độ nhám thấp từ 1,25 -0,63µm và lớn hơn

- Gia công được các vật liệu cứng như: hợp kim cứng, thép tôi, thủy tinh, gốm

sứ … và các vật liệu mềm như: cao su, gỗ, da …

- Lượng dư gia công nhỏ (đến vài µm), lực cắt không lớn, yêu cầu vận tốc chi tiết không quá cao, điều chỉnh gá đặt vật mài đơn giản Do đó tiết kiệm được nguyên vật liệu và thời gian gia công nhanh

- Năng suất cắt cao, có khả năng thay đổi chế độ cắt ngay trong quá trình gia công

- Có thể đo lường tự động và tự động hóa các quá trình gia công

b) Nhược điểm

Mài là một quá trình rất phức tạp, có nhiều vấn đề phải nghiên cứu Các thông

số chất lượng đặc trưng của quá trình mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

1.6.2.Ưu điểm của phương pháp mài cao tốc so với mài thông thường

Bên cạnh các nhân tố về quy trình công nghệ, quá trình mài cũng có những yêu cầu nhất định đối với đá mài Đá mài cao tốc được dùng trên máy mài phẳng, mài tròn ngoài, mài tròn trong cũng như mài ren So với mài thường thì mài cao tốc có những ưu điểm sau :

□ Nâng cao năng suất máy theo thời gian

□ Giảm độ mòn và tăng tuổi bền của đá

□ Chất lượng bề mặt gia công tốt (tăng độ nhẵn, giảm hiện tượng cháy nhiệt, giảm ứng suất dư bề mặt v.v.)

Đặc điểm của đá mài cao tốc là khi tăng tốc độ của đá mài vẫn đồng thời có khả năng tăng lượng chạy dao dọc hay chạy dao ngang và tăng tốc độ quay của chi tiết Đó là nguyên nhân tăng năng suất khi mài cao tốc Để tăng hiệu quả làm việc của mọi hạt mài, khi mài cao tốc người ta thường tăng lượng chạy dao dọc

và lượng chạy dao ngang Vì chỉ tăng riêng tốc độ của đá mài thì năng suất không tăng được bao nhiêu.Tốc độ cắt cao (đến 50 -70 m/s ) chỉ có thể thực hiện được khi đá mài có đủ độ bền và đủ khả năng làm nguội Độ bền cơ học của đá mài có thể xác định bằng phương pháp thử độ bền đứt khi đá mài quay đến tốc

độ giới hạn, phương pháp này chỉ tính đến ảnh hưởng của lực li tâm, mặc dù khi mài đá còn chịu tác dụng của nhiều lực khác Cho đến nay, chưa có phương pháp cụ thể để xác định độ bền khi quan tâm đến tất cả các lực tác dụng lên đá mài Nâng cao tốc độ mài giới hạn cần chú ý đến các nhân tố sau đây :

Tuổi bền của đá mài làm bằng vật liệu này tăng gấp 1,5 đến 2 lần, độ mòn trung bình giảm 35-40%, năng suất cao hơn 10-20% Trong quá trình mài, bề mặt chi tiết bị nung nóng ít hơn nên ít xẩy ra nguy cơ bị cháy nhiệt hoặc bị vênh Điều

đó có ý nghĩa rất quan trọng khi gia công thép dễ bị nung nóng Tốc độ giới hạn của đá mài đã được tăng lên nếu số hiệu của hạt tăng lên Các hạt nhỏ có bề mặt tiếp xúc với chất dính kết lớn hơn nên đảm bảo dính chặt hơn khi ủ, do đó độ bền cơ học của đá mài sẽ tăng lên Ở tốc độ giới hạn của đá mài, chất dính kết và

độ nhuyễn đóng một vai trò quan trọng

Đối với chất dính kết ceramic, loại vật liệu nung cho ta kết quả tốt hơn với loại nấu chảy, vật liệu dính kết càng nhỏ (No180 hay nhỏ hơn) thì kết quả càng tốt Việc tăng độ cứng của đá mài ít có ảnh hưởng đến tốc độ giới hạn của nó (khoảng 5% khi tăng lên 2 cấp độ cứng)

Độ bền cơ học của đá mài phụ thuộc rất nhiều vào độ xốp của nó Khi mài cao tốc muốn đạt hiệu quả tốt, người ta dùng đá mài có độ xốp lớn Trong quá trình mài, phoi dễ lọt vào lỗ chứ không dính lên bề mặt đá mài và do lực li tâm mà phoi bị văng ra khỏi lỗ Do không khí dịch chuyển từ tâm ra mặt ngoài của đá nên ở tâm tạo thành khoảng chân không , do đó trong vùng cắt không khí lưu thông liên tục

Vì lí do ấy cộng với sự làm nguội nhờ lỗ xốp của đá mài mà điều kiện làm nguội của chi tiết mài được tốt lên

Nếu điều kiện làm việc hợp lí và nếu chọn đúng đặc tính đá mài có độ xốp cao thì đá mài sẽ có khả năng tự mài sắc tốt Vì tránh được ma sát thường thấy khi mài thông thường sinh ra bởi hạt mài đang mòn, chất kết dính và phoi nên đá mài có độ xốp lớn không có hiện tượng bị bịt lỗ Nhờ vậy, nhiệt độ trên bề mặt gia công giảm xuống rõ rệt và lực mài hướng kính cũng giảm xuống Sự làm nguội nhanh bề mặt mài và do ưu điểm của đá mài có độ xốp lớn nên tránh được hiện tượng cháy nhiệt và vênh chi tiết gia công

Khi chọn các đặc tính của đá mài cao tốc phải dựa vào điều kiện gia công Vì tốc

độ quay lớn nên cần đặc biệt chú ý đến vấn đề cân bằng đá mài Do việc tạo ra dòng xoáy của không khí khi mài cao tốc nên dung dịch làm nguội bắn lên thành bụi Để bụi nước này khỏi dây vào quần áo công nhân cần phải trang bị cho máy cơ cấu che chắn đặc biệt

1.7 Các thông số đặc trưng cho quá trình mài

Để đánh giá chất lượng của quá trình mài, 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, giá thành nguyên công và nhiều chỉ tiêu khác nữa Trong thực tế gia công, mài chủ yếu để sử dụng đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt cao, nên đánh giá chất lượng quá trình mài người ta thường sử dụng các chỉ tiêu

cơ bản đặc trưng cho độ chính xác và chất lượng bề mặt vật mài

Độ chính xác khi mài

Khi mài phẳng, độ chính xác, độ côn, độ ô van, độ không tròn… và độ không phẳng là chỉ tiêu quan trọng nhất, đặc trưng cho độ chính xác của quá trình mài Các yếu tố trên có thể phân thành hai nhóm chính như sau : Nhóm thứ nhất là các nguyên nhân do trang thiết bị gây nên Sau đây là một số nguyên nhân thuộc nhóm này:

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

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

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

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

- Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt

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

- Ảnh hưởng của các sai số in dập

Ngoài các sai số vừa nêu, độ chính xác khi mài còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa như mức độ hợp lý của cặp vật liệu đá - chi tiết, chế độ sửa đá, điều kiện mài…

* Chất lượng bề mặt vật mài

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

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

Nhóm các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của bề mặt gia công như ứng suất dư, vết nứt tế vi, vết cháy…Sau đây một số tác giả trong tài liệu xét một số chỉ tiêu chính thường được sử dung để đánh giá chất lượng của quá trình mài

a.Độ nhám bề mặt:

Trong quá trình mài phẳng, các hạt mài sẽ cào xước lên bề mặt gia công để tách

ra một lớp phoi mỏng Do số lượng các hạt mài lớn, phân bố của chúng không theo quy luật nhất định, chiều cao nhô ra khỏi chất dính kết của chúng không giống nhau, nên vết gia công trên bề mặt vật mài là tập hợp của nhiều vết gia công do các hạt mài đơn lẻ tạo ra Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy

độ nhám bề mặt có quan hệ khác với các thông số khác của quá trình mài theo các quy luật sau:

- Độ nhám bề mặt tăng khi lực cắt hướng kính Py, lượng chạy dao ngang và chiều sâu cắt tăng Hệ số mũ đặc trưng cho các quan hệ thay đổi trong khoảng từ 0,4 đến 0,5

- Vận tốc đá tăng thì nhám bề mặt giảm, tuy vậy với các loại đá có độ hạt nhỏ hơn 20 phải giới hạn vận tốc để không xảy ra hiện tượng cháy bề mặt

Quan hệ độ nhám và vận tốc cắt có thể được mô tả theo công thức sau:

- Theo Watanabe [2] đưa ra công thức nói lên mối quan hệ của đặc tính đá với

độ nhám bề mặt được mô tả bằng phương trình sau:

Cm: kết cấu đá (số % của hạt mài trong thể tích đá)

Hk: độ cứng đá theo thang tiêu chuẩn

- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào vật liệu hạt mài

- Độ nhám bề mặt thay đổi theo xu hướng tăng dần theo chu kỳ tuổi bền

- Độ nhám bề mặt vật liệu gia công và điều kiện gia công: theo quan hệ giữa độ nhám với chế độ mài và điều kiện gia công có thể mô tả bởi công thức sau:

.

.

3 2 1

2

m K K K H D V

S t V C

n m g d

q p ct

Trong đó: CRa Hệ số liên quan đến tính chất cơ lí của cặp vật liệu

K1 Hệ số đặc trưng cho độ hạt của đá

K2 Hệ số đặc trưng cho số hành trình cắt

K3 Hệ số đặc trưng cho loại dung dịch trơn nguội

H Chiều cao nhấp nhô của phôi

p, a, f, ω, m, z, q, n : Các hệ số thực nghiệm

- Khi mài vật liệu giòn như gang, nếu chiều sâu cắt quá lớn, phoi sẽ có dạng hạt,

sẽ chèn đầy vào các khe đá và chà xát lên bề mặt gia công, tạo ra các vết xước dọc, làm tăng độ nhám bề mặt

- Độ nhám phụ thuộc vào chế độ sửa đá và kết cấu của đầu sửa đá Một số nghiên cứu đã khẳng định, lượng chạy dao ngang khi sửa đá lớn hơn một giá trị nhất định, độ nhám ban đầu lớn, sau đó giảm dần Loại đầu sửa đá cũng ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt Nhìn chung, nếu chế độ sửa đá phù hợp, có thể nâng cao độ bóng lên cao hơn 1 - 2 cấp ở cùng điều kiện gia công

- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ thống công nghệ

b Độ sóng bề mặt

Độ sóng bề mặt là do hai nguyên nhân chính: các dao động theo phương vuông góc với bề mặt gia công và sai số hình dáng của đá (như độ ovan, độ không tròn…) gây ra Cả hai nguyên nhân này đều làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của đường sinh cắt của đá mài theo phương vuông góc với bề mặt gia công Ngoài ra, các yếu tố khác như biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, độ không đồng nhất của vật liệu…cũng làm xuất hiện sóng

c Tính chất cơ lý của lớp bề mặt

Các tính chất đặc trưng cho tính chất cơ lý của lớp kim loại bề mặt bao gồm: các biến đổi cấu trúc mạng, ứng suất dư và khả năng xuất hiện vết cháy, vết nứt tế vi…

Chiều sâu lớp bề mặt bị biến dạng phụ thuộc vào chế độ cắt, cơ tính của vật liệu gia công Trong quá trình mài do mức độ biến dạng dẻo tại các điểm khác nhau cũng như tại các chiều sâu khác nhau không giống nhau, do thay đổi cấu trúc, trên bề mặt vật mài sẽ xuất hiện ứng suất dư Cơ chế hình thành ứng suất dư rất phức tạp Độ lớn của ứng suất dư phụ thuộc vào lực cắt, nhiệt cắt, chế độ cắt, điều kiện mài và cơ tính của vật liệu gia công Khi chiều sâu cắt tăng, nhiệt cắt trong vùng gia công tăng, lớp kim loại bị biến dạng dẻo tăng, ứng suất kéo cũng tăng theo Khi lượng chạy dao tăng, lớp kim loại trên bề mặt xuất hiện ứng suất

dư nén

Khi mài vật liệu đã nhiệt luyện, do nhiệt độ mài rất cao, dễ xuất hiện khả năng cháy và vết nứt của lớp kim loại bề mặt Vết cháy khi mài là hiện tượng biến đổi cấu trúc cục bộ của lớp kim loại bề mặt dưới tác động của nhiệt độ cao tức thời

và cường độ toả nhiệt lớn trên một diện tích nhỏ của bề mặt gia công Vết cháy bao giờ cũng đi kèm vết nứt tế vi, do vậy khả năng chịu mòn và độ cứng của bề mặt giảm Vết cháy có thể do một số nguyên nhân gây ra như do chế độ cắt quá cao, đặc tính đá chọn không đúng, đá bị cùn hoặc bị bám dính bề mặt, không đủ dung dịch trơn nguội, đá bị đảo…Chiều sâu vết cháy phụ thuộc vào nhiệt độ mài

và tính chất của vật liệu gia công Các kết quả nghiên cứu cho thấy, độ cứng

trong vùng cháy không đồng nhất

Chương 2 GIỚI THIỆU MÁY MÀI TRỤC CAM

2.1 Nguyên lý hoạt động của máy mài cam

Máy mài cam hoạt động trên nguyên lý cơ bản của mài dây với các ưu điểm:

+ Không phải cân bằng hoặc sửa dây

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mài trên máy mài trục cam Trục cam được gá trên 2 đầu chống tâm và có thể quay quanh trục của nó Giấy mài sẽ tì lên bề mặt các vấu cam thông qua hệ thống con lăn dẫn hướng và có thể điều chỉnh lực tì bằng các quả đối trọng Khi trục cam quay, giấy mài đứng yên nên có sự chuyển động tương đối giữa bề mặt vấu cam với giấy mài và quá trình mài xảy ra ( hình 2.1)

Hình 2.2: Cơ cấu tì giấy mài lên bề mặt cam

Hình 2.3: Giấy mài và cam ở vị trí làm việc

Hình 2.4: Giấy mài và cam ở vị trí chưa làm việc

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy mài trục cam

Hình 2.6: Sơ đồ khối quy trình hoạt động của máy mài cam

XY LANH NÂNG BÀN MÀI

TIMER ĐẾM LÙI Ngưòi vận hành điều chỉnh thời giangian PH1 “ON”

AS013 “ON” AS016 “ON”

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG

Bằng tay

Tự động

Một số hình ảnh về máy mài trục cam Model 2009 do Công ty TNHH

Máy và Thiết bị công nghiệp Lam Uy sản xuất

Một số hình ảnh về máy mài trục cam Model 2009 do Công ty TNHH

Máy và Thiết bị công nghiệp Lam Uy sản xuất

2.2 Thiết kế và Quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết quan trọng

2.2.1 Khung máy

Khung Máy là phần kết cấu đỡ toàn bộ các bộ phận máy Khung máy được hình thành bởi các liên kết của các thép hình hộp và V Điều này đảm bảo cho khung máy có kết cấu vững chắc Cụm chân đỡ có thể điều chỉnh được để điều chỉnh sự cân bằng của máy khi lắp đặt máy Cụm khung trên có tác dụng làm bao che bảo vệ các bộ phận máy, cụm khung trên này ta có thể tháo dời được, điều này sẽ rất thuận tiện cho việc bảo dưỡng, sửa chữa hay thay thế giấy mài máy

Khung máy bao gồm các phần:

2.2.2 Giấy mài

Máy sử dụng giấy mài Fuji Star dạng cuộn ( Roll), Type WA-600 , đường kính ngoài 170mm, đường kính lõi trong 20mm, bề rộng giấy mài 12mm

Hình 2.8: Giấy mài dạng cuộn