Nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài thép suj2 bằng đá mài cbn trên máy mài phẳng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI THÉP SUJ2 BẰNG ĐÁ MÀI CBN TRÊN MÁY MÀI PHẲNG NGUYỄN THỊ LINH THÁI NGUYÊN, 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - NGUYỄN THỊ LINH NGHIÊN CỨU CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI THÉP SUJ2 BẰNG ĐÁ MÀI CBN TRÊN MÁY MÀI PHẲNG CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGÔ CƯỜNG KHOA SAU ĐẠI HỌC TS NGUYỄN VĂN HÙNG Thái nguyên, 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu Luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Trừ phần tham khảo đƣợc nêu rõ Luận văn Tác giả Nguyễn Thị Linh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo - TS Ngô Cường, người hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết hồn chỉnh Luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Ban lãnh đạo Khoa Sau đại học Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành Luận văn Tác giả chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Thái Nguyên giúp đỡ tác giả thực thí nghiệm Xưởng thực tập trường Tác giả bày tỏ lòng biết ơn nhà khoa học Viện Khoa học vật liệu Hà Nội, Viện Vật lý kỹ thuật - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ trình xử lý kết thí nghiệm Do lực thân cịn nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến Thầy, Cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp Tác giả Nguyễn Thị Linh MỤC LỤC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Ý nghĩa đề tài Đối tượng, mục đích, phương pháp nội dung nghiên cứu Chƣơng 1: CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP MÀI 1.1 Đặc điểm trình mài 1.2 Chất lượng bề mặt gia công phương pháp mài 1.2.1 Các yếu tố đặc trưng chất lượng bề mặt gia công phương pháp mài 1.2.1.1 Độ nhám bề mặt yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 1.2.1.2 Độ sóng bề mặt yếu tố ảnh hưởng tới độ sóng bề mặt 1.2.1.3 Cấu trúc lớp kim loại bề mặt yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc lớp kim loại bề mặt 1.2.1.4 Ứng suất dư bề mặt yếu tố ảnh hưởng tới ứng suất dư bề mặt 10 1.2.2 Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công 11 1.2.2.1 Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt gia công 11 1.2.2.2 Phương pháp đánh giá độ cứng lớp bề mặt vật liệu gia công 11 1.2.2.3 Phương pháp đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 12 1.2.2.4 Các phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công 12 1.3 Kết luận Chương 29 Chƣơng 2: CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI BẰNG ĐÁ CBN 30 2.1 Đặc tính đá mài CBN 30 2.1.1 Độ cứng 30 2.1.2 Tính chống mài mịn 31 2.1.3 Tính dẫn nhiệt 32 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1.4 Độ bền nén 34 2.1.5 Lực cắt 34 2.1.6 Rung động 36 2.2 Một số nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến chất lượng bề mặt gia công mài đá mài CBN 37 2.2.1 Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt mài 37 2.2.1.1 Ảnh hưởng loại dung dịch trơn nguội công nghệ tưới nguội 37 2.2.1.2 Ảnh hưởng vận tốc đá mài 39 2.2.1.3 Ảnh hưởng lượng chạy dao 40 2.2.1.4 Ảnh hưởng độ hạt đá mài 41 2.2.2 Ảnh hưởng đến cấu trúc lớp bề mặt mài 42 2.2.3 Ảnh hưởng đến ứng suất dư lớp bề mặt mài 43 2.3 Kết luận Chương 45 2.4 Xác định hướng nghiên cứu luận văn 45 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI THÉP SUJ2 BẰNG ĐÁ Al2O3 VÀ CBN 48 3.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 48 3.2 Xây dựng quy hoạch thực nghiệm 48 3.2.1 Chọn loại quy hoạch thực nghiệm dạng mơ hình hồi quy thực nghiệm 48 3.2.2.Xây dựng mơ hình hồi quy thực nghiệm 50 3.2.3 Kiểm tra mơ hình hồi quy thực nghiệm 51 3.2.3.1 Kiểm tra độ tương thích mơ hình theo chuẩn Fisher 51 3.2.3.2 Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số hồi quy 52 3.2.3.3 Kiểm tra khả làm việc mơ hình 54 3.3 Mơ tả hệ thống thí nghiệm 56 3.3.1 Vật liệu thí nghiệm 56 3.3.2 Đá mài 56 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.3.3 Sửa đá mài 57 3.3.4 Tưới nguội 57 3.3.5 Máy thí nghiệm 57 3.3.6 Thiết bị đo 57 3.4 Số liệu thí nghiệm kết xử lý số liệu thí nghiệm 58 3.4.1 Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt 58 3.4.2 Hình thái bề mặt gia công 59 3.4.3 Cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 60 3.4.4 Ứng suất dư bề mặt gia công 61 3.5 Thảo luận kết 65 3.5.1 Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia cơng 65 3.5.2 Hình thái bề mặt gia công 66 3.5.3 Cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 66 3.5.4 Ứng suất dư bề mặt 67 3.6 Kết luận Chương 68 KẾT LUẬN CHUNG 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Ra Sai lệch prơfin trung bình cộng m Rz Chiều cao nhấp nhô tế vi m Vct Tốc độ chi tiết gia công m/ph Vđ Tốc độ đá mài m/ph Chiều sâ mài mm De Đường kính tương đương đá mài mm az Chiều sâu cắt hạt mài mm Sd Lượng chạy dao dọc m/ph Ssđ Lượng chạy dao dọc sửa đá m/ph tsđ Chiều sâu cắt sửa đá mm  Ứng suất dư MPa t DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TT Bảng số Nội dung Trang 2.1 Một vài số liệu hệ số dẫn nhiệt đá mài CBN 32 Al203 2.2 Hệ số dẫn nhiệt lý thuyết thực nghiệm đá CBN 33 Al203 2.3 Nhiệt độ mài khô đá mài Al203 CBN 33 2.4 Nhiệt độ mài ướt đá mài Al203 CBN 33 2.5 Giá trị Rw mài đá mài CBN Al 203 43 3.1 Ma trận kế hoạch tựa D tối ưu đối xứng với thông số 49 ảnh hưởng 3.2 Tỷ lệ nguyên tố thép SUJ2 56 3.3 Kí hiệu tương đương mác thép SUJ2 nước 56 3.4 Kết thực nghiệm ảnh hưởng chế độ cắt đến 58 độ nhám bề mặt mài thép SUJ2 đá CBN 10 3.5 Độ nhám bề mặt thép SUJ2 mài đá Al2O3 59 CBN 11 3.6 Các giá trị d tương ứng với sin2 62 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TT Hình số Nội dung 1.1 Sự hình thành độ nhám bề mặt mài 1.2 Ảnh SEM bề mặt mài 1.3 Sự tán xạ quán từ electron đến điểm P 17 1.4 Nhiễu xạ tia X với tinh thể 18 1.5 Nhiễu xạ từ mặt phẳng 20 1.6 Hệ tọa độ mẫu hệ tọa độ thí nghiệm 22 1.7a Trạng thái tuyến tính d sin2 23 1.7b Sự tách đơi góc  trạng thái d sin2 23 1.7c Trạng thái dao động d sin2 23 10 1.8 Các trục tinh thể hướng chúng hệ tọa độ 26 Trang thí nghiệm hệ tọa độ mẫu 11 2.1 Độ cứng loại hạt mài 31 12 2.2 So sánh tính chống mài mịn CBN với vật liệu 31 hạt mài khác 13 2.3 Lực cắt mài thép ổ lăn AISI 52100 đá CBN 34 14 2.4 Lực cắt mài loại đá khác 35 15 2.5 Ảnh hưởng vận tốc đá đến lực cắt mài đá CBN 36 16 2.6 Ảnh hưởng loại dung dịch trơn nguội công nghệ 38 tưới nguội đến độ nhám bề mặt mài 17 2.7 Độ nhám bề mặt mài đá CBN với loại 39 dung dịch trơn nguội khác 18 2.8 Ảnh SEM trạng thái bề mặt mài đá mài CBN 39 với vận tốc đá khác 19 2.9 Ảnh hưởng vận tốc đá đến độ nhám bề mặt mài 40 đá mài CBN 20 2.10 Ảnh hưởng lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt 40 mài đá CBN Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 58 - - Khảo sát hình thái bề mặt gia cơng máy hiển vi điện tử quét: JSM 6490 (Hãng JEOL – JAPAN) - Phân tích cấu trúc tế vi lớp bề mặt gia công máy hiển vi quang học Axiovert 40MAT (Hãng CARL ZEISS – GERMAN - Khảo sát ứng suất dư bề mặt gia công phương pháp nhiễu xạ tia X máy X’PERT PRO (Hãng PANALYTICAL – PHILIP) 3.4 Số liệu thí nghiệm kết xử lý số liệu thí nghiệm 3.4.1 Ảnh hƣởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt Tiến hành thực nghiệm theo kế hoạch tựa D tối ưu đối xứng với thông số ảnh hưởng chế độ cắt t, Sd, Vđ (bảng 3.1) Kết thực nghiệm ảnh hưởng chế độ cắt (t, Sd, Vđ) đến độ nhám bề mặt gia công Ra cho (bảng 3.4) Bảng 3.4 Kết thực nghiệm ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt mài thép SUJ2 đá CBN Thông số vào TTTN t (mm) Ra (m) Sd (m/ph) Vđ (m/ph) Ra1 Ra2 Ra3 Ra 0,57 0,47 0,45 0,50 0.005 1700 0.005 20,5 1700 0,64 0,56 0,68 0,63 0.005 1905 0,39 0,46 0,52 0,46 0.005 20,5 1905 0,57 0,60 0,53 0,57 0.002 12 1700 0,50 0,56 0,48 0,52 0.012 12 1700 0,73 0,69 0,51 0,64 0.002 12 1905 0,49 0,56 0,43 0,49 0.012 12 1905 0,52 0,63 0,57 0,56 0.002 1800 0,57 0,47 0,65 0,56 10 0.012 1800 0,65 0,76 0,57 0,66 11 0.002 20,5 1800 0,71 0,68 0,74 0,71 12 0.012 20,5 1800 0,70 0,72 0,79 0,74 13 0.005 12 1800 0,58 0,79 0,68 0,68 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 59 - Xây dựng kiểm tra mơ hình hồi qui thực nghiệm chương trình máy tính với sơ đồ khối trình bày hình 3.1 kết sau: Ra  260.t 0,08 S d0,19 Vđ0,82 (3.40) Bảng 3.5 Độ nhám bề mặt thép SUJ2 mài đá Al2O3 CBN TTTN t (mm) 0,005 0,005 0,002 0,012 Chế độ cắt Sd (m/ph) 20,5 20,5 12 12 Vđ (m/ph) 1700 1905 1905 1700 Độ nhám Ra (μm) Đá Al2O3 Đá CBN 0,41 0,63 0,37 0,57 0,32 0,49 0,51 0,64 3.4.2 Hình thái bề mặt gia cơng Tiến hành thí nghiệm với hai loại đá mài hai mẫu thép SUJ2 có kích thước: dài x rộng x cao = 100 x 15 x 15 (mm) Chế độ cắt: t = 0,005 mm; Sd = 12 m/ph; Vđ = 1905 m/ph Các điều kiện gia cơng cịn lại Với loại đá sau sửa, tiến hành mài với 10 lần ăn chiều sâu (để topography đá mài đạt tới trạng thái ổn định) dừng lại Chụp ảnh tế vi bề mặt gia công máy hiển vi điện tử quét JSM 6490, kết cho hình 3.2 hình 3.3 Hình 3.2 Ảnh SEM bề mặt thép SUJ2 mài đá mài Al203 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 60 - Hình 3.3 Ảnh SEM bề mặt thép SUJ2 mài đá mài CBN 3.4.3 Cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia cơng Tiến hành thí nghiệm với điều kiện gia công Với mẫu loại đá sau sửa, tiến hành mài với 20 lần ăn chiều sâu dừng lại Cắt mẫu, đem mài bóng cho xâm thực hóa học phân tích máy hiển vi quang học Axiovert 40 MAT Viện Khoa học vật liệu Hà Nội Hình 3.4 hình 3.5 ảnh chụp cấu trúc lớp bề mặt hai mẫu Hình 3.4 Mẫu mài đá CBN, 100x, tổ chức lớp rìa gồm bít phân bố mactenxit ram Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 61 - Hình 3.5 Mẫu mài đá Al2O3, 100x, tổ chức lớp rìa gồm bít phân bố mactenxit chưa ram 3.4.4 Ứng suất dƣ bề mặt gia công Tiến hành thí nghiệm với điều kiện gia cơng Với mẫu loại đá sau sửa, tiến hành mài với 20 lần ăn chiều sâu dừng lại Sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X để xác định ứng suất dư bề mặt gia công máy X'PERT PRO Đại học Bách khoa Hà Nội Dùng nhiễu xạ tia X tác động vào hai mẫu với góc  khác cho kết hình 3.6 hình 3.7 Hình 3.6 Kết phân tích ứng suất dư bề mặt thép SUJ2 mài đá CBN Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 62 - Hình 3.7 Kết phân tích ứng suất dư bề mặt thép SUJ2 mài đá CBN Từ kết phân tích ứng suất dư ta nhận số liệu giá trị thông số d tương ứng với giá trị sin2 Bảng 3.6 Các giá trị d tương ứng với sin2 Mẫu mài đá CBN Mẫu mài đá Al2O3 sin2 d sin2 d 2.03384 2.05387 0.1 2.02961 0.1 2.05838 0.2 2.02876 0.2 2.05564 0.3 2.02952 0.3 2.05118 0.4 2.02753 0.4 2.05043 0.5 2.02977 0.5 2.04628 0.6 2.03074 0.6 2.04716 0.7 2.03081 0.7 2.04893 0.8 2.03338 0.8 2.05473 0.9 2.03838 0.9 2.06035 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 63 - Sử dụng phần mềm Origin 6.0 để vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ d sin2 ứng với kết phân tích mẫu Hình 3.8 Đồ thị quan hệ d sin2 mẫu mài đá CBN Hình 3.9 Đồ thị quan hệ d sin2 mẫu mài đá Al2O3 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 64 - Áp dụng cơng thức(1.37) để tính ứng suất dư trạng thái ứng suất phẳng: d  d o   d  d o 1 v v   sin    11   22  E E 1 v v   sin   d o  11   22   d o E E (3.41) Độ dốc m phương trình (3.41) là: m  1 v  E    m E    1  v  Trong đó: m - độ dốc đường thẳng quan hệ d sin2; - khoảng cách mạng không chịu ứng suất; E - modul đàn hồi thép SUJ2, E = 210 GPa; v - hệ số pốt xơng, v = 0.28 - Trường hợp mài thép SUJ2 đá CBN: Độ dốc m = -0.00103 = 2.05264 Å     0.00103 210   10 ( Pa )   82.32 ( MPa ) 2.05264   0.28  - Trường hợp mài thép SUJ2 đá Al2O3: Độ dốc m = 0.00505 = 2.03149 Å    0.00505  210   10 ( Pa )  407.87 ( MPa ) 2.03149   0.28  - Vì  = nên  = 11 ta có: Ứng suất dư bề mặt mẫu mài đá CBN:  = 11 = -82.32 (Mpa) Ứng suất dư bề mặt mẫu mài đá Al2O3:  = 11 = 407.87 (Mpa) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 65 - Với trị số xác định ứng suất dư lớp bề mặt gia công mài thép SUJ2 nhiệt luyện đá mài CBN ứng suất dư nén, ứng suất dư lớp bề mặt gia công mài thép SUJ2 nhiệt luyện đá mài Al203 ứng suất dư kéo 3.5 Thảo luận kết 3.5.1 Ảnh hƣởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công Kết hồi qui cho biết quan hệ độ nhám bề mặt gia công chế độ cắt mài thép SUJ2 nhiệt luyện đá mài CBN máy mài phẳng: Ra  260.t 0,08 S d0,19 Vđ0,82 (3.42) Như qui luật ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công mài đá mài thường đá mài CBN giống Các thông số t, Sd, Vđ ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công mức độ khác nhau: tốc độ cắt Vđ có ảnh hưởng nhiều nhất, cịn chiều sâu cắt t có ảnh hưởng không đáng kể - Nhám bề mặt mài hình thành chủ yếu vết cào xước chồng lên điểm cắt hạt mài có chiều cao khơng [1], [7] Về mặt lý thuyết, chiều sâu mài t lớn chiều cao nhơ lên mặt đá hạt mài việc thay đổi chiều sâu mài không làm thay đổi chiều sâu cắt hạt mài az độ nhám bề mặt mài Ra, Rz không thay đổi Tuy nhiên công thức (3.42) lại cho thấy chiều sau mài t có ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt mài (mặc dù ít), chiều sâu mài ảnh hưởng đến rung động, nhiệt cắt lực cắt mà lại yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt gia cơng Tăng chiều sâu mài rung động, lực cắt, nhiệt cắt tăng đồng thời việc tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt khó khăn làm cho nhiệt cắt tăng, tăng mức độ biến dạng dẻo lớp kim loại bề mặt kết độ nhám bề mặt gia công tăng Đá mài mịn chiều cao nhơ lên mặt đá hạt mài mức độ ảnh hưởng chiều sâu mài đến độ nhám bề mặt gia công nhỏ - Tăng lượng chạy dao dọc Sd mặt làm giảm “xếp chồng” đường cắt hạt mài làm chiều sâu cắt a z hạt mài tăng nên độ nhám Ra tăng, mặt khác lại làm giảm nhiệt cắt cải thiện điều kiện tưới nguội vào vùng cắt nên độ nhám bề mặt Ra giảm Vì thép SUJ2 nhiệt luyện có mức độ biến dạng dẻo khơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 66 - lớn nên ảnh hưởng thứ trội Mặt khác nhiệt cắt mài đá CBN không lớn với đá mài thường nên tăng Sd Ra tăng - Tăng tốc độ cắt Vđ mặt làm tăng “xếp chồng” đường cắt hạt mài nên độ nhám bề mặt mài Ra giảm, mặt khác lại làm tăng nhiệt cắt qua làm tăng mức độ biến dạng dẻo độ nhám bề mặt Vì nhiệt cắt mài đá CBN khơng cao nên ảnh hưởng thứ trội tức tăng Vđ Ra giảm Mơ hình (3.42) sở để lựa chọn chế độ cắt hợp lý tối ưu mài tinh thép SUJ2 đá CBN máy mài phẳng Kết đo độ nhám bề mặt gia công bảng 3.5 cho thấy: điều kiện mài có cấp độ hạt 80 độ nhám bề mặt mài đá CBN thấp so với mài đá Al2O3 khoảng cấp Có thể giải thích điều sau: hạt mài CBN có độ cứng độ bền nén cao nên không bị vỡ sửa đá, mật độ lưỡi cắt đá CBN phụ thuộc chủ yếu vào việc chế tạo đá mài hạt mài; ngược lại, hạt mài Al2O3 có độ cứng độ bền nén thấp nên dễ bị vỡ sửa đá để hình thành lưỡi cắt mới, mật độ lưỡi cắt đá Al2O3 phụ thuộc nhiều vào việc sửa đá [14]; kết thí nghiệm chứng tỏ việc sửa đá làm cho mật độ lưỡi cắt đá Al2O3 cao so với đá CBN 3.5.2 Hình thái bề mặt gia công Ảnh SEM cho thấy: mài đá Al2O3 tượng vật liệu bị nén giãn sang hai bên đường cắt xảy mạnh hơn, hạt mài bị vỡ làm cho trình cắt dừng đột ngột tạo vết lồi lõm bề mặt mài đồng thời gây ứng suất tập trung chi tiết làm việc sau (hình 3.2); mài đá CBN hạt mài CBN có độ sắc cao nên đường cắt hạt mài gọn sắc nét hơn, vật liệu bị nén giãn sang hai bên đường cắt, hạt mài khơng bị vỡ q trình mài (hình 3.3) 3.5.3 Cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công Nhiệt cắt mài cao lại truyền phần lớn vào chi tiết gia cơng (65 ÷ 84%) [2] làm cho lớp bề mặt gia cơng bị nung nóng sau làm nguội nhanh, nguyên nhân làm thay đổi cấu trúc lớp bề mặt gia cơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 67 - Kết kiểm tra kim tương lớp bề mặt gia công thép SUJ2 nhiệt luyện Viện Khoa học vật liệu Hà Nội cho thấy: - Lớp bề mặt mài đá Cn80.MV1.G.V1.250x20x75.50m/s bị tơi lại Điều chứng tỏ nhiệt cắt trường hợp cao lớp bề mặt gia cơng nung nóng tới nhiệt độ điểm AC3 Lớp bề mặt gia công bị lại bị giảm độ cứng so với ban đầu [7] làm giảm khả chịu mài mòn làm việc bề mặt chi tiết - Lớp bề mặt mài đá RB-1A1, 250D-20T-2X-75H bị ram lại Điều chứng tỏ nhiệt cắt trường hợp thấp nên lớp bề mặt gia cơng bị nung nóng tới nhiệt độ điểm AC1 Lớp bề mặt gia cơng bị ram lại nên tính thay đổi khơng đáng kể so với ban đầu, khơng làm ảnh hưởng xấu tới khả làm việc sau chi tiết máy Khả cắt tốt tính dẫn nhiệt cao đá mài CBN làm giảm đáng kể nhiệt độ mài 3.5.4 Ứng suât dƣ bề mặt Ứng suất dư bề mặt có ảnh hưởng đến khả làm việc sau chi tiết máy: ứng suất dư nén có tác dụng nâng cao độ bền mỏi, ngược lại ứng suất dư kéo lại làm giảm độ bền mỏi chi tiết máy [3], ứng suất dư kéo với trị số lớn nguyên nhân gây vết nứt tế vi bề mặt qua làm giảm mạnh độ bền mỏi chi tiết máy [14] Quá trình hình thành ứng suất dư bề mặt phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt tượng chuyển pha cấu trúc lớp kim loại bề mặt Kết xác định ứng suất dư bề mặt gia công mài thép SUJ2 nhiệt luyện cho thấy: mài đá Al2O3 ứng suất dư kéo có trị số σ = 407,87 MPa, mài đá CBN ứng suất dư nén có trị số σ = - 82,32 MPa, chênh lệch hai giá trị ứng suất lớn Nguyên nhân khác biệt đá CBN có độ sắc hơn, hệ số truyền nhiệt cao cho phép trì nhiệt cắt thấp nên mức độ biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, tượng chuyển pha cấu trúc lớp kim loại bề mặt Nói cách khác, cấu trúc lớp kim loại bề mặt mài đá mài CBN bị thay đổi trị số ứng suất dư bề mặt nhỏ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 68 - 3.6 Kết luận Chƣơng Đã xây dựng mơ hình quan hệ độ nhám bề mặt gia công với chế độ cắt mài thép SUJ2 nhiệt luyện đá CBN RB-1A1,250D-20T-2X-75H máy mài phẳng Mơ 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 Đã đánh giá chất lượng bề mặt gia công mài thép SUJ2 nhiệt luyện đá Al2O3 đá CBN qua thông số như: độ nhám bề mặt, hình thái bề mặt, cấu trúc lớp kim loại bề mặt, ứng suất dư bề mặt Kết cho phép khẳng định: chất lượng bề mặt gia công mài đá CBN tốt hẳn so với mài đá Al2O3 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 69 - KẾT LUẬN CHUNG Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công mài tinh thép ổ lăn SUJ2 nhiệt luyện đá CBN RB-1A1,250D-20T-2X-75H máy mài phẳng xác định theo công thức thực nghiệm: Ra  260.t 0,08 S d0,19 Vđ0,82 Đây sở để lựa chọn chế độ cắt hợp lý tối ưu Các thông số chế độ cắt ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công với mức độ khác nhau: vận tốc cắt có ảnh hưởng lớn nhất, chiều sâu cắt ảnh hưởng khơng đáng kể Như vậy, điều khiển q trình mài tinh theo tiêu độ nhám bề mặt gia cơng cần ưu tiên điều khiển thơng số vận tốc cắt lượng chạy dao Đá Al2O3 CBN có cấp độ hạt 80 bề mặt thép SUJ2 mài đá CBN thô khoảng cấp Như vậy, để đảm bảo yêu cầu độ nhám bề mặt gia công cần chọn đá CBN có cấp độ hạt mịn đá Al2O3 cấp Chất lượng bề mặt thép SUJ2 mài đá Al2O3: mức độ đồng hình thái bề mặt thấp, bề mặt có vết lồi lõm hạt mài bị vỡ làm cho trình cắt dừng đột ngột, lớp bề mặt bị lại bị giảm độ cứng, ứng suất dư bề mặt ứng suất kéo với trị số lớn Chất lượng bề mặt thép SUJ2 mài đá CBN: mức độ đồng hình thái bề mặt cao, lớp bề mặt bị ram lại độ cứng thay đổi, ứng suất dư bề mặt ứng suất nén Đánh giá chung chất lượng bề mặt thép ổ lăn SUJ2 mài đá CBN cao hẳn so với mài đá Al2O3 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 70 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngô Cƣờng (2007), Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến vài thông số đặc trưng cho trình cắt mài tinh thép ШХ15 X12M đá mài Hải Dương máy mài trịn ngồi, Luận án Tiến sỹ, Hà Nội Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ xác gia công thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình tác giả (2003), Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Thế Hùng, Trần Thế San, Hồng Trí (2002), Thực hành khí tiện, phay, bào, mài, NXB Đà Nẵng Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Văn Tính (1978), Kỹ thuật mài, NXB Công nhân kỹ thuật, Hà Nội Brinksmeier E., Cammett J.T., König W., Leskovar P, Peters J., Tönshoff H.K.(1982), Residual Stresses - Measurement and Causes in Machining Processes, CIRP Annals - Manufacturing Technology 31(2), pp 491-510 Chen X., Rowe W.B., Cai R (2002), Precision grinding using CBN wheels, International Journal of Machine Tools and Manufacture 42(5), pp 585–593 10 EHWA Diamond Industrial Co.,Ltd (2006), Diamond And CBN Wheels, Osan city, Kyungki Do, Korea 11 Fathallah B.B., Fredj N.B., Sidhom H, Braham C., Ichida Y (2009), Effects of abrasive type cooling mode and peripheral grinding wheel speed on the AISI D2 steel ground surface integrity International, Journal of Machine Tools and Manufacture 49(3-4), pp 261-272 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 71 - 12 Ichida Y., Sato R., Morimoto Y., Ohsawa Y., Fredj N.B (2006), Formation mechanism of finished surface in ultrahigh - speed grinding with cubic boron nitride (CBN) wheels, JSME International Journal, Mechanical Systems, Machine Elements and Manufacturing 49(1), pp 100-105 13 Liu C., Chen X., Gindy N (2007), Assessment of Al2O3 and superabrasive wheels in nickel-based alloy grinding, International journal of advanced manufacturing technology 33(9-10), pp 940-951 14 Malkin S (1989), Grinding Technology: Theory and Applications of Machining With Abrasives, Ellis Horwood, Chichester, West Sussex, London 15 Malkin S.(1985), Current Trends in CBN Grinding Technology, CIRP Annals Manufacturing Technology, 34(1), pp 557-560 16 Malkin S., Guo C (2007), Thermal analysis of grinding, CIRP Annals Manufacturing Technology 56(2), pp 760-782 17 Malkin S and Shi Z (2006), Wear of electroplated CBN grinding wheel, Journal of manufacturing science and engineering 128 (1), pp 110-118 18 Malkin S and Upadhyaya R P (2004), Thermal Aspect of Grinding With Electroplated CBN Wheels, Journal of manufacturing science and engineering 126(1), pp 107–114 19 Monici R.D., Bianchi E.C., Catai R.E., Aguiar P.R (2006), Analysis of the different forms of application and types of cutting fluid used in plunge cylindrical grinding using conventional and superabrasive CBN grinding wheels, International Journal of Machine Tools and Manufacture 46(2), pp 122-131 20 Morgan M.N., Rowe W.B., Black S.C.E and Allanson D.R (1998), Effective thermal propertier of grinding wheel and grains, Proceeding of the institute of mechanical engineers, Part B, Journal of engineering manufacture 212, pp 661-669 21 Pavel R., Srivastava A (2007), An experimental investigation of temperatures during conventional and CBN grinding, The International Journal of Advanced Manufacturing Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 72 - Technology 33(3), pp 412-418 22 Silva E.J da, Alves S.M., Oliveira J.F.G de The influence of grinding fluids in the wear of vitrified CBN wheel 23 Silva E.J da., Bianchi E.C., Oliveira J.F.G de., Aguir P.R de.(2003) Evaluation of grinding fluids in the grinding of a mastensitic valve steel with CBN and alumina abrasives, Proceeding of the institute of mechanical engineers, Part B, Journal of engineering manufacture 217, pp 1047-1055 24 Stephenson D.J., Veselovac D., Manley S., Corbett J (2001), Ultra-precision grinding of hard steels, Precision Engineering 25(4), pp 336-345 25 Tönshoff H.K., Wobker H G., Brunner G (1995), CBN Grinding with Small Wheels, CIRP Annals - Manufacturing Technology 44(1), pp 311-316 26 Osman Anderoglu (2004), “Residual stress measurement using X-ray diffraction”, Master of science, Texas A&M University, USA 27 P J.Withers and H.K.D.H.Bhadeshia (2001), “Residual Stress Part Measurement Techniques”, Materials Science and Technology, 17, pp 355-365 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... mặt gia công mài thép SUJ2 nhiệt luyện đá CBN máy mài phẳng 3.2 Mục đích nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu là: đánh giá chất lượng bề mặt gia công mài thép SUJ2 nhiệt luyện đá mài CBN máy mài phẳng. .. trên, tác giả chọn đề tài: “ Nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công mài thép SUJ2 đá mài CBN máy mài phẳng ” Ý nghĩa đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học Mài đá mài CBN nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu. .. đặc tính cắt gọt đá mài CBN chất lượng bề mặt mài đá CBN; đánh giá chất lượng bề mặt mài đá CBN xây dựng mơ hình thực nghiệm quan hệ độ nhám bề mặt gia công với chế độ cắt mài đá CBN Số hóa Trung