Bài viết này trình bày một nghiên cứu về mối quan hệ giữa nhiệt cắt và nhám bề mặt khi mài. Trên cơ sở những nghiên cứu về quá trình mài, mối quan hệ giữa nhiệt cắt với các thông số của quá trình mài (chế độ cắt, thông số về vật liệu chi tiết…) được thành lập.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Nghiên cứu quan hệ nhiệt cắt nhám bề mặt mài Studying the relationship between temperature and surface roughness in grinding Đỗ Đức Trung*, Nguyễn Văn Thiện, Hoàng Tiến Dũng Khoa Cơ khí, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội * Email: dotrung.th@gmail.com Mobile: 0988488691 Tóm tắt Từ khóa: Chế độ cắt mài; Nhám bề mặt; Nhiệt mài; Thông số hệ thống mài Bài báo trình bày nghiên cứu mối quan hệ nhiệt cắt nhám bề mặt mài Trên sở nghiên cứu trình mài, mối quan hệ nhiệt cắt với thơng số q trình mài (chế độ cắt, thông số vật liệu chi tiết…) thành lập Từ đưa mối quan hệ nhiệt cắt nhám bề mặt mài Sử dụng mối quan hệ để xác định nhiệt cắt theo số liệu độ nhám bề mặt xác định (độ nhám đo trước đó) Kết cho thấy: giá trị nhiệt cắt tính tốn tương đối phù hợp với thực nghiệm Từ cho thấy, tham khảo kết nghiên cứu báo để dự đoán nhiệt cắt trường hợp cụ thể mài Mặc khác báo đưa hướng phát triển cho nghiên cứu Abstract Keywords: Cutting parameters; Surface roughness; Grinding Temperature; Parameters of grinding system This paper introduces a study on relationship between temperature and surface roughness in grinding Based on other research on grinding process, the relationship between grinding temperature of workpiece and parameters of grinding system (cutting parameters, workpiece parameter etc ) was established Thus, we formed the relationship between grinding temperature and surface roughness This relationship is used to calculate grinding temperature of workpiece according to predetermined surface roughness The results of calculated temperature are in agreement with experiment data Therefore, the results of this study can be referred for calculating of the grinding temperature in practical cases On the other hand, further research direction is presented Ngày nhận bài: 27/06/2018 Ngày nhận sửa: 01/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/8/2018 GIỚI THIỆU Trong gia công khí, mài phương pháp phổ biến, thường dùng để gia công lần cuối bề mặt quan trọng với u cầu độ xác, độ bóng bề mặt cao [1, 2] HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Cũng phương pháp gia công cắt gọt khác, chất lượng chi tiết mài đánh giá qua nhiều thơng số nhám bề mặt, độ xác kích thước, cấu trúc lớp bề mặt,… nhám bề mặt thơng số có ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc chi tiết máy thường chọn làm tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm [1, 2] Bên cạnh nhám bề mặt, nhiệt cắt mài có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt chi tiết máy Khi mài, nhiệt cắt gây số tượng sai hỏng cho bề mặt chi tiết: nứt bề mặt, cháy bề mặt, bề mặt có độ cứng thay đổi, [2] Việc nghiên cứu nhám bề mặt nhiệt cắt mài thực nhiều nghiên cứu ngồi nước Trong đó, việc xác định nhám bề mặt chi tiết mài tương đối đơn giản thiết bị đo nhám phổ biến, thao tác đơn giản việc xác định nhiệt cắt mài lại vấn đề phức tạp, gây khó khăn cho q trình nghiên cứu, qua ảnh hưởng đến hiệu kinh tế - kỹ thuật q trình gia cơng Trong nghiên cứu này: Trên sở nghiên cứu trình mài, mối quan hệ nhiệt cắt với thông số trình mài thành lập Từ đưa mối quan hệ nhiệt cắt nhám bề mặt mài Sử dụng mối quan hệ để xác định nhiệt cắt theo giá trị nhám bề mặt có (độ nhám đo trước đó) Kết cho thấy: giá trị nhiệt cắt tính tốn tương đối phù hợp với thực nghiệm Từ cho thấy, tham khảo kết nghiên cứu báo để dự đoán nhiệt cắt trường hợp cụ thể mài, đồng thời làm tiền đề cho nghiên cứu THÀNH LẬP MỐI QUAN HỆ GIỮA NHIỆT CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI Theo Sanchit Kumar Khare cộng [3] nhám bề mặt mài xác định theo công thức: (1) = 0,471 ℎ Trong đó: ℎ chiều dày phoi không biến dạng Theo Stephen Malkin Changsheng Guo [2] hầu hết q trình mài, phần lớn cơng suất trình mài chuyển thành nhiệt năng, nhiệt độ lớn bề mặt chi tiết xác định theo công thức: = 1,595 / / / (2) Trong đó: - nhiệt phân bố bề mặt chi tiết; - độ dẫn nhiệt vật liệu chi tiết, giá trị số loại vật liệu tra cứu theo [4]; - độ tản nhiệt vật liệu chi tiết, giá trị số loại vật liệu tra cứu theo [5]; - vận tốc nguồn nhiệt; Theo hình 1, vận tốc di chuyển nguồn nhiệt vận tốc chi tiết [6]: Hình Mơ hình truyền nhiệt vùng mài: (a) mài trịn ngồi; (b) mài phẳng [6] HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 = (3) - nửa chiều dài nguồn nhiệt, xác định theo công thức = /2 (4) Trong đó, thức sau [7]: chiều dài cung tiếp xúc đá mài chi tiết, xác định theo công =( ) (5) Trong công thức (5), thức (6) [1, 2], với đường kính đá mài tương đương xác định theo cơng tương ứng đường kính đá mài đường kính chi tiết ± = (6) Trong công thức (6) dấu (-) sử dụng mài trịn trong, dấu (+) sử dụng mài trịn ngồi; phương pháp mài phẳng đường kính chi tiết vơ cùng, = Kết hợp phương trình (2) đến (6), nhiệt cắt lớn bề mặt chi tiết xác định theo công thức sau: / = 1,13 / / ± / (7) Trong công thức (7): nhiệt phân bố bề mặt chi tiết, hay cịn gọi thơng lượng nhiệt, lượng nhiệt truyền vào bề mặt chi tiết đơn vị diện tích vùng mài Trong tổng số nguồn lượng trình mài, gọi phần lượng chuyển thành nhiệt truyền vào bề mặt chi tiết khu vực mài Gọi lượng riêng mài, theo Stephen Malkin cộng [2] ta có biểu thức sau: = = = (8) Trong công thức (8), phần lượng chuyển thành nhiệt truyền vào chi tiết đại lượng khó xác định Theo Malkin Anderson [8] sử dụng đá oxit nhơm, có giá trị nằm khoảng 60 đến 90%; theo Sato [9] sử dụng đá CBN giá trị khoảng 84% Tổng lượng trình mài bao gồm lượng tạo phoi, lượng cho tượng cày hạt mài vào bề mặt gia công lượng trượt hạn mài bề mặt chi tiết, thể theo phương trình sau [8]: = + + (9) Trong cơng thức (9): , tương ứng lượng tạo phoi, lượng cày lượng trượt Trong chiếm khoảng 45% tổng lượng trình mài, phần lượng lại chuyển thành nhiệt cắt Từ theo Malkin Anderson ta có [8]: = + + 0,55 = − 0,45 Kết hợp phương trình ta được: (10) HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 = 1,13 ( − 0,45 ) ± Theo Roger Singleton [10] lượng riêng (11) trình mài xác định sau: = 1/ℎ (12) Trong đó: hệ số dương, việc xác định giá trị thường gặp nhiều khó khăn, giá trị nằm khoảng 0,8 - 1[10]; Trong phần báo này, giá trị chọn 0,8 theo nghiên cứu [10, 11] Kết hợp phương trình (7), (11) (12), nhiệt độ lớn vùng mài xác định theo công thức: = 1,13 / / / / ± ℎ (13) Thay phương trình (1) vào (13) ta biểu thức thể quan hệ nhiệt cắt nhám bề mặt sau: / / (14) ± Biểu thức (14) sở để xác định nhiệt cắt sở nhám bề mặt chi tiết mài / 1,13 0,471 = / XÁC ĐỊNH NHIỆT CẮT TRÊN CƠ SỞ NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI PHẲNG Khi mài phẳng với giá trị viết lại sau: = , 0,6187 / chọn 0,8 trình bày trên, biểu thức (14) / / / (15) Sử dụng biểu thức (15) để tính nhiệt cắt ( ) theo nhám bề mặt (nhám bề mặt xác định trước máy đo) so sánh với với nhiệt cắt xác định từ thực nghiệm ( ∗ ) Dữ liệu dùng để so sánh nghiên cứu số liệu nghiên cứu thực nghiệm mài thép HCHCR (thép Crom chất lượng cao – Tiêu chuẩn Trung Quốc) đá Al2O3 có đường kính 175mm nghiên cứu Jaswanth cộng [12] Ngồi thơng số , , chọn ( ) để tính nhiệt cắt theo nghiên cứu thực nghiệm Jaswanth cộng [12], thông số khác lựa chọn theo nghiên cứu trước phân tích có giá trị ⁄ )[5]; = 36( ⁄ )[4]; = 0,8[10, 11] sau: = 0,6[8]; = 18,8( Jaswanth cộng [12] tiến hành 16 điểm thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời thông số: vận tốc đá mài, vận tốc chi tiết, chiều sâu cắt đến nhám bề mặt nhiệt cắt mài khơ Họ tiến hành 16 điểm thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời thông số: vận tốc đá mài, vận tốc chi tiết, chiều sâu cắt, lưu lượng dung dịch trơn nguội đến nhám bề mặt nhiệt cắt Tuy nhiên mối quan hệ nhiệt cắt nhám bề mặt thành lập nghiên cứu (công thức 15) không bao gồm thông số vận tốc đá mài công nghệ trơn nguội Do đó, chúng tơi tiến hành so sánh giá trị nhiệt cắt tính tốn theo cơng thức (15) với nhiệt cắt thực nghiệm điều kiện mài khô Jaswanth cộng [12] ứng với giá trị vận tốc đá mài Kết đạt sau: HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 * Giá trị nhiệt cắt tính toán thực nghiệm trường hợp vận tốc đá mài 18,3m/s (bảng 1, hình 2) Bảng Giá trị nhiệt cắt thí nghiệm [12] nhiệt cắt tính tốn trường hợp vận tốc đá mài 18,3m/s ∗ ( C)[12] 462 (0C) 385,32 TT t(m) 25 vct(m/ph) 12 Ra(m) 1,68 10 15 1,16 234 291,41 20 1,25 250 266,54 Hình Giá trị nhiệt cắt thí nghiệm [12] nhiệt cắt tính tốn trường hợp vận tốc đá mài 18,3m/s * Giá trị nhiệt cắt tính tốn thực nghiệm trường hợp vận tốc đá mài 9,17m/s (bảng 2, hình 3) Bảng Giá trị nhiệt cắt thí nghiệm [12] nhiệt cắt tính tốn trường hợp vận tốc đá mài 9,17m/s TT vct(m/ph) t(m) 10 Ra(m) 1,16 25 30 12 ∗ ( C)[12] (0C) 110 168,25 1,37 314 370,38 1,59 490 461,68 Hình Giá trị nhiệt cắt thí nghiệm [12] nhiệt cắt tính tốn trường hợp vận tốc đá mài 9,17m/s HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 * Giá trị nhiệt cắt tính tốn thực nghiệm trường hợp vận tốc đá mài 13,8m/s (bảng 3, hình 4) Bảng Giá trị nhiệt cắt thí nghiệm [12] nhiệt cắt tính tốn trường hợp vận tốc đá mài 13,8m/s ∗ ( C)[12] 441 (0C) 331,85 TT t(m) 30 vct(m/ph) Ra(m) 1,39 25 15 1,61 442 445,72 10 12 1,13 208 266,17 Hình Giá trị nhiệt cắt thí nghiệm [12] nhiệt cắt tính tốn trường hợp vận tốc đá mài 13,8m/s Từ kết bảng (1), (2), (3) hình (2), (3), (4) cho thấy: Giá trị nhiệt cắt tính toán tương đối phù hợp với thực nghiệm Điều cho thấy tham khảo kết nghiên cứu để dự đoán nhiệt cắt sở số liệu xác định trước nhám bề mặt trường hợp cụ thể KẾT LUẬN Từ kết đạt nghiên cứu này, rút số kết luận sau: - Đã xây dựng mối quan hệ nhiệt cắt với nhám bề mặt chi tiết mài, mối quan hệ cho phép dự đốn giá trị nhiệt cắt sở giá trị độ nhám bề mặt, kết dự đoán nhiệt cắt tương đối phù hợp với kết thực nghiệm - Để giá trị nhiệt cắt tính tốn gần so với giá trị thí nghiệm cần nghiên cứu đưa thêm vào mối quan hệ nhiệt cắt - nhám bề mặt yếu tố có ảnh hưởng lớn đến nhiệt cắt nhám như: vận tốc cắt; thành phần hóa học cặp vật liệu đá mài - chi tiết; thông số độ hạt - cấu trúc đá; công nghệ trơn nguội;… định hướng cho nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Marinescu Loan D., Eckart Uhlmann and Brian Rowe W (2006), Handbook of machining with grinding wheels, CRC Press Taylor & Francis Group HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 [2] Stephen Malkin, Changsheng Guo, (2008), Grinding technology - theory and applications of machining with abrasives - Second editor, Industrial Press, New Yourk,2008 [3] Sanchit Kumar Khare, Sanjay Agarwal, (2015), Predictive modeling of surface roughness in grinding, 15th CIRP Conference on Modelling of Machining Operations, pp 375 380 [4] https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_thermal_conductivities [5] https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_diffusivity [6] Malkin, S (1978), Burning Limits for Surface and Cylindrical Grinding of Steels, Annals of the CIRP, 27/1, pp.233 [7] Chenwei Dai, Wenfeng Ding, Jiuhua Xu, Xipeng Xu, Dengkui Fu (2017), Effects of undeformed chip thickness on grinding temperature and burn-out in high-efficiency deep grinding of Inconel718 superalloys, Int J Adv Manuf Technol 89: pp 1841-1852 [8] Malkin, S and Anderson, R B (1974), Thermal Aspects of Grinding, Part - Energy Partition, Trans ASME, J of Eng for Ind., 96, pp 1177 [9] Sato, K (1961), Grinding Temperature, Bull Japan Soc Grind Engns., 1, pp 31 [10] Roger Singleton (2012), Utilisation of chip thicknes moedels in grinding, Phd Thesis, The University of Sheffield [11] M.C Shaw (1996), Principles of Abrasive Processing, ed., Oxford University Press, Walton Street, Oxford [12] Ch N V Jaswanth, M Rajasekhara Rao, Ch V S Parameswara Rao and S S N M Rao, (2017), Experimental Investigation of Surface Roughness and Temperature on a Surface Grinding of HC-HCr Steel using Dry and MQL Techniques, Global Journal of Researches in Engineering: A Mechanical and Mechanics Engineering, Volume 17 Issue ... lượng bề mặt chi tiết máy Khi mài, nhiệt cắt gây số tượng sai hỏng cho bề mặt chi tiết: nứt bề mặt, cháy bề mặt, bề mặt có độ cứng thay đổi, [2] Việc nghiên cứu nhám bề mặt nhiệt cắt mài thực... nghiên cứu báo để dự đoán nhiệt cắt trường hợp cụ thể mài, đồng thời làm tiền đề cho nghiên cứu THÀNH LẬP MỐI QUAN HỆ GIỮA NHIỆT CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI Theo Sanchit Kumar Khare cộng [3] nhám. .. thành lập Từ đưa mối quan hệ nhiệt cắt nhám bề mặt mài Sử dụng mối quan hệ để xác định nhiệt cắt theo giá trị nhám bề mặt có (độ nhám đo trước đó) Kết cho thấy: giá trị nhiệt cắt tính tốn tương đối