Quỏ trỡnh cắt vật liệu khi mài diễn ra nhờ sự xõm nhập của cỏc hạt mài vào vật liệu chi tiết. Chiều sõu xõm nhập của hạt mài vào phụi phụ thuộc vào cấu trỳc hỡnh học bề mặt của đỏ mài, cỏc chuyển động tạo hỡnh bề mặt của đỏ và chi tiết trong quỏ trỡnh mài. Khi cỏc hạt mài ăn sõu vào bề mặt phụi, sẽ xuất hiện lực cắt, nhiệt cắt, rung động và một số cỏc hiện tƣợng khỏc tỏc động tới quỏ trỡnh mài. Để tỡm hiểu cơ chế và động lực học của quỏ trỡnh mài cú thể sử dụng cỏc phƣơng phỏp nghiờn cứu sau:
- Nghiờn cứu phoi mài với sự trợ giỳp của SEM.
- Tớnh toỏn lực và cụng suất cần thiết trong quỏ trỡnh mài ở cỏc điều kiện khỏc nhau, từ đú tỡm ra năng lƣợng mài riờng.
Việc tỡm hiểu cơ chế mài và lực cắt khi mài cũng sẽ giỳp cho việc nghiờn cứu tỡm hiểu bản chất biến dạng và cỏc hƣ hỏng khỏc của chi tiết gia cụng trong quỏ trỡnh mài.
1.1.4.1. Lực cắt khi mài
Để nghiờn cứu lực cắt khi mài, xột sơ đồ hỡnh học cỏc giai đoạn làm việc của hạt mài trong quỏ trỡnh cắt nhƣ trờn hỡnh 1.9. [17], [44], [58]
n
Quỹ đạo cắt của hạt mài
Đá mài Chi tiết Hạt mài t Vw t hm Tạo phoi Tr-ợt
Hỡnh 1.9 Sơ đồ mụ tả cỏc giai đoạn làm việc của hạt mài khi mài
a
Quỏ trỡnh làm việc gồm hai giai đoạn:
- Giai đoạn cày xước: khi hạt mài bắt đầu xõm nhập vào vật liệu chi tiết, do chiều sõu cắt rất bộ, quỏ trỡnh cắt khụng thực hiện đƣợc. Lỳc này vật liệu bị đẩy sang hai bờn tạo thành cỏc vết cày xƣớc.
- Giai đoạn hạt mài cắt vật liệu: quỏ trỡnh này xẩy ra khi hạt mài đó xõm nhập vào chi tiết đến một chiều sõu nhất định gọi là chiều sõu tới hạn. Chiều sõu tới hạn sẽ phụ thuộc vào cỏc yếu tố sau:
+ Độ sắc của lƣỡi cắt bỏn kớnh đỉnh hạt mài ; + Định hƣớng của lƣỡi cắt;
+ Gúc trƣớc và hệ số ma sỏt giữa hạt mài và chi tiết; + Vật liệu chi tiết mài.
Cỏc lực cắt khi mài khụng lớn nhƣng cỏc lực này cú ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt và độ chớnh xỏc chi tiết khi mài. Lực sinh ra trong quỏ trỡnh mài bao gồm tổng hợp cỏc lực cắt gọt của đỏ mài và lực cắt cào xƣớc tế vi của một hạt đỏ, hỡnh 1.10.
Đặc trƣng của lực cắt khi mài là thay đổi theo thời gian mài. Nguyờn nhõn của tớnh khụng ổn định rất khỏc nhau: đú là tớnh khụng cõn bằng của đỏ mài và dạng hỡnh học khụng chuẩn, độ khụng bằng phẳng và cỏc đặc tớnh của chi tiết, dao động bờn ngoài truyền vào vựng cắt và làm thay đổi tiết diện cắt, mũn tức thời và cựn của đỏ mài...Ở phần lớn cỏc trƣờng hợp đặc biệt khi mài tinh tớnh khụng ổn định của lực cắt ảnh hƣởng quyết định đến cỏc thụng số đầu ra quan trọng nhất đú là chất lƣợng và độ chớnh xỏc bề mặt chi tiết gia cụng.
Hỡnh 1.10. Mối quan hệ giữa cỏc lực thành phần khi mài phẳng [58]
1.1.4.2. Rung động khi mài
Trƣớc hết cú thể thấy vấn đề rung động xẩy ra trong quỏ trỡnh mài chủ yếu là do quỏ trỡnh rung động cƣỡng bức và tự rung. Rung động cƣỡng bức xuất hiện khi một ngoại lực tuần hoàn biến đổi theo thời gian tỏc động lờn hệ thống cụng nghệ. Cỏc nguyờn nhõn gõy rung động cƣỡng bức gồm cú: [7], [12]
- Rung động bờn ngoài truyền đến qua múng mỏy. - Lực cắt gọt khụng đều do cắt gọt giỏn đoạn.
- Do bờn trong hệ thống cụng nghệ: cỏc chi tiết quay mất cõn bằng lớn, cỏc bộ truyền động ăn khớp đƣợc chế tạo khụng chớnh xỏc hoặc bị mũn, khi thay đổi chế độ cắt...
Tự rung là rung động phỏt sinh và tồn tại cựng quỏ trỡnh cắt. Tự rung phỏt sinh khụng phải do ngoại lực mà do năng lƣợng của bản thõn quỏ trỡnh cắt, khi quỏ trỡnh cắt dừng lại thỡ tự rung cũng biến mất. Nguyờn nhõn của tự dung bao gồm: [9], [12]
- Do thay đổi tốc độ cắt hoặc tiết diện lớp cắt làm thay đổi lực cắt. - Do sự khụng đồng nhất trong thành phần vật liệu phụi.
- Do ảnh hƣởng của quỏ trỡnh tự mài sắc...
Dấu hiệu đặc biệt của rung động tự rung đú là tần số rung động của nú hầu nhƣ khụng thay đổi khi vận tốc chuyển động của cỏc cụm mỏy thay đổi, trong quỏ trỡnh mài khi đỏ mài mũn làm thay đổi lực cắt sẽ xuất hiện rung động tự rung. Tần số của rung động tự rung phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ thống cụng nghệ, nếu độ cứng vững thấp thỡ tần số này giảm. Biờn độ của rung động tự rung tăng dần theo thời gian mài và phụ thuộc nhiều vào chế độ mài. Rung động tự rung là một trong cỏc nguyờn nhõn chớnh gõy ra súng trờn bề mặt làm việc của đỏ mài và chi tiết gia cụng.
Trong khi mài, nếu giảm chiều rộng của đỏ mài sẽ dẫn đến giảm lực cắt, giảm rung động và giảm độ nhấp nhụ tế vi lớp bề mặt. Khi vết gằn trờn bề mặt chi tiết tỏi xuất hiện thỡ ngƣợc lại lực cắt sẽ giảm đồng thời làm giảm biờn độ rung động và phỏt ra tiếng ồn. Ở khu vực tiếp xỳc giữa bề mặt đỏ và bề mặt chi tiết gia cụng xẩy ra quỏ trỡnh rung động cƣỡng bức hay tự rung khi gia cụng, tạo nờn sự phụ thuộc động học của quỏ trỡnh mài đến chất lƣợng bề mặt của chi tiết. Trong quỏ trỡnh mài, để đạt đƣợc chất lƣợng bề mặt gia cụng ngƣời ta cố gắng hạn chế ảnh hƣởng của rung động đến mức tối thiểu.[7]
Cũng nhƣ cỏc chỉ tiờu về lực, trong quỏ trỡnh mài thỡ rung động cũng là chỉ tiờu giỏn tiếp để đỏnh giỏ tuổi bền của đỏ mài, để đỏnh giỏ tuổi bền ta cú thể dựng chỉ tiờu biờn độ dao động A hoặc gia tốc g (m/s2 . Quan hệ giữa gia tốc và tuổi bền đƣợc chia làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Ứng với giai đoạn mũn ban đầu của đỏ. Trong giai đoạn này rung động cú xu hƣớng giảm.
- Giai đoạn 2: Ứng với giai đoạn mũn bỡnh thƣờng của đỏ. Trong giai đoạn này rung động cú xu hƣớng tăng.
- Giai đoạn 3: Ứng với giai đoạn mũn khốc liệt của đỏ. Trong giai đoạn này rung động tăng mạnh.
1.2. ĐÁ MÀI