3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.10 Tình hình nghiên cứu về đá mài gián đoạn trên thế giới và trong nước
Xu hướng phát triển của công nghệ chế tạo sản phẩm cơ khí hiện đại là giảm lượng dư gia công cơ nhằm tăng hệ số sử dụng vật liệu giúp bớt tiêu hao năng lượng, lãng phí vật liệu từ đó mà giảm được giá thành của sản phẩm. Với xu hướng này song song với việc phát triển các nghiên cứu để tối ưu quá trình tạo phôi (đúc, rèn, dập) thì các nghiên cứu để nâng cao năng suất chất lượng các phương pháp gia công tinh trong đó có phương pháp mài cũng liên tục được đẩy mạnh.Trong các nghiên cứu về tối ưu quá trình gia công cắt gọt (Material Removal Processing), việc nghiên cứu tối ưu thông số hình học dụng cụ cắt là một hướng đi khả thi và có hiệu quả cao. Với các lí do đó đá mài gián đoạn – một cải tiến của đá mài thường – đã được ra đời nhằm khắc phục các nhược điểm của phương pháp gia công mài thường đó là năng lượng tiêu hao lớn, khả năng thoát phoi và sử dụng dung dịch trơn nguội hạn chế, quá trình cắt tỏa nhiệt lớn do các hạt mài không tham gia cắt gây ra ma sát giữa đá và chi tiết gây ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công…
- Các nước có nền gia công cơ khí phát triển như Nhật Bản, Mỹ, Nga, Ấn độ… việc nghiên cứu nâng cao khả năng cắt của đá mài đã được rất nhiều các nhà khoa học nghiên cứu và thí nghiệm. Trong đó, các nhà khoa học và các nhà sản xuất tập trung nghiên cứu kết cấu của đá sao cho hợp lý nhất khi gia công. Việc thay đổi này nhằm mục đích giảm tối đa việc sắp xếp ngẫu nhiên của các hạt mài tham gia ở vùng cắt.
30
1.10.1 Đá mài gián đoạn hay đá mài xẻ rãnh trên thế giới nghiên cứu
Tác giả Hao Nan Li, Dragos Axinte [12] đã tổng hợp được sự phát triển của đá mài gián đoạn của rất nhiều tác giả trên thế giới từ những năm 1925 đến năm 2015. Vào năm 1925 đến năm 1970, một số khái niệm đơn giản về giảm số lượng hạt mài ở vùng tiếp xúc được đề xuất do các tác giả đã tìm thấy cháy trên bề mặt và vết mòn của đá mài do nhiệt cục bộ gây ra [14].Bằng việc xẻ rãnh trên bề mặt của đá đã làm nhiệt độ khi cắt giảm đáng kể [13]. Xuất phát từ việc khắc phục các nhược điểm của đá mài tròn thường là nhiệt cắt và lực cắt trong quá trình mài lớn. Các nhà khoa học và các học giả trên thế giới ban đầu đã nghiên cứu việc giảm nhiệt cắt bằng cách gắn các thanh mài lên bề mặt đá mài. Những nghiên cứu này, bước đầu đã đặt nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn. Trong quá trình gia công, tốc độ đá, tốc độ chi tiết càng lớn thì chiều sâu cắt càng lớn do đó hiệu quả mài càng cao. Cùng với điều này, nhiệt mài càng tăng đặc biệt với các loại vật liệu khó cắt (hệ số dẫn nhiệt thấp) thì càng khó mài. Như vậy, giai đoạn này đá mài xẻ rãnh chủ yếu cải tiến ở hiện tượng làm mát khu vực mài với mục đích cung cấp dung dịch trơn nguội vào khu vực cắt.
Theo [15] [16], tác giả đã nghiên cứu việc gắn các thanh mài lên đĩa mài. Các thanh có các hình dạng khác nhau như: hình lăng trụ, lục giác, vòng cung, lập phương, và các hình dạng khác được dính kết hoặc bắt vít trên bề mặt đá (Hình 1.6).
Hình 1.6. Đá mài gián đoạn với các thanh mài (a) hình lăng trụ (b) hình lục
31
Hình 1.7: Một số hình dạng cơ bản của đá mài (a) bàn cờ, so le, chéo, và hình V và (b)
so le, chéo, đối xứng và song song;(c) có khoảng cách cắt chân (d) hình côn[12] Tác giả J.C. Aurich, B. Kirsch[17] cũng cho thấy đá mài xẻ rãnh có khả năng giảm nhiệt tốt hơn so với các đá mài thường dưới các điều kiện gia công cụ thể. Vấn đề này được tác giả giải thích như sau:
Đối với đá mài thường, quá trình gia công được thực hiện liên tục trên bề mặt đá, số lượng lưỡi cắt tham gia quá trình cắt lớn nên số lượng phoi mài tạo ra trong quá trình cắt cũng lớn. Các phoi mài không được đẩy ra ngoài vùng cắt sẽ tích tụ lại nhanh chóng tại các lỗ trống giữa các hạt mài. Sự tiếp cận của chất làm mát khi mài với đá mài thường gần như chỉ thực hiện ở đầu vùng mài, mà hầu như không có sự tác động trực tiếp vào khu vực mài để làm sạch bề mặt và cuốn phoi mài ra ngoài. Điều này càng làm tăng sự tích tụ của phoi, dẫn đến làm tắc nghẽn các lỗ xốp trên bề mặt đá mài. Các hạt mài gần như bị bít lại bởi các đám phoi và mất đi khả năng tự mài sắc. Kết quả là dẫn đến hiện tượng cùn, bết đá. Đây là nguyên nhân khiến cho các hạt mài mất đi khả năng cắt, giảm hiệu quả bóc tách vật liệu.
Do hình dạng đá mài xẻ rãnh có 2 vùng là vùng làm việc và vùng không làm việc. Khi gia công tại vùng làm việc, thời gian tiếp xúc giữa đá và chi tiết giảm xuống còn tại vùng không tiếp xúc trở thành bể chứa dung dịch trơn nguội dùng để bôi trơn cho vùng làm việc tiếp theo, ngoài ra tại đây vùng không gian chứa phoi cũng được mở rộng làm cho chất lượng chi tiết bề mặt gia công cũng được cải thiện.
32
Hình 1.8 Sự tạo thành áp lực chất làm mát trước vùng tiếp xúc trong quá trình
mài cho các bánh mài tiêu chuẩn (trái) và có khe (phải)
Hình dạng của đá mài xẻ rãnh bước đầu được các nhà khoa học và các học giả trên thế giới nghiên cứu là các loại đá có gắn các thanh mài lên trên đĩa mài.
Hình 1.9 Hình ảnh đá mài xẻ rãnh trên thế giới nghiên cứu[29]
Ngày nay, các nhà khoa học dựa trên hình dạng của các đá mài cứu trước đó để sắp xếp các hạt mài thành những bông hoa để phục phẩm đặc chủng theo yêu cầu của nhà sản xuất.
33
Hình 1.10 Đá mài xẻ rãnh có các hạt mài được sắp xếp theo
khuôn mẫu kiểu hoa [29]
1.10.2 Đá mài xẻ rãnh do Việt Nam đang nghiên cứu
Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các nhà khoa học của Việt Nam cũng đã nghiên cứu để khắc phục các nhược điểm của đá mài truyền thống. Có thể nói, đây là bước tiến đáng kể trong việc cải thiện hình dáng của đá mài truyền thống, đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu của các học giả trong nước đã đề cập đến loại đá mài xẻ rãnh và cũng đưa ra được các kết luận về tính ưu việt của loại đá mài này so với đá mài truyền.
Cụ thể như: Tác giả Nguyễn Tiến Đông, Nguyễn Thị Phương Giang đã nghiên cứu về chất lượng bề mặt chi tiết khi mài vật liệu thép C45 nhiệt luyện bằng đá mài xẻ rãnh [6], khả năng giảm lực cắt khi gia công vật liệu ceramic sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn và khả năng gia công của hạt mài khi gia công bằng đá mài xẻ rãnh đối với vật liệu thép C45 có độ cứng khác nhau [7]. Đây là hai nhà khoa học đầu tiên của Việt Nam nghiên cứu thử nghiệm đá mài xẻ rãnh do Việt Nam sản xuất. Tác giả Nguyễn Công Hồng Phong đã nghiên cứu và thiết lập quan hệ của nhiệt độ khi mài với chất lượng chi tiết gia công khi mài thép SKD61 bằng đá mài xẻ rãnh [5]. Tác giả Ngô Thị Hà đã đánh giá được khả năng cắt gọt của hạt mài khi mài phẳng dùng đá mài có bề mặt gián đoạn rãnh thẳng. Tác giả Trần Văn Thiện đã đánh giá được ưu điểm về khả năng cắt của đá mài có bề mặt làm việc không liên tục khi gia công vật liệu nhôm so với
34 đá truyền thống [8]. Tác giả Nguyễn Hữu Phấn cũng đã nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia công của phương pháp tia lửa điện bằng biện pháp trộn bột Titan và dung dịch điện môi[4].
Có thể thấy, các nghiên cứu nêu trên đều dừng ở việc tìm ra được các quan hệ toán học dựa trên một chỉ tiêu nào đó theo phương pháp hồi quy mà chưa có một công trình nghiên cứu nào đề cập đến ảnh hưởng nồng độ dung dịch đến chất lượng bề mặt độ nhám khi mài nhôm bằng đá mài xẻ rãnh nghiêng sản xuất tại Việt Nam. Việc nghiên cứu có ý nghĩa rất lớn nhằm khắc phục những khó khăn trong việc điều khiển thích nghi quá trình mài phẳng với mục đích kiểm soát được chất lượng sản phẩm và năng suất gia công khi mài bằng đá mài gián đoạn, một loại đá đang được nghiên cứu hiện nay tại Việt Nam.
Những viên đá mài xẻ rãnh thử nghiệm đầu tiên đã được sản xuất tại công ty đá mài Hải Dương. Thông số của đá mài được mô tả như trong bảng 1.8, cụ thể như sau:
Bảng 1.8 Thông số chung của đá mài :
Đặc tính của đá Hình dạng của đá
- Vật liệu hạt mài là hạt Corundun nâu - Đường kính trong d: 127 mm
- Độ hạt thuộc nhóm trung bình: 46 (355 ÷ 425 µm)
- Đường kính ngoài D: 350 mm
- Cấu trúc đá: Cấp 6, tỷ lệ thể tích vật
liệu hạt mài 50 % - Chiều rộng đá B: 40mm
- Chất kết dính: Gốm - Số rãnh gián đoạn Z: 18, 20, 22, 24
- Độ cứng đá: TB1 - Kích thước rãnh gián đoạn WxH: 10x5 mm
- Giới hạn tốc độ theo độ bền của đá: 35m/s
35
Hình 1.11 Hình dáng hình học đá mài xẻ rãnh
Hình 1.12 Hình ảnh đá mài xẻ rãnh thực do Việt Nam nghiên cứu và chế tạo thử
36