Mặc dù quá trình bóc kim loại diễn ra hầu hết bởi tạo phoi nhưng hầu hết năng lượng mài lại được tiêu hao ở các cơ chế khác. Một trong số đó bao gồm cơ chế trong
đó các đỉnh cùn phẳng trên hạt mài trượt trên bề mặt chi tiết mà không cắt vật liệu. Những “diện tích phẳng” này đã được tạo ra do sửa đá trước khi mài. Trong quá trình mài, những diện tích phẳng có thể cùn đi và lan rộng ra do mài mòn ma sát và do sự bám dính của các hạt kim loại của vật liệu chi tiết [14]. Hình 2.6 minh họa một diện tích mòn phẳng có dính kim loại và một số phoi mài trên lưỡi cắt. Diện tích mòn phẳng tăng hay giảmnhờ cơ chế “tự mài sắc” do lượng mòn tăng của đá mài, trong
đó một số diện tích phẳng được bóc một phần hoặc hoàn toàn do hạt mài vỡ hoặc bật ra khỏi chất dính kết.
Hình 2.6 Hạt mài trên đá mài cBN đơn tinh thể mạ đồng bị mòn phẳng sau khi mài hợp
36
Hình 2.7 Quan hệ giữa lực mài và diện tích mòn trên hạt mài khi mài thép và kim loại màu
[12]
Sau khi đo lực mài và diện tích mòn phẳng trên đá mài, người ta xây dựng được đồ thị như Hình 2.7. Từ đó có thể thấy việc có mặt của các diện tích mòn phẳng cho thấy rằng một phần năng lượng tiêu hao khi mài là do các vùng này trượt qua chi tiết.
Có thể tìm được quan hệ trực tiếp giữa lực mài và độ cùn của đá mài thể hiện qua tỷ lệ phần trăm bề mặt đá mài có các diện tích mòn phẳng. Với chế độ gia công không đổi, lực pháp tuyến Fnvà lực tiếp tuyến và Fttăng tương ứng với diện tích mòn phẳng A như trong Hình 2.7. Với một vật liệu phôi cụ thể, có thể có được những giá trị khác biệt về lực và diện tích mòn phẳng bằng cách thay đổi độ cứng của đá mài, điều kiện sửa đá và lượng kim loại bóc gọt. Với các chi tiết thép, lực mài tăng tuyến tính với diện tích mòn phẳng đến một điểm tới hạn, qua điểm này độ dốc lớn hơn và chi tiết sẽ bị cháy (Hình 2.7). Quan hệ tuyến tính không có điểm gián đoạn xuất hiện khi mài kim loại màu [12].
Từ đó có thể kết luận rằng lực mài, và do đó cả năng lượng riêng, có thể bao gồm
các thành phần làLực cắt và Lực trượt. Các lực nằm phía dưới điểmchặn (A = 0) là lực cắt, và các lực nằm phía trên điểm chặn là lực trượt. Do vậy, lực mài sẽ là:
t t,c t,sl
F F F
n n,c n,sl
F F F (2. 15) (2. 16)
trong đó Ft,c và Fn,clà các lực cắt tiếp tuyến và lực cắt pháp tuyến, Ft,sl và Fn,sl là các
lực trượt pháp tuyến và lực trượt tiếp tuyến.
Nếu gọi là hệ số ma sát và p là ứng suất tiếp xúc trung bình không đổi giữa các diện tích mòn phẳng và phôi thì:
t t,c a
F F .p.A
n n,c a
37
trong đó Aalà diện tích tiếp xúc thực giữa các diện tích mòn phẳng và phôi. Diện tích
Aađược tính bằng cách lấy tích củadiện tích khu vực mài với phần diện tích A của bề mặt đá mài có chứa các diện tích mòn phẳng. Do đó:
1/2 t t,c s F F .p.b.(d .t) .A 1/2 n n,c s F F p.b.(d .t) .A (2. 19) (2. 20)
Trong công thức trên, hai giá trị đặc trưng cho quá trình tiếp xúc giữa các diện tích mòn phẳng và phôi là µ và p có thể tính toán được. Kết hợp công thức (2. 17) và (2. 18), có thể thấy: n,c t,c n t .F F 1 F F (2. 21)
Với những điều kiện mài cho trước, các giá trị Ft, c và Fn, c là không đổi. Do vậy, trên hệ trục toạ độ với trục tung biểu diễn giá trị Fn, trục hoành biểu diễn giá trị Ft ,
đồ thị sẽ có dạng một đường thẳng có độ dốc µ-1. Một ví dụ được minh hoạ trong
Hình 2.8 khi mài hợp kim Ti2AlNb, Ti-6Al-4V và Inconel718 bằng đá mài SiC.
Những thay đổi về độ lớn của lực được biểu diễn trên đồ thị có thể đạt được bằng
cách thay đổi các tham số sửa đá. Sửa đá tinh dẫn đến diện tích mòn phẳng lớn, do đó các lực cũng lớn hơn. Hệ số ma sát µ có giá trị thấp nhất là 0,33 khi mài hợp kim Inconel718 và cao nhất là 0,78 khi mài hợp kim Ti-6Al-4V [58]. Kết quả trong Hình 2.7 cũng có thể được biểu diễn dưới dạng quan hệ đường thẳng như trên.
Hình 2.8 Quan hệ giữa lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến khi mài hợp kim (a) Ti2AlNb; (b)
38