Mịn đá mài là q trình thay đổi kích thước, hình dạng và khả năng cắt của đá (hình 2.8). Q trình mịn đá mài là một q trình cơ, lý, hóa rất phức tạp. Chúng phụ thuộc vào tất cả các yếu tố của điều kiện gia công như: đá, Topography, bề mặt đá mài, tính chất của vật liệu gia cơng, chế độ cơng nghệ khi mài,… và làm thay đổi tính chất cơ lý lớp vật liệu bề mặt, độ sóng và độ nhám bề mặt chi tiết tăng lên, khả năng cắt giảm, năng suất gia cơng giảm.
Mịn đá ảnh hưởng rất lớn đến các thơng số trong q trình mài (lực cắt, nhiệt cắt, công suất cắt …) và kết quả mài. Đặc biệt là ảnh hưởng đến độ chính xác gia cơng và chất lượng bề mặt chi tiết. Vì mài thường là q trình gia cơng tinh lần cuối nên chất lượng chi tiết gia công sẽ là chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá kết quả mài. Tùy thuộc vào điều kiện mài có thể xảy ra các dạng mịn được mơ tả trong hình 2.14.
Hình 2.8. Các dạng mịn đá mài [6]
- Hạt mài nằm ở vị trí khơng thuận lợi trên bề mặt đá hoặc được giữ khơng chặt bởi chất dính kết, dưới tác dụng của lực cắt chúng bị tách ra khỏi bề mặt đá. Nó có thể xảy ra theo bề mặt liên kết (gẫy cầu liên kết) khi sửa đá hoặc do hạt mài bị phá hủy về thể tích.
- Các cạnh và đỉnh của những hạt mài nhô ra nhiều nhất một phần bị vỡ văng, một phần bị mịn và bị lì do ma sát với kim loại gia cơng. Trên bề mặt hạt mài xuất hiện các diện tích phẳng do bị mịn gây khó khăn cho hạt mài ăn sâu vào bề mặt gia công.
- Hạt mài bị vỡ mảnh lớn.
- Hạt mài bị vỡ thành nhiều mảnh nhỏ, tạo thành nhiều lưỡi cắt sắc hơn.
- Phoi cắt ra cùng với vụn hạt mài và chất liên kết bị mòn rơi vào các lỗ hổng của đá và bịt kín chúng làm mất các góc cắt của hạt mài, khi đó khả năng luân chuyển phoi làm giảm tính cắt gọt.
- Kim loại gia cơng, do ngưng kết hoặc do tác dụng hóa học với vật liệu hạt mài bị dính vào đỉnh hoặc trên bề mặt các hạt mài.
Trong bảng 2.2 trình bày các số liệu so sánh về độ mòn riêng của các vật liệu mài khác nhau do ma sát với thép và gang. Do đó khi mài gang, thích hợp nhất là cácbít silic, cịn gia công thép là Corunđum điện. Do ở nhiệt độ cao, cácbít silic tác dụng tương hỗ với thép, corunđum là vật liệu vững bền về hố học và sự mịn hạt Corunđum điện xẩy ra do những mẻ vỡ cực nhỏ.
Khi mòn chủ yếu do vỡ hạt mài và rơi hạt mài, khi đó bề mặt làm việc đá mài liên tục để lộ ra các lớp hạt mài mới, sự khôi phục này được gọi là tính tự mài sắc của đá mài (khác với các dụng cụ cắt khác chúng ta phải mài sắc khi chúng bị mịn). Tính chất tự mài sắc có đá mài mềm, trung bình. Trong các trường hợp khác, đá thường bị cùn hoặc bề mặt cắt của đá lì. Hạt mài bị mẻ, bề mặt làm việc của đá bị cùn và lì sẽ làm tăng sai lệch hình dáng ban đầu của đá, giảm khả năng cắt gọt, làm tăng nhám bề mặt đá mài và giảm độ chính xác gia cơng.
Bảng 2.2. Hệ số mịn của các loại vật liệu mài [2]
Vật liệu mài Hệ số mòn
Với thép Với gang Corunđum điện 1 10 1,7 3,9 Các bít Silíc 10 50 0,6 Các bít bo dạng tinh thể 60 105 0,26 Cacborunđum 55 75 - Kim cương 1 2 0,13
Để phục hồi hình dạng hình học cần thiết của dụng cụ mài, tính cắt và profile cực nhỏ của bề mặt đá, ta phải thực hiện nguyên công sửa đá bằng các dụng cụ sửa
đá như bút sửa kim cương, con lăn, đá cacbua silic, . . . . Một số đá mài đặc biệt khi làm việc cần hạn chế tối đa việc sửa đá.
Sửa đá (hình 2.15) là cơng việc hớt đi một lớp mỏng vật liệu và chất liên kết khỏi bề mặt làm việc của đá để lộ ra lớp hạt mài mới có tính cắt gọt tốt hơn:
Hình 2.9.Sơ đồ sửa đá mài
Thời gian giữa hai lần sửa đá (phút) gọi là tuổi bền của đá mài. Tuổi bền của đá phụ thuộc chế độ cắt, đặc trưng của đá mài và điều kiện mài, dao động trong khoảng từ 0,5 30 phút khi mài tròn lỗ và 3 80 phút khi mài trịn ngồi.
Độ mòn của đá tăng lên khi tăng lượng chạy dao ngang và dọc, khi dùng đá mài hạt to hơn, tăng cấu trúc và giảm độ cứng của hạt mài.
Mịn đá mài là một q trình cơ lý hoá phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố và khơng đồng nhất. Các yếu tố ảnh hưởng đến mịn đá mài như: chế độ cắt (v, sng, t), hình học và tính chất cơ lý của đá mài, topography đá mài, chế độ sửa đá, dung dịch tưới nguội, …
Ảnh hưởng của chế độ cân bằng đá, các điều kiện chỉnh sửa và độ cứng vững của hệ thống cơng nghệ đến mịn của đá mài như sự mất cân bằng của toàn bộ hệ “trục - đá mài” cũng như sai lệch hình dạng đá mài (khơng trịn, ơ van…) dẫn đến là một phía bề mặt làm việc của đá mài chịu tải lớn hơn phía khác. Phía tải trọng lớn lấy đi lượng kim loại dày dẫn đến lực cắt và nhiệt cắt lớn, mịn cũng tăng lên tương ứng, sóng xuất hiện nhanh hơn trên bề mặt đá mài chịu tải trọng lớn. Mịn của đá mài phụ thuộc vào diện tích bề mặt làm việc, trong trường hợp đá mất cân bằng
diện tích làm việc của đá mài giảm, bề mặt làm việc của đá chịu lực lớn sẽ bị mòn nhiều hơn.
Các biện pháp giảm độ mất cân bằng của các đá mài là nâng cao độ cứng vững của các cơ cấu trục máy, sử dụng các đá mài loại A và chính xác, cũng như đưa hệ thống cân bằng tự động trực tiếp trên máy (đặc biệt quan trọng khi mài tốc độ cao, khi mà lực li tâm tăng tỷ lệ bình phương với tốc độ của đá mài).
Ảnh hưởng của các điều kiện chỉnh sửa đá mài đến độ bền của nó khơng đáng kể. Q trình chỉnh sửa đá mài ảnh hưởng lớn đến topography của bề mặt làm việc của đá, nhưng ảnh hưởng này liên quan chủ yếu đến giai đoạn đầu làm việc của đá mài, ở giai đoạn 2 hình thái bề mặt (topography) của đá mài có biến dạng đặc trưng của mình, ít phụ thuộc vào chỉnh sửa mà được xác định chủ yếu bởi đặc tính của đá mài và mức độ giảm lực cắt.
Liên quan đến vấn đề này, phương pháp và chế độ chỉnh sửa đá mài ảnh hưởng chủ yếu tới sự mịn của nó. Lực cắt khi sửa đá bằng các đầu sửa kim cương xấp xỉ bằng 1.5 3.0 (kG), bằng bút kim cương – kim loại là 5 (kG), bằng đá cacbua silic là 20 (kG). Các giá trị lực lớn hơn phát sinh khi chỉnh sửa bằng kim cương nhân tạo gây ra sự tác động phá huỷ lớn đến bề mặt đá mài và làm mòn đá nhiều hơn. Tuổi bền của đá mài lúc này giảm xuống nhưng không lớn.
Việc tăng chế độ chỉnh sửa đá mài (chiều sâu tnp và bước tiến dọc snp) cũng thúc đẩy sự phá huỷ lớp bề mặt mạnh hơn và tốc độ mịn của đá mài lớn hơn, nhưng q trình này ít ảnh hưởng đến tuổi bền của đá mài.
Ảnh hưởng của tốc độ quay đá mài đến chiều cao nhám của bề mặt là khi tăng tốc độ của đá mài, độ nhám giảm xuống mặc dù ở đây khi chế độ cắt tối ưu khác biệt ở độ nhám lớn hơn so với các chế độ cắt thơ.
Vì vậy, tăng tốc độ quay đá mài có thể dẫn đến tăng độ bền của nó, giảm độ mịn của đá mài, lực cắt và độ nhám bề mặt mài, nâng cao năng suất của quá trình mài và đến hàng loạt các vấn đề xảy ra:
1- Tạo cho các máy có tính ổn định khi chịu rung và cứng vững đối với công suất truyền dẫn của đá mài, lượng tiến được tăng lên và với các thiết bị đặc biệt để cho các chất lỏng làm nguội dưới áp lực 10at và hơn nữa, cũng như hệ thống bảo vệ vị trí làm việc và khơng gian xung quanh hồ lửa cùng chất lỏng của đá mài.
2- Chế tạo các đá mài đặc biệt làm việc với tốc độ cao (theo quan điểm tải trọng mỏi) và có sự gắn kết chặt chẽ giữa bột mài và chất kết dính.
3- Khả năng chỉnh sửa đá mài ở tốc độ không vượt quá 50m/s.
4- Sử dụng các thành phần tưới đặc biệt tác động thuận lợi cho quá trình mài ở tốc độ cao.
5- Giải quyết vấn đề về tốc độ cắt tối ưu xuất phát từ việc phân tích các thơng số ban đầu của q trình đối với từng trường hợp mài cụ thể.
6- Lập mối quan hệ giá thành mài với tốc độ mài.
Việc nghiên cứu mòn của đá mài có một ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực mài vì các thơng số chất lượng của quá trình mài phụ thuộc rất lớn vào quá trình mịn của đá mài, đặc biệt là độ sóng và độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng. Nó cũng là cơ sở để tiến tới tự động hố q trình mài.