2.2. Cơ chế mài
2.2.4. Lực cắt khi hạt mài bị mòn phẳng
Mặc dù q 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 khơng cắt vật liệu. Những “diện tích phẳng” này đã được tạo ra do sửa đá trước khi mài. Trong q trình mài, những diện tích phẳng có thể cùn đi và lan rộng ra do mài mịn 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 mịn phẳng có dính kim loại và một số phoi mài trên lưỡi cắt. Diện tích mịn phẳng tăng hay giảm nhờ cơ chế “tự mài sắc” do lượng mòn tăng của đá mài, trong đó một số diện tích phẳng được bóc một phần hoặc hồn tồn 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 mịn phẳng sau khi mài hợp
36
Hình 2.7 Quan hệ giữa lực mài và diện tích mịn trên hạt mài khi mài thép và kim loại màu [12]
Sau khi đo lực mài và diện tích mịn 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 mịn 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 mịn phẳng. Với chế độ gia công không đổi, lực pháp tuyến Fn và lực tiếp tuyến và Ft tăng tương ứng với diện tích mịn phẳng A như trong Hình 2.7. Với một vật liệu phơi cụ thể, có thể có được những giá trị khác biệt về lực và diện tích mịn 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 mịn 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 khơng 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 là Lực 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,c là 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 khơng đổi giữa các diện tích mịn phẳng và phơi thì: t t,c a F F .p.A n n,c a F F p.A (2. 17) (2. 18)
37 trong đó Aa là diện tích tiếp xúc thực giữa các diện tích mịn phẳng và phơi. Diện tích
Aa được tính bằng cách lấy tích của diện tích khu vực mài với phần diện tích A của
bề mặt đá mài có chứa các diện tích mịn 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 q trình tiếp xúc giữa các diện tích mịn phẳng và phơi là µ và p có thể tính tốn được. Kết hợp cơng 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 mịn 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) Ti-6Al-4V và (c) Inconel718 [58]
38