Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI
Mòn đá mài là quá trình làm thay đổi hình dạng, kích thước và khả năng cắt ban đầu của đá. Mòn là quá trình cơ, lý, hóa phức tạp. Mòn đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc tính của đá mài, topography đá mài, tính gia công của vật liệu, chế độ công nghệ khi mài. Khi lượng mòn lớn sẽ gây ra mòn góc đá mài và mòn hướng kính (Hình 2.6) còn khi lượng mòn nhỏ sẽ gây ra mòn hạt mài (Hình 2.7).
Hình 2.6. Mòn đá mài [42]
Hình 2.7. Mòn hạt mài [42]
Trong quá trình mài, lưỡi cắt trên các hạt mài sẽ bị mòn do đó lưỡi cắt sẽ
bị cùn và hình dáng hình học của mặt cắt đá mài cũng sẽ bị biến dạng so với ban đầu. Các dạng của mòn đá mài được thể hiện trong Hình 2.8: đỉnh hạt mài bị mòn (Hình 2.8a), hạt mài bị vỡ (Hình 2.8ab), hạt mài bị bật khỏi chất dính kết (Hình 2.8c), hạt mài bị mất góc cắt (Hình 2.8d), hạt mài bị che lấp bởi phoi và tạp chất (Hình 2.8e). Khả năng cắt của đá được phục hồi do hạt mài có thể tự tạo ra các đỉnh nhọn mới, đây chính là hiện tượng tự mài sắc của đá mài.
Trong khi đó, các hạt mài đã bị cùn sẽ dễ dàng bị bứt ra khỏi bề mặt làm việc
của đá mài, làm nhô các hạt cắt mới, tạo ra một lớp bề mặt làm việc với khả năng cắt cao hơn. Do đó, độ bám của chất kết dính không cao cũng góp phần gây lên hiện tượng tương tự như hiện tượng tự mài sắc của đá mài.
Khi mài tinh sử dụng đá mài có độ cứng cao thì hiện tượng tự mài sắc
không xảy ra. Do đó, trong quá trình mài tinh, khi đá bị mòn thì nhám bề mặt tăng lên đó là nguyên nhân xuất hiện các dao động và làm giảm khả năng cắt của đá rất nhanh vì thế buộc phải tiến hành sửa đá.
a) b)
c) d) e)
Hình 2.8. Trạng thái mòn của đá mài [12]
Quá trình mòn của đá mài diễn ra theo 3 giai đoạn sau:
Giai đoạn mòn thứ nhất: Giai đoạn mòn ban đầu. Sau khi sửa đá các hạt mài có đỉnh sắc nhọn sẽ bị mài mòn đỉnh nhọn nhanh chóng, trong khi đó có
nhiều hạt không bám chặt vào chất dính kết nên dễ dàng bị bật khỏi bề mặt của đá. Trong giai đoạn này, đá mài có độ mòn lớn trong thời gian ngắn.
Giai đoạn mòn thứ hai: Giai đoạn mòn ổn định (còn gọi là mòn bình ổn).
Đá mài làm việc với đúng biên dạng của nó, bề mặt đá mài có các lưỡi cắt ổn định, hạt mài bám chặt vào chất dính kết. Đá có tốc độ mòn chậm, độ mòn nhỏ.
Độ mòn của đá trong giai đoạn này chủ yếu phụ thuộc vào lực cắt, nhiệt sinh ra trong quá trình mài và khả năng bôi trơn làm mát của dung dịch trơn nguội.
Thời gian làm việc hiệu quả nhất của đá được tính bằng thời gian của giai đoạn mòn thứ hai này.
Giai đoạn mòn thứ ba: Giai đoạn mòn khốc liệt. Đá mài trải qua quá trình mài, các hạt đá mài đã bị mài mất các cạnh sắc trở nên cùn, giảm khả năng cắt và các khoảng trống trên bề mặt đá mài bị phoi và các sản phẩm của quá trình
mòn lấp đầy. Do đó, khả năng cắt của đá giảm dần, đá mòn nhanh trượt trên bề mặt gia công sinh nhiệt lớn. Giai đoạn này cần tiến hành sửa đá vì đá đã mất khả năng cắt.
2.2.2. Tuổi bền đá mài
Tuổi bền của đá mài được xác định là khoảng thời gian làm việc liên tục của đá mài giữa hai lần sửa đá. Tuổi bền của đá mài thể hiện khả năng của đá mài chống lại quá trình mòn các lưỡi cắt, đồng thời thể hiện chất lượng của vật liệu kết dính và sự phá huỷ hình dáng hình học đúng của đá mài. Mối quan hệ giữa tuổi bền và độ mòn đá mài được thể hiện qua công thức [12]:
U = Ct
Twm (2.12)
Trong đó:
U - mức độ mòn của đá mài (m);
Tw - tuổi bền đá mài (phút);
Ct; m - lần lượt là hệ số và số mũ phụ thuộc điều kiện mài
2.2.3. Nhám bề mặt khi mài
Nhám bề mặt khi mài hình thành trên bề mặt chi tiết chủ yếu bởi các vết cào xước chồng lên nhau của các điểm cắt có chiều cao không bằng nhau (Hình
2.9). Trong quá trình mài, việc xác định được nhám bề mặt khi gia công cũng như kiểm soát được chất lượng bề mặt của chi tiết sau khi mài mà không cần đo trực tiếp thì cần phải nghiên cứu lý thuyết về nhám bề mặt đồng thời nghiên
cứu mối quan hệ của nó với các thông số công nghệ mài như lực cắt, nhiệt cắt, rung động, ... Việc mô hình hóa sự tương tác giữa các điểm cắt của hạt mài với
phôi có thể dự đoán một cách lý thuyết về nhám bề mặt. Nhám bề mặt dự đoán thường thấp hơn so với thực tế cắt gọt vì trong quá trình mài còn có tác động
của nhiều yếu tố ngẫu nhiên khác ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công như nhiệt độ, rung động, sự chảy của vật liệu, ... gây ra. Việc mô hình hóa quá trình mài rất khó khăn do có sự thay đổi liên tục và sự ngẫu nhiên về số lượng lưỡi cắt tham gia cắt, hình dạng và thông số hình học của các lưỡi cắt trên đá mài.
Khi mài, một số yếu tố ảnh hưởng đến nhám bề mặtcủa chi tiết gia công như sau:
+ Nhám bề mặt hình thành trước hết là do in dập quỹ đạo chuyển động của các hạt mài. Trên bề mặt chi tiết gia công có vết của các hạt mài, các vết này tạo ra biên dạng hình học tế vi. Chế độ cắt ảnh hưởng trực tiếp tới quỹ đạo
chuyển động của các hạt mài vì vậy ảnh hưởng tới nhám bề mặt khi mài: khi tăng lượng chạy dao, tăng tốc độ cắt sẽ làm tăng chiều sâu cắt của các hạt mài, đó là những nguyên nhân trực tiếp làm nhám bề mặt tăng; đồng thời khi tăng tốc độ cắt sẽ làm tăng sự “xếp chồng” đường cắt của các hạt mài nên chiều sâu cắt sẽ giảm dẫn đến nhám bề mặt mài sẽ bị giảm nhiều. Bên cạnh đó, chế độ
cắt còn ảnh hưởng gián tiếp đến nhám bề gia công thông qua việc chế độ cắt ảnh hưởng đến nhiệt cắt và rung động khi mài, trong khi đó nhiệt cắt, rung động tăng thì nhám bề mặt sẽ tăng…
Hình 2.9. Nhám bề mặt khi mài [43]
+ Chế độ sửa đá và độ hạt của đá mài cũng ảnh hưởng đến nhám bề mặt
chi tiết gia công khi mài. Chế độ sửa đá thô làm nhám tăng so với chế độ sửa đá tinh. Hạt mài có kích thước lớn hơn cũng làm nhám bề mặt tăng.
+ Rung động trong quá trình mài làm tăng nhám bề mặt.
+ Mức độ biến dạng dẻo của vật liệu cần mài ảnh hưởng đến nhám bề mặt, mức độ biến dạng dẻo này càng lớn thì nhám bề mặt càng cao tức là khi mài vật liệu có độ dẻo hoặc dai thì nhám bề mặt cao hơn so với mài vật liệu cứng hoặc giòn.
+ Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt khi mài. Ở vùng mài, nhiệt độ càng cao thì vật liệu gia công ở lớp bề mặt càng biến dạng dẻo mạnh. Nhiệt độ vùng mài đủ lớn có thể gây nứt, cháy lớp bề mặt chi tiết gia công. Vì vậy,
Đường trung bình Kích thước khó đo
hệ số truyền nhiệt của vật liệu gia công và của đá mài, chế độ bôi trơn làm mát,
dung dịch tưới nguội ảnh hưởng trực tiếp tới nhiệt độ sinh ra trong vùng mài từ đó ảnh hưởng tới nhám bề mặt.
Các phương pháp đánh giá nhám bề mặt chi tiết sau mài:
+ Phương pháp quang học: đây là phương pháp đo bề mặt có độ nhẵn bóng cao (tức nhám thấp) thường từ cấp 10 đến cấp 14. Kính hiển vi Linich được sử dụng để đo nhám cho phương pháp này.
+ Phương pháp đo nhám Ra, Rz, Rmax, ... bằng máy đo prôfin: đây là phương pháp sử dụng mũi dò để đo prôfin lớp bề mặt chi tiết gia công có độ nhẵn đến cấp 11.
+ Phương pháp so sánh: đây là phương pháp dùng mắt để quan sát và so
sánh bề mặt gia công với bề mặt vật mẫu. Phương pháp so sánh có thể xác định được độ bóng từ cấp 3 đến cấp 7 tuy nhiên độ chính xác thấp. Kết quả phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người thực hiện. Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện. Ngoài ra, phương pháp so sánh còn được thực hiện bằng cách sử dụng kính hiển vi quang học để quan sát và so sánh bề mặt gia công với bề mặt vật mẫu, từ đó kết luận xem bề mặt gia công đạt cấp độ bóng nào. Ưu điểm của phương pháp này là đạt độ chính xác cao hơn tuy nhiên nhược điểm của nó là vẫn phụ thuộc vào kinh nghiệm của người thực hiện.