Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH MÀI
Hạt mài có nhiều cạnh cắt và có bán kính tròn rs ở đỉnh [42] (Hình 2.1).
Chúng được giữ chặt trong đá mài bằng chất dính kết.
Hình 2.1. Hình dạng hạt mài [42]
Các hạt mài nhô ra trên bề mặt đá mài sẽ tham gia quá trình mài. Ba giai đoạn của quá trình tách phoi [20] được thể hiện ở Hình 2.2.
- Giai đoạn đầu là giai đoạn mà đỉnh hạt mài va đập vào bề mặt gia công, lúc này hạt mài không có tác dụng cắt, nó bị trượt trên bề mặt gia công với ma sát lớn, lực hướng kính tăng dần do đó phôi bị tăng nhiệt độ. Nếu hạt mài có bán kính ở đỉnh hạt nhỏ mà không cắt thì sẽ bị lực va đập phá huỷ. Lực này phụ thuộc vào lượng chạy dao và vận tốc mài. Khi hạt mài bị mòn hoặc bán kính ở đỉnh hạt quá lớn thì đoạn đường trượt này tăng do đó quá trình mài sẽ sinh ra
nhiệt lớn. Chiều dài đoạn hạt mài bị trượt không cắt đó phụ thuộc vào độ sắc của hạt mài và tính chất cơ lý của vật liệu cần mài.
- Giai đoạn thứ hai là giai đoạn nén vật liệu gia công. Trong giai đoạn này, lực tiếp tuyến và lực hướng kính tăng dần.
Hình 2.2. Sơ đồ quá trình tạo phoi khi mài [20]
Trong khi mài, quá trình tách phoi thực hiện ở nhiệt độ vùng cắt rất lớn (nhiệt độ có thể lên tới 1000 ÷ 1450C), nhiệt độ này có thể bằng nhiệt độ chảy của vật liệu, đồng thời quá trình này xảy ra trong một khoảng thời gian rất ngắn
(khoảng 5.10-5 ÷ 1.10-3 giây). Đặc trưng của phoi mài là có kích thước rất nhỏ do đó dưới tác dụng của nhiệt độ cao nó sẽ bị chảy, cháy. Khi phoi bị cháy, thành phần cacbon trong vật liệu mài sẽ thúc đẩy quá trình cháy do đó làm tăng nhiệt độ vùng mài. Phoi bị cháy sẽ dòn, kích thước giảm nên dễ thoát khỏi bề mặt của đá mài [20], [11].
2.1.2. Lực cắt trong quá trình mài
Lực cắt khi mài (Hình 2.3) được xác định theo công thức [11]:
Fc
⃗⃗⃗ =∑F⃗ i
n
i=1 (2.1)
Trong đó:
n: số hạt mài đồng thời tham gia cắt.
Fi: lực cắt tác dụng lên một hạt mài.
Lực cắt Fi tác dụng lên một hạt mài được phân thành hai thành phần: Fiz theo phương tiếp tuyến và Fiy theo phương pháp tuyến với bề mặt gia công.
Hình 2.3. Lực cắt tác dụng lên hạt mài [11]
Fiz= τs. f(cosγx-μ.sinγx) sinθ(1-μ.μ'). cos(γx+θ)-(μ+μ').sin(γx+θ) (2.2) Fiy= τs. f(cosγx+μ.sinγx)
sinθ(1-μ.μ'). cos(γx+θ)-(μ+μ').sin(γx+θ) (2.3) Trong đó:
τs: ứng suất tiếp xúc f: diện tích cắt
: hệ số ma sát ở mặt trước hạt mài
γx: góc trước của hạt mài
’: hệ số ma sát trong trên mặt trượt
Từ công thức (2.2), (2.3) cho thấy lực Fiy lớn hơn Fiz; lực cắt Fiy, Fiz phụ
thuộc vào rất nhiều yếu tố, đó là các yếu tố như vật liệu gia công (𝜏𝑠, , ’), vật liệu hạt mài, hình dáng và kích thước hạt mài (, ), kích thước lớp cắt (f), chế độ cắt và các điều kiện khi mài khác.
2.1.3. Lưỡi cắt trong quá trình mài
Trong quá trình mài, hai loại lưỡi cắt được thể hiện trong mặt cắt đá theo
chiều vuông góc với trục mang đá, hai lưỡi cắt đó là lưỡi cắt động và lưỡi cắt tĩnh (Hình 2.4).
Hình 2.4. Lưỡi cắt động và lưỡi cắt tĩnh khi mài [20], [12]
Lưỡi cắt động là một phần lưỡi cắt của hạt mài nhô ra khỏi chất dính kết và có tham gia cắt (Hình 2.4). Mật độ lưỡi cắt động có thể được xác định theo một đơn vị chiều dài Sk (1/mm), nó cũng có thể được xác định theo một đơn vị
diện tích bề mặt đá mài Nk (1/mm2) hoặc theo một đơn vị thể tích đá mài Ck
(1/mm3).
Sk= 1 Lk (1/mm)
(2.4) Lưỡi cắt tĩnh là tất cả các cạnh sắc của hạt mài nhô lên khỏi chất dính kết.
Mật độ lưỡi cắt tĩnh được xác định bằng số lượng lưỡi cắt tĩnh trên một đơn vị chiều dài bề mặt của đá mài, được xác định theo số lưỡi cắt tĩnh trên một đơn vị diện tích bề mặt đá mài Nst (1/mm2) hoặc trên một đơn vị thể tích đá mài Cst
(1/mm3). Mật độ lưỡi cắt tĩnh (ký hiệu là Sst) và được xác định theo công thức sau:
Sst= 1 Lst (1/mm)
(2.5)
Chiều cao nhấp nhô của đá mài Rts phụ thuộc đồng thời vào lượng chạy dao chiều trục sau mỗi vòng quay fad, bán kính của dụng cụ sửa đá rpd. Thông
số này được xác định theo biểu thức 2.6.
Rts= fad
8.rpd (2.6)
2.1.4. Chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và phôi khi mài
Khi mài quá trình cắt xảy ra ở vùng tiếp xúc giữa đá mài và phôi gia công
[43]. Hình 2.5 mô tả chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và phôi, không xét đến biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ.
Hình 2.5. Chiều dài cung tiếp xúc khi mài [43]
Chiều dài tiếp xúc tĩnh được xác định khi bỏ qua chuyển động của đá mài và chi tiết mài cùng sự biến dạng như sau:
lg = (fd.Ds)1/2 (2.7)
Với fd là chiều sâu mài (mm), Ds là đường kính đá mài (mm), là góc tiếp xúc (rad).
Chiều dài tiếp xúc động học
2.1.5. Chiều dày cắt khi mài
Chiều dày lớp cắt được tính theo công thức tổng quát sau [11]:
az = vw 60.vgw±2.vw.√l.t.√ 1
Dgw+ + ξ
dw. Sd Bgw
(2.8) Trong đó:
t - chiều sâu cắt thực tế của một hạt mài (mm) l - khoảng cách thực tế giữa cát hạt mài (mm) Bgw - Chiều rộng của đá (mm)
𝜉 – Hệ số: với mài ngoài 𝜉 = +1, với mài phẳng 𝜉 = 0.
Từ công thức (2.8) suy ra: chiều dày lớp cắt phụ thuộc vào tất cả thông số
của mài. Trị số az quyết định tải trọng tác dụng trên hạt mài, tuổi bền và độ mòn đá. Do vậy, công thức (2.8) được xem như phương trình cơ bản của quá trình mài. Chiều dày lớp cắt của một hạt mài của mài phẳng và mài tròn ngoài có quan hệ như sau [12]:
azphang: azngoai =√ 1
Dgw:√Dgw+dw
Dgw.dw
(2.9)
2.1.6. Đường kính tương đương
Đường kính tương đương của đá mài cũng được sử dụng trong quá trình nghiên cứu về mài. Đường kính tương đương được xác định theo công thức (2.10) [42]:
Dtd = dw.Dgw
dw±Dgw (2.10)
Trong đó dấu “+” được lấy khi mài tròn ngoài, dấu “-” được lấy khi mài lỗ, còn khi mài phẳng đường kính tương đương bằng đường kính đá mài.
2.1.7. Năng suất gia công
Năng suất mài (tính cho một nguyên công mài) được tính bằng khối lượng kim loại bị bóc đi trên một đơn vị thời gian mài và được xác định theo công thức sau:
MRS = mp
tc (2.11)
Trong đó:
mp - khối lượng kim loại bị bóc đi khi mài trong một nguyên công (g)
tc - thời gian mài trong một nguyên công (h)