Ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá khi mài định hình rãnh tròn

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY

2.2. Chất lượng bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay

2.3.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá khi mài định hình rãnh tròn

giá yếu tố trên khi mài mài định hình rãnh tròn xoay có thể sử dụng một số chỉ tiêu khác nhau [20]. Tuy nhiên, như phân tích ở mục 2.2.2.4 ở đây sẽ sử dụng chỉ tiêu số chi tiết mài trong một chu trình (Nct) để đặc trưng cho yếu tố thời gian mài. Trong quá trình mài định hình rãnh tròn xoay, do chiều dài tiếp xúc lớn, lực cắt và nhiệt cắt lớn, điều kiện thoát phoi và thoát nhiệt khi mài là khó khăn, dẫn đến theo thời gian mài thì đá sẽ bị mòn. Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả trước đây đã chỉ rõ, quan hệ giữa lượng mòn của đá mài với thời gian mài (hoặc số lượng chi tiết mài trong một chu trình tuổi bền của đá mài, thể tích vật liệu bị mài, ...) có dạng đường cong mòn truyền thống như hình 2.14 [6, 20, 22].

Hình 2.14. Mối quan hệ giữa lượng mòn của đá với thời gian cắt [22]

OA: Giai đoạn mòn ban đầu; AB: Giai đoạn mòn ổn định; BC: Giai đoạn mòn khốc liệt Từ dạng đường cong mòn này nhận thấy quá trình mòn của đá mài thường được chia thành 3 giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Giai đoạn mòn ban đầu của đá. Thời gian mòn ban đầu T0 nhỏ nhưng độ mòn ban đầu ∆bđ lớn. Nguyên nhân: Sau khi sửa đá, đá mài có nhiều hạt mài có vị trí và thông số hình học của lưỡi cắt không thuận lợi cho quá trình cắt hoặc các hạt mài được giữ không chặt trong chất dính kết. Do đó, dưới tác dụng của tải trọng cơ nhiệt trong quá trình cắt, các hạt mài này sẽ dễ bị vỡ hoặc bật ra khỏi chất dính kết. Thời gian và độ mòn ban đầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó ảnh hưởng lớn nhất là phương pháp và chế độ công nghệ khi sửa đá.

- Giai đoạn 2: Giai đoạn mòn bình thường. Trong giai đoạn này, đá mòn chậm và ổn định. Thời gian làm việc của đá được tính trong giai đoạn này. Độ mòn của đá trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính của tải trọng cơ nhiệt.

- Giai đoạn 3: Giai đoạn mòn khốc liệt của đá. Lúc này các lỗ rỗng trên bề mặt đá bị phoi và các hạt mài mòn lấp đầy, đá mài mất khả năng cắt. Mòn khốc liệt khi xuất hiện có thể kèm theo hiện tượng bề mặt chi tiết mài bị cháy sém hoặc có vết gằn.

2.3.4.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao hướng kính, vận tốc của chi tiết và lượng dư mài Trong quá trình mài định hình tròn xoay, khi tăng lượng chạy dao hướng kính (Shk) thì lực cắt và rung động tăng, dẫn đến mòn đá sẽ tăng. Trong khi, nếu tăng lượng dư mài (t) thì tải trọng tác dụng lên mỗi hạt mài của đá mài sẽ tăng, rung động tăng nên mòn đá sẽ tăng theo. Nhiều công trình nghiên cứu trước đây đã chỉ ra được mối quan hệ giữa lượng chạy

T0

[hs]

B

A o

C hs(m)

. . .

T1 T2

T (giây)

Hình 2.15. Ảnh hưởng của tốc độ chạy dao và chiều sâu cắt đến các đại lượng đặc trưng của quá trình mài định hình [13]

Từ các đồ thị trên hình 2.15 nhận thấy khi lượng chạy dao hướng kính và lượng dư mài tăng với các điều kiện khác không thay đổi thì lực cắt sẽ tăng, dẫn đến công suất cắt sẽ tăng nhưng mòn đá và nhiệt độ cắt cũng tăng theo. Do đó, sai số hình dáng và sai số kích thước của chi tiết mài sẽ tăng, độ nhám bề mặt chi tiết mài sẽ tăng và khu vực bề mặt chi tiết mài bị ảnh hưởng bởi quá trình mài cũng sẽ tăng. Tuy nhiên khi đó thời gian cắt sẽ giảm tức năng suất mài sẽ tăng. Ngoài ra, khi tăng lượng chạy dao hướng kính thì thể tích cắt riêng trong một đơn vị thời gian sẽ tăng. Điều này sẽ ảnh hưởng đến tốc độ mòn hướng kính và cơ chế mòn cơ học của đá mài như thể hiện trên hình 2.16.

Hình 2.16. Thể tích cắt trong một đơn vị thời gian ảnh hưởng đến các dạng mòn và tốc độ mòn [13]

Các đại lượng điều chỉnh Thể tích cắt riêng trong

một đơn vị thời gian Shk

(t)

Tốc độ chạy dao (lượng dư mài)

Vct

Tốc độ chi tiết

Tốc độ cắt Vc

Thể tích cắt riêng V’w

Q’w

Shk

Các đại lượng đặc trưng của quá trình

Sai số hình dạng (sai số kích thước)

Kết quả mài

fc

Shk

(t)

Ra

Rt

Shk

(t) Độ nhám bề mặt

Shk

(t) Zᶹ

Ảnh hưởng đến Khu vực bề mặt Fn

Ft

Fn

Shk

(t) Ft

Lực cắt

Công suất cắt

(t) Shk

Pc

(t) Shk

Hz

Độ mòn của đá

(t) Shk

Nhiệt độ

ᶹ

(t) tc

Thời gian cắt

Shk

Mòn tế vi

Độ mòn lớn

Mòn do ma sát

Gãy vỡ tế vi

Từng phần Hạt gãy vỡ

Tách cả hạt

Tốc độ mòn hướng kính

Thể tích cắt riêng trong một đơn vị thời gian (Qw')

( w) nhỏ (tức năng suất mài thấp ứng với lượng chạy dao hướng kính nhỏ) thì mòn do ma sát cơ học và gãy vỡ tế vi là chủ yếu. Ngược lại khi Q'w tăng lên thì mòn do khả năng gãy vỡ của hạt hay tách hạt mài ra khỏi bề mặt đá mài sẽ tăng lên.

Trong khi, nếu tốc độ quay của chi tiết tăng thì chiều dày lớp kim loại do một hạt mài bóc đi sẽ tăng, làm cho tải trọng tác động lên mỗi hạt mài cũng tăng. Đồng thời, khả năng xuất hiện dao động trong quá trình mài sẽ tăng, rung động của hệ thống công nghệ trong quá trình mài sẽ tăng. Do đó, mòn đá cũng sẽ tăng theo và tuổi bền của đá sẽ giảm. Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết tới mòn đá cũng như tuổi bền của đá mài khi gia công vật liệu có độ cứng cao sẽ lớn hơn so với khi gia công vật liệu có độ cứng thấp.

Vận tốc của chi tiết thường nhỏ hơn so với vận tốc của đá (khoảng 60:150 lần). Với trường hợp mài định hình tròn xoay thì vận tốc của chi tiết bản chất chính là lượng chạy dao vòng và được tính theo công thức sau [5, 7]:

1000

ct ct

V  d n

 (2.18)

Trong đó:

nct: Số vòng quay của chi tiết (vòng/phút) d: Đường kính chi tiết (mm)

1. Để đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết rãnh tròn xoay sau khi mài định hình cần sử dụng nhiều chỉ tiêu khác nhau. Tuy nhiên, hai chỉ tiêu quan trọng nhất quyết định đến tuổi thọ và khả năng làm việc của chi tiết rãnh tròn xoay là độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết mài. Vì vậy, để đảm bảo chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay cần phân tích đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu công nghệ chính đến độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết mài.

2. Với trường hợp mài định hình vô tâm trên các giá đỡ cố định thì sai lệch độ tròn nói chung và độ ô van nói riêng của chi tiết phụ thuộc vào các góc gá đặt hai giá đỡ (α, β, ), sai lệch hình dạng ban đầu của phôi, lượng chạy dao hướng kính, vận tốc của chi tiết và lượng dư mài. Tuy nhiên, yếu tố thời gian mài không ảnh hưởng đến độ ô van của chi tiết khi mài định hình vô tâm trên các giá đỡ cố định.

3. Với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay thì các yếu tố công nghệ chính ảnh hưởng đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết mài bao gồm: Lượng chạy dao hướng kính, vận tốc của chi tiết, lượng dư mài và thời gian mài (trong trường hợp cụ thể trên các máy mài định hình rãnh tròn xoay chuyên dụng như máy 3MK136B thì yếu tố này là số chi tiết mài trong một chu trình tuổi bền của đá mài). Cơ sở lý thuyết ở trên sẽ định hướng cho các vấn đề nghiên cứu thực nghiệm, là thông tin tiên nghiệm để thiết kế thực nghiệm và xây dựng bài toán tối ưu.