2. Mục ñ ích, ñố it ượng và phương pháp nghiên cứ u
2.2.1.Lực cắt khi mài bằng ñá mài gián ñ oạn
Lực cắt sinh ra trong quá trình gia công là một trong những thông số quan trọng ựể ựánh giá khả năng cắt gọt của ựá. đặc biệt lực dư thừa trong quá trình cắt gây ra các khuyết tật dưới lớp bề mặt, ảnh hưởng tới chất lượng chi tiết gia công. Có rất nhiều các nghiên cứu ựã phân tắch ưu ựiểm của loại ựá
mài gián ựoạn. Khẳng ựịnh ựược tắnh ưu việt của loại ựá mài này.[11] phân tắch ưu ựiểm nổi bật của ựá mài có bề mặt làm việc gián ựoạn về khả năng giảm lực cắt khi gia công vật liệu ceramics và ựồng thời ựưa ra tắnh cấp thiết của việc sản xuất loại ựá mài này tại Việt Nam.
Hình 2.1: Lực mài cụ thểựặc trưng cho vật liệu phôi, quá trình mài [18]
vft=1m/phút, ae=200ộm
vft là lượng chạy dao, ae là chiều sâu cắt
Hình 2.1 so sánh lực mài tạo ra bởi quá trình mài không liên tục với quá trình mài bằng ựá mài thông thường ởlượng chạy dao và chiều sâu cắtkhác nhau.Trên hình cho thấy rằng vật liệu CMC-II gây ra lực mài cao hơn CMC-I. Lực mài giữa CMC-II và CMC-I rất khác nhau có thể là do ựặc tắnh vật liệu khác nhau của chúng. độ cứng của CMC-II là khoảng năm 1900 HV0.1 và ựộ
bền uốn của nó là khoảng 140 MPa trong khi CMC-I có ựộ cứng thay ựổi trong phạm vi 1.080 ựến 1400HV0.2 và ựộ bền uốn của nó là khoảng 80 MPa. Phạm vi ựộ cứng rộng của CMC-I là do sự hiện diện của sợi carbon, silicon và SiC liên kết với nhau trên một nền thô. So với CMC-I, CMC-II có ựộ cứng và ựộ bền uốn cao hơn nhiều, do hạt kim cương thâm nhập vào phôi nên trở
sức cản trở lớn hơn ựể cày và cắt. Ngoài ra, do ựộ bền uốn cao hơn, ứng suất tốt hơn của CMC-II ựể có thể gây ra các vết nứt trong vật liệu là ựiều cần thiết khi gia công . Trong tất cả các thắ nghiệm ựược thực hiện, lực mài pháp tuyến cao hơn so với lực mài tiếp tuyến, cả lực mài pháp tuyến và tiếp tuyến ựều giảm trong quá trình mài không liên tục (với việc sử dụng ựá mài T-Tool)[18]
Từ nhiều phân tắch cho rằng Ộ lực cắt là nguyên nhân gây ra sự gãy vỡ
của vật liệu gia công trong quá trình cắtỢ[16] ựã công bố một loại ựá mài tròn có bề mặt làm việc theo từng ựoạn như hình 2.2a với tỷ lệ và sự phân bố khác nhau ựược thực hiện thắ nghiệm theo các thông số như trong hình 2.2b.Kết quả thắ nghiệm cho thấy loại ựá mới này có ảnh hưởng rõ rệt tới việc giảm lực cắt trong quá trình gia công khi so sánh với ựá mài thông thường ở cùng chế ựộ gia công.
Hình 2.2: a, Hình dạng của ựá mài tròn với biên dạng không liên tục b, Bảng các thông số thắ nghiệm thực hiện về: vật liệu gia công, tốc ựộ cắt,
tốc ựộ tiến ựá, chiều sâu cắt [16]
Kết quả cũng chỉ ra rằng, khoảng cách gián ựoạn càng lớn và số lượng gián
ựoạn càng ắt thì lực cắt càng giảm ựáng kể như trong hình 2.3. Trong nghiên cứu này chưa ựưa ra mối quan hệ giữa lượng giảm của lực cắt với khoảng cách và số lượng gián ựoạn trên bề mặt ựá [16].
Hình 2.3. Quan hệ giữa tốc ựộ cắt với lực pháp tuyến (a) và lực tiếp tuyến (b) khi gia công bằng ựá mài thông thường và ựá mài gián ựoạn. đá mài gián ựoạn thực hiệnkhả năng giảm lực cắt trong quá trình gia công [16].
2.2.2. Nhiệt cắt khi mài bằng ựá mài gián ựoạn.
J. PeƠrez và các cộng sự [17] phân tắch sự truyền nhiệt trong quá trình mài gián ựoạn. Mô tả mối tương tác ựá mài, phôi và dung dịch làm mát. đưa ra một số thuật toán cho pháp nghiên cứu tác ựộng về nhiệt ựộ phôi, vận tốc phôi các thông số liên quan ựến thời gian. Xác ựịnh các thông số thắch hợp ựể số
lượng vật liệu loại bỏựược tối ựa và giảm thiểu ựược lượng dung dịch làm mát. Nguyễn Tiến đông và Nguyễn Thị Phương Giang [11]ựã kết luận rằng
ựá mài với bề mặt làm việc gián ựoạn ựã chứng tỏựược khả năng ưu việt hơn so với ựá mài thông thường trong việc giảm lực và nhiệt trong quá trình cắt. Chắnh khoảng cách giữa các gián ựoạn là cơ sở cho việc thoát nhiệt và làm mát tốt hơn trong vùng gia công
2.2.3. Qúa trình tạo phoi khi mài bằng ựá mài gián ựoạn.
Với các ựá mài gián ựoạn ựược phát triển như trong các nghiên cứu
ựiển hình nêu trên, những nhược ựiểm của phương pháp gia công sử dụng ựá mài có bề mặt làm việc liên tục phần nào ựược giải quyết. Chắnh khoảng cách
gián ựoạn giữa các phần gián ựoạn ựã giúp cho việc thoát phoi ựược diễn ra nhanh chóng, ựồng thời giúp cho dung dịch tưới nguội có thể qua khoảng không gian giữa các phần gián ựoạn này mà xâm nhập trực tiếp vào vùng gia công, vừa có tác dụng làm mát, vừa có tác dụng cuốn phoi ra khỏi vùng gia công. Khi ựó các lưỡi cắt của các hạt mài sẽ không bị cùn, khả năng xảy ra trường hợp cùn và bết ựá sẽ ắt ựi, nâng cao khả năng gia công
2.3.đỘ NHẤP NHÔ BỀ MẶTCHI TIẾT GIA CÔNG KHI MÀI BẰNGđÁMÀIGIÁNđOẠN.
Mài bằngựá mài thườngsố lượng nhiều hơn các lưỡi cắt hoạt ựộng và cọ xát nhiều hơn trong quá trình mài. Tuy nhiên ựộ nhám bề mặt thu ựược khi màiựá mài có bề mặt làm việc giánựoạncó thể ựược cải thiện 30-40% khi có tia lửa
ựi qua[18].
Hình 2.4. độ nhám bề mặt ựặc trưng cho vật liệu phôi, quá trình mài [18]
vft=1m/phút, ae=200ộm vft là lượng chạy dao, ae là chiều sâu cắt
Hình2.5, ựộ nhám bề mặt tăng với lượng chạy dao ngày càng tăng và giảm khi tốc ựộ cắt cao hơn[18].
Hình 2.5: Hình dạng 3D của bề mặt CMC-I[18].
Bên trái: Mài thông thường Bên phải: Mài gián ựoạn với ựĩa mài T-Tool (đo bởi thiết bịựo của hãng Mommel Tester T8000)
[12, 13]Tien Dong Nguyen, Koji Matsumaru, Masakazu Takatsu* and Kozo Ishizakinghiên cứu về hiệu quả của hạt mài ựến nhám bề mặt khi mài vật liệuceramics và hợp kim magie. Một ựá mài mặt ựầu có bề mặt làm việc với mô hình lục giác, trong ựó các cạnh của hình lục giác có chứa các hạt mài kim cương và lấp ựầy bên trong các hình lục giác bằng vật liệu xốp carborundum màu xanh lá cây không có hạt kim cương. Các hình lục giác ựặc trưng bởi kắch thước của hình lục giác (x), và chiều rộng của các cạnh hình lục giác có chứa hạt kim cương (w)
Kết quả nghiên cứu khi mài hai loại vật liệu trên với cùng loại ựá mài kim cương có cấu trúc lục giác thu ựược kết quả
- Về nhám bề mặt
Khi diện tắch bề mặt ựá mài mặt ựầu (có cấu trúc lục giác) chứa hạt mài tăng thì ựộ nhám bề mặt giảm. Nhám bề mặt cũng giảm khi tăng tốc ựộ quay của ựá mài.
Nhám bề mặt Ra thu ựược với ựá mài thông thường (có bề mặt làm việc là 100%) tốt hơn so với ựá mài gián ựoạn.
Số lượng các hạt mài tác ựộng lên một ựơn vị chiều dài của bề mặt mẫu cũng ựã ựược tắnh toán ựểựánh giá hiệu của của hạt mài qua tốc ựộ quay của
ựá, lượng chạy dao và tỷ lệ diện tắch ựá mài có hạt mài trên tổng diện tắch ựá. độ
nhám bề mặt thu ựược nhỏ hơn và giảm nhanh hơn so với ựá mài thông thường. Mặt khác, trong một số trường hợp, nhám bề mặt khi mài bởi ựá mài thông thường có giá trị lớn hơn so với khi mài bằng ựá mài có kết cấu hình lục giác mặc dù số lượng các hạt mài ựi qua một ựơn vị chiều dài của bề mặt mẫu (Ng) lớn hơn. Từựó cho thấy có thể thu ựược một bề mặt có ựộ nhám tốt hơn khi mài bằng ựá mài gián ựoạn có cấu trúc lục giác so với ựá mài thông thường.
Hình 2.7:Mối quan hệ giữaựộ nhám bề mặt Ra với số hạt mài qua bề mặt mẫu
màithông thường. Nói cách khác, chỉ có 1/5 hạt mài mòn làm việc hiệu quả
trong các ựá mài thông thường. Cấu trúc lục giác cho thấy lợi thế trong việc sử dụng hiệu quả của hạt mài so với cấu trúc thông thường.
[16]nghiên cứu của Xiarui Fan, Michele Millerchỉ ra rằng ựối với ựá mài gián ựoạn khi khoảng cách gián ựoạn càng lớn và số lượng gián ựoạn càng ắt thì ựộ nhám bề mặt gia công lại tăng lên
2.4.KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.
Nội dung của chương này ựã tập trung phân tắch về quá trình mài bằng
ựá mài gián bao gồm quá trình mài gián ựoạn, lực cắt và nhiệt của quá trình mài gián ựoạn, quá trình tạo phoi khi mài. đã phân tắch ựược chất lượng bề
mặt khi gia công bằng phương pháp mài bằng loại ựá mài này.
1. đá mài gián ựoạn ựã chứng tỏựược khả năng giảm lực cắt khi mài so với ựá mài thông thường. Khi gia công bằng ựá mài gián ựoạn việc thoát nhiệt, thoát phoi sẽ thuận lợi hơn so với ựá mài thông thường. Chất lượng bề
mặt khi gia công bằng ựá mài gián ựoạn cũng ựã có những cải thiện ựáng kể. Từ các kết quả nghiên cứu vềựá mài gián ựoạn ựã cho thấy những ưu việt của nó so với ựá mài liên tục thông thường.
2. Tuy nhiên những kết quả ựã ựạt ựược ở trên vẫn là những kết quả
bước ựầu trong quá trình nghiên cứu hoàn thiện về mặt lý thuyết và công nghệphát triển ựá mài gián ựoạn. Dù ựạt ựược nhiều ưu ựiểm song việc cải tiến, chế tạo các viên ựá mài gián ựoạn có ựặc tắnh kỹ thuật mới ựòi hỏi công nghệ chế tạo ựá phức tạp hơn. Song song với ựó là các thiết bị, ựồ gá nhằm ựảm bảo ựộ chắnh xác gia công; phạm vi sử dụng của ựá mài gián ựoạn cũng hạn chế hơn so với ựá mài thông thường do chủ yếu ựược sử dụng ựể mài mặt phẳng, do ựó ựá mài gián ựoạn vẫn tồn tại hạn chế so với ựá mài thông thường. Những nguyên nhân làm cho ựá mài gián ựoạn ựến nay vẫn chưa ựược sử dụng phổ biến trong thực tế.
2.4. XÁC đỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN
Trong sự phát triển chung của việc nghiên cứu, phát triển và tối ưu hóa phương pháp mài, việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng ựá mài có bề mặt làm việc gián ựoạn ựã ựược ựào sau nghiên cứu, ứng dụng vào thực tiễn và ựã thu ựược những kết quả nhất ựịnh.
Ở các nước có nền gia công cơ khắ phát triển ựến trình ựộ cao như Nhật Bản, Mỹ, Nga ựã có nhiều công trình nghiên cứu, ứng dụng loại ựá mài này vào sản xuất. đặc biệt, với sự phát triển của ngành vật liệu, ựã có nhiều vật liệu mới, với tắnh chất cơ, lý, hóa ựặc biệt cao ựược sử dụng thì nhu cầu tìm ra một phương pháp gia công tối ưu nhất, ựạt ựược năng suất cao là một trong những vấn ựề vô cùng quan trọng, cấp thiết.
Ở các quốc gia này, ựá mài có bề mặt gián ựoạn ựã ựược áp dụng rộng rãi ựể gia công tinh những loại vật liệu ựặc biệt khó gia công mài như: Ceramic, magie, hợp kim ựồng, nhôm và các loại thép hợp kim caoẦ
Việc ứng dụng, phát triển ựá mài có bề mặt làm việc gián ựoạn ở các quốc gia này hiện vẫn ựang phát triển ở thời kì ựầu. Các công trình nghiên cứu, các tài liệu liên quan vì thế vẫn chưa ựược công bố rộng rãi.
Tại Việt Nam, việc nghiên cứu, ứng dụng ựá mài có bề mặt gián ựoạn vào thực tiễn vẫn ựang ở thời kì ựầu. đã có những nghiên cứu, thắ nghiệm chứng minh ựược thực hiện ựể xem xét, nghiên cứu sự ứng xử của vật liệu, các thông số công nghệ khi tiến hành gia công bằng viên ựá hoàn toàn mới này.Trong các nghiên cứu, ựã nói lên phần nào ưu ựiểm của viên ựá mới so với ựá mài thông thường về phương diện lực cắt, nhiệt cắt. Việc nghiên cứu
ứng xử của viên ựá mới khi gia công, nghiên cứu hình dạng tối ưu và các thông số của viên ựá, thông số công nghệ là một ựề tài mở với rất nhiều hướng ựi và ựồng hành với nó là rất nhiều nghiên cứu, thắ nghiệm.
Nhìn chung lại, tình hình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng ựá mài có bề mặt gián ựoạn ựang là một ựể tài mở với nhiều hướng ựi tiềm năng. Việc
ắch thiết thực, làm tăng chất lượng và năng suất gia công hướng ựến sự phát triển chung của nền sản xuất.
Qúa trình mài là quá trình cào xước liên tục của các hạt mài lên bề mặt chi tiết gia công. Các hạt mài phân bố một cách ngẫu nhiên, hỗn ựộn trên bề
mặt ựá và trong quá trình mài không phải tất cả các hạt mài ựề tham gia cắt gọt. Trong quá trình mài, do sự tiếp xúc, cào xước liên tục của các hạt mài lên bề mặt gia công nên việc cung cập của dung dịch trơn nguội vào vùng ựang gia công là rất khó khăn, chắnh vì vậy nhiệt cắt trong quá trình mài rất lớn (1000ọ15000C), ảnh hưởng rất lớn ựến khả năng gia công của hạt mài và chất lượng bề mặt thu ựược. Ngoài ra, các yếu tố về lực cắt, rung ựộng cũng khá phức tạp và có ảnh hưởng lớn ựến phạm vi gia công, chất lượng của phương pháp mài.
Vậy việc phân bố liên tục các hạt mài trên bề mặt ựá mài có thực sự tốt cho quá trình mài, khi mà không phải tất cả các hạt mài ựều tham gia gia công.Có thể nhận thấy rằng, chắnh sự tiếp xúc liên tục, cào xước, trượt bề
mặtẦ xảy ra làm cho nhiệt cắt, lực cắt, rung ựộng trong quá trình mài tăng lên và nó ảnh hưởng tiêu cực ựến chất lượng, năng suất của phương pháp gia công này. Một khắa cạnh khác cũng cần ựược nhắc ựến, ựó là sự tiếp cận của dung dịch trơn nguội lên vùng ựang gia công. Với ựá mài phẳng thông thường, sự tiếp cận của dung dịch trơn nguội vào vùng ựang gia công là một
ựiều tương ựối khó khăn, nó làm giảm ựi rất nhiều tác dụng của dung dịch trơn nguội, khiến nhiệt cắt trong quá trình mài dường như ựược cải thiện rất nhỏ bé so với kỳ vọng.
Nếu việcbố trắ liên tục các hạt mài không ựem lại ựược những hiệu quả
thực sự tốt, liệu việc bố trắ gián ựoạn các hạt mài trên bề mặt làm việc là một hướng ựi mới, tốt hơn khi mà nó tận dụng ựược khả năng cắt gọt của hạt mài,
ựến vấn ựề giảm lực cắt, giảm rung ựộng và như ta dễ nhận thấy rằng: Với một bề mặt gián ựoạn, việc tiếp cận của dung dịch trơn nguội vào bề mặt gia
công là ựiều khả thi hơn, tốt hơn so với khi ta gia công mài bằng một viên ựá mài liên tục thông thường.
đã có rất nhiều nghiên cứu kể ựến sự ảnh hưởngcủacác thông
sốcôngnghệ trong quátrìnhgiacôngbằnghạtmàiựếnchất
lượngbềmặtchitiếtkhidùng phương pháp giacông mới này. Mục ựắch chung của các nghiên cứu là tìm hiểu vai trò của các thông số công nghệ tác ựộng
ựến quá trình gia công, từựó tìm các phương án cải tiến, nâng cao chất lượng, năng suất khi gia công mài phẳng.
Một trong những hướng nghiên cứu ựã ựược áp dụng trên thế giới và hiện ựang ựược quan tâm, nghiên cứu tại Việt Nam là: Nghiên cứu, thiết kế và tối ưu hóa hình dạng hình học của ựá mài nhằm tăng năng suất, chất lượng gia công mài mà cụ thể ởựây là ựá mài có hình dạng làm việc gián ựoạn. đã có rất nhiều bài báo, nhiều công trình nghiên cứu của các học giả trong và ngoài nước.