3. Ý nghĩa của đề tài
2.4.KẾT LUẬN CHƢƠNG 2
Trong chương này, tác giả đã tập trung nghiên cứu về lịch sử phát triển của đá mài gián đoạn và tổng hợp trình bày những kết quả nghiên cứu mới nhất về đá mài gián đoạn ở Việt Nam và trên thế giới. Từ đó đi đến các kết luận sau:
1- Đá mài gián đoạn đã được nghiên cứu phát triển từ những năm 1970 và đã được ứng dụng để gia công các loại vật liệu có độ cứng cao, khó gia công
như ceramics, thép dụng cụ, thép hợp kim. Các loại hạt mài được sử dụng để chế tạo đá mài gián đoạn gồm kim cương, nhôm ôxit, CBN.
2- Đá mài gián đoạn đã khẳng định được tính ưu việt so với đá mài liên tục thông thường trong việc giảm lực cắt, nhiệt cắt, năng lượng tiêu thụ, tăng năng suất và hiệu quả gia công, đồng thời giúp tiết kiệm chi phí sửa chữa và tăng độ an toàn trong gia công. Chất lượng bề mặt khi gia công bằng đá mài gián đoạn cũng đã có những cải thiện đáng kể.
3- Bên cạnh đó, đá mài gián đoạn cũng thể hiện một số hạn chế như đòi hỏi yêu cầu cao hơn của hệ thống công nghệ (máy, dao, đồ gá). Phạm vi sử dụng của đá mài gián đoạn mới chủ yếu được dùng trong quá trình mài phẳng. Đến nay, chưa có lý thuyết toàn vẹn về đá mài gián đoạn.
Từ các kết quả thu được, nhiều nước trên thế giới đã tiếp tục mở rộng phát triển và ứng dụng đá mài gián đoạn vào sản xuất. Tuy nhiên, ở Việt Nam, đến nay chưa có nhiều công trình nghiên cứu về đá mài gián đoạn được công bố. Các nghiên cứu chế tạo ra các loại đá mài gián đoạn có hình dáng hình học mới, dựa trên việc kết hợp sử dụng các loại hạt mài, chất dính kết đã có để gia công các loại vật liệu thông dụng; việc đánh giá về ứng xử của đá mài gián đoạn khi gia công vật liệu cũng còn hạn chế. Do đó, các ứng dụng đá mài gián đoạn để tăng năng suất, hiệu quả gia công chưa nhiều.
Xuất phát từ những phân tích trên và tiếp nối các nghiên cứu đi trước thấy rằng, việc tiếp tục xây dựng và phát triển đá mài gián đoạn, tiến hành các thực nghiệm đánh giá ứng xử và hiệu quả gia công của đá mài gián đoạn bằng phương pháp mài phẳng đối với các loại vật liệu, nhất là các vật liệu thông dụng trong ngành công nghệ chế tạo máy là rất cần thiết.
Trên cơ sở đó, tác giả quyết định tiến hành các thực nghiệm nghiên cứu, đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công vật liệu thép C45 sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn bằng phương pháp mài phẳng. Từ đó đánh giá
chiều sâu cắt thực tế và năng suất cắt gọt khi gia công thép C45 bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài gián đoạn.
Chƣơng 3
CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI GIA CÔNG THÉP C45 BẰNG PHƢƠNG PHÁP MÀI PHẲNG SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM
VIỆC GIÁN ĐOẠN 3.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
- So sánh chiều sâu cắt thực tế khi gia công vật liệu thép C45 bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài gián đoạn và đá mài liên tục. Từ đó đánh giá chiều sâu cắt thực tế và năng suất cắt gọt của đá mài gián đoạn.
- Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài đến chiều sâu cắt thực tế.
3.2. MÔ TẢ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 3.2.1. Vật liệu thí nghiệm 3.2.1. Vật liệu thí nghiệm
Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm là thép C45. Thép C45 là thép gồm Fe và C, có nồng độ cacbon là 0,45%. Thép C45 được xếp vào loại vật liệu có tính cacbon trung bình, thường được dùng thiết kế trục, bánh răng...
Theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 8301:2009, thành phần hóa học và cơ tính của thép C45 được quy định tương ứng trong các Bảng 3.1 và Bảng 3.2.
Bảng 3.1 - Thành phần hoá học của thép Các bon chất lượng C45
Đơn vị tính: % Mác thép C Si Mn P S Cr Ni Cu Thành phần khác 45 0,42÷0,50 0,17÷0,37 0,50÷0,80 0,035 0,04 0,25 0,25 0,25 -
Bảng 3.2- Cơ tính của thép Các bon chất lượng C45 Mác thép Trạng thái nhiệt luyện Cơ tính, Độ cứng (HBS)
b/MPa st/Mpa 5 ,% , % ak/J*cm-2 Cán nóng
Ủ hoặc ram nhiệt độ cao
45 Thường
Thép C45 sử dụng trong thí nghiệm gồm 2 loại: thép C45 chưa nhiệt luyện có độ cứng khoảng 200÷250HB và thép 45 đã qua nhiệt luyện có độ cứng khoảng 42÷43 HRC. Tất cả các phôi thép đều có cùng kích thước 100x35x40 (mm)
Hình 3.1. là ảnh chụp phôi thép C45 nhiệt luyện và chưa nhiệt luyện sử dụng trong thí nghiệm.
a, b,
Hình 3.1: Phôi thép C45 sử dụng trong thí nghiệm
a- Thép C45 đã qua nhiệt luyện; b- Thép C45 chưa nhiệt luyện
3.2.2. Đá mài
Đá mài sử dụng trong thí nghiệm có ký hiệu Cn46MV2 350x40x127-35m/s
Các thông số cơ bản về đá mài như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.2.1. Vật liệu hạt mài:
Vật liệu hạt mài là hạt Corundun nâu, có thành phần như trong bảng 3.3
Bảng 3.3: Thành phần của hạt mài Corundun nâu: Hạt
corundun nâu
Thành phần
Al2O3 Fe2O3 SiO2 TiO2 Từ tính không quá
≥ 95% ≤ 0,05% ≤ 0,7% ≤ 2,4% ≤ 0,17
- Độ hạt thuộc nhóm trung bình: 46 (355 ÷ 425 µm) - Cấu trúc đá: Cấp 6, tỷ lệ thể tích vật liệu hạt mài 50 % - Chất kết dính: Gốm
- Độ cứng đá: Mv2
- Giới hạn tốc độ theo độ bền của đá: 35m/s
a. Số lượng đá mài: 06 viên (01 viên đá mài liên tục thông thường và 05 viên đá mài gián đoạn)
b. Hình dáng hình học của đá mài gián đoạn (Hình 3.2):
Hình 3.2: Hình dáng hình học của đá mài gián đoạn.
Tất cả các viên đá đều có cùng đường kính trong, đường kính ngoài và chiều rộng đá. Cụ thể như sau:
- Đường kính trong d: 127 mm
- Đường kính ngoài D: 350 mm
- Chiều rộng đá B: 40 mm
Riêng 05 viên đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn được chế tạo bằng cách tạo các rãnh cách đều nhau theo chu vi để có các viên đá gián đoạn khác nhau. Các rãnh đá đều có cùng chiều rộng và chiều sâu. Thông số hình học của các viên đá mài gián đoạn cho trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Thông số hình học của các viên đá mài gián đoạn
Viên đá Số rãnh (Z) Góc giữa 2 rãnh đá θ (độ) Chiều sâu rãnh đá H (mm) Chiều rộng xẻ rãnh W (mm) Viên 1 12 30.00 15 10 Viên 2 18 20.00 15 10 Viên 3 20 18.00 15 10
Viên 4 22 16.36 15 10
Viên 5 24 15.00 15 10
a, b, c,
Hình 3.3: Bộ đá mài sử dụng trong thí nghiệm
a- Bộ đá mài gián đoạn; b- Một viên đá mài gián đoạn; c- Viên đá mài thông thường
c, Xác định tỷ lệ % gián đoạn (η) của các viên đá mài
Tỷ lệ gián đoạn của đá mài ở đây được định nghĩa là tỷ lệ giữa tổng diện tích của bề mặt đá không chứa hạt mài chia cho tổng diện tích bề mặt đá (tính theo chu vi). Hay theo cách khác, có thể tính bằng tỷ số giữa tổng giá trị các góc ở tâm giới hạn bởi các cung rãnh đá không chứa hạt mài (rad) chia cho tổng giá trị góc ở tâm của cả viên đá (= 2 rad).
Gọi là góc ở tâm của đá mài giới hạn bởi chiều rộng xẻ rãnh W của một rãnh đá, R là bán kính ngoài của đá mài (hình 3.4 )
Hình 3.4: Sơ đồ tính toán tỷ lệ % gián đoạn (η) của đá (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ta có: 2 2arcsin( ) 2 sin D W D W R W (rad) (3.1)
Gọi Z là số rãnh của một viên đá, ta có tổng cộng góc ở tâm đá giới hạn bởi các rãnh đá không có hạt mài là: (rad) ) arcsin( 2.Z. . = ' D W Z (3.2)
Tỷ lệ gián đoạn của đá mài được tính theo công thức:
% 100 . ) arcsin( Z. % 100 . 2 ' D W (3.3)
Áp dụng công thức (3.3) để tính toán tỷ lệ gián đoạn cho từng viên đá ta thu được kết quả tỷ lệ gián đoạn η cho bộ đá dùng trong thí nghiệm trong bảng 3.5 với viên đá mài liên tục thông thường sẽ có số rãnh đá Z = 0.
Bảng 3.5: Tỷ lệ gián % gián đoạn η của các viên đá
Z Z=0 Z=12 Z=18 Z=20 Z=22 Z=24
η 0% 10,91% 16,37% 18,19% 20,01% 21,83%
3.2.3. Sửa đá mài
Đá mài sau khi lắp và cân bằng được sửa bằng đầu sửa đá kim cương 22 viên (Hình 3.5)
3.2.4. Tƣới nguội
- Dùng phương pháp tưới tràn với dung dịch trơn nguội OMETA.
3.2.5. Máy thí nghiệm
Máy mài phẳng: OKAMOTO. Xuất xứ: Nhật Bản.
Các thông số bản của máy:
- Về kích thước máy: Dài: 4.280(mm); Rộng: 1.850(mm); Cao: 2.190(mm)
-Công suất động cơ trục chính: 11 KW
- Tốc độ trục chính: 1450 vòng/phút
- Về bàn máy:
+ Kích thước bàn máy: Dài: 2.150 (mm) Rộng: 800 (mm)
+ Khả năng dịch chuyển của bàn máy theo các phương: Ngang + dọc. + Hành trình làm việc của bàn máy:
Dài: 1.200 (mm); Rộng: 520 (mm); Cao: 350 (mm) - Đường kính bích gá đá : 127 (mm)
- Giới hạn đường kính ngoài của đá : 330 ≤ D ≤ 500 (mm) - Chiều sâu cắt: t = 0 ÷ 0,1 (mm)
- Lượng chạy dao s : Vô cấp.
3.2.6. Thiết bị đo
Thiết bị đo kích thước sử dụng trong thực nghiệm là thước cặp điện tử Mitsubishi, độ chính xác tới 0.01 (mm)
Hình 3.8: Thước cặp điện tử Mitsubishi
3.3. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM NGHIỆM
3.3.1. Phƣơng pháp tiến hành thực nghiệm
a. Chuẩn bị trước khi gia công: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tạo phôi: Bao gồm việc xác định mác thép C45 nhiệt luyện và không nhiệt luyện để thí nghiệm.
- Đo độ cứng phôi trước khi gia công.
- Xác định kích thước phôi: Trước khi thực hiện quá trình cắt, các phôi được gia công chuẩn bị và được đo chiều dày tại ba điểm khác nhau trên bề mặt để xác định kích thước phôi trước khi gia công.
- Chọn máy, chuẩn bị đồ gá, phương tiện đo kiểm theo phương án gia công, thiết lập chế độ cắt.
b. Tiến hành gia công.
- Sử dụng bộ đá bao gồm 01 viên đá mài liên tục thông thường và 05 viên đá mài gián đoạn để gia công. Các thí nghiệm được thực hiện với cả hai loại thép C45 nhiệt luyện và không nhiệt luyện. Trong quá trình thí nghiệm, vận tốc cắt và lượng chạy dao được giữ không đổi trong khi chiều sâu cắt danh nghĩa (chiều sâu cắt thiết lập cho máy thực hiện mỗi lần cắt) có giá trị thay đổi gồm
t1= 0,015mm; t2 = 0,025mm và t3 = 0,05mm/hành trình kép của bàn máy. Sau mỗi lần cắt, sửa đá để chuẩn bị cho lần cắt tiếp theo.
- Tiến hành đo và ghi chép kết quả.
Quá trình cắt được thực hiện với 10 hành trình kép của bàn máy (mục đích để topography của đá mài đạt đến trạng thái ổn định), sau đó dừng máy và tiến hành đo kích thước tại phôi tại 3 điểm khác nhau. Chiều sâu cắt thực tế tại mỗi điểm được tính bằng hiệu số của kích thước phôi ban đầu và kích thước phôi sau khi cắt. Giá trị trung bình của chiều sâu cắt thực tế tại 3 điểm này được lấy là giá trị để so sánh chiều sâu cắt thực tế với chiều sâu cắt danh nghĩa đã thiết lập từ ban đầu.
c. Xử lý số liệu thí nghiệm.
Các số liệu thu được sau quá trình thí nghiệm được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel 2007 cho phép vẽ đồ thị, so sánh và đánh giá kết quả. Mối liên hệ giữa các điểm thí nghiệm được biểu diễn bằng đường cong bậc hai xấp xỉ đi qua gần nhất các điểm thí nghiệm.
3.3.2. Kết quả thí nghiệm
3.3.2.1. Khi gia công trên thép C45 không nhiệt luyện
Thép C45 chưa nhiệt luyện có độ cứng khoảng 200÷250HB. Đây là vật liệu tương đối mềm khi gia công bằng phương pháp mài. Kết quả về mối quan hệ giữa tỷ lệ gián đoạn của đá mài () đến chiều sâu cắt thực tế (ta) được biểu diễn thông qua các đồ thị Hình 3.9; 3.10 và 3.11. Từ các đồ thị, nhận thấy:
- Trong tất cả các thí nghiệm đã thực hiện, chiều sâu cắt thực tế ta đều có giá trị nhỏ hơn chiều sâu cắt danh nghĩa.
- Với chiều sâu cắt danh nghĩa tdn=t1,(Hình 3.9) ở giai đoạn đầu khi tỷ lệ gián đoạn có giá trị nhỏ, ta có một giá trị xác định. Khi tăng lên thì ta tăng dần và đạt đến giá trị cực đại, sau đó có xu hướng giảm dần. Chiều sâu cắt tathu được khi gia công bằng đá mài liên tục thông thường có giá trị nhỏ nhất trong tất cả các viên đá sử dụng để gia công.
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn của đá mài (η) với chiều sâu cắt thực tế (ta )khi gia công thép C45 không nhiệt luyện với chiều sâu cắt
t1=0,015mm/hành trình kép
- Khi tăng chiều sâu cắt danh nghĩa lên t2, t3 (Hình 3.10; 3.11) thì quy luật này càng được thể hiện rõ ràng, ta tăng nhanh đến giá trị cực đại rồi giảm dần. Giá trị lớn nhất này dần chuyển về ổn định ở viên đá có tỷ lệ gián đoạn = 18,19%.
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn của đá mài (η) với chiều sâu cắt thực tế (ta )khi gia công thép C45 không nhiệt luyện với chiều sâu cắt
t2=0,025mm/hành trình kép
Chiều sâu cắt danh nghĩa (tdn)
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn của đá mài (η) với chiều sâu cắt thực tế (ta )khi gia công thép C45 không nhiệt luyện với chiều sâu cắt
t3=0,05mm/hành trình kép
- Kết quả tính toán cho thấy, trong cùng chế độ cắt, chiều sâu cắt thực tế ta
khi gia công với đá mài gián đoạn có thể lớn hơn đến 10% so với đá mài liên tục thông thường (thu được ở t1=0,015mm/htk). Sai lệch nhỏ nhất giữa chiều sâu cắt danh nghĩa với chiều sâu cắt thực tế ta (hiệu số tdn-ta) khi gia công bằng đá mài gián đoạn là ta_min = 0.007mm. Với đá mài liên tục thông thường giá trị này là
ta_min = 0.02mm (cao gấp 2,86 lần so với mài bằng đá gián đoạn).
Như vậy, trong cả ba trường hợp ta đều thu được giá trị lớn nhất của chiều sâu cắt thực tế. Giá trị này không thuộc về viên đá mài liên tục thông thường mà ổn định ở viên đá gián đoạn có Z = 20 rãnh (=18,19%). Trong hầu hết các trường hợp, gia công bằng đá mài gián đoạn cho giá trị ta cao hơn so với đá mài thông thường.
3.3.2.2. Khi gia công trên thép C45 nhiệt luyện
So với thép C45 chưa nhiệt luyện, độ cứng của thép C45 nhiệt luyện có giá trị lớn hơn nhiều. Kết quả thí nghiệm và đồ thị mối quan hệ giữa tỷ lệ gián đoạn với chiều sâu cắt ta khi gia công với các chế độ cắt khác nhau được biểu diễn trên các Hình 3.12; 3.13 và 3.14. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cũng giống như khi gia công thép C45 chưa nhiệt luyện, kết quả thu được
trong tất cả các thí nghiệm với thép C45 nhiệt luyện là chiều sâu cắt thực tế tacó giá trị nhỏ hơn chiều sâu cắt danh nghĩa. Trong đó:
- Với chiều sâu cắt danh nghĩa t1, (Hình 3.12) khi tỷ lệ gián đoạn tăng lên thì ta tăng dần và đạt đến một giá trị cực đại, sau đó cũng có xu hướng ổn định. Gia công bằng đá mài liên tục thông thường cho kết quả ta thấp nhất.
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ % gián đoạn của đá mài (η) với chiều sâu cắt thực tế ta khi gia công thép C45 nhiệt luyện với chiều sâu cắt
t1=0,015mm/hành trình kép
- Tiếp tục tăng chiều sâu cắt danh nghĩa lên t2, t3 (Hình 3.13; 3.14) thì quan hệ giữa tỷ lệ gián đoạn với chiều sâu cắt thực tế ta có quy luật giống như khi