3. Ý nghĩa của đề tài
3.3. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ
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:
- 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.
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 gia công thép C45 chưa nhiệt luyện. Tuy nhiên, giá trị cực đại của ta đạt được ổn định ở viên đá có tỷ lệ gián đoạn thấp hơn là = 16,37%.
Chiều sâu cắt danh nghĩa (tdn)
Hình 3.13. 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
t2=0,025mm/hành trình kép
Hình 3.14. 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
t3=0,05mm/hành trình kép
+ Các kết quả tính toán cũng cho thấy, trong cùng chế độ cắt, giá trị ta cao nhất khi gia công thép C45 nhiệt luyện với đá mài gián đoạn cao hơn đến 12,6% so với khi gia công bằng đá mài liên tục thông thường. 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 = 0.01mm (cao gấp 1,43 lần so với mài bằng đá gián đoạn).
Với kết quả thu được khi gia công thép C45 nhiệt luyện và chưa nhiệt luyện, đá mài gián đoạn đã chứng minh một cách rõ ràng sự ưu việt trong việc tăng cường khả năng cắt so với đá mài liên tục thông thường. Ở chiều sâu cắt nhỏ, đá mài gián đoạn cho thấy khả năng cắt tốt và ổn định. Các số liệu thí nghiệm cho thấy chiều sâu cắt thực tế ta khi mài với đá mài gián đoạn lớn hơn so với đá mài liên tục thông thường tới 10% khi gia công thép C45 chưa nhiệt luyện và 12,6% khi gia công thép C45 nhiệt luyện. Điều này cho thấy đá mài
gián đoạn có khả năng tăng năng suất gia công một cách đáng kể, nhất là đối với vật liệu có độ cứng cao.
Mặt khác, giá trị sai lệch giữa chiều sâu cắt danh nghĩa và chiều sâu cắt thực tế khi gia công bằng đá mài gián đoạn cũng nhỏ hơn đá mài thông thường. Nó cho thấy rằng gia công bằng đá mài gián đoạn có khả năng cho độ chính xác kích thước cao hơn.
3.4. THẢO LUẬN KẾT QUẢ
Với một loại đá có kết cấu mới và cơ sở lý thuyết còn rất hạn chế thì kết quả thu được từ thí nghiệm là rất quan trọng, nó giúp ta đánh giá được ứng xử của đá mài gián đoạn trong quá trình gia công vật liệu. Kết quả thí nghiệm đã cho thấy tính ưu việt của đá mài gián đoạn trong việc tăng khả năng cắt gọt của đá mài.
Tuy nhiên, vấn đề cần làm rõ ở đây chính là nguyên nhân đạt được kết quả trên. Dù gia công bằng đá mài gián đoạn hay đá mài liên tục thông thường thì bản chất của quá trình gia công ở đây thực chất vẫn là quá trình mài. Vậy, tại sao khi mài bằng đá mài gián đoạn lại tỏ ra ưu việt hơn đá mài thông thường. Trong khuôn khổ luận văn, tác giả mạnh dạn phân tích trên các phương diện sau:
3.4.1. Ảnh hƣởng của quá trình thoát phoi mài đến chiều sâu cắt thực tế.
Quá trình mài thực chất là quá trình các hạt mài di chuyển theo những quỹ đạo cắt khác nhau, cào xước bề mặt chi tiết gia công, tạo ra những vết cắt có chiều sâu khác nhau để hình thành lên một bề mặt mới (Hình 3.15).
Hình 3.15. Mô phỏng quỹ đạo cắt của hạt mài [14]
Khi các hạt mài cào xước trên bề mặt chi tiết, vật liệu sẽ bị biến dạng dẻo, bị đẩy ra và phá vỡ dọc theo các rãnh tạo nên các phoi mài. Phoi mài di chuyển
chính theo hướng dọc của hành trình cắt. Phần lớn các phoi sinh ra trong quá trình mài được đẩy ra khỏi vùng mài nhờ tác động của vận tốc đá mài và tác dụng của dung dịch trơn nguội. Phần còn lại, có số lượng nhỏ vẫn nằm lại trong vùng mài, di chuyển theo hướng ngược với phương của vận tốc cắt và tích tụ lại ở lỗ trống giữa các hạt mài (Hình 3.16).
Hình 3.16: Sự tích tụ và hình thành các đám phoi mài [2]
Do các hạt mài rất nhỏ và được bố trí ngẫu nhiên trên bề mặt của đá mài nên khoảng trống giữa các hạt mài, mặc dù rất nhỏ, chính là khoảng để thoát phoi mài, đồng thời là khoảng trống để cho dung dịch trơn nguội tiếp xúc với vùng mài, giúp làm sạch bề mặt và cuốn các phoi mài ra khỏi vùng gia công.
Đối với đá mài liên tục thông thường, sự gia công được thực hiện liên tục trên bề mặt đá, số lượng lưỡi cắt tham gia quá trình cắt lớn nên số lượng phoi mài tạo ra trong quá trình cắt cũng lớn. Các phoi mài không được đẩy ra ngoài vùng cắt sẽ tích tụ lại nhanh chóng tại các lỗ trống giữa các hạt mài. Sự tiếp cận của dung dịch trơn nguội khi mài với đá mài liên tục gần như chỉ thực hiện ở
đầu vùng mài, sự tác độngtrực tiếp vào khu vực mài để làm sạch bề mặt và cuốn
phoi mài ra ngoài là khó khăn. Điều này càng làm tăng sự tích tụ của phoi, dẫn đến làm tắc nghẽn các lỗ trống trên bề mặt đá mài. Các hạt mài gần như bị bít lại bởi các đám phoi và mất đi khả năng tự mài sắc. Kết quả là dẫn đến hiện tượng bết đá. Đây là nguyên nhân khiến cho các hạt mài mất đi khả năng cắt gọt, giảm hiệu quả bóc tách vật liệu.
Khi đá mài được xẻ rãnh (Hình 3.17), chính những khoảng trống trên bề mặt làm việc của đá giúp dễ dàng cuốn các phoi mài ra khỏi khu vực cắt và cung cấp dịch trơn nguội để ngăn ngừa hiện tượng lẹo dao ở đầu các hạt mài đang làm
việc. Điều này rất quan trọng với hạt mài mịn có khoảng trống lỗ xốp quá nhỏ. Nó giúp đẩy phoi và ngăn ngừa sự dính phoi trong lỗ xốp của bề mặt đá mài.
Hình 3.17. Quá trình thoát phoi khi mài với đá mài gián đoạn
Sự bố trí của các rãnh đá cũng tạo ra sự tiếp cận của dung dịch trơn nguội vào vùng gia công triệt để hơn (Hình 3.18). Chính điều này làm cho hiện tượng tắc nghẽn khoảng trống giữa các hạt mài không hoặc ít xảy ra. Độ sắc của lưỡi cắt và khả năng tự mài sắc của đá được duy trì, do đó tạo ra khả năng cắt của đá mài gián đoạn tốt hơn đá mài liên tục thông thường.
Hình 3.18. Sự tiếp cận của dung dịch trơn nguội vào bề mặt gia công khi sử dụng đá mài liên tục và đá mài gián đoạn
Đây là khác biệt rất lớn, cho thấy ưu việt của đá mài gián đoạn trong việc tăng năng suất gia công so với đá mài liên tục thông thường.
3.4.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài đến chiều sâu cắt thực tế
Tỷ lệ gián đoạn của đá mài có ảnh hưởng rất lớn đến chiều sâu cắt thực tế. Điển hình là trong cả 3 chế độ cắt với thép C45 chưa nhiệt luyện, viên đá có tỷ lệ gián đoạn = 18,19% (Z=20) cho giá trị chiều sâu cắt thực tế ta tương đối ổn định và ở mức cao nhất trong khi các viên đá khác lại không đạt được. Tương tự, với thép C45 nhiệt luyện, ta lớn nhất lại nhận được với viên đá có tỷ lệ gián đoạn = 16,37% (Z=18). Tại sao lại có hiện tượng này?
Trước hết, sự bố trí số lượng các rãnh trên bề mặt tạo cho đá mài có các tỷ lệ gián đoạn khác nhau. Điều này dẫn tới chiều dài của mỗi cung đá có chứa hạt mài xen giữa hai rãnh đá (L) ở mỗi viên đá cũng có giá trị khác nhau. Chiều dài
L tỷ lệ nghịch với tỷ lệ gián đoạn của đá mài. Chiều dài của một cung đá mài có chứa hạt mài (L) tương ứng với tỷ lệ gián đoạn của từng viên đá trong thí nghiệm đã tính toán như trong bảng 3.6
Bảng 3.6. Chiều dài của một cung đá có chứa hạt mài (L) của các viên đá mài.
Số rãnh đá Z Z=0 Z=12 Z=18 Z=20 Z=22 Z=24
Tỷ lệ gián đoạn (%) 0 10,91 16,37 18,19 20,01 21,83 Chiều dài một cung đá có
chứa hạt mài L (mm) 1099,56 81,63 51,09 44,98 39,98 35,81 Nếu gọi Llt là chiều dài của cung đá chứa hạt mài giữa hai rãnh kế tiếp của đá mài gián đoạn (tương ứng với số hạt mài Nlt) mà theo lý thuyết Llt và Nlt là giá trị tối ưu để cắt hết hoàn toàn lượng dư gia công. Khi đó, với mỗi cung mài thực tế Lth sẽ tương ứng với số lượng hạt mài thực tế Nth (Hình 3.19).
đối với đá mài gián đoạn
Quá trình gia công sẽ xảy ra các trường hợp sau:
- Khi Lth < Llt (Hình 3.19.a) các phoi sinh ra khi mài có thể nhanh chóng thoát vào các rãnh. Tuy nhiên nếu Lth quá nhỏ thì số hạt mài thực tế Nth trên bề mặt đá sẽ ngày càng ít đi (Nth<Nlt). Điều này có thể dẫn đến sự thiếu hạt mài và số lượng lưỡi cắt. Kết quả là một số điểm trên phôi có thể sẽ không được cắt. Tỷ lệ gián đoạn tăng cũng làm tăng lượng mòn đá [11]. Đây là nguyên nhân làm cho chiều sâu cắt thực tế ta có xu hướng giảm và giảm rất nhanh ở những viên đá gián đoạn có tỷ lệ gián đoạn lớn (Z= 22; 24).
- Khi Lth gần với Llt(hình 3.19b), lúc đó chiều dài của cung đá mài gián đoạn đảm bảo cho sự thoát phoi mài một cách thuận lợi nhất. Số lượng hạt mài
th
N cũng gần với Nlt nên đảm bảo gia công hết toàn bộ diện tích bề mặt của phôi. Trong trường hợp này, ta có được sự bố trí tỷ lệ gián đoạn là hợp lý nhất