Trường Đại học KTCN  1  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
PHẠM NGỌC DUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT
ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHÔNG GỈ
TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Trần Minh Đức Phạm Ngọc Duy

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC BGH TRƢỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
THÁI NGUYÊN 2010

Trường Đại học KTCN  3  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CẢM ƠN

Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn
chân thành tới TS. Trần Minh Đức- người Thầy đã tận tình hướng dẫn tôi
trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tiếp theo Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa đào tạo sau đại học, Khoa Cơ khí và bộ môn
Chế tạo máy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập,
nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này.
Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua.
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác. Trừ
những phần tham khảo đã được ghi rõ trong Luận văn.
Tác giả

Phạm Ngọc Duy
Trường Đại học KTCN  5  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1.2.8.1. Khái quát về các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực mài 42
1.2.8.2. Định hướng nghiên cứu 43
1.2.9. Kết luận chương I 44
Chƣơng 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT
GIA CÔNG 45
2.1. Giới thiệu 45
2.2. Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 45
2.2.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt và sóng bề mặt 45
2.2.1.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt 45
2.2.1.2. Ảnh hưởng đến sóng bề mặt 52
2.2.2. Ảnh hưởng đến tính chất cơ lý lớp bề mặt 53
2.2.2.1. Độ cứng lớp bề mặt 53
2.2.2.2. Trạng thái ứng suất dư lớp bề mặt 55
2.3. Chất lượng bề mặt khi mài thép không gỉ 57
2.4. Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công 58
2.4.1. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt gia công 58
2.4.2. Phương pháp đánh giá độ cứng lớp bề mặt của vật liệu gia công 58
2.4.3. Phương pháp đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 59
2.4.4. Các phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công 59
2.5. Các hướng nghiên cứu về mài và giới hạn vấn đề nghiên cứu 60
2.5.1. Các hướng nghiên cứu về mài 60
2.5.2. Giới hạn vấn đề nghiên cứu 61
2.6. Kết luận chương 2 62
Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 63
3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 63
3.1.1. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm 63

Trường Đại học KTCN  8  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị
n
đ
Tốc độ quay của đá mài
Vòng/ph
S
d
Lượng chạy dao dọc
m/ph
S
n

Lượng chạy dao ngang
mm/HTĐ
a
z

Chiều sâu cắt của một hạt mài
mm
b
z

Chiều dày phoi không biến dạng lớn nhất
mm
h
tđ
Chiều dày phoi tương đương
mm
Q
w
Tốc độ bóc vật liệu
mm
3
/s
Q
’
w

Tốc độ bóc vật liệu trên 1 đơn vị bề rộng mài
mm
3
/s.m
P
iz
TP lực cắt theo phương tiếp tuyến tác dụng lên 1 hạt mài
N
P
iy
TP lực cắt theo phương pháp tuyến tác dụng lên 1 hạt mài
N
P
z

K
c
Hệ số khả năng cắt của đá mài
mm
3
/s.N
G
Hệ số mài

T
Tuổi bền của đá mài
phút
T
m
Nhiệt độ mài
0
C
S
sđ
Lượng chạy dao dọc khi sửa đá
m/ph
t
sđ

Chiều sâu cắt khi sửa đá
mm
x
i
Giá trị mã hoá của các thông số vào



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn ngoài 21
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn trong 22
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng 23
Hình 1.4. Các dạng có thể có của lưỡi cắt 24
Hình 1.5. Quá trình tạo phoi khi mài 25
Hình 1.6. Sự hình thành độ nhám bề mặt mài [9] 26
Hình 1.7 Cấu trúc lớp bề mặt mài [12] 28
Hình 1.8 Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài 32
Hình 1.9 Rung động gây ra sóng bề mặt gia công [9]. 33
Hình 1.10 Sơ đồ tạo phoi khi mài 34
Hình 1.11 Sơ đồ thoát phoi khi mài 35
Hình 1.12 Hạt mài găm vào bề mặt chi tiết 35
Hình 1.13 Sơ đồ phân bố lực 36
Hình 1.14 Biến dạng của chi tiết khi mài 37
Hình 1.15 Hiện tượng phoi dính bám lên bề mặt hạt mài 37
Hình 1.16. Biến dạng dẻo trên chi tiết gia công và trên bề mặt đá 38
Hình 1.17. Hiện tượng nứt tế vi trên hạt mài và chất dính kết 38
Hình 1.18 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công 39
Hình 1.19 Lượng mòn hướng kính và mòn góc đá mài 39
Hình 1.20 Lượng mòn của hạt mài 39
Hình 1.21 Mô hình hoá quá trình mài tròn ngoài 30
Hình 2.1 Quá trình hình thành nhám bề mặt khi mài 46
Hình 2.2 Sự tạo sóng trên bề mặt gia công khi mài 52
Hình 2.3 Sự thay đổi độ cứng lớp bề mặt khi mài thép gió 54
Hình 2.4 Quan hệ giữa lực cắt và nhám bề mặt 57


Trường Đại học KTCN  12  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong nhưng năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học
kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp phát triển. Trong lĩnh vực cơ khí
chế tạo máy các sản phẩm cơ khí cũng yêu cầu chất lượng ngày càng cao. Để
nâng cao chất lượng sản phẩm:
Một mặt người ta sử dụng ngày càng nhiều các loại vật liệu có cơ tính
tốt, thép không gỉ hoặc thép chậm gỉ là một trong những loại vật liệu đó. Với
thành phần các bon và hợp kim chủ yếu:  0.1- 0.4 %C , >13%Cr, thì đây là
loại thép rất dẻo, dễ uốn, dễ hàn, bền, chống ăn mòn tốt trong khoảng nhiệt độ
rộng. Nên loại vật liệu này được sử dụng khá rộng rãi và rất thích hợp trong
các ngành hoá chất, dụng cụ mổ trong ngành y học, khuôn mẫu, đồ trang sức,
các loại ốc vít không gỉ, ổ bi chống ăn mòn, đồ gia dụng, bình chứa, ống công
nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài các công trình xây dựng Tuy

Vật liệu gia công: Thép không gỉ: SUS304 thường hóa có HB 187
Máy: 3
Б
153
Đá mài Hải Dương: Cn46.TB1.G.V1.400x203x50 m/s
Phương pháp mài: Mài tròn ngoài chạy dao dọc
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học:
+ Bổ sung lý về mài các vật liệu khó gia công đặc biệt là thép không gỉ.
+ Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của nhám bề mặt (R
a
), với
các thông số của chế độ cắt (S
d
, t) khi mài dưới dạng các hàm thực nghiệm.
+ Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ưu hoá quá trình mài.
- Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt khi
mài các loại thép không gỉ tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam để nâng cao độ
chính xác, và chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
5. Nội dung của luận văn
Kết cấu của luận văn bao gồm ba chương và phần kết luận chung:
Chương 1: Tổng quan về mài thép không gỉ
Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu
Kết luận chung và thảo luận kết quả
Trường Đại học KTCN  14  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  Tốc độ hóa bền rèn cao
 Độ dẻo cao hơn, chịu mài mòn cao
 Độ cứng thấp và độ bền cao
 Độ bền nóng cao
 Chống chịu ăn mòn cao
 Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt
 Phản ứng từ kém (chỉ với thép austenit)
Là thép chống ăn mòn hóa học cao, chống oxy hóa, chịu mài mòn cao
(thép này thường chế tạo bằng cách giảm hàm lượng cacbon và tăng hàm
lượng Crôm và Niken, có một số loại thêm thành phần Titan).
1.1.2. Phân loại, ký hiệu và ứng dụng
Thực tế có khoảng hơn 150 loại thép không gỉ có thành phần khác
nhau, mỗi loại được tạo ra để phục vụ các ứng dụng cụ thể. Sự tham gia khác
nhau của các thành phần crôm, niken, mô-lip-đen, ni tơ dẫn đến các cấu trúc
tinh thể khác nhau tạo ra tính chất cơ lý khác nhau của thép không gỉ.
Thép không gỉ có khả năng chống sự oxy hoá và ăn mòn rất cao, tuy
nhiên sự lựa chọn đúng chủng loại và các thông số kỹ thuật của chúng để phù
hợp vào từng trường hợp cụ thể là rất quan trọng.
Thép không gỉ có những loại cơ bản sau:
Austenitic là loại thép không gỉ thông dụng nhất. Thuộc dòng này có
thể kể ra các mác thép SUS 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310s… Loại này
có chứa tối thiểu 7% ni ken, 16% crôm, carbon (C) 0.08% max. Thành phần
như vậy tạo ra cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn cao trong phạm vi
nhiệt độ khá rộng, không bị nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn, dễ hàn. Loai thép
này được sử dụng nhiều để làm đồ gia dụng, bình chứa, ống công nghiệp, tàu
thuyền công nghiệp, vỏ ngoài kiến trúc, các công trình xây dựng khác…

Khi gia công thép không gỉ, tính gia công bị ảnh hưởng lớn bởi những
đặc tính sau:
- Độ bền kéo tương đối cao
Trường Đại học KTCN  17  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Tính dẻo cao
- Mức độ bị biến cứng do biến dạng nguội lớn, đặc biệt là thép không gỉ austenit
Các nhân tố này giải thích cho xu hướng của vật liệu trong việc hình
thành lẹo dao trên dụng cụ cắt trong quá trình gia công bằng các phương
pháp gia công truyền thống. Phoi được tách bỏ trong quá trình gia công tác
động một áp lực lớn lên đầu dụng cụ, áp lực này khi kết hợp với nhiệt độ
cao tại vùng tiếp xúc giữa dao và phoi gây ra quá trình hàn áp lực của các
phần phoi lên dụng cụ. Thêm vào đó tính dẫn nhiệt thấp của thép không gỉ
đóng góp vào sự liên tục của lẹo dao.
Những khó khăn liên quan đến quá trình gia công thép không gỉ có thể
giảm thiểu bằng quan sát những điểm sau:
Để tránh rung động, dụng cụ và đồ gá phải càng cứng vững càng tốt.
Phôi hay dao không nên có kết cấu không liên tục. Lời khuyên này được áp
dụng cho các loại dao tiện khoan và tarô.
Để tránh bị biến cứng bề mặt, chai cứng phôi, đặc biệt với loại thép
không gỉ austenit, phải duy trì bước tiến dương. Trong một số trường hợp nên
tăng bước tiến và giảm tốc độ. Nên tránh hiện tượng dừng, cắt không liên tục
hay tiến hành cắt các lớp mỏng liên tiếp.
Tốc độ cắt thấp hơn có thể là cần thiết, đặc biệt cho hợp kim austenit
tiêu chuẩn, thép không gỉ biến cứng bằng hoá già ở nhiệt độ thấp
(precipitation hardening). Tốc độ cắt quá cao gây mòn hoặc hỏng dao và phải

0
và có bán kính  ở các lưỡi cắt.
- Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường V = 30 - 35 m/s hoặc có thể lớn
hơn 100 m/s. Tiết diện phoi mài ra rất bé.
- Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục, các hạt mài nằm tách biệt
trên mặt đá và cắt ra các phoi riêng biệt. Do đó có thể coi quá trình mài là một
quá trình cạo xước liên tục bề mặt gia công.
- Do tốc độ cắt cao, thông số hình học của lưỡi cắt không hợp lý nên
nhiệt độ cắt khi mài rất cao, có thể đến 1000 - 1500
0
C.
- Các hạt mài có độ cứng, độ giòn cao, độ bền nhiệt cao nên nó có khả
năng gia công được các loại vật liệu có độ bền, độ cứng cao như: thép đã tôi,
hợp kim cứng, thép bền nhiệt .v.v.
Trường Đại học KTCN  19  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Các hạt mài có độ giòn cao nên trong quá trình mài, đá mài có khả
năng tự mài sắc một phần.
- Do cấu trúc hình học tế vi bề mặt đá rất phức tạp, sự sắp xếp hạt mài,
sự tạo các lưỡi cắt trên hạt mài là ngẫu nhiên nên việc điều khiển quá trình
mài gặp nhiều khó khăn.
Khi mài một phần phoi sẽ được dung dịch trơn nguội cuốn trôi, phần
còn lại chèn vào khe hở giữa các hạt mài và bị mắc lại ở đó làm giảm chiều
cao nhô ra của các hạt mài. Sau một thời gian mài các hạt mài sẽ bị cùn dần
khả năng ăn sâu vào vật liệu gia công giảm do đó lực cắt tăng lên khả năng
cắt của đá bị suy giảm.

V
n
ct
n
d
b)
n
ct
d
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn ngoài
a,b-Mài có tâm chạy dao dọc c- Mài có tâm chạy dao ngang
d- Mài có tâm chạy dao xiên e- Mài không tâm chạy dao dọc
d)
v
v
v
n
n
n
n
®d
ct
®
r
s
®d

ct


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a
b
V
b
n
b
®
n
Sd
Sd
Sn
Sn
n
d
n
d
®
®
Sn
V
b
n
®
b
n
Sn
c)
d)
Trường Đại học KTCN  23  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng
a, b- Mài phẳng bằng chu vi đá
c, d, e- Mài phẳng bằng mặt đầu đá
Ngoài ra mài còn có khả năng gia công được những chi tiết khó định vị
và kẹp chặt như: Xéc măng, viên bi v.v (hình 1.3e).
Mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao: Khi mài
tinh có thể đạt cấp chính xác 5 - 6, nhám bề mặt R


cắt với chiều dày cắt phoi
z
a
.
Độ sắc của lưỡi
s
- được định nghĩa như sau:

z
a
s 
(1.1)
Các dạng có thể có của lưỡi cắt:
Dạng I: Giống với dạng lưỡi cắt của dụng cụ có lưỡi cắt xác định với
góc trước

; góc sau

(hình 1.4b).
Dạng II: Trên đỉnh lưỡi cắt có diện tích mòn
m

với chiều dài trung bình
của diện tích mòn là
m
L
. Có thể coi diện tích mòn là một phần của mặt sau và ma
sát của mặt này tương tự ma sát trên mặt sau của dao tiện (hình 1.4c).
Các nghiên cứu đều cho rằng, các lưỡi cắt chỉ bền vững khi

t
và lúc này bắt đầu tạo phoi. Tiếp theo là quá trình tạo
phoi, dồn ép kim loại gây biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi xảy ra đồng thời.
Do vậy chiều dày phoi thực tế
'
z
a
nhỏ hơn chiều sâu cắt thực tế
t
.
Các nghiên cứu cho thấy rằng
'
z
a
,
t
phụ thuộc vào hình dáng hình học
của lưỡi cắt, vào góc tác dụng

, vào vận tốc cắt
d
v
. Ngoài ra
'
z
a
còn phụ
thuộc vào các yếu tố khác như: các thành phần của lực cắt, vào cơ lý tính của
vật liệu gia công. Khi lưỡi cắt bị mòn (
