Trang 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNGTHỨC TÍNH
CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI

PHẠM THANH CƯỜNG
THÁI NGUYÊN, 2012

Trang 2

TH
ÁI NGUYÊN, 2012

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 3

LỜI CAM ĐOANTôi 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
nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong luận văn.
Tác giả
Phạm Thanh Cường
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo – PGS.TS. Vũ Ngọc Pi, người đã
hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực hiện đến quá trình
viết và hoàn chỉnh luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban giám hiệu và Khoa Sau đại học của
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản
luận văn này.


3.1. Hướng nghiên cứu 11

3.2. Phương pháp nghiên cứu 11

3.3. Mục đích nghiên cứu 11

4. Nội dung và phạm vi nghiên cứu 12

4.1. Nội dung 12

4.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài 12

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU GIA CÔNG MÀI VÀ MÀI TRÒN NGOÀI 13

1.1. Giới thiệu về gia công mài 13

1.1.1. Đặc điểm gia công mài 13

1.1.2. Quá trình tạo phoi khi mài 15

1.1.3. Đá mài 17

1.1.3.1. Vật liệu hạt mài 17

1.1.3.2. Vật liệu dính kết 18

1.1.3.3. Độ hạt của đá mài 18

1.1.3.4. Cấu trúc đá mài 19

3.3.2. Tổ chức cơ sở dữ liệu cho mài tròn ngoài chạy dao ngang 49

3.4. Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài 53

3.4.1. Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài chạy dao dọc 53

3.4.2. Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài chạy dao ngang 55

3.5. Kết quả và nhận xét chương 3 58

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI
TRÒN NGOÀI 60

4.1. Tổng quan về các ngôn ngữ lập trình 60

4.2. Xây dựng phần mềm tính toán chế độ cắt cho mài tròn ngoài 63

CHƯƠNG 5: THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG
THỨC TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI 64

5.1. Mục đích thí nghiệm 64

5.2. Chuẩn bị thí nghiệm 64

5.3. Tiến hành thí nghiệm 67

5.4. Kết quả thí nghiệm 69

5.4.1. Kết quả thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 69



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 6

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

STT KÝ HIỆU NỘI DUNG THỨ NGUYÊN
1

V
đ

f
Đường kính phôi mm
8

l
f
Chiều dài phôi mm
9

L Chiều dài mài mm
10

n
f
Số vòng quay của phôi v/ph
11

V
f
Tốc độ phôi m/ph
12

S
n
Lượng chạy dao ngang mm
13

S
nb
Lượng chạy dao ngang tra bảng mm


N Công suất mài KW
22

F Lực mài N
23

ccx Cấp chính xác
24

cdn Cấp độ nhám
25

q Hệ số tỷ lệ tốc độ
26

i Số lần cắt
27

K
1
Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công và cấp
chính xác cần đạt

28

K
2
Hệ số phụ thuộc vào đường kính đá mài và vận
tốc của đá


Bảng 4a- Số vòng quay của chi tiết n
ct
và lượng chạy dao ngang S
n
[12] 23
5

Bảng 4b- Hệ số phụ thuộc đường kính đá và vật liệu gia công khi mài thô [12] 23
6

Bảng 4c- Số vòng quay của chi tiết n
ct
và lượng chạy dao ngang S
n
[12] 24
7

Bảng 4d- Hệ số phụ thuộc đường kính đá và vật liệu gia công khi mài tinh và
bán tinh

[1
2
]

24
8

Bảng 4e- Hệ số phụ thuộc lượng dư và cấp chính xác gia công công khi mài
tinh và bán tinh

1
[23] 28
17

Bảng 13- Hệ số K
2
[23] 28
18

Bảng 14- Hệ số K
3
[23] 28
19

Bảng 15- Thời gian sửa tinh cổ trục trơn [23] 28
20

Bảng 16- Thời gian sửa tinh [23] 29
21

Bảng 17- Chiều dày cắt khi sửa tinh [23] 29
22

Bảng 18- Hạt mài, kích thước, độ cứng hạt, cấu trúc đá [24] 32
23

Bảng 19- Đường kính đá, chiều rộng đá [24] 32
24

Bảng 20- Lượng chạy dao [24] 33


Bảng 28-Dạng bảng số liệu cho công thức hồi quy 41
33

Bảng 29- Số vòng quay của phôi với thép nhiệt luyện có HRC<30, gang, đồng 41
34

Bảng 30- Số vòng quay của phôi với thép nhiệt luyện có HRC 30-50 41
35

Bảng 31- Số vòng quay của phôi với thép kết cấu có HRC >50 ; thép bền nhiệt 42
36

Bảng 32- Lượng chạy dao dọc với cấp chính xác 6 42
37

Bảng 33- Lượng chạy dao dọc với cấp chính xác 7 43
38

Bảng 34- Lượng chạy dao dọc với cấp chính xác 8 43
39

Bảng 35- Lượng chạy dao ngang bảng S
nb
44
40

Bảng 36- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Thép cacbon kết cấu, Cr, Ni, mangan,
thép cacbon dụng cụ
45

1
phụ thuộc nhóm vật liệu thép cacbon kết cấu, Cr, Ni,
mangan, thép cacbon d
ụng cụ

48
51

Bảng 47- Hệ số K
1
phụ thuộc nhóm vật liệu thép vonfram, silic, molipden kết
c
ấu

49
52

Bảng 48- Hệ số K
1
phụ thuộc nhóm vật liệu thép bền nhiệt, thép không gỉ 49
53

Bảng 49- Hệ số K
1
phụ thuộc vật liệu thép gió, thép hợp kim titan bền nhiệt 49
54

Bảng 50- Hệ số K
1
phụ thuộc nhóm vật liệu gang và hợp kim đồng 50

61

Bảng P5 - Lượng chạy dao ngang tra bảng S
nb
của bàn máy [5] 83
62

Bảng P6- Hệ số điều kiện làm việc ảnh hưởng đến lượng chạy dao ngang [5] 85
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 9 DANH MỤC HÌNH ẢNH
STT

Nội dung hình ảnh Trang
1

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình mài [3] 11
2

Hình 1.2: Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài [7] 13
3

Hình 1.3: Sơ đồ mô tả các giai đoạn tạo phoi của hạt mài [8] 14
4

Hình 1.4: Sơ đồ mài tròn ngoài 18
5


Hình 5.4. Mô hình thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 63
16

Hình 5.5. Mô hình thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao ngang 64
17

Hình 5.6. Máy đo nhám 65
18

Hình 5.7. Kính hiển vi quang học 65
19

Hình 5.8. Thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 66
20

Hình 5.9. Thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao ngang 66
21

Hình 5.10. Mẫu thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 67
22

Hình 5.11. Ảnh chụp bề mặt chi tiết mài tròn ngoài chạy dao dọc 68
23

Hình 5.12. Biểu đồ so sánh về độ nhám bề mặt giữa mài tròn ngoài chạy
dao dọc theo tính toán và theo kinh nghiệm
69
24


1. Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh. Nó đã mang
lại lợi ích to lớn cho con người. Để nâng cao đời sống của nhân dân, để hội nhập vào
sự phát triển chung của các nước trong khu vực và thế giới, Đảng và Nhà nước ta đã đề
ra mục tiêu trong những năm tới là thực hiện “Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước”, và đưa nước ta đến năm 2020 cơ bản trở thành nước công nghiệp. Để thực hiện
mục tiêu đó, một trong những ngành cần quan tâm phát triển là cơ khí chế tạo. Trong
cơ khí chế tạo, mài là một phương pháp gia công quan trọng, phổ biến, có năng suất và
độ chính xác cao. Trong quá trình công nghệ thì mài là một trong những nguyên công
cuối cùng, nhưng có vị trí rất quan trọng bởi lẽ những sai hỏng gây ra ở nguyên công
này thường là không sửa được.
Mài tròn ngoài là dạng mài phổ biến trong sản xuất cơ khí hiện nay. Việc xác
định chế độ cắt cho mài tròn ngoài có ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng và giá
thành sản phẩm.
Cho đến nay đã có nhiều phương pháp xác định chế độ
tròn ngoài
như phương pháp
tra bảng, phương pháp kinh nghiệm, phương pháp kết hợp giữa
tính toán bằng công thức với tra bảng và phương pháp xác định bằng đồ thị.
Tuy
nhiên,
việc xác định chế độ cắt của mài tròn ngoài cho đến nay chủ yếu là tra
bảng hoặc tra đồ thị - đòi hỏi rất phức tạp và tốn kém thời gian
. Mặt khác, ngày
nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học, kỹ thuật và sự phát triển của nền kinh
tế thị trường đã tạo ra sự cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà sản xuất, các sản phẩm kỹ
thuật và đặc biệt là sản phẩm cơ khí. Vì thế, để góp phần tăng năng suất, chất lượng và
hạ giá thành sản phẩm, tạo ra sự cạnh tranh trên thị trường thì việc xác định chế độ cắt
cho mài tròn ngoài cần phải thực hiện được một cách nhanh chóng chính xác và hiệu
quả hơn. Vì vậy, việc tác giả lựa chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu, xây dựng công

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 12

4. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
4.1. Nội dung
- Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp xác định các thông số của chế độ
cắt của mài tròn đã có.
- Nghiên cứu, xây dựng các công thức tính chế độ cắt của mài tròn ngoài dựa
trên các số liệu đã có từ các nghiên cứu trước và sử dụng phương pháp hồi quy.
4.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Tác giả chỉ nghiên cứu, xây dựng các công thức xác định chế độ cắt của mài
tròn ngoài có tâm chạy dao dọc và chạy dao ngang. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 13

gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất
khác nhau và phân bố ngẫu nhiên trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi
cắt, có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: góc trước γ
thường âm và góc cắt β thường lớn hơn 90
0
.
- Tốc độ cắt khi mài rất cao (≥ 30 m/s, thể lên tới 700 m/s)[4].
- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn
(1000 ÷ 1500
0
C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt.
- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một hạt phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ, số
lượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong một phút),
vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia công tạo ra độ
nhẵn bóng và độ chính xác cao[4].
- Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công được
những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không cắt được như thép tôi, hợp kim
cứng… nhưng lại không gia công được những vật liệu rất mềm.
- Quá trình cắt khi mài có tính gián đoạn, các hạt mài lần lượt vào cắt, ra cắt tạo
ra các rung động.
- Các đỉnh lưỡi cắt phân bố không đều theo chiều cao, lượng dư phân bố cho các
hạt mài không đều, do đó lực cắt tác động lên các hạt mài không bằng nhau.
- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: dưới tác dụng của tải trọng
cơ, nhiệt các hạt mài đã mòn bật ra khỏi bề mặt đá tạo điều kiện cho những hạt mài
mới tham gia vào quá trình cắt, ngoài ra một số hạt mài vỡ tạo thành những lưỡi cắt mới.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 15

- Do hiện tượng tự mài sắc cũng như không thể chủ động thay đổi được hình

-
Do có nhiều lưỡi cắt cùng tham gia cắt gọt nên tạo ra nhiệt cắt lớn, nhiệt độ
vùng cắt cao.
- Có hiện tượng trượt giữa hạt mài và kim loại trước khi cắt gọt. (
hinh 1.3
)
a (a<<
ρ
) b (a<
ρ
) c (a>
ρ
)
Hình 1.3: Sơ đồ mô tả các giai đoạn tạo phoi của hạt mài [8]
a - Hiện tượng trượt của hạt mài; b- cày kim loại; c- tạo phoi
Dưới áp lực mỗi lúc mỗi tăng từ hạt mài lên bề mặt gia công, do mũi dao có bán
kính ρ và góc ăn tới của lưỡi cắt η nhỏ nên giai đoạn đầu không tạo phoi mà vật liệu bị
biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, bị đẩy sang hai bên đồng thời nhiệt độ tăng làm cho
kim loại mài bị mềm hơn và có thể bị chảy qua mặt trước sang mặt sau của hạt mài.
Khi độ sâu của lớp cắt đạt được giá trị a tương ứng với chiều sâu cắt t thì quá trình mài
bắt đầu tạo phoi, kim loại bị dồn, ép gây biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và tạo phoi.
Do kim loại bị dồn, ép trong khi tạo phoi nên chiều dày phoi thực tế a
z
nhỏ hơn chiều
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 17

sâu cắt thực tế t . Quá trình tạo phoi của bất kỳ hạt mài nào đều được chia thành các
giai đoạn: trượt, cày, tạo phoi.

lượng cao hay thấp phụ thuộc vào chất kết dính. Tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng của đá
mài mà sử dụng các loại chất kết dính khác nhau để chế tạo đá. Chất kết dính thường
được chia thành các nhóm cơ bản là:
- Chất kết dính vô cơ bao gồm: Gốm, Manhêdit và Silicat.
- Chất kết dính hữu cơ bao gồm: Bakêlic, Gliphtalin và Vuncanic.
- Chất kết dính kim loại.
Trong đó khoảng 50-60% tổng sản lượng đá mài được chế tạo từ chất dính kết vô
cơ, 30-39% từ chất kết dính hữu cơ, 1-2% chất kết dính kim loại.
Để tăng độ bền của đá mài, người ta sử dụng các chất kết dính hợp kim. Chất kết
dính có chứa B
o
(52%) và titan cho phép chế tạo đá mài làm việc với tốc độ cắt đến 60
m/s. Các chất kết dính có chứa thêm ôxitbo, ôxitliti, bari, phtora sẽ tăng cường đáng
kể các đặc tính cơ học của đá mài.
1.1.3.3. Độ hạt của đá mài
Độ hạt của đá mài được biểu thị bằng kích thước thực tế của hạt. Tính năng cắt
gọt của vật liệu phụ thuộc vào kích thước hạt mài. Khi mài thô dùng loại hạt có kích
thước lớn và ngược lại khi mài tinh dùng loại hạt có kích thước nhỏ. Hạt mài được
phân ra làm 3 nhóm:
- Nhóm thứ nhất gọi là hạt mài gồm các số hiệu: 200; 160; 125; 100; 80; 63; 50;
40; 32; 25; 20; 16.
- Nhóm thứ hai gọi là bột mài gồm các số hiệu: 12; 10; 8; 6; 5; 4; 3.
- Nhóm thứ ba gọi là phấn mài gồm các số hiệu: M40; M28; M20; M14; M7; M5.
Chất lượng của hạt mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố song quan trọng nhất là sự
đồng đều của các hạt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 19

1.1.3.4. Cấu trúc đá mài

1.1.4. Chế độ mài
Chế độ mài là tập hợp giá trị của các thông số mà qua đó có thể xác lập và thực
hiện được trọn vẹn một nguyên công mài. Chế độ mài bao gồm các thông số có ảnh
hưởng trực tiếp đến chất lượng và giá thành của chi tiết gia công. Các thông số đó bao
gồm: thông số đá mài, chiều sâu cắt, lượng chạy dao, tốc độ phôi, tốc độ đá, thời gian
gia công và công suất cắt. Xác định chế độ mài là xác định giá trị của các thông số gia
công này. Để chi tiết đạt được yêu cầu kỹ thuật và giá thành cạnh tranh thì phải xác
định được chế độ mài hợp lý. Chế độ mài hợp lý là chế độ mài trên cơ sở đảm bảo yêu
cầu kỹ thuật của nguyên công, phát huy khả năng của máy, của thiết bị công nghệ và
dụng cụ cắt, đảm bảo năng suất lao động cao và giá thành hạ.
Như vậy, việc xác định chế độ cắt khi mài là quan trọng vì nó ảnh hưởng đến
chất lượng và giá thành của sản phẩm.
1.2. Giới thiệu về mài tròn ngoài
Gia công mài được chia thành nhiều dạng khác nhau trong đó mài tròn ngoài là
một dạng phổ biến. Mài tròn ngoài có thể gia công được các bề mặt trụ ngoài của các
chi triết trục hay chi tiết tròn xoay.
Mài tròn ngoài được biểu diễn trên hình 1.4.

Hình 1.4: Sơ đồ mài tròn ngoài
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 21

Quá trình mài tròn ngoài bao gồm các chuyển động sau:
- Chuyển động quay tròn của đá mài (V
đ
): là chuyển động cắt chính
- Chuyển động quay tròn của chi tiết mài (V
ct
): đảm bảo mài hết chu vi chi tiết

không quá lớn. Nó đạt được độ chính xác cao và thích hợp với sản xuất loạt lớn và
hàng khối. Dưới đây giới thiệu một mô hình mài tròn ngoài chạy dao dọc.

Hình 1.7: Mô hình mài tròn ngoài chạy dao dọc [11]
Qua mô hình này cho thấy các yếu tố đầu vào - đại lượng vào, các yếu tố đầu ra
đại lượng ra và các yếu tố xuất hiện trong quá trình mài đều có ảnh hưởng lớn đến chất
lượng sản phẩm, năng suất gia công và giá thành sản phẩm. Vì vậy, để tăng năng suất,
ĐẠI LƯỢNG VÀO
MÁY:

- Sơ đồ cắt khi mài
- Độ cứng vững của HTCN
PHÔI
:

- Vật liệu
- Kích thước, H.Dáng hình học
ĐÁ MÀI
:

- Cấu trúc đá, độ cứng, độ hạt

-

D
ụng cụ sửa đá

CÁC
Đ
ẠI L
Ư
ỢNG
XU
ẤT HIỆN
TRONG QUÁ TRÌNH MÀI

n
đ

n
ct

S
d

L
ực cắt

Nhi
ệt

c

- Năng suất
- tuổi bền của đá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 23

chất lượng sản phẩm mà giá thành hạ thì cần thiết phải lựa chọn, điều chỉnh, điều khiển
các yếu tố đại lượng vào, đại lượng ra và các yếu tố xuất hiện trong quá trình mài một
cách hợp lý.
1.3. Kết luận chương 1
- Gia công mài đã được sử dụng rộng rãi và có một vị trí quan trọng trong ngành
cơ khí chính xác. Mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối vì mài
đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt cao.
- Các đặc điểm và thông số cơ bản của quá trình mài như quá trình tạo phoi, đá
mài, chế độ mài đã được khảo sát.
- Chế độ mài là tập hợp giá trị của các thông số mà qua đó có thể xác lập và thực
hiện được trọn vẹn một nguyên công mài. Các thông số đó bao gồm các thông số của
đá mài, chiều sâu cắt, lượng chạy dao, tốc độ phôi, tốc độ đá, thời gian gia công vv
Việc xác định chế độ mài hợp lý là công việc rất quan trọng vì nó quyết định đến năng
suất và chất lượng của quá trình gia công. Việc xác định chế độ mài (hay chế độ cắt khi
mài) của các nghiên cứu trước đây sẽ được khảo sát và đánh giá cụ thể trong chương 2.