1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN NGỌC HƢỜNG

“NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ĐƢỜNG

KÍNH ĐÁ MÀI KHI THAY ĐẾN GIÁ THÀNH

MÀI TRÒN NGOÀI” LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH:CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY


4. Phƣơng pháp nghiên cứu 13
5. Ý nghĩa của đề tài 13
5.1 . Ý nghĩa khoa học 13
5.2. Ý nghĩa thực tiễn 13
6. Nội dung của đề tài 13
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 15
1.1. Giới thiệu về gia công mài và mài tròn ngoài 15
1.1.1. Mài và các đặc điểm cơ bản của mài 15
1.1.2. Khả năng công nghệ của mài 17
1.1.3. Các đặc điểm của mài tròn ngoài 21
1.1.3.1. Đặc điểm công nghệ 21
1.1.3.2. Yêu cầu về truyền động 24
1.1.3.3. Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp mài tròn ngoài 25
1.2. Các thông số cơ bản của quá trình mài tròn ngoài 26
1.2.1. Đá mài 26
1.2.1.1. Vật liệu hạt mài 27
1.2.1.2. Chất dính kết 28
1.2.1.3. Độ cứng của đá mài 30
1.2.1.4. Cỡ hạt của đá mài 31
1.2.1.5. Cấu trúc của đá mài 31
1.2.1.6. Hình dáng của đá mài 32
1.2.2. Chế độ bôi trơn- làm nguội khi mài 33
1.2.2.1. Vai trò của dung dịch trơn nguội trong gia công cắt gọt 33
1.2.2.2. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng dung dịch trơn nguội 34
1.2.2.3. Các đặc tính của dung dịch trơn nguội 35
1.2.2.4. Các phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội khi mài 35

3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


ĐƢỜNG KÍNH TỐI ƢU 67
6.1. Phân tích kết quả đạt đƣợc sau khi giải bài toán tối ƣu 67
6.2. Xây dựng công thức tính đƣờng kính tối ƣu của đá khi thay thế 69
6.3. Kết luận 70
Chƣơng 7: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 71
7.1. Kết luận 71
7.2. Đề xuất hƣớng nghiên cứu tiếp 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Phụ lục A. Chƣơng trình xác định số liệu để xây dựng công thức tính đƣờng
kính tối ƣu khi thay của đá mài 77
Phụ lục B. Bài báo đã xuất bản 84

5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CẢM ƠN

Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng biết ơn
chân thành tới thầy giáo PGS.TS. Vũ Ngọc Pi - ngƣời Thầy đã tận tình hƣớng
dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tiếp theo em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp, Khoa đào tạo sau đại học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này.
Sau hết em xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên
giúp đỡ em trong suốt thời gian qua.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi


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


Thời gian sửa đá
h
n
ct,sđ
Số chi tiết mài đƣợc sau mỗi lần sửa đá
Chi tiết
T
đ
Tuổi bền đá mài
h
T
0
Thời gian cơ bản khi mài
h
T
tđ,ct
Thời gian thay đá cho mỗi chi tiết
h
T
tđ
Thời gian thay đá
h
N
ct,đ
Tổng số chi tiết đƣợc mài bởi 1 viên đá
Chi tiết
z
Lƣợng dƣ gia công khi mài
mm
l

C
kh,n
Khấu hao hàng năm
đ/năm
C
lãi,n
Tiền lãi hàng năm
đ/năm
C
xg,n
Chi phí thuê nhà xƣởng
đ/năm
C
sc,n
Chi phí sửa chữa hàng năm
đ/năm
C
nl,n
Chi phí năng lƣợng
đ/năm

8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

T
sd,n
Tổng số giờ sử dụng máy hàng năm
h/năm
C
m

ca,ng
Số ca làm việc trong một ngày
ca
t
h,ca
Số giờ làm việc trong một ca
h/ca
d
ng,n
Số ngày làm việc trong một năm
Ngày/năm
x
hslv
Hệ số làm việc


1.5
Cấu tạo máy mài tròn ngoài
20
1.6
Công nghệ mài
21
1.7
Ký hiệu của đá mài
29
1.8
Sơ đồ tƣới nguội thông dụng trên máy mài
33
1.9
Sơ đồ tƣới nguội phối hợp ở bên ngoài bằng dung
dịch có áp lực cao
34
1.10
Kết cấu vòi phun có hai lỗ tƣới nguội
35
1.11
Đá mài có lỗ để dẫn dung dịch trơn nguội đi qua
37
1.12
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống bôi trơn
tối thiểu
38
4.1
Quá trình tìm kiếm bằng lát cắt vàng
61
6.1

1.2
Độ cứng của đá mài
27
3
1.3
Cấu trúc đá mài và tỷ lệ phần trăm hạt mài.
28

11

mài tròn ngoài vạn năng nhƣ: 3B10 có n
đ
= 2800v/ph, 3P10A có n
đ

=2800v/ph, 3Y10C có n
đ
= 2800v/ph, 3E12 có n
đ
= 1930v/ph, 3132 có n
đ
=

12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1112v/ph, 3M12 có n
đ
= 2300v/ph), nên tuổi thọ của đá là nhân tố ảnh hƣởng
lớn đến năng suất và giá thành mài. Thêm vào đó, các cơ sở sản xuất ở nƣớc
ta có thói quen sử dụng đá mài đến khi không thể dùng đƣợc nữa (mài đến sát
bích kẹp đá) mới thôi vì họ cho rằng sử dụng đá mài nhƣ vậy sẽ tiết kiệm. Khi
sử dụng nhƣ vậy, do đƣờng kính đá nhỏ nên vận tốc cắt của đá thấp, dẫn đến
năng suất mài giảm, và giá thành mài tăng. Vì lý do đó, việc xác định ảnh
hƣởng của đƣờng kính đá mài khi thay (hay tuổi thọ của đá) đến năng suất và
giá thành khi gia công mài có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong sản xuất mài
ở nƣớc ta.
- Trên thực tế có rất nhiều sản phẩm chính xác cần nguyên công mài
tròn ngoài. Ví dụ nhƣ các loại chầy cối dập thuốc, chày dập vỏ kẽm của các
loại pin, chày dập thép tấm vv Nguyên công mài tinh này đã chiếm tỷ trọng

Tuổi bền tối ƣu của đá mài là thông số rất quan trọng. Nó có ảnh hƣởng
lớn đến năng suất và giá thành chi tiết gia công. Thêm vào đó việc xác định
đƣợc đƣờng kính tối ƣu của đá mài khi thay hợp lý sẽ đạt hiệu quả cac về
năng suất và giá thành mài tròn ngoài.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Các kết quả nghiên cứu sẽ xác định đƣợc giá trị hợp lý của đƣờng kính
đá mài khi thay đến năng suất và giá thành mài tròn ngoài. Việc đƣa ra các
công thức xác định tuổi bền tối ƣu của đá mài sẽ góp phần nâng cao năng
suất, hạ giá thành sản phẩm và tăng lợi nhuận của quá trình gia công.
6. Nội dung của đề tài
Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của đề tài
gồm 6 chƣơng. Nội dung chính của các chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu

14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nội dung chính là tìm hiểu về gia công mài, mài tròn ngoài và các
thông số cơ bản của quá trình mài tròn ngoài.
Chƣơng 2: Tổng quan về tối ƣu hóa quá trình mài tròn ngoài
Tìm hiểu tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã công bố và từ các nghiên
cứu đã có, định hƣớng vấn đề nghiên cứu.
Chƣơng 3: Xây dựng bài toán tối ƣu hóa giá thành để xác định
đƣờng kính tối ƣu của đá mài khi thay.
1. Phân tích giá thành gia công mài tròn ngoài.
- Thời gian cơ bản khi mài
- Thời gian mài
2. Xây dựng bài toán tối ƣu.
Chƣơng 4: Các phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu và lựa chọn
phƣơng pháp giải.

các phƣơng pháp gia công cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lƣỡi cắt xác định,
phƣơng pháp mài có một số đặc điểm sau:
- Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lƣỡi cắt không liên tục
đồng thời tham gia cắt, các lƣỡi cắt đƣợc tạo ra bởi các hạt mài có kích thƣớc
rất nhỏ, có hình dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết.
Đa số các hạt mài có nhiều lƣỡi cắt, có bán kính ở các lƣỡi cắt và có góc cắt
không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: góc trƣớc < 0 và góc sắc > 90°.
- Vận tốc cắt khi mài rất cao thƣờng V
d
30 35 m/s, mài tốc độ
cao vận tốc có thể lên tới 120 m/s hoặc cao hơn.
- Nhiệt độ cắt khi mài rất cao do tốc độ cắt cao, nhiều hạt mài cùng
tham gia cắt, góc cắt không hợp lý, nhiệt độ ở vùng cắt khi mài có thể lên đến
1000° ÷ 1500°C làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt.
- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thƣớc rất
nhỏ, số lƣợng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi

16
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

trong một phút), vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xƣớc tế vi bề
mặt gia công tạo ra độ nhẵn bóng và độ chính xác cao.
- Hạt mài có độ cứng cao, độ bền nhiệt cao, quá trình cắt gọt không
liên tục nên có thể gia công đƣợc những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ
khác không gia công đƣợc nhƣ thép tôi, hợp kim cứng.v.v… nhƣng khi gia
công những loại vật liệu mềm gặp rất nhiều khó khăn.
- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: dƣới 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 lƣỡi cắt mới.

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

pháp mài mới thực sự đƣợc phát huy hiệu quả, vì vậy mài thƣờng đƣợc chọn
là nguyên công gia công tinh lần cuối các bề mặt quan trọng [2].
1.1.2. Khả năng công nghệ của mài
Mài là phƣơng pháp gia công có khả năng gia công đƣợc hầu hết các
dạng bề mặt nhƣ mặt trụ ngoài và trong, mặt phẳng, mặt định hình,… Để gia
công một bề mặt có thể có nhiều cách chạy dao với các ƣu nhƣợc điểm khác
nhau. Một số dạng mài thƣờng gặp đƣợc chỉ ra trong các hình sau. b)
a)

c)
d) V
n
S
n
d
n
ct
V
n
ct
n
d

c)

19
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn trong
a,b- Mài tròn trong có tâm; c- Mài không tâm lỗ trụ; d- Mài không tâm lỗ côn

c) d)
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng
a, b- Mài phẳng bằng chu vi đá
c, d- Mài phẳng bằng mặt đầu đá
d)

20
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Ngoài ra mài còn có khả năng gia công đƣợc những chi tiết khó định vị
và kẹp chặt nhƣ: 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 độ nhám bề mặt cấp 7 – 8 và lớn hơn, độ chính xác kích thƣớc
cao 1-3m. Khả năng đạt độ nhám của các phƣơng pháp gia công đƣợc cho
trong bảng 1.1
Bảng 1.1: Phương pháp gia công cơ và độ bóng tương ứng


Mài siêu tinh xác
10÷14

21
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đánh bóng bằng bột mài
11÷13
Đánh bóng bằng vải
12÷14

Mài có khả năng gia công đƣợc hầu hết các loại vật liệu nhất là các loại
vật liệu mới có cơ lý tính cao (độ bền, độ cứng, độ chịu nhiệt, chịu mài mòn).
Lĩnh vực ứng dụng khác mà không có phƣơng pháp nào cạnh tranh đƣợc với
mài là trong gia công tạo hình các loại vật liệu đặc biệt cứng hoặc đặc biệt
giòn.Trong sản xuất các chi tiết thép tôi nhƣ dụng cụ cắt, ổ lăn… mài có thể
gia công khá dễ dàng trong khi các phƣơng pháp gia công truyền thống khác
gặp khó khăn. Vì vậy mài ngày càng đƣợc quan tâm nghiên cứu và ứng dụng.
1.1.3. Các đặc điểm của mài tròn ngoài
1.1.3.1. Đặc điểm công nghệ
Mài tròn ngoài là một quá trình cơ bản để nâng cao độ chính xác và độ
bóng của chi tiết gia công. Máy mài tròn ngoài đƣợc sử dụng để gia công tinh
những chi tiết sau khi gia công chi tiết đó trên máy tiện, phay, bào.
Các dạng chuyển động trong máy mài tròn ngoài gồm có:
+ Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của đá mài
+ Chuyển động chạy dao là dịch chuyển tịnh tiến của ụ đá ăn dao theo
hƣớng dọc trục (ăn dao dọc trục), hoặc theo hƣớng ngang trục (ăn dao ngang),
hoặc chuyển động quay của chi tiết (ăn dao vòng).
+ Chuyển động phụ là dịch chuyển nhanh của ụ đá hoặc chi tiết.


hk
= 0,005 đến 0,02mmm/h.t.k để thực lực hƣớng kính nhỏ, chi tiết ít
biến dạng, nâng cao độ chính xác gia công. Để năng cao năng suất bóc phoi ta
sửa đá vát góc 2
0
đến 3
0
.(hình 1.6b) Khi mài tinh ở những hành trình cuối
không thực hiện tiến dao hƣớng kính mà chỉ thực hiện tiến dao dọc cho tới
khi mài hết hoa lửa.
Khi chi tiết ngắn, độ kính lớn, độ cứng vững cao ngƣời ta dùng phƣơng
pháp tiến đá hƣớng kính (S
d
= 0 ; S
hk
khác 0) để tăng năng suất (hình 1.6b).
Với phƣơng pháp này có thể mài định hình bằng cách sửa đá có hình dạng là
âm bản của chi tiết cần gia công.
Ngƣời ta có thể tiến hành gia công đồng thời mặt trụ và mặt đầu bằng
phƣơng pháp tiến đá theo phƣơng tạo với trục nằm ngang một góc 45
0
.
Phƣơng pháp này cho năng suất cao nhƣng độ chính xác không cao vì tốc độ
cắt của các điểm trên đá khác nhau dẫn tới đá mòn không đều (hình 1.6c).
Mài thô
Mục đích của mài thô là lấy đi thể tích phoi Q lớn nhất trong một đơn
vị thời gian với chi phí gia công khác. Do đó chọn đá có kích thƣớc hạt lớn,
chọn bƣớc tiến S
dọc
và chiều sâu cắt t lớn, tốc độ phôi V

+ Tăng tốc độ cắt V
c

1.1.3.2. Yêu cầu về truyền động
a. Truyền động chính
Thông thƣờng truyền động chính máy mài tròn ngoài không yêu cầu
điều chỉnh tốc độ nên sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Ở máy
mài cỡ nặng, để duy trì tốc độ cắt không đổi khi mòn đá hay kích thƣớc chi
tiết gia công thay đổi, thƣờng sử dụng truyền động động cơ có phạm vi điều
chỉnh tốc độ là D= (2÷4)/1 với công suất không đổi.

25
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Ở máy mài trung bình và nhỏ, v= 50÷80m/s nên đá mài có đƣờng kính
lớn thì tốc độ quay của đá khoảng 1000v/p. Ở những máy mài có đƣờng kính
nhỏ, tốc độ đá rất cao. Động cơ truyền động là các động cơ đặc biệt có tốc độ
24000÷48000v/p hoặc có thể lên tới 15000÷200000v/p, đá mài gắn trên trục
động cơ. Nguồn của động cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số
cao-biến tần quay hoặc là các bộ biến tần tĩnh-biến tần thyristor.
Mô men cản tĩnh trên trục động cơ thƣờng là 15÷20% mô men định
mức. Mô men quán tính của đá và cơ cấu truyền lực lớn 500÷600 mô men
quán tính của động cơ, do đó cần hãm cƣỡng bức động cơ quay đá và không
yêu cầu đảo chiều quay động cơ quay đá.
b. Truyền động ăn dao
Ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ
nhiều cấp tốc độ (điều chỉnh số đôi cực p) với D= (2÷4)/1
Ở máy cỡ lớn thì dùng bộ biến đổi động cơ điện một chiều có D= 10/1
với phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng.
Truyền động ăn dao dọc của bàn máy mài tròn cỡ lớn thực hiện theo bộ