PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong gia công cơ khí, gia công bằng phương pháp mài có nhiều ưu điểm
hơn so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia công những vật liệu chịu nhiệt, độ
cứng cao, độ bền cao…và cho độ chính xác, độ nhẵn bóng bề mặt cao, vì vậy mài
chiếm một vị trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại.
Đá mài là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham
gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi những hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình
dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn 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 (≥ 30m/s, mài cao tốc có thể tới 120 m/s hoặc cao hơn). 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 và giảm khả năng làm việc của chi tiết máy.
Ứng dụng công nghệ trơn nguội hợp lý có tác dụng lớn trong việc giảm ma sát và
nhiệt cắt qua đó nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công mài.
Vật liệu CBN là liên kết hoá học của Bo (44%) với Nitơ (56%) ở dạng mạng
tinh thể gần như kim cương. Đá mài CBN (Cubic Boron Nitride) có độ cứng gần
bằng độ cứng của kim cương nhưng độ bền nhiệt cao gấp đôi. Liên Xô thí nghiệm
thành công năm 1950 và được đưa vào sản xuất năm 1964. Ngoài việc dùng làm hạt
mài, CBN còn được dùng làm dụng cụ cắt có lưỡi để gia công các loại thép đã tôi.
Do không có sự tương tác hoá học với sắt, CBN được dùng để thay kim cương
trong việc gia công các loại thép có sức bền cao và các loại hợp kim có nền là thép.
Đá mài CBN được coi là loại đá mài tốt nhất ứng dụng cho việc mài thép.
Thép SUJ2 thuộc nhóm thép ổ lăn và thường được dùng để chế tạo các chi
tiết máy chính xác, chịu mài mòn. Đây là mác thép được sử dụng khá phổ biến
trong sản xuất và có ứng dụng rộng rãi công nghệ mài.

trên máy mài phẳng.
3.2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài là:
- Chọn loại dung dịch trơn nguội hợp lý để nâng cao chất lượng bề mặt gia
công khi mài tinh thép SUJ2 bằng đá mài CBN trên máy mài phẳng.
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập.
3.3. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
2
thực nghiệm:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả.
3.4. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm:
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ trơn nguội trong gia công cắt gọt và
gia công bằng phương pháp mài.
- Nghiên cứu tổng quan về chất lượng bề mặt gia công khi mài và ảnh hưởng
của công nghệ trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài.
- Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội
đến chất lượng bề mặt gia công khi mài tinh thép SUJ2 bằng đá mài Al
2
O
3
và CBN
trên máy mài phẳng.
3
Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRƠN NGUỘI
TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT

ngắn từ 1.10
-4-
đến 5.10
-6
giây, sau đó nhiệt độ lại giảm xuống nhanh chóng, vì vậy
gây ra rất nhiều tác động đến vật mài như thay đổi cấu trúc của lớp bề mặt, giảm độ
cứng, cháy nứt, biến dạng, chứa nhiều nội lực,… Sau một thời gian mài, nhiệt độ
của vùng mài đạt đến một trị số bão hòa nhiệt. Người ta đã đo được thời gian bão
hòa nhiệt T = 0,012÷0,015s. Nhiều thí nghiệm cho thấy rằng sau thời gian bão hòa
nhiệt thì nhiệt độ mài hầu như không tăng nữa [8].
Nhiệt độ bão hòa phụ thuộc vào vật liệu gia công, chế độ mài, công nghệ
tưới nguội và điều kiện công nghệ.
Hình 1.1. Đồ thị bão hòa nhiệt cắt khi mài thép 12XH4A
bằng đá Ctr25MV1K [8].
Nhiệt tạo ra trong vùng mài phân bố vào các khu vực với những tỷ lệ khác
nhau [8]:
Q
t
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
+ Q
5
(1.1)
Trong đó:

(%) Q
4
(%) Q
5
(%)
Mài khô
Mài có tưới nguội
65÷84
69
15
11÷12
5÷20
3÷7
Không
đáng kể
4÷13
Nhiệt cắt khi mài có thể tính theo công thức [8]:

5,0
5,0
) (
) (
c
Vlpfk
T
đ
M
γλ
=
(

1,1 % C
0,025
0,050
0,070
0,078
0,102
Để giảm nhiệt cắt khi mài nhằm nâng cao chất lượng bề mặt mài, có thể
dùng các phương pháp chủ yếu sau đây:
- Dùng dung dịch trơn nguội và những biện pháp tưới nguội tiên tiến.
- Sử dụng những loại đá mài có bề mặt làm việc không liên tục và có kết cấu
đặc biệt (hình 1.2).
- Dùng những loại vật liệu mài có khả năng cắt gọt cao.
- Giảm bớt chế độ mài (V, t, S).
- Sử dụng phương pháp mài phối hợp.
Hình 1.2. Một số kiểu đá mài không liên tục [8].
Tùy theo vật liệu mài, dạng sản xuất và điều kiện trang bị công nghệ mà áp
dụng các phương pháp giảm nhiệt độ khác nhau trong khi mài.
7
1.2. Vai trò của dung dịch trơn nguội trong gia công cắt gọt
1.2.1. Tác dụng bôi trơn
Nhiệt phát sinh do biến dạng dẻo kim loại, do ma sát giữa phoi và bề mặt
dụng cụ. Biến dạng dẻo kim loại xảy ra dọc theo mặt phẳng cắt. Việc giảm chiều
dài mặt phẳng cắt sẽ làm giảm lượng nhiệt phát sinh. Phương pháp duy nhất được
biết để làm giảm chiều dài mặt phẳng cắt đối với hình dạng đã cho của dụng cụ cắt
và vật liệu gia công là giảm ma sát giữa phoi và bề mặt dụng cụ. Khi sử dụng dung
dịch trơn nguội, tác dụng bôi trơn của dung dịch được thấy rõ trong những khía
cạnh sau:
- Giảm ma sát giữa mặt sau của phoi với mặt trước của dao.
- Giảm ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt đang gia công.
Do giảm ma sát ở mặt trước và mặt sau của dụng cụ nên lượng mòn của

bền, giảm thời gian mài lại và chỉnh sửa dụng cụ cắt.
- Tăng năng suất cắt gọt: do dung dịch trơn nguội làm giảm nhiệt và ma sát
nên có thể sử dụng chế độ cắt gọt cao.
- Giảm chi phí lao động: do dụng cụ cắt có tuổi bền lớn hơn và cần mài lại ít
hơn khi sử dụng dung dịch trơn nguội, thời gian dừng máy ít hơn, giảm chi phí gia
công chi tiết.
- Giảm chi phí năng lượng: dung dịch trơn nguội làm giảm ma sát do đó
năng lượng cần thiết cho các nguyên công cắt gọt sẽ giảm tương ứng cho phép tiết
kiệm năng lượng và chi phí.
1.3. Các đặc tính của dung dịch trơn nguội
Để sử dụng dung dịch trơn nguội một cách hiệu quả, dung dịch phải có các
đặc tính sau [7]:
- Khả năng làm nguội tốt: để giảm nhiệt độ cắt gọt, tăng năng suất và tuổi
bền dụng cụ cắt, cải thiện độ chính xác kích thước.
9
- Chất lượng bôi trơn tốt: để tránh kim loại dính bám vào lưỡi cắt và hình
thành biên tích tụ nén ép, điều này làm giảm độ bóng bề mặt gia công và tuổi bền
dụng cụ cắt.
- Chống rỉ sét: ngăn chặn sự rỉ sét, ăn mòn hóa học trên chi tiết gia công, trên
dụng cụ cắt hoặc trên máy.
- Tính ổn định (lâu dài): có tính ổn định cao trong quá trình bảo quản và sử
dụng.
- Chống xuống cấp: chậm xuống cấp hoặc ôi thiu khi sử dụng.
- Không độc hại: không gây tác hại da tay cho công nhân vận hành máy.
- Trong suốt: để người vận hành dễ dàng quan sát chi tiết trong khi gia công.
- Độ nhớt tương đối thấp: để phoi và tạp chất dễ dàng lắng xuống đáy bể.
- Không cháy: để tránh bốc cháy và tránh nổ.
Ngoài ra dung dịch trơn nguội phải không tạo khói, không tạo thành keo lắng
đọng gây tắc nghẽn hệ thống tuần hoàn dung dịch, giá thành dung dịch trơn nguội
phải thỏa mãn đồng thời hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong từng nguyên công gia

đó không nên dùng khi gia công các loại vật liệu có chứa đồng.
- Nhóm II: dầu khoáng sulfochlor hóa chứa đến 3%S và 1%Cl. Nhóm dầu
này ngăn cản sự hình thành biên tích tụ nén ép, cho phép kéo dài tuổi bền dụng cụ
cắt. Dầu khoáng sulfochlor hóa hiệu quả hơn so với dầu khoáng sulfua hóa trong cắt
gọt các loại thép các bon thấp, thép hợp kim Cr-Ni. Đặc biệt nhóm dầu này có giá
trị cao khi cắt ren trên các loại thép mềm.
- Nhóm III: hỗn hợp dầu béo sulfochlor hóa, chứa nhiều lưu huỳnh hơn các
loại dầu cắt gọt khác. Nhóm dầu này rất hiệu quả khi gia công với chế độ cắt lớn.
2. Dầu cắt gọt thụ động
Dầu cắt gọt thụ động là loại dầu không làm sẫm màu dải đồng khi nhúng
trong dầu ở nhiệt độ 212
0
F (100
0
C) trong ba giờ. Lưu huỳnh trong dầu cắt gọt thụ
động là lưu huỳnh tự nhiên của dầu và không có giá trị hóa học trong chức năng của
dầu đó khi gia công. Các dung dịch là thụ động do lưu huỳnh được gắn kết chặt chẽ
với dầu được giải phóng rất ít để có thể tương tác với bề mặt chi tiết trong quá trình
cắt gọt. Dầu cắt gọt thụ động gồm bốn nhóm chính [7]:
- Nhóm I: dầu khoáng thuần. Do có độ nhớt thấp nên nhóm dầu này có các
hệ số thấm ướt và xuyên thấu cao. Chúng được dùng để gia công các loại vật liệu
kim loại không chứa sắt, chẳng hạn nhôm, đồng thau, manhê,… không có yêu cầu
11
cao về các tính chất bôi trơn và làm nguội. Nhóm dầu này thường được sử dụng khi
gia công các vật liệu chứa chì và khi cắt ren trên vật liệu kim loại màu.
- Nhóm II: dầu béo. Nhóm dầu này trước đây được sử dụng rộng rãi nhưng
ngày nay ít được sử dụng để làm dầu cắt gọt. Nói chung dầu nhóm này được sử
dụng cho các chế độ cắt gọt cao trên các vật liệu kim loại không chứa sắt khi mà
trong trường hợp này dầu sulfua hóa có thể gây ra sự biến đổi màu ở bề mặt gia
công.

- Nhóm III: dầu nhũ hóa chịu áp suất cao. Để tăng tính bôi trơn cần thiết khi
gia công các vật liệu có độ dai cao người ta cho vào nhóm dầu này lưu huỳnh, clo,
phốt pho, dầu béo. Dầu chịu áp suất cao nói chung được pha với nước theo tỷ lệ 1
phần dầu 20 phần nước (nồng độ 5%).
1.4.3. Dung dịch cắt gọt hóa học
Các dung dịch cắt gọt hóa học (đôi khi được gọi là dung dịch tổng hợp) đã
được sử dụng rộng rãi ngay sau khi được giới thiệu vào năm 1945. Chúng là các
nhũ ổn định được pha chế sẵn chứa rất ít dầu và dễ dàng hòa tan với nước.
Dung dịch cắt gọt hóa học phụ thuộc vào các tác nhân hóa học về tính bôi
trơn và giảm ma sát. Một số loại dung dịch cắt gọt hóa học có chứa các chất bôi
trơn áp suất rất cao (EP), tương tác với kim loại được gia công trong các điều kiện
nhiệt và áp suất tạo ra các chất bôi trơn rắn. Các dung dịch chứa chất bôi trơn EP
làm giảm cả áp suất và nhiệt giữa phoi và mặt dụng cụ cắt và giảm nhiệt phát sinh
do biến dạng dẻo kim loại.
Các tác nhân hóa học có trong hầu hết các loại dung dịch cắt gọt hóa học bao
gồm [7]:
- Amines và nitrites để ngăn chặn sự rỉ sét.
- Nitrates để ổn định các nitrites.
- Phosphate và borate để làm mềm nước.
- Xà bông và tác nhân thấm ướt để bôi trơn.
- Các hợp chất lưu huỳnh, phốt pho và clo để bôi trơn hóa học.
- Glycol tác động như những tác nhân pha trộn.
13
Kết quả của các tác nhân hóa học bổ sung cho tính bôi trơn của nước làm cho
dung dịch cắt gọt hóa học có các ưu điểm sau đây:
- Chống rỉ sét tốt.
- Chống xuống cấp trong thời gian dài.
- Giảm nhiệt phát sinh khi cắt gọt.
- Khả năng làm nguội cao.
- Ổn định lâu hơn so với dầu hòa tan.

- Gia công khô không thực hiện được việc bôi trơn và không làm giảm được
ma sát trong quá trình cắt.
- Khả năng tải nhiệt ra khỏi vùng cắt thấp hơn, do đó nhiệt độ ở vùng cắt cao.
- Tuổi bền của đá mài thấp hơn so với các trường hợp cùng điều kiện gia
công khi sử dụng những biện pháp tưới nguội khác.
- Dễ lùa những phoi có kích thước nhỏ (bụi kim loại) vào các khe hẹp của bộ
phận thiết bị. Các bụi kim loại này là tác nhân làm tăng tốc độ mài mòn của các bề
mặt tiếp xúc giữa các chi tiết chuyển động tương đối với nhau.
1.5.2. Phương pháp tưới tràn
Bôi trơn – làm nguội theo kiểu tưới tràn là phương pháp bơm dung dịch từ bể
chứa vào vùng cắt, sau đó dung dịch lại được thu hồi lọc sạch về bể chứa. Phương
pháp này tác động đến quá trình gia công bằng chức năng làm nguội - bôi trơn - dội
rửa.
Phương pháp bôi trơn – làm nguội theo kiểu tưới tràn có ưu điểm:
- Bảo vệ đá mài, giảm tác dụng xấu của nhiệt cắt.
- Đảm bảo nhiệt độ của môi trường làm việc thấp và ổn định.
- Tạo điều kiện vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng.
Khi sử dụng phương pháp tưới tràn, thông thường người ta bố trí trên máy
mài một vòi phun với một máy bơm áp suất thấp vào khoảng vài atmôtphe (hình
1.3).
15
Hình 1.3. Sơ đồ tưới nguội thông dụng trên máy mài [13].
Để tăng hiệu quả cấp dung dịch trơn nguội vào vùng cắt (làm tăng hiệu quả
bôi trơn, làm mát vùng mài, làm sạch bề mặt đá mài, bề mặt chi tiết,…) người ta có
thể bố trí thêm một vòi phun phía sau có một hoặc nhiều lỗ. Nếu vòi phun sau có
nhiều lỗ thì nó được lắp cố định, còn nếu có một lỗ thì phải có kết cấu lắc qua lại
với những góc nhất định để phun được hết vào bề rộng của mặt đá (hình 1.4).
Hình 1.4. Sơ đồ tưới nguội phối hợp ở bên ngoài bằng dung dịch có áp lực cao [8].
Bề rộng của vòi phun phụ thuộc vào chiều rộng của đá. Áp suất của vòi phía
sau từ 15÷25 KG/cm

cao năng suất mài. Tuy nhiên phương pháp này tốn chi phí cho việc sản xuất, tái
chế và thải các chất bôi trơn – làm nguội, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến
sức khỏe người lao động, lượng dung dịch tiêu hao lớn, chi phí dọn thải lớn, tăng
chi phí gia công.
1.5.3. Phương pháp dùng dòng không khí lạnh
Ô nhiễm môi trường là nhược điểm lớn nhất của các loại dung dịch trơn
nguội. Gần đây đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ sử dụng dòng khí lạnh có áp
suất cao phun vào vùng cắt để làm nguội (the cryogenic cooling). Phương pháp này
chỉ có tác dụng làm nguội mà không có tác dụng bôi trơn.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khi mài thép không gỉ AISI304 bằng đá
Al
2
O
3
với phương pháp tưới tràn và phương pháp dùng dòng khí lạnh cho thấy
trong điều kiện mài như nhau thì phương pháp dùng dòng khí lạnh có: nhiệt cắt thấp
hơn khoảng 200
0
C; độ nhám bề mặt gia công R
a
nhỏ hơn 40%; tuổi bền của đá mài
17
tăng; ứng suất dư bề mặt là ứng suất nén; tăng khả năng chống ăn mòn hóa học của
lớp bề mặt; giảm hiện tượng nứt bề mặt do ứng suất dư [15].
Như vậy trong những trường hợp cụ thể, phương pháp dùng dòng khí lạnh có
những ưu điểm vượt trội so với phương pháp tưới tràn.
1.5.4. Phương pháp đưa dung dịch từ trong ra ngoài theo mọi hướng qua các lỗ
hổng của đá
Phương pháp tưới nguội bằng cách đưa dung dịch trơn nguội qua các lỗ hổng
của đá từ trong ra ngoài qua mọi hướng do đó nâng cao hiệu quả đưa dung dịch vào

- Giảm được tiêu hao đá mài từ 27÷45%.
Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là việc chế tạo đá mài phức tạp
(nhất là đối với những loại đá mài nhỏ và có hình dáng phức tạp).
Hình 1.6. Đá mài có lỗ để dẫn dung dịch trơn nguội đi qua [8].
1.6. Kết luận chương 1
1. Nhiệt cắt có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình
gia công cắt gọt. Nhiệt cắt khi mài thường rất cao mà nguyên công mài lại thường là
19
nguyên công gia công tinh lần cuối nên việc nghiên cứu các biện pháp để giảm
nhiệt cắt rất được quan tâm.
2. Biện pháp giảm nhiệt cắt bằng công nghệ trơn – nguội hợp lý được coi là
một biện pháp đơn giản và mang lại hiệu quả cao vì vậy được ứng dụng trong hầu
hết các nguyên công mài.
3. Có nhiều loại dung dịch trơn nguội với các đặc tính và công dụng khác
nhau được sử dụng cho quá trình mài. Để có cơ sở lựa chọn được loại dung dịch
phù hợp với các điều kiện mài cụ thể cần thiết phải tiến hành các nghiên cứu thực
nghiệm.
20
Chương 2:
CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG NGHỆ
TƯỚI NGUỘI ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI
2.1. Chất lượng bề mặt gia công khi mài
Mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối các bề mặt
vì thế chất lượng bề mặt mài có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của
chi tiết máy.
Chất lượng bề mặt mài là kết quả của quá trình tương tác cơ, lý, hoá phức tạp
giữa các vật liệu trong vùng gia công. Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt
mài gồm:
- Tính chất hình học của bề mặt: độ nhám, độ sóng, hình thái bề mặt gia công.
- Tính chất cơ lý lớp bề mặt: ứng suất dư, cấu trúc lớp kim loại bề mặt, độ

, V
ct
làm tăng chiều sâu cắt a
z
của các hạt mài, do đó
độ nhám bề mặt tăng; tăng tốc độ cắt V
đ
làm tăng sự “xếp chồng” đường cắt của các
hạt mài nên chiều sâu cắt a
z
giảm dẫn đến độ

nhám bề mặt mài giảm nhiều.
22
Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công khi mài tinh thép ổ
lăn SUJ2 nhiệt luyện bằng đá CBN trên máy mài phẳng có thể xác định theo công
thức thực nghiệm [3]:

82,019,008,0
260
−
=
đda
VStR
(2.1)
Trong đó:
V
đ
- vận tốc cắt (m/ph).
t - chiều sâu cắt (mm).

thiết đá mài tròn lý tưởng, phôi không bị sóng và lớp kim loại bề mặt không bị biến
dạng dẻo và biến dạng đàn hồi dưới tác động của lực cắt khi mài [5].

Hình 2.4. Sơ đồ hình học quá trình hình thành sóng khi mài phẳng [5].
Từ hình 2.4 ta thấy với giả thiết đá quay đều và dịch chuyển theo phương x
với vận tốc V
bàn
của bàn máy thì quỹ đạo dịch chuyển của tâm đá là đường 1. Xét
các đoạn có bước sóng tương ứng là L
1
và L
2
thì các biên độ dao động cực tiểu, cực
đại tương ứng là A
1
và A
2
, trong đó A
2
> 2A
1
, L
2
< L
1
.
Đường 2 là prôfin của mặt gia công tạo bởi các đường sinh tức thời 3 của đá
sau khi mài.
Có thể đưa ra một số nhận xét sau:
- Hình dáng của sóng trên chi tiết mài (đường 2) khác nhiều so với hình dáng

= 0 (2.2)
Trong đó x
b
, y
b
là tọa độ của các đường sinh cắt tức thời tại thời điểm t.
Kết hợp phương trình (2.2) và phương trình:

0
),,(
=
∂
∂
t
tyxF
bb
(2.3)
Ta có phương trình đường bao của họ các đường 1:

(2.4)
Như vậy nếu chưa xét đến ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi của lớp kim loại
bề mặt cùng với các tác động phức tạp khác xuất hiện trong quá trình mài, có thể
xác định được độ lớn lý thuyết của sóng trên bề mặt gia công sau khi mài nếu tính
được quỹ đạo dao động của tâm đá mài theo thời gian.
Độ sóng dọc sẽ tăng nếu lực cắt tăng. Bước sóng dọc theo phương mài có thể
xác định theo công thức [13]:

f
V
ct