Lời cam đoan
Tác giải xin cam đoan các kết quả và các số liệu nêu trong luận văn
là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS.TS. Trần Văn
Địch Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và thầy giáo
PGS.TS Hà Minh Hùng Viện nghiên cứu Cơ khí. Ngoài phần tài liệu
tham khảo đã liệt kê các số liệu và kết quả thu được là trung thực và chưa
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả
Nguyễn Huy Quang
1
Lời cảm ơn
Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TS. Trần Văn Địch Viện Cơ khí,
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và thầy giáo PGS.TS Hà Minh Hùng Viện
nghiên cứu Cơ khí là người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đến
quá trình thực hiện hoàn chỉnh luận văn này.
Tác giả bày lòng cảm ơn tất cả các thầy, cô giáo đã giảng dạy trong
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô giáo Viện Cơ Khí, Bộ mụn
Cụng nghệ chế tạo mỏy đã tạo điều kiện cho tác giả làm tốt luận văn tại Bộ
môn.
Tác giả gửi lời cảm ơn tới Xưởng thực hành CNC, Phũng Thớ nghiệm Đo
lường, Phũng thớ nghiệm Cơ lý và các bạn đồng nghiệp tại Trường Cao đẳng
Công Nghiệp Quốc Phòng đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ bảo trong suốt quá trình thực
hiện luận văn này .
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai
sót tác giả rất mong nhận được sự đóng góp của các thày giáo,cô giáo, các nhà
t: Chiều sâu cắt (mm)
vđ : Vận tốc đá ( m/s)
vct : Vận tốc chi tiết (m/phút)
z : Số lượng hạt mài làm việc trong cung tiếp xúc
µ : Hệ số ma sát
r : Bán kính cong đỉnh hạt mài (µm)
ε : Góc ăn dao ( độ )
T : Tuổi bền của dụng cụ ( phút)
τc : Ứng suất cắt ( N/mm2)
HTK : Hành trình kép
3
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Sơ đồ mài phăng
Sơ đồ quan hệ các đặc điểm của quá trình mài
Hình dạng tế vi của một số loại vật liệu hạt mài
Hình dạng hạt mài kim cương với tỷ lệ chất phủ Nikel
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình dạng tế vi của hạt mài Si3N4 phủ Nikel
Ảnh hưởng di truyền của các yếu tố trước khi mài đến
độ nhám bề mặt chi tiết sau gia công
Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t
Ảnh hưởng của lượng tiến dao tới nhám bề mặt
Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt khi
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 1.15
Hình 1.16
Hình 1.17
Hình 1.18
Hình 1.19
Hình 1.20
Hình 1.21
Hình 1.22
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
39
39
40
41
41
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 2.15
Hình 2.16
Hình 2.17
Hình 2.18
Hình 2.19
Hình 2.20
Hình 2.21
Hình 2.22
Hình 3.1.
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
khi mài phẳng
Ảnh hưởng của lượng tiến đá ngang đến nhám chi tiết
khi mài phẳng
5
42
43
33
45
47
49
52
53
55
55
56
57
63
68
69
69
70
70
71
73
74
75
77
MỞ ĐẦU
Mài là nguyên công rất cần thiết trong quy trình chế tạo cơ khí, cho phép
gia công nhiều loại bề mặt khác nhau, đạt độ chính xác cao và nó đã tồn tại từ rất
lâu trong lịch sử. Ngay từ thời tiền sử người nguyên thuỷ đã làm sắc công cụ bằng
cách chà sát mạnh chúng vào đá. Ngày nay, mài giữ một vai trò hết sức quan
trọng và chiếm khoảng 20 ÷ 25 % tổng chi phí cho gia công, đặc biệt là mài sắc
dụng cụ như: dao tiện, dao phay, mũi khoan,…
Để thực hiện được nguyên công mài nói chung, cần phải sử dụng đá mài
phù hợp với tính năng thiết bị (máy mài) và vật liệu gia công. Trong quá trình
mài, các hạt mài bị mòn hoặc bị tách ra khỏi bề mặt đá để lộ ra lớp hạt mài mới
có tính năng cắt gọt tốt hơn. Đây chính là khả năng tự mài sắc cuả đá mài. Tuy
nhiên, nếu số lượng hạt mài bị tách ra khỏi bề mặt đá càng lớn thì đá bị mòn càng
nhanh, điều đó làm giảm tính năng cắt gọt của đá và đặc biệt là gây ra sai số về
kích thước, độ sóng bề mặt gia công.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công mài, thông
thường người ta đánh giá thông qua tiêu chí độ nhám bề mặt.
Mài là phương pháp gia công cho độ bóng và chính xác cao. Một nguyên
nhân ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác, năng suất và giá thành mài là chế độ
cắt. Một trong những yếu tố mà các phương pháp gia công khác không thể đạt
được là nhám bề mặt chi tiết gia công, khi nhám bề mặt có thể đạt được từ 0,2 ÷
3,2 µm. Vì vậy nâng cao năng suất, chất lượng và độ ổn định của quá trình tiến
tới xác định chế độ tự động tối ưu cho các điều kiện gia công khác nhau là một
nhiệm vụ rất quan trọng hiện nay. Tuy vậy, mài là một quá trình rất phức tạp, nó
còn nhiều vấn đề để nghiên cứu. Các thông số chất lượng đặc trưng của quá trình
mài phụ thuộc vào các yếu tố như đặc tính đá mài, tính chất của vật liệu gia công,
chất bôi trơn làm mát, độ chính xác và độ cứng vững của máy, chế độ cắt và chế
độ sửa đá, …
các chi tiết máy yêu cầu độ chính xác và độ bóng cao thì việc xác lập một mô
8
hình xác mối quan hệ giữa các thông số đầu ra của quá trình mài (nhám, sóng,
năng suất, giá thành,…) với các thông số đầu vào cho các điều kiện mài khác
nhau có một ý nghĩa vô cùng quan trọng, nó giúp nhà công nghệ chọn được một
chế độ cắt tối ưu, chọn cặp đá mài - vật liệu, chế độ sửa đá,… để từ đó nâng cao
năng suất, chính xác và độ bóng bề mặt chi tiết mài. Đồng thời nó là cơ sở để tiến
tới tối ưu hóa quá trình mài. Đề tài tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ
cắt đến nhám bề mặt khi mài phăng trong điều kiện cụ thể.
Học viên chọn đề tài luận văn cao học về vấn đề: “Nghiên cứu ảnh hưởng
của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi mài gang xám trên máy mài phẳng” là
cần thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn hiện nay ở Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu
Để nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt chi tiết khi mài
phẳng. Phương pháp nghiên cứu là lý thuyết kết hợp với thực nghiệm nhằm thích
ứng được tính khoa học và thực tiễn của đề tài. Trên cơ sở các mô hình lý thuyết
đưa ra của một số tác giả trên thế giới và trong nước, tiến hành thực nghiệm và
kiểm chứng. Từ các kết quả thực nghiệm đưa ra kết luận, đánh giá cho điều kiện
mài cụ thể, từ đó có thể áp dụng vào thực tiễn.
Kế thừa và phát triển kết quả nghiên cứu của một số tác giả trong và ngoai
nước. Cập nhật kiến thức mới, đặc biệt một số bài báo, sách trên mạng Internet.
Ứng dụng của đề tài
Thành công bước đầu của đề tài sẽ được áp dụng rất phù hợp để định hình
chọn chế độ cắt khi mài. Nó giúp nhà công nghệ chọn chế độ cắt tối ưu, giảm sai
số và tăng độ bóng bề mặt chi tiết gia công.
Dần làm sáng tỏ quá trình mài và tiến tới tối ưu hóa quá trình mài.
Giới hạn nghiên cứu của đề tài luận văn
Chương 1.
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG
1.1. Đặc điểm cơ bản của quá trình mài
Mài là phương pháp gia công kim loại bằng cắt gọt, sử dụng dụng cụ cắt là
đá mài. Quá trình mài thực chất là quá trình được thực hiện bởi vô số hạt mài rất
cứng và chống mòn tốt, chúng được gắn cưỡng bức với nhau bởi chất kết dính
cắt đi lớp lượng dư rất nhỏ trên bề mặt vật gia công. Mỗi hạt mài (gồm nhiều lưỡi
cắt có góc độ khác nhau) lấy đi lượng kim loại rất nhỏ khoảng vài micron. Để tạo
thành bề mặt gia công, mỗi quá trình mài có hàng nghìn hạt mài tham gia cắt gọt
đồng thời và hàng triệu dao liên tiếp.
Để thực hiện quá trình (hình 1.1) đá mài và chi tiết phải có các chuyển
động cần thiết. Khi mài phẳng, đá chuyển động quay tròn theo chiều mũi tên 2,
chi tiết chuyển động tịnh tiến theo chiều mũi tên 4, các hạt mài 7 được gắn cưỡng
bức lên bề mặt đá bởi chất kết dính 6. Giữa chất kết dính và các hạt mài là các
khe hở 5 (gọi là các khoảng trống).
Hình 1.1. Sơ đồ mài phẳng [6]: 1) Mặt đầu đá ; 2) Chiều quay đá; 3) Mặt trụ
đá; 4) Hướng dịch chuyển; 5) Khoảng trống; 6) Chất kết dính; 7) Hạt mài
Mài là phương pháp gia công tinh phổ biến ở nguyên công cuối cùng của
một quá trình công nghệ gia công bằng phương pháp mài có ưu điểm là có thể cắt
11
được chiều sâu cắt rất nhỏ, với vận tốc cắt khá cao, điều chỉnh, gá đặt chi tiết đơn
giản, không tốn nhiều thời gian và thay đổi chế độ cắt ngay trong quá trình gia
công. Thường chiều sâu cắt từ 0,005÷0,09 mm độ bóng và độ chính xác rất cao
(từ cấp 7÷9, nhám bề mặt từ 0,2÷3,2µm).
phương pháp đúc và tạo phôi khác, mài trở nên càng kinh tế với tư cách là
phương pháp gia công trực tiếp đạt kích thước danh nghĩa mà không cần qua các
phương pháp gia công khác như tiện, phay.
Thời gian giữa 2 lần sửa đá được gọi là tuổi bền đá mài, tuổi bền đá mài là
một thông số rất quan trọng, quyết định đến năng suất, chất lượng và giá thành
mài. Khi đá mài bị mòn không còn đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật của chi
tiết ta phải sửa lại đá. Sửa đá là việc hớt bỏ đi lớp hạt mài đẫ mất tính năng cắt
gọt hoặc chúng không đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật (đặc biệt là độ sóng bề mặt)
khi gia công để lộ ra lớp hạt mài mới có tính năng cắt gọt tốt hơn, đảm bảo các
yêu cầu của chi tiết. Dụng cụ sửa đá mài có thể là bút sửa kim cương, con lăn
kim cương. Trong khuôn khổ luận văn này không đề cập sâu đến vấn đề sửa đá.
Tóm lại, mài là một quá trình phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, các
yếu tố lại có sự tác động tương hỗ lẫn nhau, điều đó được mô tả trong (hình 1.3).
Trong các đại lượng của quá trình mài rất phức tạp, các yếu tố có thể ảnh
hưởng tác động lẫn nhau hoặc tác động song song. Trong tất cả các phương pháp
gia công phổ biến, mài là phương pháp còn nhiều vấn đề phải nghiên cứu. Do khi
mài vô số các vị trí cùng được gia công, hình dạng hình học không giống nhau,
tốc độ cắt cao và chiều sâu cắt nhỏ, các yếu tổ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt
phức tạp, khó xác định và không ổn định theo thời gian, trong khi đó quy luật
thay đổi và tác động qua lại của chúng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện gia công
và tình trạng cụ thể của máy.
1.2. Đặc tính kỹ thuật của đá mài
1.2.1. Kết cấu và cấu trúc của đá mài
Kết cấu của đá mài gồm: các hạt mài (lưỡi cắt), chất kết dính (tạo độ bền
cho đá) và khoảng trống (hay xốp) nhằm tạo ra độ xốp cần thiết và sự luân
chuyển phoi cho đá).
Vật liệu hạt mài đóng vai trò của các lưỡi cắt, có nhiều loại với cơ tính và
cấu trúc tế vi khác nhau (hình 1.3; 1.4; 1.5; 1.6).
13
- Hình dạng, kích thước
của Phôi
Nhiệt cắt
3. Chất lượng
4. Quá trình sửa đá:
- Dụng cụ sửa đá
- Chế độ sửa đá
Trạng thái
mòn
5. Thông số cắt khi mài
6. Máy mài
Rung động
7. Công nghệ trơn nguội
- Thành phần hoá học
- Lưu lượng
- Áp lực
Hình 1.2: Sơ đồ quan hệ các đặc điểm của quá trình mài
Khoảng trống (xốp) - khe hở giữa các hạt mài và chất kết dính có chức
năng tạo ra độ xốp cho đá và tạo ra quá trình dịch chuyển phoi khi cắt.
Đá mài có các đặc điểm riêng biệt rất khác nhau tuỳ theo sự kết hợp của 3
yếu tố: hạt mài, chất kết dính, khoảng trống (xốp) và được xác định theo 6 thông số
như : 1)- Loại vật liệu hạt mài; 2)- Kích thước hạt mài; 3)- Độ cứng của hạt mài; 4)Cấu trúc của hạt mài; 5)- Chất dính kết; 6) - Các yếu tố khác (hình 1.12) [6].
17
1.2.2. Đặc tính của đá mài
Có nhiều loại đá mài khác nhau được phân loại bằng các ký tự lấy theo quy
ước tùy theo tiêu chuẩn riêng của mỗi nước (đặc trưng cho thành phần vật liệu,
độ hạt, độ cứng, độ xốp), dựa trên các đặc tính kỹ thuật của đá. Ví dụ như đối với
đá mài có chứa ôxít nhôm và các-bít silic cho trên (hình 1.10). Chỉ số cấu trúc
được tính theo công thức kinh nghiệm [2]:
Vg (%) = 2.(32 – S)
trong đó:
(1.1)
Vg – Tỷ lệ % theo thể tích; S – Chỉ số cấu trúc
Vật liệu dính kết đối với hầu hết đá mài đều thường dùng chất dính kết
thuỷ tinh, kim loại hoặc nhựa tổng hợp, ví dụ như: “V - Virrified” cho biết đá
mài đó dùng chất dính kết thuỷ tinh, chất dính kết cáo su (rất phổ biến trước kia)
được biểu thị bằng chữ R - Rubber, B - Bakelite, M - Metal, E - đối với nhựa
Shellac… Hai loại vật liệu là silicát - S, và ôxiclorua - O.
18
Hình 1.10. Ký hiệu đá mài cho đá mài ô xít nhôm và cácbít silíc [2]
1.2.3. Vật liệu hạt mài
19
liệu El-Bo có khả năng duy trì các dung sai nhỏ, ít chỉnh sửa đá và lấy đi lượng
vật liệu đều đặn qua bề mặt chi tiết lớn mà không cần bù lại lượng mòn.
20
- Kim cương nhân tạo; độ cứng cao hơn các loại vật liệu khác rất nhiều,
tính năng cắt gọt tốt, độ dẫn điện gấp 9 lần so với các bít silic Cacbua. Khi mài
bằng đá mài kim cương, nhiệt độ mài thấp, chất lượng bề mặt tốt. Các đá mài
kim cương có thể được tráng phủ một lớp mỏng niken hoặc đồng để tăng khả
năng liên kết và tăng tuổi thọ sử dụng.
- Ôxít nhôm sứ.
1.2.4. Chất kết dính đá mài
Các hạt mài được liên kết với nhau nhờ chất kết dính để tạo ra độ xốp và
độ bền cho đá mài bằng các vật liệu như: thuỷ tinh hoá; nhựa dẻo; cao su; silicát;
chất kết dính shellac.
1.3. Khái quát về phương pháp mài phẳng
Mài phẳng được thực hiện theo hai phương pháp: 1) Bằng mặt đầu đá , sơ
đồ nguyên lý cho trên (hình 1.11) (năng suất bóc phoi lớn, vì số lượng hạt mài
tham gia cắt đồng thời lớn, nhiệt cắt lớn, dễ gây ra các vết cháy, nứt tế vi và biến
dạng nhiệt trên vật mài); 2) Bằng đá mài hình trụ (diện tích tiếp xúc giữa đá và
phôi nhỏ, số lượng hạt mài tham gia cắt gọt đồng thời trong quá trình cắt gọt nhỏ,
nhiệt trên bề mặt tiếp xúc giữa đá và phôi nhỏ, do đó độ chính xác gia công cao
hơn phương pháp mài bằng mặt đầu của đá).
Trong trường hợp thứ 2: vận tốc đá mài thường từ 20 ÷ 40 m/s trên các
máy mài thông thường và có thể lên tới 200m/s trên các máy mài cao tốc. Chi tiết
gia công được gá trên bàn gá hoặc bàn từ và chuyển động tịnh tiến khứ hồi trong
quá trình mài để gia công hết chiều dài chi tiết gia công. Vận tốc chuyển động
của chi tiết khoảng từ 3 ÷ 45 m/ph.
Trong quá trình gia công, vận tốc dịch chuyển ụ đá có thể thay đổi vô cấp
cắt của đá mài (de) và chiều rộng cắt (be) là:
de = b sin α ; be = d cos α
(1.2)
be . de = b. d
(1.3)
Hình 1.13. Mài ăn dao chiều trục cho một lần tiến (b) với chiều sâu cắt d
Trên thực tế, còn phức tạp hơn nhiều ở các điểm A và điểm B. Vấn đề
phức tạp này của mài hướng dọc đã được nghiên cứu. Khi còn trêm (hình 1.13)
(bề mặt cuối cùng không có đánh lửa, mài với giảm dần của d). Các đặc trưng
gồm be/ b là khoảng 4 và chiều rộng đá mài thực tế cho một lần ăn dao là vào
khoảng 8 lần ăn dao chiều. Cho đá mài ăn dao ngang vào khoảng 16 lần ăn dao
chiều trục sẽ tạo được sản phẩm tốt. Khi chiều rộng của phần phẳng f nhỏ hơn 2
hoặc 3 lần ăn dao ngang b, thì độ nhám của bề mặt sẽ cao và như vậy đá mài ít
phải sửa đá.
23
Năng lượng mài đặc trưng phụ thuộc vào chiêu sâu phoi trung bình (t) và
nó lại phụ thuộc vào chiều sâu cắt de nhưng lại độc lập với be. Để năng lượng mài
đặc trưng nhỏ, de cần phải lớn, nghĩa là b phải lớn và điều đó dẫn đến phải chọn
α lớn. Khi nhám bề mặt cao thì chiều sâu cắt phải nhỏ, điều này dẫn đến b có giá
trị nhỏ và đá mài phải có giá trị α nhỏ.
Ăn dao dọc cho độ bóng bề mặt tốt, phoi nhỏ và năng lượng mài đặc trưng
nhỏ. Đó chính là điều rất quan trọng cho nguyên công mài tinh.
⎟
ds ⎠
(1.5)
Do 2a < ds, θ rất nhỏ do đó: cosθ = 1 −
θ2
2
Kết hợp biểu thức trên ta có: lc = (ads)1/2
(1.6)
(1.7)
Từ biểu thức ta thấy chiều dài cung tiếp xúc bằng chiều dài dây cung AB khi
bỏ qua dịch chuyển và biến dạng, lc gọi là chiều dài tiếp xúc tĩnh
Hình 1.15. Các kích thước lớp cắt khi mài phẳng
25
Copyright: Tài liệu đại học ©