i
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập- Tự do- Hạnh phúc
***

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Trần Thị Vân Nga
Nơi công tác: Bộ môn Công nghệ giao thông – Khoa Cơ khí
Trường đại học Giao thông vận tải
Tên đề tài luận án: “Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá
mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện”.
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí - Mã số 62.52.01.03
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu khoa học của bản thân
tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chưa được công bố trong bất
kỳ công trình nào khác mà không có tôi tham gia.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Nghiên cứu sinh

Trần Thị Vân Nga


ii

LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các Quý Thầy đã tham gia giảng

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................... vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ................................................................................. viii
DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... x
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... xiii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁ MÀI CBN VÀ CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN ...... 5
1.1. Quá trình mài, đá mài CBN và đá mài CBN đơn lớp........................................ 5
1.1.1. Quá trình mài ..................................................................................................... 5
1.1.2. Đá mài – thành phần và cấu trúc......................................................................... 6
1.1.3. Đá mài CBN ...................................................................................................... 9
1.1.3.1. Đặc điểm của hạt mài CBN ............................................................................. 9
1.1.3.2. Đá mài CBN.................................................................................................. 13
1.1.4. Các phương pháp chế tạo đá mài CBN ............................................................. 15
1.1.4.1. Đá mài CBN đa lớp (đá mài phổ thông) ........................................................ 15
1.1.4.2. Đá mài CBN đơn lớp ..................................................................................... 16
1.2. Chế tạo đá mài bằng phương pháp mạ điện .................................................... 20
1.2.1. Khái niệm về phương pháp mạ điện ................................................................. 20
1.2.1.1. Sự hình thành lớp phủ kim loại mạ trên catốt ............................................... 20
1.2.1.2. Thành phần chất điện ly ................................................................................ 21
1.2.1.3. Lớp mạ composite và cấu tạo ........................................................................ 22
1.2.1.3. Kỹ thuật tạo lớp mạ composite ...................................................................... 22
1.2.1.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình mạ điện. ............................................. 24
1.2.2. Ứng dụng phương pháp mạ điện để hình thành cầu liên kết của đá................... 30
1.2.2.1. Vật liệu chất dính kết..................................................................................... 30
1.2.2.2. Dung dịch mạ ................................................................................................ 31
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước...................................................... 32
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ..................................................................... 32
1.3.2.Tình hình nghiên cứu trong nước ...................................................................... 35



Đá Nhật

t=0.005 mm
Ra (µm) Rz (µm)
2,52
15,6
2,84
17,6
2,7
17,0
2,75
17,4

t=0,01mm
Ra (µm)
Rz (µm)
2,59
17,2
3,27
18,4
3,03
17,5
2,72
15,0
2,35
12,8


116


Hạt kim loại
bám dính

b) M2

c) M3
Hình 4.40. Ảnh SEM bề mặt chi tiết mài


118

Một hiện tượng khác cũng nhận thấy trên bề mặt chi tiết mài là có các hạt
kim loại bám trên bề mặt. Do quá trình mài là mài khô nên có thể các hạt kim loại
sau khi bị cắt ra không được lấy ra khỏi bề mặt đá mài mà quay trở lại bám trên bề
mặt chi tiết mài. Tuy nhiên hiện vẫn chưa rõ là hạt kim loại bám dính trên bề mặt
chi tiết mài là do phoi kim loại hay chất dính kết niken. Điều này sẽ được làm rõ
trong các nghiên cứu tiếp theo.
4.3.4. Đánh giá chung
Từ các kết quả thực nghiệm và các thảo luận có thể nhận thấy:
1. Cầu liên kết kim loại niken được tạo thành bằng phương pháp mạ điện đủ bền
để giữ các hạt mài CBN không bị bong tróc ra khỏi bề mặt đá mài dưới tác
dụng của lực mài.
2. Đá mài CBN đơn lớp liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện có khả năng
cắt tốt, hệ số mài cao từ 649,66  1789,06, có thể ứng dụng vào trong sản xuất
thực tế.
3. Nhám bề mặt chi tiết mài bằng đá mài chế tạo bằng phương pháp mạ điện còn
cao (Ra : 2,5  2,84 m khi mài với chiều sâu mài 0,005 mm và 2,72  3,27 m
khi mài với chiều sâu mài 0,01 mm) nhưng cũng gần tương đương với nhám bề
mặt chi tiết mài bằng đá Nhật Bản chế tạo.



120

KẾT LUẬN CHUNG
Với mục tiêu nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài
CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện, luận án đã đạt được các kết quả
cụ thể như sau:
- Lần đầu tiên ở Việt Nam tiến hành nghiên cứu và chế tạo thành công đá
mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện bằng công nghệ mạ
Composite Ni-CBN sử dụng dung dịch Watts.
- Đã xây dựng được công thức xác định hệ số phân bố hạt mài (KPBQU và
KPBT), căn cứ và đó thiết lập được phương trình xác định chiều dày chôn lấp gần
đúng của hạt mài khi mạ.
- Để mạ được composite Ni-CBN với cỡ hạt có kích thước lớn từ 90  106
µm bằng dung dịch Watts, hệ thống thiết bị mạ được thiết kế với chi tiết mạ (catốt)
nằm ngang điều khiển tốc độ quay ổn định theo yêu cầu cũng như kiểm soát được
các yếu tố của công nghệ mạ ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ Ni-CBN như nhiệt
độ dung dịch mạ, thời gian mạ, mật độ dòng catốt.
- Đã đưa ra được quy trình chế tạo đá mài mạ và chọn được 4 thông số công
nghệ (mật độ dòng, thời gian mạ, tốc độ quay chi tiết, nhiệt độ dung dịch mạ) để
nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ quá trình mạ điện đến quá trình
chế tạo đá mài CBN. Các thông số công nghệ được xác định: mật độ dòng 3  8
A/dm2, thời gian mạ Ni-CBN: 5  10 phút, tốc độ quay chi tiết: 0,7  1,3 v/phút,
nhiệt độ mạ: 50-60 oC đảm bảo sự phân bố đồng đều và gắn kết tốt hạt mài CBN
trên bề mặt đá. Để tạo sự gắn kết của CBN với nền thép quá trình mạ niken được
thực hiện qua ba giai đoạn: mạ lớp lót, mạ gắn hạt và mạ chôn lấp hạt.
- Phương trình toán học phản ảnh sự phụ thuộc của mật độ phân bố của hạt
mài vào đồng thời 3 thông số công nghệ của quá trình mạ theo công thức 4.3 (trang
102) là:
KPBT = 70,42 - 3,13 n + 1,476 t - 0,049 i + 0,3586 i.i - 1,359 n.i


nh Hưng (2015), Nghiên cứu

công nghệ chế tạo đá mài đơn lớp và bước đầu nghiên cứu chế tạo đá mài
CBN bằng phương pháp mạ điện, Tạp chí
Đại học Công nghiệp Hà nội-

hoa học và công nghệ- Trường

ố 27, Tháng 4/2015.

3. Bùi Thế H ng, rần hị ân Nga, rương Hoành Sơn (2015), Nghiên cứu
ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tới chất lượng lớp mạ khi chế tạo
đá mài kim cương và CBN bằng phương pháp mạ điện, Kỷ yếu hội nghị Cơ
khí toàn quốc 11/2015.
4. Tran Thi Van Nga, Truong Hoanh Son (2015), Research on application
composite electroplating to fabricate grinding tool, International Cooperation
issue of Transportation - Especial Issue - No.06. MADI - SWJTU – UTC,
ISSN 2410-9088, 10/2015.
5.

rần hị ân Nga, rương Hoành Sơn (2016), Nghiên cứu thực nghiệm về
sự hình thành bề mặt đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ
điện, Kỷ yếu hội nghị Cơ khí toàn quốc 10/2016.

6. Nguyen Duc Hung, Tran Thi Van Nga, Mai Van Phuoc (2017), Thickness
determination and control of functional Ni-composite electrodeposited
coatings, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Viện hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam, Tập 55, Số 1B.
7. Trần Thị ân Nga, rương Hoành Sơn, rần

Nguyễn Đức Hùng (2000), Kỹ thuật mạ, Nhà xuất bản Thanh niên.

5.

Nguyễn Đức Hùng, Đào hánh Dư, Phạm Xuân Điệp (2011), Mạ niken nano
composite CeO2 cho hộp xúc tác xử lý khí thải động cơ , Tạp chí phát triển
Khoa học và công nghệ. Tập 14, số 1-2011, tr. 55-62.

6.

Nguyễn Đức Hùng (1989), Sổ tay mạ điện, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ
thuật, Hà Nội.

7.

Nguyễn Đức Hùng (2002), Công nghệ điện hoá, Nhà xuất bản Quân đội
nhân dân.

8.

Nguyễn Thế Hùng, Trần Thế San, Hoàng Trí (2002), Thực hành cơ khí tiện,
phay, bào, mài, Nhà xuất bản Đà Nẵng.

9.

Nguyễn hương (2009), Mạ điện tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

10.

Nguyễn hương (2010), Mạ điện tập 2, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

Tô Cẩm Tú (1999), Thiết kế và phân tích thí nghiệm, Nhà xuất bản Khoa học
và Kỹ thuật, Hà Nội.

Tiếng Anh
16.

Nguyen Đinh Ha, Nguyen Duc Hung, Nguyen Manh Tuong (2015), "Surface
structure and corrosion resistant of Ni/modified CTNs nanocomposite
coating", Tạp chí Khoa học và Công nghệ. 53 (1B), pp. 443-448.

17.

R. B. Aronson (1994), "CBN grinding: A tempting technology",
Manufacturing Engineering. 112(2), pp. 35.

18.

J. C. Aurich, et al. (2003), "Development of a Superabrasive Grinding Wheel
With Defined Grain Structure Using Kinematic Simulation", CIRP Annals Manufacturing Technology. 52(1), pp. 275-280.

19.

W Brian Rowe (2009), Principles of Modern Grinding Technology, William
Andrew.

20.

H. Onikura, et al. (2003), "Fabrication of Electroplated Micro Grinding
Wheels and Manufacturing of Microstructures with Ultrasonic Vibration",
Key Engineering Materials. 238-239, pp. 9-14.

S. T. Aruna, et al. (2006), "Synthesis and properties of electrodeposited
Ni/ceria nanocomposite coatings", Surface and Coatings Technology.
200(24), pp. 6871-6880.


124

27.

P. Brazda (2006), "A careful examination of the inherent propertier of
diamond and CBN will allow you to choose the best superabrasive for your
particular

grinding

application",

GEAR

SOLUTIONS

gearsolutionsonline.com. 2/2006, pp. 28-33.
28.

M Caglar (2002), "Grinding Fluid Performance and Characterization of
Wheel Wear", Grind. Abrasive Mag., Aug./Sep, pp. 8-14.

29.

J. P. Celis, et al. (1987), "A mathematical model for the electrolytic

steel with AgCu/Ti powder mixture as active brazing alloy", Materials
Science and Engineering: A. 430(1–2), pp. 301-306.

35.

Ltd EHWA Diamond Industrial Co. (2006), Diamond And CBN Wheels,
editor, Osan city, Kyungki Do, Korea.

36.

Y Falkenberg (2002), "The total grinding concept more than just the sum of
its parts", Grind. Abrasives Mag., Aug./Sep, pp. 27-30.

37.

Q. Feng, et al. (2007), "Preparation of nanostructured Ni/Al2O3 composite
coatings in high magnetic field", Surface and Coatings Technology. 201(14),
pp. 6247-6252.


125

38.

I Garcia, et al. (2001), "Electrodeposition and sliding wear resistance of
nickel composite coatings containing micron and submicron SiC particles",
Surface and Coatings Technology. 148(2–3), pp. 171-178.

39.


54.

R. P. Lindsay (1975), "Simulated Production Grinding Using Plated CBN
Wheels", SME Technical Paper, MR75-105.

55.

C. T. J. Low, et al. (2006), "Electrodeposition of composite coatings
containing nanoparticles in a metal deposit", Surface and Coatings
Technology. 201(1–2), pp. 371-383.

56.

C. T. J. Low, et al. (2010), "Electrodeposition and tribological
characterisation

of

nickel

nanocomposite

coatings

reinforced

with

nanotubular titanates", Surface and Coatings Technology. 205(7), pp. 18561863.
57.


62.

P. Narasimman, et al. (2011), "Synthesis, characterization and comparison of
sediment electro-codeposited nickel–micro and nano SiC composites",
Applied Surface Science. 258(1), pp. 590-598.

63.

Viet Hue Nguyen, et al. (2013), "Nickel composite plating with fly ash as
inert particle", Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 23(8),
pp. 2348-2353.

64.

H. Onikura, et al. (2007), "Fabrication of Micro Ni-W Electroplated
Diamond Tools and Their Application to Grooving of Silicon", Journal of
the Japan Society for Precision Engineering. 73(2), pp. 237-241.

65.

G. Parida, et al. (2011), "Synthesis and characterization of Ni-TiO2
composite coatings by electro-co-deposition", Surface and Coatings
Technology. 205(21–22), pp. 4871-4879.

66.

F. W. Pinto (2008), An experimental and numerical approach to investigate
the machining performance of engineered grinding tools, Dissertaion for
Degree of Doctor of Sciences.

Z. Shi, et al. (2003), "An Investigation of Grinding with Electroplated CBN
Wheels", CIRP Annals - Manufacturing Technology. 52(1), pp. 267-270.

72.

M. Stroumbouli, et al. (2005), "Codeposition of ultrafine WC particles in Ni
matrix composite electrocoatings", Surface and Coatings Technology.
195(2–3), pp. 325-332.

73.

H. K. Tönshoff, et al. (1984), Cylindrical and profile grinding with boron
nitride wheels, University of Hanover.

74.

H. K. Tonshoff, et al. (1987), "Influence of the abrasive on fatigue in
precision grinding", Journal of Engineering for Industry. 109(3), pp. 203205.

75.

I. Tudela, et al. (2015), "Ultrasound-assisted electrodeposition of thin nickelbased composite coatings with lubricant particles", Surface and Coatings
Technology. 276, pp. 89-105.

76.

J. Webster, et al. (2004), "Innovations in Abrasive Products for Precision
Grinding", CIRP Annals - Manufacturing Technology. 53(2), pp. 597-617.

77.