BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC
THÁI NGUYÊN

Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ
3X13 bằng đá mài Hải Dương.

Chủ nhiệm đề tài: TS. Ngô Cường

-1-


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................................1
2. Mục tiêu của đề tài.................................................................................................1
3. Cách tiếp cận..........................................................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................1
5. Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................1
Chương 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN................................................................3
1.1. Đặc điểm cấu tạo và tính gia công của thép không gỉ 3X13..............................3
1.1.1. Đặc điểm cấu tạo..............................................................................................3
1.1.2. Tính gia công của thép 3X13...........................................................................5
1.2. Một số biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ...8
1.2.1. Sử dụng phương pháp mài không liên tục......................................................10
1.2.2. Dùng dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội hợp lý.....................11
1.2.3. Chọn đá mài hợp lý........................................................................................14
1.2.4. Chọn chế độ cắt hợp lý...................................................................................15
1.3. Kết luận Chương 1............................................................................................17
Chương 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM..........................................................18
2.1. Hệ thống thí nghiệm..........................................................................................18
2.1.1. Vật liệu thí nghiệm.........................................................................................18

3.2. Ứng dụng các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ để
mài lá van máy nén khí........................................................................30
3.2.1. Kết cấu, điều kiện làm việc và dạng hỏng của lá van máy nén khí của Công ty Cổ phần
luyện cán thép Gia Sàng........................................................................30
3.2.2. Kết cấu, điều kiện làm việc và dạng hỏng của lá van máy nén khí của Công ty TNHH một
thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc.......................................32
3.2.3. Phân tích các nguyên nhân gây hỏng lá van..................................................32
3.2.4. Vấn đề chế tạo lá van.....................................................................................34
1. Lá van chế tạo tại Trung tâm thực nghiệm và sản xuất - Trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên......................................................................................34

-3-


2. Lá van chế tạo tại Công ty Cơ khí Hóa chất - Bắc Giang...................................35
3. Công nghệ mài lá van..........................................................................................36
KẾT LUẬN.............................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................40

-4-


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH

Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị



Lượng chạy dao ngang

Ssđ

Lượng chạy dao khi sửa đá mài

tsđ

Chiều sâu sửa đá

mm

T

Tuổi bền của đá mài

ph

Qw

Tốc độ bóc vật liệu

mm3/s

b

mm/ht

Chiều rộng mài

Mác thép tương đương của các nước

5

3

1.3

Chi phí sửa đá khi mài tròn ngoài một số loại vật liệu

6

4

1.4

Hệ số truyền nhiệt của thép C45 và 3X13

7

5

1.5

Tính gia công khi mài của thép 3X13 và C45

7

6



1.3

4

1.4

Nứt do ứng suất trên bề mặt mài của thép không gỉ

9

5

1.5

Một số kiểu đá mài không liên tục

10

6

1.6

7

1.7

8

1.8


20

13

2.3

14

2.4

15

2.5

Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương 5%

22

16

2.6

Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương 10%

22

kim Fe-Cr
Quan hệ giữa tốc độ ăn mòn thép không gỉ trong không
khí công nghiệp với hàm lượng Cr trong hợp kim Fe-Cr

21

21


17

2.7

Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ cong vênh chi tiết

23

18

2.8

Lá van cấp 4 máy nén khí oxy

24

19

2.9

Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ cong vênh chi tiết

25

20

Mã số: B07-TN09-01
Chủ nhiệm đề tài: TS. Ngô Cường
ĐT: 02803847284

E-mail: [email protected]

Cơ quan chủ trì đề tài: Đại học Thái Nguyên
Cơ quan phối hợp thực hiện: Công ty TNHH Hoa Nam; Trường ĐH Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên.
Tham gia thực hiện đề tài: TS. Nguyễn Đình Mãn
Thời gian thực hiện: 2007-2008
2. Mục tiêu
Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện mài đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khi mài thép
3X13 bằng đá mài Hải Dương. Trên cơ sở đó:
- Xác định chế độ cắt hợp lý.
- Lựa chọn các biện pháp công nghệ hợp lý.
- Áp dụng kết quả nghiên cứu để sản xuất thử chi tiết lá van của máy nén khí.
3. Nội dung chính
- Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội, chế độ cắt và các thông số của đá mài
đến các chỉ têu kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13.
- Chọn chế độ cắt, dung dịch trơn nguội và loại đá mài hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả kinh
tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13.
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu để mài chi tiết lá van máy nén khí đạt các chỉ têu kinh tế
- kỹ thuật nhất định.
4. Kết quả đạt được
4.1. Sản phẩm khoa học (bài báo khoa học)

- 99 -




- Những thông số công nghệ chính được sử dụng để mài lá van máy nén khí làm
bằng thép 3X13 nhiệt luyện:
+ Đá mài: Sđ60.MV1.G.V1.250.30.75.50m/s.
+ Dung dịch trơn nguội: nhũ tương 10%, phương pháp tưới tràn.
+ Chế độ sửa đá: Ssđ = 0,3m/ph, tsđ = 0,02mm.
+ Chế độ cắt: t = 0,001mm; Vđ = 19m/s; Vct = 17m/ph; Sn = 18mm/ht.

SUMMARY
1. General information
Project title: Investigation on choosing cutting mode and technological measures to improve
economic-technical effectiveness of grinding 3X13 stainless steel with Hai Duong grinding wheel.
Code number: B07-TN09-01
Coordinator: Dr Ngo Cuong
Tel: 0280.3847284

E-mail: [email protected]

Implementing Instituton: Thai Nguyen University.
Cooperatng Institution: Hoa Nam CO.,LTD; Thai Nguyen Technology
University.
Collaborated with: Nguyen Dinh Man.
Duration: From 2007 to 2008.
2. Objectives
To investigate the influence of grinding conditions on economic-technical criteria when
grinding 3X13 stainless steel with Hai Duong grinding wheel. On that basis, it is aimed to:
- Determine appropriate cuttng mode.
- Choose appropriate technological measures.
- Apply research results to manufacturing valve leaves of air compressors.
3. Main Contents


- 12 -


Company of Nitrogenous Fertilizer and Chemistry.
4.3. Other results
- The longest lifetme can be get by using grinding wheel Sđ60.MV1.G.V1.250x
30x75.50m/s.
- Cool lubricant liquid with elmusion 10% is suitable.
- Increasing the percentage of cooling lubricant liquid can reduce the surface roughness
and cracks on the surface.
- Increasing grinding speed and the depth of cut lead to the reduction of the bending
of the workpiece.
- Increasing workpiece speed leads to the reduction of the bending of the
workpiece.
- The main grinding process for grinding compressor valves 3X13:
+ Grinding wheel: Sd60.MV1.G.V1.250x30x75.50 m/s.
+ Cooling lubricant liquid: emulsion 10% and fully lubricant.
+ Dressing parameters: Ssd = 0,3mm/ph, tsd = 0,02 mm.
+ Grinding regime: t = 0,001 mm, Vd = 19 mm/s; Vct = 17 m/ph; Sn = 18mm/ht.

- 13 -


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thép không gỉ thường dùng để chế tạo các chi tiết máy của các thiết bị thuộc các ngành
hóa chất, chế biến thực phẩm, công nghiệp giấy...Hầu hết các chi tết máy chính xác đều
phải gia công qua nguyên công mài. Tuy nhiên, hiệu quả kinh tế
- kỹ thuật khi mài thép không gỉ rất thấp do tnh khó gia công của vật liệu và do việc lựa

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. Đặc điểm cấu tạo và tnh gia công của thép không gỉ 3X13
1.1.1. Đặc điểm cấu tạo
Nguyên lý chống ăn mòn hóa học của thép không gỉ nói chung và của thép
3X13 nói riêng là hợp kim hoá thép bằng nguyên tố Cr, qua đó làm tăng thế điện cực của
dung dịch đặc của Fe để cho lớp bề mặt có thể tạo được một lớp màng mỏng thụ động hoá
ổn định và xít chặt trong môi trường oxy hoá.
Thế điện cực của Fe trong thép có trị số âm khi trong thép không có Cr hoặc có Cr
nhưng với hàm lượng thấp. Khi tăng hàm lượng Cr trong thép thì thế điện cực của dung dịch
đặc của Fe cũng tăng nhưng không tăng đều, khi hàm lượng Cr theo tỷ lệ nguyên tử đạt tới
12,5% thì thế điện cực của dung dịch đặc Fe tăng đột biến từ -0,56V lên +0,2V (hình 1.1) và
tương ứng độ bền ăn mòn hoá học của thép tăng lên (hình 1.2).

Hình 1.1. Quan hệ giữa thế điện cực và hàm lượng Cr trong hợp kim Fe-Cr [3].
Tỷ lệ nguyên tử 12,5% của Cr trong thép không gỉ khi đổi ra tỷ lệ trọng lượng là
11,7% chính là giới hạn tối thiểu cần thiết của Cr trong thép không gỉ. Tuy


nhiên, để đảm bảo cơ tính và độ bền mài mòn của thép không gỉ thì trong thép luôn phải có
nguyên tố C mà nguyên tố này lại kết hợp với nguyên tố Cr để tạo thành các bít Cr23C6, vì
thế cần phải tăng hàm lượng Cr trong thép không gỉ lên một chút. Thực tế thì hàm lượng trung
bình theo trọng lượng của Cr trong thép không gỉ là
13%.

Hình 1.2. Quan hệ giữa tốc độ ăn mòn thép không gỉ trong không khí công nghiệp với hàm
lượng Cr trong hợp kim Fe-Cr [3].
Trong thép không gỉ ngoài 3 nguyên tố cơ bản Fe, Cr, C ra còn có các nguyên tố
khác như Si, Mn, P, Ni,… trong đó có những nguyên tố được cho thêm vào thép không gỉ để cải
thiện các tính chất của thép, có những nguyên tố là tạp chất tồn tại trong thép (bảng 1.1).
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của thép 3X13


Nguyên tố Ni làm cho tổ chức của thép thay đổi rõ rệt, mở rộng khu vực ôstenit,
tăng khả năng thấm tôi, tăng tính biến dạng nguội và độ dai va đập.

- 17 -


Nguyên tố Cr là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất của thép không gỉ, nó tạo khả
năng chống ăn mòn, tăng tính chịu mài mòn, tăng độ dẻo dai va đập của
thép.
Nguyên tố C làm tăng độ cứng và khả năng chịu mài mòn của thép sau khi
tôi.
Các nguyên tố Mn, S, P tồn tại trong thép không gỉ như là các tạp chất, tuy
nhiên S cũng có tác dụng làm tăng tính lưu động và tính chống oxy hoá của thép không gỉ, còn
Mn với hàm lượng dưới 2% thì không ảnh hưởng gì tới tính chất của thép không gỉ. Nguyên tố Ti
có tác dụng ngăn ngừa tinh giới của thép không gỉ.
Bảng 1.2. Mác thép tương đương của các nước
Nga

Trung Quốc

Nhật

Đức

(TC гOCT)

(TC GB)

(TC JIS)

công
Mài tinh
Mài tinh
Mài tinh

Vật liệu gia công

Thời gian sửa đá theo

Chi phí cho sửa đá theo %

% thời gian máy

giá thành nguyên công

10

58

50

30  40

80

60  70

C45 nhiệt luyện
ЭИ417
P6Ø9 nhiệt luyện


52,2

3X13

21,6

Do hệ số truyền nhiệt thấp nên nhiệt độ ở vùng cắt cao. So với các phương pháp gia
công cắt gọt khác thì nhiệt độ ở vùng cắt khi mài cao hơn nhiều (có thể tới
1000  15000C) và phần lớn nhiệt cắt (khoảng 70%) truyền vào chi tiết gia công. Mặt khác thời
gian tác dụng để phát sinh nhiệt rất ngắn (1.10 -4  5.10-4 giây) sau đó được tưới nguội nên lại
giảm xuống nhanh chóng làm cấu trúc lớp kim loại bề mặt bị thay đổi mạnh, giảm độ cứng, tăng
độ nhám, gây ra cháy, nứt và ứng suất dư kéo lớn, kết quả là độ bền của chi tiết khi làm việc
giảm đi nhiều. Ngoài ra, nhiệt độ mài cao còn gây cong, vênh chi tết gia công (nhất là dạng
chi tiết có kích thước nhỏ hoặc mỏng, phẳng) và làm giảm tuổi bền của đá mài [6].
Bảng 1.5. Tính gia công khi mài của thép 3X13 và C45 theo chỉ
tiêu tuổi bền đá mài [19]
Vật liệu

Tuổi bền đá (phút)

C45

85

3X13

14,6

- 20 -

 - hệ số truyền nhiệt của kim loại gia công (kcal/cm.h.độ);

- 21 -

(1.1)


 - trọng lượng riêng của vật liệu gia công;
c - nhiệt dung của vật liệu gia công.
Công thức trên cho thấy: do có hệ số truyền nhiệt thấp, hệ số ma sát cao và lực cắt
lớn nên nhiệt cắt khi mài thép không gỉ cao hơn nhiều so với khi mài các loại thép khác.
Các nghiên cứu thực nghiệm về mài thép không gỉ [8, 9, 11, 12, 14...] cho thấy: khác với
các loại thép thông thường, hiện tượng nứt tế vi bề mặt mài của thép không gỉ xảy ra ngay cả khi
đá vẫn còn khả năng cắt tốt và trên bề mặt mài chưa xuất hiện vết cháy. Các tác giả đều cho
rằng nguyên nhân của các vết nứt tế vi là do tác dụng của nhiệt độ cao ở vùng cắt đã tạo ra tổ
chức kim loại ở lớp bề mặt không đều và gây ra ứng suất dư kéo lớn (nứt do ứng suất). Các vết
nứt thường xuất hiện ở vùng tinh giới của lớp bề mặt và là nguyên nhân quan trọng làm giảm
độ bền mỏi
của chi tiết máy.

Hình 1.4. Nứt do ứng suất trên bề mặt mài của thép không gỉ [9].
Do việc đo nhiệt độ mài rất khó khăn và kém chính xác nên hiệu quả của các biện pháp
giảm nhiệt độ mài thường được đánh giá gián tiếp qua các thông số chất lương bề mặt (độ
nhám, cháy, nứt, ứng suất dư...) và độ cong, vênh chi tiết gia công.


1.2.1. Sử dụng phương pháp mài không liên tục
Mài không liên tục là tạo ra sự gián đoạn trong quá trình cắt gọt giữa đá mài và chi tiết
gia công bằng cách dùng những loại đá mài có bề mặt làm việc không liên tục (hình 1.5).


nhám bề mặt mài [13].
Ta có một số nhận xét sau:
- Dầu nguyên chất có khả năng bôi trơn tốt hơn đã làm giảm ma sát giữa đá mài và vật
liệu gia công, giảm nhiệt độ mài, giảm biến dạng dẻo bề mặt do đó cho độ nhám bề mặt gia
công thấp hơn.
- Đầu phun có áp suất tưới cao hơn sẽ làm tăng hiệu quả cung cấp dung dịch trơn nguội
vào vùng tếp xúc giữa đá và chi tiết gia công nên độ nhám bề mặt gia công thấp hơn.
- Nếu khi mài các vật liệu dễ gia công chỉ cần tưới với áp suất 3  4 atmotphe
thì khi mài các loại vật liệu khó gia công cần tưới với áp suất từ 5  10 atmotphe [6].

- 25 -