i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là hoàn toàn do bản
thân tự nghiên cứu, không sao chép của bất kỳ ai hay nguồn nào (trừ những điểm
được trích dẫn).
Các kết quả tính toán (trừ những điểm được trích dẫn) đều được thực hiện
nghiêm túc, trung thực, không chỉnh sửa, không sao chép của bất kỳ nguồn nào.
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 9 năm
2019
Tác giả luận án

Lê Xuân Hưng


ii
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin được bày tỏ lòng biết
ơn chân thành tới tập thể người hướng dẫn khoa học là những người thầy đã dành
nhiều thời gian hướng dẫn, tận tình chỉ bảo tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa Cơ khí của
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận án.
Để có được những kết quả như ngày hôm nay, tôi xin trân trọng cảm ơn sự
giúp đỡ nhiệt tình của cán bộ, công nhân của Doanh nghiệp tư nhân Cơ khí chính
xác Thái Hà và Công ty cổ phần Phụ tùng máy số 1 đã giúp đỡ tôi hoàn thành các
công việc liên quan đến thí nghiệm, thực nghiệm và đo đạc.
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp
những người luôn bên cạnh tôi, đã động viên, chia sẻ, giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành Luận án.

1.2.3. Đường kính tương đương của đá mài.................................................... 11
1.2.4. Quá trình tách phoi của hạt mài............................................................ 11
1.2.5. Năng suất bóc tách của quá trình mài................................................... 13
1.2.6. Lực trong quá trình mài........................................................................ 14
1.3. Mòn đá và tuổi bền của đá mài.................................................................... 16
1.3.1. Mòn đá mài........................................................................................... 16
1.3.2. Tuổi bền của đá..................................................................................... 18


iv
1.3.3. Chất lượng bề mặt sau mài.................................................................... 20
1.3.4. Topography của đá mài......................................................................... 22
1.4. Tổng quan các nghiên cứu về mài lỗ............................................................ 23
1.4.1. Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội (BTLN) đến quá trình mài lỗ.........24
1.4.2. Ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến quá trình mài lỗ..............................29
1.4.3. Ảnh hưởng của chế độ cắt và đá mài đến quá trình mài lỗ....................33
1.4.4. Các mô hình tính toán chi phí trong gia công mài................................37
1.5. Kết luận chương 1........................................................................................ 41
Nhận xét......................................................................................................... 41
Định hướng vấn đề nghiên cứu....................................................................... 41
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH MÀI LỖ VÀ
XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM........................................................... 43
2.1. Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ................................................ 43
2.1.1. Sơ đồ và cơ sở của nghiên cứu nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ......43
2.1.2. Chọn thông số đầu vào.......................................................................... 44
2.1.3. Các tham số điều khiển được................................................................ 45
2.1.4. Các tham số nhiễu................................................................................. 45
2.1.5. Các thông số đầu ra............................................................................... 45
2.1.6. Các giải pháp nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ.................................46
2.2. Hệ thống thí nghiệm..................................................................................... 47

5.2.1. Mức độ ảnh hưởng................................................................................ 93
5.2.2. Đặc điểm ảnh hưởng............................................................................. 94
5.3. Đường kính thay đá hợp lý........................................................................... 96
5.3.1. Xác định đường kính thay đá hợp lý..................................................... 96
5.3.2. Ảnh hưởng của các thông số đến đường kính thay đá hợp lý................97
5.3.3. Mô hình hồi quy xác định đường kính đá mài khi thay hợp lý...........101
5.4. Kết luận chương 5......................................................................................102
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN..............104
Kết luận chung..................................................................................................104
Hướng nghiên cứu tiếp theo..............................................................................105
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
106
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................108


vi
DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
Ký hiệu
ANOVA

Phân tích ph

BTLN

Bôi trơn làm

CCD

Dạng kế hoạ


Chiều dày lớ

aed

Tổng chiều s

a

Đoạn chạy v

Bgw

Chiều rộng đ

Cm,h

chi phí cho m

Cwa,h

chi phí cho c

Cmt,h

Chi phí cho

Cgw

Giá thành vi



Cen

giá điện

Cmc

Chi phí mua

Csqm
CK

Chi phí nhà
Số lần sửa đ

D

Đường kính

D0

Đường kính

De

Đường kính

Dtd

Đường kính


L

Chiều dài trụ

lk

Chiều dài cu

lw

Chiều dài ch

MRR
Nd

Năng suất củ
Số chi tiết m

Nw

Số chi tiết m

nsđ

Số lượt sửa đ

nthô, ntinh

Số lần sửa đ

Công suất tổ

q

Độ mòn đá

Qw
Rld

Năng suất bó
Tỷ số lw/dw

Ra

Nhám bề mặ

rs

Bán kính lưỡ

Ssđ

Lượng chạy

Srg

Cấp độ nhám

t


tcw,p

Thời gian th

tc

Thời gian cơ

tL

Thời gian th

ts

Thời gian m

tg

Cấp chính xá

Tuse

Thời gian sử

Ttot

Số năm khấu

U




x
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ mài lỗ có tâm................................................................................... 5
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong vô tâm..................................................... 5
Hình 1.3. Kết cấu trục mang đá của đá mài lỗ........................................................... 6
Hình 1.4. Kết cấu gắn đá mài với trục mang đá......................................................... 7
Hình 1.5. Các lựa chọn cho quá trình gia công tinh bề mặt lỗ................................... 8
Hình 1.6. Chiều dài cung tiếp xúc của các phương pháp mài..................................10
Hình 1.7. Hình dạng hạt mài và phân tích lưỡi cắt.................................................. 12
Hình 1.8. Quá trình tách phoi của hạt mài............................................................... 12
Hình 1.9. Quá trình tạo phoi khi mài....................................................................... 13
Hình 1.10. Lực cắt tác dụng lên hạt mài.................................................................. 14
Hình 1.11. Quan hệ Py – Pz...................................................................................... 16
Hình 1.12. Các dạng của đá mài.............................................................................. 16
Hình 1.13. Các trạng thái mòn của đá mài.............................................................. 17
Hình 1.14. Sự biến đổi của lượng mòn, dạng mòn theo thời gian gia công.............17
Hinh̀ 1.15: Quátrình mòn của đá............................................................................. 18
Hình 1.16. Sự hình thành độ nhám bề mặt khi mài................................................. 20
Hình 1.17. Biên dạng của đá mài............................................................................ 23
Hình 1.18. Mô hình hóa quá trình mài.................................................................... 24
Hình 1.19. Hai dạng vòi phun dung dịch BTLN..................................................... 25
Hình 1.20. Vị trí của vòi phun trong mài lỗ............................................................. 25
Hình 1.21. Hệ thống BTLN của Nadolny................................................................ 26
Hình 1.22. Ảnh hưởng của loại dung dịch BTLN và áp suất BTLN đến độ nhám bề
mặt mài................................................................................................................... 26
Hình 1.23. Độ nhám bề mặt gia công khi mài lỗ 24,4........................................... 27
Hình 1.24. Lực mài (Py) khi bôi trơn tối thiểu có chất phụ gia vật liệu nano...........28

Hình 3.7. Đồ thị bề mặt chỉ tiêu khi tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion.........59
Hình 3.8. Số liệu kết quả tối ưu hóa sử dụng dung dịch Aquatex 3180...................60
Hình 3.9. Đồ thị tối ưu hóa sử dụng dung dịch Aquatex 3180................................. 61
Hình 3.10. Số liệu kết quả tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion........................61
Hình 3.11. Đồ thị tối ưu hóa sử dụng dung dịch Emulsion...................................... 61
Hình 4.1. Mô hình quá trình sửa đá với phương pháp sửa đá tiếp xúc....................63
Hình 4.2. Sơ đồ thí nghiệm sửa đá.......................................................................... 64
Hình 4.3. Ảnh hưởng của các thông số đến Ra....................................................... 71


xii
Hình 4.4. Ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của Ra.................................73
Hình 4.5. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ sửa đá đến MRR trung bình.....76
Hình 4.6. Topography đá mài.................................................................................. 77
Hình 4.7. Ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của MRR............................. 78
Hình 4.8. Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thông số.......................................... 83
Hình 5.1. Đồ thị Pareto ảnh hưởng các thông số đến chi phí mài............................ 93
Hình 5.2. Ảnh hưởng của các thông số đến chi phí gia công khi mài lỗ..................94
Hình 5.3. Mối quan hệ giữa đường kính đá mài khi thay với chi phí mài...............96
Hình 5.4. Khai báo biến thí nghiệm trong phần mềm Minitab................................ 98
Hình 5.5. Đồ thị các ảnh hưởng chính đến De,op...................................................... 99
Hình 5.6. Đồ thị ảnh hưởng chung của các yếu tố.................................................100
Hình 5.7. Đồ thị Pareto của các yếu tố ảnh hưởng D0, Bw, aed, tg, Tw, Wpd, Cmh, Cwh,
Cgw, Rld đến Dop.....................................................................................................100


xiii
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Ưu điểm và nhược điểm của tiện cứng và mài khi gia công tinh bề mặt lỗ

Bảng 4.13. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến hệ số quan hệ xám ................
Bảng 4.14. Kết quả phân tích hồi quy phương sai của trị số quan hệ xám ..............
Bảng 4.15. Kết quả so sánh giữa tính toán và thực nghiệm. ....................................


xiv
Bảng 5.1 Các nhân tố ảnh hưởng tới chi phí mài và các giá trị của chúng..............92
Bảng 5.2. Số liệu thí nghiệm và kết quả tính chi phí mài........................................ 92
Bảng 5.3 Phạm vi khảo sát các biến thực nghiệm................................................... 97
Bảng 5.4. Giá trị các tham số khảo sát ảnh hưởng chi phí mài lỗ............................ 98
Bảng 5.5. Kế hoạch thí nghiệm sàng lọc................................................................. 98
Bảng 5.6. Thông tin mô hình hồi quy sau khi loại bỏ các yếu tố và tương tác có ảnh
hưởng yếu đến De,op...............................................................................................102
Bảng 5.7. Bảng hệ số hồi quy được triết xuất từ Minitab......................................102


1
PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Với sự tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật và công nghệ, sản phẩm cơ khí ngày nay
phải đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về chất lượng và năng suất. Trên thực tế, đa
số các nguyên công cuối trong quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí là nguyên
công mài. Bởi vì, mài có thể gia công với chiều sâu cắt rất nhỏ, vận tốc cắt lớn
Thêm vào đó, độ chính xác và độ nhám bề mặt sau khi mài đạt rất cao (cấp chính
xác từ 5-7, nhám bề mặt từ 0,2-3,2 μm) [31, 35, 51]. Mài đặc biệt chiếm ưu thế khi
gia công tinh các chi tiết đã tôi cứng, các chi tiết có độ cứng, độ bền cao vv… Chính
nhờ các ưu điểm trên, mài được dùng rất phổ biến trong gia công cơ khí để gia công
tinh và bán tinh. Mài chiếm khoảng 20-25% [35] tổng chi phí cho gia công cơ nói
chung. Do đó, nâng cao hiệu quả cho quá trình mài – giảm chi phí cho gia công mài
mà vẫn đảm bảo độ chính xác gia công là một trong các hướng nghiên cứu được

và chất lượng cao. Khi mòn, đường kính của đá mài giảm, vận tốc cắt giảm nên sẽ
làm giảm chất lượng và năng suất của quá trình mài. Vì vậy, sẽ tồn tại một giá trị
đường kính đá mài khi thay tối ưu (hay tuổi thọ tối ưu của đá). Cho đến nay chưa có
nghiên cứu nào đề cập đến tuổi thọ (hay đường kính khi thay) tối ưu của đá mài khi
mài lỗ.
Thép 90CrSi là thép hợp kim dụng cụ có độ bền cơ học và tính chịu mài mòn
cao, thường được dùng để chế tạo khuôn, dụng cụ cắt có tốc độ cắt thấp và các chi
tiết đòi hỏi tuổi bền cao, có khả năng chịu mài mòn. Các cơ sở sản xuất chế tạo vật
tư cho máy của ngành dược ở miền Bắc nước ta thường sử dụng thép 90CrSi để chế
tạo các chi tiết đặc biệt là chày, cối dập thuốc. Công nghệ mài lỗ được áp dụng gia
công tinh lần cuối bề mặt lỗ cối dập thuốc viên nén. Mặc dù vậy, chất lượng bề mặt
cũng như năng suất của quá trình gia công còn chưa cao. Do vậy, những kết quả
nghiên cứu trong đề tài sẽ góp phần cung cấp những lời khuyên hợp lý nhằm nâng
cao hiệu quá trình gia công mài lỗ ở những cơ sở này.
Từ phân tích nêu trên ta thấy có thể nâng cao hiệu quả của quá trình mài (tăng
năng suất hay giảm chi phí mài) bằng việc thực hiện 3 giải pháp sau:
+) Xác định chế độ bôi trơn làm nguội hợp lý;
+) Xác định chế độ sửa đá hợp lý;
+) Xác định đường kính tối ưu khi thay đá hay tuổi thọ tối ưu của đá mài;
Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên đây là định hướng cho việc
chọn đề tài “Nghiên cứu chế độ công nghệ sửa đá, bôi trơn – làm nguội và xác
định đường kính đá mài tối ưu khi thay đá để nâng cao hiệu quả của quá trình
mài lỗ”


3
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là công nghệ mài lỗ, với đối tượng thực
nghiệm là thép 90CrSi qua tôi.
Mục tiêu nghiên cứu


4
Những đóng góp mới
Đã phân tích chi phí của nguyên công mài lỗ và nghiên cứu ảnh hưởng của các
thông số đến chi phí gia công.
Xây dựng mô hình xác định đường kính đá mài khi thay hợp lý (tuổi thọ hợp
lý) trong gia công mài lỗ và ảnh hưởng của các thông số đến đường kính đá mài khi
thay.
Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng, xác định chế độ bôi trơn – làm nguội,
chế độ sửa đá với mài lỗ thép 90CrSi.
Cấu trúc của luận án
Luận án gồm các phần: Mở đầu, 5 chương, kết luận và phần phụ lục
Chương 1: Tổng quan về mài lỗ.
Chương 2: Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài lỗ và xây dựng hệ thống
thí nghiệm.
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chế độ bôi trơn –
làm nguội đến quá trình mài lỗ.
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chế độ sửa đá
đến quá trình mài lỗ
Chương 5: Xác định đường kính đá mài khi thay đá trong gia công mài lỗ.
Ý nghĩa của đề tài
Ý nghĩa khoa học
Nội dung luận án làm rõ ảnh hưởng của các yếu tố của chế độ BTLN, chế độ
sửa đá đến độ nhám bề mặt và năng suất khi mài lỗ thép 90CrSi. Xây dựng mô hình
xác định chi phí quá trình mài lỗ, đề xuất công thức xác định đường kính đá mài tối
ưu khi thay đá. Đề tài đóng góp kết quả vào hướng nghiên cứu về mài lỗ, chi phí
mài đang dành được sự quan tâm của các nhà khoa học.
Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu xác định các biện pháp nâng cao hiệu quả của quá trình

nw

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong vô tâm [1]
Mài lỗ có tâm có hai cách gá đặt chi tiết.
- Cách thứ nhất: chi tiết được kẹp chặt trên mâm cặp và quay tròn với tốc độ

nw (hình 1.1a). Trục đá quay (n đ) và thực hiện cả chuyển động chạy dao dọc hoặc
chuyển động chạy dao ngang (fa, fr). Phương pháp này thường dùng để mài chi tiết
nhỏ, các mặt tròn xoay, các vật dễ gá trên mâm cặp.


6
- Cách thứ hai: chi tiết đươc gá cố định trên bàn máy (hình 1.1b). Trục mang

đá thực hiện tất cả các chuyển động gồm: chuyển động quay tròn của đá (n đ),
chuyển động chạy dao dọc hoặc ngang (f a, fr) và chuyển động hành tinh (nht) của đá
xung quanh tâm lỗ gia công để cắt hết bề mặt chu vi lỗ. Thực chất chuyển động
hành tinh của đá ở cách thứ hai là thay cho chuyển động quay tròn của chi tiết gia
công của cách thứ nhất. Cách thứ hai này thuận tiện khi gia công các chi tiết lớn
như thân động cơ, các loại hộp, các chi tiết cồng kềnh.
1.1.2. Trục mang đá của đá mài lỗ
Trục mang đá (quill) có công dụng đưa đá mài tiếp cận đến vùng cắt. Do trục
chính của máy mài thường được thiết kế theo tiêu chuẩn nên trục mang đá có độ tùy
biến cao và giúp mở rộng công năng của trục chính. Kết cấu trục mang đá ảnh
hưởng nhiều đến độ cứng vững của đá mài, do đó làm ảnh hưởng tới độ chính xác
gia công.
a. Kết cấu trục mang đá gắn với trục chính
Có 2 phương pháp gắn trục mang đá với trục chính và phụ thuộc vào thiết kế
trục chính gồm: gắn bằng ren và gắn bằng bề mặt côn (hình 1.3). Loại trục mang đá
gắn với trục chính bằng ren là loại rất phổ biến nhất.

8
- Đường kính trục mang đá: đường kính trục mang đá nên chọn lớn nhất có thể

để vừa đảm bảo độ cứng vừa tăng được tuổi thọ của đá mài.
- Độ cứng vững: độ cứng vững hợp lý được xác định [44] như sau:

Stiff

(1.1)
2

E – Modul đàn hồi của vật liệu làm trục mang đá (N/mm )
Trong đó:

D – Đường kính trục mang đá (mm)
L – Chiều dài trục mang đá (mm).

1.1.3. Vị trí và vai trò của nguyên công mài lỗ trong quy trình công nghệ
Trong quy trình công nghệ gia công các chi tiết lỗ sau nhiệt luyện, mài và tiện
cứng là hai phương pháp gia công thường được các nhà công nghệ lựa chọn. Việc
lựa chọn phương pháp gia công nào phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm cũng như
ưu nhược điểm của từng phương pháp gia công. Trong hình 1.5, các bước gia công
thô, gia công tinh khi gia công bề mặt lỗ có thể lựa chọn tiện hoặc mài. Thông
thường tiện được lựa chọn cho gia công thô còn phương pháp mài được chọn là
phương pháp gia công tinh lần cuối [17].

Hình 1.5. Các lựa chọn cho quá trình gia công tinh bề mặt lỗ [17]
Với mỗi phương pháp gia công tinh lần cuối (mài lỗ, tiện cứng) đều có những
ưu nhược điểm khác nhau. Không có phương pháp nào là có lợi thế tuyệt đối, thay
vào đó mỗi phương pháp sẽ có những ưu nhược điểm bổ trợ cho nhau như bảng 1.1.

lk

Trong đó:


(1.2)