nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài thép không gỉ trên máy mài tròn ngoài

Trường Đại học KTCN  1  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP






PHẠM NGỌC DUY


NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT
ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHÔNG GỈ
TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. TRẦN MINH ĐỨC



THÁI NGUYÊN 2010
Trường Đại học KTCN  2  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
****************************

THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT
ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHÔNG GỈ
TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI

Học viên : Phạm Ngọc Duy
Lớp : CHK11 CTM
Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy
Ngƣời HD khoa học : TS. Trần Minh Đức

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN

TS. Trần Minh Đức Phạm Ngọc Duy

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC BGH TRƢỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



THÁI NGUYÊN 2010

Trường Đại học KTCN  3  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




LỜI CẢM ƠN

Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn
chân thành tới TS. Trần Minh Đức- người Thầy đã tận tình hướng dẫn tôi
trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tiếp theo Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa đào tạo sau đại học, Khoa Cơ khí và bộ môn
Chế tạo máy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập,
nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này.
Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua.

Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả



Phạm Ngọc Duy












Trường Đại học KTCN  4  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác. Trừ
những phần tham khảo đã được ghi rõ trong Luận văn.



Tác giả




Phạm Ngọc Duy









Trường Đại học KTCN  5  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI THÉP KHÔNG GỈ 14
1.1. Đặc điểm và ứng dụng của thép không gỉ 14
1.1.1. Đặc điểm chủ yếu của thép không gỉ 14
1.1.2. Phân loại, ký hiệu và ứng dụng 15
1.1.3. Tính gia công của thép không gỉ 16
1.2. Tổng quan về công nghệ mài, chất lượng bề mặt, lực và rung động khi mài 18
1.2.1. Tổng quan về công nghệ mài 18
1.2.1.1. Đặc điểm của quá trình mài 18
1.2.1.2. Khả năng công nghệ của mài 19
1.2.1.3. Quá trình tạo phoi khi mài 23
1.2.2. Chất lượng bề mặt sau mài 26
1.2.2.1. Nhám bề mặt 26
1.2.2.2. Sóng bề mặt 27
1.2.2.3. Tính chất cơ lý lớp bề mặt 27
1.2.2.4. Cấu trúc tế vi lớp bề mặt sau mài 29
1.2.3. Lực cắt khi mài 29
1.2.4. Nhiệt cắt khi mài 31
1.2.5. Rung động khi mài 33
1.2.6. Đặc điểm về mài thép không gỉ 34
1.2.6.1. Tạo phoi 34
1.2.6.2. Lực cắt khi mài 36
1.2.6.3. Mòn đá 37
1.2.6.4. Nhiệt cắt 40
1.2.7. Mô hình quá trình mài 40
1.2.8 .Khái quát về các công trình nghiên cứu và định hướng nghiên cứu 42
Trường Đại học KTCN  6  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


1.2.8.1. Khái quát về các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực mài 42
1.2.8.2. Định hướng nghiên cứu 43
1.2.9. Kết luận chương I 44
Chƣơng 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT
GIA CÔNG 45
2.1. Giới thiệu 45
2.2. Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 45
2.2.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt và sóng bề mặt 45
2.2.1.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt 45
2.2.1.2. Ảnh hưởng đến sóng bề mặt 52
2.2.2. Ảnh hưởng đến tính chất cơ lý lớp bề mặt 53
2.2.2.1. Độ cứng lớp bề mặt 53
2.2.2.2. Trạng thái ứng suất dư lớp bề mặt 55
2.3. Chất lượng bề mặt khi mài thép không gỉ 57
2.4. Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công 58
2.4.1. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt gia công 58
2.4.2. Phương pháp đánh giá độ cứng lớp bề mặt của vật liệu gia công 58
2.4.3. Phương pháp đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 59
2.4.4. Các phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công 59
2.5. Các hướng nghiên cứu về mài và giới hạn vấn đề nghiên cứu 60
2.5.1. Các hướng nghiên cứu về mài 60
2.5.2. Giới hạn vấn đề nghiên cứu 61
2.6. Kết luận chương 2 62
Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 63
3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 63
3.1.1. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm 63

3.1.2. Quy hoạch thực nghiệm và mô hình hồi quy thực nghiệm 64
Trường Đại học KTCN  7  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


3.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 67
3.2.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm 67
3.2.2. Mô hình thí nghiệm 67
3.2.3. Hệ thống công nghệ 68
3.2.3.1. Máy mài 68
3.2.3.2. Đá mài 69
3.2.3.3. Phôi liệu 70
3.2.3.4. Dụng cụ sửa đá 70
3.2.3.5. Dung dịch trơn nguội 70
3.2.3.6. Thiết bị đo 70
3.3. Xác định điều kiện biên 72
3.4. Xử lý số liệu thực nghiệm 72
3.4.1. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm, quá trình thí nghiệm 72
3.4.1.1. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm 72
3.4.1.2 Quá trình thí nghiệm 74
3.4.2. Xử lý số liệu thực nghiệm 75
3.4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt 75
3.4.2.2. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến hình thái bề mặt gia công 79
3.5. Thảo luận kết quả 82
3.6. Kết luận chương 3 83
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

Trường Đại học KTCN  8  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị
n
đ
Tốc độ quay của đá mài
Vòng/ph
S
d
Lượng chạy dao dọc
m/ph
S
n

Lượng chạy dao ngang
mm/HTĐ
a
z

Chiều sâu cắt của một hạt mài
mm
b
z

Chiều rộng phoi cắt
mm
t
Chiều sâu cắt khi mài
mm
b
Chiều rộng mài
mm
B
Chiều rộng của đá mài
mm
D
đ
Đường kính của đá mài
mm

đ

Tốc độ của đá mài
m/s
L
c
Chiều dài cung tiếp xúc tĩnh
mm
D
e
Đường kính tương đương
mm
h
max

Chiều dày phoi không biến dạng lớn nhất
mm
h
tđ
Chiều dày phoi tương đương
mm
Q
w
Tốc độ bóc vật liệu
mm
3
/s
Q
’
w

Tốc độ bóc vật liệu trên 1 đơn vị bề rộng mài
mm
3
/s.m
P
iz
TP lực cắt theo phương tiếp tuyến tác dụng lên 1 hạt mài
N
P
iy
TP lực cắt theo phương pháp tuyến tác dụng lên 1 hạt mài
N
P
z

Thành phần lực cắt tiếp tuyến
N
P
y

Thành phần lực cắt pháp tuyến
N
R
a
, R
z
, R
t
Thông số đánh giá độ nhám bề mặt gia công
m
K
p
= P
y
/P
z
Hệ số lực cắt

N
Công suất mài
W
u
Năng lượng riêng khi mài
J/mm
3

K
c
Hệ số khả năng cắt của đá mài
mm
3
/s.N
G
Hệ số mài

T
Tuổi bền của đá mài
phút
T
m
Nhiệt độ mài
0
C
S
sđ
Lượng chạy dao dọc khi sửa đá
m/ph
t
sđ

Chiều sâu cắt khi sửa đá
mm
x
i
Giá trị mã hoá của các thông số vào

g
Gia tốc
m/s
2

Trường Đại học KTCN  9  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim [9] 31
Bảng 2.1 Số lượng hạt mài trong một mm
2
bề mặt đá 48
Bảng 3.1 Tỷ lệ các nguyên tố của thép SUS304 70
Bảng 3.2 Ma trận thực nghiệm 73
Bảng 3.3 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt
khi mài thép SUS304 bằng đá Al
2
O
3
. 74



Trường Đại học KTCN  10  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn ngoài 21
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn trong 22
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng 23
Hình 1.4. Các dạng có thể có của lưỡi cắt 24
Hình 1.5. Quá trình tạo phoi khi mài 25
Hình 1.6. Sự hình thành độ nhám bề mặt mài [9] 26
Hình 1.7 Cấu trúc lớp bề mặt mài [12] 28
Hình 1.8 Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài 32
Hình 1.9 Rung động gây ra sóng bề mặt gia công [9]. 33
Hình 1.10 Sơ đồ tạo phoi khi mài 34
Hình 1.11 Sơ đồ thoát phoi khi mài 35
Hình 1.12 Hạt mài găm vào bề mặt chi tiết 35
Hình 1.13 Sơ đồ phân bố lực 36
Hình 1.14 Biến dạng của chi tiết khi mài 37
Hình 1.15 Hiện tượng phoi dính bám lên bề mặt hạt mài 37
Hình 1.16. Biến dạng dẻo trên chi tiết gia công và trên bề mặt đá 38
Hình 1.17. Hiện tượng nứt tế vi trên hạt mài và chất dính kết 38
Hình 1.18 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công 39
Hình 1.19 Lượng mòn hướng kính và mòn góc đá mài 39
Hình 1.20 Lượng mòn của hạt mài 39
Hình 1.21 Mô hình hoá quá trình mài tròn ngoài 30
Hình 2.1 Quá trình hình thành nhám bề mặt khi mài 46
Hình 2.2 Sự tạo sóng trên bề mặt gia công khi mài 52
Hình 2.3 Sự thay đổi độ cứng lớp bề mặt khi mài thép gió 54
Hình 2.4 Quan hệ giữa lực cắt và nhám bề mặt 57

Trường Đại học KTCN  11  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Hình 3.1 Mô hình hệ thống thí nghiệm 68
Hình 3.2 Đá mài Cn46.TB1.G.V1.400x40x203.35 69
Hình 3.3. Mẫu phôi thí nghiệm 70
Hình 3.4 Ảnh Máy đo nhám Mittutoyo SJ-201 71
Hình 3.5 Máy kính hiển vi điện tử HITACHI S4800 71
Hình 3.6 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm 73
Hình 3.7 Thí nghiệm gia công trên máy mài tròn ngoài 3Б153 75
Hình 3.8 Phương trình hàm hồi quy thực nghiệm 77
Hình 3.9 Đồ thị quan hệ giữa nhám bề mặt R
a
; R
t
với lượng chạy dao S và
chiều sâu mài t khi mài thép không gỉ SUS304 78
Hình 3.10. Ảnh SEM bề mặt khi mài thép SUS304 bằng đá mài Hải Dương
Cn60.TB
1
.G.V
1
400x40x203.35m/s dung dịch trơn nguội emulxi nồng
độ 4% 81

Trường Đại học KTCN  12  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong nhưng năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học
kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp phát triển. Trong lĩnh vực cơ khí
chế tạo máy các sản phẩm cơ khí cũng yêu cầu chất lượng ngày càng cao. Để
nâng cao chất lượng sản phẩm:
Một mặt người ta sử dụng ngày càng nhiều các loại vật liệu có cơ tính
tốt, thép không gỉ hoặc thép chậm gỉ là một trong những loại vật liệu đó. Với
thành phần các bon và hợp kim chủ yếu:  0.1- 0.4 %C , >13%Cr, thì đây là
loại thép rất dẻo, dễ uốn, dễ hàn, bền, chống ăn mòn tốt trong khoảng nhiệt độ
rộng. Nên loại vật liệu này được sử dụng khá rộng rãi và rất thích hợp trong
các ngành hoá chất, dụng cụ mổ trong ngành y học, khuôn mẫu, đồ trang sức,
các loại ốc vít không gỉ, ổ bi chống ăn mòn, đồ gia dụng, bình chứa, ống công
nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài các công trình xây dựng Tuy

nhiên do độ cứng không cao nên đây là loại vật liệu rất khó gia công.
Mặt khác bên cạnh chọn vật liệu tốt người ta phải nâng cao độ chính
xác và chất lượng bề mặt khi gia công để nâng cao chất lượng của sản phẩm.
Độ chính xác và chất lượng bề mặt lại phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp
gia công lần cuối. Trong đó mài là một trong những phương pháp gia công lần
cuối cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Vì vậy việc nghiên cứu điều
khiển quá trình cắt khi mài là rất cần thiết.
Các vấn đề cần nghiên cứu để điều khiển quá trình mài là rất rộng. Tuy
nhiên chế độ cắt khi mài là một trong những yếu tố ảnh hưởng quyết định đến
hiệu quả của quá trình mài, trong khi ở Việt Nam và trên thế giới các công trình
nghiên cứu về mài còn chưa nhiều, đặc biệt với mài thép không gỉ hoặc chậm gỉ
có rất ít các công trình nghiên cứu. Từ những phân tích trên thấy rằng đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài
thép không gỉ trên máy mài tròn ngoài ”, là rất cần thiết và cấp bách.
Trường Đại học KTCN  13  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


2. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến hiệu quả của quá trình mài
các loại thép không gỉ từ đó xác định được chế độ cắt hợp lý khi mài thép
không gỉ. Kết quả sẽ đưa ra được các chỉ dẫn công nghệ về lựa chọn chế độ
cắt hợp lý khi mài các loại thép này.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là
nghiên cứu thực nghiệm.
3. Đối tƣợng nghiên cứu

Vật liệu gia công: Thép không gỉ: SUS304 thường hóa có HB 187
Máy: 3
Б
153
Đá mài Hải Dương: Cn46.TB1.G.V1.400x203x50 m/s
Phương pháp mài: Mài tròn ngoài chạy dao dọc
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học:
+ Bổ sung lý về mài các vật liệu khó gia công đặc biệt là thép không gỉ.
+ Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của nhám bề mặt (R
a
), với
các thông số của chế độ cắt (S
d
, t) khi mài dưới dạng các hàm thực nghiệm.
+ Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ưu hoá quá trình mài.
- Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt khi
mài các loại thép không gỉ tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam để nâng cao độ
chính xác, và chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
5. Nội dung của luận văn
Kết cấu của luận văn bao gồm ba chương và phần kết luận chung:
Chương 1: Tổng quan về mài thép không gỉ
Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu
Kết luận chung và thảo luận kết quả
Trường Đại học KTCN  14  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ MÀI THÉP KHÔNG GỈ
1.1. Đặc điểm và ứng dụng của thép không gỉ
1.1.1. Đặc điểm chủ yếu của thép không gỉ
Trong ngành luyện kim, thuật ngữ thép không gỉ được dùng để chỉ một
dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crôm. Tên gọi là "thép không gỉ"
nhưng thật ra nó chỉ là hợp kim của sắt không bị biến màu hay bị ăn mòn dễ
dàng như là các loại thép thông thường khác. Vật liệu này cũng có thể gọi là
thép chống ăn mòn.
Khả năng chống lại sự oxy hoá từ không khí xung quanh ở nhiệt độ
thông thường của thép không gỉ có được nhờ vào tỷ lệ crôm có trong hợp kim
(nhỏ nhất là 10.5% và có thể lên đến 26% trong trường hợp làm việc trong
môi trường làm việc khắc nghiệt). Trạng thái bị oxy hoá của crôm thường là
crôm ôxit(III). Khi crôm trong hợp kim thép tiếp xúc với không khí thì một
lớp crôm III oxit rất mỏng xuất hiện trên bề mặt vật liệu; lớp này mỏng đến
mức không thể thấy bằng mắt thường, có nghĩa là bề mặt kim loại vẫn sáng
bóng. Tuy nhiên, chúng lại hoàn toàn không tác dụng với nước và không khí
nên bảo vệ được lớp thép bên dưới. Hiện tượng này gọi là sự oxi hoá chống gỉ
bằng kỹ thuật vật liệu. Có thể thấy hiện tượng này đối với một số kim loại
khác như ở nhôm và kẽm.
Bên cạnh crôm, niken cũng như mô-lip-đen và nitơ cũng có tính năng
oxi hoá chống gỉ tương tự. Niken (Ni) là thành phần thông dụng để tăng
cường độ dẻo, dễ uốn, tính tạo hình của thép không gỉ. Mô-lip-đen (Mo) làm
cho thép không gỉ có khả năng chịu ăn mòn cao trong môi trường axit. Nitơ
(N) tạo ra sự ổn định cho thép không gỉ ở nhiệt độ âm (môi trường lạnh).
Các đặc tính của nhóm thép không gỉ có thể được nhìn dưới góc độ so
sánh với họ thép cacbon thấp. Về mặt chung nhất, thép không gỉ có:
Trường Đại học KTCN  15  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


 Tốc độ hóa bền rèn cao
 Độ dẻo cao hơn, chịu mài mòn cao
 Độ cứng thấp và độ bền cao
 Độ bền nóng cao
 Chống chịu ăn mòn cao
 Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt
 Phản ứng từ kém (chỉ với thép austenit)
Là thép chống ăn mòn hóa học cao, chống oxy hóa, chịu mài mòn cao
(thép này thường chế tạo bằng cách giảm hàm lượng cacbon và tăng hàm
lượng Crôm và Niken, có một số loại thêm thành phần Titan).
1.1.2. Phân loại, ký hiệu và ứng dụng
Thực tế có khoảng hơn 150 loại thép không gỉ có thành phần khác
nhau, mỗi loại được tạo ra để phục vụ các ứng dụng cụ thể. Sự tham gia khác
nhau của các thành phần crôm, niken, mô-lip-đen, ni tơ dẫn đến các cấu trúc
tinh thể khác nhau tạo ra tính chất cơ lý khác nhau của thép không gỉ.
Thép không gỉ có khả năng chống sự oxy hoá và ăn mòn rất cao, tuy
nhiên sự lựa chọn đúng chủng loại và các thông số kỹ thuật của chúng để phù
hợp vào từng trường hợp cụ thể là rất quan trọng.
Thép không gỉ có những loại cơ bản sau:
Austenitic là loại thép không gỉ thông dụng nhất. Thuộc dòng này có
thể kể ra các mác thép SUS 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310s… Loại này
có chứa tối thiểu 7% ni ken, 16% crôm, carbon (C) 0.08% max. Thành phần
như vậy tạo ra cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn cao trong phạm vi
nhiệt độ khá rộng, không bị nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn, dễ hàn. Loai thép
này được sử dụng nhiều để làm đồ gia dụng, bình chứa, ống công nghiệp, tàu
thuyền công nghiệp, vỏ ngoài kiến trúc, các công trình xây dựng khác…

Trường Đại học KTCN  16  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Ferritic là loại thép không gỉ có tính chất cơ lý tương tự thép mềm,
nhưng có khả năng chịu ăn mòn cao hơn thép mềm (thép carbon thấp). Thuộc
dòng này có thể kể ra các mác thép SUS 430, 410, 409 Loại này có chứa
khoảng 12% - 17% crôm. Loại này, với 12%Cr thường được ứng dụng nhiều
trong kiến trúc. Loại có chứa khoảng 17%Cr được sử dụng để làm thiết bị
dược phẩm, đồ gia dụng, nồi hơi, máy giặt, các kiến trúc trong nhà
Austenitic-Ferritic (Duplex) Đây là loại thép có tính chất “ở giữa”
loại Ferritic và Austenitic có tên gọi chung là DUPLEX. Thuộc dòng này có
thể kể ra LDX 2101, SAF 2304, 2205, 253MA. Loại thép duplex có chứa
thành phần Ni ít hơn nhiều so với loại Austenitic. DUPLEX có đặc tính tiêu
biểu là độ bền chịu lực cao và độ mềm dẻo được sử dụng nhiều trong ngành
công nghiệp hoá dầu, thiết bị dược, sản xuất giấy, bột giấy, chế tạo tàu biển
Trong tình hình giá thép không gỉ leo thang do ni ken khan hiếm thì dòng
DUPLEX đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn để thay thế cho một số
mác thép thuộc dòng thép Austenitic như SUS 304, 304L, 316, 316L, 310s…
Martensitic Loại này chứa khoảng 11% đến 13% Cr, có độ bền chịu
lực và độ cứng tốt, chịu ăn mòn ở mức độ tương đối. Được sử dụng nhiều để
chế tạo cánh tuabin, lưỡi dao
1.1.3. Tính gia công của thép không gỉ
Thép không gỉ có tính dẻo cao nên rất khó khăn cho việc gia công bằng
cắt gọt. Cụ thể là khi gia công các loại thép này góc tạo phoi nhỏ, diện tích
tiếp xúc giữa mặt trước của dụng cụ cắt với phoi lớn, phát sinh nhiệt và lực
cắt lớn, ma sát khốc liệt; lượng vật liệu gia công bị biến dạng lớn từ đó cũng
phát sinh lực cắt và nhiệt cắt lớn trong quá trình gia công.

Khi gia công thép không gỉ, tính gia công bị ảnh hưởng lớn bởi những
đặc tính sau:
- Độ bền kéo tương đối cao
Trường Đại học KTCN  17  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- Tính dẻo cao
- Mức độ bị biến cứng do biến dạng nguội lớn, đặc biệt là thép không gỉ austenit
Các nhân tố này giải thích cho xu hướng của vật liệu trong việc hình
thành lẹo dao trên dụng cụ cắt trong quá trình gia công bằng các phương
pháp gia công truyền thống. Phoi được tách bỏ trong quá trình gia công tác
động một áp lực lớn lên đầu dụng cụ, áp lực này khi kết hợp với nhiệt độ
cao tại vùng tiếp xúc giữa dao và phoi gây ra quá trình hàn áp lực của các
phần phoi lên dụng cụ. Thêm vào đó tính dẫn nhiệt thấp của thép không gỉ
đóng góp vào sự liên tục của lẹo dao.
Những khó khăn liên quan đến quá trình gia công thép không gỉ có thể
giảm thiểu bằng quan sát những điểm sau:
Để tránh rung động, dụng cụ và đồ gá phải càng cứng vững càng tốt.
Phôi hay dao không nên có kết cấu không liên tục. Lời khuyên này được áp
dụng cho các loại dao tiện khoan và tarô.
Để tránh bị biến cứng bề mặt, chai cứng phôi, đặc biệt với loại thép
không gỉ austenit, phải duy trì bước tiến dương. Trong một số trường hợp nên
tăng bước tiến và giảm tốc độ. Nên tránh hiện tượng dừng, cắt không liên tục
hay tiến hành cắt các lớp mỏng liên tiếp.
Tốc độ cắt thấp hơn có thể là cần thiết, đặc biệt cho hợp kim austenit
tiêu chuẩn, thép không gỉ biến cứng bằng hoá già ở nhiệt độ thấp
(precipitation hardening). Tốc độ cắt quá cao gây mòn hoặc hỏng dao và phải

dừng quá trình để mài lại hay thay dao. Tốc độ cắt thấp hơn với tuổi bền dao
cao hơn thường cho năng suất cao hơn và giảm chi phí.
Dụng cụ, bằng cả thép gió và hợp kim cứng, phải sắc với bề mặt có độ
bóng cao để giảm ma sát với phoi. Lưỡi cắt sắc tạo ra chất lượng bề mặt cao
nhất và cho tuổi bền dao lớn nhất. Để tạo ra lưỡi cắt tót nhất trên thép không
gỉ, nên mài thô bằng đá cỡ hạt 60 sau đó mài bóng bằng đã cỡ hạt 120 và 150.
Mài nghiền thậm chí còn cho chất lượng bề mặt cao hơn.
Trường Đại học KTCN  18  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Dung dịch trơn nguội phải được lựa chọn hay thay đổi để cho quá trình
bôi trơn và làm nguội phù hợp. Dung dịch trơn nguội phải được đưa vào vùng
cắt với tốc độ phù hợp để tránh quá nhiệt.
1.2. Tổng quan về công nghệ mài, chất lƣợng bề mặt, lực và rung động
khi mài
1.2.1. Tổng quan về công nghệ mài
1.2.1.1. Đặc điểm của quá trình mài
Mài là một phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao bằng một số lượng
lớn các lưỡi cắt rất bé của hạt mài. Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài
bằng chất dính kết.
So với các phương pháp gia công cắt gọt bằng các dụng cụ cắt có lưỡi
cắt xác định, mài có một số đặc điểm sau:
- Đá mài là dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt, gồm các
hạt mài được liên kết với nhau bằng chất dính kết. Các hạt mài có hình dáng rất
khác nhau, sự phân bố của chúng trong đá mài rất ngẫu nhiên nên các thông số
hình học của lưỡi cắt thường không hợp lý, không thuận lợi cho quá trình cắt.
Thường góc trước  < 0, góc sắc  > 90

0
và có bán kính  ở các lưỡi cắt.
- Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường V = 30 - 35 m/s hoặc có thể lớn
hơn 100 m/s. Tiết diện phoi mài ra rất bé.
- Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục, các hạt mài nằm tách biệt
trên mặt đá và cắt ra các phoi riêng biệt. Do đó có thể coi quá trình mài là một
quá trình cạo xước liên tục bề mặt gia công.
- Do tốc độ cắt cao, thông số hình học của lưỡi cắt không hợp lý nên
nhiệt độ cắt khi mài rất cao, có thể đến 1000 - 1500
0
C.
- Các hạt mài có độ cứng, độ giòn cao, độ bền nhiệt cao nên nó có khả
năng gia công được các loại vật liệu có độ bền, độ cứng cao như: thép đã tôi,
hợp kim cứng, thép bền nhiệt .v.v.
Trường Đại học KTCN  19  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- Các hạt mài có độ giòn cao nên trong quá trình mài, đá mài có khả
năng tự mài sắc một phần.
- Do cấu trúc hình học tế vi bề mặt đá rất phức tạp, sự sắp xếp hạt mài,
sự tạo các lưỡi cắt trên hạt mài là ngẫu nhiên nên việc điều khiển quá trình
mài gặp nhiều khó khăn.
Khi mài một phần phoi sẽ được dung dịch trơn nguội cuốn trôi, phần
còn lại chèn vào khe hở giữa các hạt mài và bị mắc lại ở đó làm giảm chiều
cao nhô ra của các hạt mài. Sau một thời gian mài các hạt mài sẽ bị cùn dần
khả năng ăn sâu vào vật liệu gia công giảm do đó lực cắt tăng lên khả năng
cắt của đá bị suy giảm.

Quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt, tạo ra phoi rất nhỏ nên
mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao. Vì vậy mài
thường được dùng cho gia công tinh và thường được bố trí ở nguyên công gia
công lần cuối trong quy trình công nghệ. Hiện nay phương pháp mài được sử
dụng khá phổ biến trong ngành chế tạo máy. Trong tổng số máy công cụ máy
mài chiếm khoảng 30%, còn trong một số ngành đặc biệt như chế tạo vòng bi
máy mài chiếm tới 60%.
Mài không chỉ dùng trong gia công tinh mà ngày nay được sử dụng
ngày càng nhiều ở nguyên công gia công phá, gia công thô và gia công những
loại vật liệu khó gia công. Độ chính xác, năng suất và chất lượng gia công đòi
hỏi ngày một cao thì mài càng được quan tâm nghiên cứu và sử dụng rộng rãi.
1.2.1.2. Khả năng công nghệ của mài
Mài có thể gia công được hầu hết các dạng bề mặt: Mặt trụ ngoài, mặt
trụ trong, mặt phẳng, mặt định hình v.v

V
n
S
n
d
n
ct
Trường Đại học KTCN  20  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

V
n
ct
n
d
b)
n
ct
d

n
S
n
c)
Trường Đại học KTCN  21  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


n
ct
d
n
S
x

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn ngoài
a,b-Mài có tâm chạy dao dọc c- Mài có tâm chạy dao ngang
d- Mài có tâm chạy dao xiên e- Mài không tâm chạy dao dọc









d)
v
v
v
n
n
n
n
®d
ct
®
r
s
®d

ct

e)
n
®
n
ct
S
n
S
d
a)
n
®
n
S
d
S
n
ht
b)
ct
n
®
n
®d
n
d
S
Sn
Trường Đại học KTCN  22  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


a
b
V
b
n
b
®
n
Sd
Sd
Sn
Sn
n
d
n
d
®
®

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn trong
a,b- Mài tròn trong có tâm; c- Mài không tâm lỗ trụ; d- Mài không tâm lỗ côn















S
d
d)
®
n
®
n
a
b
n
®

Sn
V
b
n
®
b
n
Sn
c)
d)
Trường Đại học KTCN  23  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên









Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng
a, b- Mài phẳng bằng chu vi đá
c, d, e- Mài phẳng bằng mặt đầu đá
Ngoài ra mài còn có khả năng gia công được những chi tiết khó định vị
và kẹp chặt như: Xéc măng, viên bi v.v (hình 1.3e).
Mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao: Khi mài
tinh có thể đạt cấp chính xác 5 - 6, nhám bề mặt R

a
=0,1 - 0,2 m. Mài có khả
năng gia công được hầu hết các loại vật liệu nhất là các loại vật liệu mới có cơ
lý tính cao (độ bền, độ cứng, độ chịu nhiệt, chịu mài mòn). Lĩnh vực ứng
dụng khác mà không có phương pháp nào cạnh tranh được với mài là trong
gia công tạo hình các loại vật liệu đặc biệt cứng hoặc đặc biệt giòn.Trong sản
xuất các chi tiết thép tôi như dụng cụ cắt, ổ lăn… mài có thể gia công khá dễ
dàng trong khi các phương pháp gia công truyền thống khác gặp khó khăn. Vì
vậy mài ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng.
1.2.1.3. Quá trình tạo phoi khi mài
Các hạt mài có độ cứng tế vi cao hơn nhiều so với độ cứng của vật liệu
chi tiết gia công. Các hạt mài có đặc điểm là rất giòn nên trong quá trình cắt,
chúng thường vỡ vụn thành nhiều mảnh có hình dáng bất kỳ và nhiều cạnh
sắc. Các hạt mài được phân bố trong chất dính kết ngẫu nhiên. Do có nhiều
Trường Đại học KTCN  24  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


lưỡi cắt có hình dáng bất ký và các lưỡi cắt luôn thay đổi trong quá trình mài
nên việc theo dõi hình dáng của từng lưỡi cắt phải mất rất nhiều công sức.
Để có thể hiểu được hình dáng của một lưỡi cắt, chúng ta cần xác định
mặt cắt của dao bằng thống kê. Sau đó mô tả hình dáng, kích thước của hạt
mài một cách trung bình. Trên hình 1.4 là hai mặt cắt đặc trương của hạt mài.

Hình 1.4 Các dạng có thể có của lưỡi cắt
Hình 1.4a mô tả mặt cắt trung bình của lưỡi cắt tương tự khi gia công
bằng dao có lưỡi cắt xác định (tiện, phay…). Lưỡi cắt có hình dạng là cung
tròn có bán kính


cắt với chiều dày cắt phoi
z
a
.
Độ sắc của lưỡi
s
- được định nghĩa như sau:

z
a
s 
(1.1)
Các dạng có thể có của lưỡi cắt:
Dạng I: Giống với dạng lưỡi cắt của dụng cụ có lưỡi cắt xác định với
góc trước

; góc sau

(hình 1.4b).
Dạng II: Trên đỉnh lưỡi cắt có diện tích mòn
m

với chiều dài trung bình
của diện tích mòn là
m
L
. Có thể coi diện tích mòn là một phần của mặt sau và ma
sát của mặt này tương tự ma sát trên mặt sau của dao tiện (hình 1.4c).
Các nghiên cứu đều cho rằng, các lưỡi cắt chỉ bền vững khi

 0

.
Thường

có thể đặt đến giá trị
80
.
Quá trình tạo phoi khi mài được mô tả trên hình 1.5.
Trường Đại học KTCN  25  Luận văn Thạc sĩ
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Phạm Ngọc Duy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Hình 1.5 Quá trình tạo phoi khi mài
Do mũi dao có bán kính

và do góc ăn tới của lưỡi cắt

nhỏ nên giai
đoạn đầu không tạo phoi mà vật liệu gia công bị biến dạng đàn hồi, biến dạng
dẻo, bị đẩy sang hai bên của lưỡi cắt hoặc chảy qua mặt dưới của lưỡi cắt
sang mặt sau của hạt mài.
Khi lưỡi cắt tiếp tục ăn sâu vào chi tiết thì chiều dày phoi
z
a
tương ứng
với chiều sâu vết cắt

t
và lúc này bắt đầu tạo phoi. Tiếp theo là quá trình tạo
phoi, dồn ép kim loại gây biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi xảy ra đồng thời.
Do vậy chiều dày phoi thực tế
'
z
a
nhỏ hơn chiều sâu cắt thực tế
t
.
Các nghiên cứu cho thấy rằng
'
z
a
,
t
phụ thuộc vào hình dáng hình học
của lưỡi cắt, vào góc tác dụng

, vào vận tốc cắt
d
v
. Ngoài ra
'
z
a
còn phụ
thuộc vào các yếu tố khác như: các thành phần của lực cắt, vào cơ lý tính của
vật liệu gia công. Khi lưỡi cắt bị mòn (


lớn), góc

nhỏ thì biến dạng vật
liệu tăng lên mặc dù
t
lớn nhưng
'
z
a
vẫn nhỏ. Khi tăng
c
v
có ma sát giữa lưỡi
cắt và bề mặt mài thì
'
z
a
tăng.