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

- 1 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP





LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY




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









ĐỖ MẠNH CƢỜNG

THÁI NGUYÊN, 2010
- 2 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




ĐỖ MẠNH CƢỜNG


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

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
















Thái Nguyên, 2010
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC




TS. Trần Minh Đức
HỌC VIÊN

Đỗ Mạnh Cƣờng
KHOA ĐÀO TẠO SĐH





BGH TRƯỜNG ĐHKTCN




PGS.TS. Nguyễn Đăng Hòe
- 3 -
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 nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong
Luận văn.

Tác giả


Đỗ Mạnh Cƣờng

- 4 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo - TS. Trần Minh Đức, người đã hướng
dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và
hoàn chỉnh Luận văn.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn ThS. Phạm Quang Đồng – Trưởng bộ môn Chế tạo
máy - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã giúp đỡ tận tình tác giả trong quá trình
thực hiện thí nghiệm.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các cô, các chú và các bạn đồng nghiệp phòng
Đào tạo, Khoa Sau đại học - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận
lợi để tác giả hoàn thành 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 ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và

các bạn đồng nghiệp.

Tác giả


Đỗ Mạnh Cƣờng








MỤC LỤC
Trang
- 5 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Danh mục các ký hiệu chính
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các hình vẽ
PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
1
2. Ý nghĩa của đề tài
1

3. Đối tượng, mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu
2
Chƣơng 1:
TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP MÀI
3
1.1. Đặc điểm của quá trình mài
3
1.2. Cơ sở vật lý của quá trình mài
4
1.2.1. Qúa trình tạo phoi khi mài
4
1.2.2. Lực cắt khi mài
7
1.2.3. Công suất cắt khi mài
9
1.2.4. Nhiệt cắt khi mài
9
1.2.5. Sự mài mòn của hạt mài và chất dính kết
11
1.2.6. Rung động khi mài
12
1.2.7. Chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài
13
1.2.7.1. Độ nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt
13
1.2.7.2. Độ sóng bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới độ sóng bề mặt
15
1.2.7.3. Sự thay đổi cấu trúc của lớp bề mặt mài và sự hình thành ứng
suất dư bề mặt
15

1.2.8. Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công
1.2.8.1. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt gia công
18
18
1.2.8.2. Phương pháp đánh giá độ cứng lớp bề mặt của vật liệu gia công
18
1.2.8.3. Phương pháp đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công
19
1.2.8.4. Các phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công
19
1.3. Kết luận chương 1
19
1.3.2. Khái quát về các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực mài
19
- 6 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.3.3. Định hướng nghiên cứu
21
Chƣơng 2:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ
SỬA ĐÁ ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI MÀI THÉP
KHÔNG GỈ
22
2.1. Topography của đá mài
22
2.1.1. Sửa đá
22
2.1.1.1. Dụng cụ sửa đá
22

2.1.1.2. Động lực học quá trình sửa đá
25
2.1.2. Định nghĩa, tính chất và ý nghĩa của Topography
2.1.2.1. Định nghĩa
27
27
2.1.2.2. Tính chất của Topography
27
2.1.2.3. Ý nghĩa của Topography
28
2.1.3. Các phương pháp đánh giá Topography của đá
28
2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến Topography
29
2.1.4.1. Ảnh hưởng của các thông số đặc trưng của đá mài
29
2.1.4.2. Ảnh hưởng của dụng cụ sửa đá
30
2.1.4.3. Ảnh hưởng của chế độ cắt khi sửa đá
31
2.1.5. Ảnh hưởng của Topography đến kết quả mài
32
2.1.5.1. Ảnh hưởng đến lực cắt
32
2.1.5.2. Ảnh hưởng đến độ mòn của đá
33
2.1.5.3. Ảnh hưởng đến độ nhấp nhô tế vi bề mặt
34
2.1.5.4. Ảnh hưởng đến nhiệt cắt
35

2.2. Thép không gỉ
35
2.2.1. Định nghĩa
35
2.2.2. Phân loại thép không gỉ
36
2.2.3. Phạm vi sử dụng
36
2.3. Cơ sở vật lý của quá trình mài thép không gỉ
37
2.3.1. Tạo phoi
37
2.3.2. Lực cắt
39
2.3.3. Nhiệt cắt
40
- 7 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2.3.4. Mòn đá
40
2.3.5. Chất lượng bề mặt
43
2.4. Giới hạn vấn đề nghiên cứu
43
2.5. Kết luận chương 2
44
Chƣơng 3:
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
45

3.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm
45
3.2. Hệ thống thí nghiệm
45
3.3. Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống
46
3.3.1. Máy mài
46
3.3.2. Đá mài
46
3.3.3. Dụng cụ sửa đá
46
3.3.4. Chi tiết gia công
46
3.3.5. Phương pháp mài
47
3.3.6. Dung dịch trơn nguội
47
3.4. Thiết bị đo nhám bề mặt
47
3.5. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm và ma trận thực nghiệm
47
3.6. Phương pháp tiến hành thực nghiệm
48
3.6.1. Phương pháp tiến hành thí nghiệm
48
3.6.2. Xử lý số liệu thí nghiệm
49
3.6.3. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của nhám bề mặt (Ra, Rt,) với chế
độ công nghệ sửa đá (Ssđ, tsđ)

52
3.6.4. Hình thái bề mặt gia công
53
3.7. Thảo luận kết quả
56
3.8. Kết luận chương 3
57
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
58
TÀI LIỆU THAM KHẢO
60
- 8 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

PHỤC LỤC
63

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH

Ký hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị
R
a

Sai lệch trung bình số học prôfin
m
R
t

Chiều cao biên dạng lớn nhất
m
V
ct
Tốc độ của chi tiết gia công
m/ph
V
đ
Tốc độ của đá mài
m/ph
t
Chiều sâu khi mài
mm
a
z

Chiều sâu cắt của hạt mài
mm
S
d

Lượng chạy dao dọc
m/ph
S
n

Lượng chạy dao ngang
mm/htđ
S
sđ

Lượng chạy dao dọc khi sửa đá
m/ph
t
sđ

Chiều sâu cắt khi sửa đá
mm/htđ













- 9 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

TT
Bảng số
Nội dung
Trang

1
1.1
Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng
hợp kim
10
2
2.1
Ảnh hưởng của các thông số đặc trưng của đá mài đến
Topography
30
3
3.1
Giá trị của S
sđ
, t
sđ
và kết quả đo của Ra,Rt tại các điểm thí
nghiệm
49

- 10 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TT
Hình số
Nội dung
Trang
1
1.1
Các dạng có thể có của lưỡi cắt
5
2
1.2
Quá trình tạo phoi khi mài
6
3
1.3

Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài
9
4
1.4
Sự mài mòn hạt mài và chất dính kết
11
5
1.5
Rung động gây ra sóng bề mặt gia công
12
6
1.6
Sự hình thành độ nhám bề mặt mài
13
7
1.7
Ảnh SEM bề mặt mài
14
8
1.8
Cấu trúc lớp bề mặt mài
16
9
2.1
Phân loại dụng cụ sửa đá kim cương
23
10
2.2
Sửa đá bằng bút chì kim cương
24

11
2.3
Sơ đồ lực cắt khi sửa đá
26
12
2.4
Ảnh hưởng của chiều sâu sửa đá t
sđ
đến nhiệt độ khi
27
13
2.5
Biên dạng bề mặt đá mài
29
14
2.6
Ảnh hưởng của dụng cụ sửa đá đến chiều cao biên dạng h
a

30
15
2.7
Ảnh hưởng của S
sd
khi sửa đá đến Topography
31
16
2.8
Ảnh hưởng của chế độ công nghệ sửa đá đến kết quả mài
33

17
2.9
Ảnh hưởng của V
’
w
và chế độ sửa đá đến P
hk

34
18
2.10
Ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến độ nhấp nhô tế vi bề mặt
R
a

34
19
2.11
Sơ đồ tạo phoi khi mài thép không gỉ
37
20
2.12
Bề mặt đá mài khi gia công thép không gỉ
37
21
2.13
Không gian chứa phoi của đá khi mài thép không gỉ
38
22
2.14

Bề mặt chi tiết gia công khi mài thép không gỉ
38
23
2.15
Các thành phần lực khi mài
39
24
2.16
Vùng cắt giữa đá mài và chi tiết gia công
41
25
2.17
Phoi bám dính lên bề mặt đá mài
41
- 11 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

26
2.18
Biến dạng dẻo xảy ra ở đá mài và chi tiết gia công
41
27
2.19
Các vết nứt của hạt mài và chất dính kết
42
28
2.20
Ảnh hưởng của thời gian gia công đến mòn
42
29

2.21
Mô hình tổng quát phương pháp nghiên cứu và mục đích
nghiên cứu
44
30
3.1
Mô hình hệ thống thí nghiệm
45
31
3.2
Mẫu phôi thí nghiệm
46
32
3.3
Ảnh Máy đo nhám Mittutoyo SJ-201
47
33
3.4
Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm và ma trận thực nghiệm
48
34
3.5
Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm
P
6

54
35
3.6
Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm

P
5

54
36
3.7
Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm
P
4

54
37
3.8
Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm
P
1

55
38
3.9
Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm
P
2

55
39
3.10
Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm
P
3

55






- 12 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đòi hỏi các
chi tiết máy, các máy móc phải có độ chính xác về kích thước, hình dáng hình học,
độ bền mỏi, độ bền nhiệt và khả năng chống mài mòn cao. Để đạt được các yêu cầu
đó một mặt người ta áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến (gia công bằng
dòng hạt mài, gia công bằng tia nước có hạt mài, gia công bằng siêu âm, gia công
bằng xung điện.v.v…) mặt khác người đã ta sử dụng các loại vật liệu có cơ, lý tính
tốt, chịu được mài mòn cao.v.v… thép không gỉ là một trong những loại vật liệu
đáp ứng được các yêu cầu đó. Do những ưu điểm nổi bật: độ dẻo dai cao, độ bền
nóng cao, khả năng chóng mài mòn cao và phản ứng từ kém cho nên thép không gỉ
đã được dùng rất nhiều trong công nghiệp như: Làm đồ gia dụng, bình chứa, chày,
cối, ống công nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài kiến trúc, các công trình
xây dựng, nồi hơi, máy giặt.v.v…
Với hàm lượng các bon thấp, hàm lượng Crôm, Niken và các nguyên tố hợp
kim khác cao do đó thép không gỉ là một loại vật liệu rất khó gia công đặc biệt là
gia công bằng phương pháp mài (gây ra hiện tượng bết, dính). Vì vậy gia công thép
không gỉ bằng phương pháp mài được rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước
quan tâm nghiên cứu, ở đây để gia công thép không gỉ bằng phương pháp mài tác

giả chọn hướng nghiên cứu về chế độ công nghệ sửa đá nhằm tạo ra bộ thông số
công nghệ sửa đá hợp lý từ đó sẽ nâng cao được khả năng cắt của đá, nâng cao được
tính linh hoạt của công nghệ mài, nâng cao được tuổi bền của đá mài, đáp ứng được
thực tiễn sản xuất ở nước ta hiện nay.
Để thực hiện được ý tưởng đã nêu tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh
hưởng của chế độ công nghệ sửa đá đến độ nhám bề mặt khi mài thép không gỉ
trên máy mài tròn ngoài”.
2. Ý nghĩa của đề tài
2.1. Ý nghĩa khoa học
- 13 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Xác lập được quan hệ giữa các thông số công nghệ sửa đá với độ nhám bề
mặt. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa quá trình mài.
- Đề tài sẽ bổ sung được một số kết quả nghiên cứu cơ bản về mài thép
không gỉ trong điều kiện kỹ thuật và công nghệ cụ thể ở Việt Nam.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Xuất phát từ điều kiện gia công cụ thể: Cặp đá mài – vật liệu gia công, hệ
thống công nghệ, chất lượng sản phẩm yêu cầu… sẽ chọn được chế độ công nghệ
sửa đá hợp lý nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.
3. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ sửa đá đến tính cắt của đá mài
phù hợp với việc mài các loại thép không gỉ từ đó xác định được chế độ sửa đá hợp
lý khi mài thép không gỉ. Kết quả sẽ đưa ra được các chỉ dẫn công nghệ về sửa đá
cụ thể khi mài các loại thép này.
4. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:
- Thép không gỉ SUS304.
- Đá mài Hải Dương: Cn40G-400x50x203x35m/s.
- Phương pháp mài: Mài tròn ngoài chạy dao dọc.

5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu
thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm.
6. Nội dung nghiên cứu
Nội dung chính dự kiến gồm 3 chương và phần kết luận chung
Chương 1. Tổng quan về phương pháp mài.
Chương 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ sửa đá đến chất
lượng bề mặt khi mài thép không gỉ.
Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý kết quả.
Phần kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài
- 14 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Chƣơng 1:
TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP MÀI
1.1. Đặc điểm của quá trình mài
Quá trình mài là quá trình cắt gọt vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao.
Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất dính kết. So với các phương pháp
gia công cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt xác định, phương pháp mài có một số
đặc điểm sau:
- Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời
tham gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình
dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có
nhiều lưỡi cắt, có bán kính  ở các lưỡi cắt và có góc cắt không thuận lợi cho điều
kiện cắt gọt: góc trước  < 0 và góc sắc  > 90
0
.
- Vận tốc cắt khi mài rất cao thường
3530
d

V
m/s, mài tốc độ cao vận tốc
có thể lên tới 120 m/s hoặc cao hơn.
- Nhiệt độ cắt khi mài rất cao do tốc độ cắt cao, nhiều hạt mài cùng tham gia
cắt, góc cắt không hợp lý, nhiệt độ ở vùng cắt khi mài có thể lên đến 1000
0
÷ 1500
0

C làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt.
- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ, số
lượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong một
phút), vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia công tạo
ra độ nhẵn bóng và độ chính xác cao.
- Hạt mài có độ cứng cao, độ bền nhiệt cao, quá trình cắt gọt không liên tục
nên có thể gia công được những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không gia
công được như thép tôi, hợp kim cứng.v.v… nhưng khi gia công những loại vật liệu
mềm gặp rất nhiều khó khăn.
- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: dưới tác dụng của tải
trọng cơ, nhiệt các hạt mài đã mòn bật ra khỏi bề mặt đá tạo điều kiện cho những
- 15 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

hạt mài mới tham gia vào quá trình cắt, ngoài ra một số hạt mài vỡ tạo thành những
lưỡi cắt mới.
- Lực cắt khi mài thường không lớn (trung bình vào khoảng 300N-400N) vì
tiết diện của phoi hạt mài rất bé. Thường P
y
= (1,5 ÷ 3) P
z

, lực P
x
bé hơn lực P
z
nhiều. Tuy nhiên công suất tiêu hao khi mài rất lớn vì tốc độ cắt khi mài rất cao [1].
- Do hiện tượng tự mài sắc cũng như không thể chủ động thay đổi được hình
dáng và vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều khiển quá
trình mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa được nghiên cứu
toàn diện.
- Khi mài một phần phoi sẽ được dung dịch trơn nguội cuốn trôi, phần còn
lại sẽ chèn vào các khe hở giữa các hạt mài do đó sẽ 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 mài bị suy giảm
nhanh.
Do những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia công các vật liệu có độ
cứng và độ bền cao cho độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên phương pháp
mài có vị trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại. Trong tổng số các máy công
cụ, máy mài chiếm đến 30%, còn trong một số ngành đặc biệt như chế tạo vòng bi
máy mài chiếm đến 60% [1]. Mặc dù được sử dụng cả trong gia công thô nhưng chỉ
trong gia công tinh thì những ưu thế của phương pháp mài mới thực sự được phát
huy hiệu quả, vì vậy mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối
các bề mặt quan trọng [2].
1.2. Cơ sở vật lý của quá trình mài
1.2.1. Qúa trình tạo phoi khi mài
Bản chất của quá trình mài là sự cào xước tế vi bề mặt bằng những hạt mài
có các lưỡi cắt khác nhau ở vận tốc cắt cao. Sự phân bố của các hạt mài trong chất
dính kết là ngẫu nhiên, các hạt mài thường có góc trước  < 0, góc sắc  > 90
0
và
bán kính


ở lưỡi cắt thay đổi. Bán kính

thường tăng dần trong quá trình cắt dẫn
- 16 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

đến lực cắt tăng, áp lực trên hạt mài tăng. 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
cứng và giòn nên trong quá trình cắt, chúng thường vỡ vụn thành nhiều mảnh có
hình dáng bất kỳ và nhiều cạnh sắc. Do có nhiều lưỡi cắt có hình dáng bất kỳ 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 1.1 là hai mặt cắt đặc trưng của hạt mài.

Hình 1.1. Các dạng có thể có của lưỡi cắt
Hình (1.1a) mô tả mặt cắt trung bình của lưỡi cắt tương tự như 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 1.1b).
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 1.1c).
- 17 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

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 1.2.

Hình 1.2. Quá trình tạo phoi khi mài
Qúa trình tạo phoi khi mài gồm ba giai đoạn. Giai đoạn đầu chưa tạo ra phoi
vì ở mũi dao có bán kính

và góc ăn tới của lưỡi cắt  nhỏ. Trong giai đoạn này
hạt mài va đập vào bề mặt chi tiết gia công, lực va đập này phụ thuộc vào chế độ
mài: tốc độ quay của đá, tốc độ quay của chi tiết, lượng chạy dao. Vật liệu gia công
ở giai đoạn này 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
khi đó áp lực mài tăng lên, nhiệt tăng làm cho biến dạng đàn hồi
và biến dạng dẻo của kim loại tăng dần và lúc này bắt đầu tạo phoi. Tiếp theo là quá
trình tạo phoi, kim loại bị dồn ép gây biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi xảy ra đồng
thời vì vậy chiều dày phoi thực tế
'
z
a
nhỏ hơn chiều sâu cắt thực tế
t
.
Thời gian của mỗi giai đoạn trong quá trình tạo phoi là rất ngắn do quá trình
tạo phoi xảy ra rất nhanh, khoảng từ 0,001 – 0,005 (s).
- 18 -

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

Các nghiên cứu chỉ ra rằng hình dáng hình học của lưỡi cắt, góc tác dụng ,
chế độ cắt, chế độ bôi trơn làm nguội đều ảnh hưởng đến
'
z
a
,
t
. Ngoài ra
'
z
a
còn
phụ thuộc vào các yếu tố khác như: các thành phần của lực cắt, vào tính chất cơ lý
tính của vật liệu gia công. Khi bán kính cong

của hạt mài rất nhỏ thì độ bền động
học của nó rất nhỏ nên khi vào vùng cắt chúng dễ dàng bị phá hủy không thể cắt gọt
được. Khi

có giá trị hợp lý thì quá trình cắt gọt thuận lợi và lượng nhiệt sinh ra ở
vùng cắt nhỏ. Khi

lớn sẽ không cắt được với chiều sâu cắt nhỏ và xảy ra hiện
tượng trượt giữa hạt mài và chi tiết gia công dẫn đến lượng nhiệt phát sinh ở vùng
cắt lớn do áp lực lớn. Lưỡi cắt bị mòn góc

nhỏ thì biến dạng vật liệu 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.
1.2.2. Lực cắt khi mài
Lực cắt tác dụng vào từng hạt mài trong quá trình cắt được chia làm hai
thành phần: Lực tiếp tuyến
tt
P
và lực
hk
P
(hình 1.2)
Gọi
hk
tt
P
P



là hệ số lực cắt (1.2)
Khi cắt, ở giai đoạn chưa tạo phoi (giai đoạn I,II hình 1.2), thành phần lực
hk
P
sẽ ép lưỡi cắt vào bề mặt chi tiết do
hk
P
có trị số lớn hơn rất nhiều so với
tt
P
(


nhỏ). Khi quá trình tạo phoi xảy ra thì
tt
P
tăng lên (

tăng). Lúc này
tt
P
gồm hai
thành phần: lực ma sát và lực tạo phoi.
Qua nghiên cứu vết cắt, chiều sâu cắt không có biến dạng
t
và chiều dày
phoi thực tế
'
z
a

có thể rút ra một số kết luận sau:
- Khi bán kính mũi dao

nhỏ hoặc ma sát giữa dao và bề mặt gia công lớn
thì quá trình tạo phoi xảy ra sớm.
- Khi

lớn và ma sát nhỏ thì quá trình dồn ép kim loại sẽ kéo dài, quá trình
tạo phoi xảy ra muộn.
- 19 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Các hạt mài tạo ra phoi nhỏ, mảnh nên lực cắt do các hạt mài phát sinh nhỏ.
Tuy nhiên khi mài có nhiều hạt đồng thời tham gia cắt nên tổng lực cắt của tất cả
các lưỡi khá lớn.
Nếu gọi lực cắt tổng hợp tác dụng lên một hạt mài là
i
P
thì lực cắt khi mài
được xác định theo công thức:




n
i
ic
PP
1
(N) (1.3)

Trong đó: n - Tổng số lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt.

c
P
- Lực cắt tổng hợp khi mài.
Lực tổng hợp
c
P
được phân thành 3 thành phần:

xyzc
PPPP 
(1.4)
Trong đó:
z
P
- Thành phần lực tiếp tuyến.

y
P
- Thành phần lực pháp tuyến.

x
P
- Thành phần lực dọc theo phương chạy dao.
Thường
zy
PP ).35,1( 
;
x

P
thường rất bé so với
z
P
nên thường bỏ qua.
Thành phần lực tiếp tuyến
z
P
được tính theo công thức:
12
2
1
2
3
2

.

.2.60
.






















kk
d
k
k
k
k
ctd
ct
z
BS
Dd
dD
l
t
vv
v
AP
(N) (1.5)
Trong đó

A
và
k
là các hệ số mũ xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc
vào điều kiện gia công cụ thể. Từ (1.5) ta thấy: Lực
z
P
phụ thuộc vào tất cả các yếu
tố khi mài trong đó
d
v
và
d
S
có ảnh hưởng lớn nhất tới lực
z
P
. Chiều sâu cắt thực
tế
t
ảnh hưởng tới
z
P
ít hơn. Khi tăng
d
v
và độ hạt lực
z
P
giảm.

Khi mài tỷ số lực cắt

K
được xác định theo biểu thức:

y
z
P
P
K 

(1.6)
- 20 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hệ số lực cắt

K
biểu thị tương quan ma sát tại vùng tiếp xúc giữa lưỡi cắt
và chi tiết gia công.
1.2.3. Công suất cắt khi mài
Công suất mài có thể xác định theo công thức:
N = P
z

d

(1.7)
Mặc dù lực cắt khi mài thường nhỏ (vì tiết diện phoi cắt bé) nhưng công suất
mài lại lớn do tốc độ cắt khi mài rất cao (thường

sm
d
/30

).
1.2.4. Nhiệt cắt khi mài














Hình 1.3. Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài
Khi mài do các lưỡi cắt bị mòn (hoặc do có

lớn) nên năng lượng tiêu hao
chủ yếu là do ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt gia công, do dồn ép gây biến
dạng đàn hồi, biến dạng dẻo bề mặt chi tiết và biến thành nhiệt.
- 21 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nhiệt sinh ra do năng lượng cắt và ma sát giữa phoi và mặt trước của dao.

Nguồn nhiệt sinh ra khi mài sẽ được truyền vào chi tiết, phoi, dụng cụ và môi
trường.
Nhiệt truyền vào chi tiết chiếm tỷ lệ rất lớn trong tổng lượng nhiệt sinh ra.
Nhiệt này làm thay đổi tổ chức tế vi của bề mặt chi tiết theo hướng không có lợi
hoặc làm oxy hóa bề mặt tùy theo thời gian tác động của nhiệt.
Một phần nhiệt khác sẽ truyền vào dụng cụ. Nhiệt này sẽ làm suy giảm độ
cứng, suy giảm tính cắt của các hạt mài và suy giảm tính năng của chất dính kết.
Ngoài ra nguồn nhiệt này còn thúc đẩy các tương tác hóa học xảy ra trong vùng cắt.
Do tốc độ cắt cao và góc cắt của các hạt mài không thuận lợi cho điều kiện
cắt gọt nên nhiệt độ ở vùng tiếp xúc giữa đá mài với chi tiết gia công rất lớn
(khoảng 1000

1500
0
C), thời gian tác dụng để phát sinh nhiệt rất ngắn (1.10
-4



5.10
-6
s) sau đó nhiệt lại giảm xuống nhanh chóng.
Bảng 1.1. Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim
[4].
Hàm lƣợng hợp kim

2 % Cr
12 % Cr
18 % w
2 % Mn

1,1 % C

0,025
0,050
0,070
0,078
0,102
Nhiệt độ mài T
m
có thể xác định theo công thức sau [3], [4]:
T
m
=
5,0
5,0
) (
) (
c
lpk
d


(
0
C) (1.8)
Trong đó:
k - hệ số thực nghiệm.

- hệ số ma sát giữa đá và vật liệu gia công.
- 22 -

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

p - áp lực riêng ở vùng tiếp xúc (kg/m
2
).
l - chiều dài tiếp xúc (cm).
d

- tốc độ đá mài (m/ph).
 - hệ số truyền nhiệt của vật liệu gia công (Kcal/cm.g. độ).
 - khối lượng riêng của vật liệu gia công.
c - nhiệt dung của vật liệu gia công.
Phương trình (1.8) cho thấy nhiệt độ mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
chế độ cắt, vật liệu gia công, vật liệu hạt mài, chất dính kết, độ xốp của đá mài,
dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội.
Tỷ lệ các nguyên tố hợp kim trong vật liệu là yếu tố ảnh hưởng quyết định
đến hệ số truyền nhiệt của vật liệu (bảng 1.1). Những vật liệu có số lượng và hàm
lượng nguyên tố hợp kim cao thì hệ số truyền nhiệt thấp. Khi mài những loại vật
liệu này nhiệt lan truyền chậm làm cho nhiệt độ vùng mài tăng cao, bề mặt chi tiết
mài dễ bị cháy, nứt.
Để giảm ảnh hưởng của nhiệt người ta sử dụng hạt mài, đá mài, dung dịch
trơn nguội… một cách hợp lý.
1.2.5. Sự mài mòn của hạt mài và chất dính kết
Sự mài mòn của hạt mài và chất dính kết như hình (1.4) [15]

Hình 1.4. Sự mài mòn hạt mài và chất dính kết
- 23 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Những nguyên nhân gây mài mòn tế vi gồm:

- Làm cùn từng hạt do mòn cơ học, sự dính bám, ăn mòn, khuyếch tán, các
vết nứt tế vi do ứng suất nhiệt và gẫy vỡ.
- Các hạt mài bị bung khỏi chất dính kết do tải trọng cơ nhiệt lớn, do chất
dính kết bị mài mòn, do hóa học, nhiệt hoặc do cơ học.
1.2.6. Rung động khi mài
Rung động khi mài gồm hai loại: Rung động cưỡng bức và tự rung. Rung
động giảm nếu tăng độ cứng vững của hệ thống công nghệ.

Hình 1.5. Rung động gây ra sóng bề mặt gia công
Các tác giả [10], [14], [18], cho rằng nguyên nhân của rung động cưỡng
bức là do các bộ phận quay của hệ thống công nghệ như trục chính, puly, đá, rôto
của động cơ không cân bằng gây ra.
Tự rung phức tạp hơn nhiều so với rung động cưỡng bức và đã có nhiều công
trình nghiên cứu về vấn đề này. Theo các tác giả [11], [12], [14], [18] thì tự rung
xảy ra do hiện tượng không ổn định khi cắt gây ra sự thay đổi lực cắt mà những
nguyên nhân chính là: biến dạng đàn hồi cục bộ của đá và phôi, mòn đá không đều,
hiện tượng tự mài sắc của đá mài.v.v…
Tự rung sẽ giảm và ổn định [14] nếu thoả mãn điều kiện:

m
em
k
R
ac
kk
1
2
1

(1.9)

Trong đó:
em
R
- đặc tính động lực học của máy;
101
em
R
(giới hạn dưới cho máy
chống rung tốt, giới hạn trên cho máy chống rung kém).
k
m
- độ cứng tĩnh của máy.
- 24 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

k
c
/b

- độ cứng cắt trên đơn vị chiều rộng mài; k
c
/b

= 2

10 KN/mm
2
.
k
a

/b- độ cứng tiếp xúc trên đơn vị chiều rộng mài; k
a
/b

= 1

10 KN/mm
2
.
Sự phối hợp đá mài - phôi có ảnh hưởng quyết định tới k
c
và k
a
. Khi mài vật
liệu khó gia công thì lực cắt lớn, tức là k
c
lớn và rung động lớn hơn, nếu giảm độ cứng
đá sẽ làm giảm k
c
và k
a
.
Rung động khi mài làm hạn chế năng suất, gây ra sai số gia công và tác động
xấu đến chất lượng bề mặt: tạo ra sóng và các gờ lồi, ở đáy sóng có sự tăng tức thời
a
z
làm tăng độ nhám và gây ra các vết cháy xém.
1.2.7. Chất lƣợng bề mặt gia công bằng phƣơng pháp mài
Trong gia công tinh lần cuối nói chung và gia công tinh lần cuối bằng
phương pháp mài nói riêng thì chất lượng bề mặt gia công rất được quan tâm vì nó

ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của chi tiết máy. Chất lượng bề mặt gia công
là kết quả của quá trình tương tác lý, hóa phức tạp giữa các vật liệu trong vùng gia
công. Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt mài gồm:
- Tính chất hình học của bề mặt: độ nhám, độ sóng.
- Tính chất cơ lý lớp bề mặt.
1.2.7.1. Độ nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt
Độ nhám bề mặt mài hình thành chủ yếu bởi các vết cào xước chồng lên nhau
của các điểm cắt có chiều cao không bằng nhau (hình 1.6).

Hình 1.6. Sự hình thành độ nhám bề mặt mài
- 25 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Bằng cách chụp ảnh tế vi bề mặt mài và các nghiên cứu của các tác giả [5],
[14], chất lượng bề mặt tăng lên là do các nguyên nhân sau:
- Vật liệu bị nén giãn sang hai bên đường cắt.
- Kim loại dính vào các hạt mài rồi lại dính trở lại bề mặt phôi.
- Các hạt mài bị vỡ làm cho quá trình cắt dừng đột ngột tạo ra vết lồi lõm
trên bề mặt mài đồng thời tạo ra ứng suất tập trung.
- Các vết nứt trên bề mặt mài do nhiệt mài.

Hình 1.7. Ảnh SEM bề mặt mài
Các biện pháp làm giảm độ nhám bề mặt mài gồm:
- Biến dạng đàn hồi theo phương hướng kính của đá mài và việc chà sát đỉnh
mòn của các hạt mài.
- Sử dụng thành phần dung dịch trơn nguội phù hợp.
- Có công nghệ tưới nguội hợp lý.
Ngoài ra độ nhám bề mặt mài chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố:
- Thay đổi chế độ cắt sẽ làm tăng chiều sâu cắt a
z

của các hạt mài thì dẫn đến
độ nhám bề mặt mài tăng.
- Độ hạt và chế độ sửa đá (S
sđ
, t
sđ
) có ảnh hưởng tương tự nhau đến nhám bề
mặt mài: hạt mài có kích thước lớn hơn, sửa đá thô hơn dẫn đến độ nhám bề mặt
tăng.