Nghiên cứu khả năng cắt gọt của hạt mài trong việc ứng dụng phương pháp gia công không liên tục sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn

ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP







NGÔ THỊ HÀ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA HẠT MÀI TRONG
VIỆC ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KHÔNG LIÊN
TỤC SỬ DỤNG ðÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ðOẠN

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





THÁI NGUYÊN 2012


ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGÔ THỊ HÀ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA HẠT MÀI TRONG
VIỆC ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KHÔNG LIÊN
TỤC SỬ DỤNG ðÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ðOẠN
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
HD1:

GS.TSKH BÀNH TIẾN LONG

HD2:

TS. NGUYỄN TIẾN ðÔNG
KHOA SAU ðẠI HỌC
HỌC VIÊN

NGÔ THỊ HÀ
BGH TRƯỜNGðHKTCN

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



LỜI CAM ðOAN

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

Tác giả

Ngô Thị Hà

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

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Ý nghĩa

ðơn vị

Ra
ðộ nhám bề mặt µm
P
Lực cắt toàn phần N
P
x
Lực cắt hướng kính N
P
y
Lực cắt tiếp tuyến N
γ
x
Góc trước của hạt mài ðộ
Μ
Hệ số ma sát ở mặt trước dụng cụ
N
1
, N

2
,N
n
Lực phân bố pháp tuyến N
F
1
, F
2
,…F
n
Lực ma sát N
T
Phản lực N
P
N
Lực hướng kính tổng cộng N
P
z

Lực tiếp tuyến tổng cộng N
τ
s
Ứng suất tiếp
F
Diện tích cắt mm
2

µ
’

Hệ số ma sát trên mặt trượt

T
Chiều sâu cắt mm
B
Bề rộng ñá mm
S
Lượng chạy dao dọc mm
Cn

Hạt mài Corundon
MV2
ðộ cứng của ñá mài
46
Cỡ hạt 46 của ñá mài
G
Chất kết dính gốm
Z
Số rãnh ñá
D
ðường kính ngoài ñá mm
D
ðường kính trong ñá mm
B
Bề dầy ñá mm
Ƞ
Tỷ lệgián ñoạn của ñá %
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2

Ký hiệu Ý nghĩa ðơn vị
V
Tốc ñộ trục chính của máy mài mm/s
V
Vận tốc cắt mm/s
Sxq
ñá thường
Diện tích xung quanh viên ñá thường mm
2

S
hạt

Diện tích hạt mài trên từng viên ñá mm
2

S
1hạt

Diện tích một hạt mài mm
2

S
phôi mẫu

Diện tích phôi mẫu mm
2

Ρ

Kích thước dài của hạt mài µm
t
g/c

Thời gian gia công s
X
0

Số hạt ñá mài thường ở trạng thái tĩnh Hạt
XS1
Số hạt ñá mài ở trạng thái ñộng khi cắt với S
1
Hạt
XS2
Số hạt ñá mài ở trạng thái ñộng khi cắt với S
2
Hạt
XS3
Số hạt ñá mài ở trạng thái ñộng khi cắt với S
3
Hạt
S
1
, S
2
, S
3

Lượng chạy dao dọc mm

Q
tr

Nhiệt truyền vào phoi
0
C
Q
ob

Nhiệt truyền vào chi tiết gia công
0
C
Q
n

Nhiệt truyền vào dụng cụ
0
C
Q
pr

Nhiệt truyền vào môi trường
0
C

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ
TT Hình số Nội dung Trang
1 1.1
Sơ ñ
ồ mài phẳng sử dụng mặt ñầu ñá. 16
2 1.2
Sơ ñ
ồ các phương pháp mài phẳng bằng ñá mài hình trụ 16
3 1.3 Các thành phần lực cắt khi mài phẳng 17
4 1.4 Sơ ñồ tính lực cắt giả ñịnh khi mài phẳng 18
5 1.5 Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt ñến sự thu nhân nhiệt 21
6 1.6 Sự hình thành phoi mài 22
7 2.1
L
ực mài cụ thể ñặc trưng cho vật liệu phôi, quá trình mài
T
ốc ñộ cắt v
ft
=1m/phút, a
e
=200µm
26
8 2.2
a,Hình d
ạng của ñá mài tròn với biên dạng không liên tục
b,B
ảng các thông số thí nghiệm thực hiện

27
9 2.3
Quan h
ệ giữa tốc ñộ cắt với lực pháp tuyến (a) và lực tiếp
tuy
ến (b) khi gia công bằng ñá mài thông thường và ñá
mài gián ño
ạn. ðá mài gián ñoạn thực hiện khả năng giảm
l
ực cắt trong quá trình gia công
28
10 2.4
ð
ộ nhám bề mặt ñặc trưng vật liệu phôi, quá trình mài
T
ốc ñộ cắt v
ft
=1m/phút, a
e
=200µm
29
11 2.5
Hình d
ạng 3D của bề mặt CMC-I
Bên trái: Mài thông thư
ờng Bên phải: Mài gián ñoạn với
ñ
ĩa mài T-Tool(ðo bởi thiết bị ño của hãng Mommel
Tester
T8000)

30
12
2.6

ð
á mài mặt ñầu có bề mặt làm việc vớimô hình lục giác
có ch
ứahạtkim cương

30
13
2.7
M
ối quan hệ giữa ñộ nhám bề mặt Ra với số hạt mài qua
b
ềmặt mẫu
31
14 3. 1

a,
Mẫu thí nghiệm; b,Kích thước phôi làm thí nghiệm.

36
15 3.2
a,
Kích thước ñá mài gián ñoạn;
b,
Mẫu ñá thí nghiệm

37

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

TT Hình số Nội dung Trang
16 3.3
ð
ầu sửa ñá kim cương 22 viên

38
17 3.4
Máy mài phẳng Okam
oto 38
18 3.5
Thư
ớc cặp ñiện tử 40
19 3.6
M
áy ño ñộ nhám Mituitoyo SJ-301 40
20 3.7
a)Hai m
ẫu C45 nhiệt luyện &không nhiệt luyện.
b)
Kí hiệu chế ñộ cắt trên phôi
42
21 3.8
Cân b
ằng tĩnh cho ñá.

42
22 3.9

Gá ñá lên máy

42
23 3.10
S
ửa ñá bằng ñầu sửa ñá kim cương
.
43
24 3.11
Gia công l
ấy mặt chuẩn và mặt ñịnh vị 43
25 3.12
ðo m
ẫu 43
26 3.13
Kích thư
ớc bề mặt ñá khi trải 44
27 3.14
ð
ồ thịmối quan hệ giữa số hạt mài tác ñộng lên một ñơn
v
ị diện tích tiếp xúc phôi trong một ñơn vị thời gian với tỷ
l
ệ % gián ñoạn trên từng viên ñá
48
28 3.15
ð
ồ thịmối quan hệ giữa ñộ nhám bề mặt ño theo phương
d
ọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt S

1
, t
1
, t
2
, t
3
với
thép C45 nhi
ệt luyện
49
29 3.16
ð
ồ thịmối quan hệ giữa ñộ nhám bề mặt ño theo phương
d
ọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt S
1
, t
1
, t
2
, t
3
với
thép C45
không nhiệt luyện
49
30 3.17
ð
ồ thịmối quan hệ giữa ñộ nhám bề mặt ño theo phương

d
ọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt t
1
, S
1
, S
2
, S
3.

v
ới thép C45 nhiệt luyện
50

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5

TT Hình số Nội dung Trang
31 3.18
ð
ồ thịmối quan hệ giữa ñộ nhám bề mặt ño theo phương
d
ọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt t
1
, S
1
, S
2
, S
3.

v
ới thép C45 không nhiệt luyện.
50
32 3.19
ð
ồ thịmối quan hệ ñộ nhámño theo phương dọc Ra với số
h
ạt mài tác ñộng lên m
ột ñơn vị diện
tích tiếp xúc phôi
trong m
ột ñơn vị thời gian ñối với thép C45 nhiệt luyện
51
33 3.20
ð
ồ thịmối quan hệ ñộ nhámño theo phương dọc Ra với số
h
ạt mài tác ñộng lên m
ột ñơn vị diện
tích tiếp xúc phôi
trong m
ột ñơn vị thời gian ñối với thép C45 không nhiệt
luy
ện
51

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6


DANH MỤC CÁC BẢNG
TT Tên gọi Trang

Bảng 3.1: Thành phần nguyên tố hóa học có trong thép C45 36
Bảng 3.2: Số rãnh Z và tỷ lệ gián % gián ñoạn η của các mẫu ñá. 38
Bảng 3.3: Bảng bộthông số thí nghiệm 41
Bảng 3.4: Tỷ lệ % gián ñoạn, tỷ lệ % tiếp xúc của ñá với phôi 47
Bảng 3.5:
S
ố hạt mài tác ñộng lên một ñơn vị diện tích tiếp xúc phôi mẫ
u
48
Bảng 3.6:
K
ết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=0, tỷ lệ

% gián ño
ạn η =0%.
58
Bảng 3.7:
K
ết quả thí ño nhám với thép C45 chưa nhiệt luyện trên viên
Z=0, t
ỷ lệ gián ñoạn η =0%.
58
Bảng 3.8:
K
ết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=12, tỷ
l
ệ gián ñoạn η =10,91%.
59
Bảng 3.9:
K
ết quả ño nhám với thép C45 trên viên Z=12, tỷ lệ gián ñoạn

η
=10,91%.
59
Bảng 3.10:
K
ết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=18, tỷ
l
ệ gián ñoạn η =16,37%.
60
Bảng 3.11:
K

ết quả ño nhám với thép C45 trên viên Z=18, tỷ lệ gián ñoạn

η=
16,37%.
60
Bảng 3.12:
K
ết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=20, tỷ
l
ệ gián ñoạn η =18,19%.
61
Bảng 3.13:
K
ết quả ño nhám với thép C45 trên viên Z=20, tỷ lệ giánñoạn
η
=18,19%.
61
Bảng 3.14:
K
ết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=22, tỷ
l
ệ gián ñoạn η =20,01%.
62
Bảng 3.15:
K
ết quả ño nhám với thép C45 trên viên Z=22, tỷ lệ giánñoạn

η =20,01%.
62
Bảng 3.16:

K
ết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=24, tỷ
l
ệ giánñoạn η =21,83%.
63
Bảng 3.17:
K
ết quả ño nhám với thép C45 trên viên Z=24, tỷ lệ giánñoạn
η
=21,83%.
63


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
7

LỜI CẢM ƠN
-Tác giả xin chân thành cảm ơn! Thầy giáo GS.TSKH Bành Tiến
Long - TS. Nguyễn Tiếnðôngngười ñãhướng dẫn và giúp ñỡ tận tình từ ñịnh
hướng ñề tài, thực nghiệm ñếnquá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn.
- Tác giả bày tỏ lòng biết ơn ñối với Ban lãnh ñạo và Khoa Sau ñại
họccủa Trường ðại học Kỹ thuật Công nghiệp ñã tạo ñiều kiện thuận lợi ñể
hoànthành bản Luận văn này.
-Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh ñạo Trường Cao ñẳng
Công Nghiệp Thái Nguyên ñã giúp ñỡ, tạoñiều kiện thuận lợi trong quá trình
học tập và nghiên cứu luận.
- Tác giả bày tỏ lòng biết ơn ñối với công ty TNHH Vạn Xuân -
Trường ðại học Bách khoa Hà Nội ñãtận tình giúp ñỡ trong quá trình làm
thực nghiệm vàxử lý kết quả thí nghiệm.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không

tránhkhỏi sai sót, tác giả rất mong nhận ñược sự ñóng góp ý kiến của các
Thầy, Côgiáo, các nhà khoa học và các bạn ñồng nghiệp.


Tác giả

Ngô Thị Hà







Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8

MỤC LỤC
Trang

Danh mục các ký hiệu và chữ viết 1
Danh mục các hình vẽ và ñồ thị 3
Danh mục các bảng 6
PHẦN MỞ ðẦU
1.Tính cấp thiết của ñề tài 11
2. Mục ñích, ñối tượng và phương pháp nghiên cứu. 12
2.1: Mục ñích của ñề tài. 12
2.2: ðối tượng nghiên cứu. 12
2.3: Phương pháp nghiên cứu 12
3. Ý nghĩa của ñề tài 12

3.1: Ý nghĩa khoa học 12
3.2: Ý nghĩa thực tiễn. 13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI PHẲNG

1.1. Bản chất của quá trình mài phẳng 14

1.2. Các phương pháp mài phẳng 15

1.2.1.Mài phẳng bằng ñá mài mặt ñầu. 15

1.2.2. Mài bằng ñá mài hình trụ phẳng 16
1.3. Quá trình mài phẳng bằng ñá mài thường 17

1.3.1. Lực cắt khi mài bằng ñá mài thường. 17

1.3.2.Nhiệt cắt khi mài bằng ñá mài thường. 20

1.3.3. Quá trình tạo phoi khi mài bằng ñá mài thường 22

1.4.ðộ nhấp nhô bề mặt chi tiết gia công khi màibằng ñá mài thường 23

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 24

CHƯƠNG 2: MÀI BẰNG ðÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ðOẠN
2.1. ðá mài gián ñoạn 25
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9

2.2. Quá trình mài bằng ñá mài gián ñoạn. 25

2.2.1. Lực cắt khi mài bằng ñá mài gián ñoạn. 25
2.1.2. Nhiệt cắt khi mài bằng ñá mài gián ñoạn. 28
2.1.3. Qúa trình tạo phoi khi mài bằng ñá mài gián ñoạn. 28
2.3.ðộ nhấp nhô bề mặt chi tiết gia công khi màibằng ñá mài gián ñoạn. 29
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. 32
2.5. XÁCðỊNH HƯỚNG NGHÊN CỨU TIẾP CỦA LUẬN VĂN 33
CHƯƠNG 3:NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA HẠT MÀI
TRONG VIỆC ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KHÔNG
LIÊN TỤC SỬ DỤNG ðÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ðOẠN.

3.1.Phương pháp tiến hành. 36
3.2. ðiều kiện thực nghiệm 36
3.2.1. Mẫu thí nghiệm. 36
3.2.2. ðá mài. 37
3.2.3. Sửa ñá. 38
3.2.4. Tưới nguội. 38
3.2.5. Máy mài. 38
3.2.6. Thiết bị ño 39
3.2.7. Bộ thông số thí nghiệm. 41
3.3. Trình tự tiến hành và kết quả thực nghiệm 41
3.3.1. Trình tự thí nghiệm. 41
3.3.2. Qúa trình thí nghiệm thực tế. 42
3.4.Tính số hạt mài tác ñộng lên một ñơn vị diện tích tiếp xúc phôi trong
thời gian một giây 44
3.5. Xử lý số liệu thực nghiệm và thảo luận kết quả 48
3.5.1. Xử lý các số liệu thực nghiệm. 48
3.5.2.Thảo luận kết quả . 52
3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. 54

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

10

KẾT LUẬN CHUNG
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ðỀ TÀI
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11

PHẦN MỞ ðẦU

1. Tính cấp thiết của ñề tài.
Các chi tiết máy có ñộ chính xác, chất lượng bề mặt và ñộ bền cao là cơ
sở cho sự ra ñời các loại máy móc, thiết bị và phương pháp gia công. Phương
pháp mài có một vị trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện ñại nhờ khả năng
vượt trội so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia công những vật liệu có
ñộ bền cơ học và ñộ cứng cao cho ñộ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Gia
công bằng phương pháp mài có thể ñạt ñộ bóngR
a
=1,25-0,63µm (có thể ñạt
0,32µm; 0,16µm), ñộ chính xác kích thước 0,002-0,003mm[1]. Chất lượng bề
mặt chi tiết ñòi hỏi càng cao thì yêu cầu phương pháp mài càng phải ñược
nghiên cứu, phát triển ñể ñáp ứng yêu cầu gia công.
Quá trình cắt gọt của mài thực chất là quá trình các hạt mài cào xước bề
mặt của chi tiết gia công, lượng kim loại do mỗi lưỡi cắt cắt ñi rất nhỏ. Các
phương pháp mài hiện nay chủ yếu dùng ñá mài thông thường. Tuy nhiên,
loại ñá mài này có hạn chế là lực cắt, nhiệt cắt lớn nên thường gây ra các
khuyết tật: cháy mài, thoát các bon, nứt tế vi, ứng suất dư kéo trên lớp bề mặt
…làm hạn chế khả năng ứng dụng của các phương pháp mài thông thường
ðể khắc phục những hạn chế trên, phương pháp mài dùng ñá mài có bề

mặt làm việc gián ñoạn ñã ñược nghiên cứu, phát triển và ứng dụng ñể gia
công vật liệu. Taghi Tawakoli, Bahman Azarhoushang [11] ñã ñiều tra tính
khả thi của mài không liên tục với ñá mài có bề mặt làm việc gián ñoạn trên
hai loại vật liệu composit nền ceramic khác nhau. J. Pe´rez và các cộng sự
[12] phân tích sự truyền nhiệt trong quá trình mài gián ñoạn trong khi
Michele H. Miller and Xiaorui Fan [20] nghiên cứu sự mài mòn của ñá khi
mài gián ñoạn. Ở một nghiên cứu khác, Nguyễn Tiến ðông, Nguyễn Thị
Phương Giang [11] ñã nghiên cứu về khả năng giảm lực cắt khi gia công vật
liệu ceramics sử dụng ñá mài có bề mặt làm việc gián ñoạn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12

Do mài thường ñược chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối nên
chất lượng bề mặt mài ảnh hưởng trực tiếp ñến ñộ bền của chi tiết máy.Việc
nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài bằng ñá mài có bề mặt làm
việc gián ñoạn ñối với nhiều loại vật liệu khác nhau sẽ tạo ñiều kiện ñể cải
thiện quá trình gia công, nâng cao chất lượng bề mặt, ñộ bền của chi tiết máy.
2. Mục ñích, ñối tượng và phương pháp nghiên cứu.
2.1: Mục ñích của ñề tài.
- Luận văn nghiên cứu khả năng cắt gọt của hạt mài trong việc ứng dụng
phương pháp gia công không liên tục sử dụng ñá mài có bề mặt làm việc gián ñoạn.
- Phân tích tính ưu việt của ñá mài có bề mặt làm việc gián ñoạn so với
ñá mài thường.
- ðộ nhấp nhô bề mặt gia công thép C45 nhiệt luyện và không nhiệt luyện
khi mài bằng ñá mài thường và ñá mài có bề mặt làm việc gián ñoạn
- Ứng dụng kết quả làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy, học tập.
2.2: ðối tượng nghiên cứu.
- Vật liệu mài: Thép 45 nhiệt luyện và thép 45 chưa nhiệt luyện
- Phương pháp mài: Mài phẳng
2.3: Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm
- Tiến hành thực nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.
- Phân tích và ñánh giá kết quả.
3. Ý nghĩa của ñề tài.
3.1: Ý nghĩa khoa học.
- Mài bằng ñá mài gián ñoạn ñược nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu
và ứng dụng nhưng ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu về chất lượng
bề mặt thép 45 khi mài bằng ñá mài có bề mặt làm việc gián ñoạn ñược công bố.
- ðóng góp và hoàn thiện lý thuyết phương pháp gia công mài, kết cấu
về ñá mài có bề mặt làm việc gián ñoạn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13

- Nâng cao ñược chất lượng và hiệu quả sản phẩm khi gia công bằng ñá
mài có bề mặt làm việc gián ñoạn.
3.2: Ý nghĩa thực tiễn.
- Các kết quả nghiên cứu sẽ áp dụng ñể nâng cao chất lượng ñá mài
gián ñoạn, ñiều chỉnh ảnh hưởng các thông số chế ñộkhi gia công. Từ ñó
nâng cao chất lượng bề mặt, hiệu quả kinh tế kỹ thuật của phương pháp
mài.ðưa loạiñá mài giánñoạn vào sản xuất hàng loạt.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy tínhưu việt củañá mài giánñoạn, do
vậycó thể ứng dụng trong các nhà máykhi gia công thép C45 chưa nhiệt luyện
và nhiệt luyện, sử dụng ñể tham khảo khi mài các mác thép khác.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14

Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ MÀI PHẲNG
1.1. BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH MÀI
Mài là một phương pháp gia công kim loại ñược biết từ lâu, tuy nhiên
phải ñến thế kỷ 19 khi xuất hiện máy mài và các vật liệu tổng hợp thì việc
gia công bằng mài mới có bước phát triển nhảy vọt.
Mài là nguyên công gia công tinh có thể gia công ñược nhiều dạng
mặtkhác nhau như mặt trụ ngoài, trụ trong, mặt phẳng và mặt ñịnh hình. Bản
chất của quá trình mài là sự cào xước tế vi bề mặt bằng những hạt mài có
vận tốc cao, thường 20m/s trên máy mài thường và ñến 200m/s trên máy mài
cao tốc. Gia công bằng mài cho phép ñạt ñộ chính xác 2-3, ñôi khi cấp 1 và
ñộ bóngbề mặt cấp 8-9. Trong một số trường hợp mài là nguyên công chuẩn
bị phôi hoặc nguyên công thô ñể làm sạch phôi ñúc và phôi rèn hoặc ñể tẩy
sạch xỉ hàn …
Mài có nhiều ñặc ñiểm khác biệt so với các phương pháp gia công cắt
gọt khác [8]:

- ðá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục ñồng
thời tham gia cắt, các lưỡi cắt ñược tạo ra bởi các hạt mài có kích thứơc rất
nhỏ, có hình dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết. ða số
các hạt mài có nhiều lưỡi cắt, có góc lượn ở ñỉnh và có góc cắt không thuận lợi
cho ñiều kiện cắt gọt: góc trước thường âm và góc cắt thường lớn hơn 900
0
C.
- Tốc ñộ cắt khi mài rất cao (≥ 30 m/s, mài cao tốc ñộ có thể lên tới 120
m/s hoặc cao hơn).
- Do góc cắt không hợp lý, tốc ñộ cắt cao nên nhiệt ñộ ở vùng cắt khi
mài rất lớn (1000 ÷ 15000
0
C ) làm thay ñổi 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 ñơn 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 ñộ nhẵn bóng và ñộ chính xác cao.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15

- Hạt mài có ñộ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công
ñược những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không cắt ñược như thép
tôi, hợp kim cứng… nhưng lại không gia công ñược những vật liệu rất mềm.
- Trong quá trình cắt, ñá mài có khả năng tự mài sắc: dưới tác dụng của
tải trọng cơ, nhiệt các hạt mài ñã mòn bật ra khỏi bề mặt ñá tạo ñiều kiện cho
những hạt mài mới tham gia vào quá trình cắt, ngoài ra một số hạt mài vỡ tạo
thành những lưỡi cắt mới.
- Do hiện tượng tự mài sắc cũng như không thể chủ ñộng thay ñổi ñược
hình dáng và vị trí của hạt mài trong ñá mài cho nên việc nghiên cứu và ñiều
khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa

ñược nghiên cứu toàn diện.
Việc chọn ñá mài, chế ñộ mài ñóng vai trò quyết ñịnh chất lượng sản phẩm
+ Chọn ñá mài: chọn ñá mài hợp lý chất lượng và năng suất cao. Chọn ñá mài
chú ý ñến các yếu tố vật liệu mài, chất kết dính, ñộ cứng, kết cấu, ñộ hạt của
ñá mài, …
+ Chọn chế ñộ mài: chọn vận tốc ñá mài, vận tốc chi tiết, lượng chạy dao
ngang và chiều sâu cắt, …
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP MÀI PHẲNG
Mài phẳng có thể thực hiện theo hai phương pháp:
Mài phẳng bằng mặt ñầu ñá
Mài phẳng bằng ñá mài hình trụ.
1.2.1.Mài phẳng bằng ñá mài mặt ñầu.
Phương pháp này cho năng suất bóc phoi lớn, vì số lượng hạt mài ñồng
thời tham gia cắt nhiều hơn . Tuy nhiên diện tích tiếp xúc giữa ñá và bề mặt
chi tiết gia công lớn, nhiệt cắt lớn, lực cắt lớn hơn, khả năng thoát nhiệt, thoát
phoi và tưới dung dịch trơn nguội khó khăn hơn vì vậy dễ gây biến dạng
nhiệt, tạo ra vết cháy, vết nứt tế vi trên bề mặt vật mài. Nói chung ñộ chính
xác và ñộ nhẵn bề mặt ñạt ñược thấp hơn khi mài bằng ñá mài hình trụ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16








Hình 1.1:Sơ ñồ mài phẳng sử dụng mặt ñầu ñá[6].
1.2.2.Mài phẳng bằng ñá mài hình trụ.

Mài phẳng bằng ñá mài hình trụ thực hiện trên máy mài phẳng có bàn
máy chuyển ñộng tịnh tiến khứ hồi thực hiện tiến dao dọc S
dọc
, ñầu mang dao
thực hiện chuyển ñộng tịnh tiến dao ngang S
ngang
ñể mài hết chiều rộng chi tiết
và tiến dao dọc S
dọc
sau một lượt mài ñể mài hết lượng dư gia công (Hình
1.2a) hoặc thực hiện trên máy có bàn máy quay tròn quanh tâm của nó còn
ñầu ñá thực hiện chuyển ñộng tiến dao ngang S
ngang
và chuyển ñộng tiến dao
dọc S
dọc
sau mỗi lượt mài (Hình 1.2b).









Hình 1.2:Sơ ñồ các phương pháp mài phẳng bằng ñá mài hình trụ[6].
So với phương pháp mài phẳng bằng mặt ñầu ñá, phương pháp này có
diện tích tiếp xúc giữa ñá và chi tiết nhỏ, lượng hạt mài ñồng thời tham gia
vào quá trình cắt nhỏ, lượng nhiệt toả ra trên bề mặt tiếp xúc giữa ñávà phôi ít

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17

hơn. Mặt khác khả năng thoát nhiệt, thoát phoi và tưới dung dịch trơn nguội
vào vùng gia công dễ dàng hơn, có thể gia công ñược các chi tiết mỏng, kém
cứng vững, chi tiết yêu cầu gia công với ñộ chính xác cao do ñó phương pháp
này cho ñộ chính xác, ñộ nhẵn bề mặt cao hơn phương pháp trên.
Tuy nhiên do diện tích tiếp xúc giữa ñá và chi tiết nhỏ nên năng suất
thấp. ðể khắc phục nhược ñiểm này người ta có thể sử dụng ñá có bề rộng lớn
hơn bề rộng chi tiết. Trong trường hợp này ñầu ñá chỉ thực hiện tiến dao dọc
S
dọc
sau mỗi hành trình kép của bàn máy, tuy nhiên máy phải ñảm bảo ñộ
cứng vững và phải sửa ñá cẩn thận ñể tránh ñầu ñá bị côn hoặc ñường sinh ñá
không thẳng dễ gây ra sai số in dập trên bề mặt chi tiết gia công.
1.3. QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG KHI MÀI BẰNG ðÁ MÀI THƯỜNG
1.3.1. Lực cắt khi mài bằng ñá mài thườ
ng.
Lực cắt khi mài thường không lớn (trung bình khoảng 300 ÷400N) vì tiết
diện phoi cắt bé. Tuy nhiên công suất tiêu hao khi mài lớn vì tốc ñộ cắt khi
mài cao.
Xét những tác dụng trên hạt mài (hình 1.3).

Hình 1.3:Các thành phần lực cắt khi mài phẳng.[1]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
18

Trên mặt trước của hạt mài có các lực phân bố pháp tuyến N
1
, N
2
…N
n
và
ma sát F
1
, F
2
,…F
n
.
Lực cắt ñặc trưng cho quá trình mài về phương diện vật lý. Lực cắt khi
mài là nguồn ñộng lực gây ra các biến dạng ñàn hồi của hệ thống công nghệ,
rung ñộng, nhiệt cắt trong vùng gia công và nó cũng xác ñịnh chế ñộ mòn của
ñá mài. Khi lực cắt tăng, tuổi bền của ñá giảm, ñộ chính xác gia công giảm và
ñộ nhám bề mặt tăng lên. ðặc biệt, những thay ñổi tức thời của lực cắt là
nguyên nhân chính gây ra các dao ñộng cưỡng bức của ñầu ñá tạo nên sóng bề
mặt và dạng sai số khác.
ðộ lớn của lực cắt phụ thuộc vào số lượng hạt mài ñồng thời tham gia
cắt, chiều dày lớp kim loại do mỗi hạt mài bóc ñi, hệ số ma sát giữa bề mặt
chi tiết với ñá mài. Lực cắt là thông số cơ bản quyết ñịnh ñặc tính mòn của ñá mài.

Lực P tác dụng trên hạt mài có thể phân thành hai thành phần: P
z
theo
phương tốc ñộ cắt, và P
y
nén hạt mài về phía bề mặt ñược gia công (hình 1.3).












Hình1.4 :Sơ ñồ tính lực cắt giả ñịnh khi mài phẳng[1]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
19

Khi nghiên cứu ñộng học quá trình cắt của từng hạt mài riêng lẻ các nhà
nghiên cứu ñưa ra sơ ñồ tính giả ñịnhcó thể thay thế các lực thành phần ñó
bằng hai lực tổng hợp N, F ñặt tại ñiểm x (hình 1.4).
Trên hình vẽ, N là lực cắt vuông góc với mặt cắt tức thời của từng hạt
mài, lực này có xu hướng giữ cho hạt mài không tách ra khỏi bề mặt gia công
và xác ñịnh từ ñiều kiện bền theo ứng suất cắt của vật liệu gia công. S là lực
cần ñể thắng ma sát.T phản lực tạo bởi ma sát giữa bề mặt làm việc của hạt

mài với vật liệu hạt mài khi chúng chuyển ñộng tương ñối với nhau
Khi xây dựng mô hình lực cắt cho quá trình mài [1]cũng ñưa ra công
thức tính lực cắt như sau:
P
N
= N(sinγ
x
+ µcosγ
x
) (1-1)
P
z
= N(cosγ
x
- µsinγ
x
) (1-2)
P
N
:Lực cắt hướng kính tổng cộng
P
z
:Lực cắt tiếp tuyến tổng cộng
Phân tích lực cân bằng N
’
(có giá trị bằng N) ra các thành phần: S
1
tác
dụng trên mặt trượt (mm); S
2

tác dụng thẳng góc với mặt trượt(mm).
Lực F (lực cân bằng của F) ñược phân thành T
1
, và T
2
.
Vì góc ߱ = 90
0
– (γ
x
+ θ) (1-3)
Nên S
1
= N[cos( γ
x
+ θ)+ µsin( γ
x
+ θ)] (1-4)
S
2
= N[sin(
x
+ θ)+ µcos (
x
+ θ)] (1-5)
Kim loại sẽ ñược cắt ra với ñiều kiện:
S
1
= τ
s

ୱ୧୬஘
– µ
’
.S
2
(1-6)
Trong ñó: τ
s
- ứng suất tiếp.
f - diện tích cắt.
µ
’
- hệ số ma sát trong trên mặt trượt.
Giải các phương trình trên ta ñược:
P
z
=
த
ೞ.
௙ሺ௖௢௦ஓ
ೣ
ିஜ௦௜௡ஓ
ೣ
ሻ
ୱ୧୬஘
ሺ
ଵିஜஜ
ᇲ
ሻ

ୡ୭ୱ
ሺ
ஓ
ೣ
ା஘
ሻ
ିሺஜାஜ
ᇲ
ሻୱ୧୬ ሺஓ
ೣ
ା஘ሻ
(1-7)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
20

P
N
=
த
ೞ.
௙ሺ௖௢௦ஓ
ೣ
ାஜ௦௜௡ஓ
ೣ
ሻ
ୱ୧୬஘
ሺ
ଵିஜஜ
ᇲ

ሻ
ୡ୭ୱ
ሺ
ஓ
ೣ
ା஘
ሻ
ିሺஜାஜ
ᇲ
ሻୱ୧୬ ሺஓ
ೣ
ା஘ሻ
(1-8)
Phân tích hai phương trình trên ta có nhận xét sau
Lực P
z
và P
N
phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công(τ
s
, µ, µ
’
), kích
thước kim loại bị cắt f, góc trước γ và các ñiều kiện cắt khác.
Lực P
N
lớn hơn P
z
và tỷ số
୔୷

୔୸
tăng lên khi giảm chiều dày và tăng góc cắt.
Lực tổng hợp R khi mài (hình 1.4) (bằng tích của P với số hạt mài ñồng
thời tham gia cắt) ñược phân tích thành 3 thành phần: lực tiếp tuyến P
z
, lực
hướng kính P
y
và lực chiều trục P
x
Theo một trong các tài liệu về lý thuyết quá trình gia công vật liệu và gia
công bằng hạt mài [14] phân tích cho thấy: lực sinh ra khi mài là một trong
các thông số quan trọng ñể ñánh giá khả năng gia công của ñá. Thông thường
thành phần lực này sẽ ñược chia làm ba thành phần theo phương tiếp tuyến,
pháp tuyến, và dọc trục. Lực dọc trục thường ñược bỏ qua do sự ảnh hưởng
tương ñối nhỏ ñến quá trình cắt. Chỉ còn lại lực pháp tuyến là lực có ảnh
hưởng lớn tới quá trình hình thành bề mặt gia công và ñộ nhám bề mặt gia
công. Trong khi ñó, lực tiếp tuyến lại có ảnh hưởng chính chủ yếu ñến công
suất của máy và tuổi bền làm việc của ñá
Do lực cắt thay ñổi liên tục trong quá trình gia công làm cho biến dạng
ñàn hồi của hệ thống công nghệ và vận tốc bóc kim loại thực tế cũng thay ñổi
theo, ứng suất nhiệt tại các ñiểm khác nhau của bề mặt gia công sẽ không
giống nhau. Chất lượng bề mặt vật mài do ñó bị giảm, các cơ cấu máy bị mòn
trước thời hạn và không ñều nhau, tuổi bền ñá giảm.
1.3.2.Nhiệt cắt khi mài bằng ñá mài thường.
ðể mài các chi tiết bằng phương pháp mài phẳng, hiện nay sử dụng rộng
rãi loại ñá mài liên tục thông thường và thực hiện mài bằng mặt ñầu của ñá
hoặc theo chu vi ñá. Quá trình mài ñòi hỏi một nguồn năng lượng lớn ñể bóc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
21

tách vật liệu. Phần lớn nguồn năng lượng này ñược chuyển hóa thành nhiệt và
tập trung trong vùng mài [10].
Trong quá trình mài, do sự tiếp xúc, cào xước liên tục của các hạt mài
lên bề mặt gia công, do vậy việc cung cấp dung dịch trơn nguội vào vùng
ñang gia công là rất khó khăn, chính vì vậy nhiệt cắt trong quá trình mài rất
lớn (1000 ÷1500
0
c). Thời gian tác dụng ñể phát simh nhiệt rất ngắn (1.10
-
4
÷5.10
-6
s) [8], ñiều này ảnh hưởng rất lớn ñến khả năng gia công của hạt mài
và chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
Khi phân tích về hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt[1]ñưa ra ñược ñồ
thịảnh hưởng của tốc ñộ cắt ñến sự thu nhận nhiệt nhưhình 1.5









Hình 1.5:Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt ñến sự thu nhận nhiệt[1]
ðặc trưng của các ñường cong trên hình vẽ thể hiện ñộ lớn tương ñối của
các thành phần nhiệt thỏa mãn theo tỷ lệ Q
tr

> Q
ob
>Q
n
> Q
pr
(trong ñóQ
tr
nhiệt
truyền vào phoi, Q
ob
nhiệt truyền vào chi tiết gia công, Q
n
nhiệt truyền vào
dụng cụ, Q
pr
nhiệt truyền vào môi trường)[1]
Khác với các phương pháp cắt gọt khác, khi mài bằng ñá mài thường
nhiệt ñộ mài chủ yếu truyền vào chi tiết gia công (65%÷84%), phần còn lại
truyền vào ñá mài(11%÷12%), vào dung dịch trơn nguội (4%÷13%), vào
phoi(3%÷7%) [8,9] .
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
22

“Nghiên cứu quá trình mòn của ñá mài và ảnh hưởng của nó ñến chất
lượng bề mặt chi tiết khi mài phẳng”[10]cũng ñã xây dựng ñược mô hình
truyền nhiệt trong quá trình mài khô, xác ñịnh ñược nhiệt ñộ trên bề mặt chi
tiết mài, tỷ lệ truyền nhiệt vào ñá và chi tiết và nêu ra ñược các dạng hư hỏng
do nhiệt.
Nhiệt cắt sinh ra khi mài bằng loại ñá mài thường này gây ra các khuyết

tật như cháy khi mài, thoát cácbon, nứt tế vi, ứng suất kéo trên bề mặt.
ðể giảm bớt nhiệt ñộ khi mài có thể dùng các biện pháp sau [8].
- Giảm bớt chế ñộ cắt.
- Dùng dung dịch trơn nguội và các biện pháp tưới nguội tiên tiến.
- Sử dụng những loại ñá mài có bề mặt làm việc không liên tục, ñá mài có ñộ xốp cao.
- Không mài khi ñá mài quá mòn. Dùng những vật liệu mài có khả năng
cắt gọt cao
1.3.3. Quá trình tạo phoi khi mài bằng ñá mài thường
Khi gia công bằng ñá mài thường, quá trình cắt diễn ra là liên tục trên
bề mặt ñá, các phoi cắt khi sinh ra sẽ chuyển ñộng chạy ngược chiều với
phương của vận tốc của ñá. Các phoi nhỏ này có xu hướng tích tụ lại thành
ñám phoi có kích thước lớn dần và chiếm toàn bộ không gian chứa phoi nhỏ
bé là khoảng cách giữa các hạt mài như trong hình 1.6








Hình 1.6:Sự hình thành phoi mài [11].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên