Nghiên cứu xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài

Trang 1


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




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



NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNGTHỨC TÍNH
CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI




PHẠM THANH CƯỜNG






THÁI NGUYÊN, 2012

Trang 2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP


PHẠM THANH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNGTHỨC TÍNH
CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN



Pgs.Ts Vũ Ngọc Pi Phạm Thanh Cường

KHOA SAU ĐẠI HỌC BAN GIÁM HIỆU




Pgs.Ts Nguyễn Văn Tuấn

TH
ÁI NGUYÊN, 2012

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

Trang 3

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



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

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo – PGS.TS. Vũ Ngọc Pi, người đã
hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực hiện đến quá trình
viết và hoàn chỉnh luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban giám hiệu và Khoa Sau đại học của
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản
luận văn này.

Tác giả cũng chân thành cảm ơn
Doanh nghiệp tư nhân cơ khí chính xác
Thái Hà
đã giúp đỡ tác giả thực hiện luận văn này.
Do năng lực bản thân còn có những 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.
Trân trọng cảm ơn!
Tác giả


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

Trang 3

MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC HÌNH ẢNH 9

PHẦN MỞ ĐẦU 10

1. Tính cấp thiết của đề tài 10

2. Ý nghĩa của đề tài 11

3. Phương pháp nghiên cứu và mục đích nghiên cứu 11

3.1. Hướng nghiên cứu 11

3.2. Phương pháp nghiên cứu 11

3.3. Mục đích nghiên cứu 11

4. Nội dung và phạm vi nghiên cứu 12

4.1. Nội dung 12

4.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài 12

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU GIA CÔNG MÀI VÀ MÀI TRÒN NGOÀI 13

1.1. Giới thiệu về gia công mài 13

1.1.1. Đặc điểm gia công mài 13

1.1.2. Quá trình tạo phoi khi mài 15

1.1.3. Đá mài 17

1.1.3.1. Vật liệu hạt mài 17

1.1.3.2. Vật liệu dính kết 18

1.1.3.3. Độ hạt của đá mài 18

1.1.3.4. Cấu trúc đá mài 19

1.1.3.5. Độ cứng của đá mài 19

1.1.4. Chế độ mài 20

1.2. Giới thiệu về mài tròn ngoài 20

1.3. Kết luận chương 1 23

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

Trang 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI 24

2.1. Tổng quan về tính chế độ cắt của mài tròn ngoài 24

2.2. Kết luận chương 2 39

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG THỨC
TÍNH CHẾ ĐỘ CẮTCHO MÀI TRÒN NGOÀI 40

3.1. Lựa chọn cơ sở dữ liệu để XD công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài 40

3.2. Lựa chọn dạng hàm hồi quy 42

3.3. Tổ chức cơ sở dữ liệu 42

3.3.1. Tổ chức cơ sở dữ liệu cho mài tròn ngoài chạy dao dọc 43

3.3.2. Tổ chức cơ sở dữ liệu cho mài tròn ngoài chạy dao ngang 49

3.4. Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài 53

3.4.1. Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài chạy dao dọc 53

3.4.2. Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài chạy dao ngang 55

3.5. Kết quả và nhận xét chương 3 58

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI
TRÒN NGOÀI 60

4.1. Tổng quan về các ngôn ngữ lập trình 60

4.2. Xây dựng phần mềm tính toán chế độ cắt cho mài tròn ngoài 63

CHƯƠNG 5: THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG
THỨC TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI 64

5.1. Mục đích thí nghiệm 64

5.2. Chuẩn bị thí nghiệm 64

5.3. Tiến hành thí nghiệm 67

5.4. Kết quả thí nghiệm 69

5.4.1. Kết quả thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 69

5.4.2. Kết quả thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao ngang 73

5.5. Kết luận chương 5 77

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

Trang 5

CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 78

6.1. Kết luận 78

6.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

PHỤ LỤC 1: BẢNG TRA CHẾ ĐỘ MÀI TRÒN NGOÀI [16] 82

PHỤ LỤC 2: GIẤY CHỨNG NHẬN SẢN PHẨM ĐẠT GIẢI NHÌ TẠI TRIỂN LÃM
SÁNG TẠO KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN VÀ CÁN BỘ GIẢNG VIÊN TRẺ 91

PHỤ LỤC 3: GIẤY XÁC NHẬN ĐĂNG BÁO TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM 92

PHỤ LỤC 4: BÀI BÁO ĐĂNG TRÊN TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM 93

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

Trang 6

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

STT KÝ HIỆU NỘI DUNG THỨ NGUYÊN
1

V
đ

Tốc độ đá mài m/s
2

n
đ
Số vòng quay của đá mài v/ph
3

b
đ
Chiều rộng đá mài mm
4

b
đgc

Chiều rộng đá mài tham gia cắt mm
5

D
đ
Đường kính đá mài mm
6

d
đ
Đường kính lỗ đá mài mm
7

D

f
Đường kính phôi mm
8

l
f
Chiều dài phôi mm
9

L Chiều dài mài mm
10

n
f
Số vòng quay của phôi v/ph
11

V
f
Tốc độ phôi m/ph
12

S
n
Lượng chạy dao ngang mm
13

S
nb
Lượng chạy dao ngang tra bảng mm

14

S
t
Lượng chạy dao thực tế mm
15

S
d
Lượng chạy dao dọc mm/ht
16

Z Lượng dư đường kính mm
17

Z
th
Lượng dư đường kính mài thô mm
18

Z
t
Lượng dư đường kính mài tinh mm
19

a Chiều sâu cắt mm
20

t Thời gian gia công cơ bản phút
21

N Công suất mài KW
22

F Lực mài N
23

ccx Cấp chính xác
24

cdn Cấp độ nhám
25

q Hệ số tỷ lệ tốc độ
26

i Số lần cắt
27

K
1
Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công và cấp
chính xác cần đạt

28

K
2
Hệ số phụ thuộc vào đường kính đá mài và vận
tốc của đá

29

K
3
Hệ số phụ thuộc vào dụng cụ đo kiểm
30

K
4
Hệ số phụ thuộc vào độ cứng của phôi


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

Trang 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU

STT NỘI DUNG TRANG
1

Bảng 1- Các kích thước cơ bản và đặc tính đá mài [12] 23
2

Bảng 2- Chế độ cắt cho mài tròn ngoài [12] 23
3

Bảng 3- Trị số các hệ số và số mũ trong công thức tính công suất khi mài [12] 23
4

Bảng 4a- Số vòng quay của chi tiết n
ct
và lượng chạy dao ngang S
n
[12] 23
5

Bảng 4b- Hệ số phụ thuộc đường kính đá và vật liệu gia công khi mài thô [12] 23
6

Bảng 4c- Số vòng quay của chi tiết n
ct
và lượng chạy dao ngang S
n
[12] 24
7

Bảng 4d- Hệ số phụ thuộc đường kính đá và vật liệu gia công khi mài tinh và
bán tinh

[1
2
]

24
8

Bảng 4e- Hệ số phụ thuộc lượng dư và cấp chính xác gia công công khi mài
tinh và bán tinh

[1
2
]

24
9

Bảng 5- Đặc tính của đá [13] 25
10

Bảng 6- Chiều sâu cắt và lượng chạy dao [13] 25
11

Bảng 7- Đặc tính đá mài [23] 27
12

Bảng 8- Tốc độ phôi [23] 27
13

Bảng 9- Lượng chạy dao ngang – mài tự động[23] 27
14

Bảng 10- Lượng chạy dao ngang – mài bằng tay[23] 27
15

Bảng 11- Lượng chạy dao khi mài mặt đầu [23] 27
16

Bảng 12- Hệ số K

1
[23] 28
17

Bảng 13- Hệ số K
2
[23] 28
18

Bảng 14- Hệ số K
3
[23] 28
19

Bảng 15- Thời gian sửa tinh cổ trục trơn [23] 28
20

Bảng 16- Thời gian sửa tinh [23] 29
21

Bảng 17- Chiều dày cắt khi sửa tinh [23] 29
22

Bảng 18- Hạt mài, kích thước, độ cứng hạt, cấu trúc đá [24] 32
23

Bảng 19- Đường kính đá, chiều rộng đá [24] 32
24

Bảng 20- Lượng chạy dao [24] 33

25

Bảng 21- Chiều sâu cắt [24] 33
26

Bảng 22- Tốc độ đá, tốc độ phôi, hệ số tỷ lệ tốc độ [24] 33
27

Bảng 23- Hệ số
λ
Ke
[24]
33
28

Bảng 24- Hệ số K [24] 33
29

Bảng 25- Trích bảng tra đặc tính của đá mài[5] 38
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 8

30

Bảng 26-Trích bảng tra số vòng quay phôi và lượng chạy dao dọc [5] 39
31

Bảng 27- Trích bảng tra số vòng quay phôi và lượng chạy dao ngang [5] 39
32

Bảng 28-Dạng bảng số liệu cho công thức hồi quy 41
33

Bảng 29- Số vòng quay của phôi với thép nhiệt luyện có HRC<30, gang, đồng 41
34

Bảng 30- Số vòng quay của phôi với thép nhiệt luyện có HRC 30-50 41
35

Bảng 31- Số vòng quay của phôi với thép kết cấu có HRC >50 ; thép bền nhiệt 42
36

Bảng 32- Lượng chạy dao dọc với cấp chính xác 6 42
37

Bảng 33- Lượng chạy dao dọc với cấp chính xác 7 43
38

Bảng 34- Lượng chạy dao dọc với cấp chính xác 8 43
39

Bảng 35- Lượng chạy dao ngang bảng S
nb
44
40

Bảng 36- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Thép cacbon kết cấu, Cr, Ni, mangan,
thép cacbon dụng cụ
45

41

Bảng 37- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Thép Vonfram, silic, molipden kết cấu 45
42

Bảng 38- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Thép bền nhiệt, thép không gỉ 45
43

Bảng 39- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Thép gió, thép hợp kim titan bền nhiệt 45
44

Bảng 40- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Gang và hợp kim đồng 46
45

Bảng 41- Hệ số phụ thuộc đường kính và vận tốc của đá mài 46
46

Bảng 42- Số vòng quay của phôi với thép nhiệt luyện HRC<30; Gang và đồng 47
47

Bảng 43- Số vòng quay của phôi thép nhiệt luyện HRC 30-50 47
48

Bảng 44- Số vòng quay của phôi với thép kết cấu HRC >50 ; thép bền nhiệt 47
49

Bảng 45- Lượng chạy dao ngang tra bảng 48
50

Bảng 46- Hệ số K

1
phụ thuộc nhóm vật liệu thép cacbon kết cấu, Cr, Ni,
mangan, thép cacbon d
ụng cụ

48
51

Bảng 47- Hệ số K
1
phụ thuộc nhóm vật liệu thép vonfram, silic, molipden kết
c
ấu

49
52

Bảng 48- Hệ số K
1
phụ thuộc nhóm vật liệu thép bền nhiệt, thép không gỉ 49
53

Bảng 49- Hệ số K
1
phụ thuộc vật liệu thép gió, thép hợp kim titan bền nhiệt 49
54

Bảng 50- Hệ số K
1
phụ thuộc nhóm vật liệu gang và hợp kim đồng 50

55

Bảng 51- Hệ số K
2
hệ số phụ thuộc vào đường kính đá và vận tốc của đá 50
56

Bảng 52- Tổng hợp các công thức xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài 56
57

Bảng P1- Chọn các đặc tính của đá mài [5] 78
58

Bảng P2 - Số vòng quay của chi tiết n
ct
và lượng chạy dao ngang S
d
[5]

79
59

Bảng P3 - Hệ số điều kiện làm việc ảnh hưởng đến lượng chạy dao ngang [5] 80
60

Bảng P4 - Số vòng quay của chi tiết n
ct
, lượng chạy dao dọc S
d
[5] 82

61

Bảng P5 - Lượng chạy dao ngang tra bảng S
nb
của bàn máy [5] 83
62

Bảng P6- Hệ số điều kiện làm việc ảnh hưởng đến lượng chạy dao ngang [5] 85
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 9


DANH MỤC HÌNH ẢNH
STT

Nội dung hình ảnh Trang
1

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình mài [3] 11
2

Hình 1.2: Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài [7] 13
3

Hình 1.3: Sơ đồ mô tả các giai đoạn tạo phoi của hạt mài [8] 14
4

Hình 1.4: Sơ đồ mài tròn ngoài 18
5

Hình 1.5: Mài tròn ngoài có tâm 19
6

Hình 1.6: Mài tròn ngoài không tâm 19
7

Hình 1.7: Mô hình mài tròn ngoài chạy dao dọc 20
8

Hình 2.1: Quan hệ giữa chiều sâu cắt và tốc độ quay của phôi [22] 35
9

Hình 2.2: Quan hệ giữa tuổi bền và tốc độ của đá [22] 36
10

Hình 2.3: Quan hệ giữa tốc độ bóc tách kim loại và tốc độ cắt của đá [22] 36
11

Hình 4.1: Phần mềm tra chế độ cắt cho mài tròn ngoài 61
12

Hình 5.1. Bản vẽ phôi mài tròn ngoài chạy dọc 62
13

Hình 5.2. Bản vẽ phôi mài tròn ngoài chạy dao ngang 63
14

Hình 5.3. Phôi đã được chế tạo 63
15

Hình 5.4. Mô hình thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 63
16

Hình 5.5. Mô hình thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao ngang 64
17

Hình 5.6. Máy đo nhám 65
18

Hình 5.7. Kính hiển vi quang học 65
19

Hình 5.8. Thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 66
20

Hình 5.9. Thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao ngang 66
21

Hình 5.10. Mẫu thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc 67
22

Hình 5.11. Ảnh chụp bề mặt chi tiết mài tròn ngoài chạy dao dọc 68
23

Hình 5.12. Biểu đồ so sánh về độ nhám bề mặt giữa mài tròn ngoài chạy
dao dọc theo tính toán và theo kinh nghiệm
69
24

Hình 5.13. Biểu đồ so sánh về thời gian gia công giữa mài tròn ngoài
ch
ạy dao dọc theo tính toán v
à theo kinh nghi
ệm

69
25

Hình 5.14. Mẫu thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc thu được 70
26

Hình 5.15. Ảnh chụp bề mặt chi tiết mài tròn ngoài chạy dao ngang 71
27

Hình 5.16. Biểu đồ so sánh về độ nhám bề mặt giữa mài tròn ngoài chạy
dao ngang theo tính toán và theo kinh nghi
ệm

72
28

Hình 5.17. Biểu đồ so sánh về thời gian gia công giữa mài tròn ngoài
chạy dao ngang theo tính toán và theo kinh nghiệm
72
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 10

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh. Nó đã mang
lại lợi ích to lớn cho con người. Để nâng cao đời sống của nhân dân, để hội nhập vào
sự phát triển chung của các nước trong khu vực và thế giới, Đảng và Nhà nước ta đã đề
ra mục tiêu trong những năm tới là thực hiện “Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước”, và đưa nước ta đến năm 2020 cơ bản trở thành nước công nghiệp. Để thực hiện
mục tiêu đó, một trong những ngành cần quan tâm phát triển là cơ khí chế tạo. Trong
cơ khí chế tạo, mài là một phương pháp gia công quan trọng, phổ biến, có năng suất và
độ chính xác cao. Trong quá trình công nghệ thì mài là một trong những nguyên công
cuối cùng, nhưng có vị trí rất quan trọng bởi lẽ những sai hỏng gây ra ở nguyên công
này thường là không sửa được.
Mài tròn ngoài là dạng mài phổ biến trong sản xuất cơ khí hiện nay. Việc xác
định chế độ cắt cho mài tròn ngoài có ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng và giá
thành sản phẩm.
Cho đến nay đã có nhiều phương pháp xác định chế độ
tròn ngoài
như phương pháp
tra bảng, phương pháp kinh nghiệm, phương pháp kết hợp giữa
tính toán bằng công thức với tra bảng và phương pháp xác định bằng đồ thị.
Tuy
nhiên,
việc xác định chế độ cắt của mài tròn ngoài cho đến nay chủ yếu là tra
bảng hoặc tra đồ thị - đòi hỏi rất phức tạp và tốn kém thời gian
. Mặt khác, ngày
nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học, kỹ thuật và sự phát triển của nền kinh
tế thị trường đã tạo ra sự cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà sản xuất, các sản phẩm kỹ
thuật và đặc biệt là sản phẩm cơ khí. Vì thế, để góp phần tăng năng suất, chất lượng và
hạ giá thành sản phẩm, tạo ra sự cạnh tranh trên thị trường thì việc xác định chế độ cắt
cho mài tròn ngoài cần phải thực hiện được một cách nhanh chóng chính xác và hiệu
quả hơn. Vì vậy, việc tác giả lựa chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu, xây dựng công

thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài” là hướng nghiên cứu thiết thực hiện nay. Đề
tài này, trình bày việc nghiên cứu lựa chọn, tổ chức cơ sở dữ liệu nhằm xây dựng lên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 11

bộ công thức xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài thông qua phương pháp hồi quy.
Các công thức này là cơ sở cho việc lập trình xây dựng nên phần mềm tra chế độ cắt
cho mài tròn ngoài.
2. Ý nghĩa của đề tài
 Ý nghĩa khoa học
- Đóng góp công thức tính và hoàn thiện lý thuyết xác định chế độ cắt cho mài
tròn ngoài.
- Nâng cao hiệu quả của gia công mài tròn ngoài.
 Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu sẽ áp dụng để xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài, từ
đó nâng cao hiệu quả của mài tròn ngoài.
3. Phương pháp nghiên cứu và mục đích nghiên cứu
3.1. Hướng nghiên cứu
Dựa trên các kết quả đã nghiên cứu về xác định các thông số của chế độ cắt của
mài tròn ngoài và việc sử dụng phương pháp hồi quy để tiến hành nghiên cứu, xây
dựng các công thức xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài nhằm phục vụ thuận tiện
cho tra cứu chế độ cắt và đặc biệt là sử dụng trong các chương trình tính toán tự động
để xác định chế độ cắt của mài tròn ngoài.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan kết hợp sử dụng phương pháp hồi quy.
3.3. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng bộ công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài để phục vụ thuận tiện
cho việc tính toán xác định chế độ cắt, đặc biệt là sử dụng trong các chương trình tính
toán tự động bằng máy tính để xác định chế độ cắt của mài tròn ngoài.

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

Trang 12

4. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
4.1. Nội dung
- Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp xác định các thông số của chế độ
cắt của mài tròn đã có.
- Nghiên cứu, xây dựng các công thức tính chế độ cắt của mài tròn ngoài dựa
trên các số liệu đã có từ các nghiên cứu trước và sử dụng phương pháp hồi quy.
4.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Tác giả chỉ nghiên cứu, xây dựng các công thức xác định chế độ cắt của mài
tròn ngoài có tâm chạy dao dọc và chạy dao ngang.














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

Trang 13

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU GIA CÔNG MÀI VÀ MÀI TRÒN NGOÀI
1.1. Giới thiệu về gia công mài
1.1.1. Đặc điểm gia công mài
Mài là một trong những phương pháp gia công cắt gọt xuất hiện lâu đời nhất
trong các phương pháp gia công co khí hiện nay [1]. Mài 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
… Quá trình mài là quá trình gia công tốc độ cao bằng cách sử dụng một lượng lớn các
lưỡi cắt của các hạt mài. Quá trình mài cũng 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 bề mặt rất cao. Mài gia
công được hầu hết các dạng bề như: mặt tròn xoay, mặt phẳng, răng, ren, then hoa, các
mặt định hình. Ngoài ra, mài còn có thể gia công các chi tiết khó định vị và kẹp chặt
như xéc măng, viên bi[2]. Mài không những được dùng trong gia công tinh, mà còn
được dùng ngày càng nhiều ở các nguyên công gia công phá, gia công thô. Vì thế, mài
đã và đang được sử dụng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy hiện nay.
Quá trình mài được biểu diễn trên hình 1.1
Hình 1.1: Sơ đồ quá trình mài [3]
Qua hình 1.1 nhận thấy rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình mài:
- Phôi: vật liệu, độ cứng, độ bền, tính dẫn nhiệt, hình dáng hình học.
- Dung dịch mài: thành phần dung dịch, phương pháp tưới, lưu lượng, áp lực.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 14

- Máy mài: lực cắt của máy, khả năng định vị vị trí trương đối gữa phôi và đá
mài, độ cứng vững của hệ thống công nghệ.
- Đá mài: cấu trúc đá, vật liệu hạt mài, độ hạt, độ cứng, chất kết dính.
Nghiên cứu quá trình mài thấy rằng mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các
phương pháp gia công cắt gọt khác:
- 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 ngẫu nhiên trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi
cắt, có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: góc trước γ
thường âm và góc cắt β thường lớn hơn 90
0
.
- Tốc độ cắt khi mài rất cao (≥ 30 m/s, thể lên tới 700 m/s)[4].
- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn
(1000 ÷ 1500
0
C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt.
- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một hạt 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[4].
- Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công được
những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không cắt được như thép tôi, hợp kim
cứng… nhưng lại không gia công được những vật liệu rất mềm.
- Quá trình cắt khi mài có tính gián đoạn, các hạt mài lần lượt vào cắt, ra cắt tạo
ra các rung động.
- Các đỉnh lưỡi cắt phân bố không đều theo chiều cao, lượng dư phân bố cho các
hạt mài không đều, do đó lực cắt tác động lên các hạt mài không bằng nhau.
- 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 hạt mài
mới tham gia vào quá trình cắt, ngoài ra một số hạt mài vỡ tạo thành những lưỡi cắt mới.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 15

- 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.
- Trong quá trình mài tồn tại 3 hiện tượng: cắt (cutting), cày (ploughing) và
trượt (rubbing) các hiện tượng này đồng thời xảy ra và phụ thuộc vào tương tác giữa
hạt mài và vật liệu gia công[5].
Do những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia công các vật liệu có độ cứng,
độ bền, độ mài mòn, khả năng chịu nhiệt cao, có thể đạt cấp chính xác cao (5 – 6) và
nhám bề mặt cao (Ra =0,1 - 0,2 µm) nên mài được sử dụng phổ biến và có vị trí quan
trọng trong gia công cơ khí hiện đại. 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, vì vậy mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối các bề mặt
quan trọng [6].
1.1.2. Quá trình tạo phoi khi mài
Quá trình tạo phoi khi mài được mô tả trên hình 1.2

Hình 1.2: Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài [7]
Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài có nguyên lý làm việc tương tự như
với một răng của dao phay song quá trình mài có những đặc điểm riêng:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 16

- Các lưỡi cắt của hạt mài tham gia cắt không liên tục.
- Lớp kim loại được cắt bởi một hạt mài có sự phụ thuộc về quan hệ chiều rộng
và bề dày hạt đá.
- Hình dáng hình học của hạt mài không xác định, ở đỉnh cắt của hạt mài có
cung lượn bán kính R.
- Hạt mài phân bố tự nhiên không có quy luật trên bề mặt trụ của đá.
- Tốc độ cắt cao, có nhiều lưỡi cắt cùng tham gia cắt đồng thời trong vùng cắt.
- Các lưỡi cắt của hạt mài có độ cứng, bền nhiệt, độ giòn rất cao.

-
Do có nhiều lưỡi cắt cùng tham gia cắt gọt nên tạo ra nhiệt cắt lớn, nhiệt độ
vùng cắt cao.
- Có hiện tượng trượt giữa hạt mài và kim loại trước khi cắt gọt. (
hinh 1.3
)
a (a<<
ρ
) b (a<
ρ
) c (a>
ρ
)
Hình 1.3: Sơ đồ mô tả các giai đoạn tạo phoi của hạt mài [8]
a - Hiện tượng trượt của hạt mài; b- cày kim loại; c- tạo phoi
Dưới áp lực mỗi lúc mỗi tăng từ hạt mài lên bề mặt gia công, do mũi dao có bán
kính ρ và góc ăn tới của lưỡi cắt η nhỏ nên giai đoạn đầu không tạo phoi mà vật liệu bị
biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, bị đẩy sang hai bên đồng thời nhiệt độ tăng làm cho
kim loại mài bị mềm hơn và có thể bị chảy qua mặt trước sang mặt sau của hạt mài.
Khi độ sâu của lớp cắt đạt được giá trị a tương ứng với chiều sâu cắt t thì quá trình mài
bắt đầu tạo phoi, kim loại bị dồn, ép gây biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và tạo phoi.
Do kim loại bị dồn, ép trong khi tạo phoi nên chiều dày phoi thực tế a
z
nhỏ hơn chiều
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 17

sâu cắt thực tế t . Quá trình tạo phoi của bất kỳ hạt mài nào đều được chia thành các
giai đoạn: trượt, cày, tạo phoi.

Đá mài có lưỡi cắt không liên tục trên vành cắt, các cạnh cắt của hạt mài nằm trên
độ cao khác nhau, do đó không phải tất cả các hạt mài đều tham gia cắt gọt trong cùng
một thời điểm. Hạt thì trượt trên bề mặt gia công, hạt thì miết nén, hạt thì tạo phoi.
Những hạt có bán kính cung lượn lớn tức là những hạt quá mòn không thể cắt được lát
cắt mỏng thì không cắt mà chỉ trượt trên bề mặt gia công, lúc này sinh ra một lượng
nhiệt rất lớn.
Như vậy, quá trình tạo phoi khi mài tuỳ thuộc vào yếu tố hình học của hạt mài.
Quá trình tạo phoi xảy ra trong khoảnh khắc rất nhỏ 0,001- 0,005 giây[9]. Tổng số
lượng hạt phoi được tạo ra trong một đơn vị thời gian là rất lớn (hàng trăm triệu hạt
phoi trong một phút). Chiều dày của phoi rất khác nhau từ một vài micrômet đến vài
phần trăm micrômet, những phoi quá nhỏ sẽ bị nhiệt độ cao đốt cháy tạo thành tia lửa
khi mài. Những phoi lớn hơn và những phần tử hạt bị mòn của đá được dung dịch tưới
nguội rửa trôi.
1.1.3. Đá mài
1.1.3.1. Vật liệu hạt mài
Đá mài là loại dụng cụ cắt được chế tạo từ vật liệu dạng hạt- liên kết với nhau
thành một thể nguyên khối bằng những chất kết dính.
Những vật liệu sử dụng để chế tạo dụng cụ từ hạt mài là các loại vật liệu nguồn
gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, mà chúng có độ cứng lớn và có khả năng cắt gọt cao.
Các vật liệu hạt mài sử dụng để chế tạo đá mài thường được phân thành hai
nhóm: tự nhiên và nhân tạo. Nhóm vật liệu tự nhiên bao gồm các khoáng chất sau: Kim
cương tự nhiên, thạch anh, đá lửa, granit, Coranh đông, Cacbua Silic, Với loại vật
liệu nhân tạo bao gồm: Kim cương, Nitrit bo ở dạng mạng lập phương thể tâm (CBN),
Co ranh đông điện, Cacbit silic, Cacbit bo, Oxit nhôm …
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 18

1.1.3.2. Vật liệu dính kết
Chất kết dính dùng để kết dính những hạt mài rời rạc thành khối. Đá mài có chất

lượng cao hay thấp phụ thuộc vào chất kết dính. Tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng của đá
mài mà sử dụng các loại chất kết dính khác nhau để chế tạo đá. Chất kết dính thường
được chia thành các nhóm cơ bản là:
- Chất kết dính vô cơ bao gồm: Gốm, Manhêdit và Silicat.
- Chất kết dính hữu cơ bao gồm: Bakêlic, Gliphtalin và Vuncanic.
- Chất kết dính kim loại.
Trong đó khoảng 50-60% tổng sản lượng đá mài được chế tạo từ chất dính kết vô
cơ, 30-39% từ chất kết dính hữu cơ, 1-2% chất kết dính kim loại.
Để tăng độ bền của đá mài, người ta sử dụng các chất kết dính hợp kim. Chất kết
dính có chứa B
o
(52%) và titan cho phép chế tạo đá mài làm việc với tốc độ cắt đến 60
m/s. Các chất kết dính có chứa thêm ôxitbo, ôxitliti, bari, phtora sẽ tăng cường đáng
kể các đặc tính cơ học của đá mài.
1.1.3.3. Độ hạt của đá mài
Độ hạt của đá mài được biểu thị bằng kích thước thực tế của hạt. Tính năng cắt
gọt của vật liệu phụ thuộc vào kích thước hạt mài. Khi mài thô dùng loại hạt có kích
thước lớn và ngược lại khi mài tinh dùng loại hạt có kích thước nhỏ. Hạt mài được
phân ra làm 3 nhóm:
- Nhóm thứ nhất gọi là hạt mài gồm các số hiệu: 200; 160; 125; 100; 80; 63; 50;
40; 32; 25; 20; 16.
- Nhóm thứ hai gọi là bột mài gồm các số hiệu: 12; 10; 8; 6; 5; 4; 3.
- Nhóm thứ ba gọi là phấn mài gồm các số hiệu: M40; M28; M20; M14; M7; M5.
Chất lượng của hạt mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố song quan trọng nhất là sự
đồng đều của các hạt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 19

1.1.3.4. Cấu trúc đá mài

Cấu trúc đá mài đặc trưng cho tổ chức bên trong của đá mài, nghĩa là quan hệ
giữa các thể tích của hạt mài, chất kết dính và khoảng trống của đá. Cơ sở để phân loại
đá mài theo cấu trúc là thể tích của hạt mài. Những đá mài có cùng một cấp cấu trúc
khi thể tích do các hạt mài chiếm chỗ là như nhau với mọi cấp độ cứng. Cấu trúc của
đá mài được chia thành 12 cấp từ 1÷12.
Đá mài có cấu trúc chặt, trong đó hạt mài được bố trí quá mau, khoảng cách
giữa các hạt nhỏ, chủ yếu để mài bóng.
Đá mài có cấu trúc xốp, khoảng cách giữa các hạt lớn, thoát phoi tốt, vì vậy cho
phép nâng cao tốc độ cắt, nhưng khi đó đá lại kém bền.
Để tạo khoảng trống, khi chế tạo đá mài, người ta trộn các chất phụ gia (mùn
cưa, gỗ, than v.v…) vào hỗn hợp trước khi ép, khi thiêu kết các chất phụ gia sẽ cháy và
tạo thành các khoang rỗng.
1.1.3.5. Độ cứng của đá mài
Độ cứng của đá mài được hiểu là khả năng liên kết của các hạt mài bởi các chất
kết dính để chống bật hạt mài khỏi bề mặt đá dưới tác dụng của ngoại lực. Độ cứng
càng cao có nghĩa hạt mài càng khó tách rời khỏi bề mặt của đá, khả năng chịu lực
càng lớn, tuy nhiên khả năng tự mài sắc kém.
Độ cứng của đá mài phụ thuộc vào tỷ lệ, chất lượng chất dính kết, dạng vật liệu
hạt mài, quy trình công nghệ chế tạo đá mài. Độ cứng của đá mài ảnh hưởng đến năng
suất và chất lượng khi mài
Khi đá mài quá cứng thì khả năng tự mài sắc kém do đó đá mài mất hẳn tính
chất cắt gọt, ma sát giữa đá mài và bề mặt chi tiết gia công tăng nhanh, sẽ xuất hiện
cháy mài và nứt mài. Trong trường hợp này phải tiến hành sửa đá.
Khi mài bằng đá mài quá mềm, hạt mài sẽ bị tách vỡ khỏi bề mặt đá, nó không
kịp mòn, đá mài mòn hình học quá nhanh, giảm năng suất gia công.

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

Trang 20

1.1.4. Chế độ mài
Chế độ mài là tập hợp giá trị của các thông số mà qua đó có thể xác lập và thực
hiện được trọn vẹn một nguyên công mài. Chế độ mài bao gồm các thông số có ảnh
hưởng trực tiếp đến chất lượng và giá thành của chi tiết gia công. Các thông số đó bao
gồm: thông số đá mài, chiều sâu cắt, lượng chạy dao, tốc độ phôi, tốc độ đá, thời gian
gia công và công suất cắt. Xác định chế độ mài là xác định giá trị của các thông số gia
công này. Để chi tiết đạt được yêu cầu kỹ thuật và giá thành cạnh tranh thì phải xác
định được chế độ mài hợp lý. Chế độ mài hợp lý là chế độ mài trên cơ sở đảm bảo yêu
cầu kỹ thuật của nguyên công, phát huy khả năng của máy, của thiết bị công nghệ và
dụng cụ cắt, đảm bảo năng suất lao động cao và giá thành hạ.
Như vậy, việc xác định chế độ cắt khi mài là quan trọng vì nó ảnh hưởng đến
chất lượng và giá thành của sản phẩm.
1.2. Giới thiệu về mài tròn ngoài
Gia công mài được chia thành nhiều dạng khác nhau trong đó mài tròn ngoài là
một dạng phổ biến. Mài tròn ngoài có thể gia công được các bề mặt trụ ngoài của các
chi triết trục hay chi tiết tròn xoay.
Mài tròn ngoài được biểu diễn trên hình 1.4.

Hình 1.4: Sơ đồ mài tròn ngoài
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 21

Quá trình mài tròn ngoài bao gồm các chuyển động sau:
- Chuyển động quay tròn của đá mài (V
đ
): là chuyển động cắt chính
- Chuyển động quay tròn của chi tiết mài (V
ct
): đảm bảo mài hết chu vi chi tiết

- Chuyển động tịnh tiến của bàn máy (Sd): đảm bảo mài hết chiều dài chi tiết
- Chuyển động tịnh tiến của đá (Sn): đảm bảo mài hết chiều sâu cắt
Mài tròn ngoài bao gồm mài có tâm (hình 1.5) và mài không tâm (hình 1.6):
Mài có tâm là phương pháp mài tròn ngoài mà chi tiết được gá đặt vào 2 lỗ tâm
hoặc mâm cặp và lỗ tâm, nhờ đó có thể đảm bảo được độ đồng tâm của các bậc trục.
Mài có tâm có tính vạn năng cao, có thể mài rãnh, mài góc lượn, các mặt trụ có rãnh.

Hình 1.5: Mài tròn ngoài có tâm

Hình 1.6: Mài tròn ngoài không tâm
Mài không tâm là phương pháp mài tròn mà chi tiết được đặt tự do trên căn đỡ,
không được định vị bằng mũi tâm hay mâm cặp, căn đỡ thường có góc nghiêng 15
o

hoặc 30
o
so với

mặt cắt ngang. Khi mài không tâm, chi tiết nằm giữa hai đá mài, một đá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 22

dẫn và một đá cắt, kim loại được bóc tách ra là nhờ sự dịch chuyển của đá dẫn hoặc
của đầu mài. Mài không tâm không mài được các bề mặt gián đoạn, có rãnh.
Cả mài có tâm và không tâm đều có thể thực hiện tiến dao dọc hoặc tiến dao
ngang, riêng mài có tâm có thể tiến dao nghiêng[10].
Mài tròn ngoài có tâm có 3 kiểu chạy dao đó là chạy dao dọc, chạy dao ngang
và chạy dao nghiêng. Mài tròn ngoài chạy dao dọc là dạng mài phổ biến hơn cả. Dạng
mài này thường dùng để gia công những trục dài, có độ cứng vững cao và đường kính

không quá lớn. Nó đạt được độ chính xác cao và thích hợp với sản xuất loạt lớn và
hàng khối. Dưới đây giới thiệu một mô hình mài tròn ngoài chạy dao dọc.










Hình 1.7: Mô hình mài tròn ngoài chạy dao dọc [11]
Qua mô hình này cho thấy các yếu tố đầu vào - đại lượng vào, các yếu tố đầu ra
đại lượng ra và các yếu tố xuất hiện trong quá trình mài đều có ảnh hưởng lớn đến chất
lượng sản phẩm, năng suất gia công và giá thành sản phẩm. Vì vậy, để tăng năng suất,
ĐẠI LƯỢNG VÀO
MÁY:

- Sơ đồ cắt khi mài
- Độ cứng vững của HTCN
PHÔI
:

- Vật liệu
- Kích thước, H.Dáng hình học
ĐÁ MÀI
:

- Cấu trúc đá, độ cứng, độ hạt

- Vật liệu hạt mài
- Vật liệu chất kết dính
- Topography của đá
CH
Ế ĐỘ CÔNG

NGH
Ệ
:

- V
đ
, V
ct
, chiều sâu cắt t
- Lượng chạy dao S
CH
Ế ĐỘ TR
ƠN NGU
ỘI
:

- Thành phần dung dịch
- Lưu lượng, áp lực tưới
- Phương pháp tưới
CH
Ế ĐỘ SỬA ĐÁ
:

- Chế độ sửa đá

-

D
ụng cụ sửa đá

CÁC
Đ
ẠI L
Ư
ỢNG
XU
ẤT HIỆN
TRONG QUÁ TRÌNH MÀI

n
đ

n
ct

S
d

L
ực cắt

Nhi
ệt

c

ắt

Tr
ạng thái m
òn
c
ủa đá

Rung đ
ộng

ĐẠI LƯỢNG RA
CH
ẤT L
Ư
ỢNG

* Sai lệch HDHH
- Sai lệch kích thước
- Sai lệch vị trí tương quan
* Chất lượng BM chi tiết
- Nhấp nhô bề mặt
- Vết cháy, vết gằn bề mặt
- Tổ chức lớp bề mắt
- Tính chất cơ lý lớp bề mặt
+ Độ cứng tế vi
+ Chiều sâu lớp biến cứng
+ T/c lớp ứng suất dư bề mặt
TÍNH KINH TẾ
- Giá thành

- Năng suất
- tuổi bền của đá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 23

chất lượng sản phẩm mà giá thành hạ thì cần thiết phải lựa chọn, điều chỉnh, điều khiển
các yếu tố đại lượng vào, đại lượng ra và các yếu tố xuất hiện trong quá trình mài một
cách hợp lý.
1.3. Kết luận chương 1
- Gia công mài đã được sử dụng rộng rãi và có một vị trí quan trọng trong ngành
cơ khí chính xác. Mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối vì mài
đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt cao.
- Các đặc điểm và thông số cơ bản của quá trình mài như quá trình tạo phoi, đá
mài, chế độ mài đã được khảo sát.
- Chế độ mài là tập hợp giá trị của các thông số mà qua đó có thể xác lập và thực
hiện được trọn vẹn một nguyên công mài. Các thông số đó bao gồm các thông số của
đá mài, chiều sâu cắt, lượng chạy dao, tốc độ phôi, tốc độ đá, thời gian gia công vv
Việc xác định chế độ mài hợp lý là công việc rất quan trọng vì nó quyết định đến năng
suất và chất lượng của quá trình gia công. Việc xác định chế độ mài (hay chế độ cắt khi
mài) của các nghiên cứu trước đây sẽ được khảo sát và đánh giá cụ thể trong chương 2.

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