đánh giá khả năng cắt của đá mài cbn khi mài thép x12m nhiệt luyện trên máy mài phẳng theo chỉ tiêu lực cắt

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------

BÙI ĐỨC VIỆT

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA ĐÁ MÀI
CBN KHI MÀI THÉP X12M NHIỆT LUYỆN TRÊN
MÁY MÀI PHẲNG THEO CHỈ TIÊU LỰC CẮT

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

THÁI NGUYÊN, 2011


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------

BÙI ĐỨC VIỆT

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA ĐÁ MÀI
CBN KHI MÀI THÉP X12M NHIỆT LUYỆN TRÊN
MÁY MÀI PHẲNG THEO CHỈ TIÊU LỰC CẮT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

KHOA ĐÀO TẠO SĐH

TS. Ngô Cường

Thái Nguyên, 2011



LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận
văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố trong bất kỳ
một cơng trình nào khác. Trừ các phần tham khảo đã đƣợc
nêu rõ trong Luận văn.
Tác giả

Bùi Đức Việt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Thầy giáo - TS. Ngô Cường, người đã hướng dẫn
và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết và
hồn chỉnh Luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và Khoa Sau đại học - Trường
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để
hoàn thành bản Luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Trần Đức Tăng và Th.S Vũ Minh Đức Bộ môn Công nghệ thiết bị và Hàng không vũ trụ - Học viện Kỹ thuật Quân sự đã
tận tình giúp đỡ trong q trình thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm.
Do năng lực bản thân cịn nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi sai
sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cơ giáo, các nhà
khoa học và các bạn đồng nghiệp.
Tác giả

Bùi Đức Việt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH
Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị

nđ

Tốc độ quay của đá

Vòng/ph

nct

Tốc độ quay của chi tiết

Vòng/ph

Sd

Lượng chạy dao dọc

m/ph

Sn

Lượng chạy dao ngang

m/ph

az

Chiều sâu cắt của một hạt mài

mm

bz

Chiều rộng phoi cắt

mm

t

Chiều sâu cắt khi mài

mm

b

Chiều rộng mài

mm

B

Chiều rộng của đá mài

mm

Dđ

Đường kính của đá mài

mm

vđ

Tốc độ của đá mài

m/s

vct

Tốc độ của chi tiết gia công

m/ph

Chiều dày phoi không biến dạng lớn nhât

mm

htđ

Chiều dày phoi tương đương

mm

Qw

Tốc độ bóc tách vật liệu

Q’w

Tốc độ bóc tách vật liệu riêng

hmax

Piz

Piy

mm3/s
mm3/s.m

Thành phần lực cắt theo phương tiếp tuyến tác dụng lên
một hạt mài
Thành phần lực cắt theo phương pháp tuyến tác dụng
lên một hạt mài

N

N

Pz

Thành phần lực cắt tiếp tuyến

N

Py

Thành phần lực cắt pháp tuyến

N

Ra, Rz, Rt

Thông số đánh giá độ nhám bề mặt gia công

Kp=Py/Pz

Hệ số lực cắt

N

Công suất mài

Kc

Hệ số khả năng cắt của đá mài

m

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

J/mm3
mm3/s.N




o

Tm

Nhiệt độ mài

Ssđ

Lượng chạy dao dọc khi sửa đá

m/ph

tsđ

Chiều sâu cắt khi sửa đá

mm

G

Hệ số mài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

C




DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT

Bảng số

Nội dung

1

1.1

Một vài số liệu về hệ số dẫn nhiệt của đá mài CBN và

Trang

Al203.
2

1.2

30

Hệ số dẫn nhiệt lý thuyết và thực nghiệm của đá CBN
và Al203

31

3

1.3

Nhiệt độ khi mài khô bằng đá mài Al203 và CBN

31

4

1.4

Nhiệt độ khi mài ướt bằng đá mài Al203 và CBN

32

5

2.1

Thành phần hóa học của thép X12M

37

6

2.2

Kí hiệu tương đương mác thép X12M của các nước

38

7

3.1

Lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến khi mài thép
X12M bằng đá mài CBN và đá mài thường với 15 lượt
cắt, sử dụng ba loại dung dịch trơn nguội

8

3.2

53

Lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến khi mài thép

X12M bằng đá mài CBN và đá mài thường với 30 lượt
cắt, sử dụng ba loại dung dịch trơn nguội

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

58




DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT Hình số

Nội dung

Trang

1

1.1

Lực cắt tác dụng lên hạt mài

5

2

1.2

Quan hệ Py - Pz

7

3

1.3

Quan hệ Kpi - az khi mài vật liệu ШX15

8

4

1.4

Hình 1.4. Quan hệ Kpi - x

8

5

1.5

Các dạng mòn của đá

9

6

1.6

Quan hệ Kc với thời gian mài

13

7

1.7

Lực cắt khi mài thép ổ lăn AISI 52100 bằng đá CBN

15

8

1.8

Lực cắt khi mài bằng các loại đá khác nhau

16

9

1.9

Ảnh hưởng của vận tốc đá đến lực cắt khi mài bằng đá CBN

17

10

1.10

Ảnh hưởng của vận tốc dung dịch trơn nguội đối với hệ
số lực mài Ft/Fn ở điều kiện: 0,833 mm3/mms, đá mài
B126N100EP, vật liệu phôi SS304

11

1.11

18

Lực mài ứng với lượng chạy dao và tốc độ bóc tách vật liệu
riêng cho vật liệu 100Cr6 độ cứng 60HRC

12

1.12

Lực mài ứng với lượng chạy dao và tốc độ bóc tách vật
liệu riêng cho vật liệu 100Cr6 độ cứng 188HB

13

1.13

19

19

Lực mài ứng với lượng chạy dao và tốc độ bóc tách vật
liệu riêng

20
20

14

1.14

Lực cắt pháp tuyến ứng với lực cắt tiếp tuyến

15

1.15

So sánh tính chống mài mịn của CBN với các vật liệu hạt
mài khác

16

1.16

21

Ảnh hưởng của tốc độ bóc tách vật liệu tới mịn đá và độ
nhám bề mặt với tốc độ đá 60.000 vòng/phút

21

17

1.17

Ảnh hưởng của tốc độc cắt tới mòn đá

22

18

1.18

Xác định mòn bề mặt

23

19

1.19

Ảnh SEM bề mặt đá mài

23

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

20

1.20

Độ nhám và hệ số mài với các loại đá mài khác nhau

21

1.21

Ảnh hưởng của tốc độ bóc tách vật liệu tới hệ số mài của

24

các loại đá mài khác nhau

25
25

22

1.22

So sánh mịn bán kính đá mài CBN và Al2O3

23

1.23

So sánh đá mài CBN độ xốp cao và độ xốp trung bình khi

mài vât liệu thép M2

24

1.24

26

Hiệu quả của đá mài CBN độ xốp cao sử dụng để mài
Inconel 718

27

25

1.25

Công suất mài ứng với tốc độ bóc tách vật liệu

28

26

1.26

Ảnh hưởng của tốc độ cắt đối với công suất trục chính

29

27

1.27

Cơng suất khơng tải, cơng suất cấp nước làm mát và công
suất làm sạch đá mài trong máy công cụ sử dụng đá mài CBN

28

1.28

29

Sự khác nhau về nhiệt độ mài giữa đá mài CBN và đá mài
thường

32

29

2.1

Phơi thí nghiệm

37

30

2.2

Đầu đo lực KISTLER

40

31

2.3

Card A/D thu nhận dữ liệu

42

32

2.4

Sơ đồ khối phần mềm điều khiển và xử lý số liệu
DASYLAB 9.0.2 đo lực cắt

42

33

2.5

Màn hình điều khiển và hiển thị DASYLAB 9.0.2 đo lực cắt

44

34

2.6

Sơ đồ đọc dữ liệu đo lực mài trên phần mềm DASYLAB

45

35

2.7

Sơ đồ đọc dữ liệu đo lực mài trung bình trên phần mềm
DASYLAB

36

2.8

45

Sơ đồ thí nghiệm đo lực cắt khi mài thép X12M nhiệt
luyện bằng đá mài CBN và đá mài thường trên máy mài
phẳng.

37

3.1

46

Lực cắt pháp tuyến và tiếp tuyến khi mài bằng đá mài

CBN và đá mài Al2O3, sử dụng dung dịch Emulsion

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

48




38

3.2

Lực cắt pháp tuyến và tiếp tuyến khi mài bằng đá mài
CBN và đá mài Al2O3, sử dụng dung dịch Tectylcool 1240

39

3.3

Lực cắt pháp tuyến và tiếp tuyến khi mài bằng đá mài
CBN và đá mài Al2O3, sử dụng dung dịch Tectylcool 1290

40

3.4

3.5

3.6

3.7

3.8

3.9

50

Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng Emulsion với 15 lượt cắt

45

50

Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến trung bình
khi sử dụng 3 loại dung dịch trơn nguội với 15 lượt cắt

44

49

Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến khi sử
dụng dung dịch Tectylcool 1290 với 15 lượt cắt

43

49

Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến khi sử
dụng dung dịch Tectylcool 1240 với 15 lượt cắt

42

48

Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến khi sử
dụng dung dịch Emulsion với 15 lượt cắt

41

48

51

Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng Tectylcool 1240 với 15
lượt cắt

46

3.10

51

Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng Tectylcool 1290 với 15
lượt cắt

47

3.11

52

Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng 3 loại dung dịch trơn
nguội với 15 lượt cắt

48

3.12

52

Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến khi sử
dụng dung dịch Emulsion với 30 lượt cắt

49

3.13

Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến khi sử
dụng dung dịch Tectylcool 1240 với 30 lượt cắt

50

3.14

53

54

Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến khi sử
dụng dung dịch Tectylcool 1290 với 30 lượt cắt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

54




51

3.15

Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến trung bình
khi sử dụng 3 loại dung dịch với 30 lượt cắt

52

3.16

Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng Emulsion với 30 lượt cắt

53

3.17

55

55

Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng Tectylcool 1240 với 30
lượt cắt

54

3.18

56

Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng Tectylcool 1290 với 30
lượt cắt

55

3.19

56

Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng 3 loại dung dịch trơn
nguội với 30 lượt cắt

56

3.20

57

Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng 3 loại dung dịch trơn
nguội với 15 và 30 lượt cắt

57

3.21

57

Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng dung dịch Emulsion với
15 lượt cắt

58

3.22

59

Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng dung dịch Tectylcool
1240 với 15 lượt cắt

59

3.23

59

Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng dung dịch Tectylcool
1290 với 15 lượt cắt

60

3.24

60

Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng ba dung dịch trơn nguội
với 15 lượt cắt

61

3.25

60

Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài

61

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




CBN và đá mài thường, sử dụng dung dịch Emulsion với
30 lượt cắt
62

3.26

Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng dung dịch Tectylcool
1240 với 30 lượt cắt

63

3.27

61

Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng dung dịch Tectylcool
1290 với 30 lượt cắt

64

3.28

62

Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng ba dung dịch trơn nguội
với 30 lượt cắt

65

3.29

62

Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài
CBN và đá mài thường, sử dụng ba dung dịch trơn nguội
với 15 và 30 lượt cắt

66

3.30

63

Đồ thị hiệu ứng cắt lại theo lực cắt khi dùng dung dịch
Emulsion với 15 lượt cắt

67

3.31

64

Đồ thị hiệu ứng cắt lại theo lực cắt khi dùng dung dịch
Tectylcool 1240 với 15 lượt cắt

68

3.32

64

Đồ thị hiệu ứng cắt lại theo lực cắt khi dùng dung dịch
Tectylcool 1290 với 15 lượt cắt

69

3.33

65

Đồ thị hiệu ứng cắt lại theo lực cắt khi dùng dung dịch
Emulsion với 30 lượt cắt

70

3.34

65

Đồ thị hiệu ứng cắt lại theo lực cắt khi dùng dung dịch
Tectylcool 1240 với 30 lượt cắt

71

3.35

66

Đồ thị hiệu ứng cắt lại theo lực cắt khi dùng dung dịch
Tectylcool 1290 với 30 lượt cắt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

66




MỤC LỤC
Trang
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

2

3. Đối tượng, mục đích, phương pháp nghiên cứu

2

4. Nội dung nghiên cứu

3
Chƣơng 1:

TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG CẮT CỦA ĐÁ MÀI VÀ CÁC

4

NGHIÊN CỨU VỀ KHẢ NĂNG CẮT CỦA ĐÁ MÀI CBN
1.1. Đặc điểm của quá trình mài

4

1.2. Một số phương pháp đánh giá khả năng cắt của đá mài

5

1.2.1. Đánh giá theo chỉ tiêu lực cắt

5

1.2.2. Đánh giá theo chỉ tiêu mòn

9

1.2.3. Đánh giá theo chỉ tiêu công suất

10

1.2.4. Đánh giá theo chỉ tiêu nhiệt cắt

11

1.2.5. Đánh giá theo chỉ tiêu rung động

12

1.2.6. Đánh giá theo hiệu ứng cắt lại

13

1.2.7. Đánh giá theo hệ số khả năng cắt của đá mài

13

1.3. Tính gia cơng của vật liệu khi mài

14

1.4. Một số kết quả nghiên cứu về khả năng cắt của đá mài CBN

14

1.4.1. Lực cắt

15

1.4.2. Mịn

21

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




1.4.3. Công suất

26

1.4.4. Nhiệt cắt

30

1.4.5. Rung động

33

1.6. Kết luận chương 1

33

1.7. Xác định hướng nghiên cứu của luận văn

34

Chƣơng 2:
HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẮT
CỦA ĐÁ MÀI KHI MÀI THÉP X12M NHIỆT LUYỆN

37

TRÊN MÁY MÀI PHẲNG
2.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm

37

2.2. Phương pháp thí nghiệm

37

2.2.1. Mẫu thí nghiệm

37

2.2.2. Đá mài

38

2.2.3. Sửa đá

39

2.2.4. Tưới nguội

39

2.2.5. Máy thí nghiệm

39

2.2.6. Thiết bị đo lực và phần mềm xử lý

40

1. Thiết bị đo

40

2. Phần mềm xử lý

42

2.2.7. Chế độ cắt

45

2.2.8. Sơ đồ thí nghiệm

46

2.2.9. Phương pháp đánh giá

46

2.3. Kết luận chương 2

47
Chƣơng 3:

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

48

3.1. Lực cắt và hệ số lực cắt

49

3.2. Độ ổn định của lực cắt

58

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




3.3. Hệ số khả năng cắt

59

3.4. Hiệu ứng cắt lại

63

3.5. Một số nhận xét

67

3.6. Kết luận chương 3

67

KẾT LUẬN CHUNG

68

HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỂ TÀI

69

TÀI LIỆU THAM KHẢO

70

PHỤ LỤC

73

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

-1-

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Phương pháp mài, với rất nhiều ưu điểm, đã chiếm một vị trí rất quan trọng
trong gia cơng cơ khí hiện đại.
Thép X12M được dùng phổ biến để chế tạo những chi tiết chính xác, chịu tải
va đập lớn, chịu mài mịn và chịu ăn mịn hóa học như: khn và chày dập nguội,
con lăn, chốt ắc (xích xe tăng, xe ủi), chày dập thuốc tây, ... Thép X12M ở trạng
thái ủ tương đối dễ gia công, nhưng sau khi tôi và ram thì có tính gia cơng rất thấp
và được xếp vào nhóm thép khó gia cơng nhất [6].
Vật liệu CBN có độ cứng chỉ sau kim cương và khả năng chịu nhiệt đến
1371oC. Đá mài CBN được biết đến với rất nhiều tính năng ưu việt, đặc biệt khi mài
những loại thép khó gia cơng (như X12M). Do có độ cứng cực cao và độ dai va đập
lớn, đá mài CBN có khả năng duy trì dung sai rất nhỏ, quá trình cắt ổn định tạo ra
chất lượng bề mặt gia cơng cao và ổn định. Ngồi ra, đá mài CBN cịn có khả năng
lấy đi lượng dư đều đặn trên bề mặt của chi tiết gia công mà không cần bù độ mòn
của đá mài. Tuy nhiên loại đá mài này rất đắt. Để có thể sử dụng đá mài CBN có
hiệu quả kinh tế - kỹ thuật thì cần thiết phải có sự đánh giá về khả năng cắt gọt của
loại đá mài này.
Khả năng cắt của đá mài có thể xác định qua một số chỉ tiêu như: Lực cắt, độ
mịn, cơng suất cắt, nhiệt cắt hoặc hiệu ứng cắt lại,... Trong các chỉ tiêu trên: Lực
cắt là chỉ tiêu cơ bản đặc trưng cho bản chất vật lý của quá trình mài. Lực cắt ảnh
hưởng lớn đến sự mài mòn của đá, đến biến dạng đàn hồi và tiếp xúc của hệ thống
công nghệ, đến rung động, nhiệt độ mài, đến độ chính xác và chất lượng bề mặt gia
công. Lực mài tuy nhỏ nhưng diện tích tiếp xúc của đỉnh hạt mài với bề mặt gia
công rất nhỏ nên lực cắt đơn vị rất lớn.
Mài bằng đá mài CBN được nhiều nhà khoa học các nước quan tâm nghiên

cứu và ứng dụng nhưng ở Việt Nam có rất ít cơng trình nghiên cứu về lĩnh vực này
được công bố, việc sử dụng đá mài CBN vào sản xuất cũng chưa phổ biến.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




-2-

Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên, tác giả chọn đề tài:
“Đánh giá khả năng cắt của đá mài CBN khi mài thép X12M nhiệt luyện
trên máy mài phẳng theo chỉ tiêu lực cắt.”
2. Ý nghĩa của đề tài
2.1. Ý nghĩa khoa học
Đóng góp những kết quả nghiên cứu về mài bằng đá mài CBN.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi
mài bằng đá mài CBN.
- Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng khi mài các chi tiết máy có độ chính
xác, chịu tải va đập lớn, chịu mài mòn và chịu ăn mịn hóa học như: khn và chày
dập nguội, con lăn, chốt ắc (xích xe tăng, xe ủi), chày dập thuốc tây,... và tham khảo
khi mài các mác thép khó gia cơng khác.
3. Đối tượng, mục đích và phương pháp nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: Khả năng cắt của đá mài CBN khi mài
thép X12M nhiệt luyện trên máy mài phẳng.
3.2. Mục đích nghiên cứu
- So sánh khả năng cắt của đá mài CBN với đá mài Al2O3 khi mài thép
X12M nhiệt luyện trên máy mài phẳng theo chỉ tiêu lực cắt.

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho việc giảng dạy, học tập và nghiên cứu.
3.3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




-3-

4. Nội dung nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu tổng quan về:
Khả năng cắt của đá mài Al2O3 và đá mài CBN khi mài thép X12M nhiệt
luyện trên máy mài phẳng.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Xây dựng hệ thống, thiết bị thí nghiệm: Chọn máy, phơi thí nghiệm, đá
mài, cơng nghệ trơn nguội, hệ thống đo lường, sử dụng công nghệ thông tin để trợ
giúp đo và xử lý số liệu, đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật đặt ra.
- Xây dựng kế hoạch thực nghiệm.
- Tiến hành thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

-4-

Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG CẮT CỦA ĐÁ MÀI
VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ KHẢ NĂNG CẮT CỦA ĐÁ MÀI CBN
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.
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 lộn xộn trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có
nhiều lưỡi cắt, có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt khơng thuận lợi cho điều kiện cắt
gọt: góc trước  thường âm và góc cắt  thường lớn hơn 900.
- Tốc độ cắt khi mài rất cao (≥ 30 m/s, mài cao tốc độ có thể lên tới 120 m/s
hoặc cao hơn).
- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất
lớn (1000 ÷ 15000 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 cơng tạo
ra độ nhẵn bóng và độ chính xác cao.
- Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt khơng liên tục nên có thể gia cơng 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.
- 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.
- Do hiện tượng tự mài sắc cũng như khơng 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




-5-

trình mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của q trình mài chưa được nghiên cứu
tồn diện.
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 cơng cơ khí hiện đại. Mặc dù được sử dụng cả
trong gia cơng thơ nhưng chỉ trong gia cơng 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 [1].
1.2. Một số phương pháp đánh giá khả năng cắt của đá mài
1.2.1. Đánh giá theo chỉ tiêu lực cắt

Hình 1.1. Lực cắt tác dụng lên hạt mài
Lực cắt khi mài được xác định theo công thức:
n 

P c   Pi
i 1

Trong đó:
n - Số hạt mài đồng thời tham gia cắt.
pi - Lực cắt tác dụng lên một hạt mài.
Lực cắt tác dụng lên một hạt mài Pi có thể phân thành hai thành phần: Piz

theo phương tiếp tuyến và Piy theo phương pháp tuyến với bề mặt gia cơng (hình
1.1)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




-6-

Với:
Piz 

 s . f .(cos x  . sin  x )
sin  .(1   . ' ). cos( x   )  (    ' ) sin( x   )

(1.1)

Piy 

 s . f .(cos x  . sin  x )
sin  .(1  . ' ). cos( x   )  (    ' ) sin( x   )

(1.2)

Trong đó:
 s - Ứng suất tiếp

f - Diện tích cắt
µ - Hệ số ma sát ở mặt trước hạt mài

x - Góc trước của hạt mài
µ’ - Hệ số ma sát trong trên mặt trượt
Các công thức 1.1 và 1.2 cho thấy
- Lực Piy lớn hơn Piz.
- Lực cắt Piy, Piz phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: vật liệu hạt mài, vật liệu gia
cơng (s, µ, µ’), kích thước lớp cắt (f), hình dáng, kích thước hạt mài (, ), chế độ
cắt và các điều kiện gia cơng khác.
Khi mài phẳng có thể phân lực cắt Pc làm ba thành phần:
   
P  Px  Py  Pz
c

(1.3)

Trong đó:
Px - Lực dọc trục
Py - Lực pháp tuyến
Pz - Lực tiếp tuyến
Lực Px thường rất nhỏ nên có thể bỏ qua. Theo [15] thì khi mài các hạt mài
vừa cắt vừa trượt trên bề mặt gia cơng do đó cịn có thể phân Pz, Py thành:
Pz = Pzc + Pzt = Pzc + µ”.p.A

(1.4)

Py = Pyc + Pyt = Pyc + µ”.p.A

(1.5)

Trong đó:
Pzc - Lực cắt tiếp tuyến.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




-7-

Pyc - Lực cắt pháp tuyến.
Pyt - Lực trượt pháp tuyến.
Pzt - Lực trượt tiếp tuyến.
A - Diện tích tiếp xúc giữa vùng mòn của các hạt mài và bề mặt gia cơng.
p - Áp suất tiếp xúc.
µ” - Hệ số ma sát giữa vùng mòn của các hạt mài với bề mặt gia cơng.
Từ (1.4) và (1.5) có:
Py 

1



Pz 

" Pyc  Pzc
"

(1.6)

Với điều kiện gia công cho trước thì Pyc và Pzc coi như là hằng số. Do đó, đồ
thị quan hệ giữa Py - Pz như hình 1.2.

Hình 1.2. Quan hệ Py - Pz [15]
* Hệ số lực cắt Kpi, Kp
- Hệ số lực cắt xác định theo công thức:
K pi 

Pyi

Kp 

Py

(1.7)

Pzi

(1.8)

Pz

Thay (1.1), (1.2) vào (1.7) được:
K pi 

cos x   sin  x
cos x   sin  x

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

(1.9)

-8-

Hình 1.3. Quan hệ Kpi - az khi mài vật liệu ШX15

Hình 1.4. Quan hệ Kpi - x
Nghiên cứu quá trình cắt gọt của hạt mài với các vật liệu khác nhau Maxlov
đã xây dựng được đồ thị quan hệ giữa hệ số lực cắt với chiều sâu cắt az và góc trước
x (hình 1.3 và 1.4)
Ta có các nhận xét sau:
- Khi az <  thì chỉ có q trình nén vật liệu gia cơng và Kpi rất lớn (Pyi>>Pzi).
Tăng dần az thì Kpi giảm dần, khi az   thì quá trình tạo phoi xảy ra và Kpi ổn định
(hình 1.3).
- Khi giảm góc trước  thì Kpi tăng, khi   -60o thì Kpi rất lớn (Pyi>>Pzi) và
hạt mài chỉ nén vào vật liệu gia công mà khơng tạo phoi (hình 1.4).
- Như vậy có thể dùng hệ số Kpi để đánh giá khả năng cắt của hạt mài [1].
Hạt mài nào có hệ số Kpi nhỏ hơn, ổn định hơn thì có khả năng cắt tốt hơn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




-9-

1.2.2. Đánh giá theo chỉ tiêu mòn
Mòn bề mặt làm việc của đá mài là một quá trình cơ, lý, hóa phức tạp và phụ
thuộc vào tất cả các điều kiện gia công như: thông số kỹ thuật của đá, tính chất của

vật liệu gia cơng, sự phối hợp đá mài - vật liệu gia cơng, chế độ cắt, ...
Mịn đá mài có thể chia thành 5 dạng cơ bản như hình 1.5:

Hình 1.5. Các dạng mịn của đá
1. Mài mịn đỉnh các hạt mài (hình 1.5a).
2. Phá hủy giịn hạt mài thành những mảnh lớn hoặc nhỏ (hình 1.5b).
3. Hạt mài bật khỏi chất dính kết (hình 1.5c).
4. Mịn khuyếch tán và dính bám do tác dụng hóa học (hình 1.5d).
5. Mịn do phoi chèn ép cơ học vào khoảng trống giữa các hạt mài (hình
1.5e).
Tốc độ mịn của đá mài thường được đánh giá qua hệ số mài G:
G

Vw
Vd

(1.10)

Trong đó:
Vw - Thể tích vật liệu được bóc đi (mm3)
Vd - Thể tích vật liệu đá mài bị tiêu hao (mm3)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN