Bài Giảng Quá Trình Mài

6. mµi


1. Giới thiệu về quá trình mài
Tầm quan trọng và vị trí của mài của phương pháp mài:
Mài là phương pháp gia công tinh, nó đóng vai trò quyết định đến chất
lượng sản phẩm. Tầm quan trọng của mài được thể hiện ở hai yếu tố sau:
+ Mài chiếm từ 20-25% giá thành sản phẩm cơ khí có nguyên công
mài.
+ Sẽ không có xã hội văn minh nếu không có mài.
Ví dụ: Chúng ta sẽ không có các thứ sau nếu không có mài:
- Đầu từ của đầu video
- ổ cứng máy tính
- Đầu đọc la-ze (Len)
- Các sản phẩm cao cấp cho cuộc sống như máy bay, xe hơi
..
Nhìn chung, các sản phẩm cao cấp được chế tạo đều phải qua quá
trình mài hoặc có liên qua đến quá trình mài



2. Nghiên cứu về quá trình mài
+ Mài là phương pháp gia công đầu tiên mà con người tìm ra, kể từ khi người
cổ đại cọ xát vũ khí hay công cụ lao động của mình xuống các phiến đá và nhận
thấy điều đó có tác dụng là sắc dụng cụ hay vũ khí của mình.
+ Tuy nhiên việc nghiên cứu về quá trình mài một cách có hệ thống thì lại sau
cùng, cách đây khoảng 70 năm.

Việc nghiên cứu mài gặp nhiều khó khăn bởi vì các yếu tố sau:
- Tốc độ của mài rất lớn: thường là trên 15m/s, chủ yếu là khoảng từ 25-35m/s
so với mài thường, và 150-300m/s cho mài cao tốc. Với tốc độ này thì việc đo

đạc các thông số rất khó khăn.
-Do cấu tạo của đá mài: Trong quá trình cắt, cùng một lúc có nhiều hạt mài
cùng tham gia một lúc (có nhiều lưỡi cắt), thông số hình học của các lưỡi cắt đó
không giống nhau và luôn luôn thay đổi trong quá trình mài.
Tuy nhiên trong những năm cuối thế kỷ 20, các nghiên cứu đã thu được nhiều
kết quả nhờ vào sự phát triển của kỹ thuật thông tin, kỹ thuật đo lường v.v.
Còn ở Việt Nam thì quá trình mài còn được nghiên cứu rất ít.


3. Khả năng công nghệ của mài
- Mài là phương pháp gia công tinh. Bằng phương pháp mài, có thể gia công đư
ợc chi tiết đạt độ chính xác cấp 6-7, độ bóng 8-10, do đó có thể sử dụng cho
gia công lần cuối.
- Bằng mài có thể gia công được các mặt phẳng, mặt trụ (trong, ngoài) các mặt
tròn xoay hay các mặt định hình
- Mài còn có thể sửa được các sai số vị trí của chi tiết.
Máy và dụng cụ trong nguyên công mài:
Mài được thực hiện chủ yếu trên máy mài và dụng cụ cắt là đá mài
Máy mài (Grinding
machine)

Đá mài (Grinding Wheel)


Mµi

Mµi ph¼ng

0.1μm

Grinding Wheel

Chi tiÕt (Workpiece)

Bµn tõ (Magnetic Table)


Mµi
Mµi trßn
２

１
Wheel


3. Cấu tạo của đá mài, thành phần và đặc tính
3.1 Giới thiệu về đá mài
Dụng cụ cắt sử dụng trong quá trình mài là đá
mài (Grinding Wheel, Grinding Stone, Wheel).
Đá mài bao gồm 3 thành phần: Hạt mài (Grain)
làm nhiệm vụ cắt kim loại, chất dính kết (Bond)
có nhiệm vụ liên kết các hạt mài lại với nhau
thành một khối và lỗ khí (Pore).

Đá mài (Grinding
Wheel)

Hạt mài (Grain): Thường là các loại vật liệu có độ cứng rất cao. Người ta phân hạt
mài ra hai loại:
Loại truyền thống: như Ôxit Nhôm (Al2O3), hay Cac-bit Si-lic (SiC)

Loại đặc biệt: gồm Cubic Boron Nitride (CBN) và kim cương (Diamond).
Chất dính kết (Bond): Có 3 loại chất dính kết chủ yếu được sử dụng là: Chất dính kết
kim loại (Metal), Thuỷ tinh hoá (Vitrified) và nhựa (Resin).
Lỗ khí (Pore): Là các lỗ khí chứa trong đá. Đây là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng
đến khả năng cắt gọt của đá. Tuy nhiên lỗ khí là thành phần có thể không có trong một
số đá mài


Grinding Wheel
ChÊt dÝnh kÕt

H¹t mµi

CÊu tróc cña ®¸ mµi

Lç khÝ


3.1.1 Các thông số kỹ thuật của đá mài truyền thống
Đặc tính kỹ thuật của đá sẽ quyết định đến khả năng gia công của đá. Đặc
tính đó được xác định bởi các thông số sau:
Dạng vật liệu hạt mài trong đá; Kích thước hạt mài; Độ cứng của đá;
Cấu trúc của đá; Dạng chất dính kết; Các mã ký kiệu khác của nhà sản xuất.
Ký hiệu của đá mài sử dụng hạt mài truyền thống như sau:
51-A-36-L-5-V-23
1 2 3 4 5 6
Trong đó:
- 51: là ký hiệu nhà sản xuất.
- 1: Chỉ vật liệu hạt mài. A: Ôxit nhôm, G là Cacbit Silic.
- 2: Chỉ kích cỡ hạt mài (ký hiệu từ Mesh #8-#600, trong đó #8-#24: thô; #30#60: Trung bình; #70-#180: mịn; #220-#600: rất mịn).

Mối quan hệ giữa ký hiệu và đường kính hạt:
dg(inch)=0,6 M-1 hay dg(mm)=15,2M-1
- 3: Chỉ độ cứng của đá. L: độ cứng ở mức L (độ cứng phân từ AZ)
- 4: Chỉ cấu trúc đá mài: Vg(%)=2(32-S); trong đó S là cấu trúc đá.
- 5: Chỉ chất dính kết (V: chất dính kết là thuỷ tinh hoá).

- 6: Ký hiệu riêng của nhà sản xuất để nhận biết đá mài.


ảnh hưởng của thông số kỹ thuật đá mài đến khả
năng mài của đá

Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt mài và đường kính hạt mài


ảnh hưởng của thông số kỹ thuật đá mài đến khả
năng mài của đá

ảnh hưởng của độ cứng đá đến độ nhám bề mặt chi tiết mài


ảnh hưởng của thông số kỹ thuật đá mài đến khả
năng mài của đá

ảnh hưởng của chiều sâu mài đến độ nhám bề mặt chi tiết
mài


3.1.2 Các thông số kỹ thuật của đá có vật liệu hạt mài đặc biệt
Đá mài đặc biệt là đá mài mà hạt mài có thể là một trong hai loại: CBN hoặc

Kim cương (Diamond).
Ký hiệu của đá mài sử dụng hạt mài đặc biệt như sau:
M D 120 N 100 B 77 1/8 1 2 3 4 5 6 7
- M: là ký hiệu nhà sản xuất.
- 1: Chỉ vật liệu hạt mài. D: Diamond; B: CBN
- 2: Chỉ kích cỡ hạt mài (ký hiệu từ Mesh 8-). Vật liệu mài đặc biệt được ký
hiệu bằng #A/B. Trong đó A là kích cỡ rây mà ở đó gần 100% hạt mài không đi
quá được trong khi B là kích cỡ của rây mà gần 100% hạt mài lọt qua.
- 3: Chỉ độ cứng của đá. L: độ cứng ở mức L (độ cứng phân từ AZ)
- 4: Chỉ mật độ của hạt mài trong đá. Nếu lấy số ký hiệu chia cho 4 thì bằng
tỷ lệ hạt mài có trong đá. 100 tương đương với 4.4cara/1cm3 hay 25% thể tích.
- 5: Chỉ chất dính kết. (V: chất dính kết là thuỷ tinh hoá)
- 6: Ký hiệu riêng của nhà sản xuất để nhận biết đá mài.
- 7: Chiều sâu làm việc của đá có thể thực hiện được (theo Inch).


- Yờu cu c bn ca hạt mi l phi cng hn so vi nguyờn liu m
nú sẽ mi.
- cng ca vật liệu mi thng c xỏc nh theo cng vt lừm
tnh nh ó xỏc nh trong mt th nghim cng ca Knoop.
- Mt tớnh cht quan trng khỏc ca vật liệu mài l độ bn ng lc học
hay dai. do dai cng ln thỡ ht mi cng ớt b phõn ró sau mi
ln chỳng tỏc ng ti vt liu gia cụng. Ngc li, vật liệu mi cng b
(d v, kộm bn) sẽ tỏi to các li ct (t lm sc) khi cỏc ht b mi
mũn trong quỏ trỡnh s dng. Tớnh chất này rất quan trọng trong việc lựa
chọn vật liệu hạt mài khi mài.


b) Vật liệu mài đặc biệt
Các vật liệu mài đặc biệt bao gồm Kim cương và Nitrit Bo dạng lập

phương (CBN). Kim cương là vật liệu cứng nhất được biết đến, theo sau
nó là nitrit bo lập phương. Kim cương dùng làm vật liệu mài ở cả hai
dạng tự nhiên và nhân tạo, song xu hướng ngày nay là sử dụng kim cương
nhân tạo. CBN, ở cả hai dạng lập phương và lục giác ở trạng thái mềm, là
loại vật liệu tổng hợp.
Loại kim cương có cấu trúc tinh thể yếu hơn chủ yếu được dùng trong
gia công mài các hợp kim cứng và sản xuất những loại đá mài có chất
dính kết nhựa. Trong trường hợp này, các hạt mài kim cương thường đư
ợc phủ một lớp niken (lớp này chiếm 55% tổng khối lượng hạt mài và
chất phủ). Công dụng của lớp phủ là tăng độ kết dính các hạt mài kim cư
ơng trên các loại đá mài có chất dính kết là nhựa thông và bảo vệ chúng
tránh tác động của không khí trong môi trường.
Các hạt mài kim cương loại đơn tinh thể có cấu trúc vững chắc hơn và
bền hơn chủ yếu được dùng kết hợp với chất dính kết là kim loại để mài
gốm, đá, thuỷ tinh và một số vật liệu dòn và cứng khác.


Tuy là loại vật liệu có độ cứng cao nhất nhưng kim cương không phải là
vật liệu có tính kinh tế khi mài các loại hợp kim đen, trừ một số gang
cứng vì khi mài xẩy ra quá trình khuyếch tán Graphit làm kim cương bị
mòn.
CBN là loại vật liệu có độ cứng thấp hơn kim cương nhưng nó được sử
dụng rộng rãi để mà thép và hợp kim màu thay cho kim cương vì các ưu
điểm sau:
- Tính ổn định nhiệt cao: CBN có thể chịu tới 13000C ở điều kiện thường
- Không bị mòn ma sát do sự khuyếc tán C như kim cương
CBN đã và đang là đối tượng nghiên cứu trong các quá trình mài, đặc
biệt là trong mài Feed-Creep.

Mét sè h¹t mµi



3.1.4 Chất dính kết
Các hạt mài được liên kết với nhau nhờ nhiều loại vật liệu dính kết.
Nhìn chung, độ kết dính được tạo ra phải đủ bền để có thể chịu được
tác động của các lực mài, nhiệt độ và các lực li tâm mà không bị vỡ ra,
đồng thời vẫn chịu được các tác dụng hoá học từ các dung dịch cắt.
Ngoài ra còn có một số yêu cầu khác như yêu cầu về độ rắn chắc, về
khả năng giữ được các hạt mài trong suốt quá trình gia công và loại bỏ
những hạt mài đã bị cùn.
Các loại chất dính kết thường dùng:
Đá mài truyền thống: Chất liên kết thuỷ tinh hoá và liên kết nhựa
Đá mài CBN, Kim cương: Chất liên kết thuỷ tinh hoá và liên kết nhựa
Sản xuất đá mài: Chủ yếu bằng phương pháp thiêu kết
- Với đá truyền thống: Chế tạo cả khối
- Với đá Dia, CBN: Chế tạo một lớp mỏng sau đó dán lên lõi thép, hoặc
sử dụng phương pháp mạ điện.


3.1.4 Thành phần đá mài và sơ đồ pha
Nếu bỏ qua chất độn và chất trợ mài thì có thể coi đá mài là một hệ 3
pha gồm: Hạt mài, chất dính kết và lỗ khí, khi đó:

Vg+Vb+Vp=1
Trong đó:

- Vg: tỷ lệ thể tích của hạt mài
- Vb: tỷ lệ thể tích của chất dính kết

- Vp: tỷ lệ thể tích của lỗ khí

Mối quan hệ giữa tỷ lệ hạt mài, chất dính kết và lỗ khí được chỉ ra ở hình sau


Hầu hết các công ty sản xuất đá mài đều phải dùng tỷ lệ hạt mài, chất dính kết
khác nhau để đạt được độ cứng đá mong muốn, do đó đường biểu diễn độ xốp
thường không trùng nhau.

2(99,52n)V g
V p (%) =
3
Trong đó n là số nguyên (n= 1, 2, 3, 4,)
lần lần tương ứng độ cứng của đá (E, F, G,
H,).

Nếu dùng quan hệ về độ xốp thì:

V p (%) = 45 + S 2n
1,5
Theo đó, đá mài có độ cứng giống nhau
như có ít hạt mài hơn (giá trị S cao hơn)
thì thường xốp hơn


Mét sè h×nh d¹ng ®¸ mµi


Th«ng sè mét sè d¹ng
®¸ mµi

Bản chất của quá trình mài

Bản chất của mài là sự cọ xát tế vi bề mặt vật rắn bằng những hạt mài có vận tốc cao.
Mài là phương pháp gia công cắt gọt duy nhất có góc trước của lưỡi cắt âm và luôn thay
đổi.
Khi mài phải giải quyết các vấn đề công nghệ sau :
- Gá đặt chi tiết đúng.
- Chọn đá mài và chế độ cắt hợp lý. Phải căn cứ vào : vật liệu gia công, yêu cầu kỹ
thuật cũng như năng suất gia công cần đạt.
Chọn đá phải xác định : vật liệu hạt mài, độ hạt, chất dính kết, độ cứng của đá, kết cấu
của đá