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

Header Page 1 of 126.

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

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

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

HỌC VIÊN

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
HD1:

NGÔ THỊ HÀ
GS.TSKH BÀNH TIẾN LONG

BGH TRƯỜNGðHKTCN

HD2:

TS. NGUYỄN TIẾN ðÔNG

KHOA SAU ðẠI HỌC

Footer Page
Số hóa
2 ofbởi
126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Header Page 3 of 126.

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

Footer Page
Số hóa
3 ofbởi
126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




1

Header Page 4 of 126.

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

Px

Lực cắt hướng kính

N

Py

Lực cắt tiếp tuyến

N

γx

Góc trước của hạt mài

ðộ

Μ

Hệ số ma sát ở mặt trước dụng cụ

N1, N2...,Nn Lực phân bố pháp tuyến

N

F1, F2,…Fn Lực ma sát

N

T

Phản lực

N

PN

Lực hướng kính tổng cộng

N

Pz

Lực tiếp tuyến tổng cộng

N

τs

Ứng suất tiếp

F

Diện tích cắt

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

Footer Page
Số hóa
4 ofbởi
126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

mm2

%




2

Header Page 5 of 126.

Ký hiệu

Ý nghĩa

ðơn vị

V

Tốc ñộ trục chính của máy mài

mm/s

V

Vận tốc cắt

mm/s

Sxqñá thường

Diện tích xung quanh viên ñá thường

mm2

Shạt

Diện tích hạt mài trên từng viên ñá

mm2

S1hạt

Diện tích một hạt mài

mm2

Sphôi mẫu

Diện tích phôi mẫu

mm2

Ρ

Kích thước dài của hạt mài

µm

tg/c

Thời gian gia công

X0

Số hạt ñá mài thường ở trạng thái tĩnh

Hạt

XS1

Số hạt ñá mài ở trạng thái ñộng khi cắt với S1

Hạt

XS2

Số hạt ñá mài ở trạng thái ñộng khi cắt với S2

Hạt

XS3

Số hạt ñá mài ở trạng thái ñộng khi cắt với S3

Hạt

S1 , S2 , S3

Lượng chạy dao dọc

mm

Qtr

Nhiệt truyền vào phoi

0

C

Qob

Nhiệt truyền vào chi tiết gia công

0

C

Qn

Nhiệt truyền vào dụng cụ

0

C

Qpr

Nhiệt truyền vào môi trường

0

C

Footer Page
Số hóa
5 ofbởi
126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

s




3

Header Page 6 of 126.

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ
TT

Hình số

Nội dung

Trang

1

1.1

Sơ ñồ mài phẳng sử dụng mặt ñầu ñá.

16

2

1.2

Sơ ñồ 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

Lực mài cụ thể ñặc trưng cho vật liệu phôi, quá trình mài

26

Tốc ñộ cắt vft=1m/phút, ae=200µm
8

2.2

a,Hình dạng của ñá mài tròn với biên dạng không liên tục

27

b,Bảng các thông số thí nghiệm thực hiện
9

2.3

Quan hệ giữa tốc ñộ cắt với lực pháp tuyến (a) và lực tiếp

28

tuyến (b) khi gia công bằng ñá mài thông thường và ñá
mài gián ñoạn. ðá mài gián ñoạn thực hiện khả năng giảm
lực cắt trong quá trình gia công
10

2.4

ðộ nhám bề mặt ñặc trưng vật liệu phôi, quá trình mài

29

Tốc ñộ cắt vft=1m/phút, ae=200µm
11

2.5

30

Hình dạng 3D của bề mặt CMC-I
Bên trái: Mài thông thường Bên phải: Mài gián ñoạn với
ñĩa mài T-Tool(ðo bởi thiết bị ño của hãng Mommel
Tester T8000)

12

2.6

ðá mài mặt ñầu có bề mặt làm việc vớimô hình lục giác

30

có chứahạtkim cương
13

2.7

Mối quan hệ giữa ñộ nhám bề mặt Ra với số hạt mài qua

31

bềmặt mẫu

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

Footer Page
Số hóa
6 ofbởi
126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4

Header Page 7 of 126.

TT

Hình số

Nội dung

Trang

16

3.3

ðầu sửa ñá kim cương 22 viên

38

17

3.4

Máy mài phẳng Okamoto

38

18

3.5

Thước cặp ñiện tử

40

19

3.6

Máy ño ñộ nhám Mituitoyo SJ-301

40

20

3.7

a)Hai mẫu C45 nhiệt luyện &không nhiệt luyện.

42

b) Kí hiệu chế ñộ cắt trên phôi
21

3.8

Cân bằng tĩnh cho ñá.

42

22

3.9

Gá ñá lên máy

42

23

3.10

Sửa ñá bằng ñầu sửa ñá kim cương.

43

24

3.11

Gia công lấy mặt chuẩn và mặt ñịnh vị

43

25

3.12

ðo mẫu

43

26

3.13

Kích thước bề mặt ñá khi trải

44

27

3.14

ðồ thịmối quan hệ giữa số hạt mài tác ñộng lên một ñơn

48

vị diện tích tiếp xúc phôi trong một ñơn vị thời gian với tỷ
lệ % gián ñoạn trên từng viên ñá
28

3.15

ðồ thịmối quan hệ giữa ñộ nhám bề mặt ño theo phương

49

dọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt S1, t1, t2, t3 với
thép C45 nhiệt luyện
29

3.16

ðồ thịmối quan hệ giữa ñộ nhám bề mặt ño theo phương

49

dọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt S1, t1, t2, t3 với
thép C45 không nhiệt luyện
30

3.17

ðồ thịmối quan hệ giữa ñộ nhám bề mặt ño theo phương

50

dọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt t1, S1, S2, S3.
với thép C45 nhiệt luyện

Footer Page
Số hóa
7 ofbởi
126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5

Header Page 8 of 126.

TT

Hình số

Nội dung

Trang

31

3.18

ðồ thịmối quan hệ giữa ñộ nhám bề mặt ño theo phương

50

dọc Ra với số rãnh ñá mài Z tại chế ñộ cắt t1, S1, S2, S3.
với thép C45 không nhiệt luyện.
32

3.19

ðồ thịmối quan hệ ñộ nhámño theo phương dọc Ra với số

51

hạt mài tác ñộng lên một ñơn vị diệntích tiếp xúc phôi
trong một ñơn vị thời gian ñối với thép C45 nhiệt luyện
33

3.20

ðồ thịmối quan hệ ñộ nhámño theo phương dọc Ra với số

51

hạt mài tác ñộng lên một ñơn vị diệntích tiếp xúc phôi
trong một ñơn vị thời gian ñối với thép C45 không nhiệt
luyện

Footer Page
Số hóa
8 ofbởi
126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Header Page 9 of 126.

6

DANH MỤC CÁC BẢNG
TT
Bảng 3.1:
Bảng 3.2:
Bảng 3.3:
Bảng 3.4:
Bảng 3.5:
Bảng 3.6:
Bảng 3.7:
Bảng 3.8:
Bảng 3.9:
Bảng 3.10:
Bảng 3.11:
Bảng 3.12:
Bảng 3.13:
Bảng 3.14:
Bảng 3.15:
Bảng 3.16:
Bảng 3.17:

Tên gọi
Trang
Thành phần nguyên tố hóa học có trong thép C45
36
Số rãnh Z và tỷ lệ gián % gián ñoạn η của các mẫu ñá.
38
Bảng bộthông số thí nghiệm
41
Tỷ lệ % gián ñoạn, tỷ lệ % tiếp xúc của ñá với phôi

47
Số hạt mài tác ñộng lên một ñơn vị diện tích tiếp xúc phôi mẫu 48
Kết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=0, tỷ lệ 58
% gián ñoạn η =0%.
Kết quả thí ño nhám với thép C45 chưa nhiệt luyện trên viên
58
Z=0, tỷ lệ gián ñoạn η =0%.
Kết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=12, tỷ
59
lệ gián ñoạn η =10,91%.
Kết quả ño nhám với thép C45 trên viên Z=12, tỷ lệ gián ñoạn 59
η=10,91%.
Kết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=18, tỷ
60
lệ gián ñoạn η =16,37%.
Kết quả ño nhám với thép C45 trên viên Z=18, tỷ lệ gián ñoạn 60
η=16,37%.
61
Kết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=20, tỷ
lệ gián ñoạn η =18,19%.
Kết quả ño nhám với thép C45 trên viên Z=20, tỷ lệ giánñoạn 61
η =18,19%.
Kết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=22, tỷ
62
lệ gián ñoạn η =20,01%.
Kết quả ño nhám với thép C45 trên viên Z=22, tỷ lệ giánñoạn 62
η =20,01%.
Kết quả ño nhám với thép C45 nhiệt luyện trên viên Z=24, tỷ
63
lệ giánñoạn η =21,83%.

Kết quả ño nhám với thép C45 trên viên Z=24, tỷ lệ giánñoạn 63
η =21,83%.

Footer Page
Số hóa
9 ofbởi
126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




7

Header Page 10 of 126.

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

Footer Page
Số hóa
10 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Header Page 11 of 126.

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

Footer Page
Số hóa
11 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Header Page 12 of 126.

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

Footer Page
Số hóa
12 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Header Page 13 of 126.

10

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

Footer Page
Số hóa
13 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




11

Header Page 14 of 126.

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 bóngRa=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.

Footer Page
Số hóa
14 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




12

Header Page 15 of 126.

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.

Footer Page
Số hóa
15 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




13

Header Page 16 of 126.

- 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.

Footer Page
Số hóa
16 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




14

Header Page 17 of 126.

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 9000C.
- 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 ÷ 150000C ) 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.
Footer Page
Số hóa
17 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




15

Header Page 18 of 126.

- 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.

Footer Page
Số hóa
18 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




16

Header Page 19 of 126.

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 Sdọc, ñầu mang dao
thực hiện chuyển ñộng tịnh tiến dao ngang Sngang ñể mài hết chiều rộng chi tiết
và tiến dao dọc Sdọc 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 Sngang và chuyển ñộng tiến dao
dọc Sdọc 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
Footer Page
Số hóa

19 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




17

Header Page 20 of 126.

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
Sdọc 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 thường.
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]

Footer Page
Số hóa
20 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




18

Header Page 21 of 126.

Trên mặt trước của hạt mài có các lực phân bố pháp tuyến N1, N2…Nn và
ma sát F1, F2,…Fn.
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: Pz theo
phương tốc ñộ cắt, và Py 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]

Footer Page
Số hóa
21 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




19

Header Page 22 of 126.

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:
PN = N(sinγx + µcosγx )

(1-1)

Pz = N(cosγx - µsinγx )

(1-2)

PN:Lực cắt hướng kính tổng cộng
Pz:Lực cắt tiếp tuyến tổng cộng
Phân tích lực cân bằng N’(có giá trị bằng N) ra các thành phần: S1 tác
dụng trên mặt trượt (mm); S2 tác dụng thẳng góc với mặt trượt(mm).
Lực F (lực cân bằng của F) ñược phân thành T1, và T2.
Vì góc

߱ = 900 – (γx+ θ)

Nên

S1 = N[cos( γx+ θ)+ µsin( γx+ θ)]

(1-4)

S2 = N[sin(x+ θ)+ µcos (x+ θ)]

(1-5)

(1-3)

Kim loại sẽ ñược cắt ra với ñiều kiện:
S1 = τs

ୱ୧୬஘

Trong ñó:

– µ’.S2(1-6)

τs - ứng suất tiếp.
f - diện tích cắt.
µ ’- hệ số ma sát trong trên mặt trượt.

Giải các phương trình trên ta ñược:
Pz=

தೞ. ௙ሺ௖௢௦ஓೣ ିஜ௦௜௡ஓೣ ሻ
(1-7)
ୱ୧୬஘ሺଵିஜஜᇲሻ ୡ୭ୱሺஓೣ ା஘ሻିሺஜାஜᇲ ሻୱ୧୬ ሺஓೣ ା஘ሻ

Footer Page
Số hóa
22 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




20

Header Page 23 of 126.

PN=

தೞ. ௙ሺ௖௢௦ஓೣ ାஜ௦௜௡ஓೣ ሻ
ᇲ
ୱ୧୬஘ሺଵିஜஜ ሻ ୡ୭ୱሺஓೣ ା஘ሻିሺஜାஜᇲ ሻୱ୧୬ ሺஓೣ ା஘ሻ

(1-8)

Phân tích hai phương trình trên ta có nhận xét sau
Lực Pz và PN phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công(τs, µ, µ’), kích
thước kim loại bị cắt f, góc trước γ và các ñiều kiện cắt khác.
Lực PN lớn hơn Pz 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 Pz, lực
hướng kính Py và lực chiều trục Px
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

Footer Page
Số hóa
23 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




21

Header Page 24 of 126.

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 ÷15000c). Thời gian tác dụng ñể phát simh nhiệt rất ngắn (1.104

÷5.10-6s) [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 Qtr> Qob >Qn> Qpr(trong ñóQtr nhiệt
truyền vào phoi, Qob nhiệt truyền vào chi tiết gia công, Qn nhiệt truyền vào
dụng cụ, Qprnhiệt 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] .

Footer Page
Số hóa
24 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




22

Header Page 25 of 126.

“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].

Footer Page
Số hóa
25 of
bởi126.
Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên