Nghiên cứu khả năng làm mát vùng mài bằng không khí từ máy nén khí có trộn dung dịch làm mát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------

HOÀNG THỊ NGỌC
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÀM MÁT VÙNG MÀI BẰNG KHÔNG
KHÍ TỪ MÁY NÉN KHÍ CÓ TRỘN DUNG DỊCH LÀM MÁT

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
VŨ NGỌC GIANG
TRƯƠNG HOÀNH SƠN

HÀ NỘI – 2010


MỤC LỤC

Trang

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................3
2. Ý nghĩa của đề tài......................................................................................................4
2.1. Ý nghĩa khoa học.............................................................................................4
2.2. Ý nghĩa thực tiễn .............................................................................................4
3. Đối tượng, mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu....................................4
3.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................4
3.2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................4

3.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................4
3.4. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................5
Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHIỆT MÀI
1.1. Vị trí của mài trong sản xuất cơ khí và cuộc sống. ................................................6
1.2. Các dạng hư hỏng thường gặp trong khi mài.........................................................11
1.2.1. Cháy phôi......................................................................................................12
1.2.2. Ram...............................................................................................................13
1.2.3. Ứng suất dư ..................................................................................................14
1.2.4. Biến dạng nhiệt............................................................................................17
1.3. Ảnh hưởng của nhiệt mài đến chất lượng gia công chi tiết máy . .........................17
1.4. Các phương pháp làm mát vùng mài. ....................................................................18
1.4.1. Sử dụng dung dịch trơn nguội làm mát kiểu tưới tràn .................................18
1.4.2. Sử dụng chất kết dính có hệ số dẫn nhiệt cao...............................................20
1.4.3. Sử dụng không khí lạnh................................................................................22
1.4.4. Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu.................................................24
1.5. Kết quả nghiên cứu của một số phương pháp làm mát..........................................25
1.6. Dung dịch bôi trơn – làm nguội .............................................................................29
1.6.1. Tác dụng của dung dịch trơn nguội ..............................................................30
1.6.2. Yêu cầu đối với dung dịch trơn nguội ..........................................................30
1.6.3. Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội dùng trong gia công cắt gọt ............31

-1-


Chương 2
PHÂN TÍCH TRUYỀN NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH MÀI
2.1. Nhiệt sinh ra trong vùng mài..................................................................................36
2.2. Nhiệt độ bề mặt của chi tiết mài-Lý thuyết M.C.Shaw .........................................38
2.2.1. Cơ sở nhiệt động học-Lý thuyết M.C. Shaw. ...............................................38

2.2.2. Nhiệt độ bề mặt chi tiết mài .........................................................................41
2.3. Sự phân bố nhiệt mài trong quá trình mài khô.......................................................43
2.3.1. Xác định tỷ lệ nhiệt truyền vào đá và chi tiết ...............................................44
2.3.2. Ảnh hưởng của các cấu trúc đá và thông số công nghệ đến nhiệt độ
bề mặt mài và sự phân bố nhiệt ..............................................................................45
2.3.3. Đo nhiệt độ bề mặt mài .......................................................................................46
Chương 3
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ
MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
3.1. Mô hình truyền nhiệt trong vùng mài. ...................................................................48
3.2. Phân tích sự truyền nhiệt trong vùng mài. ............................................................49
3.3. Mô hình thí nghiệm................................................................................................50
3.3.1. Yêu cầu của hệ thống thí nghiệm .................................................................50
3.3.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp dung dịch trơn
nguội kiểu sương mù ..............................................................................................50
3.3.3. Điều kiện thực nghiệm .................................................................................51
3.3.4. Kết quả thực nghiệm.....................................................................................55
Chương 4
XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
4.1. Khả năng làm mát của không khí trộn dung dịch làm mát với bề mặt chi
tiết gia công. ...........................................................................................................57
4.2. Ảnh hưởng của cấu trúc đá mài đến khả năng làm mát .........................................63
4.3. Kết luận ..................................................................................................................66
CÁC KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO...................................67
LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................70

-2-

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền cao là cơ sở
cho sự ra đời các loại máy móc, thiết bị hiện đại, có chất lượng cao (độ chính xác,
độ tin cây, độ bền cao…). Phương pháp mài có một vị trí quan trọng trong gia công
cơ khí hiện đại nhờ khả năng vượt trội so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia
công những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao cho độ chính xác và chất
lượng bề mặt cao.
Gần đây đã có nhiều nghiên cứu về phương pháp tiện cứng và phay cứng
bằng mảnh dao CBN để gia công tinh các vật liệu khó gia công đã qua tôi. Tuy
nhiên, xét về hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, khi gia công những chi tiết yêu cầu độ
chính xác và chất lượng bề mặt rất cao thì chưa có phương pháp nào thay thế được
cho phương pháp mài.
Chất lượng bề mặt sau khi mài phụ thuộc rất nhiều yếu tố, một trong các yếu
tố đó là phương pháp làm mát bề mặt chi tiết trong quá trình mài. Ngày nay, nền
công nghiệp gia công cơ đang hướng tới một môi trường công nghệ đảm bảo độ
chính xác gia công và chất lượng bề mặt chi tiết máy đòi hỏi ngày càng cao đồng
thời phải tạo ra một môi trường gia công sạch có lợi cho môi trường, cho sức khoẻ
của người lao động. Điều đó cho thấy không thể tiếp tục sử dụng các loại dung dịch
trơn nguội truyền thống (tưới tràn) có sử dụng các hợp chất hoá hóc có hại cho sức
khoẻ con người lâu dài được mà đòi hỏi phải có sự thay thế nhằm thoả mãn các yêu
cầu của khoa học công nghệ.
Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên, tác giả chọn đề tài:
“Nghiên cứu khả năng làm mát vùng mài bằng không khí từ máy
nén khí có trộn dung dịch làm mát.”

-3-


2. Ý nghĩa của đề tài

2.1. Ý nghĩa khoa học
Làm mát vùng mài đạt hiệu quả cao và ít gây ô nhiễm tới môi trường được
nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhưng ở Việt Nam chưa có công
trình nghiên cứu nào về lĩnh vực này được công bố, do đó đề tài có ý nghĩa khoa
học và phù hợp với hướng nghiên cứu của khoa học và công nghệ về bôi trơn, làm
mát
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần ứng dụng công nghệ làm mát vùng mài
vào gia công cơ khí ở Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của
phương pháp mài.
3. Đối tượng, mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: Dung dịch làm mát Emusil được trộn với
khí nén ở áp suất cao tạo ra hỗn hợp ở dạng sương mù .
3.2. Mục đích nghiên cứu
- Mục đích nghiên cứu là: đánh giá khả năng làm mát vùng mài của dung
dịch làm mát Emusil ở dạng sương mù, khi mài thép hợp kim T15K6 bằng 3 đá mài
kim cương chất kết dính bằng đồng có tỷ lệ rỗ khí khac nhau trên máy mài phẳng
thông qua lực mài và nhiệt bề mặt chi tiết gia công .
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập.
3.3. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Tiến hành lập mô hình toán học.
- Tiến hành công tác thực nghiệm: trộn dung dịch làm mát Emusil với không
khí ở áp suất cao, tạo ra chất làm mát ở dạng sương mù, phun dung dịch ở dạng
sương mù vào vùng mài.

-4-

- Khảo sát, phân tích và đánh giá kết quả.
3.4. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu gồm:
Nghiên cứu tổng quan về nhiệt mài, ảnh hưởng của nhiệt mài tới chất lượng
bề mặt chi tiết gia công, các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt sau gia công,
các phương pháp làm mát và dung dịch làm mát.
Đánh giá khả năng làm mát bằng phương pháp làm mát mà tác giả đã lựa
chọn thông qua các thông số thu thập được sau quá trình thực nghiệm.
Nội dung luận văn bao gồm:
Chương 1: Giới thiệu chung về nhiệt mài
Chương 2: Phân tích truyền nhiệt trong quá trình mài
Chương 3: Xây dựng mô hình toán học và mô hình thực nghiệm
Chương 4: Xử lý số liệu thực nghiệm và thảo luận
Quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài mặc dù đã có sự cố gắng rất nhiều của
bản than nhưng do điều kiện nghiên cứu và khả năng còn hạn chế nên không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phê bình
của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp.

-5-


Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHIỆT MÀI
1.1. Vị trí của mài trong sản xuất cơ khí và cuộc sống.
Mài là phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao bằng một số lượng lớn các
lưỡi cắt của hạt mài. Các hạt mài được liên kết trong đá mài bằng các chất kết dính.
Lỗ khí là thành phần rất quan trọng để tạo khả năng cắt gọt của đá mài. Với tốc độ
phát triển của khoa học kỹ thuật, yêu cầu về độ chính xác của chi tiết máy ngày

càng cao, mài là một trong những phương pháp gia công tinh có hiệu quả cao và
thoả mãn các yêu cầu đó. Có thể nói, nếu không có phương pháp mài thì khó có thể
chế tạo được các chi tiết có độ chính xác cao. Tầm qua trọng của mài được thể hiện
qua các yếu tố sau:
Trong gia công cơ khí, mài chiếm từ 20-25% giá thành chế tạo các chi tiết có
nguyên công mài hay có liên quan đến mài.
Sẽ không có xã hội văn minh nếu không có phương pháp mài. Nhìn chung
các sản phẩm cao cấp trong cuộc sống của xã hội văn minh đều phải qua mài hoặc
có liên quan đến quá trình mài.
Quá trình mài thực chất được thực hiện bởi máy mài và đá mài. Ngày nay,
với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, có nhiều loại máy mài hiện đại và vật liệu
đá mài mới ra đời với nhiều tính năng, công dụng khác nhau, độ chính xác gia công
ngày càng được nâng cao. Máy mài thường được chế tạo theo các loại: máy mài
tròn ngoài, máy mài trong trong, máy mài mặt phẳng, máy mài vô tâm,...Một trong
những đặc điểm nội bật của máy mài so với các loại máy công cụ khác là chúng có
khả năng thực hiện được những lớp cắt rất nhỏ (vài µm) và có khả năng điều chỉnh
máy với lượng dịch chuyển rất nhỏ.
Đá mài được chế tạo với nhiều chủng loại rất phong phú để có thể gia công
hầu hết tất cả các bề mặt chi tiết gia công: đá mài tròn ngoài, đá mài tròn trong, đá
mài mặt phẳng, đá mài ren, đá mài răng, đá mài rãnh,...Đá mài được đặc trưng bởi
các yếu tố: dạng hạt mài, kích thước hạt mài, độ cứng của đá, cấu trúc của đá, chất

-6-


kt dớnh v cỏc mng nhn dng ỏ mi. Cỏc loi vt liu s dng ch to ỏ
mi nh: Kim cng nhõn to, CBN (Cubic Nitride Boron), ễxyt nhụm (Al2O3),
Carbide Silic (SiC), ễxyt Silic (SiO2),...Cỏc loi vt liu c s dng lm cht kt
dớnh nh: kim loi (metal), thu tinh hoỏ (vitrify), nha tng hp (resin),ỏ mi
cũn c ch to theo cỏc phng phỏp khỏc nhau nhm to ra cỏc c tớnh khỏc

nhau ca chỳng, mt trong cỏc c im c quan tõm nhiu ú l t l l khớ ca
ỏ mi sau khi ch to. Hỡnh 1-1 mụ phng cng ca cỏc loi vt liu ht mi

9000
8000
7000

Vật liệu đá mài
Vật liệu dụng cụ cắt khác

6000
5000
4000
3000

Thép tôi

Oxyt Silic

Silic đơn
tinh thể

Zirconia

Nitride Silic

Oxyt nhôm

CBN

1000
0

Carbide Silic

2000

Kim cuơng

Độ cứng Knoop, kg/mm2

dựng ch to ỏ mi.

Hỡnh 1-1 cng ca cỏc loi vt liu mi
So vi phng phỏp gia cụng ct gt bng cỏc dng c ct cú li xỏc nh,
mi cú mt s c im ni bt:
- ỏ mi l dng c ct m quỏ trỡnh ct gt c thc hin ch yu nh cỏc
ht mi trờn b mt ỏ. Trong cựng mt n v thi gian cú rt nhiu li ct ng
thi tham gia ct gt. Cỏc ht mi cú hỡnh dỏng khỏc nhau v rt phc tp, s phõn
b cỏc ht mi trờn ỏ mi l ngu nhiờn nờn chỳng cú cỏc thụng s hỡnh hc trờn b
mt ỏ cng phc tp hn. Thụng thng cỏc gúc trc luụn õm, cỏc gúc sau nh,
b mt li ct tip xỳc vi b mt gia cụng khi ct rt ln. C ch t mi sc ca
ỏ trong quỏ trỡnh ang gia cụng thờm mt ln na to nờn s phc tp ca thụng s

-7-


hình học các hạt. Thông số hình học thay đổi so với các hạt mài với nhau đồng thời
các hạt mài đó cũng thay đổi theo thời gian (mòn đá).
-Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường Vd=30÷35m/s mài tốc độ cao thì

Vd≥50m/s . Hiện nay ở các nước phát triển như Đức, Nhật Bản đã mài với vận tốc
lên tới 120m/s và đang tìm cách để nâng vận tốc khi mài lên đến 300m/s. Tiết diện
phoi mài rất bé, chiều sâu cắt nhỏ.
- Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục, các hạt mài nằm tách biệt trên đá
mài, do đó khi cắt sẽ tạo nên các phoi cắt riêng biệt. Quá trình cắt được thực hiện
bằng cách cạo xước lên bề mặt chi tiết gia công.
- Nhiệt độ trong vùng gia công khi mài rất cao, khoảng từ 1000÷15000C.
- Các hạt mài có độ cứng cao, giòn, độ bền nhiệt cao nên có khả năng gia
công các loại vật liệu có độ bền cao, các loại vật liệu đã qua nhiệt luyện.
- Trong quá trình gia công, đá mài có khả năng tự làm sắc theo các cơ chế
khác nhau (gãy cầu liên kết, mòn hạt mài do ma sát và vỡ hạt mài)

Hình 1-2. Máy mài phẳng
Mài là phương pháp chủ yếu sử dụng trong các nguyên công tinh lần cuối, là
các nguyên công quyết định cuối cùng đến độ chính xác và chất lượng bề mặt chi

-8-


tiết gia công. Khối lượng sản phẩm mài chiếm 30% trong ngành chế tạo máy, độ
chính xác gia công có thể đạt cấp chính xác 6÷7 (0,002÷0,003mm), độ nhám bề mặt
có thể đạt đến cấp 10 (Ra 0,16µm). Trường hợp mài siêu tinh có thể đạt độ chính
xác cấp 3, độ nhám có thể đạt tới cấp 12 (Ra 0,04µm).
So với phương pháp Tiện và một số phương pháp gia công khác, phương
pháp mài có nhiều ưu điểm nổi bật: Chất lượng bề mặt chi tiết tốt, quá trình công
nghệ dễ thực hiện, có thể thực hiện được các lớp cắt có chiều sâu cắt nhỏ
(tmin=3÷5µm), giảm kinh phí chế tạo dụng cụ cắt, các ảnh hưởng đến lớp bề mặt chi
tiết có thể kiểm soát được. Ngoài ra một đặt trưng nữa là quá trình mài có thể gia
công được các chi tiết đã qua nhiệt luyện.
Phương pháp mài có thể thực hiện gia công được hầu hết tất cả các dạng bề

mặt chi tiết khác nhau: bề mặt trụ trong, trụ ngoài, mặt phẳng, then, ren, răng và các
dạng bề mặt định hình khác. Ngày nay, kết hợp với máy mài CNC 5 trục và các
công nghệ chế tạo đá tiên tiến (Liên kết kim loại hay bằng phwong pháp mạ điện)
thì khả năng công nghệ của phương pháp mài càng được mở rộng. có khả năng gia
công được các bề mặt phức tạp với độ chính xác rất cao.

Hình 1-3. So sánh quá trình tạo phoi khi mài và tiện
Khi cắt, quá trình tạo phoi phụ thuộc vào các yếu tố: vật liệu dụng cụ cắt, vật
liệu chi tiết gia công, thông số hình học dụng cụ cắt, chế độ cắt, điều kiện thoát

-9-


phoi, dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội. Quá trình tạo phoi khi mài
rất phức tạp do tính chất chuyển động của đá mài so với chi tiết gia công, do sự
phức tạp của thông số hình học các hạt mài và do sự phân bố phức tạp của số lượng
lớn hạt mài trên bề mặt đá.

Hình 1-4. Một số loại phoi mài
Hình 1-4 và Hình 1-5 giới thiệu một số loại phoi mài khi thực hiện với chiều
sâu cắt t từ 2µm đến 100µm.

Hình 1-5. Mô phỏng phoi mài

- 10 -


1.2. Các dạng hư hỏng thường gặp trong khi mài.
Trong quá trình gia công cơ, muốn đảm bảo độ chính xác về kích thước chi
tiết và chất lượng bề mặt chi tiết gia công cao, thì đòi hỏi phải xử lý rất nhiều các

yếu tố ảnh hưởng đến quá trình công nghệ trong quá trình gia công và cả sau khi gia
công. Mài là một phương pháp gia công đòi hỏi cao về độ chính xác và chất lượng
lớp bề mặt, do đó cần phải xem xét, dự đoán và đưa ra các giải pháp thích hợp nhằm
hạn chế các ảnh hưởng đó.
Một trong các yếu tố gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt chi tiết gia
công là các yếu tố của hệ thống công nghệ: Máy - Đá mài - Đồ gá và chi tiết gia
công. Với đặc thù của kết cấu đá mài, hai yếu tố gây khó khăn cho việc đánh giá
mức độ ảnh hưởng của chúng là lực mài và nhiệt mài. Đây cũng là các yếu tố có
tính quyết định đến chất lượng của chi tiết gia công.
Do tính phức tạp về kết cấu các hạt mài và sự phân bố của chúng trên bề mặt
đá (hầu hết các hạt mài đều có góc trước âm: γ<0-Hình 1-3) nên quá trình cắt khó
thực hiện, ma sát lớn. Mặt khác, các hạt mài phân bố trên bề mặt đá không theo quy
luật nhất định, mật độ phân bố hạt mài trên một đơn vị diện tích bề mặt đá lớn nên
số lượng hạt mài cùng tham gia cắt gọt trong một đơn vị thời gian rất lớn. Sự phân
bố phức tạp của chúng đã cản trở việc sử dụng các loại dung dịch trơn nguội với tác
dụng giảm nhiệt khi gia công và khó khăn cho việc xác định các thông số của quá
trình mài. Trong lúc đó đá mài lại có khả năng dẫn nhiệt kém nên hầu hết nhiệt mài
được truyền vào chi tiết gia công.
Các dạng hư hỏng xảy ra khi cắt thường chịu ảnh hưởng của sự biến dạng hệ
thống công nghệ và do nhiệt mài. Biến dạng của hệ thống công nghệ liên quan đến
lực mài. Ở đây, lực cắt khi mài thường không đáng kể do quá trình cắt khi mài chỉ
thực hiện với lớp chiều sâu của lớp cắt nhỏ. Sự biến dạng của hệ thống công nghệ
ngoài việc liên quan đến độ lớn của lực cắt còn phụ thuộc vào phương pháp thực
hiện quá trình cắt (mài thuận, mài nghịch). Tuy nhiên, quá trình mài khác với phay
là lực mài hầu như không có tác dụng trong việc tăng hay giảm lực kẹp. Do lực mài
khi cắt rất nhỏ nên sự ảnh hưởng của chúng đến các dạng hư hỏng do mài là rất ít.

- 11 -

Do đó có thể nói các hư hỏng xảy ra khi mài chủ yếu các dạng hư hỏng đều do nhiệt
mài gây nên. Theo một số đánh giá kỹ thuật thì các hư hỏng chịu ảnh hưởng của
nhiệt mài chiếm xấp xỉ 90%.
1.2.1. Cháy phôi.
Một trong những dạng hư hỏng phổ biến nhất là cháy phôi. Hiện tượng cháy
phôi không những chỉ xuất hiện khi mài các loại thép Cacbon và thép hợp kim mà
còn xảy ra cả với những loại vật liệu kim loại khác. Biểu hiện dễ nhận thấy nhất của
cháy phôi là hiện tượng chuyển màu của lớp bề mặt kim loại do sự hình thành lớp
oxit. Hiện tượng này chỉ xuất hiện trong quá trình mài 1 số vật liệu kim loại, khi
không xuất hiện màu xanh không có nghĩa là không có hiện tượng cháy phôi khi gia
công xảy ra.

Hình 1-6: Sự thay đổi độ cứng trong lớp bề mặt mài
Khi bị cháy, kim loại có xu hướng dính chặt với bề mặt đá mài, làm lực cắt
tăng lên, bề mặt gia công xấu đi và đá mài cũng nhanh bị mòn. Bằng nhiều phương
pháp kiểm tra tế vi khác nhau, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng có thể xác

- 12 -


định được các yếu tố sau khi cháy, đồng thời chúng có liên quan đến quá trình phục
hồi ausenit của phôi. Khi cháy, thép bị tôi lại, sự tôi lại là kết quả của sự phục hồi
austenit được nối tiếp bằng sự hình thành mactensit chưa ram. Sự cháy phôi và sự
phục hồi austenit do nhiệt khi mài các loại thép mềm, kể cả những loại có độ thấm
tôi, không nhất thiết đi kèm với sự tôi bề mặt. Xét về mặt luyện kim và những kết
quả đo độ cứng tế vi cho thấy ngưỡng cháy trùng hợp với ngưỡng bắt đầu của sự
phục hồi austenit khi nung nóng kim loại.
Trong quá trình gia công, những phát hiện này đã tạo điều kiện xác định và
kiểm soát quá trình cháy phôi (burn). Khi mài, năng lượng riêng đo được có thể so
sánh với năng lượng riêng tới hạn nhằm dự đoán hiện tượng cháy có thể xảy ra hay

không. Trong thực tế, năng lượng riêng tới hạn của mỗi loại vật liệu phụ thuộc rất
nhiều yếu tố. Việc xác định năng lượng riêng trong phòng thí nghiệm thường dựa
trên các số liệu đo lường về lực, song việc này rất khó để thực hiện tại điều kiện sản
xuất thực tế. Tuy nhiên, công suất máy có thể xác định được một cách chính xác và
dựa vào đó để xác định được công suất mài thông qua các bộ chuyển đổi trạng thái
công suất. Để xác định công suất mài thực, chỉ cần lấy tổng công suất trừ đi công vô
ích. Công suất mài thực có thể so sánh với công suất cháy ở ngưỡng cháy. Việc
giám sát công suất mài theo hình thức này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình điều
khiển thích nghi tối ưu của quá trình mài trong lúc vẫn thoả mãn các yêu cầu về
chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
1.2.2. Ram.
Đối với các thép đã tôi, nếu khi mài không xảy ra hiện tượng cháy thì cũng
thường xảy ra các hiện tượng ram bề mặt. Ram xuất hiện trong quá trình mài được
xem là hiện tượng không có lợi, làm xuất hiện sự hoá mềm của kim loại ở gần lớp
bề mặt chi tiết. Đối với những kim loại có cấu trúc mactensit đã tôi, thì mức độ hoá
mềm do ram là rất phức tạp, chủ yếu do có sự thoát Cacbon khi nung nóng. Mà hiện
tượng thoát Cacbon lại phụ thuộc rất nhiều vào cả thời gian và nhiệt độ nung nóng.
Nếu thời gian bị nung nóng càng dài và nhiệt độ càng cao (chưa đến ngưỡng cháy)
thì mức độ ảnh hưởng do ram gây ra càng lớn. Ram xuất hiện sẽ gây nên các hiện

- 13 -


tượng chuyển biến pha kim loại và hầu hết đều làm giảm độ cứng của bề mặt chi
tiết gia công. Điều này hoàn toàn không mong muốn trong quá trình gia công chế
tạo máy, đặc biệt là các trường hợp mài vật liệu kim loại đã nhiệt luyện. Do yêu
cầu về độ cứng của chi tiết gia công nên phải tiến hành qua nguyên công nhiệt
luyện. Song khi nhiệt luyện lại xuất hiện một số hiện tượng thoát Cacbon, ôxy hoá
bề mặt do vậy phải tiến hành mài sau khi nhiệt luyện. Với đặc điểm chung như vậy,
nếu khi mài chi tiết đã qua nhiệt luyện thì phải tuyệt đối không để hiện tượng ram

xảy ra. Vì hiện tượng ram xảy ra lúc này sẽ làm giảm tác dụng của nguyên công
nhiệt luyện-điều này chúng ta hoàn toàn không mong muốn khi gia công.
1.2.3. Ứng suất dư
Quá trình mài không thay đổi tạo ra những ứng suất dư thừa trên các phần
xung quanh của bề mặt đã hoàn thành. Điều này có thể gây ra ảnh hưởng lớn đối
với biểu hiện cơ học của vật liệu. Những ứng suất dư được tạo ra do những biến
dạng dẻo không đồng đều ở gần bề mặt của chi tiết gia công. Những va chạm tác
động giữa các hạt mài với chi tiết gia công phần lớn gây ra những ứng suất nén dư
do sự chảy chất dẻo (plastic flow) được xác định theo vùng. Ảnh hưởng của nó có
thể so sánh với ảnh hưởng của việc rèn hạt. Những ứng suất và biến dạng do nhiệt
kết hợp với nhiệt độ mài và độ dốc từ bề mặt đến chi tiết gia công là những nguyên
nhân chính gây ra những ứng suất căng dư thừa. Tại phần được mài, sự giãn nở
nhiệt của vật liệu nóng hơn ở gần phía bề mặt một phần được giảm xuống do vật
liệu ở lớp dưới bề mặt mát hơn. Điêù này sẽ phát ra những ứng suất nhiệt nén ở gần
bề mặt mà nếu đủ lớn sẽ gây ra sự chảy chất dẻo trong khi nén. Trong suốt quá trình
làm mát sau đó, sau khi nhiệt của quá trình mài đã hết, vật liệu bị biến dạng dẻo có
xu hướng co lại nhiều hơn so với vật liệu dưới bề mặt, nhưng yêu cầu về tính liên
tục của vật liệu đã gây ra những ứng suất căng trên một “lớp da” của bề mặt. Để
đảm bảo sự cân bằng cơ học, những ứng suất nén dư cũng phải xuất hiện sâu hơn
trong vật liệu, nhưng những ứng suất này về độ lớn còn nhỏ hơn rất nhiều so với
những ứng suất căng dư. Việc tạo thành những ứng suất dư do nhiệt càng phức tạp
hơn do bất cứ một sự chuyển đổi pha khối nào cũng có thể xảy ra trong suốt chu

- 14 -


trình làm nóng hay mát vì những sự chuyển đổi này thường đi kèm với sự thay đổi
về lượng.
Một số ví dụ về sự phân bố các thành phần ứng suất dư dọc theo hướng mài
được thể hiện ở hình 8 đối với một hợp kim thép. Các cách đo lường ứng suất dư

mà hiện nay chủ yếu dựa vào các phương pháp tia X, thường cho thấy một trạng
thái ứng suất hai trục trên lớp bề mặt, với ứng suất dọc theo hướng mài gần bằng
ứng suất ngang hướng mài. Trong rất nhiều quá trình mài cho sản xuất, các ứng suất
dư thường chủ yếu là căng, có nghĩa là chủ yếu có nguồn gốc từ nhiệt.

Hình 1-7: Sự phân bố ứng suất dư do nhiệt trong quá trình mài
Ảnh hưởng của những ứng suất dư thường tương đối rõ rệt hơn đối với
những vật liệu có độ giòn và bền cao vì khi đó độ bền thường rất được quan tâm.
Những điều kiện mài khó khăn hơn đối với các loại thép có độ bền cao và những
hợp kim máy bay thường gây ra những ứng suất căng dư lớn hơn, do đó giảm bớt
độ bền chịu đựng và nứt vỡ. Tình trạng này còn có thể trầm trọng thêm do sự giòn
gãy hydro, cụ thể là do những chất lưu của quá trình mài vỡ ra khiến những lớp

- 15 -


hydro cao hơn được đưa vào thép. Các thành phần thép tôi tiếp đất đột ngột phơi ra
trước axit nóng gây ra những vết nứt vỡ ở bề mặt; điều này cũng có thể quy cho các
ứng suất căng dư tác động trên mactensit giòn chưa tôi được hình thành do ăn mòn
chi tiết gia công. Các vết nứt vỡ gây ra do khắc mòn axit và mài quá mức thường
hướng đến chiều mài, và thông thường đa số là thành phần ứng suất căng dư dọc
theo chiều mài.
Một mong muốn chung là làm thế nào để kiểm soát được các điều kiện mài
để tạo ra những ứng suất nén dư, hoặc, ít nhất là, hạn chế bớt độ lớn của ứng suất
căng dư cao nhất. Trên thực tế, những nhu cầu về quá trình sản xuất hiệu quả hơn
và những tỷ lệ dịch chuyển nhanh hơn thường gây ra những ứng suất căng dư, ví dụ
có thể thấy ở hình 8. Để đạt được những ứng suất nén dư thì cần duy trì được một tỷ
lệ dịch chuyển tương đối thấp. Tuy nhiên, việc ứng dụng đưa các bánh xe chất mài
mòn CBN (CBN abrasive wheels) thay cho oxi nhôm đã cho thấy có thể tạo ra
những ứng suất nén dư thay vì ứng suất căng dư khi qua trình mài tôi các vòng ổ bi.

Điều này có thể cho thấy nhiệt độ thấp hơn khi mài với CBN do những năng lượng
cụ thể thấp hơn. Một yếu tố khác có thể là do tính dẫn nhiệt rất cao của CBN, tính
chất này có thể góp phần làm mát bề mặt của chi tiết gia công.
Theo nguyên lý thì hoàn toàn có thể phân tích dự đoán sự phân bố ứng suất
dư do nhiệt dựa vào nhiệt độ mài kết hợp với những tính toán về ứng suất và sức
căng nhiệt. Những phân tích này được thực hiện sử dụng phương pháp nhân tố hạn
chế (finite-element method), tính đến những ứng suất và biến dạng đàn hồi-dẻo lúc
đầu trong suốt quá trình tải nhiệt theo sau bởi quá trình không tải đàn hồi trong khi
làm mát. Tuy nhiên cần có một khoảng thời gian lớn cho việc tính toán, đặc biệt là
khi tính cả đến ảnh hưởng của nhiệt độ lên các đặc tính cơ học và nhiệt của vật liệu
của chi tiết gia công cụ thể và bản chất tự nhiên phi tuyến của hiện tượng không cho
phép có những kết quả chung chung. Một sự quan tâm thực tế hơn là sự quan sát
thực nghiệm mối liên hệ trực tiếp giữa ứng suất căng dư đỉnh điểm và nhiệt độ cao
nhất tại vùng mài.

- 16 -


1.2.4. Bin dng nhit
- Đây là dạng sai hỏng hình dạng phổ biến của các sản phẩm mài do nhiệt
mài rất lớn.
- Biến dạng nhiệt xuất hiện khi có một lợng nhiệt lớn tập trung cục bộ trong
chi tiết (Vùng mài)ặ Xuất hiện biến dạng cụ bộ, làm cong vênh chi tiết gia công
- Khắc phục bằng cách sử dụng các phơng pháp làm mát và chọn chế độ cắt
làm giảm lực mài và nhiệt mài.
1.3. nh hng ca nhit mi n cht lng gia cụng chi tit mỏy .
chớnh xỏc ca chi tit mỏy v cht lng b mt chi tit gia cụng c
ỏnh giỏ theo nhng tiờu chớ sau:
- chớnh xỏc v kớch thc cỏc b mt chi tit mỏy.
- chớnh xỏc v hỡnh dỏng hỡnh hc ca chi tit mỏy ( trũn, tr,

thng,)
- chớnh xỏc v kớch thc v trớ tng quan gia cỏc b mt chi tit mỏy
( vuụng gúc, ng tõm, song song, o mt u,).
- nhn búng ca b mt chi tit mỏy (Rz, Ra).
- ng sut d trờn lp b mt v s xut hin hay khụng ca cỏc hin tng
vt lý khỏc (chuyn bin pha kim loi, lp bin cng b mt, hoỏ mm, thoỏt
Cacbon,)
Khi nhit mi trong khu vc gia cụng ln, s gõy bin dng n hi h
thng cụng ngh mỏy-ỏ mi- gỏ-chi tit gia cụng, gõy ra cỏc sai s v chun, v
kh nng nh v v kp cht chi tit, gõy ra cỏc sai s kớch thc gia cụng theo
chu k hoc ngu nhiờn, lm gim chớnh xỏc kớch thc b mt v kớch thc v
v trớ tng quan gia cỏc b mt ca chi tit mỏy.
Mt lng nhit mi rt ln truyn vo chi tit gia cụng, lm xut hin cỏc
hin tng bin dng n hi chi tit, xut hin cỏc hin tng bin dng do trờn
b mt chi tit, gõy ra cỏc sai s v hỡnh dỏng hỡnh hc ca chi tit.
Hin tng bin dng do trờn lp b mt chi tit cú th lm xut hin hin
tng lo dao khi gia cụng, lm thay i cỏc gúc ct ca ht mi to nờn mt

- 17 -


topograph trên bề mặt chi tiết phức tạp, có độ nhám cao. Nhiệt mài cũng là một
trong những nguyên nhân gây nên hiện tượng mòn đá mài và như vậy cũng làm
tăng độ nhám của bề mặt chi tiết gia công và giảm khả năng cắt của đá.
Như đã trình bày, nhiệt mài làm xuất hiện ứng suất dư kéo, nén và một số
hiện tượng khác như: chuyển biến pha vật liệu kim loại, mềm hoá, thoát Cacbon
(mài thép Cacbon), … và như vậy cũng làm giảm chất lượng của bề mặt chi tiết
máy khi gia công.
Như vậy, nhiệt sinh ra khi mài và tồn tại trong khu vực mài là yếu tố rất có
hại cho quá trình công nghệ khi mài, làm xuất hiện rất nhiều sai số gia công khác

nhau.
Từ những kết quả đánh giá trên cho thấy các ảnh hưởng đến chất lượng bề
mặt chi tiết gia công chủ yếu phụ thuộc vào hai yếu tố là lực mài và nhiệt mài. Kết
quả cũng cho thấy các ảnh hưởng do lực cắt khi mài là không đáng kể, các ảnh
hưởng xấu đối với bề mặt chi tiết máy chủ yếu do nhiệt sinh ra khi mài gây nên.
Do những ảnh hưởng đó, việc xác định các thông số và giá trị nhiệt mài là rất
cần thiết, từ đó đưa ra các giải pháp làm nguội trong quá trình mài nhằm hạn chế
các ảnh hưởng xấu của chúng để nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt chi
tiết máy.
1.4. Các phương pháp làm mát vùng mài.
1.4.1. Sử dụng dung dịch trơn nguội làm mát kiểu tưới tràn
Để hạn chế các ảnh hưởng do nhiệt mài gây nên, các nhà nghiên cứu về kỹ
thuật trước đây chủ yếu đưa ra một số phương pháp dùng các loại dung dịch trơn
nguội tưới vào khu vực gia công khi mài .
Các loại dung dịch trơn nguội thường được sử dụng được chia làm 4 loại:
Dầu tổng hợp (không có dầu lửa), dầu bán tổng hợp (có chứa 2÷30% dầu lửa), dầu
nguyên chất (lấy 100% dầu lửa, không pha chế) và dầu có pha chế nước và một số
hợp chất khác.
Khi dung dịch trơn nguội được tưới vào khu vực gia công, nó có tác dụng
làm giảm ma sát giữa đá mài và bề mặt chi tiết gia công và làm giảm nhiệt truyền

- 18 -


vào chi tiết bằng cơ chế hấp thu nhiệt ở khu vực gia công và truyền ra ngoài. Do
vậy nếu dung dịch trơn nguội có nhiệt độ càng thấp và lưu lượng chuyển qua khu
vực gia công trong 1 đơn vị thời gian càng nhiều thì hiệu quả của chúng càng cao.
Ngoài ra dung dịch trơn nguội còn có tác dụng làm tăng khả năng thoát phoi
trong khu vực gia công. Nếu quá trình gia công khó thoát phoi thì lượng phoi bị kẹt
sẽ là nguyên nhân làm tăng ma sát giữa đá và chi tiết do đó làm tăng nhiệt trong khu

vực gia công. Khi đó quá trình cắt gọt xảy ra ở dạng cày xới và chà xát bề mặt dẫn
đến làm giảm chất lượng bề mặt chi tiết gia công. Mặt khác do kết cấu của đá mài
nên dung dịch trơn nguội khi tưới vào khu vực gia công thì không thể nào xâm nhập
vào trực tiếp bề mặt gia công được mà chủ yếu chỉ bao phủ xung quanh khu vực gia
công. Mà nhiệt mài chủ yếu sinh ra tại vị trí trong khu vực tiếp xúc giữa đá mài và
bề mặt chi tiết gia công, do đó đã làm giảm khả năng làm nguội của dung dịch trơn
nguội khi mài.
Khi dung dịch trơn nguội tiếp xúc với bề mặt chi tiết gia công, nếu quá trình
làm nguội kém hiệu quả, nhiệt độ ở vùng gia công đủ lớn sẽ làm sôi và tạo ra lớp
hơi sương (lớp màng trắng) trên bề mặt lớp dung dịch trơn nguội. Đây là thành phần
để cản trở quá trình hấp thu nhiệt từ chi tiết gia công vào dung dịch trơn nguội để
chuyển ra ngoài do đó đã làm tăng nhiệt trên chi tiết gia công. Theo nghiên cứu của
Yuwen Zhang và Amir Faghrj, khi hiện tượng này xuất hiện thì khả năng hấp thụ
nhiệt của dung dịch trơn nguội sẽ xem như không có. Do vậy phải hạn chế không
để hiện tượng này xảy ra khi mài.
Mặt khác, khi sử dụng các loại dung dịch trơn nguội đã xuất hiện một số vấn
đề cần quan tâm. Dung dịch trơn nguội chứa nhiều hoá chất gây ảnh hưởng xấu đối
với môi trường và con người như Arsen, Benzen, Chlor,…có thể gây nên một số
bệnh nghề nghiệp nguy hiểm-đặc biệt là bệnh ung thư. Mà việc xử lý chất thải từ
dung dịch trơn nguội đòi hỏi tốn kém về công nghệ và kinh tế. Đã có nhiều nghiên
cứu cho thấy sự ô nhiễm môi trường gây ra một số căn bệnh hiểm nghèo cho con
người (đặc biệt là bệnh do ô nhiễm nguồn nước) mà nguyên nhân là do các chất thải
công nghiệp gây nên, trong đó có các chất thải từ dung dịch trơn nguội. Hơn nữa,

- 19 -


lượng dung dịch trơn nguội sử dụng trong quá trình gia công là rất lớn. Ở Đức, mỗi
năm phải sử dụng từ 130.000 đến 250.000 tấn dung dịch trơn nguội cho ngành công
nghiệp chế tạo máy.

Qua đó cho thấy, nguyên lý làm nguội của phương pháp này là nhờ cơ chế
hấp thu nhiệt của dung dịch làm nguội tác động vào các bề mặt xung quanh gần khu
vực gia công để làm giảm nhiệt của khu vực gia công. Chứ không trực tiếp làm
giảm nhiệt tại khu vực gia công-các vùng trực tiếp sinh ra nhiệt khi mài.
Theo các phân tích trên, dung dịch trơn nguội dùng trong quá trình gia công
có ưu điểm nổi bật là ngoài khả năng làm nguội còn có khả năng bôi trơn cho khu
vực gia công, dễ kiếm, dễ thực hiện, công nghệ vận hành đơn giản. Song việc sử
dụng chúng sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc xử lý chất thải, tốn kém, khó kiểm
soát được một số ảnh hưởng xấu khác và nhất là hiệu quả làm nguội khi mài không
cao.
Từ những ảnh hưởng xấu của việc sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá
trình gia công như đã nêu, gần đây các nhà kỹ thuật đã nghiên cứu các giải pháp
khác để thay thế các loại dung dịch trơn nguội.
1.4.2. Sử dụng chất kết dính có hệ số dẫn nhiệt cao.
Đá mài được chế tạo từ 2 thành phần cơ bản là hạt mài và chất kết dính. Sau
khi kết dính, đá mài được xử lý bằng các công nghệ khác nhau để tạo ra các lỗ khí
bên trong để tạo nên các góc cắt cho hạt mài.
Các loại đá mài hiện nay được sử dụng một số loại vật liệu hạt mài như: Kim
cương, CBN, Oxyt nhôm, Carbide Silic,...và các loại vật liệu kết dính như: thuỷ tinh
hoá (vitrify), nhựa (resin), kim loại (metal),...Mỗi loại vật liệu kết dính và vật liệu
hạt mài đều có hệ số dẫn nhiệt khác nhau. Do vậy các nhà thiết kế đã vận dụng vào
khả năng dẫn nhiệt của chúng để chế tạo các loại đá mài có khả năng làm mát. Quá
trình này được thực hiện thông qua quá trình truyền nhiệt từ khu vực gia công thông
qua đá mài ra môi trường và các bộ phận làm mát khác của hệ thống công nghệ.

- 20 -


Trong thực tế, vật liệu hạt mài CBN và vật liệu kết dính bằng kim loại được
xem là các loại vật liệu phổ biến dùng chế tạo đá mài nhằm tăng hệ số dẫn nhiệt của

đá mài.
Kim loại (Cu, Al, Carbide Silic,…) là loại vật liệu có khả năng dẫn nhiệt cao
nhất trong tất cả các loại chất kết dính. Nhờ đặc điểm này, vật liệu kết dính bằng
kim loại đã chiếm được ưu thế mạnh mẽ trong lĩnh vực sản xuất chế tạo đá mài.
Vật liệu kết dính thuỷ tinh hoá có hệ số dẫn nhiệt thấp hơn kim loại, tuy
nhiên nếu sử dụng vật liệu thuỷ tinh hoá làm chất kết dính thì chúng có ưu điểm là
làm tăng khả năng cắt của đá, tăng độ bền của đá và dễ tạo được tỷ lệ lỗ khí của đá
cao. Còn vật liệu nhựa chủ yếu được sử dụng để chế tạo các loại đá có hệ số an toàn
cao vì khả năng kết dính của nhựa tốt hơn, dẻo dai hơn vật liệu thuỷ tính hoá.
Nhược điểm lớn nhất của vật liệu kết dính nhựa là độ dẫn nhiệt của đá kém và khó
tạo được tỷ lệ lỗ khí trong đá mài.
Zirconia

Ghi chó: Kim cu¬ng dÉn nhiÖt tèt nhÊt,
Zirconia dÉn nhiÖt kÐm nhÊt

Nitride
Silic
Oxyt
nh«m
ThÐp
Carbide
Silic
CBN
Kim
cu¬ng

1

10

100

1000

10000

§é dÉn nhiÖt W/mK

Hình 1-8. Khả năng dẫn nhiệt của các loại vật liệu đá mài
Trên Hình 1-8 cho thấy khả năng dẫn nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt sử dụng
trong quá trình cắt gọt nói chung. Độ dẫn nhiệt của vật liệu đá mài càng cao thì tốc
độ khuyếch tán nhiệt từ khu vực gia công ra ngoài càng nhanh.

- 21 -


Cơ chế hoạt động của phương pháp này là dùng khả năng dẫn nhiệt của
chính các loại vật liệu chế tạo đá mài kết hợp với khả năng dẫn nhiệt của bản thân
vật liệu chi tiết gia công để khuyếch tán nhiệt ra khỏi khu vực gia công. Phương
pháp này có thể can thiệp trực tiếp vào khu vực sinh ra nhiệt khi mài.
Ưu điểm của phương pháp này là dễ thực hiện, tận dụng được quá trình làm
mát thông qua vật liệu đá mài. Song nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là
khả năng làm mát của chúng không cao. Phương pháp chỉ được áp dụng kết hợp với
các phương pháp làm nguội khác để tăng hiệu quả.
1.4.3. Sử dụng không khí lạnh.
Để khắc phục các tồn tại trong quá trình mài truyền thống như đã nêu trên,
gần đây nhiều nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu bằng cách thay đổi các thông
số của quá trình mài. Một trong những nghiên cứu đó là sử dụng khí lạnh để làm
nguội khi mài.

Năm 1998, Baheti đã nghiên cứu quá trình mài mặt phẳng thép Cacbon với
đá mài Oxyt nhôm sử dụng dung dịch trơn nguội bằng dầu Ester và khí lạnh. Kết
quả đã cho thấy các nguyên nhân làm tăng nhiệt độ khi mài và khả năng làm nguội
của chúng tương đương với các loại dung dịch trơn nguội khác, song bề mặt chi tiết
có độ nhám cao vì thiếu chất bôi trơn bề mặt.
Sau đó Yui và Zhang đã tiến hành thực nghiệm bằng cách cho thêm dầu thực
vật (8,6cc/h) vào luồng khí lạnh có nhiệt độ -300C để tăng khả năng bôi trơn của
dung dịch nhưng kết quả cũng chỉ thực hiện được với những lớp cắt có chiều sâu tối
đa là 6µm. Tiếp theo, Zhang và các đồng nghiệp khác đã tiến hành tách rời chất bôi
trơn và khí lạnh độc lập với nhau. Khí lạnh được nén đến áp suất 600kPa với lưu
lượng 4095lít/phút, được trộn vào vòi khí ở nhiệt độ -200C. Chất bôi trơn được sử
dụng là dầu Ôliu, được pha trộn ngay tại đầu vòi phun khí với lưu lượng 0,16cc/ph.
Kết quả khả quan hơn, có thể thực hiện với chiều sâu cắt tối đa là 15µm trước khi
xuất hiện hiện tượng cháy của lớp bề mặt chi tiết gia công.
Tương tự phương pháp này, Yokogawa đã nghiên cứu với ý tưởng sử dụng
hệ thống phun kép nước và dầu. Thực hiện phun một lượng dầu và nước vào khu

- 22 -


vực gia công để làm nguội và bôi trơn. Ưu điểm của phương pháp này là có thể tách
dầu và nước sau khi gia công để sử dụng tiếp, phương pháp này cũng nâng cao
được độ nhẵn bóng bề mặt của chi tiết đồng thời nhiệt mài cũng giảm đáng kể.
Tiếp theo đó, R.A.Irani, R.J.Bauer và A.Warkentin đã tiến hành nghiên cứu
tìm mọi phương pháp nhằm tăng khả năng cung cấp khí vào khu vực gia công và
tăng phoi thoát. Theo họ, một trong các thông số có ảnh hưởng lớn đến các yếu tố
này là kết cấu của đầu phun khí. Do vậy các nhà nghiên cứu này tập trung nghiên
cứu, thực nghiệm và đã đưa ra các thông số về kích thước của vòi phun tối ưu như
Hình 1-9. Quá trình nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả cao nếu sử dụng nhiều vòi
phun khí trong cùng 1 thời điểm gia công.

d

D

R=1,5D

3/4D
Hình 1-9. Vòi phun khí của A.Warkentin
Qua những nghiên cứu trên đã chứng minh khả năng làm nguội của không
khí lạnh sử dụng khi mài. Cơ chế hoạt động của phương pháp này là kết hợp hai khả
năng làm mát khi gia công. Thứ nhất, đã can thiệp trực tiếp vào khu vực sinh nhiệt
khi mài bằng các luồng khí len lỏi vào bề mặt tiếp xúc giữa chi tiết gia công và bề
mặt đá mài. Thứ hai, tác động vào khu vực xung quanh vùng mài bằng các luồng
khí khác để hấp thu, khuyếch tán nhiệt ra ngoài môi trường. Ưu điểm nổi bật của
phương pháp này là rẻ, vật liệu vô tận và đặc biệt là có lợi cho môi trường và sức
khoẻ người lao động và hiệu quả làm mát cao. Bên cạnh đó phương pháp này cũng

- 23 -


có thể tồn tại một số nhược điểm như sau: khó chế tạo luồng khí có nhiệt độ thấp,
phương pháp này cần thực hiện với một phương pháp khác nhằm tăng khả năng bôi
trơn cho chi tiết gia công.

Hinh 1-10. Sơ đồ làm mát bằng không khí lạnh lạnh
1.4.4. Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu
Phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu đã được nghiên cứu và ứng dụng
rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là ứng dụng trong các phương pháp gia công cắt gọt
như: tiện, phay,…Ở Việt Nam cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về phương

pháp bôi trơn làm nguội này. Tuy vậy đối với phương pháp mài, phương pháp này
vẫn chưa được nghiên cứu nhiều.
Phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu – dung dịch được phun vào vùng
gia công với một áp suất nhất định, chuyển một lượng nhỏ dung dịch vào vùng cắt
với một tốc độ cao (250 ÷ 300 m/phút), chúng có tác dụng bôi trơn và làm nguội rất
hiệu quả.
Tác dụng hút nhiệt của phương pháp bôi trơn và làm nguội tối thiểu là rất
cao. Dùng phương pháp này cho phép nâng cao tuổi bền của dao thép gió và dao
hợp kim cứng từ 1.5 ÷ 3 lần so với phương pháp tưới tràn. Phương pháp này có các
ưu điểm, nhược điểm sau:

- 24 -