Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống đo nhiệt cắt trong quá trình mài phẳng

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

Nguyễn Minh Quân

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG
ĐO NHIỆT CẮT TRONG QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG

Chuyên ngành: Công nghệ Cơ Điện Tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. Nguyễn Trọng Hiếu

Hà Nội - 2014


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................................... 5
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................. 7
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 10
Chương 1 - Tổng quan về quá trình mài ................................................................... 13
1.1 Khái niệm mài. ...................................................................................................... 13
1.2 Đặc điểm của quá trình cắt khi mài. ..................................................................... 13
1.3 Đá mài. .................................................................................................................. 16
1.3.1 Vật liệu hạt mài. ............................................................................................. 16
1.3.2 Cấu trúc của đá mài: ....................................................................................... 16

1.3.3 Khả năng gia công của đá mài. ...................................................................... 18
1.3.4 Độ cứng của đá mài ........................................................................................ 19
1.4 Quá trình mài phẳng ............................................................................................. 19
1.5 Các đặc điểm của mài phẳng ................................................................................ 22
Chương 2 - Nhiệt cắt trong quá trình mài ................................................................. 28
2.1 Tổng quan về nhiệt cắt trong quá trình mài .......................................................... 28
2.2 Ảnh hưởng của nhiệt cắt trong quá trình mài. ...................................................... 30
2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia công...................................... 30
2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến chất lượng bề mặt gia công. ............................ 30
2.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của quá trình mài. ............. 31
2.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến cấu trúc lớp bề mặt. ......................................... 31
Chương 3 - Các phương pháp đo nhiệt cắt ................................................................ 33
3.1 Đo không tiếp xúc ................................................................................................. 33
3.1.1 Hồng ngoại ..................................................................................................... 33
3.1.2 Kỹ thuật quang học......................................................................................... 34
3.1.3 Sợi quang kỹ thuật .......................................................................................... 36

1


3.1.4 Hỏa kế quang học ........................................................................................... 37
3.2 Đo tiếp xúc trực tiếp ............................................................................................. 38
3.2.1 Kỹ thuật sơn phủ ............................................................................................ 38
3.2.2 Kỹ thuật cặp nhiệt điện ................................................................................... 38
Chương 4 - Tổng quan về cảm biến nhiệt độ ............................................................. 43
4.1 Khái niệm chung ................................................................................................... 43
4.1.1 Cảm biến......................................................................................................... 43
4.1.2 Xử lý tín hiệu và điều khiển ........................................................................... 43
4.2 Đường cong chuẩn của cảm biến .......................................................................... 44
4.2.1 Khái niệm ....................................................................................................... 44

4.2.2 Phương pháp chuẩn cảm biến......................................................................... 45
4.2 Đặc trưng của cảm biến . ...................................................................................... 47
4.2.1 Sai số và độ chính xác .................................................................................... 47
4.2.2 Độ nhạy .......................................................................................................... 49
4.2.3 Độ tuyến tính .................................................................................................. 49
4.2.2 Độ nhanh - thời gian đáp ứng ......................................................................... 50
4.2.3 Giới hạn sử dụng của cảm biến. ..................................................................... 51
4.4 Thang nhiệt độ ...................................................................................................... 52
4.5 Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo .................................................................... 53
4.5.1 Nhiệt độ đo được ............................................................................................ 53
4.5.2 Đo nhiệt độ trong lòng vật rắn ....................................................................... 53
4.6 Các loại cảm biến nhiệt độ.................................................................................... 53
4.6.1 Nhiệt điện trở .................................................................................................. 53
4.6.2 Cặp nhiệt điện ................................................................................................. 55
4.6.3 Cảm biến bán dẫn ........................................................................................... 61
Chương 5 - Thiết kế hệ thống đo nhiệt ....................................................................... 64
5.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống ....................................................................... 64

2


5.2 Phần cứng ............................................................................................................. 64
5.2.1 Cảm biến......................................................................................................... 64
5.2.2 Bộ phận chuyển đổi tín hiệu ........................................................................... 66
5.3 Phần mềm ............................................................................................................. 71
5.3.1 Giao diện ........................................................................................................ 71
5.3.2 Cài đặt cấu hình hệ thống ............................................................................... 74
Chương 6 - Thiết kế thí nghiệm và xử lý kết quả...................................................... 77
6.1 Phương pháp bình phương nhỏ nhất ..................................................................... 77
6.1.1 Giới thiệu chung ............................................................................................. 77

6.1.2 Sai số trung bình phương và phương pháp bình phương tối thiểu tìm xấp xỉ
tốt nhất với một hàm................................................................................................ 78
6.2 Xác định tham số công thức thực nghiệm ............................................................ 82
6.3 Thí nghiệm đo nhiệt độ trong quá trình mài phẳng .............................................. 83
6.3.1 Máy và dụng cụ thí nghiệm ............................................................................ 83
6.3.2 Kết quả thí nghiệm ......................................................................................... 85
6.4 Xử lý kết quả thí nghiệm ...................................................................................... 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 91

3


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nghiên cứu nào khác.

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ρ

: bán kính cong của đỉnh hạt mài

ax

: độ dày lớp cắt tại điểm x

γx

: góc trước tại điểm x

a

: độ dày lớp vật liệu bị cắt khi mài

𝛿

: góc cắt thực tế tại điểm x

Ra

: độ nhám bề mặt

Pc

: lực cắt toàn phần

Py

: lực cắt hướng kính

Pz

: lực cắt tiếp tuyến

f

: tần số của các dao động riêng không tắt dần của hệ

c

: độ cứng riêng của hệ

m

: trọng lượng của hệ

(Pz.Vda)

: nhiệt do công suất chuyển hóa thành

Qcht

: nhiệt truyền vào chi tiết

Qda

: nhiệt truyền vào đá

Qbt

: nhiệt truyền vào dung dịch trơn nguội

Qphoi

: nhiệt truyền vào phoi và các phế thải khi mài

Qphs

: nhiệt phát sáng

λ

: hệ số dẫn nhiệt

γ

: mật độ khối

S

: độ nhạy

Η

: hiệu suất của một động cơ nhiệt thuận nghịch

tdm

: thời gian trễ khi tăng

5


tm

: thời gian tăng

tdc

: thời gian trễ khi giảm

tc

: thời gian giảm

Tc

: nhiệt

Tx

: nhiệt độ môi trường

𝜎

: độ dẫn

C, b

: các hằng số đặc trưng cho vật liệu

Ei

: năng lượng liên kết

Tref

: nhiệt độ chuẩn

E

: suất điện động

Rt

: điện trở của cặp nhiệt,

Rl

: diện trở dây nối,

RV

: điện trở trong của milivôn kế

Rc

: điện trở chuẩn

Rh

: biến trở con chạy

V

: điện áp

n

: sai số trung bình phương

FEM

: dự đoán từ mô phỏng

WDM

: ghép kênh phân chia bước sóng

DWDM

: bộ phân kênh chia bước sóng trên màng mỏng ()

độ của cảm biến

6


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Quá trình mài ............................................................................................... 13
Hình 1.2 Sơ đồ xác định góc trước của hạt mài ....................................................... 15
Hình 1.3 Một số dạng đá mài ..................................................................................... 17
Hình 1.4 Kí hiệu đá mài .............................................................................................. 18
Hình 1.5 Một số phương pháp gia công trên máy mài ............................................ 19

Hình 1.6 Mài phẳng bằng mặt đầu đá ....................................................................... 20
Hình 1.7 Sơ đồ mài phẳng song song bằng hai đá mặt đầu .................................... 20
Hình 1.8 Sơ dồ các phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ ...................... 21
Hình 1.9 Sơ đồ đặc điểm quan hệ của quá trình mài ............................................... 23
Hình 1.10 Các thành phần lực cắt khi mài phẳng .................................................... 24
Hình 2.1 Mô hình mài ................................................................................................. 28
Hình 3.1 Phép đo nhiệt độ sử dụng hồng ngoại ........................................................ 33
Hình 3.2 Phương pháp chụp ảnh nhiệt ..................................................................... 34
Hình 3.3 Phương pháp sử dụng transistor quang .................................................... 35
Hình 3.4 Phương pháp sử dụng sợi quang kỹ thuật ................................................ 36
Hình 3.5 Cấu tạo hỏa kế quang học ........................................................................... 37
Hình 3.6 Cấu trúc cặp nhiệt điện hai cực cho bề mặt mài. ..................................... 39
Hình 3.7 Cấu trúc của cặp nhiệt điện hai cực có thể mài được .............................. 40
Hình 3.8 Cặp nhiệt điện đơn cực lắp vào một đá mài . ............................................ 41
Hình 3.9 Kích thước cặp nhiệt kiểu J hoặc T ........................................................... 42
Hình 3.10 Phương pháp sử dụng cặp nhiệt đơn cực ................................................ 42
Hình 4.1. Các phần tử của vòng lặp quá trình điều khiển ...................................... 44
Hình 4.2 Đường cong chuẩn ....................................................................................... 44
Hình 4.3 Phương pháp chuẩn cảm biến .................................................................... 45
Hình 4.4 Cấu tạo cặp nhiệt điện. ................................................................................ 55
Hình 4.5 Bán dẫn ......................................................................................................... 61

7


Hình 4.6 IC cảm biến nhiệt DS18B20 ........................................................................ 62
Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống .............................................................................................. 64
Hình 5.2 Cấu tạo cặp nhiệt loại K .............................................................................. 64
Hình 5.3 Cặp nhiệt loại K thực tế .............................................................................. 65
Hình 5.4 Đường đặc tính của cảm biến cặp nhiệt loại K ......................................... 66

Hình 5.5 ADAM-4019+ ............................................................................................... 66
Hình 5.6 Sơ đồ chân ADAM-4019+ ........................................................................... 68
Hình 5.7 Sơ đồ khối ADAM – 4019+ ......................................................................... 69
Hình 5.8 ICPCON I-7520 ........................................................................................... 70
Hình 5.9 Sơ đồ khối ICPCON I-7520 ........................................................................ 70
Hình 5.10 Cáp chuyển RS232-USB ........................................................................... 71
Hình 5.11 Giao diện phần mềm ................................................................................. 71
Hình 5.12 Giao diện cài đặt ........................................................................................ 72
Hình 5.13 Giao diện lựa chọn ..................................................................................... 72
Hình 5.14 Giao diện hiệu chỉnh .................................................................................. 72
Hình 5.15 Hiệu chỉnh gốc 0 ......................................................................................... 73
Hình 5.16 Hiệu chỉnh dải đo ....................................................................................... 73
Hinh 5.17 Hiệu chỉnh bù điểm lạnh ........................................................................... 73
Hình 5.18 Giao diện đồ thị .......................................................................................... 74
Hình 5.19 Device Management .................................................................................. 75
Hình 5.20 Lựa chọn cổng COM ................................................................................. 75
Hình 5.21 Giao diện khởi động .................................................................................. 76
Hình 5.22 Tìm module từ cổng COM ........................................................................ 76
Hình 5.23 Kết nối được với máy tính ........................................................................ 76
Hình 6.1 Phôi ............................................................................................................... 83
Hình 6.2 Cặp nhiệt gắn trên phôi .............................................................................. 84
Hình 6.3 Phôi gá trên máy mài .................................................................................. 85

8


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Vật liệu hạt mài ........................................................................................... 16
Bảng 1.2 Cấu trúc của đá mài .................................................................................... 17
Bảng 4.1 Trình tự hiệu chuẩn cảm biến của Viện đo lường Việt Nam .................. 46

Bảng 4.2 Một số loại cặp nhiệt điện thông dụng ...................................................... 60
Bảng 4.3 Thông số cặp nhiệt Chromel/Constantan ................................................. 61
Bảng 5.1 Hiệu chuẩn cảm biến cặp nhiệt loại K ........................................................ 65
Bảng 5.2 Các loại cặp nhiệt điện sử dụng với ADAM-4019+ .................................. 67
Bảng 6.1 Kết quả thí nghiệm ...................................................................................... 85
Bảng 6.2 Các giá trị quy đổi kết quả thí nghiệm ...................................................... 86

9


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, ở nhiều quốc gia trên thế giới, ngành cơ khí chế tạo đóng một vai trò
cực kỳ quan trọng trong sản xuất công nghiệp cũng như thúc đẩy sự tiến bộ khoa học kỹ
thuật. Cơ khí chế tạo ngày nay có xu hướng ứng dụng những thành tựu, phát minh về
khoa học kỹ thuật để đơn giản hóa sức lao động của con người cũng như đảm bảo chất
lượng của sản phẩm chế tạo.
Trong cơ khí chế tạo, có một loại máy được sử dụng nhiều trong gia công tinh,
nhằm chế tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, đó là máy mài phẳng. Trong quá trình mài
phẳng, chất lượng bề mặt sản phẩm luôn là một trong các yêu cầu được ưu tiên hàng đầu.
Và một yếu tố không thể không nhắc đến vì có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề
mặt sản phẩm trong quá trình mài phẳng, đó là nhiệt độ.
Trong quá trình mài phẳng, hầu hết năng lượng dùng để cắt đều chuyển thành
nhiệt, gây ra nhiệt độ cao tại một số khu vực trên bề mặt phôi và đá mài. Đặc biệt hơn
nữa, nhiệt độ cao còn có thể dẫn đến hiện tượng cháy bề mặt phôi, ảnh hưởng đến chất
lượng sản phẩm. Như vậy, nhiệt cắt nếu như không kiểm soát chặt chẽ sẽ gây ảnh hưởng
trực tiếp đến chất lượng gia công chi tiết, làm giảm năng suất lao động cũng như tăng
chi phí sản xuất, gây ảnh hưởng đến quá trình sản xuất.
Chính vì vậy, tác giả đã lựa chọn đề tài luận văn: “Nghiên cứu, thiết kế và chế
tạo hệ thống đo nhiệt cắt trong quá trình mài phẳng”.

2. Lịch sử nghiên cứu
Lĩnh vực nghiên cứu về nhiệt độ trong quá trình gia công nói chung vẫn còn chưa
phổ biến ở Việt Nam. Gần đây nhất là đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo nhiệt khi
tiện” của nhóm tác giả trường Đại học Công nghiệp Hà Nội năm 2007. Sản phẩm của đề
tài là một thiết bị hoàn chỉnh để đo nhiệt trong quá trình tiện.
Trong khi đó, ở các nước khác trên thế giới, đã có một số tác giả sử dụng các
phương pháp khác nhau để nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình gia công. Tác
giả D. Anderson khảo sát nhiệt độ bề mặt trong quá trình mài khô sử dụng hồng ngoại.
Tác giả A.D.Batako nghiên cứu nhiệt độ phôi mài sử dụng máy ảnh nhiệt hay tranzito
quang.

10


3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và lắp đặt và điều khiển hệ thống đo nhiệt cắt trên máy
mài phẳng.
- Nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ cắt theo các thông số đầu vào (tốc độ cắt, chiều sâu
cắt).
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Luận văn tập trung nghiên cứu về sự thay đổi nhiệt độ phôi trong quá trình mài phẳng,
đồng thời chỉ ra sự phụ thuộc của nhiệt độ phôi đối với một số thông số chế độ cắt của
máy mài phẳng.
5. Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới
Nội dung luận văn gồm 6 chương:
- Chương 1 trình bày các đặc điểm cơ bản của quá trình mài và mài phẳng.
- Chương 2 đưa ra lý thuyết tổng quan về nhiệt cắt và ảnh hưởng của nhiệt cắt trong quá
trình mài phẳng.
- Chương 3 giới thiệu một số phương pháp đo nhiệt cắt sử dụng trong thực tế.
- Chương 4 trình bày các đặc điểm cơ bản của một số loại cảm biến đo nhiệt độ thông

dụng.
- Chương 5 mô tả nguyên lý hoạt động, sau đó trình bày quá trình thiết kế và xây dựng
hệ thống đo nhiệt cắt.
- Chương 6 giới thiệu cách thức lắp đặt hệ thống trong máy mài, và sử dụng phương
pháp quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu sự thay đổi của nhiệt cắt theo các thông số
đầu vào.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập thông tin: Nghiên cứu tài liệu kỹ thuật trong và ngoài nước liên
quan đến mài phẳng và các phương pháp đo nhiệt độ, từ đó thiết kế và xây dựng hệ
thống đo nhiệt tương đối hoàn chỉnh.

11


- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành các thí nghiệm đo nhiệt trên máy mài phẳng
nhằm tìm hiểu sự thay đổi nhiệt độ phôi theo các thông số chế độ cắt.

12


Chương 1 - Tổng quan về quá trình mài
1.1 Khái niệm mài.
Mài là một phương pháp gia công kim loại được biết từ lâu, tuy nhiên phải đến
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 được nhiều dạng mặt phẳng
khác nhau như mặt trụ ngoài, mặt trụ trong, mặt phẳng và mặt định hình. Bản chất của
quá trình mài là sự cào xước bề mặt của vật rắn bằng những hạt mài có vận tốc cao,
thường 20 m/s với máy mài thường và 200 m/s với máy mài cao tốc. Gia công bằng mài
cho phép đạt độ chính xác cấp 2-3, đôi khi cấp 1 và độ bóng bề mặt cấp 8-9. Trong một

số trường hợp mài được sử dụng để làm sạch phôi đúc và phôi rèn hoặc để tẩy sạch xi
hàn, có nghĩa là nguyên công chuẩn bị phôi hoặc nguyên công thô. Mài được thực hiện
bằng nhiều hành trình, do đó có khả năng sửa lại sai số hình dáng và kích thước của chi
tiết gia công. Cho đến hiện nay, máy mài vẫn chiếm tỉ trọng đến 30% tổng số máy công
cụ; và có thể đến 60% ở ngành cơ khí chính xác.
1.2 Đặc điểm của quá trình cắt khi mài.

.
Hình 1.1 Quá trình mài
- Quá trình cắt được thực hiện bằng nhiều hạt mài có độ cứng tế vi cao (2200 – 3100
kG.mm2).

13


- Quá trình cắt được thực hiện với tốc độ cắt cao của hạt mài (30 – 70 m/s), cùng một
lúc, trong thời gian ngắn tính bằng giây có nhiều hạt mài cùng tham gia vào cắt gọt và
tạo ra nhiều phoi vụn.
- Các hạt mài được bố trí lộn xộn trong chất dính kết, vì vậy thông thường chúng có góc
trước âm và góc cắt lớn hơn 900.
- Tốc độ cắt và điều kiện cắt không thuận lợi làm tăng nhiệt độ cắt (1000 – 15000C).
- Điều khiển quá trình mài chỉ có thể được thực hiện bằng cách thay đổi chế độ cắt, vì
thay đổi hình học của các hạt mài hầu như không thể thực hiện được.
- Trong quá trình gia công, đá mài có thể tự mài sắc vì hạt mài sau khi bị mài mòn làm
cho lực cắt tăng, dưới tác dụng của lực cắt lớn các hạt mài tự bẻ gãy và tạo ra các hạt
mài mới có cạnh sắc mới.
- Bề mặt mài được hình thành nhờ tác động của các yếu tố hình học đặc trưng cho quá
trình cắt và quá trình biến dạng dẻo kim loại.
- Có thể cắt gọt được những loại vật liệu cứng mà các loại dụng cụ cắt khác không cắt
được. Ví dụ: thép đã tôi, hợp kim cứng v.v…

- Bề mặt gia công thường có một lớp cứng nguội phân bố đều, chiểu dày khoảng 2m,
độ cứng Hv=1100. Trên bề mặt có ứng suất lớn và những vết nứt tế vi.
- Do trị số bán kính đỉnh hạt mài nhỏ, nên có thể thực hiện quá trình với chiều sâu cắt rất
nhỏ.
Trong quá trình cắt, các hạt mài có lưỡi cắt luôn luôn thay đổi nhưng hầu như tất cả
chúng đều có góc trước âm. Nghiên cứu riêng rẽ quá trình cắt của một hạt mài, ta có thể
nhận thấy nó tương tự như quá trình cắt của một dao tiện với góc trước âm (γ < 0). Vậy
có thể dựa vào một mô hình cắt khi tiện để xây dựng một mô hình cắt khi mài.
- Mặt trước ECB (phoi khi tách ra sẽ theo mặt này)
- Mặt sau BC1E1

14


Hình 1.2 Sơ đồ xác định góc trước của hạt mài
Gọi:

ρ – bán kính cong của đỉnh hạt mài
ax - độ dày lớp cắt tại điểm x
γx – góc trước tại điểm x
a - độ dày lớp vật liệu bị cắt khi mài

Khi đó : 𝛾𝑥 = arcsin⁡(

𝜌−𝑎𝑥
𝜌

)

(1.1)

𝜋

𝜌−𝑎𝑥

2

𝜌

Góc cắt thực tế tại điểm x là: 𝛿 = + 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛

(1.2)

Do γx thay đổi theo vị trí cắt x mà mức độ biến dạng của vật liệu sẽ khác nhau, đặc biệt:
- ax = 0 thì γx = 900 lúc đó quá trình cắt không xảy ra mà chỉ có hiện tượng biến dạng bề
mặt.
- ax = ρ thì γx = 00 lúc đó xảy ra sự trượt trơn giữa bề mặt đá và bề mặt chi tiết.
Như vậy, ta thấy rằng, bản thân đá mài là một dụng cụ đặc biệt, không những thế hình
học của phần cắt trên mỗi hạt mài cũng không giống nhau, chúng lại thay đổi liên tục
trong quá trình gia công, mặt khác số lượng các hạt mài tham gia cũng liên tục thay đổi.
Vì vậy quá trình mài là một quá trình cắt phức tạp.

15


1.3 Đá mài.
1.3.1 Vật liệu hạt mài.
Bảng 1.1 Vật liệu hạt mài
T

Tên gọi

Kí hiệu (VN)

Cấu trúc (%)

Độ cứng (Mpa)

0

T Vật liệu
1

nhiệt ( C)

Coranh đông

Cn

nâu
2

Coranh đông

Ctr

trắng
3

Cácbít silic

Sđ

đen
4

Cacbit silic

Sx

xanh
5

Nitorit Bo lập

CBN - PCBN

phương
6

Độ bền

Kim cương

PCD

Al203 từ 8995%

20.50024.000

> 2000

Al203 từ 9799%

21.00026,000

> 2000

SiC từ 9798%

2800030000

2050 C

SiC từ 9899%

2900033,000

2050 C

BN

60,000-80,000

1500 C

100,000

800 C

C

0

0

0

0

.
1.3.2 Cấu trúc của đá mài:
Cấu trúc của đá mài thể hiện ở tỷ lệ phần trăm của thể tích hạt mài, thể tích chất
dính kết, thể tích khoảng trống trong đá mài. Các tỷ lệ thể tích đó quyết định độ chặt
(hay độ xốp) của đá mài. Nói một cách khác, nó là tỉ trọng (tính bằng g/mm3 hay g/inch3).
Nó xác định khả năng chứa phoi khi cắt của đá mài. Cơ sở để phân loại cấp cấu trúc đá
mài là tỉ lệ phần trăm hạt mài trong đá theo thể tích.

16


Bảng 1.2 Cấu trúc của đá mài
Loại cấu

Chặt

Trung bình

Xốp

trúc

Cấp cấu

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

62

60

5

56

54

52

50

48

46

44

42

40

38

trúc
Số % hạt
mài trong

8

thể tích
đá mài

Hình 1.3 Một số dạng đá mài

17


Hình 1.4 Kí hiệu đá mài
1.3.3 Khả năng gia công của đá mài.

Mài tròn ngoài

Mài tròn trong (mài lỗ)

Mài vô tâm

18


Mài phẳng
Hình 1.5 Một số phương pháp gia công trên máy mài
1.3.4 Độ cứng của đá mài
Độ cứng là một trong những đặc tính quan trọng nhất của đá mài. Độ cứng của
đá mài là khả năng chống lại sự rứt hạt mài ra khỏi mặt làm việc của đá dưới tác dụng
của ngoại lực.
Độ cứng của hạt mài được đo bằng nhiều phương pháp: phun cát, lăn bằng con
lăn thép tôi với tải trọng nhất định theo bề mặt đá mài, dụng cụ đo độ cứng rôcoen… và
dựa trên chiều sâu của vết để lại trên bề mặt dụng cụ mài để đánh giá độ cứng.
Tuy nhiên những phương pháp trên đều chưa đặc trưng được hoàn toàn khả năng

làm việc của đá mài. Tiêu chuẩn khách quan hơn để đánh giá chất lượng của đá mài là
tuổi bền (thời gian làm việc giữa hai lần sửa đá), hoặc số chi tiết gia công được trong
khoảng thời gian đó hoặc lượng tiêu hao đá (tính bằng cm3) khi cắt được 1 cm3 vật liệu
gia công.
1.4 Quá trình mài phẳng
Mài phẳng là một phương pháp gia công tinh các mặt phẳng sau khi qua phay
hoặc bào, đã hoặc chưa qua nhiệt luyện. Ngoài ra mài phẳng còn có thể thay cho phay,
bào trong sản xuất hoặc để gia công các chi tiết khó định vị và kẹp chặt.

19


Ngày nay do trình độ công nghệ được nâng cao, xu hướng chung là người ta tập
trung nghiên cứu thực hiện tối ưu hóa quá trình tạo phôi, giảm lượng dư gia công cắt gọt,
nâng cao độ chính xác hình dạng, độ chính xác kích thước cũng như chất lượng bề mặt
phôi, sau đó dùng mài thô thay cho các phương pháp gia công cắt gọt khác nhằm tiết
kiệm vật liệu, giảm chi phí gia công cơ và rút ngắn quy trình công nghệ, đặc biệt đối với
các chi tiết khó gá đặt.
Mài phẳng có thể đạt độ chính xác cấp 7-6, độ nhám bề mặt Ra = 1,6 – 0,4 µm.
Mài phẳng có thể thực hiện theo hai phương pháp: mài phẳng bằng mặt đầu đá hoặc mài
phẳng bằng đá mài hình trụ.
* Mài phẳng bằng đá mài mặt đầu:

Vd - Vận tốc đá mài

Vn - vận tốc chi tiết

Hình 1.6 Mài phẳng bằng mặt đầu đá

Hình 1.7 Sơ đồ mài phẳng song song bằng hai đá mặt đầu

Phương pháp này cho năng suất cao hơn, vì số lượng hạt mài đồng thời tham gia
cắt nhiều hơn. Tuy nhiên do nó lớn hơn và khả năng thoát nhiệt, thoát phoi và tưới dung

20


dịch trơn nguội khó khăn hơn, nên dễ dàng gây biến dạng nhiệt, tạo ra vết cháy, vết nứt
tế vi trên bề mặt vật mài. Nói chung độ chính xác và độ nhẵn bề mặt đạt được thấp hơn
khi mài bằng đá mài hình trụ.
* Mài bằng đá mài hình trụ:
Mài phẳng bằng đá mài hình trụ thực hiện trên máy mài phẳng có bàn máy chuyển
động tịnh tiến khứ hồi thực hiện tiến dao dọc sdọc, đầu mang dao thực hiện chuyển động
tịnh tiến dao ngang sngang để mài hết chiều rộng chi tiết và tiến dao dọc sdọc sau một lượt
mài để mài hết lượng dư gia công (a), hoặc thực hiện trên máy có bàn máy quay tròn
quanh tâm của nó còn đầu đá thực hiện chuyển động tiến dao ngang sngang và chuyển
động tiến dao dọc sdọc sau mỗi lượt mài (b).

Hình 1.8 Sơ dồ các phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ
Phương pháp này có diện tích tiếp xúc giữa đá và chi tiết nhỏ, lượng hạt mài đồng
thời tham gia vào quá trình cắt ít hơn, lượng nhiệt tỏa ra ít hơn. Mặt khác khả năng thoát
nhiệt, thoát phoi và tưới dung dịch trơn nguội vào vùng gia công dễ dàng hơn, do đó
phương pháp này cho độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao hơn phương pháp trên, đảm
bảo độ chính xác cấp 7 và chiều cao nhấp nhô bề mặt Ra = 1,6 µm, nếu chuẩn bị công
nghệ cẩn thận có thể đạt cấp chính xác câp 6 và Ra = 0,4 µm.

21


Tuy nhiên, do diện tích tiếp xúc giữa đá và chi tiết nhỏ nên năng suất thấp. Để
khắc phục nhược điểm này, người ta có thể sử dụng đá có bề rộng lớn hơn bề rộng chi

tiết. Trong trường hợp này đầu đá chỉ thực hiện tiến dao dọc sdọc sau mỗi hành trình kép
của bàn máy, tuy nhiên máy phải đảm bảo độ cứng vững và phải sửa đá cẩn thận để tránh
đầu đá bị côn hoặc đường sinh đá không thẳng dễ dây ra sai số in đập trên bề mặt chi tiết
gia công.
Mài phẳng bằng đá mài hình trụ có thể thực hiện theo hai cách:
- Cách thứ nhất: ăn dao nhiều lần, chiều sâu cắt cho mỗi lần chạy dao nhỏ nhưng lượng
chạy dao lớn. Cách này cho phép giảm tối đa ảnh hưởng của nhiệt cắt, áp dụng khi gia
công tinh và gia công các chi tiết mỏng.
- Cách thứ hai: mài với chiều sâu cắt lớn sao cho toàn bộ chiều sâu cắt có thể được bóc
đi sau một, hai lần ăn dao. Khi đó các hạt mài ở phía cạnh đá chịu tải trọng lớn nên bị
mài mòn và bong tróc nhiều hơn, vì vậy đá sẽ bị tang trống ảnh hưởng đến độ chính xác
gia công. Cách này chỉ sử dụng khi gia công thô các vật liệu gang đúc và thép chưa nhiệt
luyện với lượng dư lớn.
1.5 Các đặc điểm của mài phẳng
Hình 1.9 đã chỉ ra sơ đồ tổng quát các hiện tượng xảy ra trong quá trình mài và
mỗi quan hệ giữa chúng. Các đại lượng xuất hiện trong quá trình mài là: lực cắt, nhiệt
cắt, rung động, mòn đá trong quá trình mài. Chúng có ảnh hưởng quyết định đến độ
chính xác gia công và chất lượng bề mặt khi mài.

22


Hình 1.9 Sơ đồ đặc điểm quan hệ của quá trình mài
- Lực cắt khi mài phẳng
Lực cắt đăc trưng cho quá trình mài về phương diện vật lý. Lực cắt khi mài là
nguồn động lực gây ra các biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ, rung động, nhiệt
cắt trong vùng gia công và nó cũng xác định chế độ mòn của đá mài. Khi lực cắt tăng,
tuổi bền của đá giảm, độ chính xác gia công giảm và độ nhám bề mặt tăng lên. Đặc biệt,
những thay đổi tức thời của lực cắt là nguyên nhân chính gây ra các dao động cưỡng bức
của đầu đá tạo nên sóng bề mặt và dạng sai số khác.

Các công trình nghiên cứu đã chứng minh được rằng lực dọc trục Px khi mài rất
bé và có thể bỏ qua. Lực cắt khi mài phẳng có thể chia làm hai thành phần như sơ đồ
hình 1.10

23


Py - Lực cắt hướng kính

Pc - Lực cắt toàn phần
Pz – Lực cắt tiếp tuyến

Hình 1.10 Các thành phần lực cắt khi mài phẳng
Lực cắt tiếp tuyến còn được gọi là lực vòng, nó quy định độ lớn của mômen xoắn
và công suất tiêu hao của quá trình mài. Lực cắt Py vuông góc với bề mặt gia công, nó
có xu hướng làm cong trục gá đá theo phương ngược với phương chạy dao thẳng đứng.
Độ lớn của lực cắt phụ thuộc vào số lượng hạt mài đồng thời tham gia cắt, chiều dày lớp
kim loại do mỗi hạt mài bóc đi, hệ số ma sát giữa bề mặt chi tiết với đá mài. Lực cắt là
thông số cơ bản quyết định đặc tính mòn của đá mài.
- Dao động khi mài phẳng
Trong quá trình mài luôn tồn tại dao động. Các dao động này có ba dạng: dao động cưỡng
bức, dao động riêng và dao động tự rung.
a. Dao động cưỡng bức
Xuất hiện do các lực tác động từ bên ngoài. Tần số của nó trùng với tần số của
lực kích thích, còn biên độ phụ thuộc vào chế độ mài, không thay đổi trong thời gian tuổi
bền. Dao động cưỡng bức do các nguyên nhân sau gây nên:

24