Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi mài phẳng bằng đá mài hải dương với vật liệu chi tiết thép c45 sau nhiệt luyện

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

ĐỀ TÀI: NGUYÊN CỨU NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC
THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI MÀI
PHẲNG BẰNG ĐÁ MÀI HẢI DƯƠNG VỚI VẬT LIỆU CHI TIẾT
C45 SAU KHI LUYỆN

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TRƯƠNG HOÀNH SƠN

HÀ NỘI – 2008


2

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan những nghiên cứu và các kết quả đợc trình bày trong
luận văn này là của riêng tôi, không sao chép từ bất kỳ các nghiên cứu khác.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2008

Nguyễn Tuấn Tú

3

Mục lục
Trang phụ bìa

1

Lời cam đoan

2

Mục lục

3

Danh mục các kí hiệu, chữ viết tắt.

5

Danh mục các bảng

6

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

7

Mở đầu

9

Chơng 1. Tổng quan về quá trình mài đá mài và đá mài.

12

1.1. Tổng quan về quá trình mài.

12

1.2. Các đặc trng cơ bản của quá trình mài

17

1.2.1. Khả năng công nghệ của mài.

17

1.2.2. Bản chất của quá trình mài phẳng.

20

1.2.3. Quá trình cắt gọt khi mài.

23

1.3. Đá mài và các thông số đặc trng của đá mài.

35

1.3.1. Vật liệu hạt mài.

35

1.3.2. Độ hạt của đá mài.

37

1.3.3. Chất dính kết.

39

1.3.4. Độ cứng của đá mài.

40

1.3.5. Cấu trúc và sơ đồ pha của đá mài.

43

1.3.5.1. Cấu trúc đá mài.

43

1.3.5.2. Sơ đồ pha của đá mài.

46

1.3.6. Các phơng pháp chế tạo đá mài.
1.4. Mòn đá mài và tuổi bền của đá.

1.4.1. Mòn đá mài.

49
50
50

1.4.1.1. Lợng mòn đá.

50

1.4.1.2. Cơ chế mòn.

52

1.4.1.3. Phân tích mòn đá mài.
1.4.2. Tuổi bền của đá mài.

54
55


4

1.4.2.1. Khái niệm tuổi bền của đá.

55

1.4.2.2. Các tiêu chuẩn đánh giá tuổi bền đá mài.

57

Chơng 2. Nhám bề mặt khi mài phẳng và một số yếu tố
ảnh hởng tới độ nhám bề mặt khi mài phẳng

2.1. Độ nhám bề mặt khi.

63
63

2.1.1. ảnh hởng của chế độ mài và chế độ sửa đá tới độ
nhám bề mặt.

66

2.1.2 ảnh hởng của đặc tính đá mài tới độ nhám bề mặt
khi mài phẳng.
2.2. Lực cắt khi mài phẳng.

70
74

Chơng 3. Nghiên cứu khả năng cắt gọt của
đá mài hải dơng.

3.1. Mô hình thí nghiệm và các thông số thực nghiệm.

76
76

3.1.1. Mô hình thí nghiệm.

76

3.1.2. Các thông số thực nghiệm.

76

3.2. Trang thiết bị thí nghiệm.

77

3.2.1 Mẫu thí nghiệm.

77

3.2.2. Đá mài.

77

3.2.3. Máy mài phẳng.

77

3.2.4. Máy đo độ cứng.

78

3.2.5. Máy đo độ nhám.

79

3.2.6.Một số dụng cụ khác dùng trong quá trình thí nghiệm 79
3.3. Phơng pháp và trình tự thí nghiệm.

80

3.4. Kết quả thí nghiệm.

81

3.5. Thảo luận các kết quả thí nghiệm và đánh giá khả năng cắt
gọt của đá mài

83

Chơng 4. Kết luận chung và hớng nghiên cứu tiếp theo

90

Tài liệu tham khảo

91


5

Các ký hiệu chính
Ký hiệu

ý nghĩa

Ra

Chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt.

Sn

Lợng (dịch chuyển) chạy dao ngang.

Sd

Lợng chạy dao khi mài.

m/p.

Sđ

Lợng ăn dao theo phơng thẳng đứng.

mm.



Bán kính đỉnh cắt hạt mài.

mm.

a

Chiều dày phoi.

mm.

Vđ

Vận tốc đá.

m/s.

nđ

Tốc độ quay của đá

v/p.

t

Chiều sâu cắt.

mm.

B

Bề rộng đá.

mm.

D

Đờng kính đá.

mm.

r

Thể tích khoảng trống của đá.

mm3

Pt

Lực tiếp tuyến.

N.

Pn

Lực pháp tuyến.

N.

Px

Lực chiều trục.

N.

T

Tuổi bền đá mài.

Phút.

L

Khoảng cách giữa các lỡi cắt động.

mm.

d

Kích thớc hạt mài.

mm.

Cm

Cấu trúc đá mài.

H

Độ cứng đá mài theo thang Noton.

Qm

Thể tích vật liệu bóc đi trong một đơn vị thời

Nđ

gian

KW

tsđ

Công suất động cơ đá.

mm.

Chiều sâu cắt khi sửa đá.

Đơn vị
àm.
mm/htk.

mm3/p.


6

Danh mục các bảng Biểu
TT Số bảng

Nội dung

Trang

1

1.1

Tính dẫn nhiệt của một vài mác thép.

28

2

1.2

Độ hạt mài và phạm vi sử dụng.

36

3

1.3

Giá trị trung bình của bàn kính góc lợn của hạt mài

37

4

1.4

Tỷ lệ khoảng trống trong đá mài với cấp độ cứng

39

5

1.5

Kí hiệu độ cứng đá mài.

41

6

1.6

Tỷ lệ hạt mài trong đá ứng với các cấp cấu trúc

46

7

3.1

ảnh hởng của chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết.

82

8

3.2

ảnh hởng của vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt

82

9

3.3

ảnh hởng của thời gian mài đến nhám bề mặt chi tiết.

82

10

3.4

Khả năng cắt của đá mài

83

Danh mục các hình vẽ và đồ thị


7

TT Số hình

Nội dung

Tran

1

1.1 Sơ đồ mài phẳng bằng mặt đầu đá

2

1.2 Sơ đồ mài phẳng bằng vành trụ đá.

19

3

1.3 Sơ đồ cấu tạo hình dáng của hạt mài.

21

4

1.4 Lỡi cắt của đá mài có bán kính đỉnh cắt là r.

23

5

1.5 Sơ đồ mô tả quá trình tách phoi của mạt mài.

24

6

1.6

25

Quan hệ giữa thể tích hạt mài, chất liên kết và khoảng trống
của đá mài có cấu trúc N05 (a) và N010 (b).

7

1.7 Sự thay đổi độ hạt, độ cứng và cấu trúc đá mài.

44

8

1.8 Sơ đồ pha của đá mài

44

9

1.9 Mối quan hệ giữa lợng mòn dao với thời gian cắt khi tiện.

46

10 1.10 Cơ chế mòn đá

50

11 1.11 Các dạng mòn của đá mài.

52

12 1.12 Hạt mài khi cắt chịu lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến.

53

13 1.13 Sơ đồ quan hệ của quá trình mài.

54

14

2.1 Mô hình nhám bề mặt chi tiết mài

58

15

2.2 Mô hình mô tả độ nhám bề mặt chi tiết máy khi làm việc.

63

16

2.3 Mô hình bề mặt đá mài và mô hình tính toán độ nhám bề mặt

64

17

2.4 ảnh hởng của tốc độ chi tiết đến độ nhám bề mặt

64

18

2.5 ảnh hởng của tốc độ cắt của đá đến độ nhám bề mặt

65

19

2.6 ảnh hởng của vận tốc sửa đá tới độ nhám Ra khi mài phẳng

66

20

2.7 Sơ đồ mô tả quan hệ độ nhám với lợng bóc kim loại

67

21

2.8 Sơđồ mô tả quan hệ của độ nhám và lợng bóc kim loại với 67
các điều kiện sửa đá khác nhau đá Al2O3 liên kết thuỷ tinh

22

2.9 Sự phụ thuộc chiều cao nhám bề mặt Ra vào kích thớc hạt 69
mài.

23 2.10 Quan hệ của chiều cao nhám Rz với độ cứng đá mài với các 70


8

24 2.11 độ hạt khác nhau

71

25 2.12 Mô phỏng quá trình cắt của hạt mài bị cùn.

71

26 2.13 Quan hệ giữa lực mài và diện tích mòn phẳng A%

73

27

3.1 Sơ đồ mô hình thí nghiệm.

74

28

3.2 Máy mài phẳng GS 401

77

29

3.3 Máy đo độ cứng AR 20

79

30

3.4 Máy đo nhám xách tay SJ 400 của hãng Mitutoyo

79

31

3.5 Đồ thị ảnh hởng của bớc tiến dao dọc lên Ra, Rz

84

32

3.6 Quá trình cắt và tạo phoi của một hạt mài

85

33

3.7 Đồ thị ảnh hởng của chiều sâu mài lên Ra, Rz

86

34

3.8 Đồ thị ảnh hởng của thời gian mài lên Ra, Rz

87

35

3.9 Mô phỏng sự mòn do ma sát của một hạt mài

87

36 3.10 Cơ chế mòn của đá mài

88


9

Mở đầu
Để nâng cao tính cạnh tranh trong quá trình hội nhập toàn cầu, mỗi
doanh ngiệp muốn tồn tại cần phải phát triển theo hớng hạ thấp giá thành chi
phí gia công trên cơ sở đảm bảo và nâng cao chất lợng sảm phẩm. Đáp ứng
nhanh nhu cầu của ngời tiêu dùng.
Nâng cao chất lợng bề mặt chi tiết gia công là một trong những vấn đề
rất quan trọng của ngành công nghệ chế tạo máy nhằm tạo ra các sản phẩm,
thiết bị, máy móc đạt độ chính xác và tuổi thọ cao, đảm bảo hiệu quả kinh tế
kỹ thuật. Hiện nay các loại vật liệu mới có cơ lý tính cao (độ bền cơ học, độ
bền nhiệt, độ cứng, chịu mài mòn) ngày càng đợc sử dụng rộng rãi trong các
máy móc thiết bị khi gia công các loại vật liệu này để tạo ra các chi tiết

máy có chất lợng (bề mặt, độ chính xác, năng suất..) cao là rất khó khăn nếu
sử dụng các phơng pháp gia công lần cuối là tiện, phay... Do vậy để đáp ứng
đợc yêu cầu này sử dụng phơng pháp mài để gia công lần cuối cho sản
phẩm là thích hợp hơn cả ( chất lợng sản phẩm phụ thuộc vào phơng pháp
gia công tinh lần cuối). Mài là một phơng pháp gia công cơ có vị trí rất quan
trọng bởi vì mài tạo ra các chi tiết máy có độ chính xác, chất lợng bề mặt, gia
công đợc vật liệu bất kỳ mà các phơng pháp gia công cắt gọt khác rất khó
khăn để đạt đợc. Không những vậy mài còn có thể sử dụng để ra công thô mà
không qua các bớc gia công tạo hình trung gian khác với năng suất cao.
Việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp công nghệ và phơng pháp
gia công tinh lần cuối cho các bề mặt chi tiết máy, đồng thời tìm ra những
biện pháp công nghệ mới hoàn thiện hơn là một nhiệm vụ cấp bách.
Chất lợng sản phẩm khi mài sẽ nh thế nào khi mà công nghệ tự động
hóa, công nghệ tin học, công nghệ vật liệu phát triển nh vũ bão. Sự phát triển
của các ngành công nghệ này ảnh hởng rất lớn đến việc đảm bảo chất lợng
sản phẩm khi mài. Trớc đây khi gia công xong ngời ta mới biết kết quả,


10

nhng ngày nay ngời ta có thể dự đoán thậm chí còn điều khiển đợc các
thông số công nghệ để tạo ra các kết quả mài mong muốn.
Hiện nay do xu thế hội nhập khu vực và thế giới các sản phẩm cơ khí
Việt Nam cũng phải vơn lên đạt các chỉ tiêu chất lợng của khu vực và quốc
tế. Vỳ vậy việc nghiên cứu và ứng dụng kết quả của công nghệ mài để góp
phần nâng cao chất lợng sản phẩm cơ khí một cách cụ thể và có hiệu quả
trong điều kiện ở nớc ta là vấn đề cấp thiết. Đề tài luận văn Nghiên cứu ảnh
hởng của các thông số công nghệ đến chất lợng bề mặt chi tiết khi mài
phẳng bằng đá mài Hải Dơng với vật liệu chi tiết là thép 45 sau nhiệt luyện
Mục đích của đề tài: Nghiên cứu ảnh hởng của các yếu tố công nghệ

(sd, t), khả năng bóc và sự mòn của đá mài đến chất lợng bề mặt chi tiết khi
mài phẳng. Xác định chế độ cắt với độ nhám bề mặt và tuổi bền của đá mài
Hải Dơng khi mài trên máy mài phẳng.
Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu tổng quan về mài. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mài và
những vấn đề cơ bản của công nghệ mài, ảnh hởng của các yếu tố công nghệ,
quá trìng mòn của đá mài đến chất lợng bề mặt gia công trên máy mài
phẳng.
- Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu ảnh hởng của hai thông số
công nghệ lợng chạy dao dọc (sd) và chiều sâu cắt (t) đến chất lợng bề mặt
của chi tiết gia công theo thời gian mài.
Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ đến chất lợng bề
mặt chi tiết bằng đá mài Hải Dơng Cn46CV1G V1 250x25x32 với vật liệu chi
tiết là thép 45 sau nhiệt luyện trên máy mài phẳng. Nghiên cứu tổng quan các
tài liệu, lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:


11

Đánh giá đợc ảnh hởng của các yếu tố công nghệ đến chất lợng bề
mặt chiết gia công khi mài phẳng bằng các điều kiện cụ thể. Xác định chế độ
cắt với chất lợng bề mặt gia công một cách hợp lý.
Kết quả nghiên cứu sẽ đợc áp dụng với nhóm sản phẩm đợc đớc chế tạo
bằng thép 45 sau nhiệt luyện. ứng dụng các kết quả nghiên cứu nhằm tạo ra
các chi tiết máy có độ chính xác, độ nhám bề mặt, năng suất, độ tin cậy cao
với giá thành hạ. Từ đó hỗ trợ các ngành công nghiệp khác phát triển, thúc đẩy
quá trình công nghiệp hóa và hiện đai hóa đất nớc.
Nội dung luận văn bao gồm:

Chơng 1: Tổng quan về đá mài và quá trình mài
Chơng 2: Nhám bề mặt khi mài phẳng và một số yếu tố ảnh hởng tới
độ nhám bề mặt khi mài phẳng.
Chơng 3: Nghiên cứu khả năng cắt gọt của đá mài Hải Dơng
Chơng 4: Kết luận chung và hớng nghiên cứu tiếp theo
Quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài mặc dù đã có sự cố gắng rất cao
nhng do điều kiện nghiên cứu và khả năng còn hạn chế nên không tránh khỏi
những thiếu sót. Rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp, phê bình của
các thầy, cô và các đồng nghiệp.
Xin trân thành cảm ơn!
ngày

tháng

năm2008

Nguyễn Tuấn Tú


12

Chơng 1. Tổng quan về đá mài và quá trình mài.
1.1 Tổng quan về quá trình mài.
* Tầm quan trọng và vị trí của mài của phơng pháp mài:
Mài là phơng pháp gia công tinh, nó đóng vai trò quyết định đến chất
lợng sản phẩm. Tầm quan trọng của mài đợc thể hiện ở hai yếu tố sau:
+ Mài chiếm từ 20-25% giá thành sản phẩm cơ khí có nguyên công mài.
+ Sẽ không có xã hội văn minh nếu không có mài.
* Nghiên cứu về quá trình mài:
- Mài là phơng pháp gia công đầu tiên mà con ngời tìm ra, kể từ khi

ngời cổ đại cọ xát vũ khí hay công cụ lao động của mình xuống các phiến đá
và nhận thấy điều đó có tác dụng là sắc dụng cụ hay vũ khí của mình.
- Tuy nhiên việc nghiên cứu về quá trình mài một cách có hệ thống thì lại
sau cùng. Việc nghiên cứu mài gặp nhiều khó khăn bởi vì các yếu tố sau:
+ Tốc độ của mài rất lớn: Vận tốc mài thờng là trên 15m/s, chủ yếu là
khoảng từ 25-35m/s so với mài thờng, và 150-200m/s cho mài cao tốc. Với
tốc độ này thì việc đo đạc chính xác các thông số trong vùng mài là rất khó
khăn.
+ Do cấu tạo của đá mài: Trong quá trình cắt, cùng một lúc có nhiều hạt
mài cùng tham gia một lúc (có nhiều lỡi cắt), thông số hình học của các lỡi
cắt đó không giống nhau và luôn luôn thay đổi trong quá trình mài. Do vậy
việc đa ra đợc một mô hình vùng mài chính xác và cố định trong một thời
gian tơng đối dài là rất khó khăn.
mài kim loại là một loại hình gia công bằng phơng pháp cắt gọt,
giống nh gia công tiện ,phay,khoantrên các máy cắt kim loại nói chung.
mục đích của quá trình gia công của các loại hình cắt gọt là tạo ra chi
tiết có các bề mặt cần thiết phù hợp với hình dáng hình học, kích thớc, và


13

độ nhám trên bề mặt đó. máy mài là một trong những dạng máy cắt kim loại
phổ biến rộng rãi, để gia công bề mặt kim loại, dụng cụ cắt là đá mài.
u điểm cơ bản của quá trình mài: dễ đạt đợc độ chính xác kích
thớc, chính xác về hình dáng hình học, chất lợng bề mặt gia công, và năng
xuất cao.
Trong quá trình gia công lần cuối những chi tiết máy đã đợc gia công
nhiệt luyện với lợng d gia công nhỏ - mài là phơng pháp gia công đạt
năng xuất và hiệu quả kinh tế cao nhất.
Hàm lợng các nguyên công mài, và theo đó các nhóm máy mài càng

ngày càng tăng không ngừng:
- Khi các loại chi tiết máy bằng thép tôi và các loại chi tiết bằng thép
nhiều thành phần hợp kim, hợp kim cứng đợc sản xuất và ứng dụng rộng
rãi.
- Khi các loại chi tiết máy đợc tạo hình chính xác hơn, với lợng d
gia công nhỏ.
Dụng cụ cắt làm từ hạt mài đợc chế tạo từ rất sớm, đá mài có hình
dáng nh hiện nay đợc chế tạo vào khoảng nửa thế kỷ 19. Các hạt mài tự
nhiên đợc sử dụng cho tới những năm 1980, khi mà quặng đợc phát hiện
và khai thác để chế tao Al2O3 và SiC. Trong thế chiến thứ II, việc cung cấp
không liên tục kim cơng tự nhiên để làm đá mài đã thúc đẩy các nghiên cứu
phát triển vật liệu thay thế chúng. Năm 1891 các nhà hoá học đã tổng hợp
đợc Cacbit silic. Năm 1901 các nhà máy Anh, Pháp Đức bắt đầu sản xuất ra
Corandum thờng. Năm1910 Corandum điện trắng đợc tổng hợp. Năm
1955 rất nhiều phát kiến trong việc phát triển vật liệu mài đã đa đến thành
công chế tạo kim cơng nhân tạo. Rất nhanh sau đó, Nitrit Bor lập phơng
(CBN Cubic Bor Nitride) đợc chế tạo. Kim cơng và CBN nhân tạo đợc


14

biết đến dới tên Superabrasive bởi vì chúng có các tính chất tốt, đáp ứng
đợc về độ cứng, độ bền mòn, độ bền nén và hệ số dẫn nhiệt Các hạt mài
nhân tạo tỏ ra có nhiều u điểm vợt trội so với hạt mài tự nhiên vì có thể
khống chế lợng tạp chất trong đó, có thể điều khiển chất lợng của hạt mài
trong quá trình sản xuất. Công nghiệp sản xuất hạt mài đã điều khiển đợc
các tính chất nh kích thớc hạt mài, độ bền của hạt phù hợp với các ứng
dụng mài khác nhau.
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và của
ngành chế tạo máy nói riêng, ngày càng có vật liệu mới ra đời đáp ứng các

yêu cầu ngày càng cao về cơ lí tính và các tính chất đặc biệt khác, tính gia
công của các loại vật liệu này rất thấp ( khó gia công), đồng thời các chi tiết
có yêu cầu ngày càng cao về chất lợng cũng nh độ chính xác. Do vậy phạm
vi sử dụng của phơng pháp mài ngày càng đợc mở rộng.
Vào năm 1860 đã chế tạo đợc đá mài kết dính keramic.
Một phát minh quan trọng thực sự làm thay đổi công nghệ mài đó là
phát minh ra chất kết dính thuỷ tinh của hãng Norton vào năm 1920.
Năm 1923 chất kết dính Bakelit cũng đợc tổng hợp và đa vào sử
dụng.
Do độ cứng của vật liệu gia công ngày càng cao, nhu cầu sử dụng các
loại vật liệu mài có độ cứng và khả năng cắt cao đã dẫn tới việc phát minh ra
đá mài kim cơng với chất kết dính kim loại vào năm 1940
Mài không những áp dụng đối với những nguyên công gia công tinh
lần cuối trong chế tạo máy, mà hiện nay còn đợc sử dụng trong các nguyên
công gia công thô, trong đó rất nhiều loại bề mặt không qua các bớc gia
công trung gian (tiện, phay, bào)
Tuỳ thuộc vào các tính chất của các nguyên công gia công mà đã chế
tạo ra các chủng loại máy mài rất khác biệt (chủng loại máy mài các chi tiết


15

có dạng mặt phẳng, dạng bề mặt tròn xoay, mài răng,mài ren, mài hớt
lng). Năm 1500 Leonardo Devinci đã thiết kế một cỗ máy có nguyên lý
giống máy mài tròn hiện nay. Tuy nhiên vào năm 1847 mới chế tạo đợc
máy mài tròn vạn năng đầu tiên. [5]. Bắt đầu từ những năm 1980 các hãng
chế tạo máy công cụ lớn đã cho ra đời các thế hệ máy mài điều khiển theo
chơng trình số đầu tiên, đánh dấu một bớc nhảy vọt của công nghệ mài.
Mức độ chuyên môn hoá , tự động hoá trong ngành mài ngày một phát triển
(dây chuyền tự động, xởng tự động, trong đó trang bị những loại máy có độ

chính xác cao, năng xuất gia công rất cao. những loại máy này có độ cứng
vững cao, tự động hoá trong quá trình mài, các loại máy mài hiện đại đợc
trang bị các thiết bị điều khiển thuỷ lực, điều khiển điện tử, số hoá, đo kiểm
tra tự động, tự động cấp dỡ phôi trong quá trình gia công. để điều khiển
đợc các loại máy này hiệu quả, cần có đội ngũ công nhân có trình độ
chuyên môn cao, có mức đào tạo hợp chuẩn với quy mô sản xuất chuyên
môn hoá, tự động hoá.
Khác biệt lớn của ngành mài so với các ngành gia công cắt gọt có phoi
khác, trong quá trình mài không quan sát trực tiếp đợc quá trình cắt, bởi
vậy ngời thợ phải đủ kiến thức để nhận biết những yếu tố công nghệ nào
đang ảnh hởng trực tiếp đến chất lợng và độ chính xác gia công, đa ra
những quyết định thích hợp để điều, khiển điều chỉnh máy.
* Điểm qua tình hình nghiên cứu công nghệ mài trong nớc và thế
giới.
Do vị trí quan trọng của công nghệ mài trong các quá trình gia công
cắt gọt, nên ngay từ khi khoa học công nghệ chế tạo máy mới hình thành, các
nhà công nghệ đã đặc biệt trú trọng tới việc nghiên cứu hoàn thiện phơng
pháp mài.
Từ những năm 1950, một số nhà khoa học hàng đầu về công nghệ mài


16

của thế giới nh Maxlốp, Iasersin của Nga, Backer của Mỹ, Brammertz.P,
Bruckner.K, Solje.E của Đức, Mullercuar Anh, Watanabe.K của Nhật đã thực
hiện các nghiên cứu cơ bản nhằm tìm hiểu bản chất vật lý và cơ chế hình
thành bề mặt khi mài. Các nghiên cứu này cho phép xây dựng một loạt các
công thức thực nghiệm để sử dụng cho các điều kiện gia công khác nhau.
Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu trong thời kỳ này có tính ứng dụng thấp,
độ chính xác không cao.

Trong những năm 1960 đến 1970, kỹ thuật điện tử phát triển mạnh,
dụng cụ đo ngày càng hoàn thiện hơn nên các nghiên cứu về mài đợc tiến
hành rất rộng và có chiều sâu. Các công trình nghiên cứu rung động khi mài
của Peters.I ngời Anh vào năm 1966, Takegama.H ngời Nhật vào năm
1975 đã cho phép ghép nối cơ học ứng dụng với công nghệ mài. Đặc biệt các
nghiên cứu về nhiệt cắt khi mài trong thời gian này cũng đợc nghiên cứu rất
mạnh.
Bắt đầu từ nhừng năm 1975 do nhu cầu về các loại vật liệu chịu mòn,
có độ cứng cao tăng mạnh nên các nghiên cứu ứng dụng đá kim cơng trong
sản xuất đợc triển khai trên nhiều nớc. Các công trình đã công bố của các
tác giả L.L. Misnaepxki, H.B.Nôvickôp của Nga, Emerson.G của Mỹ, Griffth
của Anh, Konig.W của Đức và Yuhta.T, Kobayshi.A của Nhật cho thấy công
nghệ mài đã chuyển sang một giai đoạn mới với việc sử dụng đá mài kim
cơng cho phép nâng cao đáng kể năng suất và độ chính xác của mài.
Các nghiên cứu trong giai đoạn này không còn bó ngọn trong các thực
nghiệm đơn thuần. Một loạt các công trình nghiên cứu về lý thuyết mài và
mô hình hoá các quá trình mài đợc thực hiện. Kết quả nghiên cứu của các
tác giả Samuel.B, Xun Chen, Brian Rowe.W ngời Mỹ, Katsushi Fututani,
Suto.T, Inasaki.I ngời Nhật, Steffens.K, Konig ngời Đức và A.C.Xuxlôp
ngời Nga đã cho phép các nhà chế tạo của các hãng chế tạo máy công cụ
trên thế giới cho ra đời thế hệ máy mài CNC đầu tiên vào năm 1980.


17

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về mài cũng đã đợc thực hiện từ rất
sớm. Trong những năm 1970 đến 1975 có nhiều chuyên gia nghiên cứu về
mài đã đợc đào tạo tại các nớc Đông Âu nh T.S Nguyễn thế Đạt, T.S
Nguyễn Đắc Lộc, T.S Nguyễn tiến Thọ , T.S Đỗ trọng Hùng, Th. S Lu văn
Nhang. Trong một vài năm trở lại đây, nhiều đề tài nghiên cứu về mài cũng

đã đợc một số trờng đại học trong nớc thực hiện. Các công trình đã đợc
công bố của T.S Trần minh Đức, ĐH CN Thái Nguyên, T.S Nguyễn huy Ninh
ĐHBK Hà Nội đã cho thất tính đa dạng của các nghiên cứu về công nghệ mài
đã và đang đợc triển khai thực hiện tại Việt Nam.
1.2. Các đặc trng cơ bản của quá trình mài.
1.2.1. Khả năng công nghệ của mài:
* Mài là phơng pháp gia công tinh. Bằng phơng pháp mài, có thể gia
công đợc chi tiết đạt độ chính xác cấp 6 - 7, độ bóng 8 - 10, do đó có thể
sử dụng cho gia công lần cuối.
Bằng mài có thể gia công đợc các mặt phẳng, mặt trụ (trong, ngoài)
các mặt tròn xoay hay các mặt định hình. Mài còn có thể sửa đợc các sai số
vị trí của các bề mặt trên các chi tiết máy.
Mài đợc thực hiện chủ yếu bởi máy mài (Grinding Machine) (Máy
mài phẳng, tròn trong, tròn ngoài, mài định hình, máy mài CNC . .) đôi khi
còn đợc thực hiện trên máy tiện nếu chi tiết mài có yêu cầu về độ chính xác
không cao. Máy mài thờng có độ chính xác cao hơn các loại máy công cụ
khác nh phay, bào, tiện v.v. Dụng cụ cắt đợc dùng trong quá trình mài là đá
mài (Grinding Wheel, Grinding Stone).
* Các phơng pháp mài cơ bản.
a. Mài tròn ngoài. Có thể gia công đợc mặt trụ và mặt côn, có hai
phơng pháp :
* Mài có tâm:


18

- Là phơng pháp mài có tính vạn năng cao, có thể mài đợc trục trơn,
trục bậc.
- Chi tiết đợc gá trên hai mũi tâm hoặc một đầu kẹp trên mâm cặp và
đầu kia chống tâm. Khi mài, nếu cần phải sửa lỗ tâm, nắn thẳng chi tiết.

- Có nhiều cách tiến dao khi mài nh tiến dao dọc, tiến dao ngang, tiến
dao nghiêng.
* Mài không tâm:
- Chuẩn định vị của chi tiết gia công chính là bề mặt đang gia công.
- Có hai cách chạy dao : chạy dao dọc và chạy dao ngang. Mài theo
cách chạy dao dọc gồm hai đá, một đá dẫn và một đá cắt phoi. Tâm chi tiết gá
cao hơn tâm đá khoảng (1/2 ữ 1)R (R bán kính chi tiết gia công) nhng không
quá 15 mm. Đá dẫn có dạng Hypecbôlôit và gá nghiêng so với chi tiết góc =
10 ữ 2030, mài vật dài = 1012 ữ 3030, có khi tới 4030. Mài chạy dao
ngang không cần đá hình Hypecbôlôit.
- Ưu điểm:
+ Giảm đợc thời gian phụ và thời gian gia công mặt chuẩn.
+ Dễ tự động hoá quá trình công nghệ.
+ Độ cứng vững gá đặt cao hơn mài có tâm.
+ Mài không tâm đợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt lớn và
hàng khối
- Nhợc điểm:
+ Không đảm bảo độ đồng tâm giữa các mặt.
+ Không mài đợc các mặt gián đoạn.
b. Mài tròn trong.
Có khả năng gia công lỗ trụ, côn đạt độ chính xác cao nhng chi phí
cao. Có hai phơng pháp mài lỗ :
* Mài lỗ có tâm :


19

- Mài trên máy mài lỗ, máy mài vạn năng có bộ phận mài lỗ, trên máy
tiện vạn năng có đồ gá chuyên dùng.
- Bản chất mài lỗ và mài tròn ngoài giống nhau. Nhng mài trong bị hạn

chế do kích thớc đá phụ thuộc kích thớc lỗ gia công. Lỗ quá nhỏ sẽ gây ra
rất nhiều khó khăn.
- Có hai cách chuyển động :
+ Chi tiết quay, dao vừa quay vừa tịnh tiến.
+ Chi tiết đứng yên, dao quay, tịnh tiến, chuyển động hành tinh.
* Mài lỗ không tâm :
- Có thể gia công lỗ trụ hoặc lỗ côn. Đặc biệt hiệu quả khi gia công các
chi tiết bạc có thành mỏng.
- Ngoài đá mài, bánh dẫn còn phải có thêm các con lăn để đỡ chi tiết.
- Trớc khi mài phải gia công tinh hoặc bán tinh mặt ngoài.
c. Mài phẳng.
Là phơng pháp cơ bản gia công tinh các mặt phẳng sau khi tôi.
Trong sản xuất lớn mài phẳng có thể thay cho phay, bào nhất là đối với
các chi tiết khó định vị, kẹp chặt.
Mài phẳng đạt IT7, IT6 ; Ra = 1,6 ữ 0,4 àm.
Có thể mài phẳng bằng đá trụ hoặc đá mặt đầu :
- Mài mặt phẳng bằng đá trụ.
+ Đảm bảo độ chính xác và độ nhẵn bóng cao vì dễ tới dung dịch trơn
nguội, dễ thoát phoi, thoát nhiệt.
+ Năng suất thấp.
- Mài mặt phẳng bằng đá mài mặt đầu.
+ Tăng năng suất, tiết kiệm đá, mở rộng khả năng của mài.
+ Độ chính xác và độ nhẵn bóng thấp vì khó tới dung dịch trơn nguội,
khó thoát phoi, thoát nhiệt.
d. Mài mặt định hình.


20

Có thể gia công các mặt định hình tròn xoay và các mặt định hình có

đờng sinh thẳng.
Mài mặt định hình tròn xoay thực hiện trên máy mài tròn trong hoặc
tròn ngoài.
Mài mặt định hình có đờng sinh thẳng thực hiện trên máy mài phẳng.
Mài các chi tiết có dạng cam thì dùng cơ cấu chép hình.
1.2.2. Bản chất của quá trình mài phẳng.
Trong đề tài này các thí nghiệm đợc nghiên cứu trên máy mài phẳng vì
vậy sẽ nghiên cứu sâu về phơng pháp mài phẳng.
Cơ bản mài phẳng có đầy đủ các đặc tính của quá trình mài nh đã trình
bày ở phần trên. Ngoài ra vì là phơng pháp ra công cụ thể nên có các đặc tính
riêng biệt. Là một phơng pháp cơ bản để gia công tinh mặt phẳng, nó có thể
dùng để gia công tinh lần cuối các mặt phẳng qua tôi, phay, bào. Ngoài ra mài
phẳng còn có thể thay thế cho phay, bào trong sản xuất lớn hoặc để gia công
các chi tiết khó định vị và kẹp chặt. Mài phẳng có thể đạt độ chính xác cấp 7
6 và độ nhám bề mặt Ra = 1.6 0.4àm.
Mài phẳng có thể thực hiện theo hai phơng pháp:
- Mài phẳng bằng mặt đầu đá.

Hinh1.1. Sơ đồ mài phẳng bằng mặt đầu đá
Phơng pháp này cho năng suất cao hơn, vì số lợng hạt tham gia cắt
nhiều hơn. Tuy nhiên do diện tích tiếp xúc giữa đá và phôi lớn nên nhiệt toả ra
trong vùng cắt lớn. Mặt khác khả năng thoát nhiệt, thoát phoi và dung dịch


21

trơn nguội thâm nhạp vào vùng cắt khó khăn vỳ vậy rất rễ gây biến dạng nhiệt,
tạo ra cá vết cháy, nứt tế vi trên bề mặt chi tiết mài. Nói chung độ chính xác
và độ nhám bề mặt đạt đợc thấp hơn so với khi mài bằng mặt trụ đá.
- Mài phẳng bằng vành trụ đá.

Với phơng pháp này thì diện tích tiếp xúc giữa đá và chi tiết mài nhỏ,
lợng hạt mài đồng thời tham gia vào quá trình cắt ít, lợng nhiệt toả ra trong
vùng cắt nhỏ hơn. Khẳ năng thoát nhiệt, thoát phoi, và dung dịch trơn nguội
thâm nhập vào vùng cắt dễ dàng hơn, do đó phơng pháp này có độ chính xác
và độ nhám bề mặt cao hơn phơng pháp trên.
Mài phẳng bằng vành trụ đá có thể thực hiện trên các máy mài phẳng
thông thờng hoặc máy mài phẳng có bàn chữ nhật.

Hình 1.2. Sơ đồ mài phẳng bằng vành trụ đá.
1. đá mài. 2. Chi tiết gia công. 3. Bàn từ. 4 Bàn máy
Sn- Lợng dịch chuyển ngang.
Sd Vận tốc dọc của bàn máy.
Sđ - Lợng ăn dao theo phơng thẳng đứng
Khi mài phẳng bằng vành trụ đá, đá đợc gá trên trục gá của ụ đá. Trục
đá quay tròn với vận tốc không đổi. Chi tiết mài đợc gá trên bàn từ ( gá trực
tiếp) hoặc đợc gá trên đồ gá và đồ gá đợc gá trên bàn từ ( gá gián tiếp) và có


22

chuyển động tịnh tiến khứ hồi Vd(m/p). Lợng tịnh tiến ngang gián đoạn để
cắt hết bề rộng của chi tiết mài đợc thực hiện bằng sự dịch chuyển của bàn
máy hoặc ụ đá ( tuỳ thuộc vào máy cụ thể) Sn(mm/htđ). Chiều sâu cắt đợc
thực hiện sau một lần tiến dao thẳng đứng nhờ ụ đá t(mm). Trong quá trình
mài dung dịch trơn nguội đợc cấp liên tục vào vùng cắt để làm nguội chi tiết,
đẩy phoi và các phế thải trong quá trình mài ra khỏi vùng gia công.
Mài phẳng bằng vành trụ đá có thể thực hiện theo hai cách:
- Cách thứ nhất: ăn dao nhiều lần, chiều sâu cắt cho mỗi lần chạy dao
nhỏ nhng lợng chạy dao ngang lớn. Cách này cho phép giảm tối đa ảnh
hởng của nhiệt cắt, áp dụng cho gia công tinh và gia công các chi tiết mỏng.

- Cách thứ hai: Mài với chiều sâu cắt lớn, theo cách này toàn bộ chiều
sâu cắt có thể đợc bóc đi sau một lần ăn dao. Khi đó các hạt mài ở phía cạnh
đá mài chịu tải trọng lớn nên bị mòn và bong tróc nhiều hơn ảnh hởng tới sự
chính xác của chi tiết gia công. Cách này chỉ sử dụng khi gia công thô các vật
liệu gang đúc và thép cha nhiệt luyện với lợng d lớn.
Trong quá trình mài, thời gian bóc hớt phoi rất bé có thể xác định theo
công thức [6]
T=

L
1000vd

(s)

(1.1)

Có rất nhiều thông số ảnh hởng đến quá trình mài, mối quan hệ của
chúng có thể biểu diễn qua hàm số [6]
A = f (c1,c2,c3,c4,,c5,l,d,D,H,nd,nct,t,s,c6,c7,c8)
Trong đó:
A - Đối tợng nghiên cứu có thể là T - độ bền lâu của đá.
Pz Lực cắt gọt.
Ra Nhám bề mặt của chi tiết gia
công


23

c1 c8 Các hệ số biểu thị tính chất của vật liệu gia công, cấu trúc đá
mài, chất kết dính, độ cứng đá, loại dung dịch tới nguội, độ chính xác và độ

cứng vững của máy mài, chất lợng sửa đá ... Việc xác định các thông số này
dựa vào thực nghiệm.
1.2.3. Quá trình cắt gọt khi mài.
Mài là một quá trình cào xớc - cắt mỏng với tốc độ cao đồng thời của
số lợng lớn hạt mài.
Nếu nh nghiên cứu cụ thể quá trình cắt của một hạt đá, thì về nguyên
tắc nó giống nh quá trình tạo phoi của dao cắt đơn (dao tiện, một răng dao
phay). Tuy nhiên quá trình cắt của mài có những đặc điểm riêng khác biệt so
với khi cắt bằng dao cắt đơn ( thí dụ: dao phay) những khác biệt cụ thể nh
sau:
- Trên bề mặt phẳng cắt lỡi cắt của đá mài là không liên tục (gián
đoạn)
- Có sự phụ thuộc lẫn nhau giữa chiều dầy và bề rộng lát cắt mà một
hạt đá thực hiện cắt.
- Hình dáng hình học của từng hạt đá rắt khác biệt nhau, và các đỉnh
cắt của hạt mài trong quá trình cắt có góc cào xớc- cắt âm.
- Hạt đá nằm hỗn độn trên bề mặt làm việc của đá mài.
- Tốc độ cắt rất cao, trong một thời điểm tức thời một lợng lớn hạt
mài đồng thời tham gia cắt gọt, tức là cắt một lợng lớn hạt phoi.
- Hạt mài có độ cứng rất cao, có tính chịu nhiệt, và lỡi cắt có tính
dòn.
- Tác dụng động học của mỗi hạt đá lên bề mặt mài có khả năng nâng
cao nhiệt cắt - cào xớc tức thời.
- Hạt đá miết trợt trên bề mặt gia công trớc khi xuất hiện cắt gọt.


24

Nhiệt cắt tức thời phát sinh ngay trong quá trình mài, đã làm tăng tính
chảy dẻo của kim loại và tạo ra khả năng dễ tạo phoi của các đỉnh cung tròn

trên hạt đá, tức là khi cắt tốc độ cao sẽ sinh nhiệt lớn, đó là yếu tố cần thiết
trong quá trình mài. ở tốc độ thấp hạt mài không thể có khả năng cắt gọt.
Nh vậy đặc điểm này là thuộc tính cắt gọt của hạt mài, và là điều kiện cần
thiết để tạo phoi trong quá trình cắt gọt.

Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo hình dángcủa hạt mài.
Hạt mài có các đỉnh cắt nhọn không thể thực hiện cắt đợc, bởi nó
không có đợc độ bền động học cần thiết. Trong quá trình làm việc bán kính
cung đỉnh tăng dần, và khi bán kính cung này đạt đợc trị số nhất định nó
mất khả năng cắt gọt.
Nh vậy quá trình cắt phoi khi mài phụ thuộc vào hình dáng hình học
của thành phần cắt gọt của hạt mài.

Hình 1.4. Lỡi cắt của đá mài có bán kính đỉnh cắt là [5]


25

Giả định rằng lỡi cắt của đá mài có bán kính đỉnh cắt là hình 1.4
Bán kính này tạo ra mối liên hệ cụ thể bởi góc cắt thực tế và chiều
dầy lát cắt. Khi cắt những lớp kim loại khác nhau ở những khoảng cách khác
nhau từ đờng cắt, sẽ có biến dạng khác nhau ở góc cắt khác nhau.
Từ hình1.4 thấy rằng lát cắt càng nhỏ, thì đỉnh góc cắt thực tế càng tù
hơn gây ra biến dạng kim loại cắt, tức là, nếu a ặ 0 thì xặ180o.
Nh vậy, đối với lớp kim loại nằm trực tiếp trên đờng cắt, góc cắt đạt
đợc tới đại lợng mà không thể thực hiện cắt đợc, lúc này chỉ xảy ra hiện
tợng miết nén kim loại.
Khi tăng chiều dầy lớp cắt (a) góc cắt thực tế tăng, khi mà a=
x=900, tức là khi a> x< 900. Chỉ có thể cắt phoi khi mà a từ bất
phơng trình trên thấy rằng khi càng nhỏ (bán kính đỉnh của lỡi cắt trên

hạt mài), thì lớp cắt kim loại càng nhỏ mà nó có thể cắt đợc.
Từ hình 1.4 thấy rằng hạt mài có thể cắt phoi khi nó có bán kính đỉnh
lỡi cắt 1, trờng hợp này nó có thể cắt đợc lát có chiều dầy a1 nhỏ hơn hạt
có bán kính đỉnh lỡi cắt -a3.
Từ những trình bày trên đây thấy rõ, quá trình cắt phoi của hạt đá có
thể trình bày nh sau

Hình 1.5 Sơ đồ mô tả quá trình tách phoi của mạt mài.