Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sửa đá tới độ nhám bề mặt khi mài thép c45 nhiệt luyện

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

TRƯƠNG VĂN HINH

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ TỚI ĐỘ
NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP C45 NHIỆT LUYỆN

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
NGUYỄN TRỌNG HIẾU

HÀ NỘI – 2010


1

CÁC KÝ HIỆU CHÍNH
Ký hiệu
az
a’z
B
Cct
D
h
ha

L
l
Nd
nct
P
Pz
Py
Px
Sd
Sn
Svg
Ssd
Ra
Rz
tsd
λ
vc
vp
ρ
Kµ
Qw
Qw
Tm
Nch
HTCN

Ý nghĩa
Chiều dày phoi
Chiều dày phoi thực tế
Chiều rộng của đá

Mật độ lưỡi cắt tĩnh trên một đơn vị thể tích đá
Đường kính đá mài
Chiều cao biên dạng nhám bề mặt
Chiều cao biên dạng của lưỡi cắt
Khoảng cách giữa các lưỡi cắt động
Khoảng cách giữa các lưỡi cắt tĩnh
Tốc độ quay của đá
Tốc độ quay của chi tiết
Lực cắt tổng khi mài
Lực thành phần tiếp tuyến
Lực thành phần pháp tuyến tuyến
Lực thành phần Theo phương dọc trục
Lượng chạy dao dọc khi mài
Lượng chạy dao ngang khi mài
Lượng chạy dao vòng
Lượng chạy dao dọc khi sửa đá
Chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt
Chiều cao nhấp nhô Profin trung bình bề mặt
Chiều sâu cắt khi sửa đá
Hệ số truyền nhiệt
Vận tốc cắt của đá
Vận tốc phôi
Bán kính lưỡi cắt
Hệ số lực cắt
Thể tích cắt theo thời gian
Thể tích cắt theo thời gian trên 1 đơn vị chiều rộng đá
Nhiệt độ mài
Công suất mài tại ngưỡng cháy bề mặt
Hệ thống công nghệ (Máy – Gá – Dao – Chi tiết)

Đơn vị
mm
mm
mm
1/mm3
mm
mm
mm
mm
mm
v/ph
v/ph
N
N
N
N
m/p
mm/htk
m/p
m/p
m
m
mm
m/s
m/s
mm
mm3/s
mm3/s
0
C

W


2

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT Số bảng
Nội dung
Trang
1
1.1
Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng
23
hợp kim
2
4.1
Bảng tổng hợp số liệu thí nghiệm – thép 45 nhiệt luyện
65
3
4.2
Bảng Logarit của các biến thực nghiệm
66
4
4.3 Bảng Logarit của các biến thực nghiệm
67
5
4.4
Giá trị hồi quy thực nghiệm của phương trình hàm (4.6)
69
6

4.5
Giá trị hồi quy thực nghiệm của phương trình hàm (4.10)
69
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
T
T
1

Số hình

Nội dung

Trang

Hình 1.1

14

2
3

Hình 1.2
Hình 1.3

4
5
6
7
8
9

Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9

Sơ đồ mô tả quan hệ của các thông số vào-ra của quá
trình mài
Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài
Sơ đồ mô tả quá trình tạo phoi bằng hạt mài có bán
kính đỉnh cắt 
Các dạng phôi mài
Sơ đồ lực cắt khi mài tròn
Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài.
Đá mài
Hình dạng tế vi của một số loại vật liệu hạt mài
Hình dạng của hạt mài kim cương với tỉ lệ chất phủ
Nikel khác nhau
Hình dạng tế vi của hạt mài Si3N4 phủ Nickel
Hạt mài Si3N4 không được phủ Nickel (a) và được phủ
Nickel (b)
Sự biến đổi các lưỡi cắt của hạt mài Si3N4
Các hạt mài Cácbít Vônfram được phủ bạc
Các tính chất cơ lý của một số loại vật liệu hạt mài
thông dụng
Chất dính kết liên kết các hạt mài với nhau.

10 Hình1.10

11 Hình1.11
12 Hình 1.12
13 Hình 1.13
14 Hình 1.14
15 Hình 1.15

15
16
18
19
22
24
25
26
26
27
27
28
28
29


3

Chất kết dính
Cơ chế mòn đá
Các dạng mòn của đá mài
Giản đồ nhấp nhô bề mặt
Sự hình thành độ nhám bề mặt.
Ảnh SEM bề mặt mài

Một số dụng cụ sửa đá kim cương
Phân loại dụng cụ sửa đá kim cương
Sửa đá bằng bút chì kim cương
Sơ đồ lực cắt khi sửa đá
Ảnh hưởng của chiều sâu sửa đá tsd đến nhiệt độ khi
sửa đá.
27 Hình 2.9 Sự biến đổi của Topography phụ thuộc vào dạng
Topography khởi thủy và tải trọng khi mài.
28 Hình 2.10 Ảnh hưởng của dụng cụ sửa đá đến chiều cao biên
dạng ha
29 Hình 2.11 Ảnh hưởng của Ssd khi sửa đá đến Topography.
30 Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm
31 Hình 3.2 Mẫu phôi thí nghiệm
32 Hình 3.3 Máy đo độ nhám SJ 201 – Mitutoyo
33 Hình 4.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm và ma trận thực nghiệm
34 Hình 4.2
Quan hệ giữa Ra với các thống số của chế độ sửa đá
Ssd , tsd
35 Hình 4.3
Quan hệ giữa Rz với các thống số của chế độ sửa đá
Ssd , tsd
16
17
18
19
20
21
22
23
24

25
26

Hình 1.16
Hình 1.17
Hình 1.18
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8

29
31
32
40
40
41
44
45
46
48
50
53
54
55
59

60
61
62
70
70


4

MỤC LỤC
Trang
Danh mục các ký hiệu

1

Danh mục các bảng biểu

2

Dạnh mục các hình vẽ và đồ thị

2

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.

7

2. Mục đích, đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu.

8

2.1. Mục đích của đề tài.

8

2.2. Đối tượng nghiên cứu.

9

2.3. Nội dung nghiên cứu.

9

2.4. Phương pháp nghiên cứu.

9

3. Ý nghĩa của đề tài.

9

3.1. Ý nghĩa khoa học:

9

3.2. Ý nghĩa thực tiễn

10

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI
1.1. Đặc điểm của quá trình mài.

13

1.2. Quá trình tạo phoi khi mài.

15

1.3. Lực cắt khi mài.

19

1.4. Nhiệt cắt và sự phân bố năng lượng.

21

1.5. Đá mài và các thông số cơ bản của đá mài

24

1.5.1. Cấu trúc chung của đá mài

24

1.5.2 Ký hiệu của đá mài.

29

1.6. Sự mài mòn của hạt mài và chất kết dính.

31

1.7. Sửa đá mài.

33

1.8. Chất lượng bề mặt chi tiết sau khi mài.

33

1.8.1. Sự hình thành nhám bế mặt.

33


5

1.8.2. Độ sóng bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới độ sóng bề mặt 34
1.8.3. Cấu trúc của lớp bề mặt mài và các yếu tố ảnh hưởng.

34

1.8.4. Ứng suất dư lớp bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng.

36

1.9. Các nghiên cứu về mài.

36

1.10. Giới hạn vấn đề nghiên cứu.

38

CHƢƠNG 2: ĐỘ NHÁM BỀ MẶT MÀI THÉP C45 NHIỆT LUYỆN
VÀ CÔNG NGHỆ SỬA ĐÁ MÀI.
2.1. Độ nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt.

39

2.2. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt.

42

2.3. Sửa đá mài.

43

2.3.1. Dụng cụ sửa đá.

44

2.3.2. Động lực học quá trình sửa đá.

48

2.3.3. Topography của đá mài.

51

2.3.3.1. Định nghĩa.

51

2.3.3.2. Tính chất của Topography.

51

2.3.3.3. Ý nghĩa của Topography.

51

2.3.3.4. Sự biến đổi Topography của đá mài.

52

2.3.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến Topography của đá mài.

54

2.3.3.5.1. Ảnh hưởng của các thông số đặc trưng của đá mà 54
2.3.3.5.2. Ảnh hưởng của dụng cụ sửa đá.

54

2.3.3.5.3. Ảnh hưởng của chế độ cắt khi sửa đá.

55

a. Ảnh hưởng của Ssd :

55

b. Ảnh hưởng của chiều sâu sửa đá tsd

56

c. Ảnh hưởng của vận tốc cắt khi sửa đá.

56

2.4. Kết luận chương 2

57

CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
3.1. Mô hình thí nghiệm.

58

3.1.1. Đặt vấn đề.

58


6

3.1.2. Mô hình thí nghiệm.

59

3.1.3. Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống.

59

3.1.3.1. Máy.

59

3.1.3.2. Đá mài.

59

3.1.3.3. Dụng cụ sửa đá.

60

3.1.3.4. Chi tiết gia công.

60

3.1.3.5. Phương pháp mài:

60

3.1.4 Thiết bị đo nhám:
3.2. Kết luận.

60

61

CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ
4.1. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm.

62

4.2. Phương pháp tiến hành thực nghiệm.

63

4.2.1. Phương pháp tiến hành thí nghiệm.

63

4.2.2. Số liệu thí nghiệm.

64

4.3. Xử lý số liệu và thảo luận kết quả.

64

4.3.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm.

64

4.3.2. Xử lý kết quả thí nghiệm với thép C45 nhiệt luyện.

65

4.3.3. Thảo luận kết quả:

71

4.4. Kết luận chương 4

72

KẾT LUẬN CHUNG

73

TÀI LIỆU THAM KHẢO

74


7

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Ngày nay với sự phát triển của khoa hoc kỹ thuật nói chung và của
ngành chế tạo máy nói riêng, ngày càng có nhiều loại vật liệu mới ra đời đáp
ứng các yêu cầu ngày càng cao về cơ tính và các tính chất đặc biệt khác, tính
gia công của các loại vật liệu này là rất thấp (khó gia công), đồng thời các chi
tiết có yêu cầu ngày càng cao về chất lượng cũng như độ chính xác. Do đó
phạm vi sử dụng của phương pháp mài ngày càng được mở rộng.
Mài là một phương pháp gia công có vị trí rất quan trọng trong gia
công cơ khí đặc biệt là cơ khí chính xác, máy mài chiếm khoảng 30% tổng số

máy cắt kim loại. Đặc biệt là trong ngành chế tạo ổ bi, nguyên công mài
chiếm khoảng 60% quy trình công nghệ [13], bởi vì mài tạo ra được các chi
tiết máy có độ chính xác cao, chất lượng bề mặt cao, gia công được các loại
vật liệu có cơ tính cao (độ bền cao, độ cứng cao..v..v..). Mài không những áp
dụng để gia công lần cuối các loại chi tiết máy mà còn áp dụng để gia công
thô, trong đó nhiều trường hợp bề mặt mài được thực hiện mà không qua các
bước gia công trung gian. Ở các nước công nghiệp phát triển việc nghiên cứu
và ứng dụng công nghệ mài định hình, mài chép hình, mài chính xác, mài
siêu chính xác... vào sản xuất được sử dụng rất rộng rãi và không thể thiếu
được trong ngành gia công cơ khí.
Hiện nay ở Việt Nam, hoạt động sản xuất cơ khí chưa phát triển, còn
mang tính chất riêng lẻ, quy mô sản xuất loạt nhỏ thậm chí là đơn chiếc nên
việc lựa chọn đá mài cho phù hợp gặp rất nhiều khó khăn, do vấn đề kinh tế,
giá thành sản phẩm. Điều này ảnh hưởng không nhỏ đến hoạt động sản xuất,
sự phát triển và tồn tại của doanh nghiệp trong thời buổi kinh tế thị trường,
cạnh tranh khốc liệt. Vì vậy một vấn đề được đặt ra là làm sao mở rộng được
khả năng mài của đá mài, giảm tối đa số chủng loại của đá mài trong hoạt


8

động sản xuất mà vẫn đảm bảo được năng suất, độ nhẵn bóng và độ chính
xác gia công, từ đó giảm chi phí thay mới đá mài làm cơ sở hạ giá thành sản
phẩm, tăng khả năng cạnh tranh rất lớn cho doanh nghiệp.
Một mặt, việc chọn đá mài phù hợp để đạt độ chính xác gia công theo
yêu cầu phụ thuộc vào vật liệu gia công, điều đó có nghĩa là: ứng với mỗi
một loại vật liệu khác nhau ta phải lựa chọn một loại đá mài phù hợp. Đối
với các loại vật liệu cứng ta nên chọn đá mài “mềm” để tăng khả năng năng
suất cắt gọt và độ nhẵn bóng nhờ cơ chế “tự làm sắc” của đá mài. Và ngược
lại: đối với vật liệu mềm ta nên chọn đá mài “cứng” để tăng năng suất cắt gọt

và chống bám dính nên trên bề mặt đá mài của vật liệu mài.
Mặt khác, sau một thời gian mài nhất định ứng với tuổi bền của đá
mài, đá sẽ bị mòn, độ nhám bề mặt sẽ tăng, xuất hiện các loại dao động, khả
năng cắt của đá giảm đi rất nhanh, do đó đá mài phải được sửa lại. Vì thế quá
trình sửa đá đóng một vai trò quan trọng quyết định đến độ chính xác gia
công và độ nhẵn bóng bề mặt.
Hiện nay, do xu thế hội nhập khu vực và thế giới các sản phẩm cơ khí
Việt Nam cũng phải vươn lên đạt các chỉ tiêu chất lượng của khu vực và
quốc tế, vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng kết quả của công nghệ mài để
góp phần nâng cao chất lượng các sản phẩm cơ khí là vấn đề cấp thiết.
Trước những yêu cầu đó em chọn hướng đề tài:
“ Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ sửa đá tới độ nhám bề mặt khi mài
thép C45 nhiệt luyện ”
2. Mục đích, đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu.
2.1. Mục đích của đề tài.
Nghiên cứu điều khiển quá trình sửa đá để đạt được Topography của
đá thích hợp nhằm cải thiện tính cắt gọt của đá, nâng cao chất lượng sản


9

phẩm, nâng cao tuổi bền của đá mài, mở rộng khả năng công nghệ của đá
mài, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của đá mài.
Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập.
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu.
Sử dụng đá mài của CHLB Nga sản xuất với ký hiệu: 24A 40П
CM1 6 K5 A- П П 400.203.35 m/s gia công thép kết cấu C45 đã qua
nhiệt luyện. Những kết quả và nghiên cứu đạt được sẽ vận dụng hiệu
quả trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn khi mài
bằng các loại vật liệu khác nhau, bằng các loại đá mài khác nhau.

2.3. Nội dung nghiên cứu.
Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về quá trình mài.
Nghiên cứu về nhám bề mặt mài thép C45 nhiệt luyện.
Xác định chế độ công nghệ sửa đá hợp lý để năng cao độ chính xác,
chất lượng bề mặt chi tiết gia công, và mở rộng khả năng công nghệ của đá
mài.
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả.
Trong đó nghiên cứu thực nghiệm là chủ yếu. Việc nghiên cứu thực
nghiệm được tiến hành với hệ thống thiết bị đo hiện đại có độ chính xác cao.
3. Ý nghĩa của đề tài.
3.1. Ý nghĩa khoa học:
Bổ sung các lý thuyết tổng quan về mài vật liệu nói chung và mài thép
C45 nhiệt luyện nói riêng. Đồng thời xác lập được mối quan hệ giữa các
thông số của công nghệ sửa đá với độ nhám bề mặt khi mài thép C45 nhiệt


10

luyện. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa quá trình
mài, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cho nguyên công mài.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn:
Ở các nước phát triển quá trình sản xuất là hàng loạt, hàng khối nên
quá trình lựa chọn đá mài cho phù hợp với vật liệu mài rất đơn giản. Tuy
nhiên ở Việt Nam hiện nay, hoạt động sản xuất cơ khí chưa phát triển, còn
mang tính chất riêng lẻ, quy mô sản xuất chỉ là loạt nhỏ thậm chí là đơn
chiếc nên việc lựa chọn đá mài cho phù hợp gặp rất nhiều khó khăn, không

phải không lựa chọn được đá mài mà là vấn đề bài toán kinh tế, giá thành
sản phẩm. Điều này ảnh hưởng không nhỏ đến hoạt động sản xuất, sự phát
triển và tồn tại của doanh nghiệp trong thời buổi kinh tế thị trường, cạnh
tranh khốc liệt. Vì vậy một vấn đề được đặt ra là làm sao mở rộng được khả
năng mài của đá mài, giảm tối đa số chủng loại đá mài trong hoạt động sản
xuất mà vẫn đảm bảo được năng suất, độ nhẵn bóng và độ chính xác gia
công, từ đó giảm chi phí thay mới đá mài làm cơ sở hạ giá thành sản phẩm,
tăng khả năng cạnh tranh cho doanh nghiệp.
Xuất phát từ điều kiện gia công cụ thể: Cặp đá mài – vật liệu gia công,
hệ thống công nghệ, chất lượng sản phẩm. v.v... chọn được chế độ công nghệ
sửa đá hợp lý nhằm đảm bảo được chất lượng bề mặt, độ chính xác gia công
và tuổi bền của đá là lớn nhất.
Mở rộng khả năng gia công của đá mài bằng cách điều khiển chế độ
công nghệ khi sửa đá, do đó hạn chế được số chủng loại đá, thời gian thay đá
.v.v...Từ đó nâng cao được tính linh hoạt, hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của đá
mài.


11

Một số sản phẩm bắt buộc phải qua mài và sau mài

Ổ cứng máy tính

Ống kính máy ảnh


12

Máy ảnh kỹ thuật số

Máy bay Airbus 380


13

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI
1.1. Đặc điểm của quá trình mài.
Mài là một phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao với một số lượng
lớn các lưỡi cắt rất bé của hạt mài đồng thời tham gia cắt gọt. So với các
phương pháp cắt gọt bằng các dụng cụ cắt có lưỡi cắt xác định thì mài có
một số đặc điểm sau:
- Mài là quá trình cắt tế vi và cào xước ở tốc độ cao của các hạt mài trên bề
mặt vật gia công tạo ra nhiều phoi vụn. Tốc độ cắt khi mài rất cao, thông
thường vc = 30-35 m/s có trường hợp đến 100 m/s .
- Độ chính xác kinh tế đạt được khi mài thông thường là:
Mài thô: cấp chính xác 9; nhám bề mặt Ra =3,2 m
Mài tinh: cấp chính xác 7; nhám bề mặt Ra = 1,6 – 0,4 m
Mài rất tinh: cấp chính xác 6; nhám bề mặt Ra = 0,4 – 0,1 m
- Các lưỡi cắt không giống nhau và được sắp xếp rất ngẫu nhiên trên bề mặt
đá do đó các vết cắt xoá lẫn nhau cho phép tạo ra độ bóng bề mặt cao.
- Hình dạng hình học của mỗi hạt mài không giống nhau, góc sắc thường lớn
hơn 900 (>900) góc trước thường âm (<0) do đó không thuận lợi cho quá
trình cắt và thoát phoi.
- Độ cứng của hạt mài cao, do đó có thể cắt được những vật liệu cứng mà các
loại dụng cụ cắt khác không cắt được như: Thép đã tôi, hợp kim cứng ...
- Do nhiều hạt mài cùng tham gia cắt gọt cùng một lúc, do góc trước (<0) và
do vận tốc cắt rất lớn nên nhiệt cắt khi mài rất lớn, nhiệt độ vùng cắt có thể
lên tới 1000-15000c, gây cháy phoi, sinh tia lửa. [5], [13].
- Quá trình cắt khi mài có tính gián đoạn, các hạt mài lần lượt vào cắt, ra cắt

tạo ra các rung động.


14

- Các đỉnh lưỡi cắt phân bố không đều theo chiều cao, lượng dư phân bố cho
các hạt mài không đều, do đó lực cắt tác động lên các hạt mài không bằng
nhau.
Nếu lực cắt quá lớn sẽ có hiện tượng hạt mài bị vỡ (tạo ra các lưỡi cắt
mới) hay bị bong ra khỏi bề mặt làm việc của đá và xuất hiện lưỡi cắt của các
hạt mài mới tạo ra khả năng tự mài sắc của đá mài.
Mài không những được sử dụng gia công tinh lần cuối mà còn được sử
dụng ngày càng rộng rãi ở các nguyên công gia công thô.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của ngành chế tạo máy, những đòi
hỏi về độ chính xác và chất lượng gia công ngày một cao thì mài càng được
quan tâm nghiên cứu và được sử dụng rộng rãi hơn.

Hình 1. 1: Sơ đồ mô tả quan hệ của các thông số vào-ra của quá trình mài


15

1.2. Qúa trình tạo phoi khi mài.
Qúa trình tạo phoi khi mài của một hạt mài có nguyên lý làm việc tương
tự như với một răng của dao phay (hình 1.2) [4] song quá trình mài có
những đặc thù riêng, tương đối khác biệt so với quá trình cắt bằng dụng cụ
kim loại có lưỡi căt xác định khác chẳng hạn như dao phay, dao tiện...
PY

PZ

Hình 1.2. Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài
1- Hạt mài; 2 - Phoi mài; 3 - Phôi
Những khác biệt ấy bao gồm:
- Các lưỡi cắt của hạt mài tham gia cắt không liên tục.
- Lớp kim loại được cắt bởi một hạt đá mài có sự phụ thuộc về quan hệ
chiều rộng và bề dày hạt đá.
- Hình dáng hình học của hạt mài không xác định, ở đỉnh cắt của hạt
mài có cung lượn bán kính ρ.
- Hạt mài phân bố không có quy luật trên bề mặt trụ của đá.


16

- Tốc độ cắt cao, có nhiều lưỡi cắt cùng tham gia cắt đồng thời trong
vùng cắt (vùng tiếp xúc giữa đá và bề mặt gia công).
- Các lưỡi cắt của hạt đá mài có độ cứng, bền nhiệt, độ giòn rất cao.
- Do có nhiều lưỡi cắt cùng tham gia cắt gọt nên tạo ra nhiệt cắt lớn,
nhiệt độ vùng cắt cao.
- Có hiện tượng trượt giữa hạt mài và kim loại trước khi cắt gọt.

a (a<<)

b(a<)

c(a>)

Hình 1.3.Sơ đồ mô tả quá trình tạo phoi bằng hạt mài có bán kính đỉnh cắt 
a-Hiện tượng trượt của hạt mài trên bề mặt mài; b- miết kim loại; c- tạo phoi
Đá mài không có lưỡi cắt liên tục trên vành cắt, các cạnh cắt của hạt

mài nằm trên độ cao khác nhau, do đó không phải tất cả các hạt mài đều
tham gia cắt gọt trong cùng một thời điểm giống nhau. Hạt thì trượt trên bề
mặt gia công, hạt thì miết nén, hạt thì tạo phoi. Những hạt có bán kính cung
lượn lớn tức là những hạt quá mòn không thể cắt được lát cắt mỏng, những
hạt này không cắt mà chỉ trượt trên bề mặt gia công, lúc này sinh ra một
lượng nhiệt rất lớn.
Do mũi dao có bán kính ρ lớn và góc ăn tới của lưỡi cắt η nhỏ nên giai
đoạn đầu không tạo phoi mà vật liệu gia công bị biến dạng đàn hồi, biến


17

dạng dẻo, bị đẩy sang hai bên của lưỡi cắt hoặc chảy qua mặt dưới của lưỡi
cắt sang mặt sau của hạt mài.
Khi lưỡi cắt tiếp tục ăn sâu vào chi tiết thì chiều dày phoi az tương ứng
với chiều sâu vết cắt t và lúc này bắt đầu tạo phoi. Tiếp theo là quá trình tạo
phoi, dồn ép kim loại gây biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi xẩy ra đồng thời.
Do vậy chiều dày phoi thực tế a’z nhỏ hơn chiều sâu cắt thực tế t.
Các nghiên cứu cho thấy rằng a’z , t phụ thuộc vào hình dáng hình học
của lưỡi cắt, vào góc tác dụng η, vào vận tốc cắt vd . Ngoài ra a’z còn phụ
thuộc vào các yếu tố khác như: các thành phần của lực cắt, vào cơ lý tính của
vật liệu gia công. Khi lưỡi cắt bị mòn ( ρ lớn ), góc η nhỏ thì biến dạng vật
liệu tăng lên mặc dù t lớn nhưng a’z vẫn nhỏ. Khi tăng vc có ma sát giữa lưỡi
cắt và bề mặt mài thì a’z tăng . Quá trình tạo phoi xảy ra trong khoảnh khắc
rất nhỏ 0,001- 0,005 giây [7].
Tổng số lượng hạt phoi được cắt bởi một đá mài trong một đơn vị thời
gian là rất lớn (hàng trăm triệu hạt phoi trong một phút). Bề dày của phoi rất
khác nhau từ một vài micrômet đến vài phần trăm micrômet, những phoi quá
nhỏ dưới tác dụng của nhiệt cao sẽ bị cháy tạo thành tia lửa khi mài. Những
phoi lớn hơn cùng với những phần tử hạt bị mòn của đá được dung dịch tưới

nguội rửa trôi.


18

 Phoi mài.
Sử dụng SEM để quan sát phôi mài, ta có các nhận xét như sau:

Các phoi có hình dạng lá, xoắn lượn
rất giống với phoi tiện. Các phoi có cấu
trúc lá mỏng giống như phoi của các quá
trình gia công khác.

Cấu trúc của phoi giống như phoi
tiện nhưng ở mức độ nhỏ hơn. Phoi bị
uốn cong nhiều do góc trước âm và do
quá trình biến dạng gần như đoạn nhiệt
vì vận tốc cắt cao.

Phoi có dạng hình cầu rỗng với cấu
trúc tế vi dạng nhán mỏng do bị nóng
chảy và hóa rắn nhanh sau đó. Hiện
tượng này xảy ra không nhất thiết trong
khi mài mà do phản ứng giữa phoi với
O2 trong không khí tạo ra hoa lửa.

Hình 1.4. Các dạng phoi mài


19

1.3. Lực cắt khi mài.
Các lực cắt khi mài không quá lớn nhưng các lực này có ảnh hưởng
đến chất lượng bề mặt và độ chính xác chi tiết gia công khi mài. Lực sinh ra
trong quá trình mài bao gồm tổng hợp các lực cắt gọt của đá mài và lực cắt
cào xước tế vi của một hạt đá.

V®

Px

Vp
Py
Pz
P

Hình 1.5. Sơ đồ lực cắt khi mài tròn
Lực cắt khi mài (cũng như đối với trường hợp cắt bằng dao tiện )
thường được phân ra 3 lực thành phần [9]: lực hướng tâm Py , tiếp tuyến Pz và
lực dọc trục Px . Chiều dày cắt nhỏ với bán kính đỉnh của lưỡi cắt và có góc
cắt trước âm dẫn đến một vấn đề là lực hướng kính Py tạo ra lớn hơn lực tiếp
tuyến Pz.
Gọi

Kµ =

Pz
Py

là hệ số lực cắt.

(1.1)

Khi cắt, ở giai đoạn chưa tạo phoi (giai đoạn I, II hình 1.2), thành phần
lực hướng kính Py sẽ ép lưỡi cắt vào bề mặt chi tiết do đó Py có trị số lớn hơn
rất nhiều so với Pz (Kµ nhỏ). Khi quá trình tạo phoi xẩy ra thì Pz tăng lên (Kµ
tăng). Lúc này Pz gồm hai thành phần: lực ma sát và lực tạo phoi.


20

Khi nghiên cứu vết cắt, chiều sâu cắt không có biến dạng t và chiều
dày phoi thực tế a’z có thể rút ra một số kết luận sau:
- Khi bán kính mũi dao ρ nhỏ hoặc ma sát giữa dao và bề mặt gia
công lớn thì quá trình tạo phoi xảy ra sớm.
- Khi ρ lớn và ma sát nhỏ thì quá trình dồn ép kim loại sẽ kéo dài,
quá trình tạo phoi xảy ra muộn.
Các hạt mài tạo ra phoi nhỏ, mảnh nên lực cắt do các hạt mài phát sinh
nhỏ. Tuy nhiên khi mài có nhiều hạt mài đồng thời tham gia cắt nên tổng lực
cắt của tất cả các lưỡi cắt khá lớn.
Nếu gọi lực cắt tác dụng lên một hạt mài là Pi thì lực cắt tổng hợp khi
mài được xác định:
n

P   Pi

(N)

(1.2)

i 1

Trong đó :

P - lực cắt tổng hợp khi mài;
n - tổng số lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt

Lực cắt tổng hợp được phân ra 3 thành phần

P  Pz  Py  Px

(1.3)

Trong đó: Pz - Thành phần lực tiếp tuyến.
Py - Thành phần lực pháp tuyến.
Px - Thành phần lực theo phương chạy dao.
Thường Py = (1,5÷3) Pz ; Px thường rất bé so với Pz nên thường bỏ
qua
Thành phần lực tiếp tuyến Pz được tính theo công thức [13]:
3 k

1 k
vct
t 2 D  d 2 2k k 1
) .S d .B
Pz = A.(
) 2-k . k .(
60.v d  2.vct
d .D
l

(1.4)

Trong đó A và k là các hệ sộ mũ xác định bằng thực nghiệm và phụ
thuộc vào điều kiện gia công cụ thể. Từ (1.4) ta thấy: Lực Pz phụ thuộc vào
tất cả các yếu tố khi mài trong đó vd và Sd có ảnh hưởng lớn nhất tới lực Pz.


21

Chiều sâu cắt thực tế t ảnh hưởng tới Pz ít hơn. Khi tăng vd và độ hạt, lực Pz
giảm. Khi mài tỷ số lực cắt Kμ được xác định theo biểu thức:
Kμ =

Pz
Py

(1.5)

Hệ số lực cắt Kμ biểu thị tương quan ma sát tại vùng tiếp xúc giữa lưỡi
cắt và chi tiết gia công.
Đặc trưng của lực cắt khi mài là thay đổi theo thời gian mài. Nguyên
nhân của tính không ổn định rất khác nhau: đó là tính không cân bằng của đá
mài và dạng hình học không chuẩn, độ không bằng phẳng và các đặc tính của
chi tiết, dao động bên ngoài truyền vào vùng cắt và làm thay đổi tiết diện cắt,
mòn tức thời và cùn của đá mài...Ở phần lớn các trường hợp (đặc biệt khi
mài tinh) tính không ổn định của lực cắt ảnh hưởng quyết định đến các thông
số đầu ra, quan trọng nhất đó là chất lượng và độ chính xác bề mặt chi tiết
gia công.
1.4. Nhiệt cắt và sự phân bố năng lƣợng.

Năng lượng và nhiệt cắt phân bố trong quá trình cắt được giới thiệu ở
hình 1.4 [19]
Ta thấy, năng lượng cơ học cơ bản được biến thành nhiệt ở 4 khu vực:
- Do các lưỡi cắt bị mòn ( hoặc do có ρ lớn) nên năng lượng tiêu
hao chủ yếu là do ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt gia công,
do dồn ép gây biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo bề mặt chi tiết biến
thành nhiệt.
- Nhiệt sinh ra do năng lượng cắt và ma sát giữa phoi và mặt trước
của dao. Nguồn nhiệt khi mài được truyền vào chi tiết, phoi, dụng
cụ và môi trường.


22

Vd
Chất kết dính
Hạt mài

Phoi

Môi trường

Ma sát phoi
Năng lượng
cắt

Năng lượng
dồn ép
Chi tiết
Hình 1.6. Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài.

- Nhiệt truyền vào chi tiết chiếm tỷ lệ rất lớn trong tổng lượng nhiệt
sinh ra. Nhiệt này sẽ làm thay đổi tổ chức tế vi của bề mặt chi tiết
theo hướng không có lợi hoặc làm oxy hóa bề mặt tùy theo thời
gian tác động nhiệt.
- Một phần nhiệt truyền vào dụng cụ. Nhiệt này sẽ làm suy giảm độ
cứng, suy giảm tính cắt của hạt mài và suy giảm tính năng của chất
kết dính. Ngoài ra nguồn nhiệt này còn thúc đẩy các tương tác hóa
học xảy ra trong vùng cắt.
Do tốc độ cắt cao và góc cắt của các hạt mài không thuận lợi cho điều
kiện cắt gọt nên nhiệt độ ở vùng tiếp xúc giữa đá mài với chi tiết gia công rất
lớn (khoảng 1000 ÷ 15000 C), thời gian tác dụng để phát sinh nhiệt là rất
ngắn (1.10-4 ÷ 5.10-6 s) sau đó nhiệt lại giảm xuống nhanh chóng.


23

Bảng 1.1. Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp
kim[9]
Hàm lượng hợp kim

λ

2% Cr

0,025

12%Cr

0,050

18%W

0,070

2%Mn

0,078

1,1%C

0,102

Nhiệt độ mài Tm có thể xác định theo công thức sau [9], [20]:
Tm =

k .. p.(l.v d ) 0,5
(. .c) 0,5

o

( C)

( 1.6 )

Trong đó:
K – hệ số thực nghiệm.
μ – hệ số ma sát giữa đá và vật liệu gia công.
P – áp lực riêng ở vùng tiếp xúc.
L – chiều dài tiếp xúc ( cm ).
vd – tốc độ đá mài (m/ph).

λ – hệ số truyền nhiệt của vật liệu gia công ( Kcal/cm.g.độ).
γ – khối lượng riêng của vật liệu gia công.
c – nhiệt dung riêng của vật liệu gia công.
Phương trình ( 1.6) cho thấy nhiệt độ mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố
như: chế độ cắt, chất liệu gia công, vật liệu hạt mài, chất kết dính, độ xốp của
đá mài, dung dich trơn nguội và phương pháp tưới nguội.
Tỷ lệ các nguyên tố hợp kim trong vật liệu là yếu tố ảnh hưởng quyết
định đến hệ số truyền nhiệt của vật liệu. Những vật liệu có số lượng và hàm
lượng nguyên tố hợp kim cao thì hệ số truyền nhiệt thấp. Khi mài những loại


24

vật liệu này nhiệt lan truyền chậm làm cho nhiệt độ vùng mài tăng cao, bề
mặt chi tiết mài dễ bị cháy, nứt ( bảng 1.1).
Khác với phương pháp cặt gọt khác, khi mài bằng đá thường nhiệt độ
chủ yếu truyền vào chi tiết gia công (65% ÷ 84%), phần còn lại truyền vào đá
mài (11% ÷ 12%), vào dung dich trơn nguội (4% ÷ 13%), và vào phoi không
đáng kể (3% ÷ 7%) [9].
Để giảm nhiệt độ mài có thể dùng các biện pháp sau:
- Giảm bớt chế độ cắt.
- Dùng dung dịch trơn nguội và các biện pháp tưới nguội hợp lý.
- Sử dụng các loại đá mài có bề mặt làm việc không liên tục, đá mài
độ xốp cao.
- Không mài khi đá quá mòn. Dùng những vật liệu hạt mài có khả
năng cắt gọt cao.
1.5. Đá mài và các thông số cơ bản của đá mài
1.5.1. Cấu trúc chung của đá mài
Đá mài được hình thành từ các hạt mài (hạt cắt), chất kết dính và các
lỗ trống.

Chất dính kết

Hạt mài

Lỗ khí

Hình 1.7. Đá mài
Dựa vào hạt mài được sử dụng mà đá mài được chia làm 2 loại: