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

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

NGUYỄN TRỌNG MAI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ TỚI ĐỘ NHÁM BỀ MẶT
KHI MÀI THÉP C45 THƢỜNG HOÁ

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS NGUYỄN TRỌNG HIẾU

Hà Nội 11– Năm 2010

11


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các
số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa có tác giả nào
công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.

Tác giả luận văn

22

CC K HIU CHNH
Ký hiu

ý nghĩa

Đơn vị

Chiều dày phoi

mm

Chiều dày phoi thực tế

mm

B

Chiều rộng của đá

mm

Cct

Mật độ l-ỡi cắt tĩnh trên một đơn vị thể tích đá

D

Đ-ờng kính đá mài

mm

h

Chiều cao biên dạng nhám bề mặt

mm

ha

Chiều cao biên dạng của l-ỡi cắt

mm

L

Khoảng cách giữa các l-ỡi cắt động

mm

l

Khoảng cách giữa các l-ỡi cắt tĩnh

mm

nđ

Tốc độ quay của đá

v/ph

nct

Tốc độ quay của chi tiết

v/ph

Pc

Lực cắt tổng khi mài

N

Pz

Lực thành phần tiếp tuyến

N

Py

Lực thành phần pháp tuyến

N

Px

Lực thành phần theo ph-ơng dọc trục

N

Sd

L-ợng chạy dao dọc khi mài

Sn

L-ợng chạy dao ngang khi mài

Svg

L-ợng chạy dao vòng

m/p

Ssđ

L-ợng chạy dao dọc khi sửa đá

m/p

Ra

Chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt

m

T

Tuổi bền của đá

Phút

t

Chiều sâu cắt khi mài

mm

tsđ

Chiều sâu cắt khi sửa đá

mm

Uhk

L-ợng mòn h-ớng kính

m

Vđ

Vận tốc đá

m/s

Vp

Vận tốc phôi

m/s

az
az

33

1/mm3

m/p
mm/htk


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
STT

Số bảng

Nội dung

Trang

1

Bảng 1.1.

Độ hạt mài và phạm vi sử dụng

44

2

Bảng 1.2.

Thể tích hạt mài phân bố theo cấp cấu trúc

46

3

Bảng 1.3.

Kí hiệu độ cứng đá mài

47

4

Bảng 4.1.

Bảng tổng hợp số liệu thí nghiệm

88

5

Bảng 4.2.

Bảng Logarit của các biến thực nghiệm

89

6

Bảng 4.3.

Bảng Logarit của các biến thực nghiệm

90

7

Bảng 4.4.

Giá trị hồi quy thực nghiệm của phƣơng

92

trình hàm 4.6
8

Bảng 4.5.

Giá trị hồi quy thực nghiệm của phƣơng
trình hàm 4.10

44

92

Ghi
chú


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ-ĐỒ THỊ
STT

Số hình

Nội dung

Trang

1
2
3

Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3

13
14
16

4
5

Hình 1.4
Hình 1.5

6
7
8

Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8

9

Hình 1.9

10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12

Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 1.15
Hình 1.16
Hình 1.17
Hình 1.18
Hình 1.19

20
21

Hình 1.20
Hình 1.21

22
23
24

Hình 1.22
Hình 1.23
Hình 1.24

25

Hình 1.25

Mài phẳng bằng đá mài trụ
Sơ đồ mài tròn ngoài
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 loại phoi khi mài
Vật liệu bị cày xƣớc trên bề mặt mài
Sự xâm nhập của hạt mài vào vật liệu chi tiết khi đi
qua vùng mài
Biểu đồ mô tả năng lƣợng riêng của quá trình mài
trên một đơn vị chiều rộng đá khi mài với chiều sâu
lớn.
Sơ đồ tính toán quỹ đạo cắt của hạt mài
Chiều dài cung tiếp xúc của các phƣơng pháp mài
Lƣỡi cắt tĩnh và lƣỡi cắt động
Chiều dày và hình dáng phoi
Sơ đồ lực cắt khi mài tròn
Giản đồ nhấp nhô bề mặt
Sự hình thành độ nhám bề mặt
ảnh SEM bề mặt mài
Hình dạng tế vi của một số loại vật liệu hạt mài
Hình dạng của hạt mài kim cƣơng với tỉ lệ chất phủ
Nikel khác nhau
Hình dạng tế vi của hạt mài Si3N4 phủ Nickel
Hạt mài Si3N4 không đƣợc phủ Nickel (a) và đƣợc
phủ Nickel (b)
Sự biến đổi các lƣỡi cắt của hạt mài Si3N4
Các hạt mài Cácbít Vônfram đƣợc phủ bạc
Các tính chất cơ lý của một số loại vật liệu hạt mài
thông dụng
Cấu trúc của đá mài

55

17
18
19
20
20
21

22
23
25
26
27
32
32
33
39
40
40
41
41
42
42
46

Ghi
chú

26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51

Hình 1.26 Ký hiệu đá mài với hạt mài ôxít nhôm và các-bít
Silic theo tiêu chuẩn của Mỹ
Hình 1.27 Cơ chế mòn đá

Hình 1.28 Các dạng mòn của đá mài
Hình 1.29 Mô hình truyền nhiệt trong quá trình mài
Hình 1.30 Mô hình nhiệt cắt trong quá trình mài
Hình 1.31 Ảnh hƣởng của tốc độ chi tiết đối với độ tăng nhiệt
độ bề mặt mài
Hình 1.32 Ảnh hƣởng của chiều sâu mài đối với độ tăng nhiệt
độ bề mặt mài
Hình 1.33 Thiết bị đo nhiệt mài
Hình 2.1 Giản đồ nhấp nhô bề mặt
Hình 2.2 Sự hình thành độ nhám bề mặt.
Hình 2.3 ảnh SEM bề mặt mài
Hình 2.4 Một số dụng cụ sửa đá kim cƣơng.
Hình 2.5 Phân loại dụng cụ sửa đá kim cƣơng.
Hình 2.6 Sửa đá bằng bút chì kim cƣơng
Hình 2.7 Sơ đồ lực cắt khi sửa đá.
Hình 2.8
Ảnh hƣởng của chiều sâu sửa đá tsd đến nhiệt độ khi
sửa đá.
Hình 2.9 Biên dạng bề mặt đá
Hình 2.10 Topography của bề mặt đá và biên dạng 2D của bề
mặt
Hình 2.11 Sự biến đổi của Topography phụ thuộc vào dạng
Topography khởi thủy và tải trọng khi mài.
Hình 2.12 Ảnh hƣởng của dụng cụ sửa đá đến chiều cao biên
dạng ha
Hình 2.13 Ảnh hƣởng của Ssd khi sửa đá đến Topography.
Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm
Hình 3.2 Mẫu phôi thí nghiệm
Hình 4.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm và ma trận thực
nghiệm

Hình 4.2 Đồ thị quan hệ giữa độ nhám Ra của bề mặt với các
thống số của chế độ sửa đá Ssd , tsd có dạng sau:
Hình 4.3 Đồ thị quan hệ giữa độ nhám Rz của bề mặt với các
thống số của chế độ sửa đá Ssd , tsd có dạng sau

66

51
52
53
54
55
56
56
57
62
62
63
66
67
68
70
71
74
75
76
78
79
82
83

85
93
93


MỤC LỤC
Trang phụ bìa

01

Lời cam đoan

02

Danh mục các ký hiệu, chữ cái viết tắt

03

Danh mục các bảng

04

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

05
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài.

10

2. Mục đích, đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu.

11

2.1. Mục đích của đề tài.
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu.
2.3. Nội dung nghiên cứu.
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.
3. Ý nghĩa của đề tài.

12

3.1. Ý nghĩa khoa học:
3.2. Ý nghĩa thực tiễn:
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI
1.1. Đặc điểm của quá trình mài.
1.2. Qúa trình tạo phoi khi mài.

13

1.3. Động học quá trình mài

16

1.3.1. Quỹ đạo cắt của hạt mài
1.3.2. Chiều dài cung tiếp xúc
1.3.3. Lƣỡi cắt
1.3.4. Chiều dày lớp cắt
1.4. Động lực học quá trình mài

27

1.4.1. Lực cắt khi mài

27

1.4.2. Phƣơng trình cơ bản để xác định lực cắt

29

1.4.3. Xác định lực cắt bằng thực nghiệm

28

1.4.4. Rung động khi mài

30

77


1.5. Chất lƣợng bề mặt chi tiết sau khi mài.

31

1.5.1. Độ nhám bề mặt khi mài.

31

1.5.2. Độ sóng bề mặt và các yếu tố ảnh hƣởng tới độ sóng bề mặt.

34

1.5.3. Biến đổi cấu trúc lớp bề mặt kim loại mài

35

1.5.3.1. Biến dạng dẻo khi mài
1.5.3.2. Ứng suất dƣ lớp bề mặt
1.6. Cấu tạo của đá mài

37

1.6.1. Vật liệu hạt mài

37

1.6.2. Vật liệu dính kết

42

1.6.3. Độ hạt của đá mài

43

1.6.4. Cấu trúc đá mài

44

1.6.5. Độ cứng của đá mài

46

1.6.6. Ký hiệu của đá mài.

48

1.6.7. Sự mài mòn của hạt mài

51

1.7. Nhiệt cắt khi mài

53

1.7.1 Đặc điểm nhiệt cắt của quá trình mài:

53

1.7.2. Phân tích truyền nhiệt trong quá trình mài

54

1.7.3. Các hƣ hỏng do nhiệt mài

58

1.7.4. Một số phƣơng pháp làm mát trong quá trình mài

58

1.8. Sửa đá mài.

59

1.9. Các nghiên cứu về mài.

59

1.10. Giới hạn vấn đề nghiên cứu.

60

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

61

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

64

2.3. Sửa đá mài.

65

2.3.1. Dụng cụ sửa đá.

65

2.3.2. Động lực học quá trình sửa đá.

69

88


2.3.3. Topography của đá mài.

72

2.4. Kết luận chƣơng 2

80

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

82

3.1.1. Đặt vấn đề.
3.1.2. Mô hình thí nghiệm.
3.1.3. Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống.
3.1.4 Thiết bị đo nhám:
3.2. Kết luận.

84

Chƣơng 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ
4.1.

Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm

85

4.2.

Phƣơng pháp tiến hành thực nghiệm

85

4.2.1. Phƣơng pháp tiến hành thí nghiệm.
4.2.2. Số liệu thí nghiệm.
4.3.

Xử lý số liệu và thảo luận kết quả

86

4.3.1. Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm.
4.3.2. Xử lý kết quả thí nghiệm với thép C45 thƣờng hóa.
4.4.

Thảo luận kết quả

94

4.5.

Kết luận chƣơng 4

94

KẾT LUẬN CHUNG

95

TÀI LIỆU THAM KHẢO

96

99


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Gia công tinh là một giai đoạn quan trọng của quá trình công nghệ gia công
các sản phẩm cơ khí. Gia công tinh cho phép đáp ứng đòi hỏi chất lƣợng ngày càng
cao của các loại máy và thiết bị hiện đại. Vì vậy, ngoài các biện pháp nhƣ sử dụng
vật liệu mới, thiết kế kết cấu tối ƣu, việc nghiên cứu hoàn thiện các phƣơng pháp
gia công tinh có ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật to lớn.
Mài là một phƣơng pháp gia công tinh bằng cắt gọt rất thông dụng hiện nay.
Mài có nhiều ƣu điểm so với các phƣơng pháp gia công bằng cắt gọt khác. Mài cho
phép gia công với lƣợng dƣ rất nhỏ (đến vài m), lực cắt không lớn, yêu cầu vận tốc
chi tiết không quá cao, điều chỉnh và gá đặt vật mài đơn giản, không tốn nhiều thời
gian, có khả năng thay đổi chế độ cắt ngay trong quá trình gia công.
Tuy vậy, mài là một quá trình rất phức tạp, còn nhiều vấn đề phải nghiên
cứu. Các thông số chất lƣợng đặc trƣng của quá trình mài phụ thuộc vào nhiều yếu

tố nhƣ đặc tính đá mài, tính chất của vật liệu gia công, chất bôi trơn làm mát, độ
chính xác và độ cứng vững của máy, chế độ mài và chế độ sửa đá. Quan hệ của các
thông số chất lƣợng của quá trình mài với các yếu tố ảnh hƣởng rất phức tạp, khó
xác định và không ổn định theo thời gian. Quy luật thay đổi và tác động qua lại của
chúng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện gia công và tình trạng cụ thể của máy.
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 ngƣợc 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

1100


giảm đi rất nhanh, do đó đá mài phải đƣợc 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 vƣơn lên đạt các chỉ tiêu chất lƣợng 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
lƣợng các sản phẩm cơ khí là vấn đề cấp thiết.
Trƣớc những yêu cầu đó em chọn đề tài:
“ Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ sửa đá tới độ nhám bề mặt khi mài thép
C45 thƣờng hóa ”
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 đƣợc Topography của đá thích

hợp nhằm cải thiện tính cắt gọt của đá, nâng cao chất lƣợng sản 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 có ký hiệu:
24A 40П CM1 6 K5 A- П П 400.203. 35 m/s. với chất kết dính keramit gia công
C45 thƣờng hóa.
Những kết quả và nghiên cứu đạt đƣợc 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 quá trình sửa đá và ảnh hƣởng của nó tới độ nhám bề mặt
khi mài thép C45 thƣờng hóa.
- Xác định chế độ công nghệ sửa đá hợp lý để năng cao độ chính xác, chất
lƣợng bề mặt chi tiết gia công, và mở rộng khả năng công nghệ của đá mài.

1111


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.

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
thƣờng hóa nói riêng. Đồng thời xác lập đƣợc mối quan hệ giữa các thông số của
công nghệ sửa đá với độ nhám bề mặt khi mài thép C45 thƣờng hóa. Kết quả nghiên
cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ƣu hóa quá trình mài.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn:
Xuất phát từ điều kiện gia công cụ thể: Cặp đá mài – vật liệu gia công, hệ
thống công nghệ, chất lƣợng sản phẩm. v.v... chọn đƣợc chế độ công nghệ sửa đá
hợp lý nhằm đảm bảo đƣợc chất lƣợng bề mặt, độ chính xác gia công.
Mở rộng khả năng gia công của đá mài bằng cách điều khiển chế độ công
nghệ khi sửa đá, do đó hạn chế đƣợc số chủng loại đá, thời gian thay đá .v.v...Từ đó
nâng cao đƣợc tính linh hoạt, hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của đá mài.
Ở Việt Nam, hoạt động sản xuất cơ khí chƣa phát triển, còn mang tính chất
riêng lẻ, quy mô sản xuất chỉ là loạt nhỏ hoặc loạt vừa thậm chí là đơn chiếc nên
việc lựa chọn đá mài cho phù hợp gặp rất nhiều khó khăn, không phải không lựa
chọn đƣợc đá mà là vấn đề của bài toán kinh tế, giá thành sản phẩm. Điều này ảnh
hƣởng không nhỏ đến hoạt động sản xuất, sự phát triển và tồn tại của doanh nghiệp
trong thời buổi kinh tế thị trƣờng, cạnh tranh khốc liệt. Vì vậy sửa đá mở rộng đƣợc
khả năng mài của đá mài, giảm tối đa số chủng loại của đá mài trong hoạt động sản
xuất mà vẫn đảm bảo đƣợc 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.

1122

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI
1.1. Đặc điểm của quá trình mài.
Mài là một phƣơng pháp gia công cắt gọt tốc độ cao. Quá trình cắt đƣợc thực
hiện bởi một số lƣợng lớn các hạt mài gắn cứng trong đá mài. Đá mài là một dụng
cụ cắt gọt đƣợc hình thành từ các hạt mài, chất dính kết và các lỗ trống nhƣ trên
hình 1.1b.

Hình 1. 1: Mài phẳng bằng đá mài trụ
1- Đá mài; 2 – chiều quay của đá mài; 3 – bề mặt công tác của đá mài;
4-chiều chuyển động của chi tết; 5 – lỗ trống; 6 - chất dính kết; 7 – hạt mài; 8-chi
tiết gia công
Để thực hiện quá trình mài, đá mài và chi tiết phải có các chuyển động cần
thiết. Khi mài phẳng (hình 1.1a), thông thƣờng đá mài có chuyển động quay tròn,

1133


còn chi tiết có chuyển động tịnh tiến khứ hồi. Các chuyển động chạy dao do ụ đá
hoặc bàn máy thực hiện tuỳ thuộc vào kết cấu của từng loại máy sử dụng.
Trên hình 1.2 Biểu diễn sơ đồ mài tròn ngoài. Hình 1.2.a: Sơ đồ mài tròn
ngoài tiến dao dọc; hình 1.2.b: Sơ đồ mài tròn ngoài tiến dao hƣớng kính.

Hình 1.2. Sơ đồ mài tròn ngoài
So với các phƣơng pháp cắt gọt bằng các dụng cụ cắt có lƣỡi cắt xác định thì
mài có một số đặc điểm sau:
- Mài là quá trình cắt tế vi và cào xƣớc 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 thƣờng
Vcắt = 30-35 m/s có trƣờng hợp đến 100 m/s .

1144


- Độ chính xác kinh tế đạt đƣợc khi mài thông thƣờng 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 lƣỡi cắt không giống nhau và đƣợc 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 thƣờng lớn
hơn 900 (>900) góc trƣớc thƣờng 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 đƣợc những vật liệu cứng mà các
loại dụng cụ cắt khác không cắt đƣợc nhƣ: Thép đã tôi, hợp kim cứng
- Do nhiều hạt mài cùng tham gia cắt gọt cùng một lúc, do góc trƣớc (<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 [ 2 ],[ 13 ].
- Quá trình cắt khi mài có tính gián đoạn, các hạt mài lần lƣợt vào cắt, ra cắt
tạo ra các rung động.
- Các đỉnh lƣỡi cắt phân bố không đều theo chiều cao, lƣợng dƣ 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 tƣợng hạt mài bị vỡ (tạo ra các lƣỡi cắt mới)
hay bị bong ra khỏi bề mặt làm việc của đá và xuất hiện lƣỡi cắt của các hạt mài
mới tạo ra khả năng tự mài sắc của đá mài.
Mài đƣợc sử dụng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy. Trong tổng số máy
công cụ, máy mài chiếm tới 30%, còn trong một số ngành đặc biệt nhƣ chế tạo vòng
bi máy mài chiếm đến 60% [2], [13].
Trong nhiều trƣờng hợp, mài còn đƣợc sử dụng để gia công bóc vỏ các phôi
đúc, dập có lớp bề mặt bị biến cứng sau khi tạo phôi, cắt đứt, làm sạch các phôi thép

trong các xƣởng đúc và trong các nhà máy cán thép.
Hiện nay các phƣơng pháp tạo phôi ngày càng đƣợc hoàn thiện, lớp kim loại
cần hớt bỏ (lƣợng dƣ gia công) ngày càng bé hơn, do đó hiệu quả sử dụng của mài

1155


càng cao. Mài cho phép gia công trực tiếp đạt kích thƣớc mà không cần qua các
phƣơng pháp gia công khác nhƣ tiện, phay, bào và một số phƣơng pháp gia công
bán tinh khác.
Quan hệ giữa các thông số đầu vào với các thông số đầu ra của quá trình mài

Hình 1. 3: Sơ đồ mô tả quan hệ của các thông số vào-ra của quá trình mài
1.2. Qúa trình tạo phoi khi mài.
1.2.1 Qúa trình tạo phoi
Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài ta có nguyên lý làm việc tƣơng tự
nhƣ với một răng của dao phay (hình 1.4 [2]) song quá trình mài có những đặc thù
riêng, tƣơng đối khác biệt với quá trình cắt bằng dụng cụ kim loại nhƣ dao phay.

1166


PY

PZ

Hình 1.4. 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 lƣỡi cắt của hạt mài tham gia cắt không liên tục.

- Lớp kim loại đƣợc 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 lƣợn bán kính R.
- Hạt mài phân bố không có quy luật trên bề mặt trụ của đá.
- Tốc độ cắt cao, có nhiều lƣỡi cắt cùng tham gia cắt đồng thời trong vùng
cắt (vùng tiếp xúc giữa đá và bề mặt gia công).
- Các lƣỡi cắt của hạt đá mài có độ cứng, bền nhiệt, độ giòn rất cao.
- Do có nhiều lƣỡi cắt cùng tham gia cắt gọt nên tạo ra nhiệt cắt lớn, nhiệt độ
vùng cắt cao.
- Có hiện tƣợng trƣợt giữa hạt mài và kim loại trƣớc khi cắt gọt.

1177


a (a<<)

b(a<)

c(a>)

Hình 1.5.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
Dƣới áp lực mỗi lúc mỗi tăng từ hạt mài lên bề mặt gia công làm tăng quá
trình biến dạng dẻo và nhiệt độ tăng làm cho kim loại mài bị mềm hơn. Độ sâu của
lớp cắt đạt đƣợc giá trị a sẽ xuất hiện tạo phoi nhƣ vậy quá trình làm việc của bất kỳ
hạt mài nào trên chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và phoi đều đƣợc chia thành
các giai đoạn: trƣợt miết, tạo phoi.
Đá mài không có lƣỡi 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 trƣợt trên bề mặt gia công, hạt thì
miết nén, hạt thì tạo phoi. Những hạt có bán kính cung lƣợn lớn tức là những hạt
quá mòn không thể cắt đƣợc lát cắt mỏng, những hạt này không cắt mà chỉ trƣợt
trên bề mặt gia công, lúc này sinh ra một lƣợng nhiệt rất lớn.
Nhƣ vậy quá trình tạo phoi khi mài tuỳ thuộc vào yếu tố hình học của hạt
mài. Quá trình tạo phoi xảy ra trong khoảnh khắc rất nhỏ 0,001- 0,005 giây.[7]
Tổng số lƣợng hạt phoi đƣợc 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 dƣới 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 đƣợc dung dịch tƣới nguội rửa trôi.

1188


1.2.2 Phoi mài.
Phoi mài có nhiều dạng. Với đá mài cho trƣớc, hình dáng và kích thƣớc của
phoi mài phụ thuộc vào chế độ cắt khi mài. Có ba dạng phoi điển hình nhƣ trên hình
1.6.
- Các phoi có hình dạng xoắn lƣợn, có
cấu trúc rất giống với phoi tiện, nhƣng nhỏ hơn
nhiều. Phoi bị uốn cong nhiều do góc trƣớc âm
và do quá trình biến dạng gần nhƣ đoạn nhiệt vì
vận tốc cắt cao.
- Các phoi có cấu trúc lá mỏng giống
nhƣ phoi của các quá trình gia công khác.

- Phoi có dạng hình cầu rỗng với cấu trúc
tế vi dạng nhánh mỏng do bị nóng chảy và hoá
rắn nhanh ngay sau đó. Hiện tƣợng này xảy ra

do phản ứng giữa phoi với O2 trong không khí
khi tạo ra hoa lửa.

Hình 1.6: Các loại phoi khi mài

1199


1.2.3 Năng lƣợng tạo phoi trong quá trình mài:
Quá trình tạo phoi gồm hai giai đoạn (hình 1.7 và 1.8):
- Gia đoạn cày xước: khi hạt mài bắt đầu xâm nhập vào vật liệu chi tiết, khi đó vật
liệu bị đẩy sang hai bên.
- Giai đoạn hạt mài cắt vật liệu: quá trình này xẩy ra khi hạt mài đã xâm nhập vào
một chiều sâu nhất định (gọi là chiều sâu tới hạn), hạt mài cắt kim loại thông qua
tạo phoi
Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều sâu tới hạn:
-

Độ sắc của lưỡi cắt (Bán kính đỉnh hạt mài)

-

Sự định hướng của lưỡi cắt

-

Góc trước và hệ số ma sát giữa hạt mài và chi tiết

-

Vật liệu chi tiết mài

2200


Trên hình 1.9 là biểu đồ mô tả năng lƣợng riêng của đá mài trên một đơn vị
chiều rộng đá khi mài với chiều sâu lớn [20]
Đá mài 32A(30;46;80;120) (G, I, K) 8VBE
Phôi AISI 1095 HR
ds = 200 mm
vs = 30 m/s
vw = 4,5-18,3 m/s
a = 12,7- 50,8 m

Hình 1.9: Biểu đồ mô tả năng lượng riêng của quá trình mài trên một đơn vị
chiều rộng đá khi mài với chiều sâu lớn.
Theo sơ đồ 1.9, năng lƣợng mài u sẽ gồm các thành phần sau:
u = uch + upl + usl

(1.1)

Trong đó: uch - năng lƣợng tạo phoi.
upl - năng lƣợng cày xƣớc.
usl - năng lƣợng trƣợt.
Chỉ có năng lƣợng tạo phoi riêng là thực sự đƣợc sử dụng vào việc bóc tách
phoi, và vì thế, nó là năng lƣợng mài tối thiểu cần có. Năng lƣợng tạo phoi riêng có
thể đƣợc xác định theo công thức thực nghiệm sau:
u ch 

Ft ,cVs

bVw a

(1.2)

Ở tốc độ bóc phoi nhỏ, năng lƣợng cắt riêng rất lớn, nhƣng năng lƣợng này
giảm dần khi vận tốc bóc phoi tăng và đạt tới giá trị nhỏ nhất xấp xỉ 13,8 J/mm3.

2211


1.3. Động học quá trình mài
Việc nghiên cứu động hình học quá trình cắt của hạt mài nhằm thiết lập các
phƣơng trình quan trọng nhƣ: quỹ đạo cắt của hạt mài, chiều dài cung tiếp xúc,
chiều dày lớp cắt …
1.3.1. Quỹ đạo cắt của hạt mài
Khi mài tròn ngoài chạy dao dọc, hạt mài chuyển động theo vòng tròn đồng
thời chi tiết quay và chuyển động dọc trục (hình 1.10)

Hình 1.10 Sơ đồ tính toán quỹ đạo cắt của hạt mài
Theo hình vẽ các chuyển động trên hình 1.10 quỹ đạo của các vết cào xƣớc
tạo bởi hạt mài có dạng đƣờng cong xoắn vít đƣợc xác định bởi hệ phƣơng trình:
vct

 x  R. sin  60.v .
d

 y  R.(1  cos )

u
 z  R.

.
60.v d


Trong đó:

[2]

u=nct.Sd

nct – Tốc độ quay chi tiết

(vg/ph)

Sd – Lƣợng chạy dao dọc

(mm/ph)

vd – Vận tốc cắt

(m/s)

vct – Vận tốc dài của chi tiết

(m/ph)

2222

(1.3)

1.3.2. Chiều dài cung tiếp xúc

Mài lỗ

Mài phẳng

Mài tròn ngoài

Hình 1.11 Chiều dài cung tiếp xúc của các phương pháp mài
Chiều dài cung tiếp xúc giữa chi tiết và đá mài khi bỏ qua biến dạng đàn hồi
của hệ thống công nghệ đƣợc xác định theo công thức; [13]

v
l k  1  ct
 60.vd

Trong đó:

2

  u
  
  60.vd

2


D.d .t
D.d .t

 .
M
Dd
Dd


(1.4)

t – Chiều sâu cắt

(mm)

D - Đƣờng kính đá mài

(mm)

d - Đƣờng kính chi tiết gia công

(mm)

Khi mài chạy dao ngang sd=0 thì u = 0. ta có

v
l k  1  ct
 60.v d

 D.d .t
.
 Dd

(1.5)

Nếu quy ƣớc trong quá trình mài chi tiết đứng yên (vct = 0) thì:
1

lk 

D.d .t  D.d  2
  t.

Dd  Dd

(1.6)

Khi mài tròn trong, mài phẳng chiều dài cung tiếp xúc khác mài tròn ngoài.
Tuy nhiên chúng ta có thể tính đƣợc lk không phụ thuộc vào phƣơng pháp mài bằng
cách đƣa ra khái niệm đƣờng kính mài tƣơng đƣơng Dtd
Dtd 

d .D
dD

(1.7)

2233


Trong đó:

Dấu „+‟ khi mài tròn ngoài, Dấu „-‟ khi mài tròn trong, khi mài

phẳng d  
Vậy công thức xác định chiều dài cung tiếp xúc không phụ thuộc vào
phƣơng pháp gia công [20]: lk = (t.Dtd)1/2

(1.8)

1.3.3. Lƣỡi cắt
Hình 1.12 mô tả mặt cắt đá theo chiều vuông góc với trục quay của đá mài
thể hiện 2 loại lƣỡi cắt: lƣỡi cắt tĩnh và lƣỡi cắt động.
- Lƣỡi cắt tĩnh: Tất cả các cạnh sắc của hạt mài nhô ra khỏi chất kết dính
đƣợc gọi là lƣỡi cắt tĩnh. Khoảng cách giữa hai đỉnh nhọn liên tiếp đƣợc gọi là
khoảng cách lƣỡi cắt tĩnh L1. Mỗi hạt mài có thể có một hoặc nhiều lƣỡi cắt, S1 đến
S9 là các lƣỡi cắt tĩnh. Mật độ lƣỡi cắt tĩnh đặc trƣng cho cấu trúc hình học tế vi bề
mặt đá (Topography), ngƣời ta đƣa ra khái niệm mật độ lƣỡi cắt tĩnh Sct đƣợc xác
định theo công thức:
S ct 

1
L1

(1/mm)

(1.9)

Mật độ lƣỡi cắt tĩnh là số lƣợng lƣỡi cắt tĩnh trên một đơn vị chiều dài trên
mặt cắt của đá. Ngoài ra, ngƣời ta còn đƣa ra khái niệm mật độ lƣỡi cắt tĩnh trên
một đơn vị diện tích bề mặt đá N ct (1/mm2) và mật độ lƣỡi cắt tĩnh trên một đơn vị
thể tích đá Cct (1/mm3).
- Lƣỡi cắt động: Các kết quả nghiên cứu đều cho thấy, chỉ một phần lƣỡi cắt

của hạt đá nhô ra khỏi chất dính kết tham gia cắt, các lƣỡi này gọi là lƣỡi cắt động.
Ví dụ trên hình 1.11 thì S1, S4, S7, S9 là các lƣỡi cắt động, L2 là khoảng
cách giữa các lƣỡi cắt động. Mật độ lƣỡi cắt động đƣợc khái niệm nhƣ lƣỡi cắt tĩnh;
mật độ trên một đơn vị chiều dài Scd, trên một đơn vị diện tích bề mặt đá Ncd và trên
một đơn vị thể tích Ccd. .
S cd 

1
L2

(1/mm)

2244

(1.10)


V®

§¸ mµi

ChÊt kÕt dÝnh

S1

S2

S3
S4

H¹t mµi

S 5 S6
S7

S8

S9

Chi tiÕt
L1
L2
Hình 1.12 Lƣỡi cắt tĩnh và lƣỡi cắt động
1.3.4. Chiều dày lớp cắt
Chiều dày phoi đƣợc hớt đi bởi một hạt mài az có thể tính theo công thức tổng
quát không phụ thuộc vào phƣơng pháp mài nhƣ sau: [13]
az 

vct
1  Sd
. l.t .
 .
60.vd  2.vct
D d B

(1.11)

Trong đó:
t – Chiều sâu cắt thực tế của một hạt mài (mm)
l – Khoảng cách thực tế giữa các hạt (mm)

B – Chiều rộng của đá (mm)
 - Hệ số: mài tròn ngoài =1, mài tròn trong  = -1, mài phẳng  = 0
Từ phƣơng trình trên thấy rõ chiều dày phoi đƣợc hớt đi bởi một hạt mài a z
phụ thuộc vào tất cả các thông số mà: vd, vct, l, t, B, Sd, D và d. Trị số az quyết định
đến tải trọng tác dụng lên hạt mài do đó quyết định đến độ mòn, tuổi bền của đá mài
và kết quả của quá trình mài.

2255