Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy mài bóng trục cam xe máy w110

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học bách khoa Hà Nội

******************************

Luận văn Thạc sỹ
Đề tài:

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy mài
bóng trục cam xe máy w110

Giáo viên hớng dẫn:
Học viên

:

Lớp

:

TS Hoàng Vĩnh Sinh
Đặng Kiên Giang
Cao học CNCK 2007 -2009

Hà Nội - 10 /2009


MỤC LỤC
Trang
Danh sách các bản vẽ và ký hiệu sử dụng trong luận văn

3

Mục Lục

4

Lời nói đầu

5

Chương 1. Mài và các nghiên cứu về gia công mài

6

1.1 Bản chất của quá trình mài

6

1.2 Đặc điểm của quá trình mài

7

1.3 Các phương pháp và công nghệ mài

8

1.4 Đánh giá hiệu quả của quá trình mài

14

1.5 Các phương pháp và đặc tính cắt của đá mài

14

1.6 Ưu nhược điểm của phương pháp gia công bằng đá mài

24

1.7 Các thông số đặc trưng cho quá trình mài

26

Chương 2. Giới thiệu máy mài trục cam

29

2.1 Nguyên lý hoạt động của máy mài cam

29

2.2 Thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết quan trọng

33

2.3 Tính năng của máy (Các thông số kỹ thuật của máy)

38

2.4 Nguyên lý vận hành máy ( hướng dẫn sử dụng)

39

Chương 3. Tối ưu hóa quá trình mài trục cam cho xe máy honda W110 52
3.1 Giới thiệu về trục cam và các yêu cầu kỹ thuật
của trục cam xe máy W110

52

3.2 Xây dựng mô hình thực nghiệm và xửt lý kết quả

55

3.3 Tiến hành thực nghiệm và xử lý kết quả

56

3.4 Phân tích và giải thích kết quả

58

Chương 4. Kết luận và hướng phát triển

59

4.1 Kết luận

60

4.2 Hướng phát triển

60

Phụ lục 1. Bộ tài liệu bản vẽ chế tạo một số chi tiết chính

61

Phụ lục 2. Các kết quả đo kiểm

70

Tài liệu tham khảo

78


Lời nói đầu
Việc ứng dụng mài là một nguyên công gia công lần cuối đã xuất hiện
cách đây khoảng 2 triệu năm, khi mà những dụng cụ thời tiền sử được sản xuất
bằng quá trình mài (chipping-abrade). Các hạt mài tự nhiên được sử dụng cho
tới những năm 1980, khi mà quặng được phát hiện và khai thác để chế tạo
Al2O3 và SiC.
Các hạt mài nhân tạo tỏ ra có nhiều ưu điểm vượt trội so với hạt mài tự
nhiên vì có thể khống chế lượng tạp chất trong đó, có thể điều khiển chất lượng
của hạt mài trong quá trình sản xuất. Công nghiệp sản xuất hạt mài đã điều
khiển được các tính chất như kích thước hạt, độ bền của hạt phù hợp với các ứng
dụng mài khác nhau.
Trong Thế chiến thứ II, việc cung cấp không liên tục kim cương tự nhiên
để làm đá mài đã thúc đẩy các nghiên cứu phát triển vật liệu thay thế chúng.
Năm 1955, rất nhiều phát kiến trong việc phát triển vật liệu mài đã đưa đến
thành công chế tạo kim cương nhân tạo. Rất nhanh sau đó, Nitrit Bor lập phương

(CBN-Cubic Bor Nitride) được chế tạo. Kim cương và CBN nhân tạo được biết
đến dưới tên Superabrasive bởi vì chúng có các tính chất tốt, đáp ứng được về
độ cứng, độ bền mòn, độ bền nén và hệ số dẫn nhiệt, …
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học 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 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 lượng cũng như độ chính xác. Do vậy phạm vi sử
dụng của phương pháp mài ngày càng được mở rộng.
Quá trình mài bao gồm 3 hiện tượng: cắt (cutting), cày (ploughing) và trượt
(rubbing). Các hiện tượng này xảy ra đồng thời và phụ thuộc vào tương tác giữa
hạt mài và vật liệu gia công. Mài còn được gọi là dụng cụ cắt có lưỡi cắt không
xác định, không xác định vì ở đó có rất nhiều hiện tượng ngẫu nhiên, không theo
quy luật, ví dụ như thông số hình học của hạt mài, kích thước hạt, sự phân bố
hạt trên bề mặt đá, sự vỡ ra của các hạt cũng như sự tách ra khỏi bề mặt đá của
các hạt. Chính vì thế, việc nghiên cứu và điều khiển quá trình mài khá phức tạp
so với các quá trình gia công khác.
Trong ngành chế tạo máy hiện đại, mài chiếm một tỷ lệ rất lớn, máy mài
chiếm khoảng 30% tổng số máy cắt kim loại. Đặc biệt là trong ngành chế tạo
trục cam xe máy, nguyên công mài chiếm khoảng 60% toàn bộ quy trình công
nghệ.
Luận văn là đề tài nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¸y mai bãng trôc cam xe
m¸y w110. Máy thực hiện việc mài bóng bề mặt vấu cam, là nguyên công cuối
cùng trong quy trình chế tạo trục cam của xe máy W110.


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Chương 1. MÀI VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ GIA CÔNG MÀI
1.1.

Bản chất của quá trình mài

Mài là quá trình cắt gọt được thực hiện đồng thời bởi nhiều hạt mài có các lưỡi
cắt khác nhau được phân bố ngẫu nhiên trên bề mặt đá mài. Do hạt mài có hình
dáng hình học rất đa dạng, khó có thể xác định những quan hệ về kích thước,
thông số hình học như ở các dụng cụ cắt có lưỡi. Song đa số hạt mài có góc
trước âm do vậy vật liệu gia công chủ yếu biến dạng lớn hơn khi mài.
Nghiên cứu riêng rẽ một quá trình cắt của hạt mài ta có thể nhận thấy nó tương
tự như quá trình cắt bằng dao tiện với góc trước âm (γ < 0). Vậy có thể dựa vào
mô hình cắt khi tiện hoặc phay để xây dựng mô hình cắt khi mài. Do góc trước
âm (γ < 0), nên vật liệu chịu biến dạng lớn khi cắt. Trong mặt phẳng trượt ngang
tồn tại lực ma sát lớn. Giữa chi tiết và đá lực ma sát cũng tăng lên đáng kể.

Hình 1.1: Sơ đồ xác định góc trước của hạt mài.
Gọi: ρ - Bán kính cong của đỉnh hạt mài tại điểm x.
ax - Độ dày lớp phoi hớt đi tại điểm x
γx - Góc trước tại điểm x
⎛ ρ − ax ⎞
⎟⎟
⎝ ρ ⎠

Khi đó: γx = arcsin ⎜⎜

[1-1]

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 = 0 lúc đó xảy ra sự trượt trơn giữa bề mặt đá và bề mặt
chi tiết.
Một hạt mài tham gia quá trình cắt không liên tục, nhưng do vận tốc cắt
lớn, thời gian mà mỗi hạt mài tác động lên bề mặt chi tiết rất nhỏ (từ 0,0001 ÷
0,00005 giây), số lượng hạt mài rất lớn, nên quá trình tạo phoi có thể coi như
xảy ra liên tục.

Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

-1-


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

1.2.

Đặc điểm của quá trình mài

1. Khi mài, phoi cắt khác nhau về hình dáng và kích thước, do hạt mài phân bố
ngẫu nhiên trên bề mặt đá với chiều cao khác nhau, khoảng cách giữa các hạt
khác nhau, mỗi hạt có kích thước và hình dáng cũng khác nhau. Các hạt mài làm
việc ở tốc độ cao và cắt một số rất lớn phoi mỏng (tới 100 triệu phoi trong một
phút). Lớp phoi cắt do từng hạt mài riêng lẻ bóc ra rất nhỏ (khoảng vài đến vài
chục µm).
Gọi bán kính cong của mũi hạt mài là ρ, chiều dày của lớp kim loại hớt đi a. Quá
trình trình tách phoi của hạt mài có thể chia ra ba giai đoạn sau:

Hình 1.2: Quá trình tách phoi của hạt mài.
- Ở giai đoạn đầu (hình 1-2.a) mũi hạt mài bắt đầu va đập vào bề mặt gia công.
Lực này phụ thuộc vào tốc độ mài và trị số lượng chạy dao (lượng tiến dọc hoặc

ngang của đá vào vật gia công). Nếu bán kính cong ρ của hạt rất nhỏ thì độ bền
động học của nó cũng rất nhỏ [5], khi va đập và tiếp xúc với vật mài hạt mài sẽ
bị phá huỷ không thể cắt gọt được. Nếu mũi của hạt mài có bán kính cong ρ hợp
lý thì cắt gọt được thuận lợi. Trường hợp bán kính cong của hạt mài lớn hơn
chiều dày a rất nhiều, hạt mài sẽ trượt trên bề mặt vật mài, làm cho áp lực tăng
dần. Ở thời điểm này vật mài bị nung nóng và giữ lượng nhiệt lớn (hạt mài bị
cùn mòn).
- Tiếp theo ở giai đoạn hai, do áp lực mài tăng lên, nhiệt ở lớp bề mặt mài tăng
lên làm cho biến dạng dẻo của kim loại tăng dần, lúc này bắt đầu xảy ra quá
trình cắt phoi (hình 1-2.b).
- Khi chiều sâu cắt của lớp kim loại đạt trị số a nào đó với điều kiện a ≥ ρ thì xảy
ra việc tách phoi (hình 1-2.c)
Vì vậy, quá trình làm việc của hạt mài với chi tiết có thể chia ra thành những
giai đoạn chủ yếu: trượt, nén, tách phoi. Cung tiếp xúc giữa hạt mài và chi tiết
luôn thay đổi, còn các cạnh của mép cắt phân bố sắp xếp theo các hướng khác
nhau. Bán kính cong của mỗi hạt cũng không giống nhau mà luôn luôn thay đổi
trong quá trình mài. Những hạt mài có bán kính ρ lớn không thể cắt được những
lớp kim loại mỏng, vì vậy trong trường hợp này, hạt mài không cắt gọt được, mà
xảy ra hiện tượng “nạo” ở bề mặt kim loại, làm cho áp lực mài tăng lên, nhiệt
phát sinh lớn.
2. Các hạt mài có chiều cao nhô ra khỏi chất dính kết không đều nhau, do đó, lực
tác động lên chúng cũng khác nhau. Nhiều hạt mài không tham gia vào quá trình
cắt (chỉ khoảng 10% số hạt tham gia cắt thực sự), do chúng đi theo quỹ đạo
trùng với quỹ đạo của các hạt trước nó.
Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

-2-


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

3. Sau một thời gian làm việc, nhiều hạt mài bị mòn, tải trọng tác động lên
chúng vượt quá giới hạn cho phép, do đó, chúng sẽ bị sứt, vỡ mảnh, hoặc tróc
hẳn ra khỏi chất dính kết tạo thành các lưỡi cắt mới. Hiện tượng này gọi là hiện
tượng tự mài sắc. Như vậy, khác hẳn với các phương pháp gia công bằng cắt gọt
khác, dụng cụ mài có khả năng tự mài sắc ngay trong quá trình gia công.
4. Trong quá trình gia công dưới tác động của nhiệt cắt, vật liệu trong vùng gia
công có xu hướng mềm hóa. Mặt khác, các hạt mài có độ cứng và độ chịu nhiệt
rất cao, nên mài có khả năng gia công các vật liệu rất cứng (kể cả hợp kim
cứng).
5. Nhiệt cắt khi mài rất lớn, lượng nhiệt này không kịp thoát ra môi trường hoàn
toàn, do đó sẽ làm nóng toàn bộ lớp kim loại bề mặt vật mài và có thể gây ra các
biến dạng nhiệt, các thay đổi cơ lý tính, các vết cháy, vết nứt tế vi v…v…
6. Hầu hết phoi tạo ra khi mài sẽ được dung dịch trơn nguội và lực ly tâm đẩy ra
khỏi vùng gia công. Tuy nhiên, khi gia công các vật liệu mềm, phoi không thoát
hết sẽ chèn đẩy các khe hở giữa các hạt mài, làm cho lưỡi cắt thực và các thông
số hình học cơ bản của các hạt mài bị thay đổi, khả năng cắt giảm nhanh.
1.3.

Các phương pháp và công nghệ mài

1.3.1. Mài phẳng
Mài phẳng là phương pháp gia công tinh các mặt phẳng sau khi qua phay hoặc
bào, đã hoặc chưa qua nhiệt luyện.
Ngày nay do trình độ công nghệ được nâng cao, xu hướng chung là người ta tập
trung nghiên cứu thực hiện tối ưu hoá 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
qui trình công nghệ, đặc biệt đối với các chi tiết khó gá đặt (ví dụ, séc măng).

Mài phẳng thông thường đạt độ chính xác cấp 7, Ra = 0,8÷1,6 µm, nếu chuẩn bị
công nghệ tốt có thể đạt độ chính xác cấp 6, Ra = 0,4 µm. 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 (hình 1-3.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 (hình 13.b).

Hình 1.3: Sơ đồ các phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ.
Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

-3-


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ có ưu điểm dễ thoát phoi, dễ thoát
nhiệt do dễ đưa dung dịch trơn nguội vào vùng cắt, do đó đảm bảo độ chính xác
cao.
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
gây ra sai số in dập trên bề mặt chi tiết gia công.
Có thể dùng chu vi của đá hoặc mặt đầu của đá (hình 1.4). Đá mài có chuyển
động quay tròn và sau mỗi hành trình của bàn máy có chuyển động chạy dao để
cắt hết lượng dư. Chi tiết kẹp trên bàn máy có chuyển động tịnh tiến quay theo
bàn máy (chuyển động chạy dao).

Hình 1-4: Sơ đồ mài phẳng bằng đá mài mặt đầu.
1.3.2. Mài tròn ngoài.
Mài tròn ngoài thường dùng để gia công các mặt trụ ngoài. Chi tiết và đá mài có
các chuyển động tương đối sau:
- Chi tiết quay tròn và đồng thời chuyển động tịnh tiến khứ hồi dọc trục (chạy
dao dọc); đá quay tròn và sau mỗi hành trình lại đi sâu vào chi tiết một lượng t
(chạy dao ngang). Tập hợp các chuyển động như vậy cho chất lượng gia công
cao, nhưng máy phải có kích thước lớn.
- Chi tiết quay tròn, đá mài vừa quay tròn vừa thực hiên hai chuyển động chạy
dao ngang dọc.
Mài tròn ngoài có tâm có tính vạn năng cao. Khi mài có thể gá chi tiết trên hai
mũi tâm hoặc một đầu trên mâm cặp, một đầu trên mũi tâm. Nên dung hai mũi
tâm làm chuẩn tinh thống nhất để lượng dư đều và đảm bảo đồng tâm giữa các
bậc trục. Sau khi nhiệt luyện cần nắn thẳng và sửa lại lỗ tâm trước khi mài.
Thông thường nên sử dụng phương pháp mài tròn ngoài có tâm tiến dao dọc
(hình 1.5.a) với sngang = 0,005 ÷ 0,02 mm/1 hành trình kép để lực hướng kính
bé, chi tiết ít biến dạng, nâng cao độ chính xác gia công. Để nâng cao năng suất
bóc phoi ta sửa đá vát góc 20 ÷ 30 (hình 1-5.b). Khi mài tinh ở những hành trình
cuối không thực hiện tiến dao ngang mà chỉ thực hiện tiến dao dọc cho tới khi
mài hết hoa lửa.

Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

-4-


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Hình 1.5: Sơ đồ các phương pháp mài tròn ngoài.

Khi chi tiết ngắn, đường kính lớn, độ cứng vững cao người ta dùng phương pháp
tiến đá hướng kính (Sdọc = 0, Sngang ≠ 0) để tăng năng suất (hình 1.5.c). Với
phương pháp này có thể mài định hình bằng cách sửa đá có hình dạng là âm bản
của chi tiết cần gia công.
Người ta có thể tiến hành gia công đồng thời mặt trụ và mặt đầu bằng phương
pháp tiến đá theo phương tạo với trục nằm ngang một góc 450 (hình 1.5.d).
Phương pháp này cho năng suất cao nhưng độ chính xác không cao vì tốc độ cắt
của các điểm trên đá khác nhau dẫn tới đá mòn không đều.
1.3.3. Mài tròn trong.
Chi tiết và đá mài có chuyển động quay ngược nhau, đá mài có chuyển động
ngang để ăn hết chiều sâu của chi tiết. Đá mài hoặc chi tiết có chuyển động dọc
trục để gia công hết chiều dài chi tiết (hình 1.6).

Hình 1.6: Sơ đồ phương pháp mài tròn trong.

Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

-5-


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Trong trường hợp chi tiết nặng, đá mài có thể chuyển động hành tinh, vừa quay
tròn quanh trục của đá để cắt, vừa quay chậm xung quanh trục của chi tiết.
Lượng chạy dao dọc có thể do đá mài hoặc chi tiết đảm nhiệm.
1.3.4. Mài dây.
Mài dây (hình 1.7) ngày càng được sử dụng rộng rãi trong chế tạo máy nhờ các
ưu điểm: không phải cân bằng hoặc sửa dây, dễ thay dây, có thể thay đổi đặc
tính của quá trình mài bằng cách thay đổi cặp con lăn tiếp xúc. Chất dính kết để
làm dây mài có hệ số ma sát với kim loại bé, do đó giảm được lực cắt, nhiệt cắt,

công suất, nâng cao chất lượng và giảm giá thành gia công.

Hình 1.7: Sơ đồ phương pháp mài dây.
Để nâng cao độ bóng bề mặt, trên một số máy mài dây người ta còn tạo thêm
chuyển động dao động phụ cho dây mài.
1.3.5. Mài vô tâm.
Khi mài vô tâm (hình 1.8) chi tiết được đặt tự do trên một thanh đỡ giữa hai viên
đá mài. Một trong hai viên đá đó giữ nhiệm vụ cắt, viên kia là đá dẫn (làm quay
và chuyển động chi tiết dọc trục). Mài vô tâm là phương pháp cho hiệu quả kinh
tế cao, vì giảm bớt được thời gian kẹp chặt và định tâm chi tiết, yêu cầu tay nghề
của công nhân không cao và ít phế phẩm. Ngoài ra quá trình mài vô tâm dễ tự
động hoá.
Khi mài vô tâm có hai phương pháp chạy dao: chạy dao dọc và chạy dao ngang.
Phương pháp chạy dao dọc dùng để mài các chi tiết không có bậc, còn chi tiết có
bậc hoặc có chiều dài bằng hoặc gần bằng chiều rộng của đá mài được mài theo
phương pháp chạy dao ngang.

Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

-6-


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Hình 1.8: Sơ đồ các phương pháp mài vô tâm.
Trong quá trình mài, sự dịch chuyển của chi tiết song song với trục của chính nó
(chuyển động chạy dao), được thực hiện nhờ đặt nghiêng bánh dẫn một góc α
trong mặt phẳng đứng (α = 1,50 ÷ 60).
Khi đó:
SM = vb.sinα

(1-2)
SM : Tốc độ dịch chuyển dọc trục của chi tiết, (mm/ph)
vb : Tốc độ của bánh dẫn, (m/ph)
α : góc nghiêng của trục bánh dẫn, (độ)
Do quay trục của bánh dẫn một góc α nên sự tiếp xúc giữa bánh dẫn và chi tiết
thực tế không phải là một đường mà là một điểm. Muốn tránh hiện tượng trượt
người ta thường làm bánh dẫn có dạng hypecbol. Thực tế, sửa bánh dẫn rất đơn
giản, dùng bút chì kim cương đặt ngang tâm đá và cho chuyển động dọc theo
đường sinh của chi tiết (theo đường tiếp xúc giữa bánh dẫn và chi tiết).
Hình 1.8.b là sơ đồ của phương pháp mài vô tâm trong. Bánh dẫn 1 làm quay chi
tiết 2 với tốc độ vu (vu rất bé so với v của đá). Con lăn 4 quay theo chi tiết 2, tỳ
chặt chi tiết vào con lăn 5. Cuối hành trình làm việc cần 6 sẽ đẩy chi tiết ra khỏi
vị trí làm việc.
1.3.6. Mài khôn.
Mài khôn là một trong những phương pháp gia công tinh lỗ bằng mài.
Đầu khôn gồm một thân có gắn một số thanh mài có độ hạt bé. Khi làm việc,
đầu khôn quay tròn với tốc độ v và đồng thời có chuyển động tịnh tiến dọc trục
của lỗ với tốc độ thấp vo (khi mài thép và gang v = 15 ÷ 75 m/ph và vo = 12 ÷
20 m/ph), khi mài thép đã tôi v = 18 ÷ 28 m/ph và vo = 5 ÷ 10 m/ph. Mài khôn
đạt độ chính xác và độ bóng cao.

Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

-7-


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Hình 1.9: Sơ đồ phương pháp mài khôn.
Trước đây người ta cho rằng cũng như doa, mài khôn không sửa được phương

và độ cong của đường tâm do các nguyên công trước để lại. Nhưng hiện nay mài
khôn bằng thanh mài kim cương cho phép đạt độ chính xác cấp 1 và 2, độ bóng
Ra = (0,4 ÷ 0,1)µm và cho phép sửa được phần lớn sai số hình học.
Lượng dư để mài khôn tuỳ thuộc vào nguyên công trước đó và dao động trong
khoảng từ 0,01 (sau khi mài) đến 0,08 (sau khi tiện tinh). Khi mài khôn thường
dùng dung dịch trơn nguội là emunxi pha dầu thảo mộc (30%).
1.3.7. Mài siêu tinh.
Mài siêu tinh là một dạng mài tương tự như mài khôn nhưng thường được dùng
chủ yếu để gia công bề mặt ngoài.

Hình 1.10: Sơ đồ phương pháp mài siêu tinh.
Khi mài siêu tinh chi tiết có chuyển động quay tròn, thanh mài dưới áp suất bé
(1,5 ÷ 2,5 kG/cm2) di chuyển dọc trục với lượng chạy dao khoảng 0,003m/s,
đồng thời được dao động với tần số (25 ÷ 50 htk/s), biên độ dao động vào
khoảng 3 ÷ 5 mm.
Độ nhám bề mặt sau khi mài siêu tinh rất cao, chiều cao độ nhám sau khi mài
siêu tinh đạt đến 0,1 µm hoặc nhỏ hơn.
Ngoài những phương pháp mài dùng hạt mài liên kết ở dạng đá mài hoặc thanh
mài còn có những phương pháp mài dùng hạt mài ở dạng tự do như mài nghiền,
mài bóng.

Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

-8-


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

1.4.

Đánh giá hiệu quả của quá trình mài

Để đánh giá hiệu quả của quá trình mài và chất lượng của dụng cụ mài người ta
sử dụng các chỉ tiêu khác nhau sau:
+ Năng suất riêng của quá trình gia công:
q=

Qvl
Qd

[1-3]

+ Năng suất của quá trình gia công, được đặc trưng bởi thể tích vật liệu bóc
được trong một đơn vị thời gian Qvl (mm3/phút).
+ Lượng mòn của đá được xác định bởi thể tích đá tiêu hao trong một đơn vị
thời gian Qđ (mm3/phút).
Khi xác định lượng tiêu hao định mức của dụng cụ bằng kim cương hay
nitơritbo người ta sử dụng lượng tiêu hao riêng hạt mài, nó là lượng hạt mài cần
thiết để bóc một đơn vị khối lượng vật liệu nghĩa là về trị số thì lượng tiêu hao
riêng:
g=

Gz
Gvl

[1-4]

Trong đó: Gvl : khối lượng vật liệu được bóc (g)
Gz: khối lượng hạt mài hao phí (mg)
Năng suất riêng và lượng hao phí hạt mài riêng là những chỉ tiêu quan trọng để

đánh giá hiệu quả của quá trình mài, mặc dù nó không phản ánh hoàn toàn các
điều kiện gia công, kèm theo nó thường người ta còn sử dụng các chỉ tiêu như
tuổi bền của đá, độ nhám bề mặt gia công cũng như các chỉ tiêu: lực, công suất
cắt, nhiệt độ tại vùng mài ..
Trong những trường hợp riêng biệt, hiệu quả của quá trình mài tròn có thể được
đánh giá bởi khả năng của bề mặt lưỡi cắt tiến vào vật liệu gia công dưới tác
dụng của lực pháp tuyến Py. Khi đó, đại lượng đặc trưng cho khả năng làm việc
của dụng cụ mài :
λm=

dQvl
dPy

[1-5]

λm : hệ số khả năng cắt của dụng cụ.
Py : lực cắt pháp tuyến.
1.5.

Các phương pháp và đặc tính cắt của đá mài

1.5.1. Đặc tính đá mài
Hạt mài được chế tạo từ các vật liệu có độ cứng rất cao. Số lưỡi cắt trên một hạt
mài tham gia trong quá trình cắt luôn luôn biến đổi phụ thuộc vào tải trọng cơ
nhiệt của vùng tiếp xúc. Hạt mài được đặc trưng bằng vật liệu hạt và kích thước
hạt.
1.5.1.1. Hạt mài.
A. Vật liệu hạt mài.
Vật liệu hạt mài thường có hai loại: thiên nhiên và nhân tạo. Loại thiên nhiên
hiện nay thường rất ít dùng.

a. Vật liệu mài thiên nhiên:
Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

-9-


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Vật liệu mài thiên nhiên thường gặp là kim cương, ôxyt nhôm, cacborun, thạch
anh, đá lửa.
- Kim cương: là than nguyên chất có khối lượng riêng 3 ÷ 3,5 g/cm3, có độ
cứng cao nhất so với mọi loại vật liệu khác. Trong thiên nhiên thường gặp kim
cương ở dạng tinh thể có trọng lượng từ 0,005 đến vài chục cara (1cara = 0,02
mg).
+ Sức bền của kim cương không cao. Nếu quy ước giới hạn bền uốn của hợp
kim BK8 là 1, thì giới hạn bền uốn của P18 là 2,25, của Al2O3 là 0,35, còn của
kim cương là 0,21.
+ Độ dẫn nhiệt của kim cương gấp 2 lần P18, gấp 5 lần BK8 và khoảng 35 lần
so với Al2O3. Nhờ có độ dãn dài rất bé và độ cứng cao nên dụng cụ có lưỡi cắt
bằng kim cương đảm bảo đạt được độ chính xác gia công cao.
- Ôxyt nhôm: có thành phần chủ yếu là Al2O3 ở dạng tinh thể. Nhờ độ cứng
cao (chỉ thua kim cương và cacbít bo) và độ dẻo cao nên ôxyt nhôm được xem là
một trong những vật liệu hạt mài tốt nhất. Ôxyt nhôm thiên nhiên có màu từ
hồng đến xám. Khối lượng riêng tuỳ thuộc vào lượng tạp chất trong khoảng từ
3,93 ÷ 4 g/cm3. Ôxyt nhôm thiên nhiên thường được dùng ở dạng bột mịn và
bột nhão trong các nguyên công mài bóng.
- Cacborun: là một dạng của ôxyt nhôm nhưng hàm lượng của ôxyt nhôm thấp
(khoảng 60%) nên độ cứng thấp, trọng lượng riêng 3,5 g/cm3.
- Thạch anh: có thành phần chủ yếu là ôxyt silíc. Độ cứng của thạch anh theo
thang Mohs là 7. Độ cứng Mohs được đo theo tỷ lệ của nhà khoáng học Fredrich

Mohs người Đức tìm ra vào năm 1812. Theo tỷ lệ này, loại đá mềm và cực mềm
được đề ở cấp 1và 2 còn đá kim cương và corundun sẽ có độ cứng cấp 9 và 10.
- Đá lửa: là một dạng của thạch anh, có hơn 90% SiO2 có độ cứng tương tự như
thạch anh, nhưng có lưỡi cắt sắc hơn.Cacborun, thạch anh, đá lửa chủ yếu được
dùng để chế tạo thanh mài hoặc giấy ráp dùng trong công nghiệp gỗ, da …
b. Vật liệu mài nhân tạo:
Vật liệu mài nhân tạo thường gặp là: kim cương nhân tạo, ôxyt nhôm điện,
cacbit silic, cacbit bo, cacbit bo – silic, nitrit bo lập phương …
- Kim cương nhân tạo: được tổng hợp từ graphit dưới áp suất 100.000 atm và
nhiệt độ 2.500 ÷ 2.7000C. Thành phần hoá học của kim cương nhân tạo gần
giống với kim cương thiên nhiên (99,7% cacbon và 0,3% tạp chất). Phần lớn các
tinh thể tổng hợp được có kích thước đến vài µm, trọng lượng vào khoảng từ
0,01 ÷ 0,1 cara. Nhờ một chất xúc tác mới tìm ra gần đây người ta đã tổng hơp
được kim cương dưới áp suất và nhiệt độ thấp hơn (từ 12600 atm và 1200 ÷
14000C).
+ Hình dáng và màu sắc của các tinh thể kim cương phụ thuộc vào nhiệt độ. Độ
bền của kim cương nhân tạo gấp 1,2 ÷ 2 lần so với kim cương thiên nhiên.
- Nitrit bo lập phương (CBN): có độ cứng gần bằng độ cứng của kim cương
nhưng độ bền nhiệt cao gấp đôi. Nitrit bo lập phương là liên kết hoá học của bo
(44%) với nitơ (56%) ở dạng mạng tinh thể gần như kim cương. Liên bang Nga
đã thí nghiệm thành công năm 1950 và đưa vào sản xuất năm 1964. Cần chú ý
phân biệt giữa nitrit bo và nitrit bo lập phương. Nitrit bo đã được biết từ lâu, là
một loại vật liệu mềm, có cấu tạo mạng gần như graphit, trọng lượng riêng 2,2
Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 10 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

G/cm3, graphit là một loại vật liệu dẫn điện rất tốt ở nhiệt độ cao. Graphit có
màu đen còn nitrit bo màu trắng. Khi tổng hợp ở áp suất (70000 atm) và nhiệt độ
cao (17000C) người ta thu được tinh thể nitrit bo lập phương có các thông số
mạng gần như kim cương. Ngoài việc dùng làm hạt mài, nitrit bo lập phương
còn được dùng làm dụng cụ cắt có lưỡi để gia công các loại thép tôi. Do không
có sự tương tự hoá học với sắt, nitrit bo lập phương được dùng để thay kim
cương trong việc gia công các loại thép có sức bền cao và các loại hợp kim có
nền là thép. Đá mài nitrit bo lập phương đắt hơn đá mài ôxyt nhôm nhiều nhưng
cho hiệu quả kinh tế cao hơn.
- Ôxyt nhôm điện: là ôxyt nhôm thu được trong lò điện từ quặng boxit.
Thường gặp mấy loại sau:
+ Ôxyt nhôm điện thường: được dùng phổ biến nhất, có màu thay đổi từ da
cam đến hồng. Lượng Al2O3 có trong ôxyt nhôm điện thường vào khoảng 92 ÷
95%. Ôxyt nhôm điện thường được dùng để mài thô, mài bán tinh và mài tinh
các loại vật liệu có sức bền cao như thép, gang rèn … hoặc mài sắc các dụng cụ
bằng thép cacbon dụng cụ.
+ Ôxyt nhôm điện trắng: có hàm lượng Al2O3 cao hơn (98 ÷ 99%) nên tính
cắt tốt hơn. Khi mài nhiệt độ mài thấp hơn vì khả năng tự mài sắc tốt hơn.
+ Ôxyt nhôm đơn tinh thể: dạng hạt của ôxyt nhôm đơn tinh thể khác với dạng
hạt của ôxyt nhôm nói chung ở chỗ sau khi bị nghiền nát các hạt đều có một
dạng hình học với kích thước từ (1 ÷ 50).10-3 mm. Ôxyt nhôm đơn tinh thể có
sức bền và tính cắt cao. Hàm lượng Al2O3 trong ôxyt nhôm đơn tinh thể từ 97 ÷
99%.
Ôxyt nhôm điện trắng và ôxyt nhôm đơn tinh thể được dùng để mài bán tinh và
mài tinh các loại thép và mài sắc dao bằng thép dụng cụ. Ngoài ra còn có ôxyt
nhôm pha crom dùng trong các chế độ cắt nặng, ôxyt nhôm pha titan có độ dẻo
cao thích hợp cho việc mài rà và mài bóng. Ôxyt nhôm (màu xanh) hạt mài mịn
thường dùng để mài bóng.
- Cacbit silic (SiC): là liên kết hoá học giữa Si và C, được sản xuất dưới hai
dạng: cacbit silic xanh chứa 98 ÷ 99% SiC và cacbit silic đen chứa 97 ÷ 98%

SiC. Cacbit silic xanh có tính cắt cao hơn cacbit silic đen khoảng 20% vì tạp
chất ít hơn.
+ Cacbit silic đen: được dùng để gia công các loại vật liệu có sức bền thấp
(gang, đồng thau, alumin, vật liệu phi kim loại …).
+ Cacbit silic xanh: chủ yếu được dùng để maì sắc hợp kim cứng và vật liệu sứ.
- Cacbit bo (B4C): có độ cứng rất cao, chỉ kém kim cương và nitrit bo lập
phương. Bột mịn và bột nhão bằng cacbit bo được dùng để mài bóng các loại vật
liệu cứng như thạch anh ….
- Cacbit bo silic (BI): khác với cacbit bo ở chỗ không có tạp chất graphit nên
tính năng ổn định, bền và rẻ hơn. Cacbit bo silic được dùng nhiều ở các nguyên
công đánh bóng, cho năng suất cao hơn cacbit bo khoảng 30 ÷ 40%.

Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 11 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Bảng 1-1: Tính chất cơ lý của một số vật liệu mài.
Kim
cương
Lập
Mạng tinh thể
phương
Khối lượng
3,48÷3,5
riêng (g/cm3)
Độ cứng tế vi
10000

(kG/mm2)
Mô đun đàn
hồi
90000
(kG/mm2)
Giới hạn bền
nén
200
(kG/mm2)
Hệ số dẫn
nhiệt
0,350
(Cal/cm.s.0C)
Độ chịu nhiệt
700÷860
(0C)
Nhiệt dung
0,12
(Cal/g)
Hệ số dãn dài
0,9÷1,45
(1/10-6mm)
Giới hạn bền
uốn
21÷49
(kG/mm2)
Tính chất

Nitrit bo
Cacbit bo

lập phương
Lập
Sáu cạnh
phương
3,47

2,48÷2,52

Cacbit silic

Oxyt nhôm
điện

Sáu cạnh

-

3,12 ÷ 3,20

2,00÷2,10

8000÷9500 3700÷4300 3000÷3300

2000÷2400

-

29600

13500

-

-

180

150

76

-

0,025

0,037

0,047

1500

700÷800

13000÷14000 1200

-

-

0,14

0,18

-

4,5

6,5

7,5

-

21÷28

5 ÷ 15

8,9

Thông thường chất dính kết đóng vai trò trọng tâm vì trong quá trình đá làm
việc với tốc độ cắt rất lớn hạt mài bị bóc ra khỏi bề mặt đá là ít nhất. Tuy nhiên
vật liệu hạt mài cũng là một thông số quan trọng trong dụng cụ mài.
B. Kích thước hạt mài.
Trong sản xuất đá mài, người ta dùng vật liệu mài được nghiền nhỏ thành hạt.
Hạt là những tinh thể riêng rẽ hay liên tinh thể, hoặc những mảnh tinh thể
thường không đứng hình dạng và kích thước không quá 5mm.
Hạt mài có ba kích thước cơ bản: chiều dài, chiều rộng và chiều dày. Tuy nhiên
để cho đơn giản, người ta chỉ chọn chiều rộng làm kích thước đặc trưng của hạt.
Việc sàng những hạt mài nhỏ thường được thực hiện bằng các lưới dây có lỗ
vuông. Trước năm 1960 ở các nước, kể cả Liên Xô cũ dùng kích thước lỗ của

lưới đặc trưng bởi số mắt lưới, nghĩa là số lỗ trên diện tích một tấc Anh (một tấc
Anh bằng 25,4 mm). Kí hiệu độ hạt của đá mài dùng phổ biến ở Mỹ và ở Việt
Nam (bảng 1-2).

Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 12 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Trong mỗi số hiệu hạt mài, không thể chỉ có những hạt mài có kích thước duy
nhất mà nó bao gồm các hạt có kích thước lân cận. Vì vậy mỗi số hiệu được đặc
trưng bởi các nhóm (kích thước): giới hạn, lớn, cơ bản, phức tạp và nhỏ.
Đặc trưng cơ bản của số hiệu hạt là số lượng và độ lớn của nhóm cơ bản của nó.
Mỗi số hiệu hạt mài không được chứa dưới 40% nhóm cơ bản, không quá 20%
nhóm lớn (nhóm bên cạnh có số hiệu độ hạt lớn), và không chứa dưới 90%
nhóm phức hợp (bao gồm các số hiệu cơ bản cùng các số hiệu lớn và nhỏ lân
cận).
Dụng cụ mài sản xuất với những số hiệu độ hạt sau đây: 125 ; 80 ; 50 ; 40; 25 ;
16 ; 12 ; 8 ; 6 ; 5 ; 4 ; M40 ; M28 ; M20.
Bảng 1-2: Một số kí hiệu độ hạt mài.
Kí hiệu độ hạt
Theo hệ dium
Theo tiêu
(đơn vị mắt
chuẩn của Mỹ
lưới) (hệ này
(đơn vị
hiện nay không

0,01mm)
dùng)
Hạt mài
Loại hạt mài
10
thô :8; 10
12; 14
12
16
16
20
20
24
24
Loại hạt mài
30
vừa :30
36
36
46
46
54
60
60
70
80
Bột mài
80; 100
100
120

120
150
150
180
180
230
280
320
Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

Giới hạn kích
thước hạt
theo nhóm cơ
bản, µm

2500 ÷ 2000
2000 ÷ 1600
1600 ÷ 1250
1250 ÷ 1000
1000 ÷ 800
800 ÷ 630
630 ÷ 500
500 ÷ 400
400 ÷ 315
315 ÷ 250
250 ÷ 200
200 ÷ 160
160 ÷ 125
125 ÷ 100
100 ÷ 80

80 ÷ 63
63 ÷ 50
50 ÷ 40
40 ÷ 28
- 13 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Bột mài rất mịn (1.10-2 mm)
220
40 ÷ 28
240
28 ÷ 20
280
20 ÷ 14
320
14 ÷ 10
400
10 ÷ 7
500
7÷5
600
5÷3
Hạt mài không có hình dạng nhất định khi nghiền nhỏ. Chúng thường là những
hình đa diện, lập phương, hình cầu hoặc dạng tấm phẳng có các cạnh bị vê tròn.
Góc giữa các mặt của hạt mài dao động trong khoảng 30 ÷ 1800 (bảng 1- 3). Ở
kim cương tổng hợp nhãn hiệu ACO, góc giữa các mặt dao động trong khoảng
19 ÷ 1210, trong đó phần lớn là góc nhọn gần 72 ÷ 74%.
Bảng 1-3: Giá trị trung bình của góc giữa các mặt, bán kính lượn của hạt

mài và hạt kim cương với độ hạt khác nhau.

Vật
mài

З, ЗБ

A

ACO

Giá
trị
Giá
trị
trung bình
trung bình
liệu Số hiệu độ
Góc
nhọn
của
góc
của bán
hạt
(%)
giữa
các
kính lượn
mật độ
(µm)

40
110
12 ÷ 26
28
25

109

17 ÷ 20

19

16

106

22 ÷ 29

13

16

84

-

3,3

12

78

-

2,8

8

73

-

2,3

10

76

72

3,2

6

71

74

2,6

Độ nhọn của hạt mài, đặc trưng bởi các bán kính góc lượn ở đỉnh và ở cạnh bên,
tuỳ thuộc vào vật liệu mài và số liệu của độ hạt. Hạt corundun điện thường có
bán kính góc lượn từ 4 đến 180µm và hơn nữa. Giá trị trung bình của bán kính
góc lượn trình bày trong bảng 1-3
Hạt cacbit silic có góc ở đỉnh và ở các mặt nhọn hơn và bán kính góc lượn nhỏ
hơn hạt corundun. Hạt kim cương có bán kính góc lượn nhỏ nhất, giá trị trung
bình của chúng trong khoảng 1 ÷ 9µm trong đó phần lớn các đỉnh có bán kính
trong khoảng dưới 1µm.
Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 14 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

1.5.2. Chất dính kết.
Khi chế tạo dụng cụ, hạt mài kết hợp với nhau nhờ chất dính kết đông cứng.
Chất kết dính có ảnh hưởng quyết định tới độ bền cơ học và độ cứng của đá. Độ
cứng của đá được đánh giá bằng khả năng tách hạt mài khỏi bề mặt đá dưới tác
dụng cơ nhiệt của quá trình mài. Dụng cụ chế tạo từ chất dính kết gốm, nhựa và
cao su lưu hoá thường được sử dụng rộng rãi hơn cả.
Chất dính kết gốm: chế tạo từ đất sét, thạch anh và các chất khác bằng cách tán
nhỏ và trộn lẫn chúng theo tỷ lệ nhất định
Chất dính kết nhựa: có thành phần cơ bản là nhựa tổng hợp – bakêlit
Chất dính kết cao su lưu hoá: là cao su tổng hợp được lưu hoá và trở thành
êbonit cứng và bền
Khoảng 50 ÷ 60% tổng sản lượng đá mài chế tạo từ chất dính kết gốm, 30 ÷
40% từ chất bakêlit, 4 ÷ 7% từ cao su lưu hoá và lưới, còn lại là các chất dính
kết khác.
Quá trình sản xuất dụng cụ mài bao gồm việc chế tạo chất dính kết, trộn hạt mài

với chất dính kết, đóng khuôn, nung gia công cơ khí và thử. Đóng khuôn các sản
phẩm mài chủ yếu bằng cách ép trên máy ép chuyên dùng. Dụng cụ chế tạo từ
chất dính kết gốm có độ bền, độ chịu nhiệt và độ cứng cao, nhưng trở nên giòn
hơn, vì vậy người ta không dùng chất dính kết gốm để chế tạo đá mài có chiều
dày nhỏ và chịu tải trọng va đập.
Đá mài dùng chất dính kết bakêlít có độ bền và độ đàn hồi cao hơn, ít làm nóng
chi tiết được mài. Tuy nhiên đá mài này có độ bền nhiệt và tuổi bền chịu tác
dụng hoá học thấp, vì vậy thường dùng không có dung dịch làm nguội. Ở nhiệt
độ từ 2000 trở lên, chất dính kết bakêlít trở nên giòn và đá mài rất mau mòn..
Đá mài dùng chất dính kết cao su có độ chặt và độ đàn hồi cao, chịu nước tốt,
nhưng có độ bền và chịu nhiệt hơi thấp. Đá này được dùng rộng rãi để xẻ rãnh,
cắt đứt và mài sản phẩm cần yêu cầu độ nhấp nhô bề mặt nhỏ.
Chất dính kết gốm chia thành hai nhóm cơ bản: nóng chảy (dạng thuỷ tinh) và
thiêu kết (dạng sứ). Chất dính kết gốm ký hiệu là K, đối với các dạng riêng biệt
có thể dùng chỉ số phụ.
Chất liên kết KO dùng cho đá mài hạt nhỏ, ủ ở nhiệt độ 8000C.
Đá mài corundun điện dùng chất liên kết K8, với corundun điện trắng – K1 và
K5, với cácbítsi líc – K3 và K13, với đá mài hạt nhỏ dùng chất dính kết K7.
Chất dính kết K51 chế tạo từ nguyên liệu chứa bo và dùng cho đá mài có cạnh
và prôfin cần độ chịu mòn cao.
Chất liên kết cao su có một số dạng: B1, B2, B3 1ΓK, 2ΓK, 3ΓK, 4ΓK.
Dạng B1 dùng cao su tổng hợp, đá mài được tạo thành nhờ cách cán trên máy
cán cao su. Dạng B2 dùng cho đá mài ren với các bước ren nhỏ. Người ta phân
biệt đá mài kiểu ΓK theo độ cứng: từ loại dẻo rất mềm (1ΓK) đến loại dẻo cứng
4ΓK). Những loại này chủ yếu dùng để đánh bóng, lượng cắt từ vài µm đến vài
phần mười mm.
1.5.3. Cấu trúc của đá mài.
Cấu trúc của đá mài là tương quan về mặt số lượng giữa thể tích hạt mài, thể tích
chất kết dính và thể tích khoảng trống trong đá, đảm bảo quan hệ:
(1-6)

Vhạt mài + Vdính kết + Vlỗ trống = 100%
Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 15 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Trong đó:
Vhạt mài: Thể tích hạt mài.
Vdính kết: Thể tích chất dính kết.
Vlỗ trống: Thể tích lỗ trống trong toàn bộ viên đá.
Cấu trúc của đá có kí hiệu từ 0 ÷ 12. Số hiệu của cấu trúc càng lớn thì đá mài
càng xốp nghĩa là số lượng hạt mài càng giảm và khoảng trống càng tăng. Theo
tiêu chuẩn của Mỹ cấu trúc của đá được kí hiệu từ 1 đến 15, số 1 dành cho đá có
cấu trúc đặc, số hiệu tăng dần thì đá mài càng xốp.
Bảng 1-4: Tỷ lệ hạt mài trong đá ứng với các cấu trúc khác nhau.
Tên gọi cấu trúc Chặt
Trung bình
Xốp
Số hiệu cấu trúc
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
(N0)
Tỷ lệ % hạt mài
62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38
(về thể tích)
Cơ sở để phân loại đá mài theo cấu trúc là thể tích của hạt mài, những đá mài có
cùng một cấu trúc nhất định, khi thể tích do các hạt mài chiếm là như nhau đối
với mọi cấp độ cứng
1.5.4. Độ cứng của đá mài.

Độ cứng của đá mài là khả năng của chất liên kết chống sự bóc tách hạt mài
khỏi bề mặt đá dưới tác dụng của ngoại lực. Do đó, độ cứng của đá mài càng cao
khi hạt mài liên kết với nhau càng vững, đá càng chịu lực lớn mà không bị mẻ
vỡ.
Độ cứng đá mài chia ra sáu nhóm và 12 cấp.
Bảng 1-5: Thang độ cứng của đá mài theo tiêu chuẩn Việt Nam.
Độ cứng của đá mài
Mềm
Mềm trung bình
Trung bình
Cứng trung bình
Cứng
Rất cứng

Ký hiệu
M
MV
TB
CV
C
RC

Cấp
M1; M2; M3
MV1; MV2
TB1; TB2
CV1; CV2; CV3
C1; C2
RC1; RC2

Ghi chú:
1. Các chỉ số 1, 2, 3 ở bên phải các chữ là đặc trưng cho độ cứng của đá mài
theo thứ tự tăng dần.
2. Đá mài với chất liên kết gốm được chế tạo với tất cả các cấp độ cứng từ M1
đến RC2.
Độ cứng của đá mài tuỳ thuộc vào số lượng và chất lượng chất dính kết, dạng
vật liệu mài, độ nhấp nhô và hình dáng hạt, quy trình công nghệ chế tạo áp suất,
chế độ nhiệt luyện …).
Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 16 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Sự thay đổi độ cứng của đá đạt được bằng cách thay đổi tỷ lệ chất dính kết ∆V
và tương ứng làm thay đổi thể tích lỗ trống khi giữ nguyên thể tích hạt mài, ứng
với tổ chức nhất định của đá. Sự thay đổi tỷ lệ chất dính kết ảnh hưởng đến độ
bền liên kết các hạt mài.
Quan hệ đó có thể biểu diễn như sau:
Vhạt mài + (Vdính kết + ∆V) + (Vlỗ trống - ∆V) = 100% (1-7)
Khi tăng hoặc giảm thể tích chất dính kết một lượng ∆V = 1,5%, độ cứng sẽ
thay đổi một cấp.
Một thể tích nhất định của các khoảng trống tương ứng với một cấp độ cứng
nhất định. Tỷ lệ phần trăm thể tích của khoảng trống trong đá mài ứng với các
cấp độ cứng như sau:
Bảng 1-6: Tỷ lệ phần trăm thể tích của khoảng trống tương ứng với các
cấp độ cứng.
Độ cứng
M1 M2 M3 CM1 CM2 C1 C2 CT1 CT2 CT3

đá mài
Thể tích
lỗ
hổng 46,5 45,0 43,5 42
40,5 39,0 37,5 36,0 34,5 33,0
(%)
Độ cứng càng cao và kích thước khoảng trống càng nhỏ thì chất dính kết càng
nhiều, hạt mài được giữ trong đá càng chắc, lực làm bứt phá hạt mài càng đòi
hỏi lớn. Vì vậy đá có độ cứng cao hơn thì ít bị mòn hơn. Xác định độ cứng của
đá có độ hạt từ 125 ÷ 16 với chất liên kết gốm và bakêlit được thực hiện trên
máy phun cát, bằng cách đo chiều sâu rãnh lõm tạo thành trên bề mặt đá do tác
dụng của dòng cát thạch anh phun từ buồng máy, dưới áp suất khí nén
1,5kG/cm2. Độ cứng của đá càng cao thì chiều sâu rãnh càng nhỏ.
Độ cứng của đá có độ hạt 12 ÷ M14 với chất dính kết gốm và bakêlit được xác
định nhờ sự thay đổi chiều sâu rãnh lõm tạo thành do ép viên bi thép lên bề mặt
đá với tải trọng 60kG trên máy đo Roocwen.
Độ cứng của đá có độ hạt 80 ÷ 10 với chất liên kết cao su, xác định trên máy đo
AOT – 4 bằng cách đo số vòng quay cần thiết của mũi khoan để khoan vào thân
đá mài đến chiều sâu nhất định. Người ta cũng dùng đầu côn đo độ cứng TKH
qua hai bước: dùng tải trọng sơ bộ 1kG và sau đó dùng 60 kG. Chỉ tiêu xác định
độ cứng là độ ăn sâu của đầu côn hợp kim cứng với góc ở đỉnh 600, nung nóng
đến 9000C .
1.5.5. Hình dáng hình học của đá mài.
Tập hợp các lồi lõm của bề mặt đá mài được gọi là hình dáng hình học của đá.
Nó phụ thuộc vào chế độ công nghệ khi sửa đá cũng như phụ thuộc vào vật liệu
hạt, độ hạt, độ cứng của đá và luôn biến đổi phụ thuộc vào tải trọng cơ nhiệt
xuất hiện trong quá trình mài.
Hình dáng hình học đặc trưng cho khả năng cắt của đá. Ứng với mỗi loại đá cụ
thể (độ hạt, độ cứng, cấp cấu trúc xác định) sẽ có một chế độ sửa đá thích hợp
sao cho tạo ra một topografie thích hợp nhất để có khả năng cắt tốt nhất, tuổi

Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 17 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

bền đá cao nhất. Chế độ sửa đá hợp lý này phải xác định bằng thực nghiệm dựa
trên các điều kiện gia công cụ thể.
Như vậy các tính chất đặc trưng cho một viên đá mài là vật liệu hạt mài, chất
dính kết, độ hạt và độ rỗng (hay còn gọi là cấp cấu trúc) của đá.
1.5.6. Bảng ký hiệu hạt mài, độ cứng, độ hạt của các nước.
1. Ký hiệu loại hạt mài
Bảng 1.7 : Ký hiệu loại hạt mài
Ký hiệu loại hạt
Corundun Nâu
Trắng
Hồng
Các bua Xanh
Silic
Đen

Việt
Nam
Cn
Ct
Ch
Sx
Sđ

Nga
з
з

Trung
Quốc
G
GB

KZ
KY

TL
T

Tiệp
Khắc
A96
A99
A98
C49
C48

Mỹ
A
A
A
C
C

2. Ký hiệu độ cứng hạt mài :
Bảng 1.8 : Ký hiệu độ cứng đá mài
Ký
hiệu
độ
cứng
Mềm
Mềm
vừa

Việt Nam

Nga

Trung Quốc

Tiệp
Khắc

Mỹ

M1, M2,M3
MV1,MV2

M1,M2,M3
CM1,CM2

R1,R2,R3
ZR1,ZR2

G,H,I
J,K

Ký hiệu
theo

Đặc
biệt
cứng

ĐC1,ĐC2

A,B,C,D,
E,F,G,H,
Trung TB1,TB2
C1,C2
Z1,Z2
J,K
I,J,K,L,
bình
M,N,O,P,
Cứng CV1,CV2,CV3 CT1,CT2,CT3 ZY1,ZY2,ZY3 N,O,P Q,R,S,T,U
vừa
V,W,X,
Y,Z
độ
Cứng C1,C2
T1,T2
Y1,Y2
Q,R

cứng
tăng
Rất
RC1,RC2,RC3 BT1,BT2,
CY1,CY2
S,T
dần.
cứng
T1,T2

CY3,CY4

W,Z

(chưa sản xuất)

3. Ký hiệu chất dính kết :
Bảng 1.9 : Ký hiệu chất dính kết

Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 18 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Kí
hiệu
chất dính
kết

Gốm
Bakêlít
Vunkanic
1.6.

Việt Nam Nga

Trung
Quốc

Tiệp
Khắc

Mỹ

G
K
V

V
B
R

V
B
R

V
B
R

K
B

Ưu nhược điểm của phương pháp gia công bằng đá mài

1.6.1 Ưu nhược điểm của phương pháp gia công bằng đá mài so với các
phương pháp gia công cắt gọt khác.
a) Ưu điểm.
- Có độ chính xác cao hơn các phương pháp gia công bằng các dụng cụ khác.
- Có thể đạt độ nhám thấp từ 1,25 -0,63µm và lớn hơn.
- Gia công được các vật liệu cứng như: hợp kim cứng, thép tôi, thủy tinh, gốm
sứ … và các vật liệu mềm như: cao su, gỗ, da …
- Lượng dư gia công nhỏ (đến vài µm), lực cắt không lớn, yêu cầu vận tốc chi
tiết không quá cao, điều chỉnh gá đặt vật mài đơn giản. Do đó tiết kiệm được
nguyên vật liệu và thời gian gia công nhanh.
- Năng suất cắt cao, có khả năng thay đổi chế độ cắt ngay trong quá trình gia
công.
- Có thể đo lường tự động và tự động hóa các quá trình gia công.
b) Nhược điểm.
Mài là một quá trình rất phức tạp, có nhiều vấn đề phải nghiên cứu. Các thông
số chất lượng đặc trưng của quá trình mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
- 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 lượng của quá trình mài với các yếu tố ảnh hưởng
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 xây dựng một hệ thống các chỉ dẫn hoặc bảng biểu
dùng chung cho các loại máy mài, các phương pháp mài khác nhau khó đạt được
tin cậy và đảm bảo quy luật chung trong điều kiện kỹ thuật hiện nay muốn đạt
được mục tiêu này thì phải đầu tư.
1.6.2.Ưu điểm của phương pháp mài cao tốc so với mài thông thường.
Bên cạnh các nhân tố về quy trình công nghệ, quá trình mài cũng có những yêu
cầu nhất định đối với đá mài. Đá mài cao tốc được dùng trên máy mài phẳng,
mài tròn ngoài, mài tròn trong cũng như mài ren. So với mài thường thì mài cao
tốc có những ưu điểm sau :
□ Nâng cao năng suất máy theo thời gian
Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 19 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

□ Giảm độ mòn và tăng tuổi bền của đá
□ Chất lượng bề mặt gia công tốt (tăng độ nhẵn, giảm hiện tượng cháy nhiệt,
giảm ứng suất dư bề mặt .v.v.)
Đặc điểm của đá mài cao tốc là khi tăng tốc độ của đá mài vẫn đồng thời có khả
năng tăng lượng chạy dao dọc hay chạy dao ngang và tăng tốc độ quay của chi
tiết. Đó là nguyên nhân tăng năng suất khi mài cao tốc. Để tăng hiệu quả làm
việc của mọi hạt mài, khi mài cao tốc người ta thường tăng lượng chạy dao dọc
và lượng chạy dao ngang. Vì chỉ tăng riêng tốc độ của đá mài thì năng suất
không tăng được bao nhiêu.Tốc độ cắt cao (đến 50 -70 m/s ) chỉ có thể thực hiện
được khi đá mài có đủ độ bền và đủ khả năng làm nguội Độ bền cơ học của đá
mài có thể xác định bằng phương pháp thử độ bền đứt khi đá mài quay đến tốc
độ giới hạn, phương pháp này chỉ tính đến ảnh hưởng của lực li tâm, mặc dù khi
mài đá còn chịu tác dụng của nhiều lực khác. Cho đến nay, chưa có phương

pháp cụ thể để xác định độ bền khi quan tâm đến tất cả các lực tác dụng lên đá
mài. Nâng cao tốc độ mài giới hạn cần chú ý đến các nhân tố sau đây :
- Vật liệu hạt mài
- Chất dính kết
- Độ xốp của đá mài
Đá mài cao tốc được chế tạo bằng vật liệu mài có chất lượng cao đó là corundun
điện thường hay corundun điện trắng và mônôcorundun (corundun đơn). So với
đá mài corundun điện thì đá mài chế tạo bằng mônôcorundun có một loạt ưu
điểm. Các lưỡi cắt của hạt mônôcorundun dễ cắt vào vật liệu gia công, do đó khi
mài có thể dùng lực hướng kính bé, kết quả làm giảm được độ đảo và độ mòn
của ổ bi của trục đá mài và làm tăng độ nhẵn bề mặt đá mài.
Tuổi bền của đá mài làm bằng vật liệu này tăng gấp 1,5 đến 2 lần, độ mòn trung
bình giảm 35-40%, năng suất cao hơn 10-20%. Trong quá trình mài, bề mặt chi
tiết bị nung nóng ít hơn nên ít xẩy ra nguy cơ bị cháy nhiệt hoặc bị vênh. Điều
đó có ý nghĩa rất quan trọng khi gia công thép dễ bị nung nóng. Tốc độ giới hạn
của đá mài đã được tăng lên nếu số hiệu của hạt tăng lên. Các hạt nhỏ có bề mặt
tiếp xúc với chất dính kết lớn hơn nên đảm bảo dính chặt hơn khi ủ, do đó độ
bền cơ học của đá mài sẽ tăng lên. Ở tốc độ giới hạn của đá mài, chất dính kết và
độ nhuyễn đóng một vai trò quan trọng.
Đối với chất dính kết ceramic, loại vật liệu nung cho ta kết quả tốt hơn với loại
nấu chảy, vật liệu dính kết càng nhỏ (No180 hay nhỏ hơn) thì kết quả càng tốt.
Việc tăng độ cứng của đá mài ít có ảnh hưởng đến tốc độ giới hạn của nó
(khoảng 5% khi tăng lên 2 cấp độ cứng).
Độ bền cơ học của đá mài phụ thuộc rất nhiều vào độ xốp của nó. Khi mài cao
tốc muốn đạt hiệu quả tốt, người ta dùng đá mài có độ xốp lớn . Trong quá trình
mài, phoi dễ lọt vào lỗ chứ không dính lên bề mặt đá mài và do lực li tâm mà
phoi bị văng ra khỏi lỗ. Do không khí dịch chuyển từ tâm ra mặt ngoài của đá
nên ở tâm tạo thành khoảng chân không , do đó trong vùng cắt không khí lưu
thông liên tục.
Vì lí do ấy cộng với sự làm nguội nhờ lỗ xốp của đá mài mà điều kiện làm nguội

của chi tiết mài được tốt lên .
Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 20 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Nếu điều kiện làm việc hợp lí và nếu chọn đúng đặc tính đá mài có độ xốp cao
thì đá mài sẽ có khả năng tự mài sắc tốt. Vì tránh được ma sát thường thấy khi
mài thông thường sinh ra bởi hạt mài đang mòn, chất kết dính và phoi nên đá
mài có độ xốp lớn không có hiện tượng bị bịt lỗ . Nhờ vậy, nhiệt độ trên bề mặt
gia công giảm xuống rõ rệt và lực mài hướng kính cũng giảm xuống. Sự làm
nguội nhanh bề mặt mài và do ưu điểm của đá mài có độ xốp lớn nên tránh được
hiện tượng cháy nhiệt và vênh chi tiết gia công .
Khi chọn các đặc tính của đá mài cao tốc phải dựa vào điều kiện gia công. Vì tốc
độ quay lớn nên cần đặc biệt chú ý đến vấn đề cân bằng đá mài . Do việc tạo ra
dòng xoáy của không khí khi mài cao tốc nên dung dịch làm nguội bắn lên thành
bụi . Để bụi nước này khỏi dây vào quần áo công nhân cần phải trang bị cho
máy cơ cấu che chắn đặc biệt.
1.7.

Các thông số đặc trưng cho quá trình mài

Để đánh giá chất lượng của quá trình mài, người ta sử dụng nhiều chỉ tiêu khác
nhau như năng suất bóc kim loại sau một đơn vị thời gian, độ chính xác và chất
lượng bề mặt gia công, giá thành nguyên công và nhiều chỉ tiêu khác nữa. Trong
thực tế gia công, mài chủ yếu để sử dụng đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt
cao, nên đánh giá chất lượng quá trình mài người ta thường sử dụng các chỉ tiêu
cơ bản đặc trưng cho độ chính xác và chất lượng bề mặt vật mài.

Độ chính xác khi mài
Khi mài phẳng, độ chính xác, độ côn, độ ô van, độ không tròn… và độ không
phẳng là chỉ tiêu quan trọng nhất, đặc trưng cho độ chính xác của quá trình mài.
Các yếu tố trên có thể phân thành hai nhóm chính như sau : Nhóm thứ nhất là
các nguyên nhân do trang thiết bị gây nên. Sau đây là một số nguyên nhân thuộc
nhóm này:
- Độ không song song và không phẳng của bàn gá với phương chuyển động của
bàn máy
- Độ không ổn định đường tâm của trục chính trong quá trình gia công
- Độ không êm của các dịch chuyển nhỏ của các cơ cấu máy
Nhóm thứ hai gồm các yếu tố phụ thuộc vào điều kiện mài và chỉ xuất hiện
trong quá trình gia công, nhóm này gồm các yếu tố như:
- Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt
- Ảnh hưởng của các biến dang đàn hồi do lực cắt gây ra
- Ảnh hưởng của các sai số in dập
Ngoài các sai số vừa nêu, độ chính xác khi mài còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố
khác nữa như mức độ hợp lý của cặp vật liệu đá - chi tiết, chế độ sửa đá, điều
kiện mài…
* Chất lượng bề mặt vật mài
Chất lượng bề mặt vật mài được đánh giá bằng hai nhóm chỉ tiêu sau:
Nhóm chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất hình học của bề mặt như độ sóng, độ
nhám, vết gia công cơ….

Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 21 -


Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110

Nhóm các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của bề mặt gia công như ứng
suất dư, vết nứt tế vi, vết cháy…Sau đây một số tác giả trong tài liệu xét một số
chỉ tiêu chính thường được sử dung để đánh giá chất lượng của quá trình mài
a.Độ nhám bề mặt:
Trong quá trình mài phẳng, các hạt mài sẽ cào xước lên bề mặt gia công để tách
ra một lớp phoi mỏng. Do số lượng các hạt mài lớn, phân bố của chúng không
theo quy luật nhất định, chiều cao nhô ra khỏi chất dính kết của chúng không
giống nhau, nên vết gia công trên bề mặt vật mài là tập hợp của nhiều vết gia
công do các hạt mài đơn lẻ tạo ra. Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy
độ nhám bề mặt có quan hệ khác với các thông số khác của quá trình mài theo
các quy luật sau:
- Độ nhám bề mặt tăng khi lực cắt hướng kính Py, lượng chạy dao ngang và
chiều sâu cắt tăng. Hệ số mũ đặc trưng cho các quan hệ thay đổi trong khoảng từ
0,4 đến 0,5
- Vận tốc đá tăng thì nhám bề mặt giảm, tuy vậy với các loại đá có độ hạt nhỏ
hơn 20 phải giới hạn vận tốc để không xảy ra hiện tượng cháy bề mặt.
Quan hệ độ nhám và vận tốc cắt có thể được mô tả theo công thức sau:
(1.8)
Ra = C. Vk−α
Với α = 0,7 đến 0,8
- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào đặc tính của đá mài:
Ra = C.da
(1.9)
Ở đây
C - độ hạt của đá
a - hệ số thay đổi trong khoảng từ 0,7 - 0,9. Do vậy khi độ bóng yêu cầu càng
cao thì bán kính cong của hạt mài được chọn càng bé.
- Theo Watanabe [2] đưa ra công thức nói lên mối quan hệ của đặc tính đá với
độ nhám bề mặt được mô tả bằng phương trình sau:
(1.10)

Ra = H k− ( 0.5−1.2) .Cm− ( 0.5−1.2)
Ở đây:
Cm: kết cấu đá (số % của hạt mài trong thể tích đá)
Hk: độ cứng đá theo thang tiêu chuẩn.
- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào vật liệu hạt mài
- Độ nhám bề mặt thay đổi theo xu hướng tăng dần theo chu kỳ tuổi bền.
- Độ nhám bề mặt vật liệu gia công và điều kiện gia công: theo quan hệ giữa độ
nhám với chế độ mài và điều kiện gia công có thể mô tả bởi công thức sau:
Ra =

C Ra .Vctp .t 2 .S q
.K1.K 2 .K 3 ( µm)
Vdω .Dgm .H n

(1.11)

Trong đó: CRa Hệ số liên quan đến tính chất cơ lí của cặp vật liệu.
K1 Hệ số đặc trưng cho độ hạt của đá.
K2 Hệ số đặc trưng cho số hành trình cắt
K3 Hệ số đặc trưng cho loại dung dịch trơn nguội
H Chiều cao nhấp nhô của phôi
p, a, f, ω, m, z, q, n : Các hệ số thực nghiệm.
Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009

- 22 -