Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải Dương (LV thạc sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ
để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ
3X13 bằng đá mài Hải Dương.

Chủ nhiệm đề tài: TS. Ngô Cường

-1-


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................................1
2. Mục tiêu của đề tài.................................................................................................1
3. Cách tiếp cận..........................................................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................1
5. Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................1
Chương 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN................................................................3
1.1. Đặc điểm cấu tạo và tính gia công của thép không gỉ 3X13..............................3
1.1.1. Đặc điểm cấu tạo..............................................................................................3
1.1.2. Tính gia công của thép 3X13...........................................................................5
1.2. Một số biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ...8
1.2.1. Sử dụng phương pháp mài không liên tục......................................................10
1.2.2. Dùng dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội hợp lý.....................11
1.2.3. Chọn đá mài hợp lý........................................................................................14
1.2.4. Chọn chế độ cắt hợp lý...................................................................................15
1.3. Kết luận Chương 1............................................................................................17
Chương 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM..........................................................18
2.1. Hệ thống thí nghiệm..........................................................................................18

2.1.1. Vật liệu thí nghiệm.........................................................................................18
2.1.2. Đá mài thí nghiệm..........................................................................................18
2.1.3. Tưới nguội......................................................................................................19
2.1.4. Máy mài thí nghiệm.......................................................................................19
2.1.5. Phương pháp đo lường...................................................................................19
2.2. Kết quả thí nghiệm............................................................................................19
2.2.1. Ảnh hưởng của vật liệu hạt mài đến tuổi bền đá mài.....................................19
2.2.2. Ảnh hưởng của độ cứng đá đến tuổi bền đá mài............................................20
2.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến tuổi bền đá mài..............20
-2-


2.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt mài......21
2.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến hiện tượng nứt do ứng suất.............22
2.2.6. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ cong vênh của chi tiết mài.......................23
1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt Vđ.............................................................................23
2. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t.............................................................................25
3. Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết Vct......................................................................25
4. Ảnh hưởng của lượng chạy dao ngang (bề rộng mài b).......................................26
2.3. Thảo luận..........................................................................................................26
2.3.1. Tuổi bền của đá mài.......................................................................................26
2.3.2. Chất lượng bề mặt mài...................................................................................27
2.3.3. Độ cong vênh.................................................................................................27
2.3.4. Chọn chế độ cắt đề đảm bảo hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không
gỉ .............................................................................................................................28
2.4. Kết luận Chương 2............................................................................................28
Chương 3. ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ MÀI LÁ VAN MÁY
NÉN KHÍ.................................................................................................................29
3.1. Điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật của lá van máy nén khí pittông nhiều
cấp............................................................................................................................29

3.2. Ứng dụng các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép
không gỉ để mài lá van máy nén khí........................................................................30
3.2.1. Kết cấu, điều kiện làm việc và dạng hỏng của lá van máy nén khí của Công
ty Cổ phần luyện cán thép Gia Sàng........................................................................30
3.2.2. Kết cấu, điều kiện làm việc và dạng hỏng của lá van máy nén khí của Công
ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc.......................................32
3.2.3. Phân tích các nguyên nhân gây hỏng lá van..................................................32
3.2.4. Vấn đề chế tạo lá van.....................................................................................34
1. Lá van chế tạo tại Trung tâm thực nghiệm và sản xuất - Trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên......................................................................................34
-3-


2. Lá van chế tạo tại Công ty Cơ khí Hóa chất - Bắc Giang...................................35
3. Công nghệ mài lá van..........................................................................................36
KẾT LUẬN.............................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................40

-4-


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH
Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị

Ra

Sai lệch prôfin trung bình cộng

m

Rz

Chiều cao nhấp nhô tế vi

m

Vct

Vận tốc chi tiết gia công

m/ph

Vđ

Vận tốc cắt

m/s

t

Chiều sâu cắt

mm

Sn

Lượng chạy dao ngang

mm/ht

Ssđ

Lượng chạy dao khi sửa đá mài

m/ph

tsđ

Chiều sâu sửa đá

mm

T

Tuổi bền của đá mài

ph

Qw

Tốc độ bóc vật liệu

mm3/s

b

Chiều rộng mài

mm

-5-


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT Bảng số

Nội dung

Trang

1

1.1

Thành phần hóa học của thép 3X13

4

2

1.2

Mác thép tương đương của các nước

5

3

1.3

Chi phí sửa đá khi mài tròn ngoài một số loại vật liệu

6

4

1.4

Hệ số truyền nhiệt của thép C45 và 3X13

7

5

1.5

Tính gia công khi mài của thép 3X13 và C45

7

6

1.6

Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai môi
trường làm mát

-6-

13


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT Hình số

Nội dung
Quan hệ giữa thế điện cực và hàm lượng Cr trong hợp

Trang

1

1.1

2

1.2

3

1.3

4

1.4

Nứt do ứng suất trên bề mặt mài của thép không gỉ

9

5

1.5

Một số kiểu đá mài không liên tục

10

6

1.6

kim Fe-Cr
Quan hệ giữa tốc độ ăn mòn thép không gỉ trong không
khí công nghiệp với hàm lượng Cr trong hợp kim Fe-Cr
Hệ số dính bám η khi mài tròn ngoài thép ЭИ417, P18
và C45 bằng đá Al2O3

Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến ứng suất
dư bề mặt
Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới

3

4

6

11

7

1.7

8

1.8

Nứt do ứng suất khi mài thép không gỉ AISI 304

13

9

1.9

Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến mòn đá

14

10

1.10

11

2.1

Ảnh hưởng của vật liệu hạt mài đến tuổi bền đá mài

19

12

2.2

Ảnh hưởng của độ cứng đá đến tuổi bền đá mài

20

13

2.3

14

2.4

15

2.5

Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương 5%

22

16

2.6

Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương 10%

22

nguội đến độ nhám bề mặt mài

Ảnh hưởng của tốc độ chi tiết và chiều sâu cắt đến nhiệt
độ mài

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến tuổi
bền đá mài
Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến độ
nhám bề mặt mài

-7-

12

15

21

21


17

2.7

Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ cong vênh chi tiết

23

18

2.8

Lá van cấp 4 máy nén khí oxy

24

19

2.9

Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ cong vênh chi tiết

25

20

2.10

Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết đến độ cong vênh chi tiết

26

21

3.1

Bản vẽ chế tạo lá van cấp 4 máy nén khí oxy

31

22

3.2

Bản vẽ chế tạo lá van cấp 3 máy nén khí CO2

33

-8-


TÓM TẮT KÊT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung
Tên đề tài: Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt và các biện pháp công nghệ để
nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài Hải
Dương.
Mã số: B07-TN09-01
Chủ nhiệm đề tài: TS. Ngô Cường
ĐT: 02803847284

E-mail:

Cơ quan chủ trì đề tài: Đại học Thái Nguyên
Cơ quan phối hợp thực hiện: Công ty TNHH Hoa Nam; Trường ĐH Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên.
Tham gia thực hiện đề tài: TS. Nguyễn Đình Mãn
Thời gian thực hiện: 2007-2008
2. Mục tiêu
Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện mài đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật
khi mài thép 3X13 bằng đá mài Hải Dương. Trên cơ sở đó:
- Xác định chế độ cắt hợp lý.
- Lựa chọn các biện pháp công nghệ hợp lý.
- Áp dụng kết quả nghiên cứu để sản xuất thử chi tiết lá van của máy nén khí.
3. Nội dung chính
- Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội, chế độ cắt và các thông số
của đá mài đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13.
- Chọn chế độ cắt, dung dịch trơn nguội và loại đá mài hợp lý nhằm nâng cao
hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13.
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu để mài chi tiết lá van máy nén khí đạt các chỉ
tiêu kinh tế - kỹ thuật nhất định.
4. Kết quả đạt được
4.1. Sản phẩm khoa học (bài báo khoa học)
-9-


- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khi
mài thép không gỉ 3X13, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Thái Nguyên.
- Đánh giá chất lượng bề mặt của thép ổ lăn khi mài bằng đá Al2O3 và CBN, Tạp
chí Khoa học và Công nghệ, Hà Nội.
4.2. Sản phẩm ứng dụng
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu để chế tạo thử nghiệm hai loại lá van máy nén

khí làm bằng thép 3X13 nhiệt luyện:
+ Tỷ lệ phế phẩm sau khi mài do cong vênh < 10%.
+ Các yêu cầu kỹ thuật khác trong giới hạn cho phép.
+ Năng suất gia công đạt yêu cầu.
+ Loại lá van thử nghiệm tại Công ty Cổ phần luyện cán thép Gia Sàng – Thái
Nguyên đạt tuổi thọ trung bình 360 giờ, loại lá van thử nghiệm tại Công ty TNHH
một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc đạt tuổi thọ trung bình 1000 giờ.
- Phạm vi và địa chỉ ứng dụng: Lá van là chi tiết quan trọng và phải thay thế
thường xuyên của máy nén khí pittông nhiều cấp, loại máy nén khí này được sử
dụng nhiều trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm và luyện kim. Một số địa chỉ cụ
thể như: Công ty Cổ phần luyện cán thép Gia Sàng - Thái Nguyên, Công ty Gang
thép Thái Nguyên, Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc.
4.3. Các kết quả khác
- Với các loại đá mài đã thí nghiệm thì đá Sđ60.MV1.G.V1.250x30x75.50m/s
có tuổi bền cao nhất.
- Sử dụng dung dịch trơn nguội là nhũ tương và phương pháp tưới tràn thì nồng
độ dung dịch 10% là hợp lý.
- Tăng nồng độ dung dịch trơn nguội làm giảm độ nhám và hiện tượng nứt bề
mặt mài.
- Tăng vận tốc cắt và chiều sâu cắt làm tăng độ cong vênh chi tiết mài trong đó
vận tốc cắt có ảnh hưởng lớn hơn.
- Tăng vận tốc chi tiết làm giảm độ cong vênh chi tiết mài.
- 10 -


- Những thông số công nghệ chính được sử dụng để mài lá van máy nén khí làm
bằng thép 3X13 nhiệt luyện:
+ Đá mài: Sđ60.MV1.G.V1.250.30.75.50m/s.
+ Dung dịch trơn nguội: nhũ tương 10%, phương pháp tưới tràn.
+ Chế độ sửa đá: Ssđ = 0,3m/ph, tsđ = 0,02mm.

+ Chế độ cắt: t = 0,001mm; Vđ = 19m/s; Vct = 17m/ph; Sn = 18mm/ht.

SUMMARY
1. General information
Project title: Investigation on choosing cutting mode and technological
measures to improve economic-technical effectiveness of grinding 3X13 stainless
steel with Hai Duong grinding wheel.
Code number: B07-TN09-01
Coordinator: Dr Ngo Cuong
Tel: 0280.3847284

E-mail:

Implementing Institution: Thai Nguyen University.
Cooperating Institution: Hoa Nam CO.,LTD; Thai Nguyen Technology
University.
Collaborated with: Nguyen Dinh Man.
Duration: From 2007 to 2008.
2. Objectives
To investigate the influence of grinding conditions on economic-technical
criteria when grinding 3X13 stainless steel with Hai Duong grinding wheel. On that
basis, it is aimed to:
- Determine appropriate cutting mode.
- Choose appropriate technological measures.
- Apply research results to manufacturing valve leaves of air compressors.
3. Main Contents
- 11 -


- General investigation on the influence of cool lubricant liquid, cutting mode

and grinding wheel on economic-technical criteria of 3X13 stainless steel grinding.
- General investigation on mechanical, physical and chemical properties and
machining characteristics of stainless steel.
- General investigation on measures to increase economic-technical effectiveness
of stainless steel grinding.
- Experimental investigation on some measures to increase economic-technical
effectiveness of 3X13 stainless steel grinding.
- Application of research results to trial manufacture of valve leaves of air
compressors.
4. Results obtained
4.1. Scientific products (scientific article)
- Investigation on some factors that have influence on economic-technical
criteria of 3X13 stainless steel grinding, The Scientific and Industrial Magazine,
Thai Nguyen University.
- Evaluation of surface quality of bearing steel when grinding with wheel Al2O3
and CBN, The Scientific and Industrial Magazine, Ha Noi.
4.2. Applied products
- Application of research results to produce different types of valve leaves of air
compressors from stainless steel 3X13:
+ Substandard proportion after grinding ( <10%) because of bend and curve.
+ Other technical requirements based on limitation.
+ Experimental valves in Thai Nguyen Iron Refinement Stock Company can be
used for 360 hours, while experimental valves in Ha Bac Limited Company of
Nitrogenous Fertilizer and Chemistry can work for 1000 hours.
- Applications: The valve is considered an important part which needs to be
usually changed in piston compressors used in chemistry, food and metallurgy. For
example: Thai Nguyen Iron Refinement Stock Company and Ha Bac Limited
- 12 -

Company of Nitrogenous Fertilizer and Chemistry.
4.3. Other results
- The longest lifetime can be get by using grinding wheel Sđ60.MV1.G.V1.250x
30x75.50m/s.
- Cool lubricant liquid with elmusion 10% is suitable.
- Increasing the percentage of cooling lubricant liquid can reduce the surface
roughness and cracks on the surface.
- Increasing grinding speed and the depth of cut lead to the reduction of the
bending of the workpiece.
- Increasing workpiece speed leads to the reduction of the bending of the
workpiece.
- The main grinding process for grinding compressor valves 3X13:
+ Grinding wheel: Sd60.MV1.G.V1.250x30x75.50 m/s.
+ Cooling lubricant liquid: emulsion 10% and fully lubricant.
+ Dressing parameters: Ssd = 0,3mm/ph, tsd = 0,02 mm.
+ Grinding regime: t = 0,001 mm, Vd = 19 mm/s; Vct = 17 m/ph; Sn = 18mm/ht.

- 13 -


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thép không gỉ thường dùng để chế tạo các chi tiết máy của các thiết bị thuộc
các ngành hóa chất, chế biến thực phẩm, công nghiệp giấy...Hầu hết các chi tiết
máy chính xác đều phải gia công qua nguyên công mài. Tuy nhiên, hiệu quả kinh tế
- kỹ thuật khi mài thép không gỉ rất thấp do tính khó gia công của vật liệu và do
việc lựa chọn các điều kiện mài chưa hợp lý. Quá trình mài là một quá trình phức
tạp với tập hợp lớn các yếu tố ảnh hưởng, vì thế chỉ có thể lựa chọn được các điều
kiện mài hợp lý dựa trên những kết quả nghiên cứu ứng với điều kiện công nghệ cụ
thể. Đá mài của Nhà máy đá mài Hải Dương được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam từ

nhiều năm nay, việc sử dụng loại đá mài này để nghiên cứu sẽ cho phép ứng dụng
kết quả vào thực tế sản xuất.
2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện mài đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ
thuật khi mài thép 3X13 bằng đá mài Hải Dương. Trên cơ sở đó:
- Xác định chế độ cắt hợp lý.
- Lựa chọn các biện pháp công nghệ hợp lý.
- Áp dụng kết quả nghiên cứu để sản xuất thử chi tiết lá van của máy nén khí.
3. Cách tiếp cận
Kế thừa các kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả thực hiện đề tài và của các
tác giả khác có các công trình liên quan đã công bố.
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực
nghiệm.
5. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội, chế độ cắt và các thông
số của đá mài đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3X13.

- 14 -


- Chọn chế độ cắt, dung dịch trơn nguội và loại đá mài hợp lý nhằm nâng cao
hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không gỉ 3x13.
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu để mài chi tiết lá van máy nén khí đạt các chỉ
tiêu kinh tế - kỹ thuật nhất định.

- 15 -


Chương 1.

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. Đặc điểm cấu tạo và tính gia công của thép không gỉ 3X13
1.1.1. Đặc điểm cấu tạo
Nguyên lý chống ăn mòn hóa học của thép không gỉ nói chung và của thép
3X13 nói riêng là hợp kim hoá thép bằng nguyên tố Cr, qua đó làm tăng thế điện
cực của dung dịch đặc của Fe để cho lớp bề mặt có thể tạo được một lớp màng
mỏng thụ động hoá ổn định và xít chặt trong môi trường oxy hoá.
Thế điện cực của Fe trong thép có trị số âm khi trong thép không có Cr hoặc
có Cr nhưng với hàm lượng thấp. Khi tăng hàm lượng Cr trong thép thì thế điện
cực của dung dịch đặc của Fe cũng tăng nhưng không tăng đều, khi hàm lượng Cr
theo tỷ lệ nguyên tử đạt tới 12,5% thì thế điện cực của dung dịch đặc Fe tăng đột
biến từ -0,56V lên +0,2V (hình 1.1) và tương ứng độ bền ăn mòn hoá học của thép
tăng lên (hình 1.2).

Hình 1.1. Quan hệ giữa thế điện cực và hàm lượng Cr trong hợp kim Fe-Cr [3].
Tỷ lệ nguyên tử 12,5% của Cr trong thép không gỉ khi đổi ra tỷ lệ trọng
lượng là 11,7% chính là giới hạn tối thiểu cần thiết của Cr trong thép không gỉ. Tuy
- 16 -


nhiên, để đảm bảo cơ tính và độ bền mài mòn của thép không gỉ thì trong thép luôn
phải có nguyên tố C mà nguyên tố này lại kết hợp với nguyên tố Cr để tạo thành
các bít Cr23C6, vì thế cần phải tăng hàm lượng Cr trong thép không gỉ lên một chút.
Thực tế thì hàm lượng trung bình theo trọng lượng của Cr trong thép không gỉ là
13%.

Hình 1.2. Quan hệ giữa tốc độ ăn mòn thép không gỉ trong không khí công nghiệp
với hàm lượng Cr trong hợp kim Fe-Cr [3].
Trong thép không gỉ ngoài 3 nguyên tố cơ bản Fe, Cr, C ra còn có các
nguyên tố khác như Si, Mn, P, Ni,… trong đó có những nguyên tố được cho thêm

vào thép không gỉ để cải thiện các tính chất của thép, có những nguyên tố là tạp
chất tồn tại trong thép (bảng 1.1).
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của thép 3X13
C

Si

Mn

P

S

Cr

Ti

Ni

0,260,35

 0,80

 0,80

 0,03

 0,025

1214

 0,20

 0,60

Nguyên tố Ni làm cho tổ chức của thép thay đổi rõ rệt, mở rộng khu vực
ôstenit, tăng khả năng thấm tôi, tăng tính biến dạng nguội và độ dai va đập.
- 17 -


Nguyên tố Cr là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất của thép không gỉ, nó
tạo khả năng chống ăn mòn, tăng tính chịu mài mòn, tăng độ dẻo dai va đập của
thép.
Nguyên tố C làm tăng độ cứng và khả năng chịu mài mòn của thép sau khi
tôi.
Các nguyên tố Mn, S, P tồn tại trong thép không gỉ như là các tạp chất, tuy
nhiên S cũng có tác dụng làm tăng tính lưu động và tính chống oxy hoá của thép
không gỉ, còn Mn với hàm lượng dưới 2% thì không ảnh hưởng gì tới tính chất của
thép không gỉ. Nguyên tố Ti có tác dụng ngăn ngừa tinh giới của thép không gỉ.
Bảng 1.2. Mác thép tương đương của các nước
Nga

Trung Quốc

Nhật

Đức

(TC гOCT)

(TC GB)

(TC JIS)

(TC DIN)

3X13

3Cr13

SUS420J2

X30Cr13

1.1.2. Tính gia công của thép 3X13
Tính gia công là một tính chất vật lý - kỹ thuật phức tạp của vật liệu phản
ánh khả năng chịu cắt gọt của vật liệu trong những điều kiện xác định.
Các yếu tố quyết định tính gia công của vật liệu gồm [2]:
- Thành phần hóa học và cấu trúc của vật liệu.
- Tính chất cơ, lý của vật liệu.
- Phương pháp gia công và điều kiện gia công.
Khi gia công bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt xác định (như tiện, phay,
khoan,…) hoặc khi mài thô thì thường chọn chỉ tiêu để đánh giá tính gia công của
vật liệu là lực cắt vì nó phản ánh được năng suất cắt gọt, mức tiêu hao năng lượng
và hiệu quả kinh tế của quá trình gia công. Khi mài tinh thường chọn chỉ tiêu tuổi
bền đá mài, đây là chỉ tiêu tổng hợp phản ánh mức độ phù hợp của cặp đá - vật liệu
gia công, phản ánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình mài (bảng 1.3).
- 18 -

Bảng 1.3. Chi phí sửa đá khi mài tròn ngoài một số loại vật liệu [1].
Dạng gia
công
Mài tinh
Mài tinh
Mài tinh

Vật liệu gia công

Thời gian sửa đá theo Chi phí cho sửa đá theo %
% thời gian máy

giá thành nguyên công

10

58

50

30  40

80

60  70

C45 nhiệt luyện
ЭИ417
P6Ø9 nhiệt luyện

Thép không gỉ nói chung và thép 3X13 nói riêng có tính gia công thấp (khó
gia công) vì những nguyên nhân sau [2]:
- Có độ bền cơ học cao: sau khi tôi và ram thì giới hạn bền của chúng thường
lớn hơn 180 kg/mm2 làm cho lực cắt và nhiệt cắt khi gia công rất lớn, tuổi bền của
dụng cụ, độ chính xác gia công và năng suất cắt gọt giảm.
- Có tính chống mài mòn cao: hàm lượng Cr cao làm tăng hệ số ma sát của
thép và làm cho dụng cụ cắt bị mòn nhanh.
- Có độ dẻo, dai và tính dính bám cao:

Hình 1.3. Hệ số dính bám  khi mài tròn ngoài thép ЭИ417, P18 và 45
bằng đá Al2O3[19].
+ Độ dẻo, dai cao làm cho các hạt mài dễ bị bật ra khỏi đá ngay cả khi vẫn
còn sắc gây hao mòn đá. Khi gia công, bề mặt bị biến dạng dẻo mạnh nên rất khó
đạt được độ bóng cao.
- 19 -


+ Khi mài thép không gỉ thì hiện tượng mòn đá do dính bám vật liệu gia
công vào lưỡi cắt của các hạt mài (mòn hóa học) xảy ra ngay từ đầu chu kỳ mài sau
khi sửa đá và có tốc độ lớn hơn nhiều so với khi mài các loại thép thông thường
(hình 1.3). Đây là một trong những nguyên nhân quan trọng làm giảm nhanh khả
năng cắt của các hạt mài từ đó làm giảm nhanh tuổi bền của đá mài.
- Có hệ số truyền nhiệt thấp: hệ số truyền nhiệt của thép không gỉ 3X13 thấp
hơn nhiều so với các loại thép thông thường (bảng 14).
Bảng 1.4. Hệ số truyền nhiệt của thép C45 và 3X13
Vật liệu

Hệ số truyền nhiệt ở 1000C (kcal/m.h.độ)

C45

52,2

3X13

21,6

Do hệ số truyền nhiệt thấp nên nhiệt độ ở vùng cắt cao. So với các phương
pháp gia công cắt gọt khác thì nhiệt độ ở vùng cắt khi mài cao hơn nhiều (có thể tới
1000  15000C) và phần lớn nhiệt cắt (khoảng 70%) truyền vào chi tiết gia công.
Mặt khác thời gian tác dụng để phát sinh nhiệt rất ngắn (1.10 -4  5.10-4 giây) sau đó
được tưới nguội nên lại giảm xuống nhanh chóng làm cấu trúc lớp kim loại bề mặt
bị thay đổi mạnh, giảm độ cứng, tăng độ nhám, gây ra cháy, nứt và ứng suất dư kéo
lớn, kết quả là độ bền của chi tiết khi làm việc giảm đi nhiều. Ngoài ra, nhiệt độ
mài cao còn gây cong, vênh chi tiết gia công (nhất là dạng chi tiết có kích thước
nhỏ hoặc mỏng, phẳng) và làm giảm tuổi bền của đá mài [6].
Bảng 1.5. Tính gia công khi mài của thép 3X13 và C45
theo chỉ tiêu tuổi bền đá mài [19]
Vật liệu

Tuổi bền đá (phút)

C45

85

3X13

14,6
- 20 -

Đánh giá tính gia công của thép không gỉ khi mài theo chỉ tiêu tuổi bền đá,
nghiên cứu thực nghiệm của Л.Н. Филимонов đã cho thấy thép 3X13 khó gia công
hơn thép 45 khoảng 6 lần (bảng 1.5).
Tính gia công thấp làm ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi
mài thép không gỉ, cụ thể [2]:
- Năng suất cắt gọt thấp.
- Tuổi bền đá thấp.
- Chi phí sửa đá lớn.
- Chất lượng bề mặt gia công thấp: cháy, nứt, độ bóng thấp, ứng suất dư kéo
với trị số lớn.
- Chi tiết bị cong vênh (nhất là những chi tiết nhỏ, mỏng).
1.2. Một số biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài thép không
gỉ
Để nâng cao hiệu quả kinh tế cần: tăng tuổi bền đá mài; tăng tốc độ bóc vật
liệu. Để nâng cao hiệu quả kỹ thuật cần: giảm nhiệt độ mài; giảm độ nhám bề mặt
gia công.
Các biện pháp giảm nhiệt độ mài được đặc biệt quan tâm vì có ảnh hưởng
quyết định đến chất lượng bề mặt gia công và độ cong, vênh chi tiết, đồng thời ảnh
hưởng đến tuổi bền đá mài. Nhiệt cắt khi mài có thể xác định theo công thức [6]:
k . f . p(l.V ) 0,5 0
T
( C)
(. .c) 0,5

Trong đó:
k - hệ số thực nghiệm;
f - hệ số ma sát giữa đá mài và chi tiết gia công;
p – áp lực ở vùng tiếp xúc (kg/m2);

l - chiều dài cung tiếp xúc (cm);
Vđ - vận tốc của đá (m/ph);
 - hệ số truyền nhiệt của kim loại gia công (kcal/cm.h.độ);
- 21 -

(1.1)


 - trọng lượng riêng của vật liệu gia công;
c - nhiệt dung của vật liệu gia công.
Công thức trên cho thấy: do có hệ số truyền nhiệt thấp, hệ số ma sát cao và
lực cắt lớn nên nhiệt cắt khi mài thép không gỉ cao hơn nhiều so với khi mài các
loại thép khác.
Các nghiên cứu thực nghiệm về mài thép không gỉ [8, 9, 11, 12, 14...] cho
thấy: khác với các loại thép thông thường, hiện tượng nứt tế vi bề mặt mài của thép
không gỉ xảy ra ngay cả khi đá vẫn còn khả năng cắt tốt và trên bề mặt mài chưa
xuất hiện vết cháy. Các tác giả đều cho rằng nguyên nhân của các vết nứt tế vi là do
tác dụng của nhiệt độ cao ở vùng cắt đã tạo ra tổ chức kim loại ở lớp bề mặt không
đều và gây ra ứng suất dư kéo lớn (nứt do ứng suất). Các vết nứt thường xuất hiện
ở vùng tinh giới của lớp bề mặt và là nguyên nhân quan trọng làm giảm độ bền mỏi
của chi tiết máy.

Hình 1.4. Nứt do ứng suất trên bề mặt mài của thép không gỉ [9].
Do việc đo nhiệt độ mài rất khó khăn và kém chính xác nên hiệu quả của các
biện pháp giảm nhiệt độ mài thường được đánh giá gián tiếp qua các thông số chất
lương bề mặt (độ nhám, cháy, nứt, ứng suất dư...) và độ cong, vênh chi tiết gia
công.
- 22 -

1.2.1. Sử dụng phương pháp mài không liên tục
Mài không liên tục là tạo ra sự gián đoạn trong quá trình cắt gọt giữa đá mài
và chi tiết gia công bằng cách dùng những loại đá mài có bề mặt làm việc không
liên tục (hình 1.5).

Hình 1.5. Một số kiểu đá mài không liên tục [6].
Mài không liên tục làm giảm thời gian tiếp xúc liên tục của đá mài với bề
mặt gia công đồng thời cải thiện điều kiện tưới nguội do đó nhiệt độ mài giảm.
Phương pháp mài không liên tục khá đơn giản, dễ ứng dụng và có hiệu quả
khá tốt nhưng có nhược điểm là làm giảm độ cứng vững và độ an toàn của đá, tăng
- 23 -


rung động qua đó làm tăng độ nhám và độ sóng bề mặt gia công vì thế không phù
hợp để mài tinh các chi tiết có độ chính xác cao.
1.2.2. Dùng dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội hợp lý
Thành phần hóa học và nồng độ của dung dịch trơn nguội ảnh hưởng đến khả
năng bôi trơn và làm mát của dung dịch qua đó ảnh hưởng đến nhiệt độ mài và ứng
suất dư bề mặt (hình 1.6).

Hình 1.6. Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến ứng suất dư bề mặt [18].
Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới đến độ
nhám bề mặt mài [13], các tác giả Webster và Ciu đã thí nghiệm với:
- Hai loại đá mài: Al2O3 và CBN;
- Hai loại dung dịch trơn nguội: nhũ tương tổng hợp 5% và dầu nguyên nhất;
- 24 -


- Hai loại đầu phun: đầu phun thường và đầu phun Webster có đường kính
3mm, 4mm, 5mm (đầu phun Webster có áp suất tưới cao hơn đầu phun thường).

Kết quả đo độ nhám bề mặt mài cho trên hình 1.7:

Hình 1.7. Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới nguội
đến độ nhám bề mặt mài [13].
Ta có một số nhận xét sau:
- Dầu nguyên chất có khả năng bôi trơn tốt hơn đã làm giảm ma sát giữa đá
mài và vật liệu gia công, giảm nhiệt độ mài, giảm biến dạng dẻo bề mặt do đó cho
độ nhám bề mặt gia công thấp hơn.
- Đầu phun có áp suất tưới cao hơn sẽ làm tăng hiệu quả cung cấp dung dịch
trơn nguội vào vùng tiếp xúc giữa đá và chi tiết gia công nên độ nhám bề mặt gia
công thấp hơn.
- Nếu khi mài các vật liệu dễ gia công chỉ cần tưới với áp suất 3  4
atmotphe thì khi mài các loại vật liệu khó gia công cần tưới với áp suất từ 5  10
atmotphe [6].
- 25 -