Nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số công nghệ đến độ nhám, độ không tròn chi tiết khi mài vô tân thép 20x thấm các bon

NGUYỄN THÀNH CHUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM, ĐỘ
KHÔNG TRÒN CHI TIẾT KHI MÀI VÔ TÂM THÉP 20X THẤM CÁC BON

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Mã số:
62520103

Thái Nguyên - 2015

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-1 -


NGUYỄN THÀNH CHUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM, ĐỘ KHÔNG
TRÒN CHI TIẾT KHI MÀI VÔ TÂM THÉP 20X THẤM CÁC BON

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MÔN

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TRƯƠNG KHOA

TS.Ngô Cường
PHÒNG ĐAO TAO

Thái Nguyên - 2015

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-2 -


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần tham khảo đã
được nêu rõ trong Luận văn.

Tác giả

Nguyễn Thành Chung

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-3 -


LỜI CẢM ƠN

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Thầy giáo - TS. Ngô Cường, người đã hướng dẫn và giúp
đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận
văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Cao đẳng công nghiệp Việt Bắc
-Vinacomin, và Khoa Sau đại học của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện
thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Đỗ Đức Trung –Giáo viên trường CĐ Kinh tế
kỹ thuật Thái Nguyên, cùng các Cán bộ kỹ thuật của công ty cổ phẩn Cơ khí Phổ Yên đã

tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành thí nghiệm.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác
giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các
bạn đồng nghiệp.

Tác giả

Nguyễn Thành Chung

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-4 -


MỤC LỤC
Trang
10

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI VÔ TÂM
1.1. Đặc điểm của quá trình mài

10

1.2 Mô hình quá trình mài vô tâm

11

1.3 Ưu điểm phạm vi ứng dụng của phương pháp mài vô tâm

11

1.4. Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính

12

1.4.1. Nguyên lý hình thành bề mặt

13

1.4.2. Chiều sâu cắt

14

1.4.3. Chiều dài tếp xúc

15

1.4.3.1. Chiều dài tếp xúc hình học

15

1.4.3.2. Chiều dài tếp xúc động học

15

1.4.4. Đường kính đá mài tương đương

16

1.4.5. Chiều dày phoi tương đương

17

1.4.6. Lượng chạy dao hướng kính

17

1.4.7. Tốc độ đá mài

17

1.4.8. Tốc độ chi tiết

18

1.4.9. Chiều cao tâm chi tết

18

1.4.10. Lượng dịch chuyển tâm chi tết

18

1.5. Động lực học quá trình mài

19

1.5.1. Hệ thống động lực học

19

1.5.2. Công suất

21

1.5.3. Tốc độ bóc vật liệu

21

1.5.4. Năng lượng riêng

21

1.6. Một số dạng sai hỏng thường gặp khi mài vô tâm chạy dao hướng kính và
các nguyên nhân chính
1.6.1. Độ nhám bề mặt

22

1.6.2. Độ không tròn

22

1.6.3. Kích thước đường kính không ổn định

22

1.6.4. Độ ô van

22

1.6.5. Độ đa cạnh

23

1.6.6. Độ côn

23

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-5 -

22


1.6.7. Độ tang trống

23

1.6.8. Độ yên ngựa

23

1.6.9. Độ sóng bề mặt

23

1.6.10. Vết cào xước trên bề mặt gia công

23

1.6.11. Vết cháy trên bề mặt gia công

24
24

1.7. Một số hướng nghiên cứu về phương pháp mài vô tâm

25

1.7.1 Một số nghiên cứu về nhám bề mặt của chi tết khi mài vô tâm

25

1.7.1.1. Ảnh hưởng của phương pháp mài đến nhám bề mặt
1.7.1.2. Ảnh hưởng của phương pháp sửa đá mài đến nhám bề mặt

25

1.7.1.3. Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến nhám bề mặt

26

1.7.2.Một số nghiên cứu độ không tròn của bề mặt chi tết

28

1.7.2.1. Ảnh hưởng của phương pháp sửa đá dẫn đến độ không tròn

28

1.7.2.2. Ảnh hưởng của độ chính xác biên dạng đá dẫn đến độ không tròn

28

1.7.2.3. Ảnh hưởng của góc cao tâm, góc nghiêng bề mặt thanh tỳ đến độ không 29
tròn
32

1.7.2.4. Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ
1.7.3 Một số nghiên cứu về mô phỏng
1.8. Kết luận chương 1
1.9. Xác định hướng nghiên cứu

32
33
34

CHƯƠNG II : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG
SỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI
VÔ TÂM CHẠY DAO HƯỚNG KÍNH ĐẾN ĐỘ NHÁM VÀ ĐỘ KHÔNG TRÒN CỦA
BỀ MẶT CHI TIẾT
2.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm

37

2.2 Hệ thống thí nghiệm

37

2.2.1 Máy thí nghiệm

37

2.2.2 Vật liệu thí nghiệm

37

2.2.3 Đá mài thí nghiệm

38

2.2.4 Công nghệ trơn nguội

38

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-6 -


38

2.2.5 Thiết bị đo

39

2.2.5.1. Thiết bị đo độ tròn

39

2.2.5.2. Thiết bị đo độ nhám bề mặt

40

2.2.5.3 Một số điều kiện khác

40

2.3 Nghiên cứu thực nghiệm một số thông số công nghệ ảnh hưởng đến độ
nhám, độ tròn của bề mặt chi tết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính thép
20X, thấm các bon.
2.3.1 Ảnh hưởng của góc cao tâm của chi tết

40

2.3.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao dọc khi sửa đá mài

42

2.3.3. Ảnh hưởng của lượng chạy hướng kính

44

2.3.4. Ảnh hưởng của vận tốc đá dẫn

46
48

2.4. Kết luận chương 2

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ

CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI VÔ TÂM CHẠY DAO HƯỚNG KÍNH ĐẾN ĐỘ
KHÔNG TRÒN CỦA BỀ MẶT CHI TIẾT
3.1. Mục đích nghiên cứu mô phỏng

49

3.2. Phương pháp mô phỏng của W. B. Rowe

49

3.3. Giao diện chương trình mô phỏng

53

3.3.1 Điều kiện mô phỏng

53

3.3.2 Tiến hành mô phỏng

54

3.3.2.1 Mô phỏng với sự thay đổi góc cao tâm

54

3.3.2.2 Mô phỏng với sự thay đổi lượng chạy dao hướng kính

55

3.3.2.3 Mô phỏng với sự thay đổi số vòng quay đá dẫn

57

3.4 Kết luận chương 3

58

KẾT LUẬN CHUNG
TÀI LIỆU THAM KHẢO

59

PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-7 -


Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị

Ra

Sai lệch prôfin trung bình cộng

m

Rz

Chiều cao nhấp nhô tế vi

m

Vận tốc cắt của đá mài

m/s

ae

Chiều sâu khi mài

mm

De

Đường kính tương đương của đá mài

mm

γ

Góc nghiêng thanh tỳ

Độ

β

Góc gá cao tâm

Độ

hp

Chiều cao tâm chi tiết

mm

Δ

Sai số độ không tròn

m

Δtn

Sai số độ không tròn thí nghiệm

m

Δm
dpd
dm
ct

Sai số độ không tròn chương trình mô phỏng

m

Đường kính đá mài

mm

Đường kính chi tiết

mm

dd
Sdsd

Đường kính đá dẫn

mm

nd
d
Sk

Vận tốc quay của đá dẫn

Vdm

nđ/nct
nct

Lượng chạy dao dọc khi sửa đá mài

Lượng chạy dao hướng kính

mm/phút
Vòng/phút
m/s

Tỉ lệ tốc độ đá mài /tốc độ chi tiết
Tốc độ quay của chi tiết

Vòng/phút

t

Chiều sâu cắt

P

Công suất khi mài

Ec

Năng lượng riêng khi mài

he
Cqi

Chiều dày phoi tương đương

mm

Độ lớn của vấu lồi thứ i trên chi tiết

µm

Vct

Vận tốc chi tiết

m/s

αg
ψ

Góc giữa pháp tuyến chung của đá mài - chi tiết và
pháp tuyến chung của thanh tỳ - chi tiết.
góc giữa pháp tuyến chung của thanh tỳ - chi tiết và
pháp tuyển chung của đá dẫn - chi tiết.

µm
J
J/mm

3

Độ
Độ

vdd

Vận tốc đá dẫn

m/ph

Rdm

Bán kính đá mài

mm

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-8 -


TT

Bảng

Nội dung

số

Trang

1

1.1

0

Giá trị góc cao tâm  ( )

2

1.2

Giá trị vận tốc đá dẫn v

3

1.3

Giá trị lượng chạy dao hướng kính S k (mm / s)

4

1.4

Giá trị lượng chạy dao dọc khi sửa đá mài S sd (mm / ph)

5

1.5

Giá trị tối ưu của góc cao tâm

6

1.6

Một số công thức xác định h , 

7

2.1

8

2.2

Giá trị

R a và  khi thay đổi 

9

2.3

Giá trị

R a và  khi thay đổi Ssd
43

10

2.4

Giá trị

R a và  khi thay đổi S k

44

11

2.5

Giá trị

Ra và  khi thay đổi v

12

3.1

13

3.2

26

dd

26

(m / ph)

27
27
30
31

38

Thành phần hóa học của thép 20X sau khi thấm
Cacbon [%]

41

46

dd

Giá trị hệ số đàn hồi M đươc lưa chon trong môt sô

52

nghiên cưu
Các thông số có thể sử dụng làm thông số đầu vào của

53

quá trình mô phỏng theo phương pháp của W. B. Rowe
14

3.3

Các thông số thông số đầu vào của chương trình mô

53

phỏng.

15

3.4

Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với

54

những giá trị khác nhau của .
16

3.5

Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với

56

những giá trị khác nhau của Sk.
17

3.6

Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với

57

những giá trị khác nhau của vdd.

Số hoá bởi Trung
tâm Học

ĐHTNVẼ
DANH
MỤCliệu
CÁC– HÌNH
-9 -


TT

Hình số

1

1.1

Mô hình quá trình mài vô tâm

11

2

1.2

Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính

13

3

Nội dung

Sơ đồ nghiên cứu sự hình thành bề mặt chi tiết khi mài

1,3
4
1.5

6

1.6

7

1.7

13

vô tâm
1.4

5

Trang

Hệ thống động lực học

20

Độ nhám bề mặt khi mài vô tâm thông thường

25

và mài vô tâm điện hóa thép SKD 61
Độ nhám bề mặt gia công khi sửa đá bằng hai loại đầu

25

sửa đá khác nhau
Sửa đá dẫn bằng đĩa kim cương

28

Ảnh hưởng của góc cao tâm  và góc nghiêng thanh tỳ

8

1.8

9

2.1

Mẫu thí nghiệm

38

10

2.2

Thước đo nồng độ dầu REF-511

38

11

2.3

12

2.4

Máy đo độ nhám

13

2.5

Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của  đến Ra

14

2.6

Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của  đến 

15

2.7

Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của

S

16

2.8

Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của

sd

17

2.9

Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của

S

19

2.10

Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của

20

2.11

Kết quả thực nghiêm ảnh hưởng của

21

2.12

Kết quả thực nghiêm ảnh hưởng của

 đến độ không tròn ∆ trên chi tết gia công

Thiết bị đo độ không tròn

29

39
39

sd
Sk
Sk

41
42
đến Ra

43

đến 

43

đến Ra

45

đến 

45

đến Ra

47

đến 

47

vd
d
vd
d
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-10 -


22

3.1

Mô hình xây dựng phương trình cơ sở cho chương

49

trình mô phỏng
23

3.2

Sư dich chuyên tâm chi têt do phôi không chinh xac

50

24

3.3

Biểu đồ biểu diễn phương pháp mô phỏng của W. B.

52

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-11 -


Rowe
25

3.4

26

3.5

27

3.6

28

3.7

Giao diện chương trình mô phỏng tính toán độ không
tròn khi thay đổi góc cao tâm .
Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với
những giá trị khác nhau của .
Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với
những giá trị khác nhau của Sk
Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với
những giá trị khác nhau của vdd

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-11 -

54

55

56

57

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI VÔ TÂM

1.1. Đặc điểm của quá trình mài
Quá trình mài là quá trình cắt gọt vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao. Mài chiếm
từ 20 ÷ 25% tổng chi phí trong gia công cơ khí. Mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các
phương pháp gia công cắt gọt khác:
- Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt khôn g liên tục đồng thời tham gia
cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi những hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất
khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi cắt,
có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi ch o điều kiện cắt gọt: góc trước thường
0
âm và góc cắt thường lớn hơn 90 .
- Tốc độ cắt khi mài rất cao ( 30 m/s, mài cao tốc có thể tới 120 m/s hoặc cao hơn).
- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn
0
(1000  1500 C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt.
- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ (vài m đến vài
chục m), số lượng phoi được tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong
một phút) vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia công tạo ra độ
nhẵn bóng và độ chính xác cao.
- Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công được những vật
liệu rất cứng mà các dụng cụ cắt gọt khác khó gia công được như: thép tôi, hợp kim
cứng... nhưng lại khó gia công được những vật liệu rất mềm.
- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: dưới tác dụng của tải trọng cơ
nhiệt các hạt mài đã mòn bị bật ra khỏi bề mặt đá tạo điều kiện cho những hạt mài mới
tham gia vào quá trình cắt. Ngoài ra một số hạt mài bị vỡ tạo thành những lưỡi cắt mới.
- Do hiện tượng tự mài sắc cũng như không thể chủ động thay đổi được hình dáng và vị trí
của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều khiển quá trình mài gặp rất nhiều

khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa được nghiên cứu hoàn thiện.

1.2. Mô hình quá trình mài vô tâm

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-12 -


Quá trình mài vô tâm được mô tả theo mô hình sau:

Hình 1.1. Mô hình quá trình mài vô tâm [2]
Quan sát mô hình quá trình mài vô tâm (hình 1.1) ta thấy: quá trình mài vô tâm là
một quá trình phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều thông số và sự tương tác giữa các thông số
trong mô hình. Việc nghiên cứu quá trình mài với tất cả các thông số như trong mô hình là
một công việc phức tạp, và thường không thể thực hiện được trong phạm vi một nghiên
cứu. Do đó, ứng với mỗi trường hợp phải lựa chọn một số thông số trong mô hình để đánh
giá.
1.3. Ưu điểm, phạm vi ứng dụng của phương pháp mài vô tâm
Trong gia công cơ khí, thời gian điều chỉnh máy và thời gian phụ có thể làm giảm
hiệu quả kinh tế của quá trình. Đối với phương pháp mài vô tâm bề mặt trụ ngoài, có ưu điểm
là không cần gia công lỗ tâm như một số phương pháp gia công khác, mà chi tết được định vị
bằng chính bề mặt gia công của nó. Điều này làm giảm thời gian của quá trình, tiết kiệm kinh
tế, đồng thời tránh được sai số gia công do sai số của lỗ tâm gây ra. Một ưu điểm khác của
phương pháp mài vô tâm là chi tiết không yêu cầu kẹp chặt khi gia công, tiết kiệm thời gian
phụ, dễ tự động hóa quá trình gia công và độ chính xác gia công được cải tiến nhờ nâng cao
độ chính xác của hệ truyền động. Mài vô tâm thực sự phát huy hiệu quả bởi những ưu điểm
sau [2]:

Những ưu điểm của mài vô tâm

Lý do

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-13 -


Thời gian gia công ít

Bề rộng đá mài có kích thước lớn

Đá mài có tuổi bền lớn

Đường kính đá lớn

Thời gian phụ ít

Không cần kẹp chặt chi tết

Độ chính xác cao

Tránh được sai số do không có lỗ tâm

Gia công được vật liệu có độ cứng cao

Hạt mài có độ cứng rất cao

Phạm vi gia công của phương pháp mài vô tâm về hình dạng chi tết và vật liệu gia
công là tương đối rộng. Phương pháp này được sử dụng để làm sạch bề mặt nhanh chóng,
làm tròn bề mặt gia công và nâng cao chất lượng bề mặt. Bề mặt phôi có thể là hình đa cạnh
hoặc hình trụ và có thể tến hành mài vô tâm bề mặt trong hay bề mặt ngoài. Quá trình gia

công thường được tự động hóa sản xuất với mục đích giảm tối đa công lao động.
Mài vô tâm là một phương pháp gia công cho năng suất và độ chính xác cao, phương
pháp này đặc biệt mang lại hiệu quả cao trong sản xuất loạt lớn - hàng khối. Các dạng sản
phẩm thường được ứng dụng công nghệ mài vô tâm như: các chi tết của ngành công nghệ ô
tô, vòng bi, một số chi tết của động cơ diesel, đồ định vị, một số chi tết trong ngành công
nghệ dệt,....
1.4. Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính
Khi gia công bề mặt trụ ngoài bằng phương pháp mài vô tâm chạy dao hướng kính, vị trí
của chi tiết gia công nằm ở giữa đá mài, thanh tỳ, đá dẫn và cữ chặn, những thành phần này
quyết định tốc độ quay của chi tết gia công. Đối với hầu hết các máy mài vô tâm: đá dẫn, chi
tiết, thanh tỳ và cữ chặn sẽ tến về phía tâm đá mài trong quá trình mài chạy dao hướng kính.
Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính bề mặt trụ ngoài được trình bày trong hình 1.2.

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-14 -


Hình 1.2. Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính
1.4.1. Nguyên lý hình thành bề mặt
Đối với phương pháp mài vô tâm, gia công các bề mặt trụ tròn xoay có độ không tròn
nhỏ là mục têu của hầu hết các quá trình mài tinh [53]. Để gia công được các chi tết có độ
không tròn nhỏ, trước hết phải tến hành tìm hiểu nguyên lý hình thành bề mặt chi tết. Từ đó
xác định được các yếu tố có ảnh hưởng đến độ không tròn của chi tết khi
mài vô tâm.

Hình 1.3. Sơ đồ nghiên cứu sự hình thành bề mặt chi tết khi mài vô tâm [9]
Trong quá trình mài, bán kính của chi tiết (rct) là một hàm của góc φ (hình 1.3).
Trên mặt cắt ngang của profile chi tiết, theo chuỗi Fourier có thể viết như sau [9]:
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-15 -

vô cùng
rct ( )  rct (0)  Ci cos(i dm   i

)
i 2

(1.1)

Từ công thức 1.1, A. Y. Chief [9] đã xây dựng công thức xác định độ không tròn
trên chi tiết ứng với thời điểm chi tiết quay được một góc φ như sau:
 sin  g sin( g  ) 
rct ( )  rct (0) 1

   Ci cos(i   i )
sin
sin



 g cosi(    )   
 g   cosi(   )   

C
C
g
i

sin

sin(
)

i
i
g
sin
sin

(1.2)

i

Trong đó:
rct (0) - sai số ban đầu của chi tết.
Ci - độ lớn (biên độ) của vấu lồi thứ i trên chi tết.
 g - góc giữa pháp tuyến chung của đá mài - chi tết và pháp tuyến chung của
thanh tỳ - chi tết.
 - góc giữa pháp tuyến chung của thanh tỳ - chi tết và pháp tuyển chung của đá
dẫn - chi tết.
 – góc ở tâm của chi tết, thể hiện vị trí của chi tết trong hệ tọa độ cực.
 i - góc pha của sóng thứ i trên chi tết.
Qua công thức 1.2 ta thấy độ không tròn của bề mặt chi tiết phụ thuộc vào sai số
ban đầu của chi tết rct
(0)

và các yếu tố hình học

 g ,  . Có nghĩa là độ không tròn

của bề mặt chi tết phụ thuộc vào độ chính xác ban đầu của chi tết và các thông số hình học
của hệ thống công nghệ (đường kính đá mài, đường kính đá dẫn, góc nghiêng thanh tỳ, đường
kính và chiều cao tâm của chi tiết…).
1.4.2. Chiều sâu cắt
Khi mài vô tâm, chiều sâu cắt thực tế nhỏ hơn chiều sâu cắt điều chỉnh vì có sự rung
động của hệ thống công nghệ. Giả sử hệ thống công nghệ tuyệt đối cứng vững, chiều sâu cắt
thực tế khi mài vô tâm được xác định theo công thức (1.3)[2].
tt 

s
1
. .d . k
vc
2
ct
t

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-16 -

(1.3)


Trong đó:

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-17 -


t t – chiều sâu cắt thực tế.

S k – lượng chạy dao hướng kính.
d ct – đường kính chi tết.
v ct – vận tốc chi tết.
1.4.3. Chiều dài tiếp xúc
Chiều dài tếp xúc bao gồm chiều dài tếp xúc hình học và chiều dài tếp xúc động
học. Chiều dài tếp xúc xác định theo công thức [2]:
2
2
lc  2
lg 
lf

Trong đó:

(1.4)

l c - chiều dài tiếp xúc.
l g - chiều dài tiếp xúc hình học.
l f - chiều dài tiếp xúc động học.
1.4.3.1. Chiều dài tiếp xúc hình học
Chiều dài tếp xúc hình học khi không tính đến sự biến dạng của đá mài phụ thuộc
vào chiều sâu cắt thực tế và được xác định theo công thức [2]:
lg


Trong đó:

(1.5)

t tt .

de

l g - chiều dài tiếp xúc hình học.
t t – chiều sâu cắt thực tế.
de

– đường kính đá mài tương đương.

1.4.3.2. Chiều dài tiếp xúc động học
Chiều dài tiếp xúc động học phụ thuộc vào lực tác động giữa đá mài và chi tết gia
công. Chiều dài tếp xúc động học xác định theo [2]:
el 
f

2 dm
8.R .F
.d
r
n
 .b.E

*

(1.6)

Trong đó :
R r - là hệ số độ nhám, nó phụ thuộc vào độ nhám của đá mài. Thông thường, chọn
Rr  10
Fndm

- thành phần lực pháp tuyến.

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-17 -


b - bề rộng tếp xúc, thông thường bằng bề rộng của đá mài khi mài chạy dao
dọc hoặc bằng chiều dài chi tết gia công khi mài vô tâm chạy dao hướng kính.
E * - mô đun đàn hồi hữu hiệu đánh giá sự đàn hồi của vật liệu đá mài và vật
liệu gia công, giá trị của

E * xác định theo:
1  2 dm1  2


* ct
E
E1
E2
1

(1.7)

Trong đó:
E1 – mô đun đàn hồi của đá mài.
E 2 – mô đun đàn hồi của chi tết gia công.
v dm - vận tốc của đá mài.
v ct - vận tốc của chi tết gia công.
1.4.4. Đường kính đá mài tương đương
Quá trình mài chịu ảnh hưởng của đường kính đá mài tương đương d e (de là

quan hệ cơ sở của hai bề mặt trong vùng tiếp xúc). Khi mài vô tâm bề mặt trong,
đường kính đá mài nhỏ hơn đối với trường hợp mài vô tâm bề mặt ngoài. Do đó, đường
kính đá mài tương đương ảnh hưởng đến quá trình mài vô tâm bề mặt trong lớn hơn ảnh
hưởng đối với quá trình mài vô tâm bề mặt ngoài. Đường kính đá mài tương đương khi mài
vô tâm được xác định như đối với trường hợp mài phẳng. Theo [2]
đường kính đá mài tương đương xác định theo công thức:

Trong đó:

1
1
1


de
d ct
d dm

(1.8)

d e - đường kính đá mài tương đương.
d dm - đường kính đá mài.
d ct - đường kính chi tết gia công.
Trong công thức trên, dấu cộng (+) sử dụng khi mài vô tâm bề mặt ngoài, dấu trừ (-)
sử dụng khi mài vô tâm bề mặt trong.

1.4.5. Chiều dày phoi tương đương
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-18 -

Chiều dày phoi tương đương là đại lượng xác định chiều sâu của hạt mài cắt vào bề
mặt chi tết, đồng thời cũng là chiều dày của lớp vật liệu chi tết gia công được bóc đi bởi
vận tốc của hạt mài. Chiều dày phoi tương đương xác định theo công thức
[2]:
S

1
h  t . ct  . . k
eq
t .d
ct

2
dm v

(1.9)
dm

Trong đó:
heq - chiều dày phoi tương đương.
t t - chiều sâu cắt thực tế.
v ct - vận tốc chi tết gia công.
v dm - vận tốc đá mài.
Sk - lượng chạy dao hướng kính.
Trên thực tế, độ lớn của chiều sâu hạt mài cắt vào bề mặt chi tiết dao động
trong một phạm vi rộng, vì nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các hạt mài, chiều sâu của
hạt mài nằm trong bề mặt đá, và độ nhám bề mặt. Khi chiều sâu cắt là 0,05 mm thì chiều dày
phoi tương đương khoảng 0,5 μm [2]. Chiều dày phoi tương đương là một thông số quan
trọng để so sánh mức độ cắt vào bề mặt chi tết gia công của các quá trình mài với cùng một

cấu trúc hạt của đá mài.
1.4.6. Lượng chạy dao hướng kính
Khi tăng lượng chạy dao hướng kính sẽ làm tăng tốc độ bóc vật liệu. Tuy nhiên, tăng
tốc độ bóc vật liệu sẽ làm tăng chiều dày lớp phoi được bóc đi, tăng ứng suất trên mỗi hạt
mài, tăng lực cắt và làm tăng hiện tượng tự mài sắc. Kết quả là độ nhám bề mặt tăng và đá
nhanh mòn [2].
1.4.7. Tốc độ đá mài
Tăng tốc độ đá mài cho phép tăng lượng chạy dao hướng kính (xem công thức
1.9). Nếu tăng tốc độ đá mài mà không tăng lượng chạy dao hướng kính sẽ làm giảm chiều
dày lớp phoi được bóc đi, trong trường này hợp sẽ làm giảm độ nhám bề mặt và giảm lực cắt
đồng thời giảm hiện tượng tự mài sắc, do đó đá có tuổi bền cao hơn. Mục đích của việc tăng
tốc độ đá mài là cho phép tăng lượng chạy dao hướng kính, nâng cao năng suất gia công mà
vẫn đảm bảo được chất lượng vật mài [2].
1.4.8. Tốc độ chi tiết
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-19 -


Tốc độ quay của chi tiết được điều chỉnh thông qua tốc độ quay của đá dẫn. Khi gia
công, nếu chi tết quay với tốc độ cao sẽ làm tăng mức độ rung động của chi tiết đặc biệt
là đối với những chi tết có đường kính nhỏ. Ngược lại, nếu tốc độ quay của chi tết quá thấp
sẽ làm cho thời gian tếp xúc tại một điểm trên chi tiết với đá mài quá lâu, gây ra hiện tượng
cháy bề mặt. Do đó, cần thiết phải xác định tốc độ của chi tết trong từng trường hợp cụ thể
[2].
1.4.9. Chiều cao tâm chi tiết
Theo [55] hầu hết các quá trình mài vô tâm đều được thực hiện trong trường hợp
tâm chi tết cao hơn tâm đá mài và tâm đá dẫn. Giá trị chiều cao tâm chi tết ảnh hưởng rất
lớn đến chất lượng bề mặt gia công.
- Nếu chiều cao tâm chi tết quá lớn sẽ làm cho chi tết bị rung động trong quá trình
mài, chi tiết có xu hướng bị nhấc lên theo phương thẳng đứng, giảm điều kiện tếp xúc

giữa chi tết với đá mài - đá dẫn và thanh tỳ, đồng thời chi tiết có xu hướng bị bật ra khỏi
vùng gia công.
- Tuy nhiên, nếu chiều cao tâm chi tết quá nhỏ sẽ làm cho áp suất tếp xúc giữa chi
tết với đá mài - đá dẫn và thanh tỳ tăng, ảnh hưởng đến chuyển động quay đều của chi tết,
gây ra sai số gia công và có thể gây biến dạng vật mài [1].
1.4.10. Lượng dịch chuyển tâm chi tiết
Lượng dịch chuyển tâm chi tết theo phương ngang (xct ) và theo phương thẳng
đứng (yct ) là một thông số quan trọng trong quá trình mài vô tâm.

x ct và y c được
t

sử trong việc điều chỉnh máy để gia công hết lượng dư mài một cách chính xác, nhanh chóng.
Theo [19, 20] mối quan hệ giữa lượng dịch chuyển tâm chi tết với các thông số hình học của
hệ thống công nghệ và lượng dư gia công khi mài vô tâm chạy dao
hướng kính như sau:
y ct
ct

Trong đó:

1

2
A.x 
2B.x

t  x tg
ctcos 
ct

C0

2
A  tg   1
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-20 -

(1.10)
(1.11)


t

B

tg 
cos

C

t2
2ht
2 
cos  cos

2
2  htg
(rd  rct
 t)  h

m

Với:
t - lượng dư gia công tính theo bán kính;
rdm - bán kính đá mài;
h - chiều cao tâm chi tiết tại thời điểm ban đầu;
 - góc nghiêng của bề mặt thanh tỳ so với phương nằm ngang.
Đồng thời các nghiên cứu [19, 20] cũng đưa ra một số kết luận:
- Lượng dịch chuyển tâm chi tết là một hàm số của các thông số hình học của hệ
thống công nghệ ( d dm d dd rct ,  , h ) và lượng dư gia công ( t ).
,
,
- Khi tăng lượng dư gia công, chiều cao tâm chi tết, góc nghiêng thanh tỳ thì đều làm tăng
lượng dịch chuyển tâm chi tiết theo phương ngang (xct ) và lượng dịch chuyển
tâm chi tết theo phương thẳng đứng (yct ) .
- Lượng dịch chuyển tâm chi tiết theo phương ngang (xct )

luôn nhỏ hơn lượng dư gia

công, còn lượng dịch chuyển tâm chi tiết theo phương thẳng đứng (yct ) luôn lớn hơn
0
lượng dư gia công, ngoại trừ trường hợp khi góc nghiêng của bề mặt thanh tỳ γ = 0 .
1.5. Động lực học quá trình mài
1.5.1. Hệ thống động lực học
Theo [2, 7, 10, 11] hệ thống động lực học của phương pháp mài vô tâm chạy dao
hướng kính được trình bày trên hình 1.5.
Trong đó:
Quan hệ hình học:

Quan hệ chiều sâu cắt:

Biến dạng:

r (t )
1
G g (t)  ct


( 
S k (t)
 K 2e
1  K1e
)s
gs
t (t )
H (t )  t
 1 2s
e
t
rct (t)

(1.12)

(1.13)

s (t )
1
 k
(1.14)
(t)
dm

Fn
(t)
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-21 -


Mòn đá:

r
(t )
1
C
H s(t)  dm

2s
/ . md
n F
1e
m
dm
dm
(t)

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-22 -

(1.15)


Hình 1.4. Hệ thống động lực học [2, 7, 10, 11]

Trong các công thức trên:
1
Gg (t ) , H t (t)
, Hs
(t)
(t)
,

- lần lượt là quan hệ hình học, quan hệ chiều sâu cắt,

biến dạng và mòn đá tại thời điểm t.
rct (t ) rdm (t) t tt (t ) s k (t ) S k (t - lần lượt là bán kính chi tết, bán kính đá mài,
)
,
,
,
,
chiều sâu cắt thực tế, lượng chạy dao thực tế và tổng lượng chạy dao thực tế tại thời
điểm t.
K1  sin  / sin( g  - hệ số xét đến sự dịch chuyển tâm của chi tiết khi sai số
)
trên chi tết tếp xúc với bề mặt thanh tỳ.
K 2  sin  / sin( g  - hệ số xét đến sự dịch chuyển tâm của chi tiết khi sai số
)
trên chi tết tếp xúc với bề mặt đá dẫn.
 g - góc hợp bởi pháp tuyến chung của đá mài - chi tiết và pháp tuyến chung của
chi tiết - thanh tỳ.
 - góc cao tâm của chi tiết.
C

- hệ số mòn đá, hệ số này phụ thuộc vào vật liệu, cấu trúc, hình dáng... của

md
m
mỗi loại đá và trong từng điều kiện gia công cụ thể.
 dm - góc quay của đá mài tính theo radian trong thời gian một giây.
s - tần số dao động của các đại lượng Gg (t ) , H t (t) ,

1
, H s (t)
(t)

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
-22 -