Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng vật liệu có độ dẻo cao

MỤC LỤC
MỤC LỤC....................................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT...................................................3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ.................................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU..................................................................................6
PHẦN MỞ ĐẦU..........................................................................................................................9

1. Lý do chọn đề tài...................................................................................................9
2. Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................................9
3. Mục tiêu của đề tài...............................................................................................10
4. Nội dung nghiên cứu.............................................................................................11
5. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu.................................................................11
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài...............................................................11
7. Nội dung bố cục dự kiến của luận văn..................................................................11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI VÀ QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG..................................12

1.1. TỔNG QUAN VỀ MÀI.....................................................................................12
1.2. MÀI PHẲNG VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH MÀI.................15
1.2.1. Bản chất của quá trình mài phẳng:................................................................15
1.2.2 Các sơ đồ cắt khi mài phẳng............................................................................16
1.2.3 Động học quá trình cắt khi mài 4; 23........................................................18
1.3. ĐÁ MÀI VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA ĐÁ MÀI....................................30
1.3.1. Cấu trúc chung của đá mài.............................................................................30
1.3.2 Ký hiệu của đá mài..........................................................................................30
1.3.3. Vật liệu hạt mài...............................................................................................33
1.3.4. Chất kết dính...................................................................................................34
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.........................................................................................34
CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ
NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI PHẲNG VẬT LIỆU CÓ ĐỘ DẺO CAO....................36

2.1 CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI MÀI PHẲNG................................................36

1


2.1.1 Vận tốc quay của đá mài..................................................................................36
2.1.2 Chiều sâu mài (lượng chạy dao hướng kính)...................................................36
2.1.3 Lượng chạy dao dọc Sdoc..................................................................................37
2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT
CHI TIẾT KHI MÀI PHẲNG VẬT LIỆU CÓ ĐỘ DẺO CAO.............................................37

2.2.1 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt..........................................................................37
2.2.2 Ảnh hưởng của lượng chay dao Sng..................................................................38
2.2.3 Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết........................................................................38
2.2.4 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đá.........................................................................39
2.2.5 Ảnh hưởng của thời gian mài hết hoa lửa........................................................39
2.2.6 Ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến nhám bề mặt..............................................41
2.2.7 Quy luật suy giảm chiều cao nhám theo thời gian mài....................................42
2.2.8 Ảnh hưởng của mòn đá mài đến nhám bề mặt.................................................43
2.2.9 Ảnh hưởng của động học mài đến nhám bề mặt..............................................48
2.2.10 Nghiên cứu các mô hình cơ bản xác định độ nhám bề mặt...........................54
2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.........................................................................................544
CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM.........................................61

3.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM:...............................................61
3.1.1. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm:.....................................61
3.1.2. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm và mô hình hồi quy thực nghiệm:..............62
3.2. HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:...............................................................63
3.2.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm...............................................................63
3.2.2. Dụng cụ thí nghiệm.........................................................................................65
3.2.3. Phương pháp tiến hành thí nghiệm.................................................................71
3.2.4. Trình tự thí nghiệm.........................................................................................71

3.3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN:.....................................................74
3.3.1. Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng........74
3.3.2. Ảnh hưởng của lượng tiến ngang đến nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng.
...................................................................................................................................... 76
2


3.3.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng...........78
3.4. ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA HAI THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN
ĐỘ NHÁM BỀ MẶT:..................................................................................................88

3.4.2. Đồ thị quan hệ giữa Ra với lượng tiến ngang Sng và chiều sâu cắt t.............89
3.4.3. Đồ thị quan hệ giữa Ra với chiều sâu cắt t và vận tốc chi tiết Vct..................90
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3:.................................................................................91
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO............................................92
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................................94

3


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Ý nghĩa

nđ

Tốc độ quay của đá mài

Sd

Lượng chạy dao dọc

Đơn vị
Vòng/ph
m/ph

Lượng chạy dao ngang

mm/htđ

Chiều sâu cắt của một hạt mài

mm

Chiều rộng phoi cắt

mm

b

Chiều rộng mài

mm

t

Chiều sâu cắt khi mài

mm

B

Chiều rộng của đá mài

mm

Đường kính của đá mài

mm

Tốc độ của đá mài

m/s

Chiều dày phoi không biến dạng lớn nhất

mm

Chiều dày phoi tương đương

mm

Tốc độ bóc vật liệu

m/s

Tốc độ bóc vật liệu trên 1 đơn vị bề rộng mài
TP lực cắt theo phương tiếp tuyến tác dụng lên 1

m/s.m
N

hạt mài.
TP lực cắt theo phương pháp tuyến tác dụng lên 1

N

hạt mài.
Thành phần lực cắt tiếp tuyến

N

Thành phần lực cắt pháp tuyến

N

4


Thông số đánh giá độ nhám bề mặt gia công.

µm

Hệ số lực cắt
N

Công suất mài

W

u

Năng lượng riêng khi mài
Hệ số khả năng cắt của đá mài

G
T

J/m
m/s.N

Hệ số mài
Tuổi bền của đá mài

phút

Nhiệt độ mài
Lượng chạy dao dọc khi sửa đá

m/ph

Chiều sâu cắt khi sửa đá

mm

Giá trị mã hóa của các thông số vào
g

Gia tốc.

m/

5


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình và nội dung hình
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6

Sơ đồ mài phẳng
Sơ đồ mô tả quan hệ của các thông số vào-ra của quá trình mài
Mài phẳng bằng đá mài mặt đầu
Các yếu tố của lớp cắt khi mài phẳng

Hình dạng lớp cắt với hm= a
Chiều dày cắt khi mài phẳng do hình học đá khác nhau
Các loại phoi khi mài
Ký hiệu đá mài ôxít nhôm và các-bít Silic theo tiêu chuẩn của Mỹ
Các tính chất cơ lý của một số loại vật liệu hạt mài thông dụng
Độ cứng tế vi và môđun đàn hồi của một số loại vật liệu mài
Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t
Ảnh hưởng của lượng tiến dao tới nhám bề mặt
Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt khi mài
Ảnh hưởng của lượng tiến dao dọc tới nhám bề mặt
Ảnh hưởng của số lần mài hết hoa lửa
Ảnh hưởng của số hành trình mài hết hoa lửa (1,2,3,4 và 5 hành

12
14
16
19
22
26
29
31
32
32
36
37
37
38
39
39

Hình 2.7

trình cắt) tới nhám bề mặt
Ảnh hưởng của chế độ sửa đá tới nhám bề mặt chi tiết mài và sự

40

thay đổi của nhám theo thời gian mài
Hình 2.8 Các dạng mòn đá mài
Hình 2.9 Sơ đồ sửa đá mài
Hình 2.10 Các vết xước gây ra bởi các hạt mài trong vùng mài
Hình 2.11 Các đường cong thực nghiệm chỉ ra sự giảm độ cao của nhám bề

43
45
48
49

mặt khi số vết cắt tăng đối với đá mài có độ hạt khác nhau
Hình 2.12 Sơ đồ hình thành sóng trên bề mặt đá
Hình 2.13 Sơ đồ tạo ra sự không đồng nhất có quy luật của nhám bề mặt chi

51
51

tiết mài
Hình 2.14 Sự thay đổi chiều cao nhám của bề mặt ở đỉnh sóng
Hình 2.15 Biểu đồ biên dạng nhám bề mặt đá mài được mô tả trên các đỉnh
sóng (1) và ở phần lõm (2)
Hình 2.16 Sự thay đổi nhám theo chế độ sửa đá

Hình 3.1 Máy mài phẳng KURODA của nhật bản
Hình 3.2 Đá mài Hải Dương Cn60.TB1G.V1.200x20x32
6

52
52
58
64
65


Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14

Mẫu phôi thi nghiệm
Máy đo độ nhám Mittutoyo ST-400.
Sơ đồ nguyên lý đo độ nhám
Phiếu in kết quả đo ảnh hưởng của với
Đồ thị quan hệ giữa vận tốc chi tiết và độ nhám
Phiếu in kết quả đo ảnh hưởng của với

Đồ thị quan hệ giữa lượng tiến dao ngang với độ nhám
Phiếu in kết quả đo ảnh hưởng của t với
Đồ thị quan hệ giữa chiều sâu cắt t với
Đồ thị quan hệ giữa với và t.
Đồ thị quan hệ giữa với và t
Đồ thị quan hệ giữa với t và

7

67
68
69
73
74
75
76
77
78
88
89
89


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng và nội dung bảng
Bảng 2.1 Các giá trị của Racm đối với điều kiện mài khác nhau.................................................42
Bảng 2.2 Hệ số mòn của các loại vật liệu hạt mài.....................................................................45
Bảng 3.1 Tỷ lệ các nguyên tố của thép SUS304.......................................................................67
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết đến nhám bề mặt ......................................................74
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tốc độ bàn tiến ngang tới nhám bề mặt..............................................76

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến nhám bề mặt..........................................................78
Bảng 3.5. Bảng số liệu hàm hồi quy của Ra theo V...................................................................80
Bảng 3.6 Bảng số liệu tính toán quy hoạch thực nghiệm của hàm hồi quy Ra theo Vct..........80
Bảng 3.7 Bảng kết quả thí nghiệm 02.......................................................................................84
Bảng 3.8 Bảng số liệu hàm hồi quy của Ra theo tốc độ bàn tiến ngang...................................84
Bảng 3.9 Số liệu tính toán quy hoạch thực nghiệm của hàm hồi quy Ra theo S.....................853
Bảng 3.10 Bảng kết quả thí nghiệm 03 ....................................................................................85
Bảng 3.11 Bảng số liệu hàm hồi quy của Ra theo t...................................................................86
Bảng 3.12 Bảng số liệu tính toán quy hoạch thực nghiệm của hàm hổi quy Ra theo t..............86

8


9


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Để nâng cao tính cạnh tranh trong quá trình hội nhập toàn cầu, mỗi doanh
nghiệp muốn tồn tại cần phát triển theo hướng hạ thấp chi phí gia công trên cơ sở
đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm để đáp ứng nhanh nhu cầu của người tiêu
dùng.
Nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công là một trong những vấn đề rất
quan trọng của ngành công nghệ chế tạo máy nhằm tạo ra các sản phẩm, thiết bị,
máy móc đạt độ chính xác và tuổi thọ cao, đảm bảo hiệu quả kinh tế kỹ thuật. Hiện
nay các loại vật liệu mới có cơ, lý tính cao (độ bền cơ học, độ bền nhiệt, độ cứng,
chịu mài mòn) ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các máy móc thiết bị… khi
gia công các loại vật liệu này để tạo ra các chi tiết máy có chất lượng (bề mặt, độ
chính xác, năng suất..) cao là rất khó khăn nếu sử dụng các phương pháp gia công
lần cuối là tiện, phay... Do vậy để đáp ứng được yêu cầu này, sử dụng phương pháp

mài để gia công lần cuối cho sản phẩm là thích hợp hơn cả (chất lượng sản phẩm
phụ thuộc vào phương pháp gia công tinh lần cuối). Mài là một phương pháp gia
công cơ có vị trí rất quan trọng bởi vì mài tạo ra các chi tiết máy có độ chính xác,
chất lượng bề mặt, gia công được vật liệu bất kỳ mà các phương pháp gia công cắt
gọt khác rất khó khăn để đạt được. Không những vậy, mài còn có thể sử dụng để gia
công thô mà không qua các bước gia công tạo hình trung gian khác với năng suất
cao.
Việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp công nghệ và phương pháp gia
công tinh lần cuối cho các bề mặt chi tiết máy, đồng thời tìm ra những biện pháp
công nghệ mới hoàn thiện hơn là một nhiệm vụ cấp bách.

10


2. Tính cấp thiết của đề tài
Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy, các sản phẩm cơ khí cũng yêu cầu chất
lượng ngày càng cao. Để nâng cao chất lượng sản phẩm, một mặt người ta sử dụng
ngày càng nhiều các loại vật liệu có cơ tính tốt và vật liệu có độ dẻo cao là một
trong những loại vật liệu đó. Tuy nhiên, do độ cứng không cao nên đây là loại vật
liệu rất khó gia công.
Mặt khác bên cạnh chọn vật liệu tốt người ta phải nâng cao độ chính xác và
chất lượng bề mặt khi gia công để nâng cao chất lượng sản phẩm.
Chất lượng sản phẩm khi mài sẽ như thế nào khi mà công nghệ tự động hóa,
công nghệ tin học, công nghệ vật liệu phát triển như vũ bão. Sự phát triển của các
ngành công nghệ này ảnh hưởng rất lớn đến việc đảm bảo chất lượng sản phẩm khi
mài. Trước đây khi gia công xong người ta mới biết kết quả, nhưng ngày nay người
ta có thể dự đoán thậm chí còn điều khiển được các thông số công nghệ để tạo ra
các kết quả mài mong muốn. Độ chính xác và chất lượng bề mặt lại phụ thuộc nhiều
vào phương pháp gia công lần cuối. Trong đó mài là một trong những phương pháp
gia công lần cuối cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Vì vậy việc nghiên

cứu điều khiển quá trình cắt khi mài là rất cần thiết.
Các vấn đề cần nghiên cứu để điều khiển quá trình mài là rất rộng. Tuy nhiên
chế độ cắt khi mài là một trong những yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả
của quá trình mài, trong khi ở Việt Nam và trên thế giới các công trình nghiên cứu
về mài còn chưa nhiều, đặc biệt mài vật liệu có độ dẻo cao (thép không gỉ) có rất ít
các công trình nghiên cứu. Từ những phân tích trên, tác giả nhận thấy đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt
chi tiết khi mài phẳng vật liệu có độ dẻo cao” là đề tài có tính khoa học và thực
tiễn.

11


3. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt với các yếu tố
công nghệ (tốc độ mài, tốc độ bàn máy, lượng chạy dao ngang, chiều sâu cắt) khi
mài vật liệu có độ dẻo cao trên máy mài phẳng từ đó xác định chế độ cắt hợp lý khi
mài các vật liệu có độ dẻo cao. Kết quả sẽ đưa ra được các chỉ dẫn công nghệ về lựa
chọn chế độ cắt hợp lý khi mài các vật liệu này.
3. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về kỹ thuật mài các vật liệu dẻo, các yếu tố ảnh hưởng
đến chất lượng gia công. Xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi mài
phẳng tới độ nhám bề mặt trên một số vật liệu dẻo cao.
Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đồng thời của
lượng chạy dao ngang S, tốc độ của bàn máy V, và chiều sâu cắt t tới độ nhám bề
mặt chi tiết.
4. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết bằng máy
mài với vật liệu chi tiết là thép không gỉ SUS304 sau nhiệt luyện trên máy mài
phẳng. Nghiên cứu tổng quan các tài liệu, lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt
gia công bằng mài phẳng bằng các điều kiện cụ thể. Xác định chế độ cắt với chất
lượng bề mặt gia công một cách hợp lý.
Kết quả nghiên cứu sẽ được áp dụng với nhóm sản phẩm được chế tạo bằng
thép không gỉ sau nhiệt luyện, ứng dụng các kết quả nghiên cứu nhằm tạo ra các chi
tiết máy có độ chính xác cao, độ nhám bề mặt, năng suất, độ tin cậy cao với giá
thành hạ. Từ đó hỗ trợ các ngành công nghiệp khác phát triển, thúc đẩy quá trình
công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.

12


6. Nội dung bố cục dự kiến của luận văn
Dự kiến luận văn gồm 3 chương và phần kết luận chung.
Chương 1: Tổng quan về mài và quá trình mài phẳng
Chương 2: Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt
chi tiết khi mài phẳng vật liệu có độ dẻo cao.
Chương 3: Nội dung và phương pháp thực nghiệm.
Kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI VÀ QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG
1.1. Tổng quan về mài
Mài là một phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao. Quá trình cắt được thực
hiện bởi một số lượng lớn các hạt mài gắn cứng trong đá mài. Đá mài là một dụng
cụ cắt gọt được hình thành từ các hạt mài, chất dính kết và các lỗ trống như trên
hình 1.1b.
Để thực hiện quá trình mài, đá mài và chi tiết phải có các chuyển động cần
thiết. Khi mài phẳng (hình 1.1a), thông thường đá mài có chuyển động quay tròn,
còn chi tiết có chuyển động tịnh tiến khứ hồi. Các chuyển động chạy dao do ụ đá
hoặc bàn máy thực hiện tùy thuộc vào kết cấu của từng loại máy sử dụng.

13


Hình 1.1: Sơ đồ mài phẳng
1- Đá mài; 2 – Chuyển động chính; 3 - Bề mặt công tác của đá mài;
4- Chuyển động tiến dao; 5 - lỗ trống; 6 - Chất dính kết; 7 - Hạt mài.
Mài là phương pháp gia công tinh các chi tiết cho độ bóng và chính xác cao,
vì vậy nó có vai trò rất quan trọng trong toàn bộ quá trình gia công chế tạo các sản
phẩm cơ khí. Mài có một số các đặc điểm đặc trưng sau:
- Độ nhẵn bóng và độ chính xác đạt được rất cao (độ chính xác cấp 1-2, độ
nhám bề mặt Ra = 0,2-3,2  m);
- Vận tốc cắt của đá mài lớn V s = 30-50 m/s. Với các máy mài cao tốc, vận
tốc cắt có thể đạt tới trên 100 m/s. Tốc độ cao là một trong những đặc điểm nổi bật
của mài. Vận tốc này lớn hơn từ 10 - 60 lần so với vận tốc cắt khi tiện.
- Có thể cắt được chiều sâu cắt rất nhỏ t = 0,005- 0,09 mm;
- Các hạt mài có khả năng tự mài sắc một phần;
- Các hạt mài có độ cứng, độ giòn cao, độ bền nhiệt cao nên nó có khả năng
gia công được các loại vật liệu có độ cứng, độ bền cao như: thép đã tôi, hợp kim
cứng, thép bền nhiệt, v.v…
14


- Mài gia công được nhiều dạng bề mặt khác nhau như mặt phẳng, mặt trụ,
mặt ren, mặt răng v.v…
- Điều chỉnh, gá đặt chi tiết đơn giản, không tốn nhiều thời gian. Có thể
thay đổi chế độ cắt ngay trong quá trình gia công.
Tuy nhiên mài vẫn còn một số hạn chế:
- Nhiệt cắt sinh ra trong quá trình mài rất lớn (800-1000 oC) (do vận tốc cắt
lớn, các hạt mài thường có góc trước âm), biến dạng kim loại lớn gây ra các hiện

tượng như cháy, nứt tế vi và ứng suất dư.
- Do cấu trúc hình học tế vi bề mặt đá mài rất phức tạp, sắp xếp các hạt mài
và sự hình thành các lưỡi cắt trên hạt mài là ngẫu nhiên nên việc điều khiển quá
trình mài gặp nhiều khó khăn.
- Mài tinh thường đắt hơn so với các phương pháp gia công khác tính theo
thể tích vật liệu bị cắt đi, khi gia công các mặt định hình việc sửa đá rất phức tạp, do
đó mài chỉ được dùng trong các trường hợp cần thiết.

15


Hình 1.2: Sơ đồ mô tả quan hệ của các thông số vào-ra của quá trình mài 7
Quá trình mài còn nhiều vấn đề phải tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện. Các
thông số đầu ra phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố (hình 1.2) và điều kiện gia công cũng
như tình trạng cụ thể của máy 3; 4; [5].v.v... Quy luật biến đổi của các thông số
không ổn định theo thời gian.
Vì vậy, để nâng cao hiệu quả, tính ổn định của quá trình mài cho các điều
kiện gia công khác nhau, việc nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ mài là rất cần thiết
đối với gia công cơ hiện nay.
16


Ngày nay có nhiều phương pháp tạo phôi tiên tiến, lượng dư gia công rất
nhỏ. Mài cho phép gia công trực tiếp đạt kích thước mà không cần qua các phương
pháp gia công bán tinh như tiện, phay, bào.v.v...do đó giảm được giá thành gia công
và tăng được độ chính xác.
1.2. Mài phẳng và các đặc điểm đặc trưng của quá trình mài
1.2.1. Bản chất của quá trình mài phẳng:
Mài phẳng là một phương pháp gia công tinh bằng hạt mài. Quá trình cắt khi
mài được thực hiện bởi một số lượng lớn hạt mài liên kết với nhau nhờ chất dính kết

và phân bố không có quy luật trên bề mặt làm việc của đá mài.
Đá mài thường được cấu tạo bởi hỗn hợp của 2 loại vật liệu là: Vật liệu hạt
mài (thường là các hạt rất nhỏ, sắc, có nhiều lưỡi cắt, với góc trước âm và rất cứng
làm nhiệm vụ cắt) và chất kết dính (thường mềm hơn để liên kết các hạt mài theo
một hình dạng đá và tạo ra độ bền cho đá). Người ta ép chúng theo một tỷ lệ nhất
định để tạo thành đá mài.
Trong quá trình mài, các hạt mài có thể bị mài mòn hoặc bị rơi ra khỏi bề
mặt đá để lộ ra lớp hạt mài mới có tính năng cắt gọt tốt hơn. Đây chính là khả năng
tự sửa đá mài. Tuy nhiên nếu số lượng hạt mài bị rơi ra khỏi bề mặt đá lớn làm đá bị
mòn nhanh sẽ giảm tính năng cắt gọt và đặc biệt là nó gây ra sai số về kích thước,
độ sóng bề mặt gia công.
Mài là phương pháp phổ biến để gia công tinh cuối cùng của một quá trình
công nghệ, do mài có ưu điểm là có thể cắt được chiều sâu cắt rất nhỏ, yêu cầu vận
tốc chi tiết khá cao, điều chỉnh và gá đặt chi tiết đơn giản, không tốn nhiều thời
gian, có thể thay đổi chế độ cắt ngay trong quá trình gia công. Thường từ (0,005 –
0,09 mm) nhằm đạt độ bóng và độ chính xác rất cao (thường từ cấp 7 – 9, nhám bề
mặt từ 0,2 – 3,2 m). Không có phương pháp gia công nào có thể sánh được với mài
về độ bóng và độ chính xác gia công. Mài đặc biệt quan trọng khi gia công với độ

17


chính xác cao. Ví dụ, khi gia công các lát silíc trong công nghệ vi điện tử, khi đó
người ta dùng các đĩa mài hoặc cưa cực mỏng (chỉ dầy khoảng 20 m). Ngoài ra mài
còn được sử dụng gia công thô, bạt mấu phôi trong các phân xưởng tạo phôi, cắt
đứt, làm sạch các thỏi thép trong các xưởng đúc và trong các nhà máy thép với tốc
độ khoảng 1600 cm3/ph bằng máy mài có công suất 220 kw v.v…nhờ có tốc độ cắt
rất cao và có thể bóc đi lớp vỏ cứng của bề mặt phôi. Tốc độ cao cũng là một trong
những đặc điểm nổi bật của mài, tốc độ mài thường từ 30 – 50 m/s (từ 1800 – 3000
v/p), với mài cao tốc vận tốc cắt khoảng 100 m/s hoặc cao hơn. Vận tốc này lớn hơn

từ 10 – 60 lần so với vận tốc cắt khi tiện, thời gian mài diễn ra rất nhanh (khoảng
10-4 – 10-5s). Nhờ có tốc độ cắt cao mà động năng của các hạt mài đủ lớn để không
bị rơi ra khỏi bề mặt đá mài trong quá trình tách phoi. Tuy nhiên tốc độ cắt cao cộng
với các góc mài không hợp lý (thường các hạt mài có hình dạng bất kỳ và có góc cắt
không hợp lý: góc cắt lớn và góc trước âm) nên nhiệt cắt sinh ra trong quá trình mài
rất lớn (1000 – 1500oc), làm biến dạng cấu trúc mạng tinh thể và biến đổi các tính
chất cơ lý lớp vật liệu bề mặt. Khi mài thường gây ra các khuyết tật như: Cháy mài,
thoát các bon, nứt tế vi, ứng suất dư (ứng suất dư khi mài là ứng suất dư kéo). Cùng
với giá thành mài, nó cũng là các trở ngại chính làm hạn chế khả năng công nghệ
của các phương pháp mài thông thường.

18


1.2.2 Các sơ đồ cắt khi mài phẳng
1.2.2.1 Mài phẳng bằng đá mài mặt đầu (hình 1.3)
Ðá mài

Phôi
hm

n
Ðá mài

ds
Vw

Phôi

Hình 1.3: Mài phẳng bằng đá mài mặt đầu

Phương pháp này cho năng suất bóc phoi lớn vì số lượng hạt mài tham gia
cắt đồng thời lớn. Tuy nhiên, diện tích tiếp xúc giữa đá và bề mặt chi tiết gia công
lớn, nhiệt cắt lớn, dễ gây ra cháy, nứt tế vi và biến dạng nhiệt trên vật mài.
1.2.2.2. Mài phẳng bằng đá mài hình trụ
Mài theo phương pháp này diện tích tiếp xúc giữa đá và phôi nhỏ, số lượng
hạt mài tham gia cắt gọt đồng thời ít hơn, nhiệt trên bề mặt tiếp xúc giữa đá và phôi
giảm, do đó độ chính xác gia công đạt được cao hơn phương pháp mài bằng mặt
đầu của đá. Mặt khác, khả năng thoát nhiệt, thoát phoi tốt, việc tưới dung dịch trơn
nguội thuận lợi hơn nên có thể gia công được các chi tiết mỏng, kém cứng vững, chi
tiết yêu cầu độ chính xác cao.
Khi mài phẳng trên máy mài thông thường, đá thường được gá trên trục gá
của đầu đá và đỡ bằng bạc ba mảnh. Trục đá quay tròn với tốc độ không đổi.
Tuỳ theo loại máy và đường kính đá mài, trên các máy mài thông thường,
vận tốc cắt khi mài vào khoảng V s = 30-50 m/s và có thể lên tới 100 m/s hoặc lớn
19


hơn trên các máy mài cao tốc. Chi tiết gia công đựơc gá trực tiếp trên bàn máy hoặc
bàn từ và có chuyển động tịnh tiến khứ hồi để gia công hết chiều dài chi tiết. Vận
tốc chuyển động của chi tiết vào khoảng V = 3- 45 m/ph.
Trong quá trình gia công, ụ đá có chuyển động tịnh tiến gián đoạn để gia
công hết chiều rộng của chi tiết. Vận tốc của dịch chuyển này có thể thay đổi vô cấp
từ S = 2 – 40 mm/hành trình kép tuỳ theo loại máy.
Toàn bộ chiều sâu cắt có thể được cắt đi sau một hoặc nhiều lần ăn dao theo
phương thẳng đứng nhờ chuyển động tịnh tiến lên xuống của ụ đầu đá.
Trong quá trình mài, dung dịch tưới nguội được cấp liên tục vào vùng cắt để
làm nguội chi tiết, đẩy phoi và các phế thải ra ngoài, tạo điều kiện cho quá trình mài
được dễ dàng, giảm ứng suất dư, biến dạng nhiệt, nứt tế vi, các vết xước.
1.2.3 Động học quá trình cắt khi mài 4; 6
1.2.3.1. Chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi

Trên hình 1.4 là mô tả hình học của quá trình cắt khi mài phẳng. Chiều dài
cung tiếp xúc lc là chiều dài từ A đến B:
l c (ad s )1 / 2

(1-1)

ds – đường kính đá mài;
a- chiều sâu cắt khoảng 10 - 50 m.
1.2.3.2. Phương trình đường cắt
Đặt một hệ toạ độ x, y có gốc tại điểm B ’ thuộc cung cắt, góc tiếp xúc là ’
chuyển động dọc theo đường xiclôit xuất phát từ gốc tọa độ dịch theo phương x và
y một khoảng:

20


x

ds
d v
sin '  s w  '
2
2 vs

(1-2)

ds
(1  cos  ' )
2

(1-3)

y

Khi đá quay được một góc  ( là góc tiếp xúc giữa đá và phôi), do góc ’ rất
nhỏ (’ < ), nên ta có thể đơn giản biểu thức (1 - 2) và (1 - 3) như sau:

x (1 

vw d s '
) 
vs 2

(1-4)

d s ' 2
y
4

(1-5)



’

ds/2

a



ds/2

a)

b)

21


A-A

bc

hmax
h

A

c)

a)

A

lc
h

bc

d)

b)

Hình 1.4: Các yếu tố của lớp cắt khi mài phẳng
Giản ước ’ ta được phương trình đường cắt:
x2

y

[d s (1 

vw
)]
vs

(1-6)

Đây là phương trình đường cong parabol. Chiều dài quỹ đạo cắt lk bắt đầu tại
F’ và kết thúc tại A’ khi tâm đá mài dịch chuyển từ O đến O ’. Bán kính cong của
đường cắt parabol tại gốc (’ = ) bằng D/2, và tăng một lượng không đáng kể ’ =
. Đối với mài thuận, bán kính cong lớn hơn bán kính đá mài. Còn với mài nghịch,
bán kính cong nhỏ hơn bán kính đá mài.
- Độ không đồng tâm giữa bán kính đá mài và bán kính đường cắt R được
tính như sau:

4v
  w
d s .v s

(1-7)

- Chiều dài đường cắt lk có thể được tính theo công thức:

22


0

lk dlk 
0

s
v d .
3
s
(1  w ) s 

v
2
vs 2
6(1  w ) 2
vs

Do  trong công thức (1-8) rất nhỏ ta có thể thay

(1-8)
ds.



2 ứng với cung tròn AB

xấp xỉ bằng chiều dài dây cung, ta sẽ có:
1
vw
s
l k (1  )( ad s ) 2 
vs
2

(1-9)

Trong đó lk trong công thức (1-9) sẽ có dấu ‘+’ khi mài thuận, còn với mài
nghịch dấu ‘-’.
Ta cũng có thể loại bỏ qua S/2 trong công thức (1-9), khi đó ta có:

l k l c (ad s )1 / 2

(1-10)

Vì lý do này, người ta không phân biệt giữa chiều dài tiếp xúc lc với chiều dài
đường cắt lk.
1.2.3.3. Chiều dày cắt lớn nhất
Đối với đá mài lý tưởng, các hạt mài phân bố với khoảng cách đều. Chiều
dày cắt lớn nhất của một hạt mài hm (hình 1.5) tương ứng với chiều dài AC:
hm = O’C - O’A = ds/2 - O’A

(1-11)

d s 1/ 2

a 1/ 2 s 2
hm 2s( ) (1 
) 
2
ds
ds

(1-12)

d s 1/ 2 s 2
hm 2 s( ) 
2
ds
Với a/ds << 1:

(1-13)

23


Điều kiện để xác định hm là khoảng cách giữa hai hạt mài kế tiếp nhau ít nhất
phải gấp Vs/Vw lần chiều dài cung tiếp xúc. Tại điểm đó chiều dài cắt là:

3
3
l k  l c  (ad s )1 / 2
2
2

(1-14)

Với l lớn hơn, ta cũng có kết quả hm như vậy, nhưng khi đó lk sẽ tăng đến
mức các lớp cắt không còn giao nhau nữa. Điều này được mô tả trên hình 1.7b,
Chiều dài lk trong trường hợp này sẽ là:

l k 2l c 2(ad s )1 / 2

(1-15)

Độ lớn của hm trong biểu thức (1-12) thường nhỏ hơn chiều sâu cắt a. Khi h m
< a/3, ta có thể bỏ qua vế sau của biểu thức (1-12) và (1-13) với sai số không vượt
quá 10%. Do đó:

hm  2 s (

a 1/ 2
)
dª

(1-16)

vw a 1/ 2
)( )
vs d s

(1-17)

hm 2 L(
Hoặc:

24


Hình 1.5: Hình dạng lớp cắt với hm = a
Để tính chiều dày phoi hm ta phải xác định khoảng cách L giữa hai điểm cắt
liên tiếp. Nếu gọi chiều dày lớp cắt trung bình của mỗi hạt mài là

bc

,

- Số lượng hạt mài K nằm trong chu vi của đá sẽ là:

K C (d s bc )

L

Do đó:

và

K

d s
L

(1-18)

1
C bc

Chiều dày lớp cắt trung bình

(1-19)
bc

phụ thuộc vào chiều dày lớn nhất của phoi

lý thuyết và hình dạng mặt cắt ngang vuông góc với đường cắt của nó. Để đơn giản,
ta coi mặt cắt ngang là hình tam giác như trên hình 1.7d với giả thiết chiều dày
tỷ lệ với chiều dày phoi trung bình ha:
25

bc