Nghiên cứu nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng khi mài tinh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------

LƯU ANH TÙNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA
QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG KHI MÀI TINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN, NĂM 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------

LƯU ANH TÙNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA
QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG KHI MÀI TINH

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 9.52.01.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. VŨ NGỌC PI

2. GS. TSKH. BÀNH TIẾN LONG

THÁI NGUYÊN, NĂM 2020


i
CAM ĐOAN
Tác giả của luận án này xin cam đoan:
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án (trừ những điểm được trích
dẫn) là hoàn toàn do bản thân tự nghiên cứu, không sao chép từ bất kỳ ai hay nguồn nào.
Các bản vẽ, bảng biểu, kết quả đo đạc thí nghiệm và các kết quả tính toán (trừ
những điểm được trích dẫn) đều được thực hiện nghiêm túc, trung thực, không chỉnh
sửa và sao chép của bất kỳ nguồn nào.
Nếu có điều gì sai trái, tác giả của bản luận án xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 5 năm 2020
TÁC GIẢ

Lưu Anh Tùng


2

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS. TS. Vũ Ngọc
Pi và GS. TSKH. Bành Tiến Long, những người thầy đã tận tình hướng dẫn và động
viên tôi trong nhiều năm tháng học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận án.
Tôi xin trân trọng cám ơn tập thể Bộ môn Chế tạo máy, BCN Khoa Cơ khí, các vị
lãnh đạo và các Nhà Khoa học của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học
Thái Nguyên đã luôn quan tâm, giúp đỡ cũng như đóng góp các ý kiến để tôi hoàn thành
luận án!

Tôi xin chân thành cám ơn PGS. TS Nguyễn Văn Dự và TS. Hồ ký Thanh đã góp
ý về chuyên môn, động viên và hỗ trợ tài liệu giúp tôi thực hiện luận án này!
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành tới Doanh nghiệp Tư nhân Cơ khí Chính xác
Thái Hà đã hỗ trợ máy móc và nhân lực để giúp tôi tiến hành thí nghiệm cho nội dung
nghiên cứu của luận án!
Tôi xin chân thành cám ơn các Nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp và bố, mẹ hai
bên gia đình, đặc biệt là vợ tôi Đỗ Thái Phượng và các con Lưu Đỗ Minh Ngọc, Lưu
Đức Quang đã luôn quan tâm, động viên giúp tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình
học tập và hoàn thành bản luận án này!
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 5 năm 2020
TÁC GIẢ

Lưu Anh Tùng


3

MỤC LỤC
CAM ĐOAN ................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii
MỤC LỤC................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.....................................................................................ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................xiii
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................1
2. Mục đích của đề tài ..............................................................................................2
3. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu....................................................................2
3.1. Phương pháp và đối tượng nghiên cứu...........................................................2
3.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: ......................................................................3

4. Ý nghĩa của đề tài.................................................................................................3
4.1. Ý nghĩa khoa học...........................................................................................3
4.2. Ý nghĩa thực tiễn ...........................................................................................3
5. Các điểm mới (đóng góp mới) của đề tài ..............................................................3
6. Cấu trúc của luận án .............................................................................................4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÀI PHẲNG...........................................................5
1.1. Đặc điểm và các sơ đồ mài phẳng......................................................................5
1.2. Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu .................................................................7
1.2.1. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ cắt ..............................................8
1.2.2. Các nghiên cứu về các thông số công nghệ sửa đá mài..............................14
1.2.3. Các nghiên cứu về chế độ bôi trơn làm mát khi mài ..................................20
1.2.4. Các nghiên cứu về xác định chi phí quá trình mài phẳng...........................27
1.3. Định hướng nghiên cứu ...................................................................................31
Kết luận Chương 1 .................................................................................................32
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY
DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM .............................................................................33
2.1. Đặc trưng của quá trình mài phẳng ..................................................................33
2.1.1. Quá trình tạo phoi khi mài [14, 48] ...........................................................33
2.1.2. Lưỡi cắt [4, 7, 48] .....................................................................................33
2.1.3. Chiều dài cung tiếp xúc [48, 62] ...............................................................34
2.1.4. Chiều dày lớp cắt. .....................................................................................35
2.1.5. Quá trình sửa đá [7, 34, 36].......................................................................35
2.1.5.1. Sửa đá .................................................................................................35
2.1.5.2. Dụng cụ sửa đá....................................................................................36


4

2.1.5.3. Topography của đá [7, 34, 36].............................................................37
2.1.6. Bôi trơn làm mát .......................................................................................38

2.1.6.1. Nhiệt cắt trong quá trình mài ...............................................................38
2.1.6.2. Vai trò của dung dịch trơn nguội .........................................................39
2.1.6.3. Phân loại dung dịch trơn nguội ............................................................40
2.1.6.4. Các phương pháp bôi trơn làm mát thường dùng khi mài ....................40
2.2. Một số chỉ tiêu đánh giá quá trình mài.............................................................41
2.2.1. Mòn và tuổi bền của đá mài ......................................................................41
2.2.1.1. Mòn đá mài .........................................................................................41
2.2.1.2. Tuổi bền của đá mài ............................................................................42
2.2.2. Nhám bề mặt khi mài [4, 48].....................................................................44
2.2.3. Lực cắt khi mài [14]..................................................................................45
2.2.4. Năng suất gia công [14] ............................................................................46
2.2.5. Sóng bề mặt [62].......................................................................................46
2.3. Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài phẳng..............................................46
2.3.1. Sơ đồ và cơ sở của nghiên cứu nâng cao hiệu quả quá trình mài phẳng .....47
2.3.2. Lựa chọn thông số đầu vào .......................................................................47
2.3.3. Các giải pháp nâng cao hiệu quả quá trình mài phẳng ...............................49
2.4. Xây dựng mô hình hệ thống thí nghiệm và lựa chọn thiết bị nghiên cứu..........50
2.4.1. Yêu cầu chung đối với hệ thống thí nghiệm ..............................................50
2.4.2. Sơ đồ kết nối các thiết bị thí nghiệm .........................................................50
2.4.3. Lựa chọn thiết bị và phôi thí nghiệm.........................................................51
2.4.3.1. Máy mài ..............................................................................................51
2.4.3.2. Phôi thí nghiệm ...................................................................................52
2.4.3.3. Đá mài.................................................................................................53
2.4.3.4. Dụng cụ sửa đá....................................................................................53
2.4.3.5. Dung dịch trơn nguội ..........................................................................53
2.4.3.6. Các dụng cụ đo kiểm...........................................................................54
2.5. Phương pháp thiết kế thí nghiệm và quy hoạch thực nghiệm ...........................55
2.5.1. Lựa chọn phương pháp .............................................................................55
2.5.2. Các bước thực hiện theo phương pháp Taguchi [45] .................................57
2.5.3. Các bước tối ưu hóa sử dụng phân tích quan hệ mờ (Grey Relational Analysis

– GRA) [26] .......................................................................................................58
Kết luận Chương 2 .................................................................................................60
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN LÀM
MÁT, CHẾ ĐỘ CẮT VÀ CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ HỢP LÝ.............................................61


55

3.1. Thực nghiệm xác định chế độ bôi trơn làm mát và chế độ cắt hợp lý ...............61
3.1.1. Lựa chọn thông số và điều kiện thí nghiệm ...............................................61
3.1.2. Xác định theo chỉ tiêu nhám bề mặt Ra .....................................................62
3.1.2.1. Mức độ ảnh hưởng của các thông số:...................................................62
3.1.2.2. Xác định chế độ hợp lý........................................................................65
3.1.2.3. Tính toán dự đoán ...............................................................................65
3.1.3. Xác định theo chỉ tiêu lực cắt pháp tuyến Fy .............................................67
3.1.3.1. Xác định mức độ ảnh hưởng của các thông số. ....................................67
3.1.3.2 Xác định chế độ hợp lý.........................................................................68
3.1.4. Bài toán đa mục tiêu cả nhám bề mặt và lực cắt pháp tuyến nhỏ nhất bằng
phân tích quan hệ mờ trong phương pháp Taguchi .............................................69
3.2. Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ sửa đá hơp lý ..................................73
3.2.1. Lựa chọn các thông số và các điều kiện thí nghiệm...................................73
3.2.2. Xác định theo chỉ tiêu nhám bề mặt ..........................................................74
3.2.2.1. Phân tích ảnh hưởng............................................................................74
3.2.2.2. Xác định bộ thông số chế độ sửa đá hợp lý..........................................77
3.2.2.3. Tính toán dự đoán giá trị nhám bề mặt ................................................78
3.2.3. Xác định theo chỉ tiêu lực cắt pháp tuyến..................................................79
3.2.3.1. Phân tích ảnh hưởng............................................................................79
3.2.3.2. Xác định bộ thông số sửa đá hợp lý.....................................................81
3.2.3.3. Tính toán dự đoán giá trị Fy ................................................................82
3.2.4. Xác định theo chỉ tiêu tuổi bền đá mài Tw .................................................83

3.2.4.1. Phân tích ảnh hưởng............................................................................83
3.2.4.2. Xác định bộ thông số sửa đá hợp lý.....................................................85
3.2.4.3. Tính toán dự đoán giá trị Tw ................................................................85
3.2.5. Xác định theo chỉ tiêu dung sai độ phẳng ..................................................87
3.2.5.1. Phân tích ảnh hưởng............................................................................87
3.2.5.2. Xác định bộ thông số sửa đá hợp lý.....................................................88
3.2.5.3. Tính toán dự đoán giá trị Fl .................................................................89
3.2.6. Xác định theo chỉ tiêu năng suất gia công .................................................91
3.2.6.1. Phân tích ảnh hưởng............................................................................91
3.2.6.2. Xác định chế độ sửa đá hợp lý.............................................................92
3.2.6.3. Tính toán dự đoán giá trị năng suất gia công MRR..............................93
3.2.7. Bài toán đa mục tiêu về nhám bề mặt và dung sai độ phẳng khi sửa đá .....95
3.2.7.1. Thực hiện phân tích trị số quan hệ mờ.................................................96


66

3.2.7.2. Xác định mức hợp lý của các thông số khảo sát nhằm đạt cả hai mục
tiêu Ramin và Flmin khi sửa đá............................................................................97
3.2.7.3. Tính toán trị số quan hệ mờ và trị số của Ra và Fl ứng với mức hợp lý
của các thông số sửa đá....................................................................................98
3.2.8. Bài toán đa mục tiêu nhằm cả bốn mục tiêu nhám bề mặt Ra, dung sai độ
phẳng Fl, năng suất gia công MRR và tuổi bền của đá mài Tw khi sửa đá ...........99
3.2.8.1. Phân tích quan hệ số quan hệ mờ....................................................... 100
3.2.8.2. Xác định mức và trị số của thông số sửa đá nhằm cả bốn mục tiêu Ramin,
Flmin, MRRmax và Twmax .................................................................................. 101
3.2.8.3. Tính toán trị số quan hệ mờ và trị số của Ra, Fl, MRR và Tw ứng với
mức hợp lý của các thông sửa đá.................................................................... 103
Kết luận Chương 3 ............................................................................................... 106
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH THAY ĐÁ TỐI ƯU .... 108

4.1. Phân tích chi phí gia công mài phẳng ............................................................ 108
4.1.1. Xác định chi phí đá mài cho một chi tiết gia công ................................... 108
4.1.2. Xác định thời gian gia công mài một chi tiết tgc....................................... 110
4.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí mài phẳng ................... 110
4.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến đường kính thay đá tối ưu ....... 114
4.3.1. Xác định hàm mục tiêu và xây dựng kế hoạch thực hiện ......................... 114
4.3.2. Đánh giá các ảnh hưởng của các thông số ............................................... 116
4.3.2.1. Đánh giá các ảnh hưởng của thông số khảo sát đến De,op ................... 116
4.3.2.2. Phân tích hồi quy - phương sai .......................................................... 118
4.4. Kiểm chứng mô hình xác định đường kính thay đá tối ưu bằng thực nghiệm. 120
4.4.1. Điều kiện thực nghiệm............................................................................ 121
4.4.2. Cách thức tiến hành thí nghiệm............................................................... 121
4.4.3. Kết quả thực nghiệm............................................................................... 122
4.5. Áp dụng mô hình thay đá tối ưu với chế độ sửa đá và chế độ trơn nguội tối ưu
............................................................................................................................. 125
Kết luận Chương 4. .............................................................................................. 126
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ........................... 127
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 128
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 129


77

C KÝ
H Đ
K
aýe,t L I ơ
m
ot
ư

m
aed C
m
hi
m
aed C
m
f
hi
m
aed C
m
r
hi
m
A T
C P
h
A
h
cN1 H
c2 ệH
c3 ệH
C ệP
%
Cđ hG V
m
Cm iá
C NV
h

hi
N
Cđ C
V
m,p hi
N
Cp, C
V
t
N
CI hi
K
ct hC
d hi
Đ
m
ư
m
Ds Đ
m
ư
m
D0 Đ
m
ư
m
De Đ
m
ư
m

De, Đ
m
op
ư
m
D B
F
D ậc
T
O
fd hi
L
m
ư
m
fd,t L
m
ư
m

Fl D
u
m
Fy L
Fz ự
L
G ự
T
m
A h

u
m
H Đ
H
R
ộ
R
i
S
ố
Lc C
m
hi
m
Lw C
m
m
LL hi
L
L
Lst ư
K ím
Mp hM m
m
M ật
đ
RR
n S Vm
ố ò

viii
nC
T,d
nC
T,w
nf
nr
nno
n
N
NR
a
Nt
N
D
O
A
QP
S
Sd
Sst
SS
SS
B
SS
e
SS
T
SS

’B
tc
tcw
tcw,
p
td
td,p
tgc
tlu
tsp
T
w

V
Wc
Wg
w
Wp
d
W
w





S
ốS
ốS
ốS

ốS
ố
T
ổC
ấS
ốN
%
ồM
aP
hL
ư
L
ư
M
ậT
ổT
ổT
ổT
ổP
h
ư
T
h
hT
h
hT
h
hT
h
hT

h
hT
h
hT
h
hT
h
hT
u
ổ
i
C
hC
h
L
ư
C
h
i
ề
H
ệ

L
L
L

m
mm
1

m
mm
mm
mm
mm mm


99

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ mài phẳng [48] ...................................................................................6
Hình 1.2. Các chuyển động khi mài phẳng bằng chu vi đá trên máy mài có bàn máy hình
chữ nhật [4] .................................................................................................................7
Hình 1.3. Ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến các tham số của quá trình mài và
đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của sản phẩm gia công [4, 7, 36] .............................7
Hình 1.4. Quan hệ giữa lực cắt và loại chất dính kết của đá kim cương [35] ................8
Hình 1.5. Quan hệ giữa lực cắt và nhám bề mặt gia công [35] với: ..............................9
Hình 1.6. Ảnh hưởng của vận tốc bàn và vận tốc cắt của đá đến lực cắt, nhám bề mặt
gia công và độ mòn của đá kim cương [35]..................................................................9
Hình 1.7. Quan hệ giữa lực cắt và chiều sâu cắt với lượng chạy dao khi mài [35]: 1) Sd
= 0,07 mm/vòng; 2) Sd = 0,14 mm/vòng; 3) Sd = 0,305 mm/vòng ................................9
Hình 1.8. Quan hệ giữa tốc độ bóc tách vật liệu với năng lượng riêng [48] ................10
Hình 1.9. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực mài [48] ................................................10
Hình 1.10. Quan hệ giữa tốc độ bóc tách riêng vật liệu với công suất mài (a) và nhám
bề mặt gia công (b) [59].............................................................................................11
Hình 1.11. Ảnh hưởng của các thông số đến nhám bề mặt [30]..................................12
Hình 1.12. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt của [33]: .....................................................13
Hình 1.13. Sơ đồ sửa đá bằng bút sửa đá một hạt [50] ...............................................14
Hình 1.14. Chế độ cắt khi sửa đá [34, 36]. .................................................................15

Hình 1.15. Ảnh hưởng của hệ số trùng khít đến nhấp nhô bề mặt đá mài Rts [34, 36] 15
Hình 1.16. Ảnh hưởng của Ud đến kết quả đầu ra khi mài [36]. .................................15
Hình 1.17. Ảnh hưởng của lượng chạy dao khi sửa đá đến lực mài và độ nhám bề mặt
khi mài [36] ...............................................................................................................16
Hình 1.18. Ảnh hưởng lượng chạy dao dọc, chiều sâu sửa đá và góc gá mũi sửa đá đến
nhám bề mặt gia công [54].........................................................................................17
Hình 1.19. Cách gá mũi sửa đá kim cương một hạt [54].............................................17
Hình 1.20. Hình dạng của một hạt mài sau sửa đá [54] ..............................................18
Hình 1.21. Sơ đồ gá đặt khi sửa đá bằng bút sửa đá một hạt [55] ...............................18
Hình 1.22. Sơ đồ gá đặt khi sửa đá bằng bút sửa đá nhiều hạt [55].............................19
Hình 1.23. Các phương pháp cung cấp dung dịch trơn nguội vào vùng cắt [71] .........20
Hình 1.24. Các cách cơ bản cung cấp dung dịch trơn nguội khi mài [71]. ..................21
Hình 1.25. Một phương án cung cấp dung dịch trơn nguội khi mài phẳng [71]. .........21
Hình 1.26. Lượng mòn hướng kính khi mài bằng đá CBN với các loại dung dịch trơn
nguội khác nhau [64] .................................................................................................21
Hình 1.27. Nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN khi sử dụng các loại dung dịch trơn
nguội khác nhau [64] .................................................................................................21
Hình 1.28. Lực mài thu được trong các điều kiện mài khác nhau [65]........................22
Hình 1.29. Tỉ số lực mài thu được trong các điều kiện mài khác nhau [65] ................23


10
10

Hình 1.30. Nhám bề mặt thu được trong các điều kiện mài khác nhau [65]................23
Hình 1.31. Nhiệt cắt trong các điều kiện mài khác nhau [65] .....................................23
Hình 1.32. Kết quả so sánh ảnh hưởng của các loại dung dịch đến [60] .....................24
Hình 1.33. Ảnh hưởng của loại đá mài, loại dung dịch trơn nguội và kiểu vòi phun đến
độ nhám bề mặt mài [58]. ..........................................................................................24
Hình 1.34. Sự thay đổi lực tiếp tuyến và pháp tuyến ứng với số hành trình chạy dao

trong suốt quá trình mài thép hợp kim thấp với chiều sâu mài [29]:
....................................25
Hình 1.35. So sánh nhám bề mặt Ra ở chiều sâu mài khác nhau ứng với 10 hành trình
chạy dao [29] .............................................................................................................25
Hình 1.36. Ảnh hưởng của môi trường làm mát đến nhiệt cắt khi mài (giữ tốc độ bóc
tách ở khoảng 30 mm3/mm.ph) [53]...........................................................................27
Hình 1.37. Ảnh hưởng của môi trường làm mát đến ứng suất dư khi mài (giữ tốc độ bóc
tách ở khoảng 30 mm3/mm.ph) [53]...........................................................................27
Hình 1.38. Biểu đồ chi phí quá trình mài phẳng cho một chi tiết [49] ........................29
Hình 1.39. Cấu trúc phân tích chi phí vòng đời của một trung tâm mài [61]...............30
Hình 1.40. Biểu đồ một số chi phí vận hành [61] .......................................................30
Hình 1.41. Biểu đồ quan hệ giữa chi phí sản xuất một chi tiết với nhám bề mặt [25] .31
Hình 1.42. Biểu đồ quan hệ giữa chi phí sản xuất một chi tiết với thể tích bóc tách [25]
..................................................................................................................................31
Hình 2.1. Quá trình bóc tách phoi khi mài [48]
33
Hình 2.2. Lưỡi cắt tĩnh và lưỡi cắt động.....................................................................34
Hình 2.3. Vùng tiếp xúc đá – chi tiết mài [48, 63]......................................................34
Hình 2.4. Chiều dày và hình dạng phoi [63]...............................................................35
Hình 2.5. Quá trình sửa đá [34, 36]............................................................................35
Hình 2.6. Mòn đá mài vĩ mô [34, 36]. ........................................................................36
Hình 2.7. Sửa đá bằng bút sửa đá kim cương [7]........................................................36
Hình 2.8. Dụng cụ sửa đá kim cương một hạt [55].....................................................37
Hình 2.9. Dụng cụ sửa đá kim cương nhiều hạt [55] ..................................................37
Hình 2.10. Phân bố năng lượng và dòng nhiệt trong quá trình mài [36] .....................38
Hình 2.11. Mòn đá mài vĩ mô ....................................................................................42
Hình 2.12. Các dạng mòn đá mài vi mô [34, 36] ........................................................42
Hình 2.13. Quá trình mòn đá mài [4, 11, 34, 36]. .......................................................42
Hình 2.14. Mô hình mô tả nhám bề mặt chi tiết máy khi mài [4, 63]..........................44
Hình 2.15. Mô hình tính toán nhám bề mặt khi mài phẳng [4, 63]..............................44

Hình 2.16. Lực cắt tác dụng lên hạt mài [14]. ............................................................45
Hình 2.17. Mô hình mô tả bước sóng bề mặt khi mài [63] .........................................45
Hình 2.18. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm khi mài phẳng ..........................................47
Hình 2.19. Mô hình nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng ................................49
Hình 2.20. Quan hệ giữa tuổi thọ của đá với chi phí mài............................................49


11
11

Hình 2.21. Sơ đồ kết nối các thiết bị thí nghiệm.........................................................50
Hình 2.22. Kết nối các thiết bị thí nghiệm..................................................................51
Hình 2.23. Khu vực mài trong kết nối thiết bị thí nghiệm ..........................................51
Hình 2.24. Kích thước và hình ảnh phôi thí nghiệm của luận án ................................52
Hình 2.25. Đá mài Hải Dương Cn46TB2GV1.300.32.127.30 m/s..............................53
Hình 2.26. Bút sửa đá kim cương nhiều hạt ...............................................................53
Hình 2.27. Đầu đo lực Kistler 9257BA ......................................................................54
Hình 2.28. Thước đo nồng độ dầu REF-511...............................................................54
Hình 2.29. Đồng hồ đo lưu lượng Z-5615 Panel Flowmeter.......................................54
Hình 2.30. Máy đo độ nhám SJ-201 của hãng Mitutoyo – Nhật Bản ..........................55
Hình 2.31. Máy đo tọa độ CMM 544, Hãng Mitutoyo ...............................................55
Hình 2.32. Dung sai độ phẳng bề mặt [24].................................................................55
Hình 2.33. Kính hiển vi kỹ thuật số VHX - 6000 .......................................................55
Hình 3.1. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các thông số đến Ra khi bôi trơn làm mát. 64
Hình 3.2. Biểu đồ ảnh hưởng tương tác giữa ND và LL đến Ra .................................64
Hình 3.3. Biểu đồ các ảnh hưởng chính đến tỉ số S/N của Ra.....................................65
Hình 3.4. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến Fy .........................................68
Hình 3.5. Ảnh hưởng của các thông số đến tỉ số S/N của Fy.......................................69
Hình 3.6. Trị số quan hệ mờ trung bình theo thứ tự thí nghiệm ..................................71
Hình 3.7. Ảnh hưởng của các thông số đến tỉ số S/N của hệ số quan hệ mờ ...............72

Hình 3.8. Biểu đồ các ảnh hưởng chính của các yếu tố đến Ra khi sửa đá..................77
Hình 3.9. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến tỉ số S/N của Ra khi sửa đá ...78
Hình 3.10. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến Fy khi sửa đá ......................80
Hình 3.11. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến tỉ số S/N của Fy khi sửa đá .81
Hình 3.12. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến Tw khi sửa đá ......................84
Hình 3.13. Biểu đồ các yếu tố ảnh hưởng chính đến tỉ số S/N của Tw khi sửa đá........85
Hình 3.14. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến Fl khi sửa đá .......................88
Hình 3.15. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số sửa đá khảo sát đến tỉ số S/N của Fl 89
Hình 3.16. Biểu đồ các ảnh hưởng chính của các yếu tố đến MRR khi sửa đá ............92
Hình 3.17. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các thông số khảo sát đến tỉ số S/N của Fl khi
sửa đá ........................................................................................................................93
Hình 3.18. Hệ số quan hệ mờ trung bình nhằm hai mục tiêu Ramin và Flmin cho từng thí
nghiệm sửa đá............................................................................................................96
Hình 3.19. Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thông số khảo sát đến trị số trung bình
quan hệ mờ khi sửa đá nhằm Ramin và Flmin ................................................................97
Hình 3.20. Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thông số khảo sát đến trị số trung bình
quan hệ mờ khi sửa đá mong muốn Ramin và Flmin ......................................................98
Hình 3.21. Hệ số quan hệ mờ trung bình cho mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax cho
từng thí nghiệm sửa đá............................................................................................. 100


12
12

Hình 3.22. Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thông số đến trị số trung bình quan hệ
mờ khi sửa đá mong muốn Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax ....................................... 102
Hình 3.23. Đồ thị các ảnh hưởng chính của tỉ số S/N của trị số trung bình quan hệ mờ
khi sửa đá mong muốn Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax ............................................. 102
Hình 3.24. Cấu trúc bề mặt đá mài sau khi sửa đá với chế độ: aedr = 0,025 mm, nr= 3 lần,
nnon = 3 lần, nf = 2 lần, aedf = 0,01 mm, S = 1,6 m/ph................................................ 105

Hình 3.25. Cắt lớp bề mặt đá mài sau khi sửa đá với chế độ: aedr = 0,025 mm, nr= 3 lần,
nnon = 3 lần, nf = 2 lần, aedf = 0,01 mm, S = 1,6 m/ph................................................ 105
Hình 3.26. Cấu trúc bề mặt đá mài sau khi mài hết tuổi bền với chế độ sửa đá: aedr =
0,025 mm, nr = 3 lần, nnon = 3 lần, nf = 2 lần, aedf = 0,01 mm, S = 1,6 m/ph............. 106
Hình 3.27. Cắt lớp bề mặt đá mài khi mài hết tuổi bền với chế độ sửa đá: aedr = 0,025
mm, nr = 3 lần, nnon = 3 lần, nf = 2 lần, aedf = 0,01 mm, S = 1,6 m/ph ....................... 106
Hình 4.1. Ảnh hưởng của đường kính đá ban đầu đến chi phí mài một chi tiết
111
Hình 4.2. Ảnh hưởng của chiều rộng đá đến chi phí mài một chi tiết ....................... 111
Hình 4.3. Ảnh hưởng của chiều sâu sửa đá tổng cộng đến chi phí mài một chi tiết... 112
Hình 4.4. Ảnh hưởng của lượng mòn đá mài đến chi phí mài một chi tiết ................ 112
Hình 4.5. Ảnh hưởng của độ cứng của phôi đến chi phí mài một chi tiết.................. 112
Hình 4.6. Ảnh hưởng của chi phí máy và con người đến chi phí mài một chi tiết..... 113
Hình 4.7. Ảnh hưởng của giá thành một viên đá mài đến chi phí mài một chi tiết .... 113
Hình 4.8. Ảnh hưởng tuổi bền đá mài đến chi phí mài một chi tiết........................... 113
Hình 4.9. Ảnh hưởng của đường kính đá khi thay đến chi phí mài một chi tiết ........ 114
Hình 4.10. Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thông số khảo sát đến De,op ............. 116
Hình 4.11. Biểu đồ thị ảnh hưởng chuẩn hóa thể hiện ảnh hưởng của các thông số khảo
sát đến đường kính thay đá tối ưu ............................................................................ 117
Hình 4.12. Đồ thị Pareto của các yếu tố ảnh hưởng thể hiện ảnh hưởng của các thông số
khảo sát đến đường kính thay đá tối ưu.................................................................... 117
Hình 4.13. Đồ thị các ảnh hưởng tương tác của các thông số khảo sát đến đường kính
thay đá tối ưu........................................................................................................... 118
Hình 4.14. Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và tuổi bền của đá ........................ 124
Hình 4.15. Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và năng suất gia công................... 124
Hình 4.16. Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và thời gian mài một chi tiết ........ 124
Hình 4.17. Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và chi phí mài .............................. 125


13

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Chế độ sửa đá khi sử dụng đầu sửa đá kim cương nhiều hạt [77] ...............14
Bảng 1.2. Lựa chọn lượng chạy dao sửa đá bằng bút kim cương một hạt theo nhám bề
mặt [55] .....................................................................................................................18
Bảng 1.3. Lựa chọn lượng chạy dao sửa đá bằng bút kim cương nhiều hạt theo nhám bề
mặt [55] .....................................................................................................................19
Bảng 1.4. Chế độ sửa đá khi sử dụng đầu sửa đá kim cương nhiều hạt của Winter [72].
..................................................................................................................................19
Bảng 2.1. Phân bố nhiệt cắt trong mài [21]
……………………………………..39
Bảng 2.2. Các thông số kỹ thuật của máy mài phẳng MOTO – YOKOHAMA ..........51
Bảng 2.3. Thành phần hóa học của thép 90CrSi [8] ...................................................52
Bảng 2.4. Chế độ nhiệt luyện thép 90CrSi [8]............................................................52
Bảng 2.5. So sánh số lượng thí nghiệm giai thừa đầy đủ và thiết kế thí nghiệm OA [45].
..................................................................................................................................56
Bảng 3.1. Các mức thí nghiệm của các thông số ND, LL, Sd, VB và fd.
……….61
Bảng 3.2. Ma trận thí nghiệm L16 .............................................................................61
Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm bôi trơn làm mát cho Ra và Fy. ....................................62
Bảng 3.4. ANOVA giá trị
và tỉ số S/N của Ra......................................................63
Bảng 3.5. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến
và tỉ số S/N của Ra...................64
Bảng 3.6. ANOVA giá trị
khi đưa fd vào phân tích lỗi..........................................66
Bảng 3.7. ANOVA giá trị

và tỉ số S/N của Fy .......................................................67

Bảng 3.8. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến

và đến tỉ số S/N của Fy .............68

Bảng 3.9. Tỉ số S/N, giá trị chuẩn hóa Zij và độ sai lệch 0j(k) của tỉ số S/N của Ra và
Fy ..............................................................................................................................70
Bảng 3.10. Trị số quan hệ mờ ứng với các thông số đầu ra và trị số quan hệ mờ trung
bình ...........................................................................................................................70
Bảng 3.11. ANOVA trị số c và tỉ số S/N của
c ..........................................................71
Bảng 3.12. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến trị số c và tỉ số S/N của c
.........72
Bảng 3.13. Kết quả so sánh giá trị tính toán và thực nghiệm của nhám bề mặt và lực cắt
khi bôi trơn làm mát ..................................................................................................73
Bảng 3.14. Các mức thí nghiệm của các thông số đầu vào S, aedr, nr, aedf, nf và nnon....73
Bảng 3.15. Mục tiêu của từng chỉ tiêu đánh giá khi sửa đá.........................................74
Bảng 3.16. Kế hoạch thí nghiệm theo các thông số đầu vào aedr, nr, aedf, nf, nnon và S .74
Bảng 3.17. Kết quả thí nghiệm khi sửa đá..................................................................75
Bảng 3.18. ANOVA giá trị
và tỉ số S/N của Ra khi sửa đá. ..................................76
Bảng 3.19. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến
khi sửa đá...............................76
Bảng 3.20. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của Ra khi sửa đá ..........78
Bảng 3.21. ANOVA giá trị
khi đưa S vào phân tích lỗi ........................................78


14

Bảng 3.22. ANOVA giá trị

và tỉ số S/N của Fy khi sửa đá ....................................79

Bảng 3.23. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến
................................................80
Bảng 3.24. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của Fy khi sửa đá...........81
Bảng 3.25. ANOVA giá trị
khi sửa đá sau khi đưa aedf vào phân tích lỗi ..............82
Bảng 3.26. ANOVA giá trị Tw và tỉ số S/N của Tw khi sửa đá...................................83
Bảng 3.27. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến
...............................................83
Bảng 3.28. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của Tw khi sửa đá ..........85
Bảng 3.29. ANOVA giá trị

khi sửa đá khi đưa nnon, nf, aedf và S vào phân tích lỗi 86

Bảng 3.30. ANOVA giá trị
khi sửa đá ..................................................................87
Bảng 3.31. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến khi sửa đá ............................88
Bảng 3.32. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của Fl khi sửa đá ...........89
Bảng 3.33. ANOVA giá trị
khi đưa S vào phân tích lỗi ........................................89
Bảng 3.34. ANOVA giá trị
và tỉ số S/N của MRR khi sửa đá ...........................91
Bảng 3.35. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến
khi sửa đá ...........................91
Bảng 3.36. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của MRR khi sửa đá ......93
Bảng 3.37. ANOVA giá trị
khi đưa S vào phân tích lỗi ....................................93
Bảng 3.38. Trị số S/N, giá trị chuẩn hóa của S/N và sai lệch của dãy tham chiếu của các

thí nghiệm nhằm Ramin và Flmin ..................................................................................95
Bảng 3.39. Trị số quan hệ mờ và trị số quan hệ mờ trung bình khi sửa đá cho hai mục
tiêu Ramin và Flmin.......................................................................................................95
Bảng 3.40. ANOVA c và tỉ số S/N của c cho mục tiêu cả Ramin và Flmin khi sửa
đá...96
Bảng 3.41. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến hệ số quan hệ mờ nhằm Ramin và
Flmin khi sửa đá...........................................................................................................96
Bảng 3.42. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến tỉ số S/N của hệ số quan hệ mờ
nhằm Ramin và Flmin khi sửa đá....................................................................................97
Bảng 3.43. ANNOVA hệ số quan hệ mờ sau khi đưa S vào phân tích lỗi khi sửa đá nhằm
Ramin và Flmin .............................................................................................................99
Bảng 3.44. Trị số S/N và giá trị chuẩn hóa của tỉ số S/N nhằm đạt mục tiêu Ramin, Flmin,
MRRmax và Twmax ........................................................................................................99
Bảng 3.45. Độ sai lệch của dãy tham chiếu, trị số quan hệ mờ và trị số quan hệ mờ trung
bình khi sửa đá cho mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax...................................... 100
Bảng 3.46. ANOVA trị số c và tỉ số S/N của c cho mục tiêu cả Ramin, Flmin, MRRmax
và
Twmax khi sửa đá ....................................................................................................... 101
Bảng 3.47. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến hệ số quan hệ mờ nhằm
Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax khi sửa đá................................................................... 101
Bảng 3.48. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến tỉ số S/N của trị số quan
hệ mờ nhằm Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax khi sửa đá.............................................. 102


15

Bảng 3.49. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến hệ số quan hệ mờ sau khi đưa S vào
phân tích lỗi nhằm cả 4 mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax................................ 103
Bảng 3.50. Kết quả so sánh giữa tính toán và thực nghiệm khi tối ưu hóa đồng thời bốn
mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax ..................................................................... 104

Bảng 4.1. Phạm vi khảo sát các thông số đến đường kính thay đá tối ưu
……...115
Bảng 4.2. Kế hoạch thí nghiệm sàng lọc theo D0, Wgw, aed, HRC, Tw, Wpd, Cmh, Cđm đến
De,op ......................................................................................................................... 115
Bảng 4.3. Thông tin mô hình hồi quy sau khi loại bỏ các yếu tố và tương tác có ảnh
hưởng yếu đến De,op. ................................................................................................ 119
Bảng 4.4. Bảng phân tích phương sai của mô hình hồi quy De,op .............................. 120
Bảng 4.5. Kết quả thí nghiệm năng suất khi mài ...................................................... 122
Bảng 4.6. Kết quả tính toán chi phí mài cho mỗi chi tiết .......................................... 123
Bảng 4.7. Hiệu quả của sử dụng đường kính thay đá tối ưu...................................... 125
Bảng 4.8. Hiệu quả của sử dụng đường kính thay đá, chế độ trơn nguội, chế độ sửa đá
tối ưu ....................................................................................................................... 126


16


17

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Gia công mài bắt đầu được ứng dụng trong sản xuất cơ khí từ thế kỷ 19. Khoảng
giữa thế kỷ 20, người ta đã nhận thấy rằng mài là gia công chiến lược và là nguyên công
then chốt để đạt được độ chính xác và nhám bề mặt cần thiết. Mài có thể gia công với
chiều sâu cắt rất nhỏ, từ 0,05÷0,09 mm; vận tốc cắt lớn, 20÷40 m/s với mài thông
thường và đến 120 m/s với mài cao tốc. Độ chính xác của các chi tiết mài cao với cấp
chính xác đạt được từ 5÷7 và nhám bề mặt sau mài đạt thấp, có thể đạt từ 0,2÷3,2 μm
hoặc thấp hơn. Chính nhờ các ưu điểm trên nên mài là nguyên công gia công tinh và
bán tinh phổ biến nhất trong gia công cơ khí, nhất là các chi tiết yêu cầu độ chính xác
cao và nhám bề mặt thấp. Mài đặc biệt chiếm ưu thế khi gia công tinh các chi tiết có độ

cứng cao, độ bền cao, thông thường là các chi tiết sau khi tôi v.v… Người ta đã
thống kê rằng gia công mài chiếm đến 20÷25% tổng chi phí cho gia công cơ nói chung
[14, 63]. Nhờ tiến bộ kỹ thuật đạt được trong lĩnh vực vật liệu dụng cụ cắt mà hiện nay
nhiều nguyên công mài phẳng đã được thay thế bằng nguyên công phay cứng cho
năng suất và hiệu quả kinh tế cao hơn hẳn. Tuy nhiên, mài phẳng vẫn là nguyên công
không thể thay thế khi gia công tinh lần cuối các chi tiết dạng tấm, dạng đĩa mỏng (như
lá van máy nén khí, lá ly hợp, phanh đĩa, khuôn ép, dập….) hoặc dụng cụ cắt. Các quá
trình lý – hóa xảy ra ở vùng mài rất phức tạp và gây khó khăn cho việc điều khiển quá
trình mài để đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật mong muốn. Do vậy, phương pháp mài
hiện vẫn được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu.
Với gia công mài, vận tốc cắt (vận tốc của đá mài Vđ) là thông số quan trọng quyết
định đến năng suất, chi phí và lợi nhuận của nguyên công mài nói riêng và quá trình gia
công nói chung. Khi mài, vận tốc cắt Vđ tỉ lệ thuận với đường kính của đá mài Ds và số
vòng quay của trục mang đá nđ. Như vậy, với cùng một đường kính đá thì vận tốc cắt
càng lớn nếu số vòng quay của trục mang đá càng cao. Với các máy mài có số vòng
quay trục mang đá không đổi, khi đá mài mới thì đường kính đá lớn nên vận tốc cắt cao
do đó năng suất mài cao. Giả sử với cùng một viên đá mài, chi phí đá mài/h sẽ cao nếu
tuổi thọ của đá nhỏ, chẳng hạn giá mua một viên đá mài 360.000 VNĐ/viên, tuổi thọ đá
là 18h thì chi phí đá mài/h sẽ là 20.000 VNĐ/h. Ngược lại, chi phí đá mài/h sẽ rất nhỏ
nếu tuổi thọ của đá lớn, ví dụ với cùng viên đá mài như trên, tuổi thọ đá là 30h thì chi
phí đá mài/h sẽ là 12.000 VNĐ/h. Tuy vậy, khi đường kính đá khi thay nhỏ, nghĩa là
kéo dài tuổi thọ của đá, thì vận tốc cắt rất thấp và dẫn đến năng suất mài sẽ rất thấp.
Như vậy, tồn tại một giá trị tuổi thọ của đá tối ưu, hay đường kính thay đá tối ưu,
mà với tuổi thọ này chi phí nguyên công mài là nhỏ nhất. Thêm vào đó, tồn tại một giá
trị tuổi thọ tối ưu của đá mà ở đó lợi nhuận của quá trình mài đạt được lớn nhất.
Trong thực tế điều kiện sản xuất cơ khí ở Việt Nam, phần lớn các cơ sở đều sử
dụng máy mài phẳng vạn năng - tốc độ quay của trục mang đá thường không đổi và hầu


22

hết đều sử dụng đá mài Hải Dương - loại đá có tính năng cắt tốt, chi phí ban đầu thấp và
hiện được xuất khẩu nhiều. Với máy mài phẳng vạn năng, như trên đã phân tích, đường
kính đá khi thay (hay tuổi thọ của đá) là thông số ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và
chi phí của nguyên công mài phẳng. Ngoài ra, các cơ sở sản xuất ở nước ta thường có
thói quen sử dụng đá mài cho đến khi không thể dùng được nữa, nghĩa là mài đến khi
đá mòn đến sát bích kẹp đá, vì thường cho rằng sử dụng đá mài như vậy sẽ tiết kiệm.
Lúc đó, đường kính đá nhỏ, vận tốc cắt thấp dẫn đến năng suất mài giảm, chi phí mài
phẳng tăng và hiệu quả kinh tế giảm. Vì lý do đó, việc xác định tuổi thọ tối ưu của đá
(hay xác định đường kính đá khi thay tối ưu) nhằm mục đích đạt được chi phí gia công
mài phẳng là nhỏ nhất hoặc lợi nhuận gia công là lớn nhất có ý nghĩa thực tiễn quan
trọng trong sản xuất mài ở nước ta.
Từ phân tích nêu trên cho thấy có thể nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng
khi mài tinh (tăng năng suất hay giảm giá thành mài) bằng việc xác định đường kính tối
ưu khi thay (hay tuổi thọ tối ưu) của đá mài.
Ngoài vấn đề nêu trên, thực tế gia công mài cho thấy, việc sử dụng dung dịch trơn
nguội là biện pháp rất hiệu quả nhằm làm giảm nhiệt khi mài, giảm mòn của đá và dẫn
tới nâng cao năng suất và chất lượng của quá trình mài [48]. Thêm vào đó, các nghiên
cứu trong [16] và [68] cho thấy chế độ sửa đá có ảnh hưởng nhiều đến topography của
đá mài và qua đó ảnh hưởng đến khả năng cắt của đá. Như vậy, ngoài biện pháp xác
định đường kính tối ưu khi thay của đá mài như đã nêu ở trên, để nâng cao hiệu quả
của quá trình mài phẳng (nâng cao năng suất, đảm bảo chất lượng và giảm chi phí
gia công) có thể thực hiện bằng việc xác định chế độ bôi trơn làm mát hợp lý và chế
độ sửa đá hợp lý hoặc chế độ sửa đá tối ưu nếu có thể.
Từ những vấn đề nêu trên, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả
của quá trình mài phẳng khi mài tinh” cho luận án của mình.
2. Mục đích của đề tài
Mục đích của đề tài là nghiên cứu nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá
trình mài phẳng khi mài tinh thông qua các thông số đường kính thay đá, chế độ bôi trơn
làm mát, chế độ cắt và chế độ sửa đá. Từ đó lựa chọn được bộ thông số công nghệ hợp

lý để giảm chi phí đồng thời nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt gia công.
3. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu
3.1. Phương pháp và đối tượng nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực
nghiệm.
Nghiên cứu lý thuyết: Khảo sát các kết quả nghiên cứu đã công bố, phân tích các
vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, từ đó xác định hướng nghiên cứu, đối tượng, mục tiêu
và phạm vi nghiên cứu của luận án. Phân tích và lựa chọn phương pháp quy hoạch thực


33

nghiệm để giảm số lượng thí nghiệm. Xây dựng mô tính tính toán xác định đường kính
đá mài khi thay tối ưu.
Nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số
đến hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình mài phẳng khi mài tinh. Từ đó xác định các
thông số chế độ công nghệ bôi trơn làm mát, chế độ cắt và chế độ sửa đá hợp lý. Đồng
thời kiểm chứng mô hình tính toán xác định đương kính đá mài khi thay tối ưu.
- Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ mài tinh phẳng bằng chu vi đá với đối tượng
thực nghiệm là thép 90CrSi qua tôi bằng đá mài Hải Dương.
Thép 90CrSi là loại thép hợp kim dụng cụ hiện được sử dụng rất phổ biến làm các
chi tiết dạng đĩa mỏng và dạng tấm và dụng cụ cắt như: Van máy nén khí, lá ly hợp,
phanh đĩa, khuôn dập, khuôn ép, chày - cối dập viên nén, dụng cụ cắt cắt và chấn tôn
góc… và thường được tôi cứng để đáp ứng được yêu cầu chống mài mòn và gia công
mài phẳng mài tinh là nguyên công gia công tinh lần cuối không thể thay thế. Trong khi
ở Việt Nam, đá mài truyền thống, đặc biệt là đá mài Hải Dương - loại đá mài có tính
năng cắt gọt tốt, chi phí ban đầu hợp lý và được xuất khẩu nhiều hiện đang được sử dụng
phổ biến trên các máy mài phẳng vạn năng.
3.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
- Phân tích chi phí của nguyên công mài phẳng từ đó xây dựng tính toán xác định

đường kính thay đá tối ưu;
- Xác định chế độ bôi trơn làm mát, chế độ cắt và chế độ sửa đá hợp lý khi mài
phẳng thép 90CrSi bằng đá mài Hải Dương bằng thực nghiệm.
4. Ý nghĩa của đề tài
4.1. Ý nghĩa khoa học
- Phân tích chi phí của nguyên công mài phẳng từ đó xây dựng mô hình tính toán
xác định đường kính khi thay tối ưu;
- Làm rõ ảnh hưởng của chế độ bôi trơn làm mát và chế độ cắt đến nhám bề mặt
và lực cắt; chế độ công nghệ sửa đá đến nhám bề mặt, lực cắt, dung sai độ phẳng, tuổi
bền và năng suất gia công khi mài phẳng thép 90CrSi bằng đá mài Hải Dương;
- Kết quả của nghiên cứu góp phần hoàn thiện lý thuyết về quá trình mài (đặc biệt
là mài phẳng khi mài tinh) và làm cơ sở khoa học cho các công trình khác nhằm tối ưu
hóa quá trình mài.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu khoa
học và ứng dụng vào sản xuất thực tế để nâng cao năng suất, chất lượng đồng thời giảm
chi phí mài phẳng khi mài tinh.
5. Các điểm mới (đóng góp mới) của đề tài
- Đề xuất mô hình xác định chi phí mài phẳng để tính toán đường kính thay đá tối
ưu để đạt được chi phí thấp nhất bằng lý thuyết và kiểm chứng thực nghiệm;


44

- Đánh giá ảnh hưởng của chế độ bôi trơn làm mát và chế độ cắt khi mài phẳng để
lựa chọn bộ thông số hợp lý khi mài tinh thép 90CrSi bằng đá mài Hải Dương;
- Đánh giá ảnh hưởng của chế độ công nghệ sửa đá khi mài phẳng để lựa chọn bộ
thông số hợp lý khi mài tinh thép 90CrSi bằng đá mài Hải Dương.
6. Cấu trúc của luận án
Cấu trúc của luận án được trình bày gồm: Mở đầu, 04 chương và kết luận chung.

Chương 1. Tổng quan về mài phẳng
Chương 2. Cơ sở lý thuyết về mài phẳng và phương pháp xây dựng mô hình thí
nghiệm.
Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ bôi trơn làm mát, chế độ cắt
và chế độ sửa đá hợp lý.
Chương 4. Nghiên cứu xác định đường kính thay đá tối ưu.
Kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo.


55

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÀI PHẲNG
1.1. Đặc điểm và các sơ đồ mài phẳng
Gia công bằng phương pháp mài được chia thành nhiều dạng khác nhau như mài
tròn (trong hoặc ngoài, có tâm hoặc vô tâm), mài phẳng. So với các phương pháp gia
công cắt gọt khác, mài nói chung và mài phẳng nói riêng có một số đặc điểm sau [14]:
- Đá mài được tạo thành gồm các hạt mài được sắp xếp lộn xộn, ngẫu nhiên và
được liên kết với nhau bằng chất dính kết. Các hạt mài nằm tách biệt nhau trên bề mặt
đá, chúng tham gia cắt không liên tục và cắt ra mỗi phoi riêng. Do đó có thể xem quá
trình mài như là một quá trình cào xước liên tục lên bề mặt của phôi.
- Đá mài có thể được coi là dụng cụ cắt nhiều lưỡi, các lưỡi cắt có thông số hình
học không giống nhau. Trong quá trình mài, số lượng hạt mài có góc trước âm lớn tham
gia cắt là chủ yếu, điều này không thuận tiện cho quá trình cắt gọt, dó đó lực hướng kính
khi mài rất lớn.
- Tốc độ cắt khi mài rất lớn, thông thường khoảng 2040m/s, đặc biệt có thể
lên đến 120m/s hoặc cao hơn. Thêm vào đó, góc cắt của các hạt mài lớn nên nhiệt độ
cắt khi mài rất cao, có thể đạt tới 10001500C. Phoi tạo ra khi mài rất nhỏ và nóng
đỏ.
- Lực cắt khi mài tuy nhỏ nhưng diện tích tiếp xúc của đỉnh các hạt mài với bề mặt
gia công rất nhỏ nên lực cắt đơn vị rất lớn. Năng lượng riêng khi mài khoảng 50J/mm3,

trong khi đó năng lượng riêng của các phương pháp cắt gọt khác khoảng 2÷5J/mm3.
- Trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc. Nghĩa là các hạt cùn bị bật
ra khỏi chất dính kết và các hạt có đỉnh sắc ở lân cận tham gia cắt, hoặc hạt mài cùn bị
vỡ tạo thành các lưỡi cắt sắc mới tham gia cắt.
- Bề mặt gia công thường có một lớp cứng nguội phân bố đều, chiều dày khoảng
2m, độ cứng HV = 1100. Lớp bề mặt này tồn tại ứng suất dư lớn và những vết nứt tế
vi. Do vậy, sau khi mài thông thường có thể tiến hành mài khôn hoặc mài nghiền để
khắc phục hiện tượng này.
- Do không điều chỉnh được vị trí và thông số hình học của hạt mài nên việc điều
khiển quá trình mài rất khó khăn.
Nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí gia công là mục tiêu của
hầu hết các quá trình sản xuất. Đối với các chi tiết phải sử dụng nguyên công mài thì
chất lượng và chi phí của nguyên công này có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng và chi
phí sản xuất. Trong thực tế, các chi tiết máy có hình dạng, kích thước, profile bề mặt rất
đa dạng như mặt trụ, mặt cầu hoặc mặt phẳng vv... Hầu hết các chi tiết đều có mặt phẳng
và yêu cầu nhám bề mặt thấp, dung sai nhỏ, độ cứng bề mặt cao. Nếu không sử dụng
phương pháp mài thì hoặc không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật; hoặc hiệu quả gia công
rất thấp, chi phí gia công cao. Do vậy, mài phẳng chiếm vị trí rất quan trọng khi gia công
chính xác các chi tiết này.


66

Mô hình mài phẳng bao gồm hai dạng: (1) Dùng chu vi của đá để mài gọi là mài
lăn (Hình 1.1a, b, c); (2) Dùng mặt đầu của đá để mài, gọi là mài mặt hoặc mài xoa
(Hình 1.1d, e, f).


77

a) Mài dọc bằng chu vi đá

b) Mài rãnh bằng chu vi đá

c) Mài bằng chu vi đá với
bàn quay

d) Mài chạy dao hướng
tâm bằng mặt đầu đá

e) Mài chạy dao dọc bằng
mặt đầu đá

f) Mài xoa

Hình 1.1. Sơ đồ mài phẳng [48]
Phương pháp mài lăn có diện tích tiếp xúc giữa chu vi đá với bề mặt gia công nhỏ
hơn nên năng suất cắt thấp hơn so với mài xoa. Nhưng dễ bôi trơn làm mát và cho chất
lượng bề mặt gia công cao. Phương pháp này thường dùng để mài những chi tiết có bề
rộng lớn và yêu cầu chính xác cao.
Phương pháp mài xoa có diện tích tiếp xúc giữa mặt đầu của đá với bề mặt gia
công lớn nên cho năng suất cắt cao. Chất lượng bề mặt gia công thấp vì điều kiện bôi
trơn làm mát khó khăn. Nhiệt mài phát sinh lớn, dễ gây ra biến dạng nhiệt trong quá
trính mài. Nhược điểm này được khắc phục bằng cách gá nghiêng trục đá một góc
khoảng 1o2o để giảm diện tích tiếp xúc giữa đá với bề mặt gia công, đồng thời
đưa
dung dịch trơn nguội tới vùng cắt dễ hơn. Phương pháp này thường dùng để mài những
chi tiết có độ chính xác thấp và bề rộng mài nhỏ.
Thông thường, quá trình mài phẳng bằng chu vi đá trên máy mài có bàn máy hình
chữ nhật gồm có các chuyển động (Hình 1.2) [4]: (1) Chuyển động quay tròn của đá mài

(Vđ) là chuyển động cắt chính của quá trình mài; (2) Chuyển động tịnh tiến khứ hồi của
bàn máy mang chi tiết gia công (VB) nhằm đảm bảo mài hết chiều dài chi tiết; (3)
Chuyển động tịnh tiến dọc trục của đá (Sd) nhằm đảm bảo mài hết chiều rộng chi tiết
gia công; (4) Chuyển động tịnh tiến của đá theo phương thẳng đứng (Sđ) nhằm tạo ra
chiều sâu cắt (fd).