Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi đánh bóng bề mặt chi tiết là vật liệu thép không gỉ SUS201

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------------------

BÙI THANH NGA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CƠNG NGHỆ ĐẾN
CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT (ĐỘ NHẴN BĨNG) KHI ĐÁNH BÓNG BỀ MẶT CHI
TIẾT LÀ VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ SUS 201

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. TRƯƠNG HỒNH SƠN

HÀ NỘI – 2010


LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự lớn mạnh của nền kinh tế đất nước, ngành cơ khí trong đó cơ
khí chế tạo máy vẫn khẳng định thế mạnh của mình với vai trị chủ đạo và khơng
ngừng đáp ứng việc tạo ra những sản phẩm chất lượng tốt, độ tin cậy cao và đủ sức
cạnh tranh.
Những chỉ tiêu tạo ra các sản phẩm đó được quyết định bởi độ chính xác gia
cơng. Độ chính xác gia cơng là đặc tính chủ yếu của chi tiết máy. Trong thực tế
không thể chế tạo chi tiết có độ chính xác tuyệt đối bởi vì khi gia cơng xuất hiện sai
số. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia cơng như: Độ chính xác của
thiết bị cơng nghệ, kiến thức công nghệ, vật liệu gia công, vật liệu làm dụng cụ cắt,
các thông số cắt, công nghệ bôi trơn … Để đảm bảo được điều này thì việc nghiên
cứu, tìm hiểu các phương pháp gia công xuất phát từ bản chất động học của một quá
trình đến kết quả gia cơng để từ đó có thể khống chế, điều chỉnh các đại lượng ảnh
hưởng để có thể đạt được chất lượng và năng suất gia công theo yêu cầu. Trong nội

dung luận văn cao học tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số
công nghệ đến chất lượng bề mặt (độ nhẵn bóng) khi đánh bóng bề mặt chi tiết là
vật liệu thép không gỉ SUS201”. Nội dung luận văn bao gồm:
1. Chương 1: Đặt vấn đề và giới hạn nghiên cứu của đề tài
2. Chương 2: Cấu trúc hình học của bề mặt chi tiết đánh bóng và các thơng
số ảnh hưởng.
3. Chương 3: Thiết kế và chế tạo mơ hình thí nghiệm và tiến hành thí
nghiệm.
4. Chương 4: Kết quả thí nghiệm và thảo luận
5. Kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo.
Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp về những khiếm khuyết còn tồn tại trong
luận văn này. Xin chân thành cảm ơn!

1


CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Ứng dụng các loại thép không gỉ trong thực tế
Thép không gỉ trong thực tế được sử dụng rộng rãi và phổ biến vì nó có tính
năng mà khơng một kim loại nào có thể đáp ứng được như khả năng chống ăn mịn
trong các mơi trường độc hại, dễ dàng hàn hoặc tạo hình, chi phí bảo dưỡng thấp và
có khả năng tái chế. Chính điều đó làm cho thép không gỉ trở thành vật liệu lý tưởng
để sản xuất hàng loạt các sản phẩm quan trọng trong đời sống hàng ngày từ thiết bị
công nghiệp thực phẩm, sinh học, cấp thoát nước, các sản phẩm đồ gia dụng, thiết
bị y tế và trang trí…
Đồ dùng nhà bếp: thép không gỉ đặc biệt là loại SUS201 từ lâu đã được
công nhận là loại vật liệu sạch, bền, đẹp mắt và dễ bảo dưỡng, phù hợp để sản xuất
các loại dao, kéo, bát, đĩa.
Thiết bị gia dụng: vì loại thép khơng gỉ SUS201 có khả năng chống han gỉ

và không bị phá hủy trong môi trường axit hay muối. Vì vậy nó được chọn là vật
liệu lý tưởng cho các nhà sản xuất đồ gia dụng như: bồn rửa, máy rửa bát, máy giặt,
máy chế biến thực phẩm, lị nướng, bếp ga và thùng nước…
Cơng nghệ thực phẩm, nông nghiệp: thép không gỉ SUS201 được sử dụng
để sản xuất thùng chứa đòi hỏi sự vững chãi do loại thép này cứng và có khả năng
chống gỉ và ăn mịn trong các mơi trường nhiệt độ cao. Các thiết bị được sử dụng
trong công nghiệp chế biến thực phẩm (công nghiệp rượu bia và nước giải khát).
Công nghiệp ô tô: ống xả, bộ chuyển đổi xúc tác và hàng loạt các phụ tùng
cơ khí thường được sản xuất từ thép khơng gỉ vì chúng có khả năng chống ơ xy hóa
ở nhiệt độ cao.
Hệ thống vận tải cơng cộng: hiện nay, những bộ phận chính của xe buýt, tàu
hỏa, tàu điện ngầm và cáp treo đều được sản xuất bằng thép khơng gỉ vì đây là loại
vật liệu có khả năng đáp ứng những tiêu chuẩn nhất định với chi phí duy trì bảo
dưỡng thấp.

2


Cơng nghiệp vận chuyển hàng hóa: rất nhiều loại container dùng trong
nghành vận tải như: container lạnh, tàu hàng lỏng cách li cách nhiệt… được sản
xuất từ thép không gỉ vì chúng có khả năng chống ăn mịn liên hạt và chống rão.
Cơng nghiệp hóa dầu: chính vì đặc tính đặc biệt là khả năng chống ăn mòn
liên hạt và chống rão ở cường độ cao nên thép không gỉ luôn được coi là vật liệu lý
tưởng để sản xuất ống, vịi trong cơng nghiệp hóa dầu.
Các ngành cơng nghệ cao: do khả năng chống ăn mòn và các đặc tính cơ
học khác, thép khơng gỉ thường được dùng trong các ngành cơng nghệ cao như
hàng khơng, máy tính, điện tử hạt nhân và nhiều nghành khác.
Cơng nghiệp cấp thốt nước: ngày nay do nhu cầu cấp nước sạch và nước
xả ngày càng cao do vậy việc sử dụng máy móc thiết bị được chế tạo từ thép khơng
gỉ ngày càng nhiều.

Hình 1.1.1. Các cút nối trong hóa dầu, ngành nước

3


Hình 1.1.2. Các thiết bị trong dân dụng
1.2. Yêu cầu đối với các thiết bị thực phẩm
Trong ngành chế biến thực phẩm, để tránh cho các quá trình lên men bị
nhiễm khuẩn thì các thiết bị thực phẩm yêu cầu phải đảm bảo được độ vô trùng khi
làm sạch. Hiện nay, các phương pháp làm sạch bên trong chủ yếu là phun nước và
sử dụng các dung dịch làm sạch. Chính vì vậy, u cầu đối với các bề mặt của thiết
bị thực phẩm đó là các bề mặt bên trong phải có độ nhẵn bóng nhất định nào đó,
phải ln đạt được độ nhẵn bóng Ra = 0,63 µ m.

Hình 1.2. Thiết bị trong ngành thực phẩm

4


1.3. Các phương pháp làm nhẵn bề mặt hiện nay
Trong các nhà máy cơ khí ở Việt Nam hiện đang sử dụng rộng rãi các
phương pháp gia cơng sau:
Đánh bóng bề mặt chi tiết máy bằng thiết bị cầm tay

Hình 1.3.1. Thiết bị đánh bóng cầm tay

5

Đánh bóng bề mặt chi tiết máy bằng thiết bị đai mài.

Hình 1.3.2. Đánh bóng chi tiết stato

Hình 1.3.3. Đánh bóng sản phẩm trang trí
Trong khi gia cơng, các thiết bị này cũng có các ưu nhược điểm riêng:
* Ưu khuyết điểm của thiết bị cầm tay: nhẹ dễ sử dụng, chỉ gia công được các chi
tiết nhỏ, áp lực trong q trình gia cơng khơng ổn định và thời gian gia cơng tốn
nhiều thời gian, do đó hiệu quả và năng suất không cao.
* Ưu khuyết điểm của thiết bị đánh bóng bằng đai mài: là phương pháp gia cơng
khép kín có bề rộng xác định, gia cơng được các bề mặt định hình, gia cơng được
các chi tiết mà máy móc thơng thường khơng thể gia cơng được.

6


Diện tích của đai mài lớn hơn rất nhiều so với diện tích của đá đánh bóng do
đó kéo dài được chu kỳ làm việc (thời gian phải thay đai mài đã bị mòn hỏng) và rút
ngắn được thời gian phụ. Diện tích của chi tiết được gia cơng đồng thời lớn hơn.
Tản nhiệt trên đai mài nhanh hơn là tản nhiệt trên bánh đánh bóng do đó
nâng cao được chế độ gia công và nâng cao năng suất.
Chất lượng của hạt phủ lên đai mài thường cao hơn vì nó được chế tạo theo
phương pháp cơ khí hóa.
Các thơng số gia cơng có khoảng thay đổi lớn (tốc độ, áp lực, hình dáng chi
tiết), bản thân đai mài lại mềm mại, ít bị thay đổi áp lực và tốc độ.
Đai mài có thể đánh bóng ở những bề mặt khó gia cơng của chi tiết.
Kết cấu máy đơn giản hơn, làm việc êm hơn kể cả khi tải trọng thay đổi.
Điều kiện lao động khi đánh bóng bằng đai mài được cải thiện hơn nhiều so
với đánh bóng bằng bánh đánh bóng.
Đánh bóng cịn có nhiều ưu điểm so với các phương pháp gia công bằng cắt

gọt khác, mà nó cho phép gia cơng với lượng dư nhỏ (đến vài mm), lực cắt không
lớn, yêu cầu vận tốc chi tiết không quá cao, điều chỉnh và gá đặt dễ dàng đơn giản,
khơng tốn thời gian, có khả năng thay đổi chế độ cắt ngay trong q trình gia cơng.
1.4. Tính cấp thiết của đề tài
Tính chất sử dụng của chi tiết khơng chỉ phụ thuộc vào tính chất cơ lý của
vật liệu, mà còn phụ thuộc vào trạng thái của lớp bề mặt. Thực tế cho thấy, các chi
tiết được chế tạo từ một loại vật liệu như nhau theo các phương pháp công nghệ và
chế độ gia công khác nhau thì tuổi thọ của chi tiết sẽ khác nhau.
Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền cao là cơ sở
cho sự ra đời các loại máy móc, thiết bị hiện đại, có chất lượng cao (độ chính xác,
độ tin cậy, độ bền cao…).
Phương pháp đánh bóng bằng đai mài có một vị trí quan trọng trong gia cơng
cơ khí hiện đại nhờ khả năng vượt trội so với các phương pháp gia cơng khác, khi
gia cơng những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng khác nhau cho độ chính xác và

7


độ nhẵn bóng cao. Mặc dù được sử dụng cả trong gia cơng thơ nhưng chỉ trong gia
cơng tinh thì phương pháp đánh bóng mới thực sự phát huy và chiếm ưu thế. Vì vậy,
đánh bóng được chọn là ngun công cuối trong các nguyên công gia công tinh
các bề mặt chi tiết.
Chất lượng bề mặt của chi tiết được hình thành trong q trình thực hiện các
ngun cơng có tính đến tính di truyền cơng nghệ. Tuy nhiên quan trọng nhất là các
ngun cơng gia cơng tinh, bởi vì các ngun cơng này có đặc tính chất lượng của
lớp bề mặt được hình thành rõ nét. Điều này nói lên tầm quan trọng của phương
pháp gia công tinh trong quy trình cơng nghệ và sự cần thiết phải xác định phương
pháp gia công hợp lý với chế độ gia cơng tối ưu.
Q trình tách bỏ vật liệu khi đánh bóng cũng thực hiện bằng q trình tạo
phoi như các phương pháp gia công khác nhưng do những đặc điểm khác biệt về

quy luật của các phương pháp gia công cắt gọt khác (qui luật về dòng phoi, nhiệt cắt,
mòn và tuổi bền cao…) lại khơng đúng hồn tồn cho phương pháp đánh bóng.
Trong sản xuất đã và đang ứng dụng rất nhiều phương pháp gia công tinh
khác nhau. Các phương pháp này có thể tập trung lại thành bốn nhóm (gia cơng
bằng dụng cụ cắt có lưỡi, các hạt mài kết dính, các hạt mài tự do và gia công bằng
biến dạng dẻo bề mặt). Trong mỗi phương pháp gia cơng này đều có tính đặc thù
riêng với khả năng công nghệ và phạm vi áp dụng nhất định. Để nâng cao hiệu quả
của các nguyên công gia công tinh ta cần đẩy mạnh công tác nghiên cứu để tìm ra
những điều kiện gia cơng tối ưu và sử dụng thiết bị hợp lý.
1.5. Giới hạn nghiên cứu của đề tài
Quan hệ của các thông số chất lượng quá trình đánh bóng với các yếu tố ảnh
hưởng rất phức tạp, khó xác định và khơng ổn định theo thời gian. Quy luật thay đổi
và tác động qua lại của chúng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện gia công và tình
trạng của máy. Việc xây dựng một hệ thống các chỉ số hoặc bảng biểu dùng chung
cho các máy đánh bóng, các phương pháp đánh bóng là một việc làm rất khó thực
hiện trong điều kiện kỹ thuật hiện nay. Do vậy để nâng cao hiệu quả của quá trình

8


đánh bóng đều được tiến hành nghiên cứu theo các hướng cơ bản sau:
1. Nâng cao chất lượng, hoàn thiện kết cấu của các đai, bánh mang hạt mài
2. Nghiên cứu chế tạo các loại đai, bánh mang hạt mài từ vật liệu mới, có độ
kết dính và chịu mài mòn cao.
3. Nâng cao vận tốc.
4. Điều chỉnh tối ưu hóa q trình đánh bóng.
Trong đó:
Nghiên cứu theo hướng 1 và 2: tiến hành chế tạo các loại đai hoặc bánh có
mang hạt mài mới và có khả năng chịu kết dính mài mịn cao.
Nghiên cứu theo hướng 3: tiến hành thiết kế chế tạo các loại máy đánh

bóng cao và siêu cao tốc có vận tốc lớn.
Nghiên cứu theo hướng 4: điều khiển q trình tối ưu hóa theo nguyên tắc
điều khiển tối ưu. Nghĩa là dựa vào quan hệ hàm được xác lập ngay trong q trình
gia cơng giữa các thông số đầu ra với các thông số đầu vào, thực hiện điều chỉnh
quá trình để đạt dược các chỉ tiêu chất lượng và kinh tế kỹ thuật cao nhất.
Thơng số quan trọng đặc trưng cho q trình đánh bóng là chế độ gia cơng,
chế độ cắt bao gồm vận tốc cắt Vc, vận tốc phôi Vph, bước tiến Sd, chọn chế độ gia
công hợp lý cho từng loại hạt mài và chi tiết gia công sẽ nâng cao độ chính xác và
chất lượng bề mặt của chi tiết gia công.
Các nghiên cứu từ trước đến nay chủ yếu là nghiên cứu về mài và cho loại
vật liệu có độ cứng cao, vật liệu đã qua gia cơng nhiệt mà chưa nghiên cứu đúng
mức về đánh bóng (nhất là đánh bóng cho kim loại mềm, có tính dẻo cao như thép
không gỉ, đồng, nhôm và các vật liệu phi kim) mà trên thực tế cần phải gia công
các vật liệu đó. Do vậy, trong luận văn này tơi trình bày một số “Nghiên cứu ảnh
hưởng của các thơng số công nghệ đến chất lượng bề mặt (độ nhẵn bóng) khi
đánh bóng bề mặt chi tiết là vật liệu thép khơng gỉ SUS 201” bằng phương pháp
đánh bóng bằng đai mài (dải băng).

9


1.6. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
1.6.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một vài thơng số đặc trưng cho q trình
khi đánh bóng thép không gỉ SUS201 trên máy tiện 1K62, bằng giấy nhám có các
cỡ hạt P120, P240, P400, với các thơng số áp lực p = 0,4; 0,6; 0,8 kg/cm2

1.6.2. Nội dung nghiên cứu
- Nâng cao chất lượng, hoàn thiện kết cấu của các đai, bánh kết cấu mang hạt mài.
- Nghiên cứu chế tạo các loại đai mang hạt mài từ vật liệu mới, có độ kết dính và

chịu mài mòn cao.
- Nâng cao vận tốc.
- Điều chỉnh tối ưu hóa q trình đánh bóng.
1.6.3. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đánh bóng
- Xây dựng hệ thống thí nghiệm.
- Tiến hành thí nghiệm.
- Xử lý số liệu.
- Phân tích kết quả.
- Sử dụng các mơ hình thí nghiệm để xác định chế độ tối ưu.
1.7. Kết luận
Với sự phát triển khoa học và kỹ thuật nhanh như hiện nay, nhu cầu về các
trang thiết bị và phụ kiện có độ chính xác cao, độ bền, độ tinh xảo ngày càng nhiều
về số lượng và chất lượng. Với loại thép khơng gỉ SUS201 nói riêng và các loại
thép nói chung thì chất lượng bề mặt là yếu tố quan trọng để nâng cao độ chính xác
chống lại sự mài mịn do ma sát gây ra.
Cơng nghệ hạt mài ngày càng được đưa vào sử dụng nhiều trong q trình
gia cơng, nó tạo ra những chi tiết có độ bóng, độ chính xác có tính lắp lẫn rất cao để

10


tạo ra những sản phẩm lợi ích phục vụ con người.
Để chế tạo được những loại máy, thiết bị, phụ kiện có u cầu cao như trên
thì các phương pháp gia cơng tinh nói chung và đánh bóng nói riêng nó đóng một
vai trị quyết định. Dựa vào các nghiên cứu thực nghiệm ta có thể kết luận rằng q
trình đánh bóng là một q trình tổ hợp của các hiện tượng cơ khí, các hiện tượng
này có liên hệ tác động qua lại lẫn nhau, đồng thời thay đổi tùy thuộc vào từng loại
vật liệu gia công, chế độ gia cơng và mơi trường xung quanh.
Vậy đánh bóng đóng một vai trị trong gia cơng tinh, nó là một cơng đoạn

quan trọng của q trình cơng nghệ, qua đó ta cũng biết thêm về phương pháp đánh
bóng và sự phát triển của cơng nghệ hạt mài nói riêng cũng như phát triển của cơng
nghệ gia cơng dạng hạt nói chung.

11


CHƯƠNG 2
CẤU TRÚC HÌNH HỌC BỀ MẶT CỦA CHI TIẾT ĐÁNH BĨNG
VÀ CÁC THƠNG SỐ ẢNH HƯỞNG
2.1. Tổng quan về gia cơng bề mặt bằng đai
2.1.1. Đánh bóng là gì ?
Trong suốt một thời gian dài, người ta cho rằng đánh bóng cơ khí và mài nếu
nhìn bề ngồi thì hai nguyên công này gần giống nhau với đặc điểm của nó là bóng,
cùng mang hạt mài và cùng thực hiện bằng các hạt mài có kích thước nhỏ hơn. Tuy
nhiên khi nghiên cứu về cơ chế quá trình đánh bóng người ta nhận thấy rằng q
trình đó rất ít điểm chung với q trình mài. Bề mặt đánh bóng có khả năng phản xạ
ánh sáng tốt hơn. Từ đó người ta chọn các phương pháp đánh bóng theo phương
pháp cơ học hay hóa học. Ở đây ta chỉ xét đánh bóng cơ học bằng vật liệu mang hạt
mài.
Đánh bóng là một nguyên công trong gia công tinh, là một cơng đoạn quan
trọng của q trình cơng nghệ. Đánh bóng loại bỏ các vết xước trong các ngun
cơng trước đó để khơng tạo ra ma sát hoặc kết dính trong những các sản phẩm có độ
chính xác cao, nhằm nâng cao tuổi thọ của chi tiết máy. Đánh bóng cịn để trang trí
bề mặt ngồi của chi tiết máy, sản phẩm.
2.1.2. Tại sao phải đánh bóng ?
Để đảm bảo cho các sản phẩm có được các thơng số kỹ thuật u cầu mà các
phương pháp gia cơng trước đó khơng thực hiện được thì người ta tiến hành đánh
bóng. Đánh bóng thường được chọn là ngun cơng cuối vì nó đảm bảo được hai
yêu cầu sau: chất lượng bề mặt chi tiết tốt và độ chính xác gia cơng cao. Chất lượng

bề mặt và độ chính xác có mối liên hệ mật thiết với nhau. Bề mặt cần nhẵn bóng để
đảm bảo độ chính xác cao.
Độ tin cậy của chi tiết máy, đặc biệt là chi tiêt máy chịu tải trọng nặng,
thường phụ thuộc vào chất lượng bề mặt gia công. Chất lượng bề mặt bao gồm hai

12


yếu tố là: tình trạng của bề mặt và cấu trúc hình học bề mặt
+ Tình trạng bề mặt liên quan đến sự thay đổi cấu trúc kim loại của lớp bề
mặt do q trình gia cơng gây ra.
+ Cấu trúc bề mặt đề cập đến hình học tế vi hay hình học của bề mặt được
gia cơng, được đặc trưng chủ yếu bằng độ nhám bề mặt.
2.1.3. Thực chất về đánh bóng?
Đánh bóng là một phương pháp gia cơng bằng hạt mài nhỏ mịn hoặc bột
kim cương, nó được sử dụng hiệu quả khi yêu cầu độ chính xác và hình dáng kích
thước từ cấp 7 đến cấp 11. Độ nhám bề mặt Ra từ 1,25 - 0,02µm. Đánh bóng cho
phép gia cơng nhiều loại bề mặt khác nhau… Đánh bóng sử dụng chủ yếu để gia
cơng chi tiết có vật liệu đã qua, chưa qua nhiệt luyện hoặc nhiệt luyện có độ cứng từ
35 đến 65HRC. Với các vật liệu có tính dẻo cao được sử dụng rất hạn chế trong
ngành cơ khí nhưng lại được sử dụng nhiều trong ngành y tế, cơng nghệ hóa học
cũng như trong ngành dân dụng.
Đánh bóng dùng để gia cơng mặt trụ ngồi, trong, cơn, mặt phẳng, mặt cầu
và các mặt định hình. Trong một số trường hợp ngồi mục đích giảm độ nhám, đánh
bóng cịn để nâng cao độ chính xác của chi tiết.
Lượng kim loại được bóc tách khi đánh bóng khoảng 0,01 - 0,03mm. Độ
bóng của bề mặt sau khi đánh bóng có thể đạt cấp 11 - 14. Bằng phương pháp đánh
bóng có thể gia cơng cho tất cả các loại vật liệu có độ cứng khác nhau, từ nhôm cho
đến thép đã được nhiệt luyện. Để đạt được độ nhẵn bóng này thì sản phẩm được làm
bóng địi hỏi ngun cơng đánh bóng phải sao cho vừa đảm bảo được độ bóng bề

mặt mà vừa khơng làm sai lệch hình dáng, kích thước của sản phẩm đó. Ngồi ra,
u cầu đối với q trình đánh bóng là bề mặt sản phẩm không cho phép để lại
khuyết tật.
Tuy vậy, đánh bóng là một q trình gia cơng rất phức tạp, còn nhiều vấn đề
phải nghiên cứu. Các thơng số chất lượng đặc trưng của q trình đánh bóng phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như đặc tính của hạt mài, tính chất vật liệu gia cơng, chất

13


phụ gia, độ chính xác và độ cứng vững của máy, các chế độ gia công…
2.2. Tổng quan về các phương pháp đánh bóng bằng cơ học
Đánh bóng cơ học là một loạt các ngun cơng mà nhờ đó bề mặt đạt được
độ bóng cao. Khi đánh bóng, trên đa số các kim loại xuất hiện các ánh kim do tác
dụng cơ học của dụng cụ đánh bóng lên bề mặt gia công tùy theo dụng cụ và máy
được dùng để đánh bóng, tùy theo cơ cấu mà nó tác dụng lên.
Đánh bóng cơ học có thể thực hiện theo 2 phương pháp khác nhau:
+ Bằng vật liệu hạt mài cứng được gắn lên một vật liệu mang hạt mài nào đó hoặc
khơng được gắn liên kết (hạt tự do chuyển động).
+ Nhờ lớp bề mặt biến dạng dẻo của chi tiết gia cơng do áp lực tồn bộ hay từng
phần của dụng cụ cắt.
Trong phần này, chúng ta chỉ đi sâu nghiên cứu phương pháp đánh bóng
bằng vật liệu hạt mài (dưới dạng bột rời, huyền phù, bột nhão…).
Tùy theo phương pháp thực hiện và đặc điểm của thiết bị được dùng trong
cơng nghệ đánh bóng cơ học bằng hạt mài mà ta có thể tiến hành đánh bóng bằng đá
mài bóng, bằng đai, bằng cơ cấu rung, cơ cấu li tâm, cơ cấu phun tia và cơ cấu khác.
Đánh bóng cơ học là ngun cơng cuối cùng nhằm lấy đi các nhấp nhô nhỏ
nhất tạo ra những bề mặt sáng như gương, có độ bóng bề mặt cao (Ra = 1,25 0,02µm . Việc chọn phương pháp gia công cho từng loại chi tiết cụ thể cũng như
chọn một chế độ đánh bóng hợp lý nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như vật liệu
chi tiết gia cơng, trạng thái bề mặt trước khi đánh bóng, kích thước, máy móc thiết

bị… Các ngun cơng đánh bóng phải đảm bảo được độ bóng bề mặt mà khơng làm
sai lệch kích thước của chi tiết do ngun cơng trước để lại. Tuy nhiên, trong một số
trường hợp khi đánh bóng cần sửa lại sai số do ngun cơng trước để lại cịn q
lớn. Bề mặt đánh bóng khơng cho phép để lại khuyết tật, các vết xước có độ sâu lớn
cần được khử ngay trước khi đánh bóng nhờ ngun cơng mài.
Đánh bóng thường được bắt đầu từ phần có khuyết tật nhiều nhất. Đánh
bóng cơ khí được thực hiện bằng đá mài mềm, đai mài bằng tia dung dịch hạt mài…

14


* Đánh bóng bằng đá bánh mài: là một dạng đánh bóng phổ biến nhất,
được thực hiện dưới hình thức thủ cơng (bằng tay) cũng như nhiều hình thức cơ khí
hóa và tới cơ khí hóa hồn tồn.
* Đánh bóng bằng đai mài: là phương pháp mà trên đó phủ một lớp hạt mài
hoặc một lớp bột nhão. Đây là một phương pháp đánh bóng có năng suất cao hơn
các phương pháp đánh bóng thơng thường bằng bánh đánh bóng.
* Đánh bóng rung động: muốn thực hiện đánh bóng rung động thì chi tiết
gia cơng và phương tiện gia cơng được đưa vào bình chứa, trong đó thực hiện
chuyển động dao động. Nhờ vậy mà các hạt nhỏ chuyển động tương đối có gia tốc
trên bề mặt chi tiết gia cơng theo một quỹ đạo để tạo ra hình dạng chi tiết.
* Đánh bóng trong thùng quay: thường dùng đánh bóng các chi tiết khó gia
cơng trên các máy đánh bóng. Thực chất của cơng việc này như sau: chi tiết gia
cơng cùng với hỗn hợp vật liệu đánh bóng được chứa trong thùng quay kín hoặc hở,
trong q trình quay do ma sát giữa các hạt mài vào mặt chi tiết gia cơng.
* Đánh bóng bằng phương pháp hóa học: là phương pháp gia công tinh bề
mặt các sản phẩm bằng kim loại theo một nguyên lý khác với đánh bóng cơ học.
Theo ngun lý này các nhấp nhơ bề mặt sẽ được san bằng nhờ các chất hóa học
khác nhau.
* Đánh bóng bằng phương pháp mạ điện: là q trình làm tinh (nhẵn bóng)

bề mặt kim loại nhờ việc lấy đi độ nhám bề mặt (nâng cao cấp độ bóng) và tạo ra độ
bóng bằng phương pháp điện hóa.
2.3. Tổng quan về thiết bị đánh bóng cơ học
Trong thực tế ta có các loại thiết bị đánh bóng cơ học sau:
* Máy đánh bóng một trục chính hai phía: loại máy này được dùng để gia cơng
chi tiết bằng đá mài trụ và đá mài mặt đầu.
* Máy đánh bóng hai trục chính hai phía: loại máy này cho phép thay đổi số vịng
quay của trục chính.
* Máy trục mềm: loại máy này có thể di chuyển dễ dàng bằng tay, do đó dùng để

15


gia cơng các chi tiết lớn.
* Máy đánh bóng bằng đai mài: có nhiều loại khác nhau tùy theo loạt chi tiết được
đánh bóng và mục đích của cơng việc gia cơng, do đó ta chia thiết bị ra làm hai loại
vạn năng và chuyên dùng. Ngoài ra người ta cịn chế tạo ra loại đầu đánh bóng để
lắp vào các máy liên hợp hoặc các máy vạn năng khác. Cũng có thể dùng loại máy
mài vạn năng để đánh bóng, khi trên bàn máy ngồi động cơ, trục chính, còn mang
thêm một số cơ cấu khác, loại máy này thường dùng để đánh bóng và làm sạch các
bề mặt khác nhau trên các chi tiết nhỏ và trung bình. Khi đánh bóng các bề mặt định
hình, ta phải dùng các con lăn tiếp xúc, có prophin phù hợp với prophin của bề mặt
gia công.
2.3.1. Bản chất của phương pháp đánh bóng bằng đai mài
Đánh bóng bằng đai mài là phương pháp gia công tinh chi tiết bằng đai hạt
mài khép kín có bề rộng xác định. Ngun cơng này được thực hiện trên các máy
chuyên dùng

Hình 2.3.1.1. Thiết bị đánh bóng bằng đai mài
Cơ cấu đai mài đơn giản nhất là cơ cấu có 2 con lăn: con lăn truyền động và

con lăn tiếp xúc. Đai mài được lắp và được kéo căng trên hai con lăn này. Cơ cấu

16


này cho phép đạt góc ơm (giữa các con lăn và đai mài) nhỏ, do đó có thể tạo ra độ
căng khơng lớn. Đối với đai mài có chiều dài lớn phải dùng thêm nhiều con lăn với
các chức năng khác nhau như: truyền động, tiếp xúc, kéo căng, tỳ chặn, biên dạng
và lệch vị trí.
Ví dụ, các con lăn kéo căng và các con lăn tỳ chặn được dùng điều chỉnh vị
trí của đai mài khi gia cơng, các con lăn biên dạng được dùng để tạo ra đai mài khi
gia cơng các bề mặt định hình phức tạp, cịn các con lăn lệch vị trí để thay đổi hình
dáng của cơ cấu đai mài trong quá trình gia cơng.
Khi đánh bóng bằng đai mài, các thơng số của con lăn tiếp xúc (hình dáng,
kích thước, vật liệu và độ cứng) có ý nghĩa rất lớn đối với hiệu quả của ngun
cơng. Mặt ngồi của các con lăn tiếp xúc được chế tạo bằng kim loại, cao su nhẵn
hoặc khía nhám và giấy ép,…
Dụng cụ khi đánh bóng bằng đai mài là hạt mài được gắn kết trên đai mài.
Trong q trình gia cơng, đai mài chịu tác dụng của tải trọng rất lớn, vì vậy nó phải
có độ bền và tính đàn hồi cao. Tính đàn hồi rất cần thiết khi gia cơng các mặt định
hình và các vị trí bề mặt khó đưa đai mài vào.
Khả năng cắt của đai mài phụ thuộc vào tính chất của vật liệu hạt mài, độ hạt
của nó, độ bền kết dính với vật liệu gia cơng, chế độ cắt và các yếu tố khác.
Vật liệu hạt mài thường là côrun điện, cacsbit silic, cacbit bo, kim cương.
Đai mài bằng hạt mài kim cương và cacbit bo được dùng để mài siêu tinh và đánh
bóng chi tiết bằng hợp kim cứng và thép hợp kim cao.
Đánh bóng bằng đai mài là phương pháp gia cơng vạn năng, bởi vì nó có thể
dùng để gia công thô (làm sạch phôi, làm sạch gỉ hàn) hoặc gia công tinh bề mặt chi
tiết. Đánh bóng bằng đai mài cho phép đạt độ nhám Ra = 1,25 – 0,02 μm. Vì vậy,
nó được dùng rất rộng rãi để gia cơng tinh (đánh bóng) bề mặt chi tiết trong cơng

nghiệp vịng bi, máy bay và ơ tơ.
Một số ví dụ của các ngun cơng đánh bóng:
Các chi tiết trụ trơn được gia công bằng phương pháp đánh bóng bằng đai
mài vơ tâm. Các chi tiết phẳng và rộng được gia cơng đánh bóng bằng đai với

17


phương pháp dưới dạng con lăn tiếp xúc. Bề mặt trong của các chi tiết dạng ống và
dạng bạc cũng có thể được gia cơng đánh bóng bằng đai mài. Các cổ trục của chi
tiết hình trụ được gia cơng đánh bóng bằng đai mài có cơ cấu tỳ ép. Đánh bóng
bằng đai mài là phương pháp gia cơng rất có hiệu quả đối với các bề mặt cong của
cánh tuabin và các bề mặt định hình phức tạp mà phương pháp đánh bóng thơng
thường khơng thể thực hiện được trên các máy mài. Kích thước của máy cũng nhỏ
hơn và sử dụng an tồn hơn.

Hình 2.3.1.2. Các chi tiết trong ngành ơ tơ
2.3.2. Chế độ đánh bóng và chất lượng bề mặt khi đánh bóng bằng đai mài
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính của quá trình gia cơng bằng
phương pháp đánh bóng bằng đai mài đó là: vận tốc đai, áp lực, đặc tính của hạt mài,
tính chất của vật liệu gia cơng, độ căng của đai mài, hình dáng và vật liệu của con
lăn tiếp xúc, loại dung dịch trơn nguội…
Quan hệ phụ thuộc giữa độ nhám bề mặt khi đánh bóng bằng đai và vận tốc
cắt (tốc độ của đai mài), đường kính, hình dáng và độ cứng của con lăn tiếp xúc.
Hình dáng bề mặt của con lăn tiếp xúc có ảnh hưởng lớn đến độ nhám gia công. Độ
nhám gia công thấp nhất khi dùng con lăn có bề mặt nhẵn, cịn độ nhám gia cơng
cao nhất khi dùng con lăn có bề mặt khía nhám. Bề rộng của răng khía nhám càng
nhỏ và rãnh càng lớn thì cường độ bóc tách kim loại và độ nhám càng tăng. Vì vậy

18

khi đánh bóng thơ cần sử dụng con lăn tiếp xúc có bề mặt khía nhám nhỏ. Khi đánh
bóng tinh nên sử dụng con lăn tiếp xúc có bề mặt bằng cao su nhẵn hoặc giấy ép có
đường kính lớn trong giới hạn cho phép. Các con lăn có bề mặt bằng cao su (bề mặt
đàn hồi) còn được dùng để gia công kim loại mềm và kim loại màu.
Độ căng của đai mài có ảnh hưởng lớn đến tuổi bền của nó và điều kiện làm
việc của máy. Ví dụ, khi độ căng của đai thấp xảy ra hiện tượng trượt, làm cho vận
tốc của đai giảm và độ mòn của hạt mài tăng, gây ảnh hưởng xấu đến hiệu quả của
q trình gia cơng. Ngược lại, khi độ căng của đai mài tăng làm cho tuổi bền của nó
giảm, độ mịn của hạt cũng tăng lên và có khả năng đai mài bị đứt. Vì vậy, cần phải
xác định độ căng của đai mài hợp lý. Độ căng của đai mài được xác định phụ thuộc
vào tính chất của nó và vật liệu của chi tiết gia cơng. Độ căng đai mài được chọn
trong khoảng từ 0,1 – 0,7 MPa.
Chọn độ hạt của hạt mài phụ thuộc vào đặc tính ngun cơng, độ nhám u
cầu và tính chất của vật liệu chi tiết gia cơng. Ví dụ, khi gia công thô chi tiết bằng
thép và gang cần chọn hạt có độ hạt 50 và lớn hơn từ cơrun điện trắng hoặc hợp kim.
Khi cường độ bóc tách kim loại thấp cần chọn độ hạt của hạt mài ≤ 40. Khi chọn độ
hạt của hạt mài cần lưu ý rằng với độ hạt giảm, khối lượng kim loại được bóc tách
và độ nhám giảm và ngược lại.
Ngun cơng đánh bóng bằng đai mài có thể được thực hiện khơ (khơng có
dung dịch trơn nguội) hoặc có dung dịch trơn nguội. Vì vậy, khi chọn đặc tính của
đai mài cần phải tính đến tính chất của dung dịch trơn nguội. Độ nhớt của dung dịch
trơn nguội tăng sẽ làm cho độ nhám của bề mặt gia công giảm.
Yếu tố công nghệ có ảnh hưởng lớn nhất đến nhiệt độ cắt là chiều sâu cắt và
lượng chạy dao dọc. Xét về cơ chế nhiệt thì đai mài có vị trí trung gian giữa mài
bằng đá mài và gia công bằng hạt mài tự do. Vì vậy, tính chất cơ lý của lớp bề mặt
khi đánh bóng bằng đai mài được hình thành do hai yếu tố: lực và nhiệt độ. Khi
đánh bóng bằng đai mài thì cấu trúc kim loại, độ cứng tế vi và ứng suất dư đều thay
đổi. Với chế độ cắt tối ưu khi nhiệt độ cắt không vượt quá nhiệt độ giới hạn của quá

trình chuyển pha, ở lớp bề mặt xuất hiện ứng suất dư kéo với chiều sâu 30 – 40 μm.

19


Trong trường hợp này độ cứng tế vi có thể tăng 15 – 20%. Chế độ cắt khơng tối ưu
có thể làm thay đổi ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt và lực đến chất lượng bề mặt gia
công.
Vậy công nghệ đánh bóng bằng đai mài là hiệu quả của quá trình phụ thuộc
chủ yếu vào áp lực riêng, tốc độ và bề rộng của đai mài vào vật liệu đánh bóng và
kích thước của chi tiết gia cơng. Độ chính xác của chi tiết và độ nhám của bề măt
gia công phụ thuộc vào phương pháp và chế độ đánh bóng. Áp lực của đai mài lên
chi tiết (hoặc chi tiết lên đai mài) có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất đánh bóng.
Khi tăng áp lực riêng thì lượng kim loại được bóc đi tăng lên, nhưng lại giảm độ
bền của đai mài.
2.3.3. Vật liệu đánh bóng phủ trên đai mài
Vật liệu đánh bóng được phủ trên đai mài gồm có hạt mài và chất dính kết.
Như vậy đai mài gồm ba phần chính là: đai, hạt mài và chất dính kết.

Hình 2.3.3 - Cách tạo nên đai mài
Đai mài được phân biệt bằng hình dạng, vật liệu và độ mềm của đai, loại hạt
mài và cỡ hạt của nó, loại chất dính kết. Loại đai thơng thường có chiều rộng
500mm hoặc lớn hơn cho đến 3750mm, với chiều dài của đai đến 6000mm hay lớn
hơn.

20


2.3.4. Chế tạo đai mài
Quá trình sản xuất đai mài được chỉ ra trên hình vẽ 2.3.3.1. Việc sản xuất đai

mài phụ thuộc vào nhiệm vụ gia công và việc lựa chọn chất kết dính phù hợp
* Đai: vật liệu làm đai có nhiều loại như: giấy, sợi, vật liệu lấy từ núi lửa hay là vật
liệu tổng hợp của một vài vật liệu trên. Việc lựa chọn vật liệu đai phụ thuộc vào
mức độ chịu tải của đai trong q trình gia cơng.
* Giấy: là loại vật liệu có độ bền kéo thấp nên thường dùng cho các nguyên công
làm bằng tay, và trước hết là để gia công gỗ. Ưu tiên khi dùng băng giấy là khả
năng truyền nhiệt thấp. Người ta phân chia loại giấy làm đai mài dựa theo trọng
lượng của nó trên một đơn vị diện tích, chẳng hạn loại A (= 70g/m2) đến loại F (=
280g/m2), trọng lượng càng tăng thì độ bền kéo càng tăng.

Hình 2.3.4.1. Độ bền kéo dọc và ngang của các loại đai mài khác nhau
Với q trình đánh bóng chịu tải lớn thì vật liệu làm đai mài thường dùng sợi
tự nhiên hay sợi nhân tạo. Để thay đổi độ bền của đai người ta có thể dùng sợi phíp
hay các loại sợi khác với việc bố trí sợi theo sơ đồ khác nhau.

21


Sợi polyester có độ bền kéo cao thường dùng làm đai mài khi gia công kim
loại. Cũng giống như băng giấy người ta ký hiệu cho loại vật liệu đai bằng sợi phíp
theo mức độ bền tăng lên theo vần chữ cái từ J đến Y.
Với những quá trình đánh bóng u cầu độ bền kéo rất cao thì người ta phải
dùng loại vật liệu như tơ tằm. Để có được độ cứng phù hợp của đai theo yêu cầu
gia công người ta phải căn cứ vào việc lựa chọn mật độ của vật liệu chứ khơng dựa
vào tính mềm của nó.
* Chất dính kết
Chất dính kết có tác dụng giữ hạt mài trên đai và chống xô đẩy các hạt mài
khi gia cơng. Để có thể giữ hạt tốt người ta phải tiến hành xử lý chất dính kết trong
hai lần: lần đầu hạt mài được dán vào đai nhờ chất dính kết; sau đó là lần thứ hai
chất dính kết được phủ lên hạt mài.

Hình 2.3.4.2 - So sánh các loại chất kết dính
Có hai nhóm chất dính kết, nhóm thứ nhất là các loại keo dán động vật và
nhóm thứ hai là sản phẩm tổng hợp của hắc ín và sơn là loại chất dính kết mới.
Nhóm các loại keo dán động vật có ưu điểm là khi làm nguội nó tạo nên chất keo
giữ chặt hạt mài cố định trên mặt đai và ngồi ra nó cịn có thể duy trì vật liệu mang

22


theo, sấy khô và đàn hồi tốt. Keo động vật là loại vật liệu rẻ tiền được dùng nhiều
trong thời đại vật liệu nhân tạo.
Chất dính kết tổng hợp được gọi là sơn hắc ín thuộc nhóm thứ hai mà từ lâu
người ta đã dùng nó trong sản xuất giấy dầu. Ngồi ra nó cịn dùng để tẩm các sợi
làm đai mài để chống thấm nước khi mài ướt trong những trường hợp gia công thép,
ceramic thủy tinh, vật liệu tự nhiên và vật liệu nhân tạo.
Do vậy vật liệu mài phủ trên đai đòi hỏi những yêu cầu rất cao để có thể tạo
ra một năng suất gia cơng. Người ta tạo ra loại chất dính kết tổng hợp có những tính
chất sau:
+ Tạo sự liên kết tốt giữa đai và hạt mài.
+ Có độ bền cơ và nhiệt cao.
+ Không chịu tác động của vật liệu bôi trơn làm lạnh.
Vật liệu chất dính kết được nghiền nhỏ thành bột, dùng cho cả hai nhóm chất
dính kết, để có thể nâng cao độ bền chịu nhiệt, điều chỉnh dòng chảy và nâng cao độ
bền của nó. Khi tạo lớp chất dính kết trên mặt đai được thực hiện theo ba bước phối
hợp là chất dính kết tự nhiên, chất dính kết tổng hợp một phần và chất dính kết tổng
hợp tồn phần.
Chất dính kết bằng keo có độ bền thấp, được dùng ở nhiều nơi khi lực cắt
nhỏ. Nhược điểm của keo dán tự nhiên là độ bền chịu nhiệt kém, nên khi mài mà
nhiệt độ tăng lên thì chất dính kết có thể mềm ra. Chất dính kết tổng hợp một phần

gồm chất dính kết cơ bản là keo dán và một lớp phủ ở trên bề mặt bằng vật liệu tổng
hợp. Đai có thể làm bằng giấy hay vật liệu sợi dệt thường dùng cho quá trình gia
cơng thơng thường. Ngồi ra người ta cịn dùng loại keo dán có độ đàn hồi, loại này
phù hợp với những đai mài tạo hình. Đặc biệt khi cơng suất cắt cao thì người ta
dùng chất dính kết tổng hợp tồn phần, ở đây cả chất dính kết ở nền và chất dính kết
phủ đều bằng vật liệu tổng hợp. Chất kết dính tổng hợp tạo nên sự liên kết vững
chắc giữa đai và hạt mài, và có thể chịu được lực cắt lớn mà không bị gãy vỡ.
Độ cứng vững của chất dính kết phủ xác định khả năng thích nghi của băng
mài với hình dạng chi tiết gia cơng. Để có thể sử dụng chất dính kết ít mềm khi mài

23


tạo hình với tải trọng lớn thì đai mài phải mềm. Với khái niệm mềm có thể hiểu là
chất dính kết khơng bị gãy vỡ khi hạt mài có tác động cắt trong q trình gia cơng
và băng mài chịu áp lực và chịu uốn
* Các loại vật liệu mài và cách phủ nó trên mặt đai.
Các loại hạt mài được dùng nhiều hiện nay là oxit nhôm cũng như corun và
SiC. Trước đây người ta dùng những vật liệu mài tự nhiên như các loại bột nhám,
khoáng vật, thạch anh, granat; độ cứng của những loại vật liệu này thay đổi trong
một phạm vi rộng, vì vậy kết quả mài khơng ổn định. Khi gia cơng với thể tích cắt
trong một đơn vị thời gian lớn, chẳng hạn như khi gia cơng thép người ta dùng
corun Zr, nó là hợp kim cua ZrO2 và corun, hợp kim này có độ bền quánh cao.
Để gia công tinh các loại ổ, trục khuỷu, trục cam, sợi nhân tạo, đầu từ audio
hay video, các tấm của bộ nhớ…người ta dùng các đai mài có gắn hạt kim cương và
CBN.
Việc tạo ra năng suất khi đánh bóng là do các yếu tố như vật liệu mài, chất
dính kết, vật liệu mang theo và ngồi ta cịn do kỹ thuật phủ hạt mài trên mặt đai.
Cả hai cách rải hạt mài trên mặt đai là phương pháp rải cơ học và phương pháp tải
tĩnh điện. Cả hai phương pháp này tạo nên những vị trí khác nhau của hạt mài trên

đai và do đó tương quan tác động của nó cũng khác nhau.
Theo phương pháp rải hạt mài cơ học, người ta dùng một đồ gá để rắc hạt
mài rơi tự do trên bề mặt đai. Phần lớn các hạt mài rơi xuống gắn chặt vào lớp dính
kết trên mặt đai. Cách rải này làm hạt mài phân bố không đều so với cách rải hạt
mài rót qua phễu. Phương pháp rải hạt mài này cho hiệu suất khi mài của đai mài
thấp, vì thường các hạt mài liên kết với chất dính kết tạo nên độ phẳng trên bề mặt,
làm cho không gian thoát phoi nhỏ, hạn chế hạt mài ăn sâu vào bề mặt chi tiết gia
công.
Phương pháp rải hạt mài bằng tĩnh điện có thể tránh được những nhược điểm
trên. Ở đây trên mặt đai được phủ đều một lớp chất dính kết, phía dưới có một cái
đai mang hạt mài dịch chuyển với một khoảng cách nhất định. So với đai mài ở trên,
do tác động của trường tĩnh điện các hạt mài được đẩy về phía mặt băng đã phủ chất

24