Xây dựng mô hình đo topography bề mặt đá mài và đo độ mòn đá khi mài trên máy mài tròn ngoài

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

NGUYỄN VĂN THIỆN

XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐO TOPOGRAPHY BỀ MẶT ĐÁ MÀI VÀ ĐO ĐỘ
MÒN ĐÁ KHI MÀI TRÊN MÁY MÀI TRỊN NGỒI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ

Hà Nội – 2005


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

NGUYỄN VĂN THIỆN

XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐO TOPOGRAPHY BỀ MẶT ĐÁ MÀI VÀ ĐO ĐỘ
MÒN ĐÁ KHI MÀI TRÊN MÁY MÀI TRỊN NGỒI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. nGUYỄN HUY NINH

Hà Nội - 2005

-1-

Mục lục
Mục lục

-1-

Lời cảm ơn

-3-

Lời cam đoan

-4-

Một số các kí hiệu dùng trong luận văn

-5-

Danh mục các bảng biểu

-6-

Danh mục các hình vẽ

-7-

Mở đầu

-9-

Ch-ơng 1 - Tổng Quan qúa trình mài

1.1. Quá trình mài kim loại
1.1.1. Sơ đồ mài
1.1.2. Quá trình cắt gọt khi mài
1.1.3. Sự biến đổi cấu trúc trong lớp bề mặt kim loại mài.
1.1.4. Sự hình thành bề mặt mài.
1.2. Mòn đá mài
1.2.1. Dụng cụ hạt mài
1.2.2. Mòn đá mài
1.3. Sửa đá mài
1.4. Tuổi bền của đá mài
1.5. Một số h-ớng nghiên cứu về mài hiện nay

- 12 -

- 12 - 12 - 13 - 16 - 19 - 20 - 22 - 26 - 29 - 32 - 34 -

Ch-ơng 2 - Nghiên cứu ph-ơng pháp đo Topography đá mài - 36 -

2.1. Khái niệm topography
2.1.1. Khái niệm
2.1.2. Bộ thông số đặc tr-ng cho Topography.
2.1.3. Các kỹ thuật quan trắc.
2.2. Cơ sở lý thuyết nghiên cứu topography đá mài
2.2.1. Định nghĩa, tính chất, ý nghĩa của Topography đá mài.
2.2.2. Sự thay đổi Topography của đá trong quá trình mài.

2.2.3. Các ph-ơng pháp nghiên cứu Topography đá mài.
2.3. Kết luận:
Ch-ơng 3 - Xây dựng hệ thống thí nghiệm

3.1. Mô hình thí nghiệm
3.1.1. Đặt vấn đề
3.1.2. Mô hình thí nghiệm.
3.2.Thông số thí nghiệm và phần mềm xử lý kết quả
3.2.1. Xác định thông số đo Topography đá mài.
3.2.2. Phần mềm xử lý kết quả đo Topography.
Ch-ơng 4 - Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý kết quả

4.1. Đo Topography của đá trên máy mài tròn ngoài.

- 36 - 36 - 38 - 40 - 46 - 46 - 47 - 48 - 50 - 53 -

- 53 - 53 - 53 - 59 - 59 - 61 - 64 -

- 64 -


-2-

4.1.1. Ph-ơng pháp tiến hành thí nghiệm.
4.1.2. Kết quả thí nghiệm.
4.1.2. Kết luận
4.2. Đo độ mòn đá.
4.2.1. Ph-ơng pháp tiến hành thí nghiệm.
4.2.2. Kết quả thí nghiệm
4.2.3. Kết luận

Kết luận
Tài liƯu tham kh¶o

- 64 - 66 - 71 - 72 - 72 - 73 - 74 - 75 - 76 -

Phô lôc 1

- 78 -

Phô lôc 2

- 80 -


-3-

Lời cảm ơn

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại tr-ờng Đại học Bách
Khoa Hà Nội đến nay em đà hoàn thành bản luận văn của mình.
Tr-ớc hết cho phép em đ-ợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành và
sâu sắc đến TS. Nguyễn Huy Ninh, ng-ời thầy đà tận tình chỉ bảo và h-ớng
dẫn em trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong khoa
Cơ khí và các thầy cô giáo trong tr-ờng đà giảng dạy và giúp đỡ em trong thời
gian học tập và thực hiện luận văn tại tr-ờng.
Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến ban chủ nhiệm khoa Cơ khí
tr-ờng ĐHBKHN, trung tâm đào tạo sau đại học tr-ờng ĐHBKHN, tr-ờng
Cao đẳng công nghiệp Hà Nội và bạn bè đồng nghiệp đà dành nhiều sự quan
tâm giúp đỡ trong thời gian học tập và làm luận văn.

-4-

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và ch-a đ-ợc ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.

Tác giả

Nguyễn Văn ThiÖn


-5-

Một số các kí hiệu dùng trong luận văn
Ký hiệu
az
az
ft
f(x,y)
n
nm
P
Pz
Py
Pz
Sd

Sn
Sq
Sz
Ssk
Sku
Sds
Rs
t
Tx
Vđ
Vp

ý nghĩa
Chiều dày phoi
Chiều dày phoi thực tế
Khoảng thời gian lấy mẫu
Khoảng cách trung bình bình ph-ơng nhỏ nhất tại
điểm (x,y)
Tốc độ quay của đá
Tốc độ quay khi lấy mẫu
Lực cắt tổng khi mài
Lực tiếp tuyến
Lực h-ớng kính
Lực dọc trục
L-ợng chạy dao dọc khi mài
L-ợng chạy dao ngang khi mài
Sai lệch căn trung bình bình ph-ơng
Độ nhám bề mặt
Độ lệch phân bố chiều cao bề mặt
Kurtosis của phân bố chiều cao bề mặt

Mật độ các đỉnh bề mặt
Tóc độ góc
Chiều sâu cắt khi mài
Tỷ số truyền
Vận tốc đá
Vận tốc phôi

Đơn vị
mm
mm
ms
mm
v/ph
v/ph
N
N
N
N
m/p
mm/htk
mm
mm
mm
mm
mm
B-ớc/vòng
mm
mm
m/s
m/s

-6-

Danh mục các bảng biểu
TT
1
2
3
4
5
6
7
8

Số bảng
1.1
1.2
1.3
3.1
3.2
3.3
3.4
4.1

9

4.2

10

4.3

11
12

4.4
4.5

Nội dung
Độ hạt mài và phạm vi sử dụng
Thể tích hạt mài phân bố theo mật độ
Kí hiệu độ cứng của đá
Bảng tần số lấy mẫu
Dải tốc độ quay
Xác định số điểm đo trên các cung
Thông số kết quả đo
Thông số đặc tr-ng Topography khởi
thuỷ
Thông số đặc tr-ng Topography đá sau
khi mài 30 phút
Thông số đặc tr-ng Topography đá sau
khi mài 60 phút
Kết quả thí nghiệm
Kết quả đo mòn đá mài

Trang
23
25
25

57
60
61
63
66
67
68
70
73

Ghi chú


-7-

Danh mục các hình vẽ
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Số hình
Nội dung

Sơ đồ mài tròn ngoài
1.1
Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài
1.2
Sơ đồ mô tả quá trình tạo phoi bằng hạt mài
1.3
có bán kính đỉnh cắt p
Sơ đồ lực cắt khi mài
1.4
Sự hình thành bề mặt chi tiết mài
1.5
Cấu trúc của đá mài
1.6
Các dạng mòn của đá mài
1.7
Quá trình mòn đá mài
1.8
Cấu trúc bề mặt đá mài tr-ớc và sau khi sửa
1.9
Topography đá mài khi sửa đá
1.10

11
12
13
14
15
16

2.1

2.2
2.3
2.4
2.5
2.6

17
18
19

2.7
2.8
2.9

20

2.10

21

3.1

22

3.2

23
24
25
26

27
28

3.3
3.4
3.5
3.6
4.1
4.2

Bề mặt đ-ợc số hoá theo 3 kích th-ớc
Biểu đồ cùng kích th-ớc của bề mặt
Biểu ®å cïng kÝch th-íc cđa bỊ mỈt
BiĨu ®å cÊp ®é xám của bề mặt khôn
Phép đảo ng-ợc của bề mặt mài
Biểu đồ cắt đi một phần bề mặt gia công tia
lửa điện EDM
Minh hoạ của kỹ thuật phóng to
Biên dạng bề mặt đá
Ph-ơng pháp đo Topography bằng đầu đo
lazer
Topography bề mặt đá và biên dạng 2D của
bề mặt
Đầu sensor thu phát tín hiệu lazer và bộ
khuyếch đại Amplỉphier
Sơ đồ đo Topography trên máy mài tròn
ngoài
ảnh máy mài trò ngoài GU 20.25A
Giao diện phần mềm Smart Monitor
ảnh giá đỡ đầu đo

Giao diện phần mềm lập trình Matlab
Sơ đồ sửa đá bằng đầu kim c-ơng đơn điểm
Topography khởi thuỷ

Trang Ghi chú
12
13
14
16
19
25
27
28
30
30
37
41
42
43
44
45
45
48
49
50
54
55
56
57
58

62
64
66


-8-

29

4.3

30
31

4.4
4.5

32
33

4.6
4.7

34
35
36

4.8
4.9
4.10

37

4.11

38

4.12

Biên dạng 2D của bề mặt khởi thuỷ trên các
dải đo 1, 2, 50,100
Topography bề mặt đá sau khi mài 30 phút
Biên dạng 2D của bề mặt sau khi mài 30
phút trên các dải đo 1, 2, 50,100
Topography bề mặt đá sau khi mài 60 phút
Biên dạng 2D của bề mặt sau khi mài 60
phút trên các dải đo 1, 2, 50,100
Độ bóng bề mặt chi tiết sau khi mài 30 phút
Độ bóng bề mặt chi tiết sau khi mài 60 phút
Topography bề mặt đá khi mài tiến dao
ngang
Topography bề mặt đá khi mài tiến dao
ngang (chế độ chọn Contour)
Topography khëi thuû

67
67
68
68
69

69
69
70
71
73


-9-

Mở đầu
Nâng cao độ tin cậy và tuổi bền của chi tiết máy, của các thiết bị máy là
một trong những vấn đề quan trọng nhất của ngành Chế tạo máy. Liên quan
đến vấn đề này là yêu cầu nâng cao chất l-ợng và độ chính xác bề mặt làm
việc của chi tiết. Nh- vậy việc nghiên cứu và ứng dụng các khả năng công
nghệ và các biện pháp để gia công lần cuối bề mặt chi tiết máy, đồng thời tìm
những ph-ơng pháp mới hoàn thiện hơn là một nhiệm vụ cấp bách.
Mài là một ph-ơng pháp gia công khá phổ biến tạo ra các chi tiết máy
có độ chính xác cao, chất l-ợng bề mặt cao. Ph-ơng pháp mài là ph-ơng pháp
tốt nhất để gia công các loại vật liệu có cơ tính cao (độ bền cao, độ cứng
cao..v..v..). Mài không những áp dụng để gia công lần cuối các loại chi tiết
máy mà còn áp dụng để gia công thô, trong đó nhiều tr-ờng hợp bề mặt mài
đ-ợc thực hiện mà không qua các b-ớc gia công trung gian.
Bề mặt chi tiết mài có chất l-ợng sử dụng tốt hơn, bởi bề mặt mài có độ
chính xác cao và tính chất cơ lý tốt, do đó ph-ơng pháp mài nâng cao đ-ợc
tuổi bền của bề mặt chi tiết.
Khác với các ph-ơng pháp gia công khác trong ngành gia công cắt gọt,
ph-ơng pháp mài thực hiện ở tốc độ cắt cao, đá mài thuộc loại dụng cụ cắt có
cấu tạo phức tạp, khi mài không thể giám sát trực tiếp quá trình tạo phoi. Bởi
vậy khi mài cần phải hiểu rõ các yếu tố ảnh h-ởng đến chất l-ợng và độ chính
xác bề mặt chi tiết mài để điều chỉnh máy mài cho phù hợp. Việc nghiên cứu

về mài là một lĩnh vực rất rộng, đà đ-ợc nhiều nhà khoa học trong và ngoài
n-ớc nghiên cứu, nh-ng lý thuyết về mài đà và đang đ-ợc tiếp tục nghiên cứu
hoàn thiện.
Để góp phần vào việc nghiên cứu các vấn đề liên quan về mài, trong
luận văn này em nghiên cứu một vấn đề của mài:
Xây dựng mô hình đo Topography bề mặt đá mài và đo độ mòn đá
khi mài trên máy mài tròn ngoài.


- 10 -

Mục đích của đề tài: Xây dựng thiết bị đo Topography bề mặt đá mài,
đo độ mòn h-ớng kính của đá mài theo bề mặt trung bình khi mài trên máy
mài tròn ngoài.
Đối t-ợng nghiên cứu: Đá mài: WA60K kích th-ớc: 305x25x127 gia
công thép 45.
Ph-ơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên
cứu thực nghiệm.
ý nghĩa của đề tài:
ý nghĩa khoa học: Xây dựng ph-ơng pháp đo Topography đá mài trên
máy mài tròn ngoài bằng ph-ơng pháp đo Lazer, ph-ơng pháp này hạn chế
đ-ợc nh-ợc điểm của các thiết bị đo khí nén là chịu sự ảnh h-ởng của luồng
khí động.
ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng đ-ợc thiết bị đo Topography của đá với độ
chính xác và đo đ-ợc độ mòn đá làm cơ sở cho các nghiên cứu về mài nh-:
1. Dựa vào quá trình đo ta nghiên cứu ảnh h-ởng của mòn đá tới chất
l-ợng của bề mặt chi tiết mài, ảnh h-ởng của thông số công nghệ khi
sửa đá đến tuổi bền của đá.
2. Nghiên cứu ảnh h-ởng của Topography đá tới chất l-ợng bề mặt chi
tiết mài.

3. Xác định tuổi bền của đá mài, chiều sâu và chế độ sửa đá tèi -u.
Néi dung ln ¸n: KÕt cÊu cđa ln ¸n gồm 4 ch-ơng và phần kết luận chung
Ch-ơng 1. Tổng quan quá trình mài
Nghiên cứu lý thuyết cơ bản về mài
Ch-ơng 2. Nghiên cứu ph-ơng pháp đo Topography đá mài
Nghiên cứu lý thuyết về ph-ơng pháp đo 3D, khái niệm Topography đá
mài, các thông số đặc tr-ng cơ bản của Topography đá mài
Ch-ơng 3. Xây dựng hệ thống thí nghiệm


- 11 -

X©y dùng hƯ thèng thÝ nghiƯm, kÕt nèi thiết bị đo, xây dựng phần mềm
xử lý kết quả đo.
Ch-ơng 4. Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý kết quả.
Nghiên cứu thực nghiệm, xử lý các số liệu thí nghiệm.
Phần kết luận chung:
Trong quá trình thực hiện đề tài, mặc dù đà có sự cố gắng rất cao của
em nh-ng do thời gian và điều kiện nghiên cứu còn hạn chế nên kết quả
nghiên cứu mới đạt đ-ợc ở mức độ nhất định và cũng không thể tránh khỏi các
sai sót. Rất mong nhận đ-ợc ý kiến đóng góp của các Thầy, Cô và các đồng
nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
Ngày 25 tháng 11 năm 2005
Tác giả
Nguyễn Văn Thiện


- 12 -

Ch-ơng 1 - Tổng Quan qúa trình mài
1.1. Quá trình mài kim loại
1.1.1. Sơ đồ mài
Trên hình 1.1 Biểu diễn sơ đồ mài tròn ngoài. Hình 1.1.a đá mài quay
tròn, tiến ngang; phôi có chuyển động tịnh tiến dọc; hình 1.1.b đá mài quay
tròn tiến ngang.

Vđ

Vp

Sp
a

Vđ

Vp
b

Hình 1.1. Sơ đồ mài tròn ngoài
Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của đá mài, chuyển động
quay của phôi, chuyển động dọc của phôi và chuyển động tiến ngang của đá
mài là những chuyển động phụ hay gọi là các chuyển ®éng tiÕn dao.
Khi mµi th-êng sư dơng tèc ®é mµi khá cao, tốc độ cắt khi mài là tốc
độ của đá mài. Tốc độ quay của phôi trong tr-ờng hợp mài th-ờng đ-ợc bỏ
qua vì rất bé.
Tốc độ cắt khi mài thông th-ờng bằng 30-35 m/s, khi mài cao tốc 50-60
m/s. Khi đá mài mòn sẽ dẫn đến tốc độ cắt bị giảm theo. Để giữ ổn định tốc
độ cắt khi đá mòn nên tăng số vòng quay.
Tốc độ quay của phôi th-ờng nhỏ hơn 60-100 lần tốc độ quay của đá

mài. Dịch chuyển t-ơng đối giữa đá mài và phôi để cắt phoi đ-ợc gọi là
chuyển động tiến dao.


- 13 -

Tuỳ thuộc vào điều kiện mài, chủng loại máy mài và những yêu cầu về
độ chính xác, chất l-ợng gia công mà lựa chọn chế độ mài S d, Vp, t, Vd cho
phù hợp.
1.1.2. Quá trình cắt gọt khi mài
Mài là một quá trình cắt - cào x-ớc một khối l-ợng rất lớn lớp phôi
mỏng bằng hạt mài với tốc độ rất cao. Nếu xem xét quá trình tạo phoi khi mài
của một hạt mài ta thấy nó có nguyên lý làm việc t-ơng tự nh- với một răng
của dao phay (hình 1.2 [9]) song quá trình mài có những đặc thù riêng, t-ơng
đối khác biệt với quá trình cắt bằng dụng cụ kim loại nh- dao phay. Những
khác biệt ấy bao gồm:

Hình 1.2. Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài
- ở đây mài không có l-ỡi cắt liên tục trên vành cắt gọt.
- Lớp kim loại đ-ợc cắt bởi một hạt đá mài có sù phơ thc vỊ quan hƯ
chiỊu réng vµ bỊ dµy hạt đá.
- Hình dáng hình học của hạt đá không xác định, ở đỉnh cắt của hạt mài
có cung l-ợn bán kính R.
- Hạt mài nằm không quy luật trên mặt trụ đá.


- 14 -

- Tốc độ cắt rất cao và quá trình cắt có một khối l-ợng hạt tham gia cắt
nhiều, tức là hầu nh- trong khoảng khắc một l-ợng lớn phoi đ-ợc hình thành.

- Các l-ỡi cắt của hạt đá có độ cứng, bền nhiệt, độ ròn rất cao .
- Do sự tác động động học của mỗi hạt mài trên bề mặt mài do đó sinh
ra nhiệt cắt cao - cào x-ớc tức thời rất lớn.
- Có hiện t-ợng tr-ợt giữa hạt mài và kim loại tr-ớc khi cắt gọt.
* Quá trình tạo phoi:
Hạt mài bắt đầu làm việc với va đập lần đầu của cạnh cắt lên bề mặt gia
công, lực va đập phụ thuộc tốc độ cắt và đại l-ợng tiến dao. Lực va đập đ-ợc
mềm hoá bởi trong lúc hạt này va đập thì nhiều hạt khác đang cắt và tạo phoi,
nếu nh- độ bền động học của cạnh cắt không đủ lớn tức là bán kính đỉnh nhọn
l-ỡi cắt quá nhỏ thì trong lúc va đập nó đà bị phá huỷ, nếu cạnh cắt có bán
kính cong đủ lớn thì tại thời điểm đầu tiên khi hạt đá tiếp xúc với bề mặt phôi
sự tạo phoi không xuất hiện, do vậy hạt mài sẽ tr-ợt trên bề mặt gia công, lúc
này áp lực trên hạt đá tăng dần, Trong thời điểm này phát sinh nhiều nhiệt.

a

b

c

Hình
1.3.
SơSơ
đồđồ
mô
tả tả
quá
phoi
Hình
1.3.

mô
quátrình
trìnhtạotạo
phoibằng
bằnghạthạtmài
màicócóbán
bánkính
kínhđỉnh cắt p
a hiện t-ợng tr-ợt của hạt mài trên bề mặt mài
đỉnh cắt : a-hiện t-ợng tr-ợt của hạt mài trên bền mặt mài; b-miết kim
b miết kim loại
c-tạo
phoi.
c loại;
tạo
phoi

Do áp lực mỗi lúc mỗi tăng từ hạt đá lên bề mặt gia công và tăng quá
trình biến dạng dẻo do nhiệt độ nâng cao làm cho kim loại mài bị mềm hơn.
Độ sâu của cắt đạt đ-ợc giá trị từ a sẽ xuất hiện tạo phoi nh- vậy quá trình làm


- 15 -

việc của bất kỳ hạt đá nào trên chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và phoi
đều đ-ợc chia thành các giai đoạn (tr-ợt miết, tạo phoi) do đá mài không có
l-ỡi cắt liên tục trên vành cắt, các cạnh cắt của hạt mài nằm trên độ cao khác
nhau, do đó không phải tất cả các hạt mài đều tham gia cắt gọt trong cùng một
thời điểm giống nhau. Hạt thì tr-ợt trên bề mặt gia công, hạt thì miết nén, hạt
thì tạo phoi. Những hạt có bán kính cung lợn lớn tức là những hạt quá mòn

không thể cắt đ-ợc lát cắt mỏng, những hạt này không cắt mà chỉ tr-ợt trên bề
mặt gia công. Lúc này sinh ra một l-ợng nhiệt rất lớn.
Nh- vậy quá trình tạo phoi khi mài tuỳ thuộc vào yếu tố hình học của
hạt mài. Quá trình tạo phoi xảy ra trong khoảng khắc rất nhỏ 0,001- 0,005
giây, tức là hầu nh- tức thời. Tổng số l-ợng hạt phoi đ-ợc cắt bởi một đá mài
trong một đơn vị thời gian là rất lớn (hàng trăm triệu hạt phoi trong một phút).
Bề dày của phoi rất khác nhau từ một vài micrô đến vài phần trăm micrô,
những phoi quá nhỏ d-ới tác dụng của nhiệt cao sẽ bị cháy tạo thành tia lửa
khi mài. Những phoi lớn hơn cùng với những phần tử hạt bị mòn của đá đ-ợc
rửa trôi trong dung dịch tới nguội.
* Lực cắt khi mài:
Các lực cắt khi mài không lớn, nh-ng cần hiểu rõ và biết tính toán để
lựa chọn động cơ điện cho máy và chính bởi các lực này có ảnh h-ởng đến
chất l-ợng và độ chính xác khi mài. Khi mài cần phải biết tổng lực cắt gọt của
đá mài và lực cắt cào x-ớc của một hạt đá.


- 16 -

Hình 1.4. Sơ đồ lực cắt khi mài
Trong tr-ờng hợp này ta xem xét lực tổng P. Lực này chia thành ba lực
thành phần .
- Lực tiếp tuyến Pz
- Lùc h-íng kÝnh Py
- Lùc h-íng trơc Px
Lùc trùc tiếp cắt gọt là lực tiếp tuyến Pz. Lực này đ-ợc tính bằng công
thức [1]:
Pz= Cp.V.S.t0,6 Kg
Trong đó: Cp Hệ số đặc tr-ng cho vật liệu mài.(Với thép đà t«i Cp=
2,2, Víi thÐp ch-a t«i Cp= 2,1, Víi gang Cp= 2,0)

1.1.3. Sù biÕn ®ỉi cÊu tróc trong líp bỊ mặt kim loại mài.
Chúng ta biết rằng 80% công trong quá trình mài đ-ợc biến thành nhiệt
mà chỉ có 20% năng l-ợng làm biến dạng mạng tinh thể. Khi mài nhiệt nung
nóng toàn bộ phôi nh-ng tại vùng mài (vùng tiếp xúc giữa bề mặt đá và phôi)
nhiệt l-ợng có thĨ rÊt cao. Song thêi gian t¸c dơng cđa nhiƯt này rất nhỏ,
không đáng kể. Nh- vậy cần chỉ rõ rằng khi mài thép không tôi cấu trúc lớp
bề mặt thông th-ờng không thay đổi bởi vì sự biến đổi cÊu tróc cđa thÐp


- 17 -

không tôi cần có thời gian đủ lớn để giữ nhiệt ở nhiệt độ cao so với các loại
thép đà tôi. Biến đổi cấu trúc dẫn đến xuất hiện nội ứng suất bởi vì chúng gây
ra biến đổi thể tích kim loại. Nếu nh- nội ứng suất v-ợt quá đại l-ợng bền tức
thời kim loại sẽ bị phá huỷ, lúc này sẽ sinh ra nứt mài.
Trong quá trình mài xuất hiện hiện t-ợng cháy mài do đó cần phải
khống chế sinh nhiệt trong quá trình mài. Nhiều kinh nghiệm thực tế cho thấy
rằng nhiệt phát sinh khi mài và sau đó là khả năng gây cháy mài có nguyên
nhân trực tiếp từ lựa chọn chế độ mài, đặc tính kĩ thuật của đá và ph-ơng pháp
điều chỉnh máy mài. Tuy nhiên nhiệt độ phát sinh chủ yếu do ma sát giữa đá
mài và bề mặt chi tiết mài, cho nên biện pháp cơ bản nhất là giảm nhiệt phát
sinh tức là giảm ma sát giữa đá và phôi.
* Biến dạng dẻo khi mài:
Chúng ta đều biết rằng kim loại và hợp kim đều có cấu trúc mạng tinh
thể và đ-ợc hình thành từ một số l-ợng lớn các hạt đa tinh thể đ-ợc xếp theo
những trật tự khac nhau về kích th-ớc. Chúng liên kết với nhau tạo thành khối
rất bền vững về cơ học. Bề mặt các kim loại đa tinh thể liên kết với nhau bằng
những lớp tinh thể nhỏ và khi bị phá huỷ có ph-ơng rất khác nhau. Khi gia
công kim loại bằng ph-ơng pháp cắt gọt sẽ xuất hiện biến dạng dẻo trên lớp
mỏng ở bề mặt, lan toả sang các vùng lân cận nằm d-ới lớp bề mặt gia công.

Càng gia tăng quá trình biến dạng dẻo phát sinh theo h-ớng tr-ợt tức là làm
dịch chuyển một lớp tinh thể này theo mặt phẳng liên kết tinh thể nhất định
nào đó. Cũng có thể nói rằng quá trình tr-ợt là sự dịch chuyển của một lớp
nguyên tử này so với lớp nguyên tử kia, d-ới tác dụng của lực biến dạng ( tức
là d-ới sự tác dụng của lực cắt). Sự tr-ợt bắt đầu xuất hiện khi xuất hiện ứng
suất tr-ợt đủ lớn để gây tr-ợt. Quá trình biến dạng dẻo xẩy ra sau biến dạng
đàn hồi, sức lan toả hầu nh- bằng tốc độ âm thanh (với sắt khoảng 5130m/s),
nh-ng để xuất hiện biến dạng dẻo đảm bảo cho các hạt tinh thể dịch chuyển
đ-ợc cần có nhiều thời gian hơn. Bởi vậy ở tốc độ biến dạng cao xuất hiện


- 18 -

biến dạng dẻo cục bộ tại chỗ. Biến dạng dẻo cũng đ-ợc hiểu nh- biến dạng
giữa các tinh thể, trong đó một số hạt này dịch chuyển t-ơng đối vơí một số
hạt khác. Chính những sự dịch chuyển này không lớn, nh-ng kể cả với gia tốc
không lớn cũng đủ để gây phá huỷ đ-ờng biên cạnh của hạt, cuối cùng phá
huỷ kim loại.
Khi cắt kim loại bằng hạt mài ở lớp ngoài cùng bị kéo chảy theo h-ớng
tác dụng của lực cắt. Các tinh thể về cơ bản đ-ợc sắp xếp theo h-ớng của sơ
đồ mạng tinh thể, t-ơng tự sắp xếp của các hạt nhỏ theo h-ớng biến dạng gọi
là vân kim loại. Nh- vậy khi biến dạng dẻo xuất hiện những hiện t-ợng sau:
- Thay đổi hình dáng hạt.
- Thay đổi vị trí hạt và tạo thành vân
- Hình thành ứng suất d- Phát sinh sự tự phá huỷ bên trong mạng tinh thể và phá huỷ liên kết giữa các
mạng với nhau, phá huỷ đơn hạt
- Thay đổi tính chất cơ lý của lớp bề mặt.
- Khi cắt kim loại biến dạng dẻo gây ra biến cứng bề mặt nên bề mặt trở nên
bền hơn và độ cứng tế vi đ-ợc nâng cao hơn và giảm tính dẻo.
* ứng suất d- lớp bề mặt:

Bằng những việc nghiên cứu đà xác định rằng nội ứng suất gây ra ảnh
h-ởng đến tính chất sử dụng của chi tiết máy. Thực ra ảnh h-ởng lớn nhất đến
tuổi bền mài mòn của độ cứng tế vi lớp bề mặt, yếu tố cơ bản để đánh giá tình
trạng lớp bề mặt là phải biết đ-ợc đại l-ợng và dấu hiệu của ứng suất mỏi bên
trong kim loại. Các loại ứng suất này xuất hiện trong quá trình thực hiện
những nguyên công công nghệ cụ thể. ứng suất trên lớp bề mặt xuất hiện do
những kết quả sau.
- Biến dạng dẻo lớp bề mặt.


- 19 -

- Biến dạng dẻo không đồng nhất, liên quan đến kéo chảy sợi kim loại lớp bề
mặt và phát sinh trong lớp này ứng suất d- nén có ảnh h-ởng theo chiều cắt
gọt.
1.1.4. Sự hình thành bề mặt mài.
Bề mặt mài đ-ợc hình thành do tổng tác động của tất cả các hạt mài
trên lớp bề mặt lên bề mặt gia công. Hạt mài khi cắt vào phôi cắt đi một l-ợng
kim loại ở dạng các hình đa giác.
Trong ngành công nghiệp Chế tạo máy, biện pháp gia công mài trong
đại đa số tr-ờng hợp đ-ợc coi là nguyên công cuối cùng phải đảm bảo đ-ợc
chất l-ợng bề mặt theo yêu cầu, độ chính xác kích th-ớc và độ chính xác hình
dạng hình học. Về chất l-ợng, bề mặt mài phải đ-ợc hiểu là các yếu tố hình
học của các vết cào x-ớc tế vi (hình 1.5), và độ bóng bề mặt (độ nhấp nhô, vết
gia công, hình dạng các vết nhấp nhô) và các tính chất cơ lý của lớp bề mặt
(biến cứng, biến đổi cấu trúc, ứng suất d-...). Đại l-ợng nhấp nhô tế vi khi mài
phụ thuộc vào chế độ mài, chất l-ợng đá mài, tình trạng kỹ thuật của máy, độ
tinh khiết của dung dịch tới nguội và nhiều yếu tố khác

Hình 1.5. Sự hình thành bề mặt chi tiết mài

- 20 -

Kinh nghiệm thu đ-ợc từ những thí nghiệm trên các loại máy mài và
những nghiên cứu đà tiến hành cho phép khẳng định độ bóng bề mặt mài phụ
thuộc đầu tiên vào chế độ mài. Nh- vậy có nghĩa rằng độ bóng bề mặt sẽ
giảm khi tăng tốc độ quay của phôi mài, khi tăng số hành trình kép/phút và
khi tăng tiến dao ngang và ng-ợc lại sẽ tăng chất l-ợng bề mặt khi giảm các
đại l-ợng tiến dao. Độ bóng bề mặt có thể nâng cao bằng cách sửa đá đúng (
có thể mài đ-ợc các bề mặt có độ bóng tới cấp 11- 12 với đá có độ hạt trung
bình khi sửa đá đúng).
Để đảm bảo độ bóng bề mặt gia công cao việc làm sạch, lọc sạch dung
dịch tới nguội th-ờng xuyên và cẩn thận có ý nghĩa rất lớn. Phoi kim loại khi
mài bị đốt cháy rất nhanh, đ-ợc tôi cứng và hầu hết cứng hơn bề mặt gia công.
Khi dòng tới nguội có lẫn phoi sẽ làm cào x-ớc bề mặt mài. Dòng tới nguội
phải đ-ợc h-ớng tới vị trí rửa sạch bề mặt đá, tẩy đ-ợc tạp chất bám dính trên
đó.
1.2. Mòn đá mài
Khi gia công chi tiết bằng hạt mài tự do, hạt mài sẽ phát huy khả năng
cắt gọt nhiều hơn. Trong tr-ờng hợp này mỗi hạt mài có thể xoay và cào x-ớc
bề mặt gia công bằng bất kỳ cạnh nào của hạt, nh-ng hạt mài tự do không thể
hiệu chỉnh hình dạng của chi tiết gia công. Thí dụ khi gia công trên máy phun
cát không thể sửa đ-ợc độ ôvan hoặc độ côn của chi tiết gia công. Bởi vậy
nhất thiết phải liên kết các hạt với nhau và tạo hình dạng đá mài cụ thể, để tiện
sử dụng với ý nghĩa là dụng cụ cắt. Các hạt trong đá mài nằm lộn xộn và đ-ợc
liên kết víi nhau b»ng chÊt dÝnh kÕt. ChÊt dÝnh kÕt kh«ng lấp đầy khoảng
không gian giữa các hạt đá, bởi vậy giữa các hạt đá có khe hở. Nhờ có các khe
hở này mà các hạt phoi sau khi cắt có nơi chứa tạm thời. Khi đá mài quay các
hạt phoi đ-ợc rửa bằng dung dịch tới nguội và khe hở lại đ-ợc làm sạch từng

phần. Đá mài theo tính chất cũng nh- hình dạng và cấu tạo không giống bất
kỳ loại dụng cụ cắt nào khác. Thực hiện những công việc mài khác nhau, đá


- 21 -

mài có rất nhiều kiểu dạng và chủng loại ngay cả chúng cũng rất khác nhau về
hình dáng, kích th-ớc, kết dính, số l-ợng, độ lớn của hạt, cấp độ cứng, cấu
trúc v.v..
Những thông số kể trên của đá mài cũng là những thông số để xác định
tính chất và công dụng của đá.
Sự khác biệt giữa đá mài và các dụng cụ cắt khác là trong quá trình cắt
đá mài có khả năng tự sửa đồng thời nó cũng có thể mài sắc tất cả các loại
dụng cụ cắt khác, nó cắt đ-ợc bất kỳ vật liệu có độ cứng nào, đảm bảo độ
chính xác gia công mà không thể hi vọng ở các loại dụng cụ khác có thể đạt
đ-ợc. Ngoài ra những dụng cụ bằng hạt mài có thể gia công với tốc độ rất cao,
v-ợt xa các loại dụng cụ khác đà có trong ngành gia công cắt, cắt đ-ợc những
lát cắt cực nhỏ, rất mỏng (từ vài micrô tới vài mm).
Cùng với những -u điểm trên câú trúc của đá mài và công nghệ chế tạo
chúng ch-a hoàn thiện bởi vâỵ còn có những nh-ợc điểm cơ bản sau :
- Hình dạng và kích th-ớc hạt mài khác nhau sự sắp xếp hỗn độn không
quy luật trong đá mài và trên bề mặt tạo ra tính không đồng nhất trong cấu
trúc và khác nhau về chất l-ợng sử dụng.
- Không đồng nhất về tính chất vật liệu (chế tạo đá mài hạt mài và chất kết
dính ) bởi vậy gây nên không đồng nhất về độ cứng và cấu trúc.
- Số l-ợng hạt mài tạo phoi trong quá trình cắt là rất lớn do đó tiêu tốn
năng l-ợng trên một đơn vị thể tích vật liệu đ-ợc cắt đi, tức là khi mài một
năng l-ợng phụ đ-ợc tiêu tốn để phân tán chia nhá phoi.
- Cã ®é bỊn rÊt thÊp so víi dao cắt kim loại khi chịu va đập chịu nén và
uốn vì vậy không cho phép chế tạo đá mài với tỷ lệ các thông số kích th-ớc

tuỳ ý.
- Hạt mài của dụng cụ đá mài nằm trên lớp bề mặt đ-ợc liên kết với
nhau bền hơn so với hạt nằm ở các cạnh (góc) bởi vậy trong quá trình làm việc
ngay cả khi tải trọng đều trên suất bề mặt bề rộng đá (thí dụ: Khi mài tròn


- 22 -

bằng ph-ơng pháp cắt tiến ngang) thì cạnh đá cũng vẫn mài nhiều hơn nhanh
hơn.
1.2.1. Dụng cụ hạt mài
Dụng cụ từ hạt mài là các dụng cụ chế tạo từ vật liệu dạng hạt- liên kết
với nhau thành một thể nguyên khối bằng những chất kết dính.
Trong giai đoạn hiện nay các loại dụng cụ từ hạt mài đ-ợc sử dụng rộng
rÃi do vì yêu cầu tăng độ nhẵn bóng bề mặt, tăng độ chính xác và tăng tuổi
bền của chi tiết gia công lên cao cũng nh- đà chế tạo và ứng dụng rộng rÃi các
loại vật liệu siêu bền mới, các loại hợp kim khó gia côngDụng cụ từ hạt mài
đ-ợc ứng dụng rộng rÃi không chỉ trong những yêu cầu gia công có độ chính
xác cao mà còn sử dụng trong các nguyên lý mài thô để cắt đi một l-ợng kim
loại đủ lớn.
Những vật liệu hạt mài sử dụng để chế tạo dụng cụ từ hạt mài là tất cả
các loại vật liệu nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, mà chúng có độ cứng độ
lớn và có khả năng cắt gọt cao. Các vật liệu hạt mài sử dụng để chế tạo các
dụng cụ th-ờng đ-ợc phân thành hai nhóm: thiên nhiên và nhân tạo. Nhóm vật
liệu thiên nhiên bao gồm các khoáng chất sau:Kim c-ơng tự nhiên, Coranh
đông điện, Các bua Silic, Các bit Bo (B4C). ..
Sự khác biệt giữa đá mài và các dụng cụ cắt khác trong quá trình cắt đá
mài có khả năng tự sửa đồng thời nó cũng có thể mài sắc tất cả các loại dụng
cụ cắt khác, nó cắt đ-ợc bất kỳ vật liệu có độ cứng nào, đảm bảo độ chính xác
gia công mà không thể hi vọng ở các loại dụng cụ khác có thể đạt đ-ợc. Ngoài

ra những dụng cụ bằng hạt mài có thể gia công với tốc độ rất cao, v-ợt xa các
loại dụng cụ khác đà có trong ngành gia công cắt gọt, cắt đ-ợc những lát cắt
cực nhỏ, rất mỏng (từ vài phần micrô tới vài mm).
Chất kết dính dùng để kết dính những hạt mài rời rạc thành khối. Đá
mài có chất l-ợng cao hay thấp tuỳ thuộc vào chất kết dính. Tuỳ thuộc vào yêu
cầu sử dụng của đá mài mà ng-ời ta sử dụng các loại chất liên kết khác nhau


- 23 -

để chế tạo đá. Chất kết dính đ-ợc chia thành hai nhóm cơ bản là: vô cơ và hữu
cơ.
- Với chất kết dính vô cơ bao gồm: Gốm, Magnhêdit và Silicat.
- Với kết dính hữu cơ bao gồm: Bakêlic, Gliphtalin và Vuncanic.
* Độ hạt của đá mài:
Độ hạt của đá mài đ-ợc biểu thị bằng kích th-ớc thực tế của hạt mài
(theo OCT 3647 59) (bảng1.1). Tính năng cắt gọt của vật liệu phụ
thuộc vào kích th-ớc hạt mài. Khi mài thô dùng loại hạt có kích th-ớc lớn và
ng-ợc lại khi mài tinh dùng loại hạt có kích th-ớc nhỏ. Hạt mài đ-ợc phân ra
làm 3 nhóm [1]:
- Nhóm thứ nhất gọi là hạt mài gåm c¸c sè hiƯu: 200; 160; 125; 100; 80; 63;
50; 40; 32; 25; 20; 16.
- Nhãm thø hai gäi lµ bột mài gồm các số hiệu: 12; 10; 8; 6; 5; 4; 3.
- Nhãm thø ba gäi lµ phÊn mµi gồm các số hiệu: M40; M28; M20; M14; M7;
M5.
Chất l-ợng của hạt mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố song quan trọng
nhất là sự đồng đều của các hạt.
Bảng 1.1. Độ hạt mài và phạm vi sử dụng
Độ hạt mài
Theo

OCT Hệ Anh (Số mắt

2
3647 59 sàng/cm )

Phạm vi sử dụng

(m)
200 160

10 12

- Mài vật liệu: têctôlit, kính

125 80

16 24

- Làm sạch mối hàn, vật đúc

50 40

36 46

- Mài thô những chi tiết và dụng cụ cắt
đồng, gang đúc

40 25 10 46 – 60 – 120

- Mµi nưa tinh, mµi tinh chi tiết, các loại