Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài thép không gỉ trên máy mài tròn ngoài

1

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

..

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

PHẠM NGỌC DUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT
ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHƠNG GỈ
TRÊN MÁY MÀI TRỊN NGỒI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. TRẦN MINH ĐỨC

THÁI NGUYÊN 2010
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy

2

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
****************************

THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT
ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHÔNG GỈ
TRÊN MÁY MÀI TRỊN NGỒI
Học viên
Lớp

: Phạm Ngọc Duy
: CHK11 CTM

Chuyên ngành

: Công nghệ Chế tạo máy

Ngƣời HD khoa học : TS. Trần Minh Đức

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

HỌC VIÊN

TS. Trần Minh Đức

Phạm Ngọc Duy

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

BGH TRƢỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

THÁI NGUYÊN 2010
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



3

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

LỜI CẢM ƠN
Với sự kính trọng và lịng biết ơn sâu sắc, Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn
chân thành tới TS. Trần Minh Đức- người Thầy đã tận tình hướng dẫn tơi

trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành luận văn.
Tiếp theo Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa đào tạo sau đại học, Khoa Cơ khí và bộ mơn
Chế tạo máy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập,
nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này.
Sau hết Tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả

Phạm Ngọc Duy

Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



4

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

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

Tác giả

Phạm Ngọc Duy

Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



5

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI THÉP KHÔNG GỈ ................................. 14

1.1. Đặc điểm và ứng dụng của thép không gỉ .......................................... 14
1.1.1. Đặc điểm chủ yếu của thép không gỉ........................................... 14
1.1.2. Phân loại, ký hiệu và ứng dụng ................................................... 15
1.1.3. Tính gia cơng của thép khơng gỉ ................................................. 16
1.2. Tổng quan về công nghệ mài, chất lượng bề mặt, lực và rung động khi mài .. 18
1.2.1. Tổng quan về công nghệ mài ...................................................... 18
1.2.1.1. Đặc điểm của quá trình mài.................................................. 18
1.2.1.2. Khả năng cơng nghệ của mài ............................................... 19
1.2.1.3. Quá trình tạo phoi khi mài ................................................... 23

1.2.2. Chất lượng bề mặt sau mài.......................................................... 26
1.2.2.1. Nhám bề mặt ........................................................................ 26
1.2.2.2. Sóng bề mặt ........................................................................ 27
1.2.2.3. Tính chất cơ lý lớp bề mặt .................................................... 27
1.2.2.4. Cấu trúc tế vi lớp bề mặt sau mài ......................................... 29
1.2.3. Lực cắt khi mài ........................................................................... 29
1.2.4. Nhiệt cắt khi mài......................................................................... 31
1.2.5. Rung động khi mài ..................................................................... 33
1.2.6. Đặc điểm về mài thép không gỉ ................................................... 34
1.2.6.1. Tạo phoi ............................................................................... 34
1.2.6.2. Lực cắt khi mài .................................................................... 36
1.2.6.3. Mịn đá ................................................................................. 37
1.2.6.4. Nhiệt cắt.............................................................................. 40
1.2.7. Mơ hình quá trình mài ................................................................ 40
1.2.8 .Khái quát về các cơng trình nghiên cứu và định hướng nghiên cứu .. 42
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

6

Luận văn Thạc sĩ

1.2.8.1. Khái quát về các cơng trình nghiên cứu trong lĩnh vực mài .. 42
1.2.8.2. Định hướng nghiên cứu ........................................................ 43

1.2.9. Kết luận chương I ....................................................................... 44
Chƣơng 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT
GIA CÔNG ...................................................................... 45

2.1. Giới thiệu .......................................................................................... 45
2.2. Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt ........................................... 45
2.2.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt và sóng bề mặt .............................. 45
2.2.1.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt ............................................... 45
2.2.1.2. Ảnh hưởng đến sóng bề mặt ................................................ 52
2.2.2. Ảnh hưởng đến tính chất cơ lý lớp bề mặt .................................. 53
2.2.2.1. Độ cứng lớp bề mặt .............................................................. 53
2.2.2.2. Trạng thái ứng suất dư lớp bề mặt ........................................ 55
2.3. Chất lượng bề mặt khi mài thép không gỉ .......................................... 57
2.4. Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công ..................... 58
2.4.1. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt gia công ................. 58
2.4.2. Phương pháp đánh giá độ cứng lớp bề mặt của vật liệu gia công 58
2.4.3. Phương pháp đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công...... 59
2.4.4. Các phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công ............. 59
2.5. Các hướng nghiên cứu về mài và giới hạn vấn đề nghiên cứu ............ 60
2.5.1. Các hướng nghiên cứu về mài ..................................................... 60
2.5.2. Giới hạn vấn đề nghiên cứu ........................................................ 61
2.6. Kết luận chương 2 ............................................................................. 62
Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU .............. 63

3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ............................................... 63
3.1.1. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm .................... 63
3.1.2. Quy hoạch thực nghiệm và mơ hình hồi quy thực nghiệm .......... 64
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

7

Luận văn Thạc sĩ

3.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm .............................................................. 67
3.2.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm .......................................... 67
3.2.2. Mơ hình thí nghiệm .................................................................... 67
3.2.3. Hệ thống công nghệ .................................................................... 68
3.2.3.1. Máy mài ............................................................................... 68
3.2.3.2. Đá mài ................................................................................. 69
3.2.3.3. Phôi liệu ............................................................................... 70
3.2.3.4. Dụng cụ sửa đá .................................................................... 70
3.2.3.5. Dung dịch trơn nguội ........................................................... 70
3.2.3.6. Thiết bị đo............................................................................ 70
3.3. Xác định điều kiện biên ..................................................................... 72
3.4. Xử lý số liệu thực nghiệm .................................................................. 72
3.4.1. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm, q trình thí nghiệm ................... 72
3.4.1.1. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm .............................................. 72
3.4.1.2 Q trình thí nghiệm ............................................................. 74
3.4.2. Xử lý số liệu thực nghiệm ........................................................... 75
3.4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt ................... 75
3.4.2.2. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến hình thái bề mặt gia cơng ..... 79
3.5. Thảo luận kết quả .............................................................................. 82
3.6. Kết luận chương 3 ............................................................................. 83

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO....................... 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 86

Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

8

Luận văn Thạc sĩ

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
nđ
Sd
Sn
az
bz
t
b
B
Dđ
đ
Lc
De

hmax
htđ
Qw
Q’ w
Piz
Piy
Pz
Py
Ra, Rz, Rt
Kp = Py/Pz
N
u
Kc
G
T
Tm
Ssđ
tsđ
xi
g

Ý nghĩa
Tốc độ quay của đá mài
Lượng chạy dao dọc
Lượng chạy dao ngang
Chiều sâu cắt của một hạt mài
Chiều rộng phoi cắt
Chiều sâu cắt khi mài
Chiều rộng mài
Chiều rộng của đá mài

Đường kính của đá mài
Tốc độ của đá mài
Chiều dài cung tiếp xúc tĩnh
Đường kính tương đương
Chiều dày phoi không biến dạng lớn nhất
Chiều dày phoi tương đương
Tốc độ bóc vật liệu
Tốc độ bóc vật liệu trên 1 đơn vị bề rộng mài
TP lực cắt theo phương tiếp tuyến tác dụng lên 1 hạt mài
TP lực cắt theo phương pháp tuyến tác dụng lên 1 hạt mài
Thành phần lực cắt tiếp tuyến
Thành phần lực cắt pháp tuyến
Thông số đánh giá độ nhám bề mặt gia công
Hệ số lực cắt
Công suất mài
Năng lượng riêng khi mài
Hệ số khả năng cắt của đá mài
Hệ số mài
Tuổi bền của đá mài
Nhiệt độ mài
Lượng chạy dao dọc khi sửa đá
Chiều sâu cắt khi sửa đá
Giá trị mã hố của các thơng số vào
Gia tốc

Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đơn vị
Vòng/ph

m/ph
mm/HTĐ
mm
mm
mm
mm
mm
mm
m/s
mm
mm
mm
mm
mm3/s
mm3/s.m
N
N
N
N
m
W
J/mm3
mm3/s.N
phút
0
C
m/ph
mm
m/s2

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

9

Luận văn Thạc sĩ

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim [9] 31
Bảng 2.1 Số lượng hạt mài trong một mm2 bề mặt đá ................................... 48
Bảng 3.1 Tỷ lệ các nguyên tố của thép SUS304........................................... 70
Bảng 3.2 Ma trận thực nghiệm ..................................................................... 73
Bảng 3.3 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt
khi mài thép SUS304 bằng đá Al2O3. ............................................ 74

Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

 10 

Luận văn Thạc sĩ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ ngun lý các phương pháp mài trịn ngồi ......................... 21
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn trong ........................ 22
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng .............................. 23
Hình 1.4. Các dạng có thể có của lưỡi cắt ..................................................... 24
Hình 1.5. Quá trình tạo phoi khi mài ............................................................ 25
Hình 1.6. Sự hình thành độ nhám bề mặt mài [9] ........................................ 26
Hình 1.7 Cấu trúc lớp bề mặt mài [12] ......................................................... 28
Hình 1.8 Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài ............................................. 32
Hình 1.9 Rung động gây ra sóng bề mặt gia cơng [9]. ................................. 33
Hình 1.10

Sơ đồ tạo phoi khi mài .............................................................. 34

Hình 1.11 Sơ đồ thốt phoi khi mài ............................................................. 35
Hình 1.12 Hạt mài găm vào bề mặt chi tiết .................................................. 35
Hình 1.13 Sơ đồ phân bố lực ....................................................................... 36
Hình 1.14 Biến dạng của chi tiết khi mài ..................................................... 37
Hình 1.15 Hiện tượng phoi dính bám lên bề mặt hạt mài .............................. 37
Hình 1.16. Biến dạng dẻo trên chi tiết gia công và trên bề mặt đá ................ 38
Hình 1.17. Hiện tượng nứt tế vi trên hạt mài và chất dính kết ....................... 38
Hình 1.18 Quan hệ giữa lượng mịn và thời gian gia cơng ........................... 39
Hình 1.19 Lượng mịn hướng kính và mịn góc đá mài ................................. 39
Hình 1.20 Lượng mịn của hạt mài .............................................................. 39
Hình 1.21 Mơ hình hố q trình mài trịn ngồi .......................................... 30
Hình 2.1 Q trình hình thành nhám bề mặt khi mài ................................... 46
Hình 2.2 Sự tạo sóng trên bề mặt gia cơng khi mài ...................................... 52
Hình 2.3 Sự thay đổi độ cứng lớp bề mặt khi mài thép gió ........................... 54
Hình 2.4 Quan hệ giữa lực cắt và nhám bề mặt ............................................ 57

Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

 11 

Luận văn Thạc sĩ

Hình 3.1 Mơ hình hệ thống thí nghiệm ....................................................... 68
Hình 3.2 Đá mài Cn46.TB1.G.V1.400x40x203.35 ...................................... 69
Hình 3.3. Mẫu phơi thí nghiệm ..................................................................... 70
Hình 3.4 Ảnh Máy đo nhám Mittutoyo SJ-201 ............................................ 71
Hình 3.5 Máy kính hiển vi điện tử HITACHI S4800 ................................... 71
Hình 3.6 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm ....................................................... 73
Hình 3.7 Thí nghiệm gia cơng trên máy mài trịn ngồi 3Б153 ..................... 75
Hình 3.8 Phương trình hàm hồi quy thực nghiệm ........................................ 77
Hình 3.9 Đồ thị quan hệ giữa nhám bề mặt Ra; Rt với lượng chạy dao S và
chiều sâu mài t khi mài thép không gỉ SUS304 ............................. 78
Hình 3.10. Ảnh SEM bề mặt khi mài thép SUS304 bằng đá mài Hải Dương
Cn60.TB1.G.V1 400x40x203.35m/s dung dịch trơn nguội emulxi nồng
độ 4%.................................................................................................... 81

Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



 12 

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong nhưng năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học
kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp phát triển. Trong lĩnh vực cơ khí
chế tạo máy các sản phẩm cơ khí cũng yêu cầu chất lượng ngày càng cao. Để
nâng cao chất lượng sản phẩm:
Một mặt người ta sử dụng ngày càng nhiều các loại vật liệu có cơ tính
tốt, thép khơng gỉ hoặc thép chậm gỉ là một trong những loại vật liệu đó. Với
thành phần các bon và hợp kim chủ yếu:  0.1- 0.4 %C , >13%Cr, thì đây là
loại thép rất dẻo, dễ uốn, dễ hàn, bền, chống ăn mòn tốt trong khoảng nhiệt độ
rộng. Nên loại vật liệu này được sử dụng khá rộng rãi và rất thích hợp trong
các ngành hố chất, dụng cụ mổ trong ngành y học, khuôn mẫu, đồ trang sức,
các loại ốc vít khơng gỉ, ổ bi chống ăn mịn, đồ gia dụng, bình chứa, ống cơng
nghiệp, tàu thuyền cơng nghiệp, vỏ ngồi các cơng trình xây dựng... Tuy
nhiên do độ cứng không cao nên đây là loại vật liệu rất khó gia cơng.
Mặt khác bên cạnh chọn vật liệu tốt người ta phải nâng cao độ chính
xác và chất lượng bề mặt khi gia công để nâng cao chất lượng của sản phẩm.
Độ chính xác và chất lượng bề mặt lại phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp
gia cơng lần cuối. Trong đó mài là một trong những phương pháp gia cơng lần
cuối cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Vì vậy việc nghiên cứu điều

khiển quá trình cắt khi mài là rất cần thiết.
Các vấn đề cần nghiên cứu để điều khiển quá trình mài là rất rộng. Tuy
nhiên chế độ cắt khi mài là một trong những yếu tố ảnh hưởng quyết định đến
hiệu quả của quá trình mài, trong khi ở Việt Nam và trên thế giới các cơng trình
nghiên cứu về mài cịn chưa nhiều, đặc biệt với mài thép khơng gỉ hoặc chậm gỉ
có rất ít các cơng trình nghiên cứu. Từ những phân tích trên thấy rằng đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài
thép khơng gỉ trên máy mài trịn ngồi ”, là rất cần thiết và cấp bách.
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

 13 

Luận văn Thạc sĩ

2. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến hiệu quả của q trình mài
các loại thép khơng gỉ từ đó xác định được chế độ cắt hợp lý khi mài thép
không gỉ. Kết quả sẽ đưa ra được các chỉ dẫn công nghệ về lựa chọn chế độ
cắt hợp lý khi mài các loại thép này.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là
nghiên cứu thực nghiệm.

3. Đối tƣợng nghiên cứu
Vật liệu gia cơng: Thép khơng gỉ: SUS304 thường hóa có HB 187
Máy: 3Б153
Đá mài Hải Dương: Cn46.TB1.G.V1.400x203x50 m/s
Phương pháp mài: Mài trịn ngồi chạy dao dọc
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học:
+ Bổ sung lý về mài các vật liệu khó gia công đặc biệt là thép không gỉ.
+ Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của nhám bề mặt (Ra), với
các thông số của chế độ cắt (Sd, t) khi mài dưới dạng các hàm thực nghiệm.
+ Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ưu hố q trình mài.
- Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt khi
mài các loại thép không gỉ tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam để nâng cao độ
chính xác, và chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
5. Nội dung của luận văn
Kết cấu của luận văn bao gồm ba chương và phần kết luận chung:
Chương 1: Tổng quan về mài thép không gỉ
Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu
Kết luận chung và thảo luận kết quả
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



 14 

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ MÀI THÉP KHÔNG GỈ
1.1. Đặc điểm và ứng dụng của thép không gỉ
1.1.1. Đặc điểm chủ yếu của thép không gỉ
Trong ngành luyện kim, thuật ngữ thép không gỉ được dùng để chỉ một
dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crôm. Tên gọi là "thép không gỉ"
nhưng thật ra nó chỉ là hợp kim của sắt khơng bị biến màu hay bị ăn mòn dễ
dàng như là các loại thép thông thường khác. Vật liệu này cũng có thể gọi là
thép chống ăn mịn.
Khả năng chống lại sự oxy hố từ khơng khí xung quanh ở nhiệt độ
thơng thường của thép khơng gỉ có được nhờ vào tỷ lệ crơm có trong hợp kim
(nhỏ nhất là 10.5% và có thể lên đến 26% trong trường hợp làm việc trong
môi trường làm việc khắc nghiệt). Trạng thái bị oxy hố của crơm thường là
crơm ơxit(III). Khi crơm trong hợp kim thép tiếp xúc với khơng khí thì một
lớp crôm III 2

(-) 0.005

P5

(+) 3

(-) 0.005

P6

(+) 3

(0) 0.010

Bảng 3.2 Ma trận thực nghiệm
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



 74 

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

Thông số vào
TTN

Thông số ra

Sd (m/ph)

t (mm/htđ)

Ra (m)

Rt (m)

P1

(0) 2

(+) 0.015

1.32

11.51

P2

(-)

1

(+) 0.015

1.48

14.53

P3

(-)

1

1.59

14.72

P4

(0) 2

(-) 0.005

1.21

12.01

P5

(+) 3

(-) 0.005

0.98

8.86

P6

(+) 3

(0) 0.010

1.05

9.80

(0) 0.010

Bảng 3.3 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt đến
độ nhám bề mặt khi mài thép SUS304 bằng đá Al2O3.
3.4.1.2 Quá trình thí nghiệm
Q trình thí nghiệm được thực hiện theo các bước sau:
- Bước 1: Tại mỗi điểm thí nghiệm tiến hành sửa đá với bộ thông số
công nghệ sửa đá không đổi: Ssđ= 3 (m/p); tsđ=0.01 (mm/htđ)
- Bước 2: Tiến hành mài trịn ngồi chạy dao dọc với chế độ công nghệ:
Vđ=30m/s; nct = 120(v/p); Sd; t thay đổi.
- Đo các thông số đánh giá nhám bề mặt: Ra để đảm bảo độ tin cậy,
tiến hành đo sau 11 hành trình đơn, các phép đo được thực hiện ở ba vị trí bất
kỳ khác nhau rồi lấy giá trị trung bình.
- Để đảm bảo tính ngẫu nhiên, giảm sai số do nhiễu, đối với mỗi bộ
thông số công nghệ lặp lại thí nghiệm 3 lần, đo kết quả rồi lấy giá trị trung
bình của ba lần thí nghiệm đó.

Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

 75 

Luận văn Thạc sĩ

Hình 3.7 Thí nghiệm gia cơng trên máy mài trịn ngồi 3Б153
3.4.2. Xử lý số liệu thực nghiệm
3.4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt
Thực nghiệm quá trình mài, nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công dưới
ảnh hưởng của hai thông số chế độ cắt: t(mm/htđ); Sd (m/ph). Chỉ tiêu đánh
giá chất lượng bề mặt gia công gồm: độ nhám Ra, cấu trúc lớp bề mặt.
Kết quả của nhiều cơng trình nghiên cứu thực nghiệm về mài [1], [2]; [3];
[6]… đã cho thấy quan hệ giữa các chỉ tiêu đánh giá Y (Ra, Rz, Rt, Py, Pz,…) với
chế độ cắt (t, Sd, …) có dạng hàm mũ:

Ra  C.t a1 .Sda2

(3.34)

Rt  C1.t b1 .S db2

(3.35)

Các số mũ a1, a2, b1, b2 và hệ số C của phương trình (4.1) được xác định
bằng thực nghiệm.
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy

 76 

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

Lấy logarit hai vế ta có:
y = ao + a1x1 + a2x2

(3.36)

Trong đó:
y = lnRa; a0 = lnC; x1 = lnt; x2 = lnSd
Trong phương trình (3.36) y, x1, x2 đã biết. Cần xác định các hệ số: ao; a1; a2.
Để nhận được các phương trình dạng (3.34; 3.35) dùng phần mềm
Minitab14 để giải phương trình (3.36) với kết quả thực nghiệm trong (bảng
3.3), ta được phương trình hồi quy như sau:

a) Hàm hồi quy thực nghiệm của Ra
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

 77 

Luận văn Thạc sĩ

b) Hàm hồi quy thực nghiệm của Rt
Hình 3.8 Phương trình hàm hồi quy thực nghiệm
Như vậy hàm hồi quy nhám bề mặt Ra; Rt có dạng như sau:
lnRa = ln(0.716) + 0.0617lnt - 0.335lnSd
lnRt = ln(2.74) + 0.0097lnt - 0.395lnSd
Sau khi đổi biến có quan hệ giữa nhám bề mặt Ra với chiều sâu cắt t và
lượng chạy dao S theo hàm sau:

Ra  2.046.t 0.0617 .Sd0.335

(3.37)

Rt  15.486.t 0.0097 .Sd0.395

(3.38)

Đây chính là phương trình hồi quy thực nghiệm của quan hệ giữa nhám
với chiều sâu cắt và lượng chạy dao. Dùng phần mềm Matlab7.0 vẽ đồ thị
biểu diễn mối quan hệ của hàm như sau:
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



 78 

Luận văn Thạc sĩ

(m)

Trường Đại học KTCN

Hình 3.9 Đồ thị quan hệ giữa nhám bề mặt Ra; Rt với lượng chạy dao S và
chiều sâu mài t khi mài thép không gỉ SUS304
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

 79 

Luận văn Thạc sĩ

3.4.2.2. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến hình thái bề mặt gia cơng
Với mỗi điểm thí nghiệm tiến hành mài với 11 lần ăn chiều sâu (để
topography của đá mài đạt tới trạng thái ổn định) thì dừng lại. Chụp ảnh tế vi bề mặt
gia cơng trên máy kính hiển vi điện tử HITACHI S4800 kết quả cho trên hình:

a) P1 (t = 0,015mm/htđ; Sd = 2 m/p)

b) P2 (t = 0,015mm/htđ; Sd = 1 m/p)
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

 80 

Luận văn Thạc sĩ

c) P3 (t = 0,01mm/htđ; Sd = 1 m/p)

d) P4 (t = 0,005mm/htđ; Sd = 2 m/p)
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

 81 

Luận văn Thạc sĩ

e) P5 (t = 0,005mm/htđ; Sd = 3 m/p)

f) P6 (t = 0,01mm/htđ; Sd = 3 m/p)
Hình 3.10. Ảnh SEM bề mặt khi mài thép SUS304 bằng đá mài Hải Dương
Cn60.TB1.G.V1 400x40x203.35m/s dung dịch trơn nguội emulxi nồng độ 4%
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

 82 

Luận văn Thạc sĩ

3.5. Thảo luận kết quả
Phương pháp mài thường chỉ được biết đến khi được sử dụng để gia
công các loại vật liệu khó gia cơng (vật liệu có độ cứng và độ bền cao). Đề tài
đã đưa ra được minh chứng cụ thể là mài cịn có thể được sử dụng để gia cơng
vật liệu mềm với năng suất, độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Tuy nhiên
từ đồ thị (hình 3.9) và ảnh SEM (hình 3.10) nhận thấy khi mài vật liệu dẻo nói
chung và thép khơng gỉ nói riêng có một số đặc điểm khác với mài các vật
liệu thơng thường (mài vật liệu có độ cứng và độ bền cao) như sau:
- Nhám bề mặt, cấu trúc tế vi lớp bề mặt phụ thuộc rất lớn vào chế độ
công nghệ gia công (s, t).
Qua đồ thị quan hệ giữa nhám bề mặt Ra, Rt với lượng chạy dao S và
chiều sâu cắt t (hình 3.9) có nhận xét:
+ Khi tăng S thì nhám bề mặt giảm, điều này trái với quy luật khi mài
các loại thép thông thường điều này được giải thích như sau: Trong vùng tạo

phoi do tính dẻo nên vật liệu bị biến dạng dẻo lớn, ma sát giữa mặt sau của
hạt mài với bề mặt gia cơng lớn, phoi tách ra thường dính bết lên bề mặt đá
làm giảm không gian chứa phoi, ma sát giữa bề mặt đá và chi tiết tăng q
trình tự sửa đá khó khăn hơn, dung dịch trơn nguội khó đưa vào vùng cắt vì
vậy vùng tạo phoi nhiệt cắt lớn, biến dạng dẻo lớn, nên nếu lượng tiến bàn lớn
thì giảm thời gian tiếp xúc giữa chi tiết và đá nên giảm nhiệt, giảm biến dạng
dẻo vì vậy nhám bề mặt giảm.
+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t tới nhám bề mặt và cấu trúc tế vi lớp bề
mặt vẫn giống quy luật khi mài các loại thép thơng thường: chiều sâu cắt giảm
thì nhám bề mặt giảm tuy nhiên do tính dẻo của vật liệu nên nếu t quá nhỏ sẽ
không cắt được bề mặt chi tiết chỉ bị biến dạng dẻo lúc đó nhám bề mặt tăng.
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

 83 

Luận văn Thạc sĩ

+ Trong hai yếu tố ảnh hưởng đến nhám bề mặt thì ảnh hưởng của S
lớn hơn ảnh hưởng của t vì vậy khi mài tinh nên chọn S lớn.
+ Do nhiệt cắt, biến dạng dẻo trong vùng tạo phoi khi mài lớn nên chất
lượng bề mặt khi mài các loại vật liệu này thấp hơn các loại vật liệu thông
thường (nhám bề mặt cao hơn, lớp ứng suất dư bề mặt là kéo....).
Qua hình chụp ảnh SEM bề mặt chi tiết tại các điểm thí nghiệm (hình

3.10) có nhận xét:
+ Tại điểm thí nghiệm P5 có chiều sâu mài t = 0.005mm/htđ; lượng
chạy dao S = 3m/p là điểm có chất lượng bề mặt tốt nhất, các vết cao xước rất
đều, bề mặt bị biến dạng dẻo ít điều này được giải thích như sau: Do chiều sâu
cắt nhỏ nên lực cắt nhỏ vì vậy lực cắt tác động lên bề mặt chi tiết nhỏ làm bề
mặt chi tiết bị biến dạng dẻo ít hơn, mặt khác do S lớn nên thời gian tiếp xúc
giữa đá và chi tiết giảm, khả năng tự mài sắc của đá tốt hơn nên giảm nhiệt
cắt, giảm biến dạng dẻo, các vết cào xước đều hơn nên nhám bề mặt nhỏ hơn.
+ Tại điểm thí nghiệm P3 có chiều sâu mài t = 0.01mm/htđ; lượng chạy
dao S = 1m/p là điểm có nhám bề mặt cao nhất các vết xước không đều, điều
này được giải thích như sau: ở chế độ cắt này do S nhỏ hơn nên thời gian tiếp
xúc của đá mài và chi tiết tăng mặt khác do chiều sâu cắt là lớn nên lực cắt
lớn, các vết cào xước sâu hơn vì vậy nhiệt cắt lớn, biến dạng dẻo lớn nên
nhám bề mặt lớn.
- Vậy căn cứ vào yêu cầu công nghệ cụ thể từ phương trình quan hệ của
Ra; Rt và S, t ta hoàn toàn xác định được bộ thông số S, t hợp lý đáp ứng yêu
cầu kỹ thuật của nguyên công.

3.6. Kết luận chƣơng 3
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy



Trường Đại học KTCN

 84 

Luận văn Thạc sĩ

1. Đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm (máy, cặp đá mài - vật liệu
gia công, thiết bị đo…) cùng với các điều kiện công nghệ cụ thể để tiến hành
nghiên cứu bằng thực nghiệm nhằm xây dựng các mơ hình thể hiện ảnh
hưởng của chế độ cắt tới một vài thơng số đặc trưng cho q trình cắt khi mài
tinh trên máy mài trịn ngồi.
2. Đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, đã thu nhận, lưu trữ, xử lý
được số liệu thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy.
3. Đã xây dựng được mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng ra của quá
trình mài (nhám bề mặt Ra) và đại lượng vào là chế độ cắt (chiều sâu cắt t,
lượng chạy dao S) dưới dạng hàm số mũ. Đã đưa ra nhận xét về quy luật ảnh
hưởng của chế độ cắt đến một vài thông số đánh giá chất lượng bề mặt (nhám
bề mặt, hình thai lớp bề mặt).
4. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm phù hợp với các nghiên cứu
lý thuyết.

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Phạm Ngọc Duy