Nghiên cứu xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài

..

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

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

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠNGTHỨC TÍNH
CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRỊN NGỒI

PHẠM THANH CƯỜNG

THÁI NGUN, 2012
Trang 1


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-------------------------------------------PHẠM THANH CƯỜNG
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠNGTHỨC TÍNH
CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRỊN NGỒI
CHUN NGÀNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

HỌC VIÊN

Pgs.Ts Vũ Ngọc Pi

Phạm Thanh Cường

KHOA SAU ĐẠI HỌC

BAN GIÁM HIỆU

Pgs.Ts Nguyễn Văn Tuấn
THÁI NGUYÊN, 2012
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang 2




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 công trình
nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong luận văn.
Tác giả

Phạm Thanh Cường

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

Trang 3

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo – PGS.TS. Vũ Ngọc Pi, người đã
hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực hiện đến q trình
viết và hồn chỉnh luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban giám hiệu và Khoa Sau đại học của
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản
luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn Doanh nghiệp tư nhân cơ khí chính xác

Thái Hà đã giúp đỡ tác giả thực hiện luận văn này.
Do năng lực bản thân cịn có những hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi sai
sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà
khoa học và các bạn đồng nghiệp.
Trân trọng cảm ơn!
Tác giả

Phạm Thanh Cường

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

Trang 4




MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ................................................................................ 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. 7
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... 9

PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 10
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................. 10
2. Ý nghĩa của đề tài ....................................................................................................... 11
3. Phương pháp nghiên cứu và mục đích nghiên cứu .................................................... 11
3.1. Hướng nghiên cứu ................................................................................................... 11
3.2. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................... 11
3.3. Mục đích nghiên cứu .............................................................................................. 11
4. Nội dung và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 12
4.1. Nội dung .................................................................................................................. 12
4.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài ................................................................................ 12
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU GIA CƠNG MÀI VÀ MÀI TRỊN NGỒI ..................... 13
1.1. Giới thiệu về gia công mài ...................................................................................... 13
1.1.1. Đặc điểm gia cơng mài ......................................................................................... 13
1.1.2. Q trình tạo phoi khi mài ................................................................................... 15
1.1.3. Đá mài .................................................................................................................. 17
1.1.3.1. Vật liệu hạt mài ................................................................................................. 17
1.1.3.2. Vật liệu dính kết ................................................................................................ 18
1.1.3.3. Độ hạt của đá mài .............................................................................................. 18
1.1.3.4. Cấu trúc đá mài ................................................................................................. 19
1.1.3.5. Độ cứng của đá mài........................................................................................... 19
1.1.4. Chế độ mài ........................................................................................................... 20
1.2. Giới thiệu về mài trịn ngồi ................................................................................... 20
1.3. Kết luận chương 1 ................................................................................................... 23

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

Trang 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRỊN NGỒI ... 24
2.1. Tổng quan về tính chế độ cắt của mài trịn ngồi ................................................... 24
2.2. Kết luận chương 2 ................................................................................................... 39
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠNG THỨC
TÍNH CHẾ ĐỘ CẮTCHO MÀI TRỊN NGỒI .......................................................... 40
3.1. Lựa chọn cơ sở dữ liệu để XD cơng thức tính chế độ cắt cho mài trịn ngồi ........ 40
3.2. Lựa chọn dạng hàm hồi quy .................................................................................... 42
3.3. Tổ chức cơ sở dữ liệu .............................................................................................. 42
3.3.1. Tổ chức cơ sở dữ liệu cho mài trịn ngồi chạy dao dọc ..................................... 43
3.3.2. Tổ chức cơ sở dữ liệu cho mài trịn ngồi chạy dao ngang ................................. 49
3.4. Xây dựng cơng thức tính chế độ cắt cho mài trịn ngồi ....................................... 53
3.4.1. Xây dựng cơng thức tính chế độ cắt cho mài trịn ngồi chạy dao dọc .............. 53
3.4.2. Xây dựng cơng thức tính chế độ cắt cho mài trịn ngồi chạy dao ngang.............. 55
3.5. Kết quả và nhận xét chương 3 ................................................................................. 58
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI
TRỊN NGỒI ............................................................................................................... 60
4.1. Tổng quan về các ngơn ngữ lập trình ...................................................................... 60
4.2. Xây dựng phần mềm tính tốn chế độ cắt cho mài trịn ngồi................................ 63
CHƯƠNG 5: THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG
THỨC TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRỊN NGỒI ............................................. 64
5.1. Mục đích thí nghiệm ............................................................................................... 64
5.2. Chuẩn bị thí nghiệm ................................................................................................ 64
5.3. Tiến hành thí nghiệm .............................................................................................. 67
5.4. Kết quả thí nghiệm .................................................................................................. 69
5.4.1. Kết quả thí nghiệm mài trịn ngồi chạy dao dọc ................................................ 69
5.4.2. Kết quả thí nghiệm mài trịn ngồi chạy dao ngang ............................................ 73
5.5. Kết luận chương 5 ................................................................................................... 77

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

Trang 4




CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ................................................................... 78
6.1. Kết luận ................................................................................................................... 78
6.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo ....................................................................... 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 80
PHỤ LỤC 1: BẢNG TRA CHẾ ĐỘ MÀI TRỊN NGỒI [16] ................................... 82
PHỤ LỤC 2: GIẤY CHỨNG NHẬN SẢN PHẨM ĐẠT GIẢI NHÌ TẠI TRIỂN LÃM
SÁNG TẠO KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN VÀ CÁN BỘ GIẢNG VIÊN TRẺ ....... 91
PHỤ LỤC 3: GIẤY XÁC NHẬN ĐĂNG BÁO TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM ........ 92
PHỤ LỤC 4: BÀI BÁO ĐĂNG TRÊN TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM...................... 93

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

Trang 5




DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
STT

KÝ HIỆU

NỘI DUNG

THỨ NGUYÊN

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

Vđ
nđ
bđ

Tốc độ đá mài
Số vòng quay của đá mài
Chiều rộng đá mài
Chiều rộng đá mài tham gia cắt
Đường kính đá mài
Đường kính lỗ đá mài
Đường kính phơi
Chiều dài phơi
Chiều dài mài
Số vịng quay của phôi
Tốc độ phôi
Lượng chạy dao ngang
Lượng chạy dao ngang tra bảng
Lượng chạy dao thực tế
Lượng chạy dao dọc
Lượng dư đường kính
Lượng dư đường kính mài thơ
Lượng dư đường kính mài tinh
Chiều sâu cắt
Thời gian gia cơng cơ bản
Cơng suất mài
Lực mài
Cấp chính xác
Cấp độ nhám
Hệ số tỷ lệ tốc độ
Số lần cắt

Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia cơng và cấp
chính xác cần đạt
Hệ số phụ thuộc vào đường kính đá mài và vận
tốc của đá
Hệ số phụ thuộc vào dụng cụ đo kiểm
Hệ số phụ thuộc vào độ cứng của phơi

m/s
v/ph
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
v/ph
m/ph
mm
mm
mm
mm/ht
mm
mm
mm
mm
phút
KW
N

bđgc
Dđ
dđ
Df
lf
L
nf
Vf
Sn
Snb
St
Sd
Z
Zth
Zt
a
t
N
F
ccx
cdn
q
i
K1

28

K2

29

30

K3
K4

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

Trang 6




DANH MỤC BẢNG BIỂU
STT

NỘI DUNG

TRANG

1

Bảng 1- Các kích thước cơ bản và đặc tính đá mài [12]

23

2

Bảng 2- Chế độ cắt cho mài trịn ngồi [12]

23

3

Bảng 3- Trị số các hệ số và số mũ trong cơng thức tính cơng suất khi mài [12]

23

4

Bảng 4a- Số vòng quay của chi tiết nct và lượng chạy dao ngang Sn [12]

23

5

Bảng 4b- Hệ số phụ thuộc đường kính đá và vật liệu gia cơng khi mài thơ [12]

23

6

Bảng 4c- Số vịng quay của chi tiết nct và lượng chạy dao ngang Sn [12]

24

7

Bảng 4d- Hệ số phụ thuộc đường kính đá và vật liệu gia công khi mài tinh và
bán tinh [12]
Bảng 4e- Hệ số phụ thuộc lượng dư và cấp chính xác gia công công khi mài

tinh và bán tinh [12]
Bảng 5- Đặc tính của đá [13]

24

8
9

24
25

10 Bảng 6- Chiều sâu cắt và lượng chạy dao [13]

25

11 Bảng 7- Đặc tính đá mài [23]

27

12 Bảng 8- Tốc độ phôi [23]

27

13 Bảng 9- Lượng chạy dao ngang – mài tự động[23]

27

14 Bảng 10- Lượng chạy dao ngang – mài bằng tay[23]

27

15 Bảng 11- Lượng chạy dao khi mài mặt đầu [23]

27

16 Bảng 12- Hệ số K1 [23]

28

17 Bảng 13- Hệ số K2 [23]

28

18 Bảng 14- Hệ số K3 [23]

28

19 Bảng 15- Thời gian sửa tinh cổ trục trơn [23]

28

20 Bảng 16- Thời gian sửa tinh [23]

29

21 Bảng 17- Chiều dày cắt khi sửa tinh [23]

29

22 Bảng 18- Hạt mài, kích thước, độ cứng hạt, cấu trúc đá [24]

23 Bảng 19- Đường kính đá, chiều rộng đá [24]

32
32

24 Bảng 20- Lượng chạy dao [24]

33

25 Bảng 21- Chiều sâu cắt [24]

33

26 Bảng 22- Tốc độ đá, tốc độ phôi, hệ số tỷ lệ tốc độ [24]

33

27 Bảng 23- Hệ số λKe [24]

33

28 Bảng 24- Hệ số K [24]

33

29 Bảng 25- Trích bảng tra đặc tính của đá mài[5]

38

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

Trang 7




30 Bảng 26-Trích bảng tra số vịng quay phơi và lượng chạy dao dọc [5]

39

31 Bảng 27- Trích bảng tra số vịng quay phơi và lượng chạy dao ngang [5]

39

32 Bảng 28-Dạng bảng số liệu cho công thức hồi quy

41

33 Bảng 29- Số vịng quay của phơi với thép nhiệt luyện có HRC<30, gang, đồng

41

34 Bảng 30- Số vịng quay của phơi với thép nhiệt luyện có HRC 30-50

41

35 Bảng 31- Số vịng quay của phơi với thép kết cấu có HRC >50 ; thép bền nhiệt

42

36 Bảng 32- Lượng chạy dao dọc với cấp chính xác 6

42

37 Bảng 33- Lượng chạy dao dọc với cấp chính xác 7

43

38 Bảng 34- Lượng chạy dao dọc với cấp chính xác 8

43

39 Bảng 35- Lượng chạy dao ngang bảng Snb

44

40 Bảng 36- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Thép cacbon kết cấu, Cr, Ni, mangan,
thép cacbon dụng cụ
41 Bảng 37- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Thép Vonfram, silic, molipden kết cấu

45

42 Bảng 38- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Thép bền nhiệt, thép không gỉ

45

43 Bảng 39- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Thép gió, thép hợp kim titan bền nhiệt
44 Bảng 40- Hệ số phụ thuộc nhóm vật liệu Gang và hợp kim đồng

45

46

45 Bảng 41- Hệ số phụ thuộc đường kính và vận tốc của đá mài

46

46 Bảng 42- Số vịng quay của phơi với thép nhiệt luyện HRC<30; Gang và đồng

47

47 Bảng 43- Số vịng quay của phơi thép nhiệt luyện HRC 30-50

47

48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62

47
48
48
49
49
49
50
50
56
78
79
80
82
83
85

Bảng 44- Số vịng quay của phơi với thép kết cấu HRC >50 ; thép bền nhiệt
Bảng 45- Lượng chạy dao ngang tra bảng
Bảng 46- Hệ số K1 phụ thuộc nhóm vật liệu thép cacbon kết cấu, Cr, Ni,
mangan,
cacbon
dụng
cụ nhóm vật liệu thép vonfram, silic, molipden kết
Bảng
47-thép
Hệ số
K1 phụ
thuộc
cấu 48- Hệ số K1 phụ thuộc nhóm vật liệu thép bền nhiệt, thép không gỉ
Bảng

Bảng 49- Hệ số K1 phụ thuộc vật liệu thép gió, thép hợp kim titan bền nhiệt
Bảng 50- Hệ số K1 phụ thuộc nhóm vật liệu gang và hợp kim đồng
Bảng 51- Hệ số K2 hệ số phụ thuộc vào đường kính đá và vận tốc của đá
Bảng 52- Tổng hợp các công thức xác định chế độ cắt cho mài trịn ngồi
Bảng P1- Chọn các đặc tính của đá mài [5]
Bảng P2 - Số vòng quay của chi tiết nct và lượng chạy dao ngang Sd [5]
Bảng P3 - Hệ số điều kiện làm việc ảnh hưởng đến lượng chạy dao ngang [5]
Bảng P4 - Số vòng quay của chi tiết nct, lượng chạy dao dọc Sd [5]
Bảng P5 - Lượng chạy dao ngang tra bảng Snb của bàn máy [5]
Bảng P6- Hệ số điều kiện làm việc ảnh hưởng đến lượng chạy dao ngang [5]

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

45

Trang 8




STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Nội dung hình ảnh
Hình 1.1: Sơ đồ quá trình mài [3]
Hình 1.2: Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài [7]
Hình 1.3: Sơ đồ mơ tả các giai đoạn tạo phoi của hạt mài [8]
Hình 1.4: Sơ đồ mài trịn ngồi
Hình 1.5: Mài trịn ngồi có tâm
Hình 1.6: Mài trịn ngồi khơng tâm
Hình 1.7: Mơ hình mài trịn ngồi chạy dao dọc
Hình 2.1: Quan hệ giữa chiều sâu cắt và tốc độ quay của phôi [22]

Hình 2.2: Quan hệ giữa tuổi bền và tốc độ của đá [22]
Hình 2.3: Quan hệ giữa tốc độ bóc tách kim loại và tốc độ cắt của đá [22]
Hình 4.1: Phần mềm tra chế độ cắt cho mài tròn ngồi
Hình 5.1. Bản vẽ phơi mài trịn ngồi chạy dọc
Hình 5.2. Bản vẽ phơi mài trịn ngồi chạy dao ngang
Hình 5.3. Phơi đã được chế tạo
Hình 5.4. Mơ hình thí nghiệm mài trịn ngồi chạy dao dọc
Hình 5.5. Mơ hình thí nghiệm mài trịn ngồi chạy dao ngang
Hình 5.6. Máy đo nhám
Hình 5.7. Kính hiển vi quang học
Hình 5.8. Thí nghiệm mài trịn ngồi chạy dao dọc
Hình 5.9. Thí nghiệm mài trịn ngồi chạy dao ngang
Hình 5.10. Mẫu thí nghiệm mài trịn ngồi chạy dao dọc
Hình 5.11. Ảnh chụp bề mặt chi tiết mài trịn ngồi chạy dao dọc
Hình 5.12. Biểu đồ so sánh về độ nhám bề mặt giữa mài trịn ngồi chạy
dao dọc theo tính tốn và theo kinh nghiệm
Hình 5.13. Biểu đồ so sánh về thời gian gia cơng giữa mài trịn ngồi
chạy dao dọc theo tính tốn và theo kinh nghiệm
Hình 5.14. Mẫu thí nghiệm mài trịn ngồi chạy dao dọc thu được
Hình 5.15. Ảnh chụp bề mặt chi tiết mài trịn ngồi chạy dao ngang
Hình 5.16. Biểu đồ so sánh về độ nhám bề mặt giữa mài trịn ngồi chạy
dao ngang theo tính tốn và theo kinh nghiệm
Hình 5.17. Biểu đồ so sánh về thời gian gia cơng giữa mài trịn ngồi
chạy dao ngang theo tính tốn và theo kinh nghiệm

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

Trang
11
13

14
18
19
19
20
35
36
36
61
62
63
63
63
64
65
65
66
66
67
68
69
69
70
71
72
72

Trang 9

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh. Nó đã mang
lại lợi ích to lớn cho con người. Để nâng cao đời sống của nhân dân, để hội nhập vào
sự phát triển chung của các nước trong khu vực và thế giới, Đảng và Nhà nước ta đã đề
ra mục tiêu trong những năm tới là thực hiện “Cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước”, và đưa nước ta đến năm 2020 cơ bản trở thành nước cơng nghiệp. Để thực hiện
mục tiêu đó, một trong những ngành cần quan tâm phát triển là cơ khí chế tạo. Trong
cơ khí chế tạo, mài là một phương pháp gia cơng quan trọng, phổ biến, có năng suất và
độ chính xác cao. Trong q trình cơng nghệ thì mài là một trong những ngun cơng
cuối cùng, nhưng có vị trí rất quan trọng bởi lẽ những sai hỏng gây ra ở ngun cơng
này thường là khơng sửa được.
Mài trịn ngoài là dạng mài phổ biến trong sản xuất cơ khí hiện nay. Việc xác
định chế độ cắt cho mài trịn ngồi có ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng và giá
thành sản phẩm. Cho đến nay đã có nhiều phương pháp xác định chế độ trịn ngồi
như phương pháp tra bảng, phương pháp kinh nghiệm, phương pháp kết hợp giữa

tính tốn bằng cơng thức với tra bảng và phương pháp xác định bằng đồ thị. Tuy
nhiên, việc xác định chế độ cắt của mài trịn ngồi cho đến nay chủ yếu là tra

bảng hoặc tra đồ thị - đòi hỏi rất phức tạp và tốn kém thời gian. Mặt khác, ngày
nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học, kỹ thuật và sự phát triển của nền kinh
tế thị trường đã tạo ra sự cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà sản xuất, các sản phẩm kỹ
thuật và đặc biệt là sản phẩm cơ khí. Vì thế, để góp phần tăng năng suất, chất lượng và
hạ giá thành sản phẩm, tạo ra sự cạnh tranh trên thị trường thì việc xác định chế độ cắt
cho mài trịn ngồi cần phải thực hiện được một cách nhanh chóng chính xác và hiệu
quả hơn. Vì vậy, việc tác giả lựa chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu, xây dựng cơng
thức tính chế độ cắt cho mài trịn ngồi” là hướng nghiên cứu thiết thực hiện nay. Đề

tài này, trình bày việc nghiên cứu lựa chọn, tổ chức cơ sở dữ liệu nhằm xây dựng lên

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

Trang 10




bộ công thức xác định chế độ cắt cho mài trịn ngồi thơng qua phương pháp hồi quy.
Các cơng thức này là cơ sở cho việc lập trình xây dựng nên phần mềm tra chế độ cắt
cho mài trịn ngồi.
2. Ý nghĩa của đề tài
Ý nghĩa khoa học
- Đóng góp cơng thức tính và hồn thiện lý thuyết xác định chế độ cắt cho mài
trịn ngồi.
- Nâng cao hiệu quả của gia cơng mài trịn ngồi.
Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu sẽ áp dụng để xác định chế độ cắt cho mài trịn ngồi, từ
đó nâng cao hiệu quả của mài trịn ngồi.
3. Phương pháp nghiên cứu và mục đích nghiên cứu
3.1. Hướng nghiên cứu
Dựa trên các kết quả đã nghiên cứu về xác định các thông số của chế độ cắt của
mài trịn ngồi và việc sử dụng phương pháp hồi quy để tiến hành nghiên cứu, xây
dựng các công thức xác định chế độ cắt cho mài trịn ngồi nhằm phục vụ thuận tiện
cho tra cứu chế độ cắt và đặc biệt là sử dụng trong các chương trình tính tốn tự động
để xác định chế độ cắt của mài trịn ngồi.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan kết hợp sử dụng phương pháp hồi quy.
3.3. Mục đích nghiên cứu

Xây dựng bộ cơng thức tính chế độ cắt cho mài trịn ngồi để phục vụ thuận tiện
cho việc tính tốn xác định chế độ cắt, đặc biệt là sử dụng trong các chương trình tính
tốn tự động bằng máy tính để xác định chế độ cắt của mài trịn ngồi.

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

Trang 11




4. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
4.1. Nội dung
- Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp xác định các thơng số của chế độ
cắt của mài trịn đã có.
- Nghiên cứu, xây dựng các cơng thức tính chế độ cắt của mài trịn ngồi dựa
trên các số liệu đã có từ các nghiên cứu trước và sử dụng phương pháp hồi quy.
4.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Tác giả chỉ nghiên cứu, xây dựng các công thức xác định chế độ cắt của mài
trịn ngồi có tâm chạy dao dọc và chạy dao ngang.

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

Trang 12




CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU GIA CƠNG MÀI VÀ MÀI TRỊN NGỒI
1.1. Giới thiệu về gia cơng mài

1.1.1. Đặc điểm gia công mài
Mài là một trong những phương pháp gia công cắt gọt xuất hiện lâu đời nhất
trong các phương pháp gia cơng co khí hiện nay [1]. Mài có khả năng gia cơng được
các loại vật liệu có độ bền, độ cứng cao như: thép đã tôi, hợp kim cứng, thép bền nhiệt
… Quá trình mài là quá trình gia công tốc độ cao bằng cách sử dụng một lượng lớn các
lưỡi cắt của các hạt mài. Quá trình mài cũng là quá trình cào xước tế vi bề mặt, tạo ra
phoi rất nhỏ nên mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bề mặt rất cao. Mài gia
công được hầu hết các dạng bề như: mặt tròn xoay, mặt phẳng, răng, ren, then hoa, các
mặt định hình. Ngồi ra, mài cịn có thể gia cơng các chi tiết khó định vị và kẹp chặt
như xéc măng, viên bi[2]. Mài không những được dùng trong gia công tinh, mà còn
được dùng ngày càng nhiều ở các nguyên cơng gia cơng phá, gia cơng thơ. Vì thế, mài
đã và đang được sử dụng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy hiện nay.
Quá trình mài được biểu diễn trên hình 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình mài [3]
Qua hình 1.1 nhận thấy rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến q trình mài:
-

Phơi: vật liệu, độ cứng, độ bền, tính dẫn nhiệt, hình dáng hình học.

-

Dung dịch mài: thành phần dung dịch, phương pháp tưới, lưu lượng, áp lực.

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

Trang 13

-

Máy mài: lực cắt của máy, khả năng định vị vị trí trương đối gữa phơi và đá
mài, độ cứng vững của hệ thống công nghệ.

-

Đá mài: cấu trúc đá, vật liệu hạt mài, độ hạt, độ cứng, chất kết dính.

Nghiên cứu q trình mài thấy rằng mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các
phương pháp gia công cắt gọt khác:
- Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt khơng liên tục đồng thời tham
gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất
khác nhau và phân bố ngẫu nhiên trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi
cắt, có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt khơng thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: góc trước γ
thường âm và góc cắt β thường lớn hơn 900.
- Tốc độ cắt khi mài rất cao (≥ 30 m/s, thể lên tới 700 m/s)[4].
- Do góc cắt khơng hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn
(1000 ÷ 15000 C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt.
- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một hạt phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ, số
lượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong một phút),
vì thế có thể coi q trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia cơng tạo ra độ
nhẵn bóng và độ chính xác cao[4].
- Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt khơng liên tục nên có thể gia cơng được
những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không cắt được như thép tôi, hợp kim
cứng… nhưng lại không gia công được những vật liệu rất mềm.
- Quá trình cắt khi mài có tính gián đoạn, các hạt mài lần lượt vào cắt, ra cắt tạo
ra các rung động.
- Các đỉnh lưỡi cắt phân bố không đều theo chiều cao, lượng dư phân bố cho các

hạt mài khơng đều, do đó lực cắt tác động lên các hạt mài không bằng nhau.
- Trong q trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: dưới tác dụng của tải trọng
cơ, nhiệt các hạt mài đã mòn bật ra khỏi bề mặt đá tạo điều kiện cho những hạt mài
mới tham gia vào q trình cắt, ngồi ra một số hạt mài vỡ tạo thành những lưỡi cắt mới.

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

Trang 14




- Do hiện tượng tự mài sắc cũng như không thể chủ động thay đổi được hình
dáng và vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều khiển q trình
mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa được nghiên cứu tồn diện.
- Trong q trình mài tồn tại 3 hiện tượng: cắt (cutting), cày (ploughing) và
trượt (rubbing) các hiện tượng này đồng thời xảy ra và phụ thuộc vào tương tác giữa
hạt mài và vật liệu gia công[5].
Do những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia công các vật liệu có độ cứng,
độ bền, độ mài mịn, khả năng chịu nhiệt cao, có thể đạt cấp chính xác cao (5 – 6) và
nhám bề mặt cao (Ra =0,1 - 0,2 µm) nên mài được sử dụng phổ biến và có vị trí quan
trọng trong gia cơng cơ khí hiện đại. Mặc dù được sử dụng cả trong gia cơng thơ nhưng
chỉ trong gia cơng tinh thì những ưu thế của phương pháp mài mới thực sự được phát
huy, vì vậy mài thường được chọn là ngun cơng gia công tinh lần cuối các bề mặt
quan trọng [6].
1.1.2. Quá trình tạo phoi khi mài
Quá trình tạo phoi khi mài được mơ tả trên hình 1.2

Hình 1.2: Q trình tạo phoi khi mài của một hạt mài [7]
Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài có nguyên lý làm việc tương tự như

với một răng của dao phay song q trình mài có những đặc điểm riêng:

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

Trang 15




- Các lưỡi cắt của hạt mài tham gia cắt không liên tục.
- Lớp kim loại được cắt bởi một hạt mài có sự phụ thuộc về quan hệ chiều rộng
và bề dày hạt đá.
- Hình dáng hình học của hạt mài không xác định, ở đỉnh cắt của hạt mài có
cung lượn bán kính R.
- Hạt mài phân bố tự nhiên khơng có quy luật trên bề mặt trụ của đá.
- Tốc độ cắt cao, có nhiều lưỡi cắt cùng tham gia cắt đồng thời trong vùng cắt.
- Các lưỡi cắt của hạt mài có độ cứng, bền nhiệt, độ giịn rất cao.

- Do có nhiều lưỡi cắt cùng tham gia cắt gọt nên tạo ra nhiệt cắt lớn, nhiệt độ
vùng cắt cao.
- Có hiện tượng trượt giữa hạt mài và kim loại trước khi cắt gọt. (hinh 1.3)

a (a<<ρ)

b (a<ρ)

c (a>ρ)

Hình 1.3: Sơ đồ mơ tả các giai đoạn tạo phoi của hạt mài [8]
a - Hiện tượng trượt của hạt mài; b- cày kim loại; c- tạo phoi

Dưới áp lực mỗi lúc mỗi tăng từ hạt mài lên bề mặt gia cơng, do mũi dao có bán
kính ρ và góc ăn tới của lưỡi cắt η nhỏ nên giai đoạn đầu không tạo phoi mà vật liệu bị
biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, bị đẩy sang hai bên đồng thời nhiệt độ tăng làm cho
kim loại mài bị mềm hơn và có thể bị chảy qua mặt trước sang mặt sau của hạt mài.
Khi độ sâu của lớp cắt đạt được giá trị a tương ứng với chiều sâu cắt t thì quá trình mài
bắt đầu tạo phoi, kim loại bị dồn, ép gây biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và tạo phoi.
Do kim loại bị dồn, ép trong khi tạo phoi nên chiều dày phoi thực tế az nhỏ hơn chiều

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

Trang 16




sâu cắt thực tế t . Quá trình tạo phoi của bất kỳ hạt mài nào đều được chia thành các
giai đoạn: trượt, cày, tạo phoi.
Đá mài có lưỡi cắt không liên tục trên vành cắt, các cạnh cắt của hạt mài nằm trên
độ cao khác nhau, do đó khơng phải tất cả các hạt mài đều tham gia cắt gọt trong cùng
một thời điểm. Hạt thì trượt trên bề mặt gia cơng, hạt thì miết nén, hạt thì tạo phoi.
Những hạt có bán kính cung lượn lớn tức là những hạt q mịn khơng thể cắt được lát
cắt mỏng thì khơng cắt mà chỉ trượt trên bề mặt gia công, lúc này sinh ra một lượng
nhiệt rất lớn.
Như vậy, quá trình tạo phoi khi mài tuỳ thuộc vào yếu tố hình học của hạt mài.
Quá trình tạo phoi xảy ra trong khoảnh khắc rất nhỏ 0,001- 0,005 giây[9]. Tổng số
lượng hạt phoi được tạo ra trong một đơn vị thời gian là rất lớn (hàng trăm triệu hạt
phoi trong một phút). Chiều dày của phoi rất khác nhau từ một vài micrômet đến vài
phần trăm micrômet, những phoi quá nhỏ sẽ bị nhiệt độ cao đốt cháy tạo thành tia lửa
khi mài. Những phoi lớn hơn và những phần tử hạt bị mòn của đá được dung dịch tưới
nguội rửa trôi.

1.1.3. Đá mài
1.1.3.1. Vật liệu hạt mài
Đá mài là loại dụng cụ cắt được chế tạo từ vật liệu dạng hạt- liên kết với nhau
thành một thể nguyên khối bằng những chất kết dính.
Những vật liệu sử dụng để chế tạo dụng cụ từ hạt mài là các loại vật liệu nguồn
gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, mà chúng có độ cứng lớn và có khả năng cắt gọt cao.
Các vật liệu hạt mài sử dụng để chế tạo đá mài thường được phân thành hai
nhóm: tự nhiên và nhân tạo. Nhóm vật liệu tự nhiên bao gồm các khoáng chất sau: Kim
cương tự nhiên, thạch anh, đá lửa, granit, Coranh đông, Cacbua Silic, ... Với loại vật
liệu nhân tạo bao gồm: Kim cương, Nitrit bo ở dạng mạng lập phương thể tâm (CBN),
Co ranh đông điện, Cacbit silic, Cacbit bo, Oxit nhơm …

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

Trang 17




1.1.3.2. Vật liệu dính kết
Chất kết dính dùng để kết dính những hạt mài rời rạc thành khối. Đá mài có chất
lượng cao hay thấp phụ thuộc vào chất kết dính. Tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng của đá
mài mà sử dụng các loại chất kết dính khác nhau để chế tạo đá. Chất kết dính thường
được chia thành các nhóm cơ bản là:
- Chất kết dính vơ cơ bao gồm: Gốm, Manhêdit và Silicat.
- Chất kết dính hữu cơ bao gồm: Bakêlic, Gliphtalin và Vuncanic.
- Chất kết dính kim loại.
Trong đó khoảng 50-60% tổng sản lượng đá mài được chế tạo từ chất dính kết vơ
cơ, 30-39% từ chất kết dính hữu cơ, 1-2% chất kết dính kim loại.
Để tăng độ bền của đá mài, người ta sử dụng các chất kết dính hợp kim. Chất kết

dính có chứa Bo (52%) và titan cho phép chế tạo đá mài làm việc với tốc độ cắt đến 60
m/s. Các chất kết dính có chứa thêm ơxitbo, ơxitliti, bari, phtora... sẽ tăng cường đáng
kể các đặc tính cơ học của đá mài.
1.1.3.3. Độ hạt của đá mài
Độ hạt của đá mài được biểu thị bằng kích thước thực tế của hạt. Tính năng cắt
gọt của vật liệu phụ thuộc vào kích thước hạt mài. Khi mài thơ dùng loại hạt có kích
thước lớn và ngược lại khi mài tinh dùng loại hạt có kích thước nhỏ. Hạt mài được
phân ra làm 3 nhóm:
- Nhóm thứ nhất gọi là hạt mài gồm các số hiệu: 200; 160; 125; 100; 80; 63; 50;
40; 32; 25; 20; 16.
- Nhóm thứ hai gọi là bột mài gồm các số hiệu: 12; 10; 8; 6; 5; 4; 3.
- Nhóm thứ ba gọi là phấn mài gồm các số hiệu: M40; M28; M20; M14; M7; M5.
Chất lượng của hạt mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố song quan trọng nhất là sự
đồng đều của các hạt.

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

Trang 18




1.1.3.4. Cấu trúc đá mài
Cấu trúc đá mài đặc trưng cho tổ chức bên trong của đá mài, nghĩa là quan hệ
giữa các thể tích của hạt mài, chất kết dính và khoảng trống của đá. Cơ sở để phân loại
đá mài theo cấu trúc là thể tích của hạt mài. Những đá mài có cùng một cấp cấu trúc
khi thể tích do các hạt mài chiếm chỗ là như nhau với mọi cấp độ cứng. Cấu trúc của
đá mài được chia thành 12 cấp từ 1÷12.
Đá mài có cấu trúc chặt, trong đó hạt mài được bố trí q mau, khoảng cách
giữa các hạt nhỏ, chủ yếu để mài bóng.

Đá mài có cấu trúc xốp, khoảng cách giữa các hạt lớn, thốt phoi tốt, vì vậy cho
phép nâng cao tốc độ cắt, nhưng khi đó đá lại kém bền.
Để tạo khoảng trống, khi chế tạo đá mài, người ta trộn các chất phụ gia (mùn
cưa, gỗ, than v.v…) vào hỗn hợp trước khi ép, khi thiêu kết các chất phụ gia sẽ cháy và
tạo thành các khoang rỗng.
1.1.3.5. Độ cứng của đá mài
Độ cứng của đá mài được hiểu là khả năng liên kết của các hạt mài bởi các chất
kết dính để chống bật hạt mài khỏi bề mặt đá dưới tác dụng của ngoại lực. Độ cứng
càng cao có nghĩa hạt mài càng khó tách rời khỏi bề mặt của đá, khả năng chịu lực
càng lớn, tuy nhiên khả năng tự mài sắc kém.
Độ cứng của đá mài phụ thuộc vào tỷ lệ, chất lượng chất dính kết, dạng vật liệu
hạt mài, quy trình cơng nghệ chế tạo đá mài. Độ cứng của đá mài ảnh hưởng đến năng
suất và chất lượng khi mài
Khi đá mài quá cứng thì khả năng tự mài sắc kém do đó đá mài mất hẳn tính
chất cắt gọt, ma sát giữa đá mài và bề mặt chi tiết gia công tăng nhanh, sẽ xuất hiện
cháy mài và nứt mài. Trong trường hợp này phải tiến hành sửa đá.
Khi mài bằng đá mài quá mềm, hạt mài sẽ bị tách vỡ khỏi bề mặt đá, nó khơng
kịp mịn, đá mài mịn hình học q nhanh, giảm năng suất gia cơng.

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

Trang 19




1.1.4. Chế độ mài
Chế độ mài là tập hợp giá trị của các thơng số mà qua đó có thể xác lập và thực
hiện được trọn vẹn một nguyên công mài. Chế độ mài bao gồm các thơng số có ảnh
hưởng trực tiếp đến chất lượng và giá thành của chi tiết gia cơng. Các thơng số đó bao

gồm: thơng số đá mài, chiều sâu cắt, lượng chạy dao, tốc độ phôi, tốc độ đá, thời gian
gia công và công suất cắt. Xác định chế độ mài là xác định giá trị của các thông số gia
công này. Để chi tiết đạt được yêu cầu kỹ thuật và giá thành cạnh tranh thì phải xác
định được chế độ mài hợp lý. Chế độ mài hợp lý là chế độ mài trên cơ sở đảm bảo yêu
cầu kỹ thuật của nguyên công, phát huy khả năng của máy, của thiết bị công nghệ và
dụng cụ cắt, đảm bảo năng suất lao động cao và giá thành hạ.
Như vậy, việc xác định chế độ cắt khi mài là quan trọng vì nó ảnh hưởng đến
chất lượng và giá thành của sản phẩm.
1.2. Giới thiệu về mài trịn ngồi
Gia cơng mài được chia thành nhiều dạng khác nhau trong đó mài trịn ngồi là
một dạng phổ biến. Mài trịn ngồi có thể gia cơng được các bề mặt trụ ngồi của các
chi triết trục hay chi tiết trịn xoay.
Mài trịn ngồi được biểu diễn trên hình 1.4.

Hình 1.4: Sơ đồ mài trịn ngồi

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

Trang 20




Q trình mài trịn ngồi bao gồm các chuyển động sau:
- Chuyển động quay tròn của đá mài (Vđ ): là chuyển động cắt chính
- Chuyển động quay trịn của chi tiết mài (Vct): đảm bảo mài hết chu vi chi tiết
- Chuyển động tịnh tiến của bàn máy (Sd): đảm bảo mài hết chiều dài chi tiết
- Chuyển động tịnh tiến của đá (Sn): đảm bảo mài hết chiều sâu cắt
Mài trịn ngồi bao gồm mài có tâm (hình 1.5) và mài khơng tâm (hình 1.6):
Mài có tâm là phương pháp mài trịn ngồi mà chi tiết được gá đặt vào 2 lỗ tâm

hoặc mâm cặp và lỗ tâm, nhờ đó có thể đảm bảo được độ đồng tâm của các bậc trục.
Mài có tâm có tính vạn năng cao, có thể mài rãnh, mài góc lượn, các mặt trụ có rãnh.

Hình 1.5: Mài trịn ngồi có tâm

Hình 1.6: Mài trịn ngồi khơng tâm
Mài khơng tâm là phương pháp mài tròn mà chi tiết được đặt tự do trên căn đỡ,
không được định vị bằng mũi tâm hay mâm cặp, căn đỡ thường có góc nghiêng 15o
hoặc 30o so với mặt cắt ngang. Khi mài không tâm, chi tiết nằm giữa hai đá mài, một đá

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

Trang 21




dẫn và một đá cắt, kim loại được bóc tách ra là nhờ sự dịch chuyển của đá dẫn hoặc
của đầu mài. Mài không tâm không mài được các bề mặt gián đoạn, có rãnh.
Cả mài có tâm và khơng tâm đều có thể thực hiện tiến dao dọc hoặc tiến dao
ngang, riêng mài có tâm có thể tiến dao nghiêng[10].
Mài trịn ngồi có tâm có 3 kiểu chạy dao đó là chạy dao dọc, chạy dao ngang
và chạy dao nghiêng. Mài trịn ngồi chạy dao dọc là dạng mài phổ biến hơn cả. Dạng
mài này thường dùng để gia cơng những trục dài, có độ cứng vững cao và đường kính
khơng q lớn. Nó đạt được độ chính xác cao và thích hợp với sản xuất loạt lớn và
hàng khối. Dưới đây giới thiệu một mơ hình mài trịn ngoài chạy dao dọc.
ĐẠI LƯỢNG VÀO

CÁC ĐẠI LƯỢNG XUẤT HIỆN
TRONG QUÁ TRÌNH MÀI

MÁY:
- Sơ đồ cắt khi mài
- Độ cứng vững của HTCN
PHƠI:
- Vật liệu
- Kích thước, H.Dáng hình học
ĐÁ MÀI:
- Cấu trúc đá, độ cứng, độ hạt
- Vật liệu hạt mài
- Vật liệu chất kết dính
- Topography của đá
CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ:
- Vđ, Vct, chiều sâu cắt t
- Lượng chạy dao S

ĐẠI LƯỢNG RA
CHẤT LƯỢNG
* Sai lệch HDHH

nđ

- Sai lệch kích thước
- Sai lệch vị trí tương quan

Sd

* Chất lượng BM chi tiết

nct

- Nhấp nhô bề mặt
- Vết cháy, vết gằn bề mặt
- Tổ chức lớp bề mắt
- Tính chất cơ lý lớp bề mặt

Lực cắt

+ Độ cứng tế vi
+ Chiều sâu lớp biến cứng

Nhiệt cắt

+ T/c lớp ứng suất dư bề mặt
TÍNH KINH TẾ

CHẾ ĐỘ TRƠN NGUỘI:
- Thành phần dung dịch
- Lưu lượng, áp lực tưới
- Phương pháp tưới

Trạng thái mòn
của đá

Rung động

- Giá thành
- Năng suất
- tuổi bền của đá

CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ:
- Chế độ sửa đá
- Dụng cụ sửa đá

Hình 1.7: Mơ hình mài trịn ngồi chạy dao dọc [11]
Qua mơ hình này cho thấy các yếu tố đầu vào - đại lượng vào, các yếu tố đầu ra
đại lượng ra và các yếu tố xuất hiện trong q trình mài đều có ảnh hưởng lớn đến chất
lượng sản phẩm, năng suất gia công và giá thành sản phẩm. Vì vậy, để tăng năng suất,

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

Trang 22




chất lượng sản phẩm mà giá thành hạ thì cần thiết phải lựa chọn, điều chỉnh, điều khiển
các yếu tố đại lượng vào, đại lượng ra và các yếu tố xuất hiện trong quá trình mài một
cách hợp lý.
1.3. Kết luận chương 1
- Gia công mài đã được sử dụng rộng rãi và có một vị trí quan trọng trong ngành
cơ khí chính xác. Mài thường được chọn là nguyên cơng gia cơng tinh lần cuối vì mài
đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt cao.
- Các đặc điểm và thơng số cơ bản của q trình mài như quá trình tạo phoi, đá
mài, chế độ mài đã được khảo sát.
- Chế độ mài là tập hợp giá trị của các thơng số mà qua đó có thể xác lập và thực
hiện được trọn vẹn một nguyên công mài. Các thơng số đó bao gồm các thơng số của
đá mài, chiều sâu cắt, lượng chạy dao, tốc độ phôi, tốc độ đá, thời gian gia công vv...
Việc xác định chế độ mài hợp lý là công việc rất quan trọng vì nó quyết định đến năng
suất và chất lượng của q trình gia cơng. Việc xác định chế độ mài (hay chế độ cắt khi

mài) của các nghiên cứu trước đây sẽ được khảo sát và đánh giá cụ thể trong chương 2.

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

Trang 23