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 oxit rất mỏng xuất hiện trên bề mặt vật liệu; lớp này mỏng đến
mức không thể thấy bằng mắt thường, có nghĩa là bề mặt kim loại vẫn sáng
bóng. Tuy nhiên, chúng lại hồn tồn khơng tác dụng với nước và khơng khí
nên bảo vệ được lớp thép bên dưới. Hiện tượng này gọi là sự oxi hoá chống gỉ
bằng kỹ thuật vật liệu. Có thể thấy hiện tượng này đối với một số kim loại
khác như ở nhôm và kẽm.
Bên cạnh crôm, niken cũng như mô-lip-đen và nitơ cũng có tính năng
oxi hố chống gỉ tương tự. Niken (Ni) là thành phần thông dụng để tăng
cường độ dẻo, dễ uốn, tính tạo hình của thép khơng gỉ. Mơ-lip-đen (Mo) làm
cho thép khơng gỉ có khả năng chịu ăn mịn cao trong mơi trường axit. Nitơ
(N) tạo ra sự ổn định cho thép không gỉ ở nhiệt độ âm (mơi trường lạnh).
Các đặc tính của nhóm thép khơng gỉ có thể được nhìn dưới góc độ so
sánh với họ thép cacbon thấp. Về mặt chung nhất, thép không gỉ có:
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

 15 



Tốc độ hóa bền rèn cao



Độ dẻo cao hơn, chịu mài mòn cao



Độ cứng thấp và độ bền cao



Độ bền nóng cao



Chống chịu ăn mịn cao



Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt



Phản ứng từ kém (chỉ với thép austenit)

Luận văn Thạc sĩ

Là thép chống ăn mịn hóa học cao, chống oxy hóa, chịu mài mòn cao
(thép này thường chế tạo bằng cách giảm hàm lượng cacbon và tăng hàm
lượng Crơm và Niken, có một số loại thêm thành phần Titan).
1.1.2. Phân loại, ký hiệu và ứng dụng
Thực tế có khoảng hơn 150 loại thép khơng gỉ có thành phần khác
nhau, mỗi loại được tạo ra để phục vụ các ứng dụng cụ thể. Sự tham gia khác
nhau của các thành phần crôm, niken, mô-lip-đen, ni tơ dẫn đến các cấu trúc
tinh thể khác nhau tạo ra tính chất cơ lý khác nhau của thép khơng gỉ.
Thép khơng gỉ có khả năng chống sự oxy hố và ăn mịn rất cao, tuy
nhiên sự lựa chọn đúng chủng loại và các thông số kỹ thuật của chúng để phù
hợp vào từng trường hợp cụ thể là rất quan trọng.
Thép khơng gỉ có những loại cơ bản sau:
Austenitic là loại thép không gỉ thông dụng nhất. Thuộc dịng này có
thể kể ra các mác thép SUS 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310s… Loại này
có chứa tối thiểu 7% ni ken, 16% crôm, carbon (C) 0.08% max. Thành phần
như vậy tạo ra cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn cao trong phạm vi
nhiệt độ khá rộng, không bị nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn, dễ hàn. Loai thép
này được sử dụng nhiều để làm đồ gia dụng, bình chứa, ống cơng nghiệp, tàu
thuyền cơng nghiệp, vỏ ngồi kiến trúc, các cơng trình xây dựng khác…
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

 16 

Luận văn Thạc sĩ

Ferritic là loại thép khơng gỉ có tính chất cơ lý tương tự thép mềm,
nhưng có khả năng chịu ăn mịn cao hơn thép mềm (thép carbon thấp). Thuộc
dịng này có thể kể ra các mác thép SUS 430, 410, 409... Loại này có chứa
khoảng 12% - 17% crơm. Loại này, với 12%Cr thường được ứng dụng nhiều
trong kiến trúc. Loại có chứa khoảng 17%Cr được sử dụng để làm thiết bị
dược phẩm, đồ gia dụng, nồi hơi, máy giặt, các kiến trúc trong nhà...
Austenitic-Ferritic (Duplex) Đây là loại thép có tính chất “ở giữa”
loại Ferritic và Austenitic có tên gọi chung là DUPLEX. Thuộc dịng này có
thể kể ra LDX 2101, SAF 2304, 2205, 253MA. Loại thép duplex có chứa
thành phần Ni ít hơn nhiều so với loại Austenitic. DUPLEX có đặc tính tiêu
biểu là độ bền chịu lực cao và độ mềm dẻo được sử dụng nhiều trong ngành
công nghiệp hoá dầu, thiết bị dược, sản xuất giấy, bột giấy, chế tạo tàu biển...
Trong tình hình giá thép khơng gỉ leo thang do ni ken khan hiếm thì dịng
DUPLEX đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn để thay thế cho một số
mác thép thuộc dòng thép Austenitic như SUS 304, 304L, 316, 316L, 310s…
Martensitic Loại này chứa khoảng 11% đến 13% Cr, có độ bền chịu
lực và độ cứng tốt, chịu ăn mòn ở mức độ tương đối. Được sử dụng nhiều để
chế tạo cánh tuabin, lưỡi dao...

1.1.3. Tính gia cơng của thép khơng gỉ
Thép khơng gỉ có tính dẻo cao nên rất khó khăn cho việc gia cơng bằng
cắt gọt. Cụ thể là khi gia công các loại thép này góc tạo phoi nhỏ, diện tích
tiếp xúc giữa mặt trước của dụng cụ cắt với phoi lớn, phát sinh nhiệt và lực
cắt lớn, ma sát khốc liệt; lượng vật liệu gia cơng bị biến dạng lớn từ đó cũng
phát sinh lực cắt và nhiệt cắt lớn trong quá trình gia cơng.
Khi gia cơng thép khơng gỉ, tính gia cơng bị ảnh hưởng lớn bởi những
đặc tính sau:
- Độ bền kéo tương đối cao
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

 17 

Luận văn Thạc sĩ

- Tính dẻo cao
- Mức độ bị biến cứng do biến dạng nguội lớn, đặc biệt là thép không gỉ austenit
Các nhân tố này giải thích cho xu hướng của vật liệu trong việc hình
thành lẹo dao trên dụng cụ cắt trong q trình gia cơng bằng các phương
pháp gia cơng truyền thống. Phoi được tách bỏ trong q trình gia cơng tác
động một áp lực lớn lên đầu dụng cụ, áp lực này khi kết hợp với nhiệt độ
cao tại vùng tiếp xúc giữa dao và phoi gây ra quá trình hàn áp lực của các
phần phoi lên dụng cụ. Thêm vào đó tính dẫn nhiệt thấp của thép khơng gỉ

đóng góp vào sự liên tục của lẹo dao.
Những khó khăn liên quan đến q trình gia cơng thép khơng gỉ có thể
giảm thiểu bằng quan sát những điểm sau:
Để tránh rung động, dụng cụ và đồ gá phải càng cứng vững càng tốt.
Phơi hay dao khơng nên có kết cấu không liên tục. Lời khuyên này được áp
dụng cho các loại dao tiện khoan và tarô.
Để tránh bị biến cứng bề mặt, chai cứng phôi, đặc biệt với loại thép
không gỉ austenit, phải duy trì bước tiến dương. Trong một số trường hợp nên
tăng bước tiến và giảm tốc độ. Nên tránh hiện tượng dừng, cắt không liên tục
hay tiến hành cắt các lớp mỏng liên tiếp.
Tốc độ cắt thấp hơn có thể là cần thiết, đặc biệt cho hợp kim austenit
tiêu chuẩn, thép khơng gỉ biến cứng bằng hố già ở nhiệt độ thấp
(precipitation hardening). Tốc độ cắt quá cao gây mịn hoặc hỏng dao và phải
dừng q trình để mài lại hay thay dao. Tốc độ cắt thấp hơn với tuổi bền dao
cao hơn thường cho năng suất cao hơn và giảm chi phí.
Dụng cụ, bằng cả thép gió và hợp kim cứng, phải sắc với bề mặt có độ
bóng cao để giảm ma sát với phoi. Lưỡi cắt sắc tạo ra chất lượng bề mặt cao
nhất và cho tuổi bền dao lớn nhất. Để tạo ra lưỡi cắt tót nhất trên thép khơng
gỉ, nên mài thơ bằng đá cỡ hạt 60 sau đó mài bóng bằng đã cỡ hạt 120 và 150.
Mài nghiền thậm chí cịn cho chất lượng bề mặt cao hơn.
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

 18 

Luận văn Thạc sĩ

Dung dịch trơn nguội phải được lựa chọn hay thay đổi để cho q trình
bơi trơn và làm nguội phù hợp. Dung dịch trơn nguội phải được đưa vào vùng
cắt với tốc độ phù hợp để tránh quá nhiệt.
1.2. Tổng quan về công nghệ mài, chất lƣợng bề mặt, lực và rung động
khi mài
1.2.1. Tổng quan về công nghệ mài
1.2.1.1. Đặc điểm của q trình mài
Mài là một phương pháp gia cơng cắt gọt tốc độ cao bằng một số lượng
lớn các lưỡi cắt rất bé của hạt mài. Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài
bằng chất dính kết.
So với các phương pháp gia công cắt gọt bằng các dụng cụ cắt có lưỡi
cắt xác định, mài có một số đặc điểm sau:
- Đá mài là dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt, gồm các
hạt mài được liên kết với nhau bằng chất dính kết. Các hạt mài có hình dáng rất
khác nhau, sự phân bố của chúng trong đá mài rất ngẫu nhiên nên các thơng số
hình học của lưỡi cắt thường khơng hợp lý, khơng thuận lợi cho q trình cắt.
Thường góc trước  < 0, góc sắc  > 900 và có bán kính  ở các lưỡi cắt.
- Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường V = 30 - 35 m/s hoặc có thể lớn
hơn 100 m/s. Tiết diện phoi mài ra rất bé.
- Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục, các hạt mài nằm tách biệt
trên mặt đá và cắt ra các phoi riêng biệt. Do đó có thể coi q trình mài là một
q trình cạo xước liên tục bề mặt gia công.
- Do tốc độ cắt cao, thơng số hình học của lưỡi cắt khơng hợp lý nên
nhiệt độ cắt khi mài rất cao, có thể đến 1000 - 15000 C.
- Các hạt mài có độ cứng, độ giòn cao, độ bền nhiệt cao nên nó có khả
năng gia cơng được các loại vật liệu có độ bền, độ cứng cao như: thép đã tơi,
hợp kim cứng, thép bền nhiệt .v.v.

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

 19 

Luận văn Thạc sĩ

- Các hạt mài có độ giịn cao nên trong q trình mài, đá mài có khả
năng tự mài sắc một phần.
- Do cấu trúc hình học tế vi bề mặt đá rất phức tạp, sự sắp xếp hạt mài,
sự tạo các lưỡi cắt trên hạt mài là ngẫu nhiên nên việc điều khiển q trình
mài gặp nhiều khó khăn.
Khi mài một phần phoi sẽ được dung dịch trơn nguội cuốn trôi, phần
còn lại chèn vào khe hở giữa các hạt mài và bị mắc lại ở đó làm giảm chiều
cao nhơ ra của các hạt mài. Sau một thời gian mài các hạt mài sẽ bị cùn dần
khả năng ăn sâu vào vật liệu gia cơng giảm do đó lực cắt tăng lên khả năng
cắt của đá bị suy giảm.
Quá trình mài 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 bóng bề mặt cao. Vì vậy mài
thường được dùng cho gia cơng tinh và thường được bố trí ở ngun cơng gia
cơng lần cuối trong quy trình cơng nghệ. Hiện nay phương pháp mài được sử
dụng khá phổ biến trong ngành chế tạo máy. Trong tổng số máy công cụ máy
mài chiếm khoảng 30%, còn trong một số ngành đặc biệt như chế tạo vịng bi
máy mài chiếm tới 60%.

Mài khơng chỉ dùng trong gia công tinh mà ngày nay được sử dụng
ngày càng nhiều ở nguyên công gia công phá, gia công thô và gia cơng những
loại vật liệu khó gia cơng. Độ chính xác, năng suất và chất lượng gia cơng địi
hỏi ngày một cao thì mài càng được quan tâm nghiên cứu và sử dụng rộng rãi.
1.2.1.2. Khả năng công nghệ của mài
Mài có thể gia cơng được hầu hết các dạng bề mặt: Mặt trụ ngoài, mặt
trụ trong, mặt phẳng, mặt định hình v.v....
Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh ĐứcSn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

nct

nd viên: Phạm Ngọc Duy
Học



 20 

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

nd
nct

V
b)

nd

Sn
nct

c)

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

Học viên: Phạm Ngọc Duy



 21 

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

Sx
nd

nct

d)
n®
n ®d
n ct

v®d vr

vs


nct

e)
Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý các phương pháp mài trịn ngồi
a,b-Mài có tâm chạy dao dọc
c- Mài có tâm chạy dao ngang
d- Mài có tâm chạy dao xiên
e- Mài khơng tâm chạy dao dọc
Sn
n ht

Sn
n®

n ct

n®
Sd

Sd

a)
n ct

n ®d

Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức

® Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trungntâm

b)
Học viên: Phạm Ngọc Duy



 22 

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

Sd

d)
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn trong
a,b- Mài trịn trong có tâm; c- Mài khơng tâm lỗ trụ; d- Mài khơng tâm lỗ cơn
Sn
Sd
Sn
n®
nd®
Sd
nd®

Vb

nb

a

n®

b

n®

Sn

Sn

Vb
nb
d)
b

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

Học viên: Phạm Ngọc Duy



 23 

Trường Đại học KTCN

Luận văn Thạc sĩ

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng
a, b- Mài phẳng bằng chu vi đá
c, d, e- Mài phẳng bằng mặt đầu đá
Ngồi ra mài cịn có khả năng gia cơng được những chi tiết khó định vị
và kẹp chặt như: Xéc măng, viên bi v.v....(hình 1.3e).
Mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao: Khi mài
tinh có thể đạt cấp chính xác 5 - 6, nhám bề mặt Ra=0,1 - 0,2 m. Mài có khả
năng gia cơng được hầu hết các loại vật liệu nhất là các loại vật liệu mới có cơ
lý tính cao (độ bền, độ cứng, độ chịu nhiệt, chịu mài mịn). Lĩnh vực ứng
dụng khác mà khơng có phương pháp nào cạnh tranh được với mài là trong
gia cơng tạo hình các loại vật liệu đặc biệt cứng hoặc đặc biệt giịn.Trong sản
xuất các chi tiết thép tơi như dụng cụ cắt, ổ lăn… mài có thể gia công khá dễ
dàng trong khi các phương pháp gia công truyền thống khác gặp khó khăn. Vì
vậy mài ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng.
1.2.1.3. Quá trình tạo phoi khi mài
Các hạt mài có độ cứng tế vi cao hơn nhiều so với độ cứng của vật liệu
chi tiết gia cơng. Các hạt mài có đặc điểm là rất giịn nên trong q trình cắt,
chúng thường vỡ vụn thành nhiều mảnh có hình dáng bất kỳ và nhiều cạnh
sắc. Các hạt mài được phân bố trong chất dính kết ngẫu nhiên. Do có nhiều

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

 24 

Luận văn Thạc sĩ

lưỡi cắt có hình dáng bất ký và các lưỡi cắt ln thay đổi trong quá trình mài
nên việc theo dõi hình dáng của từng lưỡi cắt phải mất rất nhiều công sức.
Để có thể hiểu được hình dáng của một lưỡi cắt, chúng ta cần xác định
mặt cắt của dao bằng thống kê. Sau đó mơ tả hình dáng, kích thước của hạt
mài một cách trung bình. Trên hình 1.4 là hai mặt cắt đặc trương của hạt mài.

Hình 1.4 Các dạng có thể có của lưỡi cắt
Hình 1.4a mơ tả mặt cắt trung bình của lưỡi cắt tương tự khi gia cơng
bằng dao có lưỡi cắt xác định (tiện, phay…). Lưỡi cắt có hình dạng là cung
trịn có bán kính  cắt với chiều dày cắt phoi a z .
Độ sắc của lưỡi s - được định nghĩa như sau: s 

az

(1.1)



Các dạng có thể có của lưỡi cắt:
Dạng I: Giống với dạng lưỡi cắt của dụng cụ có lưỡi cắt xác định với
góc trước  ; góc sau  (hình 1.4b).
Dạng II: Trên đỉnh lưỡi cắt có diện tích mịn  m với chiều dài trung bình
của diện tích mịn là Lm . Có thể coi diện tích mịn là một phần của mặt sau và ma
sát của mặt này tương tự ma sát trên mặt sau của dao tiện (hình 1.4c).
Các nghiên cứu đều cho rằng, các lưỡi cắt chỉ bền vững khi   0 .

Thường  có thể đặt đến giá trị  80 .
Q trình tạo phoi khi mài được mơ tả trên hình 1.5.
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

 25 

Luận văn Thạc sĩ

Hình 1.5 Q trình tạo phoi khi mài
Do mũi dao có bán kính  và do góc ăn tới của lưỡi cắt  nhỏ nên giai
đoạn đầu không tạo phoi mà vật liệu gia công bị biến dạng đàn hồi, biến dạng
dẻo, bị đẩy sang hai bên của lưỡi cắt hoặc chảy qua mặt dưới của lưỡi cắt
sang mặt sau của hạt mài.
Khi lưỡi cắt tiếp tục ăn sâu vào chi tiết thì chiều dày phoi a z tương ứng
với chiều sâu vết cắt t và lúc này bắt đầu tạo phoi. Tiếp theo là quá trình tạo
phoi, dồn ép kim loại gây biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi xảy ra đồng thời.
Do vậy chiều dày phoi thực tế a z ' nhỏ hơn chiều sâu cắt thực tế t .
Các nghiên cứu cho thấy rằng a z ' , t phụ thuộc vào hình dáng hình học
của lưỡi cắt, vào góc tác dụng  , vào vận tốc cắt v d . Ngồi ra a z ' cịn phụ
thuộc vào các yếu tố khác như: các thành phần của lực cắt, vào cơ lý tính của
vật liệu gia cơng. Khi lưỡi cắt bị mịn (  lớn), góc  nhỏ thì biến dạng vật
liệu tăng lên mặc dù t lớn nhưng a z ' vẫn nhỏ. Khi tăng vc có ma sát giữa lưỡi
cắt và bề mặt mài thì a z ' tăng.

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

Học viên: Phạm Ngọc Duy