(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài lỗ nhỏ vật liệu 9XC qua tôi​

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
-------------------------------------------TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-------------------------------------------TẠ VIỆT CƯỜNG
TẠ VIỆT CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LOẠI DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI ĐẾN
CHẤT
LƯỢNG
BỀ ẢNH
MẶT HƯỞNG
GIA CÔNG
KHILOẠI
MÀIDUNG
LỖ NHỎ
VẬT
LIỆU NGUỘI
9XC
NGHIÊN
CỨU
CỦA
DỊCH
TRƠN
QUA
TÔI.
ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
GIA
CÔNG KHI MÀI LỖ NHỎ VẬT LIỆU

9XC QUA TÔI.
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃNGÀNH
SỐ: 60520103
CHUYÊN
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 60520103

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS
VŨ NGỌC
NGƯỜI
HƯỚNG
DẪN PI
KHOA HỌC
PGS.TS VŨ NGỌC PI
Thái Nguyên, năm 201

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệuNguyên,
– ĐHTN
Thái
năm 2016


ii

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan những kết quả có được trong luận văn là do bản thân tôi
thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Vũ Ngọc Pi và NCS. Lê Xn
Hưng. Ngồi thơng tin trích dẫn từ các tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các
kết quả và số liệu thực nghiệm là do tôi thực hiện và chưa được công bố trong bất
cứ công trình nào khác.
Thái Nguyên, tháng 5 năm 2016
Tác giả

Tạ Việt Cường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




iii

LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn khoa học, thầy
giáo - PGS.TS. Vũ Ngọc Pi đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện
giúp đỡ tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu này.
Tơi xin chân thành cảm ơn NCS. Lê Xuân Hưng - Trường Đại học kỹ thuật
công nghiệp, đã giúp đỡ tôi trong việc lắp đặt các thiết bị và thực hiện thí nghiệm
cho đề tài này.
Tơi xin cảm ơn các cô, chú đang làm việc tại xưởng cơ khí chính xác Thái Hà
đã tạo điều kiện về máy móc, trang thiết bị thí nghiệm giúp thực hiện q trình thực
nghiệm được thuận lợi.
Tơi xin cám ơn Ban giám hiệu trường Cao đẳng kinh tế - kỹ thuật Vĩnh Phúc
đã tạo điều kiện để tôi được tham gia và hồn thành khóa học này.
Tơi xin chân thành cảm ơn sự động viên khích lệ của gia đình, bạn bè, đồng

nghiệp trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn.
Thái Nguyên, tháng 5 năm 2016
Tác giả

Tạ Việt Cường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.....................................................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................. ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU .....................................................................................4
1.1. Giới thiệu về mài và mài lỗ ..............................................................................4
1.1.1. Khả năng cơng nghệ của mài. ..................................................................5
1.1.2. Đặc điểm của q trình mài lỗ. ................................................................7
1.1.3. Vai trò của mài và mài lỗ trong công nghiệp ...........................................8
1.2. Ảnh hưởng của nhiệt cắt khi mài ......................................................................8
1.3. Tưới nguội khi mài .........................................................................................11
1.3.1. Vai trò của dung dịch trơn nguội khi mài ..............................................11
1.3.2. Các đặc tính của dung dịch trơn nguội ..................................................12
1.3.3.Phân loại dung dịch trơn nguội...............................................................13

1.3.4. Các phương pháp bôi trơn – làm nguội khi mài ....................................16
1.4. Kết luận chương 1 ..........................................................................................18
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI
KHI MÀI .................................................................................................................19
2.1. Các nghiên cứu trong nước .............................................................................19
2.2. Các nghiên cứu của các tác giả nước ngoài ....................................................25
2.3. Kết luận chương 2 ..........................................................................................35
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA LOẠI
DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG
KHI MÀI LỖ NHỎ VẬT LIỆU 9XC QUA TƠI..................................................37
3.1. Mục đích thí nghiệm .......................................................................................37

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




v

3.2. Hệ thống thí nghiệm .......................................................................................37
3.2.1. Máy .......................................................................................................37
3.2.2. Mẫu thí nghiệm và đồ gá ......................................................................38
3.2.3. Sơ đồ thí nghiệm ...................................................................................38
3.2.4. Thiết bị đo.............................................................................................39
3.2.5. Dung dịch tưới nguội ...........................................................................40
3.2.6. Đá mài ..................................................................................................40
3.2.7. Chế độ cơng nghệ .................................................................................41
3.3. Tiến trình thí nghiệm ......................................................................................41
3.4. Thực hiện và xử lý kết quả thí nghiệm ...........................................................44
3.4.1. Với dầu Emunsion ................................................................................44

3.4.2. Với dầu Avantin 300 .............................................................................49
3.4.3. Với nước ..............................................................................................54
3.5. Thảo luận kết quả............................................................................................55
3.5.1. Đối với dung dịch Emunsion ................................................................55
3.5.2. Đối với dung dịch Avantin 300 ............................................................55
3.5.3. Đối với nước .........................................................................................56
3.6. Kết luận chương 3 ...........................................................................................56
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .....................58
Kết luận chung: ......................................................................................................58
Hướng nghiên cứu tiếp theo ..................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý các phương pháp mài trịn ngồi[5] ..................................5
Hình 1.2 Sơ đồ ngun lý mài trịn trong[17] ............................................................6
Hình 1.3 Sơ đồ ngun lý các phương pháp mài phẳng[17]......................................6
Hình 1.4. Mài lỗ có tâm[18] ........................................................................................7
Hình 1.5. Đồ thị bão hịa nhiệt cắt khi mài thép 12XH4A bằng đá Ctr25MV1K [5] ......9
Hình 1.6. Sơ đồ tưới nguội thơng dụng trên máy mài [7]. ........................................17
Hình 2.1 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt gia công
khi mài bằng đá Al2O3 và CBN [9]. ..........................................................................20
Hình 2.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhám bề mặt mài [14]. ..........21
Hình 2.3. Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương [14]................................22

Hình 2.4: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến độ nhám bề mặt mài đối với
dầu Caltex Aquatex 3180.[4] ....................................................................................23
Hình 2.5: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi mài khi dùng
dầu AVANTIN361I.[4] .............................................................................................23
Hình 2.6: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi mài khi dùng
dầu AVANTIN 300.[4] .............................................................................................24
Hình 2.7. Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi dùng dầu
JP.Way[4] ..................................................................................................................24
Hình 2.8 Độ nhám bề mặt gia công khi sử dụng các phương pháp bơi trơn làm
nguội khác nhau [10]. ................................................................................................25
Hình 2.9. Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới nguội đến độ
nhám bề mặt mài [11]. ..............................................................................................26
Hình 2.10. Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với các loại dung dịch trơn nguội
khác nhau [12]. ..........................................................................................................27
Hình 2.11. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn
nguội 3,5 m/s [15]. ....................................................................................................29

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




vii

Hình 2.12. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn
nguội 10 m/s [15]. .....................................................................................................29
Hình 2.13. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn
nguội 15,4 m/s [15]. ..................................................................................................30
Hình 2.14. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ dung dịch trơn
nguội 3,5 m/s [15]. ....................................................................................................30

Hình 2.15. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ dung dịch trơn
nguội 10 m/s [15]. .....................................................................................................30
Hình 2.16. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s; tốc độ dung dịch
trơn nguội 16 m/s [15] .................................................................................. 31
Hình 2.17. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng bề mặt mài [3]...31
Hình 2.18. Ứng suất dư bề mặt mài bằng đá CBN khi sử dụng các loại dung dịch
tưới nguội và áp suất khác nhau [11]. .......................................................................32
Hình 2.19. Ứng suất dư với các loại dung dịch trơn nguội khi mài bằng đá CBN và
Al2O3 [12]. ...............................................................................................................33
Hình 2.20. Ứng suất dư bề mặt mài với lưu lượng tưới nguội khác nhau [1]. .........34
Hình 2.21. Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt
khi mài bằng đá Al2O3 và đá CBN [2]. ....................................................................35
Hình 3.1. Máy mài MT-450I .....................................................................................37
Hình 3.2. Mẫu thí nghiệm .........................................................................................38
Hình 3.3.a) Sơ đồ thí nghiệm ....................................................................................38
Hình 3.3. b) Ảnh chụp sơ đồ thí nghiệm……………………………………...........39
Hình 3.4. Hình ảnh máy đo nhám SRT-200 .............................................................40
Hình 3.5. Đá mài .......................................................................................................41
Hình 3.6. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm ...................................................................43
Hình 3.7. Phân tích kết quả thí nghiệm khi sử dụng dung dịch Emunsion ...............47
Hình 3.8. Đồ thị đường mức .....................................................................................48
Hình 3.9. Đồ thị bề mặt chỉ tiêu ................................................................................48
Hình 3.10. Đồ thị tối ưu ............................................................................................49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




viii

Hình 3.11. Số liệu kết quả tối ưu ..............................................................................49
Hình 3.12. Phân tích kết quả thí nghiệm khi sử dụng dung dịch Avantin 300 .........51
Hình 3.13. Đồ thị đường mức ...................................................................................52
Hình 3.14. Đồ thị bề mặt chỉ tiêu ..............................................................................53
Hình 3.15. Đồ thị tối ưu ............................................................................................53
Hình 3.16. Số liệu kết quả tối ưu ..............................................................................53
Hình 3.17. Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng tưới nguội đến chất lượng bề mặt ......54

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Hệ số truyền nhiệt (λ) của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim [5]……..10
Bảng 2.1. Trị số độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN [9]. ......19
Bảng 2.2. Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai môi trường
làm mát [13]. ..........................................................................................................28
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của mẫu thí nghiệm 9XC ........................................38
Bảng 3.2. Giá trị mã hóa tại các điểm thí nghiệm .....................................................43
Bảng 3.3. Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch trơn nguội Emunsion ...44
Bảng 3.4. Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch trơn nguội
Avantin 300……………………………………………………………………49
Bảng 3.5. Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch tưới nguội là nước........54

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong các phương pháp gia cơng cơ khí, gia cơng mài được sử dụng khá
rộng rãi khi có yêu cầu cao về độ chính xác và độ bóng bề mặt. Chính vì vậy,
phương pháp gia cơng này chiếm vị trí quan trọng trong gia cơng cơ khí. Cũng vì
thế, cho đến nay có rất nhiều nghiên cứu về quá trình mài. Cụ thể như sau:
Các vấn đề về mài như năng suất, chế độ cắt, chất lượng bề mặt, đường kính
đá, tuổi bền của đá và chế độ sửa đá…đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và
tìm hiểu. Cụ thể: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề
mặt gia công khi mài thép không gỉ 3X13 đã được nghiên cứu trong [14]. Ảnh
hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt khi mài phẳng đã được
nghiện cứu trong [4] . Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng bề mặt
đã được nghiên cứu trong [3]. Ảnh hưởng của áp lực tưới nguội đến ứng suất dư lớp
bề mặt cũng đã được nói tới trong tài liệu [11].
Trên thực tế, tốc độ cắt khi mài thường khá cao (thường ≥ 30m/s, mài cao tốc có
thể tới 120 m/s hoặc cao hơn). Do góc cắt của các hạt mài khơng hợp lý, tốc độ cắt
cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000 ÷ 1500°C) làm thay đổi cấu trúc
tế vi lớp kim loại bề mặt và giảm khả năng làm việc của chi tiết máy. Việc sử dụng
dung dịch trơn nguội hợp lý có tác dụng lớn trong việc giảm ma sát và nhiệt cắt qua
đó nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của nguyên công mài. Do vậy, vấn đề nhiệt
khi mài và bôi trơn làm mát quá trình mài đã và đang là đối tượng của nhiều nghiên
cứu. Cụ thể như sau: Các loại dung dịch trơn nguội, các phương pháp tưới nguội và
ảnh hưởng của loại chất bôi trơn, thành phần của dung dịch và chế độ bôi trơn làm
mát đến chất lượng mài đã được nghiên cứu [9], [12]. Các hiệu ứng làm mát trong

mài với chất làm mát dạng sương mù đã được tối ưu hóa [10-11], [13]. Tuy nhiên,
các nghiên cứu trên chủ yếu tập trung cho mài trịn ngồi và mài phẳng và chưa có
nghiên cứu cho mài lỗ thép 9XC qua tơi.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




2

Trên cơ sở phân tích nêu trên, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng
của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài lỗ nhỏ
vật liệu 9XC qua tôi”.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
Những nghiên cứu về ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng
bề mặt gia công khi mài lỗ chưa nhiều. Hầu hết các ngun cơng mài đề có ứng
dụng cơng nghệ trơn nguội, và có khá nhiều loại dung dịch trơn nguội thông dụng
khác nhau được sử dụng trong thực tế sản suất. Kết quả nghiên cứu của đề tài góp
phần định hướng cho việc lựa chọn loại dung dịch trơn nguội và chế độ tưới nguội
hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài lỗ nhỏ bằng đá mài Hải
Dương.
Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng khi mài các bề mặt lỗ của chi tiết máy có
kích thước nhỏ (ϕ 9) vật liệu 9XC qua tôi và sử dụng để tham khảo khi mài các mác
thép khác nhau.
3. Mục tiêu của nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt
gia công khi mài lỗ nhỏ (ϕ 9) vật liệu 9XC qua tơi. Qua đó lựa chọn được loại dung
dịch trơn nguội và chế độ tưới nguội hợp lý để nâng cao chất lượng bề mặt gia công
khi mài lỗ nhỏ vật liệu 9XC qua tôi.

4. Kết quả đạt được
- Xác định được ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề
mặt khi mài lỗ nhỏ vật liệu 9XC qua tơi, đưa ra được phương trình hồi quy cho từng
loại dung dịch.
- Đề xuất được loại dung dịch trơn nguội và chế độ tưới nguội hợp lý khi mài
lỗ nhỏ vật liệu 9XC qua tôi nhằm nâng cao chất lượng bề mặt.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




3

6. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần giới thiệu và phần kết luận chung, luận văn được chia thành 3
chương với các nội dung như sau:
Chương 1: Giới thiệu về mài
Chương 2: Tổng quan về sử dụng dung dịch trơn nguội khi mài
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến
chất lượng bề mặt gia công khi mài lỗ nhỏ vật liệu 9XC qua tôi.
Các kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong phần cuối
cùng của luận văn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

4

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu về mài và mài lỗ
Mài là một phương pháp gia công 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 thông số hình học
của lưỡi cắt thường khơng hợp lý, khơng thuận lợi cho q trình cắt. Thường góc
trước γ < 0, góc sắc φ > 900 và có bán kính p 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 khơng liên tục, các hạt mài nằm tách biệt trên mặt đá
và cắt ra các phoi riêng biệt. Do đó có thể coi quá trình mài là một quá trình cạo xước
liên tục bề mặt gia cơng.
-Do tốc độ cắt cao, thơng số hình học của lưỡi cắt không hợp lý nên nhiệt độ
cắt khi mài rất cao, có thể đến 1000 - 1500° C.
-Các hạt mài có độ cứng, độ giịn 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 tôi, hợp kim cứng,
thép bền nhiệt .v.v.
-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.
Q 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 công 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




5

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 vòng bi máy mài chiếm tới 60%.
Mài không 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 công 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.
1.1.1. Khả năng cơng nghệ của mài.
Mài có thể gia công được hầu hết các dạng bề mặt: Mặt trụ ngồi, mặt trụ trong, mặt
phẳng, mặt định hình v.v....

e
Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý các phương pháp mài trịn ngồi [5]
a,b-Mài có tâm chạy dao dọc
d- Mài có tâm chạy dao xiên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

c- Mài có tâm chạy dao ngang
e- Mài vơ tâm chạy dao dọc

6

Hình 1.2 Sơ đồ ngun lý mài trịn trong[17]

e

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng[17]
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).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




7

Mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao: Khi mài tinh
có thể đạt độ chính xác kích thước cấp 6 - 7, nhám bề mặt Ra=0,1 - 0,2 µm. Mài có
khả năng gia công 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 mòn). 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 giòn.Trong sản xuất các chi tiết thép tôi
như dụng cụ cắt, ổ lăn… mài có thể gia cơng 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.
1.1.2. Đặc điểm của quá trình mài lỗ.
Khi mài mặt trụ trong thì đường kính của đá mài phải nhỏ hơn đường kính
của lỗ mài. Thường chọn đường kính đá bằng 0,7÷ 0,9 đường kính lỗ cần mài. Mài
mặt trụ trong cũng được tiến hành bằng hai phương pháp đó là mài có tâm và mài
vơ tâm. Cụ thể trong nghiên cứu này ta sẽ sử dụng phương pháp mài có tâm là
phương pháp thường dùng và phổ biến hơn cả.

Chi tiế
t
Đámà
i

a)

b)

Hình 1.4. Mài lỗ có tâm[18]
a. Sơ đồ mài ; b. Ảnh chụp mài lỗ
Mài lỗ có tâm có hai cách gá đặt chi tiết. Cách thứ nhất là chi tiết được kẹp chặt
trên mâm cặp và quay tròn, trục đá cũng quay tròn là chuyển động chính và thực hiện
cả chuyển động chạy dao dọc hoặc chuyển động chạy dao ngang. Phương pháp gá đặt
này thường dùng để mài chi tiết nhỏ, các mặt tròn xoay, các vật dễ gá trên mâm cặp.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

8

Phương pháp thứ hai là chi tiết đươc gá cố định trên bàn máy. Trục mang đá
thực hiện tất cả các chuyển động gồm: chuyển động quay tròn của đá, chuyển động
chạy dao dọc hoặc ngang và chuyển đông hành trình của đá xung quanh tâm lỗ gia
cơng để cắt hết bề mặt chu vi lỗ. Thực chất chuyển động hành trình của đá ở
phương pháp thứ hai là thay cho chuyển động quay trịn của chi tiết gia cơng của
phương pháp thứ nhất. Phương pháp thứ hai này thuận tiện khi gia công các chi tiết
lớn như: thân động cơ, các loại hộp, các chi tiết cồng kềnh.
Dựa vào điều kiện thực tế và kích thước chi tiết gia công ta sử dụng cách thứ
nhất để gia công trong nghiên cứu.
1.1.3. Vai trò của mài và mài lỗ trong cơng nghiệp
Q trình mài đã xuất hiện từ lâu; bằng mài có thể gia cơng được vật liệu có
độ bền và độ cứng cao, cho độ chính xác kích thước (cấp 6-7), độ nhẵn bề mặt cao
(nhám bề mặt đạt cấp 7-8 và cao hơn). Chất lượng lớp bề mặt tốt.
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và của ngành
chế tạo máy nói riêng, ngày càng có nhiều loại vật liệu mới ra đời đáp ứng các yêu
cầu ngày càng cao về cơ lí tính và các tính chất đặc biệt khác, tính gia cơng của
các loại vật liệu này rất thấp (khó gia cơng), đồng thời các chi tiết có u cầu
ngày càng cao về chất lượng và độ chính xác. Do vậy, phạm vi sử dụng của
phương pháp mài ngày càng được mở rộng. Trong ngành chế tạo máy hiện đại,
mài chiếm một tỷ lệ rất lớn, máy mài chiếm khoảng 30% tổng số máy cắt kim
loại. Đặc biệt là trong ngành chế tạo ổ bi, ngun cơng mài chiếm khoảng 60%
tồn bộ quy trình cơng nghệ.
1.2. Ảnh hưởng của nhiệt cắt khi mài
Trong quá trình mài nhiệt độ phát sinh rất lớn, ở vùng tiếp xúc giữa đá và vật
mài, nhiệt độ có thể lên tới 1000 ÷ 1500 oC. Thời gian tác dụng để phát sinh nhiệt
rất ngắn từ 1.10-4 đến 5.10-6 giây, sau đó nhiệt độ lại giảm xuống nhanh chóng, vì
vậy gây ra rất nhiều tác động đến vật mài như thay đổi cấu trúc của lớp bề mặt,
giảm độ cứng, cháy nứt, biến dạng, ….

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




9

Hình 1.5. Đồ thị bão hịa nhiệt cắt khi mài thép 12XH4A
bằng đá Ctr25MV1K [5]
Sau một thời gian mài, nhiệt độ của vùng mài đạt đến một trị số bão hòa
nhiệt. Người ta đã đo được thời gian bão hòa nhiệt T = 0,012÷0,015s. Nhiều thí
nghiệm cho thấy rằng sau thời gian bão hịa nhiệt thì nhiệt độ mài hầu như khơng
tăng nữa.
Nhiệt độ bão hịa phụ thuộc vào vật liệu gia công, chế độ mài, công nghệ
tưới nguội và điều kiện cơng nghệ.
Nhiệt độ mài Tm có thể xác định theo cơng thức sau [5], [7]:
1.1

Trong đó:
k - hệ số thực nghiệm.
µ- hệ số ma sát giữa đá và vật liệu gia công.
p - áp lực riêng ở vùng tiếp xúc (kg/m2).
l - chiều dài tiếp xúc (cm).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

10

υd- tốc độ đá mài (m/ph).
λ - hệ số truyền nhiệt của vật liệu gia công (Kcal/cm.g. độ).
γ - khối lượng riêng của vật liệu gia công.
c - nhiệt dung của vật liệu gia cơng.
Phương trình (1.1) cho thấy nhiệt độ mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
chế độ cắt, vật liệu gia công, vật liệu hạt mài, chất dính kết, độ xốp của đá mài,
dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội.
Khác với các phương pháp cắt gọt khác, khi mài bằng đá thường nhiệt độ
mài chủ yếu truyền vào chi tiết gia cơng (65%÷84%), phần cịn lại truyền vào đá
mài (11%÷12%), vào dung dịch trơn nguội (4% ÷13%) và vào phoi khơng đáng kể
(3%÷7%) [5]
Mỗi loại vật liệu có hệ số truyền nhiệt khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ
các nguyên tố hợp kim trong vật liệu. Những loại thép có nhiều nguyên tố hợp kim và
hàm lượng cao thì hệ số truyền nhiệt thấp (bảng 2.1). Những vật liệu này khi mài
nhiệt tỏa ra chậm làm cho nhiệt độ vùng mài tăng cao, bề mặt mài dễ bị cháy và nứt.
Bảng 1.1. Hệ số truyền nhiệt (λ) của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng
nguyên tố hợp kim [5].
Hàm lượng nguyên tố hợp kim

λ

2 % Cr

0,025

12 % Cr

0,050

18 % w

0,070

2 % Mn

0,078

1,1 % C

0,102

Để giảm nhiệt độ mài có thể dùng các biện pháp sau:
- Giảm vận tốc cắt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




11

- Dùng dung dịch trơn nguội và các biện pháp tưới nguội tiên tiến.
- Sử dụng những loại đá mài có bề mặt làm việc khơng liên tục, đá mài
độ xốp cao.
- Khơng mài khi đá q mịn. Dùng những vật liệu hạt mài có khả năng cắt
gọt cao.
1.3. Tưới nguội khi mài
1.3.1. Vai trò của dung dịch trơn nguội khi mài

1.3.1.1.Vai trị bơi trơn
Nhiệt phát sinh do biến dạng dẻo kim loại, do ma sát giữa phoi và bề mặt
dụng cụ. Biến dạng dẻo kim loại xảy ra dọc theo mặt phẳng cắt. Việc giảm chiều dài
mặt phẳng cắt sẽ làm giảm lượng nhiệt phát sinh. Phương pháp duy nhất được biết
để làm giảm chiều dài mặt phẳng cắt đối với hình dạng đã cho của dụng cụ cắt và
vật liệu gia công là giảm ma sát giữa phoi và bề mặt dụng cụ. Khi sử dụng dung
dịch trơn nguội, tác dụng bôi trơn của dung dịch được thấy rõ trong những khía
cạnh sau[6]:
- Giảm ma sát giữa mặt sau của phoi với mặt trước của dao.
- Giảm ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt đang gia công.
- Do giảm ma sát ở mặt trước và mặt sau của dụng cụ nên lượng mòn của dụng
cụ giảm dẫn đến tuổi bền tăng.
- Các phần tử của dung dịch trơn nguội bao quanh các phần tử của phoi làm
cản trở sự dính, giúp phoi thốt ra khỏi khu vực cắt dễ dàng.
Ngồi ra tính bơi trơn của dung dịch trơn nguội gắn liền với khả năng xâm
nhập của dung dịch vào những vết nứt tế vi, làm giảm lực liên kết giữa các nguyên
tử khiến cho lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt được dễ dàng hơn.
1.3.1.2.Vai trò làm nguội
Tác dụng làm nguội của dung dịch trơn nguội bao gồm[6]:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




12

- Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt để giảm nhiệt độ trên dụng cụ cắt và trên chi tiết
gia công.
- Đảm bảo nhiệt độ của môi trường thấp và ổn định.

- Giảm khả năng biến dạng nhiệt của chi tiết trong q trình gia cơng.
- Giảm mức độ biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt do đó tăng độ chính xác gia
công và nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt.
1.3.1.3.Vai trò làm sạch thiết bị và bề mặt gia công
Tác dụng làm sạch thiết bị của dung dịch trơn nguội bao gồm[6]:
- Dòng dung dịch trơn nguội đẩy các vụn kim loại ra khỏi thiết bị (sống trượt,
khe hở ở bàn máy,…) qua đó làm giảm q trình mài mòn của thiết bị.
- Làm sạch bề mặt đá mài, tăng hiệu quả cắt gọt cho đá.
- Nâng cao tác dụng bảo vệ bề mặt chi tiết gia công, hạn chế rỉ sét.
- Giảm lượng bụi trong khu vực gia cơng.
Ngồi các tác dụng như trên thì dung dịch trơn nguội cũng có nhược điểm:
- Tăng ơ nhiễm mơi trường và có thể ảnh hưởng đến sức khỏe người
lao động.
- Tăng chi phí gia cơng và chi phí xử lý dung dịch sau khi sử dụng.
1.3.2. Các đặc tính của dung dịch trơn nguội
Để sử dụng dung dịch trơn nguội một cách hiệu quả, dung dịch phải có các
đặc tính sau [6]:
- Khả năng làm nguội tốt: để giảm nhiệt độ cắt gọt, tăng năng suất và tuổi
bền dụng cụ cắt, cải thiện độ chính xác kích thước.
- Chất lượng bơi trơn tốt: để tránh kim loại dính bám vào lưỡi cắt và hình
thành biên tích tụ nén ép, điều này làm giảm độ bóng bề mặt gia cơng và tuổi bền
dụng cụ cắt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




13

- Chống rỉ sét: ngăn chặn sự rỉ sét, ăn mịn hóa học trên chi tiết gia cơng, trên
dụng cụ cắt hoặc trên máy.
- Tính ổn định (lâu dài): có tính ổn định cao trong q trình bảo quản và sử dụng.
- Chống xuống cấp: chậm xuống cấp hoặc ôi thiu khi sử dụng.
- Không độc hại: không gây tác hại da tay cho công nhân vận hành máy.
- Trong suốt: để người vận hành dễ dàng quan sát chi tiết trong khi gia công.
- Độ nhớt tương đối thấp: để phoi và tạp chất dễ dàng lắng xuống đáy bể.
- Khơng cháy: để tránh bốc cháy và tránh nổ.
Ngồi ra dung dịch trơn nguội phải khơng tạo khói, khơng tạo thành keo
lắng đọng gây tắc nghẽn hệ thống tuần hoàn dung dịch, giá thành dung dịch trơn
nguội phải thỏa mãn đồng thời hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong từng nguyên
công gia công cắt gọt cụ thể.
1.3.3.Phân loại dung dịch trơn nguội
Dung dịch trơn nguội được phân loại theo hai chỉ tiêu [6]:
- Theo tác dụng chính của dung dịch có thể phân làm ba nhóm: Nhóm có tác
dụng làm lạnh (các dung dịch chất điện ly), nhóm có tác dụng làm lạnh và một phần
bơi trơn (dung dịch nước xà phịng, dung dịch emulsion), nhóm có tác dụng bôi trơn
và một phần làm lạnh (các chất dầu).
- Theo đặc tính sử dụng của dung dịch có thể phân làm ba nhóm: Dầu cắt
gọt, dầu hịa tan, dung dịch cắt gọt hóa học.
Trong thực tế sản xuất, người ta thường phân loại dung dịch trơn nguội theo
đặc tính sử dụng. Cụ thể như sau:
1.3.3.1. Dầu cắt gọt
Dầu cắt gọt được chia thành loại hoạt động và loại thụ động, các thuật ngữ
này xác định tính hoạt động của dầu hoặc khả năng tương tác với bề mặt kim loại ở
nhiệt độ làm việc để bảo vệ bề mặt và cải thiện tác động cắt [6].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

14

a. Dầu cắt gọt hoạt động
Dầu cắt gọt hoạt động là loại làm sẫm màu, khi nhúng vào dầu trong ba giờ ở
nhiệt độ 2120F (1000C). Các loại dầu này nói chung được sử dụng khi gia cơng
thép, dầu có thể sẫm màu hoặc trong suốt. Các dầu sẫm mầu thường chứa nhiều lưu
huỳnh hơn loại trong suốt và thích hợp cho gia công thô.
b. Dầu cắt gọt thụ động
Dầu cắt gọt thụ động là loại dầu không làm sẫm màu dải đồng khi nhúng
trong dầu ở nhiệt độ 2120F (1000C) trong ba giờ. Lưu huỳnh trong dầu cắt gọt thụ
động là lưu huỳnh tự nhiên của dầu và không có giá trị hóa học trong chức năng của
dầu đó khi gia công. Các dung dịch là thụ động do lưu huỳnh được gắn kết chặt chẽ với
dầu được giải phóng rất ít để có thể tương tác với bề mặt chi tiết trong q trình cắt gọt.
1.3.3.2. Dầu hịa tan
Dung dịch trơn nguội hiệu quả phải có tính dẫn nhiệt cao, dầu khống và dầu
béo đều khơng phải là chất làm nguội tốt. Nước là môi trường làm nguội tốt, tuy
nhiên khi chỉ dùng nước làm dung dịch cắt gọt sẽ gây ra rỉ sét và có tác dụng bôi
trơn rất thấp. Bằng cách bổ sung vài phần trăm dầu hịa tan vào nước có thể làm
tăng tính chống rỉ sét và chất lượng bôi trơn cùng với khả năng làm nguội của nước.
Các dầu nhũ hóa hoặc hịa tan là dầu khống chứa chất xà phịng hóa (nhũ
hóa) làm cho chúng hòa tan được vào nước, chúng được cung cấp ở dạng đậm đặc
có nồng độ cao. Khi gia công với chế độ cắt gọt nhẹ và khi cần làm nguội là chính
thì pha từ 1 đến 5 phần dầu đậm đặc với 100 phần nước, các hỗn hợp đặc hơn được
dùng khi yêu cầu bôi trơn và chống gỉ sét là cơ bản.
1.3.3.3. Dung dịch cắt gọt hóa học
Các dung dịch cắt gọt hóa học (đơi khi được gọi là dung dịch tổng hợp) đã
được sử dụng rộng rãi ngay sau khi được giới thiệu vào năm 1945.
Chúng là các nhũ ổn định được pha chế sẵn chứa rất ít dầu và dễ dàng hịa

tan với nước.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




15

Dung dịch cắt gọt hóa học phụ thuộc vào các tác nhân hóa học về tính bơi
trơn và giảm ma sát. Một số loại dung dịch cắt gọt hóa học có chứa các chất bơi
trơn áp suất rất cao (EP), tương tác với kim loại được gia công trong các điều kiện
nhiệt và áp suất tạo ra các chất bôi trơn rắn. Các dung dịch chứa chất bôi trơn EP
làm giảm cả áp suất và nhiệt giữa phoi và mặt dụng cụ cắt và giảm nhiệt phát sinh
do biến dạng dẻo kim loại. Các tác nhân hóa học có trong hầu hết các loại dung dịch
cắt gọt hóa học bao gồm [6]:
+ Amines và nitrites để ngăn chặn sự rỉ sét.
+ Nitrates để ổn định các nitrites.
+ Phosphate và borate để làm mềm nước.
+ Xà bông và tác nhân thấm ướt để bôi trơn.
+ Các hợp chất lưu huỳnh, phốt pho và clo để bơi trơn hóa học.
+ Glycol tác động như những tác nhân pha trộn.
Kết quả của các tác nhân hóa học bổ sung cho tính bơi trơn của nước làm cho
dung dịch cắt gọt hóa học có các ưu điểm sau đây:
+ Chống rỉ sét tốt.
+ Chống xuống cấp trong thời gian dài.
+ Giảm nhiệt phát sinh khi cắt gọt.
+ Khả năng làm nguội cao.
+ Ổn định lâu hơn so với dầu hịa tan.
+ Khơng cháy, khơng sinh khói.

+ Khơng độc hại.
+ Dễ tách khỏi chi tiết và phoi.
+ Lắng động nhanh các phoi vụn để các phoi này khơng tuần hồn trong hệ
thống làm nguội.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




16

+ Không làm tắc nghẽn hệ thống làm nguội.
Cho đến nay loại dung dịch cắt gọt hóa học là loại được sử dụng phổ biến
hơn cả nhờ vào những ưu điểm và tính tiện dụng của nó. Vì vậy loại dung dịch ta
chọn sử dụng trong nghiên cứu là loại dung dịch cắt gọt hóa học.
1.3.4. Các phương pháp bơi trơn – làm mát khi mài
1.3.4.1. Phương pháp gia công khô
Gia công khô được tiến hành bằng cách phun một dịng khí với áp suất cao
trực tiếp vào vùng cắt để giảm nhiệt cắt ở đá mài, chi tiết gia công và phoi. Gia
công khô hạn chế được ô nhiễm mơi trường và giảm chi phí đối với sự tiêu hao
dung dịch trơn nguội. Tuy nhiên công nghệ gia công khơ có những hạn chế như sau:
- Gia cơng khơ không thực hiện được việc bôi trơn và không làm giảm được
ma sát trong quá trình cắt.
- Khả năng tải nhiệt ra khỏi vùng cắt thấp hơn, do đó nhiệt độ ở vùng cắt cao.
- Tuổi bền của đá mài thấp hơn so với các trường hợp cùng điều kiện gia
công khi sử dụng những biện pháp tưới nguội khác.
- Dễ lùa những phoi có kích thước nhỏ (bụi kim loại) vào các khe hẹp của bộ
phận thiết bị. Các bụi kim loại này là tác nhân làm tăng tốc độ mài mòn của các bề
mặt tiếp xúc giữa các chi tiết chuyển động tương đối với nhau.

1.3.4.2. Phương pháp tưới tràn
Bôi trơn – làm mát theo kiểu tưới tràn là phương pháp bơm dung dịch từ bể
chứa vào vùng cắt, sau đó dung dịch lại được thu hồi lọc sạch về bể chứa. Phương
pháp này tác động đến quá trình gia cơng bằng chức năng làm mát - bơi trơn - dội
rửa.
Khi sử dụng phương pháp tưới tràn, thông thường người ta bố trí trên
máy mài một vịi phun với một máy bơm áp suất thấp vào khoảng vài atmơtphe
(hình 1.6).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN