Nghiên cứu xác định đường kính tối ưu của đá khi thay khi mài lỗ bằng phương pháp thực nghiệm

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐẶNG THỊ THANH NGA

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH TỐI ƯU
CỦA ĐÁ KHI THAY KHI MÀI LỖ BẰNG
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Thái Nguyên, tháng 8/2018


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, TS. Hồ Ký

Thanh và NCS Lê Xuân Hưng. Ngoài 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 cơng trình nào khác.

Thái Ngun, tháng 8 năm 2018
Tác giả

Đặng Thị Thanh Nga

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 và TS. Hồ Ký Thanh 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 chú, các anh 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.
Tôi 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 8 năm 2018
Tác giả


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................iii
MỤC LỤC................................................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH VÀ VIẾT TẮT............................................ vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU............................................................................. ix
PHẦN MỞ ĐẦU.......................................................................................................1
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ MÀI VÀ MÀI LỖ..................................................5
1.1. Giới thiệu về gia công mài..............................................................................5

1.1.1 Đặc điểm cơ bản của mài..........................................................................5
1.1.2. Khả năng cơng nghệ của mài...................................................................6
1.1.3. Q trình tách phoi của hạt mài...............................................................9
1.1.4. Chất lượng bề mặt sau mài.................................................................... 11
1.1.4.1. Độ nhám bề mặt gia công sau mài.................................................. 11
1.1.4.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công mài..........11
1.1.4.3. Các phương pháp đánh giá độ nhám sau mài..................................12
1.1.5. Tuổi bền của đá...................................................................................... 12
1.1.5.1. Giới thiệu về đá mài........................................................................ 12
1.1.5.2. Mòn đá khi mài:.............................................................................. 17
1.1.5.3. Tuổi bền của đá............................................................................... 19
1.1.6. Các thơng số ảnh hưởng đến q trình mài............................................ 20
1.2. Đặc điểm của mài lỗ..................................................................................... 20
1.3. Kết luận chương 1......................................................................................... 22
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH MÀI LỖ................24
2.1. Tổng quan về tối ưu hóa sửa đá khi mài lỗ................................................... 24
2.2. Tổng quan về tối ưu hóa chế độ cắt khi mài lỗ............................................. 26
2.3. Tổng quan về tối ưu hóa chế độ tưới nguội................................................... 29
2.4. Kết luận chương 2......................................................................................... 33
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH GIÁ THÀNH MÀI LỖ..............34


v
3.1. Phân tích giá thành trong mài lỗ................................................................... 34
3.2. Thời gian cơ bản khi mài.............................................................................. 35
3.3. Thời gian mài................................................................................................ 36
3.4. Bài toán tối ưu giá thành khi mài lỗ.............................................................. 37
3.5. Cơng thức tính đường kính tối ưu của đá khi thay trong mài lỗ....................37
3.6. Kết luận chương 3......................................................................................... 38
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CÚU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH TỐI ƯU CỦA ĐÁ KHI

THAY TRONG GIA CÔNG MÀI LỖ THÉP 9XC BẰNG THỰC NGHIỆM.........39
4.1. Mục đích của thí nghiệm.............................................................................. 39
4.2. Thí nghiệm xác định năng suất khi mài........................................................ 39
4.2.1.Setup thí nghiệm..................................................................................... 39
4.2.2.Cách thức tiến hành thí nghiệm.............................................................. 43
4.2.3.Kết quả và nhận xét................................................................................ 44
4.2.4. Lợi ích của việc thay đá tại đường kính tối ưu....................................... 48
4.2.5. So sánh kết quả đường kính đá tối ưu tìm ra trong thí nghiệm với cơng
thức xác định đường kính tối ưu khi thay đã được chứng minh trên lý thuyết. 49

4.3. Kết luận chương 4......................................................................................... 50
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT.................................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 52


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH VÀ VIẾT TẮT
Ký hiệu
nw
Sd
t
fr
np
vfa
Ra
ased,ges


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý mài trịn ngồi chạy dao dọc[11].....................................6
Hình 1.2. Sơ đồ ngun lý mài trịn ngồi chạy dao ngang[11]...............................6
Hình 1.3. Sơ đồ ngun lý mài trịn ngồi chạy dao xiên[15].................................7
Hình 1.4. Sơ đồ ngun lý mài trịn ngồi vơ tâm [11]..............................................7
Hình 1.5. Sơ đồ ngun lý mài trịn trong có tâm[11]...............................................8
Hình 1.6 Sơ đồ ngun lý mài trịn trong vơ tâm [11]..............................................8
Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng[12].....................................9
Hình 1.8. Cấu tạo hạt mài [13]................................................................................ 10
Hình 1.9. Quá trình tách phoi của hạt mài [13]........................................................ 10
Hình 1.10. Sự hình thành độ nhám bề mặt khi mài [19].......................................... 11
Bảng 1.2. Bảng cỡ hạt đá mài.................................................................................. 16
Hình 1.11. Cấu trúc khác nhau của đá mài [16]....................................................... 17
Hình 1.12. Các trạng thái mịn của đá mài[16]........................................................ 17
Hình 1.13: Q trình mịn của đá [17]..................................................................... 18
Hình 1.14. Mơ hình hóa q trình mài [14]............................................................ 20
Hình 1.15. Chọn đường kính đá theo lỗ gia cơng [15]............................................. 21
Hình 1.16. Mài lỗ với chi tiết quay[15]................................................................... 22
Hình 1.17. Mài lỗ trên máy mài hành tinh[5].......................................................... 22
Hình 2.1. Biểu đồ SCHMITT mô tả ảnh hưởng của tốc độ bóc tách và lượng tiến
dao khi mài lỗ đến nhám bề mặt [2]........................................................................ 24
Hình 2.2. Ảnh bề mặt của đá mài CBN trước (phải) và sau (trái) sửa đá [2]...........24
Hình 2.3. Mối quan hệ giữa lực cắt khi mài lỗ với thời gian gia cơng [2]...............25
Hình 2.4. Ảnh hưởng của các thơng số đến độ nhám trung bình [12]......................26
Hình 2.5. Hiện tượng cháy khi mài phát hiện nhờ cảm biến cơng suất [5]..............27
Hình 2.6. Phổ tín hiệu cơng suất của cảm biến AE [5]............................................ 28
Bảng 2.2. So sánh kết quả thử nghiệm với các tiêu chuẩn hiện tại của công ty SKF
Indonesia [20].......................................................................................................... 29

viii
Hình 2.7. Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt khi
mài bằng đá mài CBN và đá Al2O3[21]................................................................... 30
Hình 2.8. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng bề mặt mài [22]...31
Hình 2.9. .Độ nhám bề mặt gia cơng khi sử dụng các dung dịch bôi trơn làm nguội
khác nhau [23]......................................................................................................... 32
Hình 2.10. Ảnh hưởng của loại dung dịch tưới nguội và áp suất tưới nguội đến độ
nhám bề mặt mài [24].............................................................................................. 32
Hình 4.1. Đá mài Nhật Bản 19A-120L-8 -ASI-V-S-1A; Kích thước: 23x25x8.......39
Hình 4.2. Máy đo độ nhám...................................................................................... 40
Hình 4.3. Dụng cụ sửa đá........................................................................................ 40
Hình 4.4. Phơi thép 9XC......................................................................................... 41
Hình 4.5. Máy mài lỗ MACHT - 701...................................................................... 41
Hình 4.6. Quan hệ giữa số chi tiết mài với độ nhám bề mặt.................................... 44
Hình 4.7. Quan hệ giữa đường kính đá mài ban đầu và số chi tiết trung bình mài
được sau mỗi lần sửa đá.......................................................................................... 46
Hình 4.8. Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và tuổi bền của đá........................46
Hình 4.9. Mối quan hệ giữa đường kính đá khi thay và tổng thời gian mài trung bình
một chi tiết............................................................................................................... 47
Hình 4.10. Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và chi phí mài lỗ.........................47


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng chia độ cứng tiêu chuẩn TCVN11-64......................................... 15
Bảng 2.1. Điều kiện tối ưu [20]........................................................................... 28
Bảng 4.1. Chế độ sửa đá khi nghiên cứu mài lỗ.................................................. 41
Bảng 4.2. Chế độ mài khi thí nghiệm mài lỗ....................................................... 42

Bảng 4.3. Giá trị đường kính khi thay đá mài khi thí nghiệm mài lỗ...................42
Bảng 4.4. Kết quả thí nghiệm năng suất mài....................................................... 44
Bảng 4.5. Kết quả tính tốn chi phí mài cho mỗi chi tiết..................................... 45
Bảng 4.6. Bảng kết quả tính tốn của thí nghiệm............................................... 48


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đá mài đã được sử dụng để tạo hình vật liệu từ cách đây 2000 năm. Ban đầu
chúng được sử dụng để mài các dụng cụ như dao và vũ khí.. Ngày nay, gia cơng
mài nói chung và mài lỗ nói riêng được sử dụng rộng rãi trong gia cơng cơ khí. Đặc
biệt, mài được sử dụng để gia công các bề mặt u cầu độ chính xác và độ bóng bề
mặt cao. Vì thế tối ưu hóa q trình mài là bài toán được rất nhiều nhà nghiên cứu
quan tâm.
a. Các nghiên cứu ngoài nước:

- Pereverzev P.P, Akintseva A.V [1] đã đề xuất phương pháp tính tốn tối ưu
hóa chu trình mài lỗ bằng việc sử dụng phương pháp lập trình tự động. Kết quả của
nghiên cứu cho phép kể đến các ràng buộc công nghệ đối với hàm mục tiêu và đã
xác định được các thông số tối ưu cho chương trình điều khiển máy mài lỗ CNC.
Các giá trị tối ưu thu được là các giá trị tối ưu của lượng ăn dao hướng kính và ăn
dao dọc trục, lượng dư tối ưu khi mài nhằm đạt thời gian gia cơng là nhỏ nhất. Kết
quả nghiên cứu cịn cho phép ta mở rộng số lượng các thông số tối ưu và thực hiện
tối ưu hóa nhiều biến trong khơng gian đa chiều.
- A.Daneshia, N. Jandaghi, T. Tawakoli [2] đã tiến hành nghiên cứu về sửa
đá khi mài tròn trong với đá mài corundum và tinh thể CBN. Kết quả nghiên cứu
đã chỉ ra rằng biểu đồ Schmitt cho kết quả đúng đối với đá mài đường kính nhỏ.
- S.J.Pande, S.N.Halder và G.K. Lal [3] đã tiến hành một nghiên cứu thực

nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số của đá mài đến khả năng cắt của đá
mài khi mài phẳng thép với các độ cứng khác nhau. Kết quả của nghiên cứu cho thấy,
tồn tại một giá trị tối ưu của độ hạt đá mài mà tại đó tỉ số mài đạt giá trị lớn nhất.
- J. Peters và R.Aerens [4] đã giới thiệu một phương pháp tối ưu nhằm đạt

tổng thời gian mài một loạt chi tiết là nhỏ nhất. Trong phương pháp này, tất cả các
chi tiết mài phải thỏa mãn yêu cầu về dung sai kích thước và độ nhám bề mặt. Kết
quả tối ưu cho thấy, trong giai đoạn mài thô, tốc độ tiến đá ngang cần chọn lớn nhất


2
có thể. Trong giai đoạn mài tinh, tốc độ tiến đá ngang được xác định bởi chương
trình tối ưu.
- I. Inasaki [5] đã tiến hành một nghiên cứu về giám sát và tối ưu hóa q
trình mài trịn trong. Nghiên cứu được tiến hành khi mài thép S45C và thép vịng bi
SUJ 2 bằng đá mài CBN và q trình mài được giám sát trực tiếp bằng cảm biến
bức xạ âm học. Đặc biệt, chu trình mài lỗ mới đã được đề xuất cho phép giảm thời
gian mài.
- G. Xiao và S. Malkin [6] cũng thực hiện một nghiên cứu về tối ưu hóa online q trình mài lỗ nhằm giảm thời gian gia công mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về
chất lượng bề mặt gia công như độ nhám. Việc áp dụng kết quả nghiên cứu cho
phép giảm thời gian mài lỗ vòng bi trong thực tế từ 50-70%.
b. Các nghiên cứu trong nước:
- Ảnh hưởng của các thơng số của q trình mài trịn ngồi như chiều sâu cắt
và lượng chạy dao dọc đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công cũng đã được nghiên
cứu bằng phương pháp thực nghiệm [7, 8, 9].
- Gần đây, Vũ Ngọc Pi và các cộng sự [10] đã tiến hành nghiên cứu về tối ưu
hóa chi phí khi mài trịn trong.Trong nghiên cứu này, các phân tích đánh giá về chi
phí mài đã được thực Bên cạnh đó, các tác động của đường kính đá khi thay tới các
chi phí thành phần mài và các thơng số q trình mài đã được nghiên cứu. Bằng

việc xác định đường kính đá mài tối ưu với mục tiêu chi phí mài tối thiểu nhất, một
chương trình máy tính được xây dựng, dựa trên kết quả của chương trình, cơng
thức tính đường kính tối ưu được đề xuất. Mài với đường kính tối ưu có thể tiết
kiệm rất nhiều cả chi phí mài và thời gian mài.
Qua các phân tích trên, ta thấy rằng việc nghiên cứu về q trình mài lỗ cịn
rất hạn chế, các bài toán tối ưu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu mài phẳng và mài
trụ ngoài.
Nghiên cứu nói trên [10] mới chỉ dừng lại ở việc đưa ra các cơng thức tính
tốn đường kính đá khi thay tối ưu. Thực tế gia cơng có thể khác với các điều kiện


3
tính tốn lý thuyết nên cần thiết phải kiểm nghiệm cơng thức này. Do vậy
“NGHIÊN CÚU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH TỐI ƯU CỦA ĐÁ KHI THAY
TRONG GIA CÔNG MÀI LỖ THÉP 9XC BẰNG THỰC NGHIỆM” là rất cần
thiết. Đặc biệt kết quả của nghiên cứu sẽ kiểm nghiệm công thức tính tốn đường
kính tối ưu đã được nghiên cứu trên lý so với thực tế sản xuất cụ thể.
2. Mục đích nghiên cứu
- Mục đích nghiên cứu là: XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH TỐI ƯU CỦA ĐÁ

KHI THAY TRONG GIA CƠNG MÀI LỖ THÉP 9XC BẰNG THỰC NGHIỆM.
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Nghiên cứu xác định đường kính tối ưu của đá mài Nhật Bản 19A-120L-8 -

ASI-V-S-1A khi thay khi mài lỗ thép 9XC qua tôi bằng phương pháp thực nghiệm.
4. Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.

- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả.
5. Ý nghĩa của đề tài

5.1. Ý nghĩa khoa học
- Kiểm nghiệm tính chính xác của cơng thức tốn học đưa ra so với thực tế
gia công.
- Đề tài sẽ bổ sung được một số kết quả nghiên cứu cơ bản về mài lỗ thép
9XC trong điều kiện kỹ thuật và công nghệ cụ thể ở Việt Nam.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu sẽ xác định được giá trị hợp lý của đường kính đá mài

Nhật khi mài thép 9XC qua tôi đảm bảo giá thành mài tối thiểu. Ứng dụng để gia
công mài tinh sản phẩm các lỗ cối dập viên các loại.


4
6. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần giới thiệu và phần kết luận chung, luận văn được chia thành 4
chương với các nội dung như sau:
Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ MÀI VÀ MÀI LỖ
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH MÀI LỖ
Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH GIÁ THÀNH MÀI LỖ
Chương 4: NGHIÊN CÚU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH TỐI ƯU CỦA ĐÁ
KHI THAY TRONG GIA CƠNG MÀI LỖ THÉP 9XC BẰNG THỰC NGHIỆM.
Các kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong phần cuối
cùng của luận văn.


5

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ MÀI VÀ MÀI LỖ
1.1. Giới thiệu về gia công mài.
1.1.1 Đặc điểm cơ bản của mài
Mài là phương pháp cắt gọt vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao. Các hạt mài
được liên kết với nhau bằng chất dính kết tạo nên đá mài. Gia cơng bằng mài có nhiều
đặc điểm khác biệt so với các phương pháp gia công cắt gọt khác. Cụ thể như sau:
- Đá mài có thể coi là dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt 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. 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
0

và góc cắt β thường lớn hơn 90 .
- Tốc độ cắt khi mài rất cao. Thông thường tốc độ cắt khi mài từ 30 đến 40

m/s. Mài tốc độ cao có thể lên tới 100 m/s hoặc hơn.
0

- Nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000 ÷ 1500 C) do góc cắt của các hạt

mài khơng hợp lý và tốc độ cắt cao. Điều đó có thể làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp
kim loại bề mặt hoặc gây rạn, nứt tế vi bề mặt.
- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một 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). Nhờ đó q trình mài có thể tạo ra bề mặt gia cơng có độ bóng và độ chính
xác cao.
- 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…
Tuy nhiên, khi gia công những vật liệu rất mềm lại rất khó khăn hoặc khơng thể.
- 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.


6
- 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.
Do những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia cơng các vật liệu có độ cứng
và độ bền cao cho độ chính xác và độ bóng bề mặt cao nên phương pháp mài có vị
trí quan trọng trong gia cơng cơ khí. Mặc dù mài được sử dụng cả trong gia công
thô nhưng chỉ trong gia công tinh và bán tinh thì những ưu thế của phương pháp mài
mới thực sự được phát huy. Do vậy mài thường được chọn là nguyên công gia công
tinh lần cuối các bề mặt quan trọng [7].
1.1.2. Khả năng công nghệ của mài
Mài là phương pháp gia cơng có khả năng gia cơng được nhiều dạng bề mặt
như mặt trụ ngoài và trong, mặt phẳng, mặt định hình... Một số dạng mài thường
gặp được chỉ ra trong các hình sau:
* Mài trịn ngồi có tâm:

Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý mài trịn ngồi chạy dao dọc[11]
Phương pháp mài trịn ngồi ăn dao dọc thường sử dụng khi mài các bề mặt
có chiều dài lớn hơn so với chiều rộng của đá mài.

Hình 1.2. Sơ đồ ngun lý mài trịn ngồi chạy dao ngang[11]


7
Phương pháp mài trịn ngồi ăn dao ngang hường dùng phương pháp này khi
mài chi tiết có đường kính lớn, chiều dài bề mặt cần mài ngắn hơn chiều rộng đá,
sản lượng lớn. Cách mài này đòi hỏi độ cứng vững chi tiết lớn, máy có cơng suất
lớn, đá rộng bản và sửa đá tốt.

Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý mài trịn ngồi chạy dao xiên[15]
Hình 1.3 là kiểu mài tiến dao xiên, đá được gá nghiêng một góc và có thể
mài nhiều bề mặt cùng lúc, kiểu này cho năng suất cao nhưng khó đạt cấp chính xác
cao do đá mịn khơng đều.
* Mài trịn ngồi vơ tâm:

Hình 1.4. Sơ đồ ngun lý mài trịn ngồi vơ tâm [11]
Mài vơ tâm có ưu điểm là năng suất gia cơng cao, có thể mài các chi tiết nhỏ, ngắn,
…Tuy nhiên lại có nhược điểm là khơng gia cơng được các bề mặt không liên tục
nên chủ yếu dùng gia công trục trơn


8
* Mài trịn trong có tâm:

Hình 1.5. Sơ đồ ngun lý mài trịn trong có tâm[11]
Mài trịn trong có tâm có thể gia cơng được các lỗ trụ, lỗ cơn, được thực
hiện trên các máy mài lỗ , máy mài trịn ngồi vạn năng.
* Mài trịn trong vơ tâm:

Hình 1.6 Sơ đồ ngun lý mài trịn trong vơ tâm [11]
Phương pháp này có khả năng đạt độ chính xác và độ đồng tâm rất cao.
Thường dùng gia công các chi tiết có yêu cầu độ đồng tâm cao giữ lỗ và mặt trụ
ngoài trong sản xuất loạt lớn và hàng khối, các chi tiết khơng thể gá trên máy mài
trịn trong như các chi tiết thành mỏng, chiều dài ngắn.


9
* Mài phẳng:

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng[12]
a, b- Mài phẳng bằng chu vi đá
c, d, e- Mài phẳng bằng mặt đầu đá
* Ngoài 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....
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 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 cơng truyền thống khác gặp khó khăn.
1.1.3. Q trình tách phoi của hạt mài
Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất dính kết [13]. Hạt mài có
nhiều góc cắt và có bán kính trịn ρ ở đỉnh ( hình 1.1).


10

Hình 1.8. Cấu tạo hạt mài [13]

Trong quá trình làm việc các bán kính này tăng dần lên. Khi đạt đến trị số đủ
lớn hạt mài có thể bị phá thành những hạt khác nhau tạo ra những lưỡi cắt mới hoặc
làm bật các hạt mài ra khỏi chất kết dính. Vì vậy q trình mài, sự tách phoi phụ
thuộc vào hình dạng của các hạt mài.
Quá trình tách phoi của hạt có thể chia làm 3 giai đoạn (hình 1.9)
*) Giai đoạn 1 (trượt) : Gọi ρ là bán kính cong của mũi hạt mài, chiều dày
lớp kim loại được bóc đi là a. Ở giai đoạn đầu này mũi hạt mài bắt đầu va đập vào
bề mặt gia công, lực va đập này phụ thuộc vào tốc độ mài và lượng tiến của đá vào
bề mặt gia công, bán kính cong ρ của mũi hạt hợp lý thì việc cắt gọt thuận tiện, nếu
bán kính ρ quá lớn so với chiều dày cắt a thì hạt mài sẽ trượt trên bề vật mài làm
cho bề mặt gia công bị nung nóng với nhiệt cắt lớn (hình 1.9a).
*) Giai đoạn 2 (nén): Áp lực mài tăng lên, nhiệt cắt tăng lên, làm tăng biến
dạng dẻo của kim loại, lúc này bắt đầu xẩy ra quá trình cắt phoi (hình 1.9.b).
*) Giai đoạn 3 (tách phoi): Khi chiều sâu lớp kim loại a > ρ thì xảy ra việc
tách phoi ((hình 1.9.c)

Hình 1.9. Quá trình tách phoi của hạt mài [13]


11
Khi bán kính ρ hợp lý thì hạt mài sắc, cắt gọt tốt và lượng nhiệt giữ nhỏ
hơn. Quá trình tách phoi xảy ra trong khoảng thời gian rất ngắn khoảng 0.0010.00005 (giây). Do đó các giai đoạn của quá trình cắt gọt diễn ra rất nhanh chóng.
1.1.4. Chất lượng bề mặt sau mài.
1.1.4.1. Độ nhám bề mặt gia công sau mài
Độ nhám bề mặt mài hình thành chủ yếu bởi các vết cào xước chồng lên nhau
của các điểm cắt có chiều cao khơng bằng nhau (hình 1.10).

Hình 1.10. Sự hình thành độ nhám bề mặt khi mài [19]
1.1.4.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công mài.
Độ nhám bề mặt mài chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố:

- Sự hình thành nhám bề mặt trước hết là do in dập quỹ đạo chuyển động của

các hạt mài. Vết của các hạt mài tạo ra biên dạng hình học tế vi trên bề mặt gia
cơng. Chế độ cắt ảnh hưởng tới quỹ đạo chuyển động của các hạt mài vì vậy ảnh
hưởng tới độ nhám bề mặt mài.
- Độ hạt và chế độ sửa đá (Ssđ, tsđ) có ảnh hưởng tương tự nhau đến nhám bề

mặt mài: hạt mài có kích thước lớn hơn, sửa đá thô dẫn đến độ nhám bề mặt tăng.
- Rung động làm tăng độ nhám bề mặt.
- Mức độ biến dạng dẻo của vật liệu càng lớn thì độ nhám bề mặt càng cao: khi

mài vật liệu dẻo, dai cho độ nhám bề mặt cao hơn so với mài vật liệu cứng, giòn.
- Nhiệt độ ở vùng mài càng cao thì vật liệu gia cơng ở lớp bề mặt càng biến

dạng dẻo mạnh đồng thời cịn có thể gây cháy, nứt bề mặt: công nghệ tưới nguội, hệ


12
số truyền nhiệt của vật liệu gia công và của đá mài ảnh hưởng tới nhiệt độ ở vùng
mài qua đó ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt mài.
1.1.4.3. Các phương pháp đánh giá độ nhám sau mài
Để đánh giá độ nhám bề mặt người ta thường dùng các phương pháp sau:
1- Phương pháp quang học (dùng kính hiển vi Linich): phương pháp này đo
được bề mặt có độ nhẵn bóng cao (độ nhám thấp) thường từ cấp 10 đến cấp 14.
2- Phương pháp đo độ nhám Ra, Rz, Rmax...bằng máy đo prơfin: phương
pháp này sử dụng mũi dị để đo prơfin lớp bề mặt có cấp độ nhẵn đến cấp 11.
3- Phương pháp so sánh:
- So sánh bằng mắt: dùng mắt quan sát và so sánh bề mặt gia công với bề mặt

vật mẫu và kết luận xem bề mặt gia cơng đạt cấp độ bóng nào. Phương pháp này

đơn giản, có thể xác định được cấp độ bóng từ cấp 3 đến cấp 7 nhưng độ chính xác
thấp và phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người thực hiện.
- So sánh bằng kính hiển vi quang học: dùng kính hiển vi quang học để quan

sát và so sánh bề mặt gia công với bề mặt vật mẫu và kết luận xem bề mặt gia cơng
đạt cấp độ bóng nào. Phương pháp này có độ chính xác cao hơn nhưng vẫn phụ
thuộc vào kinh nghiệm của người thực hiện.
Trong nghiên cứu của đề tài, tác giả sử dụng phương pháp đo độ nhám Ra…
bằng máy đo prôfin (Mitutoyo 178-923-2A, SJ-201) để đo độ nhám bề mặt khi mài
chi tiết 9XC qua tôi.
1.1.5. Tuổi bền của đá
1.1.5.1. Giới thiệu về đá mài.
Đá mài là một vật thể xốp do hạt mài và chất dính kết cấu tạo thành. Hạt mài
đóng vai trị như những lưỡi cắt, cịn chất dính kết có chức năng tạo hình dáng cho
đá mài. .
Đá mài được đặc trưng bởi các thông số sau:
- vật liệu hạt mài


13
- cỡ hạt, độ cứng, chất dính kết
- cấu trúc, hình dạng kích thước của đá mài.

*) Vật liệu hạt mài: Vật liệu dùng làm đá mài được chế từ các loại quặng như ôxit
nhôm, kim cương tự nhiên và kim cương nhân tạo hoặc bằng các hợp chất hóa học
kết hợp giữa silic và cacbon tạo thành dạng cacbua, bo cacbit,…Những vật liệu này
phần lớn được thiêu kết trong lò ở nhiệt độ cao rồi nghiền nát thành hạt mài, bột mài
có kích thước hat khác nhau.
- Tùy theo tính chất gia cơng mà chọn cỡ hạt mài cho phù hợp, các hạt mài có độ
cứng rất cao, có thể cắt gọt được kim loại, hợp kim dễ dàng nhưng rất giòn, dễ vỡ.

- Hạt mài nhân tạo được dùng phổ biến hiện nay vì kích thước hạt, hình dáng và

dộ tinh khiết của hạt được kiểm định chặt chẽ, đảm bảo tính đồng đều về kích thước
và hình dáng theo yêu cầu. Các loại hạt mài nhân tạo thường dùng là:
+ Ơxit nhơm: 75% đá mài được chế tạo từ loại vật liệu này, dùng để mà các loại

vật liệu có độ bền nén cao.
Ơxít nhơm được chế tạo với nhiều độ tinh khiết cho các ứng dụng khác
nhau mức độ tinh khiết càng cao thì độ cứng, độ giịn càng tăng, hạt càng dễ vỡ.

Ơxít nhơm có độ tinh khiết 94,5% có mầu xám trắng dùng để mài các
vật liệu cứng, bền. Ơxít nhơm có độ tinh khiết 94,5% có mầu xám giịn hơn dùng
chế tạo đá để mài vơ tâm, mài trịn trên các vật liệu thép và gang. Nếu có độ tinh
khiết cao hơn dùng để mài các loại thép cứng, thép qua tôi.
+Silic cacbua (SiC): là một hợp chất hóa học kết hợp giữa Silic và cacbon
o

o

được kết tinh nhân tạo bằng cách thiêu kết trong lị có nhiệt độ 2100 C ÷2200 C.
Tùy theo thành phần mà có các loại sau: SiC màu xanh chứa khoảng 97%
SiC có ít tạp chất, độ cứng cao và giịn dùng để gia cơng các vật liệu có độ cứng
cao và hợp kim cứng; SiC màu đen đến xám chứa 95÷ 97% tinh thể SiC dùng để
gia cơng các loại vật liệu giịn và mềm như đồng thay, kẽm, gang, nhơm,..
Cac bit silic có một số tính chất sau:


14
+ Độ cứng rất cao (chỉ sau kim cương, enbo và cacbit bo)
+ Do có hình dánh sắc nhọn nên khả năng cắt của nó rất cao

o

+ Độ chịu nhiệt rất cao, có thể chịu được nhiệt độ 2050 F
+ Cacbit bo: Là một hợp chất của Bo với cacbon BrC. Được thiêu kết trong lị
o

o

điện nhiệt độ 2000 C.÷ 2350 C. Nó có độ cứng rất cao, tính năng cắt gọt tốt, chịu
mài mịn và trơ hóa học. Cacbit bo được sản xuất với hàm lượng 87 – 94% BrC.
Dùng để gia công thép hợp kim, họp kim cứng và vật liệu khó gia cơng.
+ Boron Nitride thể lập phương (CBN): Là hạt mài có độ cứng rất cao, gấp
0

đôi ôxit nhôm chịu được nhiệt độ mài đến 2500 F, dùng để cắt nguội và chịu được
hóa chất đối với tất cả các muối vô cơ và hợp chất hữu cơ.
Đá mài CBN địi hỏi chỉnh sửa ít, có tác động cắt nhanh nên ít bị mịn đá,
thời gian sử dụng đá dài hơn so với các loại đá khác, chất lượng bề mặt gia công
đạt tốt hơn.
+ Kim cương nhân tạo: tính năng cắt gọt rất tốt, độ dẫn nhiệt gấp 9 lần so với

SiC. Kim cương dùng để sửa đá, dùng trong các nguyên công tinh cần độ bóng cao từ
cấp 10 ÷ 14, dùng để mài nghiền, mài khôn, mài siêu tinh, mài các hợp kim cứng.
* Chất dính kết của đá mài: Chất kết dính có tác dụng liên kết các hạt mài riêng lẻ

để tạo hình khối cho đá mài, tính năng của chất kết dính quyết định đến độ cứng và
sức bền của đá. Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi các loại: Gốm, Bakelit,
Vucanit
+Chất dính kết Gốm: (kí hiệu G), khoảng 70% đá mài được chế tạo từ
những dính kết này. Chất dính kết gốm có độ bền, độ chịu nhiệt và độ cứng cao,

chịu ăn mòn và chịu ẩm tốt, bền vững về mặt hóa học. Nhược điểm của chất dính
kết gốm là giịn nên khơng dùng chế tạo đá mài có chiều dày nhỏ và chịu tải trọng
va đập. Đá mài dùng chất dính kết gốm có thể mài với các dung dịch trơn nguội
khác nhau,đạt được tốc độ mài đến 65m/s.


15
+Chất dính kết Vunkanit: (kí hiệu V). Là chất dính kết hữu cơ được chế tạo
bằng cách lưu hóa cao su đã được làm mềm bằng benzen với lưu huỳnh. Bao gồm
70% cao su và 30% lưu huỳnh.
Đá mài chế tạo bằng chất dính kết Vunkanit có độ bền mịn cao, thường dùng
làm đá dẫn của các máy mài vô tâm. Đá mài Vunkanit cho phép dùng với tốc độ rất
cao có thể tới 75m/s. Thường dùng để cắt đứt, mài rãnh, mài rãnh then, mài định
hình chính xác lần cuối. Nhược điểm của đá mài Vunkanit là độ xốp thấp, chịu nhiệt
0

0

kém. Ở nhiệt độ 150 C đá bắt đầu bị mềm. Khi nhiệt độ lớn hơn 200 C đá dễ bị
cháy. Vì vậy khi cắt, bắt buộc phải tưới dung dịch trơn nguội khơng có kiềm tính.
+Chất dính kết Bakelit: (kí hiệu B). Bakelit là loại nhựa tổng hợp được chế
tạo từ axit cacbonic và phoocmalin. Đá mài có chất kết dính B có tính đàn hồi cao,
chịu nhiệt, độ xốp hơn đá mài bằng chất kết dính V nhưng thấp hơn đá mài có chất
kết dính, tốc độ mài đạt 35÷70m/s. Nó bị phá hủy bởi dung dịch kiềm có độ pH ≥ 8.
0

Độ bền cơ học và lực giữa hạt mài giảm nhanh ở nhiệt độ 200 C. Vì vậy chỉ được
phép làm việc khi có tưới dung dịch trơn nguội với độ kiềm nhỏ hơn 1,5%. Đá mài
dùng chất dính kết loại này được sử dụng rộng rãi ở tốc độ cao để mài rãnh, mài sắc
dao đã tơi, mài bề mặt định hình, mài ta rô, bàn ren, mũi doa,…

*) Độ cứng của hạt mài: Là khả năng giữ lại trong chất kết dính những hạt ở mặt
ngồi của đá khi có lực tác dụng vào (khi đá tham gia cắt gọt).
Tiêu chuẩn TCVN11-64 quy định bảng phân chia độ cứng (bảng 1.1)
Độ cứng của dụng cụ
M- mềm
MV – mềm vừa
TB- trung bình
CV – cứng vừa
C – cứng
RC – rất cứng
ĐC- đặc biết cứng
Bảng 1.1. Bảng chia độ cứng tiêu chuẩn TCVN11-64


16
Độ cứng của đá mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước hạt mài, chất
kết dính và tỉ lệ của nó, lực ép khi chế tạo đá mài,…
Độ cứng đá mài ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng của sản phẩm mài. Do
đó theo nguyên tắc chung khuyên dùng chọn độ cứng đá mài: khi mài vật liệu cứng
nên chọn đá mềm và ngược lại khi mài vật liệu mềm nên chọn đá cứng.
*) Cỡ hạt của đá mài: Cỡ hạt còn gọi là độ hạt được biểu thị bằng kích thước thực
tế của hạt mài. Tính năng cắt của đá mài phụ thuộc vào kính thước của hạt. Khi mài
thơ, dùng hạt mài có kích thước lớn. Khi mài tinh dùng cỡ hạt nhỏ. Khi gia công vật
liệu mềm và dẻo, để giảm hiện tượng nhét phoi vào lỗ của bề mặt đã mài, nên dùng
cỡ hạt nhỏ.
Hạt mài được chia làm 4 nhóm:
Nhóm độ hạt
Hạt mài
Bột mài
Bột mài mịn

Bột mài rất mịn
Bảng 1.2. Bảng cỡ hạt đá mài
*) Cấu trúc đá:
Là cấu trúc bên trong của đá mài, là tỉ lệ về thể tích của hạt mài, chất dính
kết, lỗ xốp. Các lỗ xốp dùng để chứa phoi khi đá mài chưa ra khỏi vùng gia công.
Khi đá mài ra khỏi vùng gia công, phoi không được mắc kẹt trong lỗ xốp mà phải
lập tức thốt ra nhanh chóng, nếu khơng khả năng cắt của đá sẽ giảm nhanh chóng,
điều này giải thích tại sao khi mài các vật liệu dẻo, mềm thì tuổi bền của đá thường
rất thấp [16].