Ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tròn

các kí hiệu chính
Ký hiệu
ý nghĩa
Đơn vị
a
z
Chiều dày phoi mm
a
z
Chiều dày phoi thực tế mm
B Chiều rộng của đá mm
C
ct
Mật độ lỡi cắt tĩnh trên một đơn vị thể tích đá 1/mm
3
D Đờng kính đá mài mm
h Chiều cao biên dạng nhám bề mặt mm
h
a
Chiều cao biên dạng của lỡi cắt mm
L Khoảng cách giữa các lỡi cắt động mm
l Khoảng cách giữa các lỡi cắt tĩnh mm
n
đ
Tốc độ quay của đá v/ph
n
ct
Tốc độ quay của chi tiết v/ph
P
c
Lực cắt tổng khi mài N

P
z
Lực thành phần tiếp tuyến N
P
y
Lực thành phần pháp tuyến N
P
x
Lực thành phần theo phơng dọc trục N
S
d
Lợng chạy dao dọc khi mài m/ph
S
sđ
Lợng chạy dao dọc khi sửa đá m/ph
R
a
Chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt
àm
T Tuổi bền của đá Phút
t Chiều sâu cắt khi mài mm
t
sđ
Chiều sâu cắt khi sửa đá mm
U
hk
Lợng mòn hớng kính
àm
V
đ

Vận tốc cắt của đá m/s
Danh mục các bảng biểu
TT Số bảng Nội dung Trang
1 1.1
Độ hạt mài và phạm vi sử dụng
21
2 1.2
Thể tích hạt mài phân bố theo cấp cấu trúc
22
3 1.3
Kí hiệu độ cứng của đá
24
4 3.1
Kết quả đo mòn đá sau mỗi hành trình
98
1
5 4.1
Bảng quy hoạch thực nghiệm
100
6 4.2
Số liệu thí nghiệm
102
7 4.3
Phơng trình mòn theo thời gian tại các điểm thí nghiệm
104
8 4.4
Tuổi bền của đá tại các điểm thí nghiệm
104
9 4.5
Bảng Logarit của các biến thực nghiệm

105
10 4.6
Giá trị tính toán của các biến hồi quy thực nghiệm
106
11 4.7
Số liệu xử lý kết quả đo tại thời điểm = 1 phút
108
12 4.8
Giá trị hồi quy thực nghiệm của phơng trình hàm 4.19
111
13 4.9
Giá trị hồi quy thực nghiệm của phơng trình hàm 4.20
111
14 4.10
Giá trị hồi quy thực nghiệm của phơng trình hàm 4.21
112
15 4.11
Hệ số lực cắt P
y
/P
z
ứng với chế độ công nghệ mài theo
thời gian 117
Danh mục các hình vẽ
TT Số hình Nội dung Trang
1 1.1
Sơ đồ mài tròn ngoài
11
2 1.2
Mô hình quá trình mài tròn ngoài tiến dao dọc

12
3 1.3
Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài
13
4 1.4
Sơ đồ mô tả quá trình tạo phoi bằng hạt mài có bán kính
đỉnh cắt p 14
5 1.5
Cấu trúc của đá mài
23
6 1.6
Sơ đồ tính toán quỹ đạo cắt của hạt mài
28
7 1.7
Chiều dài cung tiếp xúc của các phơng pháp mài
30
8 1.8
Lỡi cắt tĩnh và lỡi cắt động
31
9 1.9
Chiều dày và hình dáng phoi
33
2
10 1.10
Sơ đồ lực cắt khi mài tròn
33
11 1.11
Mối quan hệ giữa lợng mòn dao với thời gian cắt khi
Tiện
38

12 1.12
Cơ chế mòn đá
40
13 1.13
Các dạng mòn của đá mài
41
14 1.14
Hạt mài khi cắt chịu lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến
42
15 1.15
Sơ đồ quan hệ của quá trình mài
46
16 2.1
Giản đồ nhấp nhô bề mặt
58
17 2.2
Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào chế độ công nghệ
59
18 2.3
Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và tốc độ mài
62
19 2.4
Độ nhấp nhô tế vi bề mặt phụ thuộc vào độ hạt
66
20 2.5
Sơ đồ hình thành sóng trên bề mặt đá mài
69
21 2.6
Sơ đồ tạo ra sự không đồng nhất có quy luật của nhám
bề mặt chi tiết mài

69
22 2.7
Sự thay đổi chiều cao nhám ở đỉnh sóng
69
23 2.8
Biểu đồ biên dạng nhám bề mặt đá đợc mô tả trên các
đỉnh sóng
70
24 2.9
Nhám bề mặt làm việc của đá mài
72
25 2.10
Mối quan hệ giữa mòn đá và tốc độ mòn đá
72
26 2.11
Biên dạng bề mặt đá
77
27 2.12
Topography của bề mặt đá và biên dạng 2D của bề mặt
78
28 3.1
Mô hình thí nghiệm đo lực
81
29 3.2
Mẫu phôi thí nghiệm
82
30 3.3
Máy mài tròn ngoài GU-20.25A SHIGIYA
83
31 3.4

Máy đo độ nhám SJ402-Mitutoyo
83
32 3.5
Cấu trúc thân cảm biến và phần tử biến dạng
84
33 3.6
Sơ đồ chức năng bộ chuyển đổi tơng tự Số (ADC)
85
34 3.7
Kiểm nghiệm chuyển vị của phần tử biến dạng sử dụng
phần mềm ANSYS
86
35 3.8
Tính toán độ nhạy và thiết lập mạch cầu cảm biến đo
lực theo phơng Y sử dụng phần mềm Transcalc1.11
87
36 3.9
Kiểm nghiệm độ nhạy của cảm biến theo phơng Y
88
37 3.10
Tính toán độ nhạy và thiết lập mạch cầu cảm biến đo
lực theo phơng Z sử dụng phần mềm Transcalc1.11
88
38 3.11
Kiểm nghiệm độ nhạy của cảm biến theo phơng Z
89
3
39 3.12
Mạch cầu điện trở với 4 tem vừa đo vừa tự bù trừ nhiệt
90

40 3.13
Vị trí dán tem trên thân cảm biến
91
41 3.14
Sơ đồ chức năng thiết bị thu thập tín hiệu từ cảm biến
91
42 3.15
Hệ thống đo lực ghi dữ liệu tự động trên máy tính
92
43 3.16 ảnh hệ thống đo lực trên máy mài tròn ngoài 93
44 3.17
Kết quả thí nghiệm đo lực khi mài một hành trình trên
máy mài tròn ngoài 94
45 3.18
Sơ đồ nguyên lý đo mòn bằng đầu đo laze trên máy mài
tròn 96
46 3.19
Đầu thu phát tín hiệu Laze LD-ZX30V và bộ khuyếch
đại Ampliphier 97
47 3.20
Giao diện phần mềm SmartMonitor
97
48 3.21 ảnh thiết bị đo mòn trên máy mài tròn ngoài 99
49 4.1
Chơng trình đọc dữ liệu
101
50 4.2
Đồ thị quan hệ tuổi bền với chế độ công nghệ mài
107
51 4.3

Đồ thị quan hệ lực cắt P
y
với chế độ công nghệ mài, tại
thời điểm = 1 phút
112
52 4.4
Đồ thị quan hệ lực cắt P
z
với chế độ công nghệ mài, tại
thời điểm = 1 phút
113
53 4.5
Đồ thị quan hệ độ nhám R
a
với chế độ công nghệ mài,
tại thời điểm = 1 phút
113
54 4.6
Đồ thị hệ số lực cắt P
y
/P
z
thay đổi theo thời gian mài với
các chế độ công nghệ mài khác nhau
117
Mở đầu
4
Nh chúng ta đều biết, hiện nay trong bối cảnh cạnh tranh toàn cầu, mỗi
doanh nghiệp muốn tồn tại và phát triển cần phải đảm bảo 3 yếu tố: Sản phẩm
chất lợng cao, giá thành hạ và đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng. Động

lực của sản xuất luôn thay đổi theo từng thời kỳ: từ những năm thập kỷ 70-80
của thế kỷ 20 là năng suất lao động, từ thập kỷ 80-90 là chất lợng sản phẩm, từ
thập kỷ 90-2000 là giá thành của sản phẩm và những năm đầu tiên của thế kỷ
21 là khả năng đáp ứng nhanh nhu cầu của thị trờng.
Mặc dù thay đổi theo thời gian nhng yếu tố chất lợng sản phẩm vẫn là
then chốt cho mọi thời kỳ. Chất lợng sản phẩm chế tạo máy phụ thuộc nhiều
vào các nguyên công gia công tinh mà trong đó mài là công nghệ chủ lực. Mài
là một phơng pháp gia công có vị trí rất quan trọng trong gia công cơ khí đặc
biệt là cơ khí chính xác, bởi vì mài tạo ra đợc các chi tiết máy có độ chính xác
cao, chất lợng bề mặt cao, gia công đợc các loại vật liệu có cơ tính cao (độ bền
cao, độ cứng cao..v..v..). Mài không những áp dụng để gia công lần cuối các
loại chi tiết máy mà còn áp dụng để gia công thô, trong đó nhiều trờng hợp bề
mặt mài đợc thực hiện mà không qua các bớc gia công trung gian. ở các nớc
công nghiệp phát triển việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mài định hình,
mài chép hình, mài chính xác, mài siêu chính xác... vào sản xuất đợc sử dụng
dụng rất rộng rãi và không thể thiếu đợc trong ngành gia công cơ khí.
Nâng cao chất lợng bề mặt chi tiết gia công là một trong những vấn đề rất
quan trọng của ngành công nghệ chế tạo máy nhằm tạo ra các sản phẩm, máy
móc thiết bị đạt độ chính xác cao, tuổi bền cao đảm bảo các hiệu quả về kinh tế
và kỹ thuật. Việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp công nghệ và phơng
pháp gia công tinh lần cuối các bề mặt chi tiết máy, đồng thời tìm ra những biện
pháp công nghệ mới hoàn thiện hơn là một nhiệm vụ cấp bách.
Chất lợng sản phẩm khi mài sẽ nh thế nào khi mà công nghệ tự động hoá,
công nghệ tin học, công nghệ vật liệu phát triển nh vũ bão,sự phát triển các
5
ngành công nghệ này ảnh hởng rất lớn đến việc đảm bảo chất lợng sản phẩm
khi mài. Trớc kia khi mài xong mới biết kết quả nhng ngày nay ngời ta có thể
dự đoán, dự báo và thậm chí điều khiển các thông số công nghệ để tạo đợc các
kết quả mài mong muốn. Hiện nay, do xu thế hội nhập khu vực và thế giới các
sản phẩm cơ khí Việt Nam cũng phải vơn lên đạt các chỉ tiêu chất lợng của khu

vực và quốc tế, vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng kết quả của công nghệ mài
để góp phần nâng cao chất lợng các sản phẩm cơ khí là vấn đề cấp thiết.
Để có thể giải quyết vấn đề cho việc đảm bảo chất lợng sản phẩm khi mài,
đề tài luận án Nghiên cứu ảnh h ởng của một số yếu tố công nghệ đến chất l-
ợng bề mặt của chi tiết khi mài tròn ngoài nghiên cứu ảnh hởng của các
thông số công nghệ đến chất lợng bề mặt của chi tiết mài, nghiên cứu sự mòn
của đá mài, lực mài. Đây là những yếu tố rất cần thiết là tiền đề để chúng ta có
thể dựa vào sự mòn đá, lực mài để điểu khiển thích nghi quá trình mài đạt đợc
chất lợng cần thiết.
Mục đích của đề tài: Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ
(s
d
,t) và quá trình mòn của đá mài đến nhám bề mặt của chi tiết gia công trên
máy mài tròn ngoài. Xây dựng mối quan hệ hàm số giữa chế độ cắt (s
d
,t) với độ
nhám bề mặt của chi tiết gia công, lực mài và tuổi bền của đá mài khi mài tròn
ngoài.
Nội dung nghiên cứu:
+ Nghiên cứu tổng quan về mài: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mài và
những vấn đề cơ bản của công nghệ mài; ảnh hởng của các yếu tố công nghệ,
quá trình mòn của đá mài đến chất lợng bề mặt chi tiết gia công trên máy mài
tròn ngoài.
+ Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu ảnh hởng đồng thời của 2 thông
số công nghệ chiều sâu cắt t và lợng chạy dao dọc s
d
tới chất lợng bề mặt của
chi tiết gia công theo thời gian mài.
6
Đối tợng nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ

(s
d
, t) và quá trình mòn của đá đến độ nhám bề mặt khi gia công thép 45 sau
nhiệt luyện bằng đá mài K25CM2x305x50x127 trên máy mài tròn ngoài.
Phơng pháp nghiên cứu: nghiên cứu tổng quan các tài liệu, nghiên cứu lý
thuyết kết hợp với thực nghiệm, nghiên cứu và xử lý các kết quả thí nghiệm
bằng các thiết bị đo hiện đại và các phần mềm chuyên dụng.
ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
+ Dùng nghiên cứu thực nghiệm để làm sáng tỏ các quy luật cơ lý của quá
trình mài, góp phần xây dựng cơ sở lý thuyết về mài.
+ Đánh giá đợc ảnh hởng của các yếu tố công nghệ đến chất lợng bề mặt
chi tiết gia công khi mài tròn ngoài, bằng các điều kiện công nghệ cụ thể. Xây
dựng đợc mối quan hệ toán học về các yếu tố của chất lợng bề mặt với các
thông số công nghệ gia công.
+ Việc thiết kế, tính toán và kiểm nghiệm thiết bị đo sử dụng các kỹ thuật
tiên tiến, các phần mềm chuyên dụng, do đó hệ thống thí nghiệm làm việc ổn
định và độ tin cậy cao.
+ Kết quả nghiên cứu đợc dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy,
nghiên cứu, ứng dụng sản xuất và cở sở lý thuyết cho các nghiên cứu tiếp theo.
Nội dung luận án: Kết cấu của luận án gồm 4 chơng và phần kết luận chung:
Chơng 1. Giới thiệu tổng quan tài liệu về quá trình mài
Chơng 2. ảnh hởng của các yếu tố công nghệ tới chất lợng bề mặt chi tiết khi
mài
Chơng 3. Xây dựng hệ thống thí nghiệm
Chơng 4. Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý kết quả.
Quá trình thực hiện đề tài, mặc dù đã có sự cố gắng rất cao nhng do điều
kiện nghiên cứu và khả năng còn hạn chế nên kết quả nghiên cứu không thể
7
tránh khỏi các thiếu sót. Rất mong nhận đợc ý kiến đóng góp của các Thầy, Cô
và các đồng nghiệp.

Ngày tháng năm
Tác giả
Trần Đức Quý
Chơng1. giới thiệu tổng quan về quá trình mài
1.1. Cơ sở quá trình mài
1.1.1. Đặc điểm, mô hình quá trình mài
* Đặc điểm:
8
Mài là một phơng pháp gia công cắt gọt tốc độ cao với một số lợng lớn
các lỡi cắt rất bé của hạt mài đồng thời tham gia cắt gọt. So với các phơng pháp
cắt gọt bằng các dụng cụ cắt có lỡi cắt xác định thì mài có một số đặc điểm sau:
- Mài là quá trình cắt tế vi và cào xớc ở tốc độ cao của các hạt mài trên bề mặt
vật gia công tạo ra nhiều phoi vụn. Tốc độ cắt khi mài rất cao, thông thờng V
cắt
= 30-35 m/s có trờng hợp đến 100 m/s .
- Độ chính xác kinh tế đạt đợc khi mài thông thờng là:
Mài thô: cấp chính xác 9; nhám bề mặt R
a
=3,2 àm
Mài tinh: cấp chính xác 7; nhám bề mặt R
a
= 1,6 0,4 àm
Mài rất tinh: cấp chính xác 6; nhám bề mặt R
a
= 0,4 0,1 àm
- Các lỡi cắt không giống nhau và đợc sắp xếp rất ngẫu nhiên trên bề mặt đá do
đó các vết cắt xoá lẫn nhau cho phép tạo ra độ bóng bề mặt cao.
- Hình dạng hình học của mỗi hạt mài không giống nhau, góc sắc thờng lớn hơn
90
0

(>90
0
) góc trớc thờng âm (<0) do đó không thuận lợi cho quá trình cắt và
thoát phoi.
- Độ cứng của hạt mài cao, do đó có thể cắt đợc những vật liệu cứng mà các loại
dụng cụ cắt khác không cắt đợc nh: Thép đã tôi, hợp kim cứng ...
- Do nhiều hạt mài cùng tham gia cắt gọt cùng một lúc, do góc trớc (<0) và do
vận tốc cắt rất lớn nên nhiệt cắt khi mài rất lớn, nhiệt độ vùng cắt có thể lên tới
1000-1500
0
c, gây cháy phoi, sinh tia lửa. [4], [89].
- Quá trình cắt khi mài có tính gián đoạn, các hạt mài lần lợt vào cắt, ra cắt tạo
ra các rung động.
- Các đỉnh lỡi cắt phân bố không đều theo chiều cao, lợng d phân bố cho các hạt
mài không đều, do đó lực cắt tác động lên các hạt mài không bằng nhau.
Nếu lực cắt quá lớn sẽ có hiện tợng hạt mài bị vỡ (tạo ra các lỡi cắt mới)
hay bị bong ra khỏi bề mặt làm việc của đá và xuất hiện lỡi cắt của các hạt mài
mới tạo ra khả năng tự mài sắc của đá mài.
Mài đợc sử dụng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy. Trong tổng số
máy công cụ, máy mài chiếm tới 30%, còn trong một số ngành đặc biệt nh chế
tạo vòng bi máy mài chiếm đến 60% [4], [89].
9
Mài không những đợc sử dụng gia công tinh lần cuối mà còn đợc sử dụng
ngày càng rộng rãi ở các nguyên công gia công thô.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của ngành chế tạo máy, những đòi hỏi
về độ chính xác và chất lợng gia công ngày một cao thì mài càng đợc quan tâm
nghiên cứu và đợc sử dụng rộng rãi hơn.
* Mô hình quá trình mài:
Trên hình 1.1 Biểu diễn sơ đồ mài tròn ngoài. Hình 1.1.a. Sơ đồ mài tròn
ngoài tiến dao dọc; hình 1.1.b. Sơ đồ mài tròn ngoài tiến dao hớng kính.

Hình 1.1. Sơ
đồ mài tròn ngoài
- Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của đá mài v
đ
- Chuyển động phụ bao gồm:
+ Chuyển động quay của phôi v
p
+ Chuyển động tiến dao dọc s
d
+ Chuyển động tiến dao ngang s
n

10
Hình 1.2 : Mô hình quá trình mài tròn ngoài tiến dao dọc
Đại lợng vào
máy: - Sơ đồ cắt khi mài
- Độ cứng vững của HTCN
Phôi: -Vật liệu
- Kích thớc, hình dáng hình học
đá mài:- Cấu trúc đá, độ cứng, độ hạt
- Vật liệu hạt mài
- Vật liệu chất kết dính
- Topography của đá
Chế độ công nghệ :
- V
đ
, V
ct
; Chiều sâu cắt t
- Lợng chạy dao dọc S

d

Chế độ trơn nguội:
- Thành phần dung dịch
- Lu lợng, áp lực tới
- Phơng pháp tới
Chế độ sửa đá : - Chế độ sửa đá
- Dụng cụ sửa
Các đại lợng xuất hiện trong quá
trình mài
Lực cắt
Nhiệt cắt
Trạng thái mòn của đá
Rung động
Đại lợng ra
chất lợng
* Sai lệch về HDHH :
- Sai lệch kích thớc
- Sai lệch vị trí tơng quan
* Chất lợng bề mặt chi tiết:
- Nhấp nhô bề mặt
- Vết cháy, vết gằn bề mặt
- Tổ chức lớp bề mặt
- Tính chất cơ lý lớp bề mặt
+ Độ cứng tế vi
+ Chiều sâu lớp biến cứng
+ Tính chất lớp ứng suất d
bề mặt
tính kinh tế
+ Giá thành

+ Năng suất
+ Tuổi bền của đá
S
d
n
đa
n
ct
11
1.1.2. Quá trình tạo phoi khi mài
Nếu xem xét quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài ta thấy nó có
nguyên lý làm việc tơng tự nh với một răng của dao phay (hình 1.3 [4]) song
quá trình mài có những đặc thù riêng, tơng đối khác biệt với quá trình cắt bằng
dụng cụ kim loại nh dao phay.
Hình 1.3. Quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài
1- Hạt mài; 2 - Phoi mài; 3 - Phôi
Những khác biệt ấy bao gồm:
- các lỡi cắt của hạt mài tham gia cắt không liên tục.
- Lớp kim loại đợc cắt bởi một hạt đá mài có sự phụ thuộc về quan hệ
chiều rộng và bề dày hạt đá.
- Hình dáng hình học của hạt mài không xác định, ở đỉnh cắt của hạt mài
có cung lợn bán kính R.
- Hạt mài phân bố không có quy luật trên bề mặt trụ của đá.
12
- Tốc độ cắt cao, có nhiều lỡi cắt cùng tham gia cắt đồng thời trong vùng
cắt (vùng tiếp xúc giữa đá và bề mặt gia công).
- Các lỡi cắt của hạt đá mài có độ cứng, bền nhiệt, độ giòn rất cao.
- Do có nhiều lỡi cắt cùng tham gia cắt gọt nên tạo ra nhiệt cắt lớn, nhiệt
độ vùng cắt cao.
- Có hiện tợng trợt giữa hạt mài và kim loại trớc khi cắt gọt.

a (a<<

) b(a<

) c(a>

)
Hình 1.4. Sơ đồ mô tả quá trình tạo phoi bằng hạt mài có bán kính đỉnh cắt p
a-Hiện tợng trợt của hạt mài trên bề mặt mài; b- miết kim loại; c- tạo phoi
Dới áp lực mỗi lúc mỗi tăng từ hạt mài lên bề mặt gia công làm tăng quá
trình biến dạng dẻo và nhiệt độ tăng làm cho kim loại mài bị mềm hơn. Độ sâu
của lớp cắt đạt đợc giá trị a sẽ xuất hiện tạo phoi nh vậy quá trình làm việc của
bất kỳ hạt mài nào trên chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và phoi đều đợc
chia thành các giai đoạn: trợt miết, tạo phoi.
Đá mài không có lỡi cắt liên tục trên vành cắt, các cạnh cắt của hạt mài
nằm trên độ cao khác nhau, do đó không phải tất cả các hạt mài đều tham gia
cắt gọt trong cùng một thời điểm giống nhau. Hạt thì trợt trên bề mặt gia công,
hạt thì miết nén, hạt thì tạo phoi. Những hạt có bán kính cung lợn lớn tức là
những hạt quá mòn không thể cắt đợc lát cắt mỏng, những hạt này không cắt
mà chỉ trợt trên bề mặt gia công, lúc này sinh ra một lợng nhiệt rất lớn.
Nh vậy quá trình tạo phoi khi mài tuỳ thuộc vào yếu tố hình học của hạt
mài. Quá trình tạo phoi xảy ra trong khoảnh khắc rất nhỏ 0,001- 0,005 giây.[9]
13
Tổng số lợng hạt phoi đợc cắt bởi một đá mài trong một đơn vị thời gian
là rất lớn (hàng trăm triệu hạt phoi trong một phút). Bề dày của phoi rất khác
nhau từ một vài micrômet đến vài phần trăm micrômet, những phoi quá nhỏ dới
tác dụng của nhiệt cao sẽ bị cháy tạo thành tia lửa khi mài. Những phoi lớn hơn
cùng với những phần tử hạt bị mòn của đá đợc dung dịch tới nguội rửa trôi.
1.1.3. Biến đổi cấu trúc lớp bề mặt kim loại mài
Chúng ta biết rằng 80% công trong quá trình mài đợc biến thành nhiệt

chỉ có 20% năng lợng làm biến dạng mạng tinh thể. Biến đổi cấu trúc mạng tinh
thể dẫn đến xuất hiện nội ứng suất bởi vì chúng gây ra biến đổi thể tích kim
loại. Nếu nh nội ứng suất vợt quá đại lợng bền tức thời kim loại sẽ bị phá huỷ,
lúc này sẽ sinh ra các vết nứt khi mài [35].
Trong quá trình mài xuất hiện hiện tợng cháy mài do đó cần phải khống
chế sinh nhiệt trong quá trình mài. Nhiều kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng
nhiệt phát sinh khi mài và sau đó là khả năng gây cháy mài có nguyên nhân trực
tiếp từ lựa chọn chế độ mài, đặc tính kĩ thuật của đá và phơng pháp điều chỉnh
máy mài.
* Biến dạng dẻo khi mài:
Kim loại và hợp kim đều có cấu trúc mạng tinh thể và đợc hình thành từ
một số lợng lớn các hạt đa tinh thể đợc xếp theo những trật tự khác nhau về kích
thớc. Chúng liên kết với nhau tạo thành khối rất bền vững về cơ học. Bề mặt các
kim loại đa tinh thể liên kết với nhau bằng những lớp tinh thể nhỏ và khi bị phá
huỷ có phơng rất khác nhau.
Khi gia công kim loại bằng phơng pháp cắt gọt sẽ xuất hiện biến dạng
dẻo trên lớp mỏng ở bề mặt, lan toả sang các vùng lân cận nằm dới lớp bề mặt
gia công. Quá trình biến dạng dẻo phát sinh theo hớng trợt tức là làm dịch
chuyển một lớp tinh thể này theo mặt phẳng liên kết tinh thể nhất định nào đó.
Cũng có thể nói rằng quá trình trợt là sự dịch chuyển của một lớp nguyên tử này
14
so với lớp nguyên tử kia, dới tác dụng của lực biến dạng (tức là dới sự tác dụng
của lực cắt).
Sự trợt bắt đầu khi xuất hiện ứng suất trợt đủ lớn để gây trợt. Quá trình
biến dạng dẻo xẩy ra sau biến dạng đàn hồi, sức lan toả hầu nh bằng tốc độ âm
thanh (với thép khoảng 5130 m/s), nhng để xuất hiện biến dạng dẻo đảm bảo
cho các hạt tinh thể dịch chuyển đợc cần có nhiều thời gian hơn. Bởi vậy ở tốc
độ biến dạng cao xuất hiện biến dạng dẻo cục bộ tại chỗ. Biến dạng dẻo cũng đ-
ợc hiểu nh biến dạng giữa các tinh thể, trong đó một số hạt này dịch chuyển t-
ơng đối với một số hạt khác. Chính những sự dịch chuyển này không lớn, nhng

cũng đủ để gây phá huỷ đờng biên của hạt, cuối cùng phá huỷ kim loại.
Khi cắt kim loại bằng hạt mài ở lớp ngoài cùng bị kéo chảy theo hớng tác
dụng của lực cắt. Các tinh thể về cơ bản đợc sắp xếp theo hớng của sơ đồ mạng
tinh thể, tơng tự sắp xếp của các hạt nhỏ theo hớng biến dạng gọi là vân kim
loại. Nh vậy khi biến dạng dẻo xuất hiện những hiện tợng sau:
- Thay đổi hình dáng hạt.
- Thay đổi vị trí hạt và tạo thành vân
- Hình thành ứng suất d
- Phát sinh sự tự phá huỷ bên trong mạng tinh thể và phá huỷ liên kết giữa
các mạng với nhau, phá huỷ đơn hạt
- Thay đổi tính chất cơ lý của lớp bề mặt.
- Khi cắt kim loại biến dạng dẻo gây ra biến cứng lớp bề mặt do đó chi tiết
trở nên bền hơn và độ cứng tế vi đợc nâng cao hơn và giảm tính dẻo.
* ứng suất d lớp bề mặt:
15
Các nghiên cứu trớc đây đã xác định rằng ứng suất d ảnh hởng lớn đến
tính chất sử dụng và tuổi bền của chi tiết máy, ảnh hởng lớn nhất đến tuổi bền là
độ cứng tế vi lớp bề mặt.[6]
Yếu tố cơ bản để đánh giá tình trạng lớp bề mặt là độ lớn và chiều của ứng
suất mỏi bên trong lớp kim loại. Các loại ứng suất này xuất hiện trong quá trình
mài và tồn tại trên chi tiết gia công. ứng suất d trên lớp bề mặt xuất hiện do
những nguyên nhân sau:
- Biến dạng dẻo lớp bề mặt.
- Biến dạng dẻo không đồng nhất, liên quan đến kéo các thớ, sợi kim loại
lớp bề mặt và phát sinh trong lớp này ứng suất d nén có ảnh hởng theo chiều cắt
gọt.
- Cháy lớp mỏng trên bề mặt kèm theo xuất hiện ứng suất d kéo
- Biến đổi pha các lớp kim loại dẫn đến chúng có cấu trúc khác nhau, các
lớp này có thể tích khác nhau do đó tạo ra các lớp ứng suất d có dấu và giá trị
khác nhau.

Nghiên cứu về độ lớn và tính chất ứng suất d mang một ý nghĩa lớn,
nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi khử ứng suất d trên lớp bề mặt đã làm tăng
bền chi tiết gia công và nâng cao khả năng chịu mòn. Trong quá trình mài chọn
chế độ cắt hợp lý sẽ tạo ra một lớp bề mặt có ứng suất d nén làm tăng tuổi thọ
chi tiết gia công.
1.2. Cấu tạo của đá mài
1.2.1. Vật liệu hạt mài
Đá mài là loại dụng cụ cắt đợc chế tạo từ vật liệu dạng hạt- liên kết với
nhau thành một thể nguyên khối bằng những chất kết dính.
Những vật liệu hạt mài sử dụng để chế tạo dụng cụ từ hạt mài là các loại
16
vật liệu nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, mà chúng có độ cứng lớn và có khả
năng cắt gọt cao.
Các vật liệu hạt mài sử dụng để chế tạo các dụng cụ thờng đợc phân
thành hai nhóm: tự nhiên và nhân tạo. Nhóm vật liệu tự nhiên bao gồm các
khoáng chất sau: Kim cơng tự nhiên, thạch anh, đá lửa, granat, Coranh đông,
Các bua Silic, ... Với loại vật liệu nhân tạo bao gồm: Kim cơng, Nitrit bo ở dạng
mạng lập phơng thể tâm (CBN), Co ranh đông điện, Các bit silic, Các bit bo,
Oxyt nhôm
Kim cơng tự nhiên (A) là một biến thể của cacbon. Nó có độ cứng cao
nhất trong số các loại vật liệu mài tự nhiên và nhân tạo đã biết hiện nay. Tuy
nhiên kim cơng giòn. Kim cơng thờng đợc xác định khối lợng theo cara. Một
cara bằng 200 miligam.
Kim cơng nhân tạo (A.C). Để tổng hợp kim cơng nhân tạo, ngời ta sử
dụng các vật liệu có chứa cácbon kết hợp với một số chất xúc tác. Vật liệu cơ
bản thờng dùng là graphit. Đôi khi ngời ta còn dùng cả than củi. Vật liệu xúc
tác thờng dùng là kim loại (crôm, niken, sắt, côban và một vài kim loại khác).
Dới tác động của nhiệt độ và áp suất cao kim cơng nhân tạo sẽ đợc hình thành.
Côranhđông điện có hai loại: Côranhđông điện thờng (1A), đợc thiêu kết từ
bốcxít và các biến thể của nó nh 12A, 13A, 14A, 15A, 16A. Côranhđông điện

trắng (2A) đợc thiêu kết từ ôxit nhôm và các biến thể của nó 22A, 23A, 24A,
25A.
Các loại Côranhđông điện hợp kim đợc phân biệt với nhau bởi hàm lợng
của ôxit nhôm chứa trong nó.
Cacbít silic: là một hợp chất của Silic và Cacbon nhận đợc từ than cốc
và cát thạch anh khi nung nóng tới 2000-2100
0
c trong lò điện. Đây là một loại
vật liệu mài quý. Nó có màu xanh đậm, óng ánh. Tuỳ thuộc vào hàm lợng của
Silic nguyên chất, ngời ta phân thành 2 loại, Cacbit silic xanh (6c)
và Cac bit silic đen (5c). Cacbit silic có một số tính chất quan trọng sau:
17
- Chúng có độ cứng rất cao (chỉ đứng sau Kim cơng, Enbo, và Cacbit bo)
- Có hình dáng nhọn, sắc nên khả năng cắt rất cao
- Độ chịu nhiệt rất cao (có thể tới 2050
0
c)
Cacbit bo: là một hợp chất của Bo với Cacbon (B
r
C). Nó có khả năng cắt
cao, chịu mài mòn và độ trơ hoá học. Cacbit bo đợc sản xuất có hàm lợng
87-94% B
r
C.
Nitritbo lập thể (CBN) là loại vật liệu siêu cứng, có chứa 43,6% Bo và
56,4% Nitơ. Mặc dù nó có độ cứng nhỏ hơn kim cơng một chút, nhng lại có
khả năng cắt và độ chịu mài mòn rất cao, vợt hẳn các loại vật liệu mài thông th-
ờng, độ chịu nhiệt cao (tới 1200
0
c). [9]

1.2.2. Vật liệu dính kết
Chất kết dính dùng để kết dính những hạt mài rời rạc thành khối. Đá mài
có chất lợng cao hay thấp phụ thuộc vào chất kết dính. Tuỳ thuộc vào yêu cầu
sử dụng của đá mài mà ngời ta sử dụng các loại chất kết dính khác nhau để chế
tạo đá. Chất kết dính thờng đợc chia thành các nhóm cơ bản là:
- Chất kết dính vô cơ bao gồm: Gốm, Manhêdit và Silicat.
- Chất kết dính hữu cơ bao gồm: Bakêlic, Gliphtalin và Vuncanic.
- Chất kết dính kim loại.
Trong đó khoảng 50-60% tổng sản lợng đá mài đợc chế tạo từ chất dính kết
vô cơ, 30-39% từ chất kết dính hữu cơ, 1-2% chất kết dính kim loại.[8]
Chất dính kết Keramic (K). Trong thành phần của chất kết dính Keramic có
chứa ôxit nhôm chịu lửa, pensphat, thạch anh, manhê và các thành phần khác.
Đá mài có chất dính kết keramic có độ xốp lớn, do vậy ít bị bết phoi khi mài,
khả năng cắt cao, chống thấm nớc tốt. Tuy nhiên chất kết dính keramic giòn, do
vậy rất nhạy cảm với các lực va đập khi mài .
Chất kết dính Silicat: chất kết dính này đợc chế tạo từ thuỷ tinh lỏng trộn với
ôxit kẽm, manhê và ôxit nhôm...chất kết dính silicat có độ cứng trung bình. Đá
mài với chất kết dính silicat rất chóng mòn, nhng ít toả nhiệt khi mài.
18
Chất kết dính Bakelic: Thành phần chính của chất kết dính bakelic là
bakelic lỏng hoặc bột (hắc ín, nhựa nhân tạo). Đá mài với chất kết dính bakelic
có độ bền cao nhng mau mòn. Chất kết dính bakelic có tính đàn hồi cao, do đó
nó cho phép chế tạo đá mài có chiều dày bé (< 0,5 mm) để dùng làm đá cắt và
gia công với chế độ cắt cao. [9]
Chất kết dính Vuncanit: Thành phần chính của chất kết dính vuncanit là cao
su nhân tạo và một số chất phụ gia khác có chức năng làm tăng độ cứng, độ bền
và độ đàn hồi của dụng cụ. Đá mài với chất kết dính vuncanit có độ đàn hồi cao
hơn so với đá mài có chất kết dính bakelit, nhng nhiệt độ làm việc thấp hơn
( 150
0

c).
Để tăng độ bền của đá mài, ngời ta sử dụng các chất kết dính hợp kim. Chất
kết dính có chứa B
o
(52%) và titan cho phép chế tạo đá mài làm việc với tốc độ
cắt đến 60 m/s. Các chất kết dính có chứa thêm ôxitbo, ôxitliti, bari, phtora... sẽ
tăng cờng đáng kể các đặc tính cơ học của đá mài. [9]
1.2.3. Độ hạt của đá mài
Độ hạt của đá mài đợc biểu thị bằng kích thớc thực tế của hạt mài (theo
OCT 3647 59) (bảng1.1). Tính năng cắt gọt của vật liệu phụ thuộc vào
kích thớc hạt mài. Khi mài thô dùng loại hạt có kích thớc lớn và ngợc lại khi
mài tinh dùng loại hạt có kích thớc nhỏ. Hạt mài đợc phân ra làm 3 nhóm [15]:
- Nhóm thứ nhất gọi là hạt mài gồm các số hiệu: 200; 160; 125; 100; 80;
63; 50; 40; 32; 25; 20; 16.
- Nhóm thứ hai gọi là bột mài gồm các số hiệu: 12; 10; 8; 6; 5; 4; 3.
- Nhóm thứ ba gọi là phấn mài gồm các số hiệu: M40; M28; M20; M14;
M7; M5.
Chất lợng của hạt mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố song quan trọng nhất
là sự đồng đều của các hạt.
Bảng 1.1. Độ hạt mài và phạm vi sử dụng
19
Độ hạt mài
Theo OCT
3647 59
(àm)
Hệ Anh (Số mắt
sàng/1inch
chiều dài)
Phạm vi sử dụng
200 160

125 80
50 40
40 25
10
10 6
12 4
6 5
6 3
10 12
16 24
36 46
46 60 120
120 180
100 280
180 230
180 320
- Mài vật liệu: têctôlit, kính
- Làm sạch mối hàn, vật đúc
- Mài thô những chi tiết và dụng cụ cắt
đồng, gang đúc
- Mài nửa tinh, mài tinh chi tiết, các loại
dao tiện bằng hợp kim cứng, thép gió
- Mài tinh những chi tiết có độ bóng và độ
chính xác cao, các dụng cụ đo kiểm...
- Mài ren, mài sửa cần có độ bóng cao
- Mài nghiền các chi tiết và các loại dụng
cụ nhiều lỡi đòi hỏi độ nhẵn cao
- Mài khôn xi lanh, mài mỏng, mài rà
1.2.4. Cấu trúc đá mài
Cấu trúc đá mài đặc trng cho tổ chức bên trong của đá mài, nghĩa là quan hệ

giữa các thể tích của hạt mài, chất kết dính và khoảng trống của đá. Cơ sở để
phân loại đá mài theo cấu trúc là thể tích của hạt mài. Những đá mài có cùng
một cấp cấu trúc khi thể tích do các hạt mài chiếm chỗ là nh nhau với mọi cấp
độ cứng. Cấu trúc của đá mài đợc chia thành 12 cấp từ 1ữ12 [15].
Khi tăng một cấp cấu trúc thì thể tích hạt mài trong đá giảm một lợng
V = 2%, còn thể tích chất dính kết tăng 2% tơng ứng:
(V
h
- V) + (V
dk
+ V) + V
t
=100%
Trong đó:
V
h
Thể tích hạt mài
20
V
dk
Thể tích chất dính kết
V
t
Thể tích các khoang trống
Thể tích chung các khoang trống r của đá ứng với một độ cứng nhất
định không thay đổi với các cấu trúc khác nhau. Tuy nhiên khi tăng cấp cấu trúc
của đá thì các khoang trống sẽ trở nên lớn hơn.
Đá mài có cấu trúc chặt, trong đó hạt mài đợc bố trí quá mau, khoảng
cách giữa các hạt nhỏ, chủ yếu để mài bóng.
Đá mài có cấu trúc xốp, khoảng cách giữa các hạt lớn, thoát phoi tốt, vì

vậy cho phép nâng cao tốc độ cắt, nhng khi đó đá lại kém bền.
Để tạo khoảng trống, khi chế tạo đá mài, ngời ta trộn các chất phụ gia
(mùn ca, gỗ, than v.v ) vào hỗn hợp tr ớc khi ép, khi thiêu kết các chất phụ gia
sẽ cháy và tạo thành các khoang rỗng.
Đá mài có độ hạt 125 ữ 80 thờng dùng cấp cấu trúc N
o
3 ữ 4. Độ hạt 50 ữ
40 thờng dùng cấp cấu trúc N
o
5 ữ 6, độ hạt 25 ữ 12 thờng dùng cấp cấu trúc N
o
6 ữ 7.
Thành phần hạt mài của các cấp cấu trúc có trong bảng 1.2, cấu trúc của
đá mài hình 1.5 [9].
Bảng 1.2. Thể tích hạt mài phân bố theo cấp cấu trúc
Cấp cấu
trúc
% thể tích
hạt mài
Cấp cấu
trúc
% thể tích hạt
mài
Cấp cấu
trúc
% thể tích
hạt mài
1 60 5 52 9 44
2 58 6 50 10 42
3 56 7 48 11 40

4 54 8 46 12 38
2
3
1
21
Hình 1.5. Cấu trúc của đá mài
1. Hạt mài, 2. Chất kết dính, 3. Khoảng trống
1.2.5. Độ cứng của đá mài
Độ cứng của đá mài đợc hiểu là khả năng liên kết của các hạt mài bởi các
chất kết dính để chống bật hạt mài khỏi bề mặt đá dới tác dụng của ngoại lực.
Độ cứng càng cao có nghĩa hạt mài càng khó tách rời khỏi bề mặt của đá, khả
năng chịu lực càng lớn, tuy nhiên khả năng tự mài sắc kém.
Độ cứng của đá mài phụ thuộc vào tỷ lệ, chất lợng chất dính kết, dạng vật
liệu hạt mài, quy trình công nghệ chế tạo đá mài. Độ cứng của đá mài ảnh hởng
đến năng suất và chất lợng khi mài
Bảng kí hiệu độ cứng đá mài của một số nớc đợc dùng trong các xí
nghiệp hiện nay(bảng 1.3). [9], [15].
Ký hiệu của độ cứng đá theo mức tăng dần, bởi vậy M3 đợc xem là cứng
hơn M1 v..v..Trên thực tế chọn đúng độ cứng của đá có một ý nghĩa quan trọng,
chúng ta biết rằng đá mài có những tính chất đặc trng; tính cắt của chúng ở
nhiều mức độ khác nhau.
Khi mài bằng đá mài mà chọn đúng độ cứng, hạt mài theo thời gian mòn
dần, tải trọng cắt trên hạt đá đó cũng lớn dần nó phải tự rơi hoặc tách ra khỏi bề
mặt đá để lớp cạnh cắt mới lại xuất hiện.
22
Bảng 1.3. Kí hiệu độ cứng đá mài
Kí hiệu
Độ cứng
Việt Nam Liên Xô Trung Quốc
Tiệp

Khắc
Nhật Bản
Mềm M1, M2, M3 M1, M2, M3 R1, R2, R3 E, F, G E, F, G
Mềm vừa MV1, MV2 CM1, CM2 ZR1, ZR2 H, I, K H, I, J, k
Trung bình TB1, TB2 C1, C2 Z1, Z2 L, M, N, O L, M, N, O
Cứng vừa CV1,CV2,CV3 CT1, CT2, CT3 ZY1, ZY2, ZY3 P, Q P, O, R, S
Cứng C1, C2 T1, T2 Y1, Y2 R, S P, O, R, S
Rất cứng RC1, RC2 BT1, BT2 CY1, CY2 T, U, V
T, U, V, W,
X, Y, Z
Khi đá mài quá cứng thì khả năng tự mài sắc kém do đó đá mài mất hẳn
tính chất cắt gọt, ma sát giữa đá mài và bề mặt chi tiết gia công tăng nhanh, sẽ
xuất hiện cháy mài và nứt mài. Trong trờng hợp này phải tiến hành sửa đá.
Khi mài bằng đá mài quá mềm, hạt mài sẽ bị tách vỡ khỏi bề mặt đá, nó
không kịp mòn, đá mài mòn hình học quá nhanh, giảm năng suất gia công.
1.2.6. Topography của đá mài
* Định nghĩa:
Tập hợp tất cả các lồi lõm trên bề mặt đá mài đợc xác định trong không
gian 3 chiều với những đặc trng cụ thể của nó gọi là Topography của đá mài.
Để mô tả những đặc trng của Topography, tại hội thảo hội nghị đo lờng
quốc tế tháng 9/1991 Brussels ngời ta đa ra 14 thông số mô tả đặc điểm chính
của Topography của bề mặt 3D. Đó là 4 thông số mô tả khả năng phân loại độ
rộng và độ cao; 4 thông số mô tả tính chất không gian; 3 thông số mô tả khả
năng kết hợp và 3 thông số chức năng.
* Thông số phân loại độ rộng, độ cao:
1. Sai lệch căn trung bình bình phơng S
q
: Là giá trị căn trung bình bình phơng
của một phần bề mặt nằm trong vùng mẫu nó đợc xác định nh sau:
(1.1)

23
2. Độ nhám bề mặt S
z

(1.2)

3. Độ lệch phân bố chiều cao bề mặt S
sk
: Thông số này mô tả tình trạng phân
bố chiều cao bề mặt.
(1.3)
4. Kurtosis của phân bố chiều cao bề mặt S
ku
: là đơn vị đo lờng của các đỉnh
hoặc tình trạng phân bố chiều cao bề mặt

(1.4)
* Thông số mô tả tính chất không gian:
1. Mật độ các đỉnh của bề mặt S
ds
: là mật độ phân bố các đỉnh của vùng mẫu
đơn vị. Nó đợc xác định nh sau:

(1.5)

2. Tỷ lệ dạng dệt của bề mặt S
tr
.

Khong phõn gii nhanh nht n 0,2 theo tiờu chun AACF

0 < S
tr
<
Khong phõn gii chm nht n 0,2 theo tiờu chun AACF
3. Hớng dạng dệt của bề mặt S
td
.
- vi < /2
S
td
=
vi < /2
4. Độ phân giải nhanh nhất của tự tơng quan đến độ dài S
al
.
(1.6)
24
* Thông số mô ta khả năng kết hợp:
1. Độ dốc căn trung bình bình phơng bề mặt S
q
: là độ dốc căn trung bình bình
phơng của bề mặt nằm trong vùng mẫu.
(1.7)

2. Độ cong trung bình số học của đỉnh trên bề mặt S
sc
.


cho mi nh (1.8)

3. Tỷ lệ vùng giữa 2 bề mặt có thể đợc khai triển S
dr
.: biểu đồ của nó đối nghịch
với độ cao căn trung bình bình phơng S
q
.
(1.9)
* Thông số chức năng để mô tả khả năng chịu lực và duy trì lu chất:
1. Chỉ số chịu lực bề mặt S
bi
: đây là tỷ lệ của sai lệch S
q
đối với chiều cao bề
mặt ở vùng chịu lực 5%.
(1.10)
2. Chỉ số duy trì lu chất core S
ci
: là tỷ lệ của dung tích trống của vùng mẫu đơn
vị ở miền lõi đối với sai lệch S
q
.
(1.11)
25