Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên máy phay CNC sử dụng đá mài CBN

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM HỒNG HẢI

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀI BỀ MẶT ĐỊNH HÌNH TRÊN MÁY PHAY CNC
SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CBN.
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số
: 60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS TRẦN MINH ĐỨC

THÁI NGUYÊN – NĂM 2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


http://www.lrc-tnu.edu.vn/


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Phạm Hồng Hải - Học viên cao học lớp K14 chuyên ngành Kỹ thuật Cơ
khí, khóa 2011- 2013 trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên.
Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trƣờng, tôi lựa chọn thực hiện
đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên
máy phay CNC sử dụng đá mài CBN”
Đƣợc sự giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tnh của Thầy giáo TS. Trần Minh Đức và sự
nỗ lực của bản thân, đề tài đã đƣợc hoàn thành.
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa
từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần tham khảo đã
đƣợc ghi rõ trong Luận văn.

Thái Nguyên, ngày 17 tháng 11 năm 2014
Học viên

Phạm Hồng Hải

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

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


iii
iiii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Trần Minh ĐứcThầy đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp,
Phòng quản lý đào tạo sau đại học, Khoa Cơ khí và bộ môn Chế tạo máy đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này.
Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, các
bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình làm luận văn này.
Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn luận


văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong muốn sẽ nhận đƣợc những chỉ
dẫn từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện và có ý
nghĩa hơn nữa trong thực tễn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả

Phạm Hồng Hải

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

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM
ƠN

...........................................................................................................

iii

MỤC

LỤC................................................................................................................. iv DANH MỤC
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................. vii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ
THỊ

......................................................................

ix

PHẦN

MỞ

ĐẦU

.........................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục têu nghiên cứu là :..........................................................................................2
3. Dự kiến các kết quả đạt đƣợc ..................................................................................3
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.........................................................................................3
5. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................3
6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn...................................................................3
7. Nội dung của luận văn.............................................................................................4
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MÀI ........................................................................5
1.1. Tổng quan về công nghệ mài ...............................................................................5
1.1.1. Tổng quan về công nghệ mài ............................................................................5
1.1.2 Lực cắt khi mài.................................................................................................10
1.1.3. Nhiệt cắt khi mài .............................................................................................12
1.1.4. Công suất cắt khi mài ......................................................................................14
1.1.5. Rung động khi mài ..........................................................................................14
1.1.6. Chất lƣợng bề mặt sau mài..............................................................................15
1.2. Mài các bề mặt định hình ...................................................................................20
1.2.1. Yêu cầu kỹ thuật của các chi tết định hình ....................................................20
1.2.2. Các phƣơng pháp mài định hình ....................................................................20
1.2.3. Các khó khăn khi mài bề mặt định hình.........................................................21
1.3. Khái quát về các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực mài và định hƣớng nghiên cứu
.................................................................................................................22
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


v

1.3.1. Khái quát về các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực mài ..........................22
1.3.2. Định hƣớng nghiên cứu...................................................................................23
CHƢƠNG II.NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀI BẰNG ĐÁ CBN24
ĐỂ GIA CÔNG CÁC MẶT ĐỊNH HÌNH ................................................................24
2.1. Đặc tnh của đá mài CBN...................................................................................24
2.1.1. Độ cứng ...........................................................................................................24
2.1.2. Tính chống mòn ..............................................................................................25
2.1.3. Tính dẫn nhiệt .................................................................................................25
2.1.4. Độ bền nén ......................................................................................................28
2.1.5. Lực cắt .............................................................................................................28
2.2. Mòn và tuổi bền của đá mài ...............................................................................31
2.2.1. Mòn của đá mài ...............................................................................................31
2.2.2. Tuổi bền của đá mài ........................................................................................32
2.3. Một số nghiên cứu về ảnh hƣởng của các yếu tố đến chất lƣợng bề mặt gia công khi
mài bằng đá mài CBN .........................................................................................33
2.3.1. Ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt mài ..............................................................33
2.3.2. Ảnh hƣởng đến cấu trúc lớp bề mặt mài .........................................................38
2.3.3. Ảnh hƣởng đến ứng suất dƣ lớp bề mặt mài ...................................................39
2.4. Mài bề mặt định hình bằng đá CBN trên máy Phay CNC .................................41
2.5. Giới hạn vấn đề nghiên cứu ...............................................................................43
2.6. Kết luận ..............................................................................................................45
CHƢƠNG III. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ....................................................46
3.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm.....................................................................46
3.2. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm .................................................................46
3.3. Thiết bị thí nghiệm .............................................................................................46
3.3.1. Máy phay CNC ...............................................................................................46
3.3.2. Đá mài .............................................................................................................47
3.3.3. Tƣới nguội .......................................................................................................49
3.3.4. Phôi thí nghiệm ...............................................................................................50
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


vi

3.3.5. Thiết bị đo .......................................................................................................50
3.4. Trình tự thí nghiệm ............................................................................................52
3.4.1. Chuẩn bị ..........................................................................................................52
3.4.2. Tiến hành thí nghiệm ......................................................................................52
3.4.3 Xử lý kết quả thí nghiệm..................................................................................55
3.5. Thảo luận kết quả thí nghiệm.............................................................................60
3.5.1. Nhám bề mặt ...................................................................................................60
3.5.2.Chất lƣợng bề mặt gia công .............................................................................61
3.5.3. Cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công ............................................................61
3.5.4. Sai lệch kích thƣớc ..........................................................................................62
3.5.5. Hiệu quả kinh tế ..............................................................................................62
3.6. Kết luận chƣơng 3 ..............................................................................................62
KẾT LUẬN CHUNG................................................................................................64
1. Kết luận chung ......................................................................................................64
2. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo ..................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................65

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

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị

β

Góc cắt

Độ

γ

Góc trƣớc

Độ

ρ

Bán kính lƣỡi cắt

mm

Py

Thành phần lực cắt tiếp tuyến

N

Pz

Thành phần lực cắt pháp tuyến

N

Sn

Lƣợng chạy dao ngang

m/ph

Sd

Lƣợng chạy dao dọc khi mài

m/ph



Tốc độ quay của đá

Vòng / ph

nct

Tốc độ quay của chi tết

Vòng/ ph

az

Chiều dày cắt phoi

mm

t

Chiều sâu vết cắt

mm

a’z

Chiều dày phoi thực tế

mm

Piz

Thành phần lực cắt theo phƣơng tếp tuyến tác dụng

N

lên một hạt mài
Piy

Thành phần lực cắt theo phƣơng pháp tuyến tác dụng

N

lên một hạt mài


Hệ số lực cắt

Pi

Lực cắt tác dụng lên một hạt mài

N

Px

Thành phần lực dọc theo phƣơng chạy dao

N

Tm

Nhiệt độ mài

Độ

Vd

Tốc độ đá mài

p

Áp lực riêng ở vùng tếp xúc

m/ph
2
kg/m

l

Chiều dài cung tiếp xúc

N

Công suất mài

km

Độ cứng tĩnh của máy

KN/mm

kc/b

Độ cứng cắt trên đơn vị chiều rộng mài

KN/mm

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

cm
J/mm

3
2
2

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


viii
viiiv
ka/b

Độ cứng tiếp xúc trên đơn vị chiều rộng mài

vct

Tốc độ của chi tiết gia công

m/ph

Ssđ

Lƣợng chạy dao dọc khi sửa đá

m/ph

tsđ

Chiều sâu cắt khi sửa đá

mm

B

Bề rộng mài

mm

De

Đƣờng kính tƣơng đƣơng của đá mài

mm

τbd

Thời gian mòn ban đầu

phút

ubd

Độ mòn ban đầu

µm

τ1

Thời gian mòn bình thƣờng

phút

u1

Độ mòn bình thƣờng

µm

Thông số đánh giá độ nhám bề mặt gia công

µm

Ra, Rz

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

KN/mm

2

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


ix

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các phƣơng pháp mài phẳng ............................................7
Hình 1.2. Các dạng có thể có của lƣỡi cắt...................................................................8
Hình 1.3. Quá trình tạo phoi khi mài ..........................................................................9
Hình 1.4. Nhiệt và sự phân bố năng lƣợng khi mài ..................................................12
Hình 1.5. Sự hình thành độ nhám bề mặt [4] ............................................................15
Hình 1.6. Ảnh SEM bề mặt mài [14] ........................................................................16
Hình 1.7. Cấu trúc lớp bề mặt [14.............................................................................18
Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn độ cứng của các loại hạt mài [6] ....................................24
Hình 2.2. So sánh tính chống mài mòn của đá CBN với các vật liệu khác nhau [16]...... 25
Hình 2.3. Lực cắt khi mài thép ổ lăn AISI 52100 bằng đá CBN [26]. .....................28
Hình 2.4. Lực cắt khi mài bằng các loại đá khác nhau [13]......................................29
Hình 2.5. Ảnh hƣởng của vận tốc đá đến lực cắt khi mài bằng đá CBN [15 ] .........30
Hình 2.6. Quá trình mòn của đá ................................................................................32
Hình 2.7. Ảnh hƣởng của loại dung dịch trơn nguội ................................................34
Hình 2.7. Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với các loại dung dịch trơn nguội
khác nhau [28]. ..........................................................................................................35
Hình 2.8. Ảnh SEM trạng thái bề mặt khi mài bằng đá mài CBN với vận tốc đá
khác nhau [29] ...........................................................................................................36
Hình 2.9. Ảnh hƣởng của vận tốc đá đến độ nhám bề mặt khi mài bằng đá mài CBN
[29] ............................................................................................................................36
Hình 2.10. Ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao đến độ nhám bề mặtkhi mài bằng đá
CBN [30] ...................................................................................................................37
Hình 2.11. Ảnh hƣởng của độ hạt đá mài CBN đến độ nhám bề mặt mài [31] ........38
Hình 2.12 . Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng tƣới nguội tới nhiệt độ mài khi mài bằng đá
CBN [32] ...................................................................................................................39
Hình 2.13. Ứng suất dƣ với các loại dung dịch trơn nguội khi mài bằng đá CBN và
Al203 [33] .................................................................................................................40
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


x

Hình 2.14. Ảnh hƣởng của vận tốc đá đến ứng suất dƣ khi mài bằng đá CBN [34] ......41
Hình 2-15: Các bề mặt định hình ..............................................................................42
Hình 3.1. Máy phay CNC YDC - 96.........................................................................46
Hình 3.2. Đồ gá lắp đá mài CBN lên lên máy phay CNC ........................................47
Hình 3.3. Đá mài CBN 125D-3X- 19T-31.75H, CBN 400N85B3,0 ........................49
Hình 3.4. Máy đo độ nhám Mytutoyo SJ – 201 ........................................................51
Hình 3.5. Kính hiển vi OLYMPUS GX51 ................................................................51
Hình 3.7. Tiến hành gia công bằng đá CBN trên máy phay CNC YDC - 96 ..........54
Hình 3.8. Sản phẩm sau khi gia công mài .................................................................54
Hình 3.9. Đồ thị phân bố nhám bề mặt .....................................................................55
Hình 3.10. Đồ thị phân bố sai lệch kích thƣớc lớn nhất ...........................................57
Hình 3.11. Hình ảnh chụp tế vi bề mặt khi mài bằng đá mài Hải Dƣơng...............58
Hình 3.12. Hình ảnh chụp tế vi bề mặt khi mài bằng đá mài CBN ........................58
Hình 3.13. Hình ảnh chụp cấu trúc kim loại bề mặt gia công bằng đá mài Hải Dƣơng .59
Hình 3.14. Hình ảnh chụp cấu trúc kim loại bề mặt gia công bằng CBN................59

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

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


xi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lƣợng hợp kim [4]. .13
Bảng 2.1. Một vài số liệu về hệ số dẫn nhiệt của đá mài CBN và Al203 [24].. .......26
Bảng 2.2. Hệ số dẫn nhiệt lý thuyết và thực nghiệm của đá CBN và Al203 [24]. ...27
Bảng 2.3. Nhiệt độ khi mài khô bằng đá mài Al203 và CBN [25]. ..........................27
Bảng 2.4. Nhiệt độ khi mài ƣớt bằng đá mài Al203 và CBN [25].. .........................27
Bảng 2.5. Giá trị của Rw khi mài bằng đá mài CBN và Al203 [25] ........................39
Bảng 3.1.Kết quả đo nhám trung bình ......................................................................55
Bảng 3.2.Kết quả đo sai lệch kích thƣớc lớn nhất ....................................................56

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

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


1


2 ĐẦU
PHẦN MỞ
1. Tính cấp thiết của đề tài
Mài là một phƣơng pháp gia công tinh đƣợc sử dụng rất phổ biến trong
ngành chế tạo máy. Mài đặc biệt chiếm ƣu thế khi gia công tnh các chi tết đã tôi cứng,
các chi tết có độ cứng, độ bền cao vv... Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ
thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp phát triển. Các chi tiết máy có độ chính xác, chất
lƣợng bề mặt và độ bền cao là cơ sở cho sự ra đời các loại máy móc, thiết bị hiện đại, có
chất lƣợng cao (độ chính xác, độ tn cây, độ bền cao…). Phƣơng pháp mài có một vị trí
quan trọng trong gia công cơ khí, nhờ khả năng vƣợt trội so với các phƣơng pháp cắt gọt
khác khi gia công những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao cho độ chính xác và chất
lƣợng bề mặt cao.
Gần đây đã có nhiều nghiên cứu về phƣơng pháp tiện cứng và phay cứng bằng
mảnh dao CBN để gia công tnh các vật liệu khó gia công đã qua tôi. Tuy nhiên, xét về
hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, khi gia công những chi tiết yêu cầu độ chính xác và chất
lƣợng bề mặt rất cao thì chƣa có phƣơng pháp nào thay thế đƣợc cho phƣơng pháp mài.
Các loại vật liệu hạt mài thông thƣờng gồm Ôxit nhôm, cacbit silic, cacbit Bo
… Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài bằng đá mài sử dụng những loại vật liệu hạt mài này
bị hạn chế (đặc biệt khi mài những vật liệu khó gia công) do sau một thời gian làm việc đá
mòn và phải sửa lại đá. Việc phát minh ra loại vật liệu hạt mài siêu cứng là cubic boron
nitride (CBN) đã góp phần cải thiện đáng kể hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phƣơng pháp
mài. Vật liệu hạt mài này đƣợc các nƣớc công nghiệp tên tến ứng dụng nhiều vào việc gia
công cơ khí từ những năm 70 của thế kỷ 20.
Vật liệu CBN có độ cứng cao gần gấp đôi oxide nhôm và khả năng chịu nhiệt
0
đến 1371 C [16]. Do độ cứng cao, đá mài làm bằng CBN có khả năng duy trì dung sai rất
nhỏ, quá trình cắt ổn định tạo ra chất lƣợng bề mặt gia công cao và ổn định. Ngoài ra, đá
mài CBN còn có khả năng lấy đi lƣợng dƣ đều đặn trên bề mặt của chi tiết gia công mà
không cần bù độ mòn của đá mài.
Từ trƣớc tới nay mài bằng đá mài CBN đƣợc nhiều nhà khoa học các nƣớc


quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhƣng ở Việt Nam có rất ít công trình nghiên cứu về
lĩnh vực này đƣợc công bố, việc sử dụng đá mài CBN vào sản xuất cũng chƣa phổ biến. Tuy
nhiên việc đánh giá ảnh hƣởng của chế độ cắt để đảm bảo chất lƣợng bề mặt gia công
đồng thời tăng tuổi bền của đá mài trong quá trình mài chƣa có công trình nghiên cứu nào
đề cập đến nhất là trong trƣờng hợp gia công các khuôn cắt cũng nhƣ chày dâp.
Hiện nay các loại thép có độ cứng

chính xác bề mặt.
Xuất phát từ nhu cầu sử dụng và khai thác thiết bị thực tế của trƣờng Cao đẳng
nghề cơ điện Phú thọ, nhà trƣờng đƣợc trang bị một máy mài phẳng năm 2008 nhƣng từ đó
đến nay nhà trƣờng mới chỉ khai thác để mài các loại thép thƣờng với đá mài Hải Dƣơng.
Nhu cầu mài các chi tiết có độ chính xác, chịu tải va đập lớn, chịu mài mòn và chịu ăn mòn
hóa học cao là rất lớn. Việc nghiên cứu công nghệ mài các loại thép này đảm bảo yêu cầu
kỹ thuật đồng thời tăng tuổi bền cho đá đảm bảo hiệu quả kinh tế và phát huy hết tnh
năng của máy ứng dụng trong sản xuất cũng nhƣ trong giảng dạy của nhà trƣờng là rất cần
thiết. Mặt khác trong thực tế sản xuất khi mài các mặt định hình nhà trƣờng chƣa có máy
mài CNC nên gặp khó khăn trong gia công. Các chi tết định hình gia công bằng phƣơng
pháp mài yêu cầu phải đảm bảo độ chính xác về kích thƣớc. Đạt độ đồng tâm giữa các bề
mặt định hình với đƣờng tâm chi tết. Đảm bảo độ sai lệch về hình dạng hình học, độ côn,
độ ôvan..trong phạm vi cho phép vad đảm bảo về độ nhẵn bóng bề mặt . Để giải quyết
đƣợc các vấn đề này trong khi chƣa có máy mài CNC thì việc ứng đụng khả năng công
nghệ máy phay CNC để mài định hình theo Contuor trên máy CNC là cần thiết.
Xuất phát từ những đặc điểm và tnh hình trên tác giả chọn đề tài: " Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên máy phay CNC sử dụng đá mài CBN",
2. Mục têu nghiên cứu là :
Nghiên cứu khả năng cắt của đá mài CBN khi mài bề mặt định hình bằng đá


mài CBN và đá mài Al2O3 do Nhà máy Đá mài Hải Dƣơng sản xuất với vật liệu là thép
9XC nhiệt luyện trên máy phay CNC; Chỉ têu đánh giá là nhám bề mặt và sai lệch kích
thƣớc bề mặt gia công.
3. Dự kiến các kết quả đạt đƣợc
- Đƣa ra phƣơng pháp mài bề mặt định hình trên máy phay CNC bằng đá mài
CBN cho chất lƣợng bề mặt tốt, đảm bảo hiệu quả kinh tế.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm trong đó thực nghiệm là chủ yếu
5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về mài và chất lƣợng bề mặt gia công và các yếu tố ảnh
hƣởng đến các thông số đặc trƣng cho chất lƣợng bề mặt gia công bằng phƣơng pháp mài.
- Nghiên cứu tổng quan về các đặc tnh cắt gọt của đá mài và chất lƣợng bề mặt
mài bằng đá CBN;
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên máy phay CNC. Đánh
giá chất lƣợng bề mặt mài bằng đá CBN khi mài thép 9XC nhiệt luyện trên máy mài
phay CNC theo chỉ têu nhám bề mặt và sai lệch kích thƣớc gia công.
6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học:
+ Bổ sung lý thuyết về công nghệ mài nói chung và mài bề mặt định hình
nói riêng.
+ Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ƣu hoá quá trình mài.
+ Đề tài bổ sung đƣợc một số kết quả nghiên cứu cơ bản về mài bề mặt định hình
thép 9XC trong điều kiện kỹ thuật và công nghệ cụ thể ở Việt Nam.
- Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên
máy phay CNC bằng đá mài CBN vào gia công cơ khí ở Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả
kinh tế - kỹ thuật.


7. Nội dung của luận văn
Kết cấu của luận văn bao gồm ba chƣơng và phần kết luận chung
Chương 1: Tổng quan về mài
Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài bằng đá CBN để gia công các
mặt định hình
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm .
Kết luận chung.


CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MÀI
1.1. Tổng quan về công nghệ mài
1.1.1. Tổng quan về công nghệ mài
a. Đặc điểm, ý nghĩa của quá trình mài
Mài là một phƣơng pháp gia công cắt gọt kim loại tốc độ cao bằng một số lƣợng
lớn các lƣỡi cắt rất bé của hạt mài. Các hạt mài đƣợc giữ chặt trong đá mài bằng chất
kết dính. Mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các phƣơng pháp gia công cắt gọt khác:
- Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lƣỡi cắt không liên tục đồng thời tham
gia cắt, các lƣỡi cắt đƣợc tạo ra bởi các hạt mài có kích thƣớc rất nhỏ, có hình dáng rất
khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có nhiều lƣỡi cắt, có
góc lƣợn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: Góc trƣớc thƣờng âm
và góc cắt thƣờng lớn hơn 900, có bán kính ở các lƣỡi cắt.
- Tốc độ cắt khi mài rất cao, thƣờng Vd = 30 35 m/s, tốc độ có thể lên tới 100 m/s
hoặc cao hơn. Tiết diện phoi mài rất bé.
- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn
(1000 ÷ 15000 C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt.
- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thƣớc rất nhỏ, số lƣợng
phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong một phút), vì thế
có thể coi quá trình mài là quá trình cào xƣớc tế vi bề mặt gia công tạo ra độ nhẵn bóng và
độ chính xác cao.
- Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công đƣợc những
vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không cắt đƣợc nhƣ thép tôi, hợp kim cứng, thép
bền nhiệt

nhƣng lại không gia công đƣợc những vật liệu rất mềm.

- Lực cắt khi mài thƣờng không lớn (trung bình vào khoảng 300N - 400N) vì tết diện
của phoi hạt mài rất bé. Thƣờng P y = (1,5 ÷ 3) Pz, lực Px bé hơn lực Pz nhiều. Tuy nhiên
công suất têu hao khi mài rất lớn vì tốc độ cắt khi mài rất cao [1].
- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: Dƣới 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 quá trình cắt, ngoài ra một số hạt mài vỡ tạo thành những lƣỡi
cắt mới.
- Do hiện tƣợng tự mài sắc cũng nhƣ không thể chủ động thay đổi đƣợc hình dáng
và vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều khiển quá trình mài gặp
nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chƣa đƣợc nghiên cứu toàn diện.
Do những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia công các vật liệu có độ cứng
và độ bền cao cho độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên phƣơng pháp mài có vị
trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại. Mặc dù đƣợc sử dụng cả trong gia công thô
nhƣng chỉ trong gia công tinh thì những ƣu thế của phƣơng pháp mài mới thực sự đƣợc
phát huy, vì vậy mài thƣờng đƣợc chọn là nguyên công gia công tnh lần cuối các bề mặt.
Trong tổng số máy công cụ, máy mài chiếm đến 30%, còn trong một số ngành đặc biệt nhƣ
chế tạo vòng bi máy mài chiếm đến 60% [1].
Ngày nay, cùng với sự phát triển của ngành chế tạo máy, những loại vật liệu có tnh
năng cơ học cao, khó gia công ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi. Những đòi hỏi về độ chính
xác và chất lƣợng gia công ngày càng cao thì mài càng đƣợc quan tâm nghiên cứu và sử
dụng rộng rãi hơn bất kỳ một dạng gia công cơ nào khác. Do đó mài luôn đƣợc nghiên cứu
và mở rộng.
b. Khả năng công nghệ của mài
Mài có thể gia công đƣợc hầu hết các dạng bề mặt: Mặt trụ ngoài, mặt trụ trong,
mặt phẳng, mặt định hình v.v....
Ngoài ra mài còn có khả năng gia công đƣợc những chi tiết khó định vị và kẹp chặt
nhƣ: Xéc măng, viên bi v.v....
Mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao: Khi mài tnh có thể
đạt cấp chính xác 5 - 6, nhám bề mặt Ra = 0,1 - 0,2 m. Mài có khả năng gia công đƣợc hầu
hết các loại vật liệu nhất là các loại vật liệu mới có cơ lý tnh cao (độ bền, độ cứng, độ chịu
nhiệt, chịu mài mòn). Lĩnh vực ứng dụng khác mà không có phƣơng pháp nào cạnh tranh
đƣợc với mài là trong gia công tạo hình các loại vật liệu đặc biệt cứng hoặc đặc biệt giòn.
Trong sản xuất các chi tết thép tôi nhƣ dụng cụ cắt, ổ lăn


mài có thể gia công khá dễ dàng trong khi các phƣơng pháp gia công truyền thống
khác gặp khó khăn. Vì vậy mài ngày càng đƣợc quan tâm nghiên cứu và ứng dụng.
Sn
Sn


Sd



Sd

n
đ

Vd
nct
a

b


Sn
Sn


Vd
nct
c

d

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng
a, b - Mài phẳng bằng chu vi đá
c, d - Mài phẳng bằng mặt đầu đá
c. Quá trình tạo phoi khi mài
Các hạt mài có độ cứng tế vi cao hơn nhiều so với độ cứng của vật liệu chi tết gia
công. Các hạt mài có đặc điểm là rất giòn nên trong quá trình cắt, chúng thƣờng vỡ vụn
thành nhiều mảnh có hình dáng bất kỳ và nhiều cạnh sắc. Các hạt mài đƣợc phân bố trong
chất dính kết ngẫu nhiên. Do có nhiều lƣỡi cắt có hình dáng bất kỳ và các lƣỡi cắt luôn
thay đổi trong quá trình mài nên việc theo dõi hình dáng của từng lƣỡi


cắt phải mất rất nhiều công sức.
Để có thể hiểu đƣợc hình dáng của một lƣỡi cắt, chúng ta cần xác định mặt cắt của
dao bằng thống kê. Sau đó mô tả hình dáng, kích thƣớc của hạt mài một cách trung bình.
Trên (hình 1. 2) là hai mặt cắt đặc trƣng của hạt mài.
Hình (1.2a) mô tả mặt cắt trung bình của lƣỡi cắt tƣơng tự khi gia công bằng dao có
lƣỡi cắt xác định (tện, phay ). Lƣỡi cắt có hình dạng là cung tròn có bán kính
cắt với chiều dày cắt phoi az . Độ sắc của lƣỡi s đƣợc định nghĩa nhƣ sau:


s
Phương mài

Hạt mài

(1.1)

az

Phương mài

Phương mài

Hạt mài

Hạt mài

az
a

b - Dạng I

c - Dạng II

Hình 1.2. Các dạng có thể có của lưỡi cắt
Các dạng có thể có của lƣỡi cắt:
Dạng I: Giống với dạng lƣỡi cắt của dụng cụ có lƣỡi cắt xác định với góc
trƣớc

; góc sau (hình 1.2 b).
Dạng II: Trên đỉnh lƣỡi cắt có diện tch mòn m với chiều dài trung bình của diện tch

mòn là Lm . Có thể coi diện tích mòn là một phần của mặt sau và ma sát của mặt này tƣơng
tự ma sát trên mặt sau của dao tiện (hình 1.2 c).
Các nghiên cứu đều cho rằng, các lƣỡi cắt chỉ bền vững khi
0
đặt đến giá trị - 80 [9], [10], [14]

0
0 . Thƣờng

có thể


Quá trình tạo phoi khi mài đƣợc mô tả trên hình 1.3 [10].


II

Hạt
mài

Phần nhô
lên của
vật liệu

IIII

III

Biến dạng đàn hồi
Biến
dạng đàn hồi
và biến dạng
dẻo

Phoi

III

az

Vd

Pz

a’z

Py

Biến dạng đàn hồi,
biến dạng dẻo và
tách phôi

Hình 1.3. Quá trình tạo phoi khi mài
Do mũi dao có bán kính

và do góc ăn tới của lƣỡi cắt

nhỏ nên giai đoạn đầu

không tạo phoi mà vật liệu gia công bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, bị đẩy sang hai bên
của lƣỡi cắt hoặc chảy qua mặt dƣới của lƣỡi cắt sang mặt sau của hạt mài.
Khi lƣỡi cắt tiếp tục ăn sâu vào chi tết thì chiều dày phoi az tƣơng ứng với chiều
sâu vết cắt t và lúc này bắt đầu tạo phoi. Tiếp theo là quá trình tạo phoi, dồn ép kim loại
gây biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi xảy ra đồng thời.
Do vậy, chiều dày phoi thực tế a’z nhỏ hơn chiều sâu cắt thực tế t .
Thời gian của mỗi giai đoạn trong quá trình tạo phoi là rất ngắn do quá trình tạo phoi xảy
ra rất nhanh, khoảng từ 0,001 - 0,005 (s).
Các nghiên cứu cho thấy rằng az', t phụ thuộc vào hình dáng hình học của lƣỡi cắt,
vào góc tác dụng

, vào vận tốc cắt vd . Ngoài ra a’z còn phụ thuộc vào các yếu tố khác

nhƣ: Các thành phần của lực cắt, vào cơ lý tính của vật liệu gia công. Khi lƣỡi cắt bị mòn (
lớn), góc

nhỏ thì biến dạng vật liệu tăng lên mặc dù t lớn nhƣng a’z vẫn nhỏ. Khi tăng vc

có ma sát giữa lƣỡi cắt và bề mặt mài thì a’z tăng.


1.1.2 Lực cắt khi mài
Lực cắt tác dụng vào từng hạt mài trong quá trình cắt (hình 1.3) đƣợc chia
làm hai thành phần: Lực tếp tuyến Pt và lực Phk [10].


Gọi

P
t
Ph

là hệ số lực cắt

(1.2)

k
Khi cắt, ở giai đoạn chƣa tạo phoi (giai đoạn I,II hình 1.3), thành phần lực Phk sẽ
ép lƣỡi cắt vào bề mặt chi tết do Phk có trị số lớn hơn rất nhiều so với Pt ( nhỏ). Khi
quá trình tạo phoi xảy ra thì Pt tăng lên ( tăng). Lúc này Pt gồm hai thành phần: Lực ma
sát và lực tạo phoi.
Qua nghiên cứu vết cắt, chiều sâu cắt không có biến dạng t và chiều dày phoi
thực tế az' có thể rút ra một số kết luận sau:
- Khi bán kính mũi dao

nhỏ hoặc ma sát giữa dao và bề mặt gia công lớn thì

quá trình tạo phoi xảy ra sớm.
- Khi

lớn và ma sát nhỏ thì quá trình dồn ép kim loại sẽ kéo dài, quá trình tạo

phoi xảy ra muộn.
Các hạt mài tạo ra phoi nhỏ, mảnh nên lực cắt do các hạt mài phát sinh nhỏ.
Tuy nhiên khi mài có nhiều hạt đồng thời tham gia cắt nên tổng lực cắt của tất cả
các lƣỡi khá lớn.
Nếu gọi lực cắt tổng hợp tác dụng lên một hạt mài là Pi thì lực cắt khi mài
đƣợc xác định theo công thức:
n
Trong đó:

Pc
Pi

(N)
i 1

n - Số hạt mài đồng thời tham gia cắt. Pi
- Lực cắt tác dụng lên một hạt mài. Pc Lực cắt tổng hợp khi mài.
Lực tổng hợp Pc đƣợc chia thành 3 thành phần :

(1.3)


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×