Ứng suất dư bề mặt khi mài bằng đá mài xẻ rãnh

T ổ ng quan v ề phương pháp mài phẳ ng

1.1.1 Giới thiệu vềphương pháp mài

Mài là một phương pháp gia công kim loại có lịch sử lâu dài, nhưng chỉ đến thế kỷ XIX, sự ra đời của máy mài và vật liệu tổng hợp mới thúc đẩy sự phát triển vượt bậc trong công nghệ gia công này.

Hiện nay, ngành chế tạo máy đang phát triển mạnh mẽ, dẫn đến việc sử dụng ngày càng nhiều các loại vật liệu có tính năng cơ học cao và khó gia công Với yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác và chất lượng gia công, mài trở thành phương pháp gia công được mở rộng và áp dụng nhanh chóng hơn so với các hình thức gia công khác.

Máy mài chiếm khoảng 30% trong tổng số máy cắt kim loại, tuy nhiên, trong một số ngành đặc biệt như chế tạo vòng bi, tỷ lệ này lên đến 60%.

Hiện nay, mài không chỉ được áp dụng trong gia công tinh mà còn ngày càng phổ biến trong gia công thô để nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế Các phương pháp mài thô đã được sử dụng để gia công chi tiết nặng tới 125 tấn với lượng dư 6mm trên máy mài lớn có công suất 205kW, cho phép cắt với tốc độ 60-80m/s và tốc độ quay của chi tiết lên đến 360m/ph Gần đây, một số nhà máy đã nâng tốc độ mài lên 120m/s và đang nỗ lực để đạt tốc độ mài cao hơn, khoảng 300m/s.

Trong quá trình mài, không phải tất cả các hạt mài đều tham gia vào việc cắt, mà chỉ một số hạt có lưỡi cắt không xác định, phân bố ngẫu nhiên trên bề mặt đá Sự tiếp xúc và cào xước liên tục của các hạt này tạo ra nhiệt cắt lớn, ảnh hưởng đến khả năng gia công của hạt mài và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công.

Mài phẳng được thực hiện theo hai phương pháp:

- Mài phẳng bằng mặt đầuđá.

- Mài phẳng bằng đá mài hìnhtrụ.

1.1.2 Mài phẳng bằng đá mài mặtđầu

Phương pháp mài bằng đá mài hình trụ mang lại năng suất cao nhờ vào số lượng hạt mài tham gia cắt nhiều Tuy nhiên, diện tích tiếp xúc lớn giữa đá và bề mặt chi tiết gia công dẫn đến nhiệt cắt và lực cắt cao hơn, gây khó khăn trong việc thoát nhiệt, thoát phoi và tưới dung dịch trơn nguội Điều này dễ gây ra biến dạng nhiệt, vết cháy và vết nứt tế vi trên bề mặt vật mài Do đó, độ chính xác và độ nhẵn bề mặt đạt được thường thấp hơn so với các phương pháp khác.

Hình 1.1 Sơ đồ mài phẳng sử dụng mặt đầu đá [1]

1.1.3 Mài phẳng bằng đá mài hìnhtrụ

Mài phẳng bằng đá mài hình trụ được thực hiện trên máy mài phẳng với bàn máy chuyển động tịnh tiến khứ hồi, cho phép tiến dao dọc Sd và dao ngang Sn để mài hết chiều rộng chi tiết Sau mỗi lượt mài, tiến dao dọc Sd được thực hiện để loại bỏ lượng dư gia công Ngoài ra, quá trình này cũng có thể diễn ra trên máy có bàn máy quay tròn, trong đó đầu đá thực hiện cả chuyển động tiến dao ngang Sng và tiến dao dọc Sd sau mỗi lượt mài.

Hình 1.2: Sơ đồ mài phẳng bằng đá mài hình trụ [1]

So với phương pháp mài phẳng bằng mặt đầu đá, phương pháp này có diện tích tiếp xúc nhỏ hơn, giúp giảm lượng nhiệt tỏa ra tại bề mặt tiếp xúc giữa đá và chi tiết Khả năng thoát nhiệt, thoát phoi và tưới dung dịch trơn nguội vào vùng gia công cũng dễ dàng hơn, cho phép gia công các chi tiết mỏng, kém cứng vững và yêu cầu độ chính xác cao Nhờ đó, phương pháp này đạt được độ chính xác và độ nhẵn bề mặt tốt hơn.

Để nâng cao năng suất trong quá trình gia công, việc sử dụng đá có bề rộng lớn hơn bề rộng của chi tiết là một giải pháp hiệu quả Trong phương pháp này, đầu đá chỉ thực hiện tiến dao dọc sau mỗi hành trình kép của bàn máy Tuy nhiên, máy cần đảm bảo độ cứng vững và cần phải điều chỉnh đá một cách cẩn thận để tránh hiện tượng đầu đá bị côn hoặc đường sinh đá không thẳng, điều này có thể dẫn đến sai số in dập trên bề mặt chi tiết gia công.

1.1.4 Đặc điểm của quá trình mài [1]

-Tốc độ cắt khi mài lớn, tiết diện phoi cắt ra bé

Đá mài là dụng cụ cắt đa lưỡi, được cấu tạo từ các hạt mài liên kết bằng chất dính kết Trong quá trình cắt, nhiều hạt mài với hình dạng và vị trí khác nhau cùng hoạt động đồng thời Tuy nhiên, các góc cắt khi mài thường không hợp lý, với góc trước thường là góc âm và góc cắt lớn hơn 90 độ.

-Do tốc độ cắt cao và góc cắt lớn nên khi mài nhiệt độ rất cao (1000÷1500 0 C)

Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục bao gồm các hạt mài tách biệt trên bề mặt làm việc, mỗi hạt thực hiện cắt một phoi riêng lẻ Do đó, quá trình mài có thể được hiểu như một quá trình cào xước liên tục.

-Do không thể thay đổi được vị trí và hình dạng hình học của hạt mài trong đá mài nên việc điều khiển quá trình mài rất khókhăn.

-Trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc mộtphần.

Gia công mài có những nhược điểm do tốc độ cắt cao, góc cắt lớn và góc trước âm, dẫn đến lực cắt và nhiệt cắt lớn, khả năng thoát phoi kém, gây biến dạng cấu trúc mạng tinh thể và làm thay đổi các tính chất cơ lý của lớp vật liệu bề mặt, dẫn đến hiện tượng cháy, nứt tế vi và ứng suất dư Để khắc phục những vấn đề này, nghiên cứu và tối ưu hóa hình dáng hình học của đá mài truyền thống là một hướng đi quan trọng, nhằm giảm lực và nhiệt cắt mà vẫn đảm bảo năng suất và chất lượng chi tiết gia công, đặc biệt là trong việc xẻ rãnh trên đá mài Việc đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh chế tạo tại Việt Nam hiện đang là một vấn đề cấp bách, cần sự quan tâm và nghiên cứu từ nhiều nhà khoa học để đưa sản phẩm này thành thương phẩm.

V ậ t li ệ u h ạ t mài

Vật liệu dung làm hạt mài gồm hai loại:

Hiện nay thườngdùng các vật liệu nhân tạo vì tính phổ biến, có các tính chất cắt gọt được nâng cao a) Vật liệu thiên nhiên

Kim cương tự nhiên là loại khoáng chất được hình thành từ cacbon tinh khiết, nổi bật với độ cứng cao nhất trong tất cả các vật liệu hạt mài, đạt khoảng 9000 Kg/mm² Khi nhiệt độ vượt quá 700 đến 800 độ C, kim cương sẽ chuyển hóa thành graphit.

- Corundun tự nhiên: Là Al2O3pha α

- Các khoáng chất: Cacbonrun, hỏa thạch và thạch anh. b) Vật liệu nhân tạo

Kim cương nhân tạo được tạo ra bằng cách thiêu kết graphit dưới nhiệt độ và áp suất cao, khoảng 100.000 at và từ 2500 đến 2700 độ C Loại kim cương này có tính chất vật lý tương đương với kim cương tự nhiên, nhưng nổi bật với độ dẫn nhiệt cao hơn, cho phép chịu được tốc độ cắt lớn hơn.

- Corundun nhân tạo: Thành phần chủ yếu là oxit nhôm điện: Al2O3 gọi là corundun điện do tổng hợp quặng Bôxit từ lò điện.

Corundun gồm có các loại sau:

+ Corundun điện thường: Có màu da cam đến hồng

Thành phần: 93÷95% Al 2 O3; chịu nhiệt 1250÷1230 o C Dùng để chế tạo các dạng đá mài thô và bán tinh kim loại đen, mài sác dao từ thép dụng cụ

+ Corundun điện trắng: Có màu trắng

Sản phẩm chứa 98-99% Al2O3 và có khả năng chịu nhiệt từ 1700 đến 1800 độ C Nó sở hữu khả năng tự mài sắc vượt trội, phù hợp cho việc mài kim loại đen và dụng cụ làm từ thép dụng cụ Ngoài ra, sản phẩm còn được ứng dụng trong chế tạo thanh mài và bột nhão đánh bóng.

Ngoài ra, có các loại Corundum được hợp kim hóa với crom và titan, tạo ra đá mài Corundum điện crom và Corundum điện titan Những loại hạt mài này có tính mài mòn cao hơn, giúp tăng năng suất hiệu quả.

Một số vật liệu mài thông dụng và thành phần hóa học của một số Corundun cơ bản được thể hiện trong bảng 1.1 và 1.2dưới đây.

Bảng 1.1: Các vật liệu hạt mài thông dụng

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của một số Corundun cơ bản.

Độ h ạ t c ủ a h ạ t mài

Độ hạt của hạt mài là một chỉ số quan trọng để đánh giá kích thước của hạt mài; độ hạt càng cao thì kích thước hạt mài càng nhỏ Thông số này không chỉ phản ánh chất lượng mà còn ảnh hưởng đến khả năng gia công của hạt mài.

Trên thế giới, có nhiều tiêu chuẩn đánh giá độ hạt khác nhau cho đá mài Trước đây, độ hạt được ký hiệu bằng số lỗ trong một tấc vuông Anh của dây phân loại hạt, và cách ký hiệu này vẫn còn được sử dụng ở một số quốc gia Hiện nay, người ta đã quy ước ký hiệu độ hạt mài bằng trị số kích thước của lỗ dây, như thể hiện trong bảng 1.3 dưới đây.

Bảng 1.3: Độ hạt và kích thước hạt mài.

Ký hiệu mới (X0.01mm) Kí hiệu cũ Giới hạn của các kích thước dài (àm)

Ch ấ t dính k ế t

Chất dính kết là môi trường để liên kết các hạt mài thành khối trước khi ép chúng vào khuôn, định hình viên đá

Có các loại chất dính kết sau:

+ Chất kết dính vô cơ

+ Chất kết dính hữu cơ

+ Chất kết dính kim loại a) Chất kết dính vô cơ: Đây là một loại chất dính kết được dung rất phổ biến

- Thành phẩn thường là đất sét chịu nhiệt, thủy tinh lỏng, thạch anh

- Dùng làm đá mài nói chung, trừ đá mài rãnh hẹp, đá mài cắt đứt

- Tốc độ cắt ≈ 30 m/s, đặc biệt có đá đến 60 m/s

- Độ bền ẩm, chịu nước cao, bền nhiệt và hóa cao

- Chịu tải trọng uốn, va đạp kém b) Chất dính kết hữu cơ:

- Có thể là Bakêlit: Đây là sản phẩm của Phenol phản ứng với Focmalin hoặc Vuncanhit: Chủ yếu từ cao su tổng hợp

- Đá từ Bakêlit có tính đàn hồi tốt, độ bền cao nên tốt cho đá cắt đứt, nhược điểm là sức bền cơ học kém trong môi trường kiềm

Đá Vuncanhit nổi bật với tính đàn hồi tốt và khả năng chịu tốc độ cắt cao, phù hợp để sản xuất đá cắt mỏng với độ dày từ 0,3 đến 0,5 mm Tuy nhiên, đá này có nhược điểm là chịu nhiệt kém, vì vậy cần có biện pháp thoát nhiệt hiệu quả khi sử dụng Ngoài ra, chất dính kết kim loại thường được sử dụng trong việc chế tạo đá mài kim cương.

Bảng 1.4: Một số chất kết dính thông dụng trong sản xuất

Kí hiệu chất dính kết Việt nam Nga Trung quốc Tiệp khắc Mỹ

Độ c ứ ng c ủa đá mài

Độ cứng là một trong những thông số quan trọng nhất của đá mài, phản ánh khả năng tách rời của hạt mài khỏi bề mặt đá khi chịu tác động của ngoại lực Để đo độ cứng của hạt mài, có nhiều phương pháp khác nhau như phun cát, lăn bằng con lăn thép tôi với tải trọng nhất định, và sử dụng dụng cụ đo độ cứng Rocco Đánh giá độ cứng cũng dựa trên chiều sâu của vết để lại trên bề mặt dụng cụ mài.

Các phương pháp đánh giá khả năng làm việc của đá mài hiện nay chưa hoàn toàn chính xác Tiêu chuẩn khách quan hơn để xác định chất lượng đá mài là tuổi bền đá, tức thời gian làm việc giữa hai lần sửa đá, hoặc số lượng chi tiết gia công được trong khoảng thời gian đó Bên cạnh đó, lượng tiêu hao đá, tính bằng cm³ khi cắt 1cm³ vật liệu gia công, cũng là một chỉ số quan trọng Thang độ cứng của đá mài được quy định từ mềm đến đặc biệt cứng.

Bảng 1.5: Thang độ cứng của đá mài và ký hiệu Độ cứng Ký hiệu Đá mềm M Đá mềm vừa Mv Đá mềm trung bình TB

Rất cứng Rc Đặc biệt cứng CĐB

Trong mỗi loại độ cứng còn có thang phân nhỏ hơn, theo hướng độ cứng tăng dần Ví dụ: M1, M2, M3.

C ấu trúc đá

Phản ánh mật độ của hạt mài và chất kết dính trong đá và % lỗ xốp trong đá mài

- Về mặt thể tích ta có: Vđ = V hạt mài + V kết dính + V lỗ trống = 100%

Cấu trúc đá được phân chia thành 12 cấp độ từ 1 đến 12, trong đó cấp độ càng cao thì đá càng xốp, tức là tỷ lệ hạt mài giảm và tỷ lệ chất kết dính cùng lỗ trống tăng lên.

• N o 1 ÷N o 4: Mài định hình, đá cắt, đá mài dung trong trường hợp lực mài lớn và thay đổi

• N o 5 ÷N o 6: Mài tròn ngoài, mài vô tâm, mài phẳng, mài sắc dụng cụ

• N o 7 ÷N o 9: Đá mặt đầu để mài phẳng, mài lỗ

• N o 8 ÷N o 10: Mài và mài sắc dụng cụ

• N o 8 ÷N o 12: Mài ren bằng đá mài hạt mịn.

Ký hi ệu đá mài

Với mỗi nước do trình độ kỹ thuật và điều kiện sản xuất khác nhau nên ký hiệu đá mài ở mỗi nước cũng khác nhau

• Ký hiệu 1 viên đá mài của Mỹ là: W A46 K5 V17

W: Mã đá (mã của nhà sản xuất)

A: Tên loại hạt vật liệu mài, ở đây chữ “A” là ký hiệu của Aluminumoxide, ngoài ra còn có Silicon carbide ký hiệu là chữ “C”

46: Cỡ hạt mài, người ta phân chia thành cac loại hạt như sau:

K: Độ cứng, nó được ký hiệu bởi các chữ cái từ A, loại mềm nhất đến Z, loại cứng nhất

5: Cấu trúc đá, khoảng trống giữa các hạt mài được biểu diễn bởi các số từ 1 đến

15 trong đó cấu trúc 1 là khoảng trống nhỏ nhất còn 15 là rộng nhất

17: Mã chất kết dính (mã của nhà sản xuất)

• Kí hiệu của 1 viên đá mài Việt Nam: Cn 36 CV1 G 6 V1 400 x 40 x 127

Đá mài xẻ rãnh

Hiện nay, các phương pháp mài thường sử dụng đá mài thông thường, nhưng loại đá này có hạn chế về năng suất gia công và khuyết tật bề mặt Nguyên nhân chính là do sự làm việc liên tục của hạt mài Để khắc phục, nhiều nhà khoa học ở Việt Nam và trên thế giới đã nghiên cứu phát triển các loại đá mài có hình dáng hình học mới, đặc biệt là đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn Việc sử dụng đá mài gián đoạn đã mang lại nhiều ưu điểm như giảm nhiệt cắt, lực cắt, năng lượng tiêu thụ, đồng thời tăng năng suất gia công và hiệu quả làm việc của hạt mài Ngoài ra, đá mài gián đoạn còn giúp tiết kiệm chi phí sản xuất, chế tạo, sửa chữa và tăng độ an toàn trong gia công.

1.8.1 Tình hình nghiên cứu về đá màigián đoạn trên thới giới và trong nước. 1.8.1.1 Đá mài gián đoạn hay đá mài xẻ rãnh trên thế giới nghiên cứu.

Nghiên cứu về đá mài gián đoạn đã được tiến hành từ những năm 1970, nhằm đánh giá ảnh hưởng của tốc độ cao đối với quá trình mài Những nghiên cứu đầu tiên được thực hiện bởi các nhà khoa học như Yamamoto (1972), Anon (1979), và Abdel-Alim, Hannam, Hinduja (1980).

Tác giả Hao Nan Li và Dragos Axinte đã tổng hợp sự phát triển của đá mài gián đoạn từ năm 1925 đến 2015, chỉ ra rằng từ 1925 đến 1970, các khái niệm về việc giảm số lượng hạt mài tại vùng tiếp xúc đã được đề xuất để khắc phục hiện tượng cháy và vết mòn do nhiệt cục bộ Việc xẻ rãnh trên bề mặt đá mài giúp giảm nhiệt độ cắt một cách đáng kể Xuất phát từ việc giảm nhiệt cắt và lực cắt lớn trong quá trình mài, các nhà khoa học đã nghiên cứu việc gắn các thanh mài lên bề mặt đá, từ đó tạo nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn.

Trong gia công, tốc độ đá và tốc độ chi tiết cao sẽ tăng chiều sâu cắt, từ đó nâng cao hiệu quả mài Tuy nhiên, khi mài các vật liệu khó cắt với hệ số dẫn nhiệt thấp, nhiệt độ mài sẽ tăng, làm cho quá trình mài trở nên khó khăn hơn Do đó, trong giai đoạn này, việc cải tiến đá mài xẻ rãnh chủ yếu tập trung vào việc làm mát khu vực mài, nhằm cung cấp dung dịch trơn nguội vào khu vực cắt.

Theo các bằng sáng chế của tác giả, nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc gắn các thanh mài lên đĩa mài có thể được thực hiện với nhiều hình dạng khác nhau như hình lăng trụ, lục giác, vòng cung và lập phương Các thanh mài này được dính kết hoặc bắt vít lên bề mặt đá, mang lại hiệu quả cao trong quá trình mài.

Hình 1.3: Đá mài gián đoạn với các thanh mài (a) hình lăng trụ (b) hình lục giác

Các hình dạng cơ bản của đá mài bao gồm: (a) bàn cờ, so le, chéo và hình V; (b) so le, chéo, đối xứng và song song; (c) có khoảng cách cắt chân; và (d) hình côn.

Nghiên cứu của J.C Aurich và B Kirsch chỉ ra rằng đá mài xẻ rãnh có khả năng giảm nhiệt tốt hơn so với đá mài thông thường trong các điều kiện gia công cụ thể Điều này được giải thích bởi quá trình gia công trên đá mài thường diễn ra liên tục, dẫn đến sự tích tụ lớn của phoi mài trong các lỗ trống giữa các hạt mài Sự tiếp cận của chất làm mát chủ yếu chỉ diễn ra ở đầu vùng mài, không đủ để làm sạch bề mặt và cuốn phoi ra ngoài, gây tắc nghẽn các lỗ xốp trên đá mài Kết quả là các hạt mài bị bít lại bởi phoi, mất khả năng tự mài sắc, dẫn đến hiện tượng cùn và giảm hiệu quả cắt, ảnh hưởng đến quá trình bóc tách vật liệu.

Đá mài xẻ rãnh có hai vùng chính: vùng làm việc và vùng không làm việc Trong quá trình gia công, thời gian tiếp xúc giữa đá và chi tiết tại vùng làm việc được giảm thiểu, trong khi vùng không làm việc đóng vai trò như bể chứa dung dịch trơn nguội để bôi trơn cho vùng làm việc tiếp theo Hơn nữa, không gian chứa phoi tại đây cũng được mở rộng, giúp cải thiện chất lượng bề mặt gia công của chi tiết.

Hình 1.5: Sự tạo thành áp lực chất làm mát trước vùng tiếp xúc trong quá trình mài cho các bánh mài tiêu chuẩn (trái) và có khe (phải).

Hình dạng của đá mài xẻ rãnh đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học và học giả toàn cầu, đặc biệt là các loại đá được trang bị thanh mài trên đĩa mài.

Hình 1.6: Hình ảnh đá mài xẻ rãnh trên thế giới nghiên cứu [22].

Hiện nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu hình dạng của các đá mài xẻ rãnh để tổ chức các hạt mài thành những bông hoa Điều này nhằm phục vụ cho việc mài các sản phẩm đặc chủng theo yêu cầu của nhà sản xuất.

Hình 1.7: Đá mài xẻ rãnh có các hạt mài được sắp xếp theo khuôn mẫu kiểu hoa

Gần đây, sự tiến bộ trong công nghệ đùn ép vật liệu mài mòn đã dẫn đến sự phát triển của các vật liệu có độ xốp siêu cao, cho phép chế tạo đá mài với các lớp hạt mài có độ dày thông thường, có khả năng hoạt động với vận tốc cắt lên đến 180 m/s.

Đá mài của hãng Saint-Gobain Abrasives có vận tốc cắt lên đến 180m/s Tại các quốc gia có nền gia công cơ khí phát triển như Nhật Bản và Mỹ, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để ứng dụng đá mài gián đoạn vào sản xuất Loại đá mài này đã được sử dụng để gia công tinh các vật liệu đặc biệt khó như ceramic, magie và thép hợp kim cao.

1.8.1.1 Đá mài gián đoạn hay đá mài xẻ rãnh do Việt Nam đang nghiên cứu

Trong những năm gần đây, nghiên cứu và ứng dụng đá mài có bề mặt gián đoạn tại Việt Nam đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học Các thí nghiệm và nghiên cứu đã được tiến hành nhằm đánh giá hành vi của vật liệu cùng với các thông số công nghệ trong quá trình gia công bằng đá mài gián đoạn Kết quả cho thấy viên đá mới này có nhiều ưu điểm vượt trội so với đá mài thông thường, đặc biệt về khả năng lực cắt và nhiệt cắt.

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các nhà khoa học Việt Nam đã nghiên cứu và khắc phục nhược điểm của đá mài truyền thống Nhiều công trình nghiên cứu trong nước đã chỉ ra rằng đá mài xẻ rãnh có những ưu việt vượt trội so với đá mài truyền thống, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc cải thiện hình dáng và hiệu suất của loại đá này.

Tác giả Nguyễn Tiến Đông và Nguyễn Thị Phương Giang đã tiến hành nghiên cứu về chất lượng bề mặt chi tiết khi mài vật liệu thép C45 nhiệt luyện bằng đá mài xẻ rãnh, khả năng giảm lực cắt khi gia công vật liệu ceramic với đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn, và khả năng gia công của hạt mài khi sử dụng đá mài xẻ rãnh cho vật liệu thép C45 có độ cứng khác nhau Đây là hai nhà khoa học đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu và thử nghiệm đá mài xẻ rãnh sản xuất trong nước Ngoài ra, tác giả Nguyễn Công Hồng Phong cũng đã nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ khi mài và chất lượng chi tiết gia công khi mài thép SKD61 bằng đá mài xẻ rãnh.

Các lo ại đá mài gián đoạ n

Xuất phát từ lý thuyết và thực tiễn sản xuất, nhiều loại đá mài gián đoạn đã được chế tạo để phục vụ gia công Hiện nay, đá mài mặt đầu gián đoạn và đá mài tròn gián đoạn là hai loại phổ biến và thường được sử dụng trong ngành công nghiệp.

Đá mài mặt đầu gián đoạn được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phổ biến nhất là ghép các mảnh đá mài riêng rẽ lên lõi thép hoặc kẹp chặt các mảnh đá trên lõi bằng mâm cặp với thiết bị chuyên dụng Các loại đá mài này bao gồm đá mài loại 1 hàng, đá mài loại 2 hàng và đá mài kiểu chữ T.

Hình 1.17 : Đá mài kim cương của công ty Camel grinding Wheels (Mỹ)

Hình 1.18: Đá mài mặt đầu gián đoạn với các mảnh đá được ghép đều trên đế

Đá mài mặt đầu kim cương gián đoạn, như hình 1.19, có thể được gắn trên thanh mài hoặc có biên dạng hình lục giác Loại đá mài này thường được sử dụng trên các máy mài mặt đầu hoặc máy mài tay, chủ yếu để gia công mặt phẳng Nó có khả năng gia công thô hoặc tinh cho các vật liệu như kim loại, đá granit, và được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng (Hình 1.20).

Hình 1.20: Đá mài mặt đầu gián đoạn gắn trên máy mài a- trên máy mài cầm tay; b- trên máy mài mặt đầu

Đá mài tròn gián đoạn được chế tạo bằng cách gắn các mảnh đá đều nhau trên một lõi hoặc xẻ rãnh các viên đá mài thông thường, tạo ra các viên đá với khoảng cách và tỷ lệ gián đoạn khác nhau Mỗi viên đá mài gián đoạn có kích thước, số lượng mảnh đá, vật liệu hạ mài và độ cứng khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng Ví dụ, hình 1.21a là viên đá mài kim cương với chất dính kết kim loại và tỷ lệ gián đoạn η =0.5, sử dụng cho gia công vật liệu ceramics; hình 1.21b là đá mài nhôm ôxit với tỷ lệ gián đoạn η =0.5, dùng cho gia công thép dụng cụ; và hình 1.21c là đá mài gián đoạn với 144 mảnh đá CBN loại B100P120V lắp ráp trên một vành thép.

Hình 1.21 giới thiệu một số loại đá mài gián đoạn, bao gồm: a) đá mài tròn gián đoạn với chất dính kết kim loại, chuyên dùng cho gia công ceramics; b) đá mài gián đoạn nhôm oxit có tỷ lệ gián đoạn 0,5; và c) đá mài gián đoạn với các mảnh đá ghép đều trên lõi thép.

K ế t qu ả đạt đượ c khi gia công b ằng đá mài gián đoạ n so v ới đá mài thông thườ ng

Đá mài gián đoạn hiện vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, với việc chưa có lý thuyết toàn diện nào về loại đá này Trong khuôn khổ luận văn, tác giả sẽ trình bày những kết quả mới nhất được công bố về đá mài gián đoạn từ các nghiên cứu của các nhà khoa học gần đây.

Lực cắt đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Trong quá trình mài, lực dư thừa có thể gây ra các khuyết tật dưới bề mặt như cháy mài, thoát carbon và nứt tế vi, dẫn đến sự suy giảm chất lượng bề mặt chi tiết.

Vì vậy mục đích của các nghiên cứu về lực cắt khi mài gián đoạn chính là khả năng giảm lực cắt

Nghiên cứu về đá mài gián đoạn đã chỉ ra rằng loại đá này có ưu điểm vượt trội so với đá mài liên tục thông thường, đặc biệt trong việc giảm lực cắt.

- Với đá mài tròn ngoài

Sử dụng đá mài tròn với bề mặt làm việc gián đoạn tỷ lệ 0.5 để mài vật liệu ceramic cho thấy lực mài, bao gồm lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến, giảm so với đá mài thông thường khi giữ nguyên chế độ cắt Đặc biệt, tỷ lệ gián đoạn càng lớn thì lực mài càng giảm.

Các viên đá mài tròn gián đoạn với vật liệu hạt mài là nhôm ôxit đã được phát triển thông qua việc tạo ra các rãnh trên bề mặt, cho phép điều chỉnh tỷ lệ gián đoạn khác nhau Tỷ lệ gián đoạn được định nghĩa là tỷ số giữa tổng chiều dài các khoảng trống không có hạt mài và tổng chiều dài theo chu vi của đá Các thí nghiệm trên vật liệu thép dụng cụ cho thấy rằng lực cắt giảm khi số lượng gián đoạn tăng lên, và hệ số gián đoạn tiến gần tới giá trị 1.

Biểu đồ trong Hình 1.22 minh họa mối quan hệ giữa lực cắt, tỷ lệ gián đoạn và số lượng phân đoạn Cụ thể, phần a thể hiện mối quan hệ giữa lực mài và hệ số gián đoạn η, trong khi phần b cho thấy sự liên hệ giữa lực mài và số lượng phân đoạn.

Nghiên cứu [13,14,15,16] đã sử dụng một đá mài tròn gián đoạn với 144 mảnh đá CBN loại B100P120V lắp trên vành thép nhẹ để mài mặt phẳng vật liệu thép ANSI 4140 Các thí nghiệm được tiến hành trong cùng chế độ cắt nhưng với các chất làm mát có lưu lượng khác nhau Kết quả cho thấy lực cắt trong quá trình mài với đá mài gián đoạn thấp hơn so với đá mài thông thường.

- Với đá mài mặt đầu

Nghiên cứu về đá mài mặt đầu gián đoạn sử dụng mảnh đá CrA, 80-K-6V với phương pháp mài phẳng trên mẫu thép H20N12S2 cho thấy rằng việc bố trí gián đoạn của các mảnh đá mài đã làm giảm đáng kể giá trị trung bình của lực mài pháp tuyến P y từ 61N xuống còn 37,7N và lực mài tiếp tuyến P z từ 18,3N xuống còn 7,01N so với đá mài thông thường.

Nhiệt cắt trong quá trình mài có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt, có thể làm thay đổi tổ chức tế vi theo hướng không có lợi, gây oxy hóa và giảm độ cứng của đá mài Điều này dẫn đến suy giảm tính cắt của các hạt mài và hiệu suất của chất dính kết Do đó, việc phát triển đá mài gián đoạn để giảm nhiệt cắt trong gia công đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học.

Quá trình phân tích sự truyền nhiệt trong mài gián đoạn đã chỉ ra rằng nhiệt cắt khi sử dụng đá mài gián đoạn thấp hơn so với đá mài thông thường Cụ thể, với đá mài tròn gián đoạn, tỷ lệ gián đoạn càng lớn thì nhiệt cắt càng giảm Tương tự, khi sử dụng đá mài mặt đầu, nhiệt độ trong vùng mài có thể thấp hơn đến 110 o C so với đá mài mặt đầu thông thường trong cùng điều kiện gia công.

Hình 1.23: Sơ đồ so sánh nhiệt khi mài gián đoạn và mài thông thường [95].

Nghiên cứu cho thấy đá mài gián đoạn có khả năng giảm nhiệt cắt hiệu quả, từ đó nâng cao năng suất gia công.

1.11.3 Về năng suất gia công

Năng suất gia công trong mài gián đoạn được đo bằng lượng kim loại bị hớt đi trong một đơn vị thời gian và hiệu quả làm việc của hạt mài Quá trình mài cho thấy rằng diện tích mặt cắt ngang và kích thước phoi tăng lên khi sử dụng đá mài gián đoạn so với mài thông thường Để đánh giá lượng kim loại hớt đi, hệ số lệch K được áp dụng, phản ánh biến dạng đàn hồi của vật liệu trong quá trình mài Hệ số này cho thấy độ sâu cắt thực tế khác nhau so với thiết lập chế độ cắt ban đầu, với K được tính bằng K = t a - t dn Hệ số lệch lớn hơn đồng nghĩa với lượng vật liệu hớt đi nhiều hơn trong quá trình mài.

Hệ số lệch K có mối quan hệ trực tiếp với lượng kim loại được hớt đi, chiều sâu cắt và lực pháp tuyến, với vật liệu mềm có biến dạng đàn hồi lớn hơn, dẫn đến lượng kim loại hớt đi cũng lớn hơn so với vật liệu cứng Nghiên cứu đã xây dựng một đá mài mặt đầu gián đoạn với mô hình lục giác, trong đó các cạnh chứa hạt mài kim cương và được lấp đầy bằng vật liệu xốp carborundum không có hạt kim cương Các hình lục giác được đặc trưng bởi kích thước (x) và chiều rộng (w) của cạnh Thực nghiệm trên vật liệu ceramics và hợp kim magie cho thấy hiệu quả làm việc của hạt mài cao hơn khoảng 5 lần so với đá mài thông thường.

Hình 1.25: Đá mài mặt đầu gián đoạn với mô hình lục giác[9,18]

1.11.4 Vềnăng lượng tiêu thụ khi mài

Năng lượng tiêu thụ trong quá trình mài gián đoạn và mài thông thường có sự khác biệt rõ rệt Cụ thể, khi sử dụng đá mài mặt đầu gián đoạn, năng lượng tiêu thụ giảm tới 25% khi mài thép cứng và 50% khi mài thép mềm so với việc mài bằng đá mài thông thường.

Sử dụng đá mài tròn gián đoạn trong các chế độ mài với lưu lượng chất làm mát khác nhau cho thấy năng lượng mài riêng thấp hơn so với đá mài thông thường, đặc biệt khi chiều sâu cắt vượt quá 30mm Sự chênh lệch này càng rõ rệt hơn khi áp dụng chế độ làm mát tiết kiệm, với năng lượng mài của đá mài thông thường cao hơn từ 6,6% đến 23,5% so với đá mài gián đoạn Điều này chứng tỏ rằng đá mài gián đoạn có khả năng nâng cao hiệu suất mài ngay cả trong điều kiện làm mát hạn chế.

Ứ ng su ất dư mài [30,31,32,33,34]

Quá trình mài là một phương pháp gia công đòi hỏi năng lượng cao để loại bỏ vật liệu đến kích thước mong muốn Năng lượng cao trong quá trình này tạo ra nhiệt do sự tương tác giữa đá mài và phôi Nhiệt năng sinh ra được hấp thụ bởi phôi, làm tăng nhiệt độ từ bề mặt cho đến các vùng dưới bề mặt.

Hình 2.1: Một đồ họa thông tin cho thấy sự phân bố nhiệt trong quá trình mài bánh răng [64]

2.1.1 Tương tác của Đá mài với phôi

Trong quá trình mài đá, có ba tương tác chính với phôi: cắt, cày và cọ xát Cắt là quá trình loại bỏ vật liệu thông qua việc tạo ra phoi, trong khi cày đẩy vật liệu mà không loại bỏ, dẫn đến sinh nhiệt và gia công nguội cứng Sự cọ xát tạo ra nhiệt khi các hạt mài trượt trên bề mặt phôi Mức độ của các tương tác này phụ thuộc vào tình trạng của đá mài; ví dụ, đá mài sắc sẽ cho hiệu quả cắt tốt hơn so với cày và cọ xát.

2.1.2 Những vấn đề xẩy ra khi nhiệt độ của phôi tăng lên trong quá trình mài

Khi nhiệt độ của phôi tăng lên trong thời gian ngắn, có thể xảy ra các thay đổi về tổ chức tế vi, dẫn đến biến dạng đàn hồi-dẻo, cọ xát, cày xới và hình thành vết nứt hoặc đứt gãy Ngoài ra, một số thay đổi về tính toàn vẹn bề mặt cũng có thể được quan sát.

Khi nhiệt độ của phôi vượt qua phạm vi Austenization, bề mặt sẽ cứng lại và tạo ra ứng suất dư nén cao, hình thành vật liệu cứng nhiệt gọi là Mactenxit không nung (UTM) hay còn gọi là vết cháy tái cứng Qua phân tích kính hiển vi, UTM xuất hiện như một lớp trắng trên bề mặt, thường được bao quanh bởi các khu vực nóng gây ra sự không đồng nhất trong thành phần Điều này có thể dẫn đến nứt và rỗ bề mặt khi thành phần được sử dụng Để ngăn ngừa sự hình thành vết nứt, phương pháp phun bi thép có thể được áp dụng, tạo ra ứng suất dư nén trên bề mặt, giúp làm chậm hoặc ngăn chặn sự lan truyền của vết nứt.

Khi nhiệt độ của phôi vượt quá phạm vi ủ nhưng chưa đạt đến nhiệt độ Austenization, độ cứng của vật liệu sẽ giảm và ứng suất dư kéo xuất hiện dưới bề mặt Vật liệu này được gọi là mactenxit quá nhiệt (OTM) và hiện tượng này được biết đến với tên gọi đốt tái nhiệt Qua phân tích kính hiển vi, OTM được nhận diện bằng một lớp tối nằm dưới bề mặt.

2.1.3 Yếu tốảnh hưởng đến sự hình thành ứng suất dư trong quá trình mài

Trong quá trình mài, ứng suất dư được hình thành do biến dạng dẻo và chuyển pha, chịu ảnh hưởng bởi các thông số mài như tốc độ và tỷ lệ bước tiến dao Cụ thể, sự khác biệt về tốc độ quay của đá mài sẽ dẫn đến các biên dạng ứng suất dư khác nhau.

Với tốc độ quay cao, ứng suất dư kéo sẽ gia tăng do nhiệt độ tăng lên từ ma sát cao và các yếu tố cơ học khác như tải trọng tác động lên bề mặt thành phần.

Sự gia tăng độ sâu của vết cắt có thể giải thích cho hiện tượng hình thành ứng suất dư Các yếu tố như loại đá mài, tốc độ mài mòn và điều kiện mài cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

Quá nhiệt của thành phần trong quá trình mài có thể dẫn đến sự hình thành ứng suất kéo dư, chủ yếu do mài mòn của đá mài Trong quá trình này, các hạt mài trên đá mài thường bị cùn do tác động của tải trọng cơ, nhiệt độ và quá trình mài mòn lý hóa.

Việc mài mòn đá mài có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất làm việc của nó Sau quá trình mài mòn, một số hạt mài có thể bị tách ra, dẫn đến bề mặt đá mài trở nên nhẵn hơn Điều này làm tăng diện tích tiếp xúc của đá mài với bộ phận cần gia công.

Bề mặt nhẵn hơn giúp tăng cường khả năng truyền nhiệt đến thành phần nhờ vào tốc độ ma sát cao, đồng thời làm rơi các hạt mài còn lại Sau giai đoạn này, các lỗ rỗng trước đó chứa hạt mài sẽ được lấp đầy bằng vụn kim loại, dẫn đến sự gia tăng cường độ trong vùng ảnh hưởng nhiệt của thành phần.

Việc kiểm soát mài mòn của đá mài thông qua quy trình sửa đá mài định kỳ là rất quan trọng Quy trình này giúp mài sắc và lộ ra các hạt mài mới, nhưng nếu thực hiện quá thường xuyên, nó có thể làm giảm lớp mài mòn của đá và dẫn đến chi phí cao.

Các thông số của chất làm mát, bao gồm nồng độ, độ bền, thời gian phục vụ, tốc độ dòng chảy và loại chất lỏng mài, có vai trò quan trọng trong quá trình truyền nhiệt Những yếu tố này ảnh hưởng lớn đến sự hình thành ứng suất dư trong quá trình mài.

Các gradient nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành ứng suất dư mài và tính toàn vẹn bề mặt Những gradient này được tạo ra từ quá trình truyền nhiệt liên tục giữa đá mài, chất làm mát, phôi, môi trường và các phoi Do đó, việc làm mát hiệu quả trong quá trình mài là rất quan trọng để kiểm soát sự sinh nhiệt liên tục.

Quá trình xử lý vật liệu, đặc biệt là xử lý nhiệt, có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành ứng suất dư Mức độ nghiêm trọng của quá trình mài là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất dư cuối cùng Nếu ứng suất kéo dư đủ lớn, đặc biệt với các thành phần thấm cacbon, có thể gây nứt trên phôi Biên dạng chiều sâu của ứng suất dư khác nhau giữa mài lạm dụng và mài bình thường Ứng suất kéo dư làm giảm tuổi thọ của phôi và tuổi thọ mỏi Để giảm thiểu tác động tiêu cực của ứng suất dư, có thể áp dụng gia công cơ khí, xử lý nhiệt hoặc gia công nguội Mài bình thường có thể cải thiện chất lượng bề mặt với độ nhám thấp và ứng suất dư nén Ứng suất dư phụ thuộc vào điều kiện gia công, do đó cần lựa chọn chế độ và phương pháp gia công để tạo điều kiện cho ứng suất dư có lợi Nếu bề mặt vật mài có ứng suất dư nén, chất lượng bề mặt tốt và độ bền mỏi tăng lên; ngược lại, ứng suất dư kéo làm giảm độ bền và dễ gây nứt.

Các phương pháp đánh giá ứ ng su ất dư bề m ặ t gia công

Ứng suất dư là yếu tố quan trọng trong việc xác định các đặc tính kỹ thuật của vật liệu và cấu kiện, ảnh hưởng đến thiết kế và sản xuất sản phẩm Các đặc tính như tuổi thọ mỏi, biến dạng, ổn định kích thước, cũng như khả năng chống ăn mòn, rạn nứt và gãy của vật liệu có thể bị tác động mạnh mẽ bởi ứng suất dư.

Những ảnh hưởng này gây ra chi phí lớn cho việc sửa chữa và phục hồi các bộ phận, thiết bị và kết cấu Do đó, phân tích ứng suất dư là bước thiết yếu trong thiết kế các bộ phận và cấu trúc, cũng như trong việc ước lượng độ tin cậy của chúng trong các điều kiện vận hành thực tế.

Mặc dù đã có những tiến bộ trong kiểm soát ứng suất dư, việc phát triển các phương pháp đo lường và phân tích hiệu quả, tiết kiệm chi phí vẫn cần được chú trọng Nhiều phương pháp khác nhau đã được phát triển để đáp ứng các hình dạng mẫu thí nghiệm và mục tiêu đo khác nhau.

Trong vài thập kỷ qua, các phương pháp cụ thể đã phát triển mạnh mẽ và ứng dụng thực tế của chúng mang lại nhiều lợi ích nhờ vào sự tiến bộ của các công nghệ bổ sung Đặc biệt trong lĩnh vực cắt vật liệu và các kỹ thuật đo toàn bộ, những công nghệ này đã nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của phép đo, đồng thời mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng.

2.2.1 Các phương pháp cơ học

Phương pháp khoan lỗ trong đo ứng suất dư được mô tả là việc loại bỏ một lượng vật liệu nhỏ, thường có đường kính khoảng 1,8 mm và chiều sâu khoảng 2 mm, tại vị trí cần đo Trước khi tiến hành khoan, các cảm biến đo biến dạng được lắp đặt xung quanh vị trí lỗ theo tiêu chuẩn thử nghiệm Sau khi khoan, khu vực xung quanh lỗ sẽ giãn ra, và các biến dạng này được ghi nhận để tính toán các ứng suất liên quan.

Phương pháp này đơn giản và hiệu quả, trở thành kỹ thuật phổ biến trong thực tế Nó cho phép đo lường phân bố ứng suất dư về độ lớn, hướng và chiều Với độ chính xác và độ tin cậy cao, quy trình kiểm tra được tiêu chuẩn hóa, mang lại sự thuận tiện trong thực hiện.

Hình 2.2: Sơ đồ minh họa việc áp dụng phương pháp khoan lỗ để đo ứng suất dư

Kích thước lỗ thường không đủ lớn để ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của bộ phận và có thể được sửa chữa dễ dàng khi cần thiết Tuy nhiên, phương pháp khoan lỗ gặp phải một số vấn đề như ứng suất từ quá trình gia công, lỗ không hình trụ và hình dạng không tròn (elip) Dù có những sai số trong phép đo ứng suất, khoan lỗ vẫn là một phương pháp phổ biến để xác định RS.

2.2.1.2 Phương pháp Vòng lõi (The ring-core method)

Phương pháp lõi vòng là kỹ thuật đo biến dạng bề mặt bằng cách loại bỏ vật liệu bên ngoài, tương tự như phương pháp khoan lỗ nhưng theo chiều ngược lại Trong quá trình này, một vòng vật liệu được lấy ra đến một độ sâu nhất định, cho phép vật liệu bên trong giãn ra Các cảm biến đo biến dạng trên vật liệu bên trong ghi lại các biến dạng giãn, từ đó thu được các ứng suất liên quan đến sự thư giãn.

Hình 2.3: Nguyên tắc của phương pháp Ring-Core [45] (đường kính trong (D1), đường kính ngoài (D2) và độ sâu tối đa (z) Quy trình này được chia thành các bước nhỏ (dz))

Phương pháp này vượt trội hơn phương pháp khoan lỗ nhờ vào việc cung cấp biến dạng bề mặt lớn hơn, nhưng thường gây thiệt hại đáng kể cho bộ phận, khiến nó ít được ưa chuộng trong thực tế Để khắc phục điều này, nhiều nhà nghiên cứu đã áp dụng phương pháp khoan lỗ gia tăng hoặc phương pháp lõi vòng, cho phép loại bỏ vật liệu ở độ sâu tăng dần Qua đó, họ ghi lại các giá trị ứng suất tại các độ sâu khác nhau và xây dựng biên dạng ứng suất qua chiều dày.

2.2.1.3 Phương pháp Khoan lỗ sâu

Khoan lỗ sâu là phương pháp kết hợp giữa khoan lỗ và khoan lõi, bắt đầu bằng việc khoan một lỗ qua độ dày của bộ phận và đo đường kính chính xác Sau đó, kỹ thuật lõi vòng được áp dụng để loại bỏ vật liệu xung quanh lỗ, khiến vật liệu giữa vòng đệm và lỗ giãn ra và đường kính lỗ được đo lại Sự thay đổi đường kính này giúp tính toán các ứng suất đã được loại bỏ, trong khi chiều sâu gia tăng của lõi vòng hỗ trợ xây dựng biên dạng ứng suất qua chiều dày của chi tiết Mặc dù kỹ thuật này chủ yếu mang tính phá hủy, nhưng nó rất hữu ích cho các bộ phận dày có khả năng chịu đựng ứng suất vĩ mô lớn.

Phân đoạn là phương pháp hiệu quả để đo ứng suất dư (RS), trong đó các phần mẫu được loại bỏ và đo độ biến dạng mà không gây ra biến dạng dẻo hoặc nhiệt Các cảm biến đo biến dạng được sử dụng để thu thập dữ liệu về biến dạng giãn, từ đó tính toán ứng suất Biến dạng có thể xảy ra dưới dạng biến dạng dọc trục hoặc độ cong, với biến dạng dọc trục liên quan đến ứng suất bề mặt và độ cong liên quan đến ứng suất theo chiều dày Một giả thiết phổ biến là ứng suất uốn thay đổi tuyến tính theo chiều dày.

Phương pháp đường bao là một kỹ thuật mới trong việc đo lường, bắt đầu bằng việc cắt mẫu để tạo ra bề mặt đường viền Chất lượng của vết cắt, bao gồm độ phẳng và chiều rộng đồng nhất, có ảnh hưởng lớn đến phép đo đường viền và các bước phân tích tiếp theo Máy phóng điện bằng dây (EDM) thường được sử dụng để đảm bảo đường cắt phẳng và đồng đều Sau khi cắt, phép đo đường bao được thực hiện trên bề mặt đường viền tạo ra từ quá trình này, thường sử dụng máy đo tọa độ (CMM) để đạt độ chính xác cao Dữ liệu sau đó được giảm thiểu bằng cách lấy trung bình mỗi cặp điểm, và cuối cùng, dữ liệu đã được làm mịn sẽ được sử dụng làm đầu vào cho mô hình phần tử hữu hạn nhằm tính toán ứng suất ban đầu.

Các phương pháp khác ít được sử dụng hơn như cắt bỏ, tách, làm cong, loại bỏ lớp và rạch, được mô tả như sau.

Để thực hiện quy trình này, cần gắn một hoặc nhiều cảm biến đo biến dạng lên bề mặt mẫu vật Sau đó, tiến hành cắt bỏ phần vật liệu đã gắn cảm biến, giúp giải phóng các ứng suất dư trong vật liệu và làm cho phần vật liệu trở nên không còn ứng suất.

Thiết bị đo biến dạng được sử dụng để đo các biến dạng tương ứng trong vật liệu Phương pháp cắt bỏ thường áp dụng cho các mẫu bản mỏng, cho phép cắt một mảnh vật liệu nhỏ quanh thiết bị đo một cách dễ dàng Tuy nhiên, phương pháp này cũng có thể áp dụng cho các mẫu dày hơn, mặc dù việc cắt bỏ toàn bộ thường ít được thực hiện do sự bất tiện trong quá trình loại bỏ mảnh vật liệu.

Cắt bỏ một phần bằng cách tạo các khe sâu ở mỗi đầu của cảm biến đo biến dạng là một quy trình thực tiễn hơn Phương pháp tách này được minh họa trong Hình 7 (a).

K ế t lu ận chương 2

Trong chương này, tác giả đã tập trung nghiên cứu và trình bày các nội dung sau:

Ứng suất dư trong quá trình gia công mài là kết quả của sự tương tác giữa đá mài và phôi Khi nhiệt độ của phôi tăng lên trong quá trình mài, có thể xảy ra nhiều vấn đề, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Các yếu tố như tốc độ mài, loại đá mài và điều kiện làm mát cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành ứng suất dư Việc hiểu rõ những yếu tố này sẽ giúp tối ưu hóa quy trình mài và giảm thiểu các vấn đề liên quan.

Các phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công hiện nay bao gồm nhiều kỹ thuật phổ biến như phương pháp X-ray, phương pháp siêu âm và phương pháp đo độ cứng Những phương pháp này giúp xác định và phân tích ứng suất dư, từ đó đánh giá chất lượng bề mặt sản phẩm Qua nghiên cứu, có thể rút ra một số kết luận quan trọng về hiệu quả và ứng dụng của từng phương pháp trong thực tiễn sản xuất.

1 Mài là phương pháp gia công rất quan trọng và là một trong những nguyên nhân quan trọng nhất gây ra ứng suất dư Ứng suất dư là một trong những hệ số chính xác định các đặc tính kỹ thuật của các bộ phận và thành phần kết cấu chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát biến dạng và cuối cùng là độ bền và tính bền lâu trong kết cấu kỹ thuật.

2 Ứng suất dư bề mặt gia công khi mài bằng đá mài xẻ rãnh chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố Một số kết quả nghiên cứu về vấn đề này cho ta định hướng để nâng cao chất lượng bề mặt gia công và là cơ sở để nhận định: một vài thông số của lớp bề mặt mài bằng đá mài xẻ rãnh tốt hơn so với mài bằng đá mài thường Ứng suất dư có ảnh hưởng khác nhau đến tính năng của vật liệu dạng hỏng do mỏi, nứt ăn mòn do ứng suất, hỏng hóc, biến dạng, ổn định cấu trúc là những tác động phổ biến Ứng suất dư thường gây ra các vấn đề tiềm ẩn tốn kém mà ảnh hưởng sẽđược nhìn thấy trong thời gian sử dụng của các bộ phận

3 Cách quan trọng nhất để kiểm soát và phân tích ứng suất dư là đo chúng Có nhiều phương pháp khác nhau đểđo ứng suất dư Các phương pháp phổ biến là nhiễu xạ tia X, khoan lỗ, nhiễu xạneutron, đường viền, rạch, lõi vòng, khoan lỗ bằng ESPI, v.v

4 Xuất phát từ những phân tích trên và tiếp nối các nghiên cứu đi trước thấy rằng, việc tiếp tục xây dựng và phát triển đá mài gián đoạn, tiến hành các thực nghiệm đánh giá ứng xử và hiệu quả gia công của đá mài gián đoạn bằng phương pháp mài phẳng đối với các loại vật liệu, nhất là các vật liệu thông dụng trong ngành công nghệ chế tạo máy là rất cần thiết

Tác giả tiến hành nghiên cứu và thực nghiệm để đánh giá ứng suất dư, độ cứng và độ nhám bề mặt của chi tiết khi gia công vật liệu thép C45 bằng phương pháp mài phẳng với đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn Hiện tại, lý thuyết về đá mài gián đoạn vẫn chưa hoàn thiện, và nghiên cứu về quá trình mài bằng đá mài xẻ rãnh còn hạn chế Để phát huy hiệu quả của đá mài xẻ rãnh, cần có thêm nhiều nghiên cứu sâu hơn về vấn đề này.

X ác định hướ ng nghiên c ứ u c ủ a lu ậ n văn

Phương pháp mài đóng vai trò quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại nhờ vào khả năng vượt trội khi xử lý các vật liệu có độ bền và độ cứng cao, mang lại độ chính xác và chất lượng bề mặt cao Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt trong quá trình mài, và do thường được sử dụng như nguyên công gia công tinh cuối cùng, chất lượng bề mặt mài có tác động trực tiếp đến độ bền của chi tiết máy.

Thép C45 là mác thép phổ biến trong nhóm thép chuyên dụng, thường được sử dụng để chế tạo các chi tiết máy có độ chính xác cao như trục chính máy công cụ, trục vít me bi, con lăn và đĩa ma sát Nghiên cứu cho thấy mác thép C45 có thể được áp dụng trực tiếp trong quá trình mài, đồng thời cũng có thể tham khảo khi mài các mác thép khác Tuy nhiên, tại Việt Nam, đá mài xẻ rãnh vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí và có rất ít công trình nghiên cứu về phương pháp mài này được công bố.

Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên, tác giả chọn đề tài:

Nghiên cứu về ứng suất dư bề mặt khi mài bằng đá mài xẻ rãnh tập trung vào chất lượng bề mặt gia công thép C45 trên máy mài phẳng Mục tiêu chính là đánh giá ứng suất dư trên bề mặt gia công, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập Nội dung nghiên cứu bao gồm tổng quan về mài phẳng và đá mài xẻ rãnh, cũng như các phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt Đề tài được thực hiện thông qua phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.

Thực nghiệm xác định độ nhám bề mặt chi tiết gia công thép C45 nhiệt luyện được thực hiện bằng phương pháp mài phẳng Nghiên cứu so sánh giữa việc sử dụng đá mài thông thường và đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt về độ nhám bề mặt giữa hai phương pháp mài, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng Việc chọn lựa loại đá mài phù hợp là yếu tố quan trọng trong quá trình gia công để đạt được độ nhám bề mặt tối ưu.

3.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm

Bài viết so sánh độ nhám bề mặt của vật liệu thép C45 sau khi gia công nhiệt luyện bằng hai phương pháp mài phẳng: đá mài gián đoạn và đá mài liên tục thông thường Kết quả đánh giá cho thấy sự khác biệt rõ rệt về độ nhám bề mặt giữa hai loại đá mài, từ đó giúp xác định ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp mài trong quá trình gia công thép.

- Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài đến độ nhám bề mặt.

3.2 Mô tả hệ thống thí nghiệm

Vật liệu mẫu thí nghiệm là thép C45 nhiệt luyện với độ cứng HRC từ 58 đến 60 Thép C45, có thành phần chính là sắt (Fe) và cacbon (C) với nồng độ cacbon 0,45%, được phân loại là vật liệu cacbon trung bình Loại thép này thường được sử dụng trong thiết kế các chi tiết như trục và bánh răng Theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 8301:2009, thành phần hóa học và cơ tính của thép C45 được quy định rõ ràng trong các Bảng 3.1 và 3.2.

Bảng 3.1: Thành phần hoá học của thép Các bon chất lượng C45 Đơn vị tính: %

Mác thép C Si Mn P S Cr Ni Cu

Bảng 3.2: Đặc điểm cơ tính của thép C45

Giới hạn chảy (Sch) và độ bền kéo là hai chỉ số quan trọng trong việc đánh giá tính chất cơ học của vật liệu Độ dãn dài tương đối (d5) và độ thắt tương đối (y) phản ánh khả năng biến dạng của vật liệu khi chịu lực Độ dai va đập, được đo bằng kG, cho thấy khả năng chịu va đập của vật liệu, trong khi độ cứng sau thường hóa (HB) và độ cứng sau ủ (Ram cao HB) cung cấp thông tin về độ bền và khả năng chống lại biến dạng vĩnh viễn Các chỉ số này đều có giá trị quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu phù hợp cho các ứng dụng kỹ thuật.

Tất cả các phôi thép được sản xuất tại nhà máy Z113/TCCNQP, tọa lạc tại tổ 22, phường Đội Cấn, thành phố Tuyên Quang, tỉnh Tuyên Quang, đều có kích thước đồng nhất là 70x30x25(mm) như thể hiện trong hình 3.1.

Hình 3.1: Mẫu phôi thép C45 sử dụng trong thí nghiệm đã qua nhiệt luyện

Loại thép dùng làm thí nghiệm là thép C45 nhiệt luyện các mẫu thí nghiệm được nhà máy Z113/TCCNQP tổ22, phường Đội Cấn, thành phố Tuyên Quang, tỉnh

Tuyên Quang chế tạo từthép C45 được nhiệt luyện bề mặt đạt độ cứng 58HRC bằng tôi sau đó ram đểđạt được độ cứng yêu cầu

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng một viên đá mài thông thường và ba viên đá mài gián đoạn, tất cả đều có cùng đường kính ngoài, bề rộng, chất dính kết, kích thước hạt, độ cứng và được sản xuất bởi Công ty Đá mài Hải Dương Viên đá mài thông thường có bề mặt làm việc 100%, trong khi các viên đá mài gián đoạn được thiết kế với các rãnh cách đều quanh chu vi, tạo ra các tỷ lệ gián đoạn λ khác nhau Thông số kỹ thuật của đá mài truyền thống và các viên đá mài gián đoạn được trình bày chi tiết trong các bảng 3.3 và 3.4.

Bảng 3.3: Thông số chung của đá mài

Bảng 3.4: Thông số chung của đá mài thí nghiệm. Đặc tính của đá mài gián đoạn

Chiều rộng rãnh đá W: 10 (mm)

Chiều sâu rãnh đá H: 15 (mm)

Góc nghiêng rãnh đá β : 15 (độ)

Viên đá Số rãnh đá Z Góc giữa 2 rãnh đá liên tiếp α(độ)

Cn - vật liệu hạt mài là ôxit nhôm điện thường.

46 - Độ hạt (số mắt sàng có trong 1 tấc Anh).

MV2 - độ cứng của đá

G - chất dính kết là gốm.

V6- kiểu đá trụ, cạnh vuông.

35 m/s - giới hạn tốc độđá theo độ bền của đá.

1 Ký hiệu đá: Cn46 MV2 350x40x127-35m/s

2 Đường kính ngoài của đá 350 (mm)

3 Đường kính trong của đá 127 (mm)

4 Bề rộng của đá 40 (mm)

6 Hạt mài Cn46 GV6 MV2

Hình 3.2a : Hình dáng hình học của đá mài gián đoạn

Hình 3.2b: Lắp đá mài trên máy.

Hình 3.3: Bộ đá mài gián đoạn và đá mài thường Hình 3.4: Sửa đá bằng đầu sửa đá kim cương.

3.2.3 Sửa đá mài Đá mài sau khi lắp và cân bằng được sửa bằng đầu sửa đá kim cương 22 viên (Hình 3.5)

Hình 3.5 : Đầu sửa đá kim cương Hình 3.6 : Tiến hành sửa đá mài sau mỗi lần cắt.

- Tiến hành sửa đá với t sđ = 0,02mm, Sng = 0.05mm/vòng

- Tốc độ trục chính: 1450vòng /ph

- Vận tốc chạy bàn Sd = 20m/ph

- Vận tốc xuống đá ngang Sng=5m/ph

3.2.4 Lựa chọn chế độ công nghệ

Các thông số công nghệ như chiều sâu cắt, lượng chạy dao và cấu trúc rãnh của đá được lựa chọn dựa vào thiết bị, dụng cụ và vật liệu gia công Qua khảo sát tại một số công ty cơ khí, tác giả đã xây dựng bộ thông số thí nghiệm phù hợp.

- Vận tốc cắt: v = 26 m/s Sd = 15(m/ph)

- Chiều sâu cắt t (mm), số rãnh Z đá mài được cho như bảng 3.5

Bảng 3.5: Giá trị thông số hệ thống công nghệ

Thí nghiệm số Z( số rãnh Đá mài) Chế độ công nghệ

- Dùng phương pháp tưới tràn với dung dịch trơn nguội OMETA

Các thông số bản của máy:

- Về kích thước máy: Dài: 2450 (mm); Rộng: 1.570(mm); Cao: 2.000(mm)

- Công suất động cơ trục chính: 7,5 KW

- Tốc độ trục chính: 1450 vòng/phút

+ Kích thước bàn máy: Dài: 800 (mm) Rộng: 450 (mm)

+ Khảnăng dịch chuyển của bàn máy theo các phương: Ngang + dọc

+ Hành trình làm việc của bàn máy:

Dài: 900 (mm); Rộng: 550 (mm); Cao: 300 (mm)

- Đường kính bích gá đá: 127 (mm)

- Giới hạn đường kính ngoài của đá: 300 ≤ D ≤ 450 (mm)

- Lượng chạy dao S: Vô cấp

Hình 3.7: Máy mài phẳng EQUIPTOP.

- Thiết bị đo kích thước sử dụng trong thực nghiệm là thước cặp điện tử

Mitsubishi, độ chính xác tới 0.01 (mm)

Đo độ nhám bề mặt gia công (Ra, Rz) được thực hiện bằng máy đo biên dạng tiếp xúc SJ-410 của hãng MITUTOYO - JAPAN, với phạm vi đo từ 50 đến 200 μm và độ chia 0,01 μm.

- Xác định ứng suất dư trong chi tiết kim loại bằng phương pháp đo biến dạng khi khoan lỗ thiết bị RS-200

- Thiết bị đo độ cứng bề mặt HR150 Phạm vi đo (20÷70) HRC

3.3 Số liệu thí nghiệm và kết quả xử lý số liệu thí nghiệm.

3.3.1 Phương pháp tiến hành thực nghiệm a Chuẩn bị trước khi gia công:

- Tạo phôi: Bao gồm việc xác định mác thép C45 nhiệt luyện để thí nghiệm

- Đo độ cứng phôi trước khi gia công

Trước khi tiến hành cắt, việc xác định kích thước phôi là rất quan trọng Các phôi gia công được chuẩn bị kỹ lưỡng và được đo chiều dày tại ba điểm khác nhau trên bề mặt, nhằm đảm bảo độ chính xác trong quá trình gia công.

- Chọn máy, chuẩn bị đồ gá, phương tiện đo kiểm theo phương án gia công, thiết lập chế độ cắt b Tiến hành gia công

Bộ đá sử dụng trong gia công bao gồm một viên đá mài liên tục và ba viên đá mài gián đoạn, được áp dụng cho 12 mẫu thép C45 nhiệt luyện Trong quá trình thí nghiệm, vận tốc cắt và lượng chạy dao được giữ ổn định, trong khi chiều sâu cắt danh nghĩa thay đổi với các giá trị t1 = 0,02mm, t2 = 0,05mm và t3 = 0,07mm Sau mỗi lần cắt, viên đá được sửa để sẵn sàng cho lần cắt tiếp theo.

Phương pháp tiến hành thực nghiệm được tiến hành theo quy trình công nghệ như sau:

Bước 1 : Lập chế độ công nghệ (bảng 3.6):

Bảng 3.6: lập giá trị thông số công nghệ

Thí nghiệm số Z( số rãnh) Chế độ công nghệ

Ký hiệu mẫu thép C45 nhiệt luyện

Bước 2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

Trong nghiên cứu này, tác giả tiến hành thí nghiệm với ba chế độ cắt khác nhau nhằm tối ưu hóa độ nhám bề mặt Để đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến khả năng cắt của đá mài gián đoạn, tác giả đã chọn 12 mẫu thí nghiệm tương ứng với ba chế độ cắt được trình bày trong bảng (3.6).

Hình 3.8 : Mẫu thép C45 nhiệt luyện

Bước 3.Sửa đá mài bằng dụng cụ kim cương.

Hình 3.9: Sửa đá bằng đầu sửa đá kim cương.

Bước 4 Gia công mặt chuẩn.

Hình 3.10: Gia công mặt chuẩn.

Bước 5 Gia công lần lượt 12 mẫu (Hình 3.8)

Bước 6 Đo các thông số về chỉ tiêu chất lượng của chi tiết gia công

- Tiến hành đo độ nhám, độ cứng 12 mẫu sau khi gia công và ghi chép kết quả

- Tiến hành đo ứng suất dư bề mặt c Xử lý số liệu thí nghiệm

Các số liệu thu được sau quá trình thí nghiệm được xử lý bằng phần mềm

Microsoft Excel 2016 cho phép vẽ đồ thị, so sánh và đánh giá kết quả

3.3.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn của đá mài đến độ nhám bề mặt

Sau khi gia công có tổng 12 chi tiết mẫu (hình 3.11)

Tiến hành thực nghiệm đo độ nhám bề mặt 12 chi tiết mẫu tại nhà máy Z113 Tuyên Quang

Phương pháp đo đầu dò tiếp xúc

Thiết bị đo: Đo độ nhám bằng máy đo độ nhám Mittutoyo SJ-410 (hình 3.12), định vị 3 bậc tự do

Kếtquả thực nghiệm ảnh hưởng của số rãnh của đá mài đến độ nhám bề mặt gia công Ra cho ở (bảng 3.7)

Hình 3.11: Bề mặt chi tiết sau khi mài

Hình 3.12: Máy đo độ nhám bề mặt Mittutoyo SJ-410

Bảng 3.7 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của số rãnh của đá mài đến đo độ nhám bề mặt khi mài thép C45 nhiệt luyện nghiệm Thí số

Z( số rãnh của đá mài)

Ký hiệu mẫu thép C45 nhiệt luyện Độ nhám bề mặt Ra (μm)

12 V= 26 (m/s), Sd = 15 (m/ph), t=0.07(mm) 2.Z24.t0.07 0.644 Đồ thị thực nghiệm

Sử dụng phần mềm Microsoft Excel, đồ thị đã được xây dựng để thể hiện mối quan hệ giữa số rãnh (z) của đá mài và độ nhám bề mặt khi mài phẳng vật liệu thép C45 đã nhiệt luyện, thông qua đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm (hình 3.12a, b và c).

Từ các đồ thị hình 3.12a, 3.12b và 3.12c nhận thấy.

Mối quan hệ giữa số rãnh Z của đá mài và độ nhám bề mặt được khảo sát khi chiều sâu cắt t=0.02(mm) Ở giai đoạn đầu, với số rãnh Z của đá mài gián đoạn là 0, độ nhám bề mặt đạt giá trị Ra= 0.563(µm) Khi số rãnh Z của đá mài tăng từ 0, độ nhám bề mặt có sự thay đổi đáng kể.

Sự tăng trưởng của độ nhám bề mặt đạt giá trị cực đại Ra(max) = 1.571(µm) tại viên đỏ có số rãnh z = 18, sau đó có xu hướng giảm dần đến Ra(min) = 0.429(µm) tại viên đỏ có số rãnh z.

Đồ thị trong hình 3.12a thể hiện mối quan hệ giữa số rãnh của đá mài (z) và độ nhám bề mặt Ra(àm) khi gia công thép C45 đã được nhiệt luyện với chiều sâu cắt t=0,02mm.

Ra(àm) 0.563 1.571 0.429 0.508 Độ nhám bề mặt khi t=0.02(mm)

4.1 Mục đích của thực nghiệm

Bài viết đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng được chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam Nghiên cứu tập trung vào việc mài phẳng vật liệu thép C45 đã qua nhiệt luyện, đồng thời xác định ảnh hưởng của một số thông số công nghệ (t) và thông số hình học đá Z đến ứng suất dư ở lớp bên dưới bề mặt chi tiết gia công.

Đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công khi mài thép C45 nhiệt luyện bằng đá mài xẻ rãnh là một nghiên cứu quan trọng được thực hiện tại Việt Nam Nghiên cứu này sử dụng máy mài phẳng để xác định mức độ ứng suất dư và ảnh hưởng của quá trình mài đến chất lượng bề mặt thép Kết quả sẽ cung cấp thông tin quý giá cho các nhà sản xuất trong việc cải thiện quy trình gia công và nâng cao độ bền của sản phẩm.

4.2 Mô tả hệ thống thí nghiệm.

4.2.1 Thiết bị và hóa chất

 Thiết bị và hóa chất

Thiết bị đo ứng suất dư RS 200 sử dụng phương pháp khoan lỗ, bao gồm các thành phần chính: máy khoan lỗ bằng tuabin khí với tốc độ lên đến 400.000 vòng/phút, thiết bị định tâm chính xác tới 0,025 mm và thiết bị đo biến dạng P3.

- Máy mài tay, máy hàn nhiệt.

- Cảm biến (Tem) đo biến dạng chuyên dùng

-Chất làm sạch bề mặt -Chất bảo vệ bề mặt tem

Hình 4.1 Thiết bị khoan lỗ RS-

200(nguồn ảnh Học viện kỹ Thuật

Hình 4.2 Thiết bị đo biến dạng Model P3 Strain Indicator and Recorder (nguồn ảnh Học viện kỹ Thuật Quân Sự)

Hình 4.3 chi tiết mẫu được kết nối với thiết bị đo biết dạng P3 thông qua cảm biến đo biến dạng EA-06RE-062-120

(nguồn ảnh Học viện kỹ Thuật Quân Sự.)

Hình 4.4 Cảm biến đo biến dạng EA- 06RE-062-120 của hãng

Thiết bị khoan lỗ RS-200, cùng với bộ ghi dữ liệu P3, được sử dụng để xác định biến dạng dưới bề mặt ở các độ sâu khác nhau Hình ảnh minh họa cho quá trình này được cung cấp bởi Học viện kỹ thuật.

Hinh 4.6 Ba mẫu sau khi đo biến dạng

Nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành để xác định ứng suất dư bề mặt trong ba mẫu 2.Z20.t0.02, 2.Z20.t0.05 và 2.Z20.t0.07 của viên đá có kết cấu rãnh Z, tại ba chiều sâu cắt (t) khác nhau Các mẫu này được chọn vì chất lượng Ra tại đây là tốt nhất trong tổng số 12 mẫu đã khảo sát.

Hình 4.7: Bề mặt 12 chi tiết sau khi mài Hình 4.8: Ba mẫu 2.Z20.t0.02,

Phương pháp đo biến dạng được sử dụng để xác định ứng suất dư bề mặt trong chi tiết kim loại khi khoan lỗ bằng thiết bị RS-200 tại Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự Cảm biến đo biến dạng EA-06RE-062-120 của hãng Measurement được áp dụng trong nghiên cứu này.

Mẫu thử nghiệm được kết nối với bề mặt của USA, với các đầu ra của tem đo biến dạng được hàn vào dây nối Ba dây nối được kết nối vào bộ đo biến dạng P3 theo sơ đồ quy định Sử dụng thiết bị RS-200, khoan một lỗ nông có chiều sâu 1mm qua tâm của cảm biến Đặc tính của thép cho phép đo biến dạng thông qua sự thay đổi điện trở của vật liệu, với kết quả được trình bày trong bảng 4.1, 4.2, và 4.3 Ứng suất dư được xác định dựa trên độ sâu của các mẫu thử nghiệm 2.Z20.t0.02.

Bằng cách đo các biến dạng ε1, ε2, ε3 thông qua phương pháp khoan lỗ, nghiên cứu đã xác định được lượng ứng suất dư lớn nhất và nhỏ nhất ở các độ sâu khác nhau Kết quả này được trình bày chi tiết trong các Bảng 4.5, 4.7, 4.9 và minh họa trên Hình 4.9a, Hình 4.10a.

4.11a Lỗ được khoan theo 25 bước với gia số 0.04(mm) cho đến độ sâu 1(mm) Các thử nghiệm được thực hiện cho tất cả các mẫu bằng cách khoan với cùng độ sâu / gia số

Bảng 4.1 trình bày kết quả đo các biến dạng ε1, ε2, ε3 tại các vị trí khác nhau trên mẫu 2.Z20.t002, được kiểm tra ở các góc 90 độ, 135 độ và 135 độ trong quá trình mài bằng đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam.

Lần đo Số vạch Giá trị vạch

Giá trị đo biến dạng ε 1 ε 2 ε 3

Dựa trên kết quả đo thực nghiệm trong bảng 4.1, đồ thị biểu diễn quy luật thay đổi của biến dạng lớp bề mặt đã được xây dựng cho ba mẫu thép C45 đã được nhiệt luyện 2.Z20.t0.02, như thể hiện trong hình 4.8a.

Hình 4.8a Sự thay đổi biến dạng đo được ε 1, ε 2, ε 3 trong mẫu thép C45 đã nhiệt luyện (2.Z20.t0.02.) được đo ở lớp bề mặt theo độ sâu của lỗ

Bảng 4.2 trình bày kết quả đo các biến dạng ε1, ε2, ε3 tại các vị trí khác nhau trên mẫu 2.Z20.t005, được thực hiện trong quá trình mài bằng đá mài xẻ rãnh trong các góc 90°, 135° và 135° tại Việt Nam.

Lần đo Số vạch Giá trị vạch

Giá trị đo biến dạng ε 1 ε 2 ε 3

Dựa trên kết quả đo biến dạng thực nghiệm từ bảng 4.2, đồ thị thể hiện quy luật thay đổi của biến dạng lớp bề mặt đã được xây dựng cho ba mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.05 (hình 4.8b).

Hình 4.8b: Sự thay đổi biến dạng đo được ε 1, ε 2, ε 3 trong mẫu thép C45 đã nhiệt luyện (2.Z20.t0.05.) được đo ở lớp bề mặt theo độ sâu của lỗ

Bảng 4.3 trình bày kết quả đo các biến dạng tích thoát ε1, ε2, ε3 tại các vị trí khác nhau trên mẫu 2.Z20.t007 khi thực hiện mài bằng đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam, với các góc mài là 90 độ, 135 độ và 135 độ.

Lần đo Số vạch Giá trị vạch

Giá trị đo biến dạng ε 1 ε 2 ε 3

Dựa trên kết quả đo biến dạng thực nghiệm từ bảng 4.3, chúng tôi đã xây dựng đồ thị thể hiện quy luật thay đổi của biến dạng lớp bề mặt cho ba mẫu thép C45 đã được nhiệt luyện, cụ thể là mẫu 2.Z20.t0.07 (hình 4.8c).

Hình 4.8c: Sự thay đổi biến dạng đo được ε 1, ε 2, ε 3 trong mẫu thép C45 đã nhiệt luyện (2.Z20.t0.07.) được đo ở lớp bề mặt theo độ sâu của lỗ