1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền cao là cơ sở cho sự ra đời và nâng cao chất lượng các loại sản phẩm máy móc, thiết bị và hình thành, hoàn thiện các phương pháp gia công. Phương pháp mài có một vị trí đặc biệt quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại nhờ khả năng vượt trội so với các phương 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 lượng bề mặt cao. Gia công bằng phương pháp mài có thể đạt độ nhấp nhô R a =1,25-0,63μm (có thể đạt 0,32μm), độ chính xác kích thước cao tới 0,002- 0,003mm [1]. Trong thực tế, tùy theo kết cấu và yêu cầu cụ thể về chức năng của từng loại sản phẩm để xác định phương pháp gia công cho phù hợp, song cùng với cùng độ nhấp nhô và độ chính xác kích thước chi tiết như đã nêu trên thì phương pháp mài chiếm 80-85%, trừ những kết cấu sản phẩm không thể can thiệp được bằng phương pháp mài. Chất lượng bề mặt chi tiết đòi hỏi càng cao thì yêu cầu phương pháp mài càng phải được nghiên cứu, phát triển để đáp ứng yêu cầu gia công. Quá trình cắt gọt của mài thực chất là quá trình các hạt mài cào xước bề mặt của chi tiết gia công, lượng kim loại do mỗi lưỡi cắt cắt đi rất nhỏ. Các phương pháp mài hiện nay chủ yếu dùng đá mài thông thường. Tuy nhiên, loại đá mài này có hạn chế là lực cắt, nhiệt cắt lớn nên thường gây ra các khuyết tật: cháy mài, thoát các bon, nứt tế vi, ứng 2 suất dư kéo trên lớp bề mặt …làm hạn chế khả năng ứng dụng của các phương pháp mài thông thường Để khắc phục những hạn chế trên, phương pháp mài dùng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn đã được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng để gia công vật liệu. Ở nước ngoài, Michele H. Miller and Xiaorui Fan [11] đã nghiên cứu sự mài mòn của đá khi mài gián đoạn. Taghi Tawakoli, Bahman Azarhoushang [20] đã điều tra tính khả thi của mài không liên tục với đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn trên hai loại vật liệu composit nền ceramic khác nhau trong khi J. Pe´rez và các cộng sự [22] đã tiến hành phân tích sự truyền nhiệt trong quá trình mài gián đoạn.v.v Ở trong nước, Nguyễn Tiến Đông, Nguyễn Thị Phương Giang [2] đã nghiên cứu về khả năng giảm lực cắt khi gia công vật liệu ceramics sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn. Do mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối nên chất lượng bề mặt mài ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của chi tiết máy.Việc nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài bằng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn đối với nhiều loại vật liệu khác nhau sẽ tạo điều kiện để cải thiện quá trình gia công, nâng cao chất lượng bề mặt, năng suất và hiệu quả gia công. Thép C45 là mác thép thường được sử dụng để chế tạo các chi tiết máy có độ chính xác cao như các loại trục sử dụng trong các hộp giảm tốc, trục nghiền…Do đó việc mở rộng nghiên cứu chất lượng bề mặt khi gia công các loại vật liệu, trong đó có vật liệu thép C45 là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 3 Xuất phát từ những phân tích trên, được sự hướng dẫn của các thầy giáo, tác giả chọn đề tài: “Chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công vật liệu thép C45 sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn” 2. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích của đề tài - Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn của đá mài gián đoạn corundum đến chiều sâu cắt thực tế và năng suất cắt gọt khi gia công thép C45 bằng phương pháp mài phẳng. - Ứng dụng kết quả làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy, học tập. 2.2. Đối tượng nghiên cứu Chiều sâu cắt thực tế và năng suất cắt gọt khi gia công thép C45 bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài gián đoạn. 2.3. Nội dung, phương pháp nghiên cứu - Nội dung nghiên cứu: Tổng quan về phương pháp mài và chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài; tổng quan về kết quả nghiên cứu đối với đá mài gián đoạn; đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài đến chiều sâu cắt thực tế và năng suất gia công khi mài thép C45 bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài gián đoạn. - Phương pháp nghiên cứu: + Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm + Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm. + Phân tích và đánh giá kết quả. 4 3. Ý nghĩa của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Mài bằng đá mài gián đoạn được nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhưng ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu về chất lượng bề mặt thép C45 khi mài bằng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn được công bố, do đó đề tài có ý nghĩa khoa học và phù hợp với hướng nghiên cứu của khoa học và công nghệ về gia công vật liệu. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần ứng dụng công nghệ mài bằng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn vào gia công cơ khí ở Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp mài. - Kết quả của nghiên cứu có thể ứng dụng trong các nhà máy khi gia công thép C45 nhiệt luyện và chưa nhiệt luyện bằng phương pháp mài phẳng. Sử dụng để tham khảo khi mài các mác thép khác. - Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đề xuất một số hướng nghiên cứu mới về đá mài gián đoạn trong tương lai. 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀI 1.1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI Mài là phương pháp gia công có lịch sử phát triển lâu dài và có một vị trí đặc biệt quan trọng trong gia công cơ khí nhờ khả năng vượt trội so với các phương 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 lượng bề mặt cao. Tỷ lệ máy mài trong tổng số máy cắt kim loại nói chung chiếm khoảng 30% nhưng trong một số ngành đặc biệt như chế tạo vòng bi thì máy mài chiếm đến 60% [1]. Mài là phương pháp gia công với lưỡi cắt không xác định nên có những đặc điểm riêng khác biệt so với các phương pháp gia công khác. 1. Tính cấp thiết của đề tài 2. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích của đề tài 2.2. Đối tượng nghiên cứu 2.3. Nội dung, phương pháp nghiên cứu 3. Ý nghĩa của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học 3.2. Ý nghĩa thực tiễn 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀI 1.1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÀI 1.1.1. Đặc điểm của quá trình mài 1.1.2. Quá trình tạo phoi khi mài 1.1.3. Lực cắt khi mài. 1.1.4. Nhiệt của quá trình mài. 1.1.5 Sự mài mòn của đá mài và sửa đá. 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP MÀI 1.2.1. Mài tròn ngoài 1.2.2. Mài tròn trong 1.2.3. Mài mặt phẳng 1.2.4. Mài mặt định hình 1.2.5. Mài khôn 1.2.6. Mài nghiền 1.2.7. Mài siêu tinh xác 1.2.8. Mài bằng đai mài 1.2.9. Mài điện hóa 1.2.10. Gia công tinh bằng hạt mài tự do 1.3. ĐÁ MÀI 1.3.1. Vật liệu hạt mài 1.3.2 Độ hạt của đá mài 1.3.3. Chất dính kết. 1.3.4. Độ cứng của đá mài. 7 1.3.5. Cấu trúc đá mài 1.3.6. Một số loại đá mài 1.4. CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀI 1.4.1. Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài. 1.4.1.1. Độ nhám bề mặt 1.4.1.2. Độ sóng bề mặt 1.4.1.3. Sai số hình dáng bề mặt 1.4.1.4. Độ cứng tế vi 1.4.1.5. Ứng suất dư 1.4.1.6. Cấu trúc của lớp bề mặt. 1.4.2. Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công 1.4.2.1. Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 1.4.2.2. Phương pháp đánh giá độ cứng lớp bề mặt 1.4.2.3. Phương pháp đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt 1.4.2.4. Phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt 1.4.3. Một số hướng nghiên cứu để nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công và hiệu suất của quá trình mài 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Trong chương này, tác giả đã tập trung nghiên cứu và trình bày các nội dung sau: - Tổng quan về phương pháp gia công mài, bao gồm các đặc điểm của quá trình mài, quá trình tạo phoi khi mài, các 8 hiện tượng vật lý như lực cắt và nhiệt cắt của quá trình mài. - Trình bày các nội dung cơ bản về các phương pháp mài thông dụng hiện nay. Tổng quan về đá mài và các thành phần cấu thành đá mài. - Phân tích được các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt khi gia công bằng phương pháp mài và một số phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công. Đồng thời, đã trình bày một số hướng nghiên cứu để nâng cao chất lượng bề mặt gia công và hiệu suất của quá trình mài Trên cơ sở đó rút ra một số kết luận sau: - Phương pháp mài có một vị trí đặc biệt quan trọng trong ngành gia công cơ khí chính xác nhờ khả năng vượt trội so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia công những vật liệu có giá trị độ bền cơ học, độ cứng cao cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, phương pháp mài đã được nghiên cứu phát triển và ngày càng hoàn thiện để đáp ứng yêu cầu gia công. - Do mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối nên chất lượng bề mặt chi tiết gia công bằng phương pháp mài có ảnh hưởng quan trọng đến khả năng làm việc của chi tiết máy. Từ bản chất, đặc điểm của quá trình mài và chất lượng bề mặt chi tiết khi mài có thể thấy rằng, bên cạnh những ưu điểm đã đạt được thì các phương pháp mài sử dụng đá mài thông thường hiện nay còn có những nhược điểm là lực cắt, nhiệt cắt lớn nên có thể gây ra các khuyết tật bề mặt, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 9 mài, làm hạn chế khả năng tăng năng suất và hiệu quả của quá trình mài. - Xuất phát từ những phân tích trên cho thấy cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện phương pháp mài, từ việc nghiên cứu bản chất của quá trình mài để mở rộng khả năng công nghệ của mài; phát triển các phương pháp mài mới; nghiên cứu chế tạo ra các loại vật liệu hạt mài, chất dính kết mới hay nghiên cứu phát triển tạo ra loại đá mài có cấu trúc phù hợp giúp cải thiện khả năng gia công, giảm khuyết tật bề mặt mài, từ đó giúp tiết kiệm chi phí và hạ giá thành sản phẩm. 10 Chương 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHI MÀI BẰNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN Hiện nay các phương pháp mài có sử dụng đá mài thường dùng các loại đá mài thông thường. Bên cạnh những ưu điểm đã đạt được thì khi gia công với loại đá mài này cũng đã cho thấy những hạn chế về năng suất gia công và khuyết tật bề mặt chi tiết khi mài. Các phân tích cho thấy nguyên nhân chính của những hạn chế trên là do sự làm việc liên tục của hạt mài trong quá trình gia công. Để khắc phục những hạn chế của đá mài liên tục thông thường, xuất phát từ nguyên nhân của những hạn chế đó, một trong những hướng đi mới không những được các nước trên thế giới tập trung nghiên cứu mà ở Việt Nam cũng được rất nhiều nhà khoa học quan tâm, đó là xây dựng lên các loại đá mài có hình dáng hình học mới giúp cải thiện năng suất gia công, giảm khuyết tật bề mặt. Trong đó, việc tập trung nghiên cứu phát triển đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn đã được thực hiện. Quá trình mài sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn đã cho thấy nhiều kết quả ưu việt với khả năng giảm nhiệt cắt, lực cắt, năng lượng tiêu thụ, tăng năng suất gia công và hiệu quả làm việc của hạt mài. Bên cạnh đó, đá mài gián đoạn cũng cho thấy những ưu điểm về tiết kiệm chi phí sản xuất, chế tạo, sửa chữa, tăng độ an toàn trong gia công cũng như nhiều kết quả khả quan khác. [...]... cứu, đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công vật liệu thép C45 sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn bằng phương pháp mài phẳng Từ đó đánh giá chi u sâu cắt thực tế và năng suất cắt gọt khi gia công thép C45 bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài gián đoạn 14 Chương 3 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI GIA CÔNG THÉP C45 BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀI PHẲNG SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN...11 2.1 SỰ PHÁT TRIỂN ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN CHO ĐẾN NAY 2.1.1 Lịch sử phát triển của đá mài gián đoạn 2.1.2 Mô hình hóa đá mài gián đoạn 2.1.3 Ứng suất sinh ra trong đá mài gián đoạn 2.1.4 Kích thước của đá mài gián đoạn 2.1.5 Sự an toàn khi thiết kế đá mài gián đoạn 2.1.6 Các loại đá mài gián đoạn 2.1.6.1 Đá mài mặt đầu gián đoạn 2.1.6.2 Đá mài tròn gián đoạn 2.1.6.3 Một số mảnh đá mài của các hãng sản... và ứng dụng đá mài gián đoạn vào 13 sản xuất Tuy nhiên, ở Việt Nam, đến nay chưa có nhiều công trình nghiên cứu về đá mài gián đoạn được công bố Các nghiên cứu chế tạo ra các loại đá mài gián đoạn có hình dáng hình học mới, dựa trên việc kết hợp sử dụng các loại hạt mài, chất dính kết đã có để gia công các loại vật liệu thông dụng; việc đánh giá về ứng xử của đá mài gián đoạn khi gia công vật liệu cũng... bằng đá mài gián đoạn cho độ chính xác kích thước cao hơn so với đá mài thông thường KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 1 Kết luận chung: Đề tài của luận văn là Chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công vật liệu thép C45 sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn Qua nội dung luận văn đã giải quyết được các vấn đề sau: - Đã trình bày một cách tổng quan về phương pháp gia công mài, trong đó... sánh chi u sâu cắt thực tế khi gia công vật liệu thép C45 bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài gián đoạn và đá mài liên tục Từ đó đánh giá chi u sâu cắt thực tế và năng suất cắt gọt của đá mài gián đoạn - Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài đến chi u sâu cắt thực tế 3.2 MÔ TẢ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 3.2.1 Vật liệu thí nghiệm Thép C45 chưa nhiệt luyện có độ cứng khoảng 200÷250HB và thép 45... mài phẳng sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn Trong đó, đã tập trung thực hiện được các nội dung sau: 1- Tiến hành được các thực nghiệm để đánh giá ứng xử của đá mài gián đoạn khi gia công thép C45 nhiệt luyện và không nhiệt luyện với số liệu tin cậy 2- Đánh giá được ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn của đá mài đến chi u sâu cắt thực tế và năng suất gia công So sánh được hiệu quả gia công khi mài. .. QUẢ ĐẠT ĐƯỢC KHI GIA CÔNG BẰNG ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN SO VỚI ĐÁ MÀI THÔNG THƯỜNG 2.2.1 Về lực cắt 2.2.2 Về nhiệt cắt 2.2.3 Về năng suất gia công 2.2.4 Về năng lượng tiêu thụ khi mài 2.2.5 Về lượng mòn của đá 2.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI BẰNG ĐÁ MÀI GIÁN ĐOẠN 2.3.1 Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt mài 2.3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn đá mài 12 2.3.1.2... tượng vật lý của quá trình mài, các phương pháp mài, đá mài và các thành phần cấu thành đá mài - Phân tích được các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt khi gia công bằng phương pháp mài, các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công và một số hướng nghiên cứu để nâng cao chất lượng bề mặt gia công và hiệu suất của quá trình mài - Đã trình bày được lịch sử quá trình phát triển của đá mài gián đoạn. .. bằng đá mài gián đoạn và đá mài liên tục thông thường Đá mài có tỷ lệ gián đoạn η = 16,37% (Z=18) cho kết quả chi u sâu cắt thực tế t a ổn định và cao hơn đá mài liên tục thông thường tới 12,6% 3- Sai lệch giữa chi u sâu cắt danh nghĩa và chi u sâu cắt thực tế (tdn-ta) khi gia công bằng đá mài gián đoạn thấp hơn 36 so với khi gia công bằng đá mài liên tục thông thường, cho thấy gia công bằng đá mài gián. .. trong việc tăng cường khả năng cắt so với đá mài liên tục thông thường Ở chi u sâu cắt nhỏ, đá mài gián đoạn cho thấy khả năng cắt tốt và ổn định Các số liệu thí nghiệm cho thấy chi u sâu cắt thực tế t a khi mài với đá mài gián đoạn lớn hơn so với đá mài liên tục thông thường tới 10% khi gia công thép C45 chưa nhiệt luyện và 12,6% khi gia công thép C45 nhiệt luyện Điều này cho thấy đá mài gián đoạn có . phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài gián đoạn. 14 Chương 3 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI GIA CÔNG THÉP C45 BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀI PHẲNG SỬ DỤNG ĐÁ MÀI CÓ BỀ MẶT LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN 3.1. MỤC. tài: Chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công vật liệu thép C45 sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn 2. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích của đề tài - Đánh. năng giảm lực cắt khi gia công vật liệu ceramics sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn. Do mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối nên chất lượng bề mặt mài ảnh hưởng