CHƯƠNG 3: ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI
1. Khả năng công nghệ của doa
3.4.2 Đá mài và đặc tính của đá mài
3.4.2.1 Vật liệu hạt mài
Vật liệu để làm hạt mài thường có hai loại :thiên nhiên và nhân tạo.Loại thiện nhiên hiện nay rất ít dùng .
Vật liệu mài thiên nhiên thường gặp là kim cương , oxyt nhôm, cacborun, đá lửa, thạch anh.
1. Kim cương là than nguyên chất có trọng lượng riêng tứ 3đến 3,5G/cm3 có độ cứng cao nhất so với với mọi vật liệu khác. Kim cương cháy ở 8000 C. Trong thiên nhiên thương gặp kim cương ở dạng tinh thể có trọng lượng từ 0,005 đến vài chục cara (1cara=0.02mg).
Sức bền của kim cương không cao. Nếu quy ước giới hạn bến uốn của hợp kim cứng BK8 là 1, thì giới hạn bền uốn của P18 là 2,25, của Al2O3 là 0,35, còn của kim cương là 0,21.
Độ dẫn nhiệt của kim cương gần gấp 2 lần P18, gấp 5 lần BK 8 và khoảng 35 lần so với Al2O3 . Nhờ có độ giãn dài rất bé và độ cứng cao nên dụng cụ có lưỡi cắt bằng kim loại đảm bảo được độ chính xác gia công cao .
2. Ôxyt nhôm có thành phần chủ yếu là Al 2O3 ở dạng tinh thể . Nhờ có độ cứng cao (chỉ thua kim cương và cacbitbo) và độ dẻo cao nên ỗyt nhôm được xem là một trong nhưng vật liệu mài tốt nhất . Ôxyt nhôm thiên nhiên thường có màu từ hồng đến xám.
Trọng lượng riêng, tùy thuộc vào lượng tạp chất , trong khoảng từ 3,93 đến 4 G/cm . 3 oxytnhôm thiên nhiên thường được dùng ở dạng bột mịn và bột nhão trong cac nguyên công mài bóng .
3. Cacborun là dạng của oxyt nhôm nhưng lượng hàm của oxyt nhôm thấp (khoảng 60%) nên độ cứng thấp , trọng lượng riêng 3,5g/cm3.
4. Thạch anh có thành phần chủ yếu là oxytlic . Độ cứng của thạch anh theo thang MOOC là 7 .Đá lử là một dạng của thạch anh , có hơn 90%SiO2 có độ cứng tương tự như thạch anh , nhưng trong coong nghiệp gỗ ,đá…..cacborun, thạch anh , đá lửa chủ yếu được dùng để chế tạo thanh mài hoặc giấy ráp dùng bo,cacbit bo-Silic , nitritbo lập phương ….
5. Kim cương nhân tạo hiên nay đã được tổng hợp ở nhiều nước .Ơ Liên xô cũ kim cương nhân tạo được bắt đầu dưa vào sản xuất ơ dạng công nghiệp từ nhưng năm 1962. đến 1967 so với kim cương thiên nhiên được dùng trong công nghiệp thì kim cương nhân tạo đã đạt đến tỉ lệ 92,4% .
Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphit dưới áp suất 100.000 atm và nhiệt độ 2500đến 2700 0c . Tâfnh phần hóa học của kim cương nhân tạo gần giống với kim cương thiên nhiên (99,7%cacbon và 0,3% tạp chất ). Phần lớn các tinh thể tổng hợp có kích thước từ 0,2 đến 0,4mm. Gần đây người ta đã tổng hợp được nhưng tinh thể kim cương có kích thước đến vài milimet, trọng lượng vào khoảng từ 0,01 đến 0,1 cara. Nhờ một chất xúc tác mới tìm ra gần đây người ta đã tổng hợp được kim cương dưới áp suất và nhiệt độ thấp hơn (từ 12500atm và 1200 đến 1400 0c ).
Hình dạng và màu sắc của tinh thể kim cương phụ thuộc vào nhiệt độ .
Kim cương thiên nhiên có bàn kính cong của lưỡi cắt ρ =2,3÷3,3.10mm,góc 84
73÷
β = 0c, còn kim cương nhân tạo ρ =1,1÷2,2.10mmvbà β =52÷57 0 ( ở oxyt nhôm điện ρ =8,5÷190.10mm vàβ =98÷1080 5)
Các nhãn hiệu kim cương tổng hợp của Liên xô cũ có nhưng ký hiệu sau :ACO, ACP, ACB,ACK, ACC(dang hạt), ACM và CAN(dang bột ). Độ bền cơ học tăng dần từ ACO đến ACC. So với kim cương thiên nhiên ACC bền hơn khoảng từ 1,2÷2 lần .
6. Nitrit bo lập phương (KNB) có độ cứng gần bằng độ cứng của kim loại nhưng độ bền nhiệt cao gấp đôi . Nitrit bo lập phương là liên kết hóa học của bo (44%) với nitơ(56%) ở dạng tinh thể gần như kim cương . Liên xô cũ thí nghiệm thành công năm 1050 và dưa vào sản xuất năm 1964.
Cần chú ý phân biệt giữa Nitrit bo lập phương nitribo đã được biết từ lâu, là loai vật liệu mề , có cấu tạo mạng gần như Graphit có 2,2 g/c3m, Graphit là loại vật liệu dẫn
điện rất tốt ở nhiệt độ cao . Graphitcó màu đen còn natri bo có màu trắng . Khi tổng hợp ở áp suất (70 000atm) và nhiệt độ cao (1700độ C) người ta thu được tinh thể nitri bo lập phưưng có các thông số mạng gần như kim cương .Ngoài việc dùng làm hạt mài , nitri bo lập phương còn được dùng làm dụng cụ cắt có lưỡi để gia công các loại thép tôi. Do không có sự tương tác hóa học với sắt, nitri bo lập phưong được dùng để thay kim cương trong việc gia công các loại thép có độ bền cơ học cao và các loại hợp kim có độ bền là thép . Đá mài nitri bo lập phương đắt hơn đá mài oxynhôm nhiều nhưng cho hiệu quả kinh tế cao.
7. Oxyt nhôm điện là oxyt nhôm thu trong lò điện từ quặng boxit, thường gặp mấy loại sau:
+ Oxyt nhôm điện thường(corum điện thường) được dùng phổ biến nhất, có màu thay đổi từ da cam đến màu hồng , lượng Al2O3 trong oxit nhôm điện thường vaò khoảng 92÷95%. Oxyt nhôm điện thường được dùng để mài thô, mài bán tinh và mài tinh các loại vật liệu có sức bền cao như thép, gang rèn hoặc mài sắc các dụng cụ bằng thép cacbon dụng cụ.
+ Oxyt nhôm điện trắng (Corum điện trắng) có hàm lượng Al2O3 có hơn (98÷ 99%) nên tính cắt tốt hơn. Khi mài nhiệt độ mài thấp hơn vì khả năng mài sắc tốt hơn .
+ Oxyt nhôm tinh thể . dạng hạt của oxyt nhôm đơn tinh thể khác với dạng với dạng hạt của oxyt nhôm nói chung ở chỗ sau khi bị nghiên nát các hạt đều có một dạng hình học với kích thước từ (1đến 50).10-3 mm.Oxyt nhôm đơn tinh thể có sức bền và tính cắt cao.Hám lượng Al 2O3 , trong oxyt nhôm đơn tinh thể từ 97đến 99%.
Oxyt nhôm điện trắng và oxyt nhôm đơn tinh thể được dùng để mài bán tinh các loai thép và mài sắc dao bằng thép dụng cụ .
Ngoài ra còn có oxyt nhôm pha Corum dùng trong các chế độ cắt nặng, oxyt nhôm pha tinh titan có độ dẻo cao thích hợp cho việc mài rà và mài bóng .Oxyt nhôm ( máu xanh) hạt mịn thường dùng để mài bóng .
8. Cacbit silic(SiC) thu được do tác động tương hỗ giữa SiO2 và C trong lò điện trở, atuỳ theo hàm lượng tạp chất mà chia ra 2 dạng :cacbit silic xanh chứa 98đến 99% và cácbit silic đen chứa 97 đến 98%C. SiC xanh ít tạp chất hơn nên tính cắt cao hơn SiC đen. Cả hai loại có độ cứng gần như nhau, chịu nhiệt khoảng 13000C đến 14000C.
ứng dụng: Loại xanh dùng mài sắc dao cắt HKC và sứ.
SiC đen dùng mài gang, đồng, nhôm, phi kim.
9. Cácbít Bo(B4C) Thu được trong lò hồ quang do kết quả tương hỗ giữa Bo và cốc dầu mỏ ít tro ở nhiệt độ 2000 đến 23500C. Trong thành phần có 74 %B và gần 1,5%C tự do, có độ cứng cao sau kim cương và Nitơrit Bo lập phương. Do đó có tính năng cắt gọt tốt dùng để gia công thép hợp kim, hợp kim cứng và các vật liệu khó gia công.
Khi chế tạo dụng cụ mài (đá mài), hạt mài kết hợp với nhau nhờ chất dính kết giữa chúng (vật liệu mài và vật liệu chất dính kết được chộn lẫn với nhau, đóng khuôn, nung, gia công cơ và thử độ cứng trước khi đưa vào sử dụng.
Thường dùng các chất dính kết sau:
+Chất dính kết vô cơ: Kêramic, si li cat…
+ Chất dính kết hữu cơ: Bakêlít, vun ga nít…
+ Chất dính kết kim loại:
1. Chất dính kết Kê ra mic: KH: K, VN ký hiệu G
Chế tạo từ đất sét chịu lửa, fenspat, thạch anh và một số chất khác. Dụng cụ chế tạo từ chất dính kết gốm có độ bền, độ chịu nhiệt và độ cứng cao nhưng trở nên dòn cứng hơn, ngoài ra nó chịu tác động hóa học của nhiều chất khác.
Đá mài dùng chất dính kết G có thể đạt Vc =65m/s, vì dòn nên không dùng G để chế tạo đá mài có chiều dày nhỏ và chịu tải trọng va đập.
Chất dính kết G chia làm hai nhóm cơ bản: Nóng chảy (thủy tinh) và thiên kết (dạng sứ). Loại thủy tin dùng xho đá mài bằng vật liệu corun điện thường và điện trắng, còn loại sau cùng dùng cho vật liệu là SiC.(K3 và K4).
2. Chất dính kết bakelít Nga ký hiệu: Б
Việt Nam: B
Chất dính kết bakelit là loại nhựa tổng hợp được chế tạo từ axit cácbôlic và phoc ma lin.
Ưu điểm: Có độ bền cao, độ đàn hồi lớn, chịu được va đập tốt, nhiệt sinh ra khi mài ít.
Do đó cho phép cắt với tốc độ cao khoảng 60 m/s
Nhược điểm: Kém bền vững về phương điện hóa và nhiệt. Nó bị phá hủy bởi dung dịch kiềm có PH>8, độ bền cơ học kém, lực giữ hạt mài giảm nhanh ở nhiệt độ 2000C. Vì vậy chỉ làm việc ở môi trường có dung dịch trơn nguội có nồng độ kiềm thấp nhỏ hơn 1,5%.
Sử dụng B để chế tạo đá mài cắt với tốc độ cao, dùng trong mài rãnh, mài sắc dụng cụ đã tôi, mài bề mặt định hình, mài taro, bàn ren, mũi doa…
Do B có tính đàn hồi cao nên được dùng để chế tạo đĩa mài với chiều dày 0,18mm.
3. Chất dính kết Vunganit(V) Nga (B):
V được chế tạo bằng cách lưu hóa cao su đã được làm mềm bằng benzene với lưu huỳnh. Bao gồm 70 % cao su và 30 % lưu huỳnh.
Đá mài được chế tạo bằnh chất dính kết V có độ bền mòn cao, thường dùng làm đá dẫn khi mài vô tâm. Dó có độ đàn hồi tốt nên còn được dùng để chế tạo đĩa mài có chiều dày từ 0,3 -0,5mm với đường kính 150-200mm.
Đá mài loại này cho phép cắt với tốc độ tới 75m/s. Thường dùng để cắt đứt, mài rãnh, mài rãnh then, mài định hình chính xác lần cuối.
Nhược điểm: Độ xốp thấp và chịu nhiệt kém. nhiệt độ 150 C đá bắt đầu mềm, khi nhiệt độ lên đến 2000C đá có thể bị cháy. Vì vậy khi cắt phải sử dụng dung dịch trơn nguội không có tính kiềm.
3.4.2.3 Độ cứng của đá mài
Độ cứng của đá mài là sự chống lại sự bứt hạt mài ra khỏi bề mặt làm việc của đá dưới tác dụng của ngoại lực. Độ cứng của đá mài chủ yếu do phương pháp chế tạo, số lượng chất dính kết trong một đơn vị thể tích và thành phần chất dính kết quyết định.
Độ cứng của hạt mài và độ cứng của đá là hai khái niệm khác nhau hoàn toàn. Đá mài mềm là loại đá mài khả năng chống lại sự bứt hạt mài ra khỏi bề mặt đá là yếu. Đá mài cứng là loại đá mài khó bứt hạt mài ra khỏi bề mặt đá.
* Nguyên tắc chọn đá mài :
Khi cắt vật liệu cứng nên chọn đá mềm, khi gia công vật liệu mềm nên chọn đá cứng. Khi gia công vật liệu mềm dẻo cần chọn đá mềm để tăng tuổi thọ đá, khi gia công vật liệu quá cứng nên chọn đá cứng như vậy sẽ làm tăng khả năng tự mài sắc của đá.
Khi gia công thô nên chọn đá mài cứng, khi gia công các bề mặt định hình nên chọn đá mềm vừa.