Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài thép không gỉ trên máy mài tròn ngoài

1 Trường Đại học KTCN Luận văn Thạc sĩ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ----------------------------------------------------------------------- PHẠM NGỌC DUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHÔNG GỈ TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRẦN MINH ĐỨC THÁI NGUYÊN 2010 Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Trường Đại học KTCN Luận văn Thạc sĩ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP **************************** THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHÔNG GỈ TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI Học viên Lớp : Phạm Ngọc Duy : CHK11 CTM Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy Ngƣời HD khoa học : TS. Trần Minh Đức NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN TS. Trần Minh Đức Phạm Ngọc Duy KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC BGH TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 2010 Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 Trường Đại học KTCN Luận văn Thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Trần Minh Đức- người Thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tiếp theo Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa 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. Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Phạm Ngọc Duy Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 Trường Đại học KTCN Luận văn Thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác. Trừ những phần tham khảo đã được ghi rõ trong Luận văn. Tác giả Phạm Ngọc Duy Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Trường Đại học KTCN Luận văn Thạc sĩ MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI THÉP KHÔNG GỈ ................................. 14 1.1. Đặc điểm và ứng dụng của thép không gỉ .......................................... 14 1.1.1. Đặc điểm chủ yếu của thép không gỉ........................................... 14 1.1.2. Phân loại, ký hiệu và ứng dụng ................................................... 15 1.1.3. Tính gia công của thép không gỉ ................................................. 16 1.2. Tổng quan về công nghệ mài, chất lượng bề mặt, lực và rung động khi mài .. 18 1.2.1. Tổng quan về công nghệ mài ...................................................... 18 1.2.1.1. Đặc điểm của quá trình mài.................................................. 18 1.2.1.2. Khả năng công nghệ của mài ............................................... 19 1.2.1.3. Quá trình tạo phoi khi mài ................................................... 23 1.2.2. Chất lượng bề mặt sau mài.......................................................... 26 1.2.2.1. Nhám bề mặt ........................................................................ 26 1.2.2.2. Sóng bề mặt ........................................................................ 27 1.2.2.3. Tính chất cơ lý lớp bề mặt .................................................... 27 1.2.2.4. Cấu trúc tế vi lớp bề mặt sau mài ......................................... 29 1.2.3. Lực cắt khi mài ........................................................................... 29 1.2.4. Nhiệt cắt khi mài......................................................................... 31 1.2.5. Rung động khi mài ..................................................................... 33 1.2.6. Đặc điểm về mài thép không gỉ ................................................... 34 1.2.6.1. Tạo phoi ............................................................................... 34 1.2.6.2. Lực cắt khi mài .................................................................... 36 1.2.6.3. Mòn đá ................................................................................. 37 1.2.6.4. Nhiệt cắt.............................................................................. 40 1.2.7. Mô hình quá trình mài ................................................................ 40 1.2.8 .Khái quát về các công trình nghiên cứu và định hướng nghiên cứu .. 42 Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN 6 Luận văn Thạc sĩ 1.2.8.1. Khái quát về các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực mài .. 42 1.2.8.2. Định hướng nghiên cứu ........................................................ 43 1.2.9. Kết luận chương I ....................................................................... 44 Chƣơng 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG ...................................................................... 45 2.1. Giới thiệu .......................................................................................... 45 2.2. Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt ........................................... 45 2.2.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt và sóng bề mặt .............................. 45 2.2.1.1. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt ............................................... 45 2.2.1.2. Ảnh hưởng đến sóng bề mặt ................................................ 52 2.2.2. Ảnh hưởng đến tính chất cơ lý lớp bề mặt .................................. 53 2.2.2.1. Độ cứng lớp bề mặt .............................................................. 53 2.2.2.2. Trạng thái ứng suất dư lớp bề mặt ........................................ 55 2.3. Chất lượng bề mặt khi mài thép không gỉ .......................................... 57 2.4. Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công ..................... 58 2.4.1. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt gia công ................. 58 2.4.2. Phương pháp đánh giá độ cứng lớp bề mặt của vật liệu gia công 58 2.4.3. Phương pháp đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công...... 59 2.4.4. Các phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công ............. 59 2.5. Các hướng nghiên cứu về mài và giới hạn vấn đề nghiên cứu ............ 60 2.5.1. Các hướng nghiên cứu về mài ..................................................... 60 2.5.2. Giới hạn vấn đề nghiên cứu ........................................................ 61 2.6. Kết luận chương 2 ............................................................................. 62 Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU .............. 63 3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ............................................... 63 3.1.1. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm .................... 63 3.1.2. Quy hoạch thực nghiệm và mô hình hồi quy thực nghiệm .......... 64 Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN 7 Luận văn Thạc sĩ 3.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm .............................................................. 67 3.2.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm .......................................... 67 3.2.2. Mô hình thí nghiệm .................................................................... 67 3.2.3. Hệ thống công nghệ .................................................................... 68 3.2.3.1. Máy mài ............................................................................... 68 3.2.3.2. Đá mài ................................................................................. 69 3.2.3.3. Phôi liệu ............................................................................... 70 3.2.3.4. Dụng cụ sửa đá .................................................................... 70 3.2.3.5. Dung dịch trơn nguội ........................................................... 70 3.2.3.6. Thiết bị đo............................................................................ 70 3.3. Xác định điều kiện biên ..................................................................... 72 3.4. Xử lý số liệu thực nghiệm .................................................................. 72 3.4.1. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm, quá trình thí nghiệm ................... 72 3.4.1.1. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm .............................................. 72 3.4.1.2 Quá trình thí nghiệm ............................................................. 74 3.4.2. Xử lý số liệu thực nghiệm ........................................................... 75 3.4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt ................... 75 3.4.2.2. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến hình thái bề mặt gia công ..... 79 3.5. Thảo luận kết quả .............................................................................. 82 3.6. Kết luận chương 3 ............................................................................. 83 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO....................... 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 86 Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN 8 Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu nđ Sd Sn az bz t b B Dđ đ Lc De hmax htđ Qw Q’ w Piz Piy Pz Py Ra, Rz, Rt Kp = Py/Pz N u Kc G T Tm Ssđ tsđ xi g Ý nghĩa Tốc độ quay của đá mài Lượng chạy dao dọc Lượng chạy dao ngang Chiều sâu cắt của một hạt mài Chiều rộng phoi cắt Chiều sâu cắt khi mài Chiều rộng mài Chiều rộng của đá mài Đường kính của đá mài Tốc độ của đá mài Chiều dài cung tiếp xúc tĩnh Đường kính tương đương Chiều dày phoi không biến dạng lớn nhất Chiều dày phoi tương đương Tốc độ bóc vật liệu Tốc độ bóc vật liệu trên 1 đơn vị bề rộng mài TP lực cắt theo phương tiếp tuyến tác dụng lên 1 hạt mài TP lực cắt theo phương pháp tuyến tác dụng lên 1 hạt mài Thành phần lực cắt tiếp tuyến Thành phần lực cắt pháp tuyến Thông số đánh giá độ nhám bề mặt gia công Hệ số lực cắt Công suất mài Năng lượng riêng khi mài Hệ số khả năng cắt của đá mài Hệ số mài Tuổi bền của đá mài Nhiệt độ mài Lượng chạy dao dọc khi sửa đá Chiều sâu cắt khi sửa đá Giá trị mã hoá của các thông số vào Gia tốc Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Đơn vị Vòng/ph m/ph mm/HTĐ mm mm mm mm mm mm m/s mm mm mm mm mm3/s mm3/s.m N N N N m W J/mm3 mm3/s.N phút 0 C m/ph mm m/s2 Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN 9 Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim [9] 31 Bảng 2.1 Số lượng hạt mài trong một mm2 bề mặt đá ................................... 48 Bảng 3.1 Tỷ lệ các nguyên tố của thép SUS304........................................... 70 Bảng 3.2 Ma trận thực nghiệm ..................................................................... 73 Bảng 3.3 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi mài thép SUS304 bằng đá Al2O3. ............................................ 74 Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN  10  Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn ngoài ......................... 21 Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn trong ........................ 22 Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng .............................. 23 Hình 1.4. Các dạng có thể có của lưỡi cắt ..................................................... 24 Hình 1.5. Quá trình tạo phoi khi mài ............................................................ 25 Hình 1.6. Sự hình thành độ nhám bề mặt mài [9] ........................................ 26 Hình 1.7 Cấu trúc lớp bề mặt mài [12] ......................................................... 28 Hình 1.8 Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài ............................................. 32 Hình 1.9 Rung động gây ra sóng bề mặt gia công [9]. ................................. 33 Hình 1.10 Sơ đồ tạo phoi khi mài .............................................................. 34 Hình 1.11 Sơ đồ thoát phoi khi mài ............................................................. 35 Hình 1.12 Hạt mài găm vào bề mặt chi tiết .................................................. 35 Hình 1.13 Sơ đồ phân bố lực ....................................................................... 36 Hình 1.14 Biến dạng của chi tiết khi mài ..................................................... 37 Hình 1.15 Hiện tượng phoi dính bám lên bề mặt hạt mài .............................. 37 Hình 1.16. Biến dạng dẻo trên chi tiết gia công và trên bề mặt đá ................ 38 Hình 1.17. Hiện tượng nứt tế vi trên hạt mài và chất dính kết ....................... 38 Hình 1.18 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công ........................... 39 Hình 1.19 Lượng mòn hướng kính và mòn góc đá mài ................................. 39 Hình 1.20 Lượng mòn của hạt mài .............................................................. 39 Hình 1.21 Mô hình hoá quá trình mài tròn ngoài .......................................... 30 Hình 2.1 Quá trình hình thành nhám bề mặt khi mài ................................... 46 Hình 2.2 Sự tạo sóng trên bề mặt gia công khi mài ...................................... 52 Hình 2.3 Sự thay đổi độ cứng lớp bề mặt khi mài thép gió ........................... 54 Hình 2.4 Quan hệ giữa lực cắt và nhám bề mặt ............................................ 57 Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN  11  Luận văn Thạc sĩ Hình 3.1 Mô hình hệ thống thí nghiệm ....................................................... 68 Hình 3.2 Đá mài Cn46.TB1.G.V1.400x40x203.35 ...................................... 69 Hình 3.3. Mẫu phôi thí nghiệm ..................................................................... 70 Hình 3.4 Ảnh Máy đo nhám Mittutoyo SJ-201 ............................................ 71 Hình 3.5 Máy kính hiển vi điện tử HITACHI S4800 ................................... 71 Hình 3.6 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm ....................................................... 73 Hình 3.7 Thí nghiệm gia công trên máy mài tròn ngoài 3Б153 ..................... 75 Hình 3.8 Phương trình hàm hồi quy thực nghiệm ........................................ 77 Hình 3.9 Đồ thị quan hệ giữa nhám bề mặt Ra; Rt với lượng chạy dao S và chiều sâu mài t khi mài thép không gỉ SUS304 ............................. 78 Hình 3.10. Ảnh SEM bề mặt khi mài thép SUS304 bằng đá mài Hải Dương Cn60.TB1.G.V1 400x40x203.35m/s dung dịch trơn nguội emulxi nồng độ 4%.................................................................................................... 81 Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn  12  Trường Đại học KTCN Luận văn Thạc sĩ PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong nhưng năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp phát triển. Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy các sản phẩm cơ khí cũng yêu cầu chất lượng ngày càng cao. Để nâng cao chất lượng sản phẩm: Một mặt người ta sử dụng ngày càng nhiều các loại vật liệu có cơ tính tốt, thép không gỉ hoặc thép chậm gỉ là một trong những loại vật liệu đó. Với thành phần các bon và hợp kim chủ yếu:  0.1- 0.4 %C , >13%Cr, thì đây là loại thép rất dẻo, dễ uốn, dễ hàn, bền, chống ăn mòn tốt trong khoảng nhiệt độ rộng. Nên loại vật liệu này được sử dụng khá rộng rãi và rất thích hợp trong các ngành hoá chất, dụng cụ mổ trong ngành y học, khuôn mẫu, đồ trang sức, các loại ốc vít không gỉ, ổ bi chống ăn mòn, đồ gia dụng, bình chứa, ống công nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài các công trình xây dựng... Tuy nhiên do độ cứng không cao nên đây là loại vật liệu rất khó gia công. Mặt khác bên cạnh chọn vật liệu tốt người ta phải nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt khi gia công để nâng cao chất lượng của sản phẩm. Độ chính xác và chất lượng bề mặt lại phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp gia công lần cuối. Trong đó mài là một trong những phương pháp gia công lần cuối cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Vì vậy việc nghiên cứu điều khiển quá trình cắt khi mài là rất cần thiết. Các vấn đề cần nghiên cứu để điều khiển quá trình mài là rất rộng. Tuy nhiên chế độ cắt khi mài là một trong những yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả của quá trình mài, trong khi ở Việt Nam và trên thế giới các công trình nghiên cứu về mài còn chưa nhiều, đặc biệt với mài thép không gỉ hoặc chậm gỉ có rất ít các công trình nghiên cứu. Từ những phân tích trên thấy rằng đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi mài thép không gỉ trên máy mài tròn ngoài ”, là rất cần thiết và cấp bách. Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN  13  Luận văn Thạc sĩ 2. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến hiệu quả của quá trình mài các loại thép không gỉ từ đó xác định được chế độ cắt hợp lý khi mài thép không gỉ. Kết quả sẽ đưa ra được các chỉ dẫn công nghệ về lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi mài các loại thép này. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp giữa lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm. 3. Đối tƣợng nghiên cứu Vật liệu gia công: Thép không gỉ: SUS304 thường hóa có HB 187 Máy: 3Б153 Đá mài Hải Dương: Cn46.TB1.G.V1.400x203x50 m/s Phương pháp mài: Mài tròn ngoài chạy dao dọc 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: + Bổ sung lý về mài các vật liệu khó gia công đặc biệt là thép không gỉ. + Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của nhám bề mặt (Ra), với các thông số của chế độ cắt (Sd, t) khi mài dưới dạng các hàm thực nghiệm. + Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ưu hoá quá trình mài. - Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt khi mài các loại thép không gỉ tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam để nâng cao độ chính xác, và chất lượng bề mặt chi tiết gia công. 5. Nội dung của luận văn Kết cấu của luận văn bao gồm ba chương và phần kết luận chung: Chương 1: Tổng quan về mài thép không gỉ Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu Kết luận chung và thảo luận kết quả Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn  14  Trường Đại học KTCN Luận văn Thạc sĩ Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ MÀI THÉP KHÔNG GỈ 1.1. Đặc điểm và ứng dụng của thép không gỉ 1.1.1. Đặc điểm chủ yếu của thép không gỉ Trong ngành luyện kim, thuật ngữ thép không gỉ được dùng để chỉ một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crôm. Tên gọi là "thép không gỉ" nhưng thật ra nó chỉ là hợp kim của sắt không bị biến màu hay bị ăn mòn dễ dàng như là các loại thép thông thường khác. Vật liệu này cũng có thể gọi là thép chống ăn mòn. Khả năng chống lại sự oxy hoá từ không khí xung quanh ở nhiệt độ thông thường của thép không gỉ có được nhờ vào tỷ lệ crôm có trong hợp kim (nhỏ nhất là 10.5% và có thể lên đến 26% trong trường hợp làm việc trong môi trường làm việc khắc nghiệt). Trạng thái bị oxy hoá của crôm thường là crôm ôxit(III). Khi crôm trong hợp kim thép tiếp xúc với không khí thì một lớp crôm III oxit rất mỏng xuất hiện trên bề mặt vật liệu; lớp này mỏng đến mức không thể thấy bằng mắt thường, có nghĩa là bề mặt kim loại vẫn sáng bóng. Tuy nhiên, chúng lại hoàn toàn không tác dụng với nước và không khí nên bảo vệ được lớp thép bên dưới. Hiện tượng này gọi là sự oxi hoá chống gỉ bằng kỹ thuật vật liệu. Có thể thấy hiện tượng này đối với một số kim loại khác như ở nhôm và kẽm. Bên cạnh crôm, niken cũng như mô-lip-đen và nitơ cũng có tính năng oxi hoá chống gỉ tương tự. Niken (Ni) là thành phần thông dụng để tăng cường độ dẻo, dễ uốn, tính tạo hình của thép không gỉ. Mô-lip-đen (Mo) làm cho thép không gỉ có khả năng chịu ăn mòn cao trong môi trường axit. Nitơ (N) tạo ra sự ổn định cho thép không gỉ ở nhiệt độ âm (môi trường lạnh). Các đặc tính của nhóm thép không gỉ có thể được nhìn dưới góc độ so sánh với họ thép cacbon thấp. Về mặt chung nhất, thép không gỉ có: Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN  15   Tốc độ hóa bền rèn cao  Độ dẻo cao hơn, chịu mài mòn cao  Độ cứng thấp và độ bền cao  Độ bền nóng cao  Chống chịu ăn mòn cao  Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt  Phản ứng từ kém (chỉ với thép austenit) Luận văn Thạc sĩ Là thép chống ăn mòn hóa học cao, chống oxy hóa, chịu mài mòn cao (thép này thường chế tạo bằng cách giảm hàm lượng cacbon và tăng hàm lượng Crôm và Niken, có một số loại thêm thành phần Titan). 1.1.2. Phân loại, ký hiệu và ứng dụng Thực tế có khoảng hơn 150 loại thép không gỉ có thành phần khác nhau, mỗi loại được tạo ra để phục vụ các ứng dụng cụ thể. Sự tham gia khác nhau của các thành phần crôm, niken, mô-lip-đen, ni tơ dẫn đến các cấu trúc tinh thể khác nhau tạo ra tính chất cơ lý khác nhau của thép không gỉ. Thép không gỉ có khả năng chống sự oxy hoá và ăn mòn rất cao, tuy nhiên sự lựa chọn đúng chủng loại và các thông số kỹ thuật của chúng để phù hợp vào từng trường hợp cụ thể là rất quan trọng. Thép không gỉ có những loại cơ bản sau: Austenitic là loại thép không gỉ thông dụng nhất. Thuộc dòng này có thể kể ra các mác thép SUS 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310s… Loại này có chứa tối thiểu 7% ni ken, 16% crôm, carbon (C) 0.08% max. Thành phần như vậy tạo ra cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn cao trong phạm vi nhiệt độ khá rộng, không bị nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn, dễ hàn. Loai thép này được sử dụng nhiều để làm đồ gia dụng, bình chứa, ống công nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài kiến trúc, các công trình xây dựng khác… Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN  16  Luận văn Thạc sĩ Ferritic là loại thép không gỉ có tính chất cơ lý tương tự thép mềm, nhưng có khả năng chịu ăn mòn cao hơn thép mềm (thép carbon thấp). Thuộc dòng này có thể kể ra các mác thép SUS 430, 410, 409... Loại này có chứa khoảng 12% - 17% crôm. Loại này, với 12%Cr thường được ứng dụng nhiều trong kiến trúc. Loại có chứa khoảng 17%Cr được sử dụng để làm thiết bị dược phẩm, đồ gia dụng, nồi hơi, máy giặt, các kiến trúc trong nhà... Austenitic-Ferritic (Duplex) Đây là loại thép có tính chất “ở giữa” loại Ferritic và Austenitic có tên gọi chung là DUPLEX. Thuộc dòng này có thể kể ra LDX 2101, SAF 2304, 2205, 253MA. Loại thép duplex có chứa thành phần Ni ít hơn nhiều so với loại Austenitic. DUPLEX có đặc tính tiêu biểu là độ bền chịu lực cao và độ mềm dẻo được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp hoá dầu, thiết bị dược, sản xuất giấy, bột giấy, chế tạo tàu biển... Trong tình hình giá thép không gỉ leo thang do ni ken khan hiếm thì dòng DUPLEX đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn để thay thế cho một số mác thép thuộc dòng thép Austenitic như SUS 304, 304L, 316, 316L, 310s… Martensitic Loại này chứa khoảng 11% đến 13% Cr, có độ bền chịu lực và độ cứng tốt, chịu ăn mòn ở mức độ tương đối. Được sử dụng nhiều để chế tạo cánh tuabin, lưỡi dao... 1.1.3. Tính gia công của thép không gỉ Thép không gỉ có tính dẻo cao nên rất khó khăn cho việc gia công bằng cắt gọt. Cụ thể là khi gia công các loại thép này góc tạo phoi nhỏ, diện tích tiếp xúc giữa mặt trước của dụng cụ cắt với phoi lớn, phát sinh nhiệt và lực cắt lớn, ma sát khốc liệt; lượng vật liệu gia công bị biến dạng lớn từ đó cũng phát sinh lực cắt và nhiệt cắt lớn trong quá trình gia công. Khi gia công thép không gỉ, tính gia công bị ảnh hưởng lớn bởi những đặc tính sau: - Độ bền kéo tương đối cao Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN  17  Luận văn Thạc sĩ - Tính dẻo cao - Mức độ bị biến cứng do biến dạng nguội lớn, đặc biệt là thép không gỉ austenit Các nhân tố này giải thích cho xu hướng của vật liệu trong việc hình thành lẹo dao trên dụng cụ cắt trong quá trình gia công bằng các phương pháp gia công truyền thống. Phoi được tách bỏ trong quá trình gia công tác động một áp lực lớn lên đầu dụng cụ, áp lực này khi kết hợp với nhiệt độ cao tại vùng tiếp xúc giữa dao và phoi gây ra quá trình hàn áp lực của các phần phoi lên dụng cụ. Thêm vào đó tính dẫn nhiệt thấp của thép không gỉ đóng góp vào sự liên tục của lẹo dao. Những khó khăn liên quan đến quá trình gia công thép không gỉ có thể giảm thiểu bằng quan sát những điểm sau: Để tránh rung động, dụng cụ và đồ gá phải càng cứng vững càng tốt. Phôi hay dao không nên có kết cấu không liên tục. Lời khuyên này được áp dụng cho các loại dao tiện khoan và tarô. Để tránh bị biến cứng bề mặt, chai cứng phôi, đặc biệt với loại thép không gỉ austenit, phải duy trì bước tiến dương. Trong một số trường hợp nên tăng bước tiến và giảm tốc độ. Nên tránh hiện tượng dừng, cắt không liên tục hay tiến hành cắt các lớp mỏng liên tiếp. Tốc độ cắt thấp hơn có thể là cần thiết, đặc biệt cho hợp kim austenit tiêu chuẩn, thép không gỉ biến cứng bằng hoá già ở nhiệt độ thấp (precipitation hardening). Tốc độ cắt quá cao gây mòn hoặc hỏng dao và phải dừng quá trình để mài lại hay thay dao. Tốc độ cắt thấp hơn với tuổi bền dao cao hơn thường cho năng suất cao hơn và giảm chi phí. Dụng cụ, bằng cả thép gió và hợp kim cứng, phải sắc với bề mặt có độ bóng cao để giảm ma sát với phoi. Lưỡi cắt sắc tạo ra chất lượng bề mặt cao nhất và cho tuổi bền dao lớn nhất. Để tạo ra lưỡi cắt tót nhất trên thép không gỉ, nên mài thô bằng đá cỡ hạt 60 sau đó mài bóng bằng đã cỡ hạt 120 và 150. Mài nghiền thậm chí còn cho chất lượng bề mặt cao hơn. Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN  18  Luận văn Thạc sĩ Dung dịch trơn nguội phải được lựa chọn hay thay đổi để cho quá trình bôi trơn và làm nguội phù hợp. Dung dịch trơn nguội phải được đưa vào vùng cắt với tốc độ phù hợp để tránh quá nhiệt. 1.2. Tổng quan về công nghệ mài, chất lƣợng bề mặt, lực và rung động khi mài 1.2.1. Tổng quan về công nghệ mài 1.2.1.1. Đặc điểm của quá trình mài Mài là một phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao bằng một số lượng lớn các lưỡi cắt rất bé của hạt mài. Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất dính kết. So với các phương pháp gia công cắt gọt bằng các dụng cụ cắt có lưỡi cắt xác định, mài có một số đặc điểm sau: - Đá mài là dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt, gồm các hạt mài được liên kết với nhau bằng chất dính kết. Các hạt mài có hình dáng rất khác nhau, sự phân bố của chúng trong đá mài rất ngẫu nhiên nên các thông số hình học của lưỡi cắt thường không hợp lý, không thuận lợi cho quá trình cắt. Thường góc trước  < 0, góc sắc  > 900 và có bán kính  ở các lưỡi cắt. - Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường V = 30 - 35 m/s hoặc có thể lớn hơn 100 m/s. Tiết diện phoi mài ra rất bé. - Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục, các hạt mài nằm tách biệt trên mặt đá và cắt ra các phoi riêng biệt. Do đó có thể coi quá trình mài là một quá trình cạo xước liên tục bề mặt gia công. - Do tốc độ cắt cao, thông số hình học của lưỡi cắt không hợp lý nên nhiệt độ cắt khi mài rất cao, có thể đến 1000 - 15000 C. - Các hạt mài có độ cứng, độ giòn cao, độ bền nhiệt cao nên nó có khả năng gia công được các loại vật liệu có độ bền, độ cứng cao như: thép đã tôi, hợp kim cứng, thép bền nhiệt .v.v. Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường Đại học KTCN  19  Luận văn Thạc sĩ - Các hạt mài có độ giòn cao nên trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc một phần. - Do cấu trúc hình học tế vi bề mặt đá rất phức tạp, sự sắp xếp hạt mài, sự tạo các lưỡi cắt trên hạt mài là ngẫu nhiên nên việc điều khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn. Khi mài một phần phoi sẽ được dung dịch trơn nguội cuốn trôi, phần còn lại chèn vào khe hở giữa các hạt mài và bị mắc lại ở đó làm giảm chiều cao nhô ra của các hạt mài. Sau một thời gian mài các hạt mài sẽ bị cùn dần khả năng ăn sâu vào vật liệu gia công giảm do đó lực cắt tăng lên khả năng cắt của đá bị suy giảm. Quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt, tạo ra phoi rất nhỏ nên mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao. Vì vậy mài thường được dùng cho gia công tinh và thường được bố trí ở nguyên công gia công lần cuối trong quy trình công nghệ. Hiện nay phương pháp mài được sử dụng khá phổ biến trong ngành chế tạo máy. Trong tổng số máy công cụ máy mài chiếm khoảng 30%, còn trong một số ngành đặc biệt như chế tạo vòng bi máy mài chiếm tới 60%. Mài không chỉ dùng trong gia công tinh mà ngày nay được sử dụng ngày càng nhiều ở nguyên công gia công phá, gia công thô và gia công những loại vật liệu khó gia công. Độ chính xác, năng suất và chất lượng gia công đòi hỏi ngày một cao thì mài càng được quan tâm nghiên cứu và sử dụng rộng rãi. 1.2.1.2. Khả năng công nghệ của mài Mài có thể gia công được hầu hết các dạng bề mặt: Mặt trụ ngoài, mặt trụ trong, mặt phẳng, mặt định hình v.v.... Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh ĐứcSn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nct nd viên: Phạm Ngọc Duy Học http://www.lrc-tnu.edu.vn  20  Trường Đại học KTCN Luận văn Thạc sĩ nd nct V b) nd Sn nct c) Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Phạm Ngọc Duy http://www.lrc-tnu.edu.vn