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

-1- ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ SỬA ĐÁ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHÔNG GỈ TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI ĐỖ MẠNH CƢỜNG THÁI NGUYÊN, 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -2- ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- ĐỖ MẠNH CƢỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ SỬA ĐÁ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI MÀI THÉP KHÔNG GỈ TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN TS. Trần Minh Đức Đỗ Mạnh Cƣờng KHOA ĐÀO TẠO SĐH BGH TRƯỜNG ĐHKTCN PGS.TS. Nguyễn Đăng Hòe Thái Nguyên, 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -3- 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 nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn. Tác giả Đỗ Mạnh Cƣờng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -4- LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo - TS. Trần Minh Đức, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn. Tác giả cũng chân thành cảm ơn ThS. Phạm Quang Đồng – Trưởng bộ môn Chế tạo máy - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã giúp đỡ tận tình tác giả trong quá trình thực hiện thí nghiệm. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các cô, các chú và các bạn đồng nghiệp phòng Đào tạo, Khoa Sau đại học - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành Luận văn này. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Tác giả Đỗ Mạnh Cƣờng MỤC LỤC Trang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -5- Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục các ký hiệu chính Danh mục các bảng biểu Danh mục các hình vẽ PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Ý nghĩa của đề tài 1 3. Đối tượng, mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu 2 Chƣơng 1: 3 TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP MÀI 1.1. Đặc điểm của quá trình mài 3 1.2. Cơ sở vật lý của quá trình mài 4 1.2.1. Qúa trình tạo phoi khi mài 4 1.2.2. Lực cắt khi mài 7 1.2.3. Công suất cắt khi mài 9 1.2.4. Nhiệt cắt khi mài 9 1.2.5. Sự mài mòn của hạt mài và chất dính kết 11 1.2.6. Rung động khi mài 12 1.2.7. Chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài 13 1.2.7.1. Độ nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 13 1.2.7.2. Độ sóng bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới độ sóng bề mặt 15 1.2.7.3. Sự thay đổi cấu trúc của lớp bề mặt mài và sự hình thành ứng suất dư bề mặt 1.2.8. Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công 15 18 1.2.8.1. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt gia công 18 1.2.8.2. Phương pháp đánh giá độ cứng lớp bề mặt của vật liệu gia công 18 1.2.8.3. Phương pháp đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 19 1.2.8.4. Các phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công 19 1.3. Kết luận chương 1 19 1.3.2. Khái quát về các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực mài Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 http://www.lrc-tnu.edu.vn -6- 1.3.3. Định hướng nghiên cứu 21 Chƣơng 2: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ SỬA ĐÁ ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI MÀI THÉP 22 KHÔNG GỈ 2.1. Topography của đá mài 2.1.1. Sửa đá 22 22 2.1.1.1. Dụng cụ sửa đá 22 2.1.1.2. Động lực học quá trình sửa đá 25 2.1.2. Định nghĩa, tính chất và ý nghĩa của Topography 27 2.1.2.1. Định nghĩa 27 2.1.2.2. Tính chất của Topography 27 2.1.2.3. Ý nghĩa của Topography 28 2.1.3. Các phương pháp đánh giá Topography của đá 28 2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến Topography 29 2.1.4.1. Ảnh hưởng của các thông số đặc trưng của đá mài 29 2.1.4.2. Ảnh hưởng của dụng cụ sửa đá 30 2.1.4.3. Ảnh hưởng của chế độ cắt khi sửa đá 31 2.1.5. Ảnh hưởng của Topography đến kết quả mài 32 2.1.5.1. Ảnh hưởng đến lực cắt 32 2.1.5.2. Ảnh hưởng đến độ mòn của đá 33 2.1.5.3. Ảnh hưởng đến độ nhấp nhô tế vi bề mặt 34 2.1.5.4. Ảnh hưởng đến nhiệt cắt 35 2.2. Thép không gỉ 35 2.2.1. Định nghĩa 35 2.2.2. Phân loại thép không gỉ 36 2.2.3. Phạm vi sử dụng 36 2.3. Cơ sở vật lý của quá trình mài thép không gỉ 37 2.3.1. Tạo phoi 37 2.3.2. Lực cắt 39 2.3.3. Nhiệt cắt 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -7- 2.3.4. Mòn đá 40 2.3.5. Chất lượng bề mặt 43 2.4. Giới hạn vấn đề nghiên cứu 43 2.5. Kết luận chương 2 44 Chƣơng 3: 45 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm 45 3.2. Hệ thống thí nghiệm 45 3.3. Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống 46 3.3.1. Máy mài 46 3.3.2. Đá mài 46 3.3.3. Dụng cụ sửa đá 46 3.3.4. Chi tiết gia công 46 3.3.5. Phương pháp mài 47 3.3.6. Dung dịch trơn nguội 47 3.4. Thiết bị đo nhám bề mặt 47 3.5. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm và ma trận thực nghiệm 47 3.6. Phương pháp tiến hành thực nghiệm 48 3.6.1. Phương pháp tiến hành thí nghiệm 48 3.6.2. Xử lý số liệu thí nghiệm 49 3.6.3. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của nhám bề mặt (Ra, Rt,) với chế độ công nghệ sửa đá (Ssđ, tsđ) 3.6.4. Hình thái bề mặt gia công 52 53 3.7. Thảo luận kết quả 56 3.8. Kết luận chương 3 57 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -8- PHỤC LỤC 63 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Ra Sai lệch trung bình số học prôfin m Rt Chiều cao biên dạng lớn nhất m Vct Tốc độ của chi tiết gia công m/ph Vđ Tốc độ của đá mài m/ph t Chiều sâu khi mài mm az Chiều sâu cắt của hạt mài mm Sd Lượng chạy dao dọc m/ph Sn Lượng chạy dao ngang Ssđ Lượng chạy dao dọc khi sửa đá tsđ Chiều sâu cắt khi sửa đá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên mm/htđ m/ph mm/htđ http://www.lrc-tnu.edu.vn -9- DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Bảng số 1 1.1 2 2.1 3 3.1 Nội dung Trang Hệ số truyền nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim Ảnh hưởng của các thông số đặc trưng của đá mài đến Topography Giá trị của S sđ, tsđ và kết quả đo của Ra,Rt tại các điểm thí nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 30 49 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 10 - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Hình số Nội dung 1 1.1 Các dạng có thể có của lưỡi cắt 5 2 1.2 Quá trình tạo phoi khi mài 6 3 1.3 Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài 9 4 1.4 Sự mài mòn hạt mài và chất dính kết 11 5 1.5 Rung động gây ra sóng bề mặt gia công 12 6 1.6 Sự hình thành độ nhám bề mặt mài 13 7 1.7 Ảnh SEM bề mặt mài 14 8 1.8 Cấu trúc lớp bề mặt mài 16 9 2.1 Phân loại dụng cụ sửa đá kim cương 23 10 2.2 Sửa đá bằng bút chì kim cương 24 11 2.3 Sơ đồ lực cắt khi sửa đá 26 12 2.4 Ảnh hưởng của chiều sâu sửa đá t sđ đến nhiệt độ khi 27 13 2.5 Biên dạng bề mặt đá mài 29 14 2.6 Ảnh hưởng của dụng cụ sửa đá đến chiều cao biên dạng ha 30 15 2.7 Ảnh hưởng của Ssd khi sửa đá đến Topography 31 16 2.8 Ảnh hưởng của chế độ công nghệ sửa đá đến kết quả mài 33 17 2.9 Ảnh hưởng của V’w và chế độ sửa đá đến Phk 34 18 2.10 19 2.11 Sơ đồ tạo phoi khi mài thép không gỉ 37 20 2.12 Bề mặt đá mài khi gia công thép không gỉ 37 21 2.13 Không gian chứa phoi của đá khi mài thép không gỉ 38 22 2.14 Bề mặt chi tiết gia công khi mài thép không gỉ 38 23 2.15 Các thành phần lực khi mài 39 24 2.16 Vùng cắt giữa đá mài và chi tiết gia công 41 25 2.17 Phoi bám dính lên bề mặt đá mài 41 Trang Ảnh hưởng của chế độ sửa đá đến độ nhấp nhô tế vi bề mặt Ra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 11 - 26 2.18 Biến dạng dẻo xảy ra ở đá mài và chi tiết gia công 41 27 2.19 Các vết nứt của hạt mài và chất dính kết 42 28 2.20 Ảnh hưởng của thời gian gia công đến mòn 42 29 2.21 30 3.1 Mô hình hệ thống thí nghiệm 45 31 3.2 Mẫu phôi thí nghiệm 46 32 3.3 Ảnh Máy đo nhám Mittutoyo SJ-201 47 33 3.4 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm và ma trận thực nghiệm 48 34 3.5 35 3.6 36 3.7 37 3.8 38 3.9 39 3.10 Mô hình tổng quát phương pháp nghiên cứu và mục đích nghiên cứu Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm P6 Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm P5 Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm P4 Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm P1 Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm P2 Ảnh SEM bề mặt khi mài thép không gỉ SUS304 tại điểm P3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 54 54 54 55 55 55 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 12 - PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đòi hỏi các chi tiết máy, các máy móc phải có độ chính xác về kích thước, hình dáng hình học, độ bền mỏi, độ bền nhiệt và khả năng chống mài mòn cao. Để đạt được các yêu cầu đó một mặt người ta áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến (gia công bằng dòng hạt mài, gia công bằng tia nước có hạt mài, gia công bằng siêu âm, gia công bằng xung điện.v.v…) mặt khác người đã ta sử dụng các loại vật liệu có cơ, lý tính tốt, chịu được mài mòn cao.v.v… thép không gỉ là một trong những loại vật liệu đáp ứng được các yêu cầu đó. Do những ưu điểm nổi bật: độ dẻo dai cao, độ bền nóng cao, khả năng chóng mài mòn cao và phản ứng từ kém cho nên thép không gỉ đã được dùng rất nhiều trong công nghiệp như: Làm đồ gia dụng, bình chứa, chày, cối, ống công nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài kiến trúc, các công trình xây dựng, nồi hơi, máy giặt.v.v… Với hàm lượng các bon thấp, hàm lượng Crôm, Niken và các nguyên tố hợp kim khác cao do đó thép không gỉ là một loại vật liệu rất khó gia công đặc biệt là gia công bằng phương pháp mài (gây ra hiện tượng bết, dính). Vì vậy gia công thép không gỉ bằng phương pháp mài được rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu, ở đây để gia công thép không gỉ bằng phương pháp mài tác giả chọn hướng nghiên cứu về chế độ công nghệ sửa đá nhằm tạo ra bộ thông số công nghệ sửa đá hợp lý từ đó sẽ nâng cao được khả năng cắt của đá, nâng cao được tính linh hoạt của công nghệ mài, nâng cao được tuổi bền của đá mài, đáp ứng được thực tiễn sản xuất ở nước ta hiện nay. Để thực hiện được ý tưởng đã nêu tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ sửa đá đến độ nhám bề mặt khi mài thép không gỉ trên máy mài tròn ngoài”. 2. Ý nghĩa của đề tài 2.1. Ý nghĩa khoa học Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 13 - - Xác lập được quan hệ giữa các thông số công nghệ sửa đá với độ nhám bề mặt. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa quá trình mài. - Đề tài sẽ bổ sung được một số kết quả nghiên cứu cơ bản về mài thép không gỉ trong điều kiện kỹ thuật và công nghệ cụ thể ở Việt Nam. 2.2. Ý nghĩa thực tiễn Xuất phát từ điều kiện gia công cụ thể: Cặp đá mài – vật liệu gia công, hệ thống công nghệ, chất lượng sản phẩm yêu cầu… sẽ chọn được chế độ công nghệ sửa đá hợp lý nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm theo yêu cầu. 3. Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ sửa đá đến tính cắt của đá mài phù hợp với việc mài các loại thép không gỉ từ đó xác định được chế độ sửa đá hợp lý khi mài thép không gỉ. Kết quả sẽ đưa ra được các chỉ dẫn công nghệ về sửa đá cụ thể khi mài các loại thép này. 4. Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: - Thép không gỉ SUS304. - Đá mài Hải Dương: Cn40G-400x50x203x35m/s. - Phương pháp mài: Mài tròn ngoài chạy dao dọc. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm. 6. Nội dung nghiên cứu Nội dung chính dự kiến gồm 3 chương và phần kết luận chung Chương 1. Tổng quan về phương pháp mài. Chương 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ sửa đá đến chất lượng bề mặt khi mài thép không gỉ. Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý kết quả. Phần kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 14 - Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP MÀI 1.1. Đặc điểm của quá trình mài Quá trình mài là quá trình cắt gọt vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao. Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất dính kết. So với các phương pháp gia công cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt xác định, phương pháp mài có một số đặc điểm sau: - Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi cắt, có bán kính  ở các lưỡi cắt và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: góc trước  < 0 và góc sắc  > 900. - Vận tốc cắt khi mài rất cao thường Vd  30  35 m/s, mài tốc độ cao vận tốc có thể lên tới 120 m/s hoặc cao hơn. - Nhiệt độ cắt khi mài rất cao do tốc độ cắt cao, nhiều hạt mài cùng tham gia cắt, góc cắt không hợp lý, nhiệt độ ở vùng cắt khi mài có thể lên đến 10000 ÷ 15000 C làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt. - Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ, số lượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong một phút), vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia công tạo ra độ nhẵn bóng và độ chính xác cao. - Hạt mài có độ cứng cao, độ bền nhiệt cao, quá trình cắt gọt không liên tục nên có thể gia công được những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không gia công được như thép tôi, hợp kim cứng.v.v… nhưng khi gia công những loại vật liệu mềm gặp rất nhiều khó khăn. - Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: dưới tác dụng của tải trọng cơ, nhiệt các hạt mài đã mòn bật ra khỏi bề mặt đá tạo điều kiện cho những Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 15 - hạt mài mới tham gia vào quá trình cắt, ngoài ra một số hạt mài vỡ tạo thành những lưỡi cắt mới. - Lực cắt khi mài thường không lớn (trung bình vào khoảng 300N-400N) vì tiết diện của phoi hạt mài rất bé. Thường Py = (1,5 ÷ 3) Pz, lực Px bé hơn lực Pz nhiều. Tuy nhiên công suất tiêu hao khi mài rất lớn vì tốc độ cắt khi mài rất cao [1]. - Do hiện tượng tự mài sắc cũng như không thể chủ động thay đổi được hình dáng và vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa được nghiên cứu toàn diện. - Khi mài một phần phoi sẽ được dung dịch trơn nguội cuốn trôi, phần còn lại sẽ chèn vào các khe hở giữa các hạt mài do đó sẽ 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 mài bị suy giảm nhanh. Do những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia công các vật liệu có độ cứng và độ bền cao cho độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên phương pháp mài có vị trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại. Trong tổng số các máy công cụ, máy mài chiếm đến 30%, còn trong một số ngành đặc biệt như chế tạo vòng bi máy mài chiếm đến 60% [1]. Mặc dù được sử dụng cả trong gia công thô nhưng chỉ trong gia công tinh thì những ưu thế của phương pháp mài mới thực sự được phát huy hiệu quả, vì vậy mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối các bề mặt quan trọng [2]. 1.2. Cơ sở vật lý của quá trình mài 1.2.1. Qúa trình tạo phoi khi mài Bản chất của quá trình mài là sự cào xước tế vi bề mặt bằng những hạt mài có các lưỡi cắt khác nhau ở vận tốc cắt cao. Sự phân bố của các hạt mài trong chất dính kết là ngẫu nhiên, các hạt mài thường có góc trước  < 0, góc sắc  > 900 và bán kính  ở lưỡi cắt thay đổi. Bán kính  thường tăng dần trong quá trình cắt dẫn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 16 - đến lực cắt tăng, áp lực trên hạt mài tăng. Các hạt mài có độ cứng tế vi cao hơn nhiều so với độ cứng của vật liệu chi tiết gia công. Các hạt mài có đặc điểm là rất cứng và giòn nên trong quá trình cắt, chúng thường vỡ vụn thành nhiều mảnh có hình dáng bất kỳ và nhiều cạnh sắc. Do có nhiều lưỡi cắt có hình dáng bất kỳ và các lưỡi cắt luôn thay đổi trong quá trình mài nên việc theo dõi hình dáng của từng lưỡi cắt phải mất rất nhiều công sức. Để có thể hiểu được hình dáng của một lưỡi cắt, chúng ta cần xác định mặt cắt của dao bằng thống kê. Sau đó mô tả hình dáng, kích thước của hạt mài một cách trung bình. Trên hình 1.1 là hai mặt cắt đặc trưng của hạt mài. Hình 1.1. Các dạng có thể có của lưỡi cắt Hình (1.1a) mô tả mặt cắt trung bình của lưỡi cắt tương tự như khi gia công bằng dao có lưỡi cắt xác định (tiện, phay…). Lưỡi cắt có hình dạng là cung tròn có bán kính  cắt với chiều dày cắt phoi a z . Độ sắc của lưỡi s được định nghĩa như sau: s az (1.1)  Các dạng có thể có của lưỡi cắt: Dạng I: Giống với dạng lưỡi cắt của dụng cụ có lưỡi cắt xác định với góc trước  ; góc sau  (hình 1.1b). Dạng II: Trên đỉnh lưỡi cắt có diện tích mòn  m với chiều dài trung bình của diện tích mòn là Lm . Có thể coi diện tích mòn là một phần của mặt sau và ma sát của mặt này tương tự ma sát trên mặt sau của dao tiện (hình 1.1c). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 17 - Các nghiên cứu đều cho rằng, các lưỡi cắt chỉ bền vững khi   0 . Thường  có thể đặt đến giá trị  80 . Quá trình tạo phoi khi mài được mô tả trên hình 1.2. Hình 1.2. Quá trình tạo phoi khi mài Qúa trình tạo phoi khi mài gồm ba giai đoạn. Giai đoạn đầu chưa tạo ra phoi vì ở mũi dao có bán kính  và góc ăn tới của lưỡi cắt  nhỏ. Trong giai đoạn này hạt mài va đập vào bề mặt chi tiết gia công, lực va đập này phụ thuộc vào chế độ mài: tốc độ quay của đá, tốc độ quay của chi tiết, lượng chạy dao. Vật liệu gia công ở giai đoạn này bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, bị đẩy sang hai bên của lưỡi cắt hoặc chảy qua mặt dưới của lưỡi cắt sang mặt sau của hạt mài. Khi lưỡi cắt tiếp tục ăn sâu vào chi tiết thì chiều dày phoi a z tương ứng với chiều sâu vết cắt t khi đó áp lực mài tăng lên, nhiệt tăng làm cho biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo của kim loại tăng dần và lúc này bắt đầu tạo phoi. Tiếp theo là quá trình tạo phoi, kim loại bị dồn ép gây biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi xảy ra đồng thời vì vậy chiều dày phoi thực tế a z ' nhỏ hơn chiều sâu cắt thực tế t . Thời gian của mỗi giai đoạn trong quá trình tạo phoi là rất ngắn do quá trình tạo phoi xảy ra rất nhanh, khoảng từ 0,001 – 0,005 (s). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 18 - Các nghiên cứu chỉ ra rằng hình dáng hình học của lưỡi cắt, góc tác dụng , chế độ cắt, chế độ bôi trơn làm nguội đều ảnh hưởng đến a z ' , t . Ngoài ra a z ' còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như: các thành phần của lực cắt, vào tính chất cơ lý tính của vật liệu gia công. Khi bán kính cong  của hạt mài rất nhỏ thì độ bền động học của nó rất nhỏ nên khi vào vùng cắt chúng dễ dàng bị phá hủy không thể cắt gọt được. Khi  có giá trị hợp lý thì quá trình cắt gọt thuận lợi và lượng nhiệt sinh ra ở vùng cắt nhỏ. Khi  lớn sẽ không cắt được với chiều sâu cắt nhỏ và xảy ra hiện tượng trượt giữa hạt mài và chi tiết gia công dẫn đến lượng nhiệt phát sinh ở vùng cắt lớn do áp lực lớn. Lưỡi cắt bị mòn góc  nhỏ thì biến dạng vật liệu liệu tăng lên mặc dù t lớn nhưng a z ' vẫn nhỏ. Khi tăng vc có ma sát giữa lưỡi cắt và bề mặt mài thì a z ' tăng. 1.2.2. Lực cắt khi mài Lực cắt tác dụng vào từng hạt mài trong quá trình cắt được chia làm hai thành phần: Lực tiếp tuyến Ptt và lực Phk (hình 1.2) Gọi   Ptt là hệ số lực cắt Phk (1.2) Khi cắt, ở giai đoạn chưa tạo phoi (giai đoạn I,II hình 1.2), thành phần lực Phk sẽ ép lưỡi cắt vào bề mặt chi tiết do Phk có trị số lớn hơn rất nhiều so với Ptt (  nhỏ). Khi quá trình tạo phoi xảy ra thì Ptt tăng lên (  tăng). Lúc này Ptt gồm hai thành phần: lực ma sát và lực tạo phoi. Qua nghiên cứu vết cắt, chiều sâu cắt không có biến dạng t và chiều dày phoi thực tế a z ' có thể rút ra một số kết luận sau: - Khi bán kính mũi dao  nhỏ hoặc ma sát giữa dao và bề mặt gia công lớn thì quá trình tạo phoi xảy ra sớm. - Khi  lớn và ma sát nhỏ thì quá trình dồn ép kim loại sẽ kéo dài, quá trình tạo phoi xảy ra muộn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 19 - Các hạt mài tạo ra phoi nhỏ, mảnh nên lực cắt do các hạt mài phát sinh nhỏ. Tuy nhiên khi mài có nhiều hạt đồng thời tham gia cắt nên tổng lực cắt của tất cả các lưỡi khá lớn. Nếu gọi lực cắt tổng hợp tác dụng lên một hạt mài là Pi thì lực cắt khi mài được xác định theo công thức: n Pc   Pi (N) (1.3) i 1 Trong đó: n - Tổng số lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt. Pc - Lực cắt tổng hợp khi mài. Lực tổng hợp Pc được phân thành 3 thành phần: Pc  Pz  Py  Px (1.4) Trong đó: Pz - Thành phần lực tiếp tuyến. Py - Thành phần lực pháp tuyến. Px - Thành phần lực dọc theo phương chạy dao. Thường Py  (1,5  3).Pz ; Px thường rất bé so với Pz nên thường bỏ qua. Thành phần lực tiếp tuyến Pz được tính theo công thức:  vct Pz  A.  60.vd  2.vct    2 k . t 3 k 2 l k Dd .   d .D  1 k 2 .S d2k .B k 1 (N) (1.5) Trong đó A và k là các hệ số mũ xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể. Từ (1.5) ta thấy: Lực Pz phụ thuộc vào tất cả các yếu tố khi mài trong đó v d và S d có ảnh hưởng lớn nhất tới lực Pz . Chiều sâu cắt thực tế t ảnh hưởng tới Pz ít hơn. Khi tăng v d và độ hạt lực Pz giảm. Khi mài tỷ số lực cắt K  được xác định theo biểu thức: K  Pz Py Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (1.6) http://www.lrc-tnu.edu.vn - 20 - Hệ số lực cắt K  biểu thị tương quan ma sát tại vùng tiếp xúc giữa lưỡi cắt và chi tiết gia công. 1.2.3. Công suất cắt khi mài Công suất mài có thể xác định theo công thức: N = Pz  d (1.7) Mặc dù lực cắt khi mài thường nhỏ (vì tiết diện phoi cắt bé) nhưng công suất mài lại lớn do tốc độ cắt khi mài rất cao (thường  d  30m / s ). 1.2.4. Nhiệt cắt khi mài Hình 1.3. Nhiệt và sự phân bố năng lượng khi mài Khi mài do các lưỡi cắt bị mòn (hoặc do có  lớn) nên năng lượng tiêu hao chủ yếu là do ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt gia công, do dồn ép gây biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo bề mặt chi tiết và biến thành nhiệt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn