Luận văn: Ảnh hưởng thông số mài phẳng tới độ nhám vật liệu dẻo cao

Nghiên cứu chuyên sâu Ảnh hưởng mài phẳng tới độ nhám bề mặt vật liệu dẻo mang tính hệ thống, nâng cao năng lực chuyên môn ứng dụng trong giảng dạy

• Tác giả: Lê Văn Toán
• Người hướng dẫn: Gs.Ts. Nguyễn Đắc Lộc
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa - Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Ảnh Hưởng Của Các Thông Số Công Nghệ Khi Mài Phẳng Tới Độ Nhám Bề Mặt Trên Một Số Vật Liệu Có Tính Dẻo Cao
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm về mài phẳng và ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt

Mài phẳng là một phương pháp gia công bề mặt sử dụng đá mài để loại bỏ lớp vật liệu từ bề mặt workpiece. Quá trình này đặc biệt quan trọng đối với các vật liệu dẻo như thép không gỉ, đồng và nhôm. Độ nhám bề mặt là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng. Khi thực hiện mài phẳng trên vật liệu dẻo, các yếu tố công nghệ khác nhau tác động trực tiếp đến độ nhám bề mặt. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công nghệ như vận tốc mài, chiều sâu mài và lượng chạy dao giúp tối ưu hóa quá trình gia công. Hiểu rõ mối quan hệ giữa các thông số mài phẳng và độ nhám bề mặt là nền tảng để đạt được các sản phẩm có chất lượng cao nhất.

1.1. Bản chất của quá trình mài phẳng

Quá trình mài phẳng là sự tác động của các hạt mài lên bề mặt vật liệu, tạo ra các vết cắt nhỏ. Trên vật liệu dẻo, quá trình này phức tạp hơn do khả năng biến dạng cao của vật liệu. Các hạt mài tác động không chỉ cắt mà còn nén và làm biến dạng bề mặt. Hiểu rõ cơ chế này giúp điều chỉnh các thông số công nghệ để kiểm soát độ nhám bề mặt.

1.2. Vai trò của đá mài trong kiểm soát chất lượng

Đá mài với các thông số như độ hạt, độ cứng và chất dính kết ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả gia công. Lựa chọn đúng loại đá mài cho từng vật liệu dẻo là yếu tố then chốt. Đá mài có rãnh dẫn dung dịch trơn và làm mát cải thiện đáng kể độ nhám bề mặt trên các vật liệu này.

II. Các thông số công nghệ mài phẳng ảnh hưởng đến độ nhám

Các thông số công nghệ mài bao gồm vận tốc quay đá mài, vận tốc phôi, chiều sâu mài và bước tiến dọc. Mỗi thông số có vai trò riêng trong việc hình thành độ nhám bề mặt cuối cùng. Vận tốc quay của đá mài quyết định tốc độ cắt và ảnh hưởng đến nhiệt độ tại vùng tiếp xúc. Trên vật liệu dẻo, tăng vận tốc mài có thể giảm độ nhám nhưng cũng tăng nhiệt sinh ra. Chiều sâu mài hay lượng chạy dao hướng kính ảnh hưởng đến lực cắt và sự phát sinh tất. Lượng chạy dao dọc (bước tiến) quyết định khoảng cách giữa các vết cắt liên tiếp, trực tiếp ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt. Sự kết hợp hợp lý của các thông số này giúp đạt được bề mặt chất lượng cao.

2.1. Vận tốc quay và vận tốc phôi trong mài phẳng

Vận tốc quay đá mài (Vc) ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt trên vật liệu dẻo. Vận tốc quay tối ưu phụ thuộc vào loại vật liệu và đá mài. Vận tốc phôi (Vw) cũng đóng vai trò quan trọng, khi tăng vận tốc phôi, độ nhám có thể tăng do lực cắt tăng. Cần điều chỉnh cân bằng giữa hai vận tốc này.

2.2. Chiều sâu mài và bước tiến dọc

Chiều sâu mài (ap) là lượng vật liệu bị loại bỏ trong mỗi lần chạy. Trên vật liệu dẻo, chiều sâu mài nhỏ hơn được ưu tiên để kiểm soát độ nhám. Bước tiến dọc (Su) là khoảng cách chạy dao trong mỗi lần quay của đá mài. Bước tiến nhỏ tạo ra bề mặt mịn hơn nhưng kéo dài thời gian gia công.

III. Tác động của chế độ cắt tối ưu hóa trên vật liệu dẻo

Chế độ cắt khi mài phẳng trên vật liệu dẻo cần được điều chỉnh tối ưu để đạt chất lượng cao. Chế độ cắt bao gồm vận tốc quay, vận tốc phôi, chiều sâu mài và bước tiến dọc. Trên vật liệu dẻo như thép không gỉ, đồng và nhôm, nhiệt sinh ra trong quá trình mài là vấn đề lớn. Sử dụng dung dịch trơn làm mát hợp lý giúp giảm nhiệt và cải thiện độ nhám bề mặt. Điều chỉnh chế độ cắt theo nguyên tắc tối ưu hóa dựa trên mối quan hệ hàm giữa các thông số đầu ra (độ nhám, hiệu suất) và đầu vào (vận tốc, bước tiến). Các nghiên cứu cho thấy chế độ cắt phù hợp có thể nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế kỹ thuật đáng kể.

3.1. Dung dịch trơn làm mát trong mài phẳng

Dung dịch trơn làm mát là yếu tố quan trọng trong mài phẳng vật liệu dẻo. Chất lỏng này giảm nhiệt, làm mát vùng cắt và giảm ma sát. Đá mài có rãnh dẫn dung dịch trơn cải thiện luồng chất lỏng đến vùng tiếp xúc. Sử dụng chất lỏng phù hợp giúp giảm độ nhám bề mặt và tăng tuổi thọ đá mài.

3.2. Nguyên tắc tối ưu hóa quá trình mài

Tối ưu hóa quá trình mài phẳng dựa trên xác định mối quan hệ hàm giữa các thông số công nghệ. Áp dụng điều khiển tối ưu giúp đạt được độ nhám bề mặt tốt nhất với chi phí thấp nhất. Phương pháp này đặc biệt quan trọng cho vật liệu dẻo cần xử lý cẩn thận.

IV. Quá trình hình thành độ nhám bề mặt và hình dạng lớp kim loại

Độ nhám bề mặt được hình thành bởi các vết cắt của hạt mài và các hiện tượng đi kèm. Trên vật liệu dẻo, quá trình này phức tạp do khả năng biến dạng của vật liệu. Hạt mài không chỉ cắt mà còn nén bề mặt, tạo ra các vết lõm lồi không đều. Ứng suất dư phát sinh trong quá trình mài ảnh hưởng đến độ nhám cuối cùng. Các hạt mài bị mòn mặn tạo ra các vết cắt không sắc, làm tăng độ nhám. Hình dạng lớp kim loại bị tác động cũng quyết định chất lượng bề mặt - lớp này có thể bị sống mạnh, rạn nứt nếu không kiểm soát nhiệt độ tốt. Hiểu rõ quá trình hình thành này giúp tối ưu hóa chế độ mài phẳng để đạt bề mặt chất lượng cao. Các nghiên cứu cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa các thông số công nghệ và độ nhám bề mặt.

4.1. Cơ chế hình thành độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt được tạo thành bởi lớp sóng và các vết cắt của hạt mài. Khi mài phẳng vật liệu dẻo, lớp bề mặt bị biến dạng plastik, không chỉ bị cắt ra. Kích thước hạt mài, độ sắc của hạt và tốc độ tác động quyết định chiều cao các sóng. Bước tiến dọc nhỏ tạo ra các sóng nhỏ hơn, dẫn đến độ nhám thấp hơn.

4.2. Ảnh hưởng của ứng suất dư và nhiệt độ

Ứng suất dư phát sinh trong lớp bề mặt do quá trình mài có thể gây ra rạn nứt. Trên vật liệu dẻo, nhiệt sinh ra làm giảm độ cứng bề mặt và tăng độ nhám. Kiểm soát nhiệt độ bằng dung dịch trơn làm mát là cần thiết để đạt bề mặt tốt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Gia công tỉnh là một giai đoạn quan trọng của quá trình công nghệ, gia công cho các sản phẩm có độ chính xác cao. Gia công tỉnh đảm bảu cho sản phẩm có d- ợc các thông số kỹ thuật yêu cầu mà các ph- ơng pháp gia công tr 6c đó không thực hiện đ- ợc Mãi là một ph-ơng pháp gia công tính bằng hạt mài rất thông dụng hiện nay. Mài sử dụng hiệu quả khi yêu cầu độ chính xác hình đáng và kích th- ớc từ cấp 7 đến cấp 9. Độ nhám bể mặt ra từ O,2 đến 3,2 fm.

Mai cho phép giá công nhiều loại bể inật khác nhau nÏ- mật trụ trong, mật trụ ngoài, mật phẳng, mặt định hình. Mài sử dụng chủ yếu để gia công các loại vật liệu đã qua nhiệt luyện có độ cứng từ 35 đến 65 HRC. Với các loại vật liệu mềm nh- đồng, nhôm, n6 íL đ- ợc sử dụng. Mãi cổ nhiều -u điểm so với các ph-ơng pháp gia công bằng cắt gọt khác.

Mài cho phép gia công với l- ong d- rất nhỏ (đến vài pm), luc cat không lớn, yêu cầu vận tốc chỉ tiết không quả cao, diểu chỉnh va ga dat vat mai don giản, không tốn nhiều thời gian, c6 khả năng thay dổi chế độ cắt ngay trong quả trình gia công Tuy vậy, mài là một quá trình rất phức lạp, còn nhiều vấn để phải nghiên cứu. Các thông số chất long dic tr ng cia quá trình mài phụ thuộc vào nhiều yếu tế nh- đặc tính đá mài, tính chất của vật liệu gia công, chất bôi trơn làm mắt, độ chính xác và độ cứng vững của máy, chế dộ mài. Quan hệ của các thông số chất -ợng của quá trình znài với các yếu tố ảnh h- ng rất phức tạp, khó xác định và không ổn định theo thời gian. Quy luật thay đổi và tác động qua lại của chúng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện gia công và tình trạng cụ thể của máy.

Việc xây dựng một hệ thống các chỉ dẫn hoặc báng biểu dùng chung che các loại máy mài, các ph- ơng pháp mài khác nhau là một việc lầm không thể thực hiện đ- ợc trơng điểu kiện kỹ thuật hiện nay. Do vậy, để nâng cao hiệu quả của quá trình mài, hấu hết các nghiên cứu hiện nay đều d- ge tiến hành theo các h- đng cơ bản sau: + „ân văn thạc sĩ'kỹ thuật: 1. Nghiên cứu chế tạo các loại đá mài từ vật liệu mài mới, có độ cứng và độ mài mồn cao. Nâng cao chất l- ợng, hoàn thiện kết cấu của đá mài.

nghiên cứu thiết kế các loại đá mài mới Liên Liến. Nâng cao vận tốc mài 4, Điều chỉnh tối - u hoá quá trình mài. ‘Theo h- ống thứ nhất và thứ hai, ng- ðời ta tiến hành chế tạo các loại đã mài từ vật liệu mài mới có độ bên mòn và khả năng chịu tải trọng cao. Nghiên cứu chế tạo các loại đá có kết cấu đặc biệt nh- đá mài có rãnh xoắn, đá mmài gián doạn, đá mài có rãnh dẫn dung địch trơn nguội h- ớng ÂmL.V, "Theo h- ống thứ ba, tiến hành thiết kế chế tạo các máy mài cao và siêu.

"Theo h-óng thứ t-, ng-ời ta tiến hành điều khiển quá trình mài theo nguyên tắc điều khiển tối -u. Nghĩa là dựa vào quan hệ hàm d- ợc xác lập ngay trong quá trình gia công giữa các thông số đầu ra với các thông số dầu vào, thực hiện diễu chỉnh quá trình dễ dạt d-ợc các chỉ tiêu chất 1- øng và kinh tế kỹ thuật cao nhất. “Thông sổ quan trọng đặc tr- ng cho quả trình mài, dó là chế dộ cất. Chế độ cất khi mầi bao gồm vận tốc cất Vẹ, vận tốc phôi Vụ, b- ớc tiến dọc Su và chiếu sâu cát 1, chợn chế độ cát hợp lý cho từng loại đá mài, vật liệu Hạt mài và chỉ tiết gia công sẽ nâng cao đ- ực độ chính xác và chất l- ong bể mặt của chỉ tiết gia công.

Các nghiên cứu về mài từ tr- ớc tới nay, chủ yếu đ- ợc ấp dụng cho các loại vật liệu có độ cứng cao, vật liệu dã qua gia công nhiệt; hay gang. xà ch-ä cổ sự quan tân, nghiên cứu đúng mức ¡ đối với các loại vật liệu mềm (có tính dẻo cao) nh- thép không gỉ, đồng, nhôm. mà trên thực tế cẩn phải gia công bằng mài các loại vật liệu này; Do vậy, trong luận văn này, tôi trình bày một số “Nghiên cứu về ảnh hÔng của các thông số công nghệ khả mãi phẳng tối độ nhám bê mặt trên một số vật 5 “wan van thac of ky thuat liệu có tính déo cao” Vật liệu đặc trang cho nhóm vật liệu này là thép không gỉ (loại nhiềm từ và không nhiễm từ) và đồng thau. Các nghiên cứu đ- ợc thực hiện tại tổ môn cơ khí - Tr- ờng Cao Đẳng Công Nghiệp Hà Nội, d- ởi sự h- dng dẫn của G5.

TS Nguyễn Đắc Lộc, kết quả nghiên cứu cho thấy, các thông số chế độ cất cô ảnh h- ởng rất lớn tới chất I- ợng bể mặt (độ nhầm bể mặt) của chỉ tiết gia công, dặc biệt là với vật liệu có tính đêo cao. Nhân dịp này, tôi xin bày lỗ lòng cẩm ơn chân thành tới thầy giáo h- ổng đân GS.TS Nguyễn Đắc Lộc cùng các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ chế tạo máy, khoa cơ khí, Trung tâm dao tao sau dai hoc - Tr- dng Dai hoc Bách khoa llà Nội; Tế môn cơ khí Tr- ờng Cao Đẳng Công Nghiệp lIà Nội đã nhiệt tình h- ớng dẫn, dạy dỗ, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành bài luận văn này. Luận văn bao gồm các phân sau: - Đặt vấn đề - Ch- ơng 1: Mài phẳng và các đặc Lính cơ bản của nó - Ch- ơng 2: Ảnh h- ống của các thông số công nghệ khi mài phẳng tới độ nhám bẻ mặt trên các vật liệu có tính dẻo cao. - Ch- ơng 3: Nội dung và ph- ơng pháp thí nghiệm.

- Kết luận chung ® „ân văn thạc sĩ'kỹ thuật: CHHƠNG 1 MAI PHANG VA CAC DAC TÍNH CƠ BẢN CUA PHOONG PHAP MAI PHANG, 1. Lịch sử phát triển của mài Lịch sử cña công nghệ mài bát đầu từ việc phát hiện ra vật liệu mài và tiếp tục với sự phát triển của các sán phẩm mài cùng với các máy công cụ nhằm thoả mãn các nhu câu về các sản phẩm đảm bảo cho sự tổn tại của con ng- ời. Ổ dây chúng ta chỉ nhìn sơ qua về lịch sử, với mục dích là chơ có tính hệ thống. Câu chuyện bắt đầu khi ng-ời tiển sử phát hiện ra rằng họ cố thể làm sắc công cụ bằng cách chà sát chúng vào các mảnh đá.

Vào giai đoạn tiếp theo, tr. đc khi phát hiện ra đồ gốm, mài d- ợc dùng để chế tạo các đỗ dùng dé dựng thức ăn. Đây là hình thức sơ khai nhất mà mài d- ợc dùng dể định hình hơn là đ-ợc dùng để làm sác. Các tảng đá to trong các kim tự thấp ở Ai cập đ- ợc cất ra bằng cách c- a trên may thô sơ, sau đố bé mat của chúng đ- ợc làm nhắn bằng đã mài.

Mãi kim loại có từ thời Ai cập cổ đại (khoảng 2000 năm tr- ớc công nguyên) cùng thời với sự bắt đầu của ngành luyện kim. Vào thời gian này ở "Trùng Đông, kỹ năng mài dặc biệt d- ợc coi trọng dể làm sắc công cụ và dé chế tạo đổ trang sức. Theo kinh thánh (Samuel 13:20), một trung những cách mit ng- ời Philistinc giành d- ợc quyền thống trị ng- ời Isarcl là cấm hg mii site công cụ. "Thạch anh d- đi dạng cát và đá có lẽ là vật liệu mài duy nhất đ- gc ng- 3i tiên sử biết đến.

Trong tự nhiên cồn cố các vật liệu mài quan trọng nữa đố là emery, hổng ngọc và kim c- ơng. Emery thye chat 1A corundum khong tinh khiết, bao gồm nhôm và ôxít sắt theo tỉ lệ t- ơng đ- ơng nhau. Đá adamant để khắc d- ợc nói trong kinh thánh (Jeremiah 17:1) cũng là emery vì chất này ® „ân văn thạc sĩ'kỹ thuật: CHHƠNG 1 MAI PHANG VA CAC DAC TÍNH CƠ BẢN CUA PHOONG PHAP MAI PHANG, 1. Lịch sử phát triển của mài Lịch sử cña công nghệ mài bát đầu từ việc phát hiện ra vật liệu mài và tiếp tục với sự phát triển của các sán phẩm mài cùng với các máy công cụ nhằm thoả mãn các nhu câu về các sản phẩm đảm bảo cho sự tổn tại của con ng- ời.

Ổ dây chúng ta chỉ nhìn sơ qua về lịch sử, với mục dích là chơ có tính hệ thống. Câu chuyện bắt đầu khi ng-ời tiển sử phát hiện ra rằng họ cố thể làm sắc công cụ bằng cách chà sát chúng vào các mảnh đá. Vào giai đoạn tiếp theo, tr. đc khi phát hiện ra đồ gốm, mài d- ợc dùng để chế tạo các đỗ dùng dé dựng thức ăn.

Đây là hình thức sơ khai nhất mà mài d- ợc dùng dể định hình hơn là đ-ợc dùng để làm sác. Các tảng đá to trong các kim tự thấp ở Ai cập đ- ợc cất ra bằng cách c- a trên may thô sơ, sau đố bé mat của chúng đ- ợc làm nhắn bằng đã mài. Mãi kim loại có từ thời Ai cập cổ đại (khoảng 2000 năm tr- ớc công nguyên) cùng thời với sự bắt đầu của ngành luyện kim. Vào thời gian này ở "Trùng Đông, kỹ năng mài dặc biệt d- ợc coi trọng dể làm sắc công cụ và dé chế tạo đổ trang sức.

Theo kinh thánh (Samuel 13:20), một trung những cách mit ng- ời Philistinc giành d- ợc quyền thống trị ng- ời Isarcl là cấm hg mii site công cụ. "Thạch anh d- đi dạng cát và đá có lẽ là vật liệu mài duy nhất đ- gc ng- 3i tiên sử biết đến. Trong tự nhiên cồn cố các vật liệu mài quan trọng nữa đố là emery, hổng ngọc và kim c- ơng. Emery thye chat 1A corundum khong tinh khiết, bao gồm nhôm và ôxít sắt theo tỉ lệ t- ơng đ- ơng nhau.

Đá adamant để khắc d- ợc nói trong kinh thánh (Jeremiah 17:1) cũng là emery vì chất này + „ân văn thạc sĩ'kỹ thuật: 1. Nghiên cứu chế tạo các loại đá mài từ vật liệu mài mới, có độ cứng và độ mài mồn cao. Nâng cao chất l- ợng, hoàn thiện kết cấu của đá mài. nghiên cứu thiết kế các loại đá mài mới Liên Liến.

Nâng cao vận tốc mài 4, Điều chỉnh tối - u hoá quá trình mài. ‘Theo h- ống thứ nhất và thứ hai, ng- ðời ta tiến hành chế tạo các loại đã mài từ vật liệu mài mới có độ bên mòn và khả năng chịu tải trọng cao.