Luận văn thạc sĩ Trần Văn Thiện: Mài vật liệu mềm bằng đá mài không liên tục

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu giải pháp nâng cao khả năng gia công khi mài vật liệu mềm bằng đá mài có bề mặt làm việc không liên tục.

• Tác giả: Trần Văn Thiện
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Đông
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nâng Cao Khả Năng Gia Công Khi Mài Vật Liệu Có Tính Mềm Sử Dụng Đá Mài Có Bề Mặt Làm Việc Không Liên Tục
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm về đá mài không liên tục

Đá mài không liên tục là một giải pháp tiên tiến trong lĩnh vực gia công cơ khí, đặc biệt hiệu quả khi xử lý vật liệu mềm. Khác với đá mài bề mặt liên tục truyền thống, loại đá mài này có bề mặt làm việc được thiết kế với các khoảng trống, tạo điều kiện để giảm nhiệt độ cắt và lực cắt. Phương pháp này được phát triển nhằm khắc phục những hạn chế của mài thông thường như cháy mài, thoát carbon và ứng suất kéo quá lớn trên lớp bề mặt. Việc áp dụng đá mài không liên tục mở ra những cơ hội mới trong gia công các loại vật liệu khó, đặc biệt là các vật liệu composite nền ceramic và các loại kim loại mềm.

1.1. Định nghĩa và đặc điểm cấu trúc

Đá mài có bề mặt không liên tục được đặc trưng bởi cấu trúc có các khoảng cách giữa các hạt mài. Cấu trúc này cho phép dung dịch trơn nguội và phoi cắt thoát tốt hơn, giảm nhiệt độ trong vùng cắt. Các hạt mài được liên kết bằng chất kết dính nhưng không che phủ liên tục toàn bộ bề mặt làm việc.

1.2. Ưu điểm so với đá mài truyền thống

Đá mài không liên tục cung cấp nhiều lợi thế: giảm lực cắt và nhiệt cắt, hạn chế thoát carbon, ngăn ngừa cháy mài, cải thiện chất lượng bề mặt. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả khi gia công vật liệu mềm như thiếc, chỉ và các loại hợp kim nhạy cảm với nhiệt.

II. Nguyên lý hoạt động và cơ chế cắt

Nguyên lý hoạt động của đá mài không liên tục dựa trên sự kết hợp giữa cắt gọt cơ học và quá trình thoát nhiệt hiệu quả. Khi bề mặt làm việc có các khoảng trống, số lượng hạt mài đồng thời tham gia cắt giảm đi, dẫn đến lực cắt thấp hơn và nhiệt độ vùng cắt giảm đáng kể. Cơ chế này cho phép tốc độ cắt cao mà không gây ra những tác hại như trong mài truyền thống. Các phoi cắt được tạo ra có kích thước nhỏ hơn và thoát nhanh hơn nhờ các khoảng trống trên bề mặt đá. Hiện tượng tự mài sắc vẫn diễn ra nhưng với cường độ nhẹ hơn, bảo vệ tốt hơn cấu trúc tế vi của vật liệu gia công.

2.1. Quá trình thoát nhiệt và thoát phoi

Các khoảng trống trên bề mặt đá mài không liên tục hoạt động như các kênh thoát cho dung dịch trơn nguội và phoi cắt. Điều này giảm áp lực cơ học và nhiệt lên vật liệu, bảo vệ cấu trúc bề mặt. Hiệu quả thoát nhiệt được cải thiện đáng kể so với đá mài truyền thống.

2.2. Giảm ứng suất và biến dạng bề mặt

Lực cắt giảm từ 20-40% khi sử dụng đá mài không liên tục giúp hạn chế ứng suất kéo trên lớp bề mặt. Điều này ngăn ngừa nứt, cháy mài và các khuyết tật khác, đảm bảo chất lượng bề mặt cao và độ chính xác kích thước tốt hơn.

III. Ứng dụng trong gia công vật liệu mềm

Đá mài không liên tục được chứng minh là giải pháp tối ưu cho gia công vật liệu mềm mà các phương pháp truyền thống gặp khó khăn. Khi gia công những vật liệu như thiếc, chỉ, nhôm mềm hay các composite, vấn đề chính là tránh gây hư hại cấu trúc vật liệu. Mài không liên tục cho phép độ bóng Ra=1,25-0,63 và độ chính xác 0,002-0,003mm mà không làm ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu. Các nghiên cứu từ Taphi Tawakoli và Bahman Azarhoushang đã chứng minh tính khả thi của phương pháp này trên các loại vật liệu composite nền ceramic khác nhau. Phương pháp này cũng giúp nâng cao năng suất gia công while maintaining sự ổn định và độ tin cậy cao.

3.1. Gia công composite nền ceramic

Vật liệu composite nền ceramic rất nhạy cảm với nhiệt và ứng suất cơ học. Đá mài không liên tục cho phép kiểm soát tốt lực cắt và nhiệt độ vùng cắt, giảm rủi ro hư hại lớp bề mặt. Chất lượng gia công được cải thiện đáng kể so với phương pháp truyền thống.

3.2. Gia công vật liệu nhạy cảm với nhiệt

Vật liệu mềm như thiếc, chỉ dễ bị cháy mài và thoát carbon khi sử dụng đá mài liên tục. Mài không liên tục khắc phục điều này bằng cách giảm nhiệt độ ở vùng cắt xuống dưới 1000°C, bảo vệ cấu trúc tế vi và tính chất vật lý của vật liệu.

IV. Hướng phát triển và triển vọng ứng dụng

Đá mài không liên tục đang mở ra hướng phát triển mới cho công nghệ gia công cơ khí hiện đại. Các nghiên cứu gần đây về sự mài mòn của đá trong quá trình mài gián đoạn và truyền nhiệt giúp tối ưu hóa thiết kế bề mặt làm việc không liên tục. Việc kết hợp đá mài không liên tục với các chế độ mài tiên tiến như mài cao tốc (lên tới 120 m/s) hứa hẹn năng suất cao mà vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt tối ưu. Triển vọng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không, điện tử và cơ khí chính x密. Việc phát triển chất kết dính mới và cấu trúc đá mài cải tiến sẽ tiếp tục nâng cao hiệu quả gia công và mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp này.

4.1. Những tiến bộ công nghệ gần đây

Các nghiên cứu về tính tự mài sắc và mài mòn của đá trong quá trình mài gián đoạn cung cấp hiểu biết sâu sắc về cơ chế hoạt động. Chất kết dính mới và thiết kế cấu trúc tiên tiến giúp tối ưu hóa lực cắt và thoát nhiệt, nâng cao hiệu quả gia công và tuổi thọ đá mài.

4.2. Tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp

Đá mài không liên tục có tiềm năng lớn trong các ngành công nghiệp chính xác cao như ô tô, hàng không, điện tử. Khả năng đạt độ chính xác cao kết hợp với năng suất tốt làm cho phương pháp này trở thành lựa chọn lý tưởng cho gia công vật liệu mềm và vật liệu đặc biệt trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

_BO GIAO DUC VA DAO TAO | NYA NVUL TRUONG DAI HQC BACH KHOA HA NOI Trần Văn Thiện NIH NÂNG CAO KHẢ NẴNG GIA CONG KHI MAI VAT LIEU CO TINH MEM SU DUNG DA MAL CO BE MAT AYW OVI THO LAM VIEC KHONG LIEN TUC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHẾ TẠO MÁY fđz10Z VOH3 Hà Nồi - 2014 BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI Trần Văn Thiện NÂNG CAO KHẢ XĂNG GIA CÔNG KHI MÀI VẶT LIỆU CÓ TÍNH MÈM SỬ ĐỤNG ĐÁ MÀI CÓ BÈ MẶT LÀM VIỆC KHÔNG LIÊN TỤC Chuyên ngành : CIIẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DÁN KHOA IIỌC: TS. NGUYÊN TIEN DONG Hà Nội — 2014 PIIAN MG DAU 1. Tính cần thiết của dé tai. Các chỉ tiết may có độ chính xác, chất lượng bê mặt và độ bền cao là cơ sở ho sự ra đời cáo loại máy móc, thiết bị vả phương pháp gia công.

Phương pháp mải có một vị trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại nhờ khả năng vượi trội so với các phương pháp cắt gọi khác khi gia công những vật liệu có độ bên cơ hoc và đô cứng cao cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Gia công bằng phương pháp mài có thé đạt độ bóng Ra=1,25-0,63, độ chỉnh xác kích thước 0,002-0,003mm| 1]. Chất lượng bề mặt chỉ tiết dời hỏi càng cao thì yêu cầu phương pháp mài càng phải được nghiên cứu, phát triển dễ đáp ứng yêu cầu gia công. Quá trình cắt gọt của mài thực chất là quả trình các hại mái cảo xước bễ mặt của chỉ tiết gia công, lượng kim loại do mỗi lưỡi cắt hớt đi rất nhỏ.

Các phương pháp mài hiện nay chủ yếu đùng đá mài có bề mặt làm việc liên tục. Tuy nhiên, loại đá mài này có hạn chế là lực cắt, nhiệt cắt lớn nên thưởng gầy Ta cdc khuyết tật: cháy mài, thoát các bon, nút tế vì, ứng suất đư kéo trên lớp bể mặt .làm hạn chế khả năng ứng dụng của các phương pháp mài thông thường 8 khắc phục những hạn chế trên, phương pháp mải dủng đá mài có bề mặt làm việc không liên tục đã được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng để gia công vật liệu. Taphi Tawakoli, Bahman Azarhoushang [1 1] dã nghiên cửu tính khả thi của mài không liên tục với đá mải có bể mặt làm việc giản đoạn trên bai loại vật liệu composit nền ceramic khac nhau. Pe rez và các cộng sự [12] phân tích sự truyên nhiệt trong quả trình mài gián đoạn trong khi Michele IL Miller and Xiaorui Fan [20] nghiên cứu sự mái mòn của đá khi mải gián doạn.

Ở một nghiên cửu khác, Nguyễn Tiến Đông, Nguyễn Thị QUAN VE MAI PHANG 1. Đặc điểm của quá trình mài Mài là một phương pháp gia công kim loại được biết từ lâu, tuy nhiên phải đến thế kỷ 19 khi xuất hiện máy mài và các vật liêu tổng hợp thì việc gia công bằng mài mới có bước phát triển nhảy vọt. Quá trình mài là quá trình cắt gọt vật liệu bằng các hat mài có độ cứng cao, Mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các phương pháp gia công cắt gọt khác: - Da mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt, các hạt mài được liên kết với nhau bằng chất kết dính, các hạt mài có hình dáng rất khác nhau, sự phân bố trong đá mài là ngẫu nhiên lên thông số của lưỡi cắt không hợp lý, không thuận lợi cho quá trình cắt. Thường góc trước y thường âm và góc cắt B thường lớn hơn 90° - Tốc độ cắt khi mài rất cao ( 30 m/s, mai cao tốc độ có thể lên tới 120 m/s hoặc cao hơn).

- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000 + 15009) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt - Khi mài, mỗi hạt mải 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 nhẫn bóng và độ chính xác cao. ~ Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công được những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không cắt được như thép tôi, hợp kim cứng. nhưng lại không gia công được những vật liệu rất mềm như thiếc, chỉ.

- 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 hạt mài mới tham gia vào quá trình cắt, ngoài ra một số hạt mải vỡ tạo thành những lưỡi cắt mới. - Do hién 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 Việc chon đá mài, chế độ mài đóng vai trò quyết định chất lượng sản phẩm + Chọn đá mài: chọn đá mài hợp lý chất lượng và năng suất cao. Chọn đá mài chú ý đến các yếu tổ vật liêu mài, chất kết dính, đô cứng, kết cấu, đô hat của đá mài,. + Chọn chế độ mài: chọn vận tốc đá mải, vận tốc chỉ tiết, lượng chạy dao ngang và chiều sâu cắt, 1.

CAC PHUONG PHAP MAI PHANG Mài phẳng có thể thực hiện theo hai phương pháp ~ Mài phẳng bằng mặt đầu đá - Mai phẳng bằng đá mài hình trụ 12 .Mài phẳng bằng đá mài mặt đâu. Phương pháp này cho năng suất cao, vì số lượng hạt mài đồng thời tham gia cắt nhiều hơn. Tuy nhiên diên tích tiếp xúc giữa đá và bề mặt chỉ tiết gia công lớn, nhiệt cắt lớn, lực cắt lớn hơn, khả năng thoát nhiệt, thoát phoi và tưới dung dịch trơn nguội khó khăn hơn vì vây dễ gây biến dang nhiệt, tạo ra vết cháy, vết nứt tế vi trên bề mặt vật mài. Nói chung đô chỉnh xác và độ nhẫn bề mặt đạt được thấp hơn khi mài bằng đá mài hình trụ.

“Trên mặt trước của hạt mài có các lực phân bố pháp tuyến Ni, N2.Na va ma sat Fy, Fp,. Lực cắt đặc trưng cho quá trình mài về phương diện vật lý. Lực cắt khi mài là nguồn động lực gây ra các biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ, rung động, nhiệt cắt trong vùng gia công và nó cũng xác định chế độ mòn của đá mài. Khi lực cắt tăng, tuổi bền của đá giảm, độ chính xác gia công giảm và độ nhám bề mặt tăng lên.

Đặc biệt, những thay đổi tức thời của lực cắt là nguyên nhân chính gây ra các dao động cưỡng bức của đầu đá tạo nên sóng bề mit va dang sai số khác Độ lớn của lực cắt phụ thuộc vào số lượng hạt mài đồng thời tham gia cắt, chiều dày lớp kim loại do mỗi hạt mài bóc đi, hệ số ma sát giữa bề mặt chỉ tiết với đá mài. Lực cắt là thông số cơ bản quyết định đặc tính mỏn của đá mài. Lực P tác dụng trên hạt mài có thể phân thành hai thành phần: P; theo phương tốc độ cắt, và Py nén hạt mài về phía bề mặt được gia công (hình 1.4 :Sơ đồ tính lực cắt giả định khi mài phẳng [1] ít hơn. Mặt khác khả năng thoát nhiệt, thoát phoi và tưới dung dịch trơn nguội vào vùng gia công dễ dàng hon, có thể gia công được các chỉ tiết mỏng, kém cứng vững, chỉ tiết yêu cầu gia công với độ chính xác cao do đó phương pháp nay cho đô chính xác, đô nhẫn bề mặt cao hơn phương pháp trên.

Tuy nhiên do diện tích tiếp xúc giữa đá và chỉ tiết nhỏ nên năng suất thấp. Để khắc phục nhược điểm này người ta có thể sử dụng đá có bê rộng lớn hơn bề rộng chỉ tiết Trong trường hợp này đầu đá chỉ thực hiện tiến dao dọc Sa¿c sau mỗi hành trình kép của bàn máy, tuy nhiên máy phải đảm bảo độ cứng vững và phải sửa đá cẩn thận để tránh đầu đá bị côn hoặc đường sinh đá không thẳng dễ gây ra sai số in dập trên bề mặt chỉ tiết gia công.3 QUA TRINH MAI PHANG KHI MAI BANG DA MAI THUONG 1. Lực cắt khi mài bằng đá mài thường. Lực cắt khi mài thường không lớn (trung bình khoảng 300 +400N) vi tiét diện phoi cắt bé.

Tuy nhiên công suất tiêu hao khi mài lớn vì tốc độ cắt khi mài cao. Xét những tác dụng trên hạt mài (hình 1. P: Lực cắt toàn phần Ðy: Lực cắt hướng kinh Pz Lực cắt tiếp tuyển Hình 1.3:Các thành phân lực cắt khi mài phẳng.[\] - Nâng cao được chất lượng và hiệu quả sản phẩm khi gia công bằng đá mái cá. bề mặt làm việc gián đoạn 3.

Ý nghĩa thực tiễn - Các kết quả nghiên cứu sẽ áp dụng để nâng cao chất lượng dé mai gián đoạn, điêu chỉnh ảnh hưởng các thông số chế độ khi gia công. lừ đó nâng cao chất lượng bề mặt, hiệu quả kinh tế kỹ thuật của phương pháp mài Dựa loại đá mài gián đoạn vào sản xuât hàng loạt. - Kết quả nghiên cửu cho thấy tinh ưu việt của đá mài gián đoạn, do vậy có thể ứng dụng trong cúc nhà máy khi gia công nhôm hợp kim, sử dụng để tham khảo khi mài các mác vật liệu có tỉnh mêm khác. Phuong Giang [11] đã nghiên cứu về khả năng giảm lực cắt khi gia công vật liéu ceramics st dung dé mai có bể mặt làm việc gián đoạn Do mài thường được chọn là nguyên công gia công tỉnh lần cuối nên chất lượng bề mặt mài ảnh hưởng trực tiếp đến độ bổn của chỉ liết máy.

Việc nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài bing dé mai có bể mặt làm việu gián đoạn đối với nhiều loại vật liệu khác nhau sẽ tạo điều kiện dé cai thiện quá trình gia công, nâng cao chất lượng bề mặt, độ bền của chỉ tiết máy. Mục dịch, đỗ tượng và phương pháp nghiên cứu. Mục đích của đề tài - Đánh giá khả năng gia công của đá mài có bề mặt lâm việc không liên tục khi gia công vật liệu có tính mêm. - 8o gánh khá năng gia công giữa đá mài có bễ mặt làm việc không liên tục sa với đá mài thông thưởng khi gia công vật liễu có tính mềm 2.

Đải tượng nghiên cứu - Vật liệu mài: Nhôm hợp kim - Phương pháp mài: Mái phẳng. 23: Phương pháp nghiên cửu - Nghiễn cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.