Nghiên cứu nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng khi mài tinh

Luận án tiến sĩ nghiên cứu nghiên cứu cải thiện kết quả của quá trình mài phẳng khi mài tinh, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng dụng trong lĩnh vực tại Việt Nam.

• Tác giả: Lưu Anh Tùng
• Người hướng dẫn: PGS. Vũ Ngọc Pi
• Trường học: Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng khi mài tinh
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
• 1.1. Đặc trưng của quá trình mài phẳng
• 1.2. Quá trình tạo phoi khi mài
• 1.3. Chiều dài cung tiếp xúc
• 1.4. Chiều dày lớp cắt. Quá trình sửa đá
• 1.5. Dụng cụ sửa đá
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN LÀM MÁT, CHẾ ĐỘ CẮT VÀ CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ HỢP LÝ
• 2.1. Thực nghiệm xác định chế độ bôi trơn làm mát và chế độ cắt hợp lý
• 2.2. Lựa chọn thông số và điều kiện thí nghiệm
• 2.3. Xác định theo chỉ tiêu nhám bề mặt Ra
• 2.4. Mức độ ảnh hưởng của các thông số
• 2.5. Xác định chế độ hợp lý
• 2.6. Tính toán dự đoán
• 2.7. Xác định theo chỉ tiêu lực cắt pháp tuyến Fy
• 2.8. Xác định mức độ ảnh hưởng của các thông số
• 2.9. Xác định chế độ hợp lý
• 2.10. Bài toán đa mục tiêu cả nhám bề mặt và lực cắt pháp tuyến nhỏ nhất bằng phân tích quan hệ mờ trong phương pháp Taguchi
• 2.11. Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ sửa đá hợp lý
• 2.12. Lựa chọn các thông số và các điều kiện thí nghiệm
• 2.13. Xác định theo chỉ tiêu nhám bề mặt
• 2.14. Phân tích ảnh hưởng
• 2.15. Xác định bộ thông số chế độ sửa đá hợp lý
• 2.16. Tính toán dự đoán giá trị nhám bề mặt
• 2.17. Xác định theo chỉ tiêu lực cắt pháp tuyến
• 2.18. Phân tích ảnh hưởng
• 2.19. Xác định bộ thông số sửa đá hợp lý
• 2.20. Tính toán dự đoán giá trị Fy
• 2.21. Xác định theo chỉ tiêu tuổi bền đá mài Tw
• 2.22. Phân tích ảnh hưởng
• 2.23. Xác định bộ thông số sửa đá hợp lý
• 2.24. Tính toán dự đoán giá trị Tw
• 2.25. Xác định theo chỉ tiêu dung sai độ phẳng
• 2.26. Phân tích ảnh hưởng
• 2.27. Xác định bộ thông số sửa đá hợp lý
• 2.28. Tính toán dự đoán giá trị Fl
• 2.29. Xác định theo chỉ tiêu năng suất gia công
• 2.30. Phân tích ảnh hưởng
• 2.31. Xác định chế độ sửa đá hợp lý
• 2.32. Tính toán dự đoán giá trị năng suất gia công MRR
• 2.33. Bài toán đa mục tiêu về nhám bề mặt và dung sai độ phẳng khi sửa đá
• 2.34. Thực hiện phân tích trị số quan hệ mờ
• 3. CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH MỨC HỢP LÝ CỦA CÁC THÔNG SỐ KHẢO SÁT NHẰM ĐẠT CẢ HAI MỤC TIÊU RAMIN VÀ FLMIN KHI SỬA ĐÁ
• 3.1. Tính toán trị số quan hệ mờ và trị số của Ra và Fl ứng với mức hợp lý của các thông số sửa đá
• 3.2. Bài toán đa mục tiêu nhằm cả bốn mục tiêu nhám bề mặt Ra, dung sai độ phẳng Fl, năng suất gia công MRR và tuổi bền của đá mài Tw khi sửa đá
• 3.3. Phân tích quan hệ số quan hệ mờ
• 3.4. Xác định mức và trị số của thông số sửa đá nhằm cả bốn mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax
• 3.5. Tính toán trị số quan hệ mờ và trị số của Ra, Fl, MRR và Tw ứng với mức hợp lý của các thông số sửa đá
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH THAY ĐÁ TỐI ƯU
• 4.1. Phân tích chi phí gia công mài phẳng
• 4.2. Xác định chi phí đá mài cho một chi tiết gia công
• 4.3. Xác định thời gian gia công mài một chi tiết tgc
• 4.4. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí mài phẳng
• 4.5. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến đường kính thay đá tối ưu
• 4.6. Xác định hàm mục tiêu và xây dựng kế hoạch thực hiện
• 4.7. Đánh giá các ảnh hưởng của các thông số
• 4.8. Đánh giá các ảnh hưởng của thông số khảo sát đến De,op
• 4.9. Phân tích hồi quy - phương sai
• 4.10. Kiểm chứng mô hình xác định đường kính thay đá tối ưu bằng thực nghiệm
• 4.11. Điều kiện thực nghiệm
• 4.12. Cách thức tiến hành thí nghiệm
• 4.13. Kết quả thực nghiệm
• 4.14. Áp dụng mô hình thay đá tối ưu với chế độ sửa đá và chế độ trơn nguội tối ưu
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về mài phẳng

Quá trình mài phẳng là một trong những phương pháp gia công cơ khí quan trọng, giúp tạo ra bề mặt có độ nhẵn cao và chính xác. Hiệu quả mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chế độ cắt, loại đá mài, và điều kiện làm mát. Việc tối ưu hóa quá trình mài không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện hiệu quả mài thông qua việc phân tích các thông số kỹ thuật và ứng dụng công nghệ mới trong mài tinh.

1.1. Đặc điểm của quá trình mài phẳng

Quá trình mài phẳng có những đặc điểm riêng biệt, bao gồm sự hình thành phoi và sự tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết gia công. Công nghệ mài hiện đại sử dụng các loại đá mài khác nhau, từ đá kim cương đến đá CBN, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng bề mặt. Việc hiểu rõ về quá trình mài giúp các kỹ sư thiết kế các phương pháp gia công hiệu quả hơn, từ đó nâng cao hiệu quả mài.

II. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả mài

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả mài, bao gồm chế độ cắt, loại đá mài, và điều kiện bôi trơn. Kỹ thuật mài cần được điều chỉnh để phù hợp với từng loại vật liệu và yêu cầu kỹ thuật cụ thể. Việc lựa chọn máy mài và thiết bị phù hợp cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả mài. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số như tốc độ quay của đá mài và lượng bôi trơn có thể cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt và tuổi thọ của đá mài.

2.1. Chế độ cắt và bôi trơn

Chế độ cắt là yếu tố quyết định đến hiệu quả mài. Việc điều chỉnh chiều sâu cắt và tốc độ chạy dao có thể ảnh hưởng đến lực cắt và nhiệt sinh ra trong quá trình mài. Dung dịch trơn nguội cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nhiệt và tăng tuổi thọ của đá mài. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng dung dịch bôi trơn phù hợp có thể giảm thiểu mòn đá và cải thiện độ nhẵn bề mặt.

III. Mô hình nâng cao hiệu quả mài phẳng

Mô hình nâng cao hiệu quả mài phẳng được xây dựng dựa trên các yếu tố ảnh hưởng đã được phân tích. Mô hình này bao gồm các thông số đầu vào như tốc độ quay của đá mài, chiều sâu cắt, và loại dung dịch bôi trơn. Việc áp dụng mô hình này trong thực tiễn giúp tối ưu hóa quá trình mài tinh, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng mô hình này có thể cải thiện đáng kể các chỉ tiêu như nhám bề mặt và năng suất gia công.

3.1. Phân tích thực nghiệm

Phân tích thực nghiệm được thực hiện để xác định các thông số tối ưu cho quá trình mài phẳng. Các thí nghiệm được thiết kế theo phương pháp Taguchi, cho phép đánh giá ảnh hưởng của từng thông số đến hiệu quả mài. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số này không chỉ cải thiện chất lượng bề mặt mà còn tăng năng suất gia công, từ đó mang lại lợi ích kinh tế cho doanh nghiệp.

IV. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc nâng cao hiệu quả mài phẳng có thể đạt được thông qua việc tối ưu hóa các thông số kỹ thuật và áp dụng công nghệ mới. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng mô hình nâng cao hiệu quả mài có thể được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các công nghệ mới trong mài tinh và cải thiện các phương pháp bôi trơn để nâng cao hơn nữa hiệu quả của quá trình mài.

4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Đề xuất nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc khảo sát ảnh hưởng của các loại đá mài mới và dung dịch bôi trơn hiện đại đến hiệu quả mài. Ngoài ra, việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong quá trình mài cũng là một hướng đi tiềm năng, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Gia công mài phẳng là nguyên công gia công tinh phổ biến trong chế tạo cơ khí, chiếm khoảng 20% đến 25% tổng chi phí gia công cắt gọt. Phương pháp này giữ vai trò then chốt khi gia công bề mặt phẳng đòi hỏi cấp chính xác từ 5 đến 7 và độ nhám bề mặt $R_a$ từ 0,2 đến 3,2 $\mu\text{m}$, đặc biệt đối với các chi tiết dạng tấm, đĩa mỏng (như lá van máy nén khí, lá ly hợp, đĩa phanh, khuôn dập) làm bằng thép hợp kim dụng cụ sau khi tôi cứng.

Trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam, máy mài phẳng vạn năng với vận tốc trục chính không đổi được sử dụng phổ biến cùng đá mài gốm Hải Dương. Khi đường kính đá mài ($D_s$) giảm dần do quá trình mòn và sửa đá, vận tốc cắt ($V_đ$) giảm theo, làm suy giảm năng suất bóc tách vật liệu và kéo dài thời gian gia công. Thói quen sử dụng đá mài đến sát bích kẹp nhằm tận dụng tối đa viên đá dẫn đến chi phí gia công trên một đơn vị sản phẩm tăng cao. Do đó, việc xác định đường kính thay đá tối ưu ($D_{e,op}$) kết hợp với thiết lập chế độ bôi trơn làm mát và quy trình sửa đá hợp lý là vấn đề kỹ thuật có ý nghĩa thực tiễn nhằm tối thiểu hóa chi phí và đảm bảo chất lượng bề mặt.

Luận án xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Xây dựng mô hình giải tích xác định chi phí gia công mài phẳng và tính toán đường kính thay đá tối ưu ($D_{e,op}$) nhằm đạt chi phí gia công một chi tiết ($C_{p,t}$) nhỏ nhất.
2. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số chế độ bôi trơn làm mát (nồng độ dung dịch, lưu lượng) và chế độ cắt (lượng chạy dao dọc, vận tốc bàn, chiều sâu cắt) đến độ nhám bề mặt ($R_a$) và lực mài pháp tuyến ($F_y$).
3. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của quy trình sửa đá 3 bước (chiều sâu sửa thô, số lần sửa thô, chiều sâu sửa tinh, số lần sửa tinh, số lần chạy không ăn dao và lượng chạy dao sửa đá) đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật: $R_a$, $F_y$, tuổi bền đá mài ($T_w$), dung sai độ phẳng ($Fl$) và năng suất gia công ($MRR$).
4. Giải quyết bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu bằng phương pháp Taguchi kết hợp phân tích quan hệ xám (GRA) để xác định bộ thông số công nghệ sửa đá và bôi trơn làm mát tối ưu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Quá trình mài tinh phẳng bằng chu vi đá mài gốm Hải Dương Cn46TB2GV1 khi gia công thép hợp kim dụng cụ 90CrSi sau nhiệt luyện (tôi cứng đạt độ cứng yêu cầu).
• Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát lý thuyết và thực nghiệm mô hình tính toán chi phí mài phẳng trên máy mài phẳng MOTO – YOKOHAMA; thực nghiệm xác định chế độ bôi trơn làm mát tưới tràn, chế độ cắt và quy trình sửa đá bằng bút sửa đá kim cương nhiều hạt.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án tổng thuật các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước theo bốn hướng trọng tâm:

Hướng nghiên cứu	Tác giả, công trình tiêu biểu	Nội dung và kết quả chính ghi nhận trong văn bản
Ảnh hưởng của chế độ cắt khi mài	Suzdal’tsev và cs. [35]	Nghiên cứu mài phẳng Pyroceramic bằng đá kim cương; phân tích ảnh hưởng của chất dính kết (M04, M17-01, M1-10, M2-01), cỡ hạt, mật độ kim cương, vận tốc cắt và vận tốc bàn đến lực mài $F_y$ và độ nhám bề mặt.
	Asokan và cs. (2006) [28]	So sánh thuật toán di truyền (GA), quy hoạch bậc hai (QP) và tối ưu hóa bầy đàn (PSO) để tối ưu hóa chi phí sản xuất ($C_T$), tỷ lệ bóc tách ($WRP$) và nhám bề mặt ($R_a$) cho mài thô và mài tinh.
	Marinescu và cs. (2006) [48]; Fiecoat [59]	Đánh giá mài vận tốc cao bằng đá CBN; khảo sát ảnh hưởng của đơn tinh thể CBN đến tốc độ bóc tách vật liệu riêng ($>200\text{ mm}^3/(\text{mm}\cdot\text{s})$), công suất cắt và lực mài $F_y$.
	Külekci (2013) [52]; Thomas và cs. (2014) [30]; Talapatra & Islam (2014) [67]; Periyasamy và cs. (2014) [33]	Ứng dụng phương pháp Taguchi và phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) để tối ưu hóa vận tốc bàn ($V_B$), chiều sâu cắt ($f_d$), lượng chạy dao dọc ($S_d$) khi mài thép AISI 1040, AISI 1080, gốm SiC và thép cacbon.
Thông số công nghệ sửa đá mài	Kozuro và cs. (1981) [46]; Shaw (1996) [50]	Đề xuất quy trình sửa đá thô - tinh - không ăn dao; quy định góc nghiêng gá bút kim cương một hạt $\alpha = 10^\circ \div 20^\circ$, chiều sâu sửa thô $a_{edr} \le 25\ \mu\text{m}$, sửa tinh $a_{edf} \le 12,5\ \mu\text{m}$.
	Brinksmeier và cs. [34]; Fritz Klocke (1999) [36]	Thiết lập quan hệ giữa hệ số trùng khít $U_d = b_d / f_{ad}$ với độ nhấp nhô bề mặt đá $R_{ts}$, lực mài và độ nhám chi tiết.
	Malkin (2008) [63]; Chen và cs. [73]; Baseri (2012) [41]; Rabiey và cs. (2012) [51]	Khảo sát chế độ sửa đá cho đá mài gốm, so sánh sửa đá bằng đầu kim cương với công nghệ laser; khuyến nghị chế độ sửa đá từ Norton [55], Winter [72] và NORITAKE [54].
Chế độ bôi trơn làm mát	E.J da Silva và cs. (2003) [64]; Radhakrishnan [65]; Monici và cs. (2006) [58]	Khảo sát dung dịch dầu thực vật bán tổng hợp, dầu nguyên chất, dung dịch phụ gia $\text{CaF}_2$, đầu phun Webster nhằm kiểm soát nhiệt mài ($1000^\circ\text{C} \div 1500^\circ\text{C}$), giảm mòn đá và lực ma sát.
	Mandal và cs. (2011) [29]; Fredj và cs. (2006) [53]; Mak [76]; Annamalai [69]	Nghiên cứu phá vỡ hàng rào khí động quanh đá mài bằng rào cản khí nén; thử nghiệm hệ thống làm lạnh tích cực và dung dịch gốc nước có phụ gia sinh thái.
Xác định chi phí quá trình mài	Field và cs. (1980) [49]	Xây dựng mô hình giải tích chi phí mài một chi tiết ($C_{p,t}$); phân tích cơ cấu chi phí gồm: thời gian mài cơ bản (44,46%), hiệu chỉnh máy (25,97%), gá/tháo chi tiết (15,58%), thời gian sửa đá (13,09%), hao phí đá mài (0,89%).
	Enparantza và cs. (2006) [61]; Slowik [25]; Krishna & Rao (2006) [28]; Nee [74]	Phân tích chi phí vòng đời (LCC) của máy mài ESTARTA; áp dụng thuật toán MOEA-SGP, ACO, GA, QP để giải bài toán đa mục tiêu giữa chi phí và chất lượng gia công.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án lựa chọn giải quyết:

• Các mô hình chi phí hiện có chưa xác định tường minh thời điểm thay đá mài (đường kính thay đá tối ưu $D_{e,op}$) đối với máy mài phẳng vạn năng có số vòng quay trục chính cố định để cực tiểu hóa chi phí gia công.
• Chưa có công trình khảo sát đầy đủ ảnh hưởng đồng thời của quy trình sửa đá 3 bước (sửa thô, sửa tinh, chạy không ăn dao) và chế độ bôi trơn làm mát đến việc tối ưu hóa đa mục tiêu ($R_a$, $F_y$, $T_w$, $Fl$, $MRR$) khi mài phẳng thép 90CrSi bằng đá mài Hải Dương.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết quá trình mài phẳng

Quá trình bóc tách phoi của hạt mài trải qua 3 giai đoạn kế tiếp:

1. Giai đoạn trượt ma sát: Đỉnh hạt mài tiếp xúc, trượt đàn hồi trên bề mặt phôi, sinh nhiệt ma sát lớn nhưng chưa cắt đứt vật liệu.
2. Giai đoạn nén dẻo: Lực pháp tuyến $F_y$ và lực tiếp tuyến $F_z$ tăng dần, vật liệu bị biến dạng nén dẻo và đùn sang hai bên vệt trượt.
3. Giai đoạn tạo phoi: Khi chiều sâu cắt vượt qua chiều sâu cắt giới hạn và ứng suất vượt độ bền chảy của vật liệu, phoi mài hình thành trong thời gian khoảng $5 \times 10^{-3}\text{ s}$ ở nhiệt độ vùng cắt từ $1000^\circ\text{C}$ đến $1450^\circ\text{C}$. Năng lượng riêng của quá trình mài đạt khoảng $50\text{ J/mm}^3$ (cao hơn mức $2 \div 5\text{ J/mm}^3$ của tiện và phay). Bề mặt chi tiết xuất hiện lớp biến cứng nguội dày khoảng $2\ \mu\text{m}$ với độ cứng đạt xấp xỉ $1100\text{ HV}$.

Cơ chế sửa đá được đặc trưng bởi hệ số trùng khít $U_d$: $$U_d = \frac{b_d}{f_{ad}}$$ Trong đó: $b_d$ là chiều rộng tiếp xúc của dụng cụ sửa đá ($\text{mm}$); $f_{ad}$ là lượng chạy dao dọc của dụng cụ sửa đá sau một vòng quay của đá mài ($\text{mm/vòng}$).

Mô hình chi phí gia công một chi tiết ($C_{p,t}$) được phát triển từ cấu trúc chi phí gia công cắt gọt: $$C_{p,t} = C_{mh} \cdot t_{gc} + C_{đm,p}$$ Trong đó: $C_{mh}$ là chi phí giờ máy và nhân công ($\text{VNĐ/h}$); $t_{gc}$ là tổng thời gian gia công một chi tiết ($\text{h}$); $C_{đm,p}$ là chi phí tiêu hao đá mài phân bổ cho một chi tiết ($\text{VNĐ}$). Thời gian $t_{gc}$ bao gồm thời gian cắt cơ bản ($t_c$), thời gian mài hết hoa lửa ($t_{sp}$), thời gian gá tháo phôi ($t_{lu}$), thời gian sửa đá ($t_{d,p}$) và thời gian thay đá ($t_{cw,p}$).

[Thông số đầu vào]
[Hiện tượng vật lý vùng mài]
[Chỉ tiêu đánh giá đầu ra]

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích dữ liệu

• Thiết kế thí nghiệm: Sử dụng phương pháp Taguchi với ma trận trực giao ($L_{16}$) nhằm giảm số lượng thí nghiệm thực hiện nhưng vẫn đánh giá đầy đủ các ảnh hưởng chính và ảnh hưởng tương tác.
• Xử lý số liệu: Phân tích phương sai (ANOVA) để xác định mức độ đóng góp phần trăm ($C%$) của từng thông số công nghệ đến các chỉ tiêu đầu ra và loại bỏ các biến không có ý nghĩa thống kê vào thành phần sai số.
• Tối ưu hóa đa mục tiêu: Áp dụng phương pháp phân tích quan hệ xám (Grey Relational Analysis - GRA). Quy trình gồm: chuẩn hóa tỉ số tín hiệu trên nhiễu ($S/N$) theo đặc tính "càng nhỏ càng tốt" (với $R_a, F_y, Fl$) hoặc "càng lớn càng tốt" (với $T_w, MRR$), tính toán hệ số quan hệ xám ($\gamma_i$), xác định cấp quan hệ xám trung bình ($\bar{\gamma}$) để tìm bộ thông số tối ưu đồng thời.
• Phân tích hồi quy: Xây dựng hàm tương quan thực nghiệm đa biến bậc hai có xét tương tác để xác định đường kính thay đá tối ưu $D_{e,op}$.

Thiết bị và điều kiện thực nghiệm

• Máy công cụ: Máy mài phẳng vạn năng MOTO – YOKOHAMA (Nhật Bản), trục mang đá có số vòng quay cố định $n = 2850\text{ vòng/phút}$.
• Vật liệu phôi: Thép hợp kim dụng cụ 90CrSi qua tôi cứng, kích thước phôi mẫu dạng tấm phẳng.
• Đá mài và dụng cụ sửa đá: Đá mài gốm Hải Dương Cn46TB2GV1 (đường kính ban đầu $D_0 = 300\text{ mm}$, bề rộng $W_{gw} = 40\text{ mm}$); bút sửa đá kim cương nhiều hạt.
• Hệ thống đo kiểm:
  • Đầu đo lực 3 thành phần Kistler 9257BA kết hợp bộ khuếch đại điện tích để đo lực mài pháp tuyến $F_y$.
  • Máy đo độ nhám bề mặt Mitutoyo Surftest SJ-201 (Nhật Bản).
  • Máy đo tọa độ ba chiều CMM 544 Mitutoyo để xác định dung sai độ phẳng $Fl$.
  • Kính hiển vi kỹ thuật số Keyence VHX-6000 để chụp cấu trúc bề mặt đá mài và cơ chế mòn hạt mài.
  • Khúc xạ kế REF-511 đo nồng độ dung dịch trơn nguội ($ND$); đồng hồ lưu lượng Z-5615 Panel Flowmeter đo lưu lượng dung dịch ($LL$).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về mài phẳng

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở phân loại mài phẳng (mài bằng chu vi đá và mài bằng mặt đầu đá), cấu trúc các chuyển động công nghệ và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình mài. Tác giả tổng hợp các công bố khoa học trong và ngoài nước liên quan đến 4 nhóm vấn đề: ảnh hưởng của chế độ cắt ($S_d, V_B, f_d$), công nghệ sửa đá mài ($a_{ed}, S, U_d$), chế độ bôi trơn làm mát (tưới tràn, MQL, làm lạnh tích cực) và phương pháp tính toán chi phí gia công.

Chương này rút ra các kết luận:

• Gia công mài phẳng chịu sự chi phối phức tạp của các tương tác cơ - nhiệt; các nghiên cứu tối ưu hóa trước đây đa phần xử lý mục tiêu đơn lẻ mà chưa tích hợp bài toán đa mục tiêu đồng thời.
• Chưa có nghiên cứu công bố về mô hình giải tích xác định thời điểm thay đá mài tối ưu ($D_{e,op}$) cho máy mài phẳng vạn năng nhằm tối thiểu hóa chi phí gia công trong điều kiện sử dụng đá mài Hải Dương gia công thép 90CrSi tôi.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết về mài phẳng và phương pháp xây dựng mô hình thí nghiệm

Chương 2 trình bày cơ chế vật lý của quá trình tạo phoi qua 3 giai đoạn (trượt ma sát, nén dẻo, tạo phoi cắt), xác định chiều dài cung tiếp xúc và chiều dày phoi cắt tương đương. Chương này phân tích chi tiết nhiệt cắt trong quá trình mài ($1000^\circ\text{C} \div 1450^\circ\text{C}$), cơ chế bôi trơn làm mát tưới tràn để phá vỡ hàng rào khí động quanh chu vi đá, các dạng mòn hạt mài (mòn phẳng đỉnh hạt, vỡ vụn vi mô, vỡ tróc liên kết) và quy luật hình thành nhám bề mặt, lực cắt ($F_y, F_z$), sóng bề mặt và dung sai độ phẳng ($Fl$).

Tác giả thiết lập hệ thống thí nghiệm hoàn chỉnh kết nối máy mài MOTO – YOKOHAMA với đầu đo lực Kistler 9257BA, máy đo nhám Mitutoyo SJ-201, máy đo tọa độ CMM 544 và kính hiển vi VHX-6000. Đồng thời, chương 2 xây dựng quy trình quy hoạch thực nghiệm theo mảng trực giao Taguchi kết hợp thuật toán tối ưu hóa quan hệ xám (GRA) phục vụ cho các nghiên cứu thực nghiệm ở các chương tiếp theo.

Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ bôi trơn làm mát, chế độ cắt và chế độ sửa đá hợp lý

Chương 3 triển khai hai nội dung thực nghiệm lớn trên thép 90CrSi tôi bằng đá mài Cn46TB2GV1:

1. Thực nghiệm xác định chế độ bôi trơn làm mát và chế độ cắt

Khảo sát 5 thông số đầu vào gồm: nồng độ dung dịch trơn nguội ($ND = 5 \div 15%$), lưu lượng dung dịch ($LL = 10 \div 20\text{ lít/phút}$), lượng chạy dao dọc ($S_d = 2 \div 6\text{ mm/hành trình}$), vận tốc bàn máy ($V_B = 5 \div 15\text{ m/phút}$) và chiều sâu cắt ($f_d = 0,005 \div 0,015\text{ mm/hành trình}$) theo ma trận trực giao $L_{16}$.

Kết quả phân tích ANOVA và tỉ số $S/N$:

• Đối với độ nhám bề mặt ($R_a$): Chiều sâu cắt $f_d$ và nồng độ dung dịch $ND$ là các yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất; tương tác giữa $ND$ và $LL$ có tác động rõ rệt đến việc cải thiện chất lượng bề mặt.
• Đối với lực mài pháp tuyến ($F_y$): Chiều sâu cắt $f_d$ chiếm tỷ lệ đóng góp lớn nhất vào sự gia tăng lực mài, tiếp theo là lượng chạy dao dọc $S_d$ và vận tốc bàn $V_B$.
• Áp dụng phân tích GRA giải bài toán đa mục tiêu ($R_{a,\min}$ và $F_{y,\min}$), xác định được bộ thông số công nghệ hợp lý: $ND = 15%$, $LL = 20\text{ lít/phút}$, $S_d = 2\text{ mm/HT}$, $V_B = 5\text{ m/phút}$, $f_d = 0,005\text{ mm/HT}$.

2. Thực nghiệm xác định chế độ sửa đá hợp lý qua quy trình 3 bước

Khảo sát 6 thông số công nghệ sửa đá bằng bút kim cương nhiều hạt: chiều sâu sửa thô ($a_{edr}$), số lần sửa thô ($n_r$), chiều sâu sửa tinh ($a_{edf}$), số lần sửa tinh ($n_f$), số lần chạy không ăn dao ($n_{non}$) và lượng chạy dao sửa đá ($S$).

Đánh giá đơn mục tiêu và đa mục tiêu:

• Phân tích ANOVA chỉ ra: $a_{edr}$ và $n_r$ ảnh hưởng chi phối đến tuổi bền đá mài $T_w$ và năng suất $MRR$; trong khi $a_{edf}$, $n_f$, $n_{non}$ và $S$ quyết định trực tiếp đến độ nhám $R_a$ và dung sai độ phẳng $Fl$.
• Tối ưu hóa 2 mục tiêu ($R_{a,\min}$ và $Fl_{\min}$) bằng GRA: Xác định chế độ sửa đá hợp lý đạt $R_a$ và sai lệch độ phẳng cực tiểu.
• Tối ưu hóa đồng thời 4 mục tiêu ($R_{a,\min}$, $Fl_{\min}$, $MRR_{\max}$, $T_{w,\max}$) bằng GRA: Tìm được bộ thông số sửa đá tối ưu gồm: $a_{edr} = 0,025\text{ mm}$, $n_r = 3\text{ lần}$, $a_{edf} = 0,010\text{ mm}$, $n_f = 2\text{ lần}$, $n_{non} = 3\text{ lần}$, $S = 1,6\text{ m/phút}$. Ảnh chụp kính hiển vi VHX-6000 xác nhận cấu trúc bề mặt đá sau khi sửa với chế độ này có mật độ lưỡi cắt phân bố đều, hạn chế hiện tượng tróc vỡ sớm của hạt mài.

Chương 4. Nghiên cứu xác định đường kính thay đá tối ưu

Chương 4 tập trung xây dựng và kiểm chứng mô hình xác định đường kính thay đá tối ưu ($D_{e,op}$):

• Xây dựng hàm mục tiêu chi phí: Thiết lập phương trình giải tích xác định chi phí gia công mài một chi tiết ($C_{p,t}$) phụ thuộc vào đường kính thay đá ($D_e$). Phân tích định lượng sự đánh đổi: Khi kéo dài thời gian sử dụng viên đá (giảm $D_e$), chi phí khấu hao đá mài trên một chi tiết ($C_{đm,p}$) giảm, nhưng do đường kính đá nhỏ dẫn đến vận tốc cắt $V_đ$ giảm, làm giảm năng suất cắt, kéo dài thời gian cắt cơ bản $t_c$ và thời gian sửa đá $t_{d,p}$, dẫn đến chi phí giờ máy ($C_{mh} \cdot t_{gc}$) tăng nhanh.
• Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: Đánh giá độ nhạy của 8 thông số đến $D_{e,op}$ gồm: đường kính đá ban đầu ($D_0$), bề rộng đá ($W_{gw}$), tổng chiều sâu sửa đá ($a_{ed}$), độ cứng phôi ($HRC$), tuổi bền đá ($T_w$), lượng mòn đá ($W_{pd}$), chi phí giờ máy ($C_{mh}$) và giá thành viên đá ($C_{đm}$).
• Mô hình hồi quy và ANOVA: Thiết lập phương trình hồi quy xác định $D_{e,op}$. Biểu đồ Pareto và đồ thị tương tác cho thấy $D_0$, $C_{mh}$, $C_{đm}$ và $W_{gw}$ là các thông số có ảnh hưởng mang tính quyết định đến giá trị $D_{e,op}$.
• Kiểm chứng thực nghiệm: Tiến hành gia công kiểm chứng trên máy mài MOTO – YOKOHAMA với phôi thép 90CrSi tôi. Kết quả thực nghiệm khẳng định việc thay đá tại đường kính $D_{e,op}$ tính toán từ mô hình giúp giảm tổng chi phí gia công một chi tiết so với tập quán mài đến sát bích kẹp. Khi kết hợp đồng thời đường kính thay đá tối ưu ($D_{e,op}$), chế độ bôi trơn làm mát tối ưu và chế độ sửa đá 3 bước tối ưu, chi phí gia công một chi tiết giảm rõ rệt trong khi độ nhám bề mặt và độ phẳng chi tiết được đảm bảo ổn định trong dung sai cho phép.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

1. Xây dựng thành công mô hình giải tích tính toán chi phí gia công mài phẳng có xét đến sự biến thiên liên tục của đường kính đá mài theo thời gian sử dụng, từ đó xác lập phương pháp luận khoa học để xác định đường kính thay đá tối ưu ($D_{e,op}$) nhằm cực tiểu hóa chi phí gia công.
2. Làm sáng tỏ quy luật ảnh hưởng đồng thời và định lượng mức độ tác động của các thông số quy trình sửa đá 3 bước ($a_{edr}, n_r, a_{edf}, n_f, n_{non}, S$) và chế độ bôi trơn làm mát ($ND, LL$) kết hợp chế độ cắt ($S_d, V_B, f_d$) đến tổ hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật ($R_a, F_y, T_w, Fl, MRR$) khi mài phẳng thép 90CrSi bằng đá mài Hải Dương.
3. Ứng dụng thành công phương pháp tích hợp Taguchi và phân tích quan hệ xám (GRA) trong bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu phức hợp cho quá trình mài phẳng công nghệ cao.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và ứng dụng

1. Cung cấp bộ thông số công nghệ bôi trơn làm mát và chế độ cắt hợp lý cho nguyên công mài tinh phẳng thép 90CrSi tôi: $ND = 15%$, $LL = 20\text{ lít/phút}$, $S_d = 2\text{ mm/HT}$, $V_B = 5\text{ m/phút}$, $f_d = 0,005\text{ mm/HT}$.
2. Xác lập quy trình công nghệ sửa đá 3 bước tối ưu bằng đầu sửa kim cương nhiều hạt: sửa thô ($a_{edr} = 0,025\text{ mm}$, $n_r = 3\text{ lần}$), sửa tinh ($a_{edf} = 0,010\text{ mm}$, $n_f = 2\text{ lần}$), chạy không ăn dao ($n_{non} = 3\text{ lần}$) với lượng chạy dao dọc sửa đá $S = 1,6\text{ m/phút}$.
3. Đề xuất bảng tra cứu và công thức tính toán đường kính thay đá tối ưu $D_{e,op}$ cho các cơ sở cơ khí chế tạo sử dụng máy mài phẳng vạn năng và đá mài Hải Dương, loại bỏ tập quán sử dụng đá mòn kiệt gây lãng phí chi phí giờ máy và nhân công.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

• Nghiên cứu thực nghiệm tập trung trên một loại vật liệu phôi cụ thể là thép hợp kim dụng cụ 90CrSi qua tôi cứng và một chủng loại đá mài gốm Hải Dương Cn46TB2GV1.
• Mô hình xác định đường kính thay đá tối ưu được khảo sát trên máy mài phẳng vạn năng có số vòng quay trục chính cố định; chưa mở rộng khảo sát cho các dòng máy mài điều khiển số (CNC) có biến tần tự động điều chỉnh tốc độ trục chính để duy trì vận tốc cắt không đổi.
• Phương thức bôi trơn làm mát khảo sát giới hạn ở phương pháp tưới tràn truyền thống, chưa thực hiện so sánh đối chứng thực nghiệm với các công nghệ bôi trơn làm mát tối thiểu (MQL) hoặc làm lạnh sâu đối với loại phôi này.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

1. Mở rộng kiểm chứng mô hình chi phí và thuật toán xác định $D_{e,op}$ cho các mác thép dụng cụ khác (như SKD11, SKD61, SUJ2) và các loại đá mài siêu cứng (CBN, kim cương).
2. Nghiên cứu xác định $D_{e,op}$ và chế độ cắt tối ưu trên máy mài phẳng CNC có khả năng ổn định vận tốc cắt $V_đ = \text{const}$.
3. Nghiên cứu tích hợp phương pháp bôi trơn làm mát tối thiểu (MQL) và bôi trơn làm mát bằng khí nén lạnh kết hợp hạt nano vào quá trình mài phẳng thép hợp kim sau tôi.

---

Giá trị tham khảo

Bản luận án là tài liệu tham khảo chuyên sâu cho các đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí / Chế tạo máy: Tham khảo phương pháp xây dựng mô hình giải tích chi phí gia công cắt gọt, kỹ thuật quy hoạch thực nghiệm Taguchi kết hợp phân tích quan hệ xám GRA và quy trình đo kiểm lực mài, độ nhám, độ phẳng bề mặt bằng thiết bị chính xác.
• Kỹ sư công nghệ, cán bộ kỹ thuật tại các nhà máy sản xuất cơ khí: Ứng dụng trực tiếp bộ thông số chế độ cắt, nồng độ và lưu lượng dung dịch trơn nguội, quy trình sửa đá 3 bước và công thức tính đường kính thay đá $D_{e,op}$ để nâng cao năng suất, đảm bảo cấp chính xác và giảm giá thành nguyên công mài phẳng chi tiết thép 90CrSi sau nhiệt luyện.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao việc tiếp tục dùng đá mài đến sát bích kẹp lại làm tăng chi phí mài một chi tiết thay vì tiết kiệm?
Trả lời: Trên máy mài phẳng vạn năng có số vòng quay trục chính $n$ cố định, khi đường kính đá $D_s$ giảm sâu, vận tốc cắt $V_đ = (\pi \cdot D_s \cdot n) / 60$ giảm tỷ lệ thuận. Vận tốc cắt thấp làm giảm tốc độ bóc tách vật liệu, buộc phải giảm chế độ cắt để tránh cháy bề mặt, khiến thời gian cắt cơ bản $t_c$ và thời gian sửa đá kéo dài. Sự gia tăng chi phí giờ máy và nhân công ($C_{mh} \cdot t_{gc}$) vượt xa số tiền tiết kiệm được từ việc tận dụng phần đá mài còn lại, khiến tổng chi phí cho một chi tiết $C_{p,t}$ tăng lên.

2. Quy trình sửa đá 3 bước do luận án đề xuất gồm những giai đoạn nào và thông số tối ưu là bao nhiêu?
Trả lời: Quy trình gồm 3 bước thực hiện bằng bút sửa đá kim cương nhiều hạt với lượng chạy dao dọc $S = 1,6\text{ m/phút}$:

• Sửa thô: Chiều sâu sửa thô $a_{edr} = 0,025\text{ mm}$, số lần sửa $n_r = 3\text{ lần}$.
• Sửa tinh: Chiều sâu sửa tinh $a_{edf} = 0,010\text{ mm}$, số lần sửa $n_f = 2\text{ lần}$.
• Chạy không ăn dao: Số lần thực hiện $n_{non} = 3\text{ lần}$.

3. Chế độ bôi trơn làm mát hợp lý được xác định như thế nào và ảnh hưởng ra sao đến chất lượng mài?
Trả lời: Thực nghiệm chỉ ra chế độ hợp lý gồm nồng độ dung dịch trơn nguội $ND = 15%$ và lưu lượng tưới $LL = 20\text{ lít/phút}$. Dung dịch nồng độ cao giúp tăng cường khả năng bôi trơn, giảm hệ số ma sát giữa hạt mài và bề mặt phôi, làm giảm đáng kể độ nhám bề mặt $R_a$ và hạn chế tích tụ nhiệt gây ứng suất dư kéo hoặc nứt tế vi.

4. Mô hình chi phí của Field và cộng sự (1980) được luận án kế thừa ghi nhận tỷ trọng các thành phần chi phí như thế nào?
Trả lời: Theo số liệu trích dẫn từ Field và cộng sự trong luận án, cơ cấu chi phí mài phẳng một chi tiết gồm: chi phí thời gian mài cơ bản chiếm tỷ trọng lớn nhất (44,46%), chi phí hiệu chỉnh máy (25,97%), chi phí gá đặt và tháo chi tiết (15,58%), chi phí thời gian sửa đá (13,09%), chi phí hao mòn đá do sửa đá (0,83%) và chi phí hao mòn đá do mài (0,06%).

---

Kết luận

Luận án của tác giả Lưu Anh Tùng đã giải quyết trọn vẹn vấn đề nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình mài tinh phẳng thép 90CrSi tôi bằng đá mài gốm Hải Dương trên máy mài vạn năng. Bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm quy hoạch Taguchi và phân tích quan hệ xám (GRA), tác giả đã xác lập được bộ thông số tối ưu cho chế độ bôi trơn làm mát, chế độ cắt và quy trình sửa đá 3 bước. Đóng góp cốt lõi của công trình là mô hình giải tích và phương trình hồi quy xác định đường kính thay đá tối ưu ($D_{e,op}$), chứng minh cơ sở khoa học của việc dừng sử dụng đá mài đúng thời điểm để cực tiểu hóa chi phí gia công một chi tiết. Kết quả nghiên cứu có giá trị ứng dụng trực tiếp tại các cơ sở chế tạo cơ khí và làm tài liệu tham khảo chuyên ngành cho công tác đào tạo, nghiên cứu công nghệ gia công cắt gọt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÀI PHẲNG 1. Đặc điểm và các sơ đồ mài phẳng Gia công bằng phương pháp mài được chia thành nhiều dạng khác nhau như mài tròn (trong hoặc ngoài, có tâm hoặc vô tâm), mài phẳng. So với các phương pháp gia công cắt gọt khác, mài nói chung và mài phẳng nói riêng có một số đặc điểm sau [14]: - Đá mài được tạo thành gồm các hạt mài được sắp xếp lộn xộn, ngẫu nhiên và được liên kết với nhau bằng chất dính kết.

Các hạt mài nằm tách biệt nhau trên bề mặt đá, chúng tham gia cắt không liên tục và cắt ra mỗi phoi riêng. Do đó có thể xem quá trình mài như là một quá trình cào xước liên tục lên bề mặt của phôi. - Đá mài có thể được coi là dụng cụ cắt nhiều lưỡi, các lưỡi cắt có thông số hình học không giống nhau. Trong quá trình mài, số lượng hạt mài có góc trước âm lớn tham gia cắt là chủ yếu, điều này không thuận tiện cho quá trình cắt gọt, dó đó lực hướng kính khi mài rất lớn.

- Tốc độ cắt khi mài rất lớn, thông thường khoảng 2040m/s, đặc biệt có thể lên đến 120m/s hoặc cao hơn. Thêm vào đó, góc cắt của các hạt mài lớn nên nhiệt độ cắt khi mài rất cao, có thể đạt tới 10001500C. Phoi tạo ra khi mài rất nhỏ và nóng đỏ. - Lực cắt khi mài tuy nhỏ nhưng diện tích tiếp xúc của đỉnh các hạt mài với bề mặt gia công rất nhỏ nên lực cắt đơn vị rất lớn.

Năng lượng riêng khi mài khoảng 50J/mm3, trong khi đó năng lượng riêng của các phương pháp cắt gọt khác khoảng 2÷5J/mm3. - Trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc. Nghĩa là các hạt cùn bị bật ra khỏi chất dính kết và các hạt có đỉnh sắc ở lân cận tham gia cắt, hoặc hạt mài cùn bị vỡ tạo thành các lưỡi cắt sắc mới tham gia cắt. - Bề mặt gia công thường có một lớp cứng nguội phân bố đều, chiều dày khoảng 2m, độ cứng HV = 1100.

Lớp bề mặt này tồn tại ứng suất dư lớn và những vết nứt tế vi. Do vậy, sau khi mài thông thường có thể tiến hành mài khôn hoặc mài nghiền để khắc phục hiện tượng này. - Do không điều chỉnh được vị trí và thông số hình học của hạt mài nên việc điều khiển quá trình mài rất khó khăn. Nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí gia công là mục tiêu của hầu hết các quá trình sản xuất.

Đối với các chi tiết phải sử dụng nguyên công mài thì chất lượng và chi phí của nguyên công này có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng và chi phí sản xuất. Trong thực tế, các chi tiết máy có hình dạng, kích thước, profile bề mặt rất đa dạng như mặt trụ, mặt cầu hoặc mặt phẳng vv. Hầu hết các chi tiết đều có mặt phẳng và yêu cầu nhám bề mặt thấp, dung sai nhỏ, độ cứng bề mặt cao. Nếu không sử dụng phương pháp mài thì hoặc không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật; hoặc hiệu quả gia công rất thấp, chi phí gia công cao.

Do vậy, mài phẳng chiếm vị trí rất quan trọng khi gia công chính xác các chi tiết này. luan an 6 Mô hình mài phẳng bao gồm hai dạng: (1) Dùng chu vi của đá để mài gọi là mài lăn (Hình 1.1a, b, c); (2) Dùng mặt đầu của đá để mài, gọi là mài mặt hoặc mài xoa (Hình 1. Phương pháp mài lăn có diện tích tiếp xúc giữa chu vi đá với bề mặt gia công nhỏ hơn nên năng suất cắt thấp hơn so với mài xoa. Nhưng dễ bôi trơn làm mát và cho chất lượng bề mặt gia công cao.

Phương pháp này thường dùng để mài những chi tiết có bề rộng lớn và yêu cầu chính xác cao. Phương pháp mài xoa có diện tích tiếp xúc giữa mặt đầu của đá với bề mặt gia công lớn nên cho năng suất cắt cao. Chất lượng bề mặt gia công thấp vì điều kiện bôi trơn làm mát khó khăn. Nhiệt mài phát sinh lớn, dễ gây ra biến dạng nhiệt trong quá trính mài.

Nhược điểm này được khắc phục bằng cách gá nghiêng trục đá một góc khoảng 1o2o để giảm diện tích tiếp xúc giữa đá với bề mặt gia công, đồng thời đưa dung dịch trơn nguội tới vùng cắt dễ hơn. Phương pháp này thường dùng để mài những chi tiết có độ chính xác thấp và bề rộng mài nhỏ. c) Mài bằng chu vi đá với a) Mài dọc bằng chu vi đá b) Mài rãnh bằng chu vi đá bàn quay d) Mài chạy dao hướng e) Mài chạy dao dọc bằng f) Mài xoa tâm bằng mặt đầu đá mặt đầu đá Hình 1. Sơ đồ mài phẳng [48] Thông thường, quá trình mài phẳng bằng chu vi đá trên máy mài có bàn máy hình chữ nhật gồm có các chuyển động (Hình 1.

luan an 7 Hình 1. Các chuyển động khi mài phẳng bằng chu vi đá trên máy mài có bàn máy hình chữ nhật [4] 1. Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu Hình 1.3 mô tả ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến quá trình mài và đến chất lượng của chi tiết gia công. Theo đó, các thông số đầu vào tạo ra một hệ gồm máy mài và đồ gá mài (loại máy, đặc tính của máy), chi tiết gia công (hình dạng và vật liệu chi tiết), đá mài (hình dạng và tính chất của đá), dụng cụ sửa đá (loại và tính chất), dung dịch trơn nguội (loại và chế độ trơn nguội).

Hệ các thông số nêu trên tạo nên các biến đầu vào ảnh hưởng đến quá trình mài. Các biến này gồm có các thông số của chế độ mài (chiều sâu cắt khi mài, lượng chạy dao, tốc độ cắt), các thông số công nghệ sửa đá (chiều sâu sửa đá, lượng chạy dao, số lần sửa) và chế độ trơn nguội (loại dung dịch, nồng độ, áp suất và lưu lượng). th«ng sè ®Çu vµo c¸c hiÖn t­îng vËt lý x¶y th«ng sè ®Çu ra ra trong qu¸ tr×nh c¾t 1. §¸ mµi: lùc c¾t - VËt liÖu h¹t; - ChÊt kÕt dÝnh; - §é cøng; - CÊu tróc ®¸; - §é h¹t; nhiÖt c¾t 1.

§èi t­îng gia c«ng 2. ChÊt l­îng: - VËt liÖu; - §é nh¸m; - H×nh d¸ng, kÝch th­íc - §é sãng; 4. ChÕ ®é tr¬n nguéi - C¬ lý tÝnh. Gi¸ thµnh - L­u l­îng; mßn 4.

Tuæi thä ®¸ - ¸p suÊt. ChÕ ®é c¾t: - VËn tèc c¾t - L­îng ch¹y dao; - ChiÒu s©u c¾t. ChÕ ®é söa ®¸: - Dông cô söa; - ChÕ ®é söa. Ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến các tham số của quá trình mài và đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của sản phẩm gia công [4, 7, 36] luan an 8 Quá trình mài được đặc trưng bởi cơ chế cắt (về cơ và nhiệt) và cơ chế mòn (về cơ, nhiệt và hóa học).

Các cơ chế này đều bị ảnh hưởng bởi rung động và nhiệt cắt khi mài. Kết quả của quá trình mài gồm hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật. Về kỹ thuật, quá trình mài tạo nên chi tiết gia công có độ chính xác về hình dạng, kích thước và có chất lượng bề mặt tốt, tuy nhiên cũng tạo nên một lớp mỏng trên bề mặt có thể bị phá hủy. Thêm vào đó, quá trình mài cũng làm mòn đá mài và làm cho bề mặt đá bị bám dính bởi các phoi kim loại.

Về hiệu quả kinh tế, quá trình mài được đánh giá bởi năng suất và chi phí mài. Do vậy, tổng quan các nghiên cứu về mài phẳng tập trung vào các vấn đề: Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt; Ảnh hưởng của chế độ sửa đá; Ảnh hưởng của chế độ bôi trơn làm mát; Xác định chi phí của quá trình mài. Từ các phân tích trên cho thấy, muốn nâng cao hiệu quả của quá trình mài (tăng năng suất, giảm chi phí mài) thì cần thiết phải lựa chọn tối ưu các biến đầu vào để được các thông số quá trình mài hợp lý hoặc tối ưu. Từ đó đạt được hiệu quả quá trình mài tốt nhất hay hợp lý nhất.

Muốn vậy cần thực hiện các giải pháp sau: - Xác định các thông số chế độ cắt khi mài hợp lý hoặc tối ưu bao gồm: Chiều sâu cắt khi mài, lượng chạy dao, tốc độ cắt; - Xác định đường kính đá tối ưu khi thay; - Xác định chế độ công nghệ sửa đá mài hợp lý hoặc tối ưu; - Xác định chế độ trơn nguội khi mài hợp lý hoặc tối ưu. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ cắt Các thông số chế độ cắt khi mài gồm chiều sâu cắt, lượng chạy dao, tốc độ cắt. Những thông số này ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng mài cũng như topography, độ mòn và tuổi bền của đá mài. Cho đến nay, có rất nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số nói trên đến quá trình mài và việc lựa chọn hợp lý hoặc tính toán tối ưu các thông số này.

Suzdal’tsev và các cộng sự [35] đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ mài đến chất lượng các chi tiết làm từ Pyroceramic khi mài phẳng bằng đá mài kim cương. Quan hệ giữa lực cắt và loại chất dính kết của đá kim cương [35] Nghiên cứu cho thấy, lực cắt nhỏ nhất và ít thay đổi ứng với các chất dính là M04, M17-01, M1-10, M2-01 (Hình 1. Cỡ hạt mài tăng thì lực cắt giảm nhưng nhám bề luan an 9 mặt tăng (Hình 1.5a), mật độ kim cương của đá mài (4,39 cara/mm3 vành đá mài kim cương tương đương mật độ 100%) (Hình 1.5b) và vận tốc đá mài (Hình 1.5c) tăng thì lực cắt giảm, nhám bề mặt giảm sau đó tăng. Vận tốc bàn tăng (tỉ số giữa vận tốc cắt và vận tốc bàn giảm) thì nhám bề mặt và lượng mòn đá tăng còn lực cắt Fy giảm (Hình 1.

Chiều sâu cắt tăng thì lực cắt tăng (Hình 1. Quan hệ giữa lực cắt và nhám bề mặt gia công [35] với: (a) độ hạt của đá, (b) mật độ kim cương và (c) với vận tốc cắt của đá. Ảnh hưởng của vận tốc bàn Hình 1.