Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Các Thông Số Công Nghệ Đến Độ Nhám Bề Mặt Khi Mài Phẳng

Quá trình mài phẳng dựa trên việc sử dụng vô số hạt mài gắn kết bởi chất kết dính trên bề mặt đá. Các hạt mài này có hình dạng ngẫu nhiên và góc cắt âm, đóng vai trò như các lưỡi cắt siêu nhỏ. Khi đá mài tiếp xúc với vật liệu mài, các hạt mài bóc tách lớp vật liệu thành các phoi rất nhỏ. Khả năng tự mài sắc của đá mài cũng đóng vai trò quan trọng, khi các hạt mài bị mòn hoặc rơi ra sẽ để lộ các hạt mài mới. Theo tài liệu, các hạt mài "có thể bị mài mòn hoặc bị rơi ra khỏi bề mặt đá để lộ ra lớp hạt mài mới có tính năng cắt gọt tốt hơn. Đây chính là khả năng tự sửa đá mài."

Mài phẳng có nhiều ưu điểm như độ chính xác cao, độ nhám bề mặt thấp, khả năng gia công đa dạng vật liệu, và điều chỉnh chế độ cắt linh hoạt. Tuy nhiên, quá trình này cũng có một số hạn chế. Nhiệt cắt cao có thể gây cháy, nứt tế vi, và ứng suất dư trên bề mặt vật liệu mài. Cấu trúc phức tạp của đá mài gây khó khăn trong việc điều khiển quá trình. Chi phí mài thường cao hơn so với các phương pháp gia công khác. Vì vậy, mài thường được sử dụng khi yêu cầu độ chính xác và độ nhám bề mặt rất cao. Trong tài liệu gốc, "Nhiệt cắt sinh ra trong quá trình mài rất lớn (800-1000 C) (do vận tốc cắt lớn, các hạt mài thường có góc trước âm), biến dạng kim loại lớn gây ra các hiện tượng như cháy, nứt tế vi và ứng suất dư."

Tốc độ mài (V) là một trong những thông số công nghệ quan trọng nhất khi mài phẳng. Tốc độ mài cao có thể làm tăng nhiệt cắt, gây ra các vết cháy và nứt tế vi trên bề mặt. Tuy nhiên, tốc độ mài quá thấp có thể làm giảm hiệu quả cắt và tăng độ nhám. Do đó, cần lựa chọn tốc độ mài phù hợp với vật liệu mài, loại đá mài, và các thông số khác. Trong tài liệu, "Khi mài thường gây ra các khuyết tật như: Cháy mài, thoát các bon, nứt tế vi, ứng suất dư (ứng suất dư khi mài là ứng suất dư kéo)."

Lượng chạy dao (S) ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ và hình dạng của các vết xước trên bề mặt. Lượng chạy dao lớn có thể làm tăng độ nhám, trong khi lượng chạy dao quá nhỏ có thể làm giảm năng suất. Cần điều chỉnh lượng chạy dao phù hợp để đạt được độ nhám mong muốn và đảm bảo năng suất mài. Lượng chạy dao bao gồm lượng chạy dao dọc S và lượng chạy dao ngang Sng. "Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đồng thời của lượng chạy dao ngang S, tốc độ của bàn máy V, và chiều sâu cắt t tới độ nhám bề mặt chi tiết."

Chiều sâu cắt (t) là lượng vật liệu được loại bỏ trong mỗi lần mài. Chiều sâu cắt lớn có thể làm tăng lực cắt và nhiệt cắt, dẫn đến độ nhám cao hơn. Chiều sâu cắt nhỏ có thể cải thiện độ nhám, nhưng làm giảm năng suất. Việc lựa chọn chiều sâu cắt tối ưu là rất quan trọng để cân bằng giữa chất lượng bề mặt và năng suất. Theo tài liệu, "Có thể cắt được chiều sâu cắt rất nhỏ t = 0,005- 0,09 mm;"

Độ cứng của vật liệu mài ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống mài mòn của bề mặt sau khi mài. Vật liệu càng cứng, khả năng chống mài mòn càng cao, và độ nhám bề mặt có thể duy trì ở mức thấp trong thời gian dài hơn. Tuy nhiên, mài vật liệu cứng có thể đòi hỏi các loại đá mài và thông số công nghệ đặc biệt. "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 cứng, độ bền cao như: thép đã tôi, hợp kim cứng, thép bền nhiệt, v.v…"

Vật liệu có độ dẻo cao có xu hướng bị biến dạng dẻo trong quá trình mài, gây ra các vết xước và gờ trên bề mặt. Điều này có thể làm tăng độ nhám. Để mài hiệu quả vật liệu có độ dẻo cao, cần sử dụng các thông số công nghệ phù hợp, như tốc độ mài thấp hơn, lượng chạy dao nhỏ hơn, và sử dụng dung dịch trơn nguội hiệu quả. Thép không gỉ là một ví dụ về vật liệu mài có độ dẻo cao. Trong tài liệu gốc, "Độ chính xác và chất lượng bề mặt lại phụ thuộc 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."

Dung dịch trơn nguội đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nhiệt, bôi trơn, và loại bỏ phoi trong quá trình mài. Việc sử dụng dung dịch trơn nguội phù hợp có thể giúp cải thiện độ nhám bề mặt, giảm mài mòn đá, và kéo dài tuổi thọ của đá mài. Lựa chọn dung dịch trơn nguội phải phù hợp với loại vật liệu mài và đá mài sử dụng. "Mài theo phương pháp này diện tích tiếp xúc giữa đá và phôi nhỏ, số lượng hạt mài tham gia cắt gọt đồng thời ít hơn, nhiệt trên bề mặt tiếp xúc giữa đá và phôi giảm, do đó độ chính xác gia công đạt được cao hơn phương pháp mài bằng mặt đầu của đá."

Phương pháp tiếp xúc sử dụng một đầu kim (stylus) di chuyển trên bề mặt vật liệu mài. Độ dịch chuyển của đầu kim được ghi lại và sử dụng để tính toán độ nhám bề mặt. Phương pháp này có độ chính xác cao, nhưng có thể gây xước bề mặt mềm. Cần lựa chọn lực đo phù hợp để tránh làm hỏng bề mặt. "Hình 3.4 Máy đo độ nhám Mittutoyo ST-400.5 Sơ đồ nguyên lý đo độ nhám R"

Phương pháp không tiếp xúc sử dụng laser hoặc quang học để quét bề mặt vật liệu mài. Độ phản xạ hoặc tán xạ ánh sáng được ghi lại và sử dụng để tính toán độ nhám. Phương pháp này không gây xước bề mặt, phù hợp với vật liệu mềm hoặc nhạy cảm. Tuy nhiên, độ chính xác có thể thấp hơn so với phương pháp tiếp xúc.

Phần mềm mô phỏng quá trình mài cho phép dự đoán độ nhám bề mặt (Ra) dựa trên các thông số công nghệ, vật liệu mài, và đá mài. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí thử nghiệm, đồng thời tìm ra các giá trị thông số tối ưu để đạt được độ nhám mong muốn. Kết quả mô phỏng cần được kiểm chứng bằng thực nghiệm để đảm bảo độ chính xác.

Trong quá trình mài, các yếu tố như mài mòn đá, nhiệt độ, và rung động có thể ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt (Ra). Do đó, cần theo dõi các thông số công nghệ và điều chỉnh chúng khi cần thiết để đảm bảo chất lượng ổn định. Sử dụng các hệ thống giám sát và điều khiển tự động có thể giúp quá trình này hiệu quả hơn.

Sử dụng vật liệu nano và công nghệ phủ bề mặt để tạo ra các loại đá mài mới với hiệu suất cắt, độ bền, và khả năng tự mài sắc cao hơn. Đá mài nano có thể giúp giảm độ nhám bề mặt (Ra) và kéo dài tuổi thọ của đá mài.

Sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML) để xây dựng các hệ thống điều khiển quá trình mài thông minh. Hệ thống AI có thể học hỏi từ dữ liệu thực nghiệm và điều chỉnh thông số công nghệ một cách tự động để đạt được độ nhám bề mặt (Ra) tối ưu và duy trì chất lượng ổn định.