CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU 1. Giới thiệu về mài và mài lỗ Mài là một phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao bằng một số lượng lớn các lưỡi cắt rất bé của hạt mài. Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất dính kết. So với các phương pháp gia công cắt gọt bằng các dụng cụ cắt có lưỡi cắt xác định, mài có một số đặc điểm sau: -Đá mài là dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt, gồm các hạt mài được liên kết với nhau bằng chất dính kết.
Các hạt mài có hình dáng rất khác nhau, sự phân bố của chúng trong đá mài rất ngẫu nhiên nên các thông số hình học của lưỡi cắt thường không hợp lý, không thuận lợi cho quá trình cắt. Thường góc trước γ < 0, góc sắc φ > 900 và có bán kính p ở các lưỡi cắt. -Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường V = 30 - 35 m/s hoặc có thể lớn hơn 100 m/s. Tiết diện phoi mài ra rất bé.
-Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục, các hạt mài nằm tách biệt trên mặt đá và cắt ra các phoi riêng biệt. Do đó có thể coi quá trình mài là một quá trình cạo xước liên tục bề mặt gia công. -Do tốc độ cắt cao, thông số hình học của lưỡi cắt không hợp lý nên nhiệt độ cắt khi mài rất cao, có thể đến 1000 - 1500° C. -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 bền, độ cứng cao như: thép đã tôi, hợp kim cứng, thép bền nhiệt.
-Các hạt mài có độ giòn cao nên trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc một phần. -Do cấu trúc hình học tế vi bề mặt đá rất phức tạp, sự sắp xếp hạt mài, sự tạo các lưỡi cắt trên hạt mài là ngẫu nhiên nên việc điều khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn. Quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt, tạo ra phoi rất nhỏ nên mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao. Vì vậy mài thường được dùng cho gia công tinh và thường được bố trí ở nguyên công gia công lần cuối trong quy trình công nghệ.
Hiện nay phương pháp mài được sử dụng khá phổ biến trong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 ngành chế tạo máy. Trong tổng số máy công cụ máy mài chiếm khoảng 30%, còn trong một số ngành đặc biệt như chế tạo vòng bi máy mài chiếm tới 60%. Mài không chỉ dùng trong gia công tinh mà ngày nay được sử dụng ngày càng nhiều ở nguyên công gia công phá, gia công thô và gia công những loại vật liệu khó gia công. Độ chính xác, năng suất và chất lượng gia công đòi hỏi ngày một cao thì mài càng được quan tâm nghiên cứu và sử dụng rộng rãi.
Khả năng công nghệ của mài. Mài có thể gia công được hầu hết các dạng bề mặt: Mặt trụ ngoài, mặt trụ trong, mặt phẳng, mặt định hình v.1 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn ngoài [5] a,b-Mài có tâm chạy dao dọc c- Mài có tâm chạy dao ngang d- Mài có tâm chạy dao xiên e- Mài vô tâm chạy dao dọc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong[17] e Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng[17] a, b- Mài phẳng bằng chu vi đá c, d, e- Mài phẳng bằng mặt đầu đá Ngoài ra mài còn có khả năng gia công được những chi tiết khó định vị và kẹp chặt như: Xéc măng, viên bi v. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao: Khi mài tinh có thể đạt độ chính xác kích thước cấp 6 - 7, nhám bề mặt Ra=0,1 - 0,2 µm. Mài có khả năng gia công được hầu hết các loại vật liệu nhất là các loại vật liệu mới có cơ lý tính cao (độ bền, độ cứng, độ chịu nhiệt, chịu mài mòn).
Lĩnh vực ứng dụng khác mà không có phương pháp nào cạnh tranh được với mài là trong gia công tạo hình các loại vật liệu đặc biệt cứng hoặc đặc biệt giòn.Trong sản xuất các chi tiết thép tôi như dụng cụ cắt, ổ lăn… mài có thể gia công khá dễ dàng trong khi các phương pháp gia công truyền thống khác gặp khó khăn. Vì vậy mài ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng. Đặc điểm của quá trình mài lỗ. Khi mài mặt trụ trong thì đường kính của đá mài phải nhỏ hơn đường kính của lỗ mài.
Thường chọn đường kính đá bằng 0,7÷ 0,9 đường kính lỗ cần mài. Mài mặt trụ trong cũng được tiến hành bằng hai phương pháp đó là mài có tâm và mài vô tâm. Cụ thể trong nghiên cứu này ta sẽ sử dụng phương pháp mài có tâm là phương pháp thường dùng và phổ biến hơn cả. Chi tieá t Ñaùmaø i a) b) Hình 1.
Mài lỗ có tâm[18] a. Ảnh chụp mài lỗ Mài lỗ có tâm có hai cách gá đặt chi tiết. Cách thứ nhất là chi tiết được kẹp chặt trên mâm cặp và quay tròn, trục đá cũng quay tròn là chuyển động chính và thực hiện cả chuyển động chạy dao dọc hoặc chuyển động chạy dao ngang. Phương pháp gá đặt này thường dùng để mài chi tiết nhỏ, các mặt tròn xoay, các vật dễ gá trên mâm cặp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 Phương pháp thứ hai là chi tiết đươc gá cố định trên bàn máy. Trục mang đá thực hiện tất cả các chuyển động gồm: chuyển động quay tròn của đá, chuyển động chạy dao dọc hoặc ngang và chuyển đông hành trình của đá xung quanh tâm lỗ gia công để cắt hết bề mặt chu vi lỗ. Thực chất chuyển động hành trình của đá ở phương pháp thứ hai là thay cho chuyển động quay tròn của chi tiết gia công của phương pháp thứ nhất. Phương pháp thứ hai này thuận tiện khi gia công các chi tiết lớn như: thân động cơ, các loại hộp, các chi tiết cồng kềnh.
Dựa vào điều kiện thực tế và kích thước chi tiết gia công ta sử dụng cách thứ nhất để gia công trong nghiên cứu. Vai trò của mài và mài lỗ trong công nghiệp Quá trình mài đã xuất hiện từ lâu; bằng mài có thể gia công được vật liệu có độ bền và độ cứng cao, cho độ chính xác kích thước (cấp 6-7), độ nhẵn bề mặt cao (nhám bề mặt đạt cấp 7-8 và cao hơn). Chất lượng lớp bề mặt tốt. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và của ngành chế tạo máy nói riêng, ngày càng có nhiều loại vật liệu mới ra đời đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về cơ lí tính và các tính chất đặc biệt khác, tính gia công của các loại vật liệu này rất thấp (khó gia công), đồng thời các chi tiết có yêu cầu ngày càng cao về chất lượng và độ chính xác.
Do vậy, phạm vi sử dụng của phương pháp mài ngày càng được mở rộng. Trong ngành chế tạo máy hiện đại, mài chiếm một tỷ lệ rất lớn, máy mài chiếm khoảng 30% tổng số máy cắt kim loại. Đặc biệt là trong ngành chế tạo ổ bi, nguyên công mài chiếm khoảng 60% toàn bộ quy trình công nghệ. Ảnh hưởng của nhiệt cắt khi mài Trong quá trình mài nhiệt độ phát sinh rất lớn, ở vùng tiếp xúc giữa đá và vật mài, nhiệt độ có thể lên tới 1000 ÷ 1500 oC.
Thời gian tác dụng để phát sinh nhiệt rất ngắn từ 1.10-6 giây, sau đó nhiệt độ lại giảm xuống nhanh chóng, vì vậy gây ra rất nhiều tác động đến vật mài như thay đổi cấu trúc của lớp bề mặt, giảm độ cứng, cháy nứt, biến dạng, …. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Đồ thị bão hòa nhiệt cắt khi mài thép 12XH4A bằng đá Ctr25MV1K [5] Sau một thời gian mài, nhiệt độ của vùng mài đạt đến một trị số bão hòa nhiệt. Người ta đã đo được thời gian bão hòa nhiệt T = 0,012÷0,015s.
Nhiều thí nghiệm cho thấy rằng sau thời gian bão hòa nhiệt thì nhiệt độ mài hầu như không tăng nữa. Nhiệt độ bão hòa phụ thuộc vào vật liệu gia công, chế độ mài, công nghệ tưới nguội và điều kiện công nghệ. Nhiệt độ mài Tm có thể xác định theo công thức sau [5], [7]: 1.1 Trong đó: k - hệ số thực nghiệm. µ- hệ số ma sát giữa đá và vật liệu gia công.
p - áp lực riêng ở vùng tiếp xúc (kg/m2). l - chiều dài tiếp xúc (cm). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 υd- tốc độ đá mài (m/ph). λ - hệ số truyền nhiệt của vật liệu gia công (Kcal/cm.
γ - khối lượng riêng của vật liệu gia công. c - nhiệt dung của vật liệu gia công. Phương trình (1.1) cho thấy nhiệt độ mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chế độ cắt, vật liệu gia công, vật liệu hạt mài, chất dính kết, độ xốp của đá mài, dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội. Khác với các phương pháp cắt gọt khác, khi mài bằng đá thường nhiệt độ mài chủ yếu truyền vào chi tiết gia công (65%÷84%), phần còn lại truyền vào đá mài (11%÷12%), vào dung dịch trơn nguội (4% ÷13%) và vào phoi không đáng kể (3%÷7%) [5] Mỗi loại vật liệu có hệ số truyền nhiệt khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ các nguyên tố hợp kim trong vật liệu.
Những loại thép có nhiều nguyên tố hợp kim và hàm lượng cao thì hệ số truyền nhiệt thấp (bảng 2. Những vật liệu này khi mài nhiệt tỏa ra chậm làm cho nhiệt độ vùng mài tăng cao, bề mặt mài dễ bị cháy và nứt. Hệ số truyền nhiệt (λ) của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tố hợp kim [5]. Hàm lượng nguyên tố hợp kim λ 2 % Cr 0,025 12 % Cr 0,050 18 % w 0,070 2 % Mn 0,078 1,1 % C 0,102 Để giảm nhiệt độ mài có thể dùng các biện pháp sau: - Giảm vận tốc cắt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 - Dùng dung dịch trơn nguội và các biện pháp tưới nguội tiên tiến. - Sử dụng những loại đá mài có bề mặt làm việc không liên tục, đá mài độ xốp cao.