## Tổng quan nghiên cứu

Gia công mài phẳng là một trong những phương pháp gia công quan trọng nhằm nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết, đặc biệt với vật liệu cứng như thép SKD11 qua tôi. Quá trình mài phẳng phụ thuộc vào nhiều thông số kỹ thuật, trong đó chế độ sửa đá đóng vai trò quyết định đến độ nhám bề mặt và tuổi bền của đá mài. Theo ước tính, tốc độ cắt trung bình trong mài phẳng khoảng 30 m/s, có thể lên đến 120 m/s, tạo ra nhiệt độ vùng cắt từ 1000 đến 1500 độ C. Trong quá trình mài, đá mài bị mòn làm giảm khả năng cắt, do đó cần phải sửa đá định kỳ để duy trì độ sắc và hình dạng của đá.

Mục tiêu nghiên cứu là xác định chế độ sửa đá tối ưu nhằm đạt nhám bề mặt gia công nhỏ nhất khi mài phẳng thép SKD11 qua tôi bằng đá mài Hải Dương. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Thái Nguyên, trong năm 2020, sử dụng phương pháp thực nghiệm theo phương pháp Taguchi với 16 thí nghiệm được thiết kế. Ý nghĩa khoa học của đề tài là làm rõ ảnh hưởng của các thông số sửa đá đến nhám bề mặt, đồng thời xác định chế độ sửa đá tối ưu. Về thực tiễn, kết quả nghiên cứu giúp nâng cao chất lượng bề mặt và tuổi bền đá mài trong sản xuất các chi tiết khuôn dập, khuôn ép làm bằng thép SKD11.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Lý thuyết quá trình mài:** Quá trình mài phẳng bao gồm chuyển động quay của đá mài, chuyển động tịnh tiến của bàn máy và đá mài để tạo chiều sâu cắt. Đá mài cấu tạo từ hạt mài và chất dính kết, trong đó hạt mài Corundum và Silicon Carbide phổ biến. Độ cứng và cỡ hạt đá mài ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cắt và nhám bề mặt.
- **Lý thuyết sửa đá:** Sửa đá là quá trình tạo biên dạng và làm sắc đá mài bằng dụng cụ sửa đá, thường là bút chì kim cương. Quá trình sửa đá gồm ba bước: sửa thô, sửa tinh và chạy không ăn dao, nhằm tạo ra topography đá mài tối ưu, nâng cao tuổi bền và chất lượng bề mặt gia công.
- **Khái niệm chính:** Nhám bề mặt (Ra), tuổi bền đá mài, lượng chạy dao sửa đá (S), chiều sâu sửa đá thô (ar), số lần sửa thô (nr), chiều sâu sửa tinh (af), số lần sửa tinh (nf), số lần chạy không ăn dao (nnon).

### Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm với thiết kế thí nghiệm Taguchi L16 (4^4 2^2) để khảo sát ảnh hưởng của 6 thông số sửa đá đến nhám bề mặt Ra. Cỡ mẫu gồm 16 thí nghiệm, mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần, đo nhám bề mặt tại 3 vị trí trên phôi thép SKD11 kích thước 70x40x25 mm. Thiết bị thí nghiệm gồm máy mài phẳng MOTO – YOKOHAMA, đá mài Hải Dương Cn46TB2GV1, bút sửa đá kim cương nhiều hạt, máy đo nhám Mitutoyo SJ-201. Chế độ cắt cố định: tốc độ cắt 26,7 m/s, chiều sâu cắt 0,01 mm, lượng chạy dao dọc 8 mm/hành trình, vận tốc bàn 8 m/phút. Dung dịch tưới nguội Caltex Aquatex 3180, nồng độ 3%, lưu lượng 10 lít/phút. Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm Minitab 19, đánh giá ảnh hưởng thông số qua phân tích phương sai (ANOVA) và tỷ số tín hiệu/nhiễu (S/N).

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- **Ảnh hưởng số lần sửa đá thô (nr):** Chiếm 32,67% ảnh hưởng đến nhám bề mặt Ra. Tăng số lần sửa thô từ 1 đến 4 lần làm giảm nhám bề mặt, đạt giá trị nhỏ nhất tại 4 lần sửa.
- **Ảnh hưởng số lần sửa đá tinh (nf):** Chiếm 30,62% ảnh hưởng. Sửa tinh một lần giúp giảm nhám bề mặt, nhưng tăng số lần sửa tinh quá mức làm nhám tăng do giảm không gian chứa phoi.
- **Ảnh hưởng số lần chạy không ăn dao (nnon):** Chiếm 11,22%. Tăng số lần chạy không ăn dao đến 3 lần làm tăng số lưỡi cắt động, giảm nhám bề mặt.
- **Ảnh hưởng lượng chạy dao sửa đá (S):** Chiếm 9,93%. Lượng chạy dao thấp (1,6 m/phút) giúp giảm nhám bề mặt, tăng lượng chạy dao làm giảm số lưỡi cắt động, tăng nhám.
- **Chiều sâu sửa đá thô (ar) và chiều sâu sửa đá tinh (af):** Ảnh hưởng nhỏ hơn nhưng có xu hướng chiều sâu sửa thô 0,015 mm và chiều sâu sửa tinh 0,01 mm là mức tối ưu.

Bộ thông số chế độ sửa đá tối ưu được xác định gồm: ar = 0,015 mm, nr = 4 lần, nf = 1 lần, nnon = 3 lần, af = 0,01 mm, S = 1,6 m/phút, đạt nhám bề mặt nhỏ nhất 0,208 µm, sai số dự đoán thực nghiệm khoảng 11,23%. Kết quả phân tích ANOVA và biểu đồ ảnh hưởng chính minh họa rõ ràng mức độ tác động của từng thông số.

### Thảo luận kết quả

Nguyên nhân các thông số ảnh hưởng đến nhám bề mặt liên quan đến sự thay đổi topography đá mài và số lượng lưỡi cắt động. Số lần sửa thô và tinh tăng làm tăng chiều cao nhấp nhô đá, tạo điều kiện thoát phoi tốt hơn, giảm nhám. Tuy nhiên, sửa tinh quá nhiều làm giảm không gian chứa phoi, tăng ma sát và nhám. Lượng chạy dao sửa đá cao làm giảm số lưỡi cắt động, giảm khả năng cắt của đá. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trong và ngoài nước về tối ưu hóa chế độ sửa đá nhằm nâng cao tuổi bền và chất lượng bề mặt. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ ANOVA và biểu đồ ảnh hưởng chính để minh họa mức độ tác động của từng yếu tố.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Áp dụng chế độ sửa đá tối ưu:** Thực hiện sửa đá thô 4 lần với chiều sâu 0,015 mm, sửa tinh 1 lần với chiều sâu 0,01 mm, chạy không ăn dao 3 lần, lượng chạy dao 1,6 m/phút để đạt nhám bề mặt nhỏ nhất (≤0,21 µm). Thời gian áp dụng: ngay trong quy trình sản xuất hiện tại. Chủ thể: bộ phận kỹ thuật và vận hành máy mài.
- **Đào tạo nhân viên vận hành:** Tăng cường đào tạo về kỹ thuật sửa đá và kiểm soát các thông số sửa đá nhằm duy trì chất lượng bề mặt ổn định. Mục tiêu: giảm sai số nhám bề mặt dưới 10%. Thời gian: 3 tháng.
- **Đầu tư thiết bị đo nhám hiện đại:** Sử dụng máy đo nhám tự động để kiểm soát chất lượng bề mặt sau mài, đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật. Mục tiêu: nâng cao độ chính xác đo lường. Thời gian: 6 tháng.
- **Nghiên cứu mở rộng:** Tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa đa mục tiêu như lực cắt, dung sai độ phẳng, tuổi bền đá mài để nâng cao hiệu quả sản xuất. Chủ thể: phòng nghiên cứu và phát triển. Thời gian: 1-2 năm.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Kỹ sư cơ khí và vận hành máy mài:** Nắm bắt kỹ thuật sửa đá tối ưu để nâng cao chất lượng sản phẩm và tuổi bền đá mài trong sản xuất.
- **Nhà nghiên cứu và giảng viên kỹ thuật cơ khí:** Tham khảo phương pháp thiết kế thí nghiệm Taguchi và kết quả phân tích ảnh hưởng các thông số sửa đá.
- **Doanh nghiệp sản xuất khuôn mẫu và chi tiết chính xác:** Áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến quy trình mài phẳng thép SKD11, giảm chi phí và nâng cao chất lượng.
- **Sinh viên kỹ thuật cơ khí:** Học tập về quá trình mài, sửa đá và ứng dụng thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Tại sao phải sửa đá trong quá trình mài phẳng?**  
Sửa đá giúp loại bỏ các hạt mài cùn, tạo lưỡi cắt mới sắc bén, duy trì hình dạng và khả năng cắt của đá, từ đó đảm bảo chất lượng bề mặt và tuổi bền đá mài.

2. **Phương pháp Taguchi được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?**  
Phương pháp Taguchi thiết kế thí nghiệm với số lượng nhỏ nhất nhưng vẫn đánh giá được ảnh hưởng của nhiều thông số đến kết quả, giúp xác định chế độ sửa đá tối ưu nhanh chóng và hiệu quả.

3. **Nhám bề mặt Ra là gì và tại sao quan trọng?**  
Ra là chỉ số đo độ nhám trung bình của bề mặt gia công, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu suất sử dụng chi tiết. Nhám nhỏ giúp tăng độ bền và tính thẩm mỹ.

4. **Các thông số sửa đá nào ảnh hưởng nhiều nhất đến nhám bề mặt?**  
Số lần sửa đá thô và số lần sửa đá tinh có ảnh hưởng lớn nhất, chiếm hơn 60% tổng ảnh hưởng đến nhám bề mặt.

5. **Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các loại thép khác không?**  
Kết quả chủ yếu áp dụng cho thép SKD11 qua tôi, tuy nhiên phương pháp và nguyên lý có thể tham khảo để điều chỉnh cho các loại thép khác tùy theo tính chất vật liệu.

## Kết luận

- Đã xác định được chế độ sửa đá tối ưu khi mài phẳng thép SKD11 qua tôi nhằm đạt nhám bề mặt nhỏ nhất 0,208 µm.  
- Phân tích cho thấy số lần sửa đá thô và tinh, cùng số lần chạy không ăn dao là các yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng bề mặt.  
- Hệ thống thí nghiệm và phương pháp Taguchi được thiết lập và áp dụng hiệu quả trong nghiên cứu.  
- Kết quả thực nghiệm kiểm chứng sai số dưới 12%, đảm bảo tính ứng dụng thực tế cao.  
- Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo tập trung vào đa mục tiêu như lực cắt, dung sai và năng suất gia công.  

Hãy áp dụng chế độ sửa đá tối ưu để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất ngay hôm nay!