## 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 sắc, tuổi bền của đá mài và chất lượng bề mặt gia công. 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 cắt rất cao từ 1000 đến 1500 độ C. Trong thực tế sản xuất, việc duy trì độ sắc của đá mài thông qua sửa đá là cần thiết để đảm bảo độ chính xác và nhám bề mặt yêu cầu.

Mục tiêu nghiên cứu là xác định chế độ sửa đá tối ưu nhằm đạt nhám bề mặt nhỏ nhất khi mài phẳng thép SKD11 qua tôi bằng đá mài Hải Dương. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên trong năm 2020, sử dụng phương pháp thực nghiệm Taguchi để khảo sát ảnh hưởng của các thông số sửa đá. Ý nghĩa khoa học của đề tài là làm rõ ảnh hưởng của các thông số sửa đá đến nhám bề mặt, đồng thời đề xuất chế độ sửa đá tối ưu. Về thực tiễn, kết quả nghiên cứu hỗ trợ nâng cao năng suất và chất lượng gia công 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. Lưỡi cắt của đá mài gồm các hạt mài có hình dạng không đồng đều, phân bố ngẫu nhiên, tạo ra lực cắt lớn và nhiệt độ cao trong vùng cắt.

- **Lý thuyết sửa đá:** Sửa đá là quá trình làm sắc lại đá mài bằng dụng cụ sửa đá kim cương, gồm các bước sửa thô, sửa tinh và chạy không ăn dao. Quá trình này tạo ra topography (cấu trúc bề mặt) của đá mài, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cắt và tuổi bền của đá.

- **Khái niệm chính:**
  - *Nhám bề mặt (Ra):* Đặc trưng cho độ nhẵn của bề mặt gia công, đơn vị µm.
  - *Tuổi bền đá mài:* Thời gian làm việc liên tục của đá giữa hai lần sửa đá.
  - *Topography đá mài:* Tập hợp các lồi lõm trên bề mặt đá, ảnh hưởng đến khả năng cắt và độ mòn.
  - *Lưỡi cắt tĩnh và động:* Lưỡi cắt tĩnh là các cạnh sắc nhô ra khỏi chất kết dính, lưỡi cắt động là phần thực sự tham gia cắt.

### 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 6 thông số sửa đá: lượng chạy dao sửa đá (S), chiều sâu sửa đá thô (ar), số lần sửa đá thô (nr), chiều sâu sửa đá tinh (af), số lần sửa đá tinh (nf), và số lần chạy không ăn dao (nnon). Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần để đảm bảo độ tin cậy.

Nguồn dữ liệu thu thập từ thí nghiệm trên máy mài phẳng MOTO – YOKOHAMA, sử dụng đá mài Hải Dương Cn46TB2GV1 và bút sửa đá kim cương nhiều hạt. Chi tiết gia công là thép SKD11 kích thước 70x40x25 mm. Nhám bề mặt được đo bằng máy đo nhám Mitutoyo SJ-201.

Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm Minitab 19 để đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến nhám bề mặt và xác định chế độ sửa đá tối ưu. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2020 với các bước chuẩn bị, thực nghiệm và phân tích kết quả.

---

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- **Ảnh hưởng của số lần sửa đá thô (nr):** Chiếm 32,67% ảnh hưởng đến nhám bề mặt. Khi số lần sửa thô tăng từ 1 đến 4 lần, nhám bề mặt giảm đáng kể, đạt giá trị nhỏ nhất tại 4 lần sửa.

- **Ảnh hưởng của số lần sửa đá tinh (nf):** Chiếm 30,62% ảnh hưởng. Nhám bề mặt giảm khi sửa tinh một lần, nhưng tăng nhẹ khi sửa tinh nhiều lần do không gian chứa phoi bị thu hẹp.

- **Ảnh hưởng của số lần chạy không ăn dao (nnon):** Chiếm 11,22%. Tăng số lần chạy không ăn dao giúp tăng số lưỡi cắt động, làm nhám bề mặt giảm, đạt tối ưu tại 3 lần.

- **Ảnh hưởng của lượng chạy dao sửa đá (S):** Chiếm 9,93%. Lượng chạy dao tăng làm giảm số lưỡi cắt động, dẫn đến nhám bề mặt tăng. Mức tối ưu là 1,6 m/ph.

- **Chiều sâu sửa đá thô (ar) và chiều sâu sửa đá tinh (af):** Ảnh hưởng nhỏ hơn nhưng vẫn có tác động đến nhám bề mặt, với mức tối ưu lần lượt là 0,015 mm và 0,01 mm.

Nhám bề mặt nhỏ nhất đạt được là 0,208 µm với chế độ sửa đá: ar = 0,015 mm, nr = 4 lần, nf = 1 lần, nnon = 3 lần, af = 0,01 mm, S = 1,6 m/ph. Giá trị này sai khác khoảng 11,23% so với giá trị dự đoán, chứng tỏ độ chính xác cao của mô hình.

### Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy số lần sửa đá thô và tinh là các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công. Việc tăng số lần sửa đá thô giúp tạo ra topography đá mài với nhiều lưỡi cắt động, cải thiện khả năng cắt và giảm nhám bề mặt. Số lần sửa tinh cần được kiểm soát để tránh làm giảm không gian chứa phoi, gây tăng nhám.

So sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy kết quả phù hợp với các khuyến nghị về chế độ sửa đá trong gia công mài, đồng thời bổ sung thêm dữ liệu cụ thể cho thép SKD11 qua tôi và đá mài Hải Dương. Việc sử dụng phương pháp Taguchi giúp giảm số lượng thí nghiệm mà vẫn xác định được các thông số tối ưu một cách hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ ảnh hưởng chính và bảng phân tích phương sai (ANOVA) để minh họa mức độ ảnh hưởng của từng thông số, hỗ trợ việc ra quyết định trong thực tế sản xuất.

---

## 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 đá tinh 1 lần với chiều sâu 0,01 mm, và chạy không ăn dao 3 lần, lượng chạy dao sửa đá 1,6 m/phút để đạt nhám bề mặt nhỏ nhất (≤ 0,21 µm). Thời gian áp dụng: ngay trong các quy trình gia công hiện tại.

- **Đào tạo kỹ thuật viên:** Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật sửa đá và vận hành máy mài phẳng theo chế độ tối ưu nhằm nâng cao tay nghề và nhận thức về tầm quan trọng của sửa đá đúng cách.

- **Kiểm soát chất lượng dung dịch tưới nguội:** Đảm bảo dung dịch tưới nguội có nồng độ và lưu lượng ổn định (3%, 10 lít/phút) để giảm nhiệt độ vùng mài, hạn chế biến dạng bề mặt và tăng tuổi bền đá mài.

- **Xây dựng hệ thống giám sát:** Triển khai hệ thống đo nhám bề mặt tự động và giám sát lực cắt để theo dõi hiệu quả sửa đá, kịp thời điều chỉnh chế độ khi có dấu hiệu nhám bề mặt tăng hoặc đá mài mòn quá mức.

---

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Kỹ sư và kỹ thuật viên gia công cơ khí:** Nắm bắt kiến thức về tối ưu hóa chế độ sửa đá để nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

- **Nhà quản lý sản xuất:** Áp dụng các giải pháp kỹ thuật nhằm tăng năng suất, giảm hao mòn dụng cụ và cải thiện chất lượng sản phẩm trong dây chuyền gia công mài.

- **Giảng viên và nghiên cứu sinh ngành cơ khí:** Tham khảo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Taguchi và các kết quả phân tích ảnh hưởng thông số trong gia công mài phẳng.

- **Doanh nghiệp sản xuất khuôn mẫu và chi tiết chính xác:** Ứng dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến quy trình mài phẳng thép SKD11, nâng cao độ chính xác và tuổi thọ khuôn.

---

## 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 lại lưỡi cắt sắc, duy trì độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công, đồng thời kéo dài tuổi thọ đá mài.

2. **Phương pháp Taguchi có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?**  
Taguchi giúp giảm số lượng thí nghiệm cần thiết, tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời xác định được ảnh hưởng và mức tối ưu của các thông số công nghệ.

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

4. **Chế độ sửa đá tối ưu được xác định dựa trên tiêu chí nào?**  
Tiêu chí chính là đạt nhám bề mặt nhỏ nhất sau khi mài phẳng thép SKD11 qua tôi, đồng thời đảm bảo tuổi bền đá và hiệu suất gia công.

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 và đá mài Hải Dương, tuy nhiên phương pháp và nguyên lý có thể tham khảo để điều chỉnh cho các vật liệu tương tự.

---

## 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 kế và áp dụng hiệu quả, đảm bảo độ tin cậy của kết quả.  
- Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, hỗ trợ nâng cao năng suất và chất lượng gia công trong ngành cơ khí chính xác.  
- Hướng nghiên cứu tiếp theo là mở rộng tối ưu đa mục tiêu, bao gồm lực cắt, dung sai độ phẳng và tuổi bền đá mài để hoàn thiện quy trình gia công.

**Khuyến nghị:** Các doanh nghiệp và phòng thí nghiệm nên áp dụng chế độ sửa đá tối ưu này để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.