BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN XN BẢN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THƠNG SỐ
GIA CÔNG ĐẾN LỰC CẮT TRONG QUÁ
TRÌNH MÀI TINH BẰNG DUNG DỊCH PHI
NEWTON

Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã ngành: 8520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Đức Nam
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường
Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 21 tháng 08 năm 2022.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Đường Công Truyền

- Chủ tịch Hội đồng

2. TS. Đào Thanh Phong

- Phản biện 1

3. TS. Trần Ngọc Đăng Khoa

- Phản biện 2

4. TS. Nguyễn Hữu Thọ

- Ủy viên

5. TS. Ao Hùng Linh

- Thư ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

TS. Đường Công Truyền

PGS.TS. Nguyễn Đức Nam

ii


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Xuân Bản

MSHV: 20000881

Ngày, tháng, năm sinh: 10/04/1983

Nơi sinh: Thái Bình

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã ngành: 8520103

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số gia cơng đến lực cắt trong q trình mài tinh
bằng dung dịch phi newton. (Investigation of the Influence of Machining
Parameters on Cutting Force in Polishing Process with non-Newton Fluid)
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nghiên cứu tổng quan về các công nghệ gia công tinh, công nghệ gia công tinh
bằng dung dịch mài phi Newton.
- Xác định các thông số công nghệ chính và thực nghiệm nghiên cứu gia cơng đến
lực cắt trong quá trình mài tinh bằng dung dịch phi newton.
- Phân tích, tối ưu hóa các thơng số cơng nghệ để đạt được độ nhám bề mặt tốt nhất.
- Phân tích, đánh giá và nhận xét các kết quả đạt được.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2022
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 19/07/2022
IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Đức Nam
TP. Hồ Chí Minh, ngày
NGƯỜI HƯỚNG DẪN


tháng

năm 2022

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA

iii


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập tại Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh,
sự hướng dẫn tận tình của q thầy cơ, đã cung cấp cho tôi những kiến thức vô cùng
quý giá, giúp tôi củng cố thêm kiến thức của mình. Tơi chân thành cảm ơn q thầy
cơ Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là q thầy cơ
tḥc Khoa Cơng nghệ Cơ khí đã cung cấp cho tơi những kiến thức vơ cùng hữu
ích.
Tơi cũng xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Đức Nam, người đã tận tình
hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này và sau cùng tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè
đồng nghiệp, các bạn cùng học đã giúp đỡ tơi trong q trình học tập cũng như thực
hiện luận văn này.
Xin kính chúc quí thầy cô, bạn bè đồng nghiệp và bạn bè đồng học sức khỏe, hạnh
phúc.
HỌC VIÊN

Nguyễn Xuân Bản

iv



TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Mài tinh bằng chất lỏng phi Newton đang là phương pháp và cũng là phương án
ứng dụng hiệu quả để nâng cao hiệu suất và chất lượng bề mặt gia cơng của các chi
tiết có bề mặt phức tạp nhằm đáp ứng các nhu cầu sản xuất hiện đại ngày nay. Ứng
suất của chất lỏng phi Newton được ứng dụng để cắt gọt trong quá trình gia cơng
chi tiết và nó có thể ứng dụng gia công các bề mặt phức tạp. Dưới tác dụng của lực
chuyển động mà độ nhớt của chất lỏng phi Newton sẽ phản ứng và thay đổi hoàn
toàn khác so với chất lỏng Newton. Kết quả là, một đĩa mài linh hoạt sẽ được hình
thành để tiến hành quá trình gia cơng. Chất lỏng mài phi Newton có khả năng gia
công linh hoạt đối với các bề mặt cong phức tạp mà vẫn đáp ứng được những yêu
cầu về cắt gọt và chất lượng bề mặt.
Trong đề tài này sẽ nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của thông số công nghệ đến
lực cắt sinh ra trong q trình gia cơng tinh bằng dung dịch mài phi Newton. Kết
quả thực nghiệm cho thấy lực tác dụng lên bề mặt chi tiết và lượng vật liệu cắt gọt
bị ảnh hưởng trực tiếp bởi các thông số công nghệ: tốc độ quay của thùng chứa
dung dịch, nồng độ dung dịch và khe hở gia công. Khi tốc độ quay thùng chứa dung
dịch mài tăng lên thì lực cắt sinh ra trong quá trình gia cơng có xu hướng tăng lên.
Trong khi đó, nồng đợ dung dịch q nhỏ thì lực cắt khá bé khơng phù hợp cho q
trình mài tinh bề mặt. Lực cắt có xu hướng giảm xuống khi khe hở gia cơng tăng
lên. Sau đó, các thơng số này được tiến hành tối ưu hóa để tìm ra bợ thơng số thực
nghiệm tối ưu cho q trình gia cơng. Kết quả là, độ nhám bề mặt chi tiết sau khi
gia công tinh đã giảm từ Ra= 0,41μm xuống còn Ra= 0,02 μm sau 30 phút gia công.

v


ABSTRACT
Non-Newtonian polishing process is an effective method to improve the

performance and surface quality of workpiece with complex surfaces to meet
technical required. Non-Newtonian fluid stresses are used for cutting in workpieces
and it can be applied to polishing the complex surfaces. Under the action of a
moving force, the viscosity of a non-Newtonian fluid will react completely and
change with its properties compared to that of a Newtonian fluid. As a result, a
flexible polishing disc is formed for machining process. The non-Newtonian
polishing not only provides a flexible machining process for complex shapes, but
also meets the requirements for surface quality and productivity.
In this topic, we conduct an experimental study on the influence of technological
parameters on the cutting force generated during the finishing process by nonNewtonian fluid. Experimental results show that the cutting force and material
removed rate are directly affected by the technological parameters, such as
rotational speed of the polishing tank, abrasive concentration and machining gap.
As the speed of polishing tank increases, the cutting force generated during the
machining process tends to increase. Meanwhile, if the abrasive concentration is too
small, the cutting force is quite small which is not suitable for the finishing process.
The cutting force tends to decrease as the machining gap increases. Then, these
parameters are optimized to find the experimental parameters optimal for the
machining process. As a result, the surface roughness of the workpiece was reduced
from Ra= 0.41μm to Ra= 0.02 μm after 30 minutes of polishing.

vi


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Học viên


Nguyễn Xuân Bản

vii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ .............................................................................v
ABSTRACT .............................................................................................................. vi
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... vii
MỤC LỤC ............................................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ xi
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... xiii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. xiv
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài. .....................................................................................1
2. Mục tiêu của đề tài. .............................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ......................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn. ................................................................................4
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ....................................5

1.1

Giới thiệu .......................................................................................................5

1.2


Các nghiên cứu về lĩnh vực gia công mài trong nước: ..................................6

1.3

Các nghiên cứu ngoài nước ...........................................................................8

CHƯƠNG 2
2.1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT .....................................................................19

Giới thiệu về phương pháp mài nghiền .......................................................19

2.1.1

Đặc điểm của phương pháp mài nghiền ...............................................19

2.1.2

Bản chất vật lý của mài nghiền .............................................................21

2.1.3

Đặc tính chủ yếu của hạt mài ................................................................24

2.2 Nguyên lý gia công tinh bề mặt bằng hỗn hợp hạt mài và chất lỏng phi
Newton ..................................................................................................................26
2.3

Đặc tính cơ học của chất lỏng phi Newton ..................................................28


2.4

Mơ hình lực trong q trình mài bằng chất lỏng phi Newton .....................29

viii


2.5

Ưu điểm của phương pháp gia công bằng chất lỏng phi Newton ...............30

2.6

Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm ..................................................31

2.6.1

Phương pháp Taguchi ...........................................................................31

2.6.2

Phương pháp ANOVA ..........................................................................34

2.6.3

Phương pháp RSM ................................................................................35

CHƯƠNG 3
3.1


XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM...................................38

Thiết bị gia cơng ..........................................................................................38

3.1.1

Ngun lý làm việc của máy ................................................................38

3.1.2

Yêu cầu kỹ thuật của máy .....................................................................39

3.1.3

Kết cấu tổng thể của máy......................................................................39

3.1.4

Sơ đồ và cơ cấu làm việc của máy ........................................................40

3.1.5

Cụm điều khiển của máy mài bề mặt....................................................42

3.2

Hạt mài ........................................................................................................45

3.3


Chi tiết gia cơng ...........................................................................................47

3.3.1

Kích thước.............................................................................................47

3.3.2

Vật liệu chi tiết gia công .......................................................................47

3.3.3

Chất lượng bề mặt .................................................................................49

3.3.4

Thiết bị đo độ nhám ..............................................................................49

3.3.5

Thiết bị đo lực .......................................................................................50

CHƯƠNG 4
4.1

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .........................................................56

Ảnh hưởng của tốc độ quay của thùng chứa dung dịch mài đến lực cắt .....56


4.1.1

Thiết lập điều kiện thực nghiệm ...........................................................56

4.1.2

Kết quả thực nghiệm và thảo luận ........................................................57

4.2

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch mài đến lực cắt ....................................61

4.2.1

Thiết lập điều kiện thực nghiệm ...........................................................61

4.2.2

Kết quả thực nghiệm và thảo luận ........................................................63

4.3

Ảnh hưởng của khe hở gia công đến lực cắt ...............................................67

4.3.1

Thiết lập điều kiện thực nghiệm ...........................................................67

4.3.2


Kết quả thực nghiệm và thảo luận ........................................................68

ix


4.4
tiết

Phân tích ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ đến đợ nhám bề mặt chi
72

4.4.1

Thiết kế số lần thí nghiệm.....................................................................72

4.4.2

Phân tích sự tương tác của các thơng số cơng nghệ đến lực cắt ...........73

4.5

Tối ưu hóa các thơng số cơng nghệ .............................................................78

4.5.1

Phương trình hồi quy và ảnh hưởng của các thơng số ..........................78

4.5.2

Tối ưu hóa các thơng số cơng nghệ ......................................................85


4.5.3

Gia công thử nghiệm với thông số công nghệ tối ưu............................86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................89
1. Kết luận .............................................................................................................89
2. Kiến nghị ...........................................................................................................90
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA HỌC VIÊN ..........................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................92
PHỤ LỤC ................................................................................................................95
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .......................................................96

x


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mơ hình đợng lực học cụm cơ cấu khâu trên ...............................................7
Hình 1.2 Đồ thị moment τ1 tác dụng lên cơ cấu máy CNC MB-250 .........................8
Hình 1.3 Sơ đồ cơ cấu mài tự quay. (a) Hình chiếu từ trên của bánh xe và wafer
quay; (b) Hình cắt ngang của tấm wafer và bánh xe; (c) Các thành phần
của mài ......................................................................................................10
Hình 1.4 Ảnh SEM của bề mặt wafer trong các điều kiện mài khác nhau (khoảng
cách xuyên tâm 90 mm). ..........................................................................10
Hình 1.5 Tối ưu hóa q trình mài ............................................................................11
Hình 1.6 Lực mài so với thời gian trong thử nghiệm UAIG và CIG ........................12
Hình 1.7 Hình ảnh SEM của bề mặt làm việc của CIG và UAIG ............................12
Hình 1.8 Bố trí của phép đo lực ................................................................................13
Hình 1.9 Ảnh hưởng của tốc độ tiến dao và độ sâu của vết cắt lên thành phần lực
tiếp tuyến trong quá trình mài cacbua CTS20D với đá mài kim cương...16

Hình 1.10 (a) Sơ đồ quá trình nghiền; và (b) ba giai đoạn được chia theo mợt quỹ
đạo tiếp xúc tồn bợ. .................................................................................17
Hình 1.11 Hình minh họa việc loại bỏ vật liệu trong vùng mài ................................17
Hình 1.12 Các thành phần của lực cắt trong quá trình mài cấp tốc. .........................18
Hình 1.13 Lực mài cụ thể so với chế độ cắt đối với mài cấp tốc ..............................18
Hình 2.1 Cấu trúc lớp bề mặt chi tiết thép sau khi mài tinh (a), mài nghiền (h) và
mài siêu chính xác (c) ...............................................................................20
Hình 2.2 Sơ đổ mài nghiền........................................................................................22
Hình 2.3 Sơ đồ . Sơ đồ profin của dụng cụ nghiền (a) và tác dụng lực của hạt mài
lên bề mặt gia cơng (b) .............................................................................23
Hình 2.4 Mối quan hệ giữa shear rate (s-1 ) and shear stress (Pa)............................27
Hình 2.5 Nguyên lý của phương pháp gia công bằng chất lỏng phi Newton ...........28
Hình 2.6 Cơ học tương tác giữa các hạt ....................................................................29
Hình 2.7 Q trình gia cơng, chất lỏng đánh bóng ...................................................30
Hình 3.1 Ngun lý hoạt đợng của máy mài.............................................................38
Hình 3.2 Sơ đồ ngun lí cơ bản ...............................................................................40
Hình 3.3 Biến tần Mitsubishi ....................................................................................44
Hình 3.4 Đợng cơ servo ............................................................................................45
Hình 3.5 Chi tiết mài .................................................................................................49
Hình 3.6 Máy đo đợ nhám Insize ISR-S400 .............................................................50
Hình 3.7 Máy đo lực 3 chiều OMD-30-FE-450N .....................................................51
Hình 3.8 Sơ đồ đấu nối IDC ......................................................................................53

xi


Hình 3.9 Sơ đồ chân của máy ...................................................................................54
Hình 3.10 Giao diện hiển thị của phần mềm kết nối.................................................55
Hình 4.1 Mơ hình thực nghiệm gia cơng với tốc đợ quay thùng chứa thay đổi .......57
Hình 4.2 Giá trị lực cắt Fx theo thời gian khi tốc độ quay của thùng chứa thay đổi 58

Hình 4.3 Giá trị lực cắt Fy theo thời gian khi tốc độ quay của thùng chứa thay đổi 58
Hình 4.4 Giá trị lực cắt Fz theo thời gian khi tốc độ quay của thùng chứa thay đổi 59
Hình 4.5 Ảnh hưởng của tốc đợ quay thùng chứa đến lực cắt Fx .............................59
Hình 4.6 Ảnh hưởng của tốc đợ quay thùng chứa đến lực cắt Fy .............................60
Hình 4.7 Ảnh hưởng của tốc độ quay thùng chứa đến lực cắt Fz .............................61
Hình 4.8 Giá trị lực cắt Fx theo thời gian khi nồng độ dung dịch mài thay đổi .......63
Hình 4.9 Giá trị lực cắt Fy theo thời gian khi nồng đợ dung dịch mài thay đổi .......64
Hình 4.10 Giá trị lực cắt Fz theo thời gian khi nồng đợ dung dịch mài thay đổi .....64
Hình 4.11 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch mài đến lực cắt Fx ...........................65
Hình 4.12 Ảnh hưởng của nồng đợ dung dịch mài đến lực cắt Fy ...........................66
Hình 4.13 Ảnh hưởng của nồng đợ dung dịch mài đến lực cắt Fz ...........................66
Hình 4.14 Mơ hình thực nghiệm với khe hở gia cơng thay đổi ................................68
Hình 4.15 Giá trị lực cắt Fzx theo thời gian khi khe hở gia cơng thay đổi ...............69
Hình 4.16 Giá trị lực cắt Fy theo thời gian khi khe hở gia cơng thay đổi.................69
Hình 4.17 Giá trị lực cắt Fz theo thời gian khi khe hở gia công thay đổi .................70
Hình 4.18 Ảnh hưởng của khe hở gia cơng đến lực cắt Fx.......................................70
Hình 4.19 Ảnh hưởng của khe hở gia cơng đến lực cắt Fy.......................................71
Hình 4.20 Ảnh hưởng của khe hở gia cơng đến lực cắt Fz .......................................71
Hình 4.21 Ảnh hưởng trực tiếp của các thông số đến lực cắt Fx ..............................74
Hình 4.22 Ảnh hưởng trực tiếp của các thơng số đến lực cắt Fy ..............................74
Hình 4.23 Ảnh hưởng trực tiếp của các thông số đến lực cắt Fy ..............................75
Hình 4.24 Ảnh hưởng của các thơng số đến lực cắt Fx bằng đồ thị 3D, (a) khe hở
gia công và nồng độ dung dịch, (b) tốc độ quay của thùng chứa và khe hở
gia công, (c) nồng độ dung dịch và tốc đợ quay của thùng chứa .............76
Hình 4.25 Ảnh hưởng của các thông số đến lực cắt Fy bằng đồ thị 3D, (a) khe hở
gia công và nồng độ dung dịch, (b) tốc độ quay của thùng chứa và khe hở
gia công, (c) nồng độ dung dịch và tốc đợ quay của thùng chứa .............77
Hình 4.26 Ảnh hưởng của các thông số đến lực cắt Fy bằng đồ thị 3D, (a) khe hở
gia công và nồng độ dung dịch, (b) tốc độ quay của thùng chứa và khe hở
gia công, (c) nồng độ dung dịch và tốc độ quay của thùng chứa .............78

Hình 4.27 Mơ hình thiết bị thực nghiệm ...................................................................86
Hình 4.28 Chi tiết ổ lăn trước khi gia cơng (đợ nhám Ra = 0.41μm) .......................87
Hình 4.29 Chi tiết ổ lăn sau khi gia công tinh (độ nhám Ra = 0.02μm) ...................88

xii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Đặc tính của vật liệu hạt mài .....................................................................25
Bảng 3.1 Thành phần hóa học của thép 100Cr .........................................................48
Bảng 3.2 Cơ – lý tính của thép 100Cr .......................................................................48
Bảng 3.3 Thông số máy đo lực 3 chiều OMD-30-FE-450N .....................................52
Bảng 4.1 Thơng số cơng nghệ của q trình thực nghiệm và kết quả lực cắt ..........56
Bảng 4.2 Thông số cơng nghệ của q trình thực nghiệm và kết quả lực cắt ..........62
Bảng 4.3 Bảng thông số pha trộn dung dịch mài phi Newton ..................................62
Bảng 4.4 Thông số công nghệ của quá trình thực nghiệm và kết quả lực cắt ..........67
Bảng 4.5 Các thông số công nghệ và giá trị..............................................................72
Bảng 4.6 Số thí nghiệm và kết quả lực cắt. ...............................................................73
Bảng 4.7 Bảng thông số của các hệ số ảnh hưởng của mơ hình hồi quy lực cắt Fx .80
Bảng 4.8 Bảng thông số của các hệ số ảnh hưởng của mơ hình hồi quy lực cắt Fy .80
Bảng 4.9 Bảng thông số của các hệ số ảnh hưởng của mô hình hồi quy lực cắt Fz .81
Bảng 4.10 Sự phân bố ảnh hưởng của các nhân tố đến lực cắt Fx ...........................82
Bảng 4.11 Sự phân bố ảnh hưởng của các nhân tố đến lực cắt Fy ...........................83
Bảng 4.12 Sự phân bố ảnh hưởng của các nhân tố đến lực cắt Fz ............................84
Bảng 4.13 Bảng thông số công nghệ tối ưu ..............................................................85
Bảng 4.14 Bảng giá trị tối ưu và khoảng tin cậy.......................................................85
Bảng 4.15 Điều kiện và thông số thực nghiệm .........................................................86

xiii



DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ANOVA: Analysis of variance
RSM: Response Surface Methodology

xiv


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành chế tạo các thiết bị công nghệ
ở các lĩnh vực như cơ khí chính xác, điện tử, vật liệu bán dẫn, thiết bị thiên văn học
và quang học,.. càng ngày càng phát triển nhanh chóng. Ngành gia cơng mài bóng
bề mặt chi tiết mà đặc biệt là các chi tiết có bề mặt phức tạp địi hỏi có đợ chính xác
cao đang là mợt lĩnh vực có hoạt đợng rất sơi đợng. Nhu cầu của xã hợi là rất lớn và
địi hỏi cao về yêu cầu chất lượng. Để đáp ứng yêu cầu cao về đợ chính xác hình
dạng và chất lượng bề mặt chi tiết sau gia cơng thì cần phải có những bước cải tiến
mang tính chất đợt phá.
Trước đây, q trình gia cơng tinh bề mặt được chế tạo thông qua các phương pháp
gia công truyền thống như tiện, phay và kết thúc bằng mài tinh. Quá trình này có
năng śt rất hạn chế do địi hỏi phải cần thời gian gia công lớn. Mặc dù trải qua
nhiều công đoạn như vậy nhưng vẫn không thể đáp ứng được nhu cầu sản xuất hiện
đại do chất lượng bề mặt sau gia công chỉ đạt được ở một giới hạn nhất định. Một
số công nghệ hiện đại được ra đời dùng để áp dụng vào gia công các bề mặt cong
như gia cơng bằng cơ – hóa học, gia cơng bằng thủy động lực học, gia công bằng
bức xạ đàn hồi, gia công bằng chất lỏng từ biến,... Phương pháp gia cơng bằng cơ –
hố học tạo ra nhiều chất thải hố học sẽ gây ảnh hưởng đến mơi trường nhưng hiệu
suất đạt được vẫn còn ở mức hạn chế. Phương pháp bức xạ đàn hồi có thể gia cơng
các bề mặt cong với biên dạng phức tạp mà vẫn đạt chất lượng cao nhưng có bất lợi
là hiệu suất thấp.

Việc sử dụng dung dịch phi Newton có thể góp phần vào vấn đề bảo vệ mơi trường
và an tồn trong lao đợng sản x́t do chất liệu này có thể tái sử dụng. Với những
chi tiết có bề mặt phức tạp thì phương pháp gia cơng bằng chất lỏng phi newton hứa
hẹn mang lại hiệu quả cao. Quá trình gia cơng có thể được điều khiển bằng việc lập
trình, hoặc vận hành trực tiếp trên các thiết bị chuyên dụng.

1


Trong quá trình khảo sát thực nghiệm nhận thấy rằng, ảnh hưởng lớn đến chất
lượng bề mặt không chỉ là phương pháp mài tinh, mà còn là ảnh hưởng của các
thông số gia công đến lực cắt sinh ra trong q trình gia cơng tinh bề mặt.
Chính vì thế, việc định hướng nghiên cứu ảnh hưởng của thông số gia cơng đến lực
cắt trong q trình mài tinh sử dụng dung dịch phi Newton này là cấp bách. Kết quả
nghiên cứu đạt được sẽ góp phần tìm ra được phương pháp gia công phù hợp và bộ
thông số công nghệ tối ưu cho q trình gia cơng tinh bề mặt phức tạp ứng dụng
dung dịch phi Newton đảm bảo đạt chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của thông số gia công đến lực
cắt trong quá trình mài tinh bằng dung dịch phi Newton.
Mục tiêu cụ thể:
+ Xây dựng mơ hình thực nghiệm.
+ Thiết lập các thơng số cho q trình thực nghiệm
+ Phân tích ảnh hưởng của các thơng số gia cơng đến lực cắt trong q trình gia
cơng chi tiết.
+ Tối ưu hóa thơng số gia cơng để đạt giá trị lực cắt lớn nhất.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Để đảm bảo được mục tiêu đề ra, những nội dung chính cần tập trung nghiên cứu
gồm:
- Tổng hợp những cơ sở khoa học, nghiên cứu các lý thuyết về quá trình gia cơng

cắt gọt vật liệu và thiết bị cơng nghệ. Xác lập cơ sở lý thuyết những yếu tố ảnh
hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết, và lực cắt trong q trình gia cơng.

2


- Đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố tác động tới lực cắt trong các trường hợp
gia công cụ thể thông qua nghiên cứu thực nghiệm, xây dựng mơ hình thí nghiệm
cho các mẫu thử nghiệm trong mối tương quan của các tham số điều khiển.
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là sử dụng chất lỏng phi Newton kết hợp với
chuyển động của dung dịch hạt mài và tốc độ của thùng chứa dung dịch để thực
hiện q trình gia cơng.
- Phạm vi nghiên cứu: đề tài thực hiện nghiên cứu đặc tính của chất lỏng phi
Newton trong gia công mài tinh, tiến hành thực nghiện đánh giá so sánh kết quả q
trình gia cơng, phân tích những ảnh hưởng của thơng số gia cơng chi tiết ảnh hưởng
đến lực cắt.
+ Lựa chọn nguyên vật liệu: Đề tài tập trung chủ yếu vào loại vật liệu phổ biến
trong ngành cơ khí sản xuất là thép hợp kim 100Cr chứ không nghiên cứu tất cả các
loại vật liệu, cũng không nghiên cứu về nhiều loại dung dịch phi Newton khác nhau
để ứng dụng vào quá trình gia cơng tinh. Mẫu thử là phơi có dạng hình cầu với biên
dạng mặt cong phức tạp cần được gia công tinh.
+ Thiết bị nghiên cứu được sử dụng chính là máy mài ứng dụng dung dịch phi
Newton trong gia công tinh bề mặt chi tiết. Đây là máy mài được chế tạo và sử dụng
trong quá trình nghiên cứu về ứng dụng dung dịch phi Newton trong q trình gia
cơng tinh bề mặt
4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu phân tích về mặt lý thút: dựa trên các cơng trình khoa học đã được
công bố để làm cơ sở lý luận khi tiến hành tính tốn và thiết kế kết cấu các chi tiết
của máy. Giải quyết nội dung thực nghiệm, nhận xét và đánh giá kết quả.
- Nghiên cứu thực nghiệm: tiến hành gia công thử nghiệm xác định lực cắt dựa trên

máy mài theo nguyên lý phi Newton được chế tạo và lắp ráp hồn thiện. Từ đó xác
định các thơng số ảnh hưởng, sau đó xem xét thông số nào thực sự ảnh hưởng đến

3


các chỉ tiêu đánh giá , xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của chúng đến chỉ
tiêu quan tâm.
5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn
Ý nghĩa khoa học: Xác định ảnh hưởng của các thông số gia công như tốc độ quay
của thùng chứa, nồng độ dung dịch mài, khe hở gia công đến lực cắt trong quá trình
gia cơng từ đó có thể tìm ra được giá trị lực tối ưu cho chi tiết gia công
Ý nghĩa thực tiễn: Xác định được giá trị lực trong quá trình gia cơng góp phần cải
thiện năng śt và chất lượng của sản phẩm khi gia công bằng chất lỏng mài phi
Newton

4


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu
Trong quá trình gia cơng, hồn thiện mợt sản phẩm cơ khí thì xử lý bề mặt là mợt
cơng đoạn cần được lưu ý và quan tâm. Việc chọn lựa phương pháp làm tinh bề mặt
chi tiết gia công để đạt độ nhám yêu cầu là một nguyên công quan trọng. Đối với
từng chi tiết có đợ phức tạp của bề mặt gia cơng và u cầu kỹ thuật thì sẽ có
phương pháp mài phù hợp. Yếu tố công nghệ là một trong các yếu tố ảnh hưởng tới
chất lượng bề mặt của chi tiết được hình thành trong quá trình thực hiện các nguyên

công. Tuy nhiên, các nguyên công gia công tinh bề mặt là quan trọng nhất. Các đặc
tính chất lượng của lớp bề mặt được hình thành rõ nét nhất tại ngun cơng giai
đoạn này. Điều này nói lên sự cần thiết việc phải xác định phương pháp gia công
hợp lý cùng với chế độ cắt tối ưu nhất để tiến hành gia công để đạt hiệu quả tối ưu.
Công đoạn gia công tinh bề mặt chi tiết là giai đoạn quan trọng cuối cùng quyết
định nên sự hoàn thiện của sản phẩm. Và đặc biệt đối với các bề mặt gia cơng địi
hỏi u cầu chất lượng bề mặt cao nhằm đáp ứng nhu cầu trong các lĩnh vực công
nghiệp như khớp gối, khớp hông trong lĩnh vực y sinh, thấu kính quang học, khn
đúc trong ngành sản x́t sản phẩm nhựa,… thì q trình gia cơng tinh bề mặt càng
trở nên khắt khe và đòi hỏi các yêu cầu cao về chất lượng bề mặt sản phẩm.
Mài tinh bằng chất lỏng phi Newton đang là phương pháp gia cơng có thể nâng cao
hiệu śt và chất lượng bề mặt gia công của chi tiết biên dạng phức tạp nhằm đáp
ứng các nhu cầu sản xuất hiện đại ngày nay. Ứng suất của chất lỏng phi Newton
sinh ra trong q trình gia cơng sẽ được ứng dụng để loại bỏ vật liệu trên bề mặt chi
tiết và vì vậy chúng được ứng dụng để gia công tinh các bề mặt phức tạp. Dưới tác
dụng của lực chuyển động, độ nhớt của chất lỏng phi Newton sẽ phản ứng và thay
đổi tính chất hồn tồn khác so với chất lỏng Newton. Chất lỏng phi Newton này có
thể đơng đặc lại và hoạt động giống như một đĩa mài linh hoạt khi tác động lực lên
chất lỏng khiến ứng suất thay đổi một cách đột ngột. Chúng sẽ trở lại trạng thái ban

5


đầu khi ta loại bỏ chuyển động. Dựa trên sự kết dính và hình thành các cụm hạt của
các hạt tinh thể để tạo ra cơ học của quá trình cắt gọt. Chất lỏng phi Newton có khả
năng gia cơng linh hoạt với các bề mặt cong phức tạp mà vẫn đáp ứng được những
yêu cầu về cắt gọt và chất lượng bề mặt. Bên cạnh đó dung dịch này cịn có thể tiếp
tục được tái sử dụng lại, điều này góp phần tích cực khơng gây ảnh hưởng đến mơi
trường.
Trên thực tế, đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng về việc sử dụng dung dịch mài phi

Newton đến quá trình gia cơng tinh bề mặt chi tiết.
1.2 Các nghiên cứu về lĩnh vực gia cơng mài trong nước:
Nhóm nghiên cứu của Nguyễn Đức Nam và các cộng sự đã “Nghiên cứu ứng dụng
chất lỏng phi Newton trong mài tinh bề mặt cầu”. Theo kết quả nghiên cứu, tác giả
đã mài các bề mặt cầu phức tạp như chi tiết cầu, bánh răng, thấu kính quang học,…
bằng dung dịch mài phi Newton. Thực nghiệm cho thấy, những bề mặt phức tạp này
qua quá trình mài tinh bằng chất lỏng phi Newton có thể đạt được đợ nhám bề mặt
từ Ra=130 nm xuống còn Ra=23 nm đối với mặt cầu bằng thép có đường kính Ø40
mm. Ngồi ra, nhóm tác giả cũng nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt mài,
nồng độ dung dịch mài và tốc độ mài đến độ nhám bề mặt chi tiết khi gia công bằng
chất lỏng mài phi Newton [1].
Một nghiên cứu khác của tác giả Nguyễn Văn Trúc về “Nghiên cứu ảnh hưởng của
các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết khi mài trịn ngồi”. Bài báo
này xác định giá trị lực cắt sau khi tiến hành gia công tinh bề mặt trong. Dựa trên lý
thuyết về quá trình mài, mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt của phôi và lực cắt trong
quá trình mài đã được thiết lập [2].
Tác giả Phùng Xuân Sơn đã thực hiện nghiên cứu về “ ảnh hưởng của rung động
đến chất lượng của chi tiết khi mài phằng”. Tác giả đã nghiên cứu tổng quan về q
trình mài, rung đợng và ảnh hưởng của nó đến các thơng số của q trình mài. Xây
dựng phương pháp và hệ thống trang thiết bị thực nghiệm, đồng thời nghiên cứu
ảnh hưởng của rung động đến chất lượng của chi tiết mài phẳng bằng đá mài [3].

6


Tác giả Hoàng Việt đã nghiên cứu về “Ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt
đến bề mặt gia công trên máy tiện”. Dựa vào kết quả nghiên cứu, tác giả đã thiết lập
được các phương trình tham số ảnh hưởng của chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao và vận
tốc cắt tới độ nhám bề mặt chi tiết gia công. Để bảm đảm được những yêu cầu cao
về đợ nhẵn bóng bề mặt chi tiết, tác giả đã xác lập được bộ thông số chế độ cắt hợp

lí cho q trình gia cơng [4].
Nghiên cứu của nhóm tác giả Vũ Xuân Trường, Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Trọng
Hùng “Nghiên cứu Động lực học ngược cơ cấu máy mài nghiền chi tiết quang CNC
MB-250”. Tác giả đã xác định được moment lực đặt vào khâu dẫn dựa trên hệ
phương trình vi phân chuyển đợng của cơ cấu máy. Kết quả nghiên cứu được dùng
để xác định điều kiện cân bằng động của khớp đĩa gá và đĩa nghiền, đồng thời đề
x́t phương án nhằm cải thiện đợ chính xác của chi tiết gia cơng [5]. Q trình thực
nghiệm được thực hiện trên máy mài nghiền chi tiết quang CNC MB-250 (cơ hệ
chuyển đợng trong mặt phẳng nằm ngang) có mơ hình đợng lực học cụm cơ cấu của
các khâu như hình 1.1.

Hình 1.1 Mơ hình đợng lực học cụm cơ cấu khâu trên [5]

7


Hình 1.2 Đồ thị moment [τ] tác dụng lên cơ cấu máy CNC MB-250 [5]
1.3 Các nghiên cứu ngoài nước
- Bài báo của nhóm tác giả Patnaik Durgumahanti, Vijayender Singh, P.
Venkateswara Rao về “Mợt mơ hình mới để dự đốn và phân tích lực mài”. Trong
bài báo này, mợt mơ hình lực mài mới được phát triển bằng cách kết hợp các tác
động của hệ số ma sát thay đổi và lực mài. Các lực nghiền pháp tuyến và tiếp tuyến
dự đoán được so sánh với những lực nghiền thu được bằng thực nghiệm và kết quả
cho thấy sự hợp lý về mặt định lượng. Các giá trị tổng lực thu được từ các lực thành
phần đã được tính tốn và thiết lập trong nghiên cứu này [6].
Bài báo của nhóm tác giả Li Lichun, Fu Jizai, J,Peklenik về “Nghiên cứu mơ hình
tốn học lực mài”. Bài báo trình bày bao quát về lực mài. Mối quan hệ giữa lực mài
và các thơng số q trình đợng học mài với phôi bằng các vật liệu khác nhau được
xác định bằng thực nghiệm. Phân tích tỷ số giữa lực tiếp tuyến và lực pháp tún
đối với cả lực hình thành phơi và lực ma sát. Tỷ lệ này thường nằm trong khoảng

0,2-0,59. Khi các phôi với các vật liệu khác nhau được mài, các giá trị đo được của
quá trình này nằm trong phạm vi này đạt được của nghiên cứu [7].
Bài báo của nhóm tác giả Rogelio L. Hecker, Steven Y. Liang, Xiao Jian Wu, Pin
Xia, David Guo Wei Jin về “Lực mài và mơ hình hóa cơng śt dựa trên phân tích
đợ dày phơi”. Bài báo trình bày khả năng dự đốn lực mài và cơng śt đóng vai trò

8


quan trọng đối với nhiều khía cạnh của việc tối ưu hóa, giám sát và kiểm sốt q
trình mài. Bài báo này trình bày mơ hình dự đốn của lực mài và công suất dựa trên
sự phân bố xác suất của độ dày phôi không xác định như một hàm của các giá trị
đợng học, đặc tính vật liệu, cấu trúc tế vi của bề mặt và các hiệu ứng đợng lực học.
Mật đợ cạnh cắt đợng được tính tốn mô phỏng kết hợp các ảnh hưởng của các yếu
tố động học và động lực học như các thành phần hạt tinh thề và độ võng cục bộ của
chúng. Mô hình được sử dụng để dự đốn tổng lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến
trong quá trình mài bề mặt và tổng lực mài trong q trình gia cơng chi tiết hình trụ
[8].
- Bài báo của nhóm tác giả Jinglong Sun, Fei Qin, Pei Chen, Tong An về “Mơ hình
dự đoán về lực mài trong mài tự quay của tấm silicon” [9]. Bài báo tập trung vào
việc gia công mỏng tấm silicon được thực hiện bằng phương pháp mài tự quay.
Trong q trình mài, lực mài là mợt ́u tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu śt mài,
đợ chính xác và chất lượng bề mặt. Lực mài quá mức gây ra hư hỏng cục bộ của
tấm wafer dưới dạng các vết nứt tế vi dưới lớp bề mặt, là một yếu tố quyết định đến
chất lượng của tấm wafer. Một quy trình hai giai đoạn đã được tối ưu hóa để kiểm
soát các vết nứt dưới bề mặt và cải thiện tốc đợ loại bỏ vật liệu theo mơ hình dự
đốn lực mài (như hình 1.3,1.4, 1.5).

9



Hình 1.3 Sơ đồ cơ cấu mài tự quay. (a) Hình chiếu từ trên của bánh xe và wafer
quay; (b) Hình cắt ngang của tấm wafer và bánh xe; (c) Các thành phần của mài

Hình 1.4 Ảnh SEM của bề mặt wafer trong các điều kiện mài khác nhau (khoảng
cách xuyên tâm 90 mm).

10


Hình 1.5 Tối ưu hóa q trình mài
Bài báo của nhóm tác giả Jianguo Cao, Yongbo Wu, Jianyong Li, Qinjian Zhang về
“Mơ hình lực mài cho mài bên trong có hỗ trợ siêu âm (UAIG) vật liệu gốm sứ
SiC”. Bài báo cho thấy lực mài đóng mợt vai trị ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt
gia cơng trong q trình mài. Bên cạnh đó, mợt mơ hình tối ưu hóa được xây dựng
dựa vào các biến đầu vào nhằm đạt được năng suất và chất lượng sản phẩm. Trong
nghiên cứu này, mợt mơ hình lý thút được trình bày để dự đốn lực mài trong
UAIG của gốm SiC (như hình 1.6, 1.7). Q trình gia cơng được hình thành bằng
cách cho chiều dài phôi không được định dạng chuyển động tương đối với đĩa mài
Sau khi phân tích q trình cắt của hạt mài đơn, các mơ hình lực pháp tuyến và lực
tiếp tuyến cho gốm sứ UAIG của SiC được phát triển trong nghiên cứu này [10].

11