Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học bách khoa hà nội

Tác Giả: Cao Văn Biên

Nghiên cứu ảnh hởng của một số
yếu tố công nghệ đến chất lợng
của bề mặt chi tiết khi mài tròn ngoài

Luận văn thạc sĩ khoa học
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Ngời hớng dẫn khoa học
PGS.TS. Tăng Huy

Hà Nội 2010


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, không sao chép của bất cứ công
trình nào khác.
Tác giả

Cao Văn Biên

2


Lời cảm ơn

Sau hai năm học tập chơng trình đào tạo sau đại học tại trờng Đại học Bách
khoa Hà Nội, nhận đề tài nghiên cứu, làm luận văn, đến nay tôi đã hoàn thành
luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và lãnh đạo các
đơn vị: Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội, Trờng Đại học Sao Đỏ, Trờng Đại
học Công nghiệp Hà Nội, Trung tâm Đo lờng Việt Nam đã giúp đỡ, tạo điều kiện
cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Đặc biệt tôi bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Tăng Huy đã tận tâm
hớng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Tuy bản thân đã rất cố gắng, song do thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi
thiếu sót, rất mong nhận đợc sự tham gia góp ý chân thành của các thầy cô giáo
và các đồng nghiệp để bổ sung, hoàn thiện trong quá trình nghiên cứu tiếp theo.
Xin chân thành cảm ơn!

3


mục lục
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Các ký hiệu chính
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các bản vẽ
Mở đầu
Chơng 1. Giới thiệu tổng quan về chất lợng
bề mặt chi tiết gia công và Mài
1.1.Chất lợng bề mặt chi tiết gia công

1.2. quá trình mài
1.2.1. Giới thiệu chung quá trình mài
1.2.2. Quá trình tạo phoi khi mài
1.2.3. Biến đổi cấu trúc lớp bề mặt kim loại mài
1.3.Cấu tạo đá mài
1.3.1. Vật liệu hạt mài
1.3.2. Vật liệu dính kết
1.3.3. Độ hạt của đá mài
1.3.4. Cấu trúc đá mài
1.3.5. Topography của đá mài
1.3.5.Độ cứng của đá mài
1.4. Động học quá trình mài
1.4.1. Quỹ đạo cắt của đá mài
1.4.2. Chiều dài cung tiếp xúc
1.4.3. Lỡi cắt
1.4.4. Chiều dày lớp cắt
1.5. Động lực học quá trình mài
1.5.1. Lực cắt khi mài
1.5.2. Phơng trình cơ bản xác định lực cắt
1.5.3. Xác định lực cắt bằng thực nghiệm
1.5.4. Rung động khi mài
1.6. Mòn đá và tuổi bền của đá
1.6.1. Mòn đá mài
1.6.2. Tuổi bền của đá mài
1.7. Kết luận
Chơng 2. ảnh hởng của các yếu tố công nghệ
tới chất lợng bề mặt chi tiết khi mài
2.1. ảnh hởng của một số yếu tố công nghệ đến
nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết gia công.


4

01
02
03
04
07
07
10
14
14
17
17
21
23
25
25
26
27
28
30
34
35
35
36
37
39
40
40
42

43
44
44
44
49
55

57
57


2.1.1. ảnh hởng của lợng chạy dao
2.1.2. ảnh hởng tốc độ quay của chi tiết
2.1.3. ảnh hởng của chiều sâu mài t
2.1.4. ảnh hởng của tốc độ cắt của đá mài
2.1.5. ảnh hởng của lực cắt đến nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết
gia công
2.1.6. ảnh hởng của dung dịch tới nguội khi mài
2.2. ảnh hởng của độ hạt của đá đến nhấp nhô tế vi
bề mặt chi tiết gia công.
2.3. ảnh hởng của độ mòn đá đến bề mặt chi tiết mài
2.4. ảnh hởng của Topography đá đến nhấp nhô tế vi bề mặt chi
tiết gia công
2.5. Kết luận
Chơng 3. Xây dựng hệ thống thí nghiệm
3.1. Lựa chọn mô hình thí nghiệm
3.1.1. Mô hình thí nghiệm đo lực
3.1.2. Mô hình thí nghiệm đo mòn đá
3.1.3. Các trang thiết bị thí nghiệm khác
3.2. Thiết kế, chế tạo và kết nối hệ thống đo lực cắt

3.2.1. Các thông số cơ bản của hệ thống
3.2.2. Thiết kế, chế tạo lực kế
3.2.3. Thiết lập các mạch cầu cảm biến và chọn
vị trí dán tem điện trở
3.2.4. Thiết kế thiết bị xử lý tín hiệu cho cảm biến
3.2.5. Kết nối hệ thống đo lực
3.2.6. Thử nghiệm hệ thống đo lực
3.3. Thiết kế, chế tạo kết nối hệ thống đo mòn
3.3.1. Các thông số cơ bản của hệ thống
3.3.2. Nguyên lý đo
3.3.3. Kết nối, thử nghiệm hệ thống đo mòn
3.4. Kết luận
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

58
58
59
61
62
64
64
65
69
71
73
73
73
74
75

77
77
78
82
83
84
85
87
87
87
89
90
92
94

5


Các ký hiệu chính
Kí hiệu

ý nghĩa

Đơn vị

az

Chiều dày phoi

mm


az

Chiều dày phoi thực tế

mm

B

Chiều rộng của đá

mm

Cct

Mật độ lỡi cắt tĩnh trên một đơn vị thể tích đá

1/mm3

D

Đờng kính đá mài

mm

h

Chiều cao biên dạng nhám bề mặt

mm


ha

Chiều cao biên dạng của lỡi cắt

mm

L

Khoảng cách giữa các lỡi cắt động

mm

l

Khoảng cách giữa các lỡi cắt tĩnh

mm

nd

Tốc độ quay của đá

v/ph

nct

Tốc độ quay của chi tiết

v/ph


Pc

Lực cắt tổng khi mài

N

Pz

Lực thành phần tiếp tuyến

N

Py

Lực thành phần pháp tuyến

N

Px

Lực thành phần theo phơng dọc trục

N

Sd

Lợng chạy dao dọc khi mài

m/ph


Sn

Lợng chạy dao ngang khi mài

mm/ph

Svg

Lợng chạy dao vòng

m/ph

Ssđ

Lợng chạy dao dọc khi sửa đá

m/ph

Ra

Chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt (Độ nhám)

àm

T

Tuổi bền của đá

phút


t

Chiều sâu cắt khi mài

mm

Vđ

Vận tốc đá

m/s

Vp

Vận tốc phôi

m/s

6


Danh mục các bảng biểu

TT

Số bảng

Nội dung


Trang

1

1.1

Độ hạt và phạm vi sử dụng

28

2

1.2

Thể tích hạt mài phân bố theo cấu trúc

29

3

1.3

Kí hiệu độ cứng đá mài

34

Danh mục các hình vẽ

TT


Số hình

Nội dung

Trang

1

1.1

Giản đồ nhấp nhô bề mặt

17

2

1.2

Sơ đồ mài tròn ngoài

19

3

1.3

Mô hình quá trình mài tròn ngoài tiến dao dọc

20


4

1.4

Mô hình quá trình cắt, tạo phoi khi mài của một
hạt mài

5

1.5

21

Sơ đồ mô tả quá trình tạo phoi bằng hạt mài
có bán kính đỉnh cắt p.

22

6

1.6

Cấu trúc của đá mài

30

7

1.7


Sơ đồ tính toán quỹ đạo cắt của hạt mài

35

8

1.8

Chiều dài cung tiếp xúc của các phơng pháp mài

37

9

1.9

Lỡi cắt tĩnh và lỡi cắt động

38

10

1.10

Chiều dày và hình dáng phoi

40

11


1.11

Sơ đồ lực cắt khi mài tròn ngoài

40

12

1.12

Mối quan hệ giữa lợng mòn dao với thời gian cắt
khi Tiện

45

13

1.13

Cơ chế mòn đá

46

14

1.14

Các dạng mòn của đá mài

47


15

1.15

Hạt mài khi cắt chịu lực tiếp tuyến và pháp tuyến

48

7


16

1.16

Sơ đồ quan hệ của quá trình mài

17

2.1

Lợng chạy dao dọc ảnh hởng đến độ nhám bề
mặt chi tiết gia công (Ra)

18

2.2
2.3


58

Vận tốc quay của chi tiết ảnh hởng đến độ nhám bề
mặt chi tiết gia công (Ra)

19

51

59

Chiều sâu mài ảnh hởng đến độ nhám bề
mặt chi tiết gia công (Ra)

60

20

2.4

Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và tốc độ mài

62

21

2.5

Độ nhẵn bề mặt phụ thuộc vào độ hạt của đá


65

22

2.6

Nhám bề mặt làm việc của đá mài

67

23

2.7

Mối quan hệ giữa mòn đá và tốc độ mài

68

24

2.8

Biên dạng bề mặt đá

70

25

2.9


Topygraphy của bề mặt đá và biên dạng 2D
của bề mặt

71

26

3.1

Mô hình thí nghiệm đo lực

74

27

3.2

Đầu đo laze ZX- LD300V và bộ khuếch đại Amplipher

74

28

3.3

Máy mài tròn ngoài GU-20.25A SHIGIYA

75

29


3.4

Mẫu phôi thí nghiệm

76

30

3.5

Máy đo độ nhám SJ402-Mitutoyo

76

31

3.6

Sơ đồ cấu trúc thân cảm biến đo lực cắt

77

32

3.7

Sơ đồ chức năng bộ chuyển đổi tơng tự - Số (ADC)

78


33

3.8

Kiểm nghiệm chuyển vị của phần tử biến dạng sử dụng
phần mềm ANSYS

34

3.9

79

Tính toán độ nhạy và thiết lập mạch cầu cảm biến đo lực
theo phơng Y sử dụng phần mềm Transcalc 1.11

80
80

35

3.10

Kiểm nghiệm độ nhạy của cảm biến theo phơng Y

36

3.11


Tính toán độ nhạy và thiết lập mạch cầu cảm biến đo
lực theo phơng Z sử dụng phần mềm Transcalc 1.11

81

37

3.12

Kiểm nghiệm độ nhạy của cảm biến theo phơng Z

81

38

3.13

Mạch cầu điện trở với 4 tem vừa đo vừa tự bù trừ nhiệt

82

8


39

3.14

Vị trí dán tem trên thân cảm biến


83

40

3.15

Sơ đồ chức năng thiết bị thu thập tín hiệu từ cảm biến

84

41

3.16

Hệ thống đo lực ghi dữ liệu tự động trên máy tính

85

42

3.17

ảnh hệ thống đo lực hai thành phần trên máy
mài tròn ngoài

43

3.18

85


Kết quả thí nghiệm đo lực khi mài một hành trình
trên máy mài tròn ngoài

44

3.19

86

Sơ đồ nguyên lý đo mòn bằng đầu đo laze trên máy
mài tròn ngoài

88

45

3.20

Dao diện phần mềm Smart Monitor

89

46

3.21

ảnh thiết bị đo mòn trên máy mài tròn ngoài

90


9


mở đầu
1. Lí do chọn đề tài
Việt Nam đang hội nhập toàn cầu ngày càng sâu trong mọi lĩnh vực, đặc biệt lĩnh
vực kinh tế, khoa học kỹ thuật. Từ đó sự cạnh tranh hàng hoá ngày càng trở nên
khốc liệt.
Năng xuất, chất lợng, giá thành và khả năng đáp ứng nhanh đối với khách hàng
là những yếu tố quyết định sự thành, bại trong cuộc cạnh trang này.
Hiện nay ngành cơ khí đặc biệt là cơ khí công nghệ chế tạo máy ở nớc ta phát
triển còn hạn chế, tính cạnh tranh còn thấp. Hàng năm các doanh nghiệp trong nớc
đã phải nhập khẩu một số lợng lớn các sản phẩm cơ khí nh các chi tiết máy tiêu
tốn nhiều tiền của, ngoại tệ. Trong khi nhiều doanh nghiệp chế tạo, sản xuất cơ khí
mất khả năng cạnh tranh ngay trên thị trờng trong nớc. Một trong những nguyên
nhân dẫn đến tồn tại trên không thể không kể đến yếu tố công nghệ gia công có ảnh
hởng trực tiếp đến chất lợng sản phẩm.
Do vậy, câu hỏi đợc đặt ra là: Làm thế nào để nâng cao chất lợng sản phẩm ?!.
Trong sản xuất cơ khí, nâng cao chất lợng bề mặt chi tiết gia công là một trong
những vấn đề rất quan trọng của ngành công nghệ chế tạo máy nhằm tạo ta các sản
phẩm, máy móc thiết bị đạt độ chính xác, tuổi bền cao đảm bảo hiệu quả về kinh tế
và kỹ thuật. Việc nghiên cứu, ứng dụng các giải pháp công nghệ và phơng pháp gia
công chi tiết máy, đồng thời tìm ra những biện pháp công nghệ mới hoàn thiện hơn
là một nhiệm vụ cấp bách. Một trong những phơng pháp gia công cơ khí, mài là
một phơng pháp gia công có vị trí rất quan trọng. Mài không những áp dụng để gia
công thô mà thờng đợc chọn là phơng pháp gia công tinh, bởi vì mài tạo ra đợc
các chi tiết máy có độ nhẵn, độ chính xác cao, chất lợng bề mặt tốt, gia công đợc
các loại vật liệu có cơ tính cao.
2. Lịch sử nghiên cứu

Có thể nói mài là một trong những nguyên công quan trọng nhất quyết định chất
lợng sản phẩm, điều này đợc nhận thấy trong thực tế sản xuất. Một số tài liệu,
giáo trình công nghệ chế tạo máy ở Việt Nam và thế giới cũng đã đề cập đến vấn đề

10


này. Cùng với đó nhiều nhà khoa học trong nớc và nớc ngoài đã có nhiều công
trình nghiên cứu về quá trình mài, mang lại nhiều ứng dụng hiệu quả nâng cao chất
lợng chi tiết mài.
Khi nghiên cứu về mài các nhà nghiên cứu đã tập trung giải quyết các vấn đề liên
quan đến máy mài, đá mài, chế độ cắt khi mài, nhiệt khi mài, dung dịch tới nguội
và chi tiết mài. ở đây họ tập trung vào nghiên cứu về độ chính xác gia công, tự động
hoá, các phơng pháp điều khiển quá trình mài để gia công những vật liệu siêu cứng
và kim cơng. Đặc biệt trong công cuộc cách mạng nanô họ đã nghiên cứu thiết kế
các máy mài chính xác và siêu chính xác.
ở trong nớc đến nay đã có nhiều nghiên cứu gia công bằng công nghệ mài chủ
yếu về quá trình cắt của mài, về bản chất các yếu tố ảnh hởng trong quá trình gia
công, về dụng cụ đá mài,... một số luận án tiến sỹ, thạc sỹ nh: luận án tiến sỹ của
Trần Minh Đức nghiên cứu về ảnh hởng của các thông số công nghệ sửa đá đến
tuổi bền của đá mài, luận án tiến sỹ của Nguyễn Huy Ninh nghiên cứu về phơng
pháp đánh giá tính cắt gọt của đá mài. Các nghiên cứu này và nhiều nghiên cứu khác
đã đợc ứng dụng vào trong thực tế sản xuất, làm các tài liệu tham khảo trong quá
trình giảng dạy, học tập và nghiên cứu khoa học.
Tuy nhiên qua sự tìm hiểu về bản chất quá trình gia công mài cũng nh trong thực
tế, tôi nhận thấy sự ảnh hởng của các thông số công nghệ đến chất lợng bề mặt
chi tiết gia công còn nhiều vấn đề cha đợc giải quyết triệt để, cụ thể nh sự hình
thành và lớp chiều sâu biến cứng, lớp bị tôi cứng, lớp ảnh hởng nhiệt ngay trên bề
mặt chi tiết, các vết nứt tế vi và độ nhám bề mặt... cần đợc phân tích chi tiết hơn.
ảnh hởng của các yếu tố công nghệ đến các kết quả mài trong các điều kiện công

nghệ cụ thể khác nhau cần đợc khảo sát, nhằm mục tiêu nâng cao chất lợng chế
tạo chi tiết gia công trong quá trình mài.
Hiện nay khi nghiên cứu về mài ngời ta thờng đi vào một số hớng nghiên cứu
nh:
- ứng dụng các công nghệ mới: điều khiển, đo lờng để nghiên cứu tự động hoá
quá trình mài.

11


- Nghiên cứu mở rộng khả năng công nghệ của mài, đa mài thành nguyên công
chính trong công nghệ gia công cắt gọt.
- Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ đến chất lợng.
- Nghiên cứu các loại vật liệu chế tạo hạt mài, chất kết dính, .. để nâng cao độ bền
của đá, nhằm nâng cao tốc độ cắt khi mài.
- Nghiên cứu đánh giá Topography của đá.
- Nghiên cứu độ trơn nguội, dung dịch tới và phơng pháp tới hợp lí.
Trong đó nghiên cứu ảnh hởng các yếu tố kỹ thuật tới bề mặt chi tiết gia công khi
mài để có sự lựa chọn, điều chỉnh các thông số công nghệ ứng dụng trong quá trình
gia công nhằm đạt đợc mục tiêu tối u cũng trở nên hết sức cần thiết.
Với lý do trên, khi thực hiện Luận văn với đề tài: Nghiên cứu ảnh hởng của
một số yếu tố công nghệ đến chất lợng bề mặt của chi tiết khi mài tròn ngoài
chủ yếu đề cập tới các vấn đề nghiên cứu nh sự mòn của đá mài, lực mài ảnh
hởng của các thông số công nghệ (sd, t) đến chất lợng bề mặt của chi tiết khi mài
tròn ngoài. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần phong phú thêm những tài liệu tham
khảo trong quá trình nghiên cứu tiếp theo về mài đặc biệt là mài tròn ngoài.
3. Mục tiêu chính của đề tài.
Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ (sd, t) và quá trình mòn của đá
mài đến nhám bề mặt của chi tiết gia công trên máy mài tròn ngoài. Xây dựng hệ
thống thí nghiệm.

4. Nội dung đề tài cần giải quyết.
+ Nghiên cứu tổng quan về mài: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mài và những vấn
đề cơ bản của công nghệ mài, ảnh hởng của các yếu tố công nghệ, quá trình mòn
của đá mài... đến chất lợng bề mặt chi tiết gia công trên máy mài tròn ngoài.
+ Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ tới chất lợng bề mặt chi tiết
gia công khi mài tròn ngoài.
+ Xây dựng hệ thống thí nghiệm.
5. Đối tợng nghiên cứu.

12


Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ (sd, t) và quá trình mòn của đá
đến độ nhám bề mặt khi gia công thép 45 trên máy mài tròn ngoài.
6. Phơng pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu các tài liệu khoa học, nghiên cứu lý thuyết xây dựng hệ thống thí
nghiệm bằng các thiết bị đo hiện đại và các phần mềm chuyên dụng.
7. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
+ Đánh giá đợc ảnh hởng của các yếu tố công nghệ đến chất lợng bề mặt chi
tiết gia công khi mài tròn ngoài.
+ Hệ thống thí nghiệm làm việc ổn định và độ tin cậy cao.
+ Kết quả nghiên cứu đợc dùng làm tài liệu tham khảo quá trình nghiên cứu, ứng
dụng sản xuất và cơ sở lý thuyết cho các nghiên cứu tiếp theo đối với công nghệ mài
đặc biệt là mài tròn ngoài.
Nội dung luận văn: Kết cấu của luận văn gồm 3 chơng và phần kết luận chung:
Chơng 1: Giới thiệu tổng quan về chất lợng bề mặt chi tiết gia công và quá
trình mài.
Chơng 2: ảnh hởng của các yếu tố công nghệ tới chất lợng bề mặt chi tiết khi
mài.
Chơng 3: Xây dựng hệ thống thí nghiệm.


13


Chơng 1. Giới thiệu tổng quan về chất lợng
bề mặt chi tiết gia công và mài
1.1. Chất lợng bề mặt chi tiết gia công:
Đối với các chi tiết máy, chất lợng bề mặt là một chỉ tiêu rất quan trọng trong
quá trình gia công cần phải quan tâm nhất là ở giai đoạn gia công tinh.
Chất lợng bề mặt chi tiết máy đợc thể hiện thông qua hai nhóm chỉ tiêu đó là
các chỉ tiêu hình học và tính chất cơ lý của lớp kim loại bề mặt. Các thông số hình
học đánh giá chất lợng bề mặt bao gồm sai số hình dáng hình học với những đại
lợng đặc trng nh độ nhám, độ sóngvv. Quá trình gia công có thể ảnh hởng,
thay đổi tính chất cơ lý lớp kim loại bề mặt bao gồm độ biến cứng, chiều sâu lớp
biến cứng, độ lớn và chiều của ứng suất d.
Bề mặt chi tiết sau khi gia công không bằng phẳng, chính xác một cách lý tởng
mà có những thông số đặc trng về sai số hình dáng hình học là độ ô van, độ đa
cạnh, độ côn, độ tang trống, độ yên ngựa, độ sóng; sai số bề mặt tế vi (độ nhám, độ
sóng bề mặt) đợc đánh giá bằng các chỉ tiêu đó là sai lệch profin trung bình Ra và
chiều cao nhấp nhô theo 10 điểm tiêu biểu Rz. Những nhấp nhô này là kết quả của
quá trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết gia công cắt gọt, là vết lỡi cắt trên bề
mặt gia công, là ảnh hởng của rung động trong quá trình cắt và nhiều nguyên nhân
khác. Độ sóng, độ nhám bề mặt thờng là các yêú tố đợc đề cập nhiều nhất để
đánh giá chất lợng bề mặt chi tiết máy.
Quá trình gia công ít nhiều cũng làm thay đổi tính chất cơ lí bề mặt gia công. Tính
chất cơ lý đợc biểu thị bằng độ cứng bề mặt, sự biến đổi cấu trúc tinh thể lớp bề
mặt, chiều sâu biến cứng bề mặt. Trong quá trình gia công dới tác dụng của lực cắt
làm xô lệch mạng tinh thể của kim loại lớp bề mặt, gây biến dạng dẻo ở vùng trớc
và vùng sau lỡi cắt làm cho kim loại lớp bề mặt bị cứng nguội, chắc lại và có độ
cứng tế vi cao. Lớp biến cứng bề mặt có tác dụng nâng cao tính chống mòn vì nó

hạn chế biến dạng dẻo toàn phần của chi tiết qua đó hạn chế hiện tợng chảy và mài
mòn kim loại.
Cũng trong quá trình gia công lớp bề mặt chi tiết xuất hiện ứng suất d. Các
nguyên nhân chính xuất hiện ứng suất d trong lớp bề mặt gia công là: Khi cắt một

14


lớp mỏng vật liệu trờng lực gây ra biến dạng dẻo không đều; Biến dạng dẻo làm
chắc lớp kim loại bề mặt; Nhiệt sinh ra tại vùng cắt nung nóng cục bộ bề mặt làm
giảm mô đun đàn hồi của vật liệu. Sau khi cắt lớp bề mặt nguội nhanh, co lại gây ra
ứng suất d kéo, để cân bằng lớp trong gây ra ứng suất d nén. Kim loại chuyển pha
và nhiệt cắt làm thay đổi cấu trúc lớp kim loại bề mặt và gây ra ứng suất d nén nếu
có xu hớng tăng thể tích. Tuy nhiên ứng suất d bề mặt của chi tiết máy nói chung
không ảnh hởng nhiều đến tính chống mòn chi tiết máy.
Ngoài ra chất lợng bề mặt chi tiết, cụm chi tiết máy thiết bị máy móc đợc xác
định bằng độ mài mòn, độ bền tiếp xúc và bền mỏi, tính bảo toàn không co giãn
kích thớc khi kéo và khe hở mối ghép, đại lợng hệ số ma sát, chuyển động êm của
các bề mặt làm việc, độ chính xác động học.
Có thể nhận thấy rằng, những đặc tính cơ bản về chất lợng lớp bề mặt sắp xếp
theo mức ảnh hởng đến tuổi thọ của chi tiết máy có thể sắp xếp theo thứ tự sau:
a - Độ chính xác hình dáng hình học các chi tiết tiếp xúc
b - Độ nhấp nhô bề mặt
c - Độ cứng tế vi lớp bề mặt
d - Các ứng suất d lớp bề mặt
Khi gia công chi tiết bằng phơng pháp mài, bề mặt mài đợc hình thành do tổng
tác động của tất cả các hạt mài lên bề mặt chi tiết gia công. Hạt mài khi cắt vào phôi
sẽ cắt đi một lợng kim loại ở dạng các hình đa giác.
Chất lợng bề mặt của chi tiết mài cũng đợc đánh giá bằng các yếu tố hình học
của các vết cào xớc tế vi, độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô, vết gia công, hình dạng

các vết nhấp nhô) và các tính chất cơ lý của lớp bề mặt (biến cứng, biến đổi cấu trúc,
ứng suất d...) Đại lợng nhấp nhô tế vi khi mài phụ thuộc vào chế độ mài, chất
lợng đá mài, trình trạng kỹ thuật của máy, dung dịch tơí nguội và nhiều yếu tố
khác.
Để đánh giá chất lợng bề mặt chi tiết sau khi mài tinh cần đánh giá tổng hợp
nhiều chỉ tiêu nh đã nghiên cứu ở trên tuy nhiên trong phạm vi đề tài này chỉ tập
trung đánh giá một chỉ tiêu mà có thể đo đợc chính xác đó là độ nhấp nhô tế vi bề
mặt chi tiết mài.

15


Độ nhám bề mặt chi tiết mài là tập hợp tất cả nhấp nhô tế vi bề mặt mài, toàn bộ
các vết đợc tạo ra bởi lỡi cắt của đá mài, những bề lồi, lõm với bớc cực nhỏ và
quan sát đợc trên một khoảng cách ngắn tiêu chuẩn. Hình dạng và kích thớc của
các vết này là ngẫu nhiên. Độ nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết mài phụ thuộc vào sự
phân bố của các hạt mài trên đá mài và quá trình động học, mức độ biến dạng dẻo
khi cắt, chế độ cắt, đặc tính đá, chế độ trơn nguội, độ cứng vững của máy.
Giản đồ bề mặt nhấp nhô (hình 1.1) đợc mô tả phóng đại những sai lệch tế vi để
giúp chúng ta đánh giá đợc độ nhám bề mặt. Đờng trung bình prôfin của độ nhấp
nhô bề mặt này là đờng cơ sở, để xác định số lợng trị số nhấp nhô và vị trí, tổng
diện tích hai phía từ đờng kính trung bình tới prôfin phải bằng nhau, tức là:
F1+F3+...+ Fn-1 =E2+F4 +...+Fn

(1.1)

Cấp nhấp nhô bề mặt tuỳ thuộc vào chiều dài đờng cơ sở 1. Tiêu chuẩn đánh giá
sai lệch hình học tế vi của bề mặt dựa trên hai thông số sau:
- Sai lệch trung bình số học của prôfin Ra :
1


Ra =

1
1 n
h
dx

hi
x
l 0
n n =1

(1.2)

Trong đó:
+ l : Chiều dài chuẩn.
+ hx : Chiều cao nhấp nhô tính từ đờng chuẩn
+ n : Số nhấp nhô đợc đo.
Độ cao nhấp nhô Rz: khoảng cách trung bình giữa năm điểm cao và năm điểm
thấp nhất trong chiều dài cơ sở:
5

Rz =

H
i =1

5


max


i =1

5

16

H

min

(1.3)


Hình 1.1. Giản đồ nhấp nhô bề mặt

1.2. quá trình mài
1.2.1. Giới thiệu chung quá trình mài
* Đặc điểm về cơ chế mài
Mài là một phơng pháp gia công cắt gọt. Các lỡi cắt tham gia cắt gọt là những
hạt mài rất bé của đá mài. Quá trình cắt vật liệu khi mài diễn ra nhờ quá trình tạo
phoi nh các quá trình gia công khác. Quá trình đó diễn ra do sự xâm nhập của hạt
mài vào vật liệu chi tiết sau đó tạo phoi. Chiều sâu xâm nhập của hạt mài vào vật
liệu chi tiết mài phụ thuộc vào cấu trúc hình học bề mặt đá, chuyển động của đá và
chi tiết. Các lỡi cắt là các hạt mài có hình dáng, kích thức khác nhau và đợc xếp
xắp một cách ngẫu nhiên trên bề mặt đá do đó các vết cắt xoá lẫn nhau nên có thể
tạo ra đợc các bề mặt sau khi mài có độ bóng cao. Vì vậy, Mài thờng đợc chọn
là một phơng pháp gia công tinh. Bằng phơng pháp mài, có thể gia công đợc chi

tiết đạt độ chính xác cấp 6-7, độ bóng cấp 8-10 (Ra=0,63-0,16àm). do đó có thể sử
dụng để làm gia công lần cuối.
Bằng mài có thể gia công đợc các mặt phẳng, mặt trụ (trong, ngoài) các mặt tròn
xoay hay các mặt định hình.
Mài có thể sửa đợc các sai số vị trí của chi tiết.
Mài có thể gia công đợc các loại vật liệu rất cứng (Hợp kim cứng, thép tôi v.v...),
nhng lại khó gia công đợc vật liệu quá mềm (đồng, nhôm v.v...).

17


- Hình dạng hình học của mỗi hạt mài không giống nhau, góc sắc thờng lớn hơn
900 (>900) góc trớc thờng âm (<0) do đó không thuận lợi cho quá trình cắt và
thoát phoi.
- Độ cứng của hạt mài cao, do đó có thể cắt đợc những vật liệu cứng mà các loại
dụng cụ không cắt đợc nh: Thép đã tôi, hợp kim cứng..
- Do nhiều hạt mài cùng tham gia cắt gọt một lúc, lỡi cắt là hạt mài có góc trớc
nhỏ (<0); vận tốc cắt lớn nên nhiệt cắt khi mài rất lớn, nhiệt độ vùng cắt có thể lên
tới 1000-15000c, gây cháy phoi, sinh tia lửa.
- Quá trình cắt khi mài có tính gián đoạn, các hạt mài lần lợt vào cắt, ra cắt tạo
các rung động.
- Các đỉnh lỡi cắt phân bố không đều theo chiều cao, lợng cắt phân bố cho các
hạt mài không đều, do đó lực cắt tác động lên các hạt mài không bằng nhau.
Nếu lực cắt quá lớn sẽ có hiện tợng hạt mài bị vỡ ( tạo ra các lỡi cắt mới) hay bị
bong ra khỏi bề mặt làm việc của đá và xuất hiện lỡi cắt của các hạt mài mới tạo ra
khả năng tự mài của đá.
Mài đợc sử dụng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy. Trong tổng số máy công
cụ, máy mài chiếm 30%, còn trong một số ngành đặc biệt nh chế tạo vòng bi mài
chiếm đến 60%. Mài không những đợc sử dụng gia công tinh lần cuối mà còn đợc
sử dụng ngày càng rộng rãi ở các nguyên công gia công thô.

Ngày nay, cùng với sự phát triển của ngành chế tạo máy, những đòi hỏi về độ
chính xác và chất lợng gia công ngày một cao thì mài càng đợc quan tâm nghiên
cứu và đợc sử dụng rộng rãi hơn.
* Mô hình quá trình mài:
Trên hình 1.2. Biểu diễn sơ đồ mài tròn ngoài. Hình 1.2.a. Sơ đồ mài tròn ngoài
tiến dao hớng kính. Hình 1.2.b. Sơ đồ mài tròn ngoài tiến dao dọc.
- Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của đá mài vđ
- Chuyển động phụ bao gồm:
+ Chuyển động quay của phôi vp.
+ Chuyển động tiến dao dọc sd.
+ Chuyển động tiến dao ngang sn.

18


V
S

V

H×nh 1.2.a.

S

V

V

S
H×nh 1.2.b


H×nh 1.2. S¬ ®å mµi trßn ngoµi

19


1.3. M« h×nh mµi trßn ngoµi tiÕn dao däc

20


1.2.2. Quá trình tạo phoi khi mài
Cũng tơng tự nh các phơng pháp gia công khác nh phay hoặc tiện, việc cắt bỏ
vật liệu trong quá trình mài xảy ra chủ yếu bằng quá trình tạo phoi, nhng ở mức độ
nhỏ hơn. Trong hầu hết các quá trình gia công, thông số hình học của dụng cụ cắt và
tơng tác của dụng cụ cắt với phôi đợc xác định một cách cụ thể, thì đối với mài lại
không đơn giản nh vậy. Đá mài có vô số điểm cắt không xác định đợc về mặt
hình học (các dao cắt), đợc phân bố không đồng đều trên bề mặt làm việc và đợc
tiếp xúc với phôi theo những hớng và vị trí ngẫu nhiên. Do đó trong hình học cắt từ
điểm cắt này tới điểm cắt khác có những biến đổi đáng kể.
Nếu xem xét quá trình tạo phoi khi mài của một hạt mài ta thấy nguyên lý làm
việc tơng tự nh với một răng của dao phay (hình 1.4)

Hạt mài
Phoi
Phoi

Vd

Vct

Vct
Chi tiết

Chi tiết

Hình 1.4. Mô hình quá trình cắt, tạo phoi khi mài của một hạt mài.
Song quá trình mài có những đặc thù riêng, tơng đối khác biệt với quá trình cắt
bằng dụng cụ kim loại nh phay.
Những khác biệt ấy bao gồm:
- Các lỡi cắt của hạt mài tham gia cắt không liên tục.
- Lớp kim loại đợc cắt bởi một hạt mài có sự phụ thuộc về quan hệ chiều rộng
và có cung lợn bán kính R.
- Hạt mài phân bố không có quy luật trên bề mặt của trụ đá.

21


- Tốc độ cắt cao, có nhiều lỡi cắt cùng tham gia đồng thời trong vùng cắt
(vùng tiếp xúc giữa bề mặt đá và bề mặt gia công).
- Các lỡi cắt của hạt đá mài có độ cứng, bền nhiệt, độ giòn rất cao.
- Do có nhiều lỡi cắt cùng tham gia cắt gọt nên nhiệt cắt lớn, nhiệt độ vùng cắt
cao.
- Có hiện tợng trợt giữa hạt mài và kim loại trớc khi cắt gọt.

Hình 1.5. Sơ đồ mô tả quá trình
tạo phoi bằng hạt mài có bán kính đỉnh cắt p
Dới áp lực mỗi lúc mỗi tăng từ hạt mài lên bề mặt gia công làm tăng quá trình
biến dạng dẻo và nhiệt độ tăng làm cho kim loại mài bị mềm hơn. Độ sâu của lớp
cắt đợc giá trị a sẽ xuất hiện tạo phoi nh vậy quá trình làm việc của bất kỳ hạt mài
nào trên chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và phoi đều đợc chia thành các giai

đoạn: trợt miết, tạo phoi.
Đá mài không có lỡi cắt liên tục trên vành cắt, các cạnh của hạt mài nằm trên độ
cao khác nhau, do đó không phải tất cả các hạt mài đều tham gia cắt gọt trong cùng
một thời điểm giống nhau. Hạt thì trợt trên bề mặt gia công, hạt thì miết nén, hạt
thì tạo phoi. Những hạt có bán kính cung lợn lớn tức là những hạt mòn không thể
cắt đợc lát cắt mỏng, những hạt này không cắt mà chỉ trợt trên bề mặt gia công,
lúc này sinh ra một lợng nhiệt rất lớn.
Nh vậy quá trình tạo phoi khi mài phụ thuộc vào yếu tố hình học của hạt mài.
Quá trình tạo phoi xảy ra trong khoảnh khắc rất nhỏ 0,001 0,005 giây.

22


Tổng số lợng hạt phoi đợc cắt bởi một đá mài trong một đơn vị thời gian là rất
lớn (hàng trăm triệu hạt phoi trong một phút). Bề dày của phoi rất khác nhau từ một
vài micrômet, những phoi quá nhỏ dới tác dụng của nhiệt sẽ bị cháy thành tia lửa
khi mài. Những phoi lớn hơn cùng với những phần tử hạt bị mòn của đá đợc dung
dịch tới nguội rửa trôi.
1.2.3. Biến đổi cấu trúc lớp bề mặt kim loại mài
Chúng ta biết rằng 80% công trong quá trình mài đợc biến thành nhiệt chỉ có
20% năng lợng làm biến dạng tinh thể. Biến đổi cấu trúc mạng tinh thể dẫn đến
xuất hiện nội ứng suất bởi vì chúng gây ra biến đổi thể tích kim loại. Nếu nh nội
ứng suất vợt quá đại lợng bền tức thời thì kim loại sẽ bị phá huỷ, lúc này sẽ sinh
ra các vết nứt khi mài.
Trong quá trình mài xuất hiện hiện tợng cháy mài do đó cần phải khống chế sinh
nhiệt trong quá trình mài. Nhiều kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng nhiệt phát sinh
khi mài và sau đó là khả năng gây cháy mài có nguyên nhân trực tiếp từ lựa chọn
chế độ mài, đặc tính kỹ thuật của đá và phơng pháp điều chỉnh máy mài.
* Biến dạng khi mài
Kim loại và hợp kim đều có cấu trúc mạng tinh thể và đợc hình thành từ một số

lợng lớn các hạt đa tinh thể đợc xếp theo những trật tự khác nhau về kích thớc.
Chúng liên kết với nhau tạo thành khối rất bền vững về cơ học. Bề mặt các kim loại
đa tinh thể liên kết với nhau bằng những lớp tinh thể nhỏ và khi bị phá huỷ có
phơng rất khác nhau.
Khi gia công kim loại bằng phơng pháp cắt gọt sẽ xuất hiện biến dạng dẻo trên
lớp mỏng ở bề mặt, lan toả sang các vùng lân cận nằm dới lớp bề mặt gia công.
Quá trình biến dạng dẻo phát sinh theo hớng trợt tức là làm dịch chuyển một lớp
tinh thể này theo mặt phẳng liên kết tinh thể nhất định nào đó. Cũng có thể nói rằng
quá trình trợt là sự dịch chuyển của một lớp nguyên tử này so với lớp nguyên tử
kia, dới tác dụng của lực biến dạng (tức là dới sự tác dụng của lực cắt).
Sự trợt bắt đầu khi xuất hiện ứng suất trợt đủ lớn để gây trợt. Quá trình biến
dạng dẻo xảy ra sau biến dạng đàn hồi, sức lan toả hầu nh bằng tốc độ âm thanh
(với thép khoảng 5130m/s), nhng để xuất hiện biến dạng dẻo đảm bảo cho các hạt

23


tinh thể dịch chuyển đợc cần có nhiều thời gian hơn. Bởi vậy ở tốc độ biến dạng
cao xuất hiện dạng dẻo cục bộ tại chỗ. Biến dạng dẻo cũng đợc hiểu nh biến dạng
giữa các tinh thể, trong đó một số hạt này dịch chuyển tơng đối với một số hạt
khác. Chính những sự dịch chuyển này không lớn, nhng cũng đủ để gây phá huỷ
đờng biên của hạt, cuối cùng phá huỷ kim loai.
Khi cắt kim loại bằng hạt mài kim loại ở lớp ngoài cùng vị kéo chảy theo hớng
tác dụng của lực cắt. Các tinh thể về cơ bản đợc sắp xếp theo hớng của sơ đồ
mạng tinh thể, tơng tự sắp xếp của các hạt nhỏ theo hớng biến dạng gọi là vân
kim loại. Nh vậy khi biến dạng dẻo xuất hiện những hiện tợng sau:
- Thay đổi hình dáng hạt.
- Thay đổi vị trí hạt và tạo thành vân
- Hình thành ứng suất d
- Phát sinh tự phá huỷ bên trong mạng tinh thể và phá huỷ liên kết giữa các mạng

với nhau, phá huỷ đơn hạt.
- Thay đổi tính chất cơ lý của lớp bề mặt
- Khi cắt kim loại biến dạng dẻo gây ra biến cứng lớp bề mặt do đó chi tiết trở nên
bền hơn và độ cứng tế vi đợc nâng cao và giảm tính dẻo.
*ứng suất lớp d bề mặt:
Các nghiên cứu trớc đây đã xác định rằng ứng suất d ảnh hởng lớn đến tính
chất sử dụng và tuổi bền của chi tiết máy, ảnh hởng lớn nhất đến tuổi bền là độ
cứng tế vi lớp bề mặt.
Yếu tố cơ bản để đánh giá tình trạng lớp bề mặt là độ lớn và chiều dài của ứng
suất mỏi bên trong lớp kim loại. Các loại ứng suất này xuất hiện trong quá trình mài
và tồn tạo trên chi tiết gia công. ứng suất d trên lớp bề mặt xuất hiện do những
nguyên nhân sau:
- Biến dạng dẻo lớp bề mặt
- Biến dạng dẻo không đồng nhất, liên qua đến các thớ, sợi kim loại lớp bề mặt và
phát sinh trong lớp này ứng suất d nến có ảnh hởng theo chiều cắt gọt.
- Cháy lớp mỏng trên bề mặt kèm theo xuất hiện ứng suất d kéo.
Biến đổi pha các lớp kim loại dẫn đến chúng có cấu trúc khác nhau do đó tạo ra

24


các lớp ứng suất d có dấu và giá trị khác nhau.
Nghiên cứu về độ lớn và tính chất ứng suất d mang một ý nghĩa lớn, nhiều
nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi khử ứng suất d trên lớp bề mặt đã làm tăng bền chi
tiết gia công và nâng cao khả năng chịu mòn. Trong quá trình mài chọn chế độ cắt
hợp lý sẽ tạo ra một lớp bề mặt có ứng suất d nén làm tăng tuổi thọ chi tiết gia
công.
1.3. cấu tạo của đá mài
1.3.1. Vật liệu hạt mài
Đá mài là loại dụng cụ cắt đợc chế tạo từ vật liệu dạng hạt, liên kết với nhau

thành một thể nguyên khối bằng những chất kết dính.
Những vật liệu hạt mài sử dụng để chế tạo dụng cụ từ hạt mài là các loại vật liệu
nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, mà chúng có độ cứng lớn và khả năng cắt gọt
cao.
Các vật liệu hạt mài sử dụng để chế tạo các dụng cụ thờng đợc phân thành hai
nhóm: Tự nhiên và nhân tạo. Nhóm vật liệu tự nhiên bao gồm các khoáng chất sau:
Kim cơng tự nhiên, thạch anh, đá lửa, granat, Coranh đông, Các bua Silic, Với
loại vật liệu nhân tạo bao gồm: Kim cơng, Nitrit bo ở dạng mạng lập phơng thể
tâm (CBN), Co ranh đông điện, Các bit silic, Các bit bo, Oxyt nhôm..
Kim cơng tự nhiên (A) là một biến thể của cacbon, Nó có độ cứng cao nhất trong
số các loại vật liệu mài tự nhiên và nhân tạo đã biết hiện nay. Tuy nhiên kim cơng
giòn. Kim cơng thờng đợc xác định khối lợng theo cara (01 cara = 200
miligam).
Kim cơng nhân tạo (A.C). Để tổng hợp kim cơng nhân tạo, ngời ta sử dụng các
vật liệu có chứa cacbon kết hợp với một số chất xúc tác. Vật liệu cơ bản thờng
đợc dùng là graphit. đôi khi ngời ta còn dùng cả than củi. Vật liệu xúc tác thờng
dùng là kim loại (crôm, niken, sắt, côban và một vài kim loại khác). Dới tác động
của nhiệt độ và áp suất cao kim cơng nhân tạo sẽ đợc hình thành.
Côranh đông điện có hai loại: Côranh đông điện thờng (1A), đợc thiêu kết từ
bốcxít và các biến thể của nó nh 12A,13A,14A,15A,16A. Côranh đông điện trắng
(2A) đợc thiêu kết từ ôxit nhôm và các biến thể của nó 22A,23A,24A, 25A.

25