Tài liệu đề tài “nghiên cứu nguyên công mài, thiết kế dụng cụ mài khôn”

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .............................................................................................................................. Ngày......tháng......năm 2012. Giảng viên hướng dẫn. GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 1 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .............................................................................................................................. Ngày......tháng......năm 2012. Giảng viên phản biện. GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 2 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa – hiện đại hóa theo định hướng XHCN, trong đó ngành công nghiệp đang đóng một vai trò rất quan trọng. Các hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến và từng bước thay thế sức lao động của con người. để tạo ra và làm chủ những máy móc như thế đòi hỏi mỗi con người chúng ta phải tìm tòi nghiên cứu rất nhiều. Là một sinh viên khoa cơ khí chế tạo, là một nhân lực chuẩn bị bước ra làm việc ngoài cuộc sống em luôn thấy được tầm quan trọng của những kiến thức mà mình tiếp thu được từ thầy cô, bạn bè, sách báo, internet... Trong quá trình đào tạo của trường, học sinh - sinh viên được học chuyên môn về chế tạo máy được giao cho làm đồ án. Thông qua việc làm đồ án sinh viên nâng cao được trình độ hiểu biết của mình, biết trình tự thiết kế, phương pháp và quá trình gia công, tạo điều kiện nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công. Vì chất lượng bề mặt gia công là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả cuối cùng của quá trình gia công, sản xuất. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của máy móc thiết bị hiện đại đòi hỏi ngành công nghệ chế tạo máy sẽ phải có những tiến bộ vượt bậc về năng suất và độ chính xác gia công cơ. Bên cạnh hướng sử dụng các dụng cụ mới, trước mắt người ta vẫn phải đầu tư nhiều cho việc hoàn thiện các phương pháp gia công cơ theo một số hướng sau: - Đổi mới nâng cao năng suất, độ chính xác chế tạo phôi. - Sử dụng các loại dụng cụ có độ cứng cao từ các hợp kim cao cấp. - Nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt của các chi tiết máy, từ đó đặt ra nhiều đòi hỏi với công đoạn gia công cuối cùng như: - Các phương pháp gia công lần cuối phải đảm bảo đạt năng suất, độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công cao. - Phải thích hợp với quá trình gia công vật liệu cứng. Để đạt được chất lượng bề mặt gia công có nhiều phương pháp:tiện, phay, mài, doa… Nhưng mài là một phương pháp gia công tinh có thể đáp ứng được những đòi hỏi trên. Chính vì vậy mà mấy năm gần đây vị trí của phương pháp mài càng được khẳng định. Hiện nay phương pháp mài đang được sử dụng rộng dãi, có nhiều ưu điểm, ngày càng được cải tiến để áp dụng vào các lĩnh vực của đời sống. Dưới sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của thầy giáo Th.s Luyện Duy Tuấn cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa, em đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu nguyên công mài, thiết kế dụng cụ mài khôn”. Qua thời gian làm đồ án với những hiểu biết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô, cùng với các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thiết kế: Phùng Quang Công GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 3 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................3 MỤC LỤC...................................................................................................................4 DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................7 DANH MỤC HÌNH ẢNH ..........................................................................................8 DANH MỤC CÁC BẢN VẼ...............................................................................................11 PHẦN A: NGHIÊN CỨU NGUYÊN CÔNG MÀI ................................................112 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................12 I.1. Gia công mài: ..................................................................................................12 I.1.1. Lịch sử của nguyên công mài: .................................................................12 I.1.2. Đặc điểm của nguyên công mài: ..............................................................14 I.1.3. Độ chính xác đạt được khi mài: ..............................................................14 I.2. Tương tác trong vùng mài: .............................................................................16 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP MÀI .............................................................19 II.1. Mài mặt trụ ngoài:.........................................................................................19 II.1.1. Mài có tâm: ............................................................................................19 II.1.2:. Mài không tâm: .....................................................................................20 II.2 . Mài trụ trong: ...............................................................................................21 II.2.1. Mài có tâm: ............................................................................................21 II.2.2. Mài lỗ không tâm: ..................................................................................22 II.3. Mài mặt phẳng: .............................................................................................22 II.4. Mài định hình: ...............................................................................................23 II.4.1. Mài ren: ...................................................................................................24 II.4.2. Mài răng: .................................................................................................24 II.5. Mài dây: ........................................................................................................25 II.6. Mài nghiền: ...................................................................................................25 II.6.1. Nghiền mặt phẳng: .................................................................................27 II.6.2. Nghiền Mặt trụ ngoài: ............................................................................27 II.6.3. Nghiền Mặt trụ trong: ............................................................................28 II.7. Mài khôn: .......................................................................................................29 II.8. Mài siêu tinh xác: ..........................................................................................32 II.9. Đánh bóng: ....................................................................................................34 CHƯƠNG III: CẤU TẠO VÀ KÝ HIỆU CÁC LOẠI ĐÁ MÀI .............................36 III.1. Cấu tạo đá Mài: ............................................................................................36 III.1.1. Vật liệu hạt mài:.....................................................................................36 III.1.2. Cỡ hạt: ....................................................................................................39 III.1.3. Chất kết dính: .........................................................................................39 III.1.4. Cấu trúc đá mài: .....................................................................................41 III.1.5. Độ cứng: ................................................................................................41 III.1.6. Độ mòn và tuổi bền của đá mài: ............................................................42 III.2. Các loại đá mài: ............................................................................................43 III.3. Phương pháp thử và cân bằng đá mài: ........................................................46 III.3.1. Cách thử nghiệm đá mài: .......................................................................46 III.3.2. Phương pháp cân bằng: .........................................................................46 III.3.3. Các bước tiến hành cân bằng đá mài: ....................................................46 GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 4 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP III.4. Lắp và sửa đá mài: ........................................................................................47 III.4.1. Phương pháp gá lắp đá mài: ..................................................................47 III.4.2. Phương pháp rà sửa đá:.........................................................................47 CHƯƠNG IV: MÁY MÀI VÀ CÁCH VẬN HÀNH MÁY ....................................48 IV.1. Giới thiệu một số loại máy mài: ...................................................................48 IV.2. Cách vận hành máy mài:..............................................................................51 IV.2.1. Đặc tính kỹ thuật của máy mài phẳng ACRA: ......................................51 IV.2.2. Các bộ phận cơ bản của máy mài phẳng ACRA: ..................................51 IV.2.3. Thao tác vận hành máy mài phẳng: .......................................................53 IV.2.4. Chăm sóc và bảo dưỡng máy mài: ........................................................55 CHƯƠNG V: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA BỀ MẶT MÀI………………………………………………………………………………………..51 V.1. Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của bề mặt mài:…………………51 V.2. Sự thay đổi cấu trúc lớp bề mặt mài:……………………………………….51 V.3. Ứng suất dư bên trong của vật mài:………………………………………..52 CHƯƠNG VI: CHẾ ĐỘ CẮT – LỰC CẮT KHI MÀI ............................................58 VI.1. Chế độ cắt và thành phần lớp cắt: ................................................................58 VI.1.1. Tốc độ cắt: .............................................................................................58 VI.1.2. Chiều sâu cắt: ........................................................................................58 VI.1.3. Lượng chạy dao: ....................................................................................58 VI.1.4. Tiết diện cắt: ..........................................................................................58 VI.2. Lực cắt và công suất cắt khi mài: .................................................................59 VI.3. Xác định chế độ cắt gọt khi mài: ..................................................................60 CHƯƠNG VII: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MÀI................................................62 VII.1. Mài cao tốc:.................................................................................................62 VII.2. Mài lực: .......................................................................................................62 VII.3. Nâng cao chất lượng đá mài: ......................................................................62 VII.4. Sử dụng dung dịch trơn nguội có thành phần hợp lý: .................................62 VII.5. Sử dụng máy mài có tốc độ lớn: .................................................................63 VII.6. Phương pháp cung cấp dung dịch trơn nguội qua lỗ của đá mài: ...............63 PHẦN B: THIẾT KẾ DỤNG CỤ MÀI KHÔN ........................................................64 CHƯƠNG VIII: TỔNG QUAN VỀ ĐẦU MÀI KHÔN ..........................................64 VIII.1. Cấu tạo và chức năng làm việc: .................................................................64 VIII.2. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của đầu mài khôn: ...........................65 CHƯƠNG IX: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẦU MÀI KHÔN 66 IX.1. Phân tích chi tiết gia công: ...........................................................................66 IX.2. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu: .......................................................67 IX.3. Thiết kế quy trình công nghệ cho từng chi tiết: ...........................................67 IX.3.1. Trục chính: .............................................................................................67 IX.3.2. Đai ốc:....................................................................................................72 IX.3.3. Trục côn: ................................................................................................76 IX.3.4. Trục giữ cánh mang đá: .........................................................................79 IX.3.5. Đế định vị: .............................................................................................81 IX.3.6. Cánh mang đá: .......................................................................................84 IX.3.7. Chốt: ......................................................................................................86 GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 5 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP IX.3.8. Chốt tỳ: ..................................................................................................88 IX.3.9. Bạc giữ cánh mang đá: ..........................................................................89 CHƯƠNG X: TÍNH LƯỢNG DƯ GIA CÔNG .......................................................91 X.1. Tính lượng dư gia công trụ Ø16 của chi tiết trục côn: ..................................91 X.2. Tra lượng dư cho các bề mặt còn lại của chi tiết trục côn: ............................93 CHƯƠNG XI: TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT ........................................................................95 XI.1. Tính chế độ cắt cho trụ 16 của chi tiết trục côn: .......................................95 XI.2. Tra chế độ cắt cho các nguyên công khác của chi tiết trục côn: ..................98 CHƯƠNG XII: TÍNH THỜI GIAN GIA CÔNG ...................................................100 XII.1. Nguyên công 1: Khỏa mặt đầu và khoan tâm, tiện 𝜙16. ..........................100 XII.2. Nguyên công 2: Tiện 𝜙16. ........................................................................101 XII.3. Nguyên công 3: Tiện 𝜙15, 𝜙8, côn. ........................................................101 XII.4. Nguyên công 4: Khoan, doa lỗ 𝜙5...........................................................101 XII.5. Nguyên công 5: Khoan, doa lỗ 𝜙6............................................................102 KẾT LUẬN. ............................................................................................................103 TÀI LIỆU THAM KHẢO. ......................................................................................104 PHỤ LỤC................................................................................................................105 GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 6 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng STT Trang 1 Bảng I.1: Độ chính xác kinh tế và độ bóng đạt được bằng các phương pháp gia công 15 2 Bảng III.1: Kích thước của hạt mài tương ứng với cỡ hạt của nó. 39 3 Bảng III.2: Độ cứng của đá mài. 42 4 Bảng III.3: Tuổi bền của đá mài. 43 5 Bảng IV.1: Thông số cơ bản của các máy. 48 6 Bảng VI.1 : Lực cắt đơn vị của một số phương pháp gia công. 60 7 Bảng VI.2: Lượng chạy dao khi gia công một số loại vật liệu. 60 8 Bảng VI.3: Tính thời gian cơ bản của máy. 61 9 Bảng X.1: Bảng tính lượng dư mặt trụ ngoài  16 mm. 93 10 Bảng XI.1:Chế độ cắt nguyên công 1: Khỏa mặt đầu, khoan tâm. 98 11 Bảng XI.2: Chế độ cắt nguyên công 2: Tiện 𝜙15. 𝜙8, côn. 98 12 Bảng XI.3: Chế độ cắt nguyên công 3: Khoan, doa lỗ 𝜙5. 98 13 Bảng XI.4: Chế độ cắt nguyên công 4: Khoan, doa lỗ 𝜙6. 99 GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 7 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH ẢNH STT Tên hình Trang 1 Hình I.1: Hệ thống gia công mài. 12 2 Hình I.2: Quá trình cắt của hạt mài. 13 3 Hình I.3: Mô hình hóa quá trình cắt hạt mài 16 4 Hình I.4: Tương tác giữa hạt mài và vật liệu gia công 16 5 Hình II.1 : Sơ đồ mài trụ ngoài có tâm. 19 6 Hình II.2: Sơ đồ mài trụ ngoài không tâm. 20 7 Hình II.3: Sơ đồ mài lỗ có tâm. 21 8 Hình II.4 : Sơ đồ mài lỗ không tâm 22 9 Hình II.5: Sơ đồ mài phẳng 22 10 Hình II.6 : Sơ đồ mài định hình. 23 11 Hình II.7 : Sơ đồ mài ren 24 12 Hình II.8 : Sơ đồ mài răng bằng đá định hình. 24 13 Hình II.9 : Sơ đồ mài dây 25 14 Hình II.10 : Sơ đồ các dạng mài nghiền 26 15 Hình II.11 : Các phương pháp nghiền mặt phẳng 27 16 Hình II.12 : Sơ đồ nghiền mặt trụ 28 17 Hình II.13 : Sơ đồ nghiền lỗ. 29 18 Hình II.14 : Kết cấu của đầu khôn 30 19 Hình II.15 : Sơ đồ mài khôn lỗ 30 20 Hình II.16 : Sai lệch khi mài khôn. 31 21 Hình II.17 : Vết gia công khi mài khôn 32 22 Hình II.18 : Sơ đồ mài siêu tinh xác. 32 23 Hình II.19 : Mài siêu tinh 33 24 Hình II.20 : Sơ đồ chuyển động của mài siêu tinh xác 33 25 Hình II.21 : Sơ đồ gia công các chi tiết bằng mài siêu tinh xác 34 26 Hình II.22 : gia công đánh bóng. 35 27 Hình III.1 : Các hạt Cacbuasiliclớn 37 28 Hình III.2 : Nitrit bo thể lập phương 38 29 Hình III.3 : Hạt mài kim cưng nhân tạo 38 30 Hình III.4 : Cấu trúc đá mài 41 31 Hình III.5 : Đá mài thẳng 43 GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 8 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 32 Hình III.6 : Đá mài trụ. 44 33 Hình III.7 : Đá mài kiểu ống loe. 44 34 Hình III.8 : Đá mài dạng đĩa. 44 35 Hình III.9 : Đá mài vô tâm 45 36 Hình III.10 : Một số kiểu đá mài khác. 45 37 Hình III.11 : Thiết bị cân bằng 46 38 Hình III.12 : Cách lắp đá mài 47 39 Hình III.13 : Cách sửa đá 47 40 Hình IV.1 : Máy mài trụ trong. 49 41 Hình IV.2 : Máy mài trụ ngoài 50 42 Hình IV.3 : Máy mài vô tâm 50 43 Hình IV.4 : Máy mài vô tâm CNC 50 44 Hình IV.5 : Máy mài phẳng ACRA 51 45 Hình IV.6 : Cấu tạo các bộ phận của máy mài phẳng ACRA 52 46 Hình IV.7 : Bảng điều khiển máy mài ACRA 53 47 Hình IV.8 : Vị trí chặn đảo hành trình bàn từ tính 54 48 Hình VI.1 :Sơ đồ lực cắt 59 49 Hình VIII.1: Kết cấu đầu mài khôn 64 50 Hình IX.1 : Sơ đồ định vị nguyên công 1( trục chính). 69 51 Hình IX.2 : Sơ đồ định vị nguyên công 2( trục chính). 70 52 Hình IX.3: Sơ đồ định vị nguyên công 3( trục chính). 71 53 Hình IX.4 : Sơ đồ định vị nguyên công 4( trục chính). 71 54 Hình IX.5 : Sơ đồ định vị bước 1( Đai ốc). 73 55 Hình IX.6 : Sơ đồ định vị bước 2( Đai ốc). 73 56 Hình IX.7 : Sơ đồ định vị bước 3( Đai ốc). 74 57 Hình IX.8 : Sơ đồ định vị bước 4( Đai ốc). 74 58 Hình IX.9 : Sơ đồ định vị bước 5( Đai ốc). 74 59 Hình IX.10 : Sơ đồ định vị Nguyên công 2( Đai ốc). 75 60 Hình IX.11 : Sơ đồ định vị Nguyên công 1( Trục côn). 77 61 Hình IX.12 : Sơ đồ định vị Nguyên công 2( Trục côn). 78 62 Hình IX.13 : Sơ đồ định vị Nguyên công 3( Trục côn). 79 63 80 64 Hình IX.14 : Sơ đồ định vị Nguyên công 1( Trục giữ cánh mang đá). Hình IX.15 : Sơ đồ định vị Nguyên công 2( Trục giữ cánh mang đá). 65 Hình IX.16 : Sơ đồ định vị Nguyên công 1( Đế định vị). 82 GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công 81 Trang 9 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 66 Hình IX.17 : Sơ đồ định vị bước 2( Đế định vị). 82 67 Hình IX.18 : Sơ đồ định vị Nguyên công 2( Đế định vị). 83 68 84 69 Hình IX.19 : Sơ đồ định vị Nguyên công 1( Cánh mang đá). Hình IX.20 : Sơ đồ định vị Nguyên công 2( Cánh mang đá). 70 Hình IX.21 : Sơ đồ định vị Nguyên công 3( Cánh mang đá). 86 71 Hình IX.22 : Sơ đồ định vị Nguyên công 1( Chốt). 87 72 Hình IX.23 : Sơ đồ định vị Nguyên công 2( Chốt). 87 73 Hình IX.24 : Sơ đồ định vị Nguyên công 1( Chốt tỳ). 88 74 Hình IX.25 : Sơ đồ định vị Nguyên công 2( Chốt tỳ). 88 75 Hình IX.26 : Sơ đồ định vị Nguyên công 1( Bạc giữ cánh mang đá). 89 76 Hình IX.27 : Sơ đồ định vị Nguyên công 2( Bạc giữ cánh mang đá). 90 77 Hình IX.28 : Sơ đồ định vị Nguyên công 3( Bạc giữ cánh mang đá). 90 GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công 85 Trang 10 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC BẢN VẼ Tên bản vẽ STT Trang 1 Bản vẽ chi tiết trục chính. 105 2 Bản vẽ chi tiết đai ốc. 106 3 Bản vẽ chi tiết trục côn. 107 4 Bản vẽ chi tiết trục giữ cánh mang đá. 108 5 Bản vẽ chi tiết cánh mang đá. 109 6 Bản vẽ chi tiết đế định vị. 110 7 Bản vẽ chi tiết bạc giữ cánh mang đá. 111 8 Bản vẽ chi tiết chốt tỳ. 112 9 Bản vẽ chi tiết chốt. 113 GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 11 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN A: NGHIÊN CỨU NGUYÊN CÔNG MÀI CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG I.1. Gia công mài: I.1.1. Lịch sử của nguyên công mài: Việc ứng dụng mài là một nguyên công gia công lần cuối đã xuất hiện trước đây khoảng 2 triệu năm, khi mà những dụng cụ thời tiền sử được sản xuất bằng quá trình mài (chipping-abrade). Các hạt mài tự nhiên được sử dụng cho tới những năm 1980, khi mà các quặng được phát hiện và khai thác để chế tạo Al2O3 và SiC. Các hạt mài nhân tạo tỏ ra có nhiều ưu điểm vượt trội so với hạt mài tự nhiên vì có thể khống chế lượng tạp chất trong đó, có thể điều khiển chất lượng của hạt mài trong quá trình sản xuất. Công nghiệp sản xuất hạt mài đã điều khiển được các tính chất như kích thước hạt, độ bền của hạt phù hợp với các ứng dụng mài khác nhau. Trong Thế chiến thứ II, việc cung cấp không liên tục kim cương tự nhiên để làm đá mài đã thúc đẩy các nghiên cứu phát triển vật liệu thay thế chúng. Năm 1955, rất nhiều phát kiến trong việc phát triển vật liệu mài đã đưa đến thành công chế tạo kim cương nhân tạo. Rất nhanh sau đó, Nitrit Bor lập phương (CBN-Cubic Bor Nitride) được chế tạo. Kim cương và CBN nhân tạo được biết đến dưới tên Superabrasive bởi vì chúng có các tính chất tốt, đáp ứng được về độ cứng, độ bền mòn, độ bền nén và hệ số dẫn nhiệt,… Ngày nay với sự phát triển của khoa học kĩ 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 cũng như độ chính xác. Do vậy phạm vi sử dụng của phương pháp mài ngày càng được mở rộng. Hình I.1: Hệ thống gia công mài. GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 12 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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. Mài là quá trình cắt kim loại được thực hiện bằng hạt mài hoặc vật liệu kim cương. Mài có thể gia công bất kỳ loại vật liệu nào bởi vì độ cứng của hạt mài rất cao(HB=2200÷3100) và của kim cương(HB= 7000). Các hạt mài được liên kết với nhau bằng chất kết dính đặc biệt. Mài thường được sử dụng trong gia công tinh, nó cho phép đạt cấp chính xác 2÷3, đôi khi cấp 1 và độ bóng bề mặt cấp 8 ÷ 9. a. Sơ đồ cắt b. Quá trình cắt trực tế Hình I.2: Quá trình cắt của hạt mài. GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 13 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I.1.2. Đặc điểm của nguyên công mài: Quá trình mài là quá trình cắt gọt của đá mài vào chi tiết, tạo ra rất nhiều phoi vụn do sự cắt và cào xước của các hạt mài vào vật liệu gia công. Mài có những đặc điểm khác với các phương pháp gia công khác: + Mài được thực hiện bằng nhiều hành trình, do đó có khả năng sửa lại sai số hình dáng và kích thước của chi tiết gia công. + Ở đá mài, các lưỡi cắt không giống nhau và sắp xếp lộn xộn trong chất dính kết. + Hình dáng hình học của mỗi hạt mài khác nhau (các góc độ, bán kính góc lượn ở đỉnh hạt mài, …), góc cắt thường lớn hơn 90 độ , góc trước âm, do đó không thuận lợi cho quá trình tạo phoi và thoát phoi. + Tốc độ cắt khi mài rất cao, cùng một lúc, trong một thời gian ngắn có nhiều hạt mài cùng tham gia cắt và tạo ra nhiều phoi vụn. + Độ cứng của hạt mài cao (HB = 2200 ÷ 3100) nên có thể cắt gọt được những lạo vật liệu cứng mà các loại dụng cụ khác không gia công được hoặc gia công rất khó khăn như thép đã tôi, hợp kim cứng,… + Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc. Hạt mài có độ dòn cao, lưỡi cắt dễ bị vỡ vụn, tạo thành những lưỡi cắt mới hoặc bật ra khỏi chất dính kết để các hạt mài khác tham gia cắt. + Do có nhiều hạt mài cùng tham gia cắt với góc trước âm và góc cắt lớn hơn 90 độ nên tạo ra ma sát rất lớn, quá trình cắt bằng đá mài gọi là quá trình “cắt – cào xước” làm cho nhiệt cắt rất lớn, chi tiết bị nung nóng rất nhanh (1000÷1500oC). + Lực mài tuy nhỏ nhưng diện tích tiếp xúc của đỉnh hạt mài với bề mặt gia công rất nhỏ nên lực cắt đơn vị rất lớn . Trong quá trình mài tồn tại 3 hiện tượng: cắt (cutting), cày (ploughing) và trượt (rubbing) các hiện tượng này đồng thời xảy ra và phụ thuộc vào tương tác giữa hạt mài và vật liệu gia công. Mài còn được gọi là dụng cụ cắt có lưỡi cắt không xác định, ko xác định vì ở đó có rất nhiều hiện tượng ngẫu nhiên, ko theo quy luật, ví dụ như thông số hình học của hạt mài, kích thước hạt, sự phân bố hạt trên bề mặt đá, sự vỡ ra của các hạt cũng như sự tách ra khỏi bề mặt đá của các hạt. Chính vì thế, việc nghiên cứu và điều khiển quá trình mài là phức tạp so với các quá trình gia công khác. I.1.3. Độ chính xác đạt được khi mài: Mài là nguyên công gia công cuối cùng để đạt được chất lượng bề mặt cũng như độ chính xác mong muốn. Theo như bảng I.1 nói về độ chính xác, độ bóng đạt được bằng các phương pháp gia công. Thì ta thấy rằng nguyên công mài đạt độ chính xác cao, cấp 1-2. Cấp độ bóng vào khoảng 9-12. Đặc biệt khi mài khôn tinh độ bóng đạt được vào khoảng 13-14. GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 14 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bảng I.1: Độ chính xác kinh tế và độ bóng đạt được bằng các phương pháp gia công Phương pháp gia công Tiện ngoài, tiện trong, bào thô Tiện ngoài, tiện trong, bào bán tinh Tiện ngoài, tiện trong, bào tinh Phay thô Phay tinh Khoan, khoét Doa thô Doa tinh Chuốt thô Chuốt tinh Mài thô Mài bán tinh Mài tinh Mài khôn thô Mài khôn tinh Nghiền thô Nghiền bán tinh Nghiền tinh Xọc răng, phay răng thô Xọc răng, phay răng tinh Cà răng GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Cấp chính xác Cấp độ bóng 5 1-3 4 4-7 3 7-9 4 1-3 3 4-5 5 4-6 3 5-7 2 8-9 2a 6-8 2 9-10 3a 6-7 2 8-9 1 9-10 2 10-12 1 13-14 2 6-8 1 8-9 1 9-11 4 5-6 2 6-7 2 8 Trang 15 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I.2. Tương tác trong vùng mài: Để hiểu rõ bản chất của quá trình mài, cần phải phân tích quá trình tạo phoi khi mài, vì đây là cơ sở, là nguồn gốc của các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt như biến dạng, lực cắt, nhiệt cắt, … Để khảo sát được vấn đề này cần phải mô hình hóa quá trình cắt bằng hạt mài. Có nhiều mô hình đã được đưa ra, trong đó có mô hình dưới đây: Hình I.3: Mô hình hóa quá trình cắt hạt mài a. Quá trình cắt lý tưởng; b. Quá trình cắt thực tế; b. Quá trình cắt khi tiện bằng dao kim cương: d. Quá trình cắt của hạt mài Như đã phân tích ở trên, mài là một quá trình rất phức tạp, các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt phụ thuộc lớn vào tương tác giữa hạt mài, giữa đá mài với vật liệu gia công (phôi). Có thể thấy rõ các tương tác đó trong quá trình cắt bằng hạt mài như hình sau: Hình I.4: Tương tác giữa hạt mài và vật liệu gia công a. Hạt mài cắt vào phôi; b. Hạt mài cày lên phôi; c. Hạt mài trượt trên phôi; d. Phoi trượt và ma sát với chất kết dính; e. Phoi trượt và ma sát với phôi; f. Chất kết dính trượt và ma sát với phôi GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 16 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trong bất kì quá trình mài nào đều xuất hiện bốn tương tác sau: - Tương tác giữa hạt mài và phôi. - Tương tác giữa phoi và chất kết dính. - Tương tác giữa phoi và phôi. - Tương tác giữa chất kết dính và phôi. Trong đó, tương tác giữa hạt mài và phôi là quan trọng nhất, có ảnh hưởng tới toàn bộ các hiện tượng vật lí xảy ra trong quá trình gia công (hình I.3). Tương tác giữa hạt mài và phôi bao gồm 3 hiện tượng (hình I.4): cắt (cutting) – tạo ra bề mặt gia công, cày (plowing) và trượt (rubbing) - ảnh hưởng tới các đặc trưng của bề mặt vừa được hình thành (Hiện tượng cày và trượt trong vùng mài còn được gọi là ma sát(Tribology). Các tương tác này đều có thể được kiểm soát và điều khiển thông qua các thông số như lực cắt, công suất cắt và nhiệt cắt. Trong quá trình mài, mong muốn công để cắt là lớn nhất, công tiêu hao cho hiện tượng “cày” và trượt là nhỏ nhất: - Giảm thiểu công tiêu hao cho hiện tượng “cày” của hạt mài lên phôi (hình I.4b) liên quan đến việc lựa chọn tính chất của hạt mài và vật liệu gia công, hình dạng và kích thước của hạt mài, chiều dày phoi hợp lý. - Công tiêu hao cho hiện tượng trượt giữa hạt mài và phôi (hình I.4c) nhỏ nhất khi tăng tính tự mài sắc của hạt mài và của đá mài. - Hiện tượng trượt giữa phoi với chất kết dính (hình I.4d) là nhỏ nhất khi lựa chọn cặp vật liệu chất kết dính và vật liệu gia công phù hợp. Thay dung dịch làm nguội, tăng độ xốp của đá mài, sử dụng thêm dung dịch bôi trơn cũng làm giảm hiện tượng trượt này. - Giảm hiện tượng trượt giữa phoi và chất kết dính cũng làm giảm đồng thời hiện tượng trượt giữa phôi và chất kết dính (hình I.4e). Trong thực tế, hai hiện tượng này thường bị bỏ qua, không được quan tâm, điều đó dẫn đến lực cắt lớn, đá mòn nhanh và chất lượng bề mặt gia công không cao. - Hiện tượng trượt giữa chất dính kết và phôi (hình I.4f) nhỏ nhất khi số lượng lỗ trống trên bề mặt đá nhiều nhất (cấu trúc đá xốp nhất) hoặc khi sử dụng chất dính kết gốm. Tuy nhiên, hiện tượng trượt được nhận thấy rõ rệt nhất khi sử dụng đá mài với chất kết dính kim loại. Hiện tượng trượt và ma sát giữa phôi với chất kết dính trở nên khốc liệt nhất khi sử dụng đá mài hạt nhỏ, khi đó khoảng cách giữa bề mặt phôi và chất dính kết rất nhỏ. Cơ chế cắt và ma sát(Tribology) sẽ ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt gia công, biến dạng của vật liệu lớp bề mặt hoặc sự chuyển hóa từ cơ năng thành nhiệt. Khi cơ chế cắt là lớn nhất và ma sát là nhỏ nhất thì khi đó lực mài và nhiệt mài sẽ nhỏ nhất. Dung dịch làm nguội sẽ giảm năng lượng nhiệt và làm giảm nhiệt truyền vào phôi. Tất cả các hiện tượng trên đều đúng với mọi quá trình mài, mà không phụ thuộc vào vật liệu gia công. Trong bất kì quá trình mài nào cũng xảy ra đồng thời các hiện tượng đó. Do vậy, khoa học về mài cần phải nghiên cứu sự ảnh hưởng GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 17 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đồng thời của cả 4 thông số đầu vào: các yếu tố về máy công cụ, các yếu tố về vật liệu gia công, các yếu tố về đá mài và các thông số công nghệ của quá trình. Mục đích là để điều khiển sao cho cơ chế cắt là lớn nhất, giảm thiểu cơ chế ma sát, nhằm giảm lực và nhiệt cắt. GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 18 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP MÀI Mài có thể gia công được nhiều dạng bề mặt khác nhau như mặt phẳng, mặt trụ trong, mặt trụ ngoài, các mặt côn , các bề mặt định hình… tùy theo hình dạng gia công mà ta chia thành các phương pháp sau: - Mài mặt trụ ngoài - Mài mặt trụ trong - Mài mặt phẳng - Mài bề mặt định hình II.1. Mài mặt trụ ngoài: Khi mài mặt trụ ngoài ta có thể thực hiện bằng một trong hai phương pháp đó là mài có tâm và mài không tâm. II.1.1. Mài có tâm: a) Sơ đồ b) Thực tế Hình II.1 : Sơ đồ mài trụ ngoài có tâm. GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 19 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Là chi tiết được gá vào hai lỗ tâm hoặc một đầu vào mâm cặp và một đầu kia vào mũi chống tâm. Mài có tâm gia công được trục trơn, trục bậc, bề mặt côn , rãnh trên các bề mặt trụ ngoài, góc lược… Khi mài có tâm chi tiết và đá quay ngược chiều nhau, tốc độ quay của đá rất lớn gấp khoảng 100 lần so với tốc độ của chi tiết. Mài có tâm thường thực hiện chạy dao dọc, chiều sâu cắt rất bé từ 0,005 đến 0,2 mm. Muốn có chiều sâu cắt được lớn hơn thì đá mài cần được vát côn mộtphần với góc côn  = 2 – 3o. Đối với trục ngắn có đường kính lớn thì lên thực hiên chạy dao ngang. Phương pháp này đòi hỏi độ cứng vững của chi tiết tốt, chiều rộng đa lớn và đặc biệt là phải sửa đá thật chính xác. Phương pháp chạy dao ngang còn sử dụng khi mài bề mặt định hình tròn xoay. Khi gia công mặt đầu và mặt trụ ngoài của trục bậc mang một đá có thể thực hiện ăn dao xiên. Trong trường hợp này ta thấy tốc độ cắt ở các điểm tiếp xúc giữa đá và chi tiết không đều nhau, do đó đá mòn không đều vì vậy bề mặt trụ dễ bị côn và mặt đầu không được thẳng góc với mặt trụ. II.1.2:. Mài không tâm: Mài không tâm là sử dụng bề mặt đang gia công để làm chuẩn định vị cho chi tiết gia công. Hình II.2: Sơ đồ mài trụ ngoài không tâm. Trong đó chi tiết (1) được đặt giữa hai đá mài (3) và (4). Đá mài (3) làm nhiệm vụ bánh dẫn và truyền chuyển động cho chi tiết. Đá (4) có đường kính gấp đôi đá dẫn và có tốc đọ quay lớn hơn 100 lần so với đá dẫn. Chi tiết (1) còn được đỡ nhờ thanh đỡ (2). Thanh đỡ (2) luôn giữ cho chi tiết có tâm cao hơn tâm của hai đá mài một khoảng là h  16  d trong đó d là đường kính của chi tiết. Nhưng h không được phép vượt quá 10÷15mm. Thanh dẫn thường được vát để tạo điều kiện cho chi tiết được áp sát vào bánh dẫn. Khi mài không tâm chi tiết thực hiện chuyển động dọc tự động nhờ góc nghiêng giũa trục bánh dẫn và trục chi GVHD :Th.S Luyện Duy Tuấn SVTH : Phùng Quang Công Trang 20