Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến nhiệt độ vùng cắt khi mài phẳng thép 9xc qua tôi bằng đá mài hải dương

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP CAO VĂN NHÃ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TRƠN NGUỘI ĐẾN NHIỆT ĐỘ VÙNG CẮT KHI MÀI PHẲNG THÉP 9XC QUA TÔI BẰNG ĐÁ MÀI HẢI DƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. VŨ NGỌC PI Thái Nguyên, tháng 11 năm 2016 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất ký một công trình nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong luận văn. Tác giả Cao Văn Nhã 2 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Vũ Ngọc Pi, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, hướng dẫn lập kế hoạch thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Vũ Tuấn Anh, người đã giúp đỡ tôi thiết kế và chế tạo thành công thiết bị đo nhiệt khi mài. Tác giả xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Lưu Anh Tùng đã giúp đỡ và phối hợp trong quá trình thực nghiệm để ra được kết quả chính xác của Luận văn. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Trung cấp nghề Nam Thái Nguyên, Ban lãnh đạo và Khoa sau đại học Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành Luận văn này. Đồng thời, tác giả xin cảm ơn các anh chị đang làm việc tại xưởng cơ khí Thái Hà đã tận tình giúp đỡ trong thời gian thực nghiệm tại xưởng. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy cô, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Tác giả Cao Văn Nhã 3 Trang LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 2 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 5 DANH MỤC CÁC BẢNG 10 PHẦN MỞ ĐẦU 11 1. Tính cấp thiết của đề tài 11 2. Mục tiêu của nghiên cứu 12 3. Kết quả dự kiến 12 4. Phương pháp nghiên cứu 12 5. Nội dung nghiên cứu 12 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1. Giới thiệu về gia công mài và mài phẳng 14 1.2. Quá trình tạo phoi khi mài 15 1.3. Nhiệt cắt khi mài 16 1.3.1. Nhiệt cắt sinh ra khi mài và mài phẳng 16 1.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt cắt khi mài 17 1.4. Bôi trơn làm mát khi mài phẳng 20 1.4.1. Vai trò của sử dụng dung dịch trơn nguội khi mài 20 1.4.2. Các loại dung dịch trơn nguội 21 1.4.3. Các phương pháp tưới nguội 23 1.5. Kết luận chương 1 25 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NHIỆT CẮT KHI MÀI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỚI NGUỘI ĐẾN NHIỆT CẮT KHI MÀI 2.1. Tổng quan về nhiệt cắt khi mài 27 4 2.2. Tổng quan về ảnh hưởng của tưới nguội đến nhiệt cắt khi mài 37 2.3. Kết luận chương 2 52 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐO NHIỆT CẮT KHI MÀI PHẲNG 3.1. Giới thiệu 53 3.2. Nguyên lý đo nhiệt độ 55 3.3. Sơ đồ hệ thống đo nhiệt độ khi mài phẳng 57 3.4. Kết luận chương 3 64 CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TRƠN NGUỘI ĐẾN NHIỆT ĐỘ VÙNG CẮT KHI MÀI PHẲNG THÉP 9XC QUA TÔI BẰNG ĐÁ MÀI HẢI DƯƠNG. 4.1. Thiết kế thí nghiệm 66 4.1.1. Các giả thiết của thí nghiệm 66 4.1.2. Thiết bị thực hiện thí nghiệm 66 4.1.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 72 4.2. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của một số thông số công nghệ khi mài phẳng đến nhiệt cắt và nhám bề mặt 4.2.1. Phân tích kết quả thí nghiệm 72 76 4.3. Thí nghiệm tối ưu hóa một số thông số công nghệ đến nhiệt cắt T0 khi mài thép 90CrSi qua tôi bằng đá mài Hải Dương 4.4. Kết luận chương 4 85 89 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT. 5.1. Kết luận 91 5.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ STT Nội dung Trang Hình 1.1 Quá trình mài phẳng 14 Hình 1.2 Quá trình tạo phoi khi mài [1] 15 Hình 1.3 Sự phân bố năng lượng và nhiệt cắt khi mài [2] 16 Hình 1.4 Cấu trúc tế vi pha Austennit của thép không gỉ AISI 304[3] 18 Hình 1.5 Sự hình thành độ nhám bề mặt mài[4] 19 Hình 1.6 Sơ đồ tưới nguội thông dụng trên máy mài[5] 24 Hình 2.1 Mô hình vật rắn chịu tải nhiệt quá độ[6] 27 Hình 2.2 Hình 2.3 Kết quả mô phỏng bài toán truyền nhiệt quá độ bằng ANSYS[6] Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian ở trung tâm vật khối[6] 28 28 Hình 2.4 Lưới mô hình nhiệt và điều kiện biên[7] 29 Hình 2.5 Mô hình nhiệt[7] 29 Hình 2.6 So sánh nhiệt đo bằng hồng ngoại và mô hình số[7] 30 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Mối quan hệ giữa thông lượng nhiệt với chiều sâu cắt[6] Mối quan hệ giữa thông lượng nhiệt và thời gian tác động của nguồn nhiệt[6] Mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt với chiều sâu cắt và vận tốc phôi[6] Mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt với chiều sâu cắt và vận tốc cắt[6] Xu hướng nhiệt độ trên bề mặt trong HEDG [8] Xu hướng nhiệt độ bề mặt với sự tăng tốc độ dụng cụ theo[8] 6 30 31 32 32 33 34 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Nhiệt phân vùng theo các thành phần trong HEDG [9] Xu hướng phân phối Nhiệt độ trong HEDG với tốc độ làm việc và chiều sâu cắt [9] So sánh nhiệt độ bề mặt phôi khi sử dụng chiều sâu z khác nhau[10] Sự thay đổi nhiệt độ bề mặt với chiều sâu cắt và vận tốc phôi khác nhau[10] 35 35 36 37 Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến trung Hình 2.17 bình khi sử dụng 3 loại dung dịch trơn nguội với 15 37 lượt cắt [11] Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến trung Hình 2.18 bình khi sử dụng 3 loại dung dịch trơn nguội với 30 38 lượt cắt [11] Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá Hình 2.19 mài CBN và đá mài thường, sử dụng 3 loại dung dịch 38 trơn nguội với 15 và 30 lượt cắt [11] Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá Hình 2.20 mài CBN và đá mài thường, sử dụng ba dung dịch 39 trơn nguội với 15 và 30 lượt cắt [11]. Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ Hình 2.21 nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN 40 [12] Hình 2.22 Hình 2.23 Hình 2.24 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhám bề mặt mài [13] Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương [14] Ảnh hưởng của lưu lượng tới tốc độ bóc tách vật liệu [14] 7 41 42 43 Hình 2.25 Hình 2.26 Hình 2.27 Ảnh hưởng của lưu lượng tới giới hạn năng lượng [14] Ứng suất dư bề mặt mài với lưu lượng tưới nguội khác nhau [15]. So sánh nhiệt độ vùng cắt khi sử dụng phương pháp bôi trơn khác nhau[17] 43 44 45 Sự phụ thuộc nhiệt độ mài thép EN31 vào tốc độ bóc Hình 2.28 tách vật liệu khi sử dụng phương pháp bôi trơn làm 46 mát khác nhau[18] Sự phụ thuộc nhiệt độ mài thép M2 vào tốc độ bóc Hình 2.29 tách vật liệu khi sử dụng phương pháp bôi trơn làm 46 mát khác nhau[18] Sự phụ thuộc nhiệt độ mài thép EN8 vào tốc độ bóc Hình 2.30 tách vật liệu khi sử dụng phương pháp bôi trơn làm 47 mát khác nhau[18]. Hình 2.31 Hình 2.32 Hình 2.33 Hình 2.34 Hình 2.35 Độ tăng của nhiệt độ mài với khoảng cách z khác nhau khi mài khô[19] Độ tăng của nhiệt độ mài với khoảng cách z khác nhau khi mài dùng phương pháp tưới tràn[19] Độ tăng của nhiệt độ mài với khoảng cách z khác nhau khi mài dùng phương pháp bôi trơn tối thiểu[19] Ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 và đá CBN [20] Ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt khi mài bằng đá BWA60MVA1 [21] 48 49 50 51 51 Hình 3.1 Cấu tạo của đầu đo nhiệt 55 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý cặp nhiệt ngẫu 56 Hình 3.3 Cầu hình thiết lập cặp nhiệt hai cực 57 8 Hình 3.4 Sơ đồ khối tổng quan phần cứng 57 Hình 3.5 Khối cảm biến 58 Hình 3.6 Khối cảm biến, lọc và khuếch đại 58 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý của module chuyển đổi tín hiệu và truyền thông 59 Hình 3.8 Sơ đồ khối hệ nhúng 59 Hình 3.9 Sơ đồ thuật toán phần mềm 61 Hình 3.10 Giao diện người dùng với phần mềm 62 Hình 3.11 Module khuếch đại và hiển thị 63 Hình 4.1 Máy mài phẳng MOTO – YOKOHAMA – Nhật Bản 67 Hình 4.2 Bản vẽ thiết kế phôi thí nghiệm 67 Hình 4.3 Thiết bị đo nhiệt 69 Hình 4.4 Đồng hồ đo lưu lượng Z-5615 Panel Flowmeter 69 Hình 4.5 Máy đo độ nhám SJ-201 của hãng Mitutoyo 69 Hình 4.6 Đá mài Hải Dương dùng trong thí nghiệm 70 Hình 4.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 71 Hình 4.8 Khai báo biến thí nghiệm sàng lọc 73 Hình 4.9 Hình 4.10 Hình 4.11 Hình 4.12 Hình 4.13 Đồ thị các ảnh hưởng chính của các yếu tố LL, ND, Vb, t đến nhiệt cắt T0. Đồ thị các ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố LL, ND, Vb, t đến nhiệt cắt T0. Đồ thị ảnh hưởng chuẩn hóa ảnh hưởng của các yếu tố LL, ND, Vb, t đến nhiệt cắt T0. Đồ thị Pareto của các yếu tố ảnh hưởng LL, ND, Vb, t đến nhiệt cắt T0. Đồ thị các ảnh hưởng chính của các yếu tố LL, ND, Vb, t đến Ra. 9 76 77 79 80 81 Hình 4.14 Hình 4.15 Hình 4.16 Hình 4.17 Hình 4.18 Hình 4.19 Đồ thị các ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố LL, ND, Vb, t đến Ra. Đồ thị ảnh hưởng chuẩn hóa ảnh hưởng của các yếu tố LL, ND, Vb,, t đến Ra. Đồ thị Pareto của các yếu tố ảnh hưởng LL, ND, Vb, t đến Ra. Khai báo biến thí nghiệm tối ưu hóa. Biểu đồ ảnh hưởng chính ở các mức của các yếu tố đến T0. Biểu đồ ảnh hưởng chính ở các mức của các yếu tố đến hệ số S/N khi tối thiểu hóa T0. 10 82 83 84 85 87 88 DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng 2.1 Nội dung Trị số độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN [12] Trang 39 Bảng 3.1. Thông số module khuếch đại và hiển thị 63 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật module điều khiển trung tâm 64 Bảng 4.1 Các thông số kỹ thuật của máy 66 Bảng 4.2 Thành phần hóa học các nguyên tố 68 Bảng 4.3 Chế độ nhiệt luyện 68 Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật của dầu Caltex Aquatex 3180 70 Bảng 4.5 Phạm vi khảo sát các biến thực nghiệm 72 Bảng 4.6 Kế hoạch thí nghiệm sàng lọc theo LL, ND, Vb, t 74 Bảng 4.7 Kết quả thí nghiệm nghiệm sàng lọc theo LL, ND, Vb, t 75 Bảng 4.8 Bảng 4.9 Bảng 4.10 Các mức thí nghiệm tối ưu hóa của các thông số ND, LL, Vb và t. Kế hoạch thí nghiệm tối ưu hóa theo LL, ND, Vb, t. Kết quả thí nghiệm nghiệm tối ưu hóa theo LL, ND, Vb, t. 11 84 85 86 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài - Trong gia công cơ khí, gia công bằng phương pháp mài có nhiều ưu điểm như: Mài có thể gia công với chiều sâu cắt rất nhỏ (từ (0,005÷0,1) mm), vận tốc cắt lớn (30÷50) m/s với mài thông thường và đến 200 m/s với mài cao tốc). Độ chính xác và độ bóng bề mặt sau mài đạt rất cao (cấp chính xác từ (5÷7), nhám bề mặt Ra= (0,2÷3,2) μm). Đặc biệt, mài chiếm ưu thế cao khi gia công tinh các bề mặt có độ cứng, độ bền cao vv.. Nhờ các ưu điểm nêu trên nên nguyên công mài chiếm một vị trí rất quan trọng trong gia công cơ khí. - Các vật liệu hạt mài thông thường như oxide nhôm, silicon carbide, carbide boron, cubic boron nitride…trong đó Al203 là đá mài được sử dụng nhiều nhất trong các nhà máy, phân xưởng với ưu điểm giá thành rẻ, dễ kiếm và phù hợp để gia công nhiều loại vật liệu khác nhau. Đá mài Al 203 thường dùng để mài tinh: Thép hợp kim, dụng cụ đo, khuôn dập… - Thép 9XC là mác thép được dùng phổ biến nhất của nhóm thép hợp kim. Nó thường được dùng để chế tạo các chi tiết máy có độ chính xác cao như dụng cụ cắt, dụng cụ đo, khuôn dập, ….Kết quả nghiên cứu với mác thép 9XC cho phép áp dụng khi mài các thép dụng cụ khác. - Mài có vị trí rất quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo máy đặc biệt là trong gia công tinh nên đã có rất nhiều công trình nghiên cứu khác nhau trong lĩnh vực mài được công bố và ứng dụng có hiệu quả trong thực tế sản xuất. Để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công mài nói chung và mài phẳng nói riêng, các vấn đề về mài vẫn đang được quan tâm nghiên cứu. Từ các phân tích trên, có thể nói cho đến nay đã có nhiều nghiên cứu về bôi trơn làm mát về mài nói chung và về mài phẳng nói riêng. Tuy nhiên, cho đến nay chưa có nghiên cứu nào nghiên cứu về ảnh hưởng của các loại dung dịch bôi trơn làm mát đến nhiệt độ vùng cắt khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương. Từ những đặc điểm và tình hình nêu trên tác giả chọn 12 đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến nhiệt độ vùng cắt khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải dương” . 2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu *Mục tiêu: - Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến nhiệt cắt khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải dương. Từ đó đề xuất chế độ trơn nguội hợp lý khi mài phẳng vật liệu này. * Nội dung: - Thiết kế chế tạo hệ thống đo nhiệt độ vùng cắt khi mài phẳng. - Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến nhiệt độ vùng cắt khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải dương. - Đề xuất chế độ trơn nguội hợp lý khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải dương. 3. Kết quả dự kiến - Chế tạo thành công hệ thống đo nhiệt cắt khi mài phẳng - Từ kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến nhiệt độ vùng cắt khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải dương đưa ra chế độ trơn nguội hợp lý khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải dương. 4. Phương pháp nghiên cứu - Đề tài được tiến hành nghiên cứu bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. 5. Nội dung nghiên cứu 5.1. Nghiên cứu tổng quan về công nghệ trơn nguội khi mài phẳng. 5.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng. 5.3. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đo nhiệt. 5.4. Nghiên cứu thực nghiệm. - Xây dựng hệ thống: Chọn máy, phôi thí nghiệm, đá mài, công nghệ trơn nguội, hệ thống đo lường….. 13 - Xây dựng kế hoạch thực nghiệm. - Tiến hành thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm. 5.5. Viết báo cáo khoa học. 14 Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1. Giới thiệu về gia công mài và mài phẳng Ngày nay, các sản phẩm cơ khí yêu cầu chất lượng ngày càng cao. Để nâng cao chất lượng sản phẩm một mặt người ta sử dụng ngày càng nhiều các loại vật liệu có cơ lý tính tốt, mặt khác nâng cao độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt. Mài là một trong những phương pháp gia công cơ khí có thể đáp ứng yêu cầu về gia công đã nêu. Mài nói chung và mài phẳng nói riêng có thể gia công với chiều sâu cắt rất nhỏ (từ 0,05 - 0,09 mm), vận tốc cắt lớn (30 - 50 m/s với mài thông thường và đến 200 m/s với mài cao tốc). Độ chính xác gia công sau mài đạt khá cao và độ nhám bề mặt thấp (cấp chính xác từ 5-7, độ nhám bề mặt từ 0,2 - 3,2 μm). Mài đặc biệt chiếm ưu thế khi gia công tinh các chi tiết đã tôi cứng, các chi tiết có độ cứng, độ bền cao vv.. Nhờ các ưu điểm nói trên mà mài là nguyên công gia công tinh và bán tinh phổ biến nhất trong gia công cơ khí. Nguyên công mài chiếm khoảng 20 - 25% tổng chi phí cho gia công cơ nói chung. Hình 1.1 Quá trình mài phẳng Mài phẳng là phương pháp cơ bản để gia công tinh mặt phẳng. Nó có thể dùng để gia công lần cuối mặt phẳng đã qua tôi sau khi phay hoặc bào. Ngoài ra nó có thể thay thế cho phay hoặc bào trong sản xuất lớn hoặc để gia công các chi tiết khó định vị và kẹp chặt. Mài phẳng các bề mặt của chi tiết được thực hiện trên các máy mài phẳng bằng mặt đầu hoặc chu vi của đá. Mài phẳng cho năng suất cao vì diện 15 tích tiếp xúc của đá và chi tiết lớn, dễ cơ khí hóa, tự động hóa, thích hợp với sản xuất loạt lớn và hàng khối, có thể mài được các chi tiết mỏng, khó định vị và kẹp chặt. Tuy nhiên do diện tích giữa đá và chi tiết gia công lớn nên quá trình mài phẳng sinh nhiệt lớn hơn so với các phương pháp mài khác nên dễ gây biến dạng nhiệt trong quá trình mài. 1.2. Quá trình tạo phoi khi mài Quá trình mài là quá trình cắt gọt vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao. Mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các phương pháp gia công cắt gọt khác. Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi cắt, có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: Góc trước γ thường âm và góc cắt β thường lớn hơn 900. Quá trình tạo phoi khi mài gồm ba giai đoạn. Giai đoạn đầu chưa tạo ra phoi vì bán kính mũi dao và góc ăn tới của lưỡi cắt nhỏ. Trong giai đoạn này hạt mài va đập vào bề mặt chi tiết gia công, lực va đập này phụ thuộc vào chế độ mài: tốc độ quay của đá, tốc độ quay của chi tiết, lượng chạy dao. Vật liệu gia công ở giai đoạn này bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, bị đẩy sang hai bên của lưỡi cắt hoặc chảy qua mặt dưới của lưỡi cắt sang mặt sau của hạt mài. Hình 1.2. Quá trình tạo phoi khi mài [1] 16 Khi lưỡi cắt tiếp tục ăn sâu vào chi tiết thì chiều dày phoi tương ứng với chiều sâu vết cắt khi đó áp lực mài tăng lên, nhiệt tăng làm cho biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo của kim loại tăng dần và lúc này bắt đầu tạo phoi. Tiếp theo là quá trình tạo phoi, kim loại bị dồn ép gây biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi xảy ra đồng thời vì vậy chiều dày phoi thực tế nhỏ hơn chiều sâu cắt thực tế. Thời gian của mỗi giai đoạn trong quá trình tạo phoi là rất ngắn do quá trình tạo phoi xảy ra rất nhanh, khoảng từ 0,001 – 0,005 (s). 1.3. Nhiệt cắt khi mài. 1.3.1. Nhiệt cắt sinh ra khi mài và mài phẳng Trong quá trình gia công, nhiệt độ tại bề mặt mài ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bề mặt vật liệu gia công. Hình 1.3. Sự phân bố năng lượng và nhiệt cắt khi mài [2] Khi mài do các lưỡi cắt bị mòn nên năng lượng tiêu hao chủ yếu là do ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt gia công, do dồn ép gây biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo bề mặt chi tiết và biến thành nhiệt. Nhiệt sinh ra do năng lượng cắt và ma sát giữa phoi và mặt trước của dao. Nguồn nhiệt sinh ra khi mài sẽ được truyền vào chi tiết, phoi, dụng cụ và môi trường. Nhiệt truyền vào chi tiết chiếm tỷ lệ rất lớn trong tổng lượng nhiệt sinh ra. Nhiệt này làm thay đổi tổ chức tế vi của bề mặt chi tiết theo hướng không có lợi hoặc làm oxy hóa 17 bề mặt tùy theo thời gian tác động của nhiệt. Một phần nhiệt khác sẽ truyền vào dụng cụ. Nhiệt này sẽ làm suy giảm độ cứng, suy giảm tính cắt của các hạt mài và suy giảm tính năng của chất dính kết. Ngoài ra nguồn nhiệt này còn thúc đẩy các tương tác hóa học xảy ra trong vùng cắt. Do tốc độ cắt cao và góc cắt của các hạt mài không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt nên nhiệt độ ở vùng tiếp xúc giữa đá mài với chi tiết Do tốc độ cắt cao và góc cắt của các hạt mài không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt nên nhiệt độ ở vùng tiếp xúc giữa đá mài với chi tiết gia công rất lớn (khoảng 1090 – 16500C[2]), thời gian tác dụng để phát sinh nhiệt rất ngắn (1.10-4 - 5.10-6s) sau đó nhiệt lại giảm xuống nhanh chóng. Nhiệt độ mài Tm có thể xác định theo công thức sau: Trong đó: k - hệ số thực nghiệm.  - hệ số ma sát giữa đá và vật liệu gia công. p - áp lực riêng ở vùng tiếp xúc (kg/m2). l - chiều dài tiếp xúc (cm). d - tốc độ đá mài (m/ph).  - hệ số truyền nhiệt của vật liệu gia công (Kcal/cm.g. độ).  - khối lượng riêng của vật liệu gia công. c - nhiệt dung của vật liệu gia công. Từ phương trình cho thấy nhiệt độ mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chế độ cắt, vật liệu gia công, vật liệu hạt mài, chất dính kết, độ xốp của đá mài, dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới nguội. Để giảm ảnh hưởng của nhiệt người ta sử dụng hạt mài, đá mài, dung dịch trơn nguội… một cách hợp lý. 1.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt cắt khi mài 18 1.3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến cấu trúc lớp kim loại bề mặt chi tiết gia công Lực cắt khi mài không lớn so với các phương pháp cắt gọt khác nhưng do tốc độ cắt cao, góc cắt của các hạt mài không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt, sự tham gia cắt gọt của nhiều hạt mài và sự ma sát, cào miết của các hạt mài không cắt gọt làm cho nhiệt phát sinh trong vùng tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết gia công rất lớn (1090 ÷ 16500C). Nhiệt cắt khi mài lớn làm biến dạng mạng tinh thể của vật liệu. Kiểm tra kim tương bề mặt mài của các loại thép đã tôi cho thấy có sự thay đổi cấu trúc, lượng ôstenit dư tăng lên chứng tỏ trong quá trình mài có sự tôi lại lần hai. Sự thay đổi cấu trúc lớp bề mặt chỉ xảy ra với các loại thép đã tôi cứng còn với những loại thép chưa tôi, cấu trúc lớp bề mặt không thay đổi. Khi mài thép đã tôi sẽ xảy ra cháy bề mặt mài nếu nhiệt độ mài vượt quá AC3 và sau đó được làm nguội nhanh. Chiều sâu lớp bị cháy có thể tới 0,2mm, độ cứng giảm nhiều và thường phát sinh vết nứt như trong hình 1.2. Hình 1.4. Cấu trúc tế vi pha Austennit của thép không gỉ AISI 304[3] 1.3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến ứng suất dư lớp bề mặt chi tiết gia công Quá trình chuyển biến về cấu trúc của lớp kim loại bề mặt mài do nhiệt cắt cũng đồng thời làm xuất hiện ứng suất dư ở lớp kim loại bề mặt. Ứng suất dư hình thành trong quá trình mài do 3 tác động sau: 19 - Sự co, giãn vì nhiệt. - Sự biến đổi pha do nhiệt độ mài cao. - Biến dạng dẻo gây ra do sự tác động qua lại của đá mài và phôi. 1.3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công Độ nhám bề mặt mài hình thành chủ yếu bởi các vết cào xước chồng lên nhau của các điểm cắt có chiều cao không bằng nhau (hình vẽ). Nhiệt độ ở vùng mài càng cao thì vật liệu gia công ở lớp bề mặt càng biến dạng dẻo mạnh đồng thời còn có thể gây cháy, nứt bề mặt: công nghệ tưới nguội, hệ số truyền nhiệt của vật liệu gia công và của đá mài ảnh hưởng tới nhiệt độ ở vùng mài qua đó ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt mài. Hình 1.5. Sự hình thành độ nhám bề mặt mài[4] 1.3.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến mòn và tuổi bền của đá mài. Tải trọng cơ, nhiệt tác động lên hạt mài là những yếu tố ảnh hưởng nhiều đến mòn và tuổi bền của đá. Tăng Sd, vc, a làm tăng lực cắt, nhiệt cắt do đó đá mòn nhanh cả ở dạng cơ học và hoá học. Tăng υc thì lực cắt giảm, nhiệt độ mài tăng. Thực nghiệm cho thấy: tăng υc thì mới đầu tuổi bền tăng sau đó lại giảm (tuỳ theo ảnh hưởng trội của yếu tố lực cắt hay nhiệt độ mài) [2]). Đã có nhiều công thức thực nghiệm được xây dựng để xác định tuổi bền của đá mài. Sự khác nhau nhiều giữa các công thức thực nghiệm cho thấy rằng không thể xây dựng được một công thức tổng quát để tính tuổi bền của đá mài. Tuy nhiên, nhiệt độ mài tăng lên cùng với độ mòn của đá. 1.3.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác chi tiết gia công. 20