Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài lỗ nhỏ vật liệu 9xc qua tôi

i .. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN -------------------------------------------TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -------------------------------------------TẠ VIỆT CƯỜNG TẠ VIỆT CƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LOẠI DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ ẢNH MẶT HƯỞNG GIA CÔNG KHILOẠI MÀIDUNG LỖ NHỎ VẬT LIỆU NGUỘI 9XC NGHIÊN CỨU CỦA DỊCH TRƠN QUA TÔI. ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI LỖ NHỎ VẬT LIỆU 9XC QUA TÔI. CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃNGÀNH SỐ: 60520103 CHUYÊN KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60520103 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VŨ NGỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN PI KHOA HỌC PGS.TS VŨ NGỌC PI Thái Nguyên, năm 201 Số hóa bởi Trung tâm Học liệuNguyên, – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Thái năm 2016 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong luận văn là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Vũ Ngọc Pi và NCS. Lê Xuân Hưng. Ngoài thông tin trích dẫn từ các tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các kết quả và số liệu thực nghiệm là do tôi thực hiện và chưa được công bố trong bất cứ công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 5 năm 2016 Tác giả Tạ Việt Cường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn khoa học, thầy giáo - PGS.TS. Vũ Ngọc Pi đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn NCS. Lê Xuân Hưng - Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp, đã giúp đỡ tôi trong việc lắp đặt các thiết bị và thực hiện thí nghiệm cho đề tài này. Tôi xin cảm ơn các cô, chú đang làm việc tại xưởng cơ khí chính xác Thái Hà đã tạo điều kiện về máy móc, trang thiết bị thí nghiệm giúp thực hiện quá trình thực nghiệm được thuận lợi. Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu trường Cao đẳng kinh tế - kỹ thuật Vĩnh Phúc đã tạo điều kiện để tôi được tham gia và hoàn thành khóa học này. Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên khích lệ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn. Thái Nguyên, tháng 5 năm 2016 Tác giả Tạ Việt Cường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii MỤC LỤC ................................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.....................................................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................. ix MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU .....................................................................................4 1.1. Giới thiệu về mài và mài lỗ ..............................................................................4 1.1.1. Khả năng công nghệ của mài. ..................................................................5 1.1.2. Đặc điểm của quá trình mài lỗ. ................................................................7 1.1.3. Vai trò của mài và mài lỗ trong công nghiệp ...........................................8 1.2. Ảnh hưởng của nhiệt cắt khi mài ......................................................................8 1.3. Tưới nguội khi mài .........................................................................................11 1.3.1. Vai trò của dung dịch trơn nguội khi mài ..............................................11 1.3.2. Các đặc tính của dung dịch trơn nguội ..................................................12 1.3.3.Phân loại dung dịch trơn nguội...............................................................13 1.3.4. Các phương pháp bôi trơn – làm nguội khi mài ....................................16 1.4. Kết luận chương 1 ..........................................................................................18 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI KHI MÀI .................................................................................................................19 2.1. Các nghiên cứu trong nước .............................................................................19 2.2. Các nghiên cứu của các tác giả nước ngoài ....................................................25 2.3. Kết luận chương 2 ..........................................................................................35 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA LOẠI DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI LỖ NHỎ VẬT LIỆU 9XC QUA TÔI..................................................37 3.1. Mục đích thí nghiệm .......................................................................................37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v 3.2. Hệ thống thí nghiệm .......................................................................................37 3.2.1. Máy .......................................................................................................37 3.2.2. Mẫu thí nghiệm và đồ gá ......................................................................38 3.2.3. Sơ đồ thí nghiệm ...................................................................................38 3.2.4. Thiết bị đo.............................................................................................39 3.2.5. Dung dịch tưới nguội ...........................................................................40 3.2.6. Đá mài ..................................................................................................40 3.2.7. Chế độ công nghệ .................................................................................41 3.3. Tiến trình thí nghiệm ......................................................................................41 3.4. Thực hiện và xử lý kết quả thí nghiệm ...........................................................44 3.4.1. Với dầu Emunsion ................................................................................44 3.4.2. Với dầu Avantin 300 .............................................................................49 3.4.3. Với nước ..............................................................................................54 3.5. Thảo luận kết quả............................................................................................55 3.5.1. Đối với dung dịch Emunsion ................................................................55 3.5.2. Đối với dung dịch Avantin 300 ............................................................55 3.5.3. Đối với nước .........................................................................................56 3.6. Kết luận chương 3 ...........................................................................................56 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .....................58 Kết luận chung: ......................................................................................................58 Hướng nghiên cứu tiếp theo ..................................................................................58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn ngoài[5] ..................................5 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong[17] ............................................................6 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng[17]......................................6 Hình 1.4. Mài lỗ có tâm[18] ........................................................................................7 Hình 1.5. Đồ thị bão hòa nhiệt cắt khi mài thép 12XH4A bằng đá Ctr25MV1K [5] ......9 Hình 1.6. Sơ đồ tưới nguội thông dụng trên máy mài [7]. ........................................17 Hình 2.1 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN [9]. ..........................................................................20 Hình 2.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhám bề mặt mài [14]. ..........21 Hình 2.3. Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương [14]................................22 Hình 2.4: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến độ nhám bề mặt mài đối với dầu Caltex Aquatex 3180.[4] ....................................................................................23 Hình 2.5: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi mài khi dùng dầu AVANTIN361I.[4] .............................................................................................23 Hình 2.6: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi mài khi dùng dầu AVANTIN 300.[4] .............................................................................................24 Hình 2.7. Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi dùng dầu JP.Way[4] ..................................................................................................................24 Hình 2.8 Độ nhám bề mặt gia công khi sử dụng các phương pháp bôi trơn làm nguội khác nhau [10]. ................................................................................................25 Hình 2.9. Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới nguội đến độ nhám bề mặt mài [11]. ..............................................................................................26 Hình 2.10. Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với các loại dung dịch trơn nguội khác nhau [12]. ..........................................................................................................27 Hình 2.11. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 3,5 m/s [15]. ....................................................................................................29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vii Hình 2.12. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 10 m/s [15]. .....................................................................................................29 Hình 2.13. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 15,4 m/s [15]. ..................................................................................................30 Hình 2.14. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 3,5 m/s [15]. ....................................................................................................30 Hình 2.15. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 10 m/s [15]. .....................................................................................................30 Hình 2.16. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s; tốc độ dung dịch trơn nguội 16 m/s [15] .................................................................................. 31 Hình 2.17. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng bề mặt mài [3]...31 Hình 2.18. Ứng suất dư bề mặt mài bằng đá CBN khi sử dụng các loại dung dịch tưới nguội và áp suất khác nhau [11]. .......................................................................32 Hình 2.19. Ứng suất dư với các loại dung dịch trơn nguội khi mài bằng đá CBN và Al2O3 [12]. ...............................................................................................................33 Hình 2.20. Ứng suất dư bề mặt mài với lưu lượng tưới nguội khác nhau [1]. .........34 Hình 2.21. Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 và đá CBN [2]. ....................................................................35 Hình 3.1. Máy mài MT-450I .....................................................................................37 Hình 3.2. Mẫu thí nghiệm .........................................................................................38 Hình 3.3.a) Sơ đồ thí nghiệm ....................................................................................38 Hình 3.3. b) Ảnh chụp sơ đồ thí nghiệm……………………………………...........39 Hình 3.4. Hình ảnh máy đo nhám SRT-200 .............................................................40 Hình 3.5. Đá mài .......................................................................................................41 Hình 3.6. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm ...................................................................43 Hình 3.7. Phân tích kết quả thí nghiệm khi sử dụng dung dịch Emunsion ...............47 Hình 3.8. Đồ thị đường mức .....................................................................................48 Hình 3.9. Đồ thị bề mặt chỉ tiêu ................................................................................48 Hình 3.10. Đồ thị tối ưu ............................................................................................49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn viii Hình 3.11. Số liệu kết quả tối ưu ..............................................................................49 Hình 3.12. Phân tích kết quả thí nghiệm khi sử dụng dung dịch Avantin 300 .........51 Hình 3.13. Đồ thị đường mức ...................................................................................52 Hình 3.14. Đồ thị bề mặt chỉ tiêu ..............................................................................53 Hình 3.15. Đồ thị tối ưu ............................................................................................53 Hình 3.16. Số liệu kết quả tối ưu ..............................................................................53 Hình 3.17. Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng tưới nguội đến chất lượng bề mặt ......54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Hệ số truyền nhiệt (λ) của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim [5]……..10 Bảng 2.1. Trị số độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN [9]. ......19 Bảng 2.2. Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai môi trường làm mát [13]. ..........................................................................................................28 Bảng 3.1. Thành phần hóa học của mẫu thí nghiệm 9XC ........................................38 Bảng 3.2. Giá trị mã hóa tại các điểm thí nghiệm .....................................................43 Bảng 3.3. Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch trơn nguội Emunsion ...44 Bảng 3.4. Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch trơn nguội Avantin 300……………………………………………………………………49 Bảng 3.5. Kết quả đo nhám bề mặt khi sử dụng dung dịch tưới nguội là nước........54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong các phương pháp gia công cơ khí, gia công mài được sử dụng khá rộng rãi khi có yêu cầu cao về độ chính xác và độ bóng bề mặt. Chính vì vậy, phương pháp gia công này chiếm vị trí quan trọng trong gia công cơ khí. Cũng vì thế, cho đến nay có rất nhiều nghiên cứu về quá trình mài. Cụ thể như sau: Các vấn đề về mài như năng suất, chế độ cắt, chất lượng bề mặt, đường kính đá, tuổi bền của đá và chế độ sửa đá…đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và tìm hiểu. Cụ thể: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài thép không gỉ 3X13 đã được nghiên cứu trong [14]. Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt khi mài phẳng đã được nghiện cứu trong [4] . Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng bề mặt đã được nghiên cứu trong [3]. Ảnh hưởng của áp lực tưới nguội đến ứng suất dư lớp bề mặt cũng đã được nói tới trong tài liệu [11]. Trên thực tế, tốc độ cắt khi mài thường khá cao (thường ≥ 30m/s, mài cao tốc có thể tới 120 m/s hoặc cao hơn). Do góc cắt của các hạt mài không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000 ÷ 1500°C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt và giảm khả năng làm việc của chi tiết máy. Việc sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý có tác dụng lớn trong việc giảm ma sát và nhiệt cắt qua đó nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của nguyên công mài. Do vậy, vấn đề nhiệt khi mài và bôi trơn làm mát quá trình mài đã và đang là đối tượng của nhiều nghiên cứu. Cụ thể như sau: Các loại dung dịch trơn nguội, các phương pháp tưới nguội và ảnh hưởng của loại chất bôi trơn, thành phần của dung dịch và chế độ bôi trơn làm mát đến chất lượng mài đã được nghiên cứu [9], [12]. Các hiệu ứng làm mát trong mài với chất làm mát dạng sương mù đã được tối ưu hóa [10-11], [13]. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên chủ yếu tập trung cho mài tròn ngoài và mài phẳng và chưa có nghiên cứu cho mài lỗ thép 9XC qua tôi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 2 Trên cơ sở phân tích nêu trên, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài lỗ nhỏ vật liệu 9XC qua tôi”. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài Những nghiên cứu về ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài lỗ chưa nhiều. Hầu hết các nguyên công mài đề có ứng dụng công nghệ trơn nguội, và có khá nhiều loại dung dịch trơn nguội thông dụng khác nhau được sử dụng trong thực tế sản suất. Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần định hướng cho việc lựa chọn loại dung dịch trơn nguội và chế độ tưới nguội hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài lỗ nhỏ bằng đá mài Hải Dương. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng khi mài các bề mặt lỗ của chi tiết máy có kích thước nhỏ (ϕ 9) vật liệu 9XC qua tôi và sử dụng để tham khảo khi mài các mác thép khác nhau. 3. Mục tiêu của nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài lỗ nhỏ (ϕ 9) vật liệu 9XC qua tôi. Qua đó lựa chọn được loại dung dịch trơn nguội và chế độ tưới nguội hợp lý để nâng cao chất lượng bề mặt gia công khi mài lỗ nhỏ vật liệu 9XC qua tôi. 4. Kết quả đạt được - Xác định được ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt khi mài lỗ nhỏ vật liệu 9XC qua tôi, đưa ra được phương trình hồi quy cho từng loại dung dịch. - Đề xuất được loại dung dịch trơn nguội và chế độ tưới nguội hợp lý khi mài lỗ nhỏ vật liệu 9XC qua tôi nhằm nâng cao chất lượng bề mặt. 5. Phương pháp nghiên cứu - Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 3 6. Cấu trúc luận văn Ngoài phần giới thiệu và phần kết luận chung, luận văn được chia thành 3 chương với các nội dung như sau: Chương 1: Giới thiệu về mài Chương 2: Tổng quan về sử dụng dung dịch trơn nguội khi mài Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài lỗ nhỏ vật liệu 9XC qua tôi. Các kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong phần cuối cùng của luận văn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 4 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU 1.1. Giới thiệu về mài và mài lỗ Mài là một phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao bằng một số lượng lớn các lưỡi cắt rất bé của hạt mài. Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất dính kết. So với các phương pháp gia công cắt gọt bằng các dụng cụ cắt có lưỡi cắt xác định, mài có một số đặc điểm sau: -Đá mài là dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt, gồm các hạt mài được liên kết với nhau bằng chất dính kết. Các hạt mài có hình dáng rất khác nhau, sự phân bố của chúng trong đá mài rất ngẫu nhiên nên các thông số hình học của lưỡi cắt thường không hợp lý, không thuận lợi cho quá trình cắt. Thường góc trước γ < 0, góc sắc φ > 900 và có bán kính p ở các lưỡi cắt. -Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường V = 30 - 35 m/s hoặc có thể lớn hơn 100 m/s. Tiết diện phoi mài ra rất bé. -Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục, các hạt mài nằm tách biệt trên mặt đá và cắt ra các phoi riêng biệt. Do đó có thể coi quá trình mài là một quá trình cạo xước liên tục bề mặt gia công. -Do tốc độ cắt cao, thông số hình học của lưỡi cắt không hợp lý nên nhiệt độ cắt khi mài rất cao, có thể đến 1000 - 1500° C. -Các hạt mài có độ cứng, độ giòn cao, độ bền nhiệt cao nên nó có khả năng gia công được các loại vật liệu có độ bền, độ cứng cao như: thép đã tôi, hợp kim cứng, thép bền nhiệt .v.v. -Các hạt mài có độ giòn cao nên trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc một phần. -Do cấu trúc hình học tế vi bề mặt đá rất phức tạp, sự sắp xếp hạt mài, sự tạo các lưỡi cắt trên hạt mài là ngẫu nhiên nên việc điều khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn. Quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt, tạo ra phoi rất nhỏ nên mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao. Vì vậy mài thường được dùng cho gia công tinh và thường được bố trí ở nguyên công gia công lần cuối trong quy trình công nghệ. Hiện nay phương pháp mài được sử dụng khá phổ biến trong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 5 ngành chế tạo máy. Trong tổng số máy công cụ máy mài chiếm khoảng 30%, còn trong một số ngành đặc biệt như chế tạo vòng bi máy mài chiếm tới 60%. Mài không chỉ dùng trong gia công tinh mà ngày nay được sử dụng ngày càng nhiều ở nguyên công gia công phá, gia công thô và gia công những loại vật liệu khó gia công. Độ chính xác, năng suất và chất lượng gia công đòi hỏi ngày một cao thì mài càng được quan tâm nghiên cứu và sử dụng rộng rãi. 1.1.1. Khả năng công nghệ của mài. Mài có thể gia công được hầu hết các dạng bề mặt: Mặt trụ ngoài, mặt trụ trong, mặt phẳng, mặt định hình v.v.... e Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn ngoài [5] a,b-Mài có tâm chạy dao dọc d- Mài có tâm chạy dao xiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN c- Mài có tâm chạy dao ngang e- Mài vô tâm chạy dao dọc http://www.lrc.tnu.edu.vn 6 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý mài tròn trong[17] e Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài phẳng[17] a, b- Mài phẳng bằng chu vi đá c, d, e- Mài phẳng bằng mặt đầu đá Ngoài ra mài còn có khả năng gia công được những chi tiết khó định vị và kẹp chặt như: Xéc măng, viên bi v.v....(hình 1.3e). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 7 Mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao: Khi mài tinh có thể đạt độ chính xác kích thước cấp 6 - 7, nhám bề mặt Ra=0,1 - 0,2 µm. Mài có khả năng gia công được hầu hết các loại vật liệu nhất là các loại vật liệu mới có cơ lý tính cao (độ bền, độ cứng, độ chịu nhiệt, chịu mài mòn). Lĩnh vực ứng dụng khác mà không có phương pháp nào cạnh tranh được với mài là trong gia công tạo hình các loại vật liệu đặc biệt cứng hoặc đặc biệt giòn.Trong sản xuất các chi tiết thép tôi như dụng cụ cắt, ổ lăn… mài có thể gia công khá dễ dàng trong khi các phương pháp gia công truyền thống khác gặp khó khăn. Vì vậy mài ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng. 1.1.2. Đặc điểm của quá trình mài lỗ. Khi mài mặt trụ trong thì đường kính của đá mài phải nhỏ hơn đường kính của lỗ mài. Thường chọn đường kính đá bằng 0,7÷ 0,9 đường kính lỗ cần mài. Mài mặt trụ trong cũng được tiến hành bằng hai phương pháp đó là mài có tâm và mài vô tâm. Cụ thể trong nghiên cứu này ta sẽ sử dụng phương pháp mài có tâm là phương pháp thường dùng và phổ biến hơn cả. Chi tieá t Ñaùmaø i a) b) Hình 1.4. Mài lỗ có tâm[18] a. Sơ đồ mài ; b. Ảnh chụp mài lỗ Mài lỗ có tâm có hai cách gá đặt chi tiết. Cách thứ nhất là chi tiết được kẹp chặt trên mâm cặp và quay tròn, trục đá cũng quay tròn là chuyển động chính và thực hiện cả chuyển động chạy dao dọc hoặc chuyển động chạy dao ngang. Phương pháp gá đặt này thường dùng để mài chi tiết nhỏ, các mặt tròn xoay, các vật dễ gá trên mâm cặp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 8 Phương pháp thứ hai là chi tiết đươc gá cố định trên bàn máy. Trục mang đá thực hiện tất cả các chuyển động gồm: chuyển động quay tròn của đá, chuyển động chạy dao dọc hoặc ngang và chuyển đông hành trình của đá xung quanh tâm lỗ gia công để cắt hết bề mặt chu vi lỗ. Thực chất chuyển động hành trình của đá ở phương pháp thứ hai là thay cho chuyển động quay tròn của chi tiết gia công của phương pháp thứ nhất. Phương pháp thứ hai này thuận tiện khi gia công các chi tiết lớn như: thân động cơ, các loại hộp, các chi tiết cồng kềnh. Dựa vào điều kiện thực tế và kích thước chi tiết gia công ta sử dụng cách thứ nhất để gia công trong nghiên cứu. 1.1.3. Vai trò của mài và mài lỗ trong công nghiệp Quá trình mài đã xuất hiện từ lâu; bằng mài có thể gia công được vật liệu có độ bền và độ cứng cao, cho độ chính xác kích thước (cấp 6-7), độ nhẵn bề mặt cao (nhám bề mặt đạt cấp 7-8 và cao hơn). Chất lượng lớp bề mặt tốt. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ 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 và độ chính xác. Do vậy, phạm vi sử dụng của phương pháp mài ngày càng được mở rộng. 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. 1.2. Ảnh hưởng của nhiệt cắt khi mài Trong quá trình mài nhiệt độ phát sinh rất lớn, ở vùng tiếp xúc giữa đá và vật mài, nhiệt độ có thể lên tới 1000 ÷ 1500 oC. Thời gian tác dụng để phát sinh nhiệt rất ngắn từ 1.10-4 đến 5.10-6 giây, sau đó nhiệt độ lại giảm xuống nhanh chóng, vì vậy gây ra rất nhiều tác động đến vật mài như thay đổi cấu trúc của lớp bề mặt, giảm độ cứng, cháy nứt, biến dạng, …. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 9 Hình 1.5. Đồ thị bão hòa nhiệt cắt khi mài thép 12XH4A bằng đá Ctr25MV1K [5] Sau một thời gian mài, nhiệt độ của vùng mài đạt đến một trị số bão hòa nhiệt. Người ta đã đo được thời gian bão hòa nhiệt T = 0,012÷0,015s. Nhiều thí nghiệm cho thấy rằng sau thời gian bão hòa nhiệt thì nhiệt độ mài hầu như không tăng nữa. Nhiệt độ bão hòa phụ thuộc vào vật liệu gia công, chế độ mài, công nghệ tưới nguội và điều kiện công nghệ. Nhiệt độ mài Tm có thể xác định theo công thức sau [5], [7]: 1.1 Trong đó: k - hệ số thực nghiệm. µ- 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). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10 υd- tốc độ đá mài (m/ph). λ - hệ số truyền nhiệt của vật liệu gia công (Kcal/cm.g. độ). γ - khối lượng riêng của vật liệu gia công. c - nhiệt dung của vật liệu gia công. Phương trình (1.1) 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. Khác với các phương pháp cắt gọt khác, khi mài bằng đá thường nhiệt độ mài chủ yếu truyền vào chi tiết gia công (65%÷84%), phần còn lại truyền vào đá mài (11%÷12%), vào dung dịch trơn nguội (4% ÷13%) và vào phoi không đáng kể (3%÷7%) [5] Mỗi loại vật liệu có hệ số truyền nhiệt khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ các nguyên tố hợp kim trong vật liệu. Những loại thép có nhiều nguyên tố hợp kim và hàm lượng cao thì hệ số truyền nhiệt thấp (bảng 2.1). Những vật liệu này khi mài nhiệt tỏa ra chậm làm cho nhiệt độ vùng mài tăng cao, bề mặt mài dễ bị cháy và nứt. Bảng 1.1. Hệ số truyền nhiệt (λ) của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tố hợp kim [5]. Hàm lượng nguyên tố hợp kim λ 2 % Cr 0,025 12 % Cr 0,050 18 % w 0,070 2 % Mn 0,078 1,1 % C 0,102 Để giảm nhiệt độ mài có thể dùng các biện pháp sau: - Giảm vận tốc cắt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 11 - Dùng dung dịch trơn nguội và các biện pháp tưới nguội tiên tiến. - Sử dụng những loại đá mài có bề mặt làm việc không liên tục, đá mài độ xốp cao. - Không mài khi đá quá mòn. Dùng những vật liệu hạt mài có khả năng cắt gọt cao. 1.3. Tưới nguội khi mài 1.3.1. Vai trò của dung dịch trơn nguội khi mài 1.3.1.1.Vai trò bôi trơn Nhiệt phát sinh do biến dạng dẻo kim loại, do ma sát giữa phoi và bề mặt dụng cụ. Biến dạng dẻo kim loại xảy ra dọc theo mặt phẳng cắt. Việc giảm chiều dài mặt phẳng cắt sẽ làm giảm lượng nhiệt phát sinh. Phương pháp duy nhất được biết để làm giảm chiều dài mặt phẳng cắt đối với hình dạng đã cho của dụng cụ cắt và vật liệu gia công là giảm ma sát giữa phoi và bề mặt dụng cụ. Khi sử dụng dung dịch trơn nguội, tác dụng bôi trơn của dung dịch được thấy rõ trong những khía cạnh sau[6]: - Giảm ma sát giữa mặt sau của phoi với mặt trước của dao. - Giảm ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt đang gia công. - Do giảm ma sát ở mặt trước và mặt sau của dụng cụ nên lượng mòn của dụng cụ giảm dẫn đến tuổi bền tăng. - Các phần tử của dung dịch trơn nguội bao quanh các phần tử của phoi làm cản trở sự dính, giúp phoi thoát ra khỏi khu vực cắt dễ dàng. Ngoài ra tính bôi trơn của dung dịch trơn nguội gắn liền với khả năng xâm nhập của dung dịch vào những vết nứt tế vi, làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử khiến cho lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt được dễ dàng hơn. 1.3.1.2.Vai trò làm nguội Tác dụng làm nguội của dung dịch trơn nguội bao gồm[6]: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn