Chương 3. Mài bằng các loại đá Mài
Encyclopedia of Tribology
• Grinding is the common collective name for machining
processes that utilize hard, abrasive particles as the cutting medium. The grinding process of shaping materials is probably the oldest in existence, dating from the time prehistoric humans found that they could sharpen their tools by rubbing them against gritty rocks.
QUÁ TRÌNH CẮT KHI MÀI
• Đá mài được coi là một loại dụng cụ cắt nhiều lưỡi, các lưỡi cắt không giống nhau, mà sắp xếp lộn xộn trong chất dính kết.
• Hình dạng hình học của mỗi hạt mài khác nhau, góc trước thường < 00, do đó không thuận lợi cho quá trình thoát phoi và cắt gọt.
• Tốc độ cắt khi mài rất lớn V=30-50m/s, cùng một lúc, trong thời gian ngắn tính bằng giây có nhiều hạt mài cùng tham gia vào cắt gọt và tạo ra nhiều phoi vụn.
• Có thể cắt gọt được những loại vật liệu cứng mà các loại dụng cụ
cắt khác không cắt được. Eg: thép đã tôi, hợp kim cứng v.v…
• Do có nhiều hạt mài cùng tham gia cắt gọt với < 00 tạo ra ma sát rất lớn với vật liệu gia công gọi là hiện tượng “ cắt, cào xước” làm chi tiết gia công bị nung nóng rất nhanh và nhiệt độ ở vùng mài lớn (từ 1000C – 1500C).
QUÁ TRÌNH CẮT KHI MÀI
• 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, đá mài có khả năng tự mài sắc nghĩa là các
hạt cùn bị bật ra khỏi chất dính kết và các hạt có đỉnh sắc ở lân cận tham gia cắt. Hoặc hạt mài cùn bị vỡ tạo thành các lưỡi cắt sắc mới, tham gia cắt.
• Do không thể thay đổi được vị trí và hình dạng hình học của hạt mài trong đá mài nên việc điều khiển quá trình mài rất khó khăn.
• Bề mặt gia công thường có một lớp cứng nguội phân bố đều, chiểu dày khoảng 2um, độ cứng Hv=1100. Trên bề mặt có ứng suất lớn và những vết nứt tế vi.
• Do trị số bán kính đỉnh hạt mài nhỏ, nên có thể thực hiện quá trình
với chiều sâu cắt rất nhỏ.
Vật liệu hạt mài: Materials of the abrasive particles
Nguyên tắc chung khi chọn độ cứng đá mài:
• Khi gia công vật liệu cứng chọn đá mềm và ngược lại khi gia công vật liệu mềm chọn đá cứng, vật liệu rất mềm và dẻo như đồng, nhôm…nên dùng đá mài mềm.
• (Do vật liệu cứng hạt mài dễ bị mòn, cần dùng đá mềm để tăng
khả năng tự mài sắc, còn khi gia công vật liệu mềm, hạt mài ít bị cùn, tăng độ cứng để tăng tuổi bền của đá).
• Khi gia công thô nên chọn đá cứng hơn để tăng năng xuất,
• Khi gia công các bề mặt định hình nên chọn đá có độ cứng trung bình để vừa đảm bảo được hình dạng bề mặt gia công, vừa đảm bảo năng xuất.
• Khi gia công tinh nên chọn giảm cấp độ cứng so với khi gia công
thô cùng một loại vật liệu.
3.1. Ứng dụng mài để gia công tinh
• Mài là phương pháp gia công tinh được sử dụng rộng rãi. Mài gia công được các mặt trụ ngoài, trụ trong, mặt phẳng, mặt định hình
• Trên cơ sở vật liệu siêu cứng chế tạo ra nhiều loại đá mài
khác nhau có khả năng cắt gọt và tuổi bền cao do đó nâng cao năng suất gia công tinh. Sử dụng đá mài kim cương và nitrit bo nâng cao chất lượng bề mặt.
3.2. Mài tròn ngoài:
3.2.1. Mài có tâm a. Phương pháp tiến dao dọc
106
Chi tiết được gá trên 2 mũi tâm được gia công trên máy mài tròn ngoài (như sơ đồ). Phương pháp tiến dao dọc dùng gia công chi tiết có l > 80mm, chi tiết hình côn (cần gá chi tiết ½ góc côn). Ngoài ra cũng dùng gia công các loại dao: khoan, khoét chuốt…
b. Phương pháp tiến dao hướng kính (ngang)
107
- Đá mài tiến dao hướng kính ăn hết lượng dư gia công, dùng gia công các chi tiết có l<80mm, thực tế thường dùng gia công cổ trục, cam và các mặt định hình khác
c. Phương pháp tiến dao tiếp tuyến
108
- Đá thực hiện tiến dao tiếp tuyến với chi tiết gia công, lượng kim loại lúc đầu bị bóc tách lớn và sau đó giảm dần, ở thời điểm tâm đá trùng tâm chi tiết thì quá trình bóc tách dừng lại và tiếp theo là quá trình chạy rà
d. Phương pháp tiến dao xiên
Gia công đồng thời nhiều bề mặt cùng 1 lúc (mặt đầu, trụ, định hình). Để dùng phương pháp này đá phải có profin chính xác, chi tiết gia công có độ cứng vững cao
109
e. Mài tròn ngoài bằng mặt đầu đá mài
Để gia công các mặt trụ có đường kính lớn, lượng dư được hớt sau một số bước của đá dọc theo đường sinh chi tiết gia công
110
3.3. Mài vô tâm a. Mài vô tâm tiến dao dọc Là phương pháp gia công cho năng suất cao nhất khi mài mặt trụ ngoài, phương pháp thực hiện trên máy mài vô tâm. Chi tiết được gá cao tâm hơn đá để loại trừ sai số hình dáng hình học, chuẩn định vị khi gia công cũng là bề mặt gia công, tốc độ tiến dao dọc phụ thuộc vào góc α .
111
3.3. Mài vô tâm a. Mài vô tâm tiến dao dọc
114
Phương pháp này cho phép đạt độ chính xác 2-3 và sai số hình dáng hình học < 2.5µm. Độ nhám Ra =0.32-0.16. Số bước khi mài phụ thuộc vào lượng dư gia công và yêu cầu về độ chính xác kích thước, độ nhám bề mặt
3.3. Mài vô tâm b. Mài vô tâm tiến dao ngang
115
Sơ đồ tương tự như tiến dao dọc nhưng đá dẫn đặt // đá mài hay gá nghiêng góc rất nhỏ (α=0.5- 10), quá trình hớt lượng dư thực hiện bằng ăn dao hướng kính của bánh dẫn, do có góc α nhỏ nên chi tiết chuyển động dọc trục để tỳ vào chốt tỳ cứng khống chế 1 bậc tự do tịnh tiến dọc trục đá.
3.3. Mài vô tâm b. Mài vô tâm tiến dao ngang
116
Phương pháp dùng gia công các chi tiết có bậc mà phương pháp mài vô tâm tiến dao hướng trục không thực hiện được.
3.4. Mài lỗ
Thực hiện trên máy mài tròn trong, thường chi tiết được kẹp trên mâm cặp đường kính đá thường bằng (0.8-0.9) đường kính lỗ. Khi Φlỗ > 125 thì chọn đường kính đá 0.65-0.75 đường kính lỗ
117
a. Phương pháp tiến dao hướng trục
3.4. Mài lỗ
a. Phương pháp tiến dao hướng trục
119
Để gia công lỗ thông suốt và lỗ không thông có chiều dài lớn, đá ngoài chuyển động tịnh tiến(ăn dao dọc) và ăn dao hướng kính sau mỗi hành trình kép, lần ăn dao hướng kính cuối cùng thực hiện chạy rà vài lần mà không tiến dao hướng kính đến khi hết hoa lửa
3.4. Mài lỗ
120
b. Phương pháp tiến dao hướng kính Dùng gia công các chi tiết có chiều dài ngắn, đá chỉ thực hiện tiến dao ngang, phương pháp dùng để gia công các lỗ thông suốt và không thông suốt với độ cứng vững cao
3.4. Mài lỗ
• Với các lỗ lớn mài
121
lỗ được thực hiện trên máy mài đứng hay mài ngang với chuyển động hành tinh của đá. Phương pháp có thể thực hiện bằn tiến dao dọc hay tiến dao ngang.
3.4. Mài lỗ
1. Chi tiết gia công 2. đá dẫn 3.4. con lăn đỡ trên dưới, đá mài ở giữa
122
Gia công các lỗ cứng thực hiện bằng mài vô tâm. Phương pháp dùng chủ yếu để mài vòng bi
3.5. Mài phẳng
• Là phương pháp gia công tinh bề mặt chi tiết máy có năng
suất cao. Mài phẳng được thực hiện bằng đá mài tròn hay đá mài mặt đầu
3.5.1. Mài bằng đá mài tròn
a. Phương pháp tiến dao dọc
Để gia công các chi tiết có chiều dài lớn và bề rộng nhỏ: then, chêm…
3.5.1. Mài bằng đá mài tròn
b. Phương pháp tiến dao ngang
Để gia công mặt phẳng có bề rộng lớn: Tấm phẳng, bề mặt hộp…
c. Mài nhiều chi tiết một lúc
• Dùng mài nhiều chi tiết cùng lúc
trên máy mài dọc hay máy mài có bàn quay, phương pháp dùng sản xuất hàng loạt và hàng khối
3.5.2. Mài bằng đá mài mặt đầu
Tiến hành trên máy mài mặt đầu, có thể dùng phương pháp tiến dao dọc hay kết hợp cả tiến dao dọc và tiến dao ngang, ngoài ra có thể dùng máy có bàn quay để gia công nhiều chi tiết cùng một lúc
3.5.2. Mài bằng đá mài mặt đầu
• Mài mặt phẳng bằng đá mài mặt đầu có năng suất cao hơn các phương pháp mài bằng đá mài tròn do bề mặt tiếp xúc giữa đá và chi tiết gia công lớn nên số lượng hạt mài tham gia bóc tách kim loại là lớn. Mặt khác khi sửa lại đá cũng đơn giản vì chỉ cần sửa bề mặt bị mòn (phần tiếp xúc) mà không cần sửa toàn bộ bề mặt đá
3.5.2. Mài bằng đá mài mặt đầu
• Mài bằng đá mài trụ cho phép nâng cao độ chính xác, giảm nhiệt trong vùng cắt do đó giảm biến dạng chi tiết, đặc biệt gia công bề mặt mỏng, bề mặt cần khử độ cong vênh, vết cháy trên bề mặt.
• Mài phẳng trên máy có bàn quay cho năng suất cao hơn vì
không xuất hiện lực quán tính do chuyển động tịnh tiến gây ra.
3.6. Mài mặt định hình • Gia công tinh mặt định hình thường sử dụng phương pháp
mài được thực hiện bằng đá mài định hình hay đá mài thường với chuyển động chạy dao của đá hay chi tiết theo dưỡng chép hình
3.7. Sửa đá mài
• Trong quá trình gia công đá bị mài mòn và mất tính cắt gọt làm giảm năng suất gia công và độ chính xác. Vì vậy trong quá trình mài cần thường xuyên sửa đá để phục hồi tính cắt gọt, tạo cho đá có hình dạng hình học và profin ban đầu.
• Chọn chế độ sửa đá hợp lý có thể làm thay đổi hình dáng của hạt mài do đó làm thay dổi tính cắt gọt -> Rz giảm. Thực tế xác định profin của đá phụ thuộc vào phương pháp và chế độ sửa đá
3.7. Sửa đá mài
Tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng gia công, điều kiện sản xuất sử dụng các phương pháp khác nhau
• Tiện bằng bút chì kim cương
• Lăn theo biên dạng của đá mài có độ cứng cao
• Mài bằng đá mài có độ cứng cao hơn
Ngoài ra còn dùng các phương pháp ăn mòn điện hóa, ăn mòn điện để sửa đá mài kim cương.
Mũi sửa đá
3.8. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công
3.8.1. Quá trình hình thành độ nhám bề mặt
3.8.1. Quá trình hình thành độ nhám bề mặt
• Khi mài, độ nhám được hình thành do kết quả chép hình của quỹ đạo chuyển động của hạt mài có hình dạng hình học xác định
• Quá trình cắt của hạt mài được bắt đầu từ điểm S cho đến khi hạt mài ra khỏi bề mặt gia công, nhưng do chi tiết quay nên hạt mài không ra tại điểm N mà ra tại điểm K.
• Do đó chiều dày và chiều dài phoi tăng, do bề rộng của phoi nhỏ hơn khoảng cách giữa hai hạt mài cạnh nhau trên 1 tiết diện dọc trục chi tiết, nên 2 hạt cạnh nhau hớt đi lượng kim loại A,B trên chiều dài và phần nằm giữa A, B không được hớt đi.
3.8.1. Quá trình hình thành độ nhám bề mặt
• Để hớt đi lượng kim loại trên chiều dài H cần có đủ lượng hạt
mài cùng tham gia cắt, thực tế các hạt nằm rải rác trên những tiết diện khác vuông góc với trục đá và cao thấp khác nhau. Nhưng do đá quay nên tất cả các hạt đều tham gia cắt do vậy kim loại được hớt đi trên toàn bộ chiều dài H
3.8.1. Quá trình hình thành độ nhám bề mặt
• Trong thực tế quá trình tiếp xúc của hạt mài và bề mặt gia
công phức tạp hơn rất nhiều. Khi gia công các hạt mài không cắt bề mặt trơn mà cắt các bề mặt đã có nhám do nguyên công trước để lại, hạt mài phân bố ngẫu nhiên và cao thấp khác nhau so với tâm đá do vậy hạt nhô ra xa nhất tham gia cắt còn các hạt có đỉnh thấp hơn chỉ gây ra biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi,
Quá trình tạo phoi khi mài là quá trình ăn sâu của hạt mài vào kim loại
3.8.1. Quá trình hình thành độ nhám bề mặt
Độ nhám bề mặt gia công phụ thuộc rất nhiều vào chế độ cắt
• Độ hạt đá giảm thì Rz giảm
• Vận tốc chi tiết tăng thì Rz tăng
• Số hành trình kép tăng thì chiều dày phoi tăng và Rz tăng
• Sn tăng thì Rz tăng
3.8.1. Quá trình hình thành độ nhám bề mặt
• Nhiệt cắt ảnh hưởng đến độ nhám, khi giảm S dọc (giảm
hành trình kép /Phút) thì Rz giảm
• Dung dịch trơn lạnh ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt, cấp
dung dịch hợp lý làm giảm Rz, nếu dung dịch cấp quá nhiều làm to vùng cắt giảm dẫn đến giảm tác dụng là phẳng của nhiệt và Rz lại tăng
3.8.2.Ảnh hưởng của chế độ cắt đến tính chất cơ lý lớp bề mặt
• Tính chất cơ lý hình thành do tác động của hạt mài và nhiệt độ tại vùng tiếp xúc đá và chi tiết, tác động này gây biến dạng dẻo và biến cứng bền mặt làm độ cứng tế vi tăng
• Do biến dạng dẻo,t0 cắt nên xuất hiện ứng suất dư, dấu và
độ lớn, chiều sau lớp ư s dư phụ thuộc mức độ biến cứng, to, dung dịch trơn lạnh, và các yếu tố khác. T0 làm nung nóng cục bộ và nguội nhanh làm thay đổi cấu trúc pha.
• Nhiệt độ là nguyên nhân chủ yếu hình thành ư s dư .
