Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:188

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài luận án: Xây dựng được bài toán tối ưu đa mục tiêu nhằm xác định được chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý để đảm bảo năng suất và chất lượng bề mặt yêu cầu của chi tiết mài, trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong một chu trình là lớn nhất.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Anh Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. VŨ TOÀN THẮNG 2. PGS.TS. NGUYỄN VIẾT TIẾP Hà Nội – 2018
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Những nội dung, các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Các kết quả này chưa có tác giả nào công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh
LỜI CÁM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, góp ý và chia sẻ của mọi người. Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Cơ khí. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới tập thể Thầy hướng dẫn PGS.TS Vũ Toàn Thắng, PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp, các Thầy đã hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành được luận án. Tôi cũng xin chân thành biết ơn sâu sắc tới Quý Thầy Cô Bộ môn Công nghệ chế tạo máy và Bộ môn Cơ khí Chính xác và Quang Học đã chỉ bảo và cho tôi những ý kiến bổ ích, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em công tác tại Bộ môn Công nghệ chế tạo máy và Bộ môn Cơ khí chính xác và Quang Học, tập thể NCS tại Bộ môn đã chia sẻ cũng như tạo điều kiện giúp tôi. Tôi xin chân thành cảm ơn Công ty cổ phần Cơ khí Phổ Yên đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp, Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí đã tạo điều kiện về chế độ, thời gian, công việc giúp tôi hoàn thành nhiệm vụ. Cuối cùng xin cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã chia sẻ, động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, Ngày … tháng … năm 2018 Tác giả luận án Nguyễn Anh Tuấn
MỤC LỤC Trang MỤC LỤC ............................................................................................................................ I DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... IV DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................................V DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................. IX MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1 1. Lý do lựa chọn đề tài luận án .........................................................................................1 2. Mục đích, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu ........................................2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................................2 4. Những đóng góp mới .......................................................................................................3 5. Cấu trúc của luận án .......................................................................................................4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI ĐỊNH HÌNH ........................................................5 1.1. Đặc điểm chung của quá trình mài định hình ...........................................................5 1.2. Các phương pháp mài định hình.................................................................................8 1.3. Các đại lượng đặc trưng của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay .................12 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ..............................................................14 1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ..........................................................................15 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ...........................................................................23 1.5. Xác định nhiệm vụ nghiên cứu của luận án .............................................................29 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ..................................................................................................30 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY ............................................................................................31 2.1. Tổng quan về mối quan hệ giữa các đại lượng trong quá trình mài định hình rãnh tròn xoay .............................................................................................................................31 2.2. Chất lượng bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay ...............................31 2.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay....................................................................................................................................31 2.2.2. Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay ...........................................................................................33 2.2.3. Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay ..................................................................................................37 I
2.3. Mòn đá và tuổi bền của đá mài khi mài định hình rãnh tròn xoay .......................46 2.3.1. Bản chất và cơ chế của quá trình mòn đá khi mài định hình rãnh tròn xoay .......46 2.3.2. Sửa đá khi mài định hình rãnh tròn xoay ...............................................................48 2.3.3. Tuổi bền của đá mài khi mài định hình rãnh tròn xoay.........................................50 2.3.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá khi mài định hình rãnh tròn xoay ....................................................................................................................................50 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ..................................................................................................54 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ...............................................55 3.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm ................................................................................55 3.1.1. Sơ đồ thực nghiệm ..................................................................................................55 3.1.2. Các đại lượng đầu vào............................................................................................56 3.1.3. Các đại lượng đầu ra ..............................................................................................56 3.1.4. Các đại lượng cố định.............................................................................................57 3.1.5. Các đại lượng nhiễu................................................................................................57 3.2. Điều kiện thực nghiệm ...............................................................................................57 3.2.1. Máy mài định hình ..................................................................................................57 3.2.2. Phôi thực nghiệm ....................................................................................................60 3.2.3. Đá mài .....................................................................................................................61 3.3. Các thiết bị đo .............................................................................................................61 3.4. Thiết kế, chế tạo hệ thống đo khí nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi ...................................................................................................................63 3.4.1. Nguyên lý của phương pháp đo mòn đá bằng hệ đo khí nén.................................63 3.4.2. Tính toán thiết kế hệ đầu đo khí nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi ...........................................................................................................................69 3.4.3. Xây dựng đường đặc tính động của hệ thống đo khí nén ......................................75 3.4.4. Đặc điểm của dòng khí nén xung quanh đá mài đang quay khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi ............................................................................................................81 3.4.5. Giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo để đo trực tuyến độ mòn của đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi............................................................................83 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ..................................................................................................93 II
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY...................................................................................94 4.1. Xác định phương pháp tiến hành thực nghiệm .......................................................94 4.2. Thực nghiệm kiểm chứng khả năng làm việc của hệ thống thí nghiệm ................94 4.2.1. Trình tự các bước tiến hành thí nghiệm .................................................................94 4.2.2. Kết quả thực nghiệm ...............................................................................................97 4.3. Thực nghiệm thăm dò đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết ..............................................................................101 4.4. Thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa chế độ công nghệ với mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết .................................................................................................106 4.4.1. Xác định mối quan hệ giữa chế độ công nghệ và lượng mòn đá ........................108 4.4.2. Xác định mối quan hệ giữa chế độ công nghệ và độ nhám bề mặt chi tiết .........114 4.4.3. Xác định mối quan hệ giữa chế độ công nghệ và độ ô van của chi tiết ..............117 4.5. Ứng dụng giải thuật di truyền để xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý ....................................................................................................................122 4.5.1. Xây dựng bài toán tối ưu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 ......122 4.5.2. Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài 3MK136B ..................................................................................................126 4.6. Ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài vào thực tiễn sản xuất .........................131 4.6.1. Thiết kế hệ thống giám sát độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay..................................................................................................................................131 4.6.2. Thực nghiệm đánh giá khả năng giám sát độ nhám bề mặt chi tiết của hệ thống ................................................................................................................................135 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ................................................................................................138 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU .............................................139 TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................140 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .........................144 PHỤ LỤC …………………………………………………………………………………… III
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải nội dung Đơn vị Vs Tốc độ của đá mài m/s Vw Tốc độ của chi tiết m/ph ds Đường kính đá mài mm dw Đường kính chi tiết mm Shk Lượng chạy dao hướng kính m/s t Chiều sâu cắt m lc Độ dài cung tiếp xúc mm Ft Lực cắt tiếp tuyến N Fn Lực cắt pháp tuyến N Fa Lực cắt dọc trục N Ra Sai lệch profin trung bình cộng m Hz Lượng mòn của đá mài m O Độ ô van m GA Giải thuật di truyền HTCN Hệ thống công nghệ GSTT Giám sát trực tuyến ĐKTN Điều khiển thích nghi NST Nhiễm sắc thể IV
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ mài định hình rãnh lăn vòng trong và vòng ngoài ổ bi cầu ......................... 5 Hình 1.2. Bản chất quá trình cắt của đá mài khi mài định hình ............................................ 5 Hình 1.3. Phân bố hạt mài trên bề mặt đá và cơ hội tham gia cắt của chúng ........................ 6 Hình 1.4. Các thông số hình học của lưỡi cắt đá mài ............................................................ 6 Hình 1.5. Sơ đồ biểu diễn ba giai đoạn hình thành phoi mài ................................................ 7 Hình 1.6. Các chuyển động cắt của một số phương pháp mài định hình .............................. 8 Hình 1.7. Sơ đồ mài định hình rãnh lăn vòng bạc trong vòng bi cầu .................................... 9 Hình 1.8. Sơ đồ mài định hình rãnh lăn vòng bạc ngoài vòng bi cầu.................................. 10 Hình 1.9. Sơ đồ mài định hình tiến dao ngang trên máy mài phẳng ................................... 10 Hình 1.10. Sơ đồ mài định hình bề mặt trụ trên máy mài tròn ngoài .................................. 11 Hình 1.11. Sơ đồ mài định hình bề mặt trụ và mặt đầu trên máy mài tròn ngoài ............... 11 Hình 1.12. Sơ đồ các lực tác dụng lên phôi khi mài định hình vô tâm chi tiết rãnh lăn vòng trong ổ bi cầu định vị trên các giá đỡ cố định ..................................................................... 16 Hình 1.13. Các thông số đặc trưng trong mài tiến dao nghiêng trên máy mài tròn ngoài ... 17 Hình 1.14. Sơ đồ các lực tác động lên phôi khi mài định hình vô tâm chi tiết rãnh lăn vòng bạc ổ bi cầu định vị trên các giá đỡ cố định ........................................................................ 17 Hình 1.15. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm mài định hình trên máy mài phẳng để đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN .............................................................................................. 20 Hình 1.16. Sơ đồ nguyên lý và hệ thống thí nghiệm đo diện tích mòn phẳng của đá bằng máy ảnh CCD camera.................................................................................................................. 20 Hình 1.17. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đo mòn đá khi mài phẳng bằng cách sử dụng một micromet không khí để đo sự thay đổi vận tốc của luồng không khí xung quanh đá mài đang quay ....... 21 Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đo mòn đá khi mài phẳng bằng cách sử dụng một ống Pilot để đo sự thay đổi vận tốc của luồng không khí xung quanh đá mài đang quay ............... 21 Hình 1.19. Sơ đồ nguyên lý đo mòn đá khi mài phẳng bằng hệ đầu đo khí nén ................. 21 Hình 1.20. Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết với thành phần lực tiếp tuyến riêng ..... 22 Hình 1.21. Sơ đồ nguyên lý đo mòn đá bằng đầu đo laze trên máy mài tròn ngoài ............ 24 Hình 1.22. Đồ thị quan hệ giữa tuổi bền của đá mài với chế độ công nghệ mài ................. 24 Hình 1.23. Đồ thị quan hệ giữa độ nhám Ra với chế độ công nghệ mài tại thời điểm t=1 phút....24 Hình 1.24. Sơ đồ nguyên lý và kết cấu hệ thống đo mòn đá mài bằng đầu đo khí nén trên máy mài phẳng .................................................................................................................... 25 Hình 1.25. Hình ảnh hệ thống đo mòn đá mài bằng đầu đo khí nén trên máy mài phẳng ..... 26 Hình 1.26. Sơ đồ đo lượng mòn của đá mài khi mài phẳng bằng mặt trụ của đá................ 26 Hình 1.27. Hệ thống giám sát mòn đá và cảnh báo online giới hạn sửa đá khi mài phẳng.... 27 Hình 2.1 Mô hình tổng quát của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay ...........................31 Hình 2.2. Profin bề mặt chi tiết sau khi mài định hình ........................................................ 32 Hình 2.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao ngang đến độ nhám bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay...................................................................................................... 33 V
Hình 2.4. Ảnh hưởng của thời gian mài tới độ nhám bề mặt .............................................. 35 Hình 2.5. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến các đại lượng đặc trưng của quá trình mài và kết quả mài ....................................................................................................................................... 36 Hình 2.6. Sơ đồ gá đặt khi mài vô tâm với bước tiến ngang ............................................... 38 Hình 2.7. Mài định hình vô tâm trên hai giá đỡ cố định ..................................................... 41 Hình 2.8. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt trong một vòng quay đến sai lệch độ tròn khi mài định hình tròn ngoài ...................................................................................................................... 44 Hình 2.9. Ảnh hưởng của lượng dư mài và độ lệch của tâm phôi so với tâm cực từ đến độ ô van và độ đa cạnh của chi tiết khi mài định hình vô tâm trên 2 giá đỡ ............................... 44 Hình 2.10. Ảnh hưởng của phương pháp gá đặt phôi và số chi tiết mài đến sai lệch độ tròn của chi tiết khi mài định hình .............................................................................................. 45 Hình 2.11. Các dạng mòn của đá mài .................................................................................. 47 Hình 2.12. Các lưỡi cắt và vết nứt tế vi được hình thành do sửa đá ................................... 48 Hình 2.13. Kết cấu cụm sửa đá mài có biên dạng tròn xoay trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B ...................................................................................................................... 49 Hình 2.14. Mối quan hệ giữa lượng mòn của đá với thời gian cắt ...................................... 51 Hình 2.15. Ảnh hưởng của tốc độ chạy dao và chiều sâu cắt đến các đại lượng đặc trưng của quá trình mài định hình........................................................................................................ 52 Hình 2.16. Thể tích cắt trong một đơn vị thời gian ảnh hưởng đến các dạng mòn và tốc độ mòn .................................................................................................................................52 Hình 3.1. Sơ đồ thực nghiệm ...............................................................................................55 Hình 3.2. Sơ đồ động học của máy mài định hình đường lăn 3MK136B ........................... 58 Hình 3.3. Đồ thị chu trình làm việc của máy mài định hình đường lăn 3MK136B ............ 59 Hình 3.4. Sơ đồ quá trình mài 30 chi tiết trong một chu trình trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B ...................................................................................................................... 60 Hình 3.5. Bản vẽ thể hiện các yêu cầu kỹ thuật của nguyên công mài tinh rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 .................................................................................................................... 60 Hình 3.6. Máy đo độ nhám SJ400 ....................................................................................... 61 Hình 3.7. Hình ảnh và sơ đồ nguyên lý kết cấu thiết bị kiểu D022 để đo đường kính rãnh lăn và khoảng cách từ rãnh lăn đến mặt đầu của vòng trong ổ bi cầu ....................................... 62 Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp đo mòn đá bằng hệ đầu đo khí nén .............. 63 Hình 3.9. Kết cấu mạch khí của hệ thống đo khí nén .......................................................... 64 Hình 3.10. Kết cấu mạch điện tương đương với mạch khí của hệ thống đo khí nén .......... 64 Hình 3.11. Đường đặc tính của chuyển đổi khí nén ............................................................ 67 Hình 3.12. Sơ đồ hệ thống đo khí nén ................................................................................. 69 Hình 3.13. Kết cấu của đột thắt d1 ....................................................................................... 72 Hình 3.14. Kết cấu của đầu đo d2 ........................................................................................ 72 Hình 3.15. Kết cấu của hệ đo khí nén.................................................................................. 73 Hình 3.16. Sơ đồ hệ thống đo khí nén để đo mòn đá tại 2 điểm khác nhau trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi cầu ................ 74 VI
Hình 3.17. Hình ảnh thực tế của hệ thống đo khí nén sau khi được gá lắp lên trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B ........................................................................................... 76 Hình 3.18. Sơ đồ và đồ họa 3D của hệ thống thí nghiệm đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 ...................................................................................................... 77 Hình 3.19. Đường đặc tính động của hệ đo khí nén trên toàn miền từ 0÷4 bar sau khi được gắn lên trên máy mài đo mòn tại điểm đỉnh và điểm mép của biên dạng cung cong đá mài ........................................................................................................................ 80 Hình 3.20. Đường đặc tính động của hệ đo khí nén trên miền làm việc thực của đầu đo sau khi được gắn lên trên máy mài đo mòn tại điểm đỉnh và điểm mép của biên dạng cung cong đá mài .................................................................................................................................. 80 Hình 3.21. Hình ảnh mô tả dòng khí chảy xung quanh một viên đá mài đang quay........... 81 Hình 3.22. Sự thay đổi áp suất của buồng đo trong quá trình mài một chi tiết ................... 82 Hình 3.23. Sơ đồ kết cấu của hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu đo trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi ứng dụng hệ thống đo khí nén............. 84 Hình 3.24. Khung truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và module ADS1256 ........................ 85 Hình 3.25. Cấu hình module ADS1256 sử dụng 2 đầu vào analog ..................................... 86 Hình 3.26. Hình ảnh sơ đồ đấu dây vi điều khiển STM32F4 với ADC .............................. 87 Hình 3.27. Sơ đồ khối lấy dữ liệu ........................................................................................ 88 Hình 3.28. Xây dựng đường đặc tuyến giữa áp suất và điện áp analog dựa trên phương pháp nội suy theo từng đoạn giá trị thực nghiệm ......................................................................... 89 Hình 3.29. Hình ảnh và sơ đồ hệ thống thí nghiệm để xây dựng phương trình đặc tính giữa giá trị điện áp analog và giá trị áp suất của cảm biến SEU-31 ............................................ 90 Hình 3.30. Sơ đồ thuật toán chương trình xử lý dữ liệu đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi ..................................................................................................................... 91 Hình 3.31. Giao diện của hệ thống phần mềm được thiết kế .............................................. 92 Hình 4.1. Sơ đồ, hình ảnh và đồ họa 3D của hệ thống đo khí nén trong thí nghiệm để đo trực tuyến lượng mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 ............................... 95 Hình 4.2. Giao diện phần mềm sau khi mài 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong đá mài .................................................................. 98 Hình 4.3. Các đồ thị thể hiện sự thay đổi áp suất buồng đo ở mỗi hệ đầu đo theo thời gian mài thực tế ........................................................................................................................... 98 Hình 4.4. Các đồ thị thể hiện sự thay đổi lượng mòn của đá mài ở mỗi hệ đầu đo theo số chi tiết mài thực tế ..................................................................................................................... 99 Hình 4.5. Sự phân bố lượng bóc tách kim loại ở các điểm khác nhau trên bề mặt cung cong làm việc của đá mài ................................................................................................................... 100 Hình 4.6. Sơ đồ phân bố độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn theo số chi tiết mài ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ nhất ............................................................................. 102 Hình 4.7. Sơ đồ phân bố độ nhám bề mặt ở mép biên dạng rãnh lăn theo số chi tiết mài ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ nhất ....................................................................... 102 Hình 4.8. Sơ đồ phân bố lượng mòn ở mép biên dạng cung cong làm việc của đá mài theo số chi tiết mài ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ nhất ...................................................... 103 VII
Hình 4.9. Sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết mài ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ nhất ................................................................ 103 Hình 4.10. Sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết mài ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ hai ........................................................... 104 Hình 4.11. Sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết mài ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ ba ............................................................ 104 Hình 4.12. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn Hz với các biến vào Shk ,Vct ............ 120 Hình 4.13. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn Hz với các biến vào Shk ,t ................ 120 Hình 4.14. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn Hz với các biến vào Shk, Nct ............ 120 Hình 4.15. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa nhám bề mặt chi tiết Ra với các biến vào Shk,Vct .... 120 Hình 4.16. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa nhám bề mặt chi tiết Ra với các biến vào Shk, t . 121 Hình 4.17. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa nhám bề mặt chi tiết Ra với các biến vào Shk, Nct ... 121 Hình 4.18. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa độ ô van O với các biến vào Shk,Vct ................... 121 Hình 4.19. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa độ ô van O với các biến vào Shk,t ...................... 121 Hình 4.20. Sơ đồ các bước xây dựng bài toán tối ưu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 ............................................................................................................................ 123 Hình 4.21. Sơ đồ khối giải bài toán tối ưu chế độ công nghệ khi mài định hình ứng dụng giải thuật di truyền .................................................................................................................... 128 Hình 4.22. Đồ thị kết quả tối ưu hóa chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá bằng GA ứng với lần chạy 1 ........................................................................................................................... 130 Hình 4.23. Đồ thị kết quả tối ưu hóa chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá bằng GA ứng với lần chạy 2 ........................................................................................................................... 130 Hình 4.24. Sơ đồ cấu trúc chung của một hệ thống giám sát trực tuyến ........................... 131 Hình 4.25. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển thích nghi ........................................ 132 Hình 4.26. Sơ đồ chức năng đề xuất cho hệ thống giám sát trực tuyến mòn đá và độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi ............................................... 132 Hình 4.27. Mô hình GSTT mòn đá và độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi .................................................................................................................. 133 Hình 4.28. Xây dựng đường đặc tuyến giữa độ mòn của đá mài và độ nhám bề mặt chi tiết .... 134 Hình 4.29. Lưu đồ thuật toán chương trình xử lý dữ liệu.................................................. 134 Hình 4.30. Giao diện phần mềm sau khi mài 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong đá mài ................................................................ 135 Hình 4.31. Đồ thị thể hiện sự thay đổi giá trị áp suất buồng đo theo thời gian mài sau khi mài 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong làm việc đá mài................................................................................................................................. 136 Hình 4.32. Đồ thị thể hiện sự thay đổi lượng mòn đá mài ở mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong làm việc đá mài theo số chi tiết mài sau khi mài 30 chi tiết ............................ 137 Hình 4.33. Đồ thị thể hiện sự thay đổi trị số độ nhám bề mặt ở đáy và ở mép rãnh lăn theo số chi tiết mài sau khi mài 30 chi tiết ................................................................................ 137 VIII
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của máy mài định hình đường lăn 3MK136B ....................... 57 Bảng 3.2. Đặc tính kỹ thuật của máy đo độ nhám SJ400 .................................................... 61 Bảng 3.3. Các thông số của đường đặc tính lý thuyết với các bộ thông số khác nhau của đầu đo ..............................................................................................................................70 Bảng 3.4. Các đặc tính kỹ thuật của cảm biến áp suất SEU-31-N ...................................... 78 Bảng 3.5. Các thông số thể hiện đặc tính kỹ thuật của đá mài ............................................ 78 Bảng 4.1. Ba bộ thông số chế độ công nghệ được sử dụng trong thí nghiệm thăm dò ..... 101 Bảng 4.2. Các mức thí nghiệm và khoảng thay đổi các thông số ...................................... 106 Bảng 4.3. Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm L81 (34) .................................................. 107 Bảng 4.4. Kết quả chạy chương trình xác định chế độ công nghệ tối ưu bằng GA .......... 130 Bảng 4.5. Kết quả giá trị lượng mòn đá Hz, độ nhám bề mặt chi tiết Ra, độ ô van đường kính đáy rãnh lăn O và năng suất mài Q khi thực nghiệm với chế độ mài tối ưu ..................... 131 IX
MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài luận án Mài là một trong những phương pháp gia công tinh chiếm một vị trí quan trọng trong gia công cơ khí. Một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp gia công này là khả năng gia công được những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao, đạt được độ chính xác và cấp độ nhám bề mặt cao. Trong tổng số các máy công cụ hiện đang sử dụng của ngành chế tạo máy nói chung thì máy mài chiếm tới 30%, còn riêng trong ngành chế tạo ổ bi thì máy mài chiếm đến 60% [19]. Đặc biệt mài định hình rãnh lăn tròn xoay là một trong những nguyên công chính thường được áp dụng khi gia công chế tạo các chi tiết vòng bạc ổ bi. Do đó, mài nói chung và mài định hình nói riêng là một trong những nguyên công quan trọng nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm. Vì vậy, cho đến nay đã có nhiều các công trình nghiên cứu về mài được thực hiện bởi các nhà khoa học ở các trường đại học, viện nghiên cứu và các doanh nghiệp trong nước cũng như trên thế giới. Khi nghiên cứu về mài các nhà nghiên cứu tập trung giải quyết các vấn đề liên quan đến máy mài, đá mài, chi tiết mài cũng như chế độ cắt khi mài, nhiệt cắt khi mài và dung dịch tưới nguội. Tuy nhiên các nghiên cứu trước đây chủ yếu thực hiện nghiên cứu với trường hợp mài phẳng hoặc mài tròn ngoài, mà chưa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu đối với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay. Trong khi mài định hình có những đặc điểm khác biệt so với các phương pháp mài thông thường. Khi thực hiện nguyên công mài định hình, do chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi lớn nên lực cắt và nhiệt cắt sinh ra từ quá trình này lớn hơn nhiều so với các phương pháp mài thông thường. Cùng với đó là lực ma sát rất lớn giữa đá mài với phôi, giữa phoi và đá mài nên đá mài khi mài định hình bị mòn liên tục và không đều trên các tiết diện khác nhau, làm cho hình dạng và độ chính xác ban đầu của đá mài rất nhanh bị thay đổi, dẫn đến sai lệch của bề mặt gia công. Sau một khoảng thời gian gia công nhất định, khi đá mài bị mòn quá một giới hạn cho phép thì cần thực hiện quá trình sửa đá. Việc sửa đá này nhằm khôi phục khả năng cắt và khôi phục lại hình dạng ban đầu của đá mài. Tuy nhiên, vấn đề quan trọng ở đây là cần xác định được thời điểm sửa đá hợp lý. Điều này sẽ quyết định đến chất lượng bề mặt của chi tiết mài và tuổi bền của đá mài. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay thì cần phải đo được lượng mòn của đá mài, đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài, từ đó xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý. Đây cũng chính là lý do mà đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay” đã được tôi lựa chọn làm đề tài luận án của mình. 1
2. Mục đích, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu  Mục đích nghiên cứu Mục đích của đề tài luận án: Xây dựng được bài toán tối ưu đa mục tiêu nhằm xác định được chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý để đảm bảo năng suất và chất lượng bề mặt yêu cầu của chi tiết mài, trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong một chu trình là lớn nhất.  Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là quá trình mài tinh định hình rãnh tròn xoay thực nghiệm trên máy mài 3MK136B để mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. Áp dụng hệ thống đo khí nén để đo mòn đá nhằm phục vụ nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài. Trên cơ sở đó, thực hiện xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý khi mài tinh định hình rãnh tròn xoay.  Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở kế thừa kết quả nghiên cứu của các công trình đã công bố ở trong nước và ngoài nước, kết hợp thực nghiệm kiểm chứng trên máy mài định hình công nghiệp để mài rãnh lăn vòng trong ổ bi nhằm tối ưu hóa chế độ công nghệ để đạt được chất lượng bề mặt của chi tiết và năng suất mài trong khi độ mòn đá là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong một chu trình là lớn nhất.  Phạm vi nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B với loại đá mài có ký hiệu là 500x8x203WA100xLV60, vật liệu gia công là thép ổ lăn SUJ2 có độ cứng sau khi nhiệt luyện bằng 60 ÷ 65 HRC. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học - Đề tài đã xây dựng được phương trình toán học đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. Từ đó, xây dựng và giải được bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B để vừa đảm bảo năng suất gia công và chất lượng bề mặt của chi tiết mài trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số chi tiết mài được trong một chu trình mài là lớn nhất. - Đề tài đã xây dựng được hệ thống đo khí nén với phần mềm thu nhận xử lý tín hiệu đo để giám sát trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài tinh định hình rãnh lăn tròn xoay trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm trên cơ sở các điều kiện công nghệ gia công cơ khí 2
trong nước. Hệ thống xác định được trị số lượng mòn của đá mài tại hai vị trí khác nhau có chênh lệch mòn lớn nhất trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài định hình tròn xoay sau mỗi lần mài xong một chi tiết hoặc sau mỗi lần sửa đá. Việc nghiên cứu ứng dụng thành công phương pháp đo này có ý nghĩa khoa học giúp định hướng nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo chính xác trong nước. Ý nghĩa thực tiễn - Đưa ra được bộ thông số chế độ công nghệ tối ưu (lượng chạy dao hướng kính Shk, lượng dư mài t, vận tốc của chi tiết Vct) và thời điểm sửa đá hợp lý (số chi tiết mài trong một chu trình Nct) để góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B, đang được áp dụng trong sản xuất. - Thiết kế và chế tạo được một hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm. Từ đó có thể so sánh giá trị lượng mòn này với lượng mòn giới hạn cho phép để đưa ra tín hiệu cảnh báo sửa đá hợp lý hoặc hướng đến bù tự động lượng mòn của đá mài góp phần điều khiển tối ưu hóa quá trình mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. - Kết quả của luận án làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, đào tạo và định hướng công nghệ cho sản xuất. 4. Những đóng góp mới - Xây dựng được các phương trình toán học thực nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ (lượng chạy dao hướng kính Shk, lượng dư mài t, vận tốc của chi tiết Vct, số chi tiết mài trong một chu trình Nct) đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. - Tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn nhằm đảm bảo năng suất gia công, độ chính xác chi tiết mài trong khi lượng mòn đá là nhỏ nhất, số chi tiết mài được trong một chu trình mài là lớn nhất trên cơ sở ứng dụng giải thuật di truyền. - Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo được một hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài tinh định hình rãnh lăn tròn xoay trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm trên cơ sở các điều kiện công nghệ gia công cơ khí tại Việt Nam. Xây dựng được đường đặc tính động của hệ đầu đo khí nén trong quá trình mài tinh định hình rãnh lăn tròn xoay để kiểm tra và đối chiếu kết quả đo, góp phần đảm bảo độ chính xác của phép đo. Hệ thống xác định được lượng mòn của đá mài sau mỗi lần sửa đá hoặc sau mỗi lần mài xong một chi tiết, giảm thiểu được ảnh hưởng tiêu cực của phoi mài và dung dịch trơn nguội xuất hiện trong quá trình mài đến kết quả đo. 3
5. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 4 chương, nội dung chính của từng chương như sau: Chương 1: Tổng quan về mài định hình Nghiên cứu đặc điểm chung của quá trình mài định hình hình, phân tích đánh giá những công trình nghiên cứu trước đây của các tác giả trong và ngoài nước liên quan đến mài định hình. Trên cơ sở đó xác định được những vấn đề mà luận án cần tập trung nghiên cứu, giải quyết. Chương 2: Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay. Từ đó, phân tích và lựa chọn các yếu tố công nghệ quan trọng ảnh hưởng đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay. Kết quả nghiên cứu của chương làm cơ sở cho nghiên cứu ở các chương sau. Chương 3: Xây dựng hệ thống thí nghiệm Xây dựng mô hình hệ thống thí nghiệm, phân tích lựa chọn các trang thiết bị thí nghiệm. Đặc biệt, tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống đo khí nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh tròn xoay. Xác định các yếu tố đầu vào và các yếu tố đầu ra trong thí nghiệm. Đây là tiền đề quan trọng để thực hiện nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay. Chương 4: Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay Xây dựng mô hình toán học bằng thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa một số yếu tố công nghệ quan trọng (lượng chạy dao hướng kính Shk, vận tốc của chi tiết Vct, lượng dư mài t, số chi tiết mài trong một chu trình Nct) với mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết. Từ đó, ứng dụng giải thuật di truyền GA để xác định chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá hợp lý khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B. 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÀI ĐỊNH HÌNH 1.1. Đặc điểm chung của quá trình mài định hình Khi mài bằng phương pháp mài định hình, profin của bề mặt gia công và bề mặt làm việc của đá mài trùng khớp nhau. Trong quá trình mài do chuyển động chạy dao hướng kính (Shk) mà đá ăn sâu vào chi tiết, kết hợp với chuyển động quay tròn của đá (nđ) và chuyển động quay tròn của phôi (nct) thực hiện quá trình cắt gọt hết lượng dư cần gia công như trên hình 1.1. ( ) X Shk nd X1 L X0 nct Y Y X (Shk) Hình 1.1. Sơ đồ mài định hình rãnh lăn vòng trong và vòng ngoài ổ bi cầu Giống như các phương pháp mài thông thường khác, phương pháp mài định hình cũng có một số đặc điểm tương tự như sau: - Bản chất của quá trình mài định hình: Là quá trình cắt tế vi và cào xước với tốc độ cắt cao của các hạt mài trên bề mặt chi tiết gia công, tạo ra nhiều phoi vụn như hình 1.2. Tốc độ cắt khi mài rất cao, thông thường Vđ = 30 ÷ 35 m/s có trường hợp đến 100 m/s. Góc trước âm Phôi mài a) b) Hình 1.2. Bản chất quá trình cắt của đá mài khi mài định hình a. Mô hình quá trình cắt của đá mài khi mài định hình [36] b. Quá trình cắt thực tế khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 5
- Độ cứng của hạt mài: Độ cứng thường rất cao nên có thể cắt gọt được những vật liệu cứng mà các loại dụng cụ cắt khác không gia công được hoặc gia công rất khó khăn như thép đã tôi, hợp kim cứng … - Phần làm việc của đá mài định hình: Gồm nhiều lưỡi cắt của vô số các hạt mài riêng biệt, có hình dáng khác nhau, phân bố một cách ngẫu nhiên trên bề mặt chất dính kết. Trong đó, tất cả các hạt mài nhô ra khỏi chất dính kết được gọi là các lưỡi cắt tĩnh của đá mài. Tuy nhiên không phải tất cả các lưỡi cắt tĩnh đều tham gia vào quá trình cắt. Khi mài chỉ một phần lưỡi cắt có độ nhô cao trên bề mặt đá mài là tham gia vào quá trình cắt và các lưỡi cắt này được gọi là lưỡi cắt động (như trên hình 1.3 các lưỡi cắt S2, S3, S5, S7, S8 là các lưỡi cắt động). Số lượng và mật độ lưỡi cắt động về nguyên tắc nhỏ hơn so với lưỡi cắt tĩnh. Trong quá trình mài, các lưỡi cắt động này sẽ lần lượt vào cắt ra cắt tạo ra các rung động. Do đó, nhận thấy quá trình cắt khi mài có tính gián đoạn. Đặc biệt cùng một lúc, trong một thời gian ngắn có nhiều hạt mài cùng tham gia cắt và tạo ra nhiều phoi vụn. Hình 1.3. Phân bố hạt mài trên bề mặt đá và cơ hội tham gia cắt của chúng [20] - Hình dáng hình học của mỗi hạt mài: Các hạt mài thường có hình dáng hình học không giống nhau, góc sắc thường lớn hơn 900, góc trước thường âm (γ < 0), do đó không thuận lợi cho quá trình cắt và thoát phoi. Đồng thời do có nhiều hạt mài tham gia cắt gọt cùng một lúc với vận tốc cắt rất lớn nên nhiệt cắt khi mài rất lớn. Nhiệt độ vùng cắt khi mài có thể lên tới 1000 ÷ 15000C, gây cháy phoi sinh tia lửa.    Hình 1.4. Các thông số hình học của lưỡi cắt đá mài [51] - Tự mài sắc của đá mài: Nếu so với một mặt chuẩn thì đỉnh lưỡi cắt của các hạt mài phân bố không đều theo chiều cao, dẫn đến lượng dư phân bố cho các hạt mài sẽ không đều. Do đó lực cắt tác động lên các hạt mài sẽ không bằng nhau. Nếu lực cắt quá lớn sẽ có hiện tượng hạt mài bị vỡ dẫn đến tạo ra các lưỡi cắt mới hoặc hạt mài bị bật ra khỏi bề mặt làm việc của đá mài dẫn đến xuất hiện các hạt mài mới. Vì vậy, hiện tượng này sẽ tạo ra khả năng tự mài sắc của đá mài [10]. 6
- Lực cắt: Cũng giống như đối với trường hợp mài phẳng hoặc mài tròn ngoài, lực cắt khi mài định hình thường được phân ra thành ba lực thành phần: lực hướng tâm Fn, lực tiếp tuyến Ft và lực dọc trục Fa. Tuy nhiên lực dọc trục Fa thường rất nhỏ so với Fn, Ft nên có thể bỏ qua. Ngoài ra, khi mài do chiều dày cắt nhỏ với bán kính ở đỉnh lưỡi cắt hạt mài và góc cắt trước âm nên lực pháp tuyến Fn lớn hơn nhiều so với lực tiếp tuyến Ft. Trong đó chỉ có thành phần lực tiếp tuyến Ft tạo ra hiệu quả cắt. Vì vậy để đánh giá hiệu quả cắt đôi khi sử dụng hệ số μ là tỷ số lực giữa Ft và Fn (μ = Ft/Fn). Trong quá trình mài nói chung và mài định hình nói riêng thì hệ số μ này có vai trò như hệ số ma sát [20]. Giá trị của μ càng lớn, nghĩa là mặt đá càng nhám tức khả năng cắt càng cao. - Các giai đoạn hình thành phoi mài: Trong quá trình mài định hình tồn tại 3 hiện tượng - trượt (sliding), cào (plowing) và tạo phoi (chip-formation hay cutting). Các hiện tượng này đồng thời xảy ra và phụ thuộc vào tương tác giữa hạt mài và vật liệu gia công. Khi chế độ cắt hợp lý, đa số các hạt mài thực hiện đủ cả 3 quá trình, tương ứng với 3 giai đoạn cắt: khi mới tiếp xúc thì trượt, sau đó là cào và cuối cùng mới tạo phoi (hình 1.5). Những hạt mài có điều kiện cắt không thuận lợi (như trường hợp các hạt mài bị mòn ở đỉnh lưỡi cắt) thì chỉ xảy ra giai đoạn 1 hoặc giai đoạn 2, hoặc cả giai đoạn 1 và giai đoạn 2 [20]. Trong quá trình mài luôn mong muốn công để cắt là lớn nhất, công tiêu hao cho hiện tượng cày và trượt là nhỏ nhất. Vì quá trình cắt (giai đoạn 3) sẽ tạo ra bề mặt gia công, trong khi quá trình cày và trượt sẽ ảnh hưởng tới các đặc trưng của bề mặt vừa được hình thành. Hạt mài Hình 1.5. Sơ đồ biểu diễn ba giai đoạn hình thành phoi mài [20] Tuy nhiên, ngoài những đặc điểm giống như các quá trình mài thông thường khác ở trên thì khi mài định hình còn có những đặc tính riêng sau đây: - Mòn đá: Khi mài định hình do chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi lớn, nên lực cắt và nhiệt cắt sinh ra ở đây lớn hơn nhiều so với các phương pháp mài thông thường khác. Do đó, đá mài khi mài định hình bị mòn liên tục và không đều trên các tiết diện khác nhau làm cho hình dạng và độ chính xác ban đầu của đá mài rất nhanh bị thay đổi, dẫn đến sai lệch của bề mặt gia công. Sự mài mòn của đá mài sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác về kích thước, độ chính xác biên dạng của bề mặt chi tiết mài và độ nhám bề mặt của chi tiết gia công. Vì vậy, trong quá trình mài định hình đá mài cần phải được sửa đá thường xuyên. Độ chính xác đạt được của bề mặt gia công khi mài định hình có liên quan mật thiết với việc sửa đá trong quá trình mài. - Độ chính xác của chi tiết khi mài định hình: Trong phương pháp mài định hình, tất cả những sai số hình dạng của đá do sửa đá lúc ban đầu hoặc do bị mòn trong quá trình mài sẽ gây ra sai số trực tiếp của chi tiết mài [5]. Do đó, độ chính xác của các bề mặt gia công 7