Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số công nghệ đến độ nhám, độ không tròn chi tiết khi mài vô tâm thép 20X thấm các bon

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài đã áp dụng được phương pháp mô phỏng quá trình mài vô tâm chạy dao hướng kính. Tuy nhiên, phương pháp mô phỏng vẫn còn nhiều hạn chế: Số tham số đầu vào của chương trình mô phỏng chưa nhiều; đặc biệt hệ số đàn hồi M có ảnh hưởng lớn đến độ không tròn trên bề mặt chi tiết nhưng việc xác định M gặp nhiều khó khăn. Giá trị của M được chọn trong nghiên cứu này chưa sát với điều kiện thí nghiệm cụ thể làm ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả mô phỏng so với thực tế.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số công nghệ đến độ nhám, độ không tròn chi tiết khi mài vô tâm thép 20X thấm các bon

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM, ĐỘ KHÔNG TRÒN CHI TIẾT KHI MÀI VÔ TÂM THÉP 20X THẤM CÁC BON LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Mã số: 62520103 Thái Nguyên - 2015 Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -1-
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM, ĐỘ KHÔNG TRÒN CHI TIẾT KHI MÀI VÔ TÂM THÉP 20X THẤM CÁC BON CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TRƢỞNG KHOA TS.Ngô Cƣờng PHÒNG ĐÀ O TẠO Thái Nguyên - 2015 Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -2-
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 kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn. Tác giả Nguyễn Thành Chung Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -3-
LỜI CẢM ƠN Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Thầy giáo - TS. Ngô Cƣờng, ngƣời đã hƣớng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trƣờng Cao đẳng công nghiệp Việt Bắc -Vinacomin, và Khoa Sau đại học của Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Đỗ Đức Trung –Giáo viên trƣờng CĐ Kinh tế kỹ thuật Thái Nguyên, cùng các Cán bộ kỹ thuật của công ty cổ phẩn Cơ khí Phổ Yên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành thí nghiệm. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Tác giả Nguyễn Thành Chung Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -4-
MỤC LỤC Trang CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP MÀI VÔ TÂM 10 1.1. Đặc điểm của quá trình mài 10 1.2 Mô hình quá trình mài vô tâm 11 1.3 Ƣu điểm phạm vi ứng dụng của phƣơng pháp mài vô tâm 11 1.4. Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hƣớng kính 12 1.4.1. Nguyên lý hình thành bề mặt 13 1.4.2. Chiều sâu cắt 14 1.4.3. Chiều dài tiếp xúc 15 1.4.3.1. Chiều dài tiếp xúc hình học 15 1.4.3.2. Chiều dài tiếp xúc động học 15 1.4.4. Đƣờng kính đá mài tƣơng đƣơng 16 1.4.5. Chiều dày phoi tƣơng đƣơng 17 1.4.6. Lƣợng chạy dao hƣớng kính 17 1.4.7. Tốc độ đá mài 17 1.4.8. Tốc độ chi tiết 18 1.4.9. Chiều cao tâm chi tiết 18 1.4.10. Lƣợng dịch chuyển tâm chi tiết 18 1.5. Động lực học quá trình mài 19 1.5.1. Hệ thống động lực học 19 1.5.2. Công suất 21 1.5.3. Tốc độ bóc vật liệu 21 1.5.4. Năng lƣợng riêng 21 1.6. Một số dạng sai hỏng thƣờng gặp khi mài vô tâm chạy dao hƣớng kính và 22 các nguyên nhân chính 1.6.1. Độ nhám bề mặt 22 1.6.2. Độ không tròn 22 1.6.3. Kích thƣớc đƣờng kính không ổn định 22 1.6.4. Độ ô van 22 1.6.5. Độ đa cạnh 23 1.6.6. Độ côn 23 Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -5-
1.6.7. Độ tang trống 23 1.6.8. Độ yên ngựa 23 1.6.9. Độ sóng bề mặt 23 1.6.10. Vết cào xƣớc trên bề mặt gia công 23 1.6.11. Vết cháy trên bề mặt gia công 24 1.7. Một số hƣớng nghiên cứu về phƣơng pháp mài vô tâm 24 1.7.1 Một số nghiên cứu về nhám bề mặt của chi tiết khi mài vô tâm 25 1.7.1.1. Ảnh hƣởng của phƣơng pháp mài đến nhám bề mặt 25 1.7.1.2. Ảnh hƣởng của phƣơng pháp sửa đá mài đến nhám bề mặt 25 1.7.1.3. Ảnh hƣởng của một số thông số công nghệ đến nhám bề mặt 26 1.7.2.Một số nghiên cứu độ không tròn của bề mặt chi tiết 28 1.7.2.1. Ảnh hƣởng của phƣơng pháp sửa đá dẫn đến độ không tròn 28 1.7.2.2. Ảnh hƣởng của độ chính xác biên dạng đá dẫn đến độ không tròn 28 1.7.2.3. Ảnh hƣởng của góc cao tâm, góc nghiêng bề mặt thanh tỳ đến độ không 29 tròn 1.7.2.4. Ảnh hƣởng của một số thông số công nghệ 32 1.7.3 Một số nghiên cứu về mô phỏng 32 1.8. Kết luận chƣơng 1 33 1.9. Xác định hƣớng nghiên cứu 34 CHƢƠNG II : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI VÔ TÂM CHẠY DAO HƢỚNG KÍNH ĐẾN ĐỘ NHÁM VÀ ĐỘ KHÔNG TRÒN CỦA BỀ MẶT CHI TIẾT 2.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 37 2.2 Hệ thống thí nghiệm 37 2.2.1 Máy thí nghiệm 37 2.2.2 Vật liệu thí nghiệm 37 2.2.3 Đá mài thí nghiệm 38 2.2.4 Công nghệ trơn nguội 38 Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -6-
2.2.5 Thiết bị đo 38 2.2.5.1. Thiết bị đo độ tròn 39 2.2.5.2. Thiết bị đo độ nhám bề mặt 39 2.2.5.3 Một số điều kiện khác 40 2.3 Nghiên cứu thực nghiệm một số thông số công nghệ ảnh hƣởng đến độ 40 nhám, độ tròn của bề mặt chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hƣớng kính thép 20X, thấm các bon. 2.3.1 Ảnh hƣởng của góc cao tâm của chi tiết 40 2.3.2. Ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao dọc khi sửa đá mài 42 2.3.3. Ảnh hƣởng của lƣợng chạy hƣớng kính 44 2.3.4. Ảnh hƣởng của vận tốc đá dẫn 46 2.4. Kết luận chƣơng 2 48 CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI VÔ TÂM CHẠY DAO HƢỚNG KÍNH ĐẾN ĐỘ KHÔNG TRÒN CỦA BỀ MẶT CHI TIẾT 3.1. Mục đích nghiên cứu mô phỏng 49 3.2. Phƣơng pháp mô phỏng của W. B. Rowe 49 3.3. Giao diện chƣơng trình mô phỏng 53 3.3.1 Điều kiện mô phỏng 53 3.3.2 Tiến hành mô phỏng 54 3.3.2.1 Mô phỏng với sự thay đổi góc cao tâm 54 3.3.2.2 Mô phỏng với sự thay đổi lƣợng chạy dao hƣớng kính 55 3.3.2.3 Mô phỏng với sự thay đổi số vòng quay đá dẫn 57 3.4 Kết luận chƣơng 3 58 KẾT LUẬN CHUNG 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -7-
Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Ra Sai lệch prôfin trung bình cộng m Rz Chiều cao nhấp nhô tế vi m Vdm Vận tốc cắt của đá mài m/s ae Chiều sâu khi mài mm De Đƣờng kính tƣơng đƣơng của đá mài mm γ Góc nghiêng thanh tỳ Độ β Góc gá cao tâm Độ hp Chiều cao tâm chi tiết mm Δ Sai số độ không tròn m Δtn Sai số độ không tròn thí nghiệm m Δmp Sai số độ không tròn chƣơng trình mô phỏng m ddm Đƣờng kính đá mài mm dct Đƣờng kính chi tiết mm ddd Đƣờng kính đá dẫn mm Ssd Lƣợng chạy dao dọc khi sửa đá mài mm/phút ndd Vận tốc quay của đá dẫn Vòng/phút Sk Lƣợng chạy dao hƣớng kính m/s nđ/nct Tỉ lệ tốc độ đá mài /tốc độ chi tiết nct Tốc độ quay của chi tiết Vòng/phút t Chiều sâu cắt µm P Công suất khi mài J Ec Năng lƣợng riêng khi mài J/mm3 heq Chiều dày phoi tƣơng đƣơng mm Ci Độ lớn của vấu lồi thứ i trên chi tiết µm Vct Vận tốc chi tiết m/s Góc giữa pháp tuyến chung của đá mài - chi tiết và αg Độ pháp tuyến chung của thanh tỳ - chi tiết. góc giữa pháp tuyến chung của thanh tỳ - chi tiết và ψ Độ pháp tuyển chung của đá dẫn - chi tiết. vdd Vận tốc đá dẫn m/ph Rdm Bán kính đá mài mm DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -8-
Bảng TT Nội dung Trang số 1 1.1 Giá trị góc cao tâm  ( 0 ) 26 2 1.2 Giá trị vận tốc đá dẫn vdd (m / ph) 26 27 3 1.3 Giá trị lƣợng chạy dao hƣớng kính S k (mm / s) 4 1.4 Giá trị lƣợng chạy dao dọc khi sửa đá mài S sd (mm / ph) 27 5 1.5 Giá trị tối ƣu của góc cao tâm 30 6 1.6 Một số công thức xác định h ,  31 Thành phần hóa học của thép 20X sau khi thấm 38 7 2.1 Cacbon [%] 8 2.2 Giá trị Ra và  khi thay đổi  41 9 2.3 Giá trị Ra và  khi thay đổi Ssd 43 10 2.4 Giá trị Ra và  khi thay đổi S k 44 11 2.5 Giá trị Ra và  khi thay đổi v dd 46 Giá trị hệ số đàn hồi M đƣơ ̣c lƣ̣a cho ̣n trong mô ̣t số 52 12 3.1 nghiên cƣ́u 13 3.2 Các thông số có thể sử dụng làm thông số đầu vào của 53 quá trình mô phỏng theo phƣơng pháp của W. B. Rowe 14 3.3 Các thông số thông số đầu vào của chƣơng trình mô 53 phỏng. 15 3.4 Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với 54 những giá trị khác nhau của . 16 3.5 Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với 56 những giá trị khác nhau của Sk. 17 3.6 Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với 57 những giá trị khác nhau của vdd. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -9-
TT Hình số Nội dung Trang 1 1.1 Mô hình quá trình mài vô tâm 11 2 1.2 Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hƣớng kính 13 Sơ đồ nghiên cứu sự hình thành bề mặt chi tiết khi mài 3 1,3 13 vô tâm 4 1.4 Hệ thống động lực học 20 Độ nhám bề mặt khi mài vô tâm thông thƣờng 5 1.5 25 và mài vô tâm điện hóa thép SKD 61 Độ nhám bề mặt gia công khi sửa đá bằng hai loại đầu 6 1.6 25 sửa đá khác nhau 7 1.7 Sửa đá dẫn bằng đĩa kim cƣơng 28 Ảnh hƣởng của góc cao tâm  và góc nghiêng thanh tỳ 8 1.8 29  đến độ không tròn ∆ trên chi tiết gia công 9 2.1 Mẫu thí nghiệm 38 10 2.2 Thƣớc đo nồng độ dầu REF-511 38 11 2.3 Thiết bị đo độ không tròn 39 12 2.4 Máy đo độ nhám 39 13 2.5 Kết quả thực nghiệm ảnh hƣởng của  đến Ra 41 14 2.6 Kết quả thực nghiệm ảnh hƣởng của  đến  42 15 2.7 Kết quả thực nghiệm ảnh hƣởng của S sd đến Ra 43 16 2.8 Kết quả thực nghiệm ảnh hƣởng của S sd đến  43 17 2.9 Kết quả thực nghiệm ảnh hƣởng của S k đến Ra 45 19 2.10 Kết quả thực nghiệm ảnh hƣởng của S k đến  45 20 2.11 Kết quả thực nghiêm ảnh hƣởng của v dd đến Ra 47 21 2.12 Kết quả thực nghiêm ảnh hƣởng của v dd đến  47 Mô hình xây dựng phƣơng trình cơ sở cho chƣơng 22 3.1 49 trình mô phỏng 23 3.2 Sƣ̣ dich ̣ chuyể n tâm chi tiế t do phôi không chính xác 50 24 3.3 Biểu đồ biểu diễn phƣơng pháp mô phỏng của W. B. 52 Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -10-
Rowe Giao diện chƣơng trình mô phỏng tính toán độ không 25 3.4 54 tròn khi thay đổi góc cao tâm . Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với 26 3.5 55 những giá trị khác nhau của . Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với 27 3.6 56 những giá trị khác nhau của Sk Độ không tròn khi thí nghiệm và khi mô phỏng ứng với 28 3.7 57 những giá trị khác nhau của vdd Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -11-
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP MÀI VÔ TÂM 1.1. Đặc điểm của quá trình mài Quá trình mài là quá trình cắt gọt vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao. Mài chiếm từ 20 ÷ 25% tổng chi phí trong gia công cơ khí. Mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các phƣơng pháp gia công cắt gọt khác: - Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lƣỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia cắt, các lƣỡi cắt đƣợc tạo ra bởi những hạt mài có kích thƣớc rất nhỏ, có hình dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có nhiều lƣỡi cắt, có góc lƣợn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: góc trƣớc thƣờng âm và góc cắt thƣờng lớn hơn 900. - Tốc độ cắt khi mài rất cao ( 30 m/s, mài cao tốc có thể tới 120 m/s hoặc cao hơn). - Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000  15000C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt. - Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thƣớc rất nhỏ (vài m đến vài chục m), số lƣợng phoi đƣợc tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong một phút) vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xƣớc tế vi bề mặt gia công tạo ra độ nhẵn bóng và độ chính xác cao. - Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công đƣợc những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ cắt gọt khác khó gia công đƣợc nhƣ: thép tôi, hợp kim cứng... nhƣng lại khó gia công đƣợc những vật liệu rất mềm. - Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc: dƣới tác dụng của tải trọng cơ nhiệt các hạt mài đã mòn bị bật ra khỏi bề mặt đá tạo điều kiện cho những hạt mài mới tham gia vào quá trình cắt. Ngoài ra một số hạt mài bị vỡ tạo thành những lƣỡi cắt mới. - Do hiện tƣợng tự mài sắc cũng nhƣ không thể chủ động thay đổi đƣợc hình dáng và vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều khiển quá trình mài gặp rất nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chƣa đƣợc nghiên cứu hoàn thiện. 1.2. Mô hình quá trình mài vô tâm Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -12-
Quá trình mài vô tâm đƣợc mô tả theo mô hình sau: Hình 1.1. Mô hình quá trình mài vô tâm [2] Quan sát mô hình quá trình mài vô tâm (hình 1.1) ta thấy: quá trình mài vô tâm là một quá trình phức tạp, chịu ảnh hƣởng của nhiều thông số và sự tƣơng tác giữa các thông số trong mô hình. Việc nghiên cứu quá trình mài với tất cả các thông số nhƣ trong mô hình là một công việc phức tạp, và thƣờng không thể thực hiện đƣợc trong phạm vi một nghiên cứu. Do đó, ứng với mỗi trƣờng hợp phải lựa chọn một số thông số trong mô hình để đánh giá. 1.3. Ƣu điểm, phạm vi ứng dụng của phƣơng pháp mài vô tâm Trong gia công cơ khí, thời gian điều chỉnh máy và thời gian phụ có thể làm giảm hiệu quả kinh tế của quá trình. Đối với phƣơng pháp mài vô tâm bề mặt trụ ngoài, có ƣu điểm là không cần gia công lỗ tâm nhƣ một số phƣơng pháp gia công khác, mà chi tiết đƣợc định vị bằng chính bề mặt gia công của nó. Điều này làm giảm thời gian của quá trình, tiết kiệm kinh tế, đồng thời tránh đƣợc sai số gia công do sai số của lỗ tâm gây ra. Một ƣu điểm khác của phƣơng pháp mài vô tâm là chi tiết không yêu cầu kẹp chặt khi gia công, tiết kiệm thời gian phụ, dễ tự động hóa quá trình gia công và độ chính xác gia công đƣợc cải tiến nhờ nâng cao độ chính xác của hệ truyền động. Mài vô tâm thực sự phát huy hiệu quả bởi những ƣu điểm sau [2]: Những ƣu điểm của mài vô tâm Lý do Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -13-
Thời gian gia công ít Bề rộng đá mài có kích thƣớc lớn Đá mài có tuổi bền lớn Đƣờng kính đá lớn Thời gian phụ ít Không cần kẹp chặt chi tiết Độ chính xác cao Tránh đƣợc sai số do không có lỗ tâm Gia công đƣợc vật liệu có độ cứng cao Hạt mài có độ cứng rất cao Phạm vi gia công của phƣơng pháp mài vô tâm về hình dạng chi tiết và vật liệu gia công là tƣơng đối rộng. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng để làm sạch bề mặt nhanh chóng, làm tròn bề mặt gia công và nâng cao chất lƣợng bề mặt. Bề mặt phôi có thể là hình đa cạnh hoặc hình trụ và có thể tiến hành mài vô tâm bề mặt trong hay bề mặt ngoài. Quá trình gia công thƣờng đƣợc tự động hóa sản xuất với mục đích giảm tối đa công lao động. Mài vô tâm là một phƣơng pháp gia công cho năng suất và độ chính xác cao, phƣơng pháp này đặc biệt mang lại hiệu quả cao trong sản xuất loạt lớn - hàng khối. Các dạng sản phẩm thƣờng đƣợc ứng dụng công nghệ mài vô tâm nhƣ: các chi tiết của ngành công nghệ ô tô, vòng bi, một số chi tiết của động cơ diesel, đồ định vị, một số chi tiết trong ngành công nghệ dệt,.... 1.4. Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hƣớng kính Khi gia công bề mặt trụ ngoài bằng phƣơng pháp mài vô tâm chạy dao hƣớng kính, vị trí của chi tiết gia công nằm ở giữa đá mài, thanh tỳ, đá dẫn và cữ chặn, những thành phần này quyết định tốc độ quay của chi tiết gia công. Đối với hầu hết các máy mài vô tâm: đá dẫn, chi tiết, thanh tỳ và cữ chặn sẽ tiến về phía tâm đá mài trong quá trình mài chạy dao hƣớng kính. Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hƣớng kính bề mặt trụ ngoài đƣợc trình bày trong hình 1.2. Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -14-
Hình 1.2. Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính 1.4.1. Nguyên lý hình thành bề mặt Đối với phƣơng pháp mài vô tâm, gia công các bề mặt trụ tròn xoay có độ không tròn nhỏ là mục tiêu của hầu hết các quá trình mài tinh [53]. Để gia công đƣợc các chi tiết có độ không tròn nhỏ, trƣớc hết phải tiến hành tìm hiểu nguyên lý hình thành bề mặt chi tiết. Từ đó xác định đƣợc các yếu tố có ảnh hƣởng đến độ không tròn của chi tiết khi mài vô tâm. Hình 1.3. Sơ đồ nghiên cứu sự hình thành bề mặt chi tiết khi mài vô tâm [9] Trong quá trình mài, bán kính của chi tiết (rct) là một hàm của góc φ (hình 1.3). Trên mặt cắt ngang của profile chi tiết, theo chuỗi Fourier có thể viết nhƣ sau [9]: Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -15-
vô cùng rct ( )  rct (0)  C i 2 i cos(i dm   i ) (1.1) Từ công thức 1.1, A. Y. Chief [9] đã xây dựng công thức xác định độ không tròn trên chi tiết ứng với thời điểm chi tiết quay đƣợc một góc φ nhƣ sau:  sin  g sin( g   )  rct ( )  rct (0) 1      Ci cos(i   i )  sin  sin   (1.2) sin  g sin( g   )  sin   Ci cos i (   g   )   i    sin   Ci cos i (   g )   i  Trong đó: rct (0) - sai số ban đầu của chi tiết. Ci - độ lớn (biên độ) của vấu lồi thứ i trên chi tiết.  g - góc giữa pháp tuyến chung của đá mài - chi tiết và pháp tuyến chung của thanh tỳ - chi tiết.  - góc giữa pháp tuyến chung của thanh tỳ - chi tiết và pháp tuyển chung của đá dẫn - chi tiết.  – góc ở tâm của chi tiết, thể hiện vị trí của chi tiết trong hệ tọa độ cực.  i - góc pha của sóng thứ i trên chi tiết. Qua công thức 1.2 ta thấy độ không tròn của bề mặt chi tiết phụ thuộc vào sai số ban đầu của chi tiết rct (0) và các yếu tố hình học  g ,  . Có nghĩa là độ không tròn của bề mặt chi tiết phụ thuộc vào độ chính xác ban đầu của chi tiết và các thông số hình học của hệ thống công nghệ (đƣờng kính đá mài, đƣờng kính đá dẫn, góc nghiêng thanh tỳ, đƣờng kính và chiều cao tâm của chi tiết…). 1.4.2. Chiều sâu cắt Khi mài vô tâm, chiều sâu cắt thực tế nhỏ hơn chiều sâu cắt điều chỉnh vì có sự rung động của hệ thống công nghệ. Giả sử hệ thống công nghệ tuyệt đối cứng vững, chiều sâu cắt thực tế khi mài vô tâm đƣợc xác định theo công thức (1.3)[2]. 1 s t tt  . .d ct . k (1.3) 2 vct Trong đó: Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -16-
t tt – chiều sâu cắt thực tế. S k – lƣợng chạy dao hƣớng kính. d ct – đƣờng kính chi tiết. v ct – vận tốc chi tiết. 1.4.3. Chiều dài tiếp xúc Chiều dài tiếp xúc bao gồm chiều dài tiếp xúc hình học và chiều dài tiếp xúc động học. Chiều dài tiếp xúc xác định theo công thức [2]: lc2  l g2  l 2f (1.4) Trong đó: l c - chiều dài tiếp xúc. l g - chiều dài tiếp xúc hình học. l f - chiều dài tiếp xúc động học. 1.4.3.1. Chiều dài tiếp xúc hình học Chiều dài tiếp xúc hình học khi không tính đến sự biến dạng của đá mài phụ thuộc vào chiều sâu cắt thực tế và đƣợc xác định theo công thức [2]: l g  t tt .d e (1.5) Trong đó: l g - chiều dài tiếp xúc hình học. t tt – chiều sâu cắt thực tế. d e – đƣờng kính đá mài tƣơng đƣơng. 1.4.3.2. Chiều dài tiếp xúc động học Chiều dài tiếp xúc động học phụ thuộc vào lực tác động giữa đá mài và chi tiết gia công. Chiều dài tiếp xúc động học xác định theo [2]: 8.Rr2 .Fndm .d e lf  (1.6)  .b.E * Trong đó : R r - là hệ số độ nhám, nó phụ thuộc vào độ nhám của đá mài. Thông thƣờng, chọn Rr  10 Fndm - thành phần lực pháp tuyến. Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -17-
b - bề rộng tiếp xúc, thông thƣờng bằng bề rộng của đá mài khi mài chạy dao dọc hoặc bằng chiều dài chi tiết gia công khi mài vô tâm chạy dao hƣớng kính. E * - mô đun đàn hồi hữu hiệu đánh giá sự đàn hồi của vật liệu đá mài và vật liệu gia công, giá trị của E * xác định theo: 1 1   dm 2 1   ct2   (1.7) E* E1 E2 Trong đó: E1 – mô đun đàn hồi của đá mài. E 2 – mô đun đàn hồi của chi tiết gia công. v dm - vận tốc của đá mài. v ct - vận tốc của chi tiết gia công. 1.4.4. Đƣờng kính đá mài tƣơng đƣơng Quá trình mài chịu ảnh hƣởng của đƣờng kính đá mài tƣơng đƣơng de (de là quan hệ cơ sở của hai bề mặt trong vùng tiếp xúc). Khi mài vô tâm bề mặt trong, đƣờng kính đá mài nhỏ hơn đối với trƣờng hợp mài vô tâm bề mặt ngoài. Do đó, đƣờng kính đá mài tƣơng đƣơng ảnh hƣởng đến quá trình mài vô tâm bề mặt trong lớn hơn ảnh hƣởng đối với quá trình mài vô tâm bề mặt ngoài. Đƣờng kính đá mài tƣơng đƣơng khi mài vô tâm đƣợc xác định nhƣ đối với trƣờng hợp mài phẳng. Theo [2] đƣờng kính đá mài tƣơng đƣơng xác định theo công thức: 1 1 1   (1.8) d e d dm d ct Trong đó: d e - đƣờng kính đá mài tƣơng đƣơng. d dm - đƣờng kính đá mài. d ct - đƣờng kính chi tiết gia công. Trong công thức trên, dấu cộng (+) sử dụng khi mài vô tâm bề mặt ngoài, dấu trừ (-) sử dụng khi mài vô tâm bề mặt trong. 1.4.5. Chiều dày phoi tƣơng đƣơng Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -18-
Chiều dày phoi tƣơng đƣơng là đại lƣợng xác định chiều sâu của hạt mài cắt vào bề mặt chi tiết, đồng thời cũng là chiều dày của lớp vật liệu chi tiết gia công đƣợc bóc đi bởi vận tốc của hạt mài. Chiều dày phoi tƣơng đƣơng xác định theo công thức [2]:  ct 1 S heq  ttt .  . .dct . k (1.9)  dm 2 vdm Trong đó: heq - chiều dày phoi tƣơng đƣơng. t tt - chiều sâu cắt thực tế. v ct - vận tốc chi tiết gia công. v dm - vận tốc đá mài. Sk - lƣợng chạy dao hƣớng kính. Trên thực tế, độ lớn của chiều sâu hạt mài cắt vào bề mặt chi tiết dao động trong một phạm vi rộng, vì nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các hạt mài, chiều sâu của hạt mài nằm trong bề mặt đá, và độ nhám bề mặt. Khi chiều sâu cắt là 0,05 mm thì chiều dày phoi tƣơng đƣơng khoảng 0,5 μm [2]. Chiều dày phoi tƣơng đƣơng là một thông số quan trọng để so sánh mức độ cắt vào bề mặt chi tiết gia công của các quá trình mài với cùng một cấu trúc hạt của đá mài. 1.4.6. Lƣợng chạy dao hƣớng kính Khi tăng lƣợng chạy dao hƣớng kính sẽ làm tăng tốc độ bóc vật liệu. Tuy nhiên, tăng tốc độ bóc vật liệu sẽ làm tăng chiều dày lớp phoi đƣợc bóc đi, tăng ứng suất trên mỗi hạt mài, tăng lực cắt và làm tăng hiện tƣợng tự mài sắc. Kết quả là độ nhám bề mặt tăng và đá nhanh mòn [2]. 1.4.7. Tốc độ đá mài Tăng tốc độ đá mài cho phép tăng lƣợng chạy dao hƣớng kính (xem công thức 1.9). Nếu tăng tốc độ đá mài mà không tăng lƣợng chạy dao hƣớng kính sẽ làm giảm chiều dày lớp phoi đƣợc bóc đi, trong trƣờng này hợp sẽ làm giảm độ nhám bề mặt và giảm lực cắt đồng thời giảm hiện tƣợng tự mài sắc, do đó đá có tuổi bền cao hơn. Mục đích của việc tăng tốc độ đá mài là cho phép tăng lƣợng chạy dao hƣớng kính, nâng cao năng suất gia công mà vẫn đảm bảo đƣợc chất lƣợng vật mài [2]. 1.4.8. Tốc độ chi tiết Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -19-
Tốc độ quay của chi tiết đƣợc điều chỉnh thông qua tốc độ quay của đá dẫn. Khi gia công, nếu chi tiết quay với tốc độ cao sẽ làm tăng mức độ rung động của chi tiết đặc biệt là đối với những chi tiết có đƣờng kính nhỏ. Ngƣợc lại, nếu tốc độ quay của chi tiết quá thấp sẽ làm cho thời gian tiếp xúc tại một điểm trên chi tiết với đá mài quá lâu, gây ra hiện tƣợng cháy bề mặt. Do đó, cần thiết phải xác định tốc độ của chi tiết trong từng trƣờng hợp cụ thể [2]. 1.4.9. Chiều cao tâm chi tiết Theo [55] hầu hết các quá trình mài vô tâm đều đƣợc thực hiện trong trƣờng hợp tâm chi tiết cao hơn tâm đá mài và tâm đá dẫn. Giá trị chiều cao tâm chi tiết ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng bề mặt gia công. - Nếu chiều cao tâm chi tiết quá lớn sẽ làm cho chi tiết bị rung động trong quá trình mài, chi tiết có xu hƣớng bị nhấc lên theo phƣơng thẳng đứng, giảm điều kiện tiếp xúc giữa chi tiết với đá mài - đá dẫn và thanh tỳ, đồng thời chi tiết có xu hƣớng bị bật ra khỏi vùng gia công. - Tuy nhiên, nếu chiều cao tâm chi tiết quá nhỏ sẽ làm cho áp suất tiếp xúc giữa chi tiết với đá mài - đá dẫn và thanh tỳ tăng, ảnh hƣởng đến chuyển động quay đều của chi tiết, gây ra sai số gia công và có thể gây biến dạng vật mài [1]. 1.4.10. Lƣợng dịch chuyển tâm chi tiết Lƣợng dịch chuyển tâm chi tiết theo phƣơng ngang (xct ) và theo phƣơng thẳng đứng (yct ) là một thông số quan trọng trong quá trình mài vô tâm. x ct và y ct đƣợc sử trong việc điều chỉnh máy để gia công hết lƣợng dƣ mài một cách chính xác, nhanh chóng. Theo [19, 20] mối quan hệ giữa lƣợng dịch chuyển tâm chi tiết với các thông số hình học của hệ thống công nghệ và lƣợng dƣ gia công khi mài vô tâm chạy dao hƣớng kính nhƣ sau: 1 yct  t  xct tg (1.10) cos  A.xct2  2 B.xct  C  0 (1.11) Trong đó: A  tg 2   1 Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn -20-