Thạc Sĩ Nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài thép SUJ2 bằng đá mài CBN trên máy mài phẳng

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền cao là cơ sở cho sự ra đời các loại máy móc, thiết bị hiện đại, có chất lượng cao (độ chính xác, độ tin cây, độ bền cao ). Phương pháp mài có một vị trí quan trọng trong gia công cơ khí hiện đại nhờ khả năng vượt trội so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia công những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao cho độ chính xác và chất lượng bề mặt cao.
Gần đây đã có nhiều nghiên cứu về phương pháp tiện cứng và phay cứng bằng mảnh dao CBN để gia công tinh các vật liệu khó gia công đã qua tôi. Tuy nhiên, xét về hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, khi gia công những chi tiết yêu cầu độ chính xác và chất lượng bề mặt rất cao thì chưa có phương pháp nào thay thế được cho phương pháp mài.
Các loại vật liệu hạt mài thông thường gồm oxide nhôm, silicon carbide, carbide boron Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi mài bằng đá mài sử dụng những loại vật liệu hạt mài này bị hạn chế (đặc biệt khi mài những vật liệu khó gia công) do sau một thời gian làm việc đá mòn và phải sửa lại đá. Việc phát minh ra loại vật liệu hạt mài siêu cứng là cubic boron nitride (CBN) đã góp phần cải thiện đáng kể hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp mài. Vật liệu hạt mài này được các nước công nghiệp tiên tiến ứng dụng nhiều vào việc gia công cơ khí từ những năm
70 của thế kỷ 20.

Vật liệu CBN có độ cứng cao gần gấp đôi oxide nhôm và khả năng chịu nhiệt đến

1371oC. Do độ cứng cực cao, đá mài làm bằng CBN có khả năng duy trì dung sai rất nhỏ, quá trình cắt ổn định tạo ra chất lượng bề mặt gia công cao và ổn định. Ngoài ra, đá mài CBN còn có khả năng lấy đi lượng dư đều đặn trên bề mặt của chi tiết gia công mà không cần bù độ mòn của đá mài.

Hiện nay, ở Việt Nam đá mài CBN chưa được sử dụng nhiều trong các nhà máy cơ khí cũng như chưa có công trình nghiên cứu nào về mài bằng đá mài CBN được công bố.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công khi mài. Do mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối nên chất lượng bề mặt mài ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của chi tiết máy.
Thép SUJ2 là mác thép phổ biến nhất của nhóm thép ổ lăn chuyên dùng thường được sử dụng để chế tạo các chi tiết máy có độ chính xác cao như vòng bi, trục chính máy công cụ, trục vít me bi, con lăn, đĩa ma sát Kết quả nghiên cứu với mác thép SUJ2 cho phép áp dụng trực tiếp để mài mác thép SUJ1 và tham khảo khi mài các mác thép ổ lăn khác.
Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên, tác giả chọn đề tài:

“ Nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài thép SUJ2 bằng đá mài CBN trên máy mài phẳng ”

2. Ý nghĩa của đề tài

2.1. Ý nghĩa khoa học

Mài bằng đá mài CBN được nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhưng ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu nào về lĩnh vực này được công bố, do đó đề tài có ý nghĩa khoa học và phù hợp với hướng nghiên cứu của khoa học và công nghệ về gia công vật liệu.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần ứng dụng công nghệ mài bằng đá mài CBN vào gia công cơ khí ở Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp mài.

- Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng khi mài các chi tiết máy có độ chính xác cao làm bằng thép SUJ2 như vòng bi, trục chính máy công cụ, trục vít me bi, con lăn, đĩa ma sát và tham khảo khi mài các mác thép ổ lăn khác.
3. Đối tượng, mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:

- Các thông số chất lượng bề mặt gia công của thép SUJ2 nhiệt luyện khi mài

bằng đá CBN trên máy mài phẳng.

- Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công khi mài thép SUJ2

nhiệt luyện bằng đá CBN trên máy mài phẳng.

3.2. Mục đích nghiên cứu

- Mục đích nghiên cứu là: đánh giá chất lượng bề mặt gia công khi mài thép

SUJ2 nhiệt luyện bằng đá mài CBN trên máy mài phẳng.

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập.

3.3. Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.

- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.

- Phân tích và đánh giá kết quả.

3.4. Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu gồm: nghiên cứu tổng quan về chất lượng bề mặt gia công và các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số đặc trưng cho chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài; nghiên cứu tổng quan về các đặc tính cắt gọt của đá mài CBN và chất lượng bề mặt mài bằng đá CBN; đánh giá chất lượng bề mặt mài bằng đá CBN và xây dựng mô hình thực nghiệm về quan hệ giữa độ nhám bề mặt gia công với chế độ cắt khi mài bằng đá CBN.





Trang

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1. Tính cấp thiết của đề tài 1

2. Ý nghĩa của đề tài 2

3. Đối tượng, mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu 3

Chương 1: CHẤT LưỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG BẰNG

PHưƠNG PHÁP MÀI 4

1.1. Đặc điểm của quá trình mài 4

1.2. Chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài 5

1.2.1. Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt gia công bằng phương

pháp mài 5

1.2.1.1. Độ nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 5

1.2.1.2. Độ sóng bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới độ sóng bề mặt 7

1.2.1.3. Cấu trúc lớp kim loại bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc

lớp kim loại bề mặt 8

1.2.1.4. Ứng suất dư bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới ứng suất dư bề mặt 10

1.2.2. Các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt gia công 11

1.2.2.1. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt gia công 11

1.2.2.2. Phương pháp đánh giá độ cứng lớp bề mặt của vật liệu gia công 11

1.2.2.3. Phương pháp đánh giá cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 12

1.2.2.4. Các phương pháp đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công 12

1.3. Kết luận Chương 1 29

Chương 2: CHẤT LưỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI

BẰNG ĐÁ CBN 30

2.1. Đặc tính của đá mài CBN 30

2.1.1. Độ cứng 30

2.1.2. Tính chống mài mòn 31

2.1.3. Tính dẫn nhiệt 32



2.1.4. Độ bền nén 34

2.1.5. Lực cắt 34

2.1.6. Rung động 36

2.2. Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng bề mặt

gia công khi mài bằng đá mài CBN 37

2.2.1. Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt mài 37

2.2.1.1. Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và công nghệ tưới nguội 37

2.2.1.2. Ảnh hưởng của vận tốc đá mài 39

2.2.1.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao 40

2.2.1.4. Ảnh hưởng của độ hạt đá mài 41

2.2.2. Ảnh hưởng đến cấu trúc lớp bề mặt mài 42

2.2.3. Ảnh hưởng đến ứng suất dư lớp bề mặt mài 43

2.3. Kết luận Chương 2 45

2.4. Xác định hướng nghiên cứu của luận văn 45

Chương 3: THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU CHẤT LưỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI THÉP SUJ2 BẰNG ĐÁ
Al2O3 VÀ CBN 48

3.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 48

3.2. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm 48

3.2.1. Chọn loại quy hoạch thực nghiệm và dạng mô hình hồi quy thực nghiệm 48

3.2.2.Xây dựng mô hình hồi quy thực nghiệm 50

3.2.3. Kiểm tra mô hình hồi quy thực nghiệm 51

3.2.3.1. Kiểm tra độ tương thích của mô hình theo chuẩn Fisher 51

3.2.3.2. Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy 52

3.2.3.3. Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình 54

3.3. Mô tả hệ thống thí nghiệm 56

3.3.1. Vật liệu thí nghiệm 56

3.3.2. Đá mài 56



3.3.3. Sửa đá mài 57

3.3.4. Tưới nguội 57

3.3.5. Máy thí nghiệm 57

3.3.6. Thiết bị đo 57

3.4. Số liệu thí nghiệm và kết quả xử lý số liệu thí nghiệm 58

3.4.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt 58

3.4.2. Hình thái bề mặt gia công 59

3.4.3. Cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 60

3.4.4. Ứng suất dư bề mặt gia công 61

3.5. Thảo luận kết quả 65

3.5.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công 65

3.5.2. Hình thái bề mặt gia công 66

3.5.3. Cấu trúc lớp kim loại bề mặt gia công 66

3.5.4. Ứng suất dư bề mặt 67

3.6. Kết luận Chương 3 68

KẾT LUẬN CHUNG 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO