Đỗ Đức Trung và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
128(14): 17 - 22<br />
<br />
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG CHẠY DAO<br />
ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG THÉP 20X THẤM CÁC BON<br />
KHI MÀI VÔ TÂM CHẠY DAO HƯỚNG KÍNH<br />
Đỗ Đức Trung1*, Ngô Cường1, Phan Bùi Khôi2,<br />
Phan Thanh Chương1, Nguyễn Thành Chung3<br />
1Trường<br />
<br />
CĐ Kinh tế Kỹ thuật - ĐH Thái Nguyên, 2Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội<br />
3Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Viêt bắc Vinacomin<br />
<br />
TÓM TẮT<br />
Bài báo này trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chất lượng bề mặt gia công<br />
tinh thép 20X thấm các bon khi mài vô tâm chạy dao hướng kính. Hai thông số đặc trưng của chất<br />
lượng bề mặt gia công được khảo sát trong nghiên cứu này gồm độ nhám ( Ra ) và độ không tròn<br />
(∆). Từ đó đưa ra được mức độ ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám và độ không tròn.<br />
Đồng thời, nghiên cứu này cũng chỉ ra khoảng chạy dao hợp lý khi gia công tinh mác thép 20X<br />
thấm các bon bằng phương pháp mài vô tâm chạy dao hướng kính.<br />
Từ khóa: Mài vô tâm chạy dao hướng kính, độ nhám, độ không tròn, thép 20X, lượng chạy dao<br />
hướng kính<br />
<br />
GIỚI THIỆU*<br />
Trong gia công cơ khí, mài vô tâm là một<br />
phương pháp gia công có năng suất cao hơn<br />
nhiều lần so với mài có tâm nhờ chế độ gia<br />
công cao, thời gian gá đặt, hiệu chỉnh và tháo<br />
dỡ chi tiết ít [1, 2]. Ngoài ra, do không cần<br />
định tâm chi tiết nên có thể giảm bớt lượng<br />
dư gia công vì chi tiết được định vị chính<br />
bằng bề mặt gia công; có thể nâng cao chế độ<br />
mài vì chi tiết được gá trên thanh tỳ và đá dẫn<br />
nên có độ cứng vững cao; nếu sử dụng đá có<br />
chiều dày lớn có thể giảm đáng kể số lần chạy<br />
dao dọc; có thể gia công các chi tiết dài hoặc<br />
nhiều chi tiết đồng thời bằng phương pháp<br />
chạy dao hướng kính [3].<br />
Trong phương pháp mài vô tâm, chất lượng<br />
vật mài được đánh giá qua nhiều thông số.<br />
Trong đó, độ nhám và độ không tròn là những<br />
thông số quan trọng quyết định chất lượng vật<br />
mài [1, 2, 3]. Chất lượng bề mặt khi mài phụ<br />
thuộc nhiều vào các đặc tính của chi tiết gia<br />
công [3]. Theo [4,5] độ cứng và độ bền kéo<br />
của vật liệu gia công có ảnh hưởng mạnh đến<br />
lực cắt, năng lượng cắt, qua đó ảnh hưởng đến<br />
tải trọng cơ nhiệt của quá trình cắt. Ngoài ra,<br />
tốc độ mòn hạt mài phụ thuộc vào độ cứng<br />
*<br />
<br />
Tel: 0988 488691, Email: dotrung.th@gmail.com<br />
<br />
của vật liệu gia công [5] làm thay đổi mức độ<br />
cào xước của hạt mài lên bề mặt gia công.<br />
Đây là những nguyên nhân có ảnh hưởng<br />
đáng kể đến chất lượng bề mặt mài.<br />
Đối với thép 20X thấm các bon sau khi nhiệt<br />
luyện thường đạt độ cứng 60÷62HRC, độ bền<br />
kéo của mác thép này có giá trị trung bình so<br />
với nhóm các mác thép hợp kim thấp thông<br />
dụng, b ≈ 430÷470 N/mm2 [6]. Đây là một<br />
trong các mác thép điển hình đại diện cho<br />
nhóm thép hợp kim thấp được sử dụng rộng<br />
rãi trong ngành chế tạo máy. Mác thép này<br />
hiện đang được Công ty TNHH Nhà nước<br />
một thành viên Diesel Sông Công - Thái<br />
Nguyên và một số công ty khác dùng để chế<br />
tạo chi tiết con đội xupap của động cơ diesel,<br />
chốt piston, gudông, đồ định vị của đồ gá… với<br />
phương pháp mài vô tâm được chọn để gia công<br />
các bề mặt trụ yêu cầu độ chính xác cao.<br />
Đã có một số nghiên cứu về độ nhám và độ<br />
không tròn của chi tiết khi mài vô tâm chạy<br />
dao hướng kính được công bố: đánh giá độ<br />
nhám bề mặt bằng hai phương pháp sửa đá<br />
khi sử dụng bút kim cương và đĩa kim cương<br />
[2]; ảnh hưởng của một số thông số động hình<br />
học đến độ nhám bề mặt [7, 8, 9]; ảnh hưởng<br />
của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt gia công<br />
[10]; mối quan hệ giữa độ không tròn của chi<br />
17<br />
<br />
Đỗ Đức Trung và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
tiết và góc nghiêng thanh tỳ γ, góc tiếp tuyến<br />
β (hình 1) [2]; phân tích những hạn chế của<br />
phương pháp sửa đá thông thường ảnh hưởng<br />
đến độ tròn của chi tiết [11, 12]; ảnh hưởng<br />
của độ chính xác của đá dẫn đến độ không<br />
tròn của chi tiết [13]; phân tích về rung động<br />
và quá trình tạo độ tròn của chi tiết [14]; khảo<br />
sát độ không tròn của chi tiết trong cả hai<br />
trường hợp mài vô tâm: chi tiết cao hơn tâm<br />
đá và chi tiết thấp hơn tâm đá [15, 16]; Ảnh<br />
hưởng của tốc độ đá dẫn đến độ không tròn<br />
của chi tiết [10]; mối quan hệ giữa độ không<br />
tròn với góc tiếp tuyến và lượng chạy dao khi<br />
sửa đá, mối quan hệ giữa độ không tròn với<br />
góc tiếp tuyến và vận tốc chi tiết [17]; một số<br />
gợi ý để đảm bảo độ tròn của chi tiết gia công<br />
[18]; ảnh hưởng của tỷ lệ vận tốc đá mài/vận<br />
tốc chi tiết đến độ không tròn [19]; nghiên<br />
cứu mô phỏng ảnh hưởng đồng thời của một<br />
số thông số động hình học của quá trình mài<br />
đến độ không tròn [20]... Trong nghiên cứu<br />
này chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng<br />
của lượng chạy dao (SK) đến đồng thời hai<br />
thông số độ nhám và độ không tròn khi gia<br />
công tinh thép 20X thấm các bon bằng<br />
phương pháp mài vô tâm chạy dao hướng<br />
kính. Từ đó đưa ra được mức độ ảnh hưởng<br />
của lượng chạy dao đến độ nhám và độ không<br />
tròn. Đồng thời, nghiên cứu này cũng chỉ ra<br />
khoảng chạy dao tương đối hợp lý khi gia công<br />
tinh mác thép 20X thấm các bon bằng phương<br />
pháp mài vô tâm chạy dao hướng kính.<br />
SƠ ĐỒ GIA CÔNG<br />
Sơ đồ gia công khi mài vô tâm chạy dao<br />
hướng kính được thể hiện trên hình 1. Ở<br />
phương pháp này, chi tiết được đặt giữa đá<br />
mài - đá dẫn và thanh tỳ. Trong quá trình gia<br />
công, đá dẫn - chi tiết và thanh tỳ sẽ tiến dần<br />
về phía đá mài.<br />
<br />
128(14): 17 - 22<br />
<br />
Hình 1. Sơ đồ mài vô tâm chạy dao hướng kính<br />
<br />
HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM<br />
Mẫu thí nghiệm<br />
Mẫu thí nghiệm là mẫu thép 20X thấm các<br />
bon (hình 2), có thành phần hóa học trước và<br />
sau khi thấm các bon được trình bày trong<br />
bảng 1.<br />
<br />
Hình 2. Mẫu thí nghiệm<br />
<br />
Máy thí nghiệm<br />
Thí nghiệm được tiến hành trên máy mài vô<br />
tâm M1080B do Trung Quốc sản xuất năm<br />
2011 tại Xưởng cơ khí II - Công ty Cổ phần<br />
Cơ khi Phổ Yên - Thái nguyên (hình 3) với<br />
các đặc tính ký thuật như sau:<br />
- Đá mài: Cn80.TB1.G.V1.500.150.305x35m/s<br />
- Đá dẫn: R.273.150.127<br />
- Thanh tỳ: γ = 300<br />
<br />
Bảng 1. Thành phần hóa học chính của thép 20X trước và sau khi thấm các bon<br />
20X<br />
<br />
C<br />
<br />
Si<br />
<br />
Mn<br />
<br />
P<br />
<br />
S<br />
<br />
Cr<br />
<br />
Ni<br />
<br />
Cu<br />
<br />
Trước khi thấm C<br />
<br />
0,209<br />
<br />
0,208<br />
<br />
0,74<br />
<br />
0,015<br />
<br />
0,015<br />
<br />
1,16<br />
<br />
0,013<br />
<br />
0,018<br />
<br />
Sau khi thấm C<br />
<br />
1,02<br />
<br />
0,212<br />
<br />
0,51<br />
<br />
0,018<br />
<br />
0,017<br />
<br />
0,78<br />
<br />
0,017<br />
<br />
0,021<br />
<br />
18<br />
<br />
Đỗ Đức Trung và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
128(14): 17 - 22<br />
<br />
Điều kiện thí nghiệm<br />
- Vận tốc đá mài: 34 m/s (nđ = 1300 v/ph)<br />
- Vận tốc đá dẫn: 30,85 m/p (nd = 36 v/ph)<br />
- Chiều cao tâm chi tiết h = 12 mm (β =<br />
7,140).<br />
- Dung dịch trơn nguội: UNIMET AS 192<br />
(hãng Oemeta - Đức), nồng độ 4% với<br />
phương pháp tưới tràn.<br />
- Lượng dư gia công tính theo bán kính: 0,05 mm<br />
Hình 3. Máy thí nghiệm<br />
<br />
Thiết bị đo<br />
- Độ nhám bề mặt gia công được đo bằng<br />
máy SJ400 của hãng Mitutoyo - Nhật Bản<br />
(hình 4).<br />
<br />
- Đá dẫn được xoay trong mặt phẳng thẳng<br />
đứng một góc 0,50, xoay trong mặt phẳng<br />
nằm ngang 00.<br />
- Sửa đá dẫn:<br />
+ Chiều sâu sửa đá: 0,01 mm<br />
+ Lượng chạy dao dọc: 30 mm/ph<br />
+ Vận tốc đá dẫn: 257,3 m/ph (nd = 300 v/ph)<br />
- Sửa đá mài:<br />
+ Chiều sâu sửa đá: 0,01 mm<br />
+ Vận tốc đá mài: 34 m/s (nđ = 1300 v/ph)<br />
+ Lượng chạy dao dọc: Sd = 300 mm/ph<br />
- Lượng chạy dao hướng kính: SK = 1 ÷ 21 μm/s<br />
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br />
<br />
Hình 4. Máy đo độ nhám SJ400<br />
<br />
- Độ không tròn của chi tiết được kiểm tra<br />
bằng đồng hồ đo 5/10000 (hãng HJ - Đài<br />
Loan), việc điều chỉnh vị trí khối V đỡ chi tiết<br />
được tiến hành bằng đồng hồ đo 1/1000 (hãng<br />
Mitutoyo - Nhật Bản) trên máy đo độ thẳng<br />
ЧиМ - 23 (hình 5).<br />
<br />
Tiến hành mài thí nghiệm với các giá trị khác<br />
nhau của lượng chạy dao hướng kính (SK).<br />
Tại mỗi điểm thí nghiệm tiến hành với 3 mẫu.<br />
Tiến hành đo độ nhám bề mặt trên chiều dài<br />
chuẩn L = 0,08 mm, giá trị độ nhám tại mỗi<br />
điểm thí nghiệm là giá trị trung bình của các<br />
lần đo. Độ không tròn được đo trên các mẫu<br />
là thống nhất tại một tiết diện nhờ có cữ chặn<br />
chiều trục được gắn trên khối V, giá trị độ<br />
không tròn tại mỗi điểm thí nghiệm được xác<br />
định bằng số vạch chỉ thị trên đồng hồ<br />
5/10000 sau đó lấy giá trị trung bình của các<br />
lần đo. Kết quả về độ nhám và độ không tròn<br />
được thể hiện trên bảng 2 và đồ thị hình 6,<br />
hình 7.<br />
Từ kết quả trên bảng 2 và hình 6, hình 7 ta có<br />
nhận xét:<br />
<br />
Hình 5. Thiết bị đo độ không tròn<br />
<br />
- Lượng chạy dao có ảnh hưởng đáng kể đến cả<br />
độ nhám và độ không tròn của bề mặt gia công.<br />
19<br />
<br />
Đỗ Đức Trung và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
- Mức độ ảnh hưởng của lượng chạy dao đến<br />
độ không tròn nhiều hơn ảnh hưởng đến độ<br />
nhám bề mặt.<br />
<br />
128(14): 17 - 22<br />
<br />
- Khi mài tinh thép 20X thấm các bon giá trị<br />
độ nhám và độ không tròn đều có giá trị nhỏ<br />
và tương đối ổn định khi SK = 2 ÷ 18 μm/s.<br />
<br />
Bảng 2. Giá trị độ nhám và độ không tròn khi thay đổi SK<br />
Độ nhám<br />
TT<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
<br />
SK<br />
(μm/s)<br />
1<br />
3<br />
5<br />
7<br />
9<br />
11<br />
13<br />
15<br />
17<br />
19<br />
21<br />
<br />
Ra1<br />
(μm)<br />
0,71<br />
0,53<br />
0,45<br />
0,47<br />
0,60<br />
0,45<br />
0,61<br />
0,56<br />
0,64<br />
0,59<br />
0,70<br />
<br />
Ra 2<br />
<br />
Ra 3<br />
<br />
(μm)<br />
0,69<br />
0,43<br />
0,50<br />
0,43<br />
0,56<br />
0,50<br />
0,60<br />
0,50<br />
0,63<br />
0,58<br />
0,70<br />
<br />
(μm)<br />
0,71<br />
0,55<br />
0,45<br />
0,41<br />
0,53<br />
0,45<br />
0,55<br />
0,52<br />
0,51<br />
0,65<br />
0,76<br />
<br />
Độ không tròn<br />
<br />
Ra<br />
(μm)<br />
0,70<br />
0,51<br />
0,46<br />
0,44<br />
0,56<br />
0,46<br />
0,59<br />
0,53<br />
0,59<br />
0,61<br />
0,72<br />
<br />
1<br />
<br />
2<br />
<br />
3<br />
<br />
(μm)<br />
11,0<br />
2<br />
2,5<br />
1,5<br />
1,0<br />
1,0<br />
3,0<br />
2,0<br />
1,5<br />
2,0<br />
3,5<br />
<br />
(μm)<br />
11,0<br />
1,5<br />
1,5<br />
2,0<br />
1,5<br />
1,0<br />
1,5<br />
2,0<br />
2,0<br />
2,0<br />
3,5<br />
<br />
(μm)<br />
13,0<br />
2,0<br />
2,5<br />
2,0<br />
2,0<br />
1,5<br />
2,0<br />
2,0<br />
1,5<br />
2,5<br />
4,0<br />
<br />
Hình 6. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt<br />
<br />
Hình 7. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ không tròn<br />
<br />
20<br />
<br />
<br />
<br />
(μm)<br />
11,67<br />
1,83<br />
2,17<br />
1,83<br />
1,50<br />
1,17<br />
2,17<br />
2,00<br />
1,67<br />
2,17<br />
3,67<br />
<br />
Đỗ Đức Trung và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
KẾT LUẬN<br />
- Mức độ ảnh hưởng của lượng chạy dao đến<br />
độ không tròn nhiều hơn ảnh hưởng đến độ<br />
nhám bề mặt<br />
- Khi mài tinh thép 20X thấm các bon nên<br />
chọn lượng chạy dao hướng kính trong<br />
khoảng SK = 2 ÷ 18 μm/s. Kết quả này cũng<br />
có thể được dùng để tham khảo khi gia công<br />
tinh các mác vật liệu thuộc nhóm thép hợp<br />
kim thấp.<br />
- Trên cơ sở khoảng tương đối hợp lý của lượng<br />
chạy dao mà nghiên cứu này đã chỉ ra, chúng tôi<br />
sẽ tiến hành nghiên cứu tối ưu giá trị của thông<br />
số này trong nghiên cứu tiếp theo.<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
1. Nguyễn Văn Tính , Kỹ thuật mài, Nxb Công<br />
nhân kỹ thuật, Hà Nội (1978).<br />
2. Loan D. Marinescu, Mike Hitchiner, Eckart<br />
Uhlmann and W. Brian Rowe, Handbook of<br />
machining with grinding wheels, CRC Press<br />
Taylor & Francis Group (2006).<br />
3. Lưu Văn Nhang, Kỹ thuật Mài kim loại, Nhà<br />
xuất bản KH&KT, Hà Nội (2003).<br />
4. Loan D. marinescu, W. Brian Rowe, Boris<br />
Dimitrov and<br />
Ichiro Inansaki, Tribology of<br />
abrasive machining process, Published in the<br />
United States of America by William Andrew, Inc<br />
(2004).<br />
5. Milton Shaw, The size effect in metal cutting,<br />
Sadhana Vol. 28, part 5, October 2003, pp 875896, Printed in India.<br />
6. Mechanical properties of alloy steel (Chinese<br />
standard: GB/T 17107 – 1997)<br />
7. J. Kopac, P. Krajnik and J.M. d’Aniceto,<br />
Grinding analysis based on the matrix experiment,<br />
13th International scientific conference on<br />
achievements in mechanical and materials<br />
engineering (2005).<br />
8. P. Krajnik, A. Sluga, J. Kopac, Radial basis<br />
function simulation and metamodelling of surface<br />
roughness in centreless grinding, Faculty of<br />
Mechanical Engineering, University of Ljubljana,<br />
Askerceva 6, SI-1000 Ljubljana, Slovenia (2005).<br />
9. P. Krajnik, J. Kopac and A. Sluga, Design of<br />
grinding factors based on response surface<br />
<br />
128(14): 17 - 22<br />
<br />
methodology, Journal of Materials Processing<br />
Technology 162–163 (2005).<br />
10. S.S.Pande and B.R. Lanka, Investigation on<br />
the through – feef centerless grinding process,<br />
International Journal of Production Research<br />
Volume 27, Issue 7 (1989).<br />
11. F. Hashimoto, A. Kanai, M. Miyashita, K.<br />
Okamura, High Precision Trueing Method of<br />
Regulating Wheel and Effect on Grinding<br />
Accuracy, Annals of the C/RP Vol. (1983).<br />
12. Albert J. Shih, A New Regulating Wheel<br />
Truing Method for Through-FeedCenterless<br />
Grinding, Contributed by the Manufacturing<br />
Engineering Division for publication in the journal<br />
of Anufacturing science and engineering (2000).<br />
13. P. R. Nakkeeran and V. Radhakrishnan, A<br />
study on the effect of regulating wheel on the<br />
roundness of workpiece in centerless grinding by<br />
computer simulation, Int. J. Math. Tools<br />
Manufact. Vol, 30, No. 2, pp. 191-201 (1990).<br />
14. Yuji Furukawa, Masakazu Miyashita and<br />
Susumu Shiozakij, Vibration Analysis and WorkRounding Mechanism in Centerless Grinding, Int.<br />
J. Mach. Tool Des. Res. Vol. 11,(1971).<br />
15. N. G. Subramanya Udupa, M. S. Shubnmugam<br />
and V. Radhakristinan, Influence of workpiece<br />
position on roundness error and surface finish in<br />
centerless grinding, Int. I. Mach. Tools Manufact.<br />
Vol. 27. No. 1. p. 77-89 (1987).<br />
16. C. Guo, S.Malkin, J.A.Kovach and M.Laurich,<br />
Computer Simulation of Below-Center and AboveCenter Centerless Grinding, Machining Science<br />
and Technology, 1(2), 253-249 (1997).<br />
17. S.S. Pande, A.R. Naik and S.Somasundaram,<br />
Computer simulation of the plunge centreless<br />
grinding process, Journal of Materials Processing<br />
Technology, 39 (1993).<br />
18. F. Hashimoto, G. D. Lahoti, M. Miyashita,<br />
Safe Operations and Friction Characteristics of<br />
Regulation Wheel in Centerless Grinding, Tokyo,<br />
Japan Received on January 5 (1998).<br />
19. W. B. Rowe, S. Spraggett, R. GiII and B. J.<br />
Davies, Improvements in Centreless Grinding<br />
Machine Design, Annals of the CIRP Vol (1987).<br />
20. Phan Bui Khoi, Ngo Cuong, Do Duc Trung,<br />
Nguyen Dinh Man, A study on simulation of<br />
plunge centerless grinding process, ISEPD 2014 –<br />
International Sysposium on Eco-materials<br />
Processing and Design, Ha Noi, Viet Nam<br />
(Jannuary<br />
12~14,<br />
2014).<br />
<br />
21<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
