Nghiên cứu công nghệ chế tạo đá mài CBN liên kết kim loại bằng mạ điện

- Việc nghiên cứu chế tạo ra các loại đá mài mới và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài tại Việt Nam để phục vụ sản xuất hiện nay còn hạn chế, đặc biệt là đá mài làm từ vật liêu hạt mài bo-nitrit lập phương (Cubic Boron Nitride-CBN) nói chung và đá CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện nói riêng.
- Đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện có nhiều ưu điểm trong việc gia công các loại vật liệu có độ cứng cao, các loại vật liệu mới, trong các nguyên công mài định hình, hay chế tạo đá mài dùng để sửa các loại đá khác.
- có thể chế tạo được các loại đá mài có bề rộng đá rất mỏng để gia công các rãnh nhỏ dưới 1 mm hay cắt đứt.
- Với các ưu điểm trên, đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện đã được nghiên cứu chế tạo và đưa vào sử dụng rộng rãi trong gia công cơ khí ở các nước có nền sản xuất cơ khí phát triển trên thế giới như Nhật Bản, Đức, Mỹ.
- Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo đá mài CBN liên kết kim loại bằng mạ điện”, nhằm xây dựng cơ sở cho việc nghiên cứu chế tạo loại đá mài này trong nước là rất cần thiết.
- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận văn Nghiên cứu tìm hiểu công nghệ, chế thử quy mô phòng thí nghiệm và đánh giá đặc điểm của đá mài CBN đơn lớp liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện phù hợp điều kiện thiết bị hiện có ở Việt Nam 3.
- Đối tượng nghiên cứu Đá mài CBN đơn lớp từ vật liệu hạt mài bo-nitrit lập phương (CBN) mạ điện trên nền thép C45 dạng hình trụ.
- Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: tổng hợp tài liệu kỹ thuật đã công bố về đá mài CBN liên kết kim loại do Nhật Bản và Trung Quốc sản xuất.
- Nghiên cứu thực nghiệm chế thử một loại đá mài CBN bằng phương pháp mạ điện và đánh giá đặc điểm của nó trên mẫu thí nghiệm.
- 3 - Xác định một vài đặc điểm quan trọng của đá mài CBN chế thử ở quy mô phòng thí nghiệm trong điều kiện Việt Nam.
- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận văn - Qua việc tổng hợp, đánh giá một số công trình nghiên cứu đã công bố có liên quan đến công nghệ chế tạo đá mài CBN đơn lớp bằng phương pháp mạ điện niken.
- Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện trong nước.
- Kết quả nghiên cứu của đề tài - Tổng hợp một cách có hệ thống một số vấn đề cơ sở lý thuyết về phương pháp chế tạo đá mài CBN đơn lớp liên kết kim loại bằng công nghệ điện niken.
- Thử nghiệm chế tạo một loại đá mài CBN bằng công nghệ điện niken trong phòng thí nghiệm ở Việt Nam.
- Khái quát về quá trình mài, đá mài CBN và đá mài CBN đơn lớp 1.1.1.
- 5 Quá trình cắt khi mài (hình 1.1) được thực hiện bởi rất nhiều lưỡi cắt của các hạt mài có hình dạng hình học không giống nhau và thường xuyên thay đổi trong quá trình mài được gắn trên bề mặt của đá mài.
- Thành phần và cấu trúc của đá mài Dụng cụ cắt sử dụng trong nguyên công mài là đá mài.
- lỗ khí có trong đá mài.
- Trên hình 1.2 thể hiện nguyên lý cấu tạo của đá mài đa lớp 2, 13.
- Hiện nay, đá mài được chế tạo ở hai dạng là đá mài đa lớp (đá mài thông thường) và đá mài đơn lớp: 1.1.3.
- Đá mài CBN đa lớp: Là loại đá mài được chế tạo thành khối gồm nhiều lớp hạt mài gắn lên một thân đá hoặc là nguyên khối và các lớp hạt mài này sẽ bị mòn hoặc bong ra trong quá trình mài (hình 1.2).
- Đá mài CBN đơn lớp Đá mài đơn lớp được tạo ra bằng cách tạo một lớp hạt mài bao quanh một lõi kim loại (hình 1.3).
- Đá mài đơn lớp chỉ được chế tạo bằng các hạt mài siêu cứng như hạt mài CBN hoặc kim cương để đảm bảo tuổi thọ của đá.
- Đá mài đơn lớp sau khi chế tạo không cần phải sửa đá như các đá mài đa lớp mà chỉ cần làm sạch bề mặt là có thể đưa vào gia công.
- Đối với đá mài đơn lớp, lớp phủ tương ứng với đường kính trung bình của hạt mài.
- Mô hình đá mài đa lớp 13 Hình 1.3.
- Mô hình đá mài đơn lớp 13 Hình 1.4.
- Ảnh chụp đá mài CBN đa lớp 13 8 1.2.
- Cơ sở lý thuyết và thực nghiệm ứng dụng mạ điện để chế tạo đá mài CBN 1.2.1.
- Chế tạo đá mài bằng phương pháp mạ điện chính là tạo lớp mạ composite trên lõi đá với các hạt cứng là các hạt mài và chất liên kết là kim loại mạ.
- Ứng dụng phương pháp mạ điện để hình thành cầu liên kết của đá mài Chế tạo đá mài CBN bằng phương pháp mạ điện là thực hiện quá trình gắn các hạt mài CBN lên nền kim loại bằng phương pháp mạ điện.
- Một số nghiên cứu ứng dụng mạ điện để chế tạo đá mài CBN nổi bật gần đây ở Việt Nam được thực hiện như đã có kết quả rất khả quan.
- Quá trình chế tạo đá mài bằng phương pháp mạ điện là sự đồng kết tủa của kim loại mạ và hạt mài trong quá trình điện phân.
- Quá trình chế tạo đá mài CBN đơn lớp bằng phương pháp mạ điện với chất liên kết là niken là sự đồng kết tủa của Ni - CBN trên nền kim loại.
- Đó là thực hiện quá trình mạ composite Ni - CBN lên bề mặt phôi đá mài.
- Trong quá trình mài, khi mức độ bóc tách vật liệu cao, mỗi hạt mài tham gia quá trình cắt trong đá mài đơn lớp chịu tác dụng của lực rất lớn.
- Do tính chất của chất dính kết của đá mài mạ chủ yếu là liên kết cơ học, nên hiện tượng hạt mài bong ra khỏi bề mặt của đá mài thường xẩy ra trong quá trình mài.
- Tình hình nghiên cứu chế tạo đá mài CBN trong và ngoài nước 1.3.1.
- Tổng hợp một số ứng dụng mạ điện để chế tạo đá mài ở ngoài nước Năm A.
- 30 đã nghiên cứu cải tiến đá mài đơn lớp CBN chế tạo bằng phương pháp mạ điện để thực hiện quá trình mài.
- Nghiên cứu tiến hành quan sát bề mặt của đá mài chế tạo bằng phương pháp mạ điện được thương mại hóa trên thị trường và tiến hành cắt bằng đá mài này trong các điều kiện gia công khác nhau với vật liệu thép chưa tôi là 100Cr6.
- Khi quan sát bề mặt đá mài CBN chế tạo bằng phương pháp mạ điện có sự nhô lên của chất dính kết mạ điện tại khoảng không gian giữa các hạt mài như hình 1.16.
- Năm 2003, Hiromichi Onikura và cộng sự 25 đã nghiên cứu chế tạo đá mài kim cương vi mô bằng phương pháp mạ điện và sử dụng để gia công các cấu trúc vi mô kết hợp với rung siêu âm.
- Năm 2005, Kunio Nishihara và cộng sự 26 đã nghiên cứu chế tạo đá mài kim cương theo phương pháp mạ điện để ứng dụng gia công rãnh trên silicon.
- Nãm 2014, Yu Zhang và cộng sự trong công trình 24 nghiên cứu chế tạo đá mài kim cương mạ điện bằng cách sử dụng hạt kim cương phủ một phần niken để chế tạo dụng cụ mài bằng phương pháp mạ ðiện.
- Đá mài CBN là loại đá mài mà vật liệu hạt mài là CBN.
- Đến năm 1994, khoảng 25% quá trình mài ở Nhật Bản, 15% ở châu Âu và 10% ở Mỹ sử dụng đá mài CBN.
- Do ưu điểm của hạt mài CBN nên đá mài CBN ngày càng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực mài.
- Cho đến nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến sử dụng đá mài này.
- Tác giả các công trình nghiên cứu gần đây ở Việt Nam đã đưa ra bức tranh tổng quan về đá mài CBN được chế tạo ở dạng đơn lớp hoặc đa lớp.
- 24 Bề mặt của đá mài CBN đa lớp chế tạo bằng phương pháp thiêu kết với chất liên kết thủy tinh hóa được chỉ ra trên hình 1.8 và hình .
- Hình thái bề mặt đá mài CBN 13 Hình 1.9.
- Cấu trúc tế vi bề mặt đá mài CBN đa lớp 13 Hình 1.10.
- Đá mài CBN đơn lớp chế tạo bằng phương pháp mạ điện 13 Hình 1.11.
- Hình thái bề mặt đá mài CBN chế tạo bằng phương pháp mạ điện 13.
- Đá mài CBN đơn lớp: Đá mài CBN đơn lớp nói chung rẻ hơn các loại đá mài CBN đa lớp vì chúng chứa ít hạt mài CBN hơn.
- Trên hình 1.10 và hình 1.11 cho thấy hình ảnh của đá mài và bề mặt của đá mài CBN đơn lớp chế tạo bằng phương pháp mạ điện .
- Hạt mài CBN là thành phần tạo ra các lưỡi cắt của đá mài CBN.
- Hạt mài CBN được dùng thay thế cho nhôm ôxít để chế tạo đá mài mài ổ bi, các chi tiết ô tô và các chi tiết hàng không vũ trụ.
- Borazon CBN loại 1 là hạt mài không có lớp phủ được sử dụng để chế tạo đá mài liên kết kim loại.
- Borazon CBN loại 2 là các hạt CBN có phủ niken được sử dụng để chế tạo đá mài với các liên kết nhựa để mài khô và ướt các chi tiết thép tôi.
- Cũng do có nhiệt độ mài thấp nên đá mài CBN còn được ứng dụng nhiều để mài khô.
- So với các loại đá mài thông thường thì hạt mài CBN có khả năng duy trì độ sắc bén lâu hơn, do đó làm tăng năng suất và tăng độ chính xác gia công.
- Sau đó tiến hành dán lớp đá mài lên bề mặt lõi kim loại.
- Quá trình chế tạo đá mài CBN đa lớp gồm các bước như hình 1.14, còn hình 1.15 và hình 1.16 là ảnh đá mài hàn cứng và mạ điện được tác giả công trình 13 trích dẫn.
- Để chế tạo đá mài bằng phương pháp hàn cứng cần phải tạo được liên kết hợp kim hàn với hạt mài.
- Quá trình chế tạo đá mài CBN thông thường 13: a) Phân loại hạt CBN và chất kết dính.
- e) Thiêu kết định hình lớp vật liệu cắt của đá mài CBN.
- f) Dán lên bề mặt lõi đá mài.
- Ảnh đá mài chế tạo bằng phương pháp hàn cứng 13 Hình 1.16.
- Sơ đồ mặt cắt và hình ảnh bề mặt của đá mài liên kết bằng phương pháp hàn cứng có thể thấy trên hình 1.17 13.
- Ảnh SEM bề mặt đá mài chế tạo bằng phương pháp hàn cứng 13 Hình 1.18.
- Ảnh SEM bề mặt đá mài CBN chế tạo bằng phương pháp mạ điện 13 31 Nhược điểm của phương pháp hàn cứng: Quá trình hàn thực hiện ở nhiệt độ lên đến 1000OC, điều đó có thể làm giảm độ bền của các hạt và gây biến dạng phôi thép.
- Thiết bị sử dụng để chế tạo đá mài bằng phương pháp này rất đắt và yêu cầu khắt khe với thép làm thân đá vì thực hiện ở nhiệt độ cao.
- Phương pháp này phù hợp đặc biệt với đá mài có chiều sâu prôphin lớn để tạo ra lớp phủ dầy.
- 3) Phương pháp mạ điện: Phương pháp mạ điện là phương pháp phổ biến để chế tạo đá mài đơn lớp.
- Đá mài CBN chế tạo bằng phương pháp mạ điện được sử dụng trong gia công mài với tốc độ cao.
- Đá mài CBN chế tạo bằng phương pháp mạ điện có chứa một lớp hạt mài CBN gắn trên thân kim loại bằng lớp mạ niken.
- Hình thái bề mặt đá mài trên mặt cắt ngang của đá cho trên hình 1.18.
- Ưu điểm của đá mài chế tạo bằng phương pháp mạ điện là các hạt mài phân bố đồng mức trên bề mặt dụng cụ, bởi vậy để đảm bảo phân bố đều lưỡi cắt thì chọn dung sai lưới sàng hạt và hình dạng của hạt mài thích hợp.
- Prophin của đá mài CBN chế tạo bằng phương pháp mạ điện phụ thuộc 32 vào prophin của lõi kim loại.
- Trên hình 1.19 là sơ đồ nguyên lý quá trình chế tạo đá mài bằng phương pháp mạ điện được tác giả công trình 13 trích dẫn.
- Nguyên lý quá trình chế tạo đá mài CBN bằng phương pháp mạ điện 13: a) Gia công thân đá theo yêu cầu c thể.
- c) Xử lý bề mặt phần phủ hạt mài.
- d) Phủ hạt mài CBN bằng phương pháp mạ điện.
- e) Nghiền để hoàn thiện bề mặt đá mài (nếu cần) Như vậy, qua việc nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trên đây cho thấy việc chế tạo đá mài CBN bằng phương pháp mạ điện có ưu điểm là năng suất cao và thiết bị đơn giản.
- Có thể dễ dàng chế tạo đá mài mỏng, đá mài định hình để gia công các bề mặt định hình mà không cần sửa đá.
- Đồng thời, có thể tái sử dụng phôi đá sau khi các hạt mài bị mòn do đó nâng cao hiệu quá kinh tế khi sử dụng loại đá mài này.
- Giới hạn nghiên cứu của đề tài Hiện nay ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu chuyên sâu về chế tạo đá mài CBN liên kết kim loại niken bằng phương pháp mạ điện là rất cần thiết.
- Vì thế trong luận văn cao học này chỉ giới hạn ở nội dung sau: 33 + Nghiên cứu tổng hợp tài liệu tham khảo về cơ sở lý thuyết và kết quả thực nghiệm về vấn đề chế tạo đá mài CBN bằng phương pháp mạ điện.
- Tham gia thí nghiệm cùng nghiên cứu sinh xử lý số liệu thực nghiệm chế thử mẫu đá mài CBN đơn lớp bằng phương pháp mạ điện trong dung dịch Watts trong quy mô phòng thí nghiệm với các thông số kỹ thuật định hướng như sau.
- Kích cỡ hạt mài CBN để chế tạo đá mài: #140/170 tương ứng với kích cỡ hạt mài từ 90  106 m.
- KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Từ các kết quả nghiên cứu tổng quan, các kết luận sau được rút ra: 1) Có ba phương pháp để chế tạo đá mài CBN đơn lớp hiện được sử dụng: Hàn cứng, mạ hóa học và mạ điện.
- 2) Đã xác định được khả năng chế tạo đá mài CBN bằng công nghệ mạ composite Ni-CBN để tạo lớp phủ hạt mài có kích thước hạt CBN nằm trong khoảng 90  106 m trên bề mặt lõi thép C45 đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của đá mài thương mại.
- Mẫu và vật liệu thí nghiệm a) Mẫu đá mài: Đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện do hãng Okazaki của Nhật Bản và đá mài của Trung Quốc.
- Hạt sử dụng để tạo lớp mạ Composite Ni-CBN là CBN 10A+ có màu vàng, không có lớp phủ, có độ cứng cao thường được sử dụng để chế tạo đá mài mạ điện (hình 2.2), có cỡ hạt #140/170 tương đương với kích cỡ hạt 90 ÷ 106 µm.
- Thiết bị thí nghiệm mạ điện tạo lớp phủ CBN của đá mài 16: 1) Nguồn điện mạ.
- 16) Giá đỡ bể mạ Các trang thiết bị thí nghiệm sử dụng để nghiên cứu quá trình chế tạo đá mài CBN bằng phương pháp mạ điện gồm.
- Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Sử dụng xác định đường kính đá mài CBN 39 2.2.
- Mật độ phân bố của hạt mài được xác định bằng cách đếm hạt tại hai vị trí bất kỳ trên bề mặt trên ảnh SEM chụp bề mặt của đá mài chế tạo để xác định hệ số phân bố thực KPBT

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt