Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài cbn liên kết kim loại

i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập- Tự do- Hạnh phúc *** LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Trần Thị Vân Nga Nơi công tác: Bộ môn Công nghệ giao thông – Khoa Cơ khí Trường đại học Giao thông vận tải Tên đề tài luận án: “Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện”. Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí - Mã số 62.03 Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu khoa học của bản thân tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác mà không có tôi tham gia. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Trần Thị Vân Nga ii LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các Quý Thầy đã tham gia giảng dạy, đào tạo trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

NCS cũng chân thành cảm ơn Thầy/Cô trong các hội đồng đánh giá nghiên cứu sinh đã có những góp ý về chuyên môn để luận án được hoàn thiện hơn. Đặc biệt, NCS xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Trương Hoành Sơn và PGS. Trần Vĩnh Hưng đã tận tình hướng dẫn, động viên để hoàn thành luận án.

NCS xin chân thành cảm ơn GS. Nguyễn Đức Hùng đã đóng góp những ý kiến quý báu cho luận án này. NCS xin chân thành cám ơn các Cán bộ, Thầy ở Trung tâm đào tạo, Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Cơ khí đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, động viên trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. NCS xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo và Thầy/Cô tại trường Đại học Giao thông vận tải đã hỗ trợ, tạo điều kiện thời gian, vật chất để NCS có thể hoàn thành luận án của mình.

Cuối cùng, NCS chân thành cảm ơn sự hỗ trợ về vật chất và động viên tinh thần của những người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt quá trình thực hiện luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Trần Thị Vân Nga iii MỤC LỤC MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU.

viii DANH MỤC CÁC HÌNH. x DANH MỤC BẢNG BIỂU. xiii MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁ MÀI CBN VÀ CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN.

Quá trình mài, đá mài CBN và đá mài CBN đơn lớp. Quá trình mài. Đá mài – thành phần và cấu trúc. Đặc điểm của hạt mài CBN.

Các phương pháp chế tạo đá mài CBN. Đá mài CBN đa lớp (đá mài phổ thông). Đá mài CBN đơn lớp. Chế tạo đá mài bằng phương pháp mạ điện.

Khái niệm về phương pháp mạ điện. Sự hình thành lớp phủ kim loại mạ trên catốt. Thành phần chất điện ly. Lớp mạ composite và cấu tạo.

Kỹ thuật tạo lớp mạ composite. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình mạ điện. Ứng dụng phương pháp mạ điện để hình thành cầu liên kết của đá. Vật liệu chất dính kết.

Dung dịch mạ. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Tình hình nghiên cứu ngoài nước .Tình hình nghiên cứu trong nước. Giới hạn nghiên cứu của đề tài.

35 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. 36 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Vật liệu, hóa chất và thiết bị. Mẫu và vật liệu:.

Hóa chất và thiết bị. Phương pháp xác định đặc tính lớp mạ composite Ni-CBN. Xác định thành phần hóa học. Xác định mật độ phân bố hạt mài trên bề mặt.

Quan sát trên kính hiển vi quang học. Quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét. Xác định hệ số phân bố quy ước KPBQU. Xác định chiều dày lớp mạ.

Tính toán chiều dày lớp mạ. Đo chiều dày lớp mạ. Đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài chế tạo. Nhám bề mặt chi tiết mài.

Hệ số mài. Quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến sự phân bố hạt trong lớp mạ composite Ni-CBN. Chọn các thông số nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Mã hóa và lập ma trận thí nghiệm. Phương pháp xử lý số liệu. 52 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. 52 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG THIẾT BỊ MẠ.

Yêu cầu và thông số kỹ thuật của thiết bị thí nghiệm. Thông số kỹ thuật của thiết bị. Lựa chọn mô hình thí nghiệm. Đánh giá chất lượng thiết bị.

Ảnh hưởng của vị trí bề mặt khi mạ đến sự phân bố của hạt mài. Thử nghiệm đánh giá chất lượng thiết bị với chi tiết mạ quay và chi tiết mạ đứng yên. Đánh giá chung về thiết bị. 65 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.

65 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẮT GỌT CỦA ĐÁ MÀI .1 Cấu trúc của bề mặt đá mài CBN đơn lớp liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện. Đặc điểm của đá mài CBN. Yêu cầu đối với đá mài chế tạo bằng phương pháp mạ điện. Yêu cầu chung đối với đá mài chế tạo bằng phương pháp mạ điện.

Mô hình hóa liên kết của hạt mài với chất dính kết của đá mài chế tạo bằng phương pháp mạ điện. Mật độ của hạt mài và sự phân bố của hạt mài trên bề mặt của đá. Tiến trình công nghệ chế tạo lớp bề mặt đá mài. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng lớp mạ composite Ni-CBN.

Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến sự phân bố của hạt mài khi chế tạo đá mài bằng phương pháp mạ điện. Ảnh hưởng của mật độ dòng đến sự phân bố của hạt mài. Ảnh hưởng của tốc độ quay của chi tiết mạ (catốt). Ảnh hưởng của thời gian mạ composite.

Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch mạ. Ảnh hưởng đồng thời của đa yếu tố đến sự phân bố của hạt mài trong lớp mạ. Kế hoạch thí nghiệm đồng thời ba yếu tố. Kết quả thí nghiệm.

Xác định phương trình hồi quy (PTHQ). Đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài chế tạo. Quan sát cầu liên kết sau khi chế tạo. Đánh giá độ bền của cầu liên kết.

Đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài chế tạo. Hệ số mài. Nhám bề mặt chi tiết gia công. Đánh giá chung.

118 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. 118 KẾT LUẬN CHUNG. 120 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI. 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

122 PHẦN PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CBN Cubic Boron Nitride - Bo nitrit lập phương HBN Hexagonal Boron Nitride – Bo nitrit cấu trúc lục giác FEPA Federation of European Producers of Abrasives- Hiệp hội sản xuất hạt mài châu Âu. DIN Deutsches Institut für Normung - Tiêu chuẩn Đức JIS Japanese Industrial Standards - Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản GOST Tiếng nga: ГОСТ (Государственный стандарт) - Tiêu chuẩn Liên Xô FEM Finite Element Method - Phương pháp phần tử hữu hạn RSM Response Surface Methodology - Phương pháp phản ứng bề mặt EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy- Phổ tán xạ năng lượng tia X GE General Electric- Công ty General Electric HEG High Efficency Grinding - Mài hiệu suất cao NCS Nghiên cứu sinh SEM Scanning Electron Microscope- Kính hiển vi điện tử quét CCD Central Composite Design – Thiết kế hỗn hợp tâm xoay PTHQ Phương trình hồi quy QHTN Quy hoạch thực nghiệm viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU m Khối lượng chất thoát ra sau t giờ (g) t Thời gian mạ (h) K Đương lượng điện hóa (g/A.h) I Cường độ dòng điện mạ (A)  Hiệu suất dòng điện mF Khối lượng mạ tính theo Faraday (g) A Khối lượng phân tử (g/mol) n Hóa trị của kim loại mạ F Hệ số Faraday F=96.500 C/mol mΣmạ Tổng khối lượng lớp mạ (g) m Khối lượng chênh lệch của phôi sau mạ và trước mạ (g) msau mạ Khối lượng phôi sau mạ (g) mphôi Khối lượng phôi trước mạ (g) mhạtCBN Khối lượng hạt CBN (g) m1Ni Khối lượng mạ niken lần 1 (g) m2Ni Khối lượng mạ niken lần 2 (g) m3Ni Khối lượng mạ niken lần 3 (g) mmạNi Tổng khối lượng mạ niken (g) m1CBN Khối lượng mạ hạt CBN lần 1 (g) m2CBN Khối lượng mạ hạt CBN lần 2 (g) m3CBN Khối lượng mạ hạt CBN lần 3 (g) m1 Tổng khối lượng mạ lần 1 (g) m2 Tổng khối lượng mạ lần 2 (g) m3 Tổng khối lượng mạ lần 3 (g) ρCBN Khối lượng riêng của CBN (g/cm3) m1hạtCBN Khối lượng của 1 hạt CBN quy ước (g) rhạtCBN Bán kính hạt CBN quy ước (µm) KPB Hệ số mật độ phân bố (hạt/mm2) KPBQU Hệ số mật độ phân bố quy ước (hạt/mm2) ix KPBT Hệ số mật độ phân bố thực (hạt/mm2) Smạ Diện tích mạ (mm2) Rh Bán kính hạt mài quy ước R Bán kính chỏm cầu của phần hạt mài bị chôn lấp quy ước Rp Bán kính phôi mạ Vhcc Thể tích chỏm cầu quy ước – Phần hạt mài bị chôn lấp ∑ Tổng thể tích hạt mài bị chôn lấp quy ước nh Số lượng hạt mài quy ước ạ Diện tích mạ ạ Chiều dài phần mạ VmạNi Thể tích niken mạ Khối lượng niken mạ lớp mạ gắn và mạ chôn lấp Khối lượng riêng của niken  Chiều dày chôn lấp của hạt CBN quy ước Ra Sai lệch profin trung bình cộng (m) RZ Chiều cao nhấp nhô (m) G Hệ số mài Vw Thể tích kim loại bị bóc (mài) (mm3) Vs Thể tích đá mài bị mòn (mm3) Qw Thể tính kim loại bị bóc (mài) trên một đơn vị chiều rộng của đá mài (mm2) Qs Thể tích đá bị mòn trên một đơn vị chiều rộng của đá mài (mm2) rs Độ giảm đo được của bán kính đá mài (mm) ds Giá trị trung bình của bán kính đá mài trước và sau khi hiện tượng mòn xuất hiện (mm) bw Chiều rộng mài (mm) ae Chiều sâu cắt (mm) bw Chiều rộng cắt (mm) Lw Chiều dài cắt (mm) x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Mô hình vùng mài của quá trình mài. Hình ảnh một số loại hạt CBN của GE.

Các mặt phát triển của tinh thể CBN và hình thái hình học. Ảnh một số hạt CBN thương mại. So sánh tính chống mài mòn của CBN với các vật liệu hạt mài khác. Đá mài CBN đa lớp.

Bề mặt của đá mài CBN đa lớp. Cấu trúc tế vi bề mặt của đá mài CBN đa lớp. Đá mài CBN đơn lớp chế tạo bằng phương pháp mạ điện. Bề mặt của đá mài CBN chế tạo bằng phương pháp mạ điện.

Quá trình chế tạo đá mài CBN thông thường .