Nghiên cứu xác định lượng tiến dao tối ưu khi mài phẳng hợp kim titan bằng đá mài cBN

 mài nghịch 
 cải thiện chất lượng gia công của đá mài cBN kết dính nhựa Phôi Ti-6Al-4V ủ (16mm × 10mm × 9mm) 
 nhiều hơn so với đá mài cBN mạ đồng. Đá mài Đá mài cBN kết dính nhựa: cBN120 D100 T8 H20 X5 U6 
 Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của lượng tiến dao Máy mài Trung tâm gia công trục đứng cao tốc (HS Super MC500) 
 và chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt hợp kim Ti64 khi mài 
 Tốc độ cắt (v ) 30m/s 
 phẳng bằng đá mài cBN. Trên cơ sở đó, nghiên cứu tiến c
 hành tìm lượng tiến dao tối ưu mà tại đó độ nhám có giá trị Lượng tiến dao (F) 1000, 3000, 6000 và 10000mm/ph 
 nhỏ nhất. Kết quả nghiên cứu sẽ giúp cho việc lựa chọn đá Chiều sâu cắt (t) 0,005; 0,01; 0,015mm 
 mài và chế độ cắt phù hợp khi gia công hợp kim Ti64. Chiều rộng cắt (b) 4,5mm 
 2. SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM Môi trường Mài khô và Mài ướt bằng dầu cắt gọt tổng hợp 
 Trong hợp kim Ti-6Al-4V có 6% nhôm (Al) để ổn định 
 pha alpha và 4% vanadi (V) để ổn định pha beta. Lượng 
 nhôm và vanadi này cũng giúp cải thiện độ bền ở nhiệt độ 
 thấp và cao, đồng thời tăng khả năng tạo hình và tính 
 chống ô xi hóa của hợp kim Ti64. Hợp kim Ti64 ủ là loại hay 
 được sử dụng với nhiệt độ làm việc lên đến 399°C. Nhiệt độ 
 ủ là 704 - 788°C trong vòng 2 giờ, sau đó làm nguội trong 
 không khí. Để đạt được độ dẻo và độ bền mỏi cao hơn, hợp 
 kim này cũng thường được nung nóng đến nhiệt độ 954°C 
 trong 2 giờ rồi làm nguội trong lò. Bảng 1 trình bày các đặc 
 tính cơ nhiệt của hợp kim Ti64 ủ. 
 Bảng 1. Đặc tính cơ nhiệt của hợp kim Ti-6Al-4V ủ 
 Đặc tính Giá trị 
 Độ bền kéo [MPa] 900 
 Hình 1. Sơ đồ thí nghiệm 
 Giới hạn chảy [MPa] 830 
 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
 Độ giãn dài [%] 10 
 Mô đun đàn hồi [GPa] 114 3.1. Xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ và 
 miền giới hạn của lượng tiến dao tối ưu 
 Độ cứng tế vi (HV) 349 
 Độ bền nén [MPa] 860 Chất lượng bề mặt là một trong các chỉ tiêu đáng tin cậy 
 khi đánh giá một quá trình mài và nhám bề mặt là một 
 Độ bền mỏi [MPa] 510 
 trong số các thông số quan trọng để đánh giá chất lượng 
 Nhiệt độ nóng chảy [°C] 1604 ÷ 1660 của một bề mặt. Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào kích cỡ 
 Hệ số dẫn nhiệt [W/m.K] 6,7 hạt mài, chế độ sửa đá, chế độ cắt, hệ số bóc tách vật liệu 
 Nhiệt dung riêng [J/g°C] 0,5263 và chế độ bôi trơn làm mát. Hình 2 là đồ thị độ nhám bề 
 Thí nghiệm mài phẳng hợp kim Ti64 được thực hiện mặt của hợp kim Ti64 khi thực hiện thí nghiệm ở chế độ 
 trên trung tâm gia công CNC trục đứng cao tốc HS Super mài khô và mài ướt. 
 MC500, Fuhong Machinery Co., Đài Loan. Hình 1 mô tả sơ Kết quả thực nghiệm trong hình 2 cho thấy hầu hết khi 
 đồ thí nghiệm. Dụng cụ cắt là đá mài cBN có đường kính tăng lượng tiến dao từ 1000 đến 10000mm/ph thì độ nhám 
 100mm và độ hạt #120. Các thông số công nghệ của quá Ra và Rz đều tăng. Cụ thể là nhám bề mặt giảm dần khi F 
 trình mài được trình bày trong bảng 2. Bước tiến dao có các tăng từ 1000 đến 3000mm/ph. Còn khi F lớn hơn 
 giá trị 1000, 3000, 6000 và 10000mm/ph. Các chiều sâu cắt 3000mm/ph thì nhám lại tăng khi F tăng. Nhìn chung, tăng 
 được chọn là 0,005; 0,01 và 0,015mm. Cơ sở để lựa chọn dải bước tiến dao có ảnh hưởng xấu đến nhám bề mặt do làm 
 thông số trên là dựa trên tra Sổ tay Công nghệ chế tạo máy tăng tải trên các hạt mài, tăng nhiệt độ mài, lực cắt và mòn 
 và tham khảo các bài báo đăng trên các tạp chí quốc tế uy đá [7]. Phoi bị bám dính trên bề mặt phôi nhiều hơn cũng 
 tín. Tổng cộng có tất cả 24 thí nghiệm được thực hiện dưới khiến Ra và Rz tăng cao. Ngoài ra, lực cắt tăng khiến biến 
92 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số 3 (6/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 
 P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
dạng dẻo tăng cũng làm tăng nhám [8]. Kết quả thí nghiệm cọ xát và cào xước là chủ yếu nên nhám giảm. Tuy nhiên, 
cho thấy tại lượng tiến dao F = 3000mm/ph thì đồ thị độ nhiệt độ cao khi mài khô lại khiến phôi bị giãn nở và làm 
nhám có giá trị đột biến. Kết quả thí nghiệm lại chỉ ra rằng tăng sai số gia công [9]. 
khi mài khô, độ nhám nhỏ nhất đạt được tại F = 3000mm/ph Trong việc xét theo khía cạnh ảnh hưởng của chiều sâu 
với các chiều sâu cắt khác nhau được tiến hành cắt thực 
 cắt, hình 3 thể hiện đồ thị độ nhám Ra và Rz khi chiều sâu 
nghiệm. Do đó, một số thí nghiệm với giá trị của F xung cắt tăng từ 0,005 đến 0,015mm với các lượng tiến dao khác 
quanh 3000mm/ph (mài khô) cần được tiến hành bổ sung 
 nhau. Khi chiều sâu cắt tăng thì độ nhám Ra và Rz cũng 
để xác định biến thiên độ nhám trong khoảng đột biến này. tăng. Hiện tượng này tương đối ổn định với mọi lượng tiến 
Từ đó, có thể dự đoán được miền gia công tối ưu và điểm dao. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khi tăng 
lượng tiến dao tối ưu cho quá trình mài phẳng hợp kim lượng tiến dao và chiều sâu cắt thì độ nhám nói chung đều 
Ti64 bằng đá mài cBN. tăng. Tuy nhiên, ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám 
 1.8 là rõ ràng hơn so với lượng tiến dao. Tăng chiều sâu cắt có 
 tác động xấu đến nhám bề mặt do làm tăng mức độ tải 
 1.6
 m) nhiều hơn trên các hạt mài, tăng nhiệt độ mà và lực cắt 
 m
 ( 1.4
 a tăng khiến biến dạng dẻo tăng cũng làm tăng nhám [8]. 
 1.2
 1.8
 1.0
 1.6
 m )
 0.8 m
 1.4
 (
 a
 0.6
 1.2
 0.4
 t = 0.005 mm, Mài khô t = 0.005 mm, Mài ướt 1.0
 Độ nhám bề mặt 0.2phôi, R t = 0.01 mm, Mài khô t = 0.01 mm, Mài ướt
 0.8
 t = 0.015 mm, Mài khô t = 0.015 mm, Mài ướt
 0.0
 0.6
 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
 Lượng tiến dao, F (mm/ph) 0.4 F = 1000 mm/ph, Mài khô F = 1000 mm/ph, Mài ướt
 F = 3000 mm/ph, Mài khô F = 3000 mm/ph, Mài ướt
 a) Độ nhám0.2 bề mặt phôi, R F = 6000 mm/ph, Mài khô F = 6000 mm/ph, Mài ướt
 F = 10000 mm/ph, Mài khô F = 10000 mm/ph, Mài ướt
 12 0.0
 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016
 Chiều sâu cắt, t (mm)
 10 
 m) a) 
 m
 (
 z 8
 10
 6
 m)
 m 8
 (
 4 z
 6
 Độ nhám bề mặt, R 2 t = 0,005 mm, Mài khô t = 0,005 mm, Mài ướt
 t = 0,01 mm, Mài khô t = 0,01 mm, Mài ướt
 t = 0,015 mm, Mài khô t = 0,015 mm, Mài ướt 4
 0
 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
 F = 1000 mm/ph, Mài khô F = 1000 mm/ph, Mài ướt
 Độ nhám bề mặt, R
 Lượng tiến dao, F (mm/ph) 2 F = 3000 mm/ph, Mài khô F = 3000 mm/ph, Mài ướt
 F = 6000 mm/ph, Mài khô F = 6000 mm/ph, Mài ướt
 b) F = 10000 mm/ph, Mài khô F = 10000 mm/ph, Mài ướt
 0
 Hình 2. Ảnh hưởng của lượng tiến dao đến độ nhám bề mặt Ra (a) và Rz (b) 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016
dưới hai chế độ mài khô và mài ướt Chiều sâu cắt, t (mm) 
 Điều đặc biệt là nhám bề mặt khi mài ướt được dự đoán b) 
phải thấp hơn mài khô do có nhiệt độ mài thấp hơn. Tuy Hình 3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt (a) Ra và (b) Rz 
nhiên, từ kết quả thực nghiệm cho thấy độ nhám khi mài dưới hai chế độ mài khô và mài ướt 
ướt đều lớn hơn mài khô (lớn hơn 80%) với tất cả các lượng 
 Hình 4a và 4b mô tả lực cắt tiếp tuyến Ft và pháp tuyến 
tiến dao. Khi mài ướt, do tác dụng của dung dịch trơn 
 Fn trong các chế độ cắt khác nhau. Có thể thấy rằng các lực 
nguội, các hạt mài duy trì được độ sắc trong thời gian lâu cắt tăng khi chiều sâu cắt hoặc bước tiến dao tăng. Khi 
hơn, hiện tượng cắt gọt của hạt mài chiếm ưu thế, tạo ra chiều sâu cắt là 0,01mm thì lực pháp tuyến tăng 84%, còn 
các đỉnh nhọn trên bề mặt phôi khiến nhám tăng. Nhám lực tiếp tuyến tăng 88% khi lượng tiến dao nằm trong 
khi mài ướt lớn hơn nhiều khi mài khô một phần cũng là do khoảng từ 1000 đến 10000mm/ph. Mặt khác, khi lượng tiến 
dung dịch trơn nguội quá thấp (nồng độ 2%) nên tác dụng dao là 3000mm/ph thì lực pháp tuyến và tiếp tuyến tăng 
của dung dịch trơn nguội về khía cạnh ma sát là không tương ứng là 65% và 60% với chiều sâu cắt tăng từ 0,005 
đáng kể. Khi mài khô, hạt mài mòn nhanh khiến hiện tượng đến 0,015mm. Theo nghiên cứu của Li [6], lực cắt tăng khi 
 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 57 - No. 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 93
 KHOA H ỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 
 tăng bước tiến dao hoặc chiều sâu cắt do hạt mài ăn sâu 0,825µm và Rz từ 3,717 đến 4,602µm. Làm các thí nghiệm 
 hơn vào phôi khiến chiều dày phoi không biến dạng và tương tự với các chiều sâu cắt 0,01 và 0,015mm đều thu 
 diện tích mặt cắt ngang của phoi tăng lên. được giá trị độ nhám bề mặt nhỏ nhất khi lượng tiến dao 
 bằng khoảng 3000mm/ph. Các kết quả nghiên cứu thực 
 50
 Ti-6Al-4V ủ nghiệm đó cho rút ra kết luận rằng lượng tiến dao 
 Fn Ft
 vc = 30 m/s 3000mm/ph có thể được coi là lượng tiến dao tối ưu trong 
 40 F = 3000 mm/ph tất cả các chế độ cắt được khảo sát ở nghiên cứu này. 
 1.2
 (N)
 t
 30 Mài khô
 , F v = 30 m/s
 n 1.1 c
 m)
 20 m
 (
 a 1.0
 Lực cắt F
 10 0.9
 0.8
 0
 0,005 mm 0,01 mm 0,015 mm t = 0,005 mm
 Độ nhámĐộ bề mặt, R 0.7
 Chiều sâu cắt, t (mm) t = 0,01 mm
 t = 0,015 mm
 a) 0.6
 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
 50 Lượng tiến dao, F (mm/ph) 
 Ti-6Al-4V ủ
 Fn Ft
 vc = 30 m/s a) 
 40
 t = 0,01 mm 7.0
 Mài khô
 (N)
 t
 30 6.5 vc = 30 m/s
 , F
 n
 m)
 m
 ( 6.0
 20 z
 5.5
 Lực cắt F cắt Lực
 10 5.0
 4.5
 0
 Độ nhám bề mặt, R t = 0,005 mm
 1000 mm/ph 3000 mm/ph 6000 mm/ph 10000 mm/ph
 4.0 t = 0,01 mm
 Lượng tiến dao, F (mm/ph) t = 0,015 mm
 3.5
 b) 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
 Lượng tiến dao, F (mm/ph)
 Hình 4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt (a) và lượng tiến dao (b) đến lực cắt Fn 
 và Ft b) 
 3.2. Xác định lượng tiến dao tối ưu Hình 5. Ảnh hưởng của bước tiến dao đến độ nhám bề mặt Ra (a) và Rz (b) 
 Tiếp theo, nghiên cứu sẽ thực hiện các thí nghiệm để khi mài phẳng hợp kim Ti64 với các chiều sâu cắt khác nhau 
 tìm ra lượng tiến dao tối ưu ứng với độ nhám bề mặt nhỏ 25
 nhất trên các mẫu Ti64. Môi trường gia công là mài khô do Ti-6Al-4V Fn Ft
 các nghiên cứu thực nghiệm trước đã chỉ ra rằng độ nhám vc = 30 m/s
 20
 chỉ đạt giá trị nhỏ nhất tại F = 3000mm/ph khi mài khô, còn t = 0,01 mm
 khi mài ướt đặc điểm này là không rõ rệt. Vận tốc cắt được 
 cố định là 30m/s; bước tiến dao được lấy trong khoảng từ 15
 2000 đến 4000mm/ph (khoảng có độ nhám nhỏ nhất) và 
 được chia thành các đoạn nhỏ giới hạn bởi 2000, 2500, 10
 Lực (N) cắt
 3000, 3500 và 4000mm/ph. Khoảng chia càng nhỏ thì giá trị 
 bước tiến dao tối ưu thu được càng chính xác. Các chiều 
 5
 sâu cắt dùng trong thí nghiệm vẫn được giữ ở 0,005, 0,01 
 và 0,015mm. Tổng cộng có 15 thí nghiệm được thực hiện, 
 trong đó mỗi thí nghiệm được tiến hành lặp lại 2 lần để 0
 đảm bảo độ tin cậy của kết quả nghiên cứu. Trong hình 5a 2500 mm/ph 3000 mm/ph 3500 mm/ph
 Lượng tiến dao, F (mm/ph) 
 và 5b là đồ thị độ nhám bề mặt Ra và Rz của các mẫu Ti64. 
 Tại chiều sâu cắt 0,005mm, khi bước tiến dao tăng từ 2000 Hình 6. Ảnh hưởng của lượng tiến dao đến lực cắt Fn và Ft 
 đến 3000mm/ph thì độ nhám Ra giảm từ 0,718 đến Hình 6 mô tả sự phụ thuộc của lực cắt vào lượng tiến 
 0,655µm, còn Rz từ 4,605 đến 3,717µm. Còn khi bước tiến dao trong khoảng giới hạn của nghiên cứu tối ưu. Kết quả 
 dao tăng từ 3000 đến 4000mm/ph thì Ra tăng từ 0,655 đến thực nghiệm cho thấy khi lượng tiến dao tăng lên thì lực 
94 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số 3 (6/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 
 P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
cắt tăng. Khi lượng tiến dao tăng từ 2500 đến 3500mm/ph [8]. L. Zheng, D. Wenfeng, L. Chaojie, S. Honghua, 2018. Grinding 
thì lực pháp tuyến tăng từ 14,05 đến 22,46N, còn lực tiếp performance and surface integrity of particulate-reinforced titanium matrix 
tuyến từ 3,17 đến 7,19N. Lực cắt thay đổi do sự thay đổi của composites in creep-feed grinding. Int J Adv Manuf Technol., 94, 3917–3928. 
chiều dày phoi không biến dạng. Kết quả lực cắt trong hình [9]. M.H. Sadeghi, M.J. Haddad, T. Tawakoli, M. Emami, 2009. Minimal 
5 và 6 chỉ ra rằng, lực pháp tuyến luôn lớn hơn lực tiếp quantity lubrication-MQL in grinding of Ti–6Al–4V titanium alloy. Int J Adv Manuf 
tuyến do hoạt động cọ xát và cày xước của các hạt mài có Technol., 44, 487–500. 
góc cắt âm. Tuy nhiên, lực tiếp tuyến Ft ít thay đổi hơn lực 
pháp tuyến F khi lượng tiến dao thay đổi. 
 n 
4. KẾT LUẬN 
 AUTHORS INFORMATION 
 Trong nghiên cứu thực hiện các thí nghiệm mài phẳng 
 Phi Trong Hung1,2, Truong Hoanh Son1, Nguyen Kien Trung1, 
hợp kim Ti-6Al-4V bằng đá mài cBN kết dính nhựa độ hạt 3
#120 dưới các chế độ cắt (lượng tiến dao, chiều sâu cắt) Hoang Tien Dung 
khác nhau. Từ đó có thể rút ra các kết luận chính như sau: 1School of Mechanical Engineering, Hanoi University of Science and Technology 
 2
 - Đa phần độ nhám bề mặt tăng lên khi tăng bước tiến Mechanical and Power Engineering Faculty, Electric Power University 
dao hoặc chiều sâu cắt. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến 3Faculty of Mechanical Engineering, Hanoi University of Industry 
độ nhám lớn hơn so với bước tiến dao. Tuy nhiên khi mài 
khô ở vùng lượng tiến dao khoảng 3000mm/ph thì độ 
nhám cho giá trị giảm. 
 - Mài ướt có độ nhám bề mặt lớn hơn mài khô. Tuy 
nhiên, nhiệt độ cao khi mài khô lại khiến phôi bị giãn nở và 
làm tăng sai số gia công. Do đó cần linh hoạt khi lựa chọn 
môi trường gia công để đạt được chất lượng sản phẩm 
theo yêu cầu. 
 - Thực nghiệm đã xác định được giá trị của lượng tiến 
dao tối ưu khoảng 3000mm/ph trong các chế độ cắt đã tiến 
hành mà tại đó độ nhám có giá trị nhỏ nhất. Kết quả đó có 
thể ứng dụng vào việc lựa chọn chế độ cắt khi gia công hợp 
kim Ti-6Al-4V bằng đá mài CBN trong thực tế. 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 [1]. X. Zhang, J. Jiang, S. Li, D. Wen, 2019. Laser textured Ti-6Al-4V surfaces 
and grinding performance evaluation using cBN grinding wheels. Optics and Laser 
Technology, 109, 389–400. 
 [2]. S. Y. Lin, Y. C. Liu, C. W. Huang, 2008. An Investigation of Surface 
Grinding Characteristics for Titanium Alloy with cBN Wheel. Key Engineering 
Materials, 364-366, 237-242. 
 [3]. M. Mukhopadhyay, P. K. Kundu, 2018. Performance Evaluation of 
Conventional Abrasive Wheels for Grinding Ti-6Al-4V. Materials Science and 
Engineering, 377, 012-043. 
 [4]. S. Shen, B. Li, W. Guo, 2019. Surface integrity in grinding of C-250 
maraging steel with resin-bonded and electroplated cBN grinding wheels. The 
International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 103, 1079–1094. 
 [5]. D. Bhaduri, R. Kumar, A. K. Chattopadhyay, 2011. On the grindability of 
low-carbon steel under dry, cryogenic and neat oil environments with monolayer 
brazed cBN and alumina wheels. Int J Adv Manuf Technol., 57, 927–943. 
 [6]. Z. Li, W. Ding, C. Liu, H. Zhou, 2018. Grinding performance of TiCp/Ti-6Al- 
4V composites with cBN wheels, part I: experimental investigation and surface 
features. Procedia CIRP., 77, 525–528. 
 [7]. T. Zhao, Y. Shi, L. Sampsa, J. Zhou, 2017. Investigation of the effect of 
grinding parameters on surface quality in grinding of TC4 titanium alloy. Procedia 
Manufacturing, 11, 2131 – 2138. 
 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 57 - No. 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 95