Mài khôn là gì? Tìm hiểu về công nghệ, thiết bị và dụng cụ mài khôn

1- Mài khôn là gì?

1.1- Định nghĩa phương pháp gia công mài khôn

Mài khôn là một quá trình được thực hiện trên một chi tiết để làm cho nó có kích thước phù hợp bằng cách loại bỏ các vết và độ nhám còn sót lại trên chi tiết bằng các dụng cụ cắt. Máy mài khôn được sử dụng để chế tạo động cơ đốt trong, các lỗ lắp vòng bi khí động cho các trục chính, gia công hoàn thiện xi lanh và bánh răng

Có một số loại dụng cụ mài khôn, nhưng tất cả đều bao gồm một hoặc nhiều mảnh đá mài được tạo áp lực lên bề mặt cần gia công. Trong 1 số trường hợp, các dụng cụ mài khôn đặc biệt được gắn vào để phục vụ công việc mài khôn.

Minh họa đơn giản nhất là trường hợp: Mài khôn sử dụng một máy khoan điện linh hoạt và một viên đá mài. Đá mài được làm từ nhôm oxit, cacbua silic hoặc bột kim cương, được lựa chọn tùy theo vật liệu của chi tiết cần mài khôn. Đá mài có nhiều kích cỡ và hình dạng khác nhau như hình tròn, hình vuông hoặc hình tam giác.

1.2- Tại sao dùng phương pháp mài khôn? 

Đây là một quá trình gia công hiệu quả về mặt chi phí. Sau đây là những lý do để sử dụng phương pháp mài khôn: 

1. Phương pháp mài khôn được sử dụng để loại bỏ các lượng dư vì nó là một cách thức gia công nhanh chóng (một quá trình gia công nhanh).
2. Được sử dụng cho lỗ có dung sai nhỏ và đánh bóng lỗ.
3. Mài khôn được sử dụng để hoàn thiện các lỗ trên hầu hết mọi loại vật liệu như lớp phun phủ, CGI và Gốm sứ, v.v.

2- Ưu điểm của phương pháp gia công dùng mài khôn

Mài khôn đem lại cho ta những lợi ích sau: 

1. Không có ma sát trong chi tiết.
2. Nó làm cho chi tiết xoay dễ dàng
3. Bề mặt trở nên nhẵn, điều mà bất kỳ phương pháp nào khác không thể thực hiện được.
4. Nó có thể giữ đường tâm của lỗ ban đầu.
5. Bất kỳ loại kim loại nào cũng có thể được hoàn thiện bất kể độ cứng của nó.
6. Có thể đạt được độ chính xác cao. 

3- Các loại sản phẩm sử dụng mài khôn để gia công tinh

Hình ảnh các sản phẩm sử dụng phương pháp gia công mài khôn

4- Phân loại mài khôn

4.1- Phân loại các kiểu mài khôn theo quá trình mài

+ Mài khôn thủ công

Với kiểu mài khôn này, đầu mài quay liên tục và phôi được di chuyển qua lại bằng tay. Kiểu mài này ít khi được sử dụng trong công nghiệp

+ Mài khôn bằng máy

Khi mài khôn bằng máy, đầu mài kết hợp chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến và giảm sự tương tác thủ công. Kiểu mài này có thể được phân thành hai loại tùy theo loại máy.

4.2- Phân loại mài khôn theo kiểu máy mài khôn sử dụng:

+ Máy mài khôn kiểu ngang

Máy mài khôn kiểu ngang phù hợp với những chi tiết có kích thước dài. Máy mài có một trục nằm ngang gắn dụng cụ mài. Với một vài loại máy, phôi được đặt trên bàn và được lật qua lại.

Đầu mài xoay quanh trục và dao động nhẹ nhàng. Dao động này được điều khiển bằng cơ học hoặc thủy lực. Trong một số trường hợp, dụng cụ mài cố định trên đầu di chuyển, vừa quay vừa di chuyển.

Với loại máy này, phôi được đặt nằm ngang và quay quanh trục của nó. Loại máy này được sử dụng cho phôi có kích thước dài. Kích thước gia công chính xác được kiểm tra với sự trợ giúp của một dụng cụ đo. Một số máy có hai trục chính.

Máy mài khôn kiểu ngang Sunnen	Máy mài khôn kiểu ngang tự động Damec
Máy mài khôn kiểu ngang ống Sunnen	Máy mài khôn kiểu ngang Damec

+ Máy mài khôn kiểu đứng

Trong kiểu máy này, dụng cụ cũng như phôi được đặt theo chiều đứng. Những máy này có nhiều loại trục chính hơn.

Phôi đứng yên và dụng cụ mài khôn quay. Đồ gá được lắp đặt để đặt phôi vào vị trí chính xác. Các loại máy hiện đại dùng dẫn động thủy lực để điều khiển dụng cụ và phôi.

Máy mài khôn kiểu đứng thường được ưa chuộng dùng cho các chi tiết nhỏ. Kiểu máy này chủ yếu được sử dụng nhiều hơn so với máy mài khôn kiểu ngang.

Máy mài khôn AZ SPA CH300	Máy mài khôn kiểu đứng sunnen sv-2460-sm

+ Máy mài khôn hành trình đơn

Máy mài khôn hành trình đơn (Single pass honing machine) là dòng máy mài khôn kiểu đứng mà sau mỗi hành trình dao quay và đi xuống thì 1 hoặc một số sản phẩm được mài hoàn thành. Máy thường tích hợp bàn phân độ với 4,6,8...vị trí để lắp phôi và mỗi dao sẽ thực hiện loại bỏ một phần lượng dư mài. Đến vị trí cuối thì phôi đạt dung sai và độ chính xác yêu cầu. 

Quy trình này còn được gọi là mài một lần đó là quy trình gia công tinh lỗ có năng suất cao, mang lại hình dạng có độ chính xác cao, kiểm soát kích thước chặt chẽ và độ hoàn thiện bề mặt cao một cách nhất quán và chính xác. Quá trình này bao gồm việc chuyển một loạt dụng cụ có kích thước đặt trước, dần dần qua lỗ, trong một hành trình vào và ra duy nhất. Dụng cụ mài khôn hoặc chi tiết gia công hoặc cả hai đều có thể quay. Số lượng dụng cụ được sử dụng tùy thuộc vào (i) Lượng phôi cần loại bỏ (ii) Dung sai hình học hoặc hình dạng (iii) Yêu cầu độ bóng bề mặt và (iv) Thành phần vật liệu của phôi. Single Pass Honing, thích hợp cho yêu cầu sản xuất sản lượng lớn, đảm bảo kích thước lỗ rất gần và độ lặp lại hình học trên một lô lớn theo thứ tự hàng chục nghìn chi tiết, đạt tới 4,00,000 ~ 5,00,000 sản phẩm trong một cài đặt. Tốc độ sản xuất có thể lên tới 600 sản phẩm mỗi giờ, là một hàm số của Kích thước & Chiều dài lỗ khoan. Máy đạt năng suất rất cao và được dùng nhiều trong thực tế. 

Máy mài khôn hành trình đơn Cleantec	Máy mài khôn hành trình đơn Engis

4.3- Phân loại mài khôn theo quá trình mài khôn

Việc tạo ra bề mặt kim loại nhẵn bóng bằng cách loại bỏ độ nhám khỏi lỗ hoặc lỗ khoan doa bằng dụng cụ mài khôn được gọi là quá trình mài khôn. Quá trình này được thực hiện theo hai cách sau:

+ Mài khôn khô

Chi tiết đòi hỏi phải hoàn thiện thô hoặc cần loại bỏ nhiều kim loại thừa hơn sẽ được xử lý bằng mài khô. Nói cách khác, chất làm mát không được sử dụng. Đá được sử dụng để mài khô độ hạt từ 90 đến 120

+ Mài khôn ướt

Những chi tiết đòi hỏi phải hoàn thiện tốt hoặc cần loại bỏ ít kim loại thừa hơn sẽ được xử lý bằng cách mài ướt. Phương pháp này sử dụng đá mài với độ hạt từ 120 đến 130 cũng như mịn hơn và chất làm mát thích hợp để đánh bóng. Nhưng phương pháp này chỉ có thể cắt được ở mức 0,005 inch

5- Các thương hiệu máy mài khôn nổi tiếng thế giới

Có nhiều thương hiệu nổi tiếng trên thế giới cung cấp máy mài khôn cũng như giải pháp gia công và dụng cụ mài khôn và đồ gá. Khi đó, cần căn cứ vào chất lượng sản phẩm yêu cầu, sản lượng sản phẩm yêu cầu gia công trên một đơn vị thời gian, suất đầu tư,...để chọn loại máy và thương hiệu phù hợp.

+ Nissin Manufacturing Co., Ltd (Nhật bản): Cung cấp máy mài khôn kiểu đứng với giải pháp công nghệ cùng dao cụ và đồ gá. Hệ thống gồm các máy đơn có 1 hoặc 2 trục chính được tổ chức liên kết và có trang bị hệ thống cấp phôi linh hoạt. Phục vụ gia công các chi tiết nhỏ yêu cầu độ chính xác cao. Giá rất cao

+ Sunnen Products Company (Mỹ): Hãng có lịch sử lâu đời hàng trăm năm và cung cấp thiết bị cùng giải pháp, đồ gá, dụng cụ mài khôn. Cung cấp cho đa dạng các sản phẩm từ nhỏ tới lớn với yêu cầu ngặt nghèo. Đặc biệt với các sản phẩm mài khôn lỗ lớn yêu cầu chính xác. Dải thiết bị cũng rất đa dạng từ kiểu ngang (lỗ sâu đến tự động và bằng tay) đến đứng và hành trình đơn (single pass honing machine),...Đặc biệt Sunnen còn cung cấp đa dạng dụng cụ đem lại giải pháp tuyệt vời cho gia công không chỉ mài khôn (honing) mà còn mài nghiền (lapping) lẫn hệ thống nạo và lăn miết (skiving and roller burnishing systems),... Giá rất cao

+ Engis Corporation (Mỹ): Hãng chuyên cung cấp máy và giải pháp gia công tinh và đánh bóng nổi tiếng của Mỹ. Tập trung vào máy mài khôn hành trình đơn (single pass honing machine) cùng các loại dao mài khôn rất uy tín. Giá thành cao.

+ Cleantec Co., Ltd (Hàn Quốc): Cung cấp các dòng máy mài khôn kiểu ngang (kiểu lỗ sâu có đường kính lớn), mài khôn hành trình đơn (single pass honing machine), mài khôn kiểu đứng gia công các lỗ lớn nhưng chiều dài (cao) ngắn hoặc các loại mài khôn đứng khác với 1 hoặc nhiều trục. Các máy mài khôn với biên dạng đặc biệt như: máy mài khôn mặt cầu ngoài, mặt cầu trong hay mặt đĩa (đĩa phanh xe ô tô),...giá cao. 

+ DAMEC (Italia): Cung cấp các dòng máy mài khôn kiểu đứng gia công phục hồi xy lanh block máy xe ô tô, mài khôn kiểu ngang (kiểu lỗ sâu có đường kính lớn và kiểu bán tự động, kiểu tự động, kiểu thủ công), hành trình đơn (single pass honing machine),...giá tương đối cao

+ AZ S.p.A. (Italia): Hãng chuyên cung cấp các loại máy phục hồi block máy xe ô tô. Máy mài khôn phục vụ phục hồi xy lanh block xe ô tô.

+ COMEC Srl (Italia): Hãng chuyên cung cấp các loại máy phục hồi block máy xe ô tô. Máy mài khôn phục vụ phục hồi xy lanh block xe ô tô.

+ Khushbu Engineers (Ấn Độ): Cung cấp các dòng máy mài khôn kiểu đứng, ngang (tự động và thủ công cũng như loại hành trình và đường kính lớn), kiểu hành trình đơn (single pass honing machine) chất lượng tốt và giá hợp lý. Là nhà cung cấp máy cho nhiều thương hiệu nổi tiếng thế giới. 

... 

6- Phân biệt Mài khôn và Mài nghiền

Sau đây là 6 điểm khác biệt giữa mài khôn và mài nghiền:

7- Dụng cụ mài khôn, cấu tạo và thành phần

7.1- Hình ảnh các loại dụng cụ mài khôn

Dụng cụ mài khôn lỗ thông	Dụng cụ mài khôn lỗ kín	Dụng cụ mài khôn lỗ song song
Dụng cụ mài khôn single pass	Dụng cụ mài khôn sunnen single pass	Dụng cụ mài khôn single pass
Bộ dụng cụ mài khôn single pass
Phân biệt dụng cụ mài khôn single pass và mài khôn thông thường

7.2- Dụng cụ mài khôn

Dụng cụ mài khôn tương tự như một mũi doa cỡ lớn có thể điều chỉnh, gọi là đầu mài khôn. Có 3,4,5, hoặc 6 viên đá mài được gắn trên đầu mài khôn. Số lượng đá mài dựa theo loại chi tiết cần mài.

Những viên đá này có thể tháo ra và lắp vào dễ dàng. Chúng có thể được kéo giãn hoặc co lại tới một mức độ nhất định, cũng có thể điều chỉnh tùy theo chi tiết. Loại phụ kiện này có thể kéo lên xuống trong máy mài khôn.

Hình ảnh cấu tạo của dụng cụ mài khôn hành trình đơn

Hình ảnh dụng cụ mài khôn single pass của Insight

7.3- Cách lựa chọn đá mài khôn

Việc lựa chọn đá mài khôn phụ thuộc vào những yếu tố sau:

1. Vật liệu của chi tiết cần mài khôn
2. Độ cứng của chi tiết
3. Loại chất làm mát được dùng
4. Lượng dư cần loại bỏ trong chi tiết
5. Độ nhẵn yêu cầu (mài thô, mài bán tinh hay mài tinh)
6. Loại bề mặt chi tiết cần hoàn thiện được yêu cầu

7.4- Cấu tạo và thành phần các loại hạt mài

Loại hạt mài và kích thước hạt mài là những yếu tố cần thiết khi lựa chọn đầu mài khôn và dụng cụ. Các loại hạt mài bao gồm các loại: 

1. Nhôm oxit
2. Gốm
3. Cacbua Boron
4. Cacbua Silic
5. Bột nhám và Crocus
6. Kim cương tổng hợp
7. Nitrit Bo lập phương (CBM)
8. Đá Zirconia
9. Cacbua vonfram

8- Một số ví dụ về sản phẩm và chất lượng sau khi mài khôn