Các phương pháp gia công mài: Lựa chọn nào tối ưu trong chế tạo khuôn

3. 7 phương pháp gia công mài và cách lựa chọn phù hợp

3.1. Gia công mài phẳng

Mài phẳng là phương pháp mài dùng đá mài quay quanh trục nằm ngang hoặc thẳng đứng, trong khi chi tiết được gá trên bàn từ và chạy qua lại bên dưới đá mài. Đây là nguyên công mài cơ bản nhất, nhưng cũng là công đoạn dễ mắc lỗi nhất. Nguyên nhân phổ biến là bàn từ ép phẳng chi tiết vốn không phẳng, và khi ngắt từ, chi tiết trả lại độ cong ban đầu.

Mài phẳng phù hợp khi kỹ sư sư cần:

Mài phẳng không phù hợp để xử lý

Trong gia công khuôn mẫu, mài phẳng thường được dùng cho tấm khuôn, đế khuôn, chày phẳng, hoặc chi tiết cần độ song song và độ phẳng cao. Đây là công đoạn mài nền tảng, tạo cơ sở cho các nguyên công mài tinh và đánh bóng phía sau.

3.2. Gia công mài tròn ngoài giữa hai mũi tâm

Mài tròn ngoài giữa hai mũi tâm là phương pháp mài trong đó chi tiết quay giữa hai mũi tâm, còn đá mài quay ngược chiều và ăn vào theo phương hướng kính. Đây là được sử dụng phổ biến trong chế tạo khuôn dập nguội và gia công chi tiết dạng trục. 

Độ chính xác đạt được phụ thuộc rất nhiều vào hai lỗ tâm. Nếu lỗ tâm bị va, dính bụi, hoặc chưa rà lại sau nhiệt luyện, chi tiết sẽ bị đảo lớn khi quay, gây sai lệch kích thước và độ đồng tâm. Tuy nhiên, lỗi này dễ khắc phục nhất: rà lại lỗ tâm hoặc làm sạch trước khi gá là có thể cải thiện đáng kể độ chính xác khi mài. 

Phương pháp này đặc biệt phù hợp cho các chi tiết đơn chiếc hoặc MOQ nhỏ như:

Trong gia công khuôn mẫu, đây là nguyên công mài nền tảng cho các chi tiết tròn ngoài. Phương pháp này thường được thực hiện sau nhiệt luyện để đạt độ chính xác hình học và độ cứng bề mặt tối ưu.

3.3. Gia công mài không tâm

Mài không tâm (Centerless Grinding) là phương pháp mài không dùng mũi tâm và không cần lỗ tâm. Chi tiết được đặt giữa đá mài, bánh dẫn và dao đỡ, tự định tâm theo chính bề mặt của nó trong quá trình quay.

Phương pháp này mang lại năng suất cao vì không mất thời gian gá đặt, nên đây là lựa chọn phù hợp cho sản xuất với MOQ lớn các chi tiết trụ nhỏ. Tuy nhiên, do chi tiết tự định tâm, hệ có phản hồi động học, nên độ chính xác hình trụ phụ thuộc vào chiều cao tâm và góc dao đỡ. Đặc biệt, khi số cạnh là số lẻ, panme đo đường kính không phát hiện được — chi tiết đo tại 2 điểm bất kỳ đều cùng đường kính nhưng thực tế không tròn.

Đây là lỗi đặc trưng của mài không tâm, thường chỉ được phát hiện khi kiểm tra bằng đồng hồ so hoặc máy đo độ tròn.

Phương pháp mài không tâm phù hợp cho:

Phương pháp thường được dùng để gia công sơ bộ hoặc hoàn thiện chốt và trục. Nó sẽ đảm bảo độ chính xác kích thước và độ tròn cao trước khi chuyển sang nguyên công mài tinh hoặc lắp ráp.

3.3. Gia công mài tròn trong

Gia công mài tròn trong (Internal Grinding) là phương pháp mài dùng đá mài kích thước nhỏ quay với tốc độ rất cao bên trong lỗ chi tiết. Độ cứng vững của trục đá thấp vì trục phải mảnh để lọt vào lỗ. Do đó, độ côn theo chiều sâu là vấn đề thường trực trong mài lỗ chính xác: Lỗ càng sâu, kiểm soát độ côn càng khó. 

Phương pháp này được sử dụng phổ biến để gia công các chi tiết có yêu cầu độ trụ và độ đồng tâm cao, đặc biệt là:

Trong gia công khuôn, mài tròn trong là nguyên công hoàn thiện quan trọng cho các chi tiết lỗ chính xác. Nó giúp đảm bảo độ trụ, độ đồng tâm và độ nhám thấp. Phương pháp này thường được thực hiện sau nhiệt luyện để đạt dung sai micromet.

3.4. Gia công mài tọa độ

Mài tọa độ (Coordinate Grinding) là phương pháp mài trong đó đá mài nhỏ quay quanh trục của nó, đồng thời trục chính thực hiện quỹ đạo hành tinh quanh tâm lỗ, và toàn bộ cụm chuyển động tịnh tiến theo phương đứng. Đường kính lỗ điều chỉnh bằng bán kính quỹ đạo, nên một viên đá gia công được nhiều kích thước lỗ khác nhau và chính xác ở mức micromet.

Trong nhóm công nghệ mài, mài tọa độ là phương pháp chủ đạo để hiệu chỉnh vị trí lỗ sau nhiệt luyện ở mức vài micromet. Cắt dây cũng làm được việc này, nhưng phương pháp cắt dây sẽ để lại lớp bề mặt khác hẳn và cần lỗ mồi hoặc luồn dây.

Mài tọa độ là phương pháp được lựa chọn chủ yếu vì yêu cầu đặt lại vị trí lỗ chính xác sau nhiệt luyện. Đặc biệt trong khuôn dập liên hoàn và khuôn có cơ cấu dẫn hướng phức tạp.

3.5. Gia công mài biên dạng

Gia công mài biên dạng (Profile Grinding) là phương pháp mài trong đó đá mài được sửa mang biên dạng cần tạo. Sau đó mài theo đúng hình dạng đó để tạo ra biên dạng chi tiết chính xác. 

Theo phương pháp truyền thống, việc kiểm soát biên dạng được thực hiện bằng hệ quang học chiếu bóng lên màn ở độ phóng đại vài chục lần, gọi là mài biên dạng quang học. Các máy biên dạng đời mới sử dụng CNC với sửa đá tự động và đá CBN liên kết thủy tinh. Do đó, phần quang học thường được ứng dụng để kiểm tra hơn là dẫn hướng.

Hai nhóm máy có nguyên lý tạo hình và sai số hình học khác nhau:

Trong mài định hình dùng đá đã sửa biên dạng, có một chi tiết quan trọng thường hay bị bỏ qua: vùng bán kính nhỏ trên đá chịu áp lực riêng cao trên một diện tích tiếp xúc bé, nên thường mòn nhanh hơn phần còn lại. Kết quả là bán kính góc trong có xu hướng lớn dần trong quá trình mài. Mức độ mòn phụ thuộc vật liệu phôi, loại đá và chế độ. Với loạt dài, cách xử lý thông thường là chia loạt theo lần sửa đá, hoặc dùng sửa đá bù trong chu trình nếu máy CNC hỗ trợ.

Mài biên dạng được ứng dụng rộng rãi trong:

3.6. Nhóm hoàn thiện: Mài khôn, mài nghiền, đánh bóng

Ba quá trình này hay bị gọi chung là “đánh bóng” trong xưởng. Chính sự nhầm lẫn này là nguồn gốc của nhiều lỗi quy trình trong gia công khuôn chính xác.

3.7. So sánh các phương pháp mài

Thứ nhất, các dải dung sai và độ nhám chồng lấn nhau rất nhiều. Điều này cho thấy chỉ dựa vào dung sai là không đủ để chọn nguyên công mài. Việc lựa chọn phải dựa thêm vào hình học bề mặt, lượng dư còn lại, và mục tiêu sửa sai hay hoàn thiện.

Thứ hai, mài nghiền và đánh bóng nằm ở đầu thấp nhất của thang độ nhám. Nhưng chúng không phải là công cụ để sửa sai lệch kích thước lớn vì lượng bóc cực nhỏ. Trong phạm vi lượng dư nhỏ, mài nghiền vẫn giữ được kích thước rất chặt. Cho nên, kỹ thuật nên đọc bảng theo hướng “khả năng sửa”, không theo hướng “khả năng giữ”.