Để hiểu rõ bản chất của quá trình mài, cần phải phân tích quá trình tạo phoi khi mài, vì đây là cơ sở, là nguồn gốc của các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt như biến dạng, lực cắt, nhiệt cắt, … Để khảo sát được vấn đề này cần phải mô hình hóa quá trình cắt bằng hạt mài. Có nhiều mô hình đã được đưa ra, trong đó có mô hình dưới đây:
Như đã phân tích ở trên, mài là một quá trình rất phức tạp, các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt phụ thuộc lớn vào tương tác giữa hạt mài, giữa đá mài với vật liệu gia công (phôi). Có thể thấy rõ các tương tác đó trong quá trình cắt bằng hạt mài như hình sau:
Trong bất kì quá trình mài nào đều xuất hiện bốn tương tác sau:
- Tương tác giữa hạt mài và phôi.
- Tương tác giữa phoi và chất kết dính.
- Tương tác giữa phoi và phôi.
- Tương tác giữa chất kết dính và phôi.
Trong đó, tương tác giữa hạt mài và phôi là quan trọng nhất, có ảnh hưởng tới toàn bộ các hiện tượng vật lí xảy ra trong quá trình gia công (hình 01). Tương tác giữa hạt mài và phôi bao gồm 3 hiện tượng (hình 02): cắt (cutting) – tạo ra bề mặt gia công, cày (plowing) và trượt (rubbing) - ảnh hưởng tới các đặc trưng của bề mặt vừa được hình thành (Hiện tượng cày và trượt trong vùng mài còn được gọi là Tribology).
Các tương tác này đều có thể được kiểm soát và điều khiển thông qua các thông số như lực cắt, công suất cắt và nhiệt cắt. Trong quá trình mài, mong muốn công để cắt là lớn nhất, công tiêu hao cho hiện tượng “cày” và trượt là nhỏ nhất:
- Giảm thiểu công tiêu hao cho hiện tượng “cày” của hạt mài lên phôi (hình 02b) liên quan đến việc lựa chọn tính chất của hạt mài và vật liệu gia công, hình dạng và kích thước của hạt mài, chiều dày phoi hợp lý.
- Công tiêu hao cho hiện tượng trượt giữa hạt mài và phôi (hình 02c) nhỏ nhất khi tăng tính tự mài sắc của hạt mài và của đá mài.
- Hiện tượng trượt giữa phoi với chất kết dính (hình 02d) là nhỏ nhất khi lựa chọn cặp vật liệu chất kết dính và vật liệu gia công phù hợp. Thay dung dịch làm nguội, tăng độ xốp của đá mài, sử dụng thêm dung dịch bôi trơn cũng làm giảm hiện tượng trượt này.
- Giảm hiện tượng trượt giữa phoi và chất kết dính cũng làm giảm đồng thời hiện tượng trượt giữa phôi và chất kết dính (hình 02e). Trong thực tế, hai hiện tượng này thường bị bỏ qua, không được quan tâm, điều đó dẫn đến lực cắt lớn, đá mòn nhanh và chất lượng bề mặt gia công không cao.
- Hiện tượng trượt giữa chất dính kết và phôi (hình 02f) nhỏ nhất khi số lượng lỗ trống trên bề mặt đá nhiều nhất (cấu trúc đá xốp nhất) hoặc khi sử dụng chất dính kết gốm. Tuy nhiên, hiện tượng trượt được nhận thấy rõ rệt nhất khi sử dụng đá mài với chất kết dính kim loại. Hiện tượng trượt và ma sát giữa phôi với chất kết dính trở nên khốc liệt nhất khi sử dụng đá mài hạt nhỏ, khi đó khoảng cách giữa bề mặt phôi và chất dính kết rất nhỏ.
Cơ chế cắt và tribology sẽ ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt gia công, biến dạng của vật liệu lớp bề mặt hoặc sự chuyển hóa từ cơ năng thành nhiệt. Khi cơ chế cắt là lớn nhất và tribology là nhỏ nhất thì khi đó lực mài và nhiệt mài sẽ nhỏ nhất. Dung dịch làm nguội sẽ giảm năng lượng nhiệt và làm giảm nhiệt truyền vào phôi.
Tất cả các hiện tượng trên đều đúng với mọi quá trình mài, mà không phụ thuộc vào vật liệu gia công. Trong bất kì quá trình mài nào cũng xảy ra đồng thời các hiện tượng đó. Do vậy, khoa học về mài cần phải nghiên cứu sự ảnh hưởng đồng thời của cả 4 thông số đầu vào: các yếu tố về máy công cụ, các yếu tố về vật liệu gia công, các yếu tố về đá mài và các thông số công nghệ của quá trình. Mục đích là để điều khiển sao cho cơ chế cắt là lớn nhất, giảm thiểu cơ chế tribology, nhằm giảm lực và nhiệt cắt.
Như đã phân tích ở trên, mài là một quá trình rất phức tạp, các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt phụ thuộc lớn vào tương tác giữa hạt mài, giữa đá mài với vật liệu gia công (phôi). Có thể thấy rõ các tương tác đó trong quá trình cắt bằng hạt mài như hình sau:
Trong bất kì quá trình mài nào đều xuất hiện bốn tương tác sau:
- Tương tác giữa hạt mài và phôi.
- Tương tác giữa phoi và chất kết dính.
- Tương tác giữa phoi và phôi.
- Tương tác giữa chất kết dính và phôi.
Trong đó, tương tác giữa hạt mài và phôi là quan trọng nhất, có ảnh hưởng tới toàn bộ các hiện tượng vật lí xảy ra trong quá trình gia công (hình 01). Tương tác giữa hạt mài và phôi bao gồm 3 hiện tượng (hình 02): cắt (cutting) – tạo ra bề mặt gia công, cày (plowing) và trượt (rubbing) - ảnh hưởng tới các đặc trưng của bề mặt vừa được hình thành (Hiện tượng cày và trượt trong vùng mài còn được gọi là Tribology).
Các tương tác này đều có thể được kiểm soát và điều khiển thông qua các thông số như lực cắt, công suất cắt và nhiệt cắt. Trong quá trình mài, mong muốn công để cắt là lớn nhất, công tiêu hao cho hiện tượng “cày” và trượt là nhỏ nhất:
- Giảm thiểu công tiêu hao cho hiện tượng “cày” của hạt mài lên phôi (hình 02b) liên quan đến việc lựa chọn tính chất của hạt mài và vật liệu gia công, hình dạng và kích thước của hạt mài, chiều dày phoi hợp lý.
- Công tiêu hao cho hiện tượng trượt giữa hạt mài và phôi (hình 02c) nhỏ nhất khi tăng tính tự mài sắc của hạt mài và của đá mài.
- Hiện tượng trượt giữa phoi với chất kết dính (hình 02d) là nhỏ nhất khi lựa chọn cặp vật liệu chất kết dính và vật liệu gia công phù hợp. Thay dung dịch làm nguội, tăng độ xốp của đá mài, sử dụng thêm dung dịch bôi trơn cũng làm giảm hiện tượng trượt này.
- Giảm hiện tượng trượt giữa phoi và chất kết dính cũng làm giảm đồng thời hiện tượng trượt giữa phôi và chất kết dính (hình 02e). Trong thực tế, hai hiện tượng này thường bị bỏ qua, không được quan tâm, điều đó dẫn đến lực cắt lớn, đá mòn nhanh và chất lượng bề mặt gia công không cao.
- Hiện tượng trượt giữa chất dính kết và phôi (hình 02f) nhỏ nhất khi số lượng lỗ trống trên bề mặt đá nhiều nhất (cấu trúc đá xốp nhất) hoặc khi sử dụng chất dính kết gốm. Tuy nhiên, hiện tượng trượt được nhận thấy rõ rệt nhất khi sử dụng đá mài với chất kết dính kim loại. Hiện tượng trượt và ma sát giữa phôi với chất kết dính trở nên khốc liệt nhất khi sử dụng đá mài hạt nhỏ, khi đó khoảng cách giữa bề mặt phôi và chất dính kết rất nhỏ.
Cơ chế cắt và tribology sẽ ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt gia công, biến dạng của vật liệu lớp bề mặt hoặc sự chuyển hóa từ cơ năng thành nhiệt. Khi cơ chế cắt là lớn nhất và tribology là nhỏ nhất thì khi đó lực mài và nhiệt mài sẽ nhỏ nhất. Dung dịch làm nguội sẽ giảm năng lượng nhiệt và làm giảm nhiệt truyền vào phôi.
Tất cả các hiện tượng trên đều đúng với mọi quá trình mài, mà không phụ thuộc vào vật liệu gia công. Trong bất kì quá trình mài nào cũng xảy ra đồng thời các hiện tượng đó. Do vậy, khoa học về mài cần phải nghiên cứu sự ảnh hưởng đồng thời của cả 4 thông số đầu vào: các yếu tố về máy công cụ, các yếu tố về vật liệu gia công, các yếu tố về đá mài và các thông số công nghệ của quá trình. Mục đích là để điều khiển sao cho cơ chế cắt là lớn nhất, giảm thiểu cơ chế tribology, nhằm giảm lực và nhiệt cắt.
