C7 CLCTGC CGKL 1 GVC NGUY Ễ N TH Ế TRANH - TR Ầ N QU Ố C VI Ệ T Chương 15: Ảnh hưởng của biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi của kim loại ở lớp ngoài đến độ nhấp nhô bề mặt Khi gia công kim loại dẻo lớp bề mặt bị biến dẻo mạnh, các cấu trúc tinh thể nhỏ biến thành cấu trúc sợi do đó làm thay đổi rất nhiều hình dạng và tr ị số nhấp nhô. Khi gia công kim loại giòn, các hạt tinh thể cá biệt bị rời ra củng làm tăng kích thước và hình dáng nhấp nhô. Mức độ biến dạng nhiều hay ít phụ thuộc vào một số yếu tố sau: Vật liệu gia công. Chế độ cắt Dung dịch trơn nguội . Khi gia công thép cacbon (thép 30, 40, 50), nếu tốc độ cắt nhỏ (v = 1m/phút) thì nhiệt tỏa ra ít và tạo thành phoi vụn. Phoi tách ra rất dể dàng và bi ến dạng trên bề mặt gia công không đáng kể. Chiều cao nhấp nhô của bề mặt gia công nhỏ. Khi tăng tốc độ cắt đến 40 m/phút trong quá tr ình tạo phoi sẽ tỏa ra một lượng nhiệt rất lớn. Dưới tác dụng của lực, lớp kim loại bị ép v ào mặt trước của dao, v à với một nhiệt độ cao như vậy nó sẽ làm tăng hệ số ma sát và làm cho lớp kim loại dính vào mặt trước của dao (và một phần mặt sau) tạo thành lẹo dao. Trong khoảng tốc độ v = 20 40 m/phút lẹo dao có giá trị lớn nhất và bền vững nhất. Nếu tiếp tục tăng tốc độ cắt, nhiệt tỏa ra sẽ nhiều hơn. Khi đó phần lẹo dao sẽ được đốt nòng nhanh hơn các phần còn lại và nó bị mềm ra, lực dính kết của lưởi dao không thắng nổi lực ma sát do phoi tạo ra do đó bị cuốn đi và phoi bị mất. Do vậy lẹo dao giảm dần trong khoảng tốc độ cắt v = 60 70 m/phút và bị triệt tiêu. Độ nhấp nhô bề mặt phụ thuộc nhiều vào quá trình tạo phoi và ảnh hưởng đến tốc độ cắt đến chiều cao nhấp nhô (do hiện tượng lẹo dao tạo ra) khi cắt kim loại thể hiện bởi đồ thị: Hình 7.8 - Mối quan hệ giữa tốc độ cắt v và Rz Khi gia công vật liệu dòn (gang), đồng thời vối việc cắt kim loại sẽ xảy ra hiện tượng xô lệch, trược hoặc trọc kim loại ra không theo thứ tự sẽ làm C7 CLCTGC CGKL 2 GVC NGUY Ễ N TH Ế TRANH - TR Ầ N QU Ố C VI Ệ T tăng tốc độ nhấp nhô tế vi lớp bề mặt. Khi tăng tốc độ cắt sẽ giảm được hiện tượng vỡ vụn kim loại, làm giảm chiều cao nhấp nhô tế vi, tăng độ nhẵn bóng bề mặt. Lượng chạy dao s l à thành phần thứ hai của chế độ cắt ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô Rz. Điều đó không những do liên quan kể trên về kết cấu hình học của dao mà còn do biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi của lớp bề mặt ngoài. Khi c ắt kim loại bằng dso tiện cạnh cắt bao giờ củng có bán kính cong (tuy nhỏ). Khi tiến dao vào bề mặt gia công phoi sẽ tách ra theo mặt phẳng A-A. Lúc đó phần kim loại nằm dưới điểm B sẽ không được cắt mà bị nén xuống (do cạnh cắt cong ) gây nên biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Sau khi dao đi qua, phần kim loại chưa được cắt ( bị nén xuống) sẽ có biến dạng đàn hồi một phần sẽ trở về hướng của dao và gây nên ma sát ở mặt sau của dao. Hình 7.9 - Nhấp nhô hình thành do bán kính mũi dao Mức độ biến dạng đàn hồi khác nhau của đỉnh và đáy các nhấp nhô sẽ làm tăng chiếu cao nhấp nhô của bề mặt sau khi gia công cơ. Chiều dày nhỏ nhất Tmin sẽ phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công và tốc độc cắt Nếu giảm bán kính và tăng yốc độ cắt thì Tmin sẽ giảm. C7 CLCTGC CGKL 3 GVC NGUY Ễ N TH Ế TRANH - TR Ầ N QU Ố C VI Ệ T Hình 7.10 - Ảnh hưởng của tốc độ cắt v và chiều sâu cắt Tmin đến Rz Khi tiện mỏng bằng dao tiện có bán kính đỉnh là r, về lý thuyết thì sẽ tạo ra phoi có chiều dày cắt thay đổi và đỉnh thì nhỏ. Một phần A-B của đỉnh này có chiều dàu cắt nhỏ hơn Tmin do đó không cắt mà bị nén lại( hình. 2-2a) ph ần kim loại thực tế chỉ được cắt ở đoạn B-C vì có chiều dày lớn hơn chiều sâu cắt tối thiểu tmin. Sau khi dao tiện đi qua, phần kim loại đ ã bi ến dạng lại phần nào( biến dạng đàn hồi) và làm tăng chiều cao nhấp nhô đến Rztt. Chiều cao nhấp nhô thực tế Rztt chỉ bằng 2 S /8r trong trường hợp lượng chạy dao lớn sao cho S 2 /8r >=tmin. Khi c ắt với lượng chạy dao nhỏ (s<0.05mm/vòng) bán kính cạnh cắt r = 0. 8 1mm chiều cao nhấp nhô không những không được giảm đi mà lại tăng lên v ì nó đã giảm chiều sâu cắt của phoi và làm tăng chiều dày đoạn kim loại biến dạng A-B. (hình. 22b). Trong trường hợp giảm lượng chạy dao s tì áp lực sẽ tăng, mức độ biến dạng dẻo của bề mặt gia công và của phoi cũng tăng, làm tăng nhấp nhô Rz. Khi ti ện với lượng chạy dao s<0, 12mm/vòng thì chiều cao nhấp nhô không giảm theo đường cong parabol S 2 /8r mà nhấp nhô sẽ giảm một ít theo đườn g cong (2) hoặc tăng theo đường cong (1). Hình 7.11 - Quan hệ giữa lượng chạy dao s với Rz. Trong phần gạch chéo sẽ xảy ra tăng chiều cao nhấp nhô bề mặt do biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi. Như vậy ngay cả khi gia công với lượng chạy dao nhỏ n hất vẫn không thể loại trừ hoàn toàn độ nhấp nhô bề mặt, mà trong trường hợp đó chiều cao nhấp nhô xác định bởi chiều dày nhỏ nhất và biến dạng dẻo của vật liệu gia công. Như trên h ình. 2-21, khi lượng chạy dao s thay đổi trong khoảng 0. 02 0. 1 mm/vòng rất ít ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô. Cho nên để đảm bảo độ nhấp nhô nhỏ nhất và năng suất cao khi tiện tinh thép cacbon, cần chọn lượng chạy dao trong khoảng s =0.05 0.12mm/vòng. Khi gia công hợp kim màu bằng dao kim cương thì giá trị s có thể giảm, vì vậy để giảm chiều cao nhấp nhô có thể cho lượng chạy dao s = 0.01 0.03 mm/vòng. C7 CLCTGC CGKL 4 GVC NGUY Ễ N TH Ế TRANH - TR Ầ N QU Ố C VI Ệ T chiều sâu cắt không ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô nhưng nếu giảm đến 0.02 0.03 mm thì lưởi cắt sẽ trược trên bề mặt gia công, nó sẽ theo chu kỳ ăn vào bề mặt gia công và cắt thành những đoạn rời rạc, gây ảnh hưởng sấu đến chất lượng bề mặt. Vậy không n ên chọn chiều sâu cắt quá bé. V ật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon) sẽ biến dạng dẻo nhiều và độ nhấp nhô bề mặt lớn. Để giảm chiều cao nhấp nhô cần phải tiến hành thường hóa thép cacbon ở nhiệt độ 850 870 0 C và ram ở nhiệt độ 900 0 C trong vòng năm giờ. Nhiều thí nghiệm chứng tỏ rằng:khi độ cứng aang lên thì chiều cao nhấp nhô giảm. Giảm tình dẻo của vật liệu bằng biến chứng bề mặt cũng làm giảm chiều cao nhấp nhô, sử dụng dung dịch trơn nguội làm giảm ma sát phoi dễ tách ra và chiều cao nhấp nhô cũng giảm. 3. Ảnh hưởng của độ cứng vững của hệthống công nghệ và rung động đến độ nhấp nhô bề mặt. Hiện tượng rung động trong quá trình cắt sẽ tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và bề mặt chi tiết bia công, làm thay đổi điều kiện ma sát gây nên độ sóng và độ nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công. Sai lệch của các bộ phận mấy làm chuyển động của nó không ổn định sẽ gây ra dao dộng cưởng bức của hệthống công nghệ. Khi hệthống công nghệ bị dao động, độ sóng và nháp nhô tế vi sẽ tăng nếu chiều sâu cắt lớn, lực cắt tăng và tốc độ tăng cao. Muốn đạt được độ nhấp nhô tế vi thấp trước hết phải đảm bảo độ cứng vững của hệthống công nghệ, điều chỉnh máy tốt và không để cho rung động của các máy sung quanh truyền tới nó, đồng thời nâng cao độ chính xác của các chi tiết truyền động, cân bằng các chi tiết có chuyển động quay nhanh, tránh va đập khi gia công các bề mặt có yêu cầu chính xác cao. Dùng cơ cấu giảm rung và cách ly v ới xung quanh. Ngoài dao động cưởng bức khi cắ t gọt kim loại còn tồn tại hiện tượng tự rung. Hiện tượng tự rung này do chính bản thân quá trình chuyển động khi cắt gây ra, khi ngưng chuyển động thì hiện tượng tự rung cũng kết thúc. 7.3.2. CÁC NGUYÊN NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BIẾN CỨNG BỀ MẶT Quá trình biến cứng kim loại ở bề mặt ngoài của chi tiết phát triển dưới tác dụng của lực cắt. Cường độ và chiều sâu biến cứng sẽ tăng khi lực cắt tăng, thời gian tác động kéo d ài và mức độ biến dạng dẻo lớn. Song song với hiện tượng biến cứng có hiện tượng biến mềm do tác dụng nhiệt trong vùng cắt. Khi nhiệt độ nung nóng cao và thời gian dài thì hiện tượng biến mềm sẽ làm cho chi tiết hết biến cứng mà nó được tạo ra trong quá trình gia công cơ. Trạng thái cuối cùng của kim loại bề mặt ngoài phụ thuộc vào mức độ tác động của lực và nhiệt. Mức độ chiều sâu biến cứng thay đổi phụ thuộc vào phương pháp gia công, chế độ cắt, h ình dạng hình học của dao cắt. Thay đổi chế độ cắt l àm cho lực cắt thay đổi, mức độ biến dạng dẻo tăng và làm tăng mức độ biến dạng cứng. Thời gian tác động lực kéo dài cũng làm tăng chiều sâu biến cứng. Thay đổi chế độ cắt làm tăng nhiệt độ trong v ùng cắt và làm kim loại biến mềm. Trong thực tế, ảnh hưởng nhiệt độ cắt đến độ biến cứng rất phức tạp bởi vì còn có lực ma sát, điều kiện thoát nhiệt từ vùng cắt, cấu trúc C7 CLCTGC CGKL 5 GVC NGUY Ễ N TH Ế TRANH - TR Ầ N QU Ố C VI Ệ T kim loại thay đổi. Aính hưởng của chế độ cắt đến độ biến cứng được thể hiện bằng các đồ thị sau: Hình 7.12- Ảnh hưởng của lượng chạy dao s và bán kính mủi dao r đến độ biến cứng bề mặt chi tiết máy Hình 7.13 - Ảnh hưởng của góc trước đến lớp biến cứng bề mặt. Góc trước tăng từ âm đến dương thì mức độ và chiều sâu lớp biến cứng giảm. Điều kiện trên làm giảm lực cắt, do đó làm giảm mức độ biến dạng dẻo và biến cứng giảm. Trong trường hợp ngược lại, giảm dần sẽ gây biến cứng tăng dần. Vận tốc cắt có tác dụng kéo dài hoặc rút ngắn thời gian tác động của lực cắt và nhiệt độ cắt trên bề mặt gia công chi tiết. Khi tăng vận tốc cắt thời gian tác động của lực biến dạng giảm cho nên chiếu sâu biến cứng giảm. Đồng thời khi tăng vận tốc cắt, ma sát sẽ tăng v à nhiệt độ tỏa ra nhiều, cho nên đối với những kim loại khó thay đổi cấu trúc tinh thể khi tăng vận tốc cắt thì độ biến cứng sẽ giảm. Đối với những kim loại dễ thay đổi cấu trúc tinh thể khi tăng tốc độ cắt thì độ biến cứng sẽ tăng. Trong thực tế chiều sâu lớp biến cứng thường ứng với trị số nhiệt cắt cố định. khi tăng lượng tiện dao s chiều sâu biến cứng có lúc tăng, có lúc giảm vì yếu tố quyết định là nhiệt cắt. Ngoài ra dụng cụ cắt bị mòn cũng làm tăng chiều sâu lớp biến cứng. 7.3.3 CÁC NGUYÊN NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỨNG SUẤT DƯ BỀ MẶT C7 CLCTGC CGKL 6 GVC NGUY Ễ N TH Ế TRANH - TR Ầ N QU Ố C VI Ệ T Khi cắt quá trình hình thành ứng suất dư trên lớp bề mặt quyết định bởi biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và chuyển pha trong kim lo ại, quá trình này rất phức tạp. Trong nhiều trường hợp khi thay đổi phương pháp gia công và chế độ cắt thường dẫn tới tăng ảnh hưởng của lực v à biến dạng dẻo làm tăng ứng suất dư nén, giảm ứng suất dư kéo. Thực chất có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng đến ứng suất dư lớp bề mặt, tuy nhiên rất khó xác lập quan hệ cụ thể. Nếu đánh giá một cách định tính như sau: Khi tăng tốc độ cắt cũng có thể tăng, cũng có thể giảm ứng suất tiếp. Khi v tăng từ 50 200 m/phút thường làm cho ứng suất tiếp giảm xuống. Khi bước tiến s tăng lên sẽ làm tăng chiều sâu có ứng suất dư. Khi gia công bằng dao có lưỡi, nếu cắt vật liệu giòn sẽ gây ra ứng suất dư nén, còn khi cắt vật liệu dẻo sẽ gây ra ứng suất dư kéo. Mà bằng đá mài bề mặt gia công có ứng suất dư kéo lớn, còn mài bằng đai mài có ứng suất dư nén. Trong điều kiện gia công cụ thể có thể suất hiện những ứng suất tiếp tuyến và ứng suất hướng trục trái dấu nhau. . nó bị mềm ra, lực dính kết của lưởi dao không thắng nổi lực ma sát do phoi tạo ra do đó bị cuốn đi và phoi bị mất. Do vậy lẹo dao giảm dần trong khoảng tốc độ cắt v = 60 70 m/phút và bị. chuyển động của nó không ổn định sẽ gây ra dao dộng cưởng bức của hệ thống công nghệ. Khi hệ thống công nghệ bị dao động, độ sóng và nháp nhô tế vi sẽ tăng nếu chiều sâu cắt lớn, lực cắt tăng. tăng cao. Muốn đạt được độ nhấp nhô tế vi thấp trước hết phải đảm bảo độ cứng vững của hệ thống công nghệ, điều chỉnh máy tốt và không để cho rung động của các máy sung quanh truyền tới nó, đồng