Nghiên cứu nhấp nhô bề mặt khi gia công các loại hợp kim nhôm khi tiện bằng dao thép gió sản xuất tại việt nam

Ảnh hưởng của các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt tới độ nhám bề mặt.... Chất lượng bề mặt gia công là một hàm đa biến của các yếu tố công nghệ chế độ cắt, t

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Đào Anh Dũng - Mã số: CB101278;

Học viên cao học lớp: 10B CTM;

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy;

Viện Cơ khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội

Sau hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc

biệt là sự giúp đỡ của PGS.TS Trần Thế Lục, thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp của

tôi, tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khóa học

Tôi đã quyết định chon đề tài ―Nghiên cứu nhấp nhô bề mặt khi gia công các loại hợp kim nhôm khi tiện bằng dao thép gió sản xuất tại Việt Nam‖

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng

dẫn của PGS.TS Trần Thế Lục, các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc xuất xứ rõ

ràng, không sao chép dưới mọi hình thức Nếu có vấn đề gì trong nội dung luận văn tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Người cam đoan

Đào Anh Dũng

MỤC LỤC Số Trang

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 6

PHẦN MỞ ĐẦU 8

I Tính cấp thiết của đề tài 8

II Nội dung nghiên cứu 8

III Đối tượng phạm vi nghiên cứu 8

IV Phương pháp nghiên cứu 9

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 9

1 Ý nghĩa khoa học 9

2 Ý nghĩa thực tiễn 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT GIA CÔNG CƠ KHÍ 10

1.1 Tổng quan về công trình nghiên cứu xác lập quan hệ giữa độ nhám bề mặt với thông số công nghệ 10

1.2 Khái niệm về độ nhám bề mặt 11

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 13

1.3.1 Ảnh hưởng của các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt tới độ nhám bề mặt 13

1.3.2 Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo lớp bề mặt 15

1.3.3 Ảnh hưởng do dung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng của bề mặt gia công 17

1.4 Ảnh hưởng của nhám bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy 18

1.4.1 Ảnh hưởng đến tính chống mòn 18

1.4.2 Ảnh hưởng đến độ bền mòn của chi tiết máy 20

1.4.3 Ảnh hưởng đến tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết 21

CHƯƠNG 2: NGHÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT 24

2.1 Các vật liệu dụng cụ thường dùng trong nghành chế tạo máy 24

2.1.1 Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ 24

2.1.1.1 Độ cứng 24

2.1.1.2 Độ bền cơ học 24

2.1.1.3 Tính chịu nhiệt 24

2.1.1.4 Tính chịu mòn 25

2.1.1.5 Tính công nghệ 25

2.1.2 Các loại vật liệu dụng cụ 25

2.1.2.1 Thép các bon dụng cụ 25

2.1.2.2 Thép hợp kim dụng cụ 26

2.1.2.3 Thép gió 26

2.1.2.4 Hợp kim cứng 29

2.1.2.5 Vật liệu sứ 31

2.1.2.6 Vật liệu tổng hợp 31

2.2 Cơ sở vật lý quá trình cắt kim loại 32

2.2.1 Cấu tạo tinh thê của kim loại 33

2.2.1.1 Cấu tạo nguyên tử 33

2.2.1.2 Liên kết kim loại 33

2.2.1.3 Cấu tạo mạng tinh thê của kim loại 34

2.2.2 Sự biến dạng của tinh thể 35

2.2.2.1 Biến dạng dẻo của đơn tinh thể 36

2.2.2.2 Biến dạng dẻo của đa tinh thể 37

2.2.3 Quá trình cắt và tạo phoi 39

2.2.4 Các dạng phoi 42

2.2.4.1 Phoi sếp 43

2.2.4.2 Phoi dây 43

2.2.4.3 Phoi vụn 43

2.2.5 Sự co rút phoi và cácc yếu tố ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi 44

2.2.5.1 Ảnh hưởng của vật liệu gia công 45

2.2.5.2 Ảnh hưởng của góc cắt δ 46

2.2.5.3 Ảnh hưởng của góc nghiêng chính υ 47

2.2.6 Hiện tượng lẹo dao 49

2.2.7 Kết luận 49

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ

CẮT ĐẾN ĐỘ NHẤP NHÔ BỀ MẶT CHI TIẾT SAU GIA CÔNG 55

3.1 Thiết bị thực nghiệm 55

3.1.1 Máy tiện 55

3.1.2 Máy đo độ nhám 56

3.1.3 Máy mài dao 57

3.1.4 Vật liệu làm dao 58

3.1.5 Vật liệu gia công 58

3.2 Trình tự thí nghiệm 59

3.2.1 Thí nghiệm 1 - Ảnh hưởng của v, ( t,s = const) 59

3.2.2 Thí nghiệm - Ảnh hưởng của s, (t,v = const) 60

3.2.3 Thí nghiệm 3 - Ảnh hưởng của t, (s,v = const) 60

3.3 Kết quả thì nghiệm 60

3.3.1 Thí nghiệm 1 - Ảnh hưởng của v 60

3.3.2 Thí nghiệm 2 - Ảnh hưởng của s 60

3.3.3 Thí nghiệm 3 - Ảnh hưởng của t 60

3.4 Xây dựng đồ thị 61

3.4.1 Độ thị thí nghiệm cua v 61

3.4.2 Độ thị thí nghiệm cua s 61

3.4.3 Độ thị thí nghiệm cua t 62

3.5 Phân tích kết quả thực nghiệm bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm 62

3.5.2 Xác định hàm quan hệ giữa độ nhám và vận tốc cắt v (m/ph) 65

3.5.3 Xác định hàm quan hệ giữa độ nhám và chiều sâu cắt t (mm) 67

3.6 Kết luận 69

* Kết luận quá trình thí nghiệm 69

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

4.1 Kết luận 70

4.2 Kiến nghị 70

Tài liệu tham khảo 71

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

hmin: chiều dày phoi min (mm)

hi : chiều cao nhấp nhô tế vi (m)

 : góc trượt phoi

Lực cắt và thông số khác

Px: lực chiều trục khi tiện (Kg)

Py: lực hướng kính khi tiện (Kg)

Pz lực tiếp tuyến khi tiện (Kg)

kf: mức độ biến dạng phoi

kbd: mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi

kms: mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt sau của dao K: hệ số co rút phoi

Bảng.1 Các giá trị Ra,Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề

mặt

13

Bảng.2 Thành phần hóa học của một số loại thép gió (%) 27 Bảng.3 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng 29

H.17 a: Ảnh hưởng của góc υ đến hệ số co rút phoi; b: Phương thoát phoi

H.18 Quan hệ giữa chế độ cắt và hệ số co rút phoi 49

H.20 Quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao 51 H.21 Quan hệ giữa độ dẻo của vật liệu gia công với chiều cao lẹo dao 52 H.22 Quan hệ giữa chiều dày cắt với tốc độ hình thành và chiều cao lẹo dao 52 H.23 Quan hệ giữa góc trước ó với tốc độ hình thành và chiều cao lẹo dao 53

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Chất lượng bề mặt trong gia công là một trong những yêu cầu kỹ thuật quan trọng của ngành gia công cơ khí và gắn với sự phát triển của khoa học công nghệ

Khi công nghệ càng phát triển thì chất lượng bề mặt càng được coi là yếu tố chủ chốt của công nghệ gia công Chính lẽ đó mà ngay nay, các thiết bị đo hiện đại lần lượt ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu về kiểm tra chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công

Chất lượng bề mặt gia công là một hàm đa biến của các yếu tố công nghệ (chế độ cắt, thông số hình học dụng cụ, vật liệu ) vì vậy nghiên cứu chất lượng bề mặt là nghiên cứu các yếu tố liên quan ảnh hưởng trực tiếp tới chúng

Chính vì tính cấp thiết của yếu tố này nên tôi chọn đề tài ―Nghiên cứu nhấp

nhô bề mặt khi gia công các loại hợp kim nhôm khi tiện bằng dao thép gió sản xuất

tại Việt Nam‖ làm đề tài nghiên cứu

II Nội dung nghiên cứu

Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn này có nội dung như sau:

- Tổng quan về các nghiên cứu độ nhám bề mặt

- Tổng quan về độ nhám bề mặt và ảnh hưởng của nó tới khả năng làm việc của máy

- Nghiên cứu lý thuyết về chế độ cắt và ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt

- Nghiên cứu thực nghiệm ở các chế độ cắt (v, s, t) độc lập khác nhau, lần lượt thay đổi từng thông số chế độ cắt

- Ghi chép kết quả, phân tích, tổng hợp, đưa ra mối liên hệ giữa chế độ cắt và

độ nhấp nhô bề mặt

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là tìm hiểu sự ảnh hưởng của chế độ công nghệ đối với

độ nhám bề mặt Việc nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với các điều kiện sau:

- Máy thực nghiệm: Máy tiện ET của Đài loan

- Vật liệu gia công là hợp kim nhôm Д16

- Vật liệu làm dao là mảnh thép gió sản xuất tại Việt Nam

- Đối tượng gia công là mặt trụ ngoài

- Thiết bị đo độ nhấp nhô tế vi bề mặt của hãng Mitutoyo, ký hiệu 4E

178–954-IV Phương pháp nghiên cứu

Dùng phương pháp nghiên cứu kết hợp với thực nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt với độ nhám bề mặt gia công

- Nghiên cứu thực nghiệm ở các chế độ cắt (v, s, t,) độc lập khác nhau, lần lượt thay đổi từng thông số chế độ cắt

- Ghi chép kết quả, phân tích, tổng hợp, đưa ra mối liên hệ giữa chế độ cắt và

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT GIA CÔNG CƠ KHÍ

1.1 Tổng quan về các công trình nghiên cứu xác lập quan hệ giữa độ nhám bề mặt với thông số công nghệ

Xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt ( đầu ra ) với thông số công nghệ ( đầu vào ), trên thế giới đã được nghiên cứu từ rất lâu, nhưng các kết quả thực sự của các công trình nghiên cứu này được người ta bảo mật với mục đích thương mại, các công bố, báo cáo khoa học được đăng tải chỉ đưa ra các kết quả ngiên cứu mang tính định hướng Thực ra những điều đó không có gì khó hiểu bởi vì đa số các Viện nghiên cứu thực hiện các đề tài nghiên cứu khoa học theo đơn đặt hàng của các tập đoàn công nghiệp với tính thương mại hóa

Mục đích chính của công trình nghiên cứu này là tìm ra công thức tổng quát

mối quan hệ giữa độ nhám (Ra ) với các thông số công nghệ ( v, s, t ) thông qua các

phương pháp thực nghiệm, khi gia công các loại hợp kim nhôm khi tiện bằng dao

thép gió sản xuất tại Việt Nam

Điểm chung của các công trình nghiên cứu này là các nhà nghiên cứu khoa học đều đưa ra được mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với các thông số công nghệ thông qua phương trình:

Theo Lyre ta có quan hệ giữa độ nhám với các thông số công nghệ như sau :

Ra= CR.sa.vp.tzTrong những đề tài nghiên cứu gần đây, có rất nhiều đề tài trực tiếp nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, điều đó chứng tỏ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công là rất quan trọng

Hầu hết các công trình nghiên cứu đều đi đến kết luận:

- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào tính chất hình học dụng cụ cắt và chế độ cắt

- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt

- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào độ cứng vững hệ thống công nghệ

Từ những đánh giá như trên, dự định đề tài nghiên cứu này sẽ chú trọng giải

quyết các vấn đề sau đây:

- Độ nhám bề mặt và ảnh hưởng của nó tới khả năng làm việc của chi tiết máy

- Tổng quan về quá trình cắt, chất lượng lớp bề mặt và ảnh hưởng của các yếu

tố đến chất lượng bề mặt chi tiết máy sau gia công

- Thực nghiệm và kiểm tra kết quả thực nghiệm

- Quy hoạch thục nghiệm, sử lý số liệu để tìm ra mối quan hệ

1.2 Khái niệm về độ nhám bề mặt

Tính chất hình học của bề mặt gia công được đánh giá bằng độ nhấp nhô tế

vi và độ sóng bề mặt:

- Độ nhấp nhô tế vi

Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ và sự hình thành phoi kim loại tạo

ra những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công Như vậy bề mặt gia công có độ nhám (độ nhấp nhô tế vi) Độ nhấp nhô tế vi của bề mặt gia công được đo bằng

chiều cao nhấp nhô (Rz )và sai lệch profin trung bình cộng (R a )của lớp bề mặt

Chiều cao nhấp nhô (Rz )là trị số trung bình của 5 khoảng cách từ 5 đỉnh cao

nhất đến 5 đỉnh thấp nhất của nhấp nhô bề mặt tế vi trong phạm vi chiều dài chuẩn

l(Hình1)

Hình 1:Độ nhám bề mặt

Trị số l được xác định như sau:

5

)(

)(h1 h3 h5 h7 h9 h2 h4 h6 h8 h10

R z          

5

) 10 9 ( ) 8 7 ( ) 6 5 ( ) 4 3 ( ) 2 1 (h h  h h  h h  h h  h h



Sai lệch profin trung bình cộng (Ra ) là trị số trung bình của khoảng cách từ

các đỉnh trên đường nhấp nhô tế vi tới đường trục tọa độ OX:

Độ nhấp nhô tế vi (độ nhám) bề mặt là cơ sở để đánh giá độ nhẵn bề mặt

trong phạm vi chiều dài ngắn l

Theo TCVN-1995 thì độ nhám bề mặt được chia làm 14 cấp với các trị số Ra

và Rz Trị số độ nhám bề mặt càng thấp thì bề mặt chi tiết càng nhẵn và ngược lại

Độ nhám bề mặt thấp nhất (hay độ nhẵn bề mặt cao nhất) ứng với cấp 14 (tương

ứng với Ra 0,01 m và Rz 0,05 m) Việc chọn Ra hay Rz tùy thuộc vào yêu cầu

chất lượng của bề mặt Chỉ tiêu Ra được gọi là thông số ưu tiên và được sử dụng

phổ biến nhấp do nó đánh giá chính xác và thuận lợi hơn những bề mặt có yêu cầu

độ nhám trung bình có độ nhám từ cấp 6 đến cấp 12 (Ra= 2,5  0,04 m) đối với

những bề mặt có độ nhám quá thô (cấp 1 đến 5) và rất tinh (cấp 13 và 14) thì dùng

Rz sẽ cho ta khả năng đánh giá chính xác hơn khi dùng Ra

thiện chất lượng bề mặt chi tiết máy, nhất là giảm chiều cao nhấp nhô tế vi Rz (giảm

độ nhám) để tăng độ nhẵn bóng bề mặt, cải thiện chiều sâu lớp biến cứng cũng như

độ cứng lớp bề mặt Qua thực nghiệm đã xác định được mối liên hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, và lượng tiến dao S, bán kính mũi dao và chiều dày phoi nhỏ nhất

hmin

Đường cong 1 biểu thị mối quan hệ tổng quát giữa các thông số Rz, S và r trong phạm vi S > 0,15 mm/vg

Đường 2 biểu thị mối quan hệ thực nghiệm kể cả phạm vi giá trị của lượng chạy dao S nhỏ hơn(S< 0,1 mm/vg)

Hình 2: Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi và lượng tiến dao khi tiện

Từ đường cong 2, người ta xác định được mối quan hệ giữa Rz , S và r, h min

đối với bước tiện tinh và biểu thị bằng đường cong 3

Như vậy, tùy theo giá trị thực tế S có thể xác định được mối quan hệ giữa Rz

và giá trị S, r và hmin theo công thức sau:

Khi S > 0,15 mm/vg thì giá trị chiều cao nhấp nhô

S

h r h

r

S

Trong đó hmin phụ thuộc và bán kính mũi dao

Khi lượng chạy dao quá nhỏ (S < 0,03 mm/vg) thì trị số của Rz lại tăng, nghĩa

là thực hiện bước gia công tinh không có ý nghĩa với việc cải thiện chất lượng bề

mặt chi tiết Mặt khác, với giá trị không đổi của S thì có thể đạt độ nhám bề mặt

thấp nếu vật liệu gia công có sức bền cao hơn

Hình 3: Biểu thị ảnh hưởng của hình dạng hình học và chế độ cắt tới độ nhám bề

mặt khi tiện

Ở đây, khi tiện với lượng chạy dao nhỏ (hình b) thì chất lượng bề mặt tốt hơn

so với lượng chạy dao lớn (hình a)

Cùng với lượng chạy dao như nhau thì với dao có bán kính mũi dao (hình d)

có độ nhám bề mặt thấp hơn so với dao lưỡi thẳng (hình c), nếu tăng bán kỉnh đỉnh dao thì độ nhám bề mặt giảm

Khi tăng góc nghiêng chính  thì không ảnh hưởng nhiều tới chất lượng bề mặt chi tiết

Khi giảm góc nghiêng phụ 1 thì độ nhám bề mặt tăng

Chiều sâu cắt cũng có ảnh hưởng như lượng chạy dao s đối với chiều cao

nhấp nhô tế vi, nếu bỏ qua độ đảo trục chính máy Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đối với chiều sâu lớp biến cứng giống như ảnh hưởng của S tới Rz

1.3.2 Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo lớp bề mặt

Khi vật liệu lớp bề mặt chi tiết máy bi biến dạng dẻo mạnh, các cấu trúc tinh thể nhỏ biến thành cấu trúc sợi làm b thay đổi rất nhiều hình dạng và trị số của nhấp

nhô tế vi, ở kim loại giòn, khi gia công các hạt tinh thể cá biệt bị bóc rời ra cũng làm thay đổi hình dạng nhấp nhô tế vi và làm tăng kích thước nhấp nhô tế vi

Tốc độ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết máy Khi cắt thép Cac bon ở vận tốc cắt thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách dễ, biến dạng ở lớp bề mặt không nhiều, vì vậy độ nhấp nhô tế vi thấp, độ nhám bề mặt thấp Khi tăng vận tốc cắt lên khoảng 15-20 m/ph thì nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và

có giá trị lớn, gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và sau dao kim loại bị chảy dẻo Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trước và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát

ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại biến dạng bị phá hủy, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi Lẹo dao biến mất ứng với vận tốc cắt khoảng 30-60 m/ph nên lẹo dao không hình thành được nên độ nhám bề mặt gia công giảm

Hình 4: Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz

Lượng chạy dao S ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học còn có ảnh

hưởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và đàn hồi bề mặt gia công Hình dưới mô tả

ảnh hưởng của lượng chạy dao s tới độ nhấp nhô tế vi Rz (m) Khi lượng chạy dao

S (0,02 -0,15) thì độ nhấp nhô Rz thấp nhất Nếu giảm S< 0,02 mm/vg thì độ nhấp

nhô tế vi sẽ tăng lên vì ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của yếu tố

hình học Nếu S > 0,15 mm/v thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh hưởng của yếu tố hình học làm cho độ nhám bề mặt tăng lên nhiều (đoạn BC)

Hình 5: Ảnh hưởng của lượng chạy dao s đối với chiều cao nhấp nhô tế vi Rz

1.3.3 Ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng của bề

mặt gia công

Trong nội dung của luận văn này chúng ta chỉ xét ảnh hưởng của độ rung động tới độ nhấp nhô bề mặt gia công một cách tổng quát

Qúa trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối

có chu kỳ giũa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định, hệ thống công nghệ sẽ có dao động cưỡng bức, nghĩa là các bộ phận máy khi làm việc sẽ có rung động với những tần số khác nhau, gây ra sóng dọc và sóng ngang trên bề mặt gia công với bước sóng khác nhau, (từ vài milimet đến vài phần mười milimet) Khi hệ thống công nghệ có rung động, độ sóng và độ nhấp nhô tế vi dọc sẽ tăng nếu lực cắt tăng, chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao, ví dụ như khi mài Tình trạng máy có ảnh hưởng quyết định đến độ nhám của bề mặt gia công Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp (độ nhẵn bóng

bề mặt cao) trước hết phải đảm bảo máy đủ cứng vững, phải điều chỉnh máy tốt và giảm ảnh hưởng của các máy xung quanh

Tóm lại, ảnh hưởng tổng hợp của ba nhóm yếu tố trên tới độ nhám (độ nhẵn bóng) bề mặt chi tiết máy phần lớn mang tính chất ngẫu nhiên Các số liệu khảo sát

cho biết là chiều cao nhấp nhô tế vi (Rz)có thể thay đổi đến 10 lần trong một chế độ

cắt Mặt khác, hình dạng hình học tế vi bao giờ cũng mang sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên trong quá trình cắt Người ta thường phải dùng phương pháp tính toán phân tích phức tạp để xác định hình dạng hình học tế vi của bề mặt gia công có xét đến sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên của quá trình cắt Ví dụ dùng hàm số tương quan đẻ phân tích profin thực của bề mặt gia công

1.4 Ảnh hưởng của nhám bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy

∆ = Cpx (µm)

Với C, x là hệ số và số mũ phụ thuộc điều kiện thực nghiệm (dạng tiếp xúc,

vật liệu…); p là áp suất tiếp xúc(N/mm2

) Khi hai bề mặt có chuyển động tương đối với nhau sẽ xảy ra hiện tượng trượt dẻo ở các đỉnh nhấp nhô, các đỉnh nhấp nhô bị mòn nhanh làm khe hở lắp ghép tăng lên Đó là hiện tượng mòn ban đầu Trong điều kiện làm việc nhẹ và vừa, mòn ban đầu có thể làm cho chiều cao nhấp nhô giảm 65 – 75 %; lúc đó diện tích tiếp xúc thực tăng lên và áp suất tiếp xúc giảm đi Mòn ban đầu ứng với thời gian chạy rà là kết cấu cơ khí Ở giai đoạn này hình dạng nhấp nhô và chiều cao của vết gia công cũng thay đổi Sau giai đoạn này, quá trình mài mòn trở nên bình thường và chậm Đó là giai đoạn bình thường Cuối cùng là

giai đoạn mòn kịch liệt, khi đó bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, nghĩa là cấu trúc bề mặt chi tiết bị phá hỏng Như vậy quá trình mài mòn của một cặp chi tiết máy, xét trên

cơ sở ma sát ở bề mặt tiếp xúc, thường qua ba giai đoạn : Mòn ban đầu ,mòn bình thường và mòn kịch liệt ( hình 6)

Hình 6: Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết ma sát(tiếp xúc) với nhau

Như vậy khi chế tạo chi tiết máy, nếu giảm hoặc tăng chiều cao nhấp nhô tế vi tới vị trí số tối ưu ứng với điều kiện làm việc của chi tiết, thì sẽ đạt được lượng mòn ban đầu ít nhất, qua đó cũng kéo dài tuổi thọ của chi tiết

Ở (hình 7) ta có quan hệ giữa độ mòn ban đầu (u) và trị số của sai lệch profin

trung bình cộng Ra, tùy theo điều kiệm làm việc nặng hay nhẹ Lượng mòn ban đầu

ít nhất ứng với giá trị của Ra tại các điểm Ra1 ,R a2; đó là giá trị tối ưu của Ra Nếu giá trị của R a nhỏ hơn trị số tối ưu R a1 ,R a2; thì sẽ bị mòn kịch liệt vì các phần tử kim

loại dễ bị khuếch tán Ngược lại, giá trị của Ra lớn hơn số tối ưu Ra1 ,R a2; thì lượng

mòn sẽ tăng lên vì các nhấp nhô bề mặt bị phá vỡ và cắt đứt

Tóm lại, khi thiết kế hai bề mặt ma sát với nhau phải chọn độ nhám bề mặt tối

ưu để giảm độ mòn của chúng đến mức nhỏ nhất, tùy theo điều kiện làm việc cụ thể

Hình 7: Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu (U) và sai lệch profin trung bình Ra

Đường 1 ứng với điều kiện làm việc nhẹ, đường 2 điều kiện làm viêc nặng

1.4.2 Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy

Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất là khi chi tiết máy chịu tải trọng chu kì có đổi dấu, vì ở đáy các nhấp nhô tế vi có ứng suất tập trung với trị số lớn, có khi trị số này vượt quá giới hạn mỏi của vật liệu ứng suất tập trung này sẽ gây ra vết nứt tế vi ở đáy các nhấp nhô Đó là nguồn gốc phá hỏng các chi tiết máy

Khi tiện thép 45 theo 2 yêu cầu khác nhau về độ nhám bề mặt tì sẽ nhận đc 2 giới hạn mỏi khác nhau

- Ứng với chiều cao nhấp nhô tế vi R z = 75µm thì có giới hạn mỏi là :

R z = 100µm xuống còn Rz = 0,1µm thì độ bền chịu va đập có thể tăng 17%

1.4.3 Ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết

Các chỗ lõm bề mặt do độ nhấp nhô tế vi tạo ra là nơi chứa các tạp chất như axit, muối Các tạp chất này có tác dụng ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết làm các nhấp nhô mới hình thành Quá trình ăn mòn hóa học này ở lớp bề mặt xảy ra dọc theo sườn dốc của các nhấp nhô tế vi, theo chiều từ đỉnh xuống đáy (mũi tên hình 8) các nhấp nhô, làm cho các nhô cũ bị mất đi và các nhấp nhô mới hình thành (hình 8)

Hình 8: Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết máy

Như vậy bề mặt chi tiết máy càng ít nhám (càng nhẵn bóng) thì sẽ càng ít bị ăn mòn hóa học, bán kính đáy các nhấp nhô càng lớn thì khả năng chống ăn mòn hóa

Nhấp nhô cũ Nhấp nhô mới

học của lớp bề mặt càng cao Có thể chống ăn mòn hóa học bằng cách phủ lên bề mặt chi tiết máy một lớp bảo vệ bằng phương pháp mạ (mạ crom Mạ niken) hoặc bằng phương pháp cơ khí làm chắc lớp bề mặt

1.4.4: Ảnh hưởng đến độ chính xác mối lắp ghép

Độ chính xác các mối lắp ghép trong kết cấu cơ khí phụ thuộc chất lượng bề mặt lắp ghép Độ bền các mối lắp ghép, trong đó có độ ổn định của chế độ lắp ghép giữa các chi tiết, phụ thuộc vào độ nhám của các bề mặt lắp ghép Ở đây chiều cao

nhấp nhô tế vi Rz tham gia vào trường dung sai chế tạp chi tiết máy Đối với lỗ thì dung sai của kích thước đường kính sẽ giảm một lượng là 2Rz, còn đối với trục thì lại tăng 2Rz

Trong giai đoạn mòn ban đầu (giai đoạn chạy rà) chiều cao nhấp nhô tế vi Rz,

đối với mối lắp ghép lỏng có thể giảm đi 65-75% làm khe hở lắp ghép tăng lên và

độ chính xác lắp ghép giảm đi Như vậy đối với các mối lắp ghép lỏng, để đảm bảo

độ ổn định của mối lắp ghép trong thời gian sử dụng, trước hết phải đảm bảo độ nhấp nhô tê vi (giảm độ nhám, tăng độ nhẵn bóng bề mặt), thông qua cách giảm trị

số chiều cao nhấp nhô Rz Giá trị hớp lí của chiều cao nhấp nhô Rz được xác định

theo độ chính xác của mối lắp ghép, tùy theo trị số của dung sai kích thước lắp ghép

Ví Dụ:

+ Nếu đường kính lắp ghép lớn hơn 50mm thì Rz = (0,1 – 0,15 ),

+ Nếu đường kính lắp từ 18 – 50mm thì Rz = (0,15 - 0,2),

+ Nếu đường kính lắp ghép nhỏ hơn 50mm thì Rz = (0,2 - 0,25),

Độ bền của mối lắp ghép chặt ( mối lắp có độ dôi ) có quan hệ trực tiếp với độ

nhám của bề mặt lắp ghép Chiều cao nhấp nhô tế vi Rz tăng thì độ bền của mối lắp

ghép có độ dôi ( mói lắp chặt ) giảm chẳng hạn như ở vành bánh xe lửa, độ bền mối

lắp ứng với chiều cao nhấp nhô tế vi Rz và 36,5µm sẽ thấp hơn khoảng 40% so với

độ bền cứng của mối lắp đó ừng với Rz là 18µm, vì độ dôi ở mối lắp ghép sau nhỏ

hơn ở mối lắp ghép trước khoảng 15%

Tóm lại, chất lượng của bề mặt chi tiết máy có ảnh hưởng nhiều đến khả năng làm việc và các mối lắp ghép của các chi tiếp máy trong kết cấu cơ khí Tất nhiên, mối quan hệ này rất phức tạp, cần phải được khảo sát có hiệu quả hơn, thông qua các công trình nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm sát đúng để từ đó tìm biện pháp đúng để tác động tích cực đến chất lượng bề mặt, góp phần nâng cao khả năng làm việc và đảm bảo chất lượng các mối lắp ghép của chi tiết máy Về phương diện công nghệ chết tạo máy cần đi sâu phân tích các yêu tố ảnh hưởng đến chất lượng

bề mặt chi tiết máy

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT

2.1 Các loại vật liệu dụng cụ thường dùng trong ngành chế tạo máy

Dụng cụ làm việc trong điều kiện cắt khó khăn không những phải chịu áp lực lớn, nhiệt độ cao mà còn bị mài mòn và rung động trong quá trình cắt

Việc nghiên cứu vật liệu dụng cụ (phần cắt) sẽ góp phần quan trọng trong việc lựa chọn dụng cụ khi sử dụng nó, góp phần giảm chi phí dụng cụ, tăng năng suất và đảm bảo chất lượng gia công

2.1.1 Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ

Vật liệu dụng cụ phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:

2.1.1.1 Độ cứng

Để gia công được vật liệu thì vật liệu phải có độ cứng cao hơn vật liệu gia công Lựa chọn độ cứng vật liệu dụng cụ phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu gia công

Thông thường khi gia công vật liệu có độ cứng khoảng 200 ’ 220 HB vật liệu phần cắt dụng cụ phải có độ cứng lớn hơn 60 HRC

2.1.1.2 Độ bền cơ học

Trong quá trình gia công phần cắt dụng cụ chịu tải trọng cơ học và dung động lớn, vì vậy vật liệu dụng cụ phải có sức bền cơ học tốt để tránh gãy vỡ trong quá trình gia công Vật liệu dụng cụ có sức bền cơ học càng cao thì tính năng sử dụng của nó càng tốt

2.1.1.3 Tính chịu nhiệt

Tính chịu nhiệt là một đặc tính quan trọng nhất quyết định chất lượng của loại vật kiệu dụng cụ Trong quá trình cắt nhiệt cắt lớn, phần cắt dụng cụ ngoài chịu tải trọng cơ học lớn còn chịu tải trọng nhiệt cao

Tính chịu nhiệt của vật liệu dụng cụ là khả năng giữ được đặc tính cắt (độ cứng, độ bền cơ hoc, …) ở nhiệt độ cao trong thời gian dài

Nhiệt cắt thường rất lớn có thể lên đến hàng ngàn độ C, do vậy tính chịu nhiệt là một trong những đặc tính quan trọng nhất của vật liệu dụng cụ

2.1.1.4 Tính chịu mòn

Trong quá trình cắt, mặt trước dụng cụ tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với mặt đang gia công của chi tiết, với tốc độ trượt lớn, nên vật liệu dụng cụ phải có tính chống mòn cao

Phần cắt dụng cụ khi đủ độ bền cơ học, thì dạng hỏng chủ yếu của là dụng cụ

bị mài mòn Tính chịu mòn của vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng

Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra mòn dao là hiện tượng chảy dính của vật liệu làm dao Tính chảy dính của vật liệu làm dao được đặc trưng bởi nhiệt độ chảy dính giữa hai vật liệu tiếp xúc với nhau, …

Vật liệu làm dao tốt là loại vật liệu có nhiệt độ chảy dính cao.Qua các nghiên cứu thực nghiệm, nhiệt độ chảy dính của các loại hợp kim cứng có cacbit confram (WC), cacbit titan (TiC) với thép (11000C) cao hơn các hợp kim coban với thép (6750C)

2.1.2.1 Thép cacbon dụng cụ

Thép cacbon dụng cụ phải có đủ độ cứng, tính chịu nhiệt và chịu mài mòn nên lượng cacbon trong thép không nhỏ hơn 0,7%, thường tử 0,7 ’ 1,3% và hàm

lượng P, S thấp (P < 0,035%, S < 0,025%) Độ cứng sau khi tôi và ram đạt 60 ’ 62 HRC Sau khi ủ độ cứng khoảng 107 ’ 217 HB nên dễ gia công bằng cắt gọt và gia công bằng áp lực

Nhiệt độ làm việc khoảng 2000

Các nguyên tố hợp kim Cr, W, Co, V có tác dụng tăng khả năng chịu nhiệt

và tính thấm tôi của thép hợp kim dụng cụ Nó được tôi trong dầu và chịu được nhiệt độ đến 3000

C ÷ 4000C Các loại thép hợp kim dụng cụ hiện nay được dùng chủ yếu để chế tạo các loại dụng cụ cầm tay và gia công ở tốc độ thấp v < 25 m/phút

2.1.2.3 Thép gió

Thép gió là loại thép hợp kim có hàm lượng vonfram rất cao Ngoài ra còn

có các thành phần hợp kim khác như vanadi, coban, crom để tạo nên thép gió với những tính năng đặc biệt

Thép gió là loại vật liệu dụng cụ được dùng rộng rãi Thép gió có thể cắt với tốc độ gấp 2 ’ 4 lần các loại thép cacbon dụng cụ và hợp kim dụng cụ Thép gió làm việc được ở nhiệt độ 550 ’ 6500C , vận tốc cắt đạt từ 20 m/phút ’ 50 m/phút Thành phần vonfram là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất trong thép gió Cùng với crom, vanadi chúng tạo thành với cacbon những cacbit hợp kim phức tạp Các cacbit này có đặc điểm là nâng cao tính chịu nhiệt của thép gió

Tác dụng chủ yếu của Cr là tăng độ thấm tôi, vanadi tạo thành cacbit vanadi

có độ cứng cao, tính chịu mòn cao Coban không tạo thành cacbit mà hòa tan vào sắt Khi thép gió có hàm lượng coban > 5% thì nhiệt độ làm việc của thép gió được nâng cao

Nhãn hiệu C Cr W V Co

1.Thép gió có năng suất thường

P18 0,7 ÷ 0,8 3,8 ÷ 4,4 17,5 ÷ 19,0 1,0 ÷ 1,4 — P9 0,85 ÷ 0,95 3,8 ÷ 4,4 8,5 ÷ 10,0 2,0 ÷ 2,6 —

2.Thép gió có năng suất cao

P95 1,4 ÷ 1,5 3,8 ÷ 4,4 0,9 ÷ 10,5 4,3 ÷ 5,1 — P14 4 1,2 ÷ 1,3 4,0 ÷ 4,6 13,0 ÷ 14,5 3,4 ÷ 4,1 — P18 2 0,85 ÷ 0,95 3,8 ÷ 4,4 17,5 ÷ 19,0 1,8 ÷ 2,4 — P9K5 0,9 ÷ 1,0 3,8 ÷ 4,4 0,9 ÷ 10,5 2,0 ÷ 2,6 5,0 ÷ 6,0 P9K10 0,9 ÷ 1,0 3,8 ÷ 4,4 0,9 ÷ 10,5 2,0 ÷ 2,6 9,5 ÷ 10,5 P10K5 5 1,45 ÷ 1,55 4,0 ÷ 4,6 10,0 ÷ 11,5 4,3 ÷ 5,1 5,0 ÷ 6,0 P18K5 2 0,85 ÷ 0,95 3,8 ÷ 4,4 17,5 ÷ 19,0 1,8 ÷ 2,4 5,0 ÷ 6,0 Tất cả các nhãn hiệu thép nói trên đều có hàm lượng tạp chất hạn chế:

Mn < 0,4%, Si < 0,4%, Mo < 0,5%, Ni < 0,4%, P < 0,03%, S < 0,03%

Bảng 2 Thành phần hóa học của một số loại thép gió (%)

Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện Vì vậy khi nhiệt luyện thép gió cần chú ý một số điểm sau :

- Không nung nóng thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao (nhiệt độ tôi bằng

13000C) mà phải tăng nhiệt dần dần từ 6500

C , vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém Thông thường thép gió được nung nóng qua 3 lò với nhiệt độ lần lượt là 6500

Hình 9 Sơ đồ tôi và ram thép gió

- Phạm vi sử dụng thép gió được trình bày trong bảng 2

Ký hiệu các loại thép gió thông dụng

Phạm vi sử dụng

(Vịêt Nam)

JIS (Nhật)

AISI (Mỹ)

OCT (Nga)

Dùng cho tất cả các loại dụng cụ cắt để gia công thép cacbon, thép hợp kim

Dùng để chế tạo các loại dụng cụ đơn giản, gia công các loại thép kết cấu

1.3343 85W6Mo5Cr4V

Dùng như loại trên, đặc biệt để chế tạo các loiaj dụng cụ cắt ren và dụng cụ cắt chịu va đập

SG-5-3 M3 PGM53

Dùng chế tạo các dụng cụ gia công tinh (dao tiện định hình, mũi doa, dao chuốt, dao phay), gia công các loại thép kết cấu hợp kim và không hợp kim

Dùng chế tạo các dụng cụ gia công tinh, gia công các loại thép ostenit dẻo

M4 P18K52

Dùng chế tạo các dụng cụ gia công thô

và bán tinh khi cắt các loại thép và hợp kim nóng, không rỉ

và sức bền cao

Dùng chế tạo các dụng cụ gia công thô

và bán tinh, gia công các loại thép không

các tỷ lệ, sau đó được ép thành các dạng khác nhau và thiêu kết Hiện nay HKC được dùng nhiều và phổ biến trong công nghiệp

So với các loại vật liệu dụng cụ thông thường thì HKC là loại vật liệu có độ cứng cao (80 ’ 90 HRA) và chịu được nhiệt độ cao ( 800 ’ 10000C) Do đó dụng cụ cắt bằng HKC có thể cắt đến tốc độ Vc > 100m/ph

Thành phần chủ yếu của các loại HKC là các loại bột mịn: cacbit vonfram (WC), cacbit titan (TiC), cacbit tantan (TaC) và thành phần coban (Co) làm nhiệm

vụ liên kết

Hợp kim cứng được chế tạo qua các giai đoạn chủ yếu sau:

- Tạo bột vonfram, titan, tantan nguyên chất

- Tạo ra các cacbit tương ứng từ các bột nguyên chất W, Ti, Ta là WC, TiC, TaC

- Trộn bột cacbit với bột coban theo thành phần tương ứng với các loại HKC

- ép hỗn hợp dưới áp suất lớn ( 100 ’ 140 MN/mm2 ), nung sơ bộ ở nhiệt độ

9000C trong khoảng 1 giờ

- Tạo hình theo các dạng yêu cầu

- Thiêu kết lần cuối ở nhiệt độ cao 1400 ’ 15000C trong 1 đến 3 giờ tạo thành HKC

Ở nhiệt độ cao coban nóng chảy tạo thành chất dính kết liên kết các hạt cacbit thành HKC Sau khi thiêu kết, HKC có độ cứng cao lớn hơn 85 HRC, nên chỉ

có thể gia công bằng hạt mài hoặc bằng các phương pháp đặc biệt ( điện hóa, tia lửa điện )

Độ cứng của HKC phụ thuộc vào lượng cacbit TiC, TaC và coban Coban càng nhiều thì độ cứng càng giảm, độ bền và tính dẻo càng lớn TiC, TaC càng nhiều thì độ cứng càng cao

ISO phân hợp kim cứng theo 3 nhóm chính :

- Nhóm ký hiệu P cho các loại vật liệu cắt ra phoi dây

- Nhóm ký hiệu M là loại vạn năng dùng gia công các loại vật liệu cắt ra phoi dây và phoi xếp

- Nhóm ký hiệu K dùng gia công các loại vật liệu cắt ra phoi hạt và phoi vụn Hợp kim cứng được chế tạo thành các dạng theo tiêu chuẩn (các mảnh HKC) Các mảnh đó được hàn hoặc kẹp lên thân dụng cụ tiêu chuẩn Ngày nay các mảnh HKC được phủ lên một lớp mỏng vài micromet ( µm) bằng các loại cacbit cứng như TiC, TiC/TiN (cacbit titan, nitrit titan ) Các lớp phủ làm tăng độ cứng, tính chịu mài mòn và tính chịu nhiệt của HKC ( độ cứng > 90 HRA, chịu được nhiệt độ khoảng 10000C , ứng với tốc độ cắt Vc > 300 m/ph )

2.1.2.5 Vật liệu sứ

Vật liệu sứ đã được nghiên cứu từ những năm 1930 và phát triển sau những năm 1950 Quá trình chế tạo giống như HKC Đất sét kỹ thuật ( oxit nhôm AL2O3 ) được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1400 ’ 16000

C Sau đó nghiền nhỏ thành bột mịn Bột mịn AL2O3 được ép thành các mảnh dao tiêu chuẩn và được thiêu kết

Hiện nay có 3 loại vật liệu sứ được sử dụng:

- Loại oxit nhôm thuần khiết, loại này hầu như chỉ có oxit nhôm

- Loại vật liệu sứ trộn Thành phần cơ bản của loại này vẫn là oxit nhôm ngoài ra còn trộn thêm các cacbit: TiC, TaC, WC, TiN

- Loại vật liệu sứ không có oxit Loại này được chế tạo từ nitrit silic

( Si3N4 ) có sức bền uốn cao hơn nhiều hai loại trên

Đặc tính chủ yếu của các loại vật liệu sứ là:

- Độ cứng và tính dòn cao do đó tính chịu mòn cao, tính chịu nhiệt cao được dùng cắt ở tốc độ cao

- Tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơn nguội Nếu tới dung dịch trơn nguội dễ gây nứt các mảnh sứ

- Tính dẻo kém do đó sức bền uốn thấp vì vậy vật liệu sứ không chịu được rung động, va đập cũng như lực cắt lớn

- Mài sắc mảnh sứ rất khó và chỉ có thể mài bằng đá mài kim cương

2.1.2.6 Vật liệu tổng hợp

Các loại vật liệu tổng hợp dùng làm vật liệu dụng cụ là kim cương và nitrit

Bo Các loại vật liệu này thường được gọi là vật liệu siêu cứng: Độ cứng Vicker lớn hơn 50000 N/mm2

( tức lớn hơn 50 GPa )

Kim cương tự nhiên HVm ≈ 100 GPa

Kim cương tổng hợp HVm ≈ 90 ’ 100 GPa

Kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp được sử dụng cho các dụng cụ gia công tinh để gia công các bề mặt chất lượng cao ( độ bóng và độ chính xác cao ) như dao tiện kim cương, bút sửa đá mài, …

Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphit ở áp suất và nhiệt độ cao ( khoảng 100000 atm và 25000

C )

Đối với loại vật liệu dụng cụ nền là nitrit Bo có độ cứng thấp hơn kim cương một ít nhưng sức bền nhiệt cao ( khoảng 1200 ’ 14000C ) Vật liệu dụng cụ nitrit Bo được dùng để gia công các loại thép tôi với năng suất cao hơn các loại vật liệu dụng

cụ khác

2.2 Cơ sở vật lý quá trình cắt kim loại

Đối tượng khảo sát của quá trình cắt là nghiên cứu sự biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo của vật liệu gia công và dụng cụ cắt, lực, ứng suất, công tiêu hao khi cắt, … Từ đó, xác định các quy luật ảnh hưởng của điều kiện cắt đến những đặc tính

cơ học của quá trình cắt

Nghiên cứu sự biến dạng dẻo của vật liệu gia công trong quá trình cắt là một trong những hướng nghiên cứu chủ yếu Như đã biết sự biến dạng dẻo của vật liệu gia công đồng thời rảy ra trong miền tạo phoi, ở phần phoi tiếp xúc với mặt trước của dụng cụ cũng như ở miền tiếp xúc của bề mặt gia công với mặt sau dụng cụ Trạng thái ứng suất và biến dạng giữa các vùng kể trên ở một mức nào đó ( tùy điều kiện cắt cụ thể) có quan hệ tương hỗ, do đó xác lập được mối quan hệ đó giúp ta hiểu được sâu hơn về các quy luật phức tạp của quá trình cắt

2.2.1 Cấu tạo tinh thể của kim loại

Hiện nay trong bảng tuần hoàn Mendeleep đã có hơn 100 nguyên tố hóa học, trong đó ba phần tư là kim loại Theo định nghĩa cổ điển, để phân biệt kim loại và phi kim thì kim loại là những vật thể sáng, dẻo, có thể rèn được, có tính dẫn nhiệt cao Các định nghĩa như trên chưa được hoàn toàn chính xác, hiện nay người ta cho rằng đặc điểm chủ yếu để phân biệt kim loại và phi kim là: Kim loại có hệ số nhiệt

độ của điện trở dương ( tức là khi nhiệt độ thì điện trở tăng) còn phi kim có hệ số

nhiệt độ của điện trở âm

Để có thể giải thích các tính chất của kim loại và hiểu được những hiện tựơng xảy ra trong quá trình cắt, ta cần biết cấu tạo nguyên tử và các sắp xếp các nguyên tử của kim loại

2.2.1.1 Cấu tạo nguyên tử

Như đã biết, mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạp bao gồm hạt nhân ( có chứa pronton, notron) và các điện tử tự do bao quanh nó Đặc điểm quan trọng nhất của kim loại là số điện tử hóa trị ( số điện tử ở lớp ngoài cùng đối với kim loại thông thường và lớp sát ngoài cùng đối với kim loại ở nhóm chuyển tiếp) rất ít, thường chỉ là 1, 2 Những điện tử này rễ bị bứt ra và trở thành điện tử tự do, còn nguyên tử trở thành ion dương

Điện tử tự do quyết định các tính chất đặc trưng cho kim loại như tính dẫn nhiệt, sự phản xạ ánh sáng Mặt khác điện tử tự do có trong kim loại là một đặc trưng để hình thành liên kết kim loại và nó bảo đảm cho mối liên kết này không bị biến đổi trong quá trình biến dạng dẻo, khiến cho kim loại có tính dẻo cao

2.2.1.2 Liến kết kim loại

Trong hóa học ta đã làm quen với liên kết ion ( ví dụ, muối NaCl ) trong đó lực tác dụng giữa các nguyên tử là lực hút tĩnh điện giữa các nguyên tử trái dấu ( ví

dụ, Na+

và Cl-) Mối liên kết giữa các nguyên tử ( ion ) kim loại thì khác

Như đã biết, phần lớn các nguyên tử trong kim loại tồn tại dưới dạng ion dương có các điện tử tự do bao quanh Giữa các ion dương sinh ra lực đẩy, còn

giữa các điện tử tự do và ion dương sinh ra lực hút Sự cân bằng của hai lực này

chính là cơ sở của liên kết kim loại

2.2.1.3 Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại

Các nguyên tử trong kim loại sắp xếp có trật tự Chúng đều nằm trên các mặt song song và cách đều nhau Các mặt này gọi là mặt tinh thể Tập hợp vô số các mặt tinh thể như vậy tạo thành mạng tinh thể

Để đơn giản trong việc nghiên cứu và biểu diễn các mạng tinh thể người ta

dùng ô cơ bản Ô cơ bản là phần nhỏ nhất đặc trưng cho một loại mạng tinh thể Có thể xen mạng tinh thể gồm vô số ô cơ bản sắp xếp liên tiếp nhau hợp thành

Trong các kim loại thông thường ta thường gặp 3 loại mạng tinh thể : lập

phương thể tâm, lập phương diện tâm và lục giác xếp chặt ( hình 10 )

Hình 10 Các kiểu mạng tinh thể của kim loại

Thực tế không phải ở mọi điểm của mạng tinh thể kim loại đều có cấu tạo

trật tự như đã trình bày ở trên, mà trong một số bộ phận của mạng có sự phá hủy

sắp xếp trật tự, gây nên sai lệch về mạng tinh thể Cần chú ý là những sai lệch này

luôn luôn tồn tại trong mạng, rất khó phá hủy Có nhiều nguyên nhân gây ra sai lệch trong mạng tinh thể, một trong những nguyên nhân đó là kim loại không thể nguyên chất tuyệt đối mà luôn có một lượng nhất định các nguyên tố khác Do kích thước

các nguyên tử đó khác với các nguyên tử kim loại nền do đó nó làm mất đi sự sắp

xếp trật tự kim loại

Nói chung những sai lệch về mạng tinh thể chiếm tỷ lệ rất thấp ( thường không quá 1 ’ 2% thể tích mạng ) nhưng có ảnh hưởng rất lớn đến cơ tính kim loại

2.2.2 Sự biến dạng của tinh thể

Biến dạng là quá trình làm thay đổi hình dạng của kim loại do tác dụng của tải trọng bên ngoài hay của các hiện tương vật lý

Khi tác dụng tải trọng bên ngoài lên kim loại, tùy theo mức độ chất tải, kim loại có thể biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo hoặc bị phá hủy

Biến dạng đàn hồi là biến dạng bị mất đi sau khi bỏ tải trọng Biến dạng đàn hồi xảy ra khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn tải trọng ứng với giới hạn đàn hồi

Trên biểu đồ kéo ( hình 11 ) biến dạng đàn hồi ứng với đoạn thẳng Khi tác dụng tải trọng nhỏ hơn PP kim loại bị kéo dài ra một đoạn nào đó tỷ lệ thuận với tải trọng nhưng khi bỏ tải trọng đi thì kim loại trở lại với kích thước ban đầu

Hình 11 Sơ đồ kéo kim loại