Chất lƣợng bề mặt chi tiết gia cụng đƣợc đỏnh giỏ bằng nhiều yếu tố đặc trƣng nhƣ: Hỡnh dỏng lớp bề mặt: độ súng, độ nhỏm, ...Trạng thỏi và tớnh chất cơ lý lớp bề mặt: độ cứng, chiều sõu lớp biến cứng, ứng suất dƣ ...Phản ứng của lớp bề mặt đối với mụi trƣờng làm việc: tớnh chống mũn, khả năng chống xõm thực hoỏ học, độ bền mỏi....
(2.24)
47
Thụng số điển hỡnh đặc trƣng cho chất lƣợng bề mặt là độ nhỏm bề mặt. Độ nhỏm bề mặt bị ảnh hƣởng rất nhiều thụng số và điều kiện gia cụng trong quỏ trỡnh gia cụng (chế độ cắt, dung dịch tƣới nguội, rung động, dụng cụ cắt, vật liệu gia cụng, lực cắt, nhiệt cắt...) hỡnh 2.5. Trong cỏc thụng số ảnh hƣởng tới độ nhỏm bề mặt ảnh hƣởng của chế độ cắt đặc trƣng nhất, dễ kiểm soỏt và ảnh hƣởng tới tất cả thụng số khỏc (lực cắt, rung động, nhiệt cắt...). Do đú nghiờn cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt trong gia cụng tới nhỏm bề mặt là cần thiết và quan trọng trong kiểm soỏt điều kiện cắt tối ƣu trong gia cụng núi chung và phay cao tốc núi riờng.
Độ nhỏm bề mặt và độ búng bề mặt là thụng số đặc trƣng đƣợc sử dụng phổ biến và rộng rói trong cụng nghiệp. Độ nhỏm bề mặt đó đƣợc định nghĩa trong khỏi niệm trong thuật ngữ đo lƣờng bề mặt: nhƣ cấu trỳc bề mặt, bề mặt thực, nhấp nhụ, độ rộng nhấp nhụ, độ rộng nhấp nhụ trờn mặt cắt, độ súng, chiều cao súng, độ rộng của súng, vết, nứt và chiều dài lấy mẫu. Độ nhỏm bề mặt đƣợc xỏc định bằng thụng số sau:
Độ nhấp nhụ tế vi đƣợc đỏnh giỏ bằng chiều cao nhấp nhụ Rz hoặc sai lệch profin trung bỡnh cộng Ra.
Rz là chiều cao nhấp nhụ trung bỡnh giữa 5 điểm cao nhất và 5 điểm thấp nhất của profin được đo trong phạm vi chiều dài chuẩn l [6]. Chiều dài chuẩn l là chiều dài của phần bề mặt đƣợc chọn để đo độ nhỏm bề mặt. Trị số Rz đƣợc xỏc định nhƣ sau: 5 10 1 i i z h R
Sai lệch profin trung bỡnh cộng Ra là trung bỡnh số học cỏc giỏ trị tuyệt đối của khoảng cỏch từ cỏc điểm trờn profin đến đường trung bỡnh, được đo theo phương phỏp tuyến với đường trung bỡnh [6].
Đƣờng trung bỡnh là đƣờng đƣợc xỏc định sao cho tổng diện tớch của cỏc hỡnh mà profin làm với đƣờng trung bỡnh ở phớa trờn bằng tổng diện tớch của cỏc hỡnh mà profin làm với đƣờng trung bỡnh ở phớa dƣới trong phạm vi chiều dài chuẩn l. Ra đƣợc tớnh gần
đỳng: n i a y n R 1 1 và đƣợc tớnh chớnh xỏc: l i a y l R 0 1 .dy
Theo tiờu chuẩn nhà nƣớc thỡ độ nhấp nhụ bề mặt đƣợc chia làm 14 cấp ứng với giỏ trị của Rz và Ra.
Bước trung bỡnh của cỏc nhấp nhụ profin-Sm : là giỏ trị trung bỡnh của bƣớc nhấp
nhụ profin trong giới hạn chiều dài chuẩn l.
(2.26)
(2.27)
48
∑
Bước trung bỡnh của cỏc nhấp nhụ theo đỉnh S : là giỏ trị trung bỡnh khoảng cỏch giữa cỏc đỉnh của nhấp nhụ trong giới hạn chiều dài chuẩn l.
∑
a. Ảnh hưởng của cỏc yếu tố mang tớnh in dập hỡnh học của dụng cụ cắt và chế độ cắt
Mối quan hệ giữa cỏc yếu tố mang tớnh in dập hỡnh học của dụng cụ cắt và chế độ cắt với chất lƣợng bề mặt chi tiết mỏy đó đƣợc nghiờn cứu thực nghiệm cụ thể với cỏc phƣơng phỏp tiện, phay, mài...Từ đú, cú nhiều biện phỏp cụng nghệ thớch hợp nhằm cải thiện chất lƣợng bề mặt, nhất là để giảm độ nhỏm (Rz) hoặc tăng độ nhẵn búng bề mặt.
Với phƣơng phỏp tiện, qua thực nghiệm, ngƣời ta đó xỏc định mối quan hệ giữa cỏc thụng số: độ nhấp nhụ tế vi Rz, lƣợng tiến dao S, bỏn kớnh mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất cú thể cắt đƣợc hmin. Tựy theo giỏ trị thực tế của lƣợng chạy dao S mà ta cú thể xỏc định mối quan hệ trờn nhƣ sau[6].
- Khi S > 0.15 mm/vũng thỡ:
- Khi S < 0.1 mm/vũng thỡ:
Ở đõy, hmin phụ thuộc bỏn kớnh r của mũi dao:
+ Nếu mài lƣỡi cắt bằng đỏ kim cƣơng mịn, lỳc đú r = 10 àm thỡ hmin = 4 àm.
+ Mài dao hợp kim cứng bằng đỏ thƣờng nếu r = 40 àm thỡ hmin > 20 àm.
- Khi S quỏ nhỏ (S< 0,03 mm/vũng) thỡ trị số của Rz lại tăng, tức là khi gia cụng tinh với S quỏ nhỏ sẽ khụng cú ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lƣợng bề mặt chi tiết vỡ
xẩy ra hiện tƣợng trƣợt mà khụng tạo thành phoi. Chiều sõu cắt t cũng cú ảnh hƣởng tƣơng tự nhƣ lƣợng chạy dao đối với chiều cao nhấp nhụ tế vi, nếu bỏ qua độ đảo của trục chớnh mỏy.
Cỏc thụng số hỡnh học của lƣỡi cắt, đặc biờt là gúc trƣớc và độ mũn dụng cụ cú ảnh hƣởng tới Rz, khi tăng thỡ Rz giảm, độ mũn dụng cụ tăng thỡ Rz tăng.
Xột ảnh hƣởng của hỡnh dỏng hỡnh học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến chất lƣợng bề mặt khi tiện:
(2.30)
(2.31)
Hỡnh 2.13 Ảnh hưởng của hỡnh dỏng hỡnh học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhỏm bề mặt khi tiện[6]
(2.28)
49
- Sau một vũng quay của phụi dao tiện dịch chuyển 1 đoạn là S1 từ vị trớ 1 đến vị trớ 2 hỡnh 2.13a, trờn bề mặt kim loại sẽ bị chừa lại phần kim loại m chƣa bị hớt đi bởi dao, chiều cao nhấp nhụ Rz đƣợc xỏc định bởi S1 và hỡnh dạng hỡnh học của dao cắt.
- Nếu giảm lƣợng chạy dao thỡ chiều cao nhấp nhụ cũng giảm đi hỡnh.2.13b.
- Thay đổi giỏ trị gúc và 1 khụng những làm thay đổi chiều cao nhấp nhụ mà cũn làm thay đổi cả hỡnh dạng nhấp nhụ hỡnh 2.13c.
- Nếu bỏn kớnh mũi dao cú dạng trũn r1 thỡ nhấp nhụ cũng cú đỏy lừm trũn hỡnh 2.13d. - Nếu tăng bỏn kớnh mũi dao lờn r2 thỡ chiều cao nhấp nhụ Rz sẽ giảm hỡnh 2.13e.
- Khi bỏn kớnh đỉnh r nhỏ và lƣợng chạy dao S lớn, ngoài phần cong của lƣỡi cắt, phần thẳng cũng tham gia vào việc ảnh hƣởng đến hỡnh dạng chiều cao nhấp nhụ hỡnh 2.13f.
b. Ảnh hưởng của cỏc nguyờn nhõn biến dạng dẻo của lớp bề mặt
Khi lớp bề mặt của vật liệu gia cụng bị biến dạng dẻo mạnh, cỏc cấu trỳc tinh thể nhỏ biến thành cấu trỳc sợi, làm hỡnh dỏng và độ nhỏm bề mặt thay đổi rất nhiều. Mức độ biến dạng phụ thuộc vào vật liệu gia cụng, chế độ cắt, dung dịch trơn nguội v.v...
- Tốc độ cắt v là yếu tố quan trọng nhất, ảnh hƣởng đến độ nhỏm bề mặt của chi tiết mỏy:
Khi cắt thộp Cỏc bon ở vận tốc thấp, nhiệt cắt khụng cao, phoi kim loại tỏch dễ, biến dạng của lớp bề mặt khụng nhiều, vỡ vậy độ nhỏm bề mặt thấp. Khi tăng vận tốc đến khoảng v =20-40 (m/phỳt) thỡ nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và cú giỏ trị lớn gõy ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trƣớc và mặt sau của dao kim loại bị chảy dẻo.
Khi lớp kim loại bị nộn chặt ở mặt trƣớc và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sỏt ở vựng cắt sẽ hỡnh thành hiện tƣợng lẹo dao và lẹo dao thỡ làm tăng độ nhỏm bề mặt gia cụng, nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bị nung núng nhanh hơn, vựng kim loại biến dạng bị phỏ hủy, lực dớnh của lẹo dao khụng thắng nổi lực ma sỏt của dũng phoi và lẹo dao bị cuốn đi (lẹo dao bị biến mất khi v= 30-60m/phỳt). Khi v>60(m/phỳt) thỡ lẹo dao khụng hỡnh thành đƣợc nờn độ nhỏm của bề mặt gia cụng giảm và độ nhẵn búng tăng.
Khi gia cụng kim loại giũn (gang) cỏc mảnh kim loại bị trƣợt và vỡ ra khụng cú thứ
tự làm tăng độ nhấp nhụ tế vi bề mặt, tăng vận tốc cắt sẽ giảm đƣợc hiện tƣợng vỡ vụn của kim loại, làm giảm độ nhấp nhụ tế vi bề mặt gia cụng.
- Lượng chạy dao S là thành phần thứ hai của chế độ cắt ảnh hƣởng nhiều đến chiều cao nhấp nhụ Rz . Điều đú khụng những do liờn quan về hỡnh học của dao mà cũn liờn quan đến biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi của lớp bề mặt.
Khi gia cụng thộp Cacbon, với giỏ trị lƣợng chạy dao S=0,02-0,15 mm/vũng thỡ bề mặt gia cụng cú độ nhấp nhụ tế vi thấp nhất. Nếu giảm S< 0,02 mm/vũng thỡ độ nhấp nhụ tế vi giảm vỡ ảnh hƣởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hƣởng của cỏc yếu tố hỡnh học.
50
Nếu S > 0,15 mm/vũng thỡ biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hƣởng đến sự hỡnh thành cỏc nhấp nhụ tế vi, kết hợp với ảnh hƣởng của cỏc yếu tố hỡnh học làm cho độ nhỏm bề mặt tăng lờn nhiều.
Nhƣ vậy để đảm bảo đạt độ nhẵn búng bề mặt và năng suất cao thỡ nờn chọn giỏ trị lƣợng chạy dao S = 0,02 - 0,15mm/vũng đối với thộp cỏc bon.
- Chiều sõu cắt t cũng cú ảnh hƣởng tƣơng tự nhƣ lƣợng chạy dao S đến độ nhỏm bề mặt chi tiết gia cụng, nhƣng trong thực tế ngƣời ta thƣờng bỏ qua ảnh hƣởng này, vỡ vậy trong quỏ trỡnh gia cụng ngƣời ta chọn trƣớc chiều sõu cắt t. Nhƣng khụng nờn chọn giỏ trị chiều sõu cắt quỏ nhỏ vỡ lƣỡi cắt sẽ bị trƣợt và cắt khụng liờn tục t ≥ 0,02-0,03 mm.
- Tớnh chất của vật liệu cũng cú ảnh hƣởng đến độ nhỏm của bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thộp ớt Cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhỏm bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giũn. Khi gia cụng Thộp cacbon, để đạt độ nhỏm bề mặt thấp, ngƣời ta thƣờng tiến hành thƣờng húa ở nhiệt độ 850-8700c (hoặc tụi thấp) trƣớc khi gia cụng, để cải thiện điều kiện cắt và nõng cao tuổi thọ của dụng cụ cắt ngƣời ta thƣờng tiến hành ủ ở 9000c trong 5 giờ để cấu trỳc kim loại cú hạt nhỏ và đồng đều.
c. Ảnh hưởng của cỏc nguyờn nhõn do rung động của hệ thống cụng nghệ
Hiện tƣợng rung động trong quỏ trỡnh cắt sẽ tạo ra chuyển động tƣơng đối cú chu kỳ giữa dụng cụ cắt và bề mặt chi tiết gia cụng, gõy nờn độ súng và độ nhỏm trờn bề mặt gia cụng.
Sai lệch của cỏc bộ phận mỏy làm cho chuyển động của nú khụng ổn định, gõy ra dao động cƣỡng bức của hệ thống cụng nghệ và làm cho độ súng và độ nhấp nhụ tế vi tăng lờn nếu chiều sõu cắt lớn, lực cắt tăng và tốc độ cao.
Muốn đạt Rz nhỏ phải đảm bảo độ cứng vững của hệ thống cụng nghệ, điều chỉnh mỏy tốt, nõng cao độ chớnh xỏc của cỏc chi tiết chuyển động, cõn bằng cỏc chi tiết cú chuyển động quay, dựng cỏc cơ cấu giảm rung, nền giảm rung...
Ngoài dao động cƣỡng bức, khi cắt cũn tồn tại hiện tƣợng tự rung. Hiện tƣợng này do chớnh bản thõn quỏ trỡnh chuyển động cắt gõy ra và tự kết thỳc khi chuyển động cắt ngừng.
Để giảm hiện tƣợng tự rung cú thể thay đổi hỡnh dỏng hỡnh học của dao sao cho lực cắt giảm theo phƣơng cú rung động; chọn chế độ cắt hợp lý để lực cắt theo phƣơng cú rung động giảm...
51
d. Ảnh hưởng độ đảo dụng cụ cắt tới độ nhỏm bề mặt
Trong quỏ trỡnh gia cụng việc lựa chọn kiểu đài gỏ dao và phƣơng phỏp gỏ dao ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng bề mặt và độ chớnh xỏc của chi tiết gia cụng. Đặc biệt đối với gia cụng cao tốc vấn đề này càng quan trọng vỡ trong quỏ trỡnh gia cụng nếu độ đảo khụng đảm bảo sẽ ảnh hƣởng rất lớn tới chất lƣợng, độ chớnh xỏc, mũn dụng cụ và độ ổn định trong gia cụng.
Một số nhà nghiờn cứu đó nghiờn cứu ảnh hƣởng độ đảo ảnh hƣởng tới độ nhỏm bề mặt chi tiết gia cụng[52].
Theo hỡnh 2.16 cho thấy khi tăng độ đảo và lƣợng chạy dao độ nhỏm bề mặt cũng tăng. Tuy vậy, cũng dễ nhận ra khi độ đảo tăng dần độ nhỏm bề mặt tăng, tiếp tục tăng độ đảo thỡ độ nhỏm cú xu hƣớng giảm sinh ra độ súng bề mặt.