2.2.1. Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ.
Hệ thống công nghệ (Máy – Dao – Đồ gá – chi tiết gia công) là một hệ thống
đàn hồi. Sự thay đổi các giá trị biến dạng đàn hồi dưới tác dụng của lực cắt sẽ gây ra sai số kích thước và sai số hình dáng hình học của chi tiết gia công.
Lực cắt thay đổi là do lượng dư gia công không cốđịnh, tính chất cơ lý của vật liệu gia công không cố định và do mòn dao. Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ phụ thuộc vào lực cắt và độ cứng vững của bản thân hệ thống đó.
2.2.1.1. Độ cứng vững của hệ thống công nghệ.
Độ cứng vững của hệ thống công nghệ là khả năng chống lại biến dạng của nó do ngoại lực gây ra.
Độ cứng vững của hệ thống công nghệđược biểu diễn định lượng bằng công thức sau:
J =
y Py
Ởđây: J – độ cứng vững (kN/m hoặc kG/mm)
Py – Lực tác dụng theo phương hướng kính của bề mặt gia công (kN hoặc kG)
y – lượng dịch chuyển của mũi dao theo phương tác dụng của lực (mm)
2.2.1.2. Biến dạng tiếp xúc và biến dạng của chi tiết gia công.
Lượng biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ (hoặc của các phần tử
trong hệ thống) phụ thuộc vào biến dạng của bản thân các chi tiết và biến dạng tiếp xúc của các bề mặt lắp ghép. Biến dạng của bản thân chi tiết (biến dạng kéo, biến dạng nén, biến dạng uốn, biến dạng xoắn hoặc tổng hợp các biến dạng đó) được tính theo các công thức của sức bền vật liệu hoặc theo thuyết bền đàn hồi.
2.2.1.3. Ảnh hưởng do sai số của phôi.
Khi gia công, dao bị mòn do lực cắt Py và biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ tăng lên, do đó kích thước của chi tiết máy cũng bị biến động. Còn sự
biến động của độ cứng vật liệu và lượng dư gia công sẽ gây ra sai số hình dáng hình học của chi tiết. Hơn nữa, trong thực tế cũng tồn tại hiện tượng in dập (di truyền công nghệ) sai số hình dáng hình học cùng tính chất của phôi và chi tiết gia công nhưđộ ôvan, độ côn, độđảo, ....
2.2.2. Ảnh hưởng do độ chính xác của máy công cụ.
Thông thường máy công cụ có những sai số hình học như sau: - Độđảo hướng kính của trục chính.
- Độđảo của lỗ trục chính. - Độđảo mặt đầu của trục chính.
- Các sai số của các bộ phận khác như sống trượt, bàn máy...
Các sai số trên đây sẽ phản ánh một phần hoặc toàn bộ lên chi tiết gia công dưới dạng sai số hệ thống. Việc hình thành các bề mặt gia công là do chuyển động cưỡng bức của các bộ phận như trục chính, bàn máy hoặc bàn dao... Nếu các chuyển động này có sai số chúng sẽ phản ánh lên bề mặt của chi tiết gia công.
2.2.3. Ảnh hưởng của các sai sốđồ gá.
Sai số chế tạo và lắp ráp của đồ gá cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công. Các chi tiết quan trọng của đồ gá như chi tiết định vị, dẫn hướng, so dao... Nếu có sai số do chế tạo hoặc do mòn sẽ làm thay đổi vị trí tương đối giữa máy – dao – chi tiết, do đó cũng gây ra sai số gia công. Sai số này có thể xác định
được bằng tính toán dựa vào dung sai của các chi tiết chủ yếu của đồ gá hoặc có thể
dựa vào kích thước thực tế của các chi tiết đó khi chế tạo.
Nhìn chung tốc độ mòn của đồ gá cũng như máy công cụ là rất chậm, vì vậy sai số về hình học của đồ gá sẽ phản ánh lên các chi tiết được gia công là như nhau và mang tính hệ thống. Ngoài ra, sai số do lắp ráp đồ gá lên máy cũng gây ra sai số
gia công vì nó làm mất vị trí chính xác của đồ gá so với dụng cụ cắt.
2.2.4. Ảnh hưởng của sai số của dụng cụ cắt.
Độ chính xác chế tạo dụng cụ cắt, mức độ mài mòn của nó và sai số gá đặt trên máy dều ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Khi gia công bằng các dụng cụ định kích thước (ví dụ như mũi khoan, mũi khoét, dao doa, dao chuốt...) thì sai số
của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công. Khi gia công rãnh then bằng dao phay ngón, dao phay đĩa thì sai số đường kính và bề rộng của dao cũng
ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác chiều rộng của rãnh then.
Sai số bước ren, góc nâng của ren, góc đỉnh ren, đường kính trung bình của các loại tarô và bàn ren đều phản ánh trực tiếp lên ren gia công.
Khi gia công các mặt định hình bằng các loại dao định hình (như dao tiện
định hình, dao phay răng môđun) thì sai số profin của dao sẽ gây ra sai số hình dạng bề mặt.
Ngoài sai số chế tạo, trong quá trình cắt dao sẽ bị mòn và ảnh hưởng rất lớn
đến độ chính xác gia công.
2.2.5. Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của máy.
Khi máy làm việc, các bộ phận khác nhau của nó bị nung nóng chủ yếu là do nhiệt ma sát, nhiệt phát ra từ động cơ và hệ thống thủy lực. Nhiệt độ của các bộ
phận khác nhau có thể chênh lệch trong khoảng 10÷150C, trong đó nhiệt độở hai ổ
trục chính có giá trị lớn nhất và có ảnh hưởng lớn nhất đến độ chính xác gia công. Nhiệt độ tăng lên làm cho tâm trục chính xê dịch theo cả hai phương ngang và
đứng. Do đó các chi tiết gia công ở đầu và cuối ca làm việc sẽ có các kích thước khác nhau.
2.2.6. Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt.
Khi cắt, nhiệt cắt truyền vào dao với tỷ lệ không lớn (10÷20%). Tuy nhiên, tỷ lệ nhiệt này cũng gây ra biến dạng đáng kể của dao cắt. Sự giãn nở chiều dài dao sẽ làm thay đổi vị trí dao đã được điều chỉnh và gây ra sai số gia công.
2.2.7. Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chi tiết.
Một phần nhiệt ở vùng cắt được truyền vào chi tiết gia công, làm cho nó biến dạng và gây ra sai số gia công. Nếu chi tiết nung nóng đều thì chỉ gây ra sai số kích thước, còn nếu nó bị nung nóng cục bộ, không đều thì ngoài sai số kích thước còn gây ra sai số hình dáng. Nhiệt độđược truyền vào chi tiết phụ thuộc vào chếđộ cắt. Ví dụ, khi tiện với tốc độ cắt và lượng chạy dao cao, có nghĩa là rút ngắn thời gian tác động nhiệt tới chi tiết gia công thì nhiệt độ giảm. Chẳng hạn, khi tăng tốc độ cắt
từ 30 đến 150m/phút với chiều sâu cắt không đổi 3mm và lượng chạy dao 0,44mm/vòng thì nhiệt độ của chi tiết giảm.
2.2.8. Ảnh hưởng của rung động trong quá trình cắt.
Rung động của hệ thống công nghệ trong quá trình cắt làm cho vị trí tương
đối giữa dao cắt và chi tiết gia công thay đổi theo chu kỳ, do đó ghi lại trên bề mặt chi tiết hình dáng không bằng phẳng. Nếu sai số rung động thấp, biên độ lớn sẽ sinh ra độ nhám bề mặt. Ngoài ra, do rung động chiều sâu cắt, tiết diện phoi và lực cắt sẽ
tăng, giảm theo chu kỳ làm ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Rung động có hai loại: rung động cưỡng bức và tự rung động.
a. Rung động cưỡng bức.
Nguyên nhân gây ra rung động cưỡng bức là do các lực kích thích từ bên ngoài truyền vào. Rung động cưỡng bức có thể có hoặc không có chu kỳ tùy theo lực kích thích có hoặc không có chu kỳ. Nguồn gốc sinh ra rung động cưỡng bức là:
- Các chi tiết máy, dao hoặc chi tiết gia công quay nhanh nhưng không được cân bằng tốt.
- Các chi tiết truyền động trong máy có sai số lớn. - Lượng dư gia công không đều.
- Bề mặt tiếp xúc có khe hở lớn.
Để giảm rung động người ta thường sử dụng các biện pháp sau đây: - Nâng cao độ cứng của hệ thống công nghệ.
- Giảm lực truyền động cần phải được gia công với độ chính xác cao. - Các chi tiết quay nhanh cần được cân bằng tốt.
- Tính cắt không liên tục.
- Khi gia công các chi tiết có độ chính xác cao cần phải có cơ cấu giảm rung và có nền giảm rung cách ly với bên ngoài.
b. Rung động tự phát (tự rung)
Tự rung hay là rung động sinh ra bởi quá trình cắt và nó được duy trì bởi lực cắt. Khi ngừng cắt thì hiện tượng tự rung cũng kết thúc.
- Không nên cắt lớp phoi quá rộng và quá mỏng.
- Chọn chếđộ cắt hợp lý sao không nằm trong vùng có xuất hiện lẹo dao. - Thay đổi hình dáng hình học của dao sao cho giảm lực cắt ở phương có rung
động.
- Dùng dung dịch bôi trơn nguội để giảm bớt mòn dao. - Nâng cao độ cứng của hệ thống công nghệ.
- Sử dụng các cơ cấu giảm rung.
2.2.9. Ảnh hưởng của phương pháp gá đặt
Để gia công được trên máy, chi tiết phải được định vị và kẹp chặt. Hai quá trình này (định vị và kẹp chặt) được gọi là gá đặt. Bản thân gá đặt này cũng sai số
và ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công. Sai số gá đặt bao gồm:
- Sai số chuẩn εc - Sai số kẹp chặt εk - Sai sốđồ gá εñg
Sai số gá đặt εñg được tính theo công thức: ñg
ε = εc+ εk+ εñg
2.2.10. Ảnh hưởng của dụng cụđo và phương pháp đo
Dụng cụ đo và phương pháp đo cũng gây ra sai số và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công.
Bản thân dụng cụ đo khi chế tạo cũng có sai số, do đó khi dùng nó để xác định
độ chính xác của chi tiết sẽ cho ta kết quả không chính xác.
Ngoài ra phương pháp đo (gá chi tiết gia công lên dụng cụđo hoặc đồ gá, sau đó
điều chỉnh chuỗi kích thước rồi thực hiện phép đo) cũng gây ra sai số và ảnh hưởng
đến độ chính xác gia công.
Để giảm bớt ảnh hưởng của đo lường đến độ chính xác gia công cần phải chọn dụng cụđo và phương pháp đo hợp lý.
2.3. Khả năng đạt độ chính xác của các phương pháp gia công cắt gọt
2.3.1. Các phương pháp cắt gọt sử dụng dụng cụ cắt có thông số hình học cốđịnh định
Hiện nay, việc gia công bằng phương pháp cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt cố định vẫn chiếm một tỷ lệ lớn trong quá trình gia công chế tạo các sản phẩm cơ khí. Đó là các phương pháp gia công như Tiện, Phay, Bào, Khoan, Khét, Doa... Mỗi phương pháp gia công cho một độ chính xác khác nhau nhưng nói chung là độ
chính xác gia công của các phương pháp này vẫn thấp, đạt độ chính xác cao nhất khoảng cấp 7, do các yếu tố sau:
- Tốc độ gia công thấp nên chất lượng bề mặt chi tiết chưa cao - Do chiều sâu cắt tới hạn lớn (Lớn hơn 0,02mm).
- Thường gia công các vật liệu chưa qua nhiệt luyện nên chất lượng bề mặt gia công thấp.
Do đó, trong các quá trình gia công đòi hỏi độ chính xác cao thì các quá trình trên vẫn chưa đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra mà chỉ đóng vai trò là các nguyên công gia công thô hoặc gia công trước nhiệt luyện, chuẩn bị cho quá trình gia công có độ chính xác cao hơn như Mài, Nghiền, Khôn…
2.3.2. Mài và các phương pháp gia công sử dụng hạt mài
Mài và các phương pháp gia công bằng vật liệu hạt mài như Nghiền, Khôn, Mài siêu tinh xác là các phương pháp gia công tinh cho độ chính xác gia công cao. Bằng phương pháp mài, có thể gia công đwợc chi tiết đạt độ chính xác cấp 6 - 7, độ
bóng ∇8 -∇10, do đó có thể sử dụng cho gia công lần cuối. Với các phương pháp gia công khác còn có thể đạt độ chính xác cao hơn nữa. Do vậy đây là các phương pháp được sử dụng chủ yếu để gia công các chi tiết đạt độ chính xác cao và rất cao. Sở dĩ các phương pháp gia công này đạt độ chính xác gia công cao vì một số
nguyên nhân sau:
Chiều sâu cắt trong các nguyên công này rất nhỏ. Chiều sâu cắt khi mài từ 2- 20 µm, khi nghiền và khôn còn nhỏ hơn nữa.
2.3.3. Các phương pháp gia công truyền thống có sử dụng máy CNC và dụng cụ cắt tiên tiến cụ cắt tiên tiến
Độ chính xác gia công phụ thuộc nhiều vào máy công cụ được sử dụng để
gia công chi tiết. Ngày nay, với sự ra đời của các máy CNC, độ chính xác gia công cơ khí đã được tăng lên đáng kể, đặc biệt khi gia công bằng các dụng cụ cắt vật liệu mới có tính năng sử dụng tốt hơn. Đó là do:
- Máy CNC có độ chính xác rất cao. Độ chính xác của các máy CNC cao hơn rất nhiều sơ với các máy công cụ truyền thống. Sai số dịch chuyển chạy dao trong máy CNC là 1µm với các máy Trung tâm gia công (Machinning Center) và 0,1µm cho các Trung tâm mài (Grinding Center).
- Có thể cắt với tốc độ cắt cao hơn nhiều so với máy truyền thống. Hiện nay, các máy CNC đã có tốc độ trục chính lên tới 30.000v/ph. Với tốc độ trục chính cao như vậy, có thể gia công cát gọt kim loại với tốc độ cao, điều này làm cho chất lượng bề mặt cao hơn qua đó góp phần làm tăng độ chính xác gia công.
2.4. Độ nhám bề mặt 2.4.1. Khái niệm: 2.4.1. Khái niệm:
Bề mặt sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà có những mấp mô. Những mấp mô này là do quá trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết khi gia công cắt gọt và vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt gia công là ảnh hưởng của chấn
động khi cắt và nhiều nguyên nhân khác. Các mấp mô này có thể là độ nhám bề
mặt, độ sóng bề mặt hay sai lệch hình dạng của bề mặt.
Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo ra những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công. Như vậy, bề mặt có độ nhám.
Độ nhám bề mặt được đánh giá qua: + Chiều cao nhấp nhô Rz.
+ Sai lệch prôfin trung bình cộng Ra.
* Chiều cao nhấp nhô Rz :là trị số trung bình của tổng chiều cao 5 đỉnh cao nhất và chiều sâu 5 đáy thấp nhất của prôfin tính trong phạm vi chiều dài chuẩn đo l. Trị số Rz được xác định như sau:
* Sai lệch prôfin trung bình cộng Ra: là trung bình số học các giá trị tuyệt đối của khoảng cách từ các điểm trên profin đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình.
Trị số Ra được xác định như sau:
- Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc của chi tiết máy.
2.4.2. Các yếu tốảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 2.4.2.1. Lực cắt 2.4.2.1. Lực cắt
2.4.2.1.1. Khái niệm về lực cắt
Trong quá trình cắt kim loại, để tách được phoi và thắng được ma sát cần phải có lực. Lực sinh ra trong quá trình cắt là động lực cần thiết nhằm thực hiện quá trình biến dạng và ma sát.
Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình cắt kim loại có ý nghĩa cả lý thuyết lẫn thực tiễn. Trong thực tế, những hiểu biết về lực cắt rất quan trọng để thiết kế
dụng cụ cắt, đồ gá, tính toán thiết kế máy móc thiết bị,... Dưới tác dụng của lực và 5 ) ... ( ) ... (h1 h3 h9 h2 h4 h10 Rz= + + + + + + + ∑ = = n i i a y n R 1 1
nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muồn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ