Độ nhám bề mặt ảnh hưởng lớn đến tính chống mòn, độ bền mỏi, tính chống
ăn mòn hoá học và độ chính xác mối ghép của chi tiết máy. 2.9.3.1.Ảnh hưởng đến tính chống mòn của chi tiết máy
Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng ma sát và độ mòn của chi tiết máy phụ
thuộc vào chiều cao và hình dáng của nhám bề mặt và phương của vết gia công. Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc với nhau có nhấp nhô tế vi (nhám) nên trong giai đoạn
đầu của quá trình làm việc, hai bề mặt này chỉ tiếp xúc nhau ở một sốđỉnh cao nhấp nhô. Như vậy diện tích tiếp xúc thật chỉ bằng một phần diện tích tiếp xúc tính toán. Tại các đỉnh tiếp xúc này áp suất rất lớn (thường vượt qua giới hạn chảy) làm cho các điểm tiếp xúc bị nén đàn hồi và làm biến dạng dẻo các nhấp nhô gây ra hiện tượng mòn do tiếp xúc. Quá trình mòn trải qua ba giai đoạn:
∗ Giai đoạn mòn ban đầu: khi hai bề mặt tiếp xúc có chuyển động tương đối với nhau sẽ xảy ra hiện tượng trượt dẻo ở các đỉnh nhấp nhô, các đỉnh nhấp nhô sẽ bị san phẳng, mòn
nhanh làm cho khe hở
lắp ghép tăng lên. Thực tế cho thấy độ mòn ban
đầu của chi tiết máy có
thể san phẳng 65 ÷ 75% chiều cao nhấp nhô, khi đó diện tich tiếp xúc thực tăng lên và áp suất tiếp xúc giảm xuống. Trong giai đoạn này chiều cao và hình dạng của nhấp nhô tế vi cũng thay đổi.
∗ Giai đoạn mòn bình thường: ở giai đoạn này, mức độ mòn diễn ra bình thường với tốc độ chậm.
∗ Giai đoạn mòn khốc liệt (mòn phá huỷ): bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, cấu trúc bề mặt bị phá hỏng.
Trên hình 2.12 biểu thị mối quan hệ giữa lượng mòn và thời gian sử dụng của ba cặp chi tiết có độ nhám khác nhau, cặp a có độ nhám lớn nhất, thời gian mòn ban
đầu xảy ra nhanh nhất, thời gian sử dụng là ngắn nhất. Rza < Rzb<Rzc
Thì: T3<T2<T1.
Độ nhám bề mặt cần được chọn theo trường dung sai δ:
− Khi đường kính lắp ghép > 50mm, Rz = (0,1 ÷ 0,15)δ
− Khi đường kính lắp ghép trong khoảng 18 ÷ 50mm, Rz = (0,15 ÷ 0,2)δ − Khi đường kính lắp ghép < 18mm, Rz = (0,2 ÷ 0,25)δ
2.9.3.2.Ảnh hưởng đến độ bền của các mối ghép Độ bền của các mối ghép (độ ổn định của mối ghép) phụ thuộc vào độ nhám Độ bền của các mối ghép (độ ổn định của mối ghép) phụ thuộc vào độ nhám của các bề mặt lắp ghép. Đối với các mối lắp chặt, độ nhám bề mặt tăng ảnh hưởng xấu đến độ bền mối ghép vì khi ép, các nhấp nhô bị chèn xuống làm lỏng mối ghép, độ bền mối ghép giảm xuống. Chẳng hạn độ bền mối ghép giữa trục chính và bánh xe tàu hoả có độ nhám 36,5µm giảm 40% so với mối ghép có độ nhám 18µm. Đối với mối ghép lỏng, độ nhám bề mặt tăng làm cho độổn định của mối ghép giảm do độ hở của mối ghép tăng lên.
2.9.3.3.Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy
Độ nhám bề mặt tăng (độ nhãn bóng bề mặt giảm) sẽ làm giảm độ bền mỏi của chi tiết máy và ngược lại.
Đối với những chi tiết máy chịu tải trọng chu kỳ đổi dấu sẽ bịảnh hưởng lớn nhất, do ởđáy các nhấp nhô tế vi có ứng suất tập trung lớn sẽ gây ra các vết nứt tế
vi ởđáy các nhấp nhô, đó là nguồn gốc phá hỏng chi tiết máy.
Đối với các chi tiết chịu tải trọng va đập, độ bền của chi tiết cũng sẽ tăng khi
độ nhám bề mặt thấp.
2.9.3.4.Ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn hoá học của lớp bề mặt chi tiết máy Các chỗ lõm trên bề mặt chi tiết do các nhấp nhô tế vi tạo ra sẽ là nơi chứa các Các chỗ lõm trên bề mặt chi tiết do các nhấp nhô tế vi tạo ra sẽ là nơi chứa các tạp chất như axit, muối,… Các tạp chất này có tác dụng ăn mòn hoá học đối với kim loại. Quá trình ăn mòn hoá học trên
lớp bề mặt chi tiết hình thành lên các lớp nhấp nhô mới. Quá trình ăn mòn hoá học này trên lớp bề mặt xảy ra dọc theo sườn dốc của các nhấp nhô theo chiều từ đỉnh xuống đáy (theo chiều mũi tên hình 2.13) các nhấp nhô làm cho các nhấp nhô cũ biến
mất và các nhấp nhô mới hình thành. Hình 2.13. Quá trình ăn mòn hoá học trên bề
Như vậy, bề mặt chi tiết có độ nhám càng thấp (độ nhẵn bóng cao) thì càng ít bịăn mòn hoá học, bán kính đáy các nhấp nhô càng lớn thì khả năng chống ăn mòn hoá học càng cao. Có thể chống ăn mòn hoá học bằng cách phủ lên bề mặt chi tiết máy một lớp bảo vệ bằng phương pháp mạ (crôm, niken) hoặc bằng các phương pháp cơ khí tạo ra lớp cứng nguội bề mặt.
2.9.4. Kết luận về tầm quan trọng của độ nhám bề mặt
Tóm lại, chất lượng của bề mặt chi tiết máy có ảnh hưởng nhiều đến khả năng làm việc của các mối lắp ghép của chi tiết máy trong kết cấu cơ khí. Tất nhiên, mối quan hệ này rất phức tạp, cần phải tiếp tục khảo sát có hiệu quả hơn, thông qua các công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để từđó tìm biện pháp 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 chi tiết máy. Về phương diện công nghệ chế tạo máy cần đi sâu phân tích các yếu tốảnh hưởng đến chất lượng chi tiết máy. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.10. Những kết quả nghiên cứu đã đạt được trong việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt chi tiết gia công (Ra, Rz) yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt chi tiết gia công (Ra, Rz)
2.10.1. Các kết quảđối với máy công cụ truyền thống
2.10.1.1. Các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt
Mối quan hệ giữa các thông số hình học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt với chất lượng bề mặt chi tiết máy đã được nhiều công trình lý thuyết và thực nghiệm đề cập
đến, chủ yếu trên cơ sở phương pháp cắt gọt như tiện, phay, mài...Từ kết quả nghiên cứu, bước đầu người ta đã tìm được các biện pháp công nghệ thích hợp để cải 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. Qua thực nghiệm đối với phương pháp tiện người ta đã xác định mối quan hệ giữa các thông số: chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, lượng tiến dao S, bán kính mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất hmin.
Hình 2.14. Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi Rz và lượng tiến dao S khi tiện
Trên hình 2.14, đường cong 1 biểu thị mối quan hệ tổng quát giữa Rz, S và r, cụ thể là trong phạm vi giá trị của lượng chạy dao S > 0.15 mm/vòng; Đường cong 2 biểu thị mối quan hệ thực nghiệm, kể cả phạm vi giá trị lượng chạy dao S nhỏ hơn (S < 0,1 mm/vòng). Từđường cong 2 người ta xác định được mối quan hệ giữa Rz, S và r, hmin đối với bước tiện tinh và biểu thị bằng đường cong 3. Như vậy tùy theo giá trị thực tế của lượng chạy dao S mà ta có thể xác định mối quan hệ giữa Rz với S, r, và hmin như sau: Khi S > 0,1 (mm/vòng) thì: r S Rz 8 2 =
Khi S < 0,1 (mm/vòng) thì giá trị của chiều cao nhấp nhô tế vi Rz là : ) S . ( 2 min min rh h r S Rz = + 1+ 2 8 2
Ở đây chiều dày phoi kim loại hmin phụ thuộc vào bán kính mũi dao r. Nếu mài lưỡi cắt bằng đá mài kim cương mịn ở mặt trước và mặt sau lưỡi cắt, khi r=
0,15 0,1 0,05 S(mm/vßng) Rz ( m) 2 1 3 0,2
10µm thì hmin = 4 µm. Mài dao hợp kim cứng bằng đá mài thường nếu r = 40 µm thì hmin > 20 µm.
Nếu lượng chạy dao S quá nhỏ (S < 0,03 mm/vòng) thì trị số của Rz lại tăng, nghĩa là thực hiện bước tiện tinh hoặc phay tinh với lượng chạy dao S quá nhỏ sẽ
không có ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết. Mặt khác với giá trị không đổi của lượng tiến dao S có thể đạt độ nhám bề mặt thấp hơn nếu vật liệu có độ bền cao hơn.
Hình 2.15 là ví dụ về ảnh hưởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhám khi tiện. Ởđây khi tiện lượng chạy dao S1 đưa dao tiện từ
vị trí 1 sang vị trí 2 (hình 2.15a) để lại trên bề mặt chi tiết phần sót lại m phụ thuộc vào bước tiến S1 và hình dạng hình học của dụng cụ cắt. Giảm lượng chạy dao từ
1
S đến S2 thì chiều cao nhấp nhô sẽ từ Rz' giảm xuống Rz'' (hình 2.15b). Nếu thay
Hình 2.15. Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến nhấp nhô bề mặt khi tiện
đổi góc φ và ϕ1 không những làm thay đổi chiều cao nhấp nhô mà còn thay đổi cả
hình dạng nhấp nhô (hình 2.15c). Nếu bán kính mũi dao tiện có dạng hình tròn là r1
thì hình thành dạng nhấp nhô cũng có đáy lõm tròn (hình 2.15d). Nếu tăng bán kính
đỉnh của dao tiện lên r2 thì chiều cao nhấp nhô Rz sẽ giảm (hình 2.15e). Phần thẳng của lưỡi cắt trên dao tiện cũng có ảnh hưởng đến hình dạng và chiều cao nhấp nhô (hình 2.15f).
Chiều sâu cắt cũng có ảnh hưởng tương tự như lượng chạy dao đối với chiều cao nhấp nhô tế vi, nếu bỏ qua độđảo của trục máy.
2.10.1.2. Các yếu tố phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt
Khi vật liệu lớp bề mặt chi tiết máy bị biến dạng dẻo mạnh, các cấu trúc tinh thể nhỏ biến thành cấu trúc sợi làm thay đổi rất nhiều hình dạng và trị số của nhấp nhô tế vi (thay đổi Ra và Rz). 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 (hình 2.16). Khi cắt thép cacbon ở vận tốc cắt thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách dễ, biến dạng của lớp bề mặt không nhiều, vì vậy độ nhấp nhô tế vi bề mặt thấp, độ nhám bề mặt thấp. Khi tăng tốc độ cắt đến 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 mặt sau dao kim loại chảy dẻo. Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao. Đó là do một ít kim loại bị chảy và bám vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Về cấu trúc thì lẹo dao là hạt kim loại rất cứng, nhiệt độ nóng chảy lên tới khoảng 3000°C, bám rất chắc vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Lẹo dao làm tăng độ nhám bề
mặt gia công. Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại biến dạng bị phá huỷ, 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 tốc độ cắt khoảng từ 30
đến 60 m/phút. Với tốc độ cắt lớn hơn 60 m/phút thì lẹo dao không hình thành được nên độ nhám bề mặt gia công giảm, độ nhẵn bóng bề mặt gia công tăng. Hình 2.16 cho biết ảnh hưởng của vận tốc cắt V đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, khi cắt gọt
kim loại. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi gia công kim loại giòn (gang) các mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra không có thứ tự làm tăng nhấp nhô tế vi bề mặt. Tăng tốc độ cắt sẽ giảm được hiện tượng vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ nhẵn bóng của bề mặt gia công.
Hình 2.16. Ảnh hưởng của tốc độ cắt (V) đến chiều cao nhấp nhô tế vi (Rz)
Hình 2.17. Ảnh hưởng của lượng tiến dao S đối với chiều cao nhấp nhô tế vi Rz
0 0,02 S(mm/vßng)
Rz(µm)
Lượng tiến dao S ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học như đã nêu trên, còn có ảnh hưởng đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công. Hình 2.17 cho biết quan hệ giữa lượng tiến dao S và chiều cao nhấp nhô tế vi
z
R khi gia công thép các bon, với giá trị của lượng tiến dao S = 0,02 ÷ 0,15 (mm/vòng) thì bề mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi thấp nhất, nếu giảm S < 0,02 mm/vòng thì độ nhấp nhô tế vi sẽ tăng lên, độ nhẵn bóng bề mặt giảm vì ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học. Nếu trị số S > 0,15 mm/vòng thì biến dạng đàn hồi sẽảnh hưởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học, làm cho độ nhám bề mặt tăng lên nhiều.
Như vậy đểđảm bảo đạt độ nhẵn bóng bề mặt cao và năng suất cao nên chọn giá trị của lượng tiến dao S trong khoảng 0,05 đến 0,12 mm/vòng đối với thép cacbon. Khi gia công tinh thép cacbon nên tránh khoảng vận tốc cắt sinh lẹo dao. Chiều sâu cắt cũng có ảnh hưởng tương tự như lượng tiến dao S đến độ nhám bề
mặt gia công, nhưng trong thực tế người ta thường bỏ qua ảnh hưởng này. Nói chung không nên chọn giá trị của chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi cắt lưỡi dao sẽ bị
trượt trên mặt gia công và cắt không liên tục. Hiện tượng gây ra trượt dao thường
ứng với giá trị của chiều sâu cắt khoảng 0,02 ÷ 0,03 mm.
Loại vật liệu gia công có ảnh hưởng đến độ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt) chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhám bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giòn.
2.10.1.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt
Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt là không đáng kể. Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn sẽ dẫn đến rung động trong quá trình cắt tăng, do đó làm tăng độ nhám. Ngược lại chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm cho dao bị trượt trên bề
mặt gia công và xảy ra hiện tượng cắt không liên tục do đó lại làm tăng độ nhám. Hiện tượng trượt dao thường ứng với giá trị của chiều sâu cắt trong khoảng 0,02 ÷ 0,03mm.
2.10.1.4. Ảnh hưởng của vật liệu gia công
Vật liệu gia công (hay tính gia công của vật liệu) ảnh hưởng đến độ nhám bề
mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai dễ bị biến dạng dẻo sẽ làm cho nhám bề mặt tăng hơn so với vật liệu cứng và giòn.
2.10.1.5. Ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công gia công
0Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ giữa 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. Tình trạng máy có ảnh hưởng quyết định đến độ nhám bề mặt gia công. Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp (độ nhẵn bóng bề mặt cao) trước hết cần phải đảm bảo đủ cứng vững, phải điều chỉnh máy tốt và giảm ảnh hưởng của các máy khác 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 thấy chiều cao nhấp nhô tế vi có thể thay đổi đến 10 lần trong cùng 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 của quá trình cắt. Người ta thường phải dùng phương pháp tính toán