2.2.1. Ảnh hưởng của các thông số mang tính chất in dập hình học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt:
- Ảnh hưởng của góc nghiêng chính φ: φ tăng → Rz tăng - Ảnh hưởng của góc nghiêng phụφ1 : φ1 tăng → Rz tăng - Ảnh hưởng của bán kính mũi dao r : r tăng → Rz giảm - Ảnh hưởng của lượng chạy dao S : S tăng → Rz tăng
Nếu lượng chạy dao S quá nhỏ (S < 0.03 mm/vòng) thì trị số của Rz lại tăng. Nguyên nhân: do S nhỏ hơn bán kính mũi dao nên xảy hiện tượng trượt của mũi dao trên bề mặt gia công.
2.2.2. Ảnh hưởng của chếđộ cắt: 2.2.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ cắt v:
Tốc độ cắt v ảnh hưởng rất lớn đến biến dạng dẻo lớp bề mặt do đó ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt .
Khi gia công thép, quan hệ giữa vận tốc cắt và Rz (Hình 2.5).
+ Khi tốc độ cắt v thấp, nhiệt cắt không cao, biến dạng dẻo lớp bề măt nhỏ vì vậy nhám bề mặt Rz khá nhỏ.
+ Khi tăng tốc độ cắt v lên khoảng 20 - 60 m/phút thì nhiệt cắt lớn, lực cắt lớn , biến dạng dẻo lớp bề mặt lớn và trong khoảng vận tốc này lẹo dao xuất hiện nên nhám bề mặt Rz lớn.
Hình 2.6: Ảnh hưởng của lượng chạy dao S tới chiều cao nhấp nhô tế
+ Nếu tiếp tục tăng tốc độ cắt v > 60m/ph thì lẹo dao không hình thành được nên độ nhám bề mặt gia công giảm (độ nhẵn bóng bề mặt tăng.
Khi gia công kim loại giòn (gang) các mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra không theo thứ tự do đó làm tăng độ nhám bề mặt. Tăng tốc độ cắt sẽ giảm được hiện tượng vỡ vụn của kim loại và như vậy làm giảm độ nhấp nhô bề mặt [6].
2.2.2.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao S:
Lượng chạy dao S ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học như đã nói ở trên, còn có ảnh hưởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công, do đó ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt. Hình 2.6 là đồ thị quan hệ giữa lượng chạy dao S và Rz khi gia công thép cacbon.
Khi gia công với lượng chạy dao S=(0,02 - 0,15) mm/vòng thì bề mặt gia công có Rz nhỏ. Nếu gia công với S < 0,02mm/vòng Rz sẽ tăng lên vì ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học. Nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vòng thì biến dạng dẻo tăng kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học, làm Rz tăng (đoạn BC trên hình 2.6).
Như vậy: để đảm báo độ nhám bề mặt và năng suất gia công nên chọn giá trị
lượng chạy dao S trong khoảng từ 0,02 đến 0,12 mm/vòng đối với thép cacbon [6].
2.2.2.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t:
Chiều sâu cắt nhìn chung không có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt. Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng, do đó Rz
tăng . 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 Rz tăng.
* Nếu coi các yếu tố khác là hằng số thì mối quan hệ giữa chế độ cắt với độ
nhám Ra (Rz) như sau:
Ra = c.tx.Sy.Vz [3]
2.2.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công:
Vật liệu gia công ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon),càng dễ biến dạng dẻo sẽ làm cho Rz tăng. Vật liệu càng cứng, càng khó biến dạng dẻo và độ hạt càng nhỏ thì Rz giảm.
2.2.4. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội:
Dung dịch trơn nguội làm giảm ma sát trong vùng gia công, giảm nhiệt cắt, giảm lực cắt, giảm biến dạng dẻo bề mặt do đó làm giảm Rz .
2.2.5. Ảnh hưởng của rung động của hệ thống công nghệ:
Rung động của 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. Nếu rung động có tần số lớn, biên độ nhỏ sẽ gây ra nhám bề mặt. Nếu rung động có tần số nhỏ, biên độ lớn sẽ gây ra sóng bề mặt. Rung
động giảm - độ nhám bề mặt tăng.
2.3. Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt: [6]
- Đểđánh giá độ nhám bề mặt người ta dùng các phương pháp sau đây: + Phương pháp so sánh: so sánh bằng mắt và bằng kính hiển vi quang học. + Đo các chỉ tiêu nhám bề mặt dùng kính hiển vi Linich.
+ Đo các chỉ tiêu nhám bề mặt Ra, Rz , Rmax .v.v. bằng máy dò profin.
2.4. Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt.
- Lựa chọn được phương pháp gia công hợp lý. Vì : ứng với một phương pháp gia công chỉ đạt được một cấp chính xác và một cấp độ nhám nhất định. Khả năng đạt
2.5. Các phương pháp xác định độ chính xác gia công: [4] 2.5.1. Phương pháp thống kê kinh nghiệm 2.5.1. Phương pháp thống kê kinh nghiệm
Đây là phương pháp đơn giản nhất, căn cứ vào độ chính xác bình quân kinh tế đểđánh giá.
Độ chính xác bình quân kinh tế là độ chính xác có thểđạt được một cách kinh tế
trong điều kiện sản xuất bình thường, là điều kiện sản xuất có đặc điểm sau: - Thiết bị gia công hoàn chỉnh.
- Trang bị công nghệđạt được yêu cầu về chất lượng. - Sử dụng bậc thợ trung bình.
- Chếđộ cắt theo tiêu chuẩn và định mức thời gian cũng theo tiêu chuẩn.
Cách tiến hành: Cho gia công trên một loại máy, một chếđộ công nghệ, bậc thợ
trong điều kiện tiêu chuẩn và xem thử đạt được độ chính xác gia công ra sao. Làm nhiều lần như thế, thống kê lại kết quảđạt được và lập thành bảng.
Độ chính xác bình quân kinh tế không phải là độ chính xác cao nhất có thể đạt
được của một phương pháp gia công và cũng không phải là độ chính xác có thể đạt
được trong bất kỳđiều kiện nào.
2.5.2. Phương pháp xác suất thống kê .
Phương pháp này được sử dụng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối.
Cách tiến hành: Cắt thử một loạt chi tiết có số lượng đủ để thu được những đặc tính phân bố của kích thước đạt được. Thông thường, số lượng chi tiết cắt thử từ 60
đến 100 chi tiết trong một lần điều chỉnh máy. Đo kích thước thực của từng chi tiết trong cả loạt. Tìm kích thước giới hạn lớn nhất, nhỏ nhất của cả loạt. Chia khoảng giới hạn từ lớn nhất đến nhỏ nhất đó thành một số khoảng (thường lớn hơn 6 khoảng). Xác
định số lượng chi tiết có kích thước nằm trong mỗi khoảng và xây dựng đường cong phân bố kích thước thực nghiệm.
Đường cong thực nghiệm có trục hoành là kích thước đạt được, còn trục tung là tần suất của các kích thước xuất hiện trong mỗi một khoảng. Trên đường cong thực
nghiệm ta thấy rằng: kích thước phân bố của cả loạt chi tiết cắt thử tập trung ở khoảng giữa. Số chi tiết cắt thử trong một lần điều chỉnh máy càng lớn thì đường cong càng có dạng tiệm cận đến đường cong phân bố chuẩn Gauss.
Phương trình đường cong phân bố chuẩn đượcviết dưới dạng:
Với σ: phương sai của đường cong phân bố.
Li: kích thướcthực đạt được của chi tiết cắt thử thứ i L : kích thướctrung bình cộng của loạt chi tiết cắt thử.
Trong đó, n là số lượng chi tiết cắt thử của một loạt trong một lần điều chỉnh máy. Phương sai của đường cong phân bố tức thời xác định theo công thức:
Trong khoảng ± 3σ, các nhánh của đường cong gần sát với trục hoành và giới hạn tới 99,73% toàn bộ diện tích của nó. Như vậy, trong phạm vi ± 3σ đường cong phân bố chuẩn chứa tới 99,73% số chi tiết trong cả loạt cắt thử.
Hình 2.7: Đường cong
Ý nghĩa: Giả sử có hai đường cong phân bố kích thước y1 và y2 với khoảng phân tán tương ứng là 6σ1 và 6σ2. Dung sai của kích thước cần gia công là T. Ta thấy rằng, y2 có cấp chính xác cao hơn y1 (vì σ2 < σ1) và y2 có 6σ2 < T nên sẽ không có phế phẩm, còn y1 có 6σ1 > T nên sẽ có phế phẩm.
Tuy nhiên, đường cong phân bố chuẩn mới chỉ thể hiện tính chất phân bố của các sai số ngẫu nhiên. Trong quá trình gia công, các sai số ngẫu nhiên, sai số hệ thống thay đổi, sai số hệ thống không đổi cũng đồng thời xuất hiện. Vì vậy, sau khi xác định
được phương sai σ của sai số ngẫu nhiên cần phải xác định quy luật biến đổi của sai số
hệ thống thay đổi B(t). Riêng sai số hệ thống không đổi A sẽ không ảnh hưởng đến sự
phân tán kích thước gia công và có thể triệt tiêu được nó khi điều chỉnh máy.
Như vậy, trong quá trình gia công, phân bố kích thước thực phải là tổ hợp của quy luật phân bố chuẩn và quy luật biến đổi sai số hệ thống thay đổi là quy luật đồng xác suất. Lúc này, đường cong phân bố kích thước sẽ phụ thuộc vào tỷ lệ B/ σ 3
Nếu sai số hệ thống thay đổi không tuyến tính với thời gian thì đường cong phân bố kích thước sẽ không đối xứng. Lúc đó, dù đảm bảo 6σ ≤ T nhưng có thể vẫn có phế phẩm.
Hình 2.10: Đường cong phân bố
Hình 2.9: Đường cong phân bố
Nếu khi gia công một loạt chi tiết mà có hai hay nhiều nhóm chi tiết có sai số hệ thống khác nhau thì đường cong phân bố sẽ có hai hoặc nhiều đỉnh. Ví dụ như một loạt chi tiết nhưng được gia công trên hai máy khác nhau thì đường cong phân bố sẽ có 2 đỉnh.
Ngoài ra, có thể tổ hợp các sai số ngẫu nhiên và các sai số hệ thống thay đổi bằng cách xê dịch đường cong phân bố chuẩn đi một lượng bằng sai số hệ thống nhưng vẫn giữ nguyên hình dạng đường cong phân bố . Trong trường hợp này, khoảng phân tán tổng cộng các kích thước cả loạt chi tiết cắt thửđượcxác định theo công thức: ∆ = 6σ + B
Phương pháp này tuy đơn giản nhưng tốn kém vì phải cắt thử cả loạt chi tiết.
Để giảm bớt chi phí đồng thời rút ngắn thời gian xác định quy luật phân bố
kích, người ta dùng các số liệu có sẵn để tham khảo khi gia công các kích thướccó tính chất tương tự trong điều kiện gia công tương tự.
Hình 2.11: Đường cong phân bố không đối xứng
Hình 2.12: Đường cong phân bố kích thước của 2 nhóm chi tiết trên 2 máy khác nhau
2.5.3. Phương pháp tính toán phân tích (dùng trong nghiên cứu)
Theo phương pháp này, ta phân tích nguyên nhân sinh ra sai số gia công, tính các sai số đó, rồi tổng hợp chúng lại thành sai số gia công tổng. Từ đó, vẽ quy luật phân bố và căn cứ vào đó để đánh giá độ chính xác gia công. Trong mọi trường hợp, sai số gia công tổng phải nhỏ hơn dung sai cho phép của chi tiết cần chế tạo.
* Phân tích nguyên nhân: * Tổng hợp các sai số:
- Tổng các sai số hệ thống không đổi AΣ là một sai số hệ thống không đổi và
được tổng hợp theo nguyên tắc tổng đại số:
- Tổng các sai số hệ thống thay đổi BΣ (t) là một sai số hệ thống thay đổi và
được tổng hợp theo nguyên tắc tổng đại số:
- Tổng các sai số ngẫu nhiên là một sai số ngẫu nhiên và được tổng hợp theo nguyên tắc cộng xác suất, có phương sai là:
- Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên tổng hợp theo nguyên tắc tổng số học. * Vẽ quy luật phân bố:
Lúc bắt đầu gia công, trung tâm phân bố là C0, khoảng phân tán là D0C0 với Sau đó, theo thời gian sai số hệ thống thay đổi sẽ làm cho trung tâm phân bố di động theo đường C0Ck, giới hạn phân bố nó cũng biến đổi theo đường D0Dk và E0Ek.
Hình 2.14: Đường cong phân bố thực kích thước
Như vậy, trong quá trình gia công kích thước các chi tiết đạt được theo thời gian sẽ thay đổi trong hai đường giới hạn D0Dk và E0Ek. Từ đó, đường phân bố kích thước gia công sẽ có dạng như trên, đó là đường cong tổng hợp của sai số hệ thống thay đổi B(t) và sai số ngẫu nhiên.
Khi khoảng phân tán của đường cong kích thước thực đã bằng với dung sai của chi tiết cần gia công: ∆Σ = T, thì ta phải điều chỉnh lại máy, đưa tâm phân bố về lại vị trí ban đầu. Khoảng thời gian giữa hai lần điều chỉnh máy, người ta gọi là chu kỳ điều chỉnh lại máy.
Chú ý rằng, chu kỳ điều chỉnh máy phải nhỏ hơn hoặc bằng tuổi bền dao vì nếu không thì dao sẽ hư khi chưa kịp điều chỉnh lại máy.
2.6. Qui luật phân bốđộ chính xác gia công: [4]
Trong quá trình gia công cơ khí, kích thước của chi tiết gia công biến động do
đó sẽ không đạt được kích thước được ghi trên bản vẽ, đó chính là sai số gia công. Sai số gia công (độ chính xác của kích thước) nó có thể được phân bố theo nhiều qui luật khác nhau. Xác định đúng qui luật phân bố của độ chính xác gia công là nhiệm vụ rất quan trọng của cả quá trình nghiên cứu. Sau đây ta tìm hiểu một số qui luật phân bố được sử dụng trong công nghệ chế tạo máy để xác định độ chính xác gia công.
2.6.1 Qui luật phân bố chuẩn( Qui luật GAUSS):
Quy luật phân bố chuẩn được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành kỹ thuật khác nhau. Có rất nhiều đại lượng ngẫu nhiên phân bố theo quy luật này. Ví dụ, sai số đo, chiều cao nhấp nhô và nhiều loại sai số gia công khác. Quy luật phân bố này được coi là quy luật hai thông số (các giá trị của đại lượng ngẫu nhiên có thể thay đổi từ - đến +).
Hàm vi phân của đại lượng ngẫu nhiên liên tục phân bố theo quy luật chuẩn được viết dưới dạng: 2 (x X) 2 1 (x) e 2 − σ ϕ = σ π (2.8)
Ởđây: x – đại lượng ngẫu nhiên; ϕ(x) - mật độ chính xác;
σ - sai số bình phương trung bình của đại lượng ngẫu nhiên (của x từ X); X- giá trị trung bình (kỳ vọng toán học của x);
e – cơ số logarit tự nhiên (e = 2,71828) π = 3,14
Từ dạng đường cong này ta thấy nó đối xứng qua trục tung tại điểm x = X, có nghĩa là nó có các giá trị âm và dương so với X. Các giá trị gần X có giá trị cao hơn các giá trịở xa X.
Hình 2.17. Ảnh hưởng của Xtới vị trí của đường cong h bố h ẩ x2 x1 x ϕ(x x ϕ(x) Hình 2.18: Ảnh hưởng của σ tới hình dáng củađường cong phân bốchuẩn
Dạng đồ thị của hàm vi phân này có dạng như trên hình 2.15.
Các giá trị và hình dạng của đường cong phụ thuộc vào hai thông số X và σ . Nếu X
thay đổi, hình dáng của đường cong không thay đổi mà chỉ thay đổi vị trí so với gốc tọa độ (hình 2.15)
Khi thay đổi σ, vị trí của đường cong không thay đổi nhung hình dáng của đường cong lại thay đổi (hình 2.16.) ϕ(x ) x +∞ ∞ a x1 x2 b x 3 3
Hình 2.16. Đường cong lý thuyết của quy luật phân bố ẩ
Ta thấy, nếu σ giảm (σ < 1) thì hai nhánh của đường cong được thu hẹp lại, còn nếu σ tăng (σ >1), hai nhánh của đường cong thoải ra. (Hình 2.17.) là đường cong tích phân của quy luật phân bố chuẩn.
Hàm tích phân của quy luật được viết dưới dạng:
2 x x (x X) 2 1 F(x) (x)dx e dx 2 − σ −∞ −∞ = ϕ = σ π ∫ ∫ (2.9) Trong đó, x có thể biến đổi từ - ∞đến + ∞, vì vậy xác suất P(- ∞ < x < + ∞) được