1.3.2.1. Bản chất quá trình gia bằng công hạt mài từ
Bản chất của phƣơng pháp gia công hạt mài từ là chi tiết gia công và hạt mại đƣợc đặt trong từ trƣờng vĩnh cửu và đƣợc nhận chuyển động cƣỡng bức. Hình 1.6 là sơ đồ gia công hạt mài từ bề mặt ngoài tròn xoay.
Chi tiết gia công 3 có hình dáng tròn xoay đƣợc đặt giữa các cực 1 của nam châm điện. Ở giữa các bề mặt của chi tiết gia công và cực từ có khe hở để cấp hạt mài nhiễm từ 2. Nhờ có lực từ trƣờng vĩnh cửu, hạt mài đƣợc giữ lại ở khe hở và tiếp xúc với bề mặt của chi tiết gia công. Khi chi tiết quay và chuyển động dao động dọc trục của nó quá trình bóc tách kim loại (quá trình gia công) đƣợc thực hiện.
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 26
Hình 1.6. Sơ đồ gia công hạt mài từ bề mặt gia công tròn xoay
Phƣơng pháp gia công hạt mài từ (đánh bóng hạt mài từ) đƣợc sử dụng để gia công các chi tiết có hình dáng bất kỳ từ vật liệu nhiễm từ và không nhiễm từ. Tuy nhiên, hiện nay trong thực tế phƣơng pháp gia công hạt mài từ chí đƣợc dùng để gia công mặt phẳng, mặt trụ ngoài, mặt trụ trong và mặt định hình đơn giản. Các mặt trụ đƣợc gia công bằng cách gá chi tiết trên mâm cặp, chống tâm hai đầu hoặc phƣơng pháp vô tâm.
Khi gia công hạt mài từ dụng cắt là bột nhiễm từ nằm ở khe hở trong trạng thái liên kết- di động. Vai trò của chất liên kết giữa các hạt mài là từ trƣờng. Từ trƣờng có lực đàn hồi tác động đến hạt mài. Tính đàn hồi của chất liên kết có thể đƣợc điều chỉnh bằng cách thay đổi cƣờng độ dòng điện ở cuộn dây điện từ, có nghĩa là thay đổi điện thế của từ trƣờng . Vì vậy có thể điều chỉnh chế độ công nghệ để làm cho quá trình đánh bóng gần với phƣơng pháp gia công bằng hạt mài liên kết hoặc hạt mài tự do, đó chính là ƣu điểm trong một chu kỳ gia công.
Hạt mài nhiễm từ trong vùng gia công tạo ra đụng cụ hạt mài đàn hồi, dụng cụ hạt mài đàn hồi này tác động đến bề mặt gia công dƣới hai thành phần lực cắt
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 27
pháp tuyến và tiếp tuyến. Các lực cắt này thực hiện quá trình bọc tách kim loại ở lớp bề mặt chi tiết.
1.3.2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình gia công bằng hạt mài từ và chế độ cắt
Chất lƣợng của phƣơng pháp gia công hạt mài từ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Tuy nhiên, các yếu tố có ảnh hƣởng nhiều nhất đến chất lƣợng bề mặt gia công là: từ thông ở vùng gia công, vật liệu hạt mài nhiễm từ và độ hạt của nó, khe hở gia công, tốc độ quay và tốc độ dao động của chi tiết, tính chất cơ lý của vật liệu chi tiết, độ nhám ban đầu (trƣớc khi gia công), thời gian gia công và dung dịch trơn nguội.
Từ thông trong vùng gịa công có ảnh hƣởng đến lực tác động của hạt mài vào bề mặt gia công. Khi từ thông tăng thì lực tác động của hạt mài vào bề mặt gia công tăng, tuy nhiên trong trƣờng hợp này khả năng định hƣớng và khuấy đều hạt mài bị hạn chế, do đó làm giảm tính cắt gọt của hạt mài. Vì vậy trong từng trƣờng hợp cụ thể cần xác định từ thông tối ƣu để nâng cao hiệu quả cắt gọt của quá trình.
Tốc độ cắt ảnh hƣởng đến cƣờng độ bóc tách kim loại và độ nhám bề mặt. Khi tốc độ cắt tăng chiều dài quãng đƣờng cắt bằng các hạt mài tiếp xúc trong cùng một khoảng thời gian tăng, do đó cƣờng độ bóc tách kim loại tăng và độ nhám bể mặt giảm. Tuy nhiên, khi tốc độ cắt tăng, tính di động của hạt mài giảm và lƣỡi hạt mài từ trở nên cứng hơn. Vì vậy, với một tốc độ cắt xác định, độ nhám bề mặt bắt đầu tăng, còn cƣờng độ bóc tách kim loại lại giảm.
Tăng khe hở của vùng gia công làm cho áp lực từ của hạt mài vào bề mặt chi tiết giảm, do đó cƣờng độ bóc tách kim loại sẽ giảm
Tốc độ và biên độ dao động của chi tiết cũng có ảnh hƣởng đến quá trình khuấy đều hạt mài và khả năng tự mài sắc của hạt mài. Chuyển động phụ (chuyển động dao động của chi tiết) có tác dụng thúc đẩy quá trình cắt của hạt mài. Khi biên độ dao động giảm và tần số dao động tăng thì cƣờng độ bóc tách kim loại tăng và
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 28
độ nhám bề mặt giảm. Độ nhám bề mặt giảm đƣợc giải thích bằng sự thay đổi của quỹ đạo chuyển động của hạt mài, làm cho các phƣơng của độ nhám mới và độ nhám ban đầu không trùng nhau. Vì vậy, cũng tƣơng tự nhƣ quá trình mài siêu tinh xác việc cung cấp cho quá trình gia công hạt mài từ một chuyển động dao động bổ sung sẽ làm cho độ nhám bề mặt giảm đáng kể.
Độ hạt của hạt mài (kích thƣớc của hạt mài) có ảnh hƣởng quyết định đến chất lƣợng bề mặt gia công. Khi độ hạt giảm thì số lƣợng của hạt mài tiếp xúc với chi tiết tăng lên, làm cho độ nhám giảm. Số lƣợng tiếp xúc của hạt mài với bề mặt chi tiết và chiều sâu cắt tỷ lệ nghịch với kích thƣớc của hạt mài. Vì vậy, khi giảm độ hạt của hạt mài thì cƣờng độ bóc tách kim loại tăng. Theo kết quả của các nghiên cứu thực nghiệm thì độ nhám nhỏ nhất và cƣờng độ bóc tách kim loại lớn nhất đạt đƣợc khi gia cồng bằng hạt mài Fe+15%TiC có kích thƣớc 160 ÷ 125µm.
Chất lƣợng bề mặt khi gia công bằng hạt mài từ còn phụ thuộc vào tính chất cơ lý và độ nhám ban đầu của chi tiết. Khi gia công vật liệu cứng chiều sâu vết cắt và tần số cắt tế vi giảm, do đó cƣờng độ bóc tách kim loại giảm so với khi gia công vật liệu mềm. Khi tăng độ nhám ban đầu thì khối lƣợng kim loại đƣợc bóc tách tăng. Ngoài ra, khối lƣợng kim loại đƣợc bóc tách và độ nhám bề mặt thay đổi nhanh ở thời gian gia công ban đầu.
1.3.2.3. Chất lượng bề mặt khi gia công bằng hạt mài từ
Khi gia công hạt mài từ độ nhám bề mặt giảm trong vòng 10 ÷ 60 giây từ Ra= 0,63 ÷ 1,25 µ.m xuống Ra= 0,04 ÷ 0,08 µm. Độ sóng bề mặt có thể giảm 8 ÷ 10 lần (từ 2 ÷ 3 µm xuống 0,2 ÷ 0,4 µm), còn độ đa cạnh có thể giảm 1,5 ÷ 2 lần (từ 2 ÷ 3 )µm xuống 0,8 ÷ 2,0 µm).
Phƣơng pháp gia công hạt mài từ cho phép đạt năng suất bóc tách kim loại cao. Lƣợng kim loại đƣợc bóc tách theo kích thƣớc có thề đạt 1 µm/giây (theo đƣờng kính). Nhƣ vậy trong thời gian gia công 10-50 giây lớp kim loại đƣợc bóc tách 0,01 ÷ 0,05 mm.
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 29
mạnh nhờ biến dạng của kim loại. Quá trình gia công hạt mài từ có nhiệt độ thấp cho nên biến dạng dẻo của lớp bề mặt gây ra biến cứng (làm cho độ cứng tế vi tăng) và ứng suất dƣ nén (ứng suất dƣ có lợi).
Chiều sâu của lớp biến cứng bề mặt nằm trong khoảng 4 ÷ 6 µm. còn độ cứng tế vi tăng 20 ÷ 25%. ứng suất dƣ nén ở lớp bề mặt có thể đạt 1 GPa hoặc lớn hơn tuỳ thuộc vào chế độ cắt. Khi gia công với các thông số của từ trƣờng và chế độ cắt tối ƣu cấu trúc kim loại ởlớp bề mặt không thay đối, do đó không xảy ra hiện tƣợng cháy, nứt hoặc các khuyết tật khác.
Tóm lại, gia công hạt mài từ là một phƣơng pháp gia công tinh có năng suất cao và có khả năng đạt đƣợc các tính chất sử dụng tốt.
1.4. Đánh bóng bề mặt chi tiết máy 1.4.1. Khái niệm gia công đánh bóng 1.4.1. Khái niệm gia công đánh bóng
Đánh bóng là nguyên công gia công tinh bề mặt chi tiết nhằm nâng cao độ bóng (giảm độ nhám) bề mặt, tăng tuổi thọ của chi tiết máy.
1.4.2.Cơ chế quá trình đánh bóng
Cơ chế của quá trình đánh bóng đƣợc giải thích theo ba hƣớng sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cơ khí: bề mặt đánh bóng đƣợc hình thành do quá trình bóc tách độ nhám tế vi.
- Vật lý: độ bóng bề mặt chi tiết đƣợc hình thành trong quá trình đánh bóng phụ thuộc vào nhiệt độ nóng chảy và tính dẫn nhiệt của vật liệu gia công
- Hóa học: bề mặt đánh bóng đƣợc hình thành bởi quá trình bóc tách lớp axit đƣợc tạo ra dƣới tác động của môi trƣờng xung quanh
Thực tế, từ các kết quả thực nghiệm có thể kết luận rằng quá trình đánh bóng là một quá trình tổ hợp của các hiện tƣợng cơ, lý, điện và hóa học. Các hiện tƣợng này có liên hệ và tác động qua lại lẫn nhau, đồng thời thay đổi tùy thuộc vào vật liệu gia công, vật liệu dụng cụ, chế độ cắt và môi trƣờng xung quanh.
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 30
Đặc điểm của đánh bóng
So với quá trình mài, quá trình đánh bóng đƣợc thực hiện bằng hạt mài có kích thƣớc nhỏ hơn, bề mặt đánh bóng có khả năng phản xạ tốt hơn
Lƣợng kim loại đƣợc bóc tách trong quá trình đánh bóng khoảng 0,01 ÷ 0,03mm, độ bóng bề mặt sau đánh bóng có thể đạt cấp 11 ÷ 14
Đánh bóng dùng gia công bề mặt trụ ngoài, mặt trụ trong, mặt côn, mặt phẳng, mặt cầu, mặt định hình và các bề mặt khác
Công dụng của đánh bóng
Đánh bóng đƣợc sử dụng để gia công rất nhiều loại bề mặt nhƣ mặt trụ ngoài, mặt trụ trong, mặt phẳng,mặt côn, mặt định hình.
Có thể gia công đƣợc tất cả các loại vật liệu có độ cứng khác nhau từ vật liệu dẻo nhƣ nhôm cho đến vật liệu cứng nhƣ thép nhiệt luyện.
Đánh bóng cũng đƣợc dùng để trang trí bề ngoài của chi tiết máy.
Trong một số trƣờng hợp ngoài mục đích giảm độ nhám, đánh bóng còn đƣợc dùng để nâng cao độ chính xác, tuổi thọ và tính thẩm mỹ công nghiệp của chi tiết
1.4.4. Các phương pháp đánh bóng
1 . 4 . 4 . 1 . Đ á n h b ó n g b ằ n g đ á m à i đ à n h ồ i
Với phƣơng pháp đánh bóng này, bề mặt chi tiết đƣợc đánh bóng bằng đá mài đàn hồi có lớp hạt mài hoặc bột đánh bóng trên bề mặt đá mài.
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 31
Khả năng gia công bằng đá mài đàn hồi
Đá mài mềm đƣợc dùng chủ yếu để đánh bóng các chi tiết trƣớc khi mạ. Ngoài ra đá mài mềm còn đƣợc dùng để đánh bóng các chi tiết không có yêu cầu cao về độ chính xác của kích thƣớc nhƣ bánh đà, tay quay, chi tiết phẩn xạ và một số chi tiết khác của ô tô, xe máy hoặc các máy công cụ.
Do có ƣu điểm là tính vạn năng cao nên khi gia công chi tiết với số lƣợng nhỏ và vừa thì đánh bóng bằng đá mài đàn hồi có hiệu quả rất cao. Tuy nhiên nhƣợc điểm của đánh bóng bằng đá mài mềm là làm bẩn chỗ làm việc.
Trong trƣờng hợp gia công chi tiết với số lƣợng hàng loạt lớn hay hàng khối thì có thể thực hiện cơ khí hóa và tự động hóa quá trình đánh bóng
Máy đánh bóng bằng đá mài đàn hồi
Cơ cấu chính của các máy đánh bóng là trục chính. Các máy đánh bóng gia công bằng đá mài mềm đàn hồi gồm một số loại máy thông dụng sau
- Máy một trục chính hai phía (hình 1.8)
H ì n h 1 . 8 . M á y đ á n h b ó n g m ộ t t r ụ c c h í n h h a i p h í a c ủ a h ã n g S h r e e R a j a s t h a n ( Ấ n Đ ộ )
Trục chính của các máy loại này đƣợc gá trên ổ bi hoặc ổ đũa và đƣợc che kín. Truyền động của máy đƣợc thực hiện nhờ một động cơ điện thông qua bộ truyền đai
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 32
Nhƣợc điểm chính của máy loại này là một đầu trục chính làm việc thì một đầu còn lại không tải. Nhƣợc điểm của máy loại này có thể khắc phục ở máy hai trục chính hai phía
- Máy hai trục chính hai phía (hình 1.9) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
H ì n h 1 . 9 . M á y h a i t r ụ c c h í n h h a i p h í a
Đối với máy hai trục chính hai phía, máy có hai động cơ điện 2. Các động cơ này đƣợc lắp trên thân máy 4, các trục chính đƣợc lắp trên các ổ bi 3. Truyền động từ động cơ tới trục chính thông qua bộ truyền đai. Với kết cấu nhƣ vậy đã khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của máy đánh bóng một trục chính hai phía.
- Máy động cơ (hình 1.10)
Ƣu điểm của máy động cơ là có kết cấu đơn giản, trục chính của máy cũng chính là trục chính của động cơ. Nếu trục chính của động cơ dài thì cho phép gia công đƣợc chi tiết có kích thƣớc lớn, tuy nhiên với kết cấu nhƣ vậy thì độ cững vững của máy giảm, độ đảo của đá mài tăng và rung động trong quá trình cắt tăng. Nếu làm trục chính ngắn lại thì độ cứng vững tăng lên, nhƣng chỉ gia công đƣợc các chi tiết nhỏ.
Để tăng độ cứng vững của máy ở thân động cơ, trục chính đƣợc lắp thêm ống côn dài, trong ống côn lắp thêm vòng bi, trục chính đƣợc lắp kéo dài từ động cơ qua ống côn. Nhƣ vậy độ cứng vững của máy tăng lên rất nhiều.
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 33 H ì n h 1 . 1 0 . M á y đ ộ n g c ơ h a i p h í a c ó l ắ p ố n g c ô n d à i c ủ a h ã n g S h r e e R a j a s t h a n ( Ấ n Đ ộ ) - Máy trục mềm (hình 1.11) H ì n h 1 . 1 1 . M á y t r ụ c m ề m c ủ a h ã n g S h r e e R a j a s t h a n ( Ấ n Đ ộ )
Trục mềm của máy có một đầu đƣợc nối với động cơ, còn đầu đƣợc nối với bánh đánh bóng. Truyền động của máy trục mềm có thể là truyền động điện hoặc truyền động khí nén. Loại máy này có ƣu điểm là có thể di chuyển bằng tay, do đó chúng đƣợc dùng để đánh bóng các chi tiết lớn. Tốc độ trục chính loại máy này khoảng 6000 ÷ 20000 vòng/phút
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 34
H ì n h 1 . 1 2 . M á y đ á n h b ó n g v ô t â m
H ì n h 1 . 1 3 . S ơ đ ồ n g u y ê n l ý l à m v i ệ c m á y đ á n h b ó n g v ô t â m
Máy đánh bóng vô tâm làm việc theo nguyên lý của máy mài vô tâm. Chi tiết 3 (hình 1.13) đƣợc gá giữa hai đá mài là bánh dẫn 2 và bánh đánh bóng 1.
Chuyển động quay của chi tiết đƣợc thực hiện nhờ lực ma sát giữa bánh đá dẫn và chi tiết. Khi gia công chi tiết đƣợc đỡ bằng thanh đỡ 4.
Đối với máy đánh bóng vô tâm thi cách gá chi tiết có ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng làm việc của máy. Nếu tâm quay chi tiết thấp hơn đƣờng nối tâm của hai đá mài thì chi tiết có thể bị kẹt, còn nếu tâm quay của nó cao hơn thì sẽ xuất hiện rung động vì khi đó bánh dẫn 2 có xu hƣớng nâng chi tiết khỏi thanh đỡ, ngƣợc lại bánh đánh bóng 1 ép chi tiết xuống thanh đỡ. Vì vậy tâm quay của chi tiết phải nằm trên cùng một mặt phẳng với tâm của đá đánh bóng.
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 35
H ì n h 1 . 1 4 . S ơ đ ồ m á y đ á n h b ó n g c h u y ê n d ù n g
Máy đánh bóng chuyên dùng đƣợc sử dụng để gia công đánh bóng các chi tiết quang học hay các mẫu hiển vi (dùng để nghiên cứu cấu trúc vật liệu).
Máy đƣợc chế tạo dƣới dạng bàn kín có hai trục chính thẳng đứng. Ở phía trên của trục chính có lắp bàn quay, trên bàn quay có thể gá đá mài đàn hồi (đá mài mềm) nhờ các đai ốc móc. Chuyển động quay của đá mài đƣợc thực hiện từ động cơ điện 3, qua bộ truyền2 .Trong một sô trƣờng hợp bàn quay cùng đá mài có thể đƣợc gá trực tiếp trên trục của động cơ, nhƣ vậy có thể có máy đánh bóng đơn giản với trục quay của đặt theo phƣơng nằm ngang.
Bánh đánh bóng
Bánh đánh bóng là dụng cụ gia công tinh, có tính mềm, đàn hồi va đƣợc phủ lớp bột đánh bóng trên bề mặt.
Trong các vật liệu chế tạo bánh đánh bóng nhƣ vật liệu phíp và phớt, vải,