- HSM là một phƣơng pháp gia công tiên tiến, có nhiều ƣu điểm về năng suất và chất lƣợng Tuy nhiên, để đạt đƣợc những ƣu điểm nói trên, HSM cũng có những
2.3. Những kết quả nghiên cứu đã đạt đƣợc trong việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt chi tiết gia công (R a, Rz).
2.3.1. Các kết quả đối với máy công cụ truyền thống.
2.3.1.1. Các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt.
Mối quan hệ giữa các yếu thông số hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt với chất lƣợng bề mặt chi tiết máy đã đƣợc nhiều công trình lý thuyết và thực nghiệm
đề cập đến, chủ yếu trên cơ sở phƣơng pháp cắt gọt nhƣ tiện, phay, mài... Từ kết quả nghiên cứu, bƣớc đầu ngƣời ta đã tìm đƣợc các biện pháp công nghệ thích hợp để cải thiện chất lƣợng 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 phƣơng pháp tiện ngƣời ta đã xác định mối quan hệ giữa các thông số: chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, lƣợng tiến dao S, bán kính mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất hmin.
Hình 2.11. Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi Rz và lượng chạy dao S
Trên hình 2. ta thấy đƣờng cong 1 biểu thị mối quan hệ tổng quát giữa Rz, S và r, cụ thể là trong phạm vi giá trị của lƣợng chạy dao S > 0,15 (mm/vòng). Đƣờng cong 2 biểu thị mối quan hệ thực nghiệm, kể cả phạm vi giá trị lƣợng chạy dao S nhỏ hơn (S < 0,1 mm/vòng). Từ đƣờng cong 2 ngƣời ta xác định đƣợc mối quan hệ giữa Rz, S, r, và hmin đối với bƣớc tiện tinh và biểu thị bằng đƣờng cong 3. Nhƣ vậy tùy theo giá trị thực tế của lƣợng chạy dao S mà ta có thể xác định mối quan hệ giữa Rz với S, r, và hmin nhƣ 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: min min2 2 . 1 2 8 S h r h r S Rz
Ở đây chiều dày phoi kim loại hmin phụ thuộc vào bán kính mũi dao r. Nếu mài lƣỡi cắt bằng đá mài kim cƣơng mịn ở mặt trƣớc và mặt sau lƣỡi cắt, khi r = 10µm thì hmin= 4µm. Mài dao hợp kim cứng bằng đá mài thƣờng nếu r = 40µm thì hmin > 20µm.
Nếu lƣợng chạy dao S quá nhỏ (S < 0,03 mm/vòng) thì trị số Rz lại tăng, nghĩa là thực hiện bƣớc tiện tinh hoặc phay tinh với lƣợng chạy dao S quá nhỏ sẽ không có ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lƣợng bề mặt chi tiết. Mặt khác với giá trị không đổi của lƣợng chạy dao S có thể đạt độ nhám bề mặt thấp hơn nếu vật liệu có độ bền cao hơn.
Hình 2.12. Ảnh hưởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến nhấp nhô bề mặt chi tiết khi tiện
Hình 2.12. là ví dụ về ảnh hƣởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhám khi tiện. Ở đây khi tiện lƣợng chạy dao S1 đƣa dao tiện từ vị trí 1 sang vị trí 2 (hình 2.12a) để lại trên bề mặt chi tiết phần diện tích lớp cắt còn dƣ (m) phụ thuộc vào bƣớc tiến S1 và hình dạng hình học của dụng cụ cắt. Giảm lƣợng chạy dao từ S1 đến S2 thì chiều cao nhấp nhô sẽ từ Rz’ giảm xuống Rz’’.
Thay đổi giá trị góc φ và góc φ1 không những làm thay đổi chiều cao nhấp nhô mà còn làm thay đổi cả hình dạng nhấp nhô (hình 2.12c)
Nếu bán kính mũi dao có dạng tròn r1 thì nhấp nhô cũng có đáy lõm tròn (hình 2.12d)
Nếu tăng bán kính mũi dao lên r2 thì chiều cao nhấp nhô Rz sẽ giảm (hình 2.12e).
Khi bán kính 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 hình dạng và chiều cao nhấp nhô (hình 2.12f)
2.3.1.2. 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 thƣớc nhấp nhô tế vi.
Tốc độ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt chi tiết máy (hình 2.15). 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) mét/phút thì nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và có giá trị lớn, gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trƣớc và mặt sau dao kim loại chảy dẻo. Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trƣớc
dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao (hình 2.13). Đó là do một ít kim loại bị chảy và bám vào mặt trƣớc 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 30000C, bám rất chắc vào mặt trƣớc 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 hủy, 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÷60) m/phút. Với tốc độ cắt lớn hơn 60 m/phút thì lẹo dao không hình thành đƣợc nên độ nhám bề mặt gia công giảm, độ nhẵn bóng bề mặt gia công tăng (hình 2.14) nêu rõ ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến sự hình thành và mất đi của lẹo dao. Hình (2.15) cho biết ảnh hƣởng của vận tốc cắt V đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, khi cắt gọt kim loại.
Hình 2.14. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều cao lẹo dao
Hình 2.15.Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz
Khi gia công kim loại giòn (gang) các mảnh kim loại bị trƣợt và vỡ ra không có thứ tự làm tăng nhấp nhô tế vi bề mặt. Tăng tốc độ cắt sẽ giảm đƣợchiện tƣợng vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ nhẵn bóng của bề mặt gia công.
Lƣợng chạy dao S ngoài ảnh hƣởng mang tính chất hình học nhƣ đã nêu ở trên, còn có ảnh hƣởng đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công. Hình (2.16) cho biết quan hệ giữa lƣợng chạy dao S và chiều cao nhấp nhô tế vi Rz khi gia công thép các bon, với giá trị của lƣợng chạy 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 bề mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi sẽ tăng lên, độ nhẵn bóng bề mặt giảm vì ảnh hƣởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hƣởng của
các yếu tố hình học. Nếu trị số S > 0,15 (mm/vòng) thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hƣởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh hƣởng của các yếu tố hình học, làm cho độ nhám bề mặt tăng lên nhiều.
Hình 2.16. Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đối với chiều cao nhấp nhô tế vi Rz
Nhƣ vậy để đảm bảo đạt độ nhẵn bóng bề mặt cao và năng suất cao nên chọn giá trị của lƣợng chạy dao S trong khoảng (0,05÷0,12) mm/vòng đối với thép các bon. Khi gia công tinh thép các bon nên tránh khoảng vận tốc cắt sinh lẹo dao. Chiều sâu cắt cũng ảnh hƣởng tƣơng tự nhƣ lƣợng chạy dao S đến độ nhám bề mặt gia công (nó tác động thông qua lực cắt và rung động), nhƣng trong thực tế ngƣời ta thƣờng bỏ qua ảnh hƣởng này. Nó chung không nên chọn giá trị của chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi cắt lƣỡi dao sẽ bị trƣợt trên mặt gia công và cắt không liên tục. Hiên tƣợng gây ra trƣợt dao thƣờng ứng với giá trị của chiều sâu cắt khoảng (0,02÷0,03) mm.
Loại vật liệu gia công có ảnh hƣởng 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 các bon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhám bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giòn.
2.3.1.3. Ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công.
Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tƣơng 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 quyết định đến độ nhám bề mặt gia công. Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp (độ nhẵn bề mặt cao) trƣớc hết cần phải đảm bảo đủ cứng vững, phải điểu chỉnh máy tốt và giảm ảnh hƣởng của các máy khác xung quanh.
Tóm lại, ảnh hƣởng 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. Ngƣời ta thƣờng phải dùng phƣơng pháp tính toán phân tích phức tạp để xác định chính xác hình dạng hình học tế vi của bề mặt gia công có xét đến sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên của quá trình cắt. Ví dụ dùng hàm số tƣơng quan để phân tích biên dạng thực của bề mặt gia công.
2.3.1.4. Biện pháp cải thiện độ bóng bề mặt gia công chi tiết máy bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt định hình.
Bảng 2.2. Biện pháp cải thiện độ bóng bề mặt.
Yếu tố ảnh hƣởng Biện pháp làm giảm chiều cao nhấp nhô tế vi (Rz)
Vật liệu gia công Sức bền cao, giới hạn chảy cao, nhiều các bon, độ cứng cao
Lƣợng tiến dao S Giá trị S nhỏ (giá trị nhỏ nhất khoảng 0,03 mm/vòng) Chiều sâu cắt t Giá trị của chiều sâu cắt nhỏ (giá trị nhỏ nhất 0,01mm) Vận tốc cắt Giá trị của vận tốc cắt không nằm trong vùng gây lẹo dao. Vật liệu dụng cụ cắt Độ cứng nóng (chịu nhiệt) tăng, khả năng chịu nhiệt của
dụng cụ cắt tăng theo thứ tự sau: thép gió, hợp kim cứng, gốm, kim cƣơng
Dung dịch trơn nguội Độ nhớt tăng theo thứ tự: nƣớc, dầu Thông số hình học
Góc trƣớc γ: Góc sau chính α: Bán kính mũi dao: Độ mòn dụng cụ: Góc trƣớc lớn dần. Góc sau lớn dần. Bán kính mũi dao nhỏ. Độ mòn dụng cụ nhỏ.