d) Ảnh hưởng của vận tốc cắt đá
2.3.8. Ảnh hưởng của động học mài đến nhám bề mặt
Nhám bề mặt chi tiết còn phụ thuộc rất nhiều vào động học của quá trình mài, theo đó khi mài tiến đá ngang chiều cao của nhám bề mặt giảm so với khi mài tiến dọc. Lý do là khi mài ngang có số vết cắt chồng lên nhau trong một tiết diện mài nhiều hơn. Mỗi biên dạng cắt trên hình 2.16 là tập hợp của rất nhiều vết cắt, bề mặt chi tiết là kết quả của vô số các vết cắt của các hạt mài.
Trên hình 2.16 nhận thấy rằng số lượng vết cắt càng lớn thì chiều cao nhám của bề mặt mài càng nhỏ, nhám được hình thành trên chi tiết là phản ánh của các biên dạng có điều kiện nào đó của đá mài mà đường bao tính cả các biên dạng cắt thành phần của đá mài tạo ra. Biên dạng có điều kiện này được gọi là “biên dạng cắt tạo hình”.
55
Hình 2.16. Các vết xước gây ra bởi các hạt mài trong vùng mài
Mô hình quá trình tính đến các yếu tố ảnh hưởng tới nhám bề mặt chi tiết. Chiều cao nhám là kết hợp của nhám ban đầu và các biến dạng thành phần, tức là phụ thuộc vào đặc tính và chỉnh sửa đá mài, phụ thuộc vào số lượng vết cắt, động học và chếđộ cắt khi mài.
Trên hình 2.17 là các đường cong thực nghiệm, nó chỉ ra sự giảm nhám khi tăng số biên dạng cắt đối với đá mài có độ hạt khác nhau và được biểu diễn bằng công thức:
h = h0e-α.n (2.8)
ởđây: h - chiều cao nhấp nhô bề mặt (độ nhám), µm; h0 - độ hạt đá mài; n - số vết cắt; α - hệ số nói lên mức độảnh hưởng của số vết cắt có được bằng thực nghiệm. Vì vậy, để xác định nhám của chi tiết phải xác định được các biến dạng cắt thành phần của đá mài nhờ sơđồ biến dạng bề mặt làm việc của đá mài.
Mức độ biến dạng dẻo và số lượng vết cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tính chất của vật liệu gia công, tốc độ cắt, chếđộ cắt, hình dạng hình học của lưỡi cắt của hạt mài và điều kiện mài. Thống kê biên dạng dẻo ở mẫu được nghiên cứu là bài toán rất phức tạp và chưa được nghiên cứu đầy đủ. Quá trình hình thành sóng trên bề mặt mài đơn giản hơn so với quá trình tạo nhám.
56
Hình 2.17. Các đường cong thực nghiệm chỉ ra sự giảm độ cao của nhám bề mặt khi số vết cắt tăng đối với đá mài có độ hạt khác nhau
Sóng của bề mặt chi tiết khi mài tạo ra do dao động của đá mài theo hướng vuông góc với bề mặt gia công hoặc do các sai lệch dạng hình học của đá mài như (độ ô van, sóng trên bề mặt đá mài …). Cả hai nguyên nhân dẫn đến thay đổi quỹ đạo chuyển động của đá mài hình thành nên sóng theo hướng song song và vuông góc với bề mặt gia công. Với các máy mài có kích thước bàn nhỏ, độ chính xác máy cao sóng trên bề mặt chi tiết mài nhỏ hơn các máy có kích thước bằng máy lớn, nhám bề mặt là yếu tố cần quan tâm. Với các máy có kích thước băng lớn có thể nhám đạt song độ sóng bề mặt lại không đảm bảo vì vậy ta cần quan tâm đến độ sóng hơn.
Các nguyên nhân gây dao động hướng tâm của đá mài là độ mất cân bằng cụm trục - đá mài, các dao động khác của máy và tự dao động xuất hiện do mòn và tình trạng mòn của đá mài.
Các nguyên nhân gây ra sai lệch hình dạng của đá mài là độ chính xác cụm trục chính - đá mài chưa cao, các sóng tạo ra trên bề mặt đá mài khi chỉnh sửa và khi mài.
Chiều cao và chu kỳ của sóng trên bề mặt mài phụ thuộc vào biên độ và tần số dao động của bề mặt làm việc của đá mài so với bề mặt gia công, phụ
57
thuộc vào hình dạng và các kích thước của đá mài và chi tiết. Và đồng thời cũng phụ thuộc vào lượng tiến đá ngang. Biên độ dao động của đá mài so với chi tiết được xác định bởi đại lượng lực gây ra các dao động và được xác định bởi độ cững vững của hệ thống công nghệ. Biên độ dao động của lực càng lớn và độ cứng vững của hệ thống càng nhỏ thì sóng trên chi tiết càng lớn. Sự phụ thuộc này không phải là tỷ lệ, khi bắt đầu thì tăng biên độ dao động của máy mài không gây sự tăng sóng trên chi tiết.
Nguyên nhân của hiện tượng này sẽ rõ ràng nếu chú ý đến sơ đồ hình thành sóng trên bề mặt được mài (hình 2.18). Từ sơđồ này thấy rõ là ở biên độ dao động của đá mài với sự tăng tần số dao động thì độ cao sóng giảm xuống.
Sóng trên chi tiết ảnh hưởng rất lớn tới nhám của bề mặt mài, chính xác hơn là sự không đồng nhất có quy luật cảu nhám bề mặt: khi xuất hiện sóng trên chi tiết thì nhám bề mặt ở phần lõm của sóng luôn lớn hơn trên đỉnh. Để làm rõ hiện tượng này ta xem hình 2.11.
Vào thời điểm cắt của đá mài vào chi tiết tức là khi tạo ra các vết lõm của sóng hình thành làm tăng chiều sâu cắt rất nhanh độ dày của lớp cắt kim loại do hạt mài tăng lên, mỗi một lát cắt để lại vết sâu lớn hơn do đó nhám bề mặt ở phần lõm tăng lên. Khi dịch chuyển đá mài ra khỏi chi tiết thị ngược lại. Sự không đồng nhất của nhám mài bề mặt mài có quy luật gắn liền với sóng.
Đại lượng không đồng nhất được xác định chủ yếu bằng chiều cao của sóng trên chi tiết và tăng lên cùng với sự mòn và cùn của đá mài xem hình 2.20 và hình 2.21. Theo nhiều kết quả nghiên cứu, độ nhám bề mặt có quan hệ với tuổi bền đá mài khá chặt chẽ.
Thay đổi độ sóng trên bề mặt mài cũng gắn liền với quá trình mòn đá mài. Khi bắt đầu mài các sóng trên chi tiết là do tổng thể các dao động cưỡng bức của đá mài và với chi tiết, sóng trên bề mặt đá mài hình thành khi sửa.
Mức dao động cưỡng bức cúa đá mài sau giai đoạn mài rà của đá mài thay đổi không đáng kể, còn các sóng của đá mài bị gãy nên chỉnh sửa giảm xuống
58
(nếu các dao động của lực cắt không cộng hưởng với bất kỳ tần số nào của các bộ phận của hệ thống công nghệ).
Vì vậy, các yếu tố trên không phải là nguyên nhân làm tăng sóng trên chi tiết khi đá mòn mà là do tăng giá trị dao động của hệ thống.
Hình 2.18. Sơđồ hình thành sóng trên bề mặt đá
Hình 2.19. Sơđồ tạo ra sự không đồng nhất có quy luật của nhám bề mặt chi tiết mài: 1) đá mài; 2) bề mặt chi tiết mài.
Hình 2.20. Sự thay đổi chiều cao nhám của bề mặt ởđỉnh sóng
59
Hình 2.21. Biểu đồ biên dạng nhám bề mặt đá mài được mô tả trên các đỉnh sóng (1) và ở phần lõm (2), sau 3 (trên) và 7 phút ở (hình 3.11)
Quan sát khi đá bị mòn, chiều cao ty của sóng trên chi tiết tăng lên, một điều tồn tại là tần số sóng của nó tương ứng với tần số tự dao động và tăng lên cùng với sự tăng biên độ tự dao động.
Nhưđã nhận thấy ở trên, việc hình thành sóng trên bề mặt làm việc của đá mài, mòn đá mài dẫn đến sự thay đổi tải trọng và nhiệt trên bề mặt mài: ma sát và nhiệt độ tiếp xúc của mài tăng, sự bám dính gây ra dao động của lực cắt và làm tăng nhiệt độ mài. Vì vậy các dao động đã được xét ở trên của đá mài so với chi tiết tạo ra không chỉ tạo ra sóng trên bề mặt mà còn có các vân nhám xuất hiện ở mỗi lần cắt của đá mài vào chi tiết.