ảnh hưởng tới độ nhỏm bề mặt chi tiết gia cụng (Ra, Rz).
3.3.1. Cỏc kết quảđối với mỏy cụng cụ truyền thống
3.3.1.1. Cỏc yếu tố mang tớnh chất hỡnh học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt
Mối quan hệ giữa cỏc thụng số hỡnh học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt với chất lượng bề mặt chi tiết mỏy đó được nhiều cụng trỡnh lớ thuyết và thực nghiệm đề cập
đến, chủ yếu trờn cơ sở phương phỏp cắt gọt như tiện, phay, mài…Từ kết quả
nghiờn cứu, bước đầu người ta đó tỡm được cỏc biện phỏp cụng nghệ thớch hợp để
cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết mỏy, nhất là giảm chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz (giảm độ nhỏm) để tăng độ nhẵn búng bề mặt. Qua thực nghiệm đối với phương phỏp tiện người ta đó xỏc định mối quan hệ giữa cỏc thụng số; Chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz, lượng tiến dao S, bỏn kớnh mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất.
Rz (àm) 0,05 0,1 0,15 0,2 1 2 3 S (mm/vòng)
Hỡnh 3.2. Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz và lượng tiến dao S khi tiện
Trờn hỡnh 3.2, đường cong 1 biểu thị mối quan hệ tổng quỏt giữa Rz và S và r, cụ thể là trong phạm vi giỏ trị của lượng chạy dao S > 0.15 mm/vũng ; đường cong 2 biểu thị mối quan hệ thực nghiệm, kể cả phạm vi giỏ trị lượng chạy dao s nhỏ hơn (S< 0.15 mm/vũng). Từđường cong 2 người ta xỏc định được mối quan hệ
70
vậy tuỳ theo giỏ trị thực tế của lượng chạy dao S mà ta cú thể xỏc định mối quan hệ
giữa Rz , với S, r và hmin như sau:
• Khi S > 0,1 (mm/vũng) thỡ : Rz = s2/8r
• Khi S < 0,1 (mm/vũng) thỡ giỏ trị của chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz là: ) . 1 ( 2 8 2 min min 2 S h r h r s Rz = + +
Ở đõy chiều dày phoi kim loại hmin phụ thuộc vào bỏn kớnh mũi dao r. Nếu mài lưỡi cắt bằng đỏ mài kim cương mịn ở mặt trước và mặt sau lưỡi cắt, khi r = 10àm thỡ hmin = 4àm. Mài dao hợp kim cứng bằng đỏ mài thường nếu r = 40àm thỡ hmin > 20àm. Nếu lượng chạy dao S quỏ nhỏ (S < 0.03 mm/vũng) thỡ trị số của Rz
lại tăng, nghĩa là thực hiện bước tiện tinh hoặc phay tinh với lượng chạy dao S quỏ nhỏ sẽ khụng cú ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết.
2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1 2 r2 r S1 S2 S1 S1 S1 ϕ Rz ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ 1 Rz 5a Rz Rz ' Rz' ' ϕ 1 ϕ 1 t a b c d e f m ϕ 1 1 Hỡnh 3.3. Ảnh hưởng của hỡnh dỏng hỡnh học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt đến nhấp nhụ bề mặt khi tiện
71
Hỡnh 3.3 là vớ dụ về ảnh hưởng của hỡnh dạng hỡnh học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến nhỏm khi tiện. Ở đõy khi tiện lượng chạy dao S1 đưa dao tiện từ vị trớ 1 sang vị trớ 2 (hỡnh 3.3a) để lại trờn chi tiết phần sút lại m phụ thuộc vào bước tiến S1
và hỡnh dạng hỡnh học của dụng cụ cắt. Giảm lượng chạy dao từ S1đến S2 thỡ chiều cao nhấp nhụ sẽ từ R’z giảm xuống R’’z (hỡnh 3.3b). Nếu thay đổi gúc φ và gúc φ1
khụng những làm thay đổi chiều cao nhấp nhụ mà cũn làm thay đổi hỡnh dỏng nhấp nhụ (hỡnh 3.3c). Nếu bỏn kớnh mũi dao tiện cú dạng hỡnh trũn là r1 thỡ hỡnh thành dạng nhấp nhụ cũng cú đỏy lừm hỡnh trũn (hỡnh 3.3d). Nếu tăng bỏn kớnh đỉnh của dao tiện lờn r2 thỡ chiều cao nhấp nhụ Rz sẽ giảm (hỡnh 3.3e ). Phần thẳng của lưỡi cắt trờn dao tiện cũng cú ảnh hưởng đến hỡnh dạng và chiều cao nhấp nhụ (hỡnh 3.3f ).
3.3.1.2 Cỏc yếu tố phụ thuộc vào biến dạng dẻo lớp bề mặt
Khi vật liệu lớp bề mặt chi tiết mỏy bị biến dạng dẻo mạnh, cỏc cấu trỳc tinh thể nhỏ biến thành cấu trỳc tinh thể sợi làm thay đổi rất nhiều hỡnh dạng và nhấp nhụ tế vi . Ở kim loại giũn, khi gia cụng, cỏc hạt tinh thể cỏ biệt bị búc rời ra cũng làm thay đổi hỡnh dạng nhấp nhụ tế vi và làm tăng kớch thước nhấp nhụ tế vi. Tốc độ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhỏm chi tiết mỏy (hỡnh 3.4). Khi cắt thộp cỏcbon ở vận tốc cắt thấp, nhiệt cắt khụng cao, phoi kim loại tỏch dễ, biến dạng của lớp bề mặt khụng nhiều, vỡ vậy độ nhấp nhụ tế vi bề mặt thấp, độ nhỏm bề mặt thấp. Khi tăng tốc độ cắt đến khoảng 15 ữ 20 m/ph thỡ nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và cú giỏ trị lớn, gõy ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau dao kim loại chảy dẻo. Khi lớp kim loại bị nộn chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sỏt ở
vựng cắt sẽ hỡnh thành lẹo dao. Đú là do một ớt kim loại bị chảy và bỏm vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Về mặt cấu trỳc thỡ lẹo dao là hạt kim loại rất cứng, nhiệt độ núng chảy lờn tới khoảng 3000oC, bỏm rất chắc vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Lẹo dao làm tăng độ nhỏm bề mặt gia cụng. Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bi nung núng nhanh hơn, vựng kim loại biến dạng bị phỏ huỷ, lực dớnh của lẹo dao khụng thắng nổi lực ma sỏt của dũng phoi và lẹo dao bị cuốn đi. Lẹo dao biến mất ứng với tốc độ cắt khoảng từ 30 đến 60 m/ph. Với tốc độ cắt lớn hơn 60 m/ph thỡ lẹo dao khụng hỡnh thành được nờn độ nhỏm gia cụng giảm, độ nhẵn búng
72
bề mặt gia cụng tăng. Hỡnh 3.4 cho biết ảnh hưởng của vận tốc cắt V đến chiều cao
nhấp nhụ tế vi Rz , khi cắt
gọt kim loại.
Hỡnh 3.4 Ảnh hưởng của vận tốc cắt V đến chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz
Khi gia cụng cỏc vật liệu giũn (gang) cỏc mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra khụng cú thứ tự làm tăng nhấp nhụ tế vi bề mặt. Tăng tốc độ cắt sẽ giảm được hiện tượng vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ nhẵn búng của bề mặt gia cụng.
Lượng tiến dao S ngoài ảnh hưởng mang tớnh chất hỡnh học nhưđó nờu trờn, cũn cú ảnh hưởng đến độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia cụng. Hỡnh 3.5 cho biết quan hệ giữa lượng tiến dao S và chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz khi gia cụng thộp cỏcbon, với giỏ trị lượng tiến dao S=0,02ữ 0,15 mm/vũng thỡ bề mặt gia cụng cú độ nhấp nhụ tế vi thấp nhất, nếu giảm S < 0,02 mm/vũng thỡ độ nhấp nhụ tế vi sẽ tăng lờn, độ nhẵn búng bề mặt giảm vỡ ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của cỏc yếu tố hỡnh học. Nếu trị số S > 0,15 mm/vũng thỡ biến dạng
đàn hồi sẽảnh hưởng đến sự hỡnh thành cỏc nhấp nhụ tế vi, kết hợp với ảnh hưởng
của cỏc yếu tố hỡnh học, làm cho độ nhỏm bề mặt tăng lờn nhiều (hỡnh 3.5) 1 20 100 200 a Rz 0,02 0,15 0 S(mm/vòng) Rz(àm)
73
Hỡnh 3.5 Ảnh hưởng của lượng tiến dao S đối với chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz
Như vậy để đảm bảo đạt độ nhẵn búng bề mặt cao và năng suất cao nờn chọn giỏ trị của lượng tiến dao S trong khoảng 0,05 đến 0,12 mm/vũng đối với thộp cỏc bon. Khi gia cụng thộp cỏcbon nờn trỏnh khoảng vận tốc cắt sinh lẹo dao. Chiều sõu cắt cũng cú ảnh hưởng tương tự như lượng tiến dao S đến độ nhỏm bề mặt gia cụng, nhưng trong thực tế ngườ ta thường bỏ qua ảnh hưởng này. Núi chung khụng nờn chọn giỏ trị của chiều sõu cắt quỏ nhỏ vỡ khi cắt lưỡi dao sẽ bi trượt trờn mặt gia cụng và cắt khụng liờn tục, hiện tượng gõy ra trượt dao thường ứng với giỏ trị của chiều sõu cắt khoảng 0,02ữ0,03mm.
Loại vật liệu gia cụng cú ảnh hưởng đến độ nhấp nhụ tế vi (độ nhỏm bề mặt) chủ
yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thộp ớt cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho bề mặt cú độ búng cao hơn vật liệu cứng và giũn.
3.3.1.3 Ảnh hưởng do rung động của hệ thống cụng nghệđến chất lượng bề mặt gia cụng.
Quỏ trỡnh rung động trong hệ thống cụng nghệ tao ra chuyển động tương đối cú chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia cụng, làm thay đổi điều kiện ma sỏt, gõy nờn độ súng và nhấp nhụ tế vi trờn bề mặt gia cụng. Tỡnh trạng mỏy cú ảnh hưởng quyết định đến độ nhỏm bề mặt gia cụng. Muốn đạt độ nhỏm bề mặt gia cụng thấp (độ nhẵn búng bề mặt cao) trước hết cần phải đảm bảo đủ cứng vững, phải điều chỉnh mỏy tốt và giảm ảnh hưởng của cỏc mỏy khỏc xung quanh.
Túm lại, ảnh hưởng tổng hợp của ba nhúm yếu tố trờn tới độ nhỏm (độ nhẵn búng) bề mặt chi tiết mỏy phàn lớn mang tớnh chất ngẫu nhiờn. Cỏc số liệu khảo sỏt cho thấy chiều cao nhấp nhụ tế vi cú thể thay đổi đến 10 lần trong cựng một chế độ
cắt. Mặt khỏc hỡnh dạng hỡnh học tế vi bao giờ cũng mang sai số hệ thống và sai số
ngẫu nhiờn của quỏ trỡnh cắt. Người ta thường phải dựng phương phỏp tớnh toỏn phõn tớch phức tạp để xỏc định chớnh xỏc hỡnh dạng hỡnh học tế vi của bề mặt gia cụng cú xột đến sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiờn của quỏ trỡnh cắt. Vớ dụ dựng hàm số tương quan để phõn tớch biờn dạng thực của bề mặt gia cụng.
74
3.3.1.4 Biện phỏp cải thiện độ nhỏm bề mặt gia cụng chi tiết mỏy bằng dụng cụ
cắt cú lưỡi cắt định hỡnh.
Bảng 3.1. Biện phỏp cải thiện độ nhỏm bề mặt
Yếu tốảnh hưởng Biện phỏp làm giảm chiều cao nhấp nhụ tế vi (Rz)
Vật liệu gia cụng Sức bền cao, giới hạn chảy cao, nhiều cacbon, độ cứng cao Lượng tiến dao S, Sz Giỏ trị S, Rz nhỏ (giỏ trị nhỏ nhất khoảng 0,03 mm/vũng) Chiều sõu cắt Giỏ trị của chiều sõu cắt nhỏ (giỏ trị nhỏ nhất 0,01 mm) Vận tốc cắt Giỏ trị của vận tốc cắt khụng nằm trong vựng gõy lẹo dao Vật liệu dụng cụ cắt Độ cứng núng (chịu nhiệt) tăng, khả năng chịu nhiệt của dụng
cụ cắt tăng theo thứ tự sau: thộp giú, hợp kim cứng, gốm, kim cương.
Dung dịch trơn nguội Độ nhớt tăng theo thứ tự: nước, dầu Thụng số hỡnh học của dụng cụ cắt: Gúc trước γ Gúc sau α Bỏn kớnh mũi dao r Độ mũn dụng cụ Gúc trước lớn dần Gúc sau lớn dần Bỏn kinh mũi dao nhỏ Độ mũn dụng cụ (u) nhỏ 3.3.2 Cỏc kết quảđạt được đối với mỏy CNC
Mỏy cụng cụ CNC khỏc với mỏy cụng cụ thường một cỏch đỏng kể vỡ chất lượng và năng xuất của mỏy thụng thường phụu thuộc vào rất nhiều vào kỹ năng và kinh nghiệm của người vận hành. Mỏy cụng cụ CNC đó khắc phục được những nhược điểm trờn với ưu điểm nổi trội. Một đặc điểm quan trọng của mỏy CNC là cú thể gia cụng đạt độ chớnh xỏc cao. Độ chớnh xỏc của mỏy phụ thuộc chủ yếu vào độ
chớnh xỏc kớch thước của cỏc bộ phận, cỏc chi tiết mỏy cũng nhưđộ chớnh xỏc của cơ cấu dẫn động, chất lượng lắp rỏp, độ cứng vững của cỏc phần tử mỏy, khe hở
giữa cỏc bề mặt, điều kiện ma sỏt của cỏc phần tử chuyển động với bộ phận dẫn hướng và cỏc yếu tố khỏc. Độ cứng vững của trục chớnh và cỏc bộ phận khỏc của mỏy cụng cụ CNC phải cao hơn cỏc bộ phận tương ứng của mỏy cụng cụ thụng
75
thường. Truyền động chạy dao của mỏy CNC là dựng động cơ CD và AC với bộ
truyền vớt me - đai ốc - bi cho từng trục chạy dao độc lập (giảm cỏc khõu trung gian tương ứng với chuỗi động học ngắn hơn). Vớt me là phần dẫn động cuối cựng của bộ phận vận chuyển trong phần lớn cỏc mỏy CNC. Vỡ thế cỏc mỏy CNC sử dụng cỏc vớt me cú độ chớnh xỏc cao, chịu mũn và cứng vững nhờ cỏc đai ốc chịu tải lớn. Cỏc bộ phận truyền vớt me - đai ốc - bi cú khả năng truyền dẫn dễ dàng (mụ men truyền lớn), ma sỏt nhỏ, trỏnh được hiện tượng stick-slip (hiện tượng lựi do lực cản ma sỏt) và khụng cú khe hở khi truyền dẫn với tốc độ cao. Hộp thay đổi tốc độ tự động của mỏy tiện cú trục chớnh cứng vững cú phạm vi thay đổi tốc độ rộng thụng qua trục truyền đai chữ V. Hộp thay đổi tốc độ được tỏch rời khỏi ụ trước giỳp chịu bất kỳ sự thay đổi nào trong tốc độ quay. Cỏc đặc điểm kết cấu này khiến cho bộ
phận dẫn động của mỏy CNC cú độ cứng vững động và tĩnh lớn nhất. Cỏc mỏy cụng cụ CNC cũn được trang bị cỏc bộ truyền bỏnh răng khụng cú khe hởđể cú thể đảm bảo độ chớnh xỏc truyền động rất cao. Nhờ cỏc ưu điểm kể trờn mà độ chớnh xỏc đạt
được khi gia cụng trờn mỏy CNC là rất cao, cụ thể nú cú thể thực hiện cỏc lệnh di chuyển với độ chớnh xỏc 1àm. Đặc biệt đối với cỏc mỏy tiện tinh chớnh xỏc, mỏy doa tinh, mỏy mài chớnh xỏc hiện nay, sai số này cú thểđạt tới 0,1àm.
Việc sử dụng cỏc mỏy cắt đắt tiền như vậy chỉ mang lại hiệu quả cao khi mỏy làm việc với chếđộ cụng nghệ hợp lý, nếu khụng thỡ sẽ gõy ra lóng phớ và hiệu quả
thấp. Do vậy việc nghiờn cứu ảnh hưởng của chếđộ cắt tới độ búng đó được nghiờn cứu nhiều ở cỏc nước phỏt triển như: Đức, Mỹ, Nhật, Phỏp …. Nhưng khi mua cỏc thiết bị gia cụng đắt tiền của cỏc nước này, cỏc hóng bỏn thiết bị chỉ đưa ra hướng dẫn cụng nghệở dạng khỏi quỏt. Cũn chếđộ cắt tối ưu là bản quyền của riờng từng hóng, họ khụng bỏn nhằm giữđộc quyền riờng cạnh tranh. Do vậy, việc nghiờn cứu
ảnh hưởng của chếđộ cắt tới độ búng khi gia cụng trờn mỏy CNC là vấn đề thời sự
và là đũi hỏi tất yếu khỏch quan của nền chế tạo cơ khớ hiện đại của nước ta. Trong thời gian qua, một trong những đề tài nghiờn cứu về lĩnh vực này là luận ỏn tiến sỹ
kỹ thuật “Mụ hỡnh húa quỏ trỡnh cắt khi phay trờn mỏy CNC của tỏc giả Hoàng Việt Hồng”. Trong luận ỏn của mỡnh tỏc giả đó nghiờn cứu, thiết lập mụ hỡnh cỏc đại
76
lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quỏ trỡnh cắt khi phay, tỡm tớn hiệu phự hợp phục vụ cho điều khiển thớch nghi trong quỏ trỡnh phay, đảm bảo hệ thống làm việc an toàn, tăng năng suất gia cụng, tận dụng hết khả năng cắt của dụng cụ, nõng cao
độ chớnh xỏc nguyờn cụng và gúp phần thực hiện tự động húa quỏ trỡnh sản xuất, dẫn tới chi phớ sản xuất thấp.
3.3.3. Cỏc kết quảđạt được đối với mỏy mài
Trong quỏ trỡnh mài độ nhỏm bề mặt gia cụng phụ thuộc vào chế độ gia cụng, cụng việc sửa đỏ, đặc tớnh đỏ, cỏc tớnh chất của vật liệu gia cụng, rung động và cỏc yếu tố khỏc nữa.
a. Ảnh hưởng của chếđộ mài:
- Ảnh hưởng của lượng chạy dao: Chiều cao nhấp nhụ tế vi tăng lờn khi lực cắt hướng kớnh và trị số của lượng chạy dao tăng (Sd và Sn). Mối liờn hệ này được xỏc
định bằng hàm số cú số mũ 0,4ữ0,5. Sở dĩ cú khoảng dao động của số mũ như vậy là do cũn phụ thuộc vào chếđộ sửa đỏ khỏc nhau, sai sốđo.
- Ảnh hưởng của vận tốc vũng của đỏ: Khi tăng vận tốc vũng của đỏ làm tăng số lượng hạt mài tham gia vào quỏ trỡnh cắt trong một đơn vị thời gian, dẫn đến làm giảm chiều sõu cắt của từng hạt mài riờng biệt, do đú nú làm giảm chiều cao nhấp nhụ tế vi.
Ra = C.Vk-α α= 0,7 ữ 0,8
Tốc độ mài thường dựng trong khoảng 28ữ35 m/s. Người ta cũn dựng tốc độ