2. Mục đớch, đối tƣợng, nội dung và phƣơng phỏp nghiờn cứu
1.10. Giới hạn vấn đề nghiờn cứu
Mài đƣợc ứng dụng trong gia cụng tinh lần cuối với cỏc chi tiết mỏy, phần lớn là thộp chế tạo mỏy C45 nhiệt luyện và thƣờng húa. Vỡ vậy nghiờn cứu ảnh hƣởng của quỏ trỡnh mài tới chất lƣợng bề mặt chi tiết mỏy núi riờng và chất lƣợng chi tiết núi chung là rất cần thiết. Trong những yếu tố ảnh hƣởng đú thỡ sửa đỏ mài hợp lý nhằm tạo ra Topography của đỏ phự hợp đúng vai trũ quan trọng quyết định đến chất lƣợng bề mặt của chi tiết thể hiện thụng qua độ nhỏm bề mặt.
CHƢƠNG 2: ĐỘ NHÁM BỀ MẶT MÀI THẫP C45 THƢỜNG HểA VÀ CễNG NGHỆ SỬA ĐÁ MÀI.
2.1. Độ nhỏm bề mặt và cỏc yếu tố ảnh hƣởng đến độ nhỏm bề mặt.
Để đỏnh giỏ chất lƣợng bề mặt chi tiết sau khi mài tinh cần đỏnh giỏ tổng hợp nhiều chỉ tiờu đú là cỏc chỉ tiờu hỡnh học và tớnh chất cơ lý của lớp kim loại bề mặt. Tuy nhiờn trong phạm vi đề tài này chỉ tập trung đỏnh giỏ một chỉ tiờu mà cú thể đo đƣợc chớnh xỏc đú là độ nhấp nhụ tế vi (độ nhỏm) bề mặt chi tiết mài.
Độ nhấp nhụ tế vi bề mặt mài là toàn bộ cỏc vết đƣợc tạo ra bởi cỏc lƣỡi cắt của đỏ mài. Hỡnh dạng và kớch thƣớc của cỏc vết này là ngẫu nhiờn. Độ nhấp nhụ tế vi bề mặt chi tiết mài phụ thuộc vào sự phõn bố của cỏc hạt mài trờn đỏ mài, và quỏ trỡnh động học, mức độ biến dạng dẻo khi cắt, chế độ cắt, đặc tớnh đỏ, chế độ trơn nguội, độ cứng vững của mỏy...
Giản đồ bề mặt nhấp nhụ (hỡnh 2.1) đƣợc mụ tả phúng đại những sai lệch tế vi để giỳp chỳng ta đỏnh giỏ đƣợc độ nhỏm bề mặt. Đƣờng trung bỡnh prụfin của độ nhấp nhụ bề mặt này là đƣờng cơ sở, để xỏc định số lƣợng trị số nhấp nhụ và vị trớ, tổng diện tớch hai phớa từ đƣờng trung bỡnh tới prụfin phải bằng nhau, tức là:
F1+ F3+ ....+ Fn-1= F2+ F4 +...+Fn
Cấp nhấp nhụ bề mặt tuỳ thuộc vào chiều dài đƣờng cơ sở l. Tiờu chuẩn đỏnh giỏ sai lệch hỡnh học tế vi của bề mặt dựa trờn hai thụng số sau:
- Trung bỡnh số học của sai lệch prụfin Ra
Ra = n i i x i y n dx y l 1 1 0 1 1 (2.1)
- Độ cao nhấp nhụ Rz: khoảng cỏch trung bỡnh giữa năm điểm cao và năm điểm rónh trong chiều dài cơ sở.
Rz = 5 10 8 6 4 2 9 7 5 3 1 h h h h h h h h h h (2.2)
+Y 0 -Y F1 F2 X F3 Fn-1 F4 Fn h 1 h 2 h 3 h 4 h 9 h 10 Hỡnh 2.1. Giản đồ nhấp nhụ bề mặt
Độ nhỏm bề mặt hỡnh thành chủ yếu bởi cỏc vết cào xƣớc chồng lờn nhau của cỏc điểm cắt cú chiều cao khụng bằng nhau (hỡnh 2.2):
Hỡnh 2.2. Sự hỡnh thành độ nhỏm bề mặt.
Khi mài bằng đỏ mài thƣờng thỡ độ nhỏm trung bỡnh của bề mặt mài
Ra = (0,15ữ2,5) m. Với đỏ mài CBN, sau khi chuẩn bị đỏ ban đầu (điều chỉnh và sửa đỏ), độ nhỏm bề mặt mài ban đầu cú thể đạt mức tƣơng đƣơng với đỏ mài thụng thƣờng sửa đỏ lần cuối.
Bằng cỏch chụp ảnh tế vi bề mặt mài, cỏc nghiờn cứu cho thấy độ nhỏm lý thuyết của bề mặt mài tăng lờn do hiện tƣợng sau:
- Vật liệu bị nộn gión sang hai bờn đƣờng cắt.
- Kim loại dớnh vào cỏc hạt mài rồi lại dớnh trở lại bề mặt phụi.
- Cỏc hạt mài bị vỡ làm cho quỏ trỡnh cắt dừng đột ngột tạo ra vết lồi lừm trờn bề mặt mài đụng thời tạo ra ứng suất tập trung.
Hỡnh 2.3. ảnh SEM bề mặt mài
Cỏc nguyờn nhõn làm giảm độ nhỏm bề mặt chi tiết mài gồm:
- Biến dạng đàn hồi theo phƣơng hƣớng kớnh của đỏ mài và việc chà sỏt đỉnh mũn của hạt mài.
- Sử dụng thành phần trơn nguội hợp lý. - Cú cụng nghệ tƣới nguội hợp lý.
Độ nhỏm bề mặt mài chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố:
- Sự hỡnh thành bề mặt trƣớc hết là do in dập quỹ đạo chuyển động của cỏc hạt mài, vết của cỏc hạt mài tạo ra biờn dạng hỡnh học tế vi trờn bề mặt gia cụng. Chế độ cắt ảnh hƣởng tới quỹ đạo chuyển động của hạt mài vỡ vậy ảnh hƣởng tới độ nhỏm bề mặt mài: tăng Sd, Vct làm tăng chiều sõu cắt az của cỏc hạt mài, do đú độ nhỏm bề mặt tăng; tăng tốc độ cắt Vđ làm tăng sự “xếp chồng” đƣờng cắt của cỏc hạt mài nờn chiều sõu cắt az giảm dẫn đến độ nhỏm bề mặt mài giảm nhiều. Ngoài ảnh hƣởng trực tiếp núi trờn, chế độ cắt cũn ảnh hƣởng giỏn tiếp đến độ nhỏm bề mặt qua cỏc yếu tố: biến dạng đàn hồi của đỏ, của vật liệu gia cụng, nhiệt cắt và rung động (vỡ nhiệt cắt và rung động tăng thỡ nhỏm bề mặt tăng).
nhỏm bề mặt mài: hạt mài cú kớch thƣớc lớn hơn, sửa đỏ thụ hơn sẽ dẫn đến độ nhỏm bề mặt tăng.
- Rung động làm tăng độ nhỏm bề mặt mài.
- Mức độ biến dạng dẻo của vật liệu càng lớn thỡ độ nhỏm bề mặt càng cao: khi mài vật liệu dẻo, dai cho độ nhỏm bề mặt cao hơn so với mài vật liệu cứng giũn.
- Nhiệt độ ở vựng mài càng cao thỡ vật liệu gia cụng ở lớp bề mặt càng biến dạng dẻo mạnh đồng thời cũn cú thể gõy chỏy, nứt bề mặt: cụng nghệ tƣới nguội, hệ số truyền nhiệt của vật liệu gia cụng và của đỏ mài ảnh hƣởng tới nhiệt độ của vựng mài qua đú ảnh hƣởng tới độ nhỏm bề mặt.
2.2. Cỏc phƣơng phỏp đỏnh giỏ độ nhỏm bề mặt.
Để đỏnh giỏ độ nhỏm bề mặt cú thể dựng cỏc phƣơng phỏp sau:
1. Phƣơng phỏp quang học (dựng kớnh hiển vi Linich): phƣơng phỏp này đo đƣợc bề mặt cú độ nhẵn búng cao (độ nhỏm thấp) thƣờng từ cấp 10 đến cấp 14.
2. Phƣơng phỏp đo độ nhỏm Ra, Rz bằng mỏy đo profin: phƣơng phỏp này sử dụng mũi dũ để đo profin lớp bề mặt cú cấp độ nhẵn búng đến cấp 11.
3. Phƣơng phỏp so sỏnh:
- So sỏnh bằng mắt: dựng mắt quan sỏt và so sỏnh bề mặt gia cụng với bề mặt vật mẫu và kết luận xem bề mặt gia cụng đạt cấp độ búng nào. Phƣơng phỏp này đơn giản, cú thể xỏc định đƣợc cấp độ búng từ cấp 3 đến cấp 7 nhƣng độ chớnh xỏc thấp và phụ thuộc vào kinh nghiệm của ngƣời thực hiện.
- So sỏnh bằng kớnh hiển vi quang học: dựng kớnh hiển vi quang học để quan sỏt và so sỏnh bề mặt gia cụng với bề mặt vật mẫu và kết luận xem bề mặt gia cụng đạt cấp búng nào. Phƣơng phỏp này cú độ chớnh xỏc cao hơn nhƣng vẫn phụ thuộc vào kinh nghiệm của ngƣời thực hiện.
2.3. Sửa đỏ mài.
Hầu hết cỏc đỏ trƣớc khi đƣa vào sử dụng hoặc sau một thời gian mài (bằng với tuổi bền T của đỏ) đỏ sẽ bị mũn đều phải trải qua quỏ trỡnh sửa đỏ. Sửa đỏ gồm hai giai đoạn: sửa đỳng (Truing) và làm sắc (Dressing). Sửa đỳng là làm cho biờn dạng đỏ đỳng theo yờu cầu, giảm độ đảo của đỏ. Làm sắc là quỏ trỡnh tạo khả năng cắt của đỏ mài. Qỳa trỡnh làm sắc bao gồm:
- Hạ thấp độ cao của chất kết dớnh trờn chiều cao biờn dạng đỏ để tạo ra khụng gian chứa phoi và làm cho cỏc hạt mài nhụ cao khỏi chất kết dớnh. - Tạo cỏc lƣỡi cắt trờn hạt mài.
Hiện nay đỏ mài Corun điện và SiC, chất kết dớnh Kờramit hoặc Bakelit đƣợc sử dụng rất phổ biến trong sản xuất (chiếm khoảng 80†85% trong tổng cỏc loại đỏ).[2]. Với cỏc loại đỏ này, quỏ trỡnh tạo biờn dạng đồng thời là quỏ trỡnh làm sắc, ta gọi chung là quỏ trỡnh sửa đỏ.
Việc nghiờn cứu quỏ trỡnh sửa đỏ khi mài nhằm cỏc mục đớch:
- Tạo biờn dạng của đỏ mài. Khụi phục lại độ chớnh xỏc về hỡnh dỏng hỡnh học của đỏ mài sau mỗi chu kỳ làm việc của đỏ. Tạo ra Topography hợp lý của đỏ nhằm nõng cao tớnh cắt, tuổi bền của đỏ mài và mở rộng khả năng cụng nghệ của đỏ mài gúp phấn nõng cao độ chớnh xỏc và chất lƣợng bề mặt gia cụng đồng thời nõng cao năng suất và hạ giỏ thành. - Nõng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của ngay quỏ trỡnh sửa đỏ: giảm suất
tiờu hao dụng cụ sửa đỏ, giảm suất tiờu hao đỏ sau mỗi lần sửa, nõng cao tuổi bền của dụng cụ sửa đỏ, tiết kiệm thời gian sửa đỏ...
2.3.1. Dụng cụ sửa đỏ.
1. Dụng cụ sửa đỏ khụng kim cƣơng:
Với loại dụng cụ này cú 2 phƣơng phỏp sửa đỏ: Sửa đỏ bằng phƣơng phỏp cắt lăn và sửa đỏ băng phƣơng phỏp mài. Nhƣợc điểm chung của loại dụng cụ khụng kim cƣơng là: độ mũn của dụng cụ lớn, lực hƣớng kớnh khi sửa đỏ lớn (700†1000N đối với phƣơng phỏp cắt lăn; 100†300N đối với phƣơng phỏp mài). [15]. Nổi bật nhất là khả năng cắt của đỏ mài sau khi sửa khụng cao, tuổi bền của đỏ
thấp, chất lƣợng bề mặt và độ chớnh xỏc gia cụng đạt đƣợc khụng cao. Nguyờn nhõn: khi sửa, dụng cụ tạo nờn diện tớch “mũn” trờn bề mặt hạt mài lớn ( lớn), làm suy giảm khả năng giữ cỏc hạt mài của chất kết dớnh, phoi của quỏ trỡnh mài đỏ lấp đầy cỏc khụng gian chứa phoi trờn bề mặt đỏ mài...Chớnh vỡ cỏc nhƣợc điểm này mà ngày nay cỏc phƣơng phỏp này ớt đƣợc dựng.
2. Dụng cụ sửa đỏ kim cƣơng:
Việc sử dụng dụng cụ kim cƣơng để sửa đỏ cho phộp nõng cao hơn chất lƣợng của quỏ trỡnh sửa đỏ. Kim cƣơng cú độ cứng, độ bền mũn cao nhất trong cỏc loại vật liệu đó biết, nờn dụng cụ kim cƣơng là loại dụng cụ sửa đỏ tốt nhất và đƣợc sử dụng nhiều nhất hiện nay.
Hỡnh 2.4. Một số dụng cụ sửa đỏ kim cương.
Căn cứ vào động học quỏ trỡnh sửa đỏ cú thể phõn loại dụng cụ kim cƣơng theo sơ đồ hỡnh 2.5:[2]
Chuyển động Tiếp xỳc của dụng cụ sửa điểm Cú chuyển động chạy dao dọc Sd Điểm Đƣờng Mặt Dụng cụ sửa tĩnh B nd vd Sd Vsd = Vd 1 hạt Mảnh Nhiều hạt nd
Đĩa sửa đơn
nd Đĩa sửa Đĩa sửa Dụng cụ sửa động Sd vd nd vsd vdc Vsd =Vd Vdc nd
Đĩa sửa đơn
nd Đĩa sửa nhiều hạt Khối sửa Khụng cú chuyển động Sd nd Trục sửa
- Dụng cụ sửa đỏ tĩnh: Cú đặc điểm là vận tốc chuyển động tƣơng đối tại điểm tiếp xỳc bằng tốc độ dài của đỏ mài khi sửa đỏ vd. Biờn dạng đỏ đƣợc tạo bởi chuyển dịch của dụng cụ dọc theo đƣờng dẫn hƣớng với vận tốc Ssd. Dụng cụ sửa tĩnh làm việc nhƣ một dao tiện. Vỡ vậy phƣơng phỏp này đƣợc gọi là sửa đỏ bằng phƣơng phỏp tiện. Lỳc này đỏ mài đúng vai trũ chi tiết gia cụng, dụng cụ sửa đỏ đúng vai trũ dao tiện (hỡnh 2.6).[20]
Hỡnh 2.6. Sửa đỏ bằng bỳt chỡ kim cương
* Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, độ tin cậy cao, năng suất sửa đỏ cao, chất lƣợng bề mặt đỏ đƣợc sửa cao. Vỡ vậy loại dụng cụ này đƣợc sử dụngrộng rói trong tất cả cỏc nguyờn cụng mài.
- Dụng cụ sửa đỏ động: Cú đặc trƣng là vận tốc tƣơng đối tại điểm tiếp xỳc: vsd = vd vdc (2.3) Trong đú: vd – Vận tốc dài của đỏ.
Vdc – Vận tốc dài của dụng cụ ( m/ph). ( + ) Khi vd và vdc cựng chiều.
( - ) Khi vd và vdc ngƣợc chiều.
Tựy theo quan hệ giữa chiều rộng Bd của đỏ và chiều rộng dụng cụ Bdc mà cú thể cú hay khụng cú chuyển động dọc khi sửa đỏ Ssd.
Ưu điểm: Tuổi bền dụng cụ cao, giảm suất tiờu hao đỏ khi sửa, tăng độ chớnh
xỏc và khả năng cắt của đỏ nờn tăng đƣợc độ chớnh xỏc, độ nhẵn bề mặt chi tiết gia cụng và tăng năng suất khi mài (khi sử dụng đỏ định hỡnh chạy dao hƣớng kớnh thỡ năng suất này cú thể tăng từ 2 đến 6 lần), đặc biệt là tạo đƣợc lớp ứng suất dƣ nộn bề mặt và tăng độ bền mỏi của chi tiết.[15]
Nhược điểm: Kết cấu và sử dụng phức tạp nờn ớt đƣợc sử dụng, đặc biệt là ở
Việt Nam.
Cơ sở lựa chọn dụng cụ sửa đỏ: Việc lựa chọn dụng cụ sửa đỏ đƣợc tiến hành dựa trờn cỏc cơ sở sau:
- Kỹ thuật: Tạo Topography tối ƣu, tuổi bền của đỏ, độ tin cậy, độ ổn định của dụng cụ, cỏc thụng số đặc trƣng của đỏ, yờu cầu cụng nghệ gia cụng... - Kinh tế: Sử dụng đơn giản, thuận tiện, chi phớ cho việc sửa đỏ nhỏ... Việc chọn lựa đƣợc cỏc chỉ dẫn trong cỏc sổ tay về mài. Với đỏ mài Corun điện và SiC, chất kết dớnh Kờramit thƣờng sử dụng dụng cụ sửa đỏ là bỳt chỡ kim cƣơng sửa bằng phƣơng phỏp tiện.[15],[2]. Tựy theo cấu tạo mà ngƣời ta chia bỳt chỡ kim cƣơng thành 3 loại và kiểu.
Vớ dụ: Loại 02- loại kim cƣơng đƣợc bố trớ theo lớp. Kiểu C- thõn cú bậc. Ngoài cỏc phƣơng phỏp sửa đỏ cổ điển trờn, ngày nay ngƣời ta cũn sử dụng rất nhiều phƣơng phỏp sửa đỏ tiờn tiến khỏc để đạt đƣợc Topography của đỏ theo yờu cầu nhƣ: Sửa đỏ bằng phƣơng phỏp rung động, sửa đỏ mài kim cƣơng và CBN bằng chựm tia hạt mài, sửa đỏ mài bằng chựm tia lửa điện...[15], [16], [17].
2.3.2. Động lực học quỏ trỡnh sửa đỏ.
Để nõng cao hiệu quả của quỏ trỡnh sửa đỏ nhƣ nõng cao độ chớnh xỏc và năng suất sửa đỏ, giảm độ mũn và nõng cao tuổi bền của dụng cụ sửa đỏ, cần phải biết cỏc quỏ trỡnh vật lý xẩy ra khi sửa đỏ nhƣ: lực cắt khi sửa đỏ, nhiệt độ và rung động trong quỏ trỡnh sửa đỏ...
Sơ đồ lực cắt sửa đỏ bằng con lăn kim cƣơng và bỳt chỡ kim cƣơng đƣợc trỡnh bày ở hỡnh 2.7.[15]
ndc T R N T' R' N' nd t t nd N' R' T' N R T
Hỡnh 2.7. Sơ đồ lực cắt khi sửa đỏ. Lực cắt khi sửa đỏ R đƣợc phõn chia làm 3 thành phần:
x y
z P P
P
R (N) (2.4) Trong đú: Pz - Thành phần lực tiếp tuyến.
Py - Thành phần lực hƣớng kớnh. Px - Thành phần lực dọc trục.
Viện vật liệu siờu cỳng Ucraina đó nghiờn cứu và chế tạo đƣợc lực kế đo 3 thành phần lực Px ,Py ,Pz khi sửa đỏ bằng con lăn [38]. Cỏc nghiờn cứu đó chỉ ra rằng: - Thành phần lực Px rất nhỏ so với Py, Pz. Tỷ số 0,250,45 y z P P ;
Py = 5†25 N khi dựng con lăn kim cƣơng và Py = 20ữ100 N khi
dựng bỳt chỡ kim cƣơng [38].
- Thành phần Py > Pz đƣợc cỏc nhà nghiờn cứu giải thớch: sự tiếp xỳc giữa hạt kim cƣơng và hạt mài trong vựng tiếp xỳc khi sửa đỏ đƣợc coi nhƣ dạng cỏc viờn bi va đập với một chiều sõu xõm thực lẫn nhau bằng chiều sõu cắt khi sửa đỏ tsđ
. Sở dĩ coi nhƣ vậy là gúc ở đỉnh hạt mài và hạt kim cƣơng hầu hết là 90ữ1100
- Cỏc thành phần lực Py , Pz phụ thuộc vào chế độ làm việc của dụng cụ sửa