2. Mục đớch, đối tƣợng, nội dung và phƣơng phỏp nghiờn cứu
2.3.3. Topography của đỏ mài
Sửa đỏ tạo ra Topography của đỏ mài hợp lý nhằm nõng cao tớnh cắt, tuổi bền của đỏ mài và mở rộng khả năng cụng nghệ của đỏ mài.
2.3.3.1. Định nghĩa.
Tập hợp tất cả cỏc lồi lừm trờn bề mặt đỏ mài đƣợc xỏc định trong khụng gian 3 chiều với những đặc trƣng cụ thể của nú gọi là Topography của đỏ mài.
2.3.3.2. Tớnh chất của Topography.
- Topography phụ thuộc vào cỏc thụng số đặc trƣng của đỏ mài nhƣ: độ cứng, độ hạt, cấp cấu trỳc, vật liệu hạt mài, vật liệu chất kờt dớnh...
- Topography phụ thuộc vào điều kiện và chế độ cụng nghệ khi sửa đỏ, trong giới hạn của đề tài chỳng ta chỉ đi nghiờn cứu sõu ảnh hƣởng của yếu tố này.
- Topography luụn biến đổi trong quỏ trỡnh mài. Sự biến đổi của Topography khởi thủy đạt đƣợc sau khi sửa đỏ, vào tải trọng cơ nhiệt tỏc động trờn hạt mài, trờn chất kết dớnh, cú nghĩa là phụ thuộc vào chế độ cụng nghệ khi mài.
- Topography ảnh hƣởng quyết định đến khả năng cắt, đến độ mài mũn và tuổi bền của đỏ, đến chất lƣợng bề mặt gia cụng.
2.3.3.3. í nghĩa của Topography.
Topography của đỏ đặc trƣng cho cấu trỳc hỡnh học tế vi của bề mặt đỏ mài. Đặc điểm hỡnh học của dụng cụ mài phức tạp hơn rất nhiều so với dụng cụ cắt cú lƣỡi cắt xỏc định. Dụng cụ mài cú số lƣỡi cắt rất lớn, cỏc hạt mài cú hỡnh dạng khỏc nhau, cỏc thụng số hỡnh học của cỏc lƣỡi cắt khỏc nhau và thƣờng khụng hợp lý, cỏc
hạt mài phõn bố ngẫu nhiờn trong đỏ mài...Tất cả cỏc điều đú làm cho quỏ trỡnh nghiờn cứu đỏnh giỏ Topography gặp rất nhiều khú khăn.
Topography ảnh hƣởng trực tiếp đến tớnh chất tiếp xỳc giữa bề mặt làm việc của đỏ và bề mặt chi tiết gia cụng nờn nú ảnh hƣởng rất lớn đến tớnh năng cắt gọt, độ nhỏm bề mặt, độ mũn và tuổi bền của đỏ.
Bởi vậy, khi cỏc điều kiện cụng nghệ khỏc đó xỏc định thỡ việc nghiờn cứu cụng nghệ sửa đỏ để tạo ra đƣợc Topography của đỏ thớch hợp cú ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật rất lớn để cải thiện tớnh cắt gọt và nõng cao chất lƣợng bề măt, mở rộng khả năng gia cụng của đỏ mài và nõng cao tuổi bền của đỏ mài.
2.3.3.4. Cỏc phƣơng phỏp đỏnh giỏ Topography đỏ mài
Trong gia cụng cơ khớ đặc biệt là quỏ trỡnh mài thỡ việc xỏc định đựơc Topography của đỏ mài là rất quan trọng, bởi vỡ Topography của đỏ là yếu tố cú ảnh hƣởng quyết định đến chất lƣợng bề mặt của chi tiết gia cụng.
Việc nghiờn cứu, xỏc định và kiểm soỏt đƣợc Topography của đỏ mài cú ý nghĩa đến việc nõng cao chất lƣợng bề mặt của chi tiết gia cụng. Trong quỏ trỡnh mài dƣới tỏc dụng của nhiệt, lực cắt, ma sỏt, rung động, mũn ... thỡ Topography của đỏ luụn thay đổi. Nếu xỏc định và đỏnh giỏ đƣợc Topography của đỏ thỡ cú thể nõng cao tớnh cắt gọt của đỏ và hiệu quả của quỏ trỡnh mài. Xỏc định đƣợc Topography ngay trong quỏ trỡnh mài cú thể giỳp cho nhà cụng nghệ quyết định thời gian sửa đỏ và chế độ sửa đỏ phự hợp.
Hiện nay, nhờ sự phỏt triển của khoa học kỹ thuật mà cỏc phƣơng phỏp đo Topography đỏ mài đƣợc nghiờn cứu ngày một hoàn thiện hơn, vớ dụ một số phƣơng phỏp:
- Dựng ống nhũm, mỏy quay phim hoặc thiết bị chụp ảnh trong khụng gian 3 chiều để theo dừi và đỏnh giỏ sự thay đổi liờn tục của Topography.[20],[2]
- Nghiờn cứu cấu trỳc bề mặt đỏ mài và biểu đồ biờn dạng bề mặt đỏ nhờ thiết bị dũ tiếp xỳc trực tiếp, khi đú biờn dạng bề mặt đỏ đƣợc ghi lại nhƣ hỡnh 2.9.[20],[2].
Hỡnh 2.9. Biờn dạng bề mặt đỏ
- Nghiờn cứu Topography thụng qua tớnh chất tiếp xỳc thực tế giữa đỏ và bề mặt chi tiết gia cụng bằng phƣơng phỏp in dấu[20],[2].
- Nghiờn cứu bề mặt đỏ mài bằng mẫu đỏ mài nhỡn từ nhiều hỡnh chiếu để thấy cấu trỳc hỡnh học bề mặt đỏ[20],[2].
- Nghiờn cứu cấu trỳc hỡnh học từng hạt mài, loại hạt, nghiờn cứu ma sỏt, biến dạng của vết cắt do hạt mài cắt trờn bề mặt gia cụng[20],[2].
- Xỏc định khả năng cắt của đỏ mài thụng qua thể tớch vật liệu đƣợc hớt đi trong một đơn vị thời gian[2].
- Xỏc định kớch thƣớc và số lƣợng hạt mài nằm trong vựng cắt để xỏc định số lƣợng lƣỡi cắt trực tiếp tham gia cắt trong vựng tiếp xỳc. Sử dụng cỏc phƣơng phỏp chụp ảnh khụng gian 3 chiều, ghi lại xung nhiệt khi mỏy mài phỏt ra[2].
- Phƣơng phỏp đỏnh giỏTopography giỏn tiếp thụng qua cỏc thụng số xẩy ra trong quỏ trỡnh mài nhƣ: lực cắt, nhiệt cắt, rung động, mũn đỏ hoặc chất lƣợng bề mặt chi tiết gia cụng[2]
- Phƣơng phỏp đo Topography của đỏ mài bằng đầu đo lazer mà kết quả đo đƣợc thể hiện trờn hỡnh 2.10
Hỡnh 2.10 Topography của bề mặt đỏ và biờn dạng 2D của bề mặt a- trước khi mài; b- sau khi mài
2.3.3.5 Sự biến đổi Topography của đỏ mài.
Do tỏc dụng của tải trọng cơ nhiệt lờn hạt mài và chất kết dớnh nờn Topography của đỏ luụn biến đổi trong quỏ trỡnh mài.
Qỳa trỡnh biến đổi Topography diễn ra theo cỏc giai đoạn sau:[2]
- Giai đoạn 1: Khi đỏ bắt đầu quỏ trỡnh cắt, Topography biến đổi mạnh.
Nguyờn nhõn: khi đỏ bắt đầu cắt, trờn bề mặt đỏ cú một số lƣợng nhất định cỏc hạt mài cú vị trớ khụng thuận lợi cho quỏ trỡnh cắt, một số hạt mài đƣợc gắn khụng chặt vào chất kết dớnh và bị phỏ hủy khi sửa đỏ. Dƣới tỏc dụng của tải trọng cơ nhiệt, cỏc hạt này bị liờn tục bung ra khỏi bề mặt đỏ. Số lƣợng cỏc hạt này phụ thuộc vào loại dụng cụ sửa đỏ, vào chế độ cụng nghệ khi sửa đỏ và vào cỏc đặc tớnh của đỏ mài.
- Giai đoạn 2: Giai đoạn làm việc ổn định của đỏ mài. Ở giai đoạn này cỏc
lƣỡi cắt trờn hạt mài dần dần bị mũn, trờn đỉnh hạt xuất hiện cỏc diện tớch mũ, đồng thời cỏc dạng mũn khỏc của đỏ mài cũng xuất hiện. Kết thỳc giai đoạn này là kết thỳc một chu kỳ làm việc của đỏ , ta phải tiến hành sửa đỏ.
Sự biến đổi của Topography trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu và chế độ tải trọng cơ nhiệt tỏc động lờn hạt mài nhƣ: chế độ cụng nghệ khi mài, vật liệu gia cụng...Tuy nhiờn cỏc thụng số đặc trƣng của Topography ở giai đoạn ổn định phụ thuộc vào dạng Topography khởi thủy sau khi sửa đỏ. Sự biến đổi của Topography phụ thuộc vào dạng Topography khởi thủy và chế độ tải trọng khi mài đƣợc chỉ rừ ở hỡnh 2.11:[2] 1 2 3 3 2 1 Vw' Rtdo Qw' Ra 1 2 3 3 2 1 3 2 1 Rt Rtd Rtdo Qw' Vw' Vw' Vw' Rtd Rt Ra 1 2 3
Hỡnh 2.11. Sự biến đổi của Topography phụ thuộc vào dạng Topography khởi thủy và tải trọng khi mài.
Phần dƣới của hỡnh 2.9 chỉ ra sự ảnh hƣởng của chế độ tải trọng khi mài đến sự biến đổi của Topography và kết quả mài. Khi thể tớch cắt gọt '
w
Q nhỏ sẽ nhận đƣợc trạng thỏi bề mặt đỏ mịn, độ nhỏm bề mặt gia cụng cũng nhỏ. Khi tăng '
w Q sẽ làm tăng lực cắt, tăng độ mũn nờn thời gian mài sẽ làm tăng độ nhỏm bề mặt đỏ mài nờn độ nhỏm chi tiết gia cụng cũng tăng.
Nhƣ vậy, ngoài đặc tớnh của tải trọng thỡ dạng Topography khởi thủy (đạt đƣợc sau khi sửa đỏ) ảnh hƣởng rất lớn đến sự biến đổi của nú theo thời gian mài. Do đú ảnh hƣởng lớn đến quỏ trỡnh mài và kết quả mài. Hay núi cỏch khỏc là nếu thay đổi chế độ và cụng nghệ khi sửa đỏ sẽ làm thay đổi tớnh chất cắt gọt của đỏ mài.
2.3.3.6 Cỏc yếu tố ảnh hƣởng đến Topography của đỏ mài. 1. Ảnh hƣởng của cỏc thụng số đặc trƣng của đỏ mài.
Cỏc thụng số đặc trƣng của đỏ mài nhƣ: Vật liệu hạt mài, độ hạt, vật liệu chất kết dớnh, độ cứng của đỏ, cấp cấu trỳc đều ảnh hƣởng đến Topography của đỏ.
2. Ảnh hƣởng của dụng cụ sửa đỏ.
Dụng cụ sửa đỏ sẽ ảnh hƣởng đến mật độ lƣỡi cắt, đến chiều cao biờn dạng đỏ ha , đến quy luật phõn bố lƣỡi cắt theo chiều cao biờn dạng...[2]
Sự thay đổi số lƣỡi cắt trờn bề mặt làm việc của đỏ theo chiều cao biờn dạng đỏ ha phụ thuộc vào dụng cụ sửa đỏ đƣợc giới thiệu ở hỡnh 2.12
1 2 S (mm) 0 16 32 48 80 160 240 Đỏ: 9A40CM2K6 Ssd = 0,48 m/ph tsd = 0,015 mm
Hỡnh 2.12 Ảnh hưởng của dụng cụ sửa đỏ đến chiều cao biờn dạng ha
Trong đú: - Đƣờng 1: Sửa đỏ bằng con lăn hợp kim cứng. - Đƣờng 2 : Sửa đỏ bằng bỳt chỡ kim cƣơng.
Từ đồ thị ta thấy ảnh hƣởng của dụng cụ sửa đến số lƣợng lƣỡi cắt lớn nhất ở chiều sõu 20 đến 60 m, nghĩa là chiều sõu cú tớnh khả ƣớc với chiều sõu mài.
Ngoài ra dụng cụ sửa đỏ cũn ảnh hƣởng tới việc tạo gúc sắc, tạo bỏn kớnh
và diện tớch mũn trờn bề mặt đỏ.
3. Ảnh hƣởng của chế độ cắt khi sửa đỏ. a. Ảnh hƣởng của Ssd :
Ảnh hƣởng của Ssd đến Topography của đỏ đỏnh giỏ qua cỏc chỉ tiờu St , ha ,
t
và qua nhấp nhụ tế vi bề mặt của chi tiết đƣợc chỉ ra trờn hỡnh 2.13[2],[20]. Qỳa trỡnh mài thộp C45 đó tụi, việc đo đƣợc thực hiện ở chiều sõu 40m.
0 1 2 3 4 5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Ra ha St η ξ
Hỡnh 2.13. Ảnh hưởng của Ssd khi sửa đỏ đến Topography.
Kết quả nghiờn cứu chỉ rừ: khi giảm Ssd sẽ làm tăng mật độ lƣỡi cắt tĩnh St
(Mật độ lƣỡi cắt tĩnh là số lƣợng lƣỡi cắt tĩnh trờn một đơn vị chiều dài trờn mặt cắt của đỏ- Tất cả cỏc cạnh sắc của hạt mài nhụ ra khỏi chất kết dớnh đƣợc gọi là lƣỡi cắt tĩnh) và làm giảm độ nhọn sắc của lƣỡi cắt (tăng ). Chỉ tiờu làm cựn t tăng lờn, độ cao ha của cỏc lƣỡi cắt giảm xuống. Những thay đổi đú sẽ làm cho bề mặt đỏ bằng phẳng hơn. Với chiều cao nhấp nhụ bề mặt đỏ do đú chiều cao nhấp nhụ tế vi bề mặt chi tiết gia cụng Ra giảm so với khi sửa với Ssd lớn., Khi Ssd nhỏ thỡ chỉ tiờu làm cựn t sẽ tăng lờn nờn nú làm giảm khả năng cắt của đỏ mài.
b. Ảnh hƣởng của chiều sõu sửa đỏ tsd
Khi thay đổi tsd sẽ làm thay đổi chiều cao nhấp nhụ ban đầu của đỏ mài Rstt ,
chiều cao h0 ban đầu, làm thay đổi số lƣỡi cắt trờn hạt mài, hỡnh dỏng cỏc lƣỡi cắt, thể tớch khụng gian chứa phoi... Nhƣ vậy tsd là yếu tố ảnh hƣởng tới điều kiện tiếp
xỳc giữa đỏ mài và bề mặt gia cụng. Vớ dụ: ỏp lực đơn vị, chiều sõu cắt az , ma sỏt
giữa chất dớnh kết với bề mặt gia cụng... 2 6 10 14 18 0 20 40 60 0 10 14 18 22 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 Ra(μm) Ha(μm) ηt (μm) ξ(μm) 1/mm Ssd mm/vg
Tuy nhiờn khi tăng tsd sẽ làm tăng lực phỏp tuyến Py khi sửa đỏ và làm tăng
hiệu ứng nhiệt khi sửa đỏ do đú sẽ làm tăng sai lệch hỡnh dạng bề mặt đỏ. Tăng tsd
trong giới hạn nào đú là vấn đề cần nghiờn cứu.
Ảnh hƣởng của tsd tới Topography của đỏ là vấn đề cũn ớt đƣợc nghiờn cứu.
Đặc biệt là ảnh hƣởng đồng thời của cả Ssd và tsd
c. Ảnh hƣởng của vận tốc cắt khi sửa đỏ.
Vận tốc cắt khi sửa đỏ ảnh hƣởng tới Topography thụng qua thời gian tiếp xỳc và năng lƣợng va đập giữa cỏc hạt mài và hạt kim cƣơng. Thời gian va đạp và tiếp xỳc sẽ ảnh hƣởng đến quỏ trỡnh “vỡ” của cỏc hạt mài và sự “bung ra” của cỏc hạt mài khỏi chất kết dớnh. Khi vc lớn (>25m/s) thời gian “tiếp xỳc” giữa hạt mài và
hạt kim cƣơng nhỏ, xung va đạp lớn nờn cỏc hạt mài dễ bị vỡ thành nhiều mảnh nhỏ. Mảnh lớn nhất vẫn đƣợc giữ lại trờn bề mặt đỏ, trờn mảnh đú hỡnh thành nhiều lƣỡi cắt; cỏc hạt mài “ớt” bị bật ra khỏi chất dớnh kết. Khi giảm vc thỡ quỏ trỡnh sẽ ngƣợc lại.
Ngoài ra cỏc yếu tố khỏc nhƣ độ cứng vững của HTCN khi sửa đỏ, sự gỏ đặt dụng cụ khi sửa đỏ trờn mỏy, rung động của HTCN đều ảnh hƣởng đến Topography của đỏ và ảnh hƣởng đến độ mũn, tuổi bền của dụng cụ sửa đỏ.