Một số thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt

- Dao cắt: vật liệu làm dao, các thông số hình học của dao

- Chế độ cắt: tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, hướng cắt (phay thuận hoặc phay nghịch). +) Tốc độ cắt V (m/phút) 1000 . .Dn V   (1.17) Trong đó: D là đường kính của dao (mm)

n là số vòng quay trục chính ( vòng/phút)

+) Lượng chạy dao S (mm/vòng) S = Sz.Z (1.18) Trong đó Sz lượng chạy dao của một răng

Z số răng +) Chiều sâu cắt t0 (mm)

Là kích thước lớp kim loại được cắt đi ứng với một lần chuyển dao, theo phương vuông góc với bề mặt gia công.

+) Chiều sâu phay t (mm)

Là kích thước lớp kim loại được cắt đi theo phương vuông góc với trục của dao. +) Chiều rộng phay B (mm)

Là kích thước lớp kim loại được cắt đi theo phương chiều trục của dao. +) Chiều dày cắt khi phay a (mm)

29

Chiều dầy cắt khi phay a là một trong những yếu tố quan trọng của quá trình phay. Giá trị của a là khoảng cách giữa 2 vị trí kế tiếp của quỹ đạo chuyển động của một điểm trên lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng Sz.

Giá trị này được tính trung bình (đối với dao phay trụ):

 . . . 2 D t S a z tb (mm) (1.19) Trong đó:  là góc tiếp xúc (rad) với

D t

2 1

cos  (1.20) Giá trị này được tính trung bình (đối với dao phay mặt đầu)

  .sin . . . 2 D t S a z tb  (mm) (1.21) Trong đó:  là góc nghiêng chính tính theo độ

- Độ cứng vững của hệ thống công nghệ: Máy (tuổi thọ, hệ dịch chuyển bang máy, bàn dao, độ tin cậy của máy) – dao – đồ gá – chi tiết gia công.

- Công nghệ trơn nguội

- Tính chất của vật liệu gia công

Kết luận chƣơng 1:

+) Khuôn: Khuôn để thực hiện gia công là khuôn ép nhựa làm bằng thép hợp kim, yêu cầu chất lượng của khuôn rất cao: Độ bền cơ học, chịu va đập, chịu mài mòn, chịu nhiệt tốt. Độ nhám bề mặt lắp ghép của các nửa khuôn phải tinh đặc biệt đối với khuôn yêu cầu độ kín khít suốt chiều dài mặt lắp ghép.

+) Dao phay là đài gá dao được gắn các mảnh cắt hợp kim cứng có dạng hình tam giác, hình tròn, hình bình hành. Ở chế độ phay thô sử dụng mảnh cắt tam giác, phay tinh sử dụng mảnh cắt hình tròn. Loại mảnh cắt này phù hợp với cắt ở tốc độ cắt cao. Khi cắt với thép hợp kim, với mảnh cắt hình tam giác G10E thì V=110÷190m/phút [21].

+) Vật liệu làm khuôn là thép hợp kim AS 3678-250 theo tiêu chuẩn của Úc, có độ cứng cao đáp ứng yêu cầu vật liệu làm khuôn. Khi phay với tốc độ cắt cao thì loại vật liệu này sẽ cho độ bóng tốt hơn (độ bóng bề mặt Ra nhỏ hơn) so với các loại vật liệu thép làm khuôn thông thường khác.

30

CHƢƠNG 2

ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TỚI CHẤT LƢỢNG CỦA BỀ MẶT

Vấn đề đặt ra là chất lượng của bề mặt chi tiết sau khi gia công có ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng làm việc của chi tiết. Các thông số công nghệ có ảnh hưởng như thế nào tới chất lượng bề mặt khi gia công phay. Và các phương pháp nào đảm bảo tới chất lượng bề mặt. Mặt khác, với điều kiện thiết bị, dao cụ, chi tiết và công nghệ trơn nguội cụ thể và yêu cầu độ nhám cho phép thì chế độ công nghệ hợp lý là gì. Thiết bị đó có đáp ứng với yêu cầu độ nhám đó không.

2.1 Ảnh hƣởng của chất lƣợng bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết máy

Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng ma sát và cường độ mòn của chi tiết máy phụ thuộc vào chiều cao và hình dáng của độ nhám bề mặt và phương của vết gia công.

2.1.1 Ảnh hƣởng tới độ mòn của chi tiết

a) Ảnh hưởng của độ nhám và sóng bề mặt

Ảnh hưởng của các đặc trưng hình học tế vi của bề mặt tới độ mòn rất quan trọng [5-tr 159]. Bởi vì tiêu chuẩn tổng hợp của độ nhám  có thể thay đổi trong khoảng 10-3 <  < 1 và hệ số mũ của  thay đổi từ 0,8  4 nên khi tính toán nếu bỏ qua  sẽ làm giảm độ chính xác khi tính cường độ mòn.

Độ sóng bề mặt có thể làm thay đổi cường độ mòn trong giới hạn nhỏ hơn vì

6 3 10 10    b b R H

(Hb là độ cao của sóng, Rb là bán kính của sóng), còn hệ hế lũy thừa thì nhỏ hơn đơn vị và chỉ có thể biến động đến 4 lần và có thể làm thay đổi độ mòn từ 1 đến 2 bậc. Tổng hợp của độ nhám: v b r R / 1 m ax .   (2.1) Trong đó: Rmax là biên độ nhấp nhô lớn nhất

r là bán kính cong trung bình của đỉnh nhấp nhô bề mặt b, v là hệ số mũ của đường cong phân bố

31 v p m R R t b ( max) và 2. 1 a b m R R t  (2.2) Với tm chiều dài tương đối của profin trên mức trung bình Rp là khoảng cách từ đỉnh nhấp nhô tới đường trung bình Khi hai bề mặt tiếp xúc nhau:

4 1 2 1 2 , 1 2 1 2 m ax 1 m ax 2 , 1 ) . .( ) . ( . 6 , 1 b b r R R   (2.3) 2 1 2 1 2 , 1 r r r r r   (2.4) Phân tích mòn của cặp tiếp xúc có 3 giai đoạn:

Hình 2.1 Đồ thị mối quan hệ giữa lượng mòn U và thời gian t

hoặc quãng đường ma sát L

- Giai đoạn mòn đầu (I): khi hai bề mặt mới tiếp xúc có hiện tượng trượt dẻo ở các đỉnh nhấp nhô làm cho các đỉnh nhấp nhô này mòn nhanh. Mòn ban đầu này thường ứng với thời gian chạy rà. Ở giai đoạn này, chiều cao và hình dạng nhấp nhô thay đổi nhanh. Cũng trong thời gian này diện tích tiếp xúc thực nhỏ do đó áp suất tiếp xúc lớn.

- Giai đoạn mòn bình thường (II): sau giai đoạn mòn đầu, quá trình mòn trở nên bình thường và chậm. Diện tích bề mặt tiếp xúc tăng và áp suất tiếp xúc giảm. Giai đoạn này là giai đoạn làm việc của chi tiết.

32

- Giai đoạn mòn khốc liệt (III): khi bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, cấu trúc bề mặt bị phá hủy. Giai đoạn này nguy hiểm vì thường xuất hiện hỏng ngẫu nhiên.

Ngoài ra người ta còn quan tâm độ nhám tối ưu khi xác định độ mòn ban đầu nhỏ nhất của bề mặt tiếp xúc.

Hình 2.2 Đồ thị mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt Ra và lượng mòn U

1- Điều kiện làm việc nhẹ 2- Điều kiện làm việc nặng

Các đường cong chỉ độ nhám tối ưu (các điểm O1 và O2) ứng với độ mòn ban đầu nhỏ nhất của các bề mặt tiếp xúc. Đối với điều kiện làm việc nặng đường cong mòn dịch chuyển về phía trên và bên phải (đường cong 2) ứng với độ nhám tối ưu có giá trị lớn hơn. Khi giá trị Ra nhỏ hơn giá trị tối ưu thì sẽ xảy ra mòn kịch liệt do các phần tử kim loại dễ bị khuếch tán, còn nếu Ra lớn hơn giá trị tối ưu thì lượng mòn sẽ tăng lên do các nhấp nhô bị phá hủy.

b) Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt

Lớp biến cứng bề mặt có tác dụng nâng cao tính chống mòn vì nó hạn chế biến dạng dẻo toàn phần chi tiết, qua đó hạn chế hiện tượng chảy và mài mòn kim loại. Biến cứng bề mặt làm hạn chế tác động tương hỗ giữa các phần tử tiếp xúc và các tác đông tương hỗ cơ học ở bề mặt tiếp xúc, nghĩa là hạn chế sự khuyếch tán ô

33

xy trong không khí vào bề mặt chi tiết để tạo thành ôxít kim loại gây ăn mòn bề mặt chi tiết.

c) Ảnh hưởng của ứng xuất dư bề mặt

Ứng suất dư bề mặt nói chung không ảnh hưởng đến tính chống mòn nếu chi tiết làm việc trong điều kiện ma sát bình thường. Còn đối với ứng suất dư bên trong, xét trên toàn bộ chi tiết máy, có thể ảnh hưởng đến tính chất và cường độ mòn của chi tiết.

2.1.2. Ảnh hƣởng đến tính ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết

a) Ảnh hưởng của độ nhám và độ sóng bề mặt

Các vị trí lõm do độ nhấp nhô tế vi là nơi chứa các chất ăn mòn như axit và muối. Các tạp chất này có tính ăn mòn đối với kim loại. Các nhấp nhô mới được tạo thành bởi quá trình ăn mòn hóa học. Và quá trình này xảy ra ở lớp mặt dọc theo sườn dốc các nhấp nhô, theo chiều từ đỉnh xuống đáy, làm cho các nhấp nhô cũ mất đi và các nhấp nhô mới được hình thành.

Như vậy độ nhám càng thấp thì càng ít bị ăn mòn hóa học.

b) Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt

Biến dạng dẻo và biến cứng bề mặt kim loại có mức độ khác nhau, tùy thuộc vào hướng các hạt tinh thể và thành phần cấu tạo của chúng. Hạt ferit biến dạng nhiều hơn so với hạt peclit. Điều đó làm cho năng lượng nâng cao không đều và thế năng điện tích thay đổi khác nhau. Các hạt ferit biến cứng nhiều hơn sẽ trở thành anôt, các hạt peclit biến cứng ít hơn sẽ trở thành catot. Đồng thời các mạng lưới nguyên tử bị lệch với mức độ khác nhau.

Kết quả của sự biến dạng dẻo tạo nên sự không đồng nhất tế vi kim loại nhiều tinh thể, trong đó sinh nhiều phần tử mòn, nhất là ở mặt phẳng trượt, gây ra hiện tượng hấp thụ mạnh, tăng cường quá trình ăn mòn và khuyếch tán ở lớp bề mặt.

c) Ảnh hưởng của ứng suất dư

34

2.1.3. Ảnh hƣởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy

a) Ảnh hưởng của độ nhám và độ sóng bề mặt

Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất là khi nó chịu tải trọng chu kỳ đổi dấu. Bởi vì ở đáy các nhấp nhô có ứng suất tập trung, có khi vượt quá giới hạn mỏi của vật liệu. Ứng suất này sẽ gây ra các vết nứt tế vi ở đáy các nhấp nhô, đó là nguồn gốc gây hỏng chi tiết. Độ nhám càng lớn thì ứng suất tập trung càng lớn.

Với thép 45 khi Rz = 75 m thì giới hạn bền mỏi -1 = 195 MN/m2; còn khi Rz = 2

m thì -1 = 282 MN/m2.

Mặt khác, nếu độ nhám thấp thì độ bền mỏi của chi tiết máy cũng sẽ tăng trong trường hợp chi tiết chịu tải trọng va đập. Đối với thép CT5, nếu giảm Rz từ 100 m xuống 0,1m thì độ bền va đập có thể tăng lên 17%.

b) Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt

Bề mặt chi tiết có lớp biến cứng có thể tăng độ bền mỏi lên 20%. Chiều sâu và mức độ biến cứng của lớp bề mặt đều có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, vì nó hạn chế khả năng tạo các vết nứt tế vi trên bề mặt.

c) Ảnh hưởng của ứng suất dư

Ứng suất dư nén trên lớp bề mặt có tác dụng làm tăng độ bền mỏi của chi tiết, còn đối với ứng suất dư nén thì lại ảnh hưởng ngược lại. Ảnh hưởng của ứng suất dư đối với độ bền mởi của chi tiết có thể xác định bằng công thức:

d a

b  

1  1  . (2.5)

2.1.4. Ảnh hƣởng đến độ chính xác các mối ghép

Độ chính xác của các mối ghép trong kết cấu cơ khí phụ thuộc vào chất lượng bề mặt lắp ghép. Độ bền của mối ghép trong đó có độ ổn định của chế độ lắp ghép giữa các chi tiết phụ thuộc vào độ nhám bề mặt lắp ghép. Chiều cao nhấp nhô tế vi trung bình Rz tham gia vào trường dung sai () chế tạo chi tiết. Ví dụ, dung sai đường kính của lỗ giảm một lượng là 2Rz, của trục thì tăng lên là 2Rz.

Đối với mối ghép lỏng, trong giai đoạn mòn ban đầu Rz giảm từ 6575%, làm khe hở mối ghép tăng lên và độ chính xác của mối ghép giảm đi. Như vậy đối với

35

mối ghép lỏng, để đảm bảo độ ổn định trong thời gian sử dụng thì trước hết phải giảm Rz.

- Nếu đường kính lắp ghép lớn hơn 50 mm thì Rz = (0,10,15).

- Nếu đường kính lắp ghép từ 1850 mm thì Rz = (0,150,2).

- Nếu đường kính lắp ghép nhỏ hơn 18 mm thì Rz = (0,210,25).

Độ bền của mối ghép chặt có quan hệ trực tiếp với độ nhám bề mặt lắp ghép. Độ nhám tăng thì độ bền mối ghép chặt giảm.

2.2 Ảnh hƣởng của một số thông số công nghệ tới chất lƣợng bề mặt chi tiết khi phay khuôn

Khi thực hiện quá trình gia công phay (gia công thô, gia công bán tinh và gia công tinh), chất lượng bề mặt được quyết định bởi rất nhiều các yếu tố, các thông số công nghệ. Trong các thông số đó có thông số kiểm soát được như chế độ cắt, còn có những thông số khó kiểm soát như sự cứng vững của hệ thống, sự rung động máy, độ mòn dao, độ chính xác của dụng cụ đo.

Hơn nữa phải đảm bảo tính tối ưu quá trình cắt gọt, nghĩa là vừa đảm bảo chất lượng bề mặt và vừa đảm bảo thời gian chế tạo là ngắn nhất.

Sau đây là một số thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt:

2.2.1 Ảnh hƣởng của dụng cụ cắt

2.2.1.1 Ảnh hƣởng của các thông số hình học phần cắt của dao phay

a) Ảnh hưởng của bán bính đầu dao R với bước tiến ngang S0

*) Dao phay đầu cầu:

Dao phay đầu cầu loại dao có khả năng lấy đi lượng dư lớn nhất khi gia công các bề mặt cong, về lý thuyết nếu bán kính cong của mọi điểm trên bề mặt mà lớn hơn bán kính cong của đầu dao thì sẽ lấy đi được hết lượng dư. Khi gia công mặt phẳng thì dao phay đầu cầu để lại phần lượng dư giữa các đường chạy dao Về mặt chế độ cắt thì dao đầu cầu không tốt, vận tốc cắt biến thiên từ vận tốc cắt cực đại về 0 tại mũi dao, do đó tại vùng lân cận mũi dao vật liệu phôi không phải bị cắt gọt mà bị phá hủy do biến dạng, chính vì vậy chất lượng bề mặt không cao. Do những đặc điểm trên, dao phay đầu cầu chỉ được dùng trong bước gia công tinh bề mặt.

36 1000

Dn

V 

 (m/phút) (2.6)

Hình 2.3 Bước tiến ngang của dao phay trụ đầu cầu

Bước tiến ngang của dao phay ngón đầu cầu có ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khuôn. Cụ thể: Khoảng cách giữa 2 vị trí đường chạy dao liên tiếp S0 là thông số mô tả các vết quét dày hay thưa ảnh hưởng trực tiếp đến chiều cao nhấp nhô để lại trên bề mặt chi tiết sau khi gia công, đối với kiểu chạy dao tia thì thông số này là góc giữa 2 tia liên tiếp. Khi S0 càng nhỏ bề mặt chi tiết hình thành có chiều cao nhấp nhô càng nhỏ hay chất lượng bề mặt chi tiết tốt hơn, nhưng S0 càng nhỏ thì số lần chuyển dao để cắt hết bề mặt chi tiết lớn làm giảm năng suất gia công, do vậy mà tùy theo yêu cầu kỹ thuật của bề mặt chi tiết mà ta chọn S0 phù hợp sao cho đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết cần gia công, đồng thời năng suất gia công hợp lý.

Hình 2.4 Chiều cao nhấp nhô khi gia công bằng dao đầu cầu

Chiều cao các nhấp nhô bề mặt: + Khi gia công mặt phẳng (Hình a):

37 2 2 0 4 s S h  R R  (2.7)

+ Khi gia công mặt cong lồi (Hình b):

Trong trường hợp gia công bề mặt cong lồi trên máy phay 3 trục dùng dao phay đầu cầu với cùng một bước tiến ngang S0 trên hình 4.18 ta thấy khi cắt ở đỉnh cung cong thì chiều cao nhấp nhô (hs1) là nhỏ nhất, còn khi cắt ở phía phải nhất hoặc trái nhất của cung cong thì chiều cao nhấp nhô (hsn) là lớn nhất, do đó ta cần tính được bước