2.3.1. Các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt
Mối quan hệ giữa các yếu thông số hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt với chất lượng bề mặt chi tiết máy đã được nhiều công trình lý thuyết và thực nghiệm
đề cập đến, chủ yếu trên cơ sở phương pháp cắt gọt như tiện, phay, mài... Từ kết quả nghiên cứu, bước đầu người ta đã tìm được các biện pháp công nghệ thích hợp để cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết máy, nhất là giảm chiều cao nhấp nhô tế vi Rz (giảm độ nhám) để tăng độ nhẵn bóng bề mặt. Qua thực nghiệm đối với phương pháp tiện người ta đã xác định mối quan hệ giữa các thông số: chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, lượng tiến dao S, bán kính mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất hmin.
Hình 2.11. Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi Rz và lượng chạy dao S
Trên hình 2. ta thấy đường cong 1 biểu thị mối quan hệ tổng quát giữa Rz, S và r, cụ thể là trong phạm vi giá trị của lượng chạy dao S > 0,15 (mm/vòng). Đường cong 2 biểu thị mối quan hệ thực nghiệm, kể cả phạm vi giá trị lượng chạy dao S
nhỏ hơn (S < 0,1 mm/vòng). Từđường cong 2 người ta xác định được mối quan hệ giữa Rz, S, r, và hminđối với bước tiện tinh và biểu thị bằng đường cong 3. Như
vậy tùy theo giá trị thực tế của lượng chạy dao S mà ta có thể xác định mối quan hệ giữa Rz với S, r, và hmin như sau: • Khi S > 0,1 (mm/vòng) thì r S Rz 8 2 =
• Khi S < 0,1 (mm/vòng) thì giá trị của chiều cao nhấp nhô tế vi Rz là:
⎟⎠ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + + = min min2 2 . 1 2 8 S h r h r S Rz
Ởđây chiều dày phoi kim loại hmin phụ thuộc vào bán kính mũi dao r. Nếu mài lưỡi cắt bằng đá mài kim cương mịn ở mặt trước và mặt sau lưỡi cắt, khi r = 10µm thì hmin= 4µm. Mài dao hợp kim cứng bằng đá mài thường nếu r = 40µm thì hmin > 20µm.
Nếu lượng chạy dao S quá nhỏ (S < 0,03 mm/vòng) thì trị số Rz lại tăng, nghĩa là thực hiện bước tiện tinh hoặc phay tinh với lượng chạy dao S quá nhỏ sẽ không có ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết. Mặt khác với giá trị
không đổi của lượng chạy dao S có thể đạt độ nhám bề mặt thấp hơn nếu vật liệu có độ bền cao hơn.
Hình 2.12. Ảnh hưởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến nhấp nhô bề mặt chi tiết khi tiện
Hình 2.12. là ví dụ về ảnh hưởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt đến độ nhám khi tiện. Ởđây khi tiện lượng chạy dao S1đưa dao tiện từ
vị trí 1 sang vị trí 2 (hình 2.12a) để lại trên bề mặt chi tiết phần diện tích lớp cắt còn dư (m) phụ thuộc vào bước tiến S1 và hình dạng hình học của dụng cụ cắt. Giảm lượng chạy dao từ S1 đến S2 thì chiều cao nhấp nhô sẽ từ Rz’ giảm xuống Rz’’.
Thay đổi giá trị góc φ và góc φ1 không những làm thay đổi chiều cao nhấp nhô mà còn làm thay đổi cả hình dạng nhấp nhô (hình 2.12c)
Nếu bán kính mũi dao có dạng tròn r1 thì nhấp nhô cũng có đáy lõm tròn (hình 2.12d)
Nếu tăng bán kính mũi dao lên r2 thì chiều cao nhấp nhô Rz sẽ giảm (hình 2.12e).
Khi bán kính đỉnh r nhỏ và lượng chạy dao S lớn, ngoài phần cong của lưỡi cắt, phần thẳng cũng tham gia vào việc ảnh hưởng đến hình dạng và chiều cao nhấp nhô (hình 2.12f)
2.3.2. Các yếu tố phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt.
Khi vật liệu lớp bề mặt chi tiết máy bị biến dạng dẻo mạnh, các cấu trúc tinh thể nhỏ biến thành cấu trúc sợi làm thay đổi rất nhiều hình dạng và trị số của nhấp nhô tế vi (thay đổi Ra và Rz). Ở kim loại giòn, khi gia công, các hạt tinh thể cá biệt bị bóc rời ra cũng làm thay đổi hình dạng nhấp nhô tế vi và làm tăng kích thước nhấp nhô tế vi.
Tốc độ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết máy (hình 2.15). Khi cắt thép cacbon ở vận tốc cắt thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách dễ, biến dạng của lớp bề mặt không nhiều, vì vậy độ nhấp nhô tế vi bề
mặt thấp, độ nhám bề mặt thấp. Khi tăng tốc độ cắt đến khoảng (15÷20) mét/phút thì nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và có giá trị lớn, gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau dao kim loại chảy dẻo. Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao (hình 2.13). Đó là do một ít kim loại bị chảy và bám vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Về cấu trúc thì lẹo dao là hạt kim loại rất cứng, nhiệt độ nóng chảy lên tới khoảng 30000C, bám rất chắc vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Lẹo dao làm tăng độ nhám bề mặt gia công. Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bị
nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại biến dạng bị phá hủy, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi. Lẹo dao biến mất
ứng với tốc độ cắt khoảng từ (30÷60) m/phút. Với tốc độ cắt lớn hơn 60 m/phút thì lẹo dao không hình thành được nên độ nhám bề mặt gia công giảm, độ nhẵn bóng bề mặt gia công tăng (hình 2.14) nêu rõ ảnh hưởng của vận tốc cắt đến sự
hình thành và mất đi của lẹo dao. Hình (2.15) cho biết ảnh hưởng của vận tốc cắt V đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, khi cắt gọt kim loại.
Hình 2.14. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều cao lẹo dao
Hình 2.15.Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz
Khi gia công kim loại giòn (gang) các mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra không có thứ tự làm tăng nhấp nhô tế vi bề mặt. Tăng tốc độ cắt sẽ giảm đượchiện tượng vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ nhẵn bóng của bề mặt gia công.
Lượng chạy dao S ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học như đã nêu ở
trên, còn có ảnh hưởng đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công. Hình (2.16) cho biết quan hệ giữa lượng chạy dao S và chiều cao nhấp nhô tế vi Rz khi gia công thép các bon, với giá trị của lượng chạy dao S = (0,02÷0,15) mm/vòng thì bề mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi thấp nhất, nếu giảm S < 0,02 (mm/vòng) thì bề mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi sẽ tăng lên, độ
các yếu tố hình học. Nếu trị số S > 0,15 (mm/vòng) thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố
hình học, làm cho độ nhám bề mặt tăng lên nhiều.
Hình 2.16. Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đối với chiều cao nhấp nhô tế vi Rz
Như vậy để đảm bảo đạt độ nhẵn bóng bề mặt cao và năng suất cao nên chọn giá trị của lượng chạy dao S trong khoảng (0,05÷0,12) mm/vòng đối với thép các bon. Khi gia công tinh thép các bon nên tránh khoảng vận tốc cắt sinh lẹo dao. Chiều sâu cắt cũng ảnh hưởng tương tự như lượng chạy dao S đến độ nhám bề
mặt gia công (nó tác động thông qua lực cắt và rung động), nhưng trong thực tế
người ta thường bỏ qua ảnh hưởng này. Nó chung không nên chọn giá trị của chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi cắt lưỡi dao sẽ bị trượt trên mặt gia công và cắt không liên tục. Hiên tượng gây ra trượt dao thường ứng với giá trị của chiều sâu cắt khoảng (0,02÷0,03) mm.
Loại vật liệu gia công có ảnh hưởng đến độ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt) chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thép ít các bon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhám bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giòn.
2.3.3. Ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công.
Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công. Tình trạng máy có ảnh quyết
định đến độ nhám bề mặt gia công. Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp (độ
nhẵn bề mặt cao) trước hết cần phải đảm bảo đủ cứng vững, phải điểu chỉnh máy tốt và giảm ảnh hưởng của các máy khác xung quanh.
Tóm lại, ảnh hưởng tổng hợp của ba nhóm yếu tố trên tới độ nhám (độ nhẵn bóng) bề mặt chi tiết máy phần lớn mang tính chất ngẫu nhiên. Các số liệu khảo sát cho thấy chiều cao nhấp nhô tế vi có thể thay đổi đến 10 lần trong cùng một chế độ cắt. Mặt khác hình dạng hình học tế vi bao giờ cũng mang sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên của quá trình cắt. Người ta thường phải dùng phương pháp tính toán phân tích phức tạp để xác định chính xác hình dạng hình học tế vi của bề
mặt gia công có xét đến sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên của quá trình cắt. Ví dụ dùng hàm số tương quan để phân tích biên dạng thực của bề mặt gia công.
2.3.4. Biện pháp cải thiện độ bóng bề mặt gia công chi tiết máy bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt định hình.
Bảng 2.2. Biện pháp cải thiện độ bóng bề mặt.
Yếu tốảnh hưởng Biện pháp làm giảm chiều cao nhấp nhô tế vi (Rz)
Vật liệu gia công Sức bền cao, giới hạn chảy cao, nhiều các bon, độ cứng cao
Lượng tiến dao S Giá trị S nhỏ (giá trị nhỏ nhất khoảng 0,03 mm/vòng) Chiều sâu cắt t Giá trị của chiều sâu cắt nhỏ (giá trị nhỏ nhất 0,01mm) Vận tốc cắt Giá trị của vận tốc cắt không nằm trong vùng gây lẹo dao. Vật liệu dụng cụ cắt Độ cứng nóng (chịu nhiệt) tăng, khả năng chịu nhiệt của
dụng cụ cắt tăng theo thứ tự sau: thép gió, hợp kim cứng, gốm, kim cương
Dung dịch trơn nguội Độ nhớt tăng theo thứ tự: nước, dầu Thông số hình học
Góc trước γ: Góc sau chính α: Bán kính mũi dao: Độ mòn dụng cụ: Góc trước lớn dần. Góc sau lớn dần. Bán kính mũi dao nhỏ. Độ mòn dụng cụ nhỏ. 2.4. Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt.
Đểđánh giá độ nhám bề mặt thường sử dụng các phương pháp sau:
- Phương pháp quang học – phương pháp mặt cắt ánh sáng (dùng kính hiển vi Linich)
- Phương pháp đo profil để xác định Ra, Rz... bằng máy đo profil.
- Phương pháp so sánh với vật mẫu, phương pháp này có thể sử dụng ngay tại vị trí sản xuất, tuy nhiên nó chỉ đo các bề mặt có cấp nhẵn bóng từ
(3÷7).
2.5. Nhận xét.
Chất lượng bề mặt bao gồm nhiều yếu tố, do nhiều thông số tác động với các mức độ khác nhau, như các thông số công nghệ, vật liệu, dụng cụ cắt… Do hạn chế về thời gian và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn nên đề tài chỉ tập trung vào việc tìm hiểu sự ảnh hưỏng của các thông số công nghệđến chất lượng bề mặt khi phay trên trung tâm gia công cao tốc 5 trục Mikron UCP600, vật liệu gia công là thép làm khuôn JIS S55C theo tiểu chuẩn Nhật Bản.
Các yếu tố của chất lượng bề mặt có ảnh hưởng đến chức năng làm việc của chi tiết theo từng mức độ nhất định. Do đó khi gia công vật liệu này thì chất lượng bề mặt cần quan tâm đó là độ nhám bề mặt.
Trong các thông số tác động đến độ nhám bề mặt thì các thông số về chế độ cắt ảnh hưởng rõ nét nhất. Do vậy nội dung của đề tài chỉ còn là việc xác định các thông số công nghệ của quá trình phay cao tốc ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công thép làm khuôn S55C theo tiểu chuẩn Nhật Bản trên trung tâm gia công cao tốc 5 trục Mikron UCP600. Cụ thể là tìm mối liên hệ toán học giữa độ
Chương 3