những hiện tượng xảy ra trong quá trình mài như lực cắt, rung động, biến dạng nhiệt v.v. Tất cả đều có những ảnh hưởng nhất định đến mục tiêu cuối cùng. Với một số phương pháp gia công như tiện, phay hay khoan thì mục tiêu chính là đạt được năng suất gia công cao, tức là đạt được chi phí sản xuất nhỏ. Với mài là phương pháp gia công tinh nên ngoài năng suất gia công mục tiêu được quan tâm là chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài như thế nào trong đó độ nhám bề mặt là yếu tố quan trọng đặc trưng cho chất lượng của sản phẩm.
2.2 Độ nhám bề mặt chi tiết máy khi mài
Độ nhám bề mặt (hay độ nhấp nhô tế vi) là tập hợp tất cả những lồi, lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trên một khoảng ngắn tiêu chuẩn. Độ nhám bề mặt là một trong các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt của chi tiết máy.
Độ nhám của bề mặt gia công được đo bằng chiều cao nhấp nhô Rz và sai lệch profil trung bình cộng Ra của lớp bề mặt.
Chiều dài mẫu đo độ nhám trong bề mặt mài là 0.8mm. Độ nhám được đo bằng độ nhấp nhô trung bình Ra và độ nhấp nhô lớn nhất từ đáy tới đỉnh Rt. Có thể thấy rằng, Rt lớn hơn Ra. Nếu theo biên dạng hình sin của bề mặt chi tiết thì Rt = Ra. Với mài thì sự khác nhau giữa Ra và Rt là lớn hơn. Thường thì Rt bằng 7 đến14 lần Ra, nhưng cũng có thể bằng 4 đến 7 lần nếu bỏ qua các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất các đỉnh và đáy nhấp nhô nhưng các nhấp nhô này không phải thường có hoặc đánh giá độ nhấp nhô của đỉnh và đáy trong khoảng cách có 10 nhấp nhô. Độ nhám bề mặt chi tiết mài thay đổi từ khoảng 0.15m đến 2.3m [40].
2.2.1 Độ nhám bề mặt lý tưởng
Cũng như các phương pháp gia công khác, có thể dự đoán một cách lý thuyết độ nhám bề mặt mài bằng cách mô hình hoá sự tương tác giữa các điểm cắt của hạt mài với chi tiết. Theo cách này thì các lưỡi cắt cắt bỏ tất cả vật liệu trên đường mà nó đi qua, để lại đằng sau các rãnh cắt. Với các quá trình cắt có thông số dụng cụ cắt xác định như phay hay tiện, quá trình phân tích là không quá khó khăn. Độ nhám lý tưởng thường thấp hơn độ nhám thực do các yếu tố như sự chảy vật liệu, hiện tượng lẹo dao, và rung động. Tuy nhiên, với mài thì việc thực hiện mô hình hoá khó hơn nhiều do sự ngẫu nhiên về hình dáng và thông số của các lưỡi cắt trên đá mài. Do vậy để mô hình hoá quá trình cắt khi mài, người ta đưa ra các giả thuyết làm đơn giản bớt quá trình.
Hình 2.3 Mô hình bề mặt đá mài (nguồn: [40])
Hình 2.4 Mô hình độ nhám bề mặt chi tiết (nguồn: [40])
Trước tiên, hãy xem điều gì xảy với một đá mài lý tưởng hoá có các lưỡi cắt phân bố đều trên bề mặt đá với một khoảng cách L giữa các hạt và các hạt nhô ra khỏi bề mặt đá một lượng như nhau như hình 2.3. Khi đó bề mặt mài lý tưởng của chi tiết được thể hiện ở hình 2.4, bao gồm các viền giống nhau kế tiếp với bán kính cong tương ứng với bán kính của đường cắt. Khi đó bước tiến cho mỗi điểm cắt được tính theo công thức:
w c s v L s v (2.1)
Trong đó: vw, vs - là vận tốc chi tiết và vận tốc đá Độ cao nhấp nhô Rt được xác định như sau:
2c c t s s R 4d (2.2)
Kết hợp với công thức trên:
2w w t 1/2 s s v L 1 R 4 v d (2.3) Độ nhấp nhô trung bình Ra sẽ là: 2 w a 1/2 s s v L 1 R v d 9 3 (2.4) Tương ứng với Rt 3.9Ra (2.5) Theo các công thức trên, nhấp nhô bề mặt chủ yếu phụ thuộc vào tỷ số giữa vận tốc đá và vận tốc chi tiết (vw/vs) và khoảng cách L giữa các hạt mài, ít phụ thuộc vào đường kính đá mài ds. Có thể nhận thấy là chiều sâu mài t không ảnh hưởng đến nhấp nhô với điều kiện là t > Rt, thể hiện từ các quỹ đạo của đường cắt. Với các điều kiện mài thông thường thì các công thức trên cho các giá trị độ nhám thấp phi thực tế.
Một yếu tố tác động đến sự khác nhau lớn giữa giá trị lý tưởng và thực tế là sự phân bố hướng kính các lưỡi cắt trên bề mặt đá. Từ biên dạng dọc lý tưởng của chi tiết mô hình hóa như trên hình 2.4 cho thấy các lưỡi cắt nhô lên với độ cao khác nhau trên bề mặt đá, có thể thấy là chiều cao nhấp nhô từ đỉnh tới đáy tăng lớn hơn so với đá đồng nhất, ít nhất là bằng với sự khác nhau lớn nhất về chiều cao giữa các lưỡi cắt so với các đường cong tạo ra biên dạng lý tưởng. Do vậy, độ cao nhấp nhô có thể bao gồm cả thành phần động học phụ thuộc vào các thông số mài và các thành phần nhấp nhô của đá, mặc dù sự ảnh hưởng của hai yếu tố này không thể hoàn toàn độc lập với nhau. Một cách khác để thể hiện độ nhám lý tưởng là phải bao gồm cả các yếu tố động học và độ nhám của đá.
2.2.2. Xác định độ nhám bằng thực nghiệm
Các phân tích độ nhám bề mặt lý tưởng cung cấp các cách nhìn vật lý về việc các bề mặt mài được tạo ra như thế nào và điều gì quyết định đến độ nhám bề mặt. Tuy nhiên các
mối quan hệ đó khi sử dụng vào thực tế sẽ bị hạn chế trong việc dự báo các thông số mài ảnh hưởng như thế nào đến độ nhám thực của bề mặt, và với mục đích này, cần phải nhờ vào các quan hệ thực nghiệm[1, 41].
Ra = f(xi) (2.6)
Trong đó xi là các biến của quá trình mài.
2.2.3 Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ nhám bề mặt chi tiết khi mài tròn ngoài khi mài tròn ngoài
a) Ảnh hưởng của chế độ cắt