1. Hạt mài, 2 Chất kết dớnh, 3 Khoảng trống
1.4.2. Cỏc yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt chi tiết khi mà
Theo phõn tớch ở trờn, chất lƣợng bề mặt là tập hợp nhiều tớnh chất quan trọng của lớp bề mặt: hỡnh dỏng lớp bề mặt độ súng, độ nhỏm... và tớnh chất cơ lý của lớp bề mặt độ cứng, chiều sõu biến cứng, ứng suất dƣ... . Trong thực tế khi đỏnh giỏ chất lƣợng bề mặt chi tiết gia cụng thƣờng gặp khú khăn ở cỏc phộp đo độ chớnh xỏc về hỡnh dạng, độ cứng tế vi và ứng suất dƣ của bề mặt. Do đú để nghiờn cứu cỏc yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt chi tiết sau khi mài ngƣời ta thƣờng đỏnh giỏ thụng qua chỉ tiờu độ nhỏm bề mặt chi tiết mài.
* Độ nhỏm bề mặt lý tƣởng:
Cũng nhƣ cỏc phƣơng phỏp gia cụng khỏc, cú thể dự đoỏn một cỏch lý thuyết độ nhỏm bề mặt mài bằng cỏch mụ hỡnh húa sự tƣơng tỏc giữa cỏc điểm cắt của hạt mài với chi tiết. Theo cỏch này thỡ cỏc lƣỡi cắt cắt bỏ tất cả vật liệu trờn đƣờng mà nú đi qua, để lại đằng sau cỏc rónh cắt. Với cỏc quỏ trỡnh cắt cú thụng số dụng cụ cắt xỏc định nhƣ tiện hoặc phay, quỏ trỡnh phõn tớch là khụng khú khăn. Độ nhỏm lý tƣởng thƣờng là thấp hơn độ nhỏm thực do cỏc yếu tố nhƣ: sự chảy vật liệu, hiện tƣợng lẹo dao và rung động. Tuy nhiờn, với mài thỡ việc thực hiện mụ hỡnh húa khú hơn nhiều do sự ngẫu nhiờn về hỡnh dỏng và thụng số của lƣỡi cắt trờn đỏ mài. Do vậy để mụ hỡnh húa quỏ trỡnh cắt khi mài, ngƣời ta đƣa ra cỏc giả thuyết làm đơn giản bớt quỏ trỡnh. [53]
Trờn hỡnh 1.18 là mụ hỡnh tớnh toỏn độ nhỏm bề mặt chi tiết khi mài. Bề mặt mài lý tƣởng của chi tiết đƣợc hỡnh thành từ tập hợp cỏc đƣờng viền giống nhau kế tiếp với bỏn kớnh cong tƣơng ứng với bỏn kớnh của đƣờng cắt. Khi đú bƣớc tiến cho mỗi điểm cắt đƣợc tớnh theo cụng thức: [53] s w c v L v s (1.38)
Trong đú: vw, vs là vận tốc chi tiết và vận tốc đỏ Độ cao nhấp nhụ Rt đƣợc tớnh: s c t d s R 4 2 (1.39) Kết hợp với cụng thức 1.38 ta cú cụng thức: 2 2 / 1 4 1 s s w t d v L v R (1.40) Độ nhấp nhụ trung bỡnh Ra sẽ là: 2 2 / 1 3 9 1 s s w a d v L v R (1.41) Tƣơng ứng với Rt 3.9Ra
Theo cỏc cụng thức trờn, nhấp nhụ bề mặt chủ yếu phụ thuộc vào t số giữa vận tốc đỏ và vận tốc chi tiết (vw/vs) và khoảng cỏch L giữa cỏc hạt mài, trong khi ớt phụ thuộc vào đƣờng kớnh đỏ mài ds. Rất rừ ràng để nhận thấy là chiều sõu mài a khụng ảnh hƣởng đến nhấp nhụ với điều kiện là a > Rt, thể hiện từ cỏc quỹ đạo của đƣờng cắt. Với cỏc điều kiện mài thụng thƣờng, cỏc cụng thức trờn cho cỏc giỏ trị độ nhỏm thấp phi thực tế.
Hỡnh 1.18 Mụ hỡnh tớnh toỏn độ nhỏm bề mặt chi tiết mỏy khi mài [53]
* Tớnh độ nhỏm theo kinh nghiệm:
Phõn tớch độ nhỏm bề mặt lý tƣởng cung cấp cỏc cỏch nhỡn vật lý về việc bề mặt mài đƣợc tạo ra nhƣ thế nào và điều gỡ quyết định đến độ nhỏm bề mặt. Tuy nhiờn, cỏc mối
Quỹ đạo cắt Phụi V w Sc Rt Vs ds a Đỏ
quạn hệ đú khi sử dụng vào thực tế sẽ bị hạn chế trong việc dự bỏo thụng số sửa đỏ và thụng số mài ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến độ nhỏm thực của bề mặt, để đạt đƣợc mục đớch này cần phải nhờ vào quan hệ thực nghiệm.
Điểm xuất phỏt cho thực nghiệm là mối quan hệ giữa độ nhỏm bề mặt và thụng số mài đƣợc giả thuyết là cú quan hệ trực tiếp với chiều dày phoi khụng biến dạng. Khi mài trụ tiến dao hƣớng kớnh, độ nhỏm bề mặt theo thực nghiệm cú thể xỏc định nhƣ sau: [53]
x s w x s w a v a v R v Q R R 1 ' 1 (1.42)
Trong đú: Q‟w - là t lệ thể tớch bị búc đi trờn một đơn vị chiều dài
Rl, x - là cỏc hằng số đƣợc xỏc định bằng thực nghiệm, 0.15 < x < 0.6
Thụng thƣờng trong nguyờn cụng mài cú hành trỡnh chạy dao mài hết tia lửa, trong cỏc hành trỡnh đú thỡ rừ ràng là khụng cú chuyển động tiến dao vào chi tiết, do đú chiều sõu mài nhỏ hơn chiều sõu mài theo lý thuyết rất nhiều. Chiều sõu mài trong hành trỡnh chạy hết tia lửa là do sự phục hồi của hệ thống cụng nghệ bị biến dạng đàn hồi dƣới tỏc dụng của lực mài ở cỏc bƣớc tiến dao trƣớc. Khi kết thỳc cỏc hành trỡnh chạy dao này, nghĩa là tốc độ cắt bỏ kim loại giảm xuống bằng khụng và tia lửa khụng bắn ra thỡ độ nhỏm bề mặt đƣợc giảm đi một nửa.
1.4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhỏm bề mặt
Ảnh hƣởng của chiều sõu cắt tới nhấp nhụ tế vi bề mặt chi tiết mài khụng lớn bằng ảnh hƣởng của lƣợng tiến dao vỡ vậy để tăng năng suất mà khụng giảm độ nhẵn búng bề mặt ta cú thể tăng chiều sõu cắt và giảm lƣợng tiến dao.
Khi mài thụ, nờn chọn chiều sõu mài lớn nhất cho phộp theo cỡ hạt và cụng suất mỏy. Chiều sõu mài khụng nờn lớn hơn 5% kớch thƣớc tiết diện của hạt mài. Vớ dụ, với đỏ mài cú cỡ hạt 800m, chiều sõu mài chọn ≤ 0.04 mm. Nếu chiều sõu mài chọn lớn hơn giỏ trị trờn, khe hở giữa cỏc hạt mài sẽ nhanh chúng bị phoi kim loại điền đầy và đỏ sẽ khụng cũn khả năng cắt gọt nữa.
Khi chi tiết cú độ cứng vững kộm và khi chi tiết xuất hiện vết chỏy, cần giảm chiều sõu cắt mài. Khi mài tinh nờn chọn chiều sõu cắt bộ để nõng cao độ chớnh xỏc và độ nhấp nhụ tế vi bề mặt chi tiết. Vật liệu cú độ cứng càng cao thỡ chọn chiều sõu mài càng bộ. Khi mài tinh mặt trụ ngoài, chiều sõu cắt dao động từ 0,005mm ữ 0,015mm, cũn khi mài thụ từ 0,010mm ữ 0,025mm. Khi mài phẳng chiều sõu cắt từ 0,01mm ữ 0,05mm. [5]
Tốc độ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến nhấp nhụ tế vi bề mặt chi tiết mài. Nhấp nhụ tế vi bề mặt giảm khi tốc độ quay của đỏ tăng. Tốc độ cắt khi mài thƣờng dựng trong khoảng 28 ữ 35m/s, ngoài ra trong một số trƣờng hợp ngƣời ta cú thể dựng tốc độ mài tới 60m/s hoặc cao hơn nữa. Trờn hỡnh 1.19 là ảnh hƣởng của tốc độ mài đến độ nhỏm bề mặt. [10], [53]
Cụng thức liờn hệ giữa nhấp nhụ tế vi bề mặt với vận tốc cắt cú dạng nhƣ sau: Ra = C.Vđ-
(1.43)
Trong đú:
Vận tốc quay của đỏ nờn chọn lớn nhất cho phộp ứng với từng phƣơng phỏp mài, bởi vỡ vận tốc quay của đỏ tăng thỡ chiều dày phoi giảm, tải trọng trờn từng hạt mài giảm do đú năng suất gia cụng và độ nhẵn búng bề mặt tăng, đỏ mài mũn ớt hơn. Tuy vậy, vận tốc đỏ mài tăng sẽ làm tăng ứng suất trong đỏ và dẫn đến hiện tƣợng vỡ đỏ gõy nguy hiểm. Khi tăng tốc độ quay của đỏ mài, tức tăng số lƣợng hạt tham gia trong quỏ trỡnh cắt trong một đơn vị thời gian. Nếu nhƣ khi chuyển sang chế độ mài cao tốc, mà khụng thay đổi lƣợng dƣ cắt kim loại trong một đơn vị thời gian thỡ mỗi hạt mài sẽ làm việc với thời gian ớt hơn, chiều sõu cắt giảm, nhƣ vậy tăng đƣợc độ búng bề mặt gia cụng. [16]
Hỡnh 1.19 Ảnh hưởng của tốc độ đỏ đến độ nhỏm bề mặt
1.4.2.2. Ảnh hưởng của chế độ sửa đỏ đến độ nhỏm bề mặt
Ngoài ảnh hƣởng của cỏc thụng số mài ra, độ nhỏm cũn phụ thuộc vào thụng số sửa đỏ. Với trƣờng hợp sửa đỏ bằng dụng cụ kim cƣơng quay, khả năng sửa đỏ phụ thuộc gúc , nơi mà kim cƣơng trờn đầu sửa bắt đầu cắt vào đỏ. Gúc lớn sẽ làm cho nhiều hạt mài bị vỡ, ớt biến dạng dẻo của hạt mài và bề mặt đỏ nhỏm hơn. Nếu tớnh ảnh hƣởng của quỏ trỡnh sửa đỏ thỡ độ nhỏm bề mặt chi tiết mài đƣợc xỏc định theo cụng thức: [53]
x s w a v Q R R ' 3 / 1 2 (1.44) Trong đú R2 là hệ số thực nghiệm.
Với trƣờng hợp sửa đỏ bằng dụng cụ kim cƣơng một lƣỡi cắt cũng thu đƣợc kết quả tƣơng tự và độ nhỏm đƣợc tớnh nhƣ cụng thức sau: x s w d d a v Q a s R R ' 4 / 1 2 / 1 3 (1.45)
Trong đú R3 là hệ số thực nghiệm, ad chiều sõu cắt sau một hành trỡnh ngang sửa đỏ. Theo cụng thức này thỡ ảnh hƣởng của bƣớc tiến dao lớn hơn so với chiều sõu sửa đỏ. Trờn hỡnh 1.20 mụ tả ảnh hƣởng của gúc tới độ nhỏm bề mặt khi mài phẳng.
Quan hệ của độ nhỏm với lƣợng búc kim loại khi cỏc điều kiện sửa đỏ thay đổi ta thấy, lƣợng chạy dao ngang khi sửa đỏ càng nhỏ, độ nhỏm ban đầu của bề mặt càng thấp, cỏc đỏ đƣợc sửa thụ dần dần cho bề mặt nhẵn hơn, trong khi đỏ đƣợc sửa tinh thỡ cho chất lƣợng bề mặt giảm dần so với độ nhẵn ban đầu nhƣng sau đú đều tiến tới trạng thỏi ổn định, ảnh hƣởng của sửa đỏ dần mất đi. Đỏ tiến tới trạng thỏi ổn định nhanh hơn khi tốc độ cắt kim loại tăng, hỡnh 1.21. Việc sửa đỏ tinh vừa làm cho độ búng bề mặt chi tiết tốt hơn vừa làm cho đỏ nhanh cựn hơn và do vậy làm tăng cụng suất mài, năng lƣợng mài riờng và cỏc hƣ hỏng nhiệt khi mài, trờn hỡnh 1.22 ảnh hƣởng của chế độ sửa đỏ đến độ nhỏm bề mặt.
Hỡnh 1.20 Ảnh hưởng của gúc khi sửa đỏ tới độ nhỏm khi mài phẳng, đỏ mài 32A46I8VBE, vs = 32 m/s, vw = 13 m/p, a = 25 m [53]
Hỡnh 1.21 Sơ đồ mụ tả quan hệ của độ nhỏm và lượng búc kim loại với cỏc điều kiện sửa đỏ khỏc
nhau, đỏ mài Al2O3 liờn kết thủy tinh, vs = 29 m/s, vw = 19 m/p, a = 3 m
Hỡnh 1.22 Ảnh hưởng của chế độ sửa đỏ đến nhấp nhụ tế vi bề mặt [58]
1.4.2.3. Ảnh hưởng của dung dịch tưới nguội đến độ nhỏm bề mặt
Theo phõn tớch ở trờn, khoảng 80% cụng tiờu tốn khi mài biến thành nhiệt. Một phần nhiệt sinh ra thoỏt theo phoi, một phần nằm lại trong chi tiết gia cụng, cũn một phần truyền qua dụng cụ mài hoặc truyền vào mụi trƣờng xung quanh. Nhiệt truyền qua phoi sẽ
làm phoi cú nhiệt độ cao, một phần phoi bị chảy, cũn một phần bị chỏy do cacbon trong kim loại bị ụxy hoỏ bởi ụxy trong khụng khớ. Nhiệt độ tức thời trong vựng cắt lớn làm thay đổi cấu trỳc lớp bề mặt chi tiết, làm xuất hiện biến dạng nhiệt của chi tiết, ứng suất dƣ, vết chỏy sộm, vết nứt ảnh hƣởng đến độ nhỏm bề mặt chi tiết trong quỏ trỡnh mài.
Trong khi mài, cần dựng dung dịch tƣới nguội để làm tăng độ nhẵn búng bề mặt và chất lƣợng sản phẩm mài. Dung dịch trơn nguội cú tỏc dụng làm giảm ma sỏt giữa đỏ và chi tiết mài, giảm nhiệt độ vựng mài, đẩy cỏc phế thải ra khỏi vựng gia cụng do đú chất lƣợng bề mặt của chi tiết tăng lờn.
Dung dịch tƣới nguội cần đảm bảo yờu cầu kỹ thuật, tinh khiết, ớt tạp chất. Để đảm bảo độ búng bề mặt gia cụng cao việc làm sạch, lọc sạch dung dịch tƣới nguội thƣờng xuyờn và cẩn thận cú ý nghĩa rất lớn. Vỡ trong quỏ trỡnh mài, phoi kim loại khi mài bị đốt chỏy rất nhanh, đƣợc tụi cứng và hầu hết cứng hơn bề mặt gia cụng. Khi dũng tƣới nguội cú lẫn phoi sẽ làm cào xƣớc bề mặt mài. Dũng tƣới nguội phải đƣợc hƣớng tới vị trớ rửa sạch bề mặt đỏ, tẩy đƣợc tạp chất bỏm dớnh trờn đú. [10]
1.4.2.4. Ảnh hưởng của rung động đến độ nhỏm bề mặt
Nhƣ đó trỡnh bày ở trờn, rung động cú ảnh hƣởng trực tiếp tới độ ổn định của quỏ trỡnh gia cụng và đặc trƣng cho từng điều kiện gia cụng. Việc phõn tớch nguồn gốc và cơ chế hỡnh thành cỏc rung động khi mài cho đến nay vẫn chƣa đƣợc giải quyết trọn vẹn. Tuy cỏc nhà nghiờn cứu vẫn thống nhất ở một điểm chung đú là rung động cú quan hệ chặt chẽ tới tỡnh trạng mũn và khả năng cắt gọt của đỏ nờn cú thể sử dụng cỏc thụng số đặc trƣng của nú để đỏnh giỏ khả năng làm việc của đỏ mài. Cỏc nhà nghiờn cứu cũng khẳng định rằng, rung động tự rung do một tập hợp nhiều rung động tự rung gõy nờn. Tựy thuộc vào điều kiện gia cụng và tỡnh trạng cụ thể của mỏy, độ bền của vật liệu gia cụng, chế độ cắt...cỏc nguyờn nhõn trờn sẽ cú mức ảnh hƣởng khỏc nhau.
Trong quỏ trỡnh mài do lƣợng dƣ gia cụng khụng đều, độ khụng đồng nhất của vật liệu, đặc tớnh giỏn đoạn của quỏ trỡnh gia cụng, cỏc dao động riờng tắt dần của hệ thống cụng nghệ sẽ xuất hiện. Cỏc rung động vừa xuất hiện lại làm thay đổi chiều sõu và vận tốc tức thời dẫn tới lực cắt cũng thay đổi theo, sự thay đổi này luụn chậm hơn sự thay đổi của chiều sõu cắt làm cho cỏc dao động riờng tắt dần trở thành cỏc rung động tự rung. Một số nghiờn cứu khỏc cho thấy, khi mũn xuất hiện cỏc diện tớch mũn trờn đỉnh hạt mài làm cho quỏ trỡnh cắt trở lờn khú khăn hơn, số hạt mài khụng tham gia vào quỏ trỡnh cắt và số hạt mài trƣợt trờn bề mặt gia cụng tăng dần làm cho ma sỏt giữa đỏ mài và chi tiết gia cụng đạt giỏ trị tới hạn gõy ra hiện tƣợng bỏm dớnh, tuy nhiờn do quỏn tớnh và vận tốc quay của đỏ vật liệu bị bỏm dớnh bị búc ra gõy ra rung động tự rung.
Quỏ trỡnh rung động trong hệ thống cụng nghệ tạo ra chuyển động tƣơng đối cú chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia cụng, làm thay đổi điều kiện ma sỏt, gõy nờn độ súng và nhấp nhụ tế vi trờn bề mặt gia cụng. Sai lệch của cỏc bộ phận mỏy làm cho chuyển động của mỏy khụng ổn định, hệ thống cụng nghệ sẽ cú rung động cƣỡng bức, nghĩa là cỏc bộ phận mỏy khi làm việc sẽ cú rung động với cỏc tần số khỏc nhau, gõy ra súng dọc và súng ngang trờn bề mặt gia cụng với bƣớc súng khỏc nhau. Khi hệ thống cụng nghệ cú rung động, độ súng và độ nhấp nhụ tế vi sẽ tăng nếu lực cắt tăng, chiều sõu cắt lớn và tốc độ cắt cao. [20]
Cú thể thấy vấn đề rung động xẩy ra trong quỏ trỡnh mài chủ yếu là do quỏ trỡnh rung động cƣỡng bức và tự rung. Sự lệch tõm và sai lệch hỡnh dạng đỏ mài là nguyờn nhõn chớnh tạo ra rung động cƣỡng bức. Ảnh hƣởng của quỏ trỡnh tự mài sắc là nguyờn nhõn gõy ra rung động tự rung. Chuyển động quay của đỏ mài và phụi tạo ra súng trờn bề mặt của đỏ mài và do đú ảnh hƣởng đến sự hỡnh thành súng trờn bề mặt gia cụng. Nếu giảm chiều rộng của đỏ mài sẽ dẫn đến giảm lực cắt, giảm rung động và giảm độ nhấp nhụ tế vi lớp bề mặt. Khi vết gằn trờn bề mặt chi tiết tỏi xuất hiện thỡ ngƣợc lại lực cắt sẽ giảm đồng thời làm giảm biờn độ rung động và phỏt ra tiếng ồn. Ở khu vực tiếp xỳc giữa bề mặt đỏ và bề mặt chi tiết gia cụng xẩy ra quỏ trỡnh rung động cƣỡng bức hay tự rung khi gia cụng, tạo nờn sự