1. Hạt mài, 2 Chất kết dớnh, 3 Khoảng trống
1.4.1.Chất lƣợng bề mặt chi tiết mà
Chất lƣợng bề mặt chi tiết mài là một yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến tuổi thọ và khả năng làm việc của chi tiết. Trong quỏ trỡnh mài, chất lƣợng bề mặt chi tiết là một chỉ tiờu để đỏnh giỏ quỏ trỡnh gia cụng chi tiết mỏy, nhất là ở giai đoạn mài tinh. Chất lƣợng bề mặt đƣợc đỏnh giỏ bằng hai nhúm chỉ tiờu đú là nhúm cỏc chỉ tiờu hỡnh dỏng lớp bề mặt độ súng, độ nhỏm... và nhúm tớnh chất cơ lý của lớp bề mặt độ cứng, chiều sõu lớp biến cứng và ứng suất dƣ... . [20]
Cỏc nghiờn cứu trƣớc đõy đó chứng minh rằng, những đặc trƣng cơ bản về chất lƣợng lớp bề mặt ảnh hƣởng đến tuổi thọ của chi tiết mỏy cú thể sắp xếp theo thứ tự sau:
- Độ chớnh xỏc hỡnh dỏng hỡnh học cỏc chi tiết tiếp xỳc. - Độ nhỏm bề mặt.
- Độ cứng tế vi lớp bề mặt. - Cỏc ứng suất dƣ lớp bề mặt.
Bề mặt mài đƣợc hỡnh thành do tổng tỏc động của tất cả cỏc hạt mài lờn bề mặt chi tiết gia cụng. Về chất lƣợng bề mặt mài đƣợc hiểu là cỏc yếu tố hỡnh học của cỏc vết cào xƣớc tế vi, độ nhỏm bề mặt độ nhấp nhụ, vết gia cụng, hỡnh dạng cỏc vết nhấp nhụ và cỏc tớnh chất cơ lý của lớp bề mặt biến cứng, biến đổi cấu trỳc, ứng suất dƣ... . Chất lƣợng bề mặt khi mài phụ thuộc vào chế độ mài, chất lƣợng đỏ mài, tỡnh trạng kỹ thuật của mỏy, dung dịch tƣới nguội và topography bề mặt đỏ mài…
1.4.1.1. Độ nhỏm bề mặt chi tiết mài
Độ nhỏm bề mặt mài là toàn bộ cỏc vết đƣợc tạo ra bởi cỏc lƣỡi cắt của đỏ mài. Hỡnh dạng và kớch thƣớc của cỏc vết này là ngẫu nhiờn. Độ nhỏm bề mặt chi tiết mài phụ thuộc vào sự phõn bố của cỏc hạt mài trờn đỏ mài và quỏ trỡnh động học, mức độ biến dạng dẻo khi cắt, chế độ cắt, đặc tớnh đỏ, dung dịch trơn nguội, độ cứng vững của mỏy, topography đỏ mài và cỏc yếu tố phỏt sinh trong quỏ trỡnh mài...
Giản đồ bề mặt nhấp nhụ hỡnh 1.16 đƣợc mụ tả phúng đại những sai lệch tế vi để giỳp chỳng ta đỏnh giỏ đƣợc độ nhỏm bề mặt. Đƣờng trung bỡnh prụfin của độ nhấp nhụ bề mặt này là đƣờng cơ sở, để xỏc định số lƣợng trị số nhấp nhụ và vị trớ, tổng diện tớch hai phớa từ đƣờng trung bỡnh tới prụfin phải bằng nhau, tức là:
F1+ F3+ ....+ Fn-1= F2+ F4 +...+Fn (1.35)
Cấp nhấp nhụ bề mặt tuỳ thuộc vào chiều dài đƣờng cơ sở l. Tiờu chuẩn đỏnh giỏ sai lệch hỡnh học tế vi của bề mặt dựa trờn hai thụng số sau:
Ra = n i i x i y n dx y l 1 1 0 1 1 (1.36)
- Độ cao nhấp nhụ Rz: khoảng cỏch trung bỡnh giữa năm điểm cao nhất và năm điểm thấp nhất trờn chiều dài chuẩn.
Rz = 5 10 8 6 4 2 9 7 5 3 1 h h h h h h h h h h (1.37) + Y 0 - Y F1 F2 X F3 Fn - 1 F4 Fn h 1 h 2 h 3 h 4 h 9 h 10 Hỡnh 1.16 Giản đồ nhấp nhụ bề mặt [20]
Trờn hỡnh 1.17 là mụ hỡnh lý thuyết mụ tả độ nhỏm bề mặt chi tiết sau khi mài và cỏc thụng số chớnh đƣợc sử dụng để đỏnh giỏ độ nhỏm. Chiều dài chuẩn l khi xỏc định độ nhỏm chọn bằng 0.8mm. Độ nhỏm đƣợc đỏnh giỏ bằng hai thụng số chớnh đú là chiều cao nhấp nhụ trung bỡnh Ra và độ nhấp nhụ lớn nhất từ đỏy tới đỉnh Rt, cú thể thấy rằng Rt lớn hơn Ra. Nếu theo biờn dạng hỡnh sin của bề mặt chi tiết thỡ Rt = Ra. Với mài thỡ sự khỏc nhau giữa Ra và Rt là lớn hơn. Thƣờng Rt = 7 14Ra nhƣng cũng chỉ bằng 4 † 7 lần nếu bỏ qua cỏc giỏ trị lớn nhất và nhỏ nhất ngẫu nhiờn của cỏc đỉnh và đỏy nhấp nhụ trờn bề mặt.
Hỡnh 1.17 Mụ hỡnh mụ tả độ nhỏm bề mặt chi tiết mỏy khi mài [53]
1.4.1.2. Biến đổi cấu trỳc lớp bề mặt chi tiết mài
Trong quỏ trỡnh mài, mặc dự lực cắt gọt chi tiết khụng lớn hơn so với cỏc phƣơng phỏp cắt gọt khỏc nhƣ tiện, phay, bào nhƣng do sự tham gia cắt đồng thời của nhiều hạt mài và do ma sỏt cào miết của những hạt mài khụng cắt gọt, làm cho nhiệt phỏt sinh trong vựng tiếp xỳc của đỏ và chi tiết rất lớn. Nhiều thực nghiệm đó chứng tỏ rằng khi mài 80% cụng tiờu hao trong quỏ trỡnh mài đƣợc biến thành nhiệt, chỉ cú 20% cụng cú ớch làm biến dạng mạng tinh thể của vật liệu để thực hiện cắt gọt. Biến đổi cấu trỳc mạng tinh thể dẫn
đến xuất hiện nội ứng suất bởi vỡ chỳng gõy ra biến đổi thể tớch kim loại. Nếu nhƣ nội ứng suất vƣợt quỏ đại lƣợng bền tức thời kim loại sẽ bị phỏ hu , lỳc này sẽ sinh ra cỏc vết nứt khi mài. [16], [10].
Khi gia cụng kim loại bằng phƣơng phỏp cắt gọt sẽ xuất hiện biến dạng dẻo trờn lớp mỏng ở bề mặt, lan toả sang cỏc vựng lõn cận nằm dƣới lớp bề mặt gia cụng. Quỏ trỡnh biến dạng dẻo phỏt sinh theo hƣớng trƣợt, tức là làm dịch chuyển một lớp tinh thể này theo mặt phẳng liờn kết tinh thể nhất định nào đú. Cũng cú thể núi rằng quỏ trỡnh trƣợt là sự dịch chuyển của một lớp nguyờn tử này so với lớp nguyờn tử kia, dƣới tỏc dụng của lực biến dạng tức là dƣới sự tỏc dụng của lực cắt . Cỏc tinh thể về cơ bản đƣợc sắp xếp theo h- ƣớng của sơ đồ mạng tinh thể, tƣơng tự sắp xếp của cỏc hạt nhỏ theo hƣớng biến dạng gọi là võn kim loại. Nhƣ vậy khi biến dạng dẻo xuất hiện những hiện tƣợng sau:
- Thay đổi hỡnh dỏng hạt,
- Thay đổi vị trớ hạt và tạo thành võn, - Hỡnh thành ứng suất dƣ,
- Phỏt sinh sự tự phỏ hu bờn trong mạng tinh thể và phỏ hu liờn kết giữa cỏc mạng với nhau, phỏ hu đơn hạt,
- Thay đổi tớnh chất cơ lý của lớp bề mặt,
- Khi cắt kim loại biến dạng dẻo gõy ra biến cứng lớp bề mặt do đú chi tiết trở nờn bền hơn và độ cứng tế vi đƣợc nõng cao hơn và giảm tớnh dẻo.
1.4.1.3. Ứng suất dư bờn trong chi tiết mài
Sự thay đổi cấu trỳc kim loại sẽ làm phỏt sinh nội lực. Trong khi mài, nhiệt độ ở vựng tiếp xỳc giữa đỏ và chi tiết rất lớn làm cho nhiệt độ trong cỏc vựng của chi tiết chờnh lệch nhau gõy ra sự biến đổi thể tớch của kim loại, làm tổ chức của nú thay đổi. Quỏ trỡnh chuyển biến về cấu trỳc của kim loại kốm theo sự xuất hiện ứng suất dƣ bờn trong của vật mài. [10]
Cỏc nghiờn cứu trƣớc đõy đó xỏc định rằng ứng suất dƣ ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng làm việc của chi tiết. Nếu ở bề mặt vật mài cú ứng suất dƣ nộn thỡ chất lƣợng bề mặt chi tiết tốt, tăng độ bền lõu của nú. Ngƣợc lại, nếu ở lớp bề mặt chi tiết cú nhiều lớp ứng suất dƣ kộo thỡ chất lƣợng bề mặt giảm, dễ gõy ra cỏc vết rạn nứt và cú thể bị phỏ hủy đột ngột.
Nghiờn cứu về độ lớn và tớnh chất ứng suất dƣ mang một ý nghĩa lớn, nhiều nghiờn cứu đó chỉ ra rằng khi khử ứng suất dƣ trờn lớp bề mặt đó làm tăng bền chi tiết gia cụng và nõng cao khả năng chịu mũn. Trong quỏ trỡnh mài chọn chế độ cắt hợp lý sẽ tạo ra một lớp bề mặt cú ứng suất dƣ nộn làm tăng tuổi thọ chi tiết gia cụng.