Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Phương phỏp gia cụng Mức độ biến cứng
(%)
Chiều sõu lớp biến cứng (àm)
Tiện thụ 120 ữ 150 30 ữ 50
Tiện tinh 140 ữ 180 20 ữ 60
Phay bằng dao phay mặt đầu 140 ữ 160 40 ữ 100 Phay bằng dao phay trụ 120 ữ 140 40 ữ 80
Khoan và khoột 160 ữ 170 180 ữ 200
Doa 150 ữ 160 150 ữ 200
Chuốt 150 ữ 200 20 ữ75
Phay lăn răng và xọc răng 160 ữ 200 120 ữ 200
Cà răng 120 ữ 180 80 ữ 100
Mài trũn thộp chưa nhiệt
luyện 140 ữ 160 30 ữ 60
Mài trũn thộp ớt cacbon 160 ữ 200 30 ữ 60 Mài trũn ngoài cỏc thộp sau
nhiệt luyện 125 ữ 130 20 ữ 40
Mài phẳng 150 16 ữ 25
Bảng 2.2. Mức độ và chiều sõu lớp biến cứng của cỏc phương phỏp gia cụng cơ
Trong quỏ trỡnh gia cụng cơ dưới tỏc dụng của lực cắt, mạng tinh thể của lớp kim loại bề mặt bị xụ lệch và gõy biến dạng dẻo ở vựng trước và vựng sau lưỡi cắt. Phoi được tạo ra do biến dạng dẻo của cỏc hạt kim loại trong vựng trượt. Trong vựng cắt, thể tớch riờng của kim loại tăng cũn mật độ kim loại giảm làm xuất hiện ứng suất. Khi đú nhiều tớnh chất của lớp bề mặt thay đổi như giới hạn bền, độ cứng, độ giũn được nõng cao, ngược lại tớnh dẻo dai lại giảm, v.v… Kết quả là lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội và cú độ cứng tế vi
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
rất cao. Mức độ biến cứng và chiều sõu của lớp biến cứng phụ thuộc vào cỏc phương phỏp gia cụng và cỏc thụng số hỡnh học của dao. Cụ thể là phụ thuộc vào lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và nhiệt độ trong vựng cắt. Lực cắt làm cho mức độ biến dạng dẻo tăng, kết quả là mức độ biến cứng và chiều sõu lớp biến cứng bề mặt tăng. Nhiệt sinh ra ở vựng cắt sẽ hạn chế hiện tượng biến cứng bề mặt. Như vậy mức độ biến cứng của lớp bề mặt phụ thuộc vào tỷ lệ tỏc động giữa hai yếu tố lực cắt và nhiệt sinh ra trong vựng cắt. Khả năng tạo ra mức độ và chiều sõu biến cứng của lớp bề mặt của cỏc phương phỏp gia cụng khỏc nhau được thể hiện trong bảng 2.2.
Qua nghiờn cứu bằng mụ hỡnh nhiệt cắt đồng thời tiến hành thực nghiệm nghiờn cứu ảnh hưởng của bỏn kớnh mũi dao đến chiều sõu lớp biến cứng (lớp trắng) trong tiện cứng của Kevin Chou và Hui Song [16], [17] kết quả đều cho thấy chiều sõu của lớp biến cứng phụ thuộc vào bỏn kớnh mũi dao (hỡnh 2.3).
Hỡnh vẽ 2.3. Quan hệ giữa bỏn kớnh mũi dao và chiều sõu lớp biến cứng với cỏc lượng chạy dao khỏc nhau (khi dao chưa bị mũn) [16]
Khi dao cũn mới (dao chưa bị mũn), chiều sõu lớp biến cứng giảm khi tăng bỏn kớnh mũ i dao do chiều dày lớp phoi khụng được cắt nhỏ. Tuy
0,45mm/vg; r = 0,8mm 0,45mm/vg; r = 2,4mm 0,45mm/vg; r = 1,6mm Bằng mụ hỡnh nhiệt 0,3 mm/vg 0,45 mm/vg 0,6 mm/vg Ch iều s õu lớp bi ến cứ n g ( à m ) Bằng thực nghiệm 0,3 mm/vg 0,45 mm/vg 0,6 mm/vg
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn nhiờn khi dao bị mũn nhiều thỡ chiều sõu lớp trắng lại tăng theo bỏn kớnh mũi dao bởi vỡ khoảng cỏch giữa lưỡi cắt và bề mặt gia cụng là nhỏ hơn.
Đồng thời Kevin Chou và đồng nghiệp [16] cũng đó chứng tỏ chiều sõu của lớp biến cứng phụ thuộc vào vận tốc cắt như đồ thị hỡnh 2.4. Chiều sõu lớp biến cứng tăng tỷ lệ theo vận tốc cắt. Với cựng vận tốc cắt (V = 2 ữ
4 m/s) thỡ dao bị mũn nhiều hơn sẽ tạo ra được lớp biến cứng cú chiều dày lớn hơn khỏ nhiều so với dao bị mũn ớt. Tuy nhiờn nếu vận tốc cắt quỏ lớn lại làm giảm chiều sõu của lớp biến cứng.
Hỡnh vẽ 2.4. Quan hệ giữa vận tốc cắt với chiều sõu lớp biến cứng ứng với cỏc lượng mũn mặt sau khỏc nhau của dao tiện [16]
Bề mặt bị biến cứng cú tỏc dụng làm tăng độ bền mỏi của chi tiết khoảng 20%, tăng độ chống mũn lờn khoảng 2 đến 3 lần. Mức độ biến cứng và chiều sõu của nú cú khả năng hạn chế gõy ra cỏc vết nứt tế vi làm phỏ hỏng chi tiết. Tuy nhiờn bề mặt quỏ cứng lại làm giảm độ bền mỏi của chi tiết [1].
2.4.2.2. Ứng suất dư trong lớp bề mặt
Quỏ trỡnh hỡnh thành ứng suất dư bề mặt sau gia cụng cơ phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và hiện tượng chuyển pha trong cấu trỳc kim loại. Quỏ trỡnh này diễn ra phức tạp. Ứng suất dư lớp bề
VB = 110àm VB = 210àm VB = 300àm Ch iều s õu lớp bi ến cứ n g ( à m ) Vận tốc cắt (m/s)
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
mặt được đặc trưng bởi trị số, dấu và chiều sõu phõn bố ứng suất dư. Trị số và dấu phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi của vật liệu gia cụng, chế độ cắt, thụng số hỡnh học của dụng cụ cắt và dung dịch trơn nguội.
Cỏc nguyờn nhõn chủ yếu gõy ra ứng suất dư là:
- Khi gia cụng trường lực xuất hiện gõy biến dạng dẻo khụng đều trong lớp bề mặt. Khi trường lực mất đi biến dạng dẻo gõy ra ứng suất dư trong lớp bề mặt.
- Biến dạng dẻo làm tăng thể tớch riờng của lớp kim loại mỏng ngoài cựng. Lớp kim loại bờn trong vẫn giữ thể tớch riờng bỡnh thường do đú khụng bị biến dạng dẻo. Lớp kim loại ngoài cựng gõy ứng suất dư nộn cũn lớp kim loại bờn trong sinh ra ứng suất dư kộo để cõn bằng.
- Nhiệt sinh ra ở vựng cắt lớn sẽ nung núng cục bộ cỏc lớp mỏng bề mặt làm mụđun đàn hồi của vật liệu giảm. Sau khi cắt, lớp vật liệu này sinh ra ứng suất dư kộo do bị nguụi nhanh và co lại, để cõn bằng thỡ lớp kim loại bờn trong phải sinh ra ứng suất dư nộn.
- Trong quỏ trỡnh cắt thể tớch kim loại cú sự thay đổi do k im loại bị chuyển pha và nhiệt sinh ra ở vựng cắt làm thay đổi cấu trỳc vật liệu. Lớp kim loại nào hỡnh thành cấu trỳc cú thể tớch riờng lớn sẽ sinh ra ứng suất dư nộn và ngược lại sẽ sinh ra ứng suất dư kộo để cõn bằng.
Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất dư trong lớp bề mặt của chi tiết sau gia cụng cơ như sau:
- Tăng tốc độ cắt V hoặc tăng lượng chạy dao S cú thể làm tăng hoặc giảm ứng suất dư.
- Lượng chạy dao S làm tăng chiều sõu của ứng suất dư. - Gúc trước γ õm gõy ra ứng suất dư nộn - ứng suất dư cú lợi.
- Khi gia cụng vật liệu giũn bằng dụng cụ cắt cú lưỡi gõy ra ứng suất dư nộn cũn vật liệu dẻo thường gõy ứng suất dư kộo.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Ứng suất dư nộn trong lớp bề mặt làm tăng độ bền mỏi của chi tiết, cũn ứng suất dư kộo lại làm giảm độ bền mỏi. Vớ dụ: độ bền mỏi của chi tiết được làm từ thộp khi trờn bề mặt cú ứng suất dư nộn cú thể tăng lờn 50%, cũn khi cú ứng suất dư kộo thỡ giảm 30%.
Qua nghiờn cứu về tiện cứng (thộp AISI 52100, 62HRC), của Patrik Dahlman và cỏc đồng nghiệp [17] đó chỉ ra rằng: thụng số hỡnh học của dụng cụ cắt cũng như chế độ cắt đều ảnh hưởng đến ứng suất dư, cụ thể như sau:
- Gúc trước ( γ < 0) của dụng cụ càng lớn thỡ sẽ tạo ra ứng suất dư nộn lớn (cú lợi) trờn bề mặt gia cụng. Nếu tăng gúc trước thỡ vị trớ của ứng suất dư cực đại sẽ năm sõu hơn trong lớp bề mặt.
- Chiều sõu cắt khụng ảnh hưởng đến ứng suất dư. - Tăng lượng chạy dao sẽ làm tăng ứng suất dư nộn.
- Bằng cỏch điều khiển lượng chạy dao cũng như gúc trước của dụng cụ cú thể khống chế được ứng suất dư trờn bề mặt chi tiết gia cụng cả về trị số cũng như chiều sõu của lớp chịu ứng suất.
- Tất cả cỏc thớ nghiệm đều cho thấy rằng ứng suất dư nộn được sinh ra dưới lớp bề mặt gia cụng.
Meng Liu và cỏc đồng nghiệp [18] cũng cho rằng, bỏn kớnh mũi dao và mũn dao cú ảnh hưởng đỏng kể đến ứng suất dư trong tiện cứng. Cỏc ụng đó cú cỏc kết luận như sau:
- Tăng bỏn kớnh mũi dao sẽ dẫn đến tăng lực cắt cũng như tỷ số của lực cắt Py/Pz cũng như Px/Pz.
- Bỏn kớnh của mũi dao cú ảnh hưởng mạnh đến ứng suất dư.
- Khi dụng cụ cắt bị mũn nhiều dẫn đến tăng cả ứng suất dư kộo cũng như ứng suất dư nộn, nhưng ứng suất dư nộn thỡ tăng nhiều hơn. Sự phõn bố ứng suất dư do ảnh hưởng của bỏn kớnh mũi dao sẽ rừ ràng và mạnh hơn khi lượng mũn của dao tăng. Hỡnh 2.5 a,b,c.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Từ cỏc đồ thị quan hệ dưới hỡnh 2.5 ta nhận thấy quy luật biến thiờn ứng suất dư lớp bề mặt là cú luật tỷ lệ tương ứng.
a, Bỏn kớnh mũi dao r = 0,4 mm
b, Bỏn kớnh mũi dao r = 0,8 mm
c, Bỏn kớnh mũi dao r = 1,2 mm
Chiều sõu phớa dưới mặt gia cụng (àm) Chiều sõu phớa dưới mặt gia cụng (àm)
Hỡnh vẽ 2.5. Quan hệ giữa bỏn kớnh mũi dao, chiều sõu cắt và ứng suất dư lớp bề mặt
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn