128
2.4. ảnh hởng của mòn đá đến độ nhám, sóng và các đặc trng cơ lý của lớp
đặc trng cơ lý của lớp bề mặt chi tiết mài
Quá trình mòn đá mài là một quá trình cơ, lý, hoá rất phức tạp. Chúng phụ thuộc vào tất cả các yếu tố của điều kiện gia công nh: độ cứng của đá, Topography bề mặt đá mài, tính chất của bề mặt vật liệu gia công, chế độ công nghệ khi mài, dung dịch tới nguội ...và làm thay đổi tính chất cơ lý lớp bề mặt chi tiết gia công, độ sóng, độ nhấp nhô tế vi bề mặt của chi tiết gia công tăng lên, khả năng cắt của đá giảm.
Khi cắt kim loại bằng dụng cụ có lỡi cắt thì độ mòn đầu dao là sự thay đổi hình dạng hình học ban đầu của lỡi cắt. Việc xuất hiện vết mòn ở mặt trớc, mặt sau và tăng bán kính của đầu dao...những sự thay đổi đó phá vỡ hành trình
chuẩn của quá trình cắt: lực cắt và nhiệt độ cắt tăng lên, trong hệ thống phát sinh rung động, chất lợng bề mặt gia công xấu đi.
Mòn của đá mài khi mài cũng là thay đổi hình dáng hình học ban đầu của mỗi một trong số vô số các lỡi cắt hợp thành bề mặt làm việc của đá mài. Song nếu nh ở các dao cắt tiêu chuẩn cùn dao sẽ là các đại lợng đợc đo hoàn toàn xác định và tơng đối dễ (đo diện mòn theo mặt sau, vết ở mặt trớc v.v...), thì khi mài, đo diện mòn ở từng lỡi cắt rất phức tạp và không đầy đủ để đánh giá khả năng làm việc của đá mài. Bề mặt làm việc của đá mài trong thời gian mài các hạt mài biến dạng khác nhau: Phá hủy và vỡ lỡi cắt dẫn đến thay đổi khoảng cách giữa chúng và tạo nên lỡi cắt mới, dẫn đến mòn kích thớc đá mài đáng kể. Mòn kích thớc đá mài theo qui luật là không đồng đều vì tác động của rung động, vì thế gây nên sóng trên bề mặt làm việc của nó. Sự cùn lỡi cắt và sự bám dính kim loại lên đỉnh của chúng dẫn đến làm khả năng cắt của đá mài kém đi, làm tăng lực và nhiệt độ mài, làm nảy sinh và tăng sự bám dính.
Những thay đổi gây ra bởi mòn bề mặt làm việc của đá mài làm xấu đi các thông số ban đầu của quá trình cắt nh: hiệu suất, độ chính xác và chất lợng gia công...
Mòn kích thớc đá mài (mòn đờng kính đá) làm giảm độ chính xác gia công, sóng trên bề mặt gây nên sự rung động ở vùng cắt và xuất hiện độ sóng trên bề mặt mài, sự cùn lỡi cắt dẫn đến phát sinh vết sém và ứng suất d kéo đáng kể trên bề lớp bề mặt chi tiết mài, còn cho tăng các lực cắt thành phần h- ớng kính dẫn đến tăng biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ và làm giảm tốc độ bóc kim loại.
Mỗi lỡi cắt của đá mài khi bóc đi một lớp kim loại sẽ tạo ra vết có sự dồn ép đợc hình thành bởi xô đẩy kim loại dẻo dọc theo các phía sờn của vết. Ngoài ra một phần đáng kể của lỡi cắt hoàn toàn không huỷ bỏ đợc phoi mà chỉ tạo ra biến dạng dẻo kim loại, khi đó để lại trên chi tiết vết ở dạng chịu áp lực của sự
dồn ép và chỉ khi trong mối tơng quan thích hợp của đờng kính tại đỉnh lỡi cắt đủ độ sắc sẽ tạo ra sự cắt.
Mức độ biến dạng dẻo phụ thuộc vào nhiều yếu tố: vào tính chất của vật liệu gia công, vào tốc độ cắt và các thông số khác của chế độ mài; phụ thuộc vào hình dạng hình học của lỡi cắt của đá mài.
Quá trình hình thành sóng trên bề mặt mài đơn giản hơn so với tạo nhám. Độ sóng của bề mặt chi tiết khi mài tạo ra hoặc do dao động của đá mài hớng vuông góc với bề mặt gia công hoặc do dạng hình học của đá mài không chuẩn
(ôvan, sóng trên bề mặt đá mài ). Cả hai nguyên nhân dẫn đến thay đổi quỹ…
đạo chuyển động của đá mài hình thành nên sóng theo hớng song song và vuông góc với bề mặt gia công.
Biên độ dao động của đá mài so với chi tiết đợc xác định bởi đại lợng lực gây ra các dao động và đợc xác định bởi độ cứng vững của hệ thống công nghệ. Biên độ dao động của lực càng lớn và độ cứng vững của hệ thống càng nhỏ thì sóng trên chi tiết càng lớn. Sự phụ thuộc này không phải là tỉ lệ, khi bắt đầu thì sự tăng biên độ dao động của máy mài không gây sự tăng sóng trên chi tiết.
Nguyên nhân của hiện tợng này sẽ hiểu đợc nếu chú ý đến sơ đồ hình thành sóng trên bề mặt đợc mài (hình 2.5). Từ sơ đồ này thấy rõ là ở biên độ dao động của đá mài với sự tăng tần số dao động thì độ cao sóng đợc giảm xuống.
Thời điểm đặc biệt trong quá trình hình thành sóng trên chi tiết là mối liên kết của nó với độ nhám của bề mặt mài chính xác hơn là với sự không đồng nhất có quy luật của độ nhám bề mặt: khi xuất hiện sóng trên chi tiết thì độ nhám bề mặt ở phần lõm của sóng luôn lớn hơn trên đỉnh (hình 2.6).
Hình 2.5. Sơ đồ hình thành sóng trên bề mặt đá mài [90].
Hình 2.6. Sơ đồ tạo ra sự không đồng nhất có quy luật của nhám bề mặt chi tiết mài [90].
Hình 2.7. Sự thay đổi chiều cao nhám ở đỉnh sóng 1: ở phần lõm; 2: Sau giai đoạn ổn định của đá [90]
Hình 2.8. Biểu đồ biên dạng nhám bề mặt đá đợc mô tả trên các đỉnh sóng (1) và ở phần lõm (2) theo thời gian mài [90].
ở thời điểm cắt của đá mài vào chi tiết tức là khi vết lõm của sóng hình
thành làm tăng chiều sâu rất nhanh độ dày của lớp cắt kim loại do hạt mài tăng lên, mỗi một lát cắt để lại vết sâu lớn hơn do đó độ nhám bề mặt ở phần lõm tăng lên, khi dịch chuyển đá mài ra khỏi chi tiết thì ngợc lại. Nh thế sự không đồng nhất của nhám bề mặt mài có quy luật gắn liền với độ sóng (hình 2.7; 2.8).
Nhờ số lợng lớn các đờng cong biểu diễn độ nhám mà phơng trình đờng cong độ nhám nh là một hằng số, có thể lập bằng cách sau:
Ra(t) = (Rahar – Racm).e-λt + Racm.eδt [90] (2.6)
ở đây: Ra(t) – chiều cao của độ không phẳng vi mô sau t phút mài.
Rahar – Chiều cao độ không phẳng vi mô bắt đầu mài (bỏ qua 0,5 phút làm việc sau khi chỉnh sửa đá mài).
Racm – Chiều cao độ không phẳng vi mô sau khi mài rà đá mài ở
δ - Chỉ số mức thể hiện sự tăng chiều cao độ không phẳng vi mô do đá mài cùn và sự bám bẩn ở vùng cắt gọt.
λ - Chỉ số thể hiện sự giảm độ cao, độ không phẳng vi mô do mài đá mài ở thời kỳ làm việc thứ nhất của nó:
1 ) 3 ( 1 T R R n ahar − acm + = λ (2.7)
T1 – thời gian làm việc của thời kỳ 1 của đá mài.
Nh đã biết, mòn đá mài ảnh hởng trớc tiên thể hiện ở chất lợng bề mặt mài. Chất lợng bề mặt là tiêu chí quan trọng của quá trình gia công tinh xác của các chi tiết máy. Nhiệm vụ chính trong nghiên cứu mòn đá mài là xác định ảnh hởng của quá trình mòn đá đến các thông số chất lợng bề mặt gia công của chi tiết nh độ nhấp nhô bề mặt.
Để giải quyết bài toán này cần thiết tìm ra các phơng pháp đánh giá hai quá trình mòn đồng thời : Mòn kích thớc của đá mài ảnh hởng đến các yếu tố nh độ không tròn, độ không trụ, đờng kính đá mài và mòn tế vi của bề mặt đá mô tả Topography của bề mặt làm việc của đá mài, sự cùn lỡi cắt của đá mài, tạo sóng trên đá mài và ảnh hởng của chúng tới tính chất hoạt động của lực cắt và hình thành lớp bề mặt của chi tiết mài; xác định tính quy luật thay đổi các thông số hình học, vật lý của bề mặt mài phụ thuộc vào mòn đá mài.
Đặc trng hình học của đá mài phức tạp hơn nhiều so với các lỡi cắt của các dao cắt nh: số lợng lỡi cắt rất lớn phân bố không theo quy luật trên bề mặt đá mài, dạng hình học ngẫu nhiên của chúng và các kích thớc không lớn, không giống nhau.
- Tất cả điều đó đã làm phức tạp đáng kể việc đánh giá các đặc tính tophography của đá mài.
Hình 2.9: Nhám bề mặt làm việc của đá mài
1-10 – Các đỉnh lỡi cắt "cao nhất" của bề mặt đá mài. [48]
Ngoài ra, cần thiết phải tính đến là không phải tất cả các lỡi cắt trên bề mặt đá mài tham gia vào công việc mài. Phụ thuộc vào mối tơng quan của độ sâu mài t và chiều cao biên dạng Hn của bề mặt làm việc của đá mài mà số lợng lỡi cắt "tích cực" thay đổi (hình 2.9).
Đối với các đá mài cỡ hạt trung bình (No 16, 25, 40) thì độ cao biên dạng của đá mài dao động tơng ứng ở giới hạn 180 - 350 àm, còn độ sâu mài tất cả chỉ 5 - 50 àm, tức là chỉ có phần biên dạng cao nhất của đá mài
ữ 30 1 10 1 so với toàn bộ chiều cao biên dạng tham gia vào công việc mài. Vậy theo số liệu của một vài nhà nghiên cứu [48] tất cả chỉ 6 - 10 % lỡi cắt đợc phân bố trên bề mặt đá mài, tham gia vào công việc mài.
Nh vậy, độ cứng của đá mài ở trạng thái tĩnh có thể thay đổi trong quá trình cắt, tuỳ thuộc vào thay đổi của đại lợng tốc độ đá mài, tơng ứng với nó là thay đổi cả độ mòn đá. Khi tăng độ cứng tức là giảm độ mòn cũng đồng nghĩa với việc kết dính có khả năng giữ đợc các hạt đá mài nhiều. Từ kết luận trên, thấy rằng khi mài cao tốc cần sử dụng đá mài mềm hơn khi mài thờng.
Quá trình mòn đá mài diễn ra rất phức tạp nó ảnh hởng đến chất lợng bề mặt chi tiết mài, mòn đá là quá trình không thể tránh đợc, để đo mòn đá mài là rất khó khăn. Hiện nay có 2 hớng để đo mòn đá:
+ Đo mòn thể tích : đo mòn đá theo hớng kính, xác định đợc lợng mòn đá thông qua tính toán thể tích đá mòn theo các phơng pháp truyền thống nh : đầu đo khí nén, đầu đo tiếp xúc, đầu đo laze...đối với các phơng pháp đo này cha đánh giá đợc đầy đủ các yếu tố ảnh hởng của mòn đá đến chất lợng bề mặt của