128
2.2. ảnh hởng của một số yếu tố công nghệ đến nhấp nhô tế vi bề mặt ch
nhô tế vi bề mặt chi tiết gia công
Nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết gia công phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nh vận tốc cắt, lợng chạy dao, độ cứng và độ hạt của đá mài, chất dính kết, chế độ sửa đá, thời gian làm việc sau khi sửa, dung dịch bôi trơn làm nguội, tình trạng máy, thời gian mài hết hoa lửa...
2.2.1. ảnh hởng của lợng chạy dao
Độ nhấp nhô tế vi bề mặt có liên quan đến lợng chạy dao dọc của chi tiết mài. Thờng thì lợng chạy dao Sdọc đợc xác định theo chiều dày của đá mài, khi mài thô thì Sdọc = (0.4 - 0.85)B; khi mài tinh Sdọc = (0.2 - 0.4)B , trong đó B là chiều dày đá. Khi Sdọc tăng thì năng suất mài tăng, nhng độ nhám bề mặt mài
(m/ph)
cũng tăng. Giá trị cụ thể của Sdọc phụ thuộc vào từng phơng pháp mài và các điều kiện mài cụ thể.
a) b) c)
Hình 2.2. Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào các chế độ công nghệ a - ảnh hởng của lợng chạy dao dọc đến Ra
b - ảnh hởng của vận tốc chi tiết đến Ra c - ảnh hởng của chiều sâu cắt đến Ra
Trên hình 2.2.a là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc đó. Tung độ biểu thị chiều cao nhấp nhô trung bình Ra (àm) hoành độ biểu thị lợng chạy dao dọc.[90]
Từ đồ thị ta thấy rằng khi tăng lợng tiến dao thì trị số nhấp nhô tế vi bề mặt tăng (độ nhẵn bóng bề mặt giảm).
2.2.2. ảnh hởng của tốc độ quay của chi tiết
Nếu tăng tốc độ quay của chi tiết mài thì nhấp nhô tế vi bề mặt tăng lên (độ nhẵn bề mặt giảm) bởi vì khi chi tiết quay nhanh số lợng vết cắt qua một tiết diện vật mài giảm xuống, biến dạng của chi tiết tăng và thời gian cắt giảm làm cho các hạt mài không cắt hết các phần vật liệu d.
Mặt khác vận tốc quay của chi tiết tăng sẽ làm tăng khả năng xuất hiện dao động. Do đó vận tốc quay của chi tiết nên chọn trong khoảng sau: Vận tốc
tối thiểu giới hạn bởi khả năng xuất hiện vết cháy, còn vận tốc tối đa là vận tốc gần điểm xuất hiện dao động.
Giá trị của vận tốc quay chi tiết đợc cho trong các sổ tay tơng ứng với từng điều kiện gia công (hình 2.2b). Tung độ biểu thị chiều cao nhấp nhô trung bình Htb (àm) hoành độ biểu thị tốc độ quay của chi tiết Vct = m/ph.
Vct thờng nhỏ hơn so với Vđá ( khoảng 60 – 150 lần). Vận tốc quay của chi tiết còn đợc gọi là lợng chạy dao vòng và đợc tính theo công thức:
Vct = 1000 . .dnct π (2.3) Trong đó:
nct- số vòng quay của chi tiết (vg/ph) d - đờng kính chi tiết (mm)
2.2.3. ảnh hởng của chiều sâu mài t
Khi tăng chiều sâu cắt t thì nhấp nhô tế vi bề mặt tăng. Đồ thị hình 2.2c biểu thị sự tơng quan giữa chiều sâu mài và độ nhấp nhô tế vi bề mặt. Kết quả này khác với các kết quả tính toán nhấp nhô tế vi bề mặt lý tởng cho rằng chiều sâu mài không ảnh hởng đến nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết.
ảnh hởng của chiều sâu cắt tới nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết mài không lớn bằng ảnh hởng của lợng tiến dao vì vậy để tăng năng suất mà không giảm độ nhẵn bóng bề mặt ta có thể tăng chiều sâu cắt và giảm lợng tiến dao.
Khi mài thô, nên chọn chiều sâu mài lớn nhất cho phép theo cỡ hạt và công suất máy. Chiều sâu mài không nên lớn hơn 0.05 kích thớc tiết diện của hạt mài. Ví dụ, với đá mài có độ hạt 800àm, chiều sâu mài chọn ≤ 0.04 mm. Nếu chiều sâu mài chọn lớn hơn giá trị trên, khe hở giữa các hạt mài sẽ nhanh chóng bị phoi kim loại điền đầy và đá sẽ không còn khả năng cắt gọt nữa.
Khi chi tiết có độ cứng vững kém và khi chi tiết xuất hiện vết cháy, cần giảm chiều sâu cắt mài. Khi mài tinh nên chọn chiều sâu cắt bé để nâng cao độ chính xác và độ nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết mài. Vật liệu có độ cứng càng cao thì chọn chiều sâu mài càng bé. Khi mài tinh mặt trụ ngoài, chiều sâu cắt dao động từ 0,005 đến 0,015, còn khi mài thô từ 0,010 đến 0,025 mm.
2.2.4. ảnh hởng của tốc độ cắt của đá mài
Tốc độ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hởng đến nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết mài. Nhấp nhô tế vi bề mặt giảm khi tốc độ quay của đá tăng. Tốc độ cắt khi mài thờng dùng trong khoảng 28 – 60 m/s, công thức liên hệ giữa nhấp nhô tế vi bề mặt với vận tốc cắt có dạng nh sau:[89]
Ra = C.Vđá-α (2.4) Trong đó:
C - là hệ số khi xét đến ảnh hởng của các yếu tố khác của quá trình cắt C= 0.7 – 0.8;
Vđá - là vận tốc của đá mài.
Vận tốc quay của đá nên chọn lớn nhất cho phép ứng với từng phơng pháp mài, bởi vì vận tốc quay của đá tăng thì chiều dày phoi giảm, tải trọng trên từng hạt mài giảm do đó năng
suất gia công và độ nhẵn bóng bề mặt tăng, đá mài mòn ít hơn. Tuy vậy vận tốc đá mài tăng sẽ làm tăng ứng suất trong đá và dẫn đến hiện tợng vỡ đá rất nguy hiểm. Vận tốc quay của đá đợc chọn phụ thuộc vào hình dạng của prôphin và chất kết dính của nó. Đá mài có chất kết dính bakelit có độ bền cao hơn so với đá mài có chất kết dính kearamit ở cùng điều kiện mài .
Hình 2.3. Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và tốc độ mài .[89] 1 - Đá -∃32CM1K; 2 - Đá ∃25CM1K.
Ngoài ra ngời ta còn dùng tốc độ mài cao hơn, có thể tới 60m/s hoặc cao hơn nữa, đợc gọi là mài cao tốc. Sử dụng phơng pháp mài này khi đã chế tạo đ- ợc loại đá mài có chất lợng cao. Khi tăng tốc độ quay của đá mài, tức tăng số l- ợng hạt tham gia trong quá trình cắt trong một đơn vị thời gian. Nếu nh khi chuyển sang chế độ mài cao tốc, mà không thay đổi lợng d cắt kim loại trong
một đơn vị thời gian thì mỗi hạt mài sẽ làm việc với thời gian ít hơn, chiều sâu cắt giảm, nh vậy tăng đợc độ bóng bề mặt gia công hơn.
Ta thấy rằng khi tăng tốc độ đá (Vđá) lực PZ giảm, mà Py = (1ữ3)Pz, vì vậy lực hớng kính PY giảm theo. Do đó giảm đợc biến dạng của hệ thống công nghệ (máy, dụng cụ, phôi), tăng đợc độ chính xác hình dáng hình học và kích thớc khi mài.
Khi gia công trên máy mài, tốc độ quay của đá thờng bị giới hạn bởi Vmax và không nên mài ở tốc độ thấp. Máy mài thờng chỉ có từ 1 đến 2 cấp tốc độ. So với tốc độ cắt của đá, tốc độ cắt của chi tiết rất nhỏ, để đơn giản hơn trong đề tài này ta chỉ nghiên cứu ảnh hởng của hai thông số chế độ cắt (Sd, t) đến nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết gia công.
2.2.5. ảnh hởng của dung dịch tới nguội khi mài
Khoảng 80% công tiêu tốn khi mài biến thành nhiệt. Một phần nhiệt sinh ra thoát theo phoi, một phần nằm lại trong chi tiết gia công, còn một phần truyền qua dụng cụ mài hoặc truyền vào môi trờng xung quanh.
Nhiệt truyền qua phoi sẽ làm phoi có nhiệt độ cao, một phần phoi bị chảy, còn một phần bị cháy do cácbon trong kim loại bị ôxy hoá bởi ôxy trong không khí.
Khi mài ngời ta phân biệt những nhiệt độ chủ yếu sau đây:
1. Nhiệt độ trung bình ổn định của bề mặt chi tiết thay đổi từ 20 tới 400oc tuỳ theo chế độ mài, vật liệu gia công, điều kiện làm nguội.
2. Nhiệt độ tiếp xúc tức thời trong vùng cắt thay đổi trong khoảng từ 150 đến 1200oc.
3. Nhiệt độ tức thời khi cắt bởi các hạt mài riêng rẽ trong khoảng 1000oc đến trạng thái nhiệt độ nóng chảy của vật liệu chi tiết gia công.
Nhiệt độ tức thời trong vùng cắt lớn làm thay đổi cấu trúc lớp bề mặt chi tiết, làm xuất hiện biến dạng nhiệt của chi tiết, ứng suất d, vết cháy sém, vết nứt ảnh hởng đến chất lợng bề mặt chi tiết trong quá trình mài.
Trong khi mài, cần dùng dung dịch trơn nguội để làm tăng độ nhẵn bóng bề mặt và chất lợng sản phẩm mài. Dung dịch trơn nguội có tác dụng làm giảm ma sát giữa đá và vật mài, giảm nhiệt độ vùng mài, đẩy các phế thải ra khỏi vùng gia công do đó chất lợng của chi tiết tăng lên.
Dung dịch cần đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, tinh khiết, ít tạp chất. Để đảm bảo độ bóng bề mặt gia công cao việc làm sạch, lọc sạch dung dịch tới nguội th- ờng xuyên và cẩn thận có ý nghĩa rất lớn. Vì trong quá trình mài, phoi kim loại khi mài bị đốt cháy rất nhanh, đợc tôi cứng và hầu hết cứng hơn bề mặt gia công. Khi dòng tới nguội có lẫn phoi sẽ làm cào xớc bề mặt mài. Dòng tới nguội phải đợc hớng tới vị trí rửa sạch bề mặt đá, tẩy đợc tạp chất bám dính trên đó.
Ngoài những yếu tố kể trên, chất lợng bề mặt của vật mài còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa nh độ chính xác của máy, chất lợng của đá mài, vật liệu của chi tiết gia công, đồ gá và phơng pháp công nghệ…
2.3. ảnh hởng của độ hạt của đá đến nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết gia công mặt chi tiết gia công
Tính năng của bề mặt cắt đá mài tuỳ thuộc vào số cạnh cắt của hạt mài tinh trên một đơn vị diện tích của bề mặt đá; khoảng cách giữa các cạnh cắt; sự khác biệt độ cao của các cạnh cắt, đặc trng cho sự phân bố chiều cao của chúng .
Quan hệ giữa số lợng hạt tính trên một đợn vị diện tích bề mặt cắt của đá Coranhđông điện liên kết gốm [8]:
Số hiệu độ hạt: 16 25 40 50 80 100 125 Số lợng hạt/mm2 23,4 9,9 5,30 2,57 1,11 0,44 0,37
Tuy nhiên, các hạt mài bố trí trên chiều cao khác nhau; sự khác biệt về chiều cao của hạt càng lớn thì số lợng hạt tham gia vào quá trình cắt càng ít. Các công trình nghiên cứu chứng tỏ rằng trên bề mặt chi tiết chỉ có vết của 4% đến 30% tổng số hạt, số còn lại nói chung không tiếp xúc với bề mặt chi tiết, một phần hoặc toàn bộ số này lọt trùng vào rãnh do hạt đi trớc tạo ra. Theo tính chất tác động lên bề mặt chi tiết, hạt mài đợc chia ra 3 loại cắt, ép và trợt. Hạt cắt thực hiện cắt rất mỏng, tạo ra phoi, các hạt ép và trợt làm vật liệu bị biến dạng dẻo hoặc đàn hồi mà không tạo ra phoi.
Sự tiếp xúc giữa bề mặt cắt của đá và bề mặt chi tiết đợc thực hiện bởi các hạt mài riêng rẽ, thông qua đó mà truyền áp lực. Vì vậy việc đánh giá bề mặt cắt của đá mài theo số cạnh cắt, sự khác biệt về chiều cao của chúng và khoảng cách giữa chúng với nhau đợc đặc trng bởi topography của bề mặt đá.
Độ nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết mài phụ thuộc vào độ hạt của đá mài, nếu độ hạt càng nhỏ (kích thớc hạt mài nhỏ) đá mịn thì độ bóng bề mặt càng cao. Đồ thị hình 2.4. biểu thị mối quan hệ của độ hạt và độ nhấp nhô tế vi bề mặt.
Mối quan hệ giữa nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết mài và độ hạt của đá mài đợc biễu diễn bằng công thức bởi các điều kiện xác định nh sau: [89]
Ra = C.d α (2.5)
Trong đó:
d - là độ hạt của đá mài (àm);
C và α - là các hệ số thực nghiệm khi xét đến các yếu tố ảnh hởng của quá trình cắt , α = 0.5 - 0.7;
Hình 2.4. Độ nhấp nhô tế vi bề mặt phụ thuộc vào độ hạt
2.4. ảnh hởng của mòn đá đến độ nhám, sóng và các đặc trng cơ lý của lớp bề mặt chi tiết mài 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.