Trạng thỏi và tớnh chất của lớp bề mặt chi tiết mỏy trong quỏ trỡnh gia cụng do nhiều yếu tố cụng nghệ quyết định. Lớp bề mặt của chi tiết thộp được phõn chia thành ba vựng khỏc nhau:
+ Vựng ngoài : cú mức độ biến dạng dẻo lớn mạng tinh thể và từng tinh thể kim loại bị biến đổi mạnh, cấu trỳc vật liệu bị lộn xộn và độ cứng tế vi tăng.
+ Vựng giữa : cú độ hạt lớn, mạng tinh thể bị xụ lệch ớt hơn và cú độ cứng tế vi thấp hơn vựng ngoài.
+Vựng trong: mức độ biến dạng dẻo ớt nhất, cấu trỳc vật liệu gần như bỡnh thường.
Một hiện tượng nữa cần lưu ý khi khảo sỏt lớp bề mặt, đú là hiện tượng thoỏt cỏc bon. Với cỏc chi tiết rốn thỡ lớp bề mặt phõn thành hai vựng: vựng ngoài bị thoỏt cỏc bon nhiều, vựng trong bị thoỏt cỏc bon ớt; cỏc chi tiết được rốn núng trong khuụn thỡ chiều sõu lớp bề mặt bị thoỏt cỏc bon tuỳ theo trọng lượng chi tiết cú khi tới 150 300 m; ở cỏc chi tiết rốn tự do thỡ chiều sõu này cú thể tới 500 1000 m. Đối với phụi cỏn thỡ chiều sõu lớp bề mặt bị biến đổi cú thể tới 150 m, chiều sõu lớp bề mặt bị thoỏt cỏc bon cú thể tới 50 m. Chi tiết đỳc
27
từ gang xỏm thường cú lớp vỏ peclit dầy tới 300 m, dưới lớp vỏ này lớp ferrit đúng vai trũ trung gian giữa lớp vỏ và lớp lừi. Chi tiết đỳc từ thộp cú lớp bề mặt thoỏt cỏc bon với chiều sõu tới 200 m.
Núi chung quỏ trỡnh hỡnh thành tớnh chất hỡnh học và tớnh chất cơ lý của lớp bề mặt chi tiết khi gia cụng cơ rất phức tạp. ở đõy ta khảo sỏt những yếu tố cơ bản nhất trờn cơ sở cỏc nhúm yếu tố ảnh hưởng như sau :
_ Cỏc yếu tố ảnh hưởng cú tớnh chất in dập hỡnh học lờn bề mặt gia cụng, vớ dụ ảnh hưởng của dao cắt và chế độ cắt.
_ Cỏc yếu tố ảnh hưởng phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt. _ Cỏc yếu tố ảnh hưởng do dao động của mỏy, dụng cụ và chi tiết gia cụng.
2.4.1. Ảnh hưởng đến độ nhỏm bề mặt
2.4.1.1. Cỏc yếu tố mang tớnh chất hỡnh học của dụng cụ cắt và chế độ cắt
Qua thực nghiệm, với phương phỏp tiện người ta đó xỏc định mối quan hệ giữa cỏc thụng số: chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz, lượng tiến dao S, bỏn kớnh mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất hmin.
Hỡnh 2.4: Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz và lượng tiến dao S khi tiện.
Trờn hỡnh 2.4 đường cong 1 biểu thị mối quan hệ tổng quỏt giữa Rz , S và r,
cụ thể là trong phạm vi giỏ trị của lượng chạy dao S > 0,15 mm/ vũng; Đường cong 2 biểu thị mối quan hệ thực nghiệm, kể cả phạm vi giỏ trị của lượng chạy dao S nhỏ hơn (S < 0,1 mm/vũng). Từ đường cong 2 người ta xỏc định được mối quan hệ giữa Rz , S và r , hmin đối với bước tiện tinh và biểu thị bằng đường cong
Rz (m) S (m/ vòng) 0,05 0,1 0,15 0,2 1 2 3
28
3. Như vậy, tuỳ theo giỏ trị thực tế của lượng chạy dao S mà ta cú thể xỏc định mối quan hệ giữa Rzvới S, r và hmin như sau:
_ Khi S > 0,15 mm/ vũng thỡ Rz = r S 8 2 _ Khi S < 0,1 mm/ vũng thỡ Rz = min min2 2 1 2 8 S rh h r S
Ở đõy, chiều dầy phụi kim loại hmin phụ thuộc bỏn kớnh mũi dao r. Nếu mài lưỡi cắt bằng đỏ kim cương mịn ở mặt trước và mặt sau lưỡi cắt, khi r = 10m
thỡ hmin = 4m. Mài dao bằng hợp kim cứng bằng đỏ thường nếu r = 40m thỡ hmin > 20m.
Nếu lượng chạy dao S quỏ nhỏ (S < 0,03 mm/ vũng) thỡ trị số của Rz lại tăng, nghĩa là thực hiện bước tiờn tinh hoặc phay tinh với lượng chạy dao S quỏ nhỏ sẽ kkhụng cú ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết. Mặt khỏc với giỏ trị khụng đổi của lượng tiến dao S cú thể đạt độ nhỏm bề mặt thấp hơn nếu vật liệu gia cụng cú sức bền cao hơn.
a) b) c) d) S 1 1 2 R'z 1 m 2 1 2 S 1 R"z 2 1 S1 1 Rz 2 1 S1 Rz r1
29
e) f) Hỡnh 2.5: Ảnh hưởng của hỡnh dỏng hỡnh học của dụng cụ cắt
Và chế độ cắt đến nhấp nhụ bề mặt khi tiện.
Hỡnh 2.5 là vớ dụ ảnh hưởng của hỡnh dạnghỡnh học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhỏm bề mặt khi tiện. Ở đõy khi tiện lượng chạy dao S1 đưa dao tiện từ vị trớ 1 sang vị trớ 2 (hỡnh 2.5 a) để lại trờn bề mặt chi tiết phần sút lại m
tạo thành nhấp nhụ bề mặt, phần sút lại m phụ thuộc vào bước tiến S1 và hỡnh dạng hỡnh học của dụng cụ cắt. Giảm lượng chạy dao từ S1 đến S2 thỡ chiều cao nhấp nhụ sẽ từ R’z giảm xuống cũn R’’z 9b ( hỡnh 2.5 b). Nếu thay đổi gúc và
1 khụng những làm thay đổi chiều cao nhấp nhụ mà cũn thay đổi cả hỡnh dạng nhấp nhụ (hỡnh 2.5 c). Nếu bỏn kớnh mũi dao tiện cú dạng trũn là r1 thỡ hỡnh thành dạng nhấp nhụ cũng cú đỏy lừm trũn (hỡnh 2.5 d). Nếu tăng bỏn kớnh đỉnh của dao tiện lờn r2 thỡ chiều cao nhấp nhụ Rz sẽ giảm (hỡnh 2.5 e). Phần thẳng lưỡi cắt trờn dao tiện cũng cú ảnh hưởng đến hỡnh dạng và chiều cao nhấp nhụ (hỡnh 2.5 f).
Cỏc thụng số hỡnh học của lưỡi cắt đặc biệt là gúc trước và độ mũn dụng cụ cắt cú ảnh hưởng tới chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz và chiều sõu biến cứng tc.
tc = C . Sx . C và x : hệ số và mũ tuỳ theo loại vật liệu gia cụng. . S là lượng chạy dao từ 0,3 0,5 mm/vũng
Khi gúc tăng, Rz và tc giảm. Độ mũn dụng cụ tăng thỡ Rz và tc tăng. Độ mũn cho phộp của dụng cụ cắt đảm bảo trị số hợp lý của Rz và tc là khoảng u = 0,2 0,4 mm. 2 1 Rz S2 1 2 1 S1 Rz r2 t
30
Khi phay tinh hoặc bào tinh với dao rộng bản nếu lượng tiến dao S lớn và chiều rộng của lưỡi cắt B lớn hơn lượng tiến dao S ( B > S ) thỡ chiều cao nhấp nhụ Rz sẽ giảm.
_ Vớ dụ : khi phay tinh bằng dao phay mặt đầu cú răng chắp cú thể đạt giỏ trị chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz < 10 m.
2.4.1.2 Cỏc yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo của lớp bề mặt
Khi vật liệu lớp bề mặt chi tiết mỏy bị biến dạng dẻo mạnh, cỏc cấu trỳc tinh thể nhỏ biến thành cấu trỳc sợi làm thay đổi rất nhiều hỡnh dạng và trị số của nhấp nhụ tế vi.
Tốc độ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhỏm bề mặt chi tiết mỏy. Khi cắt thộp cacbon ở vận tốc cắt thấp, nhiệt cắt khụng cao phoi kim loại tỏch dễ, biến dạng của lớp bề mặt khụng nhiều, vỡ vậy độ nhấp nhụ tế vi bề mặt thấp, độ nhỏm bề mặt thấp. Khi tăng vận tốc cắt đến khoảng 15 20 m/ph thỡ nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và cú giỏ trị lớn, gõy biến dạng dẻo mạnh ở mặt trước và mặt sau dao kim loại bị chảy dẻo.
Lẹo dao là hạt kim loại rất cứng, nhiệt độ núng chảy lờn tới khoảng 3000
C, làm tăng độ nhỏm bề mặt gia cụng. Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bị nung núng nhanh hơn, lực dớnh của lẹo dao khụng thắng nổi lực ma sỏt của dũng phoi và lẹo dao bị cuốn đi.
Khi gia cụng kim loại giũn (gang) cỏc mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra khụng cú thứ tự làm tăng độ nhấp nhụ tế vi bề mặt. Tăng vận tốc cắt sẽ làm giảm được hiện tượng vỡ vụn kim loại làm tăng độ nhẵn búng bề mặt gia cụng.
VD: khi gia cụng thộp cacbon với giỏ trị của lượng tiến dao S = 0,2 0,15 mm/vũng thỡ bề mặt gia cụng cú độ nhấp nhụ tế vi thấp nhất, nếu giảm S < 0,02 mm/vũng thỡ độ nhấp nhụ tế vi sẽ tăng, độ nhẵn búng bề mặt giảm.
Như vậy để đảm bảo độ nhẵn búng bề mặt cao và năng suất cắt cao nờn trọn giỏ trị của lượng tiến dao S trong khoảng từ 0,05 đến 0,12 mm/vũng đối với thộp cacbon.
Chiều sõu cắt cũng cú ảnh hưởng tương tự như lượng tiến dao S đến độ nhỏm bề mặt gia cụng. Tuy nhiờn khụng nờn trọn giỏ trị của chiều sõu cắt quỏ nhỏ vỡ khi cắt lưỡi dao sẽ bị trượt trờn mặt gia cụng và cắt khụng liờn tục (hiện tượng này ứng với giỏ trị của chiều sõu cắt 0,020,03 mm).
31
Vật liệu gia cụng ảnh hưởng đến độ nhấp nhụ tế vi chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thộp ớt cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhỏm bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giũn.
2.4.1.3 Ảnh hưởng do rung động của hệ thống cụng nghệ đến chất lượng bề mặt gia cụng
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. Tỡnh trạng mỏy cú ảnh hưởng quyết định đến độ nhỏm của bề mặt gia cụng. Muốn độ nhẵn búng bề mặt cao trước hết phải
đảm bảo mỏy đủ cứng vững, phải điều chỉnh mỏy tốt và giảm ảnh hưởng của cỏc mỏy khỏc xung quanh.
2.4.2. Ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt
Cỏc phần khỏc nhau trờn bề mặt gia cụng chi tiết mỏy thường cú ứng suất khỏc nhau, về trị số, về dấu, nờn ảnh hưởng của chế độ cắt, của thụng số hỡnh học của dụng cụ cắt, của dung dịch trơn nguội ... đối với ứng suất dư cũng khỏc nhau. Người ta cú thể nhận định sơ bộ như sau:
_ Tăng vận tốc cắt (v) hoặc tăng lượng tiến dao (s) cũng cú thể tăng mà cũng cú thể giảm ứng suất trờn bề mặt gia cụng chi tiết mỏy.
_ Lượng tiến dao S làm tăng chiều sõu cú ứng suất dư.
_ Gúc trước () giảm đến trị số õm lớn ( << 0) gõy ra ứng suất dư nộn tuỳ theo giỏ trị của vận tốc cắt (v) và lượng tiến dao (s).
_ Gia cụng bằng dụng cụ cắt bỡnh thường (khụng bằng đỏ mài hoặc hạt mài) vật liệu gia cụng giũn, thuường gõy ra ứng suất dư nộn, gia cụng vật liệu dẻo thường gõy ra ứng suất dư kộo.
_ Gia cụng bằng đỏ mài thường cú ứng suất dư kộo lớn. Mài bằng đai mài cú ứng suất nộn.
_ Trong những điều kiện gia cụng đó xỏc định cú thể xuất hiện những ứng suất tiếp tuyến và ứng suất hướng trục cú dấu khỏc nhau.