Trong đó:
- Vị trí a: Chỉ một yêu cầu của nhám bề mặt. Ví dụ 0,8/Rz 6,8 (cách ghi chiều dài lấy mẫu)
- Vị trí a và b: Hai hoặc nhiều yêu cầu của nhám bề mặt.
- Vị trí c: Ghi phƣơng pháp gia công, xử lý bề mặt, các lớp phủ hoặc các yêu cầu khác cho quá trình gia công... để tạo ra bề mặt, ví dụ nhƣ, tiện, mài, mạ phủ,…
- Vị trí d: Vị trí và hƣớng bề mặt.Cách ghi ký hiệu vị trí và hƣớng bề mặt yêu cầu (nếu có). Ký hiệu và cách ghi hƣớng vết nhám cho ở bảng 2.1
24
Ví dụ: Về ghi ký hiệu nhám bề mặt trên bản vẽ kỹ thuật nhƣ hình 2.7
Bảng 2.1. Ký hiệu và Cách ghi vết nhám bề mặt
Ký hiệu bằng hình vẽ
Giải thích và ví dụ
Các đƣờng song song với mặt phẳng hình chiếu trên đó ghi ký hiệu
Các đƣờng vuông góc với mặt phẳng hình chiếu trên đó ghi ký hiệu
Các đƣờng chéo giao nhau so với mặt phẳng hình chiếu trên đó ghi ký hiệu
Nhiều hƣớng
Các đƣờng gần nhƣ tròn so với tâm của bề mặt trên đó ghi ký hiệu
Các đƣờng gần nhƣ hƣớng tâm so với tâm của bề mặt trên đó ghi ký hiệu
Vết nhám dạng hạt hoặc lô nhô không có hƣớng
Ghi chú: Nếu cần quy định một mẫu vết nhám bề mặt chƣa đƣợc xác định rõ bằng các ký hiệu trong bảng thì cần đƣa thêm vào bản vẽ chú thích thích hợp.
25
a. Ký hiệu bằng hình vẽ với nhám bề mặt b.Trên đường bao hoặc bằng đường chú
dẫn và đường dẫn Hình 2.7: Ví dụ về ghi ký hiệu nhám bề mặt trên bản vẽ kỹ thuật
2.2.3. Kiểm tra nhám bề mặt
Tất cả những nguyên tắc vật lý đƣợc nhắc đến trong kỹ thuật đo độ dài cũng có thể áp dụng cho đo bề mặt. Do phƣơng pháp đo cơ học và quang học đã đƣợc chứng minh là có hiệu quả nhất trong lĩnh vực này, phần dƣới đây chỉ thảo luận về hai phƣơng pháp này:
Dụng cụ đo bề mặt hoạt động dựa trên nguyên lý chức năng cơ học thƣờng đƣợc gọi là dụng cụ đầu dò (stylus instruments). Phƣơng pháp đo cơ học đƣợc phân thành phƣơng pháp quét và phƣơng pháp cảm biến. Đối với phƣơng pháp quét (scanning), một đầu dò tiếp xúc đƣợc hạ xuống bề mặt kiểm tra với tần số xác định. Hƣớng bề mặc dƣới mũi kim với tốc độ cấp liệu (tốc độ đƣa vào) không đổi. Đƣờng tiếp xúc của đầu dò có thể nhận biết đƣợc một cách cơ học, quang học, điện hoặc điện tử. Có thể nâng đầu dò tiếp xúc lên một mức cố định (nguyên lý WOXEN) hoặc có thể nâng lên một lƣợng xác định từ điểm tác động bề mặt tƣơng ứng (quá trình tiếp xúc phân tốc/ vi sai- differential tactile procedure) (Hình 2.8).
26
Trong quá trình tiếp xúc phân tốc, vi sai, năng lƣợng tác động của đầu dò tiếp xúc thấp hơn sơ với nguyên lý WOXEN và cho thấy độ phân tán biên. Do đó, độ sâu cắt của kim là không đổi, độ chính xác đo cao hơn so với phƣơng pháp WOXEN. Trong trƣờng hợp thiết bị hoạt động theo phƣơng pháp cảm biến, đầu dò đƣợc hứng liên tục trên bề mặt. Kim nâng lên và hạ xuống phù hợp với mặt cạnh.
Hình 2.9: Đo trên các bề mặt khác nhau
Chuyển động nâng chỉ ra tƣơng ứng đối với điểm đối chiếu trong thiết bị hoặc tƣơng ứng với mức đối chiếu. Lúc này, bộ chuyển đối cơ học, điện, quang học và điện tử đƣợc sử dụng.
Phƣơng pháp cảm biến cạnh đƣợc sử dụng rất nhiều. Độc lập với kiểu dáng thiết kế đầu dò đƣợc sử dụng, ba thiết kế hệ thống đƣợc phân biệt (Hình 2.9).
Mặt phẳng hệ thống đối chiếu/ hệ thống tham chiếu
Trong hệ thống này, bộ phận quét đƣợc hƣớng trên mặt phẳng đối chiếu (mặt phẳng/ bào, cọc/ hình trụ) tƣơng ứng với mặt phẳng hình học lý tƣởng của mẫu thử nghiệm và hƣớng dọc theo mặt phẳng đo. Ngoài các lỗi do hình dạnh thƣớc cặp, hệ thống quét này cho giá trị đáng tin cậy của độ nhám và độ lƣợn sóng của mẫu thử nghiệm. Tuy nhiên, khi đo bề mặt rất nhỏ hoặc rất rộng, thao tác hệ thống quét này dễ sai số. Một phƣơng pháp thay thế là hệ thống tiếp xúc bề mặt đối chiếu. Tại đây, phôi di chuyển theo chiều ngang trên bàn máy định hƣớng chính xác dƣới hệ thống quét đƣợc cố định chắc chắn. Bên cạnh độ nhám, có thể xác định cấu trúc vĩ mô của bề mặt ở những khoảng nhất định.
27
2.2.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến nhám bề mặt gia công trong gia công vật liệu cứng. liệu cứng.
Có nhiều nguyên nhân ảnh hƣởng đến nhám bề mặt, tuy nhiên có thể phân thành ba nhóm nguyên nhân chính: nhóm các nguyên nhân do in dập hình học và động học (gọi tắt là nguyên nhân do động hình học); nhóm nguyên nhân do động lực học và nhóm nguyên nhân do rung động của hệ thống công nghệ (HTCN)
a. Nhóm nguyên nhân do động hình học
Nguyên nhận do động hình học của quá trình gia công chủ yếu là do in dập hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt. Khi tăng góc nghiêng chính ; góc nghiêng phụ 1 thì Rz tăng. Tăng bán kính mũi dao r thì Rz giảm. Giảm lƣợng chạy dao S thì Rz giảm. Tuy nhiên không nên gia công với lƣợng chạy dao S quá nhỏ (S < 0.03 mm/vòng), nếu S nhỏ hơn bán kính mũi dao nên xảy hiện tƣợng trƣợt của mũi dao trên bề mặt gia công. Chiều sâu cắt t ít ảnh hƣởng đến nhám bề mặt, không nên cắt với t quá nhỏ.
- Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dao.
Các thông số hình học của dụng cụ cắt nhƣ bán kính mũi dao (r), góc dao (k), góc nâng (y) ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt gia công. Để tìm ra hiệu quả của các tham số hình học của dụng cụ cắt đến nhám bề mặt gia công đã đƣợc nghiên cứu dựa trên thực nghiệm khi tiên thép AISI 1040. Các kết quả chỉ ra rằng bán kính dụng cụ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt (Bảng 2.3) (Hình 2.10 ) [4].
28
29
Hình 2.10: biểu đồ nhám bề mặt Ra với r, k, y - Ảnh hưởng của chế độ cắt. - Ảnh hưởng của chế độ cắt.
Dựa trên phƣơng pháp Taguchi để giảm thiểu độ nhám bề mặt (Ra, Rz). Đã đƣợc tiến hành cắt khô trên thép cứng AISI 51(HRC) với dụng cụ cắt phủ cácbít. Mỗi thí nghiệm đƣợc thực hiện đƣợc lặp 3 lần và mỗi lần thử nghiệm sử dụng một chế độ cắt khác nhau để đảm bảo đƣợc độ chính xác về nhám bề mặt. Các phƣơng pháp thống kê tín hiệu nhiễm (SNR) và phân tích phƣơng sai (ANOVA) đƣợc áp dụng để thống kê tác động tốc độ cắt, lƣợng tiện dao, chiều sâu cắt ảnh hƣởng đến
30
nhám bề mặt. Kết quả của nghiên cứu cho thấy lƣợng chạy dao có ảnh hƣớng rất lớn nhất đến Ra và Rz [5].
Trong thực tế, giá trị trung bình của hàm mục tiêu có thế thay đổi trong suốt quá trình cắt. Tỷ lệ S/N đƣợc coi là hai thông số quan trọng cải thiện chất lƣợng bề mặt thể hiện ở bảng 2.4 và bảng 2.5[5].
Bảng 2.3. Thông số cắt
Bảng 2.4. Kết quả thí nghiệm và các giá tỷ lệ S/N
b. Nhóm nguyên nhân do động lực học quá trình cắt
Khi gia công vật liệu cứng, vật liệu khó gia công biến dạng dẻo (BDD) rất ít nến ít ảnh hƣởng đến độ nhám mà nguyên nhân chủ yếu ảnh hƣởng đến nhám bề mặt là do cào xƣớc của dụng cụ cắt lên bề mặt gia công. Các yếu tố ảnh hƣởng đến lực cắt bao gồm.
- Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t
Chiều sâu cắt nhìn chung ít ảnh hƣởng đến nhám bề mặt. Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng, do đó Rz tăng.
31
Ngƣợc lại, chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm cho dao bị trƣợt trên bề mặt gia công và xảy ra hiện tƣợng cắt không liên tục, do đó Rz tăng [6].
Hình 2.11. Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến nhám bề mặt - Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội - Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội
Dung dịch trơn nguội làm giảm ma sát trong vùng gia công, giảm nhiệt cắt, giảm lực cắt, giảm BDD bề mặt do đó làm giảm Rz .
Bôi trơn làm nguội trong quá trình cắt ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt, độ chính xác và tuổi thọ dụng cụ cắt. Kết quả các nghiên cứu giữa cắt khô, làm nguội theo công nghệ tƣới tràn và làm nguội theo công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu đã cho những kết quả về độ nhám bề mặt khác nhau (Hình 2.18) [6].
32
c. Ảnh hưởng của rung động của hệ thống công nghệ
Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tƣơng đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhất nhô tế vi trên bề mặt gia công. Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định, hệ thống công nghệ sẽ có dao động cƣỡng bức, nghĩa là các bộ phận máy khi làm việc sẽ có rung động với những tần số khác nhau, gây ra sóng dọc và sóng ngang trên bề mặt gia công với bƣớc sóng khác nhau. Khi hệ thống công nghệ có rung động, độ sóng và độ nhấp nhô tế vi dọc sẽ tăng nên lực cắt tăng, chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao.
Tình trạng của máy có ảnh hƣởng lớn đến độ nhám bề mặt gia công. Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp trƣớc hết phải đảm bảo có đủ độ cứng vững cần thiết.
Độ nhám của bề mặt gia công còn phụ thuộc vào độ cứng vững của chi tiết khi kẹp chặt. Ví dụ, khi kẹp chi tiết gia công dạng trục một đầu (kẹp công xôn), độ nhám bề mặt tăng dần từ đầu đƣợc kẹp chặt sang đầu không đƣợc kẹp chặt. Khi chi tiết gia công đƣợc chống tâm hai đầu thì độ nhám bề mặt tăng dần từ hai đầu tới tâm của chi tiết (Nếu tỷ lệ giữa chiều dài l và đƣờng kính d phôi1 15
d ) [18].
2.3. Ảnh hƣởng MQL sử dụng dung dịch lạnh đến quá trình cắt khi phay cứng 2.3.1. Nhiệt cắt 2.3.1. Nhiệt cắt
- Công nghệ MQL dùng emulsi kết hợp với dòng khí áp lực cao phun vào vùng cắt và đƣa nhiệt ra khỏi vùng cắt.
- Công nghệ MQL sử dụng dung dịch lạnh dùng emulsi kết hợp với dòng khí áp lực cao đi qua ống xoáy phun vào vùng cắt giảm nhiệt trong vùng cắt. Hiệu quả hơn so với MQL dùng emulsi thông thƣờng. Tuy nhiên các nghiên cứu về nhiệt vùng cắt chƣa đƣợc công bố. Việc đáng giá nhiệt vùng cắt tác giả chƣa làm đƣợc vì không có thiết bị đo nhiệt mà thông qua các chỉ số đánh giá khác nhƣ nhám bề mặt, lực cắt, mòn dụng cụ cắt.
33
2.3.2. Lực cắt
Theo [10] là sự so sánh lực cắt (p) giữa công nghệ MQL và công nghệ RHVT MQL. Trên độ thi nhận thấy lực cắt cộng nghệ MQL ứng dụng nguyên lý xoáy (RHVT MQL) thấp hơn công nghệ MQL. Nguyên nhân là do công nghệ (RHVT MQL) làm giảm ma sát giữa dụng cụ cắt và bề mặt gia công hơn công nghệ MQL
2.3.3. Mòn, tuổi bền dụng cụ cắt
Để đánh giá mòn dụng cắt khi MQL sử dụng dung dịch lạnh đến quá trình cắt khi phay cứng. Hình 2.14 cho thấy sự so sánh mòn dụng cụ cắt cho cả hai công nghệ MQL và công nghệ RHVT MQL ở các thông số cắt khác nhau [10].
a. MQL V=250 m/p b. RHVT MQL V=250 m/p
c. MQL V =275m/p d. RHVT MQL V= 275m/p
34
2.3.4. Độ nhám
Nhám bề mặt là một tham số rất quan trọng trong gia công cơ khí. Nhám bề mặt ảnh hƣởng đến chi phí sản xuất cũng nhƣ tuổi thọ của một chi tiết. Nó đƣợc coi nhƣ là một thông số phản hồi chất lƣợng của sản phẩm. Bảng 2.6 mô tả sự so sánh nhám bề mặt cho cả hai công nghệ làm nguội. Từ đó ta có thể kết luận đƣợc làm mát bằng RHVT MQL làm giảm độ nhám bề mặt hơn MQL. Sự giảm nhám bề mặt (Ra) cho quá trình làm mát RHVT MQL có thể giải thích trên (Hình 2.15) các đƣờng đồ thi nhám bề mặt (Ra) [10].
35
36
2.4. Kết luận chƣơng 2
Từ các cơ sở lý thuyết và thực tiễn nêu trên, tác giả chọn đề tài, giới hạn vấn đề nghiên cứu, chọn phƣơng pháp nghiên cứu, v.v. nhƣ sau:
2.4.1. Giới hạn nội dung nghiên cứu Thông số điều chỉnh Thông số điều chỉnh
(INPUT)
Quá trình gia công Thông số đánh giá (OUPUT) 1. Dung dịch trơn nguội
- DD1 - MQL Emulis - DD2 - MQL Emulis lạnh 2. Độ cứng vật liệu - Mẫu 1 HRC = 56 - Mẫu 2 HRC = 60 Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 50 gắn mảnh HKC trên thép SKD11 Nhám bề mặt Ra; Rz Tuổi bền T
2.4.2. Đối tƣợng nghiên cứu
Chất lƣợng bề mặt gia công khi phay cứng thép SKD11 bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC bôi trơn làm nguội bằng phƣơng pháp MQL.
2.4.3. Mục đích nghiên cứu
- Đánh giá tác dụng và hiệu quả MQL sử dụng dung dịch lạnh đến chất lƣợng bề mặt gia công.
2.4.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm
37
CHƢƠNG 3
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Đặt vấn đề
Mục đích nghiên cứu đặt ra ở chƣơng này nghiên cứu ảnh hƣởng của dung dịch bôi trơn làm nguội (MQL) sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt khi phay cứng thép SKD11.
Quá trình nghiên cứu thực nghiệm đƣợc triển khai với hai loại dung dịch Emulis và dung dịch Emulis lạnh.
Đánh giá kết quả bằng phƣơng pháp gián tiếp thông qua một số chỉ tiêu là: nhám bề mặt Ra, Rz và tuổi bền của dụng cụ T. Chỉ tiêu để đánh giá tuổi bền là lực cắt.
3.2. Xây dựng hệ thống thí nghiệm. 3.2.1. Hệ thống thí nghiệm 3.2.1. Hệ thống thí nghiệm
Máy: trung tâm gia công Mazak 530C – Nhật Bản sản xuất.
Dụng cụ cắt: phay mặt đầu Ø50 gắn mảnh hợp kim cứng APMT 1604 PDTR LT 30 phủ PVD của hãng LAMINA (Thụy Điển).
Hình 3.1. Dao phay mặt đầu Ø50 Hình 3.2. Mảnh dao APMT 1604 PDTR
38 Mẫu thí nghiệm: Thép SKD11, kích thƣớc 90 x 48 x 50, thành phần thép SKD11 cho ở bảng 3.1. Độ cứng: mẫu 1 HRC = 56; mẫu 2 HRC = 60 Bảng 3.1. Thành phần hóa học của thép SKD11 Nguyên tố C Si Mn P S Cr Mo V Fe Tỷ trọng (%) 1.5 0.25 0.45 0.025 0.01 12 1.0 0.35 Còn lại Hệ thống MQL:
- Đầu phun dung dịch lạnh; Đầu phun NOGA; Hệ thống đồng hồ và ổn áp, máy nén khí.
- Dung dịch trơn nguội: dung dịch Emulsi 5%; Thiết bị đo:
- Lực kế 9257BA của hãng Kistler, hệ thống thu thập và sử lý dữ liệu N7 National instruments, phần mềm DASYLab10 và máy tính cá nhân;
- Máy đo nhám Mitutoyo SJ-210 (Hình 3.3)
Hình 3.2. ống xoáy Ranque-Hilsch Hình 3.3. Máy đo nhám Mitutoyo SJ-
39
Hệ thống thí nghiệm với đầu phun dung dịch lạnh cho ở hình 3.6 và với đầu Noga nhƣ hình 3.5.
Hình 3.5. Đầu phun Noga tạo sương mù Hình 3.6. Hệ thống thí nghiệm với đầu
phun dung dịch lạnh
3.2.1. Chế độ công nghệ
Phay mặt phẳng với chế độ công nghệ:
Chế độ cắt: Vận tốc cắt V = 100m/p; lƣợng chạy dao Sz = 0,08mm/răng, Sp = 50,96mm/ph; chiều rộng cắt B = 0,2mm.
Chế độ trơn nguội:
- Nhiệt độ môi trƣờng 300C - 320C (điều kiện tự nhiên).
- MQL sử dụng đầu phun Noga với dung dịch Emulsi 5%, nhiệt độ trung bình của dung dịch 220C;
- MQL sử dụng đầu phun dung dịch lạnh với dung dịch Emulsi 5%, nhiệt độ