3.5. Độ nhám bề mặt gia công và các yếu tố ảnh hƣởng đến nó
3.5.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công
Để đánh giá độ nhám, trƣớc hết ta phải vẽ đƣợc đƣờng thẳng chuẩn. Đƣờng thẳng chuẩn là đƣờng trung bình đƣợc vẽ sao cho trong phạm vi chiều dài chuẩn 1, có tổng diện tích (phần gạch đứng trên hình 3.8) từ hai phía của đƣờng chuẩn bằng nhau. Chiều dài chuẩn 1 là chiều dài dùng để đánh giá các thông số của độ nhám. Qui định và chọn chiều dài để hạn chế và giảm ảnh hƣởng của độ gợn sóng bề mặt đối với kết quả đo độ mấp mô bề mặt. Giá trị của chiều dài chuẩn phụ thuộc vào độ lớn mấp mô của profil đƣợc qui định trong các tiêu chuẩn của mỗi quốc gia.
Độ nhám bề mặt đƣợc đánh giá theo một (hoặc một số) trong các thông số sau:
Ra - Sai lệch profin trung bình cộng bằng giá trị trung bình cộng của các chiều cao y tính từ đƣờng trung bình trong phạm vi chiều dài chuẩn l. Ra đƣợc xác định theo công thức
∫| | ∑ | |
(3.39)
Trong đó:
1 - Chiều dài chuẩn;
y - Tung độ của profin đƣợc đo từ đƣờng trung bình; n - Số lƣợng tung độ của profin đƣợc đo.
Chỉ tiêu Ra phù hợp với bề mặt có khoảng cách độ khơng phẳng tƣơng đối nhỏ, độ mấp mô phân bố đồng đều, đặc biệt phù hợp với vật liệu có kết cấu tƣơng đối đồng đều, nhƣ độ mấp mô bề mặt đánh nhẵn ván sợi và ván dăm nhiều lớp.
Rz - Chiều cao mấp mơ của profin theo mƣời điểm, đƣợc tính bằng giá trị trung bình giữa năm đỉnh cao nhất và năm đỉnh thấp nhất đƣợc đo trong phạm vi chiều dài chuẩn 1:
5 5 max min 1 1 1 ( ) 5 i i z i i i i R H H (3.40)
Khi không xác định theo đƣờng trung bình mà xác định theo đƣờng thẳng bất kỳ song song với đƣờng trung bình và khơng cắt profil mấp mơ Rz đƣợc xác định bằng công thức: 5 5 max min 1 1 1 5 i i z i i i i R h h (3.41)
Chỉ tiêu này phù hợp với bề mặt độ nhấp nhô tƣơng đối nhỏ, phân bố tƣơng đối đồng đều. Đối với bề mặt gỗ và ván nhân tạo dán mặt bằng màng mỏng hoặc sơn nền dùng Rz làm chỉ tiêu đánh giá độ mấp mô bề mặt.
Sm - Bƣớc trung bình các mấp mơ của profin là giá trị trung bình khoảng cách mấp mơ vi mơ profil trong chiều dài lấy mẫu. Nó thích hợp dùng để đánh giá độ mấp mô bề mặt sau phay, nếu 2 bề mặt sau phay, khi đo đƣợc Rz bằng nhau, cũng chƣa thể nói độ nhấp nhơ của chúng bằng nhau, vì khoảng cách trung bình của độ nhấp nhơ khác nhau. đƣợc xác định bằng công thức:
∑ (3.42) Ry - Chiều cao lớn nhất các mấp mô của profin
Chiều cao lớn nhất các mấp mô của profin là một trong những nhân tố quyết định loại bỏ độ không phẳng do các nguyên công trƣớc để lại trên chi tiết trong q trình gia cơng, chiều dày lớp gỗ cần phải cắt bỏ từ bề mặt chi tiết gia cơng. Vì vậy, nó là 1 phần tổ thành lƣợng dƣ gia công, điều này đặc biệt quan trọng khi yêu cầu về độ mấp mô bề mặt đối với gỗ xẻ. Ngoài ra, tham số này cịn liên quan đến giá trị mấp mơ và cƣờng độ dán dính của bề mặt chi tiết dán mặt. Vì thế, nó là một tham số rất quan trọng. Tuy nhiên, nó chỉ phù hợp trong tình huống dùng mắt có thể nhìn thấy rõ chỗ có độ cao lớn nhất của profil, nếu khi mà trên bề mặt gia công bị phá huỷ với độ mấp mô chiếm chủ yếu, dùng chỉ tiêu này rất thuận tiện, còn đối với trƣờng hợp độ mấp mô tƣơng đối nhỏ và đồng đều có thể nó khơng phù hợp dùng làm chỉ tiêu đánh giá chủ yếu. Vì vậy, chỉ tiêu này nên dùng để đánh giá độ mấp mô bề mặt gỗ xẻ. Bởi vậy, trong q trình thí nghiệm, chúng tơi sử dụng chỉ tiêu Ry để đo độ mấp mô bề mặt gia công và tham khảo tiêu chuẩn "Tham số độ nhấp nhô bề mặt chi tiết đồ mộc và giá trị của nó" - GB 12472 - 90 đang hiện
hành ở Trung Quốc và tiêu chuẩn quốc gia đang đƣợc sử dụng ở Nga ГОСТ 7016 - 2013 để đánh giá độ nhám bề mặt gia công khi cƣa ngang gỗ keo lá tràm bằng cƣa đĩa.
3.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công
Có rất nhiều yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt gia cơng. Nhằm tạo điều kiện cho việc nghiên cứu, có thể chia chúng thành các nhóm yếu tố sau:
+ Nhóm yếu tố thuộc về gỗ
- Độ ẩm của gỗ Khi độ ẩm của gỗ thay đổi kéo theo sự thay đổi về tính chất cơ lý nên hiện tƣợng đàn hồi của gỗ sẽ thay đổi. Kết quả của hiện tƣợng này làm tăng áp lực lên mặt cắt, nhất là mặt bên của công cụ, làm thay đổi lực cắt. Vì vậy, nếu ở cùng một chế độ gia công sự thay đổi độ ẩm gỗ sẽ ảnh hƣởng tới độ nhám.Tuy nhiên, sự ảnh hƣởng của độ ẩm đến độ nhám bề mặt gia công không lớn lắm. Khi tăng độ ẩm của gỗ từ 10% lên 30% thì độ mấp mơ tăng từ 60 ÷ 80 μk còn nếu tăng độ ẩm của gỗ lên nữa thì Ry hầu nhƣ không thay đổi [22].
- Loại gỗ: loại gỗ khác nhau, tính cơ lý của chúng khác nhau, khối lƣợng một đơn vị thể tích khác nhau dẫn đến.Kết quả nghiên cứu [9,14,22] cho thấy, thƣờng khối lƣợng đơn vị thể tích gỗ càng lớn thì mấp mơ bề mặt gia cơng càng giảm.
-Tính chất cơ lý của gỗ: gỗ có độ cứng cao và khối lƣợng đơn vị thể tích cao thì độ mấp mô khi gia công giảm [22].
+ Nhóm yếu tố thuộc về dao cắt
Trong cắt gọt gỗ, công cụ cắt ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng gia cơng. Ngồi sự ổn định của lƣỡi cƣa, lƣỡi cắt cần đảm bảo các thơng số góc, độ tù, độ mở cƣa sao cho phù hợp với quá trình gia cơng, nhƣ vậy sẽ làm giảm công suất cắt và tăng chất lƣợng sản phẩm gia công.
- Lƣợng nhô của lƣỡi cƣa khỏi chiều cao mạch xẻ: Lƣợng nhô của lƣỡi cƣa thay đổi làm cho góc gặp thớ, lực và chất lƣợng sản phẩm gia cơng thay đổi.
- Đƣờng kính lƣỡi cƣa: Khi thay đổi đƣờng kính lƣỡi cƣa làm thay đổi khoảng cách tiếp xúc giữa gỗ và cƣa do đó kích thƣớc phơi, góc gặp thớ động học và chất lƣợng sản phẩm gia công thay đổi.
- Ảnh hƣởng của góc trƣớc γ: Trong quá trình cắt gọt, phôi bám vào mặt trƣớc răng cƣa, chất vào hầu cƣa và bị nén chặt vào đó. Diện tích hầu cƣa quyết định bởi bƣớc răng (t), chiều cao răng cƣa (h), hay chiều sâu hầu cƣa và độ lớn góc trƣớc. Khi t và h khơng đổi nếu góc trƣớc lớn thì hầu cƣa lớn và ngƣợc lại, khi xẻ các loại gỗ khác nhau thì diện tích hầu cƣa khác nhau. Góc trƣớc của răng cƣa nhỏ dẫn đến răng cƣa cứng vững nhƣng diện tích hầu cƣa nhỏ, lƣợng chứa mùn cƣa ít và lực cắt lớn. Góc trƣớc lớn, răng cƣa sắc, dễ cắt gọt, diện tích hầu cƣa lớn lƣợng chứa mùn cƣa nhiều, dễ thốt phoi trong q trình làm việc, nhƣng răng cƣa dễ bị gãy.
- Ảnh hƣởng của góc sau α: Gỗ là loại vật liệu đàn hồi, vì vậy sau khi mũi cắt nén (dao cắt gọt) nó đàn hồi trở lại và tác dụng lên mặt sau của dao cắt. Nếu góc α bé thì lực ma sát xuất hiện lớn và lực cắt càng lớn và ngƣợc lại nếu góc sau lớn thì lực ma sát xuất hiện càng nhỏ và lực cắt càng nhỏ, điều đó làm độ cứng vững của dao cắt kém và dễ bị gãy.
- Ảnh hƣởng của góc trƣớc γ, góc cắt δ, góc mài : Ba góc này có quan hệ mật thiết với nhau, do vậy góc trƣớc và góc sau quá lớn hoặc quá nhỏ đều ảnh hƣởng đến góc mài. Góc mài của răng cƣa lớn thì độ cứng vững của răng cƣa cao, lực cắt gọt lớn làm năng suất chất lƣợng sản phẩm giảm. Nếu góc mài thích hợp với từng loại gỗ tƣơng ứng thì năng suất và chất lƣợng sản phẩm gia công tăng.
Độ tù của mũi cắt ρ: Lực tác dụng lên mũi cắt phụ thuộc vào độ tù ρ của nó. Nếu độ tù càng tăng thì lực cắt và chất lƣợng gia công giảm, ngƣợc lại nếu độ tù giảm thì lực cắt càng giảm và chất lƣợng gia cơng càng tăng.
+ Nhóm yếu tố thuộc chế độ gia cơng
- Góc gặp thớ: Đối với chất lƣợng gia cơng bề mặt, góc gặp cũng có ảnh hƣởng rất lớn. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng chất lƣợng gia cơng giảm dần khi tăng ω = 0 ÷ 20° và xấu nhất trong khoảng ω = 25°÷35°. Sau đó chất lƣợng lại đƣợc nâng cao dần, khi tăng ω từ 35° ÷ 90°. Đƣờng biểu diễn mối liên hệ này giữa Hmax với góc gặp thớ ω có dạng hình sin.
- Tốc độ cắt v: Tốc độ cắt là một trong những yếu tố quan trọng của quá trình cắt gọt. Tốc độ cắt cao, tạo điều kiện tăng tốc độ ăn dao, nâng cao năng suất. Khi tăng tốc độ cắt tức là tăng tốc độ phá huỷ mối liên kết giữa các phần tử gỗ. Khi quá trình cắt gọt xảy ra nhanh hơn sự biến dạng của các phần tử gỗ, thì lúc đó các phần tử tiếp cận giữa dao với gỗ không kịp biến dạng, tạo điều kiện nâng cao chất lƣợng gia công. Tuy nhiên, đối với trƣờng hợp cắt ngang gỗ, theo kết quả nghiên cứu của P.P.Ôxipov[45] cho thấy rằng: Khi tốc độ cắt nằm trong khoảng từ 31,4m/s ÷ 95,5m/s và tốc độ đẩy khơng thay đổi thì tỷ suất lực cắt và độ mấp mô bề mặt gia công không thay đổi khi thay đổi tốc độ cắt
- Chiều dày phoi h: Chiều dày phoi ảnh hƣởng rất lớn và có tính chất quyết định đến độ mấp mơ của bề mặt gia cơng gỗ. Mối liên hệ đó có thể biểu thị bằng cơng thức sau:
Hmax= A + B.htb (3.43) Trong đó: Hmax - Độ mấp nhô của bề mặt gia công;
A, B - Hệ số;
- Tốc độ đẩy gỗ u (tốc độ ăn dao): Xu hƣớng hiện nay là tạo mọi điều kiện để nâng cao tốc độ đẩy. Song nâng cao tốc độ đẩy, chất lƣợng lại giảm, công suất máy sẽ tăng, lực cắt gọt tăng [9, 10, 11, 13, 15, 23, 25, ].
Vì vậy việc chọn tốc độ đẩy thích hợp cho một đối tƣợng gia cơng cụ thể ở trên một máy nào đấy, có ý nghĩa rất lớn. Hiện nay, tốc độ đẩy gỗ đƣợc xác định theo mấy căn cứ chủ yếu sau đây: theo yêu cầu độ nhám bề mặt (chất lƣợng gia công), theo công suất động cơ điện, theo khả năng cắt gọt của công cụ, theo độ bền vững của máy hoặc các bộ phận của nó.
Xác định tốc độ đẩy theo chất lƣợng. Khi gia cơng các chi tiết, thƣờng có yêu cầu trƣớc về chất lƣợng (cả về độ nhẵn bề mặt gia cơng cả về độ chính xác). Vậy tốc độ đẩy phải giới hạn trong khoảng nào đấy, để đảm bảo chất lƣợng theo yêu cầu. Nói cách khác chúng ta có thể xác định tốc độ thích hợp theo độ nhám bề mặt đó cũng là vấn đề nghiên cứu của đề tài chúng tôi thực hiện.
3.6. Kết luận
Từ những phân tích đã nêu ở trên cho thấy rằng có rất nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến các chỉ tiêu để đánh giá về chất lƣợng và hiệu quả của máy cƣa đĩa là chi phí năng lƣợng riêng và chất lƣợng bề mặt gia công. Sự ảnh hƣởng này, đƣợc xây dựng thành các mơ hình tốn học và có thể tính tốn đƣợc bằng lý thuyết nhờ trợ giúp của máy tính điện tử. Song các công thức trên chƣa biểu diễn cụ thể, tƣờng minh tƣơng quan giữa chúng với nhau và giữa chúng với các tham số của máy cho nên tính tốn này cũng khá phức tạp vì chúng đƣợc xác định thông qua nhiều đại lƣợng trung gian mà để xác định các đại lƣợng này tốn rất nhiều cơng và địi hỏi nhiều loại thiết bị đo lƣờng hiện đại. Nghĩa là theo các cơng thức lý thuyết, ta rất khó hoặc khơng thể đánh giá đƣợc cụ thể mức độ ảnh hƣởng giữa các tham số của thiết bị đến các chỉ tiêu cần xem xét.
Để thực hiện đƣợc mục đích của đề tài đặt ra, chỉ cịn cách tìm quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng và chi phí năng lƣợng riêng và chất lƣợng bề mặt
gia công theo phƣơng pháp thực nghiệm nhƣ đã nêu ở chƣơng 2. Do thời gian nghiên cứu có hạn, khơng thể nghiên cứu đồng thời tất các các yếu tố ảnh hƣởng trong các nhóm đã nêu trên, chúng tơi chọn ba yếu tố là góc mài cạnh cắt bên 1-3, góc mài cạnh cắt ngắn 1-2 (hình 3.3), tốc độ đẩy là những yếu tố ảnh hƣởng làm thông số đầu vào cần nghiên cứu trong đề tài này.
Chƣơng 4
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1. Kết quả các thí nghiệm thăm dị
Sau khi công tác chuẩn bị đã hồn tất, các điều kiện cho thí nghiệm đã đầy đủ, chúng tôi tiến hành các thí nghiệm thăm dị theo trình tự các bƣớc đƣợc trình bày trong mục 2.4.6. Các số liệu thu thập đƣợc của 50 thí nghiệm thăm dị ở mức cơ sở ghi ở phụ biểu1. Từ những số liệu thăm dò thu thập đƣợc ta chia chúng thành a nhóm.
- Các giá trị đo của chi phí năng lượng riêng
Số lƣợng nhóm các giá trị thu thập đƣợc tính theo cơng thức 2.2 :
a = 1+ 3,2 lg 50 = 7 (4.1) Khoảng chia nhóm K: K = Xmax Xmin 12,35 11,96 0,341 7 a (4.2) Sử dụng các công thừc 2.4 ÷ 2.12 tính các giá trị ở bảng 4.1.
Bảng 4.1. Tổng hợp kết quả xử lý 50 thí nghiệm thăm dị đối với chi phí năng lƣợng riêng
Nhóm d i Y Yitr mi z1 z2 Ф(z1) Ф(z2) pi (mi - pin)2 χ2 1 11,96 12,30 5 -0,17 0,06 -0,0675 0,0239 0,091 1,89 0,04 2 12,31 12,65 8 0,06 0,30 0,0239 0,1179 0,094 6,50 2,31 3 12,65 12,99 5 0,30 0,53 0,1179 0,2019 0,084 0,28 0,15 4 12,99 13,33 9 0,53 0,76 0,2019 0,2764 0,074 1,36 0,74 5 13,33 13,67 9 0,76 1,00 0,2764 0,3413 0,065 4,33 1,20 6 13,67 14,01 7 1,00 1,23 0,3413 0,3907 0,005 0,33 0,86 7 14,01 14,35 7 1,23 1,46 0,3907 0,4279 0,037 1,57 1,40 Tổng 5,3
Tra bảng 4 trang 229 [33] ta đƣợc 2 ; 5 . 0 k = 9,49 Bậc tự do k = 7- 3 = 4. Nhƣ vậy 2 tt =5,3 < 2 b = 9,49, số liệu đo đƣợc trong bảng thí nghiệm tuân theo phân bố chuẩn.
Sử dụng cơng thức 2.13 tính số lƣợng các thí nghiệm lập lại : m= 2. 2 2 .S Δ% .Y t ( 4.3) Trong đó: m- Số lần lặp;
t - Tiêu chuẩn Student tra bảng với mức ý nghĩa θ=0,05; t =1,96 ∆% - Sai số tƣơng đối, ≤5%;
Y- Giá trị trung bình mẫu. 12,21
Số lần lặp mỗi thí nghiệm m = 2,61, lấy m = 3.
- Các giá trị đo của độ nhám bề mặt:
Khoảng chia nhóm K = max min 214 193 3 7 X X a (4.4)
Bảng 4.2. Tổng hợp kết quả xử lý 50 thí nghiệm thăm dị đối với độ nhám bề mặt gia cơng
Nhóm d i Y Yitr mi z1 z2 Ф(z1) Ф(z2) pi (mi - pi)2 χ2 1 193 196 5 -2,48 -1,84 -0,4934 -0,4671 0,026 3,68 2,80 2 196 199 5 -1,84 -1,19 -0,4671 -0,3830 0,084 1,79 0,19 3 199 202 5 -1,19 -0,55 -0,3830 -0,2088 0,174 3,71 0,43 4 202 205 8 -0,55 0,90 -0,2088 0,3159 0,524 18,23 0,70 5 205 208 11 0,90 0,73 0,3159 0,2673 -0,048 2,43 -1,21 6 208 211 11 0,73 1,37 0,2673 0,4147 0,147 3,63 0,49 7 211 214 5 1,37 2,01 0,4147 0,4778 0,063 1,84 0,58 Tổng 50 3,99 Tra bảng 4 trang 229 [33] ta đƣợc 2 ; 5 . 0 k = 9,49 Bậc tự do k = 7- 3 = 4. Nhƣ vậy 2 tt =5,3 < 2 b = 9,49, số liệu đo đƣợc trong bảng thí nghiệm tuân theo phân bố chuẩn.