CHẤT LƢỢNG LỚP BỀ MẶT SAU GIA CÔNG CƠ 2.1 Khái niệm chung về lớp bề mặt
2.3.3.2. Ứng suất dư trong lớp bề mặt
Quá trình hình thành ứng suất dư bề mặt sau gia công cơ phụ thuộc vào biến trị số, dấu và chiều sâu phân bố ứng suất dư. Trị số và dấu phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi của vật liệu gia công, chế độ cắt, thông số hình học của dụng cụ cắt và dung dịch trơn nguội.
* Các nguyên nhân chủ yếu gây ra ứng suất dư là:
- Khi gia công, trường lực xuất hiện gây biến dạng dẻo không đều trong lớp bề mặt. Khi trường lực mất đi, biến dạng dẻo gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt.
- Biến dạng dẻo làm tăng thể tích riêng của lớp kim loại mỏng ngoài cùng. Lớp kim loại bên trong vẫn giữ thể tích riêng bình thường do đó không bị biến dạng dẻo. Lớp kim loại ngoài cùng gây ứng suất dư nén, còn lớp kim loại bên trong sinh ra ứng suất dư kéo để cân bằng.
- Nhiệt sinh ra ở vùng cắt lớn sẽ nung nóng cục bộ các lớp mỏng bề mặt làm mô đun đàn hồi của vật liệu giảm. Sau khi cắt, lớp vật liệu này sinh ra ứng suất dư kéo do bị nguội nhanh và co lại, để cân bằng thì lớp kim loại bên trong phải sinh ra ứng suất dư nén.
- Trong quá trình cắt thể tích kim loại có sự thay đổi do kim loại bị chuyển pha và nhiệt sinh ra ở vùng cắt làm thay đổi cấu trúc vật liệu. Lớp kim loại nào hình thành cấu trúc có thể tích riêng lớn sẽ sinh ra ứng suất dư nén và ngược lại sẽ sinh ra ứng suất dư kéo để cân bằng.
* Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất dư trong lớp bề mặt của chi tiết sau gia công cơ như sau:
- Tăng tốc độ cắt V hoặc tăng lượng chạy dao S có thể làm tăng hoặc giảm ứng suất dư
- Lượng chạy dao S làm tăng chiều sâu của ứng suất dư. - Góc trước γ âm gây ra ứng suất dư nén - ứng suất dư có lợi.
- Khi gia công vật liệu giòn bằng dụng cụ cắt có lưỡi gây ra ứng suất nén, còn vật liệu dẻo thường gây ra ứng suất dư kéo.
Ứng suất dư nén trong lớp bề mặt làm tăng độ bền mỏi của chi tiết, ứng suất dư kéo lại làm giảm độ bền mỏi. Ví dụ: độ bền mỏi của chi tiết làm từ thép khi trên bề mặt có ứng suất dư nén có thể tăng lên 50%, còn có ứng suất dư kéo thì giảm 30%.
Qua nghiên cứu về tiện cứng (thép AISI 52100, HRC62) của Dahlman và đồng nghiệp [17] đã chỉ ra rằng: thông số hình học của dụng cụ cắt cũng như chế độ cắt đều ảnh hưởng đến ứng suất dư, cụ thể như sau:
- Góc trước (γ < 0) của dụng cụ càng lớn thì sẽ tạo ra ứng suất dư nén (có lợi) trên bề mặt gia công. Nếu tăng góc trước thì vị trí của ứng suất cực đại sẽ nằm sâu hơn trong lớp bề mặt.
- Chiều sâu cắt không ảnh hưởng đến ứng suất dư - Tăng lượng chạy dao sẽ làm tăng ứng suất dư nén
- Bằng cách điều khiển lượng chạy dao cũng như góc trước của dụng cụ có thể khống chế được ứng suất dư trên bề mặt chi tiết gia công cả về trị số cũng như chiều sâu của lớp chịu ứng suất.
- Tất cả các thí nghiệm đều cho thấy rằng ứng suất dư nén được sinh ra dưới lớp bề mặt gia công.
Meng Liua và đồng nghiệp [18] cũng cho rằng bán kính mũi dao, mòn dao có ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất dư trong tiện cứng. Liu và đồng nghiệp rút ra kết luận:
- Tăng bán kính mũi dao sẽ dẫn đến tăng lực cắt cũng như tỷ số của lực cắt Py/Pz cũng như Px/Pz.
- Bán kính của mũi dao có ảnh hưởng mạnh đến ứng suất dư
- Khi dụng cụ cắt bị mòn nhiều dẫn đến tăng cả ứng suất dư kéo cũng như ứng suất dư nén nhưng ứng suất dư nén thì tăng nhiều hơn. Sự phân bố ứng suất dư do ảnh hưởng của bán kính mũi dao sẽ rõ ràng và mạnh hơn khi lượng mòn của dao tăng.