2.1.2. Ký hiệu nhám bề mặt trên bản vẽ.
- : Dùng cho bề mặt gia công không phoi.
- : Dùng cho bề mặt có yêu cầu gia công cắt gọt.
- : Dùng cho bề mặt không qui định phương pháp gia công.
- h : Chiều cao khổ chữ trong bản vẽ.
14
Hình 2.2: Cách ghi ký hiệu nhám bề mặt [9].
+ Vị trí 1: ghi trị số Ra hoặc Rz. Từ độ nhám cấp 1 ÷ 5 và cấp 13 ÷ 14 thường dùng thơng số Rz (nếu dùng Rz thì ghi chữ “Rz” trong ký hiệu); từ cấp 6 ÷ 12 thường dùng thơng số Ra (nếu dùng Ra thì khơng cần ghi chữ “Ra” trong ký hiệu).
+ Vị trí 2: Ghi phương pháp gia cơng lần cuối (nếu có) như cạo, đánh bóng… + Vị trí 3: Ghi trị số chiều dài chuẩn (nếu khác tiêu chuẩn).
+ Vị trí 4: Ghi ký hiệu hướng nhấp nhơ (nếu có). - Các loại hướng nhấp nhơ bề mặt và ký hiệu. + Hướng nhấp nhô song song: ký hiệu =. + Hướng nhấp nhơ vng góc: ký hiệu ┴. + Hướng nhấp nhơ đan chéo: ký hiệu ×. + Hướng nhấp nhô bất kỳ: ký hiệu M. + Hướng nhấp nhơ xốy trịn: ký hiệu C.
+ Hướng nhấp nhơ xốy hướng kính: ký hiệu R.
2.1.3. Ảnh hưởng của độ nhám đến tính chất làm việc và độ bền của chi tiết. Ảnh hưởng đến tính chống mịn: Đối với các chi tiết trong mối ghép động như Ảnh hưởng đến tính chống mịn: Đối với các chi tiết trong mối ghép động như
ổ trượt, sống dẫn, con trượt… Khi làm việc, các bề mặt của chi tiết tiếp xúc với nhau ở một số đỉnh nhấp nhơ nên diện tích tiếp xúc thực chỉ bằng một phần diện tích (hình 2.3 b). Nhám bề mặt sẽ đẩy dầu ra chỗ tiếp xúc làm giảm hiệu suất làm việc, tăng nhiệt độ, bề mặt tiếp xúc nhanh mòn, giảm thời gian sử dụng. Độ nhẵn bóng càng cao thì khả năng chống mài mịn càng tốt [9] (hình 2.3 a).
(a) (b)
Hình 2.3: Độ nhám ảnh hưởng đến tính chống mịn.
15
Ảnh hưởng đến độ bền mỏi: Nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi của
chi tiết đối với các chi tiết chịu tải trọng chu kỳ, tải trọng động. Các nhấp nhơ bề mặt càng lớn thì càng dễ tập trung ứng suất ở đáy các nhấp nhô, nhám bề mặt là nhân tố phát sinh rạng nứt làm giảm độ bền mỏi [9] (hình 2.4 b).
Hình 2.4: Độ nhám ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết
Ảnh hưởng đến tính chống ăn mịn: Các chỗ lõm của nhấp nhô bề mặt là nơi dễ
chứa các axit, muối và các tạp chất khác có tác hại ăn mịn bề mặt (hình 2.5). Độ nhẵn bóng càng cao thì khả năng chống ăn mịn càng tốt [9].
Hình 2.5: Độ nhám ảnh hưởng đến tính chống ăn mịn [9]
Ảnh hưởng đến độ chính xác của mối lắp ghép: Đối với lắp ghép có độ hở, các
nhấp nhơ bề mặt bị mịn rất nhanh trong thời gian ban đầu, làm cho khe hở lắp ghép tăng lên và độ chính xác lắp ghép bị phá hủy. Đối với lắp ghép có độ dơi, lúc hai chi tiết ép với nhau, các nhấp nhô bề mặt sẽ bị san phẳng, làm cho độ dôi trong mối ghép giảm và ảnh hưởng đến độ bền chặt của mối ghép [9].
16
Hình 2.6: Độ nhám ảnh hưởng đến độ chính xác mối ghép [9]
2.1.4. Chỉ tiêu đánh giá nhám bề mặt.
Để đánh giá nhám bề mặt, người ta dùng một số yếu tố hình học của những nhấp nhơ làm chỉ tiêu (Ra và Rz đơn vị đo μm), nhưng phải xét trong một phạm vi nhỏ của bề mặt, giới hạn trong chiều dài chuẩn l (mm). Chiều dài chuẩn là chiều dài khoảng bề mặt dùng để đo nhấp nhô tế vi của bề mặt. Giá trị của chiều dài chuẩn được quy định phụ thuộc vào nhám bề mặt [9].
Với: Độ nhám cấp 13, chiều dài chuẩn l = 8 mm. Độ nhám cấp 46, chiều dài chuẩn l = 2,5 mm. Độ nhám cấp 79, chiều dài chuẩn l = 0,8 mm. Độ nhám cấp 1012, chiều dài chuẩn l = 0,25 mm. Độ nhám cấp 1314, chiều dài chuẩn l = 0,08 mm.
Sai lệch trung bình số học của prơfin Ra: là sai lệch trung bình số học các khoảng
cách từ các điểm trên đường nhấp nhơ đến đường trung bình lấy theo giá trị tuyệt đối trong phạm vi chiều dài chuẩn l (hình 2.7).
𝑅𝑎 =1
𝐿∫ (|𝑦|𝑑𝑥 →0𝐿 𝑅𝑎 =1
𝑛(|𝑦1| + |𝑦2| + |𝑦3| + ⋯ + |𝑦𝑛|) = 1
𝑛∑𝑛 |𝑦𝑖|
𝑖=1 (2.1) Đường trung bình là đường chia các nhấp nhơ bề mặt thành hai phần sao cho diện tích của hai phần đó bằng nhau.
F1 + F3 + F5 +…+ Fn-1 = F2 + F4 + F6 +… + Fn (2.2)
17
Hình 2.7: Prơfin trên bề mặt xét theo Ra Chiều cao trung bình của prơfin theo 10 điểm Rz.
Chiều cao trung bình của prơfin theo 10 điểm Rz là giá trị trung bình của 5 khoảng cách từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 điểm đáy thấp nhất của prôfin trong phạm vi chiều dài chuẩn l (hình 2.8).
𝑅𝑧 =(ℎ1+ℎ3+⋯+ℎ9)−(ℎ2+ℎ4+⋯+ℎ10)
5 (2.3)
Hay 𝑅𝑧 =1
5(∑5𝑖=1ℎ𝑖𝑚𝑎𝑥 − ∑5𝑖=1ℎ𝑖𝑚𝑖𝑛) (2.4)
Hình 2.8: Prơfin trên bề mặt xét theo Rz.
Theo TCVN 2511-95 và ISO quy định 14 cấp độ nhám được ký hiệu √ kèm theo các trị số. Từ cấp 6 ÷ 12 chủ yếu dùng Ra; cịn đối với các cấp 1 ÷ 5 và 13 ÷ 14 dùng Rz. Khi ghi trên bản vẽ độ nhám theo Ra chỉ ghi giá trị, ghi theo Rz thì ghi chữ Rz kèm theo giá trị như hình 2.9. Trong thực tế sản xuất, tuỳ theo các phương pháp gia công khác nhau sẽ đạt các cấp độ nhám khác nhau.
2,5 R 20z
Hình 2.9: Ký hiệu độ nhám theo Ra và Rz [9].
18 Bảng 2.1: Các giá trị thông số độ nhám bề mặt (TCVN 2511 – 95) Cấp nhám Trị số nhám Chiều dài chuẩn L Phương pháp gia công Ứng dụng Ra Rz 1 320 - 160 8 Tiện thô, cưa, dũa, khoan ... Bề mặt không tiếp xúc, không quan trọng 2 160 - 80 8 3 80 - 40 8 4 40 - 20 2,5 Tiện tinh, phay tinh... Bề mặt tiếp xúc tĩnh, động, bề mặt răng ... 5 20 - 10 2,5 6 2,5-1,25 2,5 Doa, mài, đánh bóng... Bề mặt tiếp xúc động: mặt răng, mặt pittông, xi lanh, chốt... 7 1,25-0,63 0,8 8 0,63-0,32 0,8 9 0,32-0,16 0,8 Mài tinh, nghiền, gia công phương pháp đặc biệt Bề mặt mút, van, bi, con lăn, dụng cụ đo, căn mẫu... 10 0,16-0,08 0,25 11 0,08-0,04 0,25 12 0,04-0,02 0,25 13 0,1 - 0,05 0,08 Bề mặt chi tiết chính xác, dụng cụ đo 14 0,05-0,025 0,08
19
Bảng 2.2: Các giá trị tiêu chuẩn của Ravà Rz
Ra(𝜇𝑚) Rz(𝜇𝑚) 0,008 0,010 0,012 0,016 0,020 0,025 0,032 0,040 0,050 0,063 0,080 0,100 0,125 0,160 0,20 0,25 0,32 0,40 0,50 0,63 0,80 1,00 1,25 1,6 2,0 2,5 3,2 4,0 5,0 6,3 8,0 10 12,5 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 0,025 0,032 0,040 0,050 0,063 0,080 0,100 0,125 0,160 0,20 0,25 0,32 0,40 0,50 0,63 0,80 1,00 1,25 1,6 2,0 2,5 3,2 4,0 5,0 6,3 8,0 1,00 12,5 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 Chú thích: Ưu tiên dùng trị số in đậm. Độ nhám bề mặt thấp nhất (hay độ nhám bề mặt cao nhất) cấp nhám 14 ứng với Rz = 0,05 μm đến 0,025 μm. Do mục tiêu và phương pháp thí nghiệm, đề tài chọn mức gia công bán tinh đến tinh.
2.1.5. Phương pháp đánh giá độ nhám.
Các phương pháp đánh giá nhám bề mặt:
- Phương pháp so sánh: Phương pháp này sử dụng mắt thường so sánh bề mặt gia công với mẫu nhám, cấp nhám bề mặt chọn theo cấp nhám mẫu. Độ chính xác của phương pháp này thấp.
- Phương pháp dùng máy dị prơfin: Phương pháp này sử dụng mũi dị để dị prơfin trên bề mặt, thường sử dụng đo độ nhám từ cấp 4 đến cấp 11. Độ chính xác của phương pháp này cao.
- Phương pháp đo quang học (dùng kính hiển vi): Phương pháp này thường đo độ nhám từ cấp 10 đến cấp 14, đạt độ chính xác rất cao.
20
- Đánh giá chất lượng bề mặt có các chỉ tiêu: đánh giá độ nhám; đánh giá độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng; đánh giá ứng suất dư. Trong đề tài này, tác giả chọn chỉ tiêu độ nhám để đánh giá chất lượng bề mặt và dùng phương pháp máy dị prơfin để so sánh.
2.2. Lý thuyết về rung động trong quá trình cắt gọt.
2.2.1. Tổng quan về rung động trong quá trình cắt gọt [10].
Rung động là hiện tượng phổ biến trong tự nhiên và trong kỹ thuật vì tất cả mọi vật thể có khối lượng và có tính đàn hồi đều rung động khi có lực tác dụng. Máy công cụ là một hệ đàn hồi nên trong q trình gia cơng ngoại lực và lực cắt tác dụng lên hệ sẽ làm hệ rung động. Trong thực tế khơng có q trình cắt gọt kim loại nào mà hệ thống công nghệ không rung động. Rung động là hiện tượng kèm theo trong quá trình gia cơng cắt gọt kim loại. Trong những điều kiện cụ thể nhất định rung động có thể tăng mạnh trong q trình gia cơng, do đó làm xấu các chỉ tiêu về kinh tế và chất lượng sản phẩm. Cụ thể rung động có thể gây ra các hậu quả sau:
- Không cho phép sử dụng hết công suất của máy, khả năng cắt của dụng cụ. - Gây mịn nhanh các bộ phận chính của máy (băng máy, trục chính) làm giảm độ chính xác của máy, bộ phận gá lắp phôi.
- Tăng mức độ nguy hiểm phá huỷ cơ học lưỡi cắt của dụng cụ cắt. - Phá huỷ cơ học dụng cụ cắt (gãy răng dụng cụ cắt) hoặc cán dao. - Giảm độ chính xác hình học của chi tiết gia công, độ nhám bề mặt. - Gây tiếng ồn cho môi trường làm việc.
2.2.2. Các dạng rung động và nguyên nhân gây ra rung động.
Rung động trong quá trình cắt thường bao gồm các loại sau: - Rung động cưỡng bức.
- Rung động tự kích thích. - Rung động riêng.
2.2.2.1 Rung động cưỡng bức:
Rung động cưỡng bức: là do các lực tác động từ bên ngoài. Tùy theo nguồn lực tác động, ta có tác động cưỡng bức chu kỳ hoặc không chu kỳ. Nguồn gốc sinh ra
21
lực tác động là do sai số của chi tiết trong máy, các mặt tiếp xúc có khe hở, các khâu quay không cân bằng, lượng dư gia công không đều, bề mặt gia công không liên tục hoặc rung động do các máy xung quanh truyền sang [10].
Biện pháp để giảm rung động cưỡng bức:
- Tăng độ cứng vững của hệ thống công nghệ (máy, dao, đồ gá).
- Yêu cầu độ chính xác chế tạo – lắp ráp máy, đồ gá có độ chính xác cao. - Tránh cắt không liên tục.
- Phôi cần được chọn lọc và gia công sơ bộ. - Trang bị thêm cơ cấu giảm rung động.
- Móng máy đủ khả năng dập tắt dao động và được cách ly chấn động với tác động lực ở xung quanh.
- Đặt những máy làm việc có độ rung động lớn như: máy dập, máy rèn, máy búa…xa những máy gia cơng chính xác.
2.2.2.2 Rung động tự kích thích.
Là loại rung động do bản thân chuyển động cắt gây ra, việc khắc phục nó rất khó khăn và khó tìm ra ngun nhân.
Ngun nhân gây ra rung động tự kích thích do:
- Lực ma sát giữa dao và phoi biến đổi khi gia công (đặc biệt là trong gia cơng hình thành phoi vụn).
- Sự hóa cứng khơng đều. - Lượng dư cắt gọt khơng đều. - Sự thay đổi chiều cao phoi bám.
- Sự không đồng nhất của vật liệu gia công…
Rung động tự phát chỉ khắc phục được một phần chứ khơng loại trừ được hồn tồn.
Các nhân tố ảnh hưởng đến rung động.
- Tăng tốc độ cắt thì biên độ dao động tăng (vùng lẹo dao), khi biên độ dao động đạt được một giá trị cực đại nào đó thì tốc độ cắt càng tăng, biên độ dao động giảm.
- Chiều sâu cắt tăng biên độ dao động tăng ảnh hưởng đến hệ thống công nghệ.
22
- Ảnh hưởng của thông số hình học, góc nghiêng chính φ càng tăng rung động giảm (lực Py = PN.cos𝜑; lực Py ảnh hưởng đến rung động nhiều nhất).
- Khi gia công gang, cắt ra phoi vụn, lực cắt biến đổi nhiều nên rung động tăng. Khi cắt vật liệu dẻo, điều kiện hình thành lẹo dao lớn dễ xảy ra rung động.
Tóm lại rung động có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng, rất nhiều yếu tố cần phải xem xét. Ở đây, đề tài xem xét ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn trên cán dao tiện ngoài so với cán dao thường đến độ nhám bề mặt trong cùng điều kiện cắt gọt. Cơ cấu giảm chấn phát huy tác dụng khi tiện những vị trí bất lợi như cán dao cần phải gá đặt dài. Chiều dài cán dao ảnh hưởng rất lớn đến chế độ cắt, độ nhám và năng suất gia công.
2.2.2.2 Rung động riêng.
Rung động riêng trong hệ thống máy - dụng cụ cắt - chi tiết gia công hoặc trong một số bộ phận của hệ thống. Rung động riêng phát sinh do sự va đập, khi chế độ cắt không phù hợp, khi dụng cụ bắt đầu vào cắt... Phần lớn ảnh hưởng của rung động riêng trong quá trình cắt khơng đáng kể bởi vì nó là một dao động tắt dần rất nhanh. Dao động tắt dần có ý nghĩa xác định đặc tính của q trình dao động nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu hiện tượng rung động trong quá trình cắt.
2.2.3. Giải pháp để giảm rung động.
2.2.3.1 Nhóm biện pháp liên quan tới cấu trúc máy.
- Đảm bảo độ cứng vững của nền máy như giải pháp lắp đặt máy có bộ phận giảm chấn.
- Lựa chọn vị trí đặt máy tối ưu tránh nguồn dao động từ bên ngồi. - Bàn trượt, bàn dao được gia cơng và lắp ráp đúng yêu cầu.
- Biện pháp định hướng lực cắt sao cho lực cắt vng góc với hướng của máy có độ mềm dẻo động lực học tốt nhất.
2.2.3.2 Nhóm biện pháp liên quan tới phơi và dụng cụ gia công.
- Dùng các bộ phận đỡ phụ làm tăng độ cứng vững của chi tiết gia cơng. - Giảm trọng lượng của phơi, thay đổi hình dạng phơi.
- Sử dụng dao có độ cứng vững cao, dao có bộ phận giảm rung.
23
- Chọn dao phù hợp vật liệu gia cơng, góc dao sắc, dao có bán kính mũi dao nhỏ hơn chiều sâu cắt.
- Nếu dao gá dài cần phải tăng đường kính dao hoặc sử dụng cán dao giảm chấn.
2.2.3.3 Các biện pháp liên quan tới quá trình cắt.
- Sử dụng dung dịch tưới nguội phù hợp, giải nhiệt tốt, thoát phoi tốt. - Chọn hướng vào và ra dao tối ưu, q trình gia cơng liên tục.
- Chọn chế độ cắt tránh hiện tượng lẹo dao, phoi bám. - Sử dụng giải pháp giảm rung động, hấp thụ rung động.
- Chọn chế độ cắt tối ưu, phù hợp từng loại dao và từng loại vật liệu.
2.2.4 Phương trình dao động
2.2.4.1 Các tham số động học của dao động điều hòa
- Dao động điều hịa được mơ tả về phương diện động học như sau [11]. y(t) = Asin(ωt + α) = Asinψ(t)
- Dao động điều hịa được gọi là dao động hình sin. Đại lượng A không giảm gọi là biên độ dao động. Đại lượng ψ(t) = ωt + φ được gọi là góc pha hay gọi là pha dao động. Góc α gọi là pha ban đầu. Đại lượng ω được gọi là tần số vòng của dao động điều hòa, đơn vị là rad/s hoặc s-1.
- Chu kỳ của dao động điều hòa:
2 T (2.5) - Tần số của dao động điều hòa f (Hz hoặc s-1):
T f 1
(2.6) - Mối quan hệ giữa tần số dao động f và tần số vòngω:
ω = 2πf (2.7) - Giả sử các điều kiện ban đầu là:
t = 0; y(0) = y0 ;