- Bản vẽ chi tiết gia cụng (hỡnh 3.8) Lập trỡnh gia cụng
3.5.1. Chất lượng bề mặt
Chất lượng bề mặt gia cụng được đỏnh giỏ bằng hai yếu tố đặc trưng: - Độ nhỏm bề mặt
- Tớnh chất cơ lý của lớp kim loại bề mặt
* Độ nhỏm bề mặt
+ Độ nhỏm bề mặt và phương phỏp đỏnh giỏ - Độ nhỏm bề mặt
Độ nhỏm bề mặt hay cũn gọi là nhấp nhụ tế vi là tập hợp tất cả những bề lồi, lõm với bước cực nhỏ và được quan sỏt trong một phạm vi chiều dài chuẩn rất ngắn (l). Chiều dài chuẩn l là chiều dài dựng để đỏnh giỏ cỏc thụng số của độ nhỏm bề mặt (với l = 0,01 đến 25mm).
Hỡnh 3.16. Độ nhỏm bề mặt
Theo TCVN 2511 -1995 thỡ nhỏm bề mặt được đỏnh giỏ thụng qua bảy chỉ tiờu. Thụng thường người ta sử dụng hai chỉ tiờu đú là Ra và Rz, trong đú:
Ra: Sai lệch trung bỡnh số học của prụfin là trung bỡnh số học cỏc giỏ trị tuyệt đối của sai lệch prụfin (y) trong khoảng chiều dài chuẩn. Sai lệch prụfin (y) là khoảng cỏch từ cỏc điểm trờn prụfin đến đường trung bỡnh, đo theo phương phỏp
tuyến với đường trung bỡnh. Đường trung bỡnh m là đường chia prụfin bề mặt sao cho trong phạm vi chiều dài chuẩn l tổng diện tớch ở hai phớa của đường chuẩn bằng nhau. Ra được xỏc định bằng cụng thức:
Rz: Chiều cao mấp mụ prụfin theo mười điểm là trị số trung bỡnh của tổng cỏc giỏ trị tuyệt đối của chiều cao năm đỉnh cao nhất và chiều sõu của năm đỏy thấp nhất của prụfin trong khoảng chiều dài chuẩn. Rz được xỏc định theo cụng thức:
Ngoài ra độ nhỏm bề mặt cũn được đỏnh giỏ qua chiều cao nhấp nhụ lớn nhất RMax. Chiều cao nhấp nhụ RMax là khoảng cỏch giữa hai đỉnh cao nhất và thấp nhất của độ nhỏm (prụfin bề mặt giới hạn trong chiều dài chuẩn l).
Cấp độ nhỏm bề mặt Loại Thụng số độ nhỏm ( m) Chiều dài chuẩn l (mm) Ra Rz 1 - - Từ 320 đến 160 8,0 2 - - < 160 - 80 3 - - < 80 - 40 4 - - < 40 - 20 2,5 5 - - < 20 – 10 6 a Từ 2,5 đến 2,0 0,8 b < 2,0 - 1,6 c < 1,6 - 1,25 7 a Từ 1,25 đến 1,0 b < 1,0 - 0,80
c < 0,80 - 0,63 8 a Từ 0,63 đến 0,50 b < 0,50 - 0,40 c < 0,40 - 0,32 9 a Từ 0,32 đến 0,25 0,25 b < 0,25 - 0,20 c < 0,20 - 0,16 10 a Từ 0,16 đến 0,125 b < 0,125 - 0,100 c < 0,100 - 0,080 11 a Từ 0,080 đến 0,063 b < 0,063 - 0,050 c < 0,050 - 0,040 12 a Từ 0,040 đến 0,032 b < 0,032 - 0,025 c < 0,025 - 0,020 13 a Từ 0,100 đến 0,080 0,08 b < 0,080 - 0,063 c < 0,063 - 0,050 14 a Từ 0,050 đến 0,040 b < 0,040 - 0,032 c < 0,032 - 0,025
Bảng 3.1 : Cỏc giỏ trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với cỏc cấp độ nhỏm bề mặt
Trong thực tế sản xuất nhiều khi người ta đỏnh giỏ độ nhỏm theo cỏc mức độ: Thụ (cấp 1 - cấp 4), bỏn tinh (cấp 5 - cấp 7), tinh (cấp 8 - cấp 11) và siờu tinh (cấp 12 - cấp 14).
+ Phương phỏp đỏnh giỏ nhỏm bề mặt
Để đỏnh giỏ nhỏm bề mặt người ta thường dựng cỏc phương phỏp sau đõy: - Phương phỏp quang học (dựng kớnh hiển vi Linich). Phương phỏp này đo được bề mặt cú độ nhẵn búng cao (độ nhỏm thấp) thường từ cấp 10 đến cấp 14.
- Phương phỏp đo độ nhỏm Ra, Rz, RMax…bằng mỏy đo profin. Phương phỏp này sử dụng mũi dũ để đo profin lớp bề mặt cú cấp độ nhẵm tới cấp 11.
- Phương phỏp so sỏnh bằng mắt và kớnh hiển vi quang học
+ Cỏc nhõn tố ảnh hưởng đến độ nhỏm bề mặt khi gia cụng cơ
- Ảnh hưởng của cỏc thụng số hỡnh học của dụng cụ cắt
Đối với phương phỏp tiện, qua thực nghiệm người ta đó xỏc định được mối quan hệ giữa cỏc thụng số độ nhỏm Rz, lượng chạy dao S, bỏn kớnh mũi dao r và chiều dày phoi nhỏ nhất hmin. Sự hỡnh thành độ nhỏm bề mặt khi gia cụng bằng cỏc loại dao tiện khỏc nhau được mụ tả ở hỡnh sau:
Ta thấy rõ ràng hỡnh dỏng và giỏ trị của nhỏm bề mặt phụ thuộc vào lượng chạy dao S1 và hỡnh dỏng của lưỡi cắt:
Ảnh hưởng của gúc nghiờng chớnh : khi tăng thỡ Rz tăng.
Ảnh hưởng của gúc nghiờng phụ 1: khi 1tăng thỡ Rz tăng.
Ảnh hưởng của bỏn kớnh mũi dao r: khi r tăng thỡ Rz giảm.
Ảnh hưởng của lượng chạy dao S: khớ S tăng thỡ Rz tăng.
Tuy nhiờn, khi lượng chạy dao quỏ nhỏ (S < 0,03 mm/vũng) thỡ trị số của Rz lại tăng. Nguyờn nhõn do S nhỏ hơn bỏn kớnh mũi dao nờn xảy ra hiện tượng trượt của mũi dao trờn bề mặt gia cụng. Vỡ thế khi tiện tinh nếu sử dụng S quỏ nhỏ sẽ khụng cú ý nghĩa cải thiện chất lượng bề mặt.
- Ảnh hưởng của tốc độ cắt
Tốc độ cắt cú ảnh hưởng rất lớn đến độ nhỏm bề mặt. Khi gia cụng thộp cacbon ở tốc độ cắt thấp, nhiệt cắt khụng cao, phoi kim loại tỏch dễ, biến dạng của lớp kim loại khụng đều vỡ vậy độ nhỏm bề mặt thấp. Khi tăng tốc độ cắt lờn khoảng 15 - 20
m/phỳt thỡ nhiệt cắt và lực cắt đều tăng gõy ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau của dao kim loại bị chảy dẻo. Khi lớp kim loại bị nộn chặt ở mặt trước và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sỏt ở vựng cắt sẽ hỡnh thành lẹo dao. Lẹo dao làm tăng độ nhỏm bề mặt gia cụng. Nếu tiếp tục tăng tốc độ cắt, lẹo dao bị nung núng nhanh hơn, vựng kim loại bị phỏ huỷ, lực dớnh của lẹo dao khụng thắng nổi lực ma sỏt của dũng phoi và lẹo dao bị cuốn đi (lẹo dao biến mất ứng với tốc độ cắt trong khoảng 30 - 60 m/phỳt). Với tốc độ cắt lớn (lớn hơn 60 m/phỳt) thỡ lẹo dao khụng hỡnh thành được nờn độ nhỏm bề mặt gia cụng giảm.
- Ảnh hưởng của lượng chạy dao
Lượng chạy dao ngoài ảnh hưởng mang tớch chất hỡnh học cũn ảnh hưởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia cụng làm cho độ nhỏm thay đổi. Hỡnh dưới biểu diễn mối quan hệ giữa lượng chạy dao S với nhỏm Rz khi gia cụng thộp cỏc bon.
Khi gia cụng với lượng chạy dao 0,02 - 0,15 mm/vũng thỡ bề mặt gia cụng cú độ nhỏm giảm. Nếu S < 0,02 mm/vũng thỡ độ nhỏm tăng lờn (độ nhẵn búng bề mặt giảm xuống) vỡ ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của cỏc yếu tố hỡnh học. Nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vũng thỡ biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hỡnh thành cỏc nhấp nhụ tế vi đồng thời kết hợp với ảnh hưởng của cỏc yếu hỡnh học làm tăng độ nhỏm bề mặt.
- Ảnh hưởng của chiều sõu cắt
Ảnh hưởng của chiều sõu cắt đến độ nhỏm bề mặt là khụng đỏng kể. Tuy
nhiờn nếu chiều sõu cắt qỳa lớn dẫn đến rung động trong quỏ trỡnh cắt tăng lờn, do đú độ nhỏm bề mặt tăng. Ngược lại, chiều sõu cắt quỏ nhỏ sẽ làm cho dao bị trượt trờn bề mặt gia cụng và xảy ra hiện tượng cắt khụng liờn tục do đú lại làm tăng độ nhỏm bề mặt. Hiện tượng gõy trượt dao thường ứng với giỏ trị của chiều sõu cắt trong khoảng 0,02 0,03 mm.
- Ảnh hưởng của vật liệu gia cụng
Vật liệu gia ảnh hưởng đến tớnh gia cụng chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thộp ớt cỏc bon…) dễ biến dạng dẻo sẽ làm cho nhỏm bề mặt tăng hơn so với vật liệu cứng và giũn.
Độ cứng của vật liệu gia cụng tăng thỡ chiều cao nhấp nhụ tế vi giảm và hạn chế ảnh hưởng của tốc độ cắt tới chiều cao nhấp nhụ tế vi. Mặt khỏc, giảm tớnh dẻo của vật liệu gia cụng bằng biến cứng bề mặt cũng làm giảm chiều cao nhấp nhụ tế vi.
- Ảnh hưởng của rung động hệ thống cụng nghệ
Quỏ trỡnh rung động hệ thống cụng nghệ tạo ra chuyển động tương đối cú chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia cụng dẫn đến làm thay đổi điều kiện ma sỏt, gõy nờn độ súng và nhỏm trờn chi tiết gia cụng. Sai lệch của cỏc bộ phận mỏy làm cho chuyển động của mỏy khụng ổn định, hệ thống cụng nghệ sẽ cú dao động cưỡng bức. Điều này cú nghĩa là cỏc bộ phận mỏy làm việc sẽ cú rung động với những tần số rung động khỏc nhau gõy ra súng dọc và súng ngang trờn bề mặt gia cụng với bước súng khỏc nhau.
Tỡnh trạng của mỏy cú ảnh hưởng lớn đến độ nhỏm bề mặt gia cụng. Vỡ vậy muốn đạt được độ nhỏm bề mặt gia cụng cao trước hết phải đảm bảo độ cứng vững của hệ thống cụng nghệ.
+ Ảnh hưởng độ nhỏm bề đến khả năng làm việc của chi tiết mỏy
Độ nhỏm bề mặt cú ảnh hưởng nhiều đến khả năng làm việc của chi tiết mỏy, đến mối lắp ghộp của chỳng trong kờt cấu tổng thể của mỏy như tớnh chống mũn, độ bền mỏi, tớnh chống ăn mũn húa học và độ chớnh xỏc của mối lắp ghộp.
+ Lựa chọn độ nhỏm bề mặt
Lựa chọn cỏc thụng số đỏnh giỏ nhỏm bề mặt cần xuất phỏt từ cụng dụng và tớnh năng làm việc của bề mặt. Cỏc thụng số về chiều cao độ nhỏm bề mặt Rz , Ra được sử dụng phổ biến nhất. Thụng số Ra dựng để đỏnh giỏ nhỏm bề mặt cho những chuẩn mẫu
để so sỏnh bề mặt. Thụng số này cú thể xỏc định dễ dàng trờn mỏy đo prụfin và được ỏp dụng phổ biến trong cỏc tài liệu kỹ thuật của cỏc nước trờn thế giới.
Thụng số Rz được dựng cho những trường hợp do yờu cầu làm việc khụng cần chiều cao toàn bộ của nhỏm bề mặt hoặc cho cỏc bề mặt xốp cũng như khụng thể kiểm tra được thụng số Ra trực tiếp bằng mỏy đo prụfin hoặc so sỏnh với mẫu chuẩn, vớ dụ như cỏc bề mặt cú kớch thước nhỏ và bề mặt phức tạp như: Lưỡi dụng cụ cắt, cỏc chi tiết của cơ cấu đồng hồ, thiết bị điện tử vv…
Việc lựa chọn độ nhỏm bề mặt phải phự hợp với điều kiện làm việc của sản phẩm và cỏc yờu cầu sử dụng của bề mặt, đồng thời phải xột đến khả năng gia cụng để đạt tới trị số độ nhỏm đó chọn.
*Tớnh chất cơ lý của lớp bề mặt
+ Lớp biến cứng bề mặt : Dưới tỏc động của quỏ trỡnh tạo hỡnh cỏc tớnh chất của
lớp bề mặt kim loại, hợp kim hay Ceramics cú thể thay đổi đỏng kể so với vật liệu khối bờn trong. Vớ dụ trong quỏ trỡnh ma sỏt giữa hai bề mặt hay sau khi gia cụng cơ, cỏc lớp bề mặt dưới tỏc động của lực và nhiệt độ sẽ bị biến dạng dẻo, lớp biến dạng này cũn gọi là lớp biến dạng cứng là một bộ phận quan trọng của vựng bề mặt. Ứng suất dư trong lớp biến dạng dẻo cú thể ảnh hưởng tới sự làm việc ổn định cũng như kớch thước chi tiết.
Chiều dày của lớp biến dạng dẻo phụ thuộc vào hai yếu tố: cụng hoặc năng lượng của quỏ trỡnh biến dạng và bản chất của vật liệu. Chiều dày của lớp này thường từ 1 đến 100μm tuỳ theo mức độ biến dạng cũng như tốc độ biến dạng.
Kớch thước hạt trong cỏc lớp biến dạng dẻo này thường rất nhỏ do bị biến dạng với tốc độ cao kốm theo quỏ trỡnh kết tinh lại. Hơn nữa cỏc tinh thể và hạt tại bề mặt tiếp xỳc chỳng tự định hướng lại trong quỏ trỡnh trượt giữa hai bề mặt.