2.5.1.Ảnh hưởng của cỏc thụng 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 vẽ 2.6.
Ta thấy rằng rừ ràng hỡnh dỏng và giỏ trị của nhỏm bề mặt phụ thuộc vào lượng chạy dao S1 và hỡnh dỏng của lưỡi cắt:
- φ: khi φ tăng thỡ Rz tăng
- φ1 : khi φ1 tăng thỡ Rz tăng
- : khi r tăng thỡ Rz
- : khi S tăng thỡ Rz tăng
Trờbưsộp đó đưa ra cụng thức biểu thị mối quan hệ giữa Rz với S, r và hmin như sau:
- Khi S > 0,15 mm/vũng: S 2 R = (2-4) z 8r - Khi S < 0,1 mm/vũng: S 2 R = +hm in 1 + r.hm in (2-5) z 8r 2 S 2
Ở đõy hmin phụ thuộc vào bỏn kớnh mũi dao r.
Tuy nhiờn, khi lượng chạy dao quỏ nhỏ (S < 0,03 mm/vũng) thỡ trị số của
Rz
. Vỡ thế khi tiện tinh nếu sử dụng S quỏ =40=
Hỡnh vẽ 2.6. Ảnh hưởng của thụng số hỡnh học của dao tiện tới độ nhỏm bề mặt 2.5.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt Tốc độ cắt cú ảnh hưởng rất lớn đến độ nhỏm bề mặt (hỡnh vẽ 2.7). 0 1 20 100 200 V(m/phỳt)
Hỡnh vẽ 2.7. Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhỏm bề mặt khi gia cụng thộp
R z
Theo tài liệu [4], khi cắt thộp c ỏcbon (kim loại dẻo) ở tốc độ thấp, nhiệt cắt khụng cao, phoi kim loại tỏch dễ, biến dạng của lớp kim loại khụng nhiều, vỡ vậy độ nhỏm bề mặt thấp. Khi tăng tốc độ cắt lờn khoảng 15 ữ 20 m/phỳt thỡ nhiệt cắt và lực căt 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 dao 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 hủy, lực dớnh của lẹo dao khụng thắng nổi lực ma sỏt của dũng phoi và lẹo dao bị cuốn đi (lẹo dao bị biến mất ứng với tốc độ cắt trong khoảng 30 ữ 60 m/phỳt). Với tốc độ c ắt lớn (lớn hơn 60 m/phỳt) thỡ lẹo dao khụng hỡnh thành được nờn độ nhỏm bề mặt gia cụng giảm.
Trong tiện cứng sử dụng mảnh PCBN thường gia cụng với tốc độ cắt 100
ữ 220 m/phỳt. Trong khoảng tốc độ cắt này thỡ lẹo dao rất khú cú thể hỡnh thành vỡ thế tiện cứng cho phộp giảm độ nhỏm bề mặt bằng cỏch tăng tốc độ cắt.
2.5.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao
Lượng chạy dao ngoài ảnh hưởng mang tớnh chất hỡnh học (như đó trỡnh bày ở mục 2.5.1) 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 2.8 biểu diễn mối quan hệ giữa lượng chạy dao S với chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz khi gia cụng thộp cacbon.
Khi gia cụng với lượng chạy dao 0,02 ữ 0,15 mm/vũng thỡ bề mặt gia cụng cú độ nhấp nhụ tế vi giảm. Nếu S < 0,02 mm/vũng thỡ độ nhấp nhụ tế vi sẽ tăng lờn (tức là độ nhẵn búng sẽ 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 tố hỡnh học làm tăng độ nhỏm bề mặt. C B A 0 0,02 0,15 S (mm/vũng)
Hỡnh vẽ 2.8. Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhỏm bề mặt
Để đảm bảo nhỏm bề mặt thấp và đạt năng suất gia cụng cao, đối với thộp cỏc bon người ta thường chọn giỏ trị của lượng chạy dao S trong khoảng từ 0,05 đến 0,12 mm/vũng.
2.5.4. 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 quỏ lớn sẽ dẫn đến rung động trong quỏ trỡnh cắt tăng, do đú làm tăng độ nhỏm. 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. Hiện tượng gõy trượt dao thường ứng với giỏ trị của chiều sõu cắt trong khoảng 0,02 ữ 0,03mm [4].
2.5.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia cụng
Vật liệu gia cụng (hay tớnh gia cụng của vật liệu) ảnh hưởng đến độ nhỏm bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thộp ớt cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ làm cho nhỏm bề mặt tăng hơn so với vật liệu cứng và giũn [4].
Cấu trỳc kim loại cú độ hạt lớn sẽ làm tăng Rz, khi gia cụng cắt gọt cỏc vật liệu thường được ram hay thường húa nhằm đạt cấu trỳc hạt nhỏ, phõn bố (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
R z
đồng đều hơn. Vật liệu cú cơ lý tớnh khỏc nhau, khi cắt sẽ cú lực, nhiệt cắt, tỏc động lý hoỏ khỏc nhau nờn sẽ cú Rz khỏc nhau.
Trong tiện cứng việc gia cụng với vận tốc cao và sử dụng mảnh Hợp kim cứng, CBN,.. đồng thời tiện cứng chủ yếu để gia cụng tinh nờn vấn đề độ cứng khụng cũn là trở ngại lớn. Tất nhiờn lỳc này người ta phải chọn chế độ cắt thớch hợp nhất cho cỏc nguyờn cụng.
2.5.6. Ảnh hưởng của rung động trong hệ thống cụng nghệ
Quỏ trỡnh rung động trong 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 nhấp nhụ tế vi 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 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. Do vậy muốn đạt được độ nhỏm bề mặt gia cụng thấp trước hết cần phải đảm bảo độ cứng vững cần thiết của hệ thống cụng nghệ [4], [1].
Cỏc mỏy được khuyến cỏo trong tiện cứng là cỏc mỏy NC, CNC, vỡ thế ảnh hưởng của rung động là khụng nhiều.
2.6. Kết luận
Chất lượng bề mặt khi tiện cứng bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như trỡnh trạng mỏy, dao, khả năng cụng nghệ, cơ tớnh vật liệu phụi và chế độ cắt,...Tuy nhiờn do sự phỏt triển của khoa học kỹ thuật, cỏc mỏy NC và CNC, cỏc mảnh dao lắp ghộp cú độ bền, độ cứng, đồng thời khả năng chịu nhiệt đặc biệt cao đó làm tớnh cụng nghệ trong tiện cứng giảm phần nào tớnh phức tạp.
Nhiệm vụ của cỏc nhà chuyờn mụn là làm thế nào để chọn được một bộ chế độ cắt thớch hợp ứng với một khoảng độ cứng nhằm đạt tới hàm mục tiờu đề ra.
Trong luận văn Tỏc giả nghiờn cứu quan hệ mũn, tuổi bền của mảnh CBN theo chế độ cắt để quy hoạch hàm tuổi bền, trờn cơ sở đú tối ưu cỏc thụng số trong quỏ trỡnh cụng nghệ này.
Chương 3
MềN VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ KHI TIỆN CỨNG 3.1. Mũn dụng cụ cắt
3.1.1. Khỏi niệm chung
Mũn là hiện tượng phỏ huỷ bề mặt và sự tỏch vật liệu từ một hoặc cả hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau. Eyre và Davis định nghĩa mũn liờn quan đến sự hao hụt về khối lượng hoặc thể tớch, dẫn đến sự thay đổi vượt quỏ giới hạn cho phộp về hỡnh dạng hoặc topography của bề mặt. Núi chung mũn xảy ra do sự tương tỏc của cỏc nhấp nhụ bề mặt. Trong quỏ trỡnh chuyển động tương đối, đầu tiờn vật liệu trờn bề mặt tiếp xỳc cú thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh cỏc nhấp nhụ vượt quỏ giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc khụng một chỳt vật liệu nào tỏch ra, sau đú vật liệu bị tỏch ra từ bề mặt dớnh sang bề mặt đối tiếp hoặc tỏch ra thành những hạt mài rời. Trong trường hợp vật liệu chỉ dớnh từ bề mặt này sang bề mặt khỏc, thể tớch hay khối lượng mũn ở vựng tiếp xỳc chung bằng khụng mặc dự một bề mặt vẫn bị mũn. Định nghĩa mũn núi chung dựa trờn sự mất mỏt của vật liệu, nhưng sự phỏ huỷ của vật liệu do biến dạng mà khụng kốm theo sự thay đổi về khối lượng hoặc thể tớch của vật liệu cũng là một dạng mũn.
Giống như ma sỏt, mũn khụng phải là do tớnh chất của vật liệu mà là sự phản ứng của một hệ thống, cỏc điều kiện vận hành sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến mũn ở bề mặt tiếp xỳc chung. Sai lầm đụi khi cho rằng ma sỏt lớn trờn bề mặt tiếp xỳc chung là nguyờn nhõn mũn với tốc độ cao.
Mũn bao gồm cỏc hiện tượng chớnh tương đối khỏc nhau và cú chung một kết quả là sự tỏch vật liệu từ cỏc bề mặt trượt đú là: dớnh - mỏi bề mặt - va chạm - hoỏ ăn mũn và điện. Theo thống kờ khoảng 2/3 mũn xảy ra trong cụng nghiệp là do cỏc cơ chế dớnh, trừ mũn do mỏi, mũn do cỏc cơ chế khỏc là một hiện tượng xảy ra từ từ.
Trong thực tế, mũn xảy ra do một hoặc nhiều cơ chế. Trong nhiều trường hợp mũn sinh ra do một cơ chế nhưng cú thể phỏt triển do sự kết hợp với cỏc cơ chế khỏc làm phức tạp hoỏ sự phõn tớch hỏng do mũn. Phõn tớch bề mặt cỏc chi tiết bị hỏng do mũn chỉ xỏc định được cỏc cơ chế mũn ở giai đoạn cuối.
Trong hầu hết cỏc quỏ trỡnh cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ giảm dần đến một lỳc nào đú dụng cụ sẽ khụng tiếp tục cắt được do mũn hoặc hỏng hoàn toàn.
Mũn dụng cụ là chỉ tiờu đỏnh giỏ khả năng làm việc của dụng cụ bởi vỡ nú hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mũn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chớnh xỏc gia cụng, chất lượng bề mặt và toàn bộ khớa cạnh kinh tế của quỏ trỡnh gia cụng. Sự phỏt triển và tỡm kiếm những vật liệu dụng cụ mới cũng như cỏc biện phỏp cụng nghệ mới để tăng bền bề mặt chớnh là nhằm mục đớch làm tăng khả năng chống mũn của dụng cụ [3].
3.1.2. Cỏc cơ chế mũn của dụng cụ cắt
Theo Shaw mũn dụng cụ c ắt cú thể do dớnh, hạt mài, khuếch tỏn, ụxy húa và mỏi. Cỏc cơ chế mũn này xảy ra đồng thời trong quỏ trỡnh cắt, tuy nhiờn tựy theo điều kiện cắt cụ thể mà một cơ chế nào đú chiếm ưu thế. Ngoài ra dụng cụ cũn bị phỏ hủy do mẻ dăm, nứt và biến dạng dẻo.
Theo Loffer trong cắt kim loại nhiệt độ cắt hay vận tố c cắt là nhõn tố cú ảnh hưởng mạnh nhất đến sự tồn tại của cỏc cơ chế mũn phỏ hủy. Ở dải vận tốc cắt thấp và trung bỡnh, cơ chế mũn do dớnh và mũn do hạt mài chiếm ưu thế cho cắt liờn tục và giỏn đoạn. Khi tăng vận tốc cắt, mũn do hạt mài và húa lý trở lờn chiếm ưu thế đối với cắt liờn tục và tạo nờn vựng mũn mặt trước. Sự hỡnh thành cỏc vết nứt do ứng suất nhiệt biến đổi theo chu kỳ là cơ chế mũn chủ yếu dẫn đến vỡ lưỡi cắt khi cắt khụng liờn tục.
Hỡnh vẽ 3.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mũn khi cắt liờn tục (a) và khi cắt giỏn đoạn (b)
3.1.2.1. Mũn do dớnh
Khi hai bề mặt rắn, phẳng trượt so với nhau mũn do dớnh xảy ra tại chỗ tiếp xỳc ở đỉnh cỏc nhấp nhụ dưới tỏc dụng của tải trọng phỏp tuyến. Khi sự trượt xảy ra vật liệu ở vựng này bị trượt (biến dạng dẻo) dớnh sang bề mặt đối tiếp hoặc tạo thành cỏc mảnh mũn rời, một số mảnh mũn cũn được sinh ra do quỏ trỡnh mũn do mỏi ở đỉnh cỏc nhấp nhụ. Giả thuyết đầu tiờn về mũn do trượt, sự trượt cắt cú thể xảy ra ở bề mặt tiếp xỳc chung hoặc về phớa vựng yếu nhất của hai vật liệu tại chỗ tiếp xỳc.
Cú giả thuyết, nếu sức bền dớnh đủ lớn để cản trở chuyển động trượt tương đối, một vựng của vật liệu sẽ bị biến dạng dưới tỏc dụng của ứng suất nộn và tiếp và sự trượt xảy ra mạnh dọc theo cỏc mặt phẳng trượt này tạo thành cỏc mảnh mũn dạng lỏ mỏng. Nếu biến dạng dẻo xảy ra trờn diện rộng ở vựng tiếp xỳc đụi khi mảnh mũn sinh ra cú dạng như hỡnh nờm và dớnh sang bề mặt đối tiếp.
Đối với dụng cụ cắt mũn do dớnh phỏt triển mạnh đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao. Cỏc vựng dớnh bị trượt cắt và tỏi tạo liờn tục theo chu kỳ thậm chớ trong khoảng thời gian cắt ngắn, hiện tượng mũn cú thể gọi là dớnh mỏi. Khả năng chống mũn dớnh mỏi phụ thuộc vào sức bền tế vi của cỏc lớp bề mặt dụng cụ và cường độ dớnh của nú đối với bề mặt gia cụng. Cường độ
này được đặc trưng bởi hệ số cường độ dớnh Ka là tỷ số giữa lực dớnh riờng và sức bền của vật liệu gia cụng tại một nhiệt độ xỏc định. Với đa số cỏc cặp vật liệu thỡ Ka tăng từ 0,25 đến 1 trong khoảng nhiệt độ từ 9000C ữ 13000C. Bản chất phỏ hủy vật liệu ở cỏc lớp bề mặt do dớnh mỏi là cả dẻo và dũn. Độ cứng của mặt dụng cụ đúng vai trũ rất quan trọng trong cơ chế mũn do dớnh. Khi tăng tỷ số độ cứng giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia cụng từ 1,47 đến 4,3 thỡ mũn do dớnh giảm đi khoảng 300 lần.
3.1.2.2. Mũn do hạt mài (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong nhiều trường hợp mũn bắt đầu do dớnh tạo nờn cỏc hạt mũn ở vựng tiếp xỳc chung, cỏc hạt mũn này sau đú bị ụxy hoỏ biến cứng và tớch tụ lại là nguyờn nhõn tạo nờn mũn hạt cứng ba vật. Trong một số trường hợp hạt cứng sinh ra và đưa vào hệ thống trượt từ mụi trường.
Theo Loladze, mũn dụng cụ cắt do hạt mài cú nguồn gốc từ cỏc tạp chất cứng trong vật liệu gia cụng như oxides và nitrides hoặc những hạt cỏc bớt của vật liệu gia cụng trong vựng tiếp xỳc giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia cụng tạo nờn cỏc vết cào xước trờn bề mặt dụng cụ.
Mụi trường xung quanh cú ảnh hưởng lớn đến cường độ của mũn do hạt mài. Vớ dụ khi gia cụng cắt trong mụi trường cú tớnh hoỏ học mạnh, lớp bề mặt bị yếu đi và cỏc hạt mài cú thể cắm sõu hơn ở vựng tiếp xỳc và tăng tốc độ mũn. Armarego cho rằng khả năng chống mũn do hạt mài tỷ lệ thuận với cỏc tớnh chất đàn hồi và độ cứng của hai bề mặt ở chỗ tiếp xỳc [3].
3.1.2.3. Mũn do khuếch tỏn
Nhiệt độ cao phỏt triển trong dụng cụ đặc biệt là trờn mặt trước khi cắt tạo phoi dõy là điều kiện thuận lợi cho hiện tượng khuếch tỏn giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia cụng. Colwell đó đưa ra nghiờn cứu của Takeyama cho rằng cú sự tăng đột ngột của tốc độ mũn tại nhiệt độ 9300C khi cắt bằng dao hợp kim cứng. Điều này liờn quan đến một cơ chế mũn khỏc đú là hiện tượng mũn do khuếch tỏn, ụxy hoỏ hoặc sự phõn ró hoỏ học của vật liệu dụng cụ ở
cỏc lớp bề mặt. Theo Brierley và Siekman hiện nay mũn do khuếch tỏn đó được chấp nhận rộng rói như một dạng mũn quan trọng ở tốc độ cắt cao, họ chỉ ra cỏc quan sỏt của Opitz cho thấy trong cấu trỳc tế vi của cỏc lớp dưới