Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ và dao đến độ nhám bề mặt điện cực khi phay cao tốc bằng máy GSFD 3540

Vì thời gian và điều kiện thiết bị có hạn, bản luận văn chỉ nghiên cứu 1 chuyên đề : “ Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ và dao đến độ nhám bề mặt điện cực khi phay cao tốc

LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS NGUYỄN VĂN VINH, người hướng dẫn khoa học đã tận tình chỉ bảo tôi trong suốt quá trình làm

luận văn Với sự hướng dẫn và định hướng, những gợi ý và ủng hộ thường xuyên kịp thời của thầy đã động viên tác giả hoàn thành luận văn Trong quá trình thực hiện thầy đã đưa ra những luận điểm, luận cứ có tính tổng hợp sâu sắc và gợi mở cho những hướng nghiên cứu tiếp theo

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới những người thân trong gia đình Tôi chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn Cơ khí chính xác và Quang học, ban lãnh đạo Viện Cơ khí, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong qúa trình nghiên cứu

Hà nội, ngày tháng 4 năm 2012

Học viên

Đỗ Thị Thúy Ánh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng những nội dung trong luận văn này là trung thực và là công trình nghiên cứu của tôi

Hà nội, ngày tháng 4 năm 2012

Học viên

Đỗ Thị Thúy Ánh

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay ngành công nghiệp đang phải đối đầu với những thách thức to lớn

và cạnh tranh quyết liệt Như chúng ta biết, Việt Nam đã gia nhập tổ chức thương mại mậu dịch thế giới (WTO), vì vậy, đòi hỏi phải đưa ra chiến lược phát triển công nghệ và khoa học kỹ thuật để có thể cạnh tranh với các nước trên thế giới

Các nhà sản xuất phải tìm cách giảm thời gian chế tạo, tăng chất lượng sản phẩm, nâng cao năng xuất và linh hoạt hoá sản xuất bằng việc tăng cường áp dụng

tự động hoá với các phương pháp tiên tiến Ngày nay ở nước ta đang có xu hướng đưa công nghệ cao tới từng các doanh nghiệp vừa và nhỏ

Cùng với sự phát triển của xã hội, việc nghiên cứu khoa học trên các máy CNC ngày càng được chú trọng nhằm đạt được năng suất gia công cao nhất và chất lượng gia công tốt nhất Vì vậy việc nghiên cứu và tìm quy luật các mối liên hệ của các yếu tố trong quá trình gia công là hết sức cần thiết Muốn đạt được những kết quả đó cần phải đầu tư thiết bị, thời gian và công sức Vì thời gian và điều kiện

thiết bị có hạn, bản luận văn chỉ nghiên cứu 1 chuyên đề : “ Khảo sát ảnh hưởng

của các thông số công nghệ và dao đến độ nhám bề mặt điện cực khi phay cao tốc bằng máy GSFD 3540” Đây là một dạng gia công được sử dụng nhiều trong

công nghệ chế tạo khuôn ép nhựa và đột dập mà thường sử dụng dao cắt một lưỡi cắt

Sau một thời gian làm luận văn cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy TS

Nguyễn Văn Vinh, luận văn đã cơ bản hoàn thành tuy vậy sẽ không tránh khỏi

những thiết sót, kính mong được các thầy, cô xem xét bổ sung để chuyên đề này được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

TRANG

Chương 1: CÔNG NGHỆ PHAY CÁC CHI TIẾT MÁY TRÊN

MÁY PHAY CAO TỐC

18

1.1.2 Yêu cầu về thiết bị cho gia công cao tốc 19

Chương 2: CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH

HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT

31

2.4.2 Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết 37

2.4.3 Ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt

2.5.2.2 Hiện tượng biến dạng phoi (hiện tượng co dãn phoi) 46 2.5.2 3 Những yếu tố ảnh hưởng đến hệ số biến dạng phoi 47

2.6.1.1 Các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt và

2.6.1.4 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 60 2.6.1.5 Ảnh hưởng của vật liệu gia công 60 2.6.1.6 Ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ 61 2.6.2 Các kết quả đã có được đối với máy CNC 61

DANH MỤC CÁC HÌNH

TRANG

Hình 1.1 Vùng tốc độ gia công cao tốc một số loại vật liệu 19

Hình 2.2 Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi của bề mặt chi tiết 32 Hình 2.3 Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết ma sát (tiếp xúc)

Hình 2.16 Ảnh hưởng của chiều rộng cắt đến nhiệt cắt 55 Hình 2.17 Ảnh hưởng của thông số hình học của dụng cụ cắt đến độ

Hình 3.9 Kết quả đo độ nhám bằng máy Mitutoyo SJ – 400 69 Hình 4.1 Mối quan hệ giữa độ chồng phủ và nhám bề mặt 76 Hình 4.2 Mối quan hệ giữa độ chồng phủ và nhám bề mặt 77 Hình 4.3 Mối quan hệ giữa độ chồng phủ và nhám bề mặt 79 Hình 4.4 Mối quan hệ giữa độ chồng phủ và nhám bề mặt 80

Hình 4.5 Mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và nhám bề mặt 82 Hình 4.6 Mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và nhám bề mặt 83 Hình 4.7 Mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và nhám bề mặt 84 Hình 4.8 Mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và nhám bề mặt 85 Hình 4.9 Mối quan hệ giữa tốc độ trục chính và nhám bề mặt 86 Hình 4.10 Mối quan hệ giữa tốc độ trục chính và nhám bề mặt 87 Hình 4.11 Mối quan hệ giữa tốc độ trục chính và nhám bề mặt 88 Hình 4.12 Mối quan hệ giữa tốc độ trục chính và nhám bề mặt 89 Hình 4.13 Mối quan hệ giữa bước tiến S và nhám bề mặt 91 Hình 4.14 Mối quan hệ giữa bước tiến S và nhám bề mặt 92 Hình 4.15 Mối quan hệ giữa bước tiến S và nhám bề mặt 94 Hình 4.16 Mối quan hệ giữa bước tiến S và nhám bề mặt 95 Hình 4.17 Mối quan hệ giữa góc sau và nhám bề mặt 97 Hình 4.18 Mối quan hệ giữa góc sau và nhám bề mặt 98 Hình 4.19 Mối quan hệ giữa góc sau và nhám bề mặt 99 Hình 4.20 Mối quan hệ giữa góc sau và nhám bề mặt 100 Hình 4.21 Mối quan hệ giữa góc nghiêng và nhám bề mặt 101 Hình 4.22 Mối quan hệ giữa góc nghiêng và nhám bề mặt 102 Hình 4.23 Mối quan hệ giữa góc nghiêng và nhám bề mặt 103 Hình 4.24 Mối quan hệ giữa góc nghiêng và nhám bề mặt 104

DANH MỤC CÁC BẢNG

TRANG Bảng 1 So sánh gia công cao tốc và gia công thường 20 Bảng 2 Các thông số kỹ thuật của máy gia công cao tốc 21 Bảng 3.1 Thông số cơ bản của máy phay CNC GSFD 3540 64

Bảng 4.1 Kết quả đo độ nhám khi độ chồng phủ thay đổi đo theo

phương vuông góc với chiều tiến dao

75

Bảng 4.2 Kết quả đo độ nhám khi độ chồng phủ thay đổi đo theo

phương song song với chiều tiến dao

76

Bảng 4.3 Kết quả đo độ nhám khi độ chồng phủ thay đổi đo theo

phương song song với chiều tiến dao

78

Bảng 4.4 Kết quả đo độ nhám khi chiều sâu cắt thay đổi đo theo

phương vuông góc với chiều tiến dao

79

Bảng 4.5 Kết quả đo độ nhám khi chiều sâu cắt thay đổi đo theo

phương vuông góc với chiều tiến dao

81

Bảng 4.6 Kết quả đo độ nhám khi chiều sâu cắt t thay đổi đo theo

phương song song với chiều tiến dao

82

Bảng 4.7 Kết quả đo độ nhám khi chiều sâu cắt thay đổi đo theo

phương song song với chiều tiến dao

83

Bảng 4.8 Kết quả đo độ nhám khi chiều sâu cắt thay đổi đo theo

phương vuông góc với chiều tiến dao

84

Bảng 4.9 Kết quả đo độ nhám khi tốc độ trục chính n thay đổi đo

theo phương vuông góc với chiều tiến dao

86

Bảng 4.10 Kết quả đo độ nhám khi tốc độ trục chính n thay đổi đo

theo phương song song với chiều tiến dao

87

Bảng 4.11 Kết quả đo độ nhám khi tốc độ trục chính n thay đổi đo

theo phương song song với chiều tiến dao

88

Bảng 4.12 Kết quả đo độ nhám khi tốc độ trục chính n thay đổi đo

theo phương vuông góc với chiều tiến dao

89

Bảng 4.13 Kết quả đo độ nhám khi bước tiến S thay đổi đo theo

phương đo theo phương vuông góc với chiều tiến dao

90

Bảng 4.14 Kết quả đo độ nhám khi bước tiến S thay đổi đo theo

phương song song với chiều tiến dao

91

Bảng 4.15 Kết quả đo độ nhám khi bước tiến S thay đổi đo theo

phương song song với chiều tiến dao

93

Bảng 4.16 Kết quả đo độ nhám khi bước tiến S thay đổi đo theo

phương vuông góc với chiều tiến dao

94

Bảng 4.17 Kết quả đo độ nhám khi góc sau  thay đổi đo theo

phương vuông góc với chiều tiến dao

96

Bảng 4.18 Kết quả đo độ nhám khi góc sau  thay đổi đo theo

phương song song với vết gia công

97

Bảng 4.19 Kết quả đo độ nhám khi góc sau  thay đổi đo theo

phương song song với chiều tiến dao

98

Bảng 4.20 Kết quả đo độ nhám khi góc sau  thay đổi đo theo

phương vuông góc với chiều tiến dao

99

Bảng 4.21 Kết quả đo độ nhám khi góc nghiêng  thay đổi đo theo 100

phương vuông góc với vết gia công

Bảng 4.22 Kết quả đo độ nhám khi góc nghiêng  thay đổi đo theo

phương song song với chiều tiến dao

101

Bảng 4.23 Kết quả đo độ nhám khi góc nghiêng  thay đổi đo theo

phương song song với chiều tiến dao

102

Bảng 4.24 Kết quả đo độ nhám khi góc nghiêng  thay đổi đo theo

phương vuông góc với chiều tiến dao

103

PHẦN MỞ ĐẦU

Đề tài luận văn: “Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ và dao

đến độ nhám bề mặt điện cực khi phay cao tốc bằng máy GSFD 3540”

1 Lý do chọn đề tài

- Hiện nay, ở Việt nam máy công cụ CNC đã được sử dụng rất nhiều ở các

cơ sở sản xuất Tuy nhiên các tài liệu về chế độ công nghệ gia công trên các máy còn thiếu, đặc biệt là gia công vật liệu dẻo Khi mua các máy đắt tiền này, các hãng bán thiết bị chỉ đưa ra hướng dẫn công nghệ ở dạng khái quát Còn chế độ cắt tối ưu

là bản quyền của riêng từng hãng, họ không bán nhằm giữ độc quyền riêng cạnh tranh Do vậy, nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ tới độ nhám khi gia công trên máy CNC là vấn đề thời sự và là đòi hỏi tất yếu khách quan của nền chế

tạo cơ khí hiện đại của nước ta

- Trong công nghệ chế tạo khuôn, điện cực đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo để đạt được độ chính xác và độ nhám bề mặt chi tiết gia công

- Thông số công nghệ là những thông số quan trọng của quá trình công nghệ

ảnh hưởng quyết định đến độ chính xác gia công Nó là yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất và trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của quá trình công nghệ: độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt gia công, cơ tính bề mặt sau gia công, độ mòn dao, mức độ tiêu hao năng lượng, tính an toàn của quá trình

- Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật thì độ chính xác gia công ngày càng được cải thiện hơn Thách thức của ngành công nghiệp hiện đại là tập trung chủ yếu vào việc đạt được chất lượng cao, không chỉ trong việc đạt đến độ chính xác gia công mà là tăng tốc độ sản xuất, tăng hiệu suất của sản phẩm, tiết kiệm chi phí giảm những tác động đến môi trường Một trong những phương pháp

đã và đang nghiên cứu ứng dụng ở các nước phát triển đó là phương pháp gia công cao tốc (High Speed Machining-HSM) là một trong những công nghệ gia công hiện đại hiện nay Trong đó phay cao tốc trên máy công cụ CNC đang được ứng dụng rất

nhiều tại các nhà máy của nước ta Các ứng dụng chủ yếu thúc đẩy công nghệ theo hướng phay cao tốc là gia công chủ yếu trong các lĩnh vực công nghiệp chính như sau:

+ Công nghiệp gia công nhôm: để sản xuất ra các bộ phận của ô tô, các chi tiết máy tính nhỏ và các thiết bị y tế

+ Công nghiệp hàng không: để gia công các chi tiết làm bằng nhôm với thành mỏng

+ Công nghiệp khuôn mẫu: Để gia công tinh với độ chính xác các chi tiết làm bằng vật liệu dẻo là điện cực hoặc vật liệu cứng như khuôn dập, khuôn rèn, khuôn nhựa

Tại Việt Nam công nghệ này vẫn chưa được ứng dụng phổ biến, nhằm tìm hiểu và nghiên cứu phương pháp gia công mới này Trong nội dung luận văn cao

học tác giả chọn đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ và dao đến độ nhám bề mặt điện cực khi phay cao tốc bằng máy GSFD 3540”

2 Đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số công nghệ khi phay cao tốc trên máy phay khắc CNC thực hiện với vật liệu dẻo là đồng đỏ M1

Nghiên cứu tổng quan các tài liệu, lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

2.2 Mục đích nghiên cứu

Xác định được sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ (độ chồng phủ, bước tiến, chiều sâu cắt, tốc độ trục chính, góc độ của dao) của quá trình phay cao tốc trên máy CNC đến độ chính xác gia công với vật liệu dẻo (đồng đỏ M1), từ cơ

sở đó xác định chế độ cắt hợp lý cho nguyên công phay trên máy phay khắc CNC Ngoài ra việc nghiên cứu đề tài còn dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập

2.3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về phay cao tốc, ảnh

hưởng của các yếu tố đến độ nhám bề mặt chi tiết khi phay cao tốc, ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi phay cao tốc đến chất lượng bề mặt gia công

Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ: độ chồng phủ, bước tiến, chiều sâu cắt, tốc độ trục chính, góc độ của dao đến

độ nhám bề mặt chi tiết gia công

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:

- Phân tích tổng quan về phay cao tốc

- Xây dựng mô hình thực nghiệm khi phay cao tốc

- Thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm

- Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm

3 Ý nghĩa của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết khi phay cao tốc trên máy phay CNC đối với các vật liệu khác nhau đã được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm nghiên cứu và ứng dụng Nhưng ở Việt Nam, thì vật liệu có tính dẻo như đồng đỏ thì mới bắt đầu được nghiên cứu, do đó đề tài

có ý nghĩa khoa học và phù hợp với hướng nghiên cứu của khoa học và công nghệ

về gia công vật liệu

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi phay cao tốc trên máy phay khắc CNC với vật liệu dẻo sẽ góp phần đẩy mạnh ứng dụng công

nghệ phay cao tốc vào quá trình gia công cơ khí ở Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình chế tạo sản phẩm

Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng khi phay cao tốc các chi tiết máy có độ chính xác cao làm bằng đồng đỏ M1 và có thể thay thế một số nguyên công gia công tinh khác Từ đó hỗ trợ các ngành công nghiệp khác phát triển, thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước

Từ những cơ sở đó luận văn được tác giả chia làm năm chương:

Chương I Công nghệ phay các chi tiết máy trên máy phay cao tốc

Chương II Chất lượng bề mặt và các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt

Chương III Mô hình thực nghiệm và tiến hành thực nghiệm

Chương IV Kết quả thực nghiệm và đánh giá

Chương V Kết luận

Trong quá trình thực hiện luận văn có thể sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong được có những ý kiến đóng góp, phê bình của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện hơn

Hà nội, ngày tháng 4 năm 2012

Tác giả

CHƯƠNG1: CÔNG NGHỆ PHAY CÁC CHI TIẾT MÁY

TRÊN MÁY PHAY CAO TỐC 1.1 Tổng quan gia công cao tốc

1.1.1 Định nghĩa về gia công cao tốc

So với phương pháp cắt gọt truyền thống thì gia công cao tốc có khả năng nâng cao năng suất, độ chính xác và chất lượng chi tiết gia công và cũng có thể giảm chi phí sản xuất và thời gian gia công Ngoài thuật ngữ (High Speed Machining-HSM) nói trên còn có các thuật ngữ sau cũng ám chỉ gia công cao tốc: High-Velocity Machining, High Performance Machining, High Efficiency Machining, High Agile Machining và High Productivity Machining Theo cách hiểu thông thường thì gia công cao tốc (High Speed Machining-HSM) gia công với tốc

độ trục chính rất cao nhưng tốc độ chạy dao thấp còn High Efficiency Machining thì

có tốc độ chạy dao cao nhưng tốc độ cắt trung bình

Gia công với tốc độ cắt cao

Gia công với tốc độ quay của trục chính cao

Gia công với lượng ăn dao cao

Gia công với tốc độ cắt cao và lượng ăn dao cao

Gia công với năng suất cao

Thực tế thì gia công cao tốc không đơn giản là cắt với tốc độ cao Nó phải được xem như là một quá trình gia công mà ở đó các bước gia công được thực hiện bằng những phương pháp và thiết bị gia công rất cụ thể

Gia công cao tốc thường được sử dụng khi gia công tinh thép đã tôi với việc

sử dụng cả hai yếu tố là tốc độ cao và lượng ăn dao cao Tùy theo loại vật liệu mà dải (vùng) tốc độ gia công cao tốc khác nhau (hình 1)

Hình 1.1 Vùng tốc độ gia công cao tốc một số loại vật liệu

Về cơ bản, gia công cao tốc là một sự kết hợp của tốc độ trục chính của máy cao (high spindle speed), lượng ăn dao lớn (high feed), hệ điều khiển CNC cao cấp

và hơn thế nữa Tốc độ trục chính khoảng 8000 vg/ph có thể là điểm khởi đầu cho gia công cao tốc Trong thực tế, tốc độ cao nhất cho gia công cao tốc trên các máy công cụ ngày càng tăng, lên đến 40.000 vg/ph và hơn thế nữa Bước tiến S trung bình ít nhất là 10 m/s trong khi tốc độ di chuyển nhanh lên đến 40 m/ph và cao hơn, công suất động cơ trục chính ít nhất là 15 kW

1.1.2 Yêu cầu về thiết bị cho gia công cao tốc

Gia công cao tốc đã được áp dụng trên các trung tâm gia công truyền thống với tùy chọn tốc độ trục chính cao Hiện nay gia công cao tốc (High Speed Machining- HSM) được xem là một trong những lĩnh vực chính của ngành chế tạo máy Thực ra gia công cao tốc không mới, nó đã được thực hiên cách đây hơn 30 năm Gần đây, với sự phát triển vượt bậc của ngành chế tạo máy hiện nay với những công nghệ liên quan như máy tính, dao cắt, máy công cụ, bộ điều khiển CNC, hệ thống CAM, thì gia công cao tốc ngày càng được quan tâm hơn Các ứng dụng chủ

yếu thúc đẩy công nghệ theo hướng gia công cao tốc là: chế tạo khuôn mẫu, chế tạo các chi tiết ngành ô tô và gia công các chi tiết ngành hàng không

Rất khó để nêu lên một định nghĩa chung về gia công cao tốc Tốc độ gia công thì rất cụ thể cho từng ứng dụng Ví dụ khi tốc độ gia công cao tốc khi gia công thép vào khoảng 550m/ph nhưng giá trị này vẫn chưa phải là giá trị tốc độ gia công cao tốc khi gia công gang Nói chung, để định nghĩa gia công cao tốc dựa vào các yếu tố sau: tốc độ cắt cao, tốc độ quay của trục chính cao, lượng ăn dao cao, tốc độ cắt cao

và lượng ăn dao cao và năng suất cao Tốt nhất là nói rằng gia công cao tốc có nghĩa

là cắt gọt vật liệu nhanh hơn bình thường cho những công đoạn cụ thể

Nói chung, để thực hiện được gia công cao tốc thì máy cũng có những yêu cầu đặc biệt Sau đây là một số yêu cầu cụ thể:

 Động cơ dẫn động trục chính

Công suất của động cơ trục chính phải đủ lớn vì cần có một lượng công suất đáng

kể để quay trục chính ở tốc độ cao

 Trục chính và ổ đỡ trục chính

Độ cứng vững tĩnh và động của trục chính phải cao

Trục chính phải có độ cứng vững và độ ổn định nhiệt cao Các ổ đỡ phải có tần số quay vòng cao Kích thước ổ, kiểu ổ, số ổ, tải, kiểu bôi trơn ổ và vật liệu làm ổ yêu cầu phải được kiểm tra gắt gao cho máy công cụ gia công cao tốc Kiểu ổ đỡ lai hoặc hoàn toàn bằng ceramic cũng có thể cần thiết cho gia công cao tốc

Bảng 1 So sánh gia công cao tốc và gia công thường

Khả năng tăng tốc và giảm tốc nhanh rất quan trọng cho việc nâng cao năng suất Một máy công cụ với tốc độ tăng tốc/ giảm tốc cao có thể duy trì vùng tốc độ chạy dao không đổi trên hầu hết hành trình cắt Gia công cao tốc yêu cầu các động cơ dẫn động các trục có công suất cao

 Bộ điều khiển CNC có khả năng đáp ứng được cho gia công cao tốc

Bộ điều khiển CNC phải có khả năng xử lý đủ nhanh Xu hướng phát triển các bộ điều khiển CNC là chúng phải giảm được thời gian xử lý các khối lệnh và tăng khả năng “look ahead”, có khả năng nội suy cung tròn thông qua đường cong NURBS

Bảng 2 Các thông số kỹ thuật của máy gia công cao tốc

Thông số kỹ thuật Mikron HSM

700

Mazak 25N

FJV-Deckel DMC V65

Hệ thống máy phải chắc chắn và độ cứng vững cao Khung máy và các hệ thống hỗ trợ như hệ thống che băng máy, hệ thống nước làm mát, hệ thống kẹp chặt,… phải có độ cững vững cao để chịu được ứng suất sinh ra khi gia công cao tốc Thiết bị che chắn máy và các cửa sổ phải được làm bền nhằm đảm bảo an toàn

khi có sự cố về dao Vấn đề an toàn phải được đặt lên hàng đầu khi gia công cao tốc

 Trục chính và thiết bị kẹp chặt dao có đồng tâm cao và cân bằng tốt

Khi số vòng quay tăng thì lực li tâm sẽ tăng bình phương với vận tốc quay Sự mất cân bằng trong hệ thống cũng như sự không đồng tâm sẽ làm gia tăng lực li tâm, gây rung động máy Do đó hệ thống gá dao và dao kẹp chặt dao, trục chính phải có

độ đồng tâm cao và cân bằng tốt trong gia công cao tốc

 Hệ thống cấp dung dịch trơn nguội

Gia công cao tốc yêu cầu phải có hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội áp suất cao để có thể làm mát dao một cách hiệu quả ở tốc độ quay cao, ở xung quanh dao cắt xuất hiện vùng gió xoáy nên phương pháp làm nguội truyền thống không thể làm nguội hiệu quả Việc thay dao nhanh yêu cầu dung dịch trơn nguội phải sạch hơn so với thông thường nên hệ thống cấp dung dịch trơn nguội phải có khả năng lọc tốt Trong nhiều trường hợp người ta thích sử dụng gia công cao tốc khô để loại trừ các rắc rối do hệ thông cấp dung dịch trơn nguội không đạt yêu cầu

Nhu cầu về gia công cao tốc rất rộng lớn và đa dạng do đó hiện nay có nhiều kiểu máy khác nhau cho công nghệ này

Tóm lại để thực hiện được gia công cao tốc thì hệ thống dao và máy cũng có những yêu cầu đặc biệt, cụ thể như sau:

Sử dụng ổ đỡ có tần số quay vòng cao cho trục chính

Công suất động cơ trục chính cao

Trục chính phải có độ cứng vững và độ ổn định nhiệt cao

Truyền động chạy dao động

Điều khiển động truyền động

Cấu trúc máy có độ cứng vững cao

Hệ thống làm lạnh áp suất cao

Thiết bị kẹp chặt dao đạt độ đồng tâm cao và cân bằng tốt

Dao được làm bằng vật liệu có tính chống mòn cao

Bộ điều khiển CNC có khả năng đáp ứng được cho gia công cao tốc như có khả năng nội suy cung tròn thông qua đường cong NURBS, có chức năng “look ahead”, …

1.1.3 Ưu điểm của gia công cao tốc

So với gia công truyền thống thì gia công cao tốc có những ưu điểm nổi bật

Nó có thể làm giảm thời gian gia công đến 90% và giảm đến 50% chi phí gia công, tùy trường hợp

Hiệu quả kinh tế của máy gia công cao tốc CNC thể hiện qua các khía cạnh sau:

- Khi chi tiết có độ phức tạp cao, lựa chọn phương pháp gia công phù hợp nhất là gia công trên máy gia công cao tốc CNC Bởi vì gia công trên máy gia công cao tốc CNC rút ngắn thời gian gia công, đạt độ chính xác yêu cầu và giá thành rẻ hơn so với khi gia công trên máy công cụ vạn năng và máy tự động cứng

- Khả năng thay đổi dạng sản phẩm chế tạo nhanh và chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển mà không cần thay đổi cấu trúc máy hoặc thêm đồ gá chuyên dùng Máy điều khiển số đáp ứng được tính linh hoạt của sản xuất

- Chi phí cho sản xuất dụng cụ cắt cho máy gia công cao tốc CNC nhỏ hơn so với dạng máy khác vì máy gia công cao tốc CNC được trang bị tính năng đánh giá lượng mòn dụng cụ và tự động điều chỉnh máy để bù lượng mòn

- Máy gia công cao tốc CNC có tính năng tự động kiểm tra chất lượng ngay trong quá trình gia công mà các máy thông thường không có khả năng này Do vậy giảm đáng kể tổn phí cho kiểm tra chất lượng chi tiết gia công

- Thời gian gia công chi tiết trên máy gia công cao tốc CNC nhỏ hơn so với máy vạn năng do tập trung nguyên công cao

- Máy gia công cao tốc CNC không cần dùng các đồ gá chuyên dùng để gá kẹp phôi

Một số ưu điểm khác của gia công cao tốc như sau:

Tốc độ bóc vật liệu cao

Chất lượng bề mặt gia công tốt

Độ chính xác hình dáng cao

Có khả năng gia công được các gân mỏng

Giảm việc tạo bavia

Không gây hư hại bề mặt gia công

1.2 Tổng quan về các nghiên cứu

Hiện nay gia công cao tốc đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, doanh nghiệp Các máy CNC đã được các nhà máy khai thác Tuy nhiên việc sử dụng và khai thác chúng như thế nào để đạt được hiệu quả kinh tế cao vẫn còn là một vấn đề cần nghiên cứu Vì việc sử dụng các máy công cụ CNC đắt tiền như vậy chỉ mang lại hiệu quả cao khi máy làm việc với chế độ công nghệ hợp lý Nếu không thì sẽ gây ra lãng phí và hiệu quả thấp Do vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt đã được nghiên cứu nhiều ở các nước phát triển như Đức, Mỹ, Nhật, Pháp, Thuỵ Sĩ Nhưng khi mua các thiết bị gia công đắt tiền của các nước này, các hãng bán thiết bị chỉ đưa ra hướng dẫn công nghệ ở dạng khái quát Còn chế độ cắt tối ưu là bản quyền của riêng từng hãng, họ không bán nhằm giữ độc quyền riêng cạnh tranh Do vậy, nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ bóng khi gia công trên máy CNC là vấn đề thời sự và là đòi hỏi tất yếu khách quan của nền chế tạo cơ khí hiện đại của nước ta

Ví dụ thí nghiêm nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt của tác giả Chang-Xue(Jack)Feng

Tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của 5 thông số chính (vật liệu, lượng chạy dao, góc trước,chiều sâu cắt, tốc độ cắt) và tác động của từng cặp thông số lên độ nhám của chi tiết gia công Thí nghiệm được tiến hành trên máy tiện CNC YAM CK-1, và kết qủa được đo trên máy kiểm tra độ bóng SJ-301 của hãng Mitutoyo.

Các kết luận đã được đưa ra:

- Trong những ảnh hưởng chính thì ảnh hưởng của góc trước của dụng cụ cắt cũng đáng kể bên cạnh ảnh hưởng của lượng chạy dao, bán kính mũi dao, vật liệu phôi, và tốc độ cắt Ảnh hưởng của chiều sâu cắt là không đáng kể

- Để tạo ra bề mặt có độ bóng cao thì nên chọn các thông số công nghệ : vật liệu có độ cứng thấp hơn, lượng chạy dao nhỏ, góc trước dụng cụ cắt lớn hơn, và tốc

độ cắt cao hơn

- Thí nghiệm cũng cho thấy rằng: Khi góc dụng cụ cắt lớn và độ cứng vật liệu nhỏ hơn thì sẽ cho bề mặt nhẵn bóng hơn Với vật liệu mềm khi gia công với chiều sâu cắt lớn cũng có thể tạo ra bề mặt có độ nhẵn bóng cao Khi cắt ở tốc độ cắt cao thì góc trước dụng cụ cắt nhỏ hơn sẽ cho độ bóng thấp hơn là khi sử dụng góc trước lớn hơn

Bên cạnh những kết luận đưa ra, nghiên cứu của tác giả cũng đã đưa ra một cách đặt vấn đề mang tính hệ thống cho việc thiết kế và phân tích thí nghiệm giúp giảm chi phí, thời gian, và khối lượng tiến hành thí nghiệm

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến R a khi gia công trên máy CNC cũng đã và đang được nghiên cứu ở nước ta Luận án tiến sỹ kỹ thuật “Mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy CNC” của tác giả Hoàng Việt

Hồng” Trong luận án của mình tác giả đã nghiên cứu, thiết lập mô hình các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay để xây dựng miền giới hạn của bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay, tìm tín hiệu phù hợp phục vụ cho điều khiển thích nghi trong quá trình phay, đảm bảo hệ thống làm việc an toàn, tăng năng suất gia công, tận dụng hết khả năng cắt của dụng cụ, nâng cao độ chính xác nguyên công và góp phần thực hiện tự động hóa quá trình sản xuất, dẫn tới chi phí sản xuất thấp

Mô hình nghiên cứu:

Mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy CNC trong điều kiện:

- Máy phay CNC (DMU - 60T của hãng DECKEL MAHO - CHLB Đức)

- Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt tiêu chuẩn (mảnh hợp kim APMT103508 PDER phủ ACZ350 của hãng SUMITOMO - Nhật Bản)

- Vật liệu gia công là thép C55, thép làm khuôn

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng ở đây là nghiên cứu kết hợp giữa suy diễn lý thuyết và thực nghiệm Nghiên cứu bằng thực nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, xây dựng hệ thống thí nghiệm ổn định có sử dụng các thiết bị đo hiện đại kết nối với hệ thống máy tính để có thể tự động hóa quá trình thu thập và lưu trữ dữ liệu

Kết quả đạt được:

Trong luận án của mình tác giả đã đề cập một cách đầy đủ các thông số đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt, và thực hiện khảo sát chi tiết sự biến thiên của các đại lượng này bằng cách tìm mối quan hệ giữa các đại lượng này với chế độ cắt và thời gian Ở đây chúng ta chỉ xem xét kết quả đã đạt được của đề tài

về ảnh hưởng của chế độ cắt lên độ bóng trong quá trình gia công

0933 0 3407 0 8971 08

463 , V , S , B ,

1272 0 3195 0 9983 03

3392 , V , S , B ,

Các kết quả đã đạt được cho phép ta xác định được chất lượng bề mặt chi tiết gia công trong điều kiện gia công cụ thể Với yêu cầu đảm bảo chiều cao nhấp nhô

tế vi bề mặt cho trước của chi tiết thì mô hình độ nhám đã trở thành các ràng buộc

về chất lượng của quá trình gia công

Trên thế giới việc nghiên cứu ứng dụng gia công cao tốc nói chung đã có từ

30 năm nay các thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực này như:

a, Phay cao tốc với vật liệu cần gia công Ti-6Al-4V sử dụng dụng cụ cắt Carbide Coated

- Bài báo cáo này được đăng trên tạp chí nghiên cứu khoa học châu âu -

Do các tác giả :

+ Nagi Elmagrabi – Khoa Cơ khí và Vật liệu

- Đại học Quốc gia Malaysia

+ Che Hassan C.H – Khoa Cơ khí và Vật liệu

- Đại học Quốc gia Malaysia

+ Jaharah A.G – Khoa Cơ khí và Vật liệu

- Đại học Quốc gia Malaysia

+ F.M Shuaeib - Đại học Garyounis Benghazi, Libya

Nội dung của bài báo cáo:

Thực hiện phay cao tốc trên vật liệu Titan (Ti-6Al-4V) sử dụng dụng

cụ cắt Carbide Coated Quá trình thí nghiệm được thực hiện với các tốc độ cắt khác nhau:

Lượng ăn dao lần lượt là: 1; 1,5; 2; với tốc độ cắt tương ứng là 50, 80, 105 m/phút vận tốc tương ứng là 0,1; 0,15; 2 mm/răng

Trong quá trình gia công không dùng chất tưới nguội

Kết quả đạt được:

Tìm được tốc độ cắt phù hợp với vật liệu Titan với điều kiện gia công không

sử dụng chất tưới nguội Phương pháp gia công không chất tưới nguội là một phương pháp gia công ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ khi gia công vật liệu Titan và Niken

b, Phay cao tốc với vật liệu là hợp kim nhẹ

Bài báo cáo đăng trên Tạp chí các thành tựu trong Vật liệu, Kỹ thuật và Sản xuất

Của tác giả :

F Cus a co-operating Cùng với U Zuperl a,*, V Gecevska b

Khoa cơ khí trường Đại học Maribor Slovenia

Nội dung của bài báo cáo

Mục đích của bài này được tác giả giới thiệu những ứng dụng của gia công cao tốc đối với kim nhẹ Cho thấy gia công cao tốc là kết quả của sự tiến bộ khoa học kỹ thuật Nó là công nghệ phay hiện đại hơn hẳn các dạng phay thường và đạt được các hiểu quả quan trọng trong cắt gọt Những lợi thế của gia công cao tốc trong gia công vật liệu nhẹ đã đạt được những năng suất cao hơn các dạng gia công khác: tiết kiệm được thời gian gia công, kéo dài tuổi thọ của dụng cụ…

Kết quả và ý nghĩa: Bề mặt gia công cao tốc đối với vật liệu nhẹ có chất

lượng cao, chất lương khi gia công cao tốc ở một số vị trí có thể sánh với mài Phay cao tốc với kim loại nhẹ Al và Magiê là hai loại vật liệu được ứng dụng rất nhiều trong thực tế có đến 95% được ứng dụng trong máy bay và công nghệ ôtô Kết quả đạt được chất lượng bề mặt cao và thời gian gia công ngắn

1.3 Kết luận

Qua nghiên cứu tổng quan về quá trình gia công cao tốc, tìm hiểu các công trình nghiên cứu trong nước và trên thế giới Kết hợp với việc nghiên cứu sự ảnh hưởng các thông số công nghệ khi gia công cao tốc đến độ chính xác gia công, ta thấy:

- Gia công cao tốc đã và sẽ có một vị trí quan trọng trong ngành cơ khí chính xác do khả năng gia công tốc độ cao những vật liệu có độ cứng, độ bền và độ dẻo cao cho

độ chính xác và độ bóng bề mặt cao

- Gia công cao tốc thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối vì vậy chất lượng bề mặt chi tiết gia công có ảnh hưởng quan trọng đến khả năng làm việc

sau này của chi tiết máy Chất lượng bề mặt thường được chọn làm chỉ tiêu để tối

ưu hóa quá trình gia công tinh

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình gia công phay cao tốc tới độ nhám bề mặt là cơ sở để tìm ra các biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công phay cao tốc

- Việc nâng cao chất lượng chi tiết khi gia công phay và tiện cao tốc sẽ dẫn đến một

hệ quả là các máy móc, thiết bị gia công cao tốc đó sẽ đạt độ chính xác cao hơn, quá trình hoạt động tốt hơn

Công nghiệp phát triển và yêu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng cao Do

đó, việc nghiên cứu làm sao để sản phẩm làm ra đạt chất lượng tốt nhất, hiệu quả kinh tế cao nhất là một việc làm không thể thiếu Một trong số những nghiên cứu quan trọng đó chính là xem xét sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi gia công trên máy cao tốc đến chất lượng bề mặt chi tiết Với kết quả của nghiên cứu này sẽ là cơ sở cho quá trình tối ưu hóa các thông số công nghệ khi gia công trên máy phay cao tốc CNC

Đối với phay trên máy CNC: Gia công cao tốc thường được sử dụng ở dạng trục chính quay với tốc độ cao  12000 ÷ 40000 vòng/ phút và hiện nay đến 80000 ÷

- Bán kính dao và các thông số góc dao

Đây là các thông số có thể điều chỉnh trực tiếp khi gia công trên máy phay khắc CNC GSFD 3540

CHƯƠNG 2: CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT 2.1 Chất lượng bề mặt chi tiết – Nhám bề mặt

Bề mặt sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà có những mấp mô (hình 2.1) Những mấp mô này là do quá trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết khi gia công cắt gọt, và là vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt gia công, là ảnh hưởng của rung động khi cắt và nhiều nguyên nhân khác.

Tuy nhiên không phải toàn bộ nhấp nhô trên đều thuộc về nhám Để làm rõ vấn đề này ta xét một phần của bề mặt đã được khuếch đại (Hình - 2.1) trên đó có những loại nhấp nhô sau:

- Nhấp nhô có độ cao h1 thuộc về độ không phẳng của bề mặt

- Nhấp nhô có độ cao h2 thuộc về độ sóng bề mặt

- Nhấp nhô có độ cao h3 thuộc về độ nhám bề mặt

hám (độ nhấp nhô tế vi) Độ nhấp nhô tế vi của bề mặt gia công đƣợc đo bằng chiều cao (R z) và sai lệch profin trung bình cộng (R a) của lớp bề mặt

Chiều cao nhấp nhô (R z) là trị số trung bình của 5 khoảng cách từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhất của nhấp nhô bề mặt tế vi tính trong phạm vi chiều dài chuẩn L

7 6

5 4

3 2

1

10 8 6 4 2 9

7 5 3 1

) (

) (

) (

) (

) (

) (

) (

h h h

h h

h h

h h

h

h h h h h h

h h h h

Theo tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam thì độ nhám bề mặt được chia làm 14 cấp ứng với các giá trị R a, R z Độ nhám bề mặt cao nhất ứng với cấp 14 (R a ≤ 0,01 μm; R z ≤ 0,05 μm) Trên bản vẽ chi tiết máy, yêu cầu về độ nhám bề mặt được cho theo giá trị của R a hoặc R z Trị số R a cho khi yêu cầu độ nhám bề mặt cần đạt từ cấp 6 đến cấp 12 (R a = 2,5 ÷ 0.04 μm) Trị số R z được ghi trên bản vẽ nếu yêu cầu độ nhẵn bề mặt cần đạt trong phạm vi từ cấp 1 đến cấp 5 là (R z = 320 ÷ 20 μm), hoặc từ cấp 13 đến cấp 14 là (R z = 0,08 ÷ 0.05 μm) Trong thực tế sản xuất nhiều khi người ta đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết máy theo các mức độ: thô, bán tinh, tinh và siêu tinh

2.3 Mối liên hệ giữa độ nhám và độ chính xác kích thước

Độ nhám có liên quan với dung sai kích thước và dung sai hình dạng bề mặt Khi dung sai kích thước và dung sai hình dạng nhỏ thì yêu cầu về nhám bề mặt phải chặt chẽ Song có thể quy định các yêu cầu nhám bề mặt chặt chẽ trong khi độ chính xác

về kích thước và hình dạng thấp Nhám bề mặt có thể gây ra sai số phụ về kích thước và hình dạng trong quá trình lắp ghép và sử dụng sản phẩm do các mấp mô tế

vi bị san phẳng trong quá trình lắp ghép hoặc chịu tải, hoặc bị mòn nhanh chóng trong chuyển động tương đối giữa các bề mặt đối tiếp Do đó đối với mỗi dung sai kích thước và hình dạng của bề mặt cần quy định các yêu cầu tối thiểu về nhám Quan hệ giữa dung sai kích thước và hình dạng và chiều cao nhám R a, hoặcR z có thể quy định như sau:

Khi dung sai hình dạng bằng 60% dung sai kích thước T:

2.4 Ảnh hưởng của độ nhám tới khả năng làm việc của chi tiết máy

Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng nhiều đến khả năng làm việc của chi tiết máy, đến mối lắp ghép của chúng trong kết cấu tổng thể của máy Ở đây ta chỉ khảo sát một số ảnh hưởng cơ bản của độ nhám bề mặt đối với khả năng làm việc của chi tiết máy (tính chống mòn, độ bền mỏi, tính chống ăn mòn hóa học, độ chính xác của các mối lắp ghép)

cả giới hạn bền của vật liệu áp suất đó làm cho các điểm tiếp xúc bị nén đàn hồi và làm biến dạng dẻo các nhấp nhô, đó là biến dạng tiếp xúc Biến dạng tiếp xúc có thể tính theo công thức thực nghiệm như sau:

mòn trở nên bình thường và chậm Đó là giai đoạn mòn bình thường Cuối cùng là giai đoạn mòn kịch liệt, khi đó bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, nghĩa là cấu trúc bề mặt chi tiết bị phá hỏng Như vậy,quá trình mài mòn của một cặp chi tiết máy xét trên

cơ sở ma sát ở bề mặt tiếp xúc, thường trải qua ba giai đoạn: mòn ban đầu, mòn bình thường, mòn kịch liệt

Ở hình 2.3 biểu thị mối quan hệ giữa lượng mòn và thời gian sử dụng của một cặp chi tiết ma sát với nhau tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu Độ nhám bề mặt ban đầu phụ thuộc phương pháp gia công Các đường đặc trưng a, b,c ứng với ba độ nhám ban đầu khác nhau của các bề mặt tiếp xúc ở đây giai đoạn mòn ban đầu là khoảng thời gian từ 0 đến t1; từ 0 đến t2; từ 0 đến t3 Giai đoạn mòn bình thường của cặp chi tiết, tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu, ứng với khoảng thời gian từ t1

đến T1, t2 đến T2, t3 đến T3 Giai đoạn mòn kịch liệt của cặp chi tiết ứng với khoảng thời gian từ T1, T2, T3 trở đi ở đường đặc trưng c, cặp chi tiết có độ nhẵn bóng bề mặt ban đầu kém nhất nên giai đoạn mòn ban đầu xảy ra nhanh nhất, nghĩa

là xét về thời gian thì t3 < t2< t1, như vậy cường độ mòn của cặp chi tiết này là lớn nhất ở giai đoạn mòn ban đầu Tuổi thọ của cặp chi tiết có độ nhẵn bóng bề mặt kém nhất ứng với giai đoạn mòn bình thường cũng ngắn nhất, nghĩa là T3 < T2 < T1 Như vậy khi chế tạo chi tiết máy, nếu giảm hoặc tăng chiều cao nhấp nhô tế vi tới trị số tối ưu, ứng với điều kiện làm việc của chi tiết, thì sẽ đạt được lượng mòn ban đầu ít nhất, qua đó kéo dài tuổi thọ của chi tiết

Ở hình 2.4 ta có quan hệ giữa độ mòn ban đầu (u) và trị số sai lệch profin trung bình cộng R a, tùy theo điều kiện làm việc nặng nhẹ Lượng mòn ban đầu ít nhất ứng với giá trị của R a tại các điểm R 1, R 2; đó là giá trị tối ưu của R a Nếu giá trị của R a nhỏ hơn trị số tối ưu R 1, R 2 thì sẽ bị mòn kịch liệt vì các phần tử kim loại dễ khuếch tán Ngược lại, giá trị của R a lớn hơn trị số tối ưu R 1, R 2 thì lượng mòn sẽ tăng lên vì các nhấp nhô bề mặt bị phá vỡ và cắt đứt

3

2 1

t t t3

1

0

a b

c

Hình 2.3 Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết ma sát (tiếp xúc) với nhau

Tóm lại khi thiết kế hai bề mặt ma sát với nhau phải chọn độ nhám bề mặt tối ƣu

để giảm độ mòn của chúng đến mức nhỏ nhất, tùy theo điều kiện làm việc cụ thể

1 2

2.4.2 Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết

Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất là khi chi tiết máy chịu tải trọng chu kì đổi dấu, vì ở đáy các nhấp nhô tế vi có ứng suất tập trung với trị số lớn, có khi trị số này vượt quá giới hạn mỏi của vật liệu ứng suất tập trung này sẽ gây ra các vết nứt tế vi ở các đáy nhấp nhô, đó là nguồn gốc phá hỏng chi tiết máy

Mặt khác, độ bền của chi tiết máy cũng sẽ tăng khi chi tiết chịu tải trọng va đập, nếu độ nhám bề mặt thấp Đối với thép CT5 nếu giảm độ nhám bề mặt R z = 100

m xuống R z = 0,1m thì độ bền chịu va đập có thể tăng 17%

2.4.3 Ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết

NhÊp nh« cò NhÊp nh« míi

Hình 2.5 Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết máy

Các chỗ lõm bề mặt do độ nhấp nhô tế vi tạo ra là nơi chứa các tạp chất như axit, muối, v v Các tạp chất này có tác dụng ăn mòn hóa học với lớp kim loại Quá trình

ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết làm các nhấp nhô mới hình thành Quá trình

ăn mòn hóa học này ở lớp bề mặt xảy ra dọc theo sườn dốc của các nhấp nhô tế vi, theo chiều từ đỉnh xuống đáy (mũi tên trên hình 2.5) các nhấp nhô, làm cho các nhấp nhô cũ bị mất đi và các nhấp nhô mới hình thành

Như vậy bề mặt chi tiết máy càng ít nhám (càng nhẵn bóng) thì càng ít bị ăn mòn hóa học, bán kính đáy các nhấp nhô càng lớn thì khả năng chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt càng cao Có thể chống ăn mòn hóa học bằng cách phủ lên bề mặt chi tiết máy một lớp bảo vệ bằng phương pháp mạ (mạ Crôm, mạ Niken) hoặc bằng phương pháp cơ khí làm chắc lớp bề mặt

2.4.4 Ảnh hưởng đến độ chính xác mối lắp ghép

Độ chính xác mối lắp ghép trong kết cấu cơ khí phụ thuộc chất lượng các bề mặt lắp ghép Độ bền các mối lắp ghép, trong đó có độ ổn định của chế độ lắp ghép giữa các chi tiết, phụ thuộc vào độ nhám của các bề mặt lắp ghép ở đây, chiều cao nhấp nhô tế vi R z tham gia vào trường dung sai chế tạo chi tiết máy: đối với lỗ thì dung sai của kích thước đường kính sẽ giảm một lượng là 2R z, còn đối với trục thì lại tăng thêm 2R z

Trong giai đoạn mòn ban đầu (giai đoạn chạy rà) chiều cao nhấp nhô tế vi R z, đối với mối lắp ghép lỏng, có thể giảm đi 65  75% làm khe hở lắp ghép tăng lên và

độ chính xác lắp ghép giảm đi Như vậy, đối với các mối lắp ghép lỏng, để đảm bảo

độ ổn định của mối lắp ghép trong thời gian sử dụng, trước hết phải giảm độ nhấp nhô tế vi (giảm độ nhám, tăng độ bóng bề mặt), thông qua cách giảm trị số chiều cao nhấp nhô R z Giá trị hợp lý của chiều cao nhấp nhô R z được xác định theo độ chính xác của mối lắp, tùy theo trị số dung sai kích thước lắp ghép

Độ bền của mối lắp ghép (mối lắp ghép có độ đôi) có quan hệ trực tiếp với độ nhám bề mặt lắp ghép Chiều cao nhấp nhô tế vi R z tăng thì độ bền của mối lắp ghép có độ dôi giảm

2.4.5 Lựa chọn độ nhám bề mặt

Lựa chọn các thông số để đánh giá nhám bề mặt cần xuất phát từ công dụng và tính chất làm việc của các bề mặt Các thông số về chiều cao nhám R z,R a được sử dụng phổ biến nhất Thông số R a dùng để đánh giá nhám bề mặt cho những chuẩn

mẫu so sánh bề mặt Thông số này có thể xác định dễ dàng trên máy đo prôfin và được áp dụng phổ biến trong các tài liệu kỹ thuật của các nước trên thế giới

Thông số R z được dùng trong trường hợp do yêu cầu làm việc cần khống chế chiều cao toàn bộ của nhám bề mặt hoặc cho các bề mặt nhám xốp cũng như khi không thể kiểm tra được thông số R a trực tiếp bằng máy đo prôfin hoặc so với mẫu

chuẩn, ví dụ như đối với bề mặt có kích thước nhỏ và hình dạng phức tạp (lưỡi cắt của dụng cụ, các chi tiết của cơ cấu đồng hồ hoặc thiết bị điện tử v.v…) Đối với các bề mặt quan trọng, việc quy định một thông số chiều cao nhám chưa đủ mà cần quy định thêm thông số về bước hoặc thông số t p Các thông số về bước S m và S

có ảnh hưởng quan trọng tới độ ổn định về rung, độ bền khi chịu tải chu kỳ Thông

số t p đặc trưng cho diện tích tiếp xúc thực tế của các nhám bề mặt Với đặc trưng

đó, t p có ảnh hưởng quan trọng tới tính chất sử dụng của các bề mặt như: độ bền chịu mài mòn, độ cứng vững tiếp xúc, độ kín khít của mối ghép

Việc quy định thêm phương mấp mô được dùng cho các bề mặt dẫn hướng có chuyển động tương đối với nhau hoặc để dẫn hướng dòng cho chất lỏng hoặc chất khí chuyển động so với bề mặt cũng như để đảm bảo độ ổn định chống rung và độ bền khi chịu tải chu kỳ

Lựa chọn các trị số của thông số nhám bề mặt phải phù hợp với điều kiện làm việc của sản phẩm và các yêu cầu sử dụng của bề mặt, đồng thời phải xét đến khả năng gia công để đạt tới trị số nhám đã chọn

Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi, cho b thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo được các giá trị lực cắt Pv tương ứng như trên đồ thị

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám khi gia công cao tốc

2 5.1 Lực cắt

2.5.1.1 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến lực cắt

Vì chiều rộng cắt b = t/sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của b đến lực cắt Pv

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng b thì lực cắt cũng tăng Nếu như cắt với chiều dày cắt atb = 1mm thì lực cắt chính Pv được tính bằng: . pv

Hình 2.6 Quan hệ giữa t và lực cắt

2.5.1.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến lực cắt

Vì chiều dày cắt a = s.sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của a (qua atb) đến lực cắt Pv

Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi với b=1mm, cho a thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo được các giá trị lực cắt Pv tương ứng

Bằng cách xử lý các số liệu đo ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa lự c cắt