Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ tới chất lượng của bề mặt khi phay khuôn làm bằng thép AS 3678 250 trên máy phay

9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hình dạng 3D của bề mặt khuôn mẫu Hình 1.2 Kết cấu của dao phay mặt đầu ghép răng Hình 1.3 Một số hình dạng của mảnh dao cắt Hình 1.4 Một số th

Chuyên ngành : Chế tạo máy – Cơ khí chính xác và quang học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Nguyễn Thị Phương Mai

Hà Nội – Năm 2012

2

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN……… 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU……… 7

DANH MỤC CÁC BẢNG……… 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ……… 9

MỞ ĐẦU ……… 13

Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Khuôn kim loại và vật liệu làm khuôn……… 15

1.1.1 Khuôn kim loại……… 15

1.1.2 Vật liệu làm khuôn……… 16

1.2 Giới thiệu về công nghệ phay……… 18

1.2.1 Công nghệ phay……… 18

1.2.2 Dao phay……… 19

1.3 Khái niệm về chất lượng bề mặt……… 21

1.3.1 Khái niệm độ nhám (hình học tế vi, độ bóng)……… 22

1.3.2 Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công……… 26

1.3.3 Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt……… 27

1.3.4 Một số thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt… 28 Chương II ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TỚI CHẤT LƯỢNG CỦA BỀ MẶT 2.1 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết máy……… 30

2.1.1 Ảnh hưởng tới độ mòn của chi tiết……… 30

2.1.2 Ảnh hưởng đến tính ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết……… 33

2.1.3 Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy……… 34

2.1.4 Ảnh hưởng đến độ chính xác các mối ghép……… 34

3

2.2 Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tới chất lượng bề mặt chi

tiết khi phay khuôn……… 35

2.2.1 Ảnh hưởng của dụng cụ cắt……… 35

2.2.1.1 Ảnh hưởng của các thông số hình học phần cắt của dao phay…… 35

2.2.1.2 Ảnh hưởng của mòn dao và lẹo dao……… 43

2.2.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt V, S, t0……… 44

2.2.2.1 Ảnh hưởng của tốc độ cắt V (m/phút)……… 44

2.2.2.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao S (mm/vòng)……… 44

2.2.2.3 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t0 (mm)……… 47

2.2.3 Ảnh hưởng của đường chạy dao, phay thuận hoặc phay nghịch…… 47

2.2.4 Ảnh hưởng của vật liệu gia công……… 51

2.2.5 Ảnh hưởng của rung động hệ thống công nghệ (máy – dao - đồ gá - chi tiết gia công)……… 51

2.3 Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt……… 52

2.4 Phương pháp Taguchi lựa chọn thông số tối ưu……… 56

2.4.1 Phương pháp Taguchi……… 56

2.4.2 So sánh giữa phương pháp Taguchi và phương pháp tối ưu hóa…… 60

Chương III NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ HÌNH DẠNG MŨI DAO ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI PHAY KHUÔN 3.1 Mục đích, yêu cầu……… 62

3.2 Thực hiện thí nghiệm……… 63

3.2.1 Phôi chuẩn bị để phay thử……… 63

3.2.2 Máy thực hiện……… 63

3.2.3 Dụng cụ cắt……… 64

3.2.4 Thiết bị kiểm tra……… 65

3.2.4 Chế độ gia công……… 69

3.2.5 Dung dịch trơn nguội……… 69

3.2.6 Nhiệt độ môi trường xung quanh……… 69

4

3.2.7 Thực hiện gia công……… 69

3.3 Nhận xét và đánh giá……… 76

3.3.1 Biến đổi của độ nhám bề mặt khi thay đổi các thông số cắt………… 76

3.3.2 Biến đổi của độ nhám bề mặt khi thay đổi hành dạng mảnh dao…… 80

3.3.3 Ảnh hưởng góc của dao tới việc tạo phoi……… 81

3.3.4 Nhiệt độ ở các tốc độ cắt khác nhau với cùng lượng chạy dao…… 82

3.3.5 Thời gian phay……… 83

3.4 Kết luận chương 3……… 84

Chương IV ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SO VỚI GIA CÔNG TRÊN KHUÔN ÉP NHỰA MATRIX 4.1 Cấu tạo của khuôn ép nhựa……… 85

4.1.1 Cấu tạo khuôn ép nhựa……… 85

4.1.2 Vật liệu làm khuôn……… 86

4.1.3 Yêu cầu kỹ thuật của khuôn……… 86

4.2 Quy trình công nghệ gia công một số chi tiết của khuôn ………… 87

4.2.1 Quy trình công nghệ gia công nửa khuôn dưới……… 87

4.2.2 Quy trình công nghệ gia công nửa khuôn trên……… 89

4.2.3 Quy trình công nghệ gia công tấm bịt, với các lỗ điền đầy………… 91

4.3 Thiết bị máy móc, dụng cụ kiểm tra chất lượng khi phay……… 93

4.3.1 Máy phay, dao, dung dịch trơn nguội……… 93

4.3.2 Thiết bị kiểm tra……… 96

4.4 Công việc thực hiện……… 97

4.4.1 Gia công phay bề mặt lắp ghép khuôn dưới ……… 97

4.4.2 Gia công phay bề mặt ghép nửa khuôn trên ……… 99

4.4.3 Gia công phay mặt bịt đầu khuôn……… 100

4.5 Các kết quả kiểm tra, đo……… 102

4.5.1 Kết quả đo nhiệt độ……… 102

4.5.2 Đo kiểm tra tốc độ trục chính……… 103

4.5.3 Đo độ nhám……… 103

5

Hà nội, ngày tháng 11 năm 2012

Nguyễn Đức Chuông

7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CNC Computer Numeral Control

tc Chiều sâu biến cứng

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng 1.1 Nhiệt độ rót của một số kim loại và hợp kim

Bảng 1.2 Thành phần của các nguyên tố trong thép AS 3678 grade 250

(% max) Bảng 1.3 Cấp độ nhám và giá trị tương đương theo TCVN2511-95

Bảng 1.4 Mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng theo phương pháp gia

công Bảng 2.1 Ví dụ về sự sắp xếp trực giao OA cho nhân tố A, B, C, D ở 3 mức

(1-nhỏ nhất, 2-trung bình, 3-lớn nhất) Bảng 2.2 Một số khác biệt giữa phương pháp Taguchi và phương pháp tối ưu

hóa Bảng 3.1 Một số đặc tính kỹ thuật của thiết bị đo độ nhám bề mặt SJ301

8

Bảng 3.2 Các mức giá trị thông số S, V, t0

Bảng 3.3 Sắp xếp trực giao tiêu chuẩn và kết quả thí nghiệm

Bảng 3.4 Kết quả đo độ nhám với mỗi loại mảnh dao cắt khác nhau

Bảng 3.5 ANOVA cho nhám bề mặt của quá trình phay do ảnh hưởng của S

và V Bảng 3.6 ANOVA cho nhám bề mặt của quá trình phay do ảnh hưởng của t0

và V Bảng 3.7 ANOVA cho nhám bề mặt của quá trình phay do ảnh hưởng của S

và t0 Bảng 3.8 Giá trị  đặc trưng cho tỷ lệ S/N ở các mức khác nhau

Bảng 3.9 Nhiệt độ cắt với các mức tốc độ cắt khác nhau

Bảng 4.1a Quy trình gia công nửa khuôn dưới theo bản vẽ 760679-100 phần

001 và 002 Bảng 4.1b Quy trình gia công nửa khuôn dưới theo bản vẽ 760679-100 phần

003 Bảng 4.1c Quy trình gia công nửa khuôn dưới theo bản vẽ 760679-100

Bảng 4.2a Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760679-104 phần

021 và 022 Bảng 4.2b Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760679-104 phần

023 Bảng 4.2c Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760680-101

Bảng 4.2d Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760680-101

Bảng 4.3 Quy trình công nghệ gia công tấm bịt đầu với lỗ điền đầy

Bảng 4.4 Quy trình công nghệ gia công tấm bịt đầu với lỗ thông phun

Bảng 4.5 Quy trình công nghệ gia công lõi bu lông

9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Hình dạng 3D của bề mặt khuôn mẫu

Hình 1.2 Kết cấu của dao phay mặt đầu ghép răng

Hình 1.3 Một số hình dạng của mảnh dao cắt

Hình 1.4 Một số thân dao sử dụng mảnh cắt

Hình 1.5 Sơ đồ xác định độ nhám bề mặt

Hình 1.6 Sơ đồ tính bán kính cong và góc của đỉnh nhấp nhô

Hình 2.1 Đồ thị mối quan hệ giữa lượng mòn U và thời gian t hoặc quãng

đường ma sát L Hình 2.2 Đồ thị mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt Ra và lượng mòn U Hình 2.3 Hình vẽ bước tiến ngang của dao phay trụ đầu cầu

Hình 2.4 Chiều cao nhấp nhô khi gia công bằng dao đầu cầu

Hình 2.5 Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô khi phay mặt cong lồi bằng dao

đầu cầu Hình 2.6 Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô khi phay mặt cong lõm bằng

dao đầu cầu Hình 2.7 Vị trí tương quan giữa dao và bề mặt gia công

Hình 2.8 Phay mặt cong bằng dao phay ngón đầu phẳng

Hình 2.9 Lượng dư để lại sau khi gia công mặt cong bằng dao

phay ngón đầu phẳng Hình 2.10 Ảnh hưởng của góc trước tới lớp biến cứng bề mặt

(độ cứng và chiều sâu biến cứng tc ) Hình 2.11 Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt khi gia công thép Hình 2.12 Ảnh hưởng của lượng chạy dao đối với chiều sâu biến cứng tc, tùy

theo vật liệu gia công và vật liệu làm dao cắt Hình 2.13 Ảnh hưởng của lượng tiến dao S và bán kính lưỡi cắt đến độ biến

cứng bề mặt Hình 2.14 Đồ thị mối quan hệ lượng chạy dao và chiều cao nhấp nhô Rz

10

Hình 2.15 Một số kiểu đường dụng cụ 2D

Hình 2.16 Hình vẽ biểu diễn đường chạy dao theo kiểu gạch mặt cắt

Hình 2.17 Quỹ đạo đường chạy dao tối ưu

Hình 2.18 Chạy dao theo Contour

Hình 2.19 Hình vẽ hướng tiến dao

Hình 2.20 Hình vẽ đường chạy dao tối ưu

Hình 2.21 So sánh khả năng làm việc của dụng cụ cắt có các lớp phủ có thành

phần hóa học khác nhau Hình 2.22 So sánh các phương pháp bôi trơn làm nguội khi phay bằng dao

phay mặt đầu Hình 2.23 Các đặc điểm của cắt ở tốc độ cao

Hình 2.24 So sánh thời gian gia công giữa các phương pháp gia công

Hình 2.25 So sánh chi phí giữa các phương pháp gia công

Hình 3.1 Mẫu thử nghiệm

Hình 3.2 Máy phay giường CNC-Miyakawa

Hình 3.3 Các loại mảnh dao cắt hợp kim

Hình 3.4 Đài gá mảnh dao cắt

Hình 3.5 Thiết bị đo độ nhám bề mặt SJ-301

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý đo của thiết bị đo nhám bề mặt SJ-301

Hình 3.7 Cần đo của thiết bị đo độ nhám bề mặt SJ-301

Hình 3.8 Thiết bị đo nhiệt độ IRtec Microray Xtreme

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo nhiệt độ IRtec Microray Xtreme

Hình 3.10 Phạm vi đo của mục tiêu

Hình 3.11 Khai báo chọn loại hình gia công

Hình 3.12 Khai báo phôi

Hình 3.13 Khai báo chế độ gia công

Hình 3.14 Khai báo dao phay

Hình 3.15 Khai báo chiều sâu cắt

Hình 3.16 Mô phỏng quá trình phay

11

Hình 3.17 Xuất file NC

Hình 3.18 Màn hình điều khiển sau khi chương trình đã được nạp

Hình 3.19 Bề mặt mẫu sau khi phay

Hình 3.20 Đồ thị mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và độ nhám bề mặt Hình 3.21 Đồ thị mối quan hệ giữa lượng chạy dao và độ nhám bề mặt Hình 3.22 Đồ thị mối quan hệ giữa tốc độ cắt và độ nhám bề mặt

Hình 3.23 Đồ thị giá trị trung bình Ra ở 3 mức cho ba thông số

Hình 3.24 Đồ thị quan hệ giữa bán kính mũi mảnh cắt và độ nhám bề mặt Hình 3.25 Hình vẽ tính diện tích cắt thực khi r ≠ 0

Hình 3.26 Các mảnh dao được gá trên đài gá dao

Hình 3.27 Phoi tạo bởi 2 loại mảnh cắt khác nhau

Hình 4.1 Tổng thể khuôn ép nhựa

Hình 4.2 Sản phẩm của khuôn đúc nhựa

Hình 4.3 Bề mặt nắp bên của khuôn

Hình 4.4 Bề mặt nửa khuôn trên

Hình 4.5 Bề mặt nửa khuôn dưới

Hình 4.6 Trung tâm gia công CNC-1600-MCV-Asia Masima

Hình 4.7 Một số dao phay

Hình 4.8 Một số mảnh dao cắt

Hình 4.9 Một số đài gá mảnh dao cắt

Hình 4.10 Thiết bị đo tốc độ trục chính

Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý đo tốc độ vòng quay

Hình 4.12 Gia công nửa khuôn dưới

Hình 4.13 Lấy chuẩn gia công nửa khuôn dưới

Hình 4.14 Gia công mặt lắp ghép nửa khuôn dưới

Hình 4.15 Gia công nửa khuôn trên

Hình 4.16 Gia công mặt cong 3D nửa khuôn trên

Hình 4.17 Gia công mặt lắp ghép nửa khuôn trên

Hình 4.18 Gia công hệ lỗ mặt bên khuôn

12

Hình 4.19 Phay mặt phẳng mặt bên khuôn

Hình 4.20 Phay rãnh làm kín mặt bên khuôn

Hình 4.21 Kết quả đo nhiệt độ

Hình 4.22 Đo kiểm tra tốc độ của trục chính máy phay giường

CNC-Miyakawa Hình 4.23 Đo độ nhám bề mặt

Hình 4.24 Kết quả đo độ nhám của mặt bên khuôn

13

MỞ ĐẦU

Từ trước đến nay các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt của các quá trình gia công cơ khí nói chung, của quá trình phay nói riêng đều có ý nghĩa to lớn trong sản xuất Các nghiên cứu đã có những thành tựu quan trọng không những về mặt lý luận khoa học và cả thực tiễn chế tạo cho tính kinh tế cao Nghiên cứu sau luôn kế thừa thành quả, phát triển ở những khía cạnh mới

Trong các phương pháp gia công cơ khí thì phương pháp phay là một trong những phương pháp ưu thế, chiếm một tỷ trọng tương đối lớn Sản phẩm của phương pháp gia công phay rất đa dạng từ những chi tiết rất nhỏ đến những chi tiết rất lớn, từ những chi tiết đơn giản đến các chi tiết rất phức tạp, từ những chi tiết có

độ chính xác thấp đến các chi tiết có độ chính xác cao, trong đó chất lượng bề mặt

là một yêu cầu của chất lượng sản phẩm

Hiện nay có nhiều phương pháp để lựa chọn thông số cắt tối ưu cho quá trình gia

công như phương pháp Taguchi, phương pháp tối ưu hóa Trong đó phương pháp

Taguchi là một phương pháp tiếp cận mới, dễ sử dụng và đang được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành sản xuất công nghiệp

Bản luận văn này “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ tới chất lượng của bề mặt khi phay khuôn làm bằng thép AS 3678-250 trên máy phay”, gồm các phần sau:

+) Chương 1: Tổng quan về đề tài

+) Chương 2: Ảnh hưởng cuả một số thông số công nghệ tới chất lượng của bề mặt +) Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt và hình dạng mũi dao đến chất lượng bề mặt khi phay khuôn

+) Chương 4: Đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm so với gia công trên khuôn

ép nhựa Matrix

Do thời gian trong khuôn khổ cho phép cần giải quyết một khối lượng lớn công việc nên bản luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Em xin chân thành cám ơn sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và toàn thể các bạn

14

Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo thuộc bộ môn Cơ khí chính xác

và quang học- trường đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện về kiến thức khoa học cũng như điều kiện về cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm Em cũng xin bày

tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới các đồng nghiệp đang làm việc tại Công ty cổ phần cơ khí chính xác Vinashin đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ để em thực hiện một số nội dung thực nghiệm của bản luận văn Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sự hướng

dẫn tận tình, chỉ bảo ân cần của cô giáo hướng dẫn TS Nguyễn Thị Phương Mai,

gia đình và bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

15

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Khuôn kim loại và vật liệu làm khuôn

1.1.1 Khuôn kim loại

Khuôn kim loại là một dụng cụ được sử dụng trong chế tạo phôi hoặc sản phẩm (vỏ ô tô, khuôn đúc cánh quạt, khuôn đúc chân vịt cho tàu thủy, vỏ điện thoại, vỏ tivi…) bằng phương pháp đúc và được dùng trong dập thể tích (dập khuôn) Khi đó hình dạng cũng như chất lượng của vật đúc phụ thuộc rất lớn vào chất lượng của khuôn

Yêu cầu về chất lượng của khuôn rất cao: về độ chính xác của lòng khuôn, độ bóng bề mặt cao Riêng đối với các khuôn kín còn yêu cầu bề mặt phân khuôn có chất lượng bề mặt tốt đảm bảo khi đúc không khí không xâm thực vào trong vật đúc qua bề mặt phân khuôn

Khuôn kim loại được sử dụng nhiều lần vì thường dùng trong sản xuất công nghiệp hàng khối do đó cơ tính của bề mặt khuôn cũng phải đảm bảo về độ cứng,

độ bền và khả năng chống mài mòn cao

Bề mặt khuôn rất phức tạp, hầu hết là mặt cong (mặt 3D), mặt cong trơn, do đó việc chế tạo khuôn đảm bảo có độ chính xác rất phức tạp Để tăng khả năng làm việc của khuôn người ta phủ lên bề mặt khuôn một lớp hợp kim rất mỏng (cỡ micron) như AlTiN, TiN, TiCN, TiB2 [1]

Hình 1.1 Hình dạng 3D của bề mặt khuôn mẫu

16

Để chế tạo khuôn có nhiều phương pháp như đúc, dập, phay Trong đó công nghệ phay là công nghệ chủ yếu trong chế tạo khuôn và công nghệ này cho độ chính xác cao, chất lượng bề mặt tốt Đồng thời phương pháp này chế tạo được nhiều loại khuôn từ đơn giản đến phức tạp, và sử dụng đối với nhiều loại vật liệu Trong công nghệ phay khuôn chủ yếu là phay bao hình

Phương pháp này dựa trên nguyên lý bề mặt được tạo thành coi là đúng khi chiều cao nhấp nhô để lại giữa các vết cắt nhỏ hơn một giá trị cho phép Chiều cao nhấp nhô phụ thuộc vào hình dáng dụng cụ, hình dáng bề mặt chi tiết, bước tiến ngang So và góc nghiêng của trục dao với pháp tuyến bề mặt Dụng cụ để gia công các loại bề mặt trên là các dụng cụ tiêu chuẩn, có hình dáng hình học xác định, điển hình là các loại dao phay ngón

Máy để gia công là các máy phay CNC hay các trung tâm gia công CNC nhiều trục Trong phương pháp gia công bao hình để tạo thành các bề mặt khuôn mẫu, vấn

đề khó khăn nhất không phải là xác định biên dạng dụng cụ hay xác định xích bao hình (mối quan hệ động học) mà là giải quyết tính toán đường chạy dao cho việc điều khiển dụng cụ để gia công đạt kết quả mong muốn Việc tính toán đường chạy dao để gia công bề mặt không gian chỉ có thể thực hiện được với sự trợ giúp của các phần mềm CAD/CAM và thực hiện gia công trên máy công cụ CNC

1.1.2 Vật liệu làm khuôn

Yêu cầu vật liệu làm khuôn phải đảm bảo:

- Độ bền cơ học: Cơ tính của vật liệu phải cao, dưới tác dụng của lực trong quá trình đúc và rèn dập khuôn không bị biến dạng

- Tính chịu nhiệt: Tính chịu nhiệt là một trong những đặc tính quan trọng nhất quyết định chất lượng của khuôn Trong quá trình nung nóng kim loại lên tới nhiệt độ cao

Và khả năng giữ được nhiệt trong quá trình làm nguội và nếu làm nguội đột ngột sẽ gây ra hiện tượng nứt sản phẩm do bị co rút

- Tính chịu ăn mòn hóa học: dưới ảnh hưởng của môi trường thì bề mặt lòng khuôn không bị ăn mòn hay bị oxy hóa

Đối với thép làm khuôn AS 3678 grade 250 là loại thép thuộc nhóm thép hợp kim kết cấu theo tiêu chuẩn Ôtxtrâylia

Bảng 1.2: Thành phần các nguyên tố trong thép AS 3678 grade 250 (% max)

Nhận xét:

- Từ bảng 1.2 cho thấy các thành phần của hợp kim thép trong đó có nguyên tố

Mn lớn làm tăng độ cứng và khả năng chịu mài mòn cho khuôn, đồng thời có thành phần Al làm tăng độ dẻo dai và va đập của khuôn Thành phần %C trung bình đảm bảo cơ tính dẻo dai của khuôn trong quá trình làm việc Đặc tính cơ của thép là lực kéo căng bằng 250 MPa

- Thép hợp kim kết cấu là loại vật liệu cho hiệu quả kinh tế cao, đảm bảo các yêu cầu của khuôn đúc

- Đây là loại thép có độ cứng cao, do đó khó gia công cắt gọt Vì vậy để gia công loại vật liệu này thường dùng các loại mảnh cắt hợp kim cứng hoặc mảnh cắt

có phủ hợp kim cứng Đối với mảnh dao hợp kim cứng thì cắt ở vận tốc cắt cao

18

- Với loại vật liệu này khi gia công thường là dạng phoi vụn do đó có khả năng cho độ bóng bề mặt cao (độ nhám Ra giảm) hơn so với gia công vật liệu dẻo hoặc vật liệu thép thông thường

1.2 Giới thiệu về công nghệ phay

1.2.1 Công nghệ phay

Phay là phương pháp gia công cắt gọt trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra chuyển động cắt Chuyển động tiến dao thông thường do máy Khác với tiện và khoan, lưỡi cắt dao phay không tham gia cắt liên tục, do đó phoi ngắn hơn, lưỡi cắt

bị nung nóng gián đoạn nên khả năng chịu tải tốt hơn

Tiết diện ngang của phoi không đồng đều nên lực cắt dao động và lưỡi cắt chịu tải trọng va đập gây rung động cho quá trình phay, vì vậy máy phay phải được chế tạo sao cho có độ cứng vững cao Hiện nay có nhiều loại máy phay như máy phay đứng, máy phay ngang, máy phay giường, máy phay chuyên dùng Gần đây máy phay CNC được đưa vào sử dụng rộng rãi trong sản xuất Máy phay CNC cũng đã phát triển rất nhanh như máy phay CNC 3 trục, 5 trục

Dao phay có nhiều loại khác nhau như dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay mặt đầu, dao phay lăn răng, dao phay định hình, dao phay đĩa…Dao cũng có thể được chế tạo liền như dao phay trụ, dao phay ngón hoặc tách rời với thân dao là các mảnh cắt Mỗi mảnh cắt có nhiều lưỡi cắt Khi lưỡi cắt bị mòn, người ta có thể xoay mảnh cắt tới vị trí lưỡi cắt mới Khi tất cả lưỡi cắt bị mòn thì mới thay mảnh cắt mới

Khả năng của phay rất đa dạng bao gồm phay mặt phẳng, phay các mặt trụ tròn xoay, phay rãnh then, phay ren, phay các mặt định hình

Ngày nay phay tốc độ cao đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vì phay ở tốc độ cao cho năng suất cao, lực cắt nhỏ Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh rằng ở phạm vi cắt tốc độ cao lực cắt tỷ lệ nghịch

với tốc độ cắt F c

c V

1 [3] Do đó tốc độ cắt càng cao, lực cắt càng nhỏ, biến dạng

19

của hệ thống công nghệ cũng như biến dạng của lớp đàn hồi bề mặt chi tiết gia công nhỏ dẫn tới độ chính xác gia công cao và chất lượng bề mặt cao

Phay bao hình bề mặt khuôn mẫu:

+ Phay bao hình là phương pháp tạo hình bề mặt mà bề mặt tạo hình là mặt bao của

họ bề mặt tạo bởi lưỡi cắt dụng cụ [4-tr76]

+ Phương pháp này dựa trên nguyên lý bề mặt được tạo thành coi là đúng khi chiều

cao nhấp nhô h để lại giữa các vết cắt nhỏ hơn một giá trị cho phép (h<[])

1.2.2 Dao phay

Dao phay là đài gá dao được gắn các mảnh cắt hợp kim cứng (răng) Các mảnh

cắt có hình dạng khác nhau Mỗi đài gá dao có thể lắp từ 4 đến 8 răng

Hình 1.2 Kết cấu của dao phay mặt đầu ghép răng

- Đối với dao phay mặt đầu hợp kim cứng thường làm răng chắp Lúc đó răng dao phay giống như một con dao tiện (hình 1.2b) Nó chỉ có một lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ Để tăng sức bền của lưỡi cắt và tuổi bền của dao, người ta thêm một lưỡi cắt nối tiếp với chiều dài f0 bằng 1 mm đến 1,5 mm với góc nghiêng 0 / 2 hoặc thay bằng cung tròn bán kính r (hình 1.2c)

20

- Đối với dao phay mặt đầu ghép răng: Các mảnh răng là các mảnh cắt có phần lưỡi cắt được phủ bằng lớp hợp kim cứng và được gắn vào thân dao nhờ các vít Hoặc các mảnh đó được làm bằng vật liệu là gốm và cũng được phủ bởi các hợp kim cứng Các mảnh dao hợp kim có nhiều hình dạng khác nhau và được thay thế dễ dàng khi tất cả các lưỡi cắt của mảnh dao cắt bị mòn hoặc bị vỡ Và mỗi mảnh dao cắt có nhiều lưỡi cắt và khi một lưỡi cắt bị mòn hoặc bị vỡ thì người ta xoay mảnh dao cắt để sử dụng lưỡi cắt mới khác Kết cấu dao kiểu này cho phép giảm thời gian

gá dao, mài dao, điều chỉnh dao, đồng thời vẫn đảm bảo bộ phận cắt luôn có các góc cắt tiêu chuẩn [3]

Hình 1.3 Một số hình dạng của mảnh dao cắt Nhận xét:

Đối với mảnh cắt trên có độ cứng cao, mảnh cắt hình tam giác có bán kính mũi cắt nhỏ thường dùng cho cắt thô bề mặt Đối với mảnh cắt hợp kim có bán kính mũi cắt lớn hơn (mảnh cắt hình tròn, mảnh cắt hình chữ nhật) thường được dùng cho phay tinh bề mặt vì nó cho chiều cao nhấp nhô (độ nhám nhỏ) Đối với mảnh cắt này thường cắt với tốc độ cắt tương đối cao (V = 110÷190 m/phút)[21]

độ cắt thì chiều sâu biến cứng giảm xuống [3- tr21]

Bề mặt có độ nhám và độ sóng Độ nhám bề mặt được tạo thành bằng những vết lồi, lõm dưới tác dụng của lưỡi cắt

22

1.3.1 Khái niệm độ nhám (hình học tế vi, độ bóng)

Có rất nhiều tài liệu trong nước cũng như nước ngoài đã nghiên cứu về nhám bề mặt trong đó có độ nhám ngang và độ nhám dọc:

- Độ nhám dọc (trùng với phương véc tơ của tốc độ cắt), xuất hiện khi lực cắt có biến đổi gây ra rung động hoặc do lẹo dao ( lớp kim loại bị dính chặt trên mũi dao)

- Độ nhám ngang (vuông góc với phương véc tơ tốc độ cắt)

Khái niệm: độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi) là tập hợp tất cả các bề lồi, lõm với

bước cực nhỏ và được quan sát trên một khoảng ngắn tiêu chuẩn [3-tr23]

Hình 1.5 Sơ đồ xác định độ nhám bề mặt

Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo ra những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công Như vậy, bề mặt có độ nhám Độ nhám của bề mặt gia công được đo bằng chiều cao nhấp nhô Rz và sai lệch profin trung bình cộng Ra của lớp bề mặt

+) Độ lệch trung bình của profin hình học bề mặt

n

h dl

h l R

n i l

h là tung độ của profin được đo từ đường thẳng chuẩn

n số lượng tung độ của profin được đo

+) Độ lệch tiêu chuẩn của profin hình học bề mặt, Rq

(1.7) +) Chiều cao nhấp nhô Rz: là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao 5 đỉnh cao nhất và chiều sâu 5 đáy thấp nhất của profin tính trong phạm vi chiều dài chuẩn đo l Trị số Rz được xác định như sau:

z

h h

Trong đó

- hpmi là độ lệch lớn nhất của nhấp nhô bề mặt so với đường trung bình

- hvmi là độ lệch nhỏ nhất của nhấp nhô bề mặt so với đường trung bình Chiều dài chuẩn l là chiều dài của phần bề mặt được chọn để đo độ nhám bề mặt, không tính đến những dạng mấp mô khác có bước lớn hơn l (sóng bề mặt chẳng hạn)

*) Theo quan điểm về ma sát học thì nhấp nhô bề mặt còn có các thông số sau: [5-tr17]

Hình 1.6 Sơ đồ tính bán kính cong và góc của đỉnh nhấp nhô

+) Chiều dài tương đối của nhấp nhô bề mặt trên đường trung bình tm



 5

1

5

1

mi

L chiều dài đường khảo sát

+) Bán kính cong trung bình của đỉnh nhấp nhô bề mặt

d

n r r

r  (1.12) Trong đó: rn bán kính cong trung bình theo phương ngang profin

n

c ni

h

d r

.8

2 2





 (1.13) ( c và n là các giá trị khuyếch đại theo độ cao và phương nằm ngang, giá trị hi có

thể lấy bằng 0,3Ra hay 0,060Rmax)

rd bán kính cong trung bình theo phương dọc profin

+) Góc nghiêng của nhấp nhô bề mặt so với đương kính trung bình

i c

i n i x

y tg

Độ nhám bề mặt là cơ sở để đánh giá độ nhẵn bề mặt trong phạm vi chiều dài (l) chuẩn rất ngắn Theo tiêu chuẩn Nhà nước thì độ nhẵn bề mặt được chia làm 14 cấp ứng với giá trị của Ra, Rz (cấp 14 là cấp nhẵn nhất, cấp 1 là cấp nhám nhất)

Bảng 1.3 : Cấp độ nhám và các giá trị tương ứng theo TCVN 2511-95 [6]

Cấp độ nhám

R a (m) R z (m) Chiều dài chuẩn l

(mm) Không lớn hơn

26

1.3.2 Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công

Tính chất cơ lý của lớp bề mặt được đánh giá bằng độ cứng bề mặt, sự biến đổi cấu trúc lớp tinh thể bề mặt, chiều sâu lớp biến cứng bề mặt

a) Hiện tượng biến cứng lớp bề mặt

Trong quá trình gia công, dưới tác dụng của lực cắt, làm xô lệch mạng tinh thể của kim loại lớp bề mặt, gây ra biến dạng dẻo ở vùng trước và vùng sau lưỡi cắt Phoi kim loại được tạo ra do biến dạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng trượt Ứng suất được xuất hiện giữa các hạt tinh thể kim loại Thể tích riêng và mật độ kim loại giảm ở vùng cắt Giới hạn bền, độ cứng của lớp bề mặt kim loại được nâng cao vì hạt tinh thể xếp chặt hơn Kết quả là lớp kim loại bề mặt bị cứng nguội và có

độ cứng tế vi cao Theo bảng 1.4 thể hiện mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng Phương pháp phay, mức độ biến cứng xấp xỉ so với các phương pháp khác, nhưng chiều sâu biến cứng lại lớn hơn khi tiện và chuốt, nhỏ hơn so với các phương pháp khác

Bảng 1.4: Mức độ biến cứng, chiều sâu biến cứng theo phương pháp gia công [3]

Phương pháp gia công

Mức độ biến cứng

trong bên v

mat bê v H

Phay bằng dao phay mặt đầu 140160 40100

27

Mức độ biến cứng, chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào sự tác dụng của lực cắt, mức độ biến dạng dẻo kim loại và ảnh hưởng nhiệt độ trong vùng cắt Lực cắt tăng làm tăng mức độ biến dạng dẻo kim loại, làm tăng mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng Nhiệt cắt hạn chế mức độ biến cứng kim loại lớp bề mặt

Nhƣ vậy mức độ biến cứng lớp kim loại bề mặt phụ thuộc vào tỷ lệ tác động của hai yếu tố là lực cắt và nhiệt sinh ra trong vùng cắt

b) Ứng suất dư bề mặt

- Quá trình hình thành ứng suất dư bề mặt phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và hiện tượng chuyển pha trong cấu trúc kim loại Quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như biến dạng đàn hồi của vật liệu gia công, chế độ cắt, dung dịch trơn nguội và thông số hình học của dao

- Khi cắt một lớp mỏng kim loại, trường lực gây ra biến dạng dẻo không đều ở từng khu vực trong lớp kim loại bề mặt Khi trường lực mất đi, biến dạng dẻo gây ra ứng suất dư

- Nhiệt sinh ra tại vùng cắt nung nóng cục bộ lớp bề mặt, làm giảm mô đuyn đàn hồi của vật liệu Sau khi cắt, lớp bề mặt nguội đi, co lại gây ra ứng suất dư kéo để cân bằng với ứng suất nén ở lớp bên trong

- Kim loại chuyển pha làm thay đổi cấu trúc lớp bề mặt kim loại, dẫn đến sự thay đổi về thể tích của kim loại Lớp kim loại nào hình thành cấu trúc có thể tích riêng lớn sẽ sinh ra ứng suất dư nén Lớp kim loại nào hình thành cấu trúc có thể tích riêng nhỏ sẽ sinh ra ứng suất dư kéo

1.3.3 Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt

a) Đánh giá độ nhám bề mặt

- Phương pháp quang học (dùng kính hiển vi Linich)

- Đo các thông số Ra, Rz, Rmax bằng máy đo độ nhám

- Sử dụng các mẫu dưỡng so sánh và bằng mắt để đánh giá theo dưỡng

b) Đánh giá mức độ và chiều sâu lớp biến cứng

Nguyên lý kiểm tra: Dùng đầu kim cương tác động lên bề mặt mẫu một lực, sau đó xác định diện tích mặt mẫu do đầu kim cương ấn xuống [3]

P là lực tác dụng lên đầu kim cương (N)

S là diện tích bề mặt do đầu kim cương ấn xuống (mm2)

c) Đánh giá ứng suất dư

- Phương pháp tia Rơnghen: dùng tia Rơnghen kích thích lên bề mặt mẫu một lớp dầy 510m và sau mỗi lần kích thích chụp ảnh đồ thị tia Rơnghen

- Tính toán lượng biến dạng

1.3.4 Một số thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt

- Dao cắt: vật liệu làm dao, các thông số hình học của dao

- Chế độ cắt: tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, hướng cắt (phay thuận hoặc phay nghịch)

n là số vòng quay trục chính ( vòng/phút)

+) Lượng chạy dao S (mm/vòng) S = Sz.Z (1.18)

Trong đó Sz lượng chạy dao của một răng

Z số răng

+) Chiều sâu cắt t0 (mm)

Là kích thước lớp kim loại được cắt đi ứng với một lần chuyển dao, theo phương vuông góc với bề mặt gia công

+) Chiều sâu phay t (mm)

Là kích thước lớp kim loại được cắt đi theo phương vuông góc với trục của dao +) Chiều rộng phay B (mm)

Là kích thước lớp kim loại được cắt đi theo phương chiều trục của dao

+) Chiều dày cắt khi phay a (mm)

29

Chiều dầy cắt khi phay a là một trong những yếu tố quan trọng của quá trình phay Giá trị của a là khoảng cách giữa 2 vị trí kế tiếp của quỹ đạo chuyển động của một điểm trên lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng Sz

Giá trị này được tính trung bình (đối với dao phay trụ):



.

2

D

t S



 .sin

.

2

D

t S

tb  (mm) (1.21) Trong đó:  là góc nghiêng chính tính theo độ

- Độ cứng vững của hệ thống công nghệ: Máy (tuổi thọ, hệ dịch chuyển bang máy, bàn dao, độ tin cậy của máy) – dao – đồ gá – chi tiết gia công

- Công nghệ trơn nguội

- Tính chất của vật liệu gia công

Kết luận chương 1:

+) Khuôn: Khuôn để thực hiện gia công là khuôn ép nhựa làm bằng thép hợp kim, yêu cầu chất lượng của khuôn rất cao: Độ bền cơ học, chịu va đập, chịu mài mòn, chịu nhiệt tốt Độ nhám bề mặt lắp ghép của các nửa khuôn phải tinh đặc biệt đối với khuôn yêu cầu độ kín khít suốt chiều dài mặt lắp ghép

+) Dao phay là đài gá dao được gắn các mảnh cắt hợp kim cứng có dạng hình tam giác, hình tròn, hình bình hành Ở chế độ phay thô sử dụng mảnh cắt tam giác, phay tinh sử dụng mảnh cắt hình tròn Loại mảnh cắt này phù hợp với cắt ở tốc độ cắt cao Khi cắt với thép hợp kim, với mảnh cắt hình tam giác G10E thì V=110÷190m/phút [21]

+) Vật liệu làm khuôn là thép hợp kim AS 3678-250 theo tiêu chuẩn của Úc, có độ cứng cao đáp ứng yêu cầu vật liệu làm khuôn Khi phay với tốc độ cắt cao thì loại vật liệu này sẽ cho độ bóng tốt hơn (độ bóng bề mặt Ra nhỏ hơn) so với các loại vật liệu thép làm khuôn thông thường khác

30

CHƯƠNG 2 ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ

TỚI CHẤT LƯỢNG CỦA BỀ MẶT

Vấn đề đặt ra là chất lượng của bề mặt chi tiết sau khi gia công có ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng làm việc của chi tiết Các thông số công nghệ có ảnh hưởng như thế nào tới chất lượng bề mặt khi gia công phay Và các phương pháp nào đảm bảo tới chất lượng bề mặt Mặt khác, với điều kiện thiết bị, dao cụ, chi tiết

và công nghệ trơn nguội cụ thể và yêu cầu độ nhám cho phép thì chế độ công nghệ hợp lý là gì Thiết bị đó có đáp ứng với yêu cầu độ nhám đó không

2.1 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết máy

Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng ma sát và cường độ mòn của chi tiết máy phụ thuộc vào chiều cao và hình dáng của độ nhám bề mặt và phương của vết gia công

2.1.1 Ảnh hưởng tới độ mòn của chi tiết

R

/ 1

m ax



 (2.1) Trong đó: Rmax là biên độ nhấp nhô lớn nhất

r là bán kính cong trung bình của đỉnh nhấp nhô bề mặt

b, v là hệ số mũ của đường cong phân bố

31

v

p m R

R t

b ( max) và  2  1

a

b m R

R t

 (2.2)

Với tm chiều dài tương đối của profin trên mức trung bình

Rp là khoảng cách từ đỉnh nhấp nhô tới đường trung bình

Khi hai bề mặt tiếp xúc nhau:

4 1 2 1 2 , 1

2 1 2

m ax 1

m ax 2

, 1

) (

) ( 6 , 1

b b r

R R



2 1

2 1 2 , 1

r r

r r r



 (2.4) Phân tích mòn của cặp tiếp xúc có 3 giai đoạn:

Hình 2.1 Đồ thị mối quan hệ giữa lượng mòn U và thời gian t

hoặc quãng đường ma sát L

- Giai đoạn mòn đầu (I): khi hai bề mặt mới tiếp xúc có hiện tượng trượt dẻo ở các đỉnh nhấp nhô làm cho các đỉnh nhấp nhô này mòn nhanh Mòn ban đầu này thường ứng với thời gian chạy rà Ở giai đoạn này, chiều cao và hình dạng nhấp nhô thay đổi nhanh Cũng trong thời gian này diện tích tiếp xúc thực nhỏ do đó áp suất tiếp xúc lớn

- Giai đoạn mòn bình thường (II): sau giai đoạn mòn đầu, quá trình mòn trở nên bình thường và chậm Diện tích bề mặt tiếp xúc tăng và áp suất tiếp xúc giảm Giai đoạn này là giai đoạn làm việc của chi tiết

1- Điều kiện làm việc nhẹ

2- Điều kiện làm việc nặng

Các đường cong chỉ độ nhám tối ưu (các điểm O1 và O2) ứng với độ mòn ban đầu nhỏ nhất của các bề mặt tiếp xúc Đối với điều kiện làm việc nặng đường cong mòn dịch chuyển về phía trên và bên phải (đường cong 2) ứng với độ nhám tối ưu có giá trị lớn hơn Khi giá trị Ra nhỏ hơn giá trị tối ưu thì sẽ xảy ra mòn kịch liệt do các phần tử kim loại dễ bị khuếch tán, còn nếu Ra lớn hơn giá trị tối ưu thì lượng mòn

sẽ tăng lên do các nhấp nhô bị phá hủy

b) Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt

Lớp biến cứng bề mặt có tác dụng nâng cao tính chống mòn vì nó hạn chế biến dạng dẻo toàn phần chi tiết, qua đó hạn chế hiện tượng chảy và mài mòn kim loại Biến cứng bề mặt làm hạn chế tác động tương hỗ giữa các phần tử tiếp xúc và các tác đông tương hỗ cơ học ở bề mặt tiếp xúc, nghĩa là hạn chế sự khuyếch tán ô

33

xy trong không khí vào bề mặt chi tiết để tạo thành ôxít kim loại gây ăn mòn bề mặt chi tiết

c) Ảnh hưởng của ứng xuất dư bề mặt

Ứng suất dư bề mặt nói chung không ảnh hưởng đến tính chống mòn nếu chi tiết làm việc trong điều kiện ma sát bình thường Còn đối với ứng suất dư bên trong, xét trên toàn bộ chi tiết máy, có thể ảnh hưởng đến tính chất và cường độ mòn của chi tiết

2.1.2 Ảnh hưởng đến tính ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết

a) Ảnh hưởng của độ nhám và độ sóng bề mặt

Các vị trí lõm do độ nhấp nhô tế vi là nơi chứa các chất ăn mòn như axit và muối Các tạp chất này có tính ăn mòn đối với kim loại Các nhấp nhô mới được tạo thành bởi quá trình ăn mòn hóa học Và quá trình này xảy ra ở lớp mặt dọc theo sườn dốc các nhấp nhô, theo chiều từ đỉnh xuống đáy, làm cho các nhấp nhô cũ mất

đi và các nhấp nhô mới được hình thành

Như vậy độ nhám càng thấp thì càng ít bị ăn mòn hóa học

b) Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt

Biến dạng dẻo và biến cứng bề mặt kim loại có mức độ khác nhau, tùy thuộc vào hướng các hạt tinh thể và thành phần cấu tạo của chúng Hạt ferit biến dạng nhiều hơn so với hạt peclit Điều đó làm cho năng lượng nâng cao không đều và thế năng điện tích thay đổi khác nhau Các hạt ferit biến cứng nhiều hơn sẽ trở thành anôt, các hạt peclit biến cứng ít hơn sẽ trở thành catot Đồng thời các mạng lưới nguyên tử bị lệch với mức độ khác nhau

Kết quả của sự biến dạng dẻo tạo nên sự không đồng nhất tế vi kim loại nhiều tinh thể, trong đó sinh nhiều phần tử mòn, nhất là ở mặt phẳng trượt, gây ra hiện tượng hấp thụ mạnh, tăng cường quá trình ăn mòn và khuyếch tán ở lớp bề mặt

c) Ảnh hưởng của ứng suất dư

Ứng suất dư hầu như không ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn của kim loại

Với thép 45 khi Rz = 75 m thì giới hạn bền mỏi -1 = 195 MN/m2; còn khi Rz = 2

m thì -1 = 282 MN/m2

Mặt khác, nếu độ nhám thấp thì độ bền mỏi của chi tiết máy cũng sẽ tăng trong trường hợp chi tiết chịu tải trọng va đập Đối với thép CT5, nếu giảm Rz từ 100 m xuống 0,1m thì độ bền va đập có thể tăng lên 17%

b) Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt

Bề mặt chi tiết có lớp biến cứng có thể tăng độ bền mỏi lên 20% Chiều sâu và mức độ biến cứng của lớp bề mặt đều có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, vì nó hạn chế khả năng tạo các vết nứt tế vi trên bề mặt

c) Ảnh hưởng của ứng suất dư

Ứng suất dư nén trên lớp bề mặt có tác dụng làm tăng độ bền mỏi của chi tiết, còn đối với ứng suất dư nén thì lại ảnh hưởng ngược lại Ảnh hưởng của ứng suất

dư đối với độ bền mởi của chi tiết có thể xác định bằng công thức:

d a

1  1  (2.5)

2.1.4 Ảnh hưởng đến độ chính xác các mối ghép

Độ chính xác của các mối ghép trong kết cấu cơ khí phụ thuộc vào chất lượng

bề mặt lắp ghép Độ bền của mối ghép trong đó có độ ổn định của chế độ lắp ghép giữa các chi tiết phụ thuộc vào độ nhám bề mặt lắp ghép Chiều cao nhấp nhô tế vi trung bình Rz tham gia vào trường dung sai () chế tạo chi tiết Ví dụ, dung sai đường kính của lỗ giảm một lượng là 2Rz, của trục thì tăng lên là 2Rz

Đối với mối ghép lỏng, trong giai đoạn mòn ban đầu Rz giảm từ 6575%, làm khe hở mối ghép tăng lên và độ chính xác của mối ghép giảm đi Như vậy đối với

- Nếu đường kính lắp ghép nhỏ hơn 18 mm thì Rz = (0,210,25).

Độ bền của mối ghép chặt có quan hệ trực tiếp với độ nhám bề mặt lắp ghép Độ nhám tăng thì độ bền mối ghép chặt giảm

2.2 Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tới chất lượng bề mặt chi tiết khi phay khuôn

Khi thực hiện quá trình gia công phay (gia công thô, gia công bán tinh và gia công tinh), chất lượng bề mặt được quyết định bởi rất nhiều các yếu tố, các thông số công nghệ Trong các thông số đó có thông số kiểm soát được như chế độ cắt, còn

có những thông số khó kiểm soát như sự cứng vững của hệ thống, sự rung động máy, độ mòn dao, độ chính xác của dụng cụ đo

Hơn nữa phải đảm bảo tính tối ưu quá trình cắt gọt, nghĩa là vừa đảm bảo chất lượng bề mặt và vừa đảm bảo thời gian chế tạo là ngắn nhất

Sau đây là một số thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt:

2.2.1 Ảnh hưởng của dụng cụ cắt

2.2.1.1 Ảnh hưởng của các thông số hình học phần cắt của dao phay

*) Dao phay đầu cầu:

Dao phay đầu cầu loại dao có khả năng lấy đi lượng dư lớn nhất khi gia công các bề mặt cong, về lý thuyết nếu bán kính cong của mọi điểm trên bề mặt mà lớn hơn bán kính cong của đầu dao thì sẽ lấy đi được hết lượng dư Khi gia công mặt phẳng thì dao phay đầu cầu để lại phần lượng dư giữa các đường chạy dao Về mặt chế độ cắt thì dao đầu cầu không tốt, vận tốc cắt biến thiên từ vận tốc cắt cực đại về

0 tại mũi dao, do đó tại vùng lân cận mũi dao vật liệu phôi không phải bị cắt gọt mà

bị phá hủy do biến dạng, chính vì vậy chất lượng bề mặt không cao Do những đặc điểm trên, dao phay đầu cầu chỉ được dùng trong bước gia công tinh bề mặt

Hình 2.3 Bước tiến ngang của dao phay trụ đầu cầu

Bước tiến ngang của dao phay ngón đầu cầu có ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khuôn Cụ thể: Khoảng cách giữa 2 vị trí đường chạy dao liên tiếp S0 là thông số mô

tả các vết quét dày hay thưa ảnh hưởng trực tiếp đến chiều cao nhấp nhô để lại trên

bề mặt chi tiết sau khi gia công, đối với kiểu chạy dao tia thì thông số này là góc giữa 2 tia liên tiếp Khi S0 càng nhỏ bề mặt chi tiết hình thành có chiều cao nhấp nhô càng nhỏ hay chất lượng bề mặt chi tiết tốt hơn, nhưng S0 càng nhỏ thì số lần chuyển dao để cắt hết bề mặt chi tiết lớn làm giảm năng suất gia công, do vậy mà tùy theo yêu cầu kỹ thuật của bề mặt chi tiết mà ta chọn S0 phù hợp sao cho đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết cần gia công, đồng thời năng suất gia công hợp lý

Hình 2.4 Chiều cao nhấp nhô khi gia công bằng dao đầu cầu

Chiều cao các nhấp nhô bề mặt:

+ Khi gia công mặt phẳng (Hình a):

+ Khi gia công mặt cong lồi (Hình b):

Trong trường hợp gia công bề mặt cong lồi trên máy phay 3 trục dùng dao phay đầu cầu với cùng một bước tiến ngang S0 trên hình 4.18 ta thấy khi cắt ở đỉnh cung cong thì chiều cao nhấp nhô (hs1) là nhỏ nhất, còn khi cắt ở phía phải nhất hoặc trái nhất của cung cong thì chiều cao nhấp nhô (hsn) là lớn nhất, do đó ta cần tính được bước tiến ngang S0 để chiều cao hsn nằm trong phạm vi cho phép (hsn ≤ [hs])

Ta có thể xác định chiều cao nhấp nhô lớn nhất theo công thức sau:

2 0 0 0

0 2

2)2

2

S

Trong đó: S0 : là bước dịch dao ngang

hsn: là chiều cao nhấp nhô lớn nhất

ρ : là bán kính cung cong cần gia công

R : là bán kính mũi dao

Hình 2.5 Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô khi phay mặt cong lồi bằng

dao đầu cầu

38

+ Khi gia công mặt cong lõm (Hình c):

Tương tự như bề mặt cong lồi, khi gia công bề mặt cong lõm bằng dao phay ngón đầu cầu chiều cao nhấp nhô thay đổi theo vị trí của dao Ta thấy với cùng một bước tiến ngang S0 thì chiều cao nhấp nhô khác nhau tại mỗi vị trí của dao trên cung tròn

và khi dao ở vị trí trái nhất hoặc phải nhất của cung tròn thì chiều cao nhấp nhô là lớn nhất Cần tìm ra đại lượng này để khi gia công lựa chọn giá trị S0 hợp lý để có được giá trị hs nằm trong giới hạn cho phép của bề mặt gia công (hs ≤ [hs]) Qua sơ

đồ hình 2.6 có thể xây dựng được công thức 2.9 dùng để tính bước tiến ngang khi gia công bề mặt cong lõm bằng dao phay ngón đầu cầu trên máy phay 3 trục để đạt được chiều cao nhấp nhô bề mặt hs ≤ [hs] như sau:

 

 

1 0

2

s h S

Hình 2.6 Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô khi phay mặt cong lõm

bằng dao đầu cầu

*) Dao phay ngón đầu phẳng

Dao phay ngón đầu phẳng được dùng phổ biến khi gia công trên các máy phay 3 trục và các máy phay 5 trục Dao phay ngón đầu phẳng là loại dao có khả năng lấy

đi lượng dư kém dao phay đầu cầu khi gia công những bề mặt có độ cong, nhưng chế độ cắt tốt, vận tốc cắt tại phần lưỡi cắt tham gia cắt gọt không đổi do đó chất lượng bề mặt gia công cao Do những đặc điểm trên nên dao phay đầu phẳng được

Hình 2.7 Vị trí tương quan giữa dao và bề mặt gia công

Như vậy về mặt tạo hình dao trụ sẽ trở thành một khối ellips hiệu dụng, mặt cắt của ellips trong mặt phẳng vuông góc với phương chạy dao có phương trình:

+ Khi gia công các mặt phẳng nghiêng

Từ công thức trên ta thấy khi góc nghiêng θ càng nhỏ thì chiều cao hs càng nhỏ, khi gia công bề mặt cong bằng dao phay ngón đầu bằng trên máy phay 3 trục, góc θ biến thiên từ lớn đến nhỏ khi dao cắt từ điểm 1 tới điểm 3

40

Hình 2.8 Phay mặt cong bằng dao phay ngón đầu phẳng

Như vậy khi gia công mặt cong bằng dao phay ngón đầu phẳng trên máy phay 3 trục thì bề mặt chi tiết đạt được có chiều cao của các nhấp nhô bề mặt do các vết chạy dao tạo thành không đồng đều Khi cắt ở vị trí dốc nhất của cung cong thì chiều cao các nhấp nhô tạo thành tương ứng như khi gia công bằng dao phay đầu cầu, khi cắt ở vị trí cao nhất của cung cong, chiều cao nhấp nhô hình thành tương ứng như khi gia công mặt phẳng

Hình 2.9 Lượng dư để lại sau khi gia công mặt cong bằng dao

phay ngón đầu phẳng