Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi tiện cao tốc trên máy tiện CNC

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi tiện cao tốc trên máy tiện CNC Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi tiện cao tốc trên máy tiện CNC Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi tiện cao tốc trên máy tiện CNC luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội

-

Luận văn thạc sỹ khoa học

Ngành: Công nghệ cơ khí

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt

đến chất lượng bề mặt khi tiện cao tốc

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội

Bùi thế hùng Người hướng dẫn khoa học: TS Trương hoành sơn

Hà nội 2009

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và những kết quả thực nghiệm được nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn thực tế khách quan Những kết quả tương tự chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ trong việc thực hiện luận văn này đều đã chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Bùi Thế Hùng

2

Tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn TS Trương Hoành Sơn Những gợi ý và giúp đỡ lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp, sự hướng dẫn tận tình, ủng hộ thường xuyên cũng như sự động viên của thầy trong quá trình thực hiện đồ án là cơ sở để hoàn thành bản luận văn này Bên cạnh đó thầy cũng đưa ra những đánh giá tổng kết sâu sắc và gợi mở hướng phát triển của đề tài nghiên cứu trong tương lai

Đồ án của tôi sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự cộng tác hỗ trợ

từ Phòng thí nghiệm CNC - thuộc Trung tâm Thực hành Cơ khí, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Phòng thí nghiệm Đo lường - thuộc Khoa Cơ khí, trường Cao đẳng Công nghiệp Sao Đỏ Tôi cũng xin cảm ơn sâu sắc tới sự giúp đỡ tận tình của các cán bộ công tác tại hai Phòng thí nghiệm kể trên đối với quá trình thực nghiệm Tôi cũng chân thành gửi lời cảm ơn tới tất cả các

thầy giáo đã tham gia giảng dạy tất cả các môn học của chương trình cao học Các Thầy đã cung cấp cho tôi tất cả những kiến thức cần thiết làm nền tảng để tôi có thể hòan thành tốt nội dung của luận văn tốt nghiệp này

Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt tới những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp - vì sự quan tâm, động viên và ủng hộ nhiệt tình của họ đối với tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này

Hải Dương 10/2009

Bùi Thế Hùng

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia công 16 1.4.1 Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ 16 1.4.2 Biến dạng tiếp xúc và biến dạng của chi tiết gia công 16 1.4.3 Ảnh hưởng do sai số của phôi 16 1.4.4 Ảnh hưởng do độ chính xác của máy công cụ 17 1.4.5 Ảnh hưởng sai số của đồ gá 17 1.4.6 Ảnh hưởng sai số của dụng cụ cắt 18 1.4.7 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của máy 18 1.4.8 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt 19 1.4.9 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của chi tiết 19 1.4.10 Ảnh hưởng của rung động trong quá trình cắt 19 1.4.11 Ảnh hưởng của phương pháp gá đặt 21 1.4.12 Ảnh hưởng của dụng cụ đo và phương pháp đo 21 1.5 Khả năng đạt độ chính xác của các phương pháp gia công cắt gọt 21 1.5.1 Các phương pháp cắt gọt sử dụng dụng cụ cắt có thông số hình

1.5.2 Mài và các phương pháp gia công sử dụng hạt mài 22

4 1.5.3 Các phương pháp gia công truyền thống có sử dụng máy CNC

1.5.4 Các phương pháp gia công tiên tiến 23 1.6 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài và giới hạn của đề tài 24 1.6.1 Các nghiên cứu có liên quan 24 1.6.2 Giới hạn của đề tài 24 Chương 2 ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY VÀ CÁC YẾU TỐ

ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT 26

2.2 Ảnh hưởng của độ nhám tới khả năng làm việc của chi tiết máy 28 2.2.1 Ảnh hưởng đến tính chống mòn 28 2.2.2 Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết 32 2.2.3 Ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt 32 2.2.4 Ảnh hưởng đến độ chính xác mối lắp ghép 33 2.2.5 Lựa chọn độ nhám bề mặt 33 2.2.6 Kết luận về tầm quan trọng của độ nhám bề mặt 35 2.3 Những kết quả nghiên cứu đã đạt được trong việc nghiên cứu các yếu

tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt(Ra, Rz) 35 2.3.1 Các kết quả đối với máy công cụ truyền thống

2.3.2 Các kết quả đạt được đối với máy CNC 43 Chương 3 NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ

CÔNG NGHỆ (V và S) TỚI ĐỘ NHÁM BỀ MẶT 51 3.1 Xây dựng mô hình thí nghiệm 52 3.1.1 Mô hình thí nghiệm 52 3.1.2 Các thông số cơ bản của hệ thống thí nghiệm 52 3.1.3 Tiến trình thí nghiệm 57 3.2 Kết quả thí nghiệm và thảo luận 58 3.2.1 Với vật liệu là thép 90CrSi 58 3.2.2 Với vật liệu chi tiết là thép CT38 64 3.2.3 Ảnh hưởng của vật liệu gia công 66

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 68

4.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo 69

5

MỞ ĐẦU

Ngày nay, nền công nghiệp gia công cơ đang hướng tới một công nghệ đảm bảo độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt chi tiết máy đòi hỏi ngày càng cao Việc đưa vào sử dụng các máy công cụ điều khiển số NC, CNC trong quá trình gia công cơ khí đã và đang là xu hướng tất yếu để nâng cao độ chính xác gia công, qua đó nâng cao năng lực sản xuất, năng lực cạnh tranh trong nề kinh tế thị trường và toàn cầu hoá Tuy nhiên, để cho việc sử dụng các máy NC, CNC, các máy công cụ rất đắt tiền, một cách có hiệu quả thì việc nghiên cứu khả năng công nghệ của chúng là điều rất cần thiết Công việc này đã được tiến hành nhiều trên thế giới, ở Việt Nam cũng đã có một số nghiên cứu nhưng chưa đầy đủ Xuất phát từ nhu cầu thực tế này mà đề tài

“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi tiện cao tốc trên máy tiện CNC” đã được chọn cho luận văn tốt nghiệp cao học này Toàn

bộ nghiên cứu của luận văn được trình bày trong 4 chương

Chương 1 giới thiệu chung độ chính xác gia công Chương này giới thiệu về độ chính xác gia công, các phương pháp đạt độ chính xác trong gia công cơ khí và các yếu tố gây nên sai số gia công

Chương 2 trình bày chi tiết về chất lượng bề mặt chi tiết máy, mà cụ thể là độ nhám bề mặt Ngoài ra, ảnh hưởng của độ nhám bề mặt đến khả năng làm việc của chi tiết máy cũng như sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ của quá trình cắt đến độ nhám bề mặt cũng dược đề cập đến trong chương này

Một số ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết máy khi gia công trên máy CNC được trình bày ở trong chương 3 Quá trình thực nghiệm được tiến hành trên máy tiện CNC SL-153, sử dụng dụng

cụ cắt là các mảnh hợp kim cứng có phủ Cac-bít Các thảo luận về kết quả đạt

6 được, đánh giá và đưa ra các kết luận về kết quả được thực nghiệm cũng là một phần của chương này

Chương 4 trình bày một số kết luận đã đạt được của đề tài nghiên cứu

và đưa ra các hướng nghiên cứu tiếp theo Phần này chủ yếu đưa ra các kết luận đã được phân tích bằng mô hình lý thuyết và thực nghiệm trong đề tài Đánh giá kết quả của đề tài và đưa ra các vấn đề liên quan chưa được nghiên cứu trong đề tài, đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm đảm bảo hiệu quả tối đa của nội dung đề tài này

Do thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên chắc chắn còn những thiếu sót, em rất mong sự chỉ bảo của các thày, sự đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp, để bản luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Chí Linh, tháng 10 năm 2009

Tác giả

Bùi Thế Hùng

7

CHƯƠNG 1

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG

8

1.1 Khái niệm về độ chính xác gia công

Khi thiết kế và chế tạo một máy nào đó, bên cạnh tính toán động học, tính toán độ bền, độ cứng vững và độ chống mòn còn cần phải tính toán độ chính xác của nó

Độ chính xác là đặc tính chủ yếu của chi tiết máy Trong thực tế, ta không thể chế tạo chi tiết có độ chính xác tuyệt đối bởi vì khi gia công xuất hiện các sai số Vì vậy, độ chính xác gia công có thể rất khác nhau

Nâng cao độ chính xác gia công và độ chính xác lắp ráp sẽ làm tăng độ bền và tuổi thọ của máy Ví dụ, khi tăng độ chính xác của vòng bi (giảm khe hở) xuống từ 20 µm đến 10 µm thì thời gian phục vụ của nó tăng lên từ 740 đến 1200 giờ

Nâng cao độ chính xác gia công cơ cho phép loại bỏ công việc điều chỉnh khi lắp ráp, tạo điều kiện cho việc lắp lẫn hoàn toàn và thực hiện phương pháp lắp ráp theo dây chuyền Như vậy nó không chỉ giảm nhẹ khối lượng lắp ráp mà còn giảm nhẹ công việc sửa chữa máy khi vận hành Như vậy độ chính xác gia công chi tiết máy được hiểu như sau:

“Độ chính xác gia công của chi tiết máy là mức độ giống nhau về kích thước, hình dáng hình học và vị trí tương quan của chi tiết gia công trên máy

và chi tiết lý tưởng trên bản vẽ” [1]

Hình 1.1 Bản vẽ chi tiết máy

Bản vẽ thiết kế một chi tiết Chi tiết thực

Đó là mức độ phù hợp giữa hình dáng hình học thực và hình dáng hình học lý tưởng của chi tiết Ví dụ, khi gia công chi tiết hình trụ, độ chính xác hình dáng hình học được đánh giá qua độ côn, ôvan, độ đa cạnh, độ tang trống, v.v… còn khi gia công mặt phẳng, độ chính xác hình dáng hình học

được đáng giá qua độ phẳng của nó so với độ phẳng lý tưởng

1.1.3 Độ chính xác vị trí tương quan

Độ chính xác này thực chất là sự xoay đi một góc nào đó của bề mặt này

so vơi bề mặt kia (dùng làm chuẩn) Độ chính xác vị trí tương quan thường được ghi thành một điều điện kỹ thuật trên bản vẽ thiết kế Ví dụ, độ song

song, độ vuông góc, độ đồng tâm, v.v…

Nói chung, độ chính xác gia công là chỉ tiêu khó đạt nhất và gây tốn kém nhất kể cả trong quá trình xác lập cũng như trong quá trình chế tạo Độ chính xác gia công là một yếu tố rất quan trọng trong gia công cơ khí, nó phản ánh trình độ gia công của một nền sản xuất cơ khí Tuy niên, việc nâng cao độ chính xác gia công là điều rất cần thiết vì điều đó sẽ làm nâng cao chất lượng

sử dụng của chi tiết máy, làm giảm thời gian lắp ráp sản phẩm v.v Tuy nhiên, cũng cần phải hiểu rằng, việc nâng cao độ chính xác gia công đồng nghĩa với

việc giá thành chi tiết sẽ bị nâng cao như được chỉ ra trong hình 1.2

10 Gi¸ thµnh

Dung sai chÕ t¹o

Hình 1.2 Mối quan hệ giữa độ chính xác gia công và giá thành sản phẩm

Độ chính xác gia công trong điều kiện sản xuất phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, do đó người ta thường gia công chi tiết với “độ chính xác kinh tế” chứ không phải “ độ chính xác có thể đạt tới “[1]

“Độ chính xác kinh tế” là độ chính xác đạt được trong điều kiện sản xuất bình thường với giá thành hạ nhất

“Độ chính xác có thể đạt tới” là độ chính xác đạt được trong những điều

Hình 1.3 Quan hệ giữa giá thành gia công C và độ chính xác (sai số δ)

1 tiện thô; 2 tiện tinh; 3 mài

3 2 1

C

δ

11 kiện đặc biệt không tính đến giá thành gia công (máy chính xác, đồ gá tốt, công nhân có tay nghề cao, v.v…)

Hình 1.3 mô tả mối quan hệ giữa giá thành gia công và độ chính xác (sai

số δ) của các phương pháp cắt gọt khác nhau Đường 1 mô tả mối quan hệ giữa C và δ khi tiện thô, đường 2 – khi tiện tinh và đường 3 – khi mài

Ta thấy đường cong 2 cắt cả hai đường cong 1 và 3, tạo ra 3 vùng I, II, III khác nhau Như vậy,vùng I có thể gọi là độ chính xác có thể đạt tới (độ chính xác cao nhất), vùng II là độ chính xác kinh tế còn vùng III là độ chính xác đảm bảo Ta có thể phân tích các đường cong này như sau: Ví dụ, bằng phương pháp tiện tinh (đường cong 2) có thể đạt được mức độ chính xác ở

vùng I nhưng giá thành C cao, vì vậy bằng phương pháp mài cho ta giá thành

hạ hơn (đường cong 3) Độ chính xác ở vùng III có thể đạt được bằng tiện tinh (đường cong 2) nhưng tốt hơn là dùng phương pháp tiện thô (đường cong 1) Để đạt độ chính xác ở vùng II tốt nhất là dùng phương pháp tiện tinh vì có giá thành hạ nhất

1.2 Các n guyên nhân gây ra sai số gia công

Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện xác định mặc

dù những nguyên nhân gây ra từng sai số của mỗi chi tiết là giống nhau nhưng sai số tổng cộng trên từng chi tiết lại khác nhau Sở dĩ có hiện tượng như vậy là do tính chất khác nhau của các sai số thành phần Một số sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt đều có giá trị không đổi theo một qui luật nào đó Những sai số này gọi là sai số hệ thống cố định hoặc hệ thống

thay đổi Có một số sai số khác mà giá trị của chúng xuất hiện trên mỗi chi

tiết không theo một qui luật nào cả và những sai số này gọi là sai số ngẫu

nhiên

- Sai số lý thuyết của phương pháp cắt

12

- Sai số chế tạo của máy, dao, đồ gá

- Biến dạng nhiệt của chi tiết gia công

công)

- Dụng cụ bị hao mòn theo thời gian gia công

- Biến dạng nhiệt của máy, dao và đồ gá

1.2.3 Các nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên

- Độ cứng của vật liệu không đồng đều

- Lượng dư gia công không đồng đều

- Vị trí của phôi trong đồ gá thay đổi (dẫn đến sai số gá đặt)

- Thay đổi của ứng suất dư

- Gá dao nhiều lần

- Mài dao nhiều lần

- Thay đổi nhiều máy để gia công một loạt chi tiết

- Dao động nhiệt của quá trình cắt

- Các loại rung động trong quá trình cắt

1.3 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công

Để đạt độ chính xác gia công người ta thường dùng 3 phương pháp sau đây:

13

có thể đưa dao vào vị trí (đã lấy dấu) một cách nhanh chóng và để tránh phế

phẩm (do dao được đưa vào quá sâu)

Phương pháp cắt thử có những ưu điểm sau đây:

- Trên máy không chính xác vẫn có thể đạt được độ chính xác cao (nhờ

vào tay nghề của người công nhân)

- Lọai trừ ảnh hưởng của mòn dao khi gia công cả loạt chi tiết (do dao luôn luôn được điều chỉnh đúng vị trí)

- Không cần chế tạo đồ gá đắt tiền mà chỉ cần người thợ rà gá chính xác Tuy nhiên, phương pháp cắt thử lại có những nhược điểm sau:

- Độ chính xác gia công phụ thuộc vào bề dầy nhỏ nhất của lớp phôi được hớt đi Ví dụ, khi tiện bằng dao hợp kim (có mài bóng lưỡi) bề dầy phôi

có thể cắt được không nhỏ hơn 0.02 mm, còn khi tiện bằng dao đã mòn thì bề dày phôi có thể cắt được không nhỏ hơn 0.05 mm Như vậy, khi gia công bằng phương pháp cắt thử người thợ không thể điều chỉnh được dao để lưỡi cắt có thể hớt đi bề dày phôi nói trên, do đó không thể đảm bảo được kích thước có sai số nhỏ hơn bề dày lớp phoi đó

- Người thợ phải làm việc căng thẳng nên dễ mệt, do đó có thể gây ra phế phẩm

- Năng suất thấp do phải cắt nhiều lần

- Do năng suất thấp nên giá thành gia công cao

Với những nhược điểm trên đây, cho nên phương pháp cắt thử chỉ được

sử dụng trong sản xuất đơn chiếc và hàng lọat nhỏ, trong sản xuất thử và trong sửa chữa hoặc trong các phân xưởng dụng cụ Trong sản xuất hàng loạt

lớn và hàng khối, phương pháp cắt thử chủ yếu được dùng ở nguyên công mài bởi vì trong nguyên công này, dụng cụ cắt (đã mài) bị mòn rất nhanh và phá

vỡ kích thước đã được điều chỉnh Do đó lượng mòn của đá có thể được bù lại

14 nhờ điều chỉnh đá bằng tay trong quá trình gia công để vẫn đảm bảo độ chính xác gia công

1.3.2 Phương pháp tự động đạt kích thước

Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối để đạt độ chính xác gia công chủ yếu người ta dựng phương pháp tự động đạt kích thước Bản chất của phương pháp này là trước khi gia công, dụng cụ cắt được điều chỉnh sẵn để có

vị trí tương quan cố định so với chi tiết gia công (hình 1.4) Nói cách khác thì chi tiết gia công cũng phải có vị trí tương quan cố định so với chi tiết gia công Vị trí này của chi tiết gia công được đảm bảo nhờ cơ cấu định vị của đồ

gá Còn đồ gá cũng có vị trí xác định trên máy nhờ cơ cấu định vị riêng

Ví dụ, khi phay phôi (chi tiết gia công) 2 để đạt kích thước a và b ( hình 1.4) bàn máy phay được điều chỉnh sao cho mặt tỳ của má tĩnh 1 của êtô cách trục quay của dao phay một đọan K = D/2 +a ( D- đường kính dao phay) Như vật, khi sử dụng phương pháp tự động đạt kích thước thì việc đảm bảo độ chính xác gia công không phải do người công nhân thực hiện mà do: thợ điều chỉnh (có nhiệm vụ điều chỉnh máy); thợ chế tạo dụng cụ (có nhiệm

Hình 1.4 Gia công theo phương pháp tự động đạt kích thước

1 ê tô; 2 chi tiết gia công; 3 dao phay

15

vụ chế tạo đồ gá) và nhà công nghệ (có nhiệm vụ xác định chuẩn công nghệ, kích thước phôi và phương pháp gá đặt nó trên đồ gá)

Phương pháp tự động đạt kích thước có những ưu điểm sau đây:

- Đảm bảo độ chính xác gia công, giảm phế phẩm Độ chính xác gia công không phụ thuộc vào bề dày nhỏ nhất của lớp phôi được cắt và trình độ tay nghề của công nhân

- Chỉ cắt một lần là đạt kích thước, không mất thời gian lấy dấu và cắt thử, do đó năng suất gia công tăng

- Sử dụng hợp lý công nhân có trình độ tay nghề cao Với sự phát triển của tự động hóa quá trình sản xuất, những công nhân có trình độ tay nghề cao

có khả năng điều chỉnh máy và cùng lúc phục vụ nhiều máy khác nhau

- Nâng cao hiệu qủa kinh tế

Tuy nhiên phương pháp này có những nhược điểm sau đây:

- Chi phí cho việc thiết kế, chế tạo đồ gá cũng như chí phí cho việc điều chỉnh máy, điều chỉnh dao có khi vượt quá hiệu qủa kinh tế của phương pháp mang lại

- Chi phí cho việc chế tạo phôi chính xác đôi khi không bù lại được nếu

số chi tiết gia công quá ít

- Nếu dụng cụ mau mòn thì kích thước đã được điều chỉnh sẽ thay đổi nhanh, do đó cần phải điều chỉnh lại nhiều lần Điều này gây tốn kém cả về thời gian và kinh phí, đồng thời làm cho độ chính xác giảm

Ngày nay, với sự phát triển của kỹ thuật thông tin và kỹ thuật điều khiển tự động, tự động hoá, độ chính xác gia công có thể đạt được bằng phương pháp điều khiển thích nghi Theo phương pháp này thì trong quá trình gia công, các kích thước gia công cần đạt luôn được đo trong suốt quá trình gia công Các giá trị đo được này sẽ là các thông tin cần thiết để cho các bộ

16 điều khiển có thể điều khiển dụng cụ cắt hay chi tiết tiến ra, vào một lượng hợp lý để đảm bảo kích thước cần gia công, qua đó đảm bảo độ chính xác gia công Tuy nhiên, giá thành chế tạo của loại hình này còn rất cao nên chỉ được

áp dụng cho các chi tiết cần độ chính xác cao Ở nước ta hình thức này chưa phổ biến

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia công

1.4.1 Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ

Hệ thống công nghệ (Máy-Dao-Đồ gá-Chi tiết gia công) là một hệ thống đàn hồi Sự thay đổi các giá trị biến dạng đàn hồi dưới tác dụng của lực cắt sẽ gây ra sai số kích thước và sai số hình dáng hình học của chi tiết gia

công

Lực cắt thay đổi là do lượng dư gia công không cố định, tính chất cơ lý của vật liệu gia công không cố định và do mòn dao Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ phụ thuộc vào lực cắt và độ cứng vững của bản thân hệ thống đó

1.4.2 Biến dạng tiếp xúc và biến dạng của chi tiết gia công

Lượng biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ (hoặc của các phần tử trong hệ thống) phụ thuộc vào biến dạng của bản thân các chi tiết và biến dạng tiếp xúc của các bề mặt lắp ghép Biến dạng của bản thân chi tiết (biến dạng kéo, biến dạng nén, biến dạng uốn, biến dạng xoắn hoặc tổng hợp các biến dạng đó) được tính theo các công thức của sức bền vật liệu hoặc theo lý thuyết đàn hồi

Khi gia công, dao bị mòn làm cho lực cắt Py và biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ tăng lên, do đó kích thước của chi tiết máy cũng bị biến động Còn sự biến động của độ cứng vật liệu và lượng dư gia công sẽ gây ra sai số hình dáng hình học của chi tiết Hơn nữa, trong thực tế cũng tồn tại hiện

17

tượng in dập (di truyền công nghệ) sai số hình dáng hình học cùng tính chất của phôi và chi tiết gia công như độ ô-van, độ côn, độ đảo, v.v…

1.4.4 Ảnh hưởng do độ chính xác của máy công cụ

Thông thường máy công cụ có những sai số hình học như sau:

- Độ đảo hướng kính của trục chính

- Độ đảo của lỗ côn trục chính

- Độ đảo mặt đầu của trục chính

- Các sai số của các bộ phận khác như sống trượt, bàn máy,v.v…

Các sai số trên đây sẽ phản ánh một phần hoặc toàn bộ lên chi tiết gia công

dưới dạng sai số hệ thống Việc hình thành các bề mặt gia công là do chuyển động cưỡng bức của các bộ phận chính như trục chính, bàn máy hoặc bàn dao v.v… nếu các chuyển động này có sai số chúng sẽ phản ánh lên bề mặt của chi tiết gia công

1.4.5 Ảnh hưởng sai số của đồ gá

Sai số chế tạo và lắp ráp của đồ gá cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công Các chi tiết quan trọng của đồ gá như các chi tiết định vị, dẫn hướng, so dao, v.v Nếu có sai số do chế tạo hoặc mòn sẽ làm thay đổi vị trí tương đối giữa Máy-Dao-Chi tiết, do đó cũng gây ra sai số gia công Sai số này có thể xác định được bằng tính toán dựa vào dung sai của các chi tiết chủ yếu của đồ gá hoặc có thể dựa vào kích thước thực tế của các chi tiết đó khi chế tạo

Nhìn chung, tốc độ mòn của đồ gá cũng như của máy công cụ rất chậm, vì vậy sai số về hình học của đồ gá sẽ phản ảnh lên các chi tiết được gia công là

như nhau và mang tính hệ thống Ngòai ra, sai số do lắp ráp đồ gá lên máy

18 cũng gây ra sai số gia công vì nó làm mất vị trí chính xác của đồ gá so với dụng cụ cắt

1.4.6 Ảnh hưởng sai số của dụng cụ cắt

Độ chính xác chế tạo dụng cụ cắt, mức độ mài mòn của nó và sai số gá đặt trên máy đều ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Khi gia công bằng các dụng cụ định kích thước (ví dụ như mũi khoan, mũi khoét, dao doa, dao chuốt v.v) thì sai số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công Khi gia công rãnh then bằng dao phay ngón, dao phay đĩa thì sai số đường kính và

bề rộng của dao cũng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác chiều rộng của rãnh then

Sai số bước ren, góc nâng của ren, góc đỉnh ren, đường kính trung bình của các lọai tarô và bàn ren đều phản ánh trực tiếp lên ren gia công

Khi gia công các mặt định hình bằng các dao định hình ( như dao tiện định hình, dao phay răng môđun) thì sai số prophin của dao sẽ gây ra sai số hình dạng bề mặt

Ngoài sai số chế tạo, trong quá trình cắt dao sẽ bị mòn và ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác gia công

1.4.7 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của máy

Khi máy làm việc, các bộ phận khác nhau của nó bị nung nóng chủ yếu là

do nhiệt ma sát, nhiệt phát ra từ động cơ và từ hệ thống thủy lực Nhiệt độ của các bộ phận khác nhau có thể chênh lệch trong khoảng 10 ÷ 500 C, trong đó nhiệt độ ở hai ổ trục chính có giá trị lớn nhất và có ảnh hưởng lớn nhất đến

độ chính xác gia công Nhiệt độ tăng lên làm cho tâm trục chính xê dịch theo

cả hai phương ngang va đứng Do đó các chi tiết gia công ở đầu và cuối ca làm việc sẽ có các kích thước khác nhau

19

1.4.8 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt

Khi cắt, nhiệt cắt truyền vào dao với tỷ lệ không lớn (10 ÷ 20%) Tuy nhiên, tỷ lệ nhiệt này cũng gây ra biến dạng đáng kể của dao cắt Sự giãn nở chiều dài dao sẽ làm thay đổi vị trí dao đã được điều chỉnh và gây ra sai số gia công

1.4.9 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của chi tiết

Một phần nhiệt ở vùng cắt được truyền vào chi tiết gia công, làm cho nó biến dạng và gây ra sai số gia công Nếu chi tiết nung nóng đều thì chỉ gây ra sai số kích thước, còn nếu nó bị nung nóng cục bộ, không đều thì ngoài sai số kích thước còn gây ra sai số hình dáng Nhiệt độ được truyền vào chi tiết phụ thuộc vào chế độ cắt Ví dụ, khi tiện với tốc độ cắt và lượng chạy dao cao, có nghĩa là rút ngắn thời gian tác động nhiệt tới chi tiết gia công thì nhiệt độ giảm Chẳng hạn, khi tăng tốc độ cắt từ 30 đến 150 m/phút với chiều sâu cắt không đổi (3mm) và lượng chạy dao 0.44 mm/vòng thì nhiệt độ của chi tiết giảm

1.4.10 Ảnh hưởng của rung động trong quá trình cắt

Rung động của hệ thống công nghệ trong quá trình cắt làm cho vị trí tương đối giữa dao cắt và chi tiết gia công thay đổi theo chu kỳ, do đó ghi lại trên bề mặt chi tiết hình dáng không bằng phẳng Nếu sai số rung động thấp, biên độ lớn sẽ sinh ra độ nhám bề mặt Ngoài ra, do rung động chiều sâu cắt, tiết diện phoi và lực cắt sẽ tăng, giảm theo chu kỳ làm ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Rung động có hai loại: rung động cưỡng bức và tự rung động

a Rung động cưỡng bức:

20 Nguyên nhân gây ra rung động cưỡng bức là do các lực kích thích từ bên ngoài truyền vào Rung động cưỡng bức có thể có hoặc không có chu kỳ tùy theo lực kích thích có hoặc không có chu kỳ Nguồn gốc sinh ra rung động cưỡng bức là:

- Các chi tiết máy, dao hoặc chi tiết gia công quay nhanh nhưng không được cân bằng tốt

- Các chi tiết truyền động trong máy có sai số lớn

- Lượng dư gia công không đều

- Bề mặt gia công không liên tục

- Các bề mặt tiếp xúc có khe hở lớn

Để giảm rung động người ta thường sử dụng các biện pháp sau đây:

- Nâng cao độ cứng của hệ thống công nghệ

- Giảm lực truyền động cần phải được gia công với độ chính xác cao

- Các chi tiết quay nhanh cần phải được cân bằng tốt

Để giảm tự rung người ta dùng các biện pháp sau đây:

- Không nên cắt lớp phoi quá rộng và quá mỏng

- Chọn cắt độ cắt hợp lý sao cho không nằm trong vùng có xuất hiện lẹo dao

- Thay đổi hình dáng hình học của dao sao cho giảm lực cắt ở phương có rung động

- Dùng dung dịch bôi trơn nguội để giảm bớt mòn dao

21

- Nâng cao độ cứng của hệ thống công nghệ

- Sử dụng các cơ cấu giảm rung

1.4.11 Ảnh hưởng của phương pháp gá đặt

Để gia công được trên máy, chi tiết phải được định vị và kẹp chặt Hai quá trình này (định vị và kẹp chặt) được gọi là gá đặt Bản thân gá đặt này cũng sai số và ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công

1.4.12 Ảnh hưởng của dụng cụ đo và phương pháp đo

Dụng cụ đo và phương pháp đo cũng gây ra sai số và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công

Bản thân dụng cụ đo khi chế tạo cũng có sai số, do đó khi dùng nó để xác định độ chính xác của chi tiết sẽ cho ta kết quả không chính xác

Ngoài ra phương pháp đo (gá chi tiết gia công lên dụng cụ đo hoặc đồ gá, sau đó điều chỉnh chuỗi kích thước rồi thực hiện phép đo) cũng gây ra sai số

và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công

Để giảm bớt ảnh hưởng của đo lường đến độ chính xác gia công cần phải chọn dụng cụ đo và phương pháp đo hợp lý

1.5 Khả năng đạt độ chính xác của các phương pháp gia công cắt gọt

- Tốc độ gia công thấp nên chất lượng bề mặt chi tiết chưa cao

- Do chiều sâu cắt tới hạn lớn (Lớn hơn 0,02mm)

- Thường gia công các vật liệu chưa qua nhiệt luyện nên chất lượng bề mặt gia công thấp

Do đó, trong các quá trình gia công đòi hỏi độ chính xác cao thì các quá trình trên vẫn chưa đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra mà chỉ đóng vai trò là các nguyên công gia công thô hoặc gia công trước nhiệt luyện, chuẩn bị cho quá trình gia công có độ chính xác cao hơn như Mài, Nghiền, Khôn v.v

Mài và các phương pháp gia công bằng vật liệu hạt mài như Nghiền, Khôn, Mài siêu tinh xác là các phương pháp gia công tinh cho độ chính xác gia công cao Bằng phương pháp mài, có thể gia công được chi tiết đạt độ chính xác cấp 6-7, độ nhám ∇8-∇10, do đó có thể sử dụng cho gia công lần cuối Với các phương pháp gia công khác còn có thể đạt độ chính xác cao hơn nữa Do vậy đây là các phương pháp được sử dụng chủ yếu để gia công các chi tiết đạt độ chính xác cao và rất cao Sở dĩ các phương pháp gia công này đạt độ chính xác gia công cao vì một số nguyên nhân sau:

23

- Chiều sâu cắt trong các nguyên công này rất nhỏ Chiều sâu cắt khi mài

từ 2-20 µm, khi nghiền và khôn còn nhỏ hơn nữa

- Tốc độ cắt rất lớn (khi mài) hoặc rất bé (khi nghiền, khôn)

dụng cụ cắt tiên tiến

Độ chính xác gia công phụ thuộc nhiều vào máy công cụ được sử dụng

để gia công chi tiết Ngày nay, với sự ra đời của các máy CNC, độ chính xác gia công cơ khí đã được tăng lên đáng kể, đặc biệt khi gia công bằng các dụng

cụ cắt vật liệu mới có tính năng sử dụng tốt hơn Đó là do:

- Máy CNC có độ chính xác rất cao Độ chính xác của các máy CNC cao hơn rất nhiều sơ với các máy công cụ truyền thống Sai số dịch chuyển chạy dao trong máy CNC là 1µm với các máy Trung tâm gia công (Machinning Center) và 0,1µm cho các Trung tâm mài (Grinding Center)

- Có thể cắt với tốc độ cắt cao hơn nhiều so với máy truyền thống Hiện nay, các máy CNC đã có tốc độ trục chính lên tới 30.000v/ph Với tốc độ trục chính cao như vậy, có thể gia công cát gọt kim loại với tốc độ cao, điều này làm cho chất lượng bề mặt cao hơn qua đó góp phần làm tăng độ chính xác gia công

Với các phương pháp gia công truyền thống đã nêu trên, việc nâng cao

độ chính xác gia công đã được nghiên cứu và đã đạt được nhiều kết quả đáng

kể Tuy nhiên, các phương pháp công nghệ trên chỉ mới dừng lại ở giới hạn kích thước là Micromet (10-6 mm) Hiện nay, để nâng cao độ chính xác gia công và thu gọn kích thước của sản phẩm, công nghệ Na-no đã và đang được nghiên cứu và phát triển Với việc giới hạn kích thước nghiên cứu đạt tới 10-9

mm, chiều sâu cắt đạt tới 10-9 mm, công nghệ Na-no đã và đang là hướng nghiên cứu mới để nâng cao độ chính xác gia công trong tương lai

24

1.6 Các nghiên cứu có liên quan đến đề tài và giới hạn của đề tài

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

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ bóng đã được nghiên cứu nhiều ở các nước phát triển như Đức, Mỹ, Nhật, Pháp, Thuỵ Sĩ Ví dụ nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt của tác giả Chang-Xue(Jack)Feng

Độ chính xác gia công là một thông số mang tính tổng hợp Tuy nhiên, hai yếu tố rất quan trọng trong độ chính xác gia công là độ chính xác về kích thước và độ nhám bề mặt thì lại có quan hệ mật thiết với nhau, trong độ nhám

bề mặt Ra bằng khoảng 5-20% dung sai kích thước Bề mặt có độ nhám bề mặt nhỏ thì độ chính xác về kích thước hình học mới cao và ngược lại Do đó việc nghiên cứu độ nhám bề mặt của một phương pháp gia công thì sẽ đánh giá được độ chính xác gia công về kích thước hình học của phương pháp đó

Do vậy phạm vi luận văn này chỉ giới hạn ở việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ: tốc độ cắt V(m/ph), tốc độ chạy dao S(mm/vg) tới độ nhám bề mặt chi tiết máy (Ra) khi gia công trên máy CNC với các loại vật

25 liệu có độ cứng khác nhau cụ thể là thép hợp kim 90CrSi và thép các bon CT38

26

Chương 2

độ nhám bề mặt chi tiết máy và các yếu

tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

27

2.1 Độ nhấp nhô tế vi

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 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 gia công có độ nhám (độ nhấp nhô tế vi) Độ nhấp nhô tế vi của bề mặt gia công được 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

Hình 2.1 Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi của bề mặt chi tiết

Trị số R z được xác định như sau:

5

5

10 9 8

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

R z

−+

−+

−+

−+

−

=

++++

−++++

=

(2.1)

28 Sai lệch profin trung bình cộng (R a) là trị số trung bình của khoảng cách từ các đỉnh trên đường nhấp nhô tế vi tới đường trục tọa độ OX:

≤ 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

2.2 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)

2.2.1 Ảnh hưởng đến tính chống mòn

Chiều cao và hình dạng của nhấp nhô tế vi trên bề mặt cùng với chiều của vết gia công có ảnh hưởng đến ma sát và mài mòn chi tiết máy

29

Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc nhau có nhấp nhô tế vi (nhám) nên trong giai đoạn đầu của quá trình làm việc, hai bề mặt này chỉ tiếp xúc nhau ở một số đỉnh cao nhấp nhô; diện tích tiếp xúc thực chỉ bằng một phần của diện tích tiếp xúc tính toán Tại các đỉnh tiếp xúc đó áp suất rất lớn, thường vượt quá

giới hạn chảy, có khi vượt quá 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:

và áp suất tiếp xúc giảm đi Mòn ban đầu ứng với thời gian chạy rà kết cấu cơ khí Ở giai đoạn này hình dạng nhấp nhô và chiều của vết gia công cũng thay đổi Sau giai đoạn này quá trình mài 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

30 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 <

2

t < 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

T

3 2 1

t t t3

1

0

ab

c

Hình 2.2 Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết ma sát (tiếp xúc) với nhau

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 2.3 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 a1, R a2; đó là giá trị tối ưu

31 của R a Nếu giá trị của R a nhỏ hơn trị số tối ưu R a1, R a2 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 a1, R a2 thì lượng mòn sẽ tăng lên vì các nhấp nhô bề mặt bị phá

vỡ và cắt đứt

Tóm lại khi thiết kế hai bề mặt ma sát với nhau phải chọn độ nhám bề mặt tối ưu để giảm độ mòn của chúng đến mức nhỏ nhất, tùy theo điều kiện làm việc cụ thể

1 2

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

32 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

z

R = 100 μm xuống R z = 0,1μm thì độ bền chịu va đập có thể tăng 17%

Hình 2.4 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

2.4) 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

2.2.4 Ảnh hưởng đến độ chính xác mối lắp ghép

33

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

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

34 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

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

35 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:

Tóm lại, chất lượng của bề mặt chi tiết máy có ảnh hưởng nhiều đến khả năng làm việc của các mối lắp ghép của chi tiết máy trong kết cấu cơ khí Tất nhiên, mối quan hệ này rất phức tạp, cần phải tiếp tục khảo sát có hiệu quả hơn, thông qua các công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để từ đó tìm biện pháp tác động tích cực đến chất lượng bề mặt, góp phần nâng cao khả năng làm việc và đảm bảo chất lượng các mối lắp ghép chi tiết máy Về phương diện công nghệ chế tạo máy cần đi sâu phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chi tiết máy

2.3 Nh ững kết quả nghiên cứu đã đạt được trong việc nghiên cứu các y ếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt chi tiết gia công (R a , R z )

2.3.1 Các kết quả đối với máy công cụ truyền thống

2.3.1.1 Các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt

36 Mối quan hệ giữa các thông số hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt với chất lượng bề mặt chi tiết máy đã được nhiều công trình lý thuyết và thực nghiệm đề cập đến, chủ yếu trên cơ sở phương pháp cắt gọt như tiện, phay, mài Từ kết quả nghiên cứu, bước đầu người ta đã tìm được các biện pháp công nghệ thích hợp để cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết máy, nhất là giảm chiều cao nhấp nhô tế vi R z (giảm độ nhám) để tăng độ nhẵn bóng bề mặt Qua thực nghiệm đối với phương pháp tiện người ta đã xác định mối quan hệ giữa các thông số: chiều cao nhấp nhô tế vi R z, lượng tiến dao S, bán kính mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất hmin

0,15 0,1

Rz ( m)

2

1 3

0,2

Hình 2.5 Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi R z và lượng tiến dao S

khi tiện Trên hình 2.5, đường cong 1 biểu thị mối quan hệ tổng quát giữa R z, S

và r, cụ thể là trong phạm vi giá trị của lượng chạy dao S > 0.15 mm/vòng; Đường cong 2 biểu thị mối quan hệ thực nghiệm, kể cả phạm vi giá trị lượng chạy dao S nhỏ hơn (S < 0,1 mm/vòng) Từ đường cong 2 người ta xác định được mối quan hệ giữa R z, S và r, hmin đối với bước tiện tinh và biểu thị