Chương 2. Chất lượng bề mặt gia công cơ
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt
2.3.1.1. Ảnh hưởng của các thông số mang tính chất in d p hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt
- Ảnh hưởng của góc nghiêng chính : tăng → Rz tăng - Ảnh hưởng của góc nghiêng phụ 1: 1 tăng → Rz tăng - Ảnh hưởng của bán kính mũi dao r: r tăng → Rz giảm - Ảnh hưởng của lượng chạy dao S: S tăng → Rz tăng
Nếu lƣợng chạy dao S quá nhỏ (S < 0.03 mm/vòng) thì trị số của Rz lại tăng.
Nguyên nhân: do S nhỏ hơn bán kính mũi dao nên xảy hiện tƣợng trƣợt của mũi dao trên bề mặt gia công.
29
- Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t: t ít ảnh hưởng đến nhám bề mặt. Tuy nhiên không nên cắt với t quá nhỏ
Ví dụ: Xét sự ảnh hưởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến chất lƣợng bề mặt chi tiết khi tiện.
Hình 2-6. Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi tiện
Sau một vòng quay của phôi dao tiện sẽ dịch chuyển một đoạn là S1 từ vị trí 1 đến vị trí 2 ( hình 2.6 a). Trên bề mặt gia công sẽ chừa lại một phần kim loại m không đƣợc hớt đi bởi dao. Chiều cao nhấp nhô Rz đƣợc xác định bởi S1 và hình dạng hình học của dao cắt.
Nếu thay đổi lƣợng chạy dao thì thì chiều cao nhấp nhô giảm ( hình 2.6 b)
Nếu thay đổi góc và 1 không những làm thay đổi chiều cao nhấp nhô mà còn làm thay đổi cả hình dạng nhấp nhô ( hình 2.6 c).
Nếu bán kính mũi dao có có dạng tròn r1 thì nhấp nhô cũng có đáy lõm hình tròn ( hình 2.6 d) nếu tăng bán kính mũi dao lên r2 thì chiều cao nhấp nhô tế vi Rz giảm ( hình 2.6 e).
Khi bán kính r nhỏ lƣợng chạy dao S lớn thì ngoài phần cong của lƣỡi cắt phần thẳng cũng ảnh hưởng đến hình dạng và chiều cao nhấp nhô ( hình 2.6 f).
2.3.1.2. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớp bề mặt
Biến dạng dẻo lớp bề mặt ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt. Biến dạng dẻo lớp bề mặt tăng làm tăng nhám bề mặt. Vì vậy, tất cả các nguyên nhân làm tăng Biến dạng dẻo lớp bề mặt đều làm tăng nhám bề mặt.
30
* Ảnh hưởng của tốc độ cắt v.
Tốc độ cắt v ảnh hưởng rất lớn đến Biến dạng dẻo lớp bề mặt do đó ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt .
Khi gia công vật liệu dẻo (thép), quan hệ giữa vận tốc cắt và Rz nhƣ hình 2-7.
Hình 2-7. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhấp nhô tế vi
+ Khi tốc độ cắt v thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách d , biến dạng dẻo lớp bề măt nhỏ vì vậy nhám bề mặt Rz khá nhỏ.
+ Khi tăng tốc độ cắt v lên khoảng 15 - 20 m/phút thì thì nhiệt cắt và lực cắt đều tăng gây ra biến dạng dẻo mạnh khi đó hình thành lẹo dao làm tăng độ nhám bề mặt gia công
+ Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại biến dạng bị phá hủy, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi, lẹo dao biến mất ứng với vận tốc cắt từ 30 – 60 m/phút.
+ Nếu tiếp tục tăng tốc độ cắt v > 60m/ph, tốc độ cắt lớn hơn tốc độ hình thành biến dạng dẻo, do đó lẹo dao không hình thành nên nhám bề mặt Rz giảm .
Khi gia công kim loại giòn (gang) các mảnh kim loại bị trƣợt và vỡ ra không theo thứ tự do đó làm tăng độ nhám bề mặt. Tăng tốc độ cắt sẽ giảm đƣợc hiện tƣợng vỡ vụn của kim loại và nhƣ vậy làm tăng độ nhám bề mặt.
* Ảnh hưởng của lượng chạy dao S
Lượng chạy dao S ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học như đã nói ở trên, còn có ảnh hưởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công, do đó ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt. Hình 2.6 là đồ thị quan hệ giữa lượng chạy dao S và Rz khi gia công thép cacbon.
Hình 2-8. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhấp nhô tế vi
31
Khi gia công với lƣợng chạy dao S=(0,02 - 0,15) mm/vòng thì bề mặt gia công có Rz nhỏ. Nếu gia công với S < 0,02mm/vòng Rz sẽ tăng lên vì ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học. Nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vòng thì biến dạng dẻo tăng kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học, làm Rz tăng (đoạn BC trên hình 2.8).
Nhƣ vậy: để đảm báo độ nhám bề mặt và năng suất gia công nên chọn giá trị lƣợng chạy dao S trong khoảng từ 0,02 đến 0,125 mm/vòng đối với thép cacbon.
* Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t
Chiều sâu cắt nhìn chung không có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt.
Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng, do đó Rz tăng . Ngƣợc lại, chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm cho dao bị trƣợt trên bề mặt gia công và xảy ra hiện tƣợng cắt không liên tục, do đó Rz tăng.
* Ảnh hưởng của v t liệu gia công
Vật liệu gia công ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon), càng d biến dạng dẻo sẽ làm cho Rz tăng. Vật liệu càng cứng, càng khó biến dạng dẻo và độ hạt càng nhỏ thì Rz giảm.
Độ cứng của vật liệu gia công tăng thì sẽ hạn chế được ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt.
* Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội
Dung dịch trơn nguội làm giảm ma sát trong vùng gia công, giảm nhiệt cắt, giảm lực cắt, giảm biến dạng dẻo bề mặt do đó làm giảm Rz .
c. Ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ
Rung động của hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công. Nếu rung động có tần số lớn, biên độ nhỏ sẽ gây ra nhám bề mặt. Nếu rung động có tần số nhỏ, biên độ lớn sẽ gây ra sóng bề mặt.
Rung động giảm - độ nhám bề mặt tăng.
2.3.2. Ảnh hưởng đến lớp biến cứng bề mặt
Biến dạng dẻo lớp bề mặt tăng sẽ làm tăng lớp biến cứng bề mặt. Vì vậy tất cả các nguyên nhân làm tăng lực cắt sẽ làm tăng biến dạng dẻo lớp bề mặt do đó sẽ làm tăng mức độ biến lớp bề mặt. Tăng thời gian tác dụng của lực cắt sẽ làm tăng chiều sâu lớp biến cứng.
Nếu góc trước tăng từ giá trị âm đến giá trị dương thì mức độ và chiều sâu biến cứng bề mặt chi tiết giảm.
Vận tốc cắt tăng làm giảm thời gian tác động của lực gây ra biến dạng kim loại, do đó làm giảm chiều sâu biến cứng và mức độ biến cứng bề mặt. Qua thực nghiệm người ta kết luận:
- Nếu V< 20 m/ph: chiều sâu biến cứng tăng theo giá trị vận tốc cắt.
- Nếu V> 20 m/ph: chiều sâu biến cứng giảm theo giá trị lƣợng chạy dao.
Ngoài ra, biến cứng bề mặt cũng tăng nếu dụng cụ cắt bị mòn, bị cùn.
32 2.3.3. Ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt
Quá trình hình thành ứng suất dƣ bề mặt khi gia công phụ thuộc vào sự biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và hiện tƣợng chuyển pha trong cấu trúc kim loại. Quá trình này rất phức tạp.