Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính mũi dao đến quá trình tiện cứng thép ổ lăn bằng dụng cụ pcbn

á trị bằng không bởi vì trước khi kết thúc sự chuyển dịch phần tử phoi cắt thì đã bắt đầu biến dạng phần tử khác [4], [6]. Hệ thống lực cắt khi tiện được mô tả sơ bộ trên hình 1.9. Lực tổng hợp F được phân tích thành ba thành phần lực bao gồm : lực tiếp tuyến Fz (hay Fc), lực hướng kính Fy (hay Fp) và lực chiều trục (lực ngược với hướng chuyển động chạy dao) Fx. Hình 1.9: Hệ thống lực cắt khi tiện Thành phần lực Pz là lực cắt chính. Giá trị của nó cần thiết để tính toán công suất của chuyển động chính, tính độ bền của dao, của chi tiết cơ cấu chuyển động chính và các chi tiết khác của máy công cụ. Thành phần lực hướng kính Py có tác dụng làm cong chi tiết, ảnh hưởng đến độ chính xác gia công, độ cứng vững của máy và dụng cụ cắt. Thành phần Fx tác dụng ngược hướng chạy dao, nó dùng để tính độ bền của chi tiết trong chuyển động phụ, độ bền của dao cắt và công suất tiêu hao của cơ cấu chạy dao. Lực cắt tổng cộng được xác định: F  222 zyx FFF  (1- 5) Trường hợp tổng quát các thành phần lực này không thuần nhất. Trị số của Fz là hình chiếu chính, xác định bằng lực pháp tuyến tác dụng lên mặt 15 trước của dao. Còn lại Fx, Fy phụ thuộc vào độ lớn và hướng của lực ma sát. Bởi vậy các thành phần lực này thay đổi khi thay đổi vật liệu gia công, thông số hình học dụng cụ cắt và chế độ cắt, Lực cắt khi gia công vật liệu có độ cứng cao không cao hơn so với khi gia công vật liệu có độ cứng thấp trong cùng điều kiện. Góc tạo phoi lớn và phoi dạng răng cưa do tính dẻo của vật liệu gia công kém làm giảm lực cắt mặc dù độ bền của vật liệu cao. Khi gia công thép 0,25% các bon thay đổi độ cứng đến HV500 sử dụng dao có góc trước 0o, lực cắt hầu như độc lập với độ cứng. Mặt khác khi sử dụng góc trước -20o, khi tăng độ cứng của phôi cả lực cắt và lực hướng kính đều giảm. Tăng góc trước âm có tác dụng làm tăng thành phần lực cắt hướng kính đáng kể [4]. Khi tiện thép thấm các bon, ni tơ tôi cứng đến 60 HRC bằng dao PCBN với  = - 6o và  = 0o, các thành phần lực cắt Fz và Fy tăng nhanh theo chiều dài cắt còn thành phần Fx tăng hầu như không đáng kể theo chiều dài cắt. Thành phần lực cắt Fy luôn là thành phần lớn nhất do góc trước âm lớn biến đổi dọc theo bán kính của lưỡi cắt chỉ ra trên hình 1.10 [10]. Hình 1.10: Mối quan hệ giữa lực cắt và chiều dài cắt khi tiện thép thấm Các bon, Ni tơ tôi cứng đến 60 HRC bằng dao PCBN với  = - 6o và  = 0o. 16 Liu và đồng nghiệp [12] được sử dụng dao PCBN – L với 60% CBN và TiN làm chất dính kết khi gia công thép vòng bi tôi cứng đến 60 ÷ 64 HRC. Họ đã phát hiện ra rằng lực cắt giảm dần khi tăng độ cứng của vật liệu gia công đến 50 HRC. Khi độ cứng vượt quá 50 HRC phoi dây dạng răng cưa xuất hiện và lực cắt tăng đột ngột. Độ cứng 50 HRC gọi là độ cứng tới hạn với tiêu chí lực cắt tối thiểu. Vấn đề bôi trơn làm nguội tối thiểu so với cắt khô và bôi trơn làm nguội tràn đã được Varadarajan và đồng nghiệp nghiên cứu [16] khi tiện thép có độ cứng 46 HRC sử dụng dao các bít phủ TiC, TiN, TiCN. Các kết quả chỉ ra rằng bôi trơn, làm nguội tối thiểu có ưu điểm vượt trội so với tiện khô hoặc bôi trơn, làm nguội thông thường trên khía cạnh về lực cắt, độ nhám bề mặt sau gia công, hệ số co rút phoi, chiều dài tiếp xúc phoi và mặt trước và tuổi bền dụng cụ. Theo Diniz.A.E và đồng nghiệp [13], tiện cứng thường thực hiện trong môi trường khô vì nhiệt độ cao làm cho phoi biến dạng và trượt dễ hơn. Tuy nhiên nhiệt độ cao lại làm cho phôi dễ bị biến dạng, ảnh hưởng tới độ chính xác hình học, kích thước và chất lượng tích hợp bề mặt. Trong nghiên cứu của họ đã sử dụng dao PCBN tiện thép AISI 52100 tôi cứng đạt 58 ÷ 60 HRC với vận tốc cắt từ 110 ÷ 175 m/p; s = 0,08 mm/v; t = 0,3 mm trong môi trường khô, bôi trơn/làm nguội bằng tưới tràn và bôi trơn làm nguội tối thiểu. Kết quả thí nghiệm đã chứng tỏ rằng trong môi trường cắt khô và tối thiểu mòn mặt sau luôn nhỏ hơn khi bôi trơn/làm nguội tưới tràn; độ nhám bề mặt hầu như không thay đổi khi cắt trong cả ba môi trường. Từ đây có thể thấy môi trường cắt khô là tốt nhất trên khía cạnh giảm mòn, độ nhám bề mặt thấp và tiết kiệm chi phí chất bôi trơn/làm nguội. Trái lại các nghiên cứu thực tế của Koefer cho thấy sử dụng dung dịch làm nguội ở dạng sương mù hay áp suất cao có tác dụng làm tăng tuổi bền của dao khi tiện cứng và dầu không nên sử dụng trong tiện cứng do nhiệt độ ở vùng cắt cao (tới 1700oF). 17 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện Lực cắt trong quá trình gia công nói chung và khi tiện nói riêng đều chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khác nhau như vật liệu gia công, thông số hình học của dụng cụ cắt, chế độ cắt ...v.v 1.2.2.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt - Khi tăng vận tốc cắt từ V1 ÷ V2 Hiện tượng lẹo dao xuất hiện và tăng đến giá trị cực đại khi Vc = V2. Lẹo dao càng lớn biến dạng càng giảm do đó lực cắt càng giảm. - Khi tăng vận tốc cắt từ V2 ÷ V3 Hiện tượng lẹo dao giảm dần rồi triệt tiêu cùng với sự giảm dần của lẹo dao biến dạng của phoi tăng lên do đó lực cắt tăng lên. Khi Vc > V3 biến dạng của phoi giảm (đã giải thích ảnh hưởng của vận tốc cắt đến biến dạng của phoi) làm giảm lực cắt. Khi Vc tăng quá (400 ÷ 500 m/p) thì lực cắt hầu như không thay đổi vì biến dạng của phoi hầu như bão hoà. Hình 1.11: Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới lực cắt - Để nâng cao năng suất cắt, giảm công tiêu hao trong quá trình cắt gọt ta nên cắt ở vận tốc cắt cao Vc > V3. Nên đường cong phía bên phải của đồ thị mang ý nghĩa thực tế. PxPyPz Kg 300 275 250 225 200 175 150 125 100 75 50 0 40 80 120 160 200 V M/p Px Py 18 - Trong phạm vi vận tốc cắt từ Vc = V3 ÷ 400 m/p mối quan hệ giữa vận tốc cắt và các thành phần của lực cắt như sau: Fz = 1 1 nV C , Fy = 2 2 nV C , Fx = 3 3 nV C Trong đó: các hệ số C1, C2, C3, là hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công (Vật liệu phôi, thông số hình học của dụng cụ cắt, lớp cắt, dung dịch trơn nguội) n1, n2 , n3 là số mũ biểu thị ảnh hưởng của tốc độ cắt tới lực cắt, phụ thuộc vào điều kiện gia công. Khi gia công thép bằng dao HKC: n1 = 0,1 ÷ 0,26; n2 = 0,18 ÷ 0,20; n3 = 0,22 ÷ 0,40 1.2.2.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy đối với tất cả các thành phần lực cắt Fx, Fy và Fz ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt có thể tính bằng công thức chung sau [6]: pp yx p stCF .. (1-6) Hệ số Cp và các số mũ xp, yp phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, các thông số hình học của dao, dung dịch trơn nguội Ví dụ công thức thực nghiệm xác định các thành phần lực cắt khi tiện thép bằng dao hợp kim cứng [6]: 4,05,0 ...  VStCF xx 3,06,09,0 ...  VStCF yy (1-7) 15,075,0 ...  VStCF zz 1.2.2.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công Vật liệu chi tiết gia công có ảnh hưởng rất nhiều tới lực cắt, vật liệu chi tiết gia công khác nhau thì [ ]dh, [ ]b khác nhau do đó lực để ra biến dạng chúng cũng khác nhau. Vật liệu chi tiết gia công khác nhau thì hệ số ma sát với dụng cụ cắt cũng khác nhau, vì vậy lực cắt cũng khác nhau. 19 Đối với thép [ ]b càng lớn lực cắt càng lớn. Đối với gang độ cứng HB càng lớn lực cắt càng lớn Trong thực nghiệm người ta tìm được thành phần ),( HBfFz b qua các công thức gần đúng sau: qBz CvF . qvz HBCF . Khi gia công thép có HB  170 lấy q = 0,35; HB > 170 lấy q = 0,75. Với gang lấy q = 0,55. Nói cách khác, độ cứng và độ bền vật liệu gia công càng cao, lực cắt càng lớn. Quan hệ phụ thuộc này có thể được biểu thị bằng công thức tỷ lệ, nếu HB’ tương ứng P’, còn HB” tương ứng F”. Ta có: q HB HB F F        ' " " ' hay q HB HB FF        ' " '" (1-9) Như vậy theo công thức trên có thể xác định lực cắt khi gia công thép có HB” nếu biết lực cắt P’ khi gia công thép có HB’. Nói chung lực cắt khi gia công thép lớn hơn khi gia công gang 1,52 lần. 1.2.2.4. Ảnh hưởng của vật liệu làm dao và đặc điểm của vật liệu CBN khi tiện cứng Khi gia công cùng một loại vật liệu, vật liệu làm dụng cụ cắt khác nhau thì biến dạng của phoi cũng khác nhau, lực ma sát giữa mặt sau của dụng cụ cắt với phôi, mặt trước của dụng cụ cắt cũng khác nhau. Mặt khác trong vùng tiếp xúc giữa dụng cụ cắt với phoi và chi tiết gia công còn xảy ra các mối tương tác hoá lý rất phức tạp. Do đó vật liệu làm dụng cụ cắt khác nhau, lực cắt khác nhau. Thực nghiệm cho thấy khi gia công thép bằng dụng cụ cắt vật liệu là HKC lực cắt chỉ bằng 90 ÷ 95 % so với dụng cụ cắt thép gió. Khi cắt bằng dụng cụ cắt vật liệu sứ lực cắt chỉ bằng 88 ÷ 90 % khi cắt bằng dao thép gió. Theo Trent [14], CBN là loại vật liệu không tồn tại trong tự nhiên. CBN có các tính chất cơ lý tuyệt diệu đó là: độ bền nóng cao, có khả năng duy trì hình dạng ở nhiệt độ cao, độ cứng ở nhiệt độ trong phòng cao từ (4000 ÷ 5000 HV) phụ thuộc vào hướng của bề mặt đo độ cứng và hướng mạng tinh (1-8) 20 thể. Một lượng nhỏ kim loại hoặc ceramics được trộn với Nitritbo tạo nên CBN. Độ cứng của CBN giảm khi nhiệt độ tăng nhưng vẫn cao hơn tất cả những vật liệu dụng cụ khác làm cho loại vật liệu này có thể cắt vật liệu có độ cứng cao với vận tốc cắt cao kết hợp với khả năng chống mòn do cào xước và khả năng chống tương tác với sắt thép cao. Độ dẫn nhiệt của PCBN khoảng 100 W/moC. Mảnh dao CBN có hai loại: - Các lớp mỏng với chiều dày < 5 mm được gắn lên thân các bít. - Cả khối CBN. Các tính chất và khả năng sử dụng của dụng cụ PCBN chủ yếu phụ thuộc vào độ cứng rất cao của Nitritbo nhưng pha thứ hai đóng vai trò quan trọng. Hàm lượng pha thứ hai càng cao thì tuổi bền của dụng cụ càng cao đặc biệt khi gia công tinh với lượng chạy dao và chiều sâu cắtt nhỏ. Khi gia công thô tuổi bền của dao tăng khi sử dụng mảnh dao với hàm lượng pha thứ hai thấp [11,14]. Có thể chia CBN thành hai nhóm: - Nhóm có thành phần CBN cao khoảng 90 % (CBN – H) sử dụng chất dính kết kim loại. - Nhóm có thành phần CBN thấp khoảng 50 ÷ 70 % (CBN – L) sử dụng ceramics làm chất kết dính. Hình 1.12: Cấu trúc tế vi của hai loại mảnh dao TDGN160304S2501, TDGN160308S1501, [13]. Hình ảnh cấu trúc của hai loại thép này được chỉ ra trên hình 1.12 với chất dính kết là Co đối với CBN – H và Co, TiN với CBN – L. 21 Mặc dù CBN – H có độ cứng cao hơn và độ dai va đập cao hơn nhưng tuổi bền của CBN – L lại cao hơn và tạo nên độ bóng bề mặt tốt hơn [13]. Hiện tượng này được giải thích theo nhiều cách khác nhau như: CBN – L có tuổi bền cao hơn là do có sức bền liên kết cao hơn, lớp đọng trên mặt sau của dao CBN – L có tác dụng bảo vệ mặt sau, CBN – L có hệ số dẫn nhiệt thấp hơn là nguyên nhân tăng nhiệt độ trong vùng tạo phoi làm giảm độ cứng của vật liệu gia công quanh vùng cắt làm cho quá trình cắt dễ dàng hơn. Hơn nữa cấu trúc và tính chất hoá học của mảnh dao CBN có thể quyết định vấn đề mòn của dao CBN [13]. Dao CBN – L tồn tại pha dính kết ceramics làm tăng tính trơ hoá học của vật liệu dụng cụ dẫn đến tăng khả năng cắt. Nghiên cứu về tính gia công của một số loại thép hợp kim tôi cứng đến trên 60 HRC cho thấy lực cắt hướng trục Px tăng khi gia công thép có các hạt các bít thô (thép S6-5-2), và lực cắt Pz tăng với thép có các hạt các bít mịn và đồng đều (thép 16MnCr5E). Từ đó có thể thấy rằng CBN không thích hợp về mặt kinh tế khi gia công thép có thành phần ferit cao và độ cứng dưới 50 HRC [7]. 1.2.2.5. Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao r. Khi tăng bán kính đỉnh dao r làm điều kiện cắt thay đổi, biến dạng của phoi tăng do đó Pz tăng hình 1.13. Hình 1.13: Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao tới lực cắt 22 Trong đó: đường 1 có công thức 1,0.rCP zz  đường 2 có công thức 25,0.rCP yy  (1-10) đường 3 có công thức 25,0.  rCP xx Từ các công thức này ta thấy rằng, bán kính r tăng sẽ làm thành phần Py, Pz tăng còn Px giảm, trong đó Py tăng mạnh hơn so với Pz. Tuy nhiên trong gia công tinh người ta cố gắng chọn dao có r nhỏ để vừa giảm lực cắt đồng thời tăng được chất lượng bề mặt gia công. 1.2.2.6. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ cắt Nếu dụng cụ cắt khi gia công chỉ bị mòn theo mặt trước, điều này thường xảy ra khi ra công thép ở thời gian cắt gọt ban đầu (trong quá trình cắt gọt do ma sát giữa mặt trước của dụng cụ cắt với phoi), mặt trước của dụng cụ cắt bị mòn thành rãnh có hình lưỡi liềm ở mặt trước làm tăng góc trước, phoi thoát ra dễ dàng hơn, biến dạng của phoi giảm làm giảm lực cắt. Nếu dụng cụ cắt bị mòn ở mặt sau và mòn ở mũi dao thì lực cắt sẽ tăng. Như vậy sự thay đổi của lực cắt phụ thuộc vào trạng thái mòn của dụng cụ cắt (mòn mặt trước, mặt sau, mũi dao) 1.3 Nhám bề mặt Chất lượng bề mặt là tập hợp nhiều tính chất quan trọng của lớp bề mặt, như hình dáng lớp bề mặt, trạng thái, tính chất cơ lý của lớp bề mặt và khả năng phản ứng của chúng đối với môi trường làm việc. Chất lượng chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ thể. Chất lượng bề mặt là mục tiêu chủ yếu cần đạt ở bước gia công tinh các bề mặt chi tiết máy. 23 Lớp bề mặt chi tiết máy khác với lớp lõi về cấu trúc kim loại, về tính chất cắt gọt và trạng thái biến cứng. Nguyên nhân của hiện tượng này là do quá trình biến dạng dẻo lớp bề mặt. Mức độ và chiều sâu biến cứng bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, các yếu tố này cũng ảnh hưởng tới lực cắt và nhiệt cắt. Đối với các bề mặt chịu tải trọng lớn cần đặc biệt chú ý tới tính cơ lý của lớp bề mặt. Bề mặt là mặt phân cách giữa hai môi trường khác nhau. Bề mặt kim loại có thể được tạo thành bằng các phương pháp gia công khác nhau nên có cấu trúc và đặc tính khác nhau. Để xác định đặc trưng của bề mặt ta cần biết mô hình và định luật kim loại nguyên chất – không có tương tác với các môi trường khác và sự khác nhau về sự sắp xếp các nguyên tử, tác dụng của lực trên bề mặt so với bên trong. Sau đó nghiên cứu sự thay đổi của lớp bề mặt do tác dụng của môi trường để thiết lập khái niệm mô hình bề mặt thực. Nhiều tính chất khối của vật liệu có quan hệ đến bề mặt ở mức độ khác nhau. Thường các tính chất lý, hóa của các lớp bề mặt là quan trọng, tuy nhiên các đặc trưng cơ học như độ cứng và phân bố ứng suất trong lớp này cũng cần được quan tâm [6]. 1.3.1 Bản chất của lớp bề mặt Bề mặt vật rắn hay chính xác là một mặt phân cách rắn - khí hay rắn - lỏng, có cấu trúc và tính chất phức tạp phụ thuộc vào bản chất của chất rắn, phương pháp tạo nên bề mặt đó và tương tác giữa bề mặt đó với môi trường xung quanh. Các tính chất của bề mặt vật rắn rất quan trọng đối với tương tác bề mặt, bởi vì các tính chất bề mặt ảnh hưởng trực tiếp tới diện tích tiếp xúc thực, ma sát, mòn và bôi trơn. Hơn nữa các tính chất bề mặt còn đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng khác nhau như: quang học, điện, nhiệt, sơn và trang trí... Bề mặt vật rắn, bản 24 thân nó bao gồm vài vùng có tính chất cơ, lý khác nhau với vật liệu khối bên trong đó là lớp hấp thụ vật lý, hoá học, lớp tương tác hoá học, lớp Beilbly, lớp biến dạng khốc liệt, lớp biến dạng nhẹ và cuối cùng là lớp vật liệu nền [3]. Lớp hấp thụ hóa học Lớp hấp thụ vật lý Lớp phản ứng hóa học Lớp Beilbly Lớp biến dạng khốc liệt VËt liÖu c¬ b¶n Hình 1.14. Chi tiết bề mặt vật rắn 1.3.2. Tính chất lý hoá của lớp bề mặt Lớp biến dạng Dưới tác động của quá trình tạo hình các tính chất của lớp bề mặt kim loại, hợp kim hay ceramics có thể thay đổi đáng kể so với vật liệu khối bên trong. Ví dụ trong quá trình ma sát giữa hai bề mặt sau khi gia công cơ, các lớp bề mặt dưới tác động của lực và nhiệt độ sẽ bị biến dạng dẻo, lớp biến dạng này còn gọi là lớp biến dạng cứng là một bộ phận quan trọng của vùng bề mặt. Ứng suất dư trong lớp biến dạng dẻo có thể ảnh hưởng tới sự làm việc ổn định cũng như kích thước chi tiết. Chiều dày của lớp biến dạng dẻo phụ thuộc vào hai yếu tố: công hoặc năng lượng của quá trình biến dạng và bản chất của vật liệu. Chiều dày của lớp này thường từ 1 - 100m tuỳ theo mức độ biến dạng cũng như tốc độ biến dạng. Kích thước hạt trong các lớp biến dạng dẻo này thường rất nhỏ do bị biến dạng với tốc độ cao kèm theo quá trình kết tinh lại. Hơn nữa các tinh thể và hạt tại bề mặt tiếp xúc chung tự định hướng lại trong quá trình trượt giữa hai bề mặt [8]. 25 Lớp Beilbly Lớp Beilbly trên bề mặt kim loại là hợp kim được tạo nên do sự chảy và biến dạng dẻo bề mặt, do biến dạng và tốc độ biến dạng lớn của các lớp phân tử bề mặt trong quá trình gia công cơ, sau đó cứng lên nhờ quá trình tôi do nền vật liệu khối có nhiệt độ thấp. Lớp Beilbly có cấu trúc vô định hình hoặc đa tinh thể với chiều dày từ 1 - 100m. Các nguyên công gia công như mài nghiền, đánh bóng có thể giảm chiều dày của lớp này. Lớp tương tác hóa học Lớp ôxy hóa có thể tạo thành trong quá trình gia công cơ hay ma sát. Nhiệt sinh ra trong các quá trình tạo hình hoặc ma sát làm tăng tốc độ ôxy hóa và tạo nên nhiều loại ôxit khác nhau. Khi cặp đôi ma sát hoạt động trong không khí phản ứng có thể xảy ra giữa các lớp ôxit của hai bề mặt. Sự tồn tại của chất bôi trơn và chất phụ gia có thể tạo nên các lớp oxit bảo vệ bề mặt quan trọng. Lớp ôxy hóa có thể gồm một hay nhiều lớp thành phần. Sắt có thể tạo thành ôxít sắt với hỗn hợp các ôxít Fe3O4, Fe2O3 và lớp FeO trong cùng. Với hợp kim, lớp ôxít bề mặt có thể là hỗn hợp của một vài ôxít, một số ôxít có tác dụng bảo vệ không cho quá trình ôxy hóa tiếp tục xảy ra như trên bề mặt của nhôm và titan. Lớp hấp thụ hóa học Bên ngoài lớp tương tác hoá học, các lớp hấp thụ có thể hình thành trên cả bề mặt kim loại và á kim. Lớp hấp thụ hoá học được hình thành trên cơ sở sử dụng chung các electrons, hoặc trao đổi các electrons giữa các lớp hấp thụ và bề mặt vật rắn. Trong lớp này tồn tại liên kết rất mạnh giữa bề mặt chất rắn và chất hấp thụ thông qua liên kết cộng hoá trị, vì thế để làm sạch lớp này cần có một năng lượng tương ứng với năng lượng tạo nên liên kết hoá học (10 - 100 Kcal/mol). Năng lượng này phụ thuộc vào cả tính chất hoá học của bề mặt vật rắn và các tính chất hấp thụ. 26 Lớp hấp thụ vật lý Bên ngoài lớp hấp thụ hoá học là lớp hấp thụ vật lý, chủ yếu là các phần tử hơi nước, oxy và hyđrô cacbon trong không khí tồn tại dưới dạng đơn hoặc đa phân tử với chiều dày khoảng 3nm. Các lớp màng dầu mỡ trên bề mặt cũng thuộc loại lớp hấp thụ vật lý. Ở đây không tồn tại việc dùng chung hoặc trao đổi electrons giữa các phân tử vật rắn và chất hấp thụ. Quá trình hấp thụ vật lý liên quan đến lực Vander Woals. Các lực này rất yếu so với lực tương tác trong không khí trơ ở trạng thái lỏng. Để làm sạch các lớp hấp thụ này cần rất ít năng lượng (1  2 Kcal/mol) hơn nữa trong môi trường chân không cao (khoảng 10-8 Pa) lớp này không tồn tại trên các bề mặt các chất rắn. Có bốn tiêu chuẩn để phân biệt lớp hấp thụ hoá học và vật lý là: lượng nhiệt cần cho hấp thụ, khoảng nhiệt độ cần thiết cho hấp thụ, năng lượng hoạt tính. 1.3.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi tiện cứng 1.3.3.1. Ảnh hưởng của các thông số hình học của dụng cụ cắt Đối với phương pháp tiện, qua thực nghiệm người ta đã xác định được mối quan hệ giữa các thông số độ nhám Rz, lượng chạy dao S, bán kính mũi dao r và chiều dày phoi nhỏ nhất hmin. Sự hình thành độ nhám bề mặt khi gia công bằng các loại dao tiện khác nhau được mô tả ở hình 2.15. Ta thấy rằng rõ ràng hình dáng và giá trị của nhám bề mặt phụ thuộc vào lượng chạy dao S1 và hình dáng của lưỡi cắt: - Ảnh hưởng của góc nghiêng chính φ: khi φ tăng thì Rz tăng - Ảnh hưở ng củ a gó c nghiêng phụ φ1 : khi φ1 tăng thì Rz tăng - Ảnh hưởng của bán kính mũi dao r : khi r tăng thì Rz giảm - Ảnh hưở ng củ a lượ ng chạ y dao S : khi S tăng thì Rz tăng Ở đây hmin phụ thuộc vào bán kính mũi dao r. Tuy nhiên, khi lượng chạy dao quá nhỏ (S < 0,03 mm/vòng) thì trị số của Rz lại tăng. Nguyên nhân do S nhỏ hơn bá n kí nh mũ i dao nên xả y hiệ n 27 tượ ng trượ t của mũi dao trên bề mặt gia công . Vì thế khi tiện tinh nếu sử dụng S quá nhỏ sẽ không có ý nghĩa cải thiện chất lượng bề mặt [8], [10], [7]. Hình 1.15. Ảnh hưởng của thông số hình học của dao tiện tới độ nhám bề mặt 1.3.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt Tốc độ cắt có ảnh hưởng rất lớn đến độ nhám bề mặt (hình 1.16). 0 1 20 100 200 V(m/phút) Hình 1.16 Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia công thép Theo [2], khi cắt thép cácbon (kim loại dẻo) ở tốc độ thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách dễ, biến dạng của lớp kim loại không nhiều, vì R z 28 vậy độ nhám bề mặt thấp. Khi tăng tốc độ cắt lên khoảng 15  20 m/phút thì nhiệt cắt và lực cắt đều tăng gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau của dao kim loại bị chảy dẻo. Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao. Lẹo dao làm tăng độ nhám bề mặt gia công. Nếu tiếp tục tăng tốc độ cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại 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 bị biến mất ứng với tốc độ cắt trong khoảng 30  60 m/phút). Với tốc độ cắt lớn (lớn hơn 60 m/phút) thì lẹo dao không hình thành được nên độ nhám bề mặt gia công giảm. Trong tiện cứng sử dụng mảnh PCBN thường gia công với tốc độ cắt 100  250 m/phút. Trong khoảng tốc độ cắt này thì lẹo dao rất khó có thể hình thành vì thế tiện cứng cho phép giảm độ nhám bề mặt bằng cách tăng tốc độ cắt. 1.3.3.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao Lượng chạy dao ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học còn ảnh hưởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công làm cho độ nhám thay đổi. Hình 1.17 [6] biểu diễn mối quan hệ giữa lượng chạy dao S với chiều cao nhấp nhô tế vi Rz khi gia công thép cacbon. Khi gia công với lượng chạy dao 0,02 0,15 mm/vòng thì bề mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi giảm. Nếu S < 0,02 mm/vòng thì độ nhấp nhô tế vi sẽ tăng lên (tức là độ nhẵn bóng sẽ giảm xuống) 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 đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi đồng thời kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học làm tăng độ nhám bề mặt. 29 0 0,02 0,15 S (mm/vòng) Hình 1.17. Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt Để đảm bảo nhám bề mặt thấp và đạt năng suất gia công cao, đối với thép các bon người ta thường chọn giá trị của lượng chạy dao S trong khoảng từ 0,05 đến 0,12 mm/vòng. 1.3.3.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt là không đáng kể. Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn sẽ dẫn đến rung động trong quá trình cắt tăng, do đó làm tăng độ nhám. Ngược lại, chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm cho dao bị trượt trên bề mặt gia công và xảy ra hiện tượng cắt không liên tục do đó lại làm tăng độ nhám. Hiện tượng gây trượt dao thường ứng với giá trị của chiều sâu cắt trong khoảng 0,02  0,03mm [2]. 1.3.3.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia công Vật liệu gia công (hay tính gia công của vật liệu) ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ làm cho nhám bề mặt tăng hơn so với vật liệu cứng và giòn [2]. Cấu trúc kim loại có độ hạt lớn sẽ làm tăng Rz, khi gia công cắt gọt các vật liệu thường được ram hay thường hóa nhằm đạt cấu trúc hạt nhỏ, phân bố đồng đều hơn. Vật liệu có cơ lý tính khác nhau, khi cắt sẽ có lực, nhiệt cắt, tác động lý hoá khác nhau nên sẽ có Rz khác nhau. C A B R z 30 Trong tiện cứng việc gia công với vận tốc cao và sử dụng mảnh Hợp kim cứng, CBN,.. đồng thời tiện cứng chủ yếu để gia công tinh nên vấn đề độ cứng không còn là trở ngại lớn. Tất nhiên lúc này người ta phải chọn chế độ cắt thích hợp nhất cho các nguyên công. 1.3.3.6. Ảnh hưởng của rung động trong hệ thống công nghệ Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công dẫn đến làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên chi tiết gia công. Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định, hệ thống công nghệ sẽ có dao động cưỡng bức. Điều này có nghĩa là các bộ phận máy làm việc sẽ có rung động với những tần số khác nhau gây ra sóng dọc và sóng ngang trên bề mặt gia công với bước sóng khác nhau. Tình trạng của máy có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt gia công. Do vậy muốn đạt được độ nhám bề mặt gia công thấp trước hết cần phải đảm bảo độ cứng vững cần thiết của hệ thống công nghệ [2], [3]. Các máy được khuyến cáo trong tiện cứng vẫn là các máy CNC, vì thế ảnh hưởng của rung động là không nhiều. 1.4. Kết luận Cho đến nay có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về tối ưu hóa các thông số của quá trình ti