Nghiên cứu ảnh hướng của bôi trơn làm nguôi tối thiểu (MQL) sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứng thép SKD11

thể dùng phƣơng pháp gia công cứng (tiện cứng, phay cứng, doa cứng) để thay cho phƣơng pháp mài. Tiện cứng là phƣơng pháp gia công cứng đầu tiên đƣợc ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô. Ngƣời ta dùng tiện cứng để thay cho mài khi gia công các bề mặt lắp ghép của bánh răng, ổ bi bằng cách sử dụng dao tiện gắn mảnh cắt đƣợc làm từ Nitrit Bo lập phƣơng tinh thể (Polycrystalline Cubic Boron Nitride - PCBN) [24]. 1.3.2. Ảnh hƣởng của MQL đến quá trình cắt khi gia công vật liệu cứng a. Ảnh hưởng của MQL đến quá trình cắt khi gia công vật liệu thông thường. Chất lƣợng bề mặt là một yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến khả năng làm việc của chi tiết máy. Các thí nghiệm đƣợc thực hiện trên vật liệu thép C45 (AISI 1045) có đƣờng kính 60mm với chiều dài cho mỗi lần cắt là 15mm. Trƣớc khi tiến hành thí nghiệm, để đảm bảo độ đồng đều bề mặt cho các vật mẫu sẽ đƣợc gia công trƣớc 1mm. Để giảm thiểu ảnh hƣởng của dụng cụ cắt trong quá trình thí nghiệm mỗi thí nghiệm sử dụng một dụng cụ cắt mới. Các công nghệ bôi trơn làm mát đƣợc ứng dụng trong thí nghiêm gồm có: D – Cắt khô, E – công nghệ tƣới tràn, MQL – Công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu. So sánh các trị số của tham số Ra phụ thuộc vào công nghệ làm mát giá trị thấp nhất đối với công nghệ MQL vì giảm ma sát giữa bề mặt gia công với dụng cụ cắt dẫn đến ổn định lực cắt và hạn chế rung động của hệ thống công nghệ. Kết quả 9 đo lƣờng cho thấy tác động tích cực của của công nghệ MQL đến nhám bề mặt (Hình 1.4) [23]. Hình 1.4: Nhám và độ sóng bề mặt phụ thuộc vào công nghệ bôi trơn làm nguộivà các thống số cắt b. Ảnh hưởng của MQL đến quá trình cắt khi gia công vật liệu cứng So sánh hiệu suất cơ học của bôi trơn làm nguội tối thiểu và cắt khô hoàn toàn đối với các vật liệu cứng, vật liệu khó gia công, vật liệu có độ bền cao dựa trên thử nghiệm đo lực cắt, nhiệt độ dụng cụ, độ sâu lớp trắng ... Kết quả chỉ ra rằng việc sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu dẫn đến giảm nhám bề mặt, giảm mòn dụng cụ cắt, giảm nhiệt độ vùng cắt, giảm lực cắt [3]. Trị số nhám bề mặt Ra khi cắt khô với công nghệ MQL gia công vật liệu thép cứng HRC = 62 bằng dụng cụ căt đƣợc phủ CBN (Hình 1.5). a. Khi cắt khô b. khi cắt có MQL Hình 1.5: Thông số nhám bề mặt Ra cắt khô và cắt có MQL 10 Đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng công nghệ MQL trong gia công vật liệu cứng đƣợc đăng trên các tạp chí khoa học kỹ thuật chuyên ngành. Nhƣng việc nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay cứng vẫn là một hƣớng nghiên cứu đƣợc các nhà khoa học quan tâm và tập trung nghiên cứu nhằm phát triển hơn nữa ứng của MQL trong gia công cơ khí (gia công vật liệu cứng). Trong đó có nghiên cứu MQL phay cứng thép NAK80 (HRC = 41). Đƣợc thí nghiệm với cắt khô, làm nguội bằng công nghệ tƣới tràn và làm nguội bằng công nghệ MQL. Dựa trên phƣơng pháp Taguchi. Kết quả đánh giá là tuổi thọ dụng cụ cắt, nhám bề mặt và lực cắt (Hình 1.7,1.8,1.9) [8]. Hình 1.8 mô tả tuổi bền dụng cụ cắt liên quan đến công nghệ bôi trơn làm nguội. Tuổi bền dụng cụ cắt khi cắt khô và công nghệ tƣới tràn thất hơn công nghệ MQL do nhiệt vùng cắt lớn dẫn đến dụng cụ cắt nhanh bị mòn. Hình 1.9 Thể hiện giá trị độ nhám bề mặt Ra khi thay đổi tốc độ cắt, cho ta thấy giá trị độ nhám tăng khi chiều sâu cắt tăng. Ở tốc độ cắt V = 150m/phút nhám bề mặt (Ra) của công nghệ tƣới tràn thấp hơn so với cắt khô và công nghệ MQL. Tuy nhiên ở tốc độ cắt V = 200 – 250 m/phút thì nhám bề mặt Ra của công nghệ MQL thất hơn điều này chứng minh công nghệ MQL tốt hơn khi phay tốc độ cao. a. V = 150m/phút b. V = 200m/phút 11 c. V = 250m/phút Hình 1.6: Tuổi bền dụng cụ cắt phụ thuộc vào phương pháp bôi trơn làm nguội và vận tốc cắt a. V= 150 m/phút b. v = 200m/phút c. v = 250m/phút Hình 1.7: Nhám bề mặt phụ thuộc lượng chạy dao và công nghệ bôi trơn (Ra) (a) V = 150 m / phút, cắt khô (b) phóng đại củavùng đánh dấu ở hình (a) 12 (c) V = 150 m / phút, cắt MQL (d) phóng đại diện tích được đánh dấu trong hình (c) (e) V = 250 m / phút, cắt khô (f) phóng đại của vùng đánh dấu ở hình (e) (g) V = 250 m / phút, cắt MQL (h) phóng đại diện tích được đánh dấu trong hình (g) Hình 1.8: Độ mòn dụng cụ cắt sau 2 m chiều dài, chiều sâu cắt 0,15 mm với vận tốc căt V= 150 m/phút và V =250m/phút 1.3.3. Ảnh hƣởng của MQL sử dung dung dịch lạnh đến một số thông số của quá trình cắt khi gia công vật liệu cứng, vật liệu khó gia công. Dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu ảnh hƣớng đến nhiệt cắt, lực cắt, mòn và tuổi bền dụng cụ, chất lƣợng bề mặt gia công (độ nhám bề mặt, độ chính xác gia công) - Nhiệt cắt: Đƣợc nghiên cứu [9], khả năng làm mát của ống xoắn Ranque-Hilsch Vortex (RHVT) đã đƣợc thí nghiệm bằng phƣơng pháp nhiệt hồng ngoại (IRT). Các thí nghiệm đƣợc tiến hành trên mũi dao tiện ở các vị trí khác nhau về đƣờng kính phôi, 13 tốc độ cắt, chiều sâu cắt cho các trƣờng hợp cắt khô và làm mát bằng RHVT. Vật liệu phôi là gang xám dƣới dạng thanh tròn có đƣờng kính 15 và  20 và chiều dài 100mm. Khả năng làm mát của RHVT đƣợc xác định bằng cách sử dụng nhiệt độ thu đƣợc từ hình ảnh nhiệt (Tls) (Hình 1.11). Nhiệt độ đo ở trên điểm mũi dao đã đƣợc xác địnhbằng cách sử dụng máy ảnh nhiệt. Camera hồng ngoại FLIR E45 có khả năng chụp lại hình ảnh ở tần số 30 khung hình/giây. IRTT đo nhiệt độ thay đổi xảy ra trên dụng cụ cắt mà không cần chạm vào điểm cần đo trên dụng cụ cắt nên không gây ra mất nhiệt tại vị trí cần đo. a. D= 15mm,V = 800v/phút b.D=15mm, V = 1700v/phút c. D= 20mm,V = 800v/phút d. D= 20mm,V = 1700 v/phút Hình 1.9: Nhiệt vùng cắt phụ thuộc vào vật tốc cắt và chiều sâu cắt - Lực cắt Hình 1.12 là sự so sánh lực cắt (p) giữa công nghệ MQL và công nghệ RHVT MQL. Trên độ thi nhận thấy lực cắt cộng nghệ MQL ứng dụng nguyên lý 14 xoáy (RHVT MQL) thấp hơn công nghệ MQL. Giảm ma sát giữa dụng cụ cắt và bề mặt gia công [10]. Hình 1.10: Ảnh hưởng của công nghệ bôi trơn làm nguội đến lực cắt - Mòn, tuổi bền của dụng cụ Để đánh giá mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt khi gia công vật liệu cứng, khó gia công sử dụng công nghệ MQL dùng dụng dịch lạnh đã đƣợc nghiện cứu [10]. Mục tiên của nghiên cứu là những ảnh hƣởng của vortex-tube (VT: ống xoáy) làm nguội đến nhiệt độ cắt và sự mòn của dụng cụ cắt khi gia công hợp kim nhôm – silicon A390. a. Không làm mát b làm mát bằng ống xoay Hình 1.11: Mòn dụng cụ cắt 400mm chiều dài cắt với V = 3.1m/s và lượng chạy dao s = 0.055mm/v 15 Trong kiểm tra mòn dụng cụ làm mát bằng ông xoáy đƣợc tìm thấy làm giảm mòn dụng cụ cắt. Tuy nhiên hiểu quả làm mát phụ thuộc vào điều kiện cắt. Hình 1.11 cho thấy các bề mặt sƣờn của dụng cụ cắt từ kính hiển vi quang học sau khoảng 400mm chiều dài cắt với V = 3.1m/s và lƣợng chạy dao s = 0.055mm/v. Mòn dụng cụ cắt đƣợc giảm đáng kể khi làm nguội bằng VT. - Chất lƣợng gia công (nhám, độ chính xác gia công). Trong nghiên cứu phân tích các thông số gia công Titanium (lớp 2) làm mát bằng bôi trơn làm nguội tối thiểu đƣợc hỗ trợ bởi ống xoáy [10] với các thống số đầu ra nhƣ chất lƣợng bề mặt, lực cắt, nhiệt cắt và mòn dụng cụ cắt. Đã chi ra rằng RHVT làm mát bằng không khí thiếu hiệu quả bôi trơn nhƣng kỹ thuật MQL kết hợp với RHVT cho kết quả bôi trơn tốt hơn. 1.4. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1.4.1.Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài Các nghiên cứu gần đây về MQL trên thế giới có hƣớng nghiên cứu tập trung về: tiện, phay, khoan và mài. Vật liệu đƣợc thí nghiệm bao gồm các loại thép cacbon trung bình, thép hợp kim 4100 và 4300, nhôm, gang, titan, Các vật liệu dung cụ cắt khác nhau, từ phổ biến (HSS,CBN..) đến các loại dung cụ cắt chuyên dùng (kim cƣơng đa tinh thể). Các nghiên cứu sau đây nêu bật một hoặc nhiều đóng góp của công nghệ MQL áp dụng vào sản xuất. - Zeilman và các cộng sự (2006) đã có báo cao về ứng dụng MQL khi khoan. Các vật liệu phôi thí nghiệm là các hợp kim titan Ti6Al4V (300BHN). Họ đã phân tích nhiệt độ trong quá trình khoan khi sử dụng mũi khoan 10 carbide có và không có lớp phủ cứng (TiAIN, CrCN hoặc TiCN). Dung dịch đƣợc đẩy vào với áp lực vòi phun 3.5 bar. Hai loại máy khoan (máy 125 và 105) đƣợc sử dụng trong các thí nghiệm. Để xác định nhiệt độ ở những độ sâu cụ thể, các tấm đặc biệt đƣợc chèn cặp nhiệt độ K. 16 Kết luận rằng nhiệt độ đo đƣợc với việc áp dụng MQL nội bộ thông qua dụng cụ cắt thấp hơn 50% so với kết quả thu đƣợc với MQL đƣợc áp dụng với vòi phun bên ngoài. - Braga và các công sự (2002) tiến hành thí nghiệm MQL bằng cách sử dụng dụng cụ bọc kim cƣơng và mũi khoan hợp kim cứng. Các mũi khoan K10 carbide có đƣờng kính trung bình 9.986mm và các mũi khoan hợp kim cứng có đƣờng kính trung bình là 9.992mm. Vật liệu các phôi thí nghiệm làm bằng nhôm –sillic hợp kim với 7% silicon (SAE 323). Kết quả cho thấy mũi khoan K10 cho kết quả tốt nhất liên quan đến đƣờng kính trung bình của lỗ. Đối với mũi khoan hợp kim cứng kết quả tốt hơn khi sử dụng MQL. - Trong tháng 5 năm 2007, một bài viết đƣợc Tech Solve xuất bản, dựa trên sự so sánh giữa làm mát bằng tƣới tràn và MQL (MaClure và cộng sự, 2007). Các chất bôi trơn làm nguội đƣợc sử dụng thực nghiệm là dầu thực vật hòa tan trong dầu (10%). Các thí nghiệm đƣợc tiến hành khoan trên máy tiện vật liệu thép AISI 4340 (32- 34 HRC). Sử dụng công nghệ tƣới tràn, khoan đƣợc 60 lỗ còn sử dụng công nghệ MQL khoan 61 lỗ. - Nghiên cứu (Kang và các công sự, 2008) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hƣớng của MQL phay ở tốc độ cao trên vật liệu thép AISI D2. Dụng cụ cắt Ti0.75Al0.25N và Tio.69Al0.23Si0.08 đƣợc tiến hành so sánh công nghệ tƣới tràn, cắt khô và công nghệ MQL. Những phát hiện chính chỉ ra rằng công nghệ MQL cho thấy giảm lực cắt, tăng tuổi thọ dụng cụ hơn cắt khô và công nghệ tƣới tràn. - Liao và Lin (2007)tiến hành thí nghiệm để điều tra tác động của MQL trong quá trình gia công thép cứng và so sánh với việc cắt khô. Kết quả cho thấy lực cắt và độ nhám bề mặt công nghệ MQL nhỏ hơn cắt khô. - Nghiên cứu (Li và công sự, 2008) đƣợc tiến hành để phân tích tính khả thi của công nghệ MQL nhƣ một giải pháp thay thế công nghệ tƣới tràn trong gia công mài. Kết quả cho thấy công nghệ MQL dẫn đến nhám bề mặt thất hơn, nhiệt độ chi tiết và độ cứng bề mặt cao hơn so với công nghệ tƣới tràn. 17 - Nghiên cứu (GurRaj Singh và Vishal S. Sharma, 2017) Phân tích các thông số gia công titanium (lớp 2), làm mát bằng công nghệ bôi trơn tối thiểu kết hợp với ống xoáy Ranque – Hilsch. Kết quả thu đƣợc là là sử dụng RHVT + MQL làm giảm độ nhám bề mặt (Ra), giá trị thu đƣợc cao nhất tại cùng một thông số đƣợc tìm thấy giảm 15% trong khi giá trị thấp nhất 18% khi so sánh với cả MQL và RHVT [10]. 1.4.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở trong nƣớc Trong nƣớc, đã có một số nghiên cứu về MQL, công nghệ gia công vật liệu cứng nói chung và phay cứng và ứng dụng MQL trong gia công vật liệu cứng. Một số kết quả về nghiên cứu ứng dụng MQL nhƣ nghiên cứu ứng dụng một số loại dầu thực vật trong MQL, ảnh hƣởng của một số thông số MQL nhƣ thành phần hóa học của loại dầu, áp lực, lƣu lƣợng tƣới, vị trí đặt vòi phun, phƣơng pháp gia công (gia công hở, gia công nửa kín, gia công kín) đến lực cắt, mòn dụng cụ, chất lƣợng bề mặt, Áp suất phun dung dịch MQL là một trong những thông số công nghệ quan trọng. Nghiên cứu về ảnh hƣởng của áp suất phun dung dịch MQL đến tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện thép 9CrSi bằng dao CBN [11] đã cho thấy hiệu quả bôi trơn và làm nguội của dung dịch MQL bị ảnh hƣởng đến áp suất phun, và đƣợc đánh giá qua lƣợng mòn dao trên cả mặt trƣớc và mặt sau. Ngoài ra, tác giả cũng chỉ ra loại dung dịch MQL có ảnh hƣởng tới mòn, tuổi bền dao và nhám bề mặt [18, 19]. Trong phạm vi nghiên cứu dầu lạc cho thấy đƣợc tính năng bôi trơn làm nguội rất tốt. Đây là loại dầu hoàn toàn không độc hại, không ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời lao động và rất thân thiện với môi trƣờng. Việc nghiên cứu thành phần hóa học và cơ chế bôi trơn của dầu thực vật trong công nghệ bôi trơn tối thiểu (MQL) khi gia công thép hợp kim đã qua nhiệt luyện có độ cứng cao đã đƣợc công bố trong [16]. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt đến mòn dao và nhám bề mặt khi tiện cứng thép với dao hợp kim cứng phủ PVD [14], lựa chọn chế độ cắt khi phay cứng thép SKD 61 (HRC =45-48 HRC) [11]. Nghiên cứu ảnh hƣởng của MQL sử dụng dầu thực vật đến quá trình cắt khi tiện cứng thép 9CrSi và khi phay cứng thép S60C bằng dao hợp kim cứng không phủ đƣợc công bố trong [13, 14]. 18 Ảnh hƣởng của hạt Nano Al203 trong bôi trơn làm nguội tối thiểu đến nhám bề mặt, lực cắt và tuổi bền của dao khi phay cứng thép 60Si2Mn. Kết quả cho thấy, khi sử dụng MQL có hạt Nano Al2O3 tỷ lệ 0,5% thì tuổi bền của dụng cụ cắt tăng 177% đến 230% (tùy loại dung dịch), trị số các thành phần lực cắt, nhám bề mặt trung bình đều giảm nhiều (giảm còn 35 – 60%) so với khi không có hạt Nano. Theo hƣớng này, có thể sử dụng các mảnh HKC thông thƣờng để phay các loại vật liệu có độ cứng cao (HRC > 50) nhƣng vẫn đạt chất lƣợng bề mặt tốt, trị số nhám nhỏ (Ra= 0,08 - 0,35 µm; Rz= 0,5 - 2,0 µm tƣơng đƣơng với mài tinh). Việc triển khai sử dụng MQL với sự hỗ trợ của Nano Al2O3 vào thực tiễn sản xuất là rất khả quan [19]. Tuy nhiên, việc nghiên cứu ảnh hƣởng của MQL sử dụng dụng dịch lạnh trong gia công vật liệu cứng, khó gia công là một hƣớng nghiên cứu rất mới và những kết quả nghiên cứu công bố còn rất hạn chế. 1.5. Kết luận chƣơng 1 - Các vấn đề tác giả đặt ra trên đây nhƣ nghiên cứu về bôi trơn làm nguội tối thiểu MQL, nghiên cứu ứng dụng MQL sử dụng dung dịch lạnh, gia công vât liệu cứng đều là các vấn đề khá mới mẻ trong công nghệ gia công cắt gọt. Các nghiên cứu độc lập về các vấn đề này đã đƣợc một số tác giả trong và ngoài nƣớc quan tâm nghiên cứu và đã có kết quả rất khả thi. - Vấn đề nghiên cứu ứng dụng MQL sử dụng dung dịch lạnh vào các quá trình gia công vật liệu cứng là xu hƣớng nghiên cứu rất mới hiện nay. Trong đó, việc nghiên cứu ứng dụng MQL sử dụng dung dịch lạnh vào quá trình gia công vật liệu cứng để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và đặc biệt là đảm bảo vệ sinh môi trƣờng trong gia công vật liệu cứng là xu hƣớng mới. Các kết quả nghiên cứu theo hƣớng này còn hạn chế, vì vậy rất cần quan tâm nghiên cứu, ứng dụng và triển khai vào thực tiễn sản xuất. Với sự định hƣớng nhƣ đã nêu trên, tác giả chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hƣởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) sử dung dụng dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứngthép SKD11”. 19 CHƢƠNG 2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG MQL SỬ DỤNG DUNG DỊCH LẠNH ĐẾN NHÁM BỀ MẶT GIA CÔNG KHI PHAY VẬT LIỆU CỨNG 2.1. Đặt vấn đề Phay cứng (Hard milling) là tên gọi thƣờng đƣợc dùng để chỉ quá trình phay vật liệu có độ cứng 35 – 70 HRC. Đặc biệt, trong chế tạo khuôn mẫu với những loại vật liệu có độ cứng và vật liệu khó gia công, xu thế gia công tinh bằng cắt gọt sau nhiệt luyện thay thế cho mài đang trở nên phổ biến. Nhiều nghiên cứu đã khẳng định nhám bề mặt và năng suất gia công là các chi tiêu quan trọng của quá trình gia công tinh bằng phay cứng. Một trong những yếu tố ảnh hƣởng đến nhám bề mặt là phƣơng pháp bôi trơn làm nguội. Ứng dụng công nghệ MQL vào gia công các loại vật liệu cứng, vật liệu khó gia công đã đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu và đã ứng dụng vào sản xuất thực tế. MQL là một sự phát triển đã chứng minh là rất hữu ích trong gia công các loại vật liệu cứng, vật liệu khó gia công. Để tăng hơn nữa khả năng công nghệ MQL một số cải tiến nhất định cần phải đƣợc nghiên cứu trong công nghệ MQL để làm cho hiệu quả hơn và cải thiện hiệu suất của nó. Việc kết hợp phƣơng pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu RHVT MQL vào phay cứng là một hƣớng nghiên cứu mới có nhiều triển vọng và đang rất đƣợc quan tâm hiện nay. 2.2. Nhám bề mặt gia công 2.2.1. Khái niệm Chất lƣợng bề mặt (CLBM) gia công có vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao độ bền, độ ổn định, độ tin cậy và hiệu năng sử dụng của các thiết bị, máy móc. CLBM chi tiết máy ảnh hƣởng trực tiếp đến tính chất ma sát trong vùng làm việc; đến khá năng chống mài mòn cơ học; chống ăn mòn hóa,... CLBM còn ảnh hƣởng lớn đến khả năng chịu tải trọng va đập, đến độ bền mỏi,... của chi tiết máy. 20 Chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công chịu ảnh hƣởng rất lớn bởi phƣơng pháp, qúa trình và chế độ công nghệ gia công. Mặt cắt ngang cấu trúc bề mặt chi tiết đƣợc tạo thành bởi quá trình gia công cho ở (hình 2.1). Hình 2.1. Mặt cắt ngang cấu trúc bề mặt chi tiết Chất lƣợng bề mặt đƣợc cấu thành bởi tính chất hình học tế vi lớp bề măt (cấu trúc bề mặt -Surface texture), tính chất cơ lý lớp bề mặt gồm lớp hƣ hỏng bề mặt (Surface integrity) và thay đổi cấu trúc tế vi (Microstructural transformations). Cấu trúc lớp bề mặt và tính chất cơ lý lớp bề mặt phải đƣợc đảm bảo và kiểm soát đƣợc trong suốt quá trình gia công. Trong quá trình cắt, lƣỡi cắt của dụng cụ cắt tác động vào bề mặt gia công tạo thành phoi đồng thời hình thành những vết xƣớc cực nhỏ trên bề mặt gia công gọi là độ nhám bề mặt. Độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tê vi) là tập hợp tất cả những bề mặt lồi, lõm với bƣớc cực nhỏ và đƣợc quan sát trên một khoảng ngắn tiêu chuẩn. 2.2.2. Cấu trúc bề mặt (Surface texture) Cấu trúc bề mặt liên quan đến những yếu tố về hình học đến bề mặt gia công. Cấu trúc bề mặt gồm Profin bề mặt (nhám bề mặt; sóng bề mặt) và các lỗi hình dáng trên bề mặt nhƣ vết gia công (Lay), các vết nứt, vết cào xƣớc,v.v. nhƣ hình 2.2. a. Profin bề mặt(surface profile) + Nhám bề mặt (Surface roughness): tập hợp các mập mô bề mặt quan sát trong khoảng ngắn tiêu chuẩn (theo TCVN TCVN 5120 : 2007: Profin độ nhám 21 (roughness profile)là Profile thu đƣợc từ profin ban đầu bằng cách loại bỏ thành phần sóng dài thông qua sử dụng bộ lọc profin c).. + Sóng bề mặt(Waviness): Độ không bằng phẳng của bề mặt quan sát trong khoảng lớn tiêu chuẩn (theo TCVN TCVN 5120 : 2007: Profin độ sóng (waviness profile) là Profin thu đƣợc bằng các ứng dụng tiếp sau của bộ lọc profin f và bộ lọc profin c đối với profin ban đầu, bằng cách loại bỏ thành phần sóng dài nhờ bộ lọc profin f và loại bỏ thành phần sóng ngắn nhờ bộ lọc profin (c). - Các lỗi hình dáng: các vết gia công (Lay); vết nứt, khuyết tật (Flaws); vết chầy xƣớc (cracks),v.v. Hình 2.2. Cấu trúc bề mặt 22 b. Tiêu chuẩn Quốc gia về nhám bề mặt Tiêu chuẩn Quốc gia đặc tính hình học của sản phẩm – Nhám bề mặt: các thuật ngữ, định nghĩa và các thông số nhám bề mặt đƣợc quy định trong TCVN 5120 : 2007 (ISO 4287 : 1999); phƣơng pháp Profin quy định trong TCVN 2511: 2007 (ISO 12085 : 1996); cách ghi nhám bề mặt trên tài liệu kỹ thuật của sản phẩm quy định trong TCVN 5707 : 2007 (ISO 1302 : 22002). Hai thông số thƣờng dùng để đánh giá nhám bề mặt gồm: - Sai lệch trung bình cộng của profin đƣợc đánh giá Ra (Hình 2.3). Ra đƣợc xác định theo công thức: Ra =  l dxxZ l 0 )( 1 (2.1) Trong đó: Z(x) - Chiều cao của profin đƣợc đánh giá tại vị trí x bất kỳ; l – Chiều dài chuẩn. Hình 2.3. Sai lệch trung bình cộng của profin Ra - Chiều cao lớn nhất của profin Rz (Hình 2.4) Hình 2.4. Chiều cao lớn nhất của profin Rz 23 Theo TCVN5707 :2007 (ISO 1302 : 22002) việc ghi ký hiệu bằng hình vẽ cơ bản đối với nhám bề mặt trên các tài liệu kỹ thuật đƣợc quy định nhƣ hình 2.6. a) Cho phép có QTGC bất kỳ b) Phải cắt bỏ vật liệu c)Không phải cắt bỏ vật liệu Hình 2.5.Ký hiệu bằng hình vẽ cơ bản đối với nhám bề mặt Một số điểm chính trong kết cấu của ký hiệu bằng hình vẽ đầy đủ đối với nhám bề mặt nhƣ hình 2.6. Hình 2.6. Vị trí các yêu cầu bổ sung của nhám bề mặt Trong đó: - Vị trí a: Chỉ một yêu cầu của nhám bề mặt. Ví dụ 0,8/Rz 6,8 (cách ghi chiều dài lấy mẫu) - Vị trí a và b: Hai hoặc nhiều yêu cầu của nhám bề mặt. - Vị trí c: Ghi phƣơng pháp gia công, xử lý bề mặt, các lớp phủ hoặc các yêu cầu khác cho quá trình gia công... để tạo ra bề mặt, ví dụ nhƣ, tiện, mài, mạ phủ, - Vị trí d: Vị trí và hƣớng bề mặt.Cách ghi ký hiệu vị trí và hƣớng bề mặt yêu cầu (nếu có). Ký hiệu và cách ghi hƣớng vết nhám cho ở bảng 2.1 - Vị trí e: Ghi lƣợng dƣ gia công. 24 Ví dụ: Về ghi ký hiệu nhám bề mặt trên bản vẽ kỹ thuật nhƣ hình 2.7 Bảng 2.1. Ký hiệu và Cách ghi vết nhám bề mặt Ký hiệu bằng hình vẽ Giải thích và ví dụ Các đƣờng song song với mặt phẳng hình chiếu trên đó ghi ký hiệu Các đƣờng vuông góc với mặt phẳng hình chiếu trên đó ghi ký hiệu Các đƣờng chéo giao nhau so với mặt phẳng hình chiếu trên đó ghi ký hiệu Nhiều hƣớng Các đƣờng gần nhƣ tròn so với tâm của bề mặt trên đó ghi ký hiệu Các đƣờng gần nhƣ hƣớng tâm so với tâm của bề mặt trên đó ghi ký hiệu Vết nhám dạng hạt hoặc lô nhô không có hƣớng Ghi chú: Nếu cần quy định một mẫu vết nhám bề mặt chƣa đƣợc xác định rõ bằng các ký hiệu trong bảng thì cần đƣa thêm vào bản vẽ chú thích thích hợp. 25 a. Ký hiệu bằng hình vẽ với nhám bề mặt b.Trên đường bao hoặc bằng đường chú dẫn và đường dẫn Hình 2.7: Ví dụ về ghi ký hiệu nhám bề mặt trên bản vẽ kỹ thuật 2.2.3. Kiểm tra nhám bề mặt Tất cả những nguyên tắc vật lý đƣợc nhắc đến trong kỹ thuật đo độ dài cũng có thể áp dụng cho đo bề mặt. Do phƣơng pháp đo cơ học và quang học đã đƣợc chứng minh là có hiệu quả nhất trong lĩnh vực này, phần dƣới đây chỉ thảo luận về hai phƣơng pháp này: Dụng cụ đo bề mặt hoạt động dựa trên nguyên lý chức năng cơ học thƣờng đƣợc gọi là dụng cụ đầu dò (stylus instruments). Phƣơng pháp đo cơ học đƣợc phân thành phƣơng pháp quét và phƣơng pháp cảm biến. Đối với phƣơng pháp quét (scanning), một đầu dò tiếp xúc đƣợc hạ xuống bề mặt kiểm tra với tần số xác định. Hƣớng bề mặc dƣới mũi kim với tốc độ cấp liệu (tốc độ đƣa vào) không đổi. Đƣờng tiếp xúc của đầu dò có thể nhận biết đƣợc một cách cơ học, quang học, điện hoặc điện tử. Có thể nâng đầu dò tiếp xúc lên một mức cố định (nguyên lý WOXEN) hoặc có thể nâng lên một lƣợng xác định từ điểm tác động bề mặt tƣơng ứng (quá trình tiếp xúc phân tốc/ vi sai- differential tactile procedure) (Hình 2.8). Hình 2.8. Phương pháp đo cơ học 26 Trong quá trình tiếp xúc phân tốc, vi sai, năng lƣợng tác động của đầu dò tiếp xúc thấp hơn sơ với nguyên lý WOXEN và cho thấy độ phân tán biên. Do đó, độ sâu cắt của kim là không đổi, độ chính xác đo cao hơn so với phƣơng pháp WOXEN. Trong trƣờng hợp thiết bị hoạt động theo phƣơng pháp cảm biến, đầu dò đƣợc hứng liên tục trên bề mặt. Kim nâng lên và hạ xuống phù hợp với mặt cạnh. Hình 2.9: Đo trên các bề mặt khác nhau Chuyển động nâng chỉ ra tƣơng ứng đối với điểm đối chiếu trong thiết bị hoặc tƣơng ứng với mức đối chiếu. Lúc này, bộ chuyển đối cơ học, điện, quang học và điện tử đƣợc sử dụng. Phƣơng pháp cảm biến cạnh đƣợc sử dụng rất nhiều. Độc lập với kiểu dáng thiết kế đầu dò đƣợc sử dụng, ba thiết kế hệ thống đƣợc phân biệt (Hình 2.9). Mặt phẳng hệ thống đối chiếu/ hệ thống tham chiếu Trong hệ thống này, bộ phận quét đƣợc hƣớng trên mặt phẳng đối chiếu (mặt phẳng/ bào, cọc/ hình trụ) tƣơng ứng với mặt phẳng hình học lý tƣởng của mẫu thử nghiệm và hƣớng dọc theo mặt phẳng đo. Ngoài các lỗi do hình dạnh thƣớc cặp, hệ thống quét này cho giá trị đáng tin cậy của độ nhám và độ lƣợn sóng của mẫu thử nghiệm. Tuy nhiên, khi đo bề mặt rất nhỏ hoặc rất rộng, thao tác hệ thống quét này dễ sai số. Một phƣơng pháp thay thế là hệ thống tiếp xúc bề mặt đối chiếu. Tại đây, phôi di chuyển theo chiều ngang trên bàn máy định hƣớng chính xác dƣới hệ thống quét đƣợc cố định chắc chắn. Bên cạnh độ nhám, có thể xác định cấu trúc vĩ mô của bề mặt ở những khoảng nhất định. 27 2.2.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến nhám bề mặt gia công trong gia công vật liệu cứng. Có nhiều nguyên nhân ảnh hƣởng đến nhám bề mặt, tuy nhiên có thể phân thành ba nhóm nguyên nhân chính: nhóm các nguyên nhân do in dập hình học và động học (gọi tắt là nguyên nhân do động hình học); nhóm nguyên nhân do động lực học và nhóm nguyên nhân do rung động của hệ thống công nghệ (HTCN) a. Nhóm nguyên nhân do động hình học Nguyên nhận do động hình học của quá trình gia công chủ yếu là do in dập hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt. Khi tăng góc nghiêng chính ; góc nghiêng phụ 1 thì Rz tăng. Tăng bán kính mũi dao r thì Rz giảm. Giảm lƣợng chạy dao S thì Rz giảm. Tuy nhiên không nên gia công với lƣợng chạy dao S quá nhỏ (S < 0.03 mm/vòng), nếu S nhỏ hơn bán kính mũi dao nên xảy hiện tƣợng trƣợt của mũi dao trên bề mặt gia công. Chiều sâu cắt t ít ảnh hƣởng đến nhám bề mặt, không nên cắt với t quá nhỏ. - Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dao. Các thông số hình học của dụng cụ cắt nhƣ bán kính mũi dao (r), góc dao (k), góc nâng (y) ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt gia công. Để tìm ra hiệu quả của các tham số hình học của dụng cụ cắt đến nhám bề mặt gia công đã đƣợc