Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt (Vđá, t, Sd) đến rung động khi mài phẳng và quan hệ giữa rung động và chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi mài bằng đá mài chế tạo tại Việt Nam (nhà máy đá mài Hải Dương)

á phụ thuộc thể tích lỗ xốp theo giản đồ dưới đây. Hình 2.4. Biểu đồ sự phụ thuộc độ cứng theo lỗ xốp [11] Qua biểu đồ ta thấy sự phụ thuộc độ cứng theo lỗ xốp theo quan hệ : độ cứng càng cao thì lỗ xốp càng nhỏ, mỗi cấp độ cứng thay đổi 1,5%. Như vậy nếu kết cấu không đổi, độ cứng của đá tăng theo quan hệ sau: [11] Vđ = Vh + (Vcd +1,5) + (Vx - 1,5) Nếu độ cứng không đổi, kết cấu của đá tăng lên theo quan hệ sau: Vđ = (Vh -2) + (Vcd + 2) + Vx Các quan hệ trên là cơ sở để tính toán tỷ lệ pha chế hỗn hợp nguyên liệu sản xuất đá mài theo quy cách khác nhau. Căn cứ vào tỷ lệ pha chế tiến hành cân đong nhào trộn hỗn hợp nguyên liệu theo phương pháp nhào trộn khô. Mục đích của nhào trộn là làm cho chát dính bám đều xung quanh hạt mài. Nhào trộn đều sẽ đảm bảo sự kết dính tốt giữa các hạt mài bằng chất dính (cầu nối chất dính đều đặn). Nguyên liệu trộn khô ngoài hạt mài và chất dính còn có thêm chất dính tạm thời để tăng cường độ mộc của đá. Thường dùng là hồ đường Dextrin. Đối với đá mài hạt Corindon còn cho thêm một lượng thuỷ tinh nước vừa đóng vai trò chất dính tạm thời vừa là chất giúp chảy. Độ ẩm của nguyên liệu trộn khô phụ thuộc vào cỡ hạt và lượng chất kết dính, thường độ ẩm từ 3 ¸ 5%. Hỗn hợp nguyên liệu thường được tiến hành nhào trộn trong các thiết bị sau: - Máy trộn ngược chiều. - Máy trộn chữ Z. - Máy nghiền bi. Nhưng dùng phổ biến nhất là máy trộn ngược chiều. Máy gồm một thùng chứa và 1 hoặc 3 cánh khuấy. Thùng và cánh khuấy quay ngược chiều nhau. Tốc độ quay của thùng thường từ 15¸20 vòng/phút. Tốc độ cánh khuấy thường từ 25¸40 vòng/phút. Ưu điểm của loại máy này là nhào trộn nhanh, năng suất cao, dễ sử dụng. Thời gian trộn khoảng 15 phút/một mẻ. Máy lớn có thể đạt năng suất 200 kg/mẻ. Trình tự nhào trộn: - Trộn hạt mài với thuỷ tinh nước: 3 phút - Trộn hạt mài đã làm ẩm bằng thuỷ tinh nước với hồ đường Dextrin: 2 phút - Trộn với chất dính: 10 phút Cộng: 15 phút Sau khi nhào trộn người ta kiểm tra bằng cách nắm nguyên liệu trong tay nếu nguyên liệu trong tay chắc, không dính tay, bẻ đôi nắm nguyên liệu quan sát không thấy có đốm trăng là được. Hỗn hợp nguyên liệu này được sàng lại qua sàng có kích thước mắt lỗ ≥2mm để làm cho nguyên liệu tơi đều và loại trừ cục vón. Sau đó ủ lại rồi đưa đi tạo hình. Yêu cầu kỹ thuật của hỗn hợp nguyên liệu nhào trộn là chất kết dính phải bám đều xung quanh hạt mài thành một màng mỏng, độ ẩm và độ dính vừa đủ để tạo hình, nguyên liệu phải tơi đều Thành hình Việc thành hình đá mài thường được thực hiện trên các loại máy ép thuỷ lực có áp lực từ 25 ¸ 2000 tấn. Định lượng nguyên liệu vào khuôn theo thể tích. Yêu cầu của việc thành hình đá mài là đảm bảo cho đá mộc có kết cấu thích hợp, mật độ đều đặncho nên phải chọn phương pháp cho liệu, phương pháp ép, tốc độ ép tốt nhất. Khi cho nguyên liệu phải đổ vào giữa khuôn, rồi dùng bàn gạt gạt đều ra xung quanh. Muốn cho nguyên liệu rải thật đều thì thường người ta phải làm khuôn quay, nguyên liệu đổ vào giữa lối sẽ văng ra xung quanh và bàn gạt dễ dàng gạt phẳng. Như vậy, nguyên liệu phân bố rất đều, cuối cùng thực hiện thao tác ép theo mật độ và áp lực đã được quy định. Đối với một số loại đá người ta còn dùng miếng đệm đàn hồi lắp ở đầu máy ép mục đích làm cho mật độ viên đá đều đặn, đảm bảo độ cứng đồng đều và cân bằng theo tiêu chuẩn quy định. Khuôn ép thường được làm bằng thép tốt. Đá ép xong được tháo ra khỏi khuôn bằng máy đẩy thuỷ lực và lật đá sang tấm kê để đưa đi sấy và nung. Nung đốt Đá mộc sau khi đã đưa đi xếp lò được nung đốt. Trong dây chuyền sản xuất đá mài, nung đốt là khâu rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm. Việc nung đốt có thể thực hiện trong nhiều kiểu lò khác nhau như lò lửa đảo chu kỳ gián đoạn (đốt bằng than hay ga), lò tuy-nen liên tục, lò ga nhiều khe, các loại lò điện 1 khe hay 3 khe. Một số loại lò thường dùng ở Nga: + Lò nung điện 1 khe: Kích thước hữu ích của khe: 450 x 150 x 9.900 (mm) (Rộng x cao x dài). Dùng thanh đốt Silic, điện trở 2,1 ¸ 2,5W, công suất biến thế 50 KVA. Chu kỳ nung từ 14 ¸ 22 giờ. Nhiệt độ ở khu vực cao nhất 1.2400C. Năng suất lò: 100 tấn/ năm (máy đẩy thuỷ lực liên tục). + Lò nung điện 3 khe: Kích thước như mỗi lò nung điện một khe nhưng có 3 khe. Chu kỳ nung từ 14 ¸ 22 giờ. Nhiệt độ ở khu vực cao nhất là 1.2400C. Năng suất lò: 1000 tấn/ năm (máy đẩy thuỷ lực đẩy liên tục). + Lò Tuy- nen gas: Kích thước hữu ích: 1000 x 1.100 x 51.000 (mm) (Rộng x cao x dài).Chu kỳ nung: 43 giờ. Nhiệt độ nung 1.2500C ± 100 C. Năng suất lò từ 3.000 ¸ 3.500 tấn/ năm (máy đẩy thuỷ lực). Đối với đá mài cao tốc (45 ¸ 60 m/s) tốt nhất là nung trong lò điện vì có chế độ nung ổn định nhất. Song ở Việt Nam giá điện cao nên không phù hợp về mặt kinh tế. Yêu cầu của quá trình nung đốt: phải tăng nhiệt độ từ từ và đều đặn theo đúng tuyến nung đã quy định, giữ nhiệt độ cực đại 3 ¸ 4 giờ để đá chín đều và các phản ứng thực hiện được hoàn toàn. Quá trình làm nguội cũng phải thực hiện theo đúng tuyến quy định. Từ nhiệt độ cực đại xuống 9000C có thể làm nguội nhanh vì đá đang ở trạng thái dẻo không phát sinh ứng suất đồng thời tạo nên pha thuỷ tinh, các tinh thể Mulít, Spinel kết tinh mịn, kết cấu chặt giúp nâng cao cường độ đá. Từ 9000C ¸ 7000C làm nguội chậm và đều đặn. Từ 7000C¸ 4000C làm nguội với tốc độ chậm hơn nữa. Từ 4000 C trở xuống có thể làm nguội nhanh. Người ta xây dựng tuyến nung và làm nguội là dựa trên đặc điểm của sản phẩm, đặc tính kỹ thuật của lò, kinh nghiệm thực tế và đặc biệt là các quá trình hoá lý xảy ra trong lòng sản phẩm trong khi nung. Vì vậy, tuyến nung và làm nguội càn phải được thực hiện hết sức nghiêm ngặt. Trong quá trình nung, môi trường nung cũng ảnh hưởng nhiều đến màu sắc và chất lượng đá. Môi trường nung tốt nhất là môi trường ôxy hoá. Gia công Gia công đá mài là khâu cuối cùng của công nghệ sản xuất đá mài. Đá sau khi nung tạo thành một lớp vỏ cứng bên ngoài, đồng thời có có sự biến dạng. Mục đích của việc gia công là loại bỏ vỏ cứng, đảm bảo cho đá mài đồng đều, chất lượng bề mặt tốt, đảm bảo kích thước theo đúng yêu cầu kỹ thuật. Thông thường đá mài sau khi nung phải gia công toàn diện: bề mặt, cạnh và lỗ. Một số loại đá nhỏ dị hình chỉ gia công bề mặt hoặc không gia công. Gia công mặt phẳng Việc gia công có thể được tiến hành trên các máy tiện phẳng như: Máy tiện cụt, các máy tiện phẳng chuyên dùng Nhưng phổ biến hơn là các máy mài phẳng. Máy mài phẳng là loại máy gồm một đĩa thép hình vành khăn, đường kính ngoài tới 1900 mm, đường kính trong 1100 mm, đĩa này đặt nằm ngang tựa trên một vòng bi lớn và quay với tốc độ 10 vòng/phút. Phía trên có những bàn ép đường kính 400¸700 mm lệch tâm với trục và quay với tốc độ 10 vòng/phút. Bàn ép dùng lực cơ khí (vít) hay dùng khí nén để ép lên mặt đá. Đá mài được đặt giữa đĩa thép và bàn ép, trên đĩa thép có rải một lớp hạt thép có kích thước hạt 0,5¸0,8 mm. Ma sát giữa đĩa mài và hạt thép làm bật hạt đá ra và tiến hành quá trình mài mòn đá. Vì đĩa thép và bàn ép quay ngược chiều nhau, bàn ép quay lệch tâm nên đá mài được mài mòn đều khắp bề mặt. Một số kiểu máy mài phẳng Liên xô thường dùng: + Máy mài phẳng AÕO-300-2, đường kính đĩa 900 mm, đường kính gá 200 mm, tốc độ đĩa thép 31 vòng/phút, tốc độ mâm gá (bàn ép) 14 vòng/phút. + Máy mài phẳng K62, đường kính đĩa thép 1900 mm, đường kính gá 360mm, tốc độ đĩa thép 26,9 vòng/phút, tốc độ mâm gá 16 vòng/phút. + Máy mài phẳng B756: đường kính đĩa nam châm 900 mm, đường kính đá kim cương 450 mm, tốc độ đĩa nam châm 30 vòng/phút, tốc độ đá 930 vòng/phút. Gia công cạnh đá Gia công cạnh đá mài thường được thực hiện trên các máy mài cạnh (hay còn gọi là máy tiện cạnh) dao đá. Tức là dùng đá mài để mài cạnh đá. Tốc độ trục gá đá khoảng 1000 vòng/phút. Chiều dài hành trình dao đá 150 ¸ 200 mm. Người ta còn gia công cạnh đá trên máy tiện cạnh đứng. Trục máy tiện thẳng đứng, đá lắp nằm ngang, có 2 trục dao lên xuống. Dao tiện hình chóp nón bằng thép. Tốc độ quay của đá 6 ¸ 8 m/s. Máy này thường dùng để tiện cạnh các loại đá lớn, dày. Gia công lỗ Nhằm làm cho lỗ đá tròn, đồng tâm, đảm bảo đúng kích thước lỗ. Ba hình thức gia công lố thường dùng là: đổ lỗ, khoan lỗ và tiện lỗ. A. Đổ lỗ Muốn đổ lỗ thì đá mài phải ép lỗ rộng hơn yêu cầu 5¸6 mm. Có thể đổ chì hay đổ lưu huỳnh, chì là vật liệu nặng và độc nên ít dùng. Khi đổ lỗ bằng lưu huỳnh, hỗn hợp nguyên liệu gồm: Lưu huỳnh (S) 80 ¸ 85 % Phấn chì (Graphit) 5 ¸ 7 % Thạch anh hay trường thạch 7 ¸ 10 % Vì lưu huỳnh giòn, để tăng độ bền, độ nhẵn người ta pha thêm Graphít và thạch anh hay trường thạch. Nhiệt độ chảy khoảng 110 ¸120°C. B. Khoan lỗ Lỗ đá được khoan bằng thiết bị giống như máy khoan cơ khí, trục khoan bằng thép. Tốc độ quay của trục thường từ 200 ¸ 600 vòng/phút. Để khoan lỗ người ta thường rải hạt thép vào khe giữa lỗ đá và trục. Đá đứng yên, lỗ đá được mài mòn do trục thép gây ra ma sát giữa hạt thép và lỗ đá. Khoan lỗ thì kích thước không đảm bảo chính xác nhưng đồng tâm và cho năng suất cao (thường áp dụng cho các loại đá nhỏ, đường kính lỗ ≤ 20 mm). C.Tiện lỗ Đối với những đá lớn có đường kính lỗ từ 305 mm trở lên thì phải tiện lỗ trên các máy tiện. Yêu cầu kỹ thuật: Lỗ đá sau khi gia công phải nhẵn, đảm bảo đúng kích thước và vuông góc với mặt đá. Ngoài 3 phương pháp gia công lỗ đá nêu trên, người ta còn đổ lỗ nhựa, ép bạc nhựa. Một số nước còn dùng phương pháp phun lỗ bằng Polyuretan. Công ty Đá mài Hải Dương chủ yếu dùng phương pháp đổ lỗ lưu huỳnh và tiện lỗ. Kiểm tra Đá mài trước khi nhập kho phải được tiến hành kiểm tra các chỉ tiêu sau: Hình dáng kích thước Dùng các dụng cụ đo như thước cặp, thước lá, thước góc và đường đo để kiểm tra Độ cứng Tiến hành thử độ cứng bằng phương pháp phun cát hoặc máy thử độ cứng Rốc-oen. Máy phun cát thường dùng để thử độ cứng đá mài cỡ hạt từ 120# về thô. Nguyên lý chung của máy phun cát : Dựa vào chiều sâu của vết lõm trên mặt đá mài được tạo nên bởi một khối lượng cát trong máy do một áp lực nhất định phun trên bề mặt viên đá. Nguyên lý của máy Rốc-oen: Đo chiều sâu của vết lõm trên đá mài được tạo nên bởi một viên bi có đường kính quy định với một áp lực nhất định ấn xuống viên đá mài. Tiêu chuẩn và phương pháp thử độ cứng đá mài được quy định ỏ các bảng trong tiêu chuẩn ngành hoặc trên các bảng gắn trên thân máy do Nhà sản xuất. Việc kiểm tra độ cứng đá mài tại công ty Đá mài Hải Duơng dược thực hiện trên máy phun cát. Hình 2.6. Máy thử độ cứng phun cát Thân máy 1, đầu máy 2, bàn mang đá 3, thiết bị phun 4. Đầu máy được kẹp chặt trên thân máy nhờ lò xo 5, bên trong máy có ống mang dòng cát. Thao tác điều khiển của công nhân có via trò quan trọng. Độ mất cân bằng tĩnh Đây là chỉ tiêu rất quan trọng, chỉ tiêu này được thử bằng dụng cụ thử cân bằng. Dụng cụ đo gồm hai trục thép hình trụ đặt song song, độ bóng Ñ9, độ cứng 50 HRC. Đá mài lắp trên trục cân bằng bằng thép có độ cứng 50 HRC đã được cân bằng trước. Bề mặt trục cân bằng yêu cầu bóng, trục lắp đá mài đặt lên dụng cụ đo cân bằng sao cho đường tâm trục vuông góc với trục máy, đá mài nằm cân đối với trục đó. Sau khi gá lắp xong đẩy nhẹ cho đá quay chậm. Khi đá ngừng quay đánh dấu một điểm trên chu vi. Lại tiếp tục quay nhẹ viên đá, nếu sau khi đá ngừng quay, đá ở vị trí khác với lúc đầu chứng tỏ rằng đá cân bằng. Nếu điểm đánh dấu lại trở về vị trí cũ chứng tỏ rằng đá mất cân bằng. Dùng vật nặng được lựa chọn bắt vào phần nhẹ của đá và xoay cho đá quay, cũng kiểm tra như trên cho đến khi đá cân bằng. Cân vật nặng và so sánh với tiêu chuẩn cho phép nếu không đạt thì phải tiến hành xử lý độ mất cân bằng bằng phương pháp đổ chì. Hình 2.7. Cơ cấu cân bằng tĩnh Thử tốc độ Để đảm bảo an toàn, đá trước khi xuất xưởng phải tiến hành thử tốc độ trên các máy thử tốc độ, động cơ vô cấp như các máy thử ÕT-2; Õ-6M của Liên Xô. Tốc độ thử phải vượt 50% tốc độ sử dụng tối đa. Hình 2.9. Sơ đồ máy thử tốc độ đá mài ЛТ_6M   NHỮNG DỮ KIỆN KHI CHON ĐÁ MÀI Chọn được đá mài thích hợp là cơ sở để đảm bảo kết quả của quá trình mài. Để gia công thép thì dùng đá mài oxyt nhôm là thích hợp nhất, còn để mài gang thì nên dùng đá mài cacbit silic. Đá mài có cấu trúc xốp thường kém bền hơn đá mài có cấu trúc chặt tuy nhiên ít bị cùn hơn ( do phoi lấp đầy khoảng trống giữa các hạt mài) nên thích hợp để mài các loại vật liệu mềm và dẻo. Đá mài có lượng hạt mài càng nhiều thì khi mài cho năng suất càng cao, có độ hạt càng bé thì độ bóng bề mặt gia công càng cao. Khi tăng diện tích tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết, do nhiệt cắt tăng dễ gây ra cùn đá ( do phoi ) thì tốt hơn nên dung đá mài mềm. Như vậy chúng ta có thể rút ra các nguyên tắc sau: Khi vật liệu gia công cứng nên dung đá mài mềm, vởi vì do vật liệu cứng nên vật liệu mài chống mòn, cần dung đá mềm để tăng khả năng tự mài sắc của đá. Khi vật liệu rất mềm và rất dẻo như đồng, nhôm thì đã dễ bị cùn ( vì phoi lấp đầy khoảng trống giữa các hạt mài ) nên dùng đá mài mềm. Khi mài những chi tiết có cạnh sắc ( trục then hoa) hạt mài dễ bị gãy vỡ nên dung đá mài có độ cứng cao. [11] Ngoài ra trong điều kiện gia công cụ thể còn phải xét đến đặc điểm của điều kiện mài, các quy luật cơ bản của quá trình mài cũng như tương quan cơ lý tính giữa tính chất của vật liệu gia công và vật liệu mài. Tóm lại khi chọn đã mài thì cần quan tâm tới các dữ kiện sau : Kiểu nhóm vât liệu và độ cứng Hình dạng của chi tiết cần gia công cũng như những bề mặt đã được gia công Kiểu máy mài, công suất và tình trạng máy Tốc độ đá mài và lượng chạy dao Vùng tiếp xúc khi mài Chất lỏng làm mát Tính phức tạp của nguyên công Phương pháp sửa đá Kết luận chương II Tìm hiểu sơ qua về công nghệ sản xuất đá mài tốc độ cao ở Nhà máy đá mài Hải Dương Tìm hiểu về một số nguyên liệu của Việt Nam và quốc tế khi sản xuất, những khó khăn mà nhà máy gặp phải khi sản xuất đá CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU RUNG ĐỘNG TRONG QUÁ TRÌNH CẮT Một hệ thống công nghệ thông thường gồm có các thành phần: máy, dụng cụ, đồ gá, chi tiết. Khi hệ thống hoạt động, rung động là hiện tượng rất phổ biến xuất hiện kèm theo. Rung động gây ra rất nhiều vấn đề và nó có thể là nguyên nhân rất lớn làm xấu các chỉ tiêu kinh tế và chất lượng của bề mặt chi tiết gia công. Cụ thể rung động có thể gây ra các hậu quả sau đây: Không cho phép sử dụng hết công suất của máy hoặc khả năng cắt của dụng cụ Tăng độ nguy hiểm phá huỷ cơ học của lưỡi cắt dụng cụ, đặc biệt với những loại dụng cụ kém dẻo Phá huỷ cơ học dụng cụ hoặc một số chi tiết máy: các lực động học xuất hiện khi dao động hệ thống tăng ứng suất trong các chi tiết chịu tải của dụng cụ và máy móc Giảm độ chính xác hình học, tăng độ nhấp nhô bề mặt của chi tiết đặc biệt đối với các nguyên công gia công tinh. Đây là tác hại cần hết sức quan tâm khi nghiên cứu rung động trên máy mài Gây ồn cho môi trường làm việc Như vậy muốn tăng các chỉ tiêu kinh tế, chất lượng hay chi tiết hơn là tăng chất lượng bề mặt và nâng cao tuổi bền của dụng cụ thì phải làm cho hệ thống máy- – dao – đồ gá – chi tiết không rung động. Nhưng thực tế tất cả các hệ thống công nghệ ít hay nhiều đều rung động do đó chỉ có thể nói giữ rung động ở mức tối thiểu trong phạm vi cho phép. Rung động thực chất là một dạng của dao động, do đó ta có thể dùng những khái niệm và những đại lượng tổng quát trong dao động để nghiên cứu rung động. 3.1. CÁC THAM SỐ DAO ĐỘNG Dao động được mô tả là sự chuyển động của một phần tử hoặc một vật thể quanh vị trí cân bằng, hay còn gọi là vị trí quy chiếu. Đối với một máy quay, vị trí cân bằng này tương ứng với vị trí máy lúc chưa vận hành. Nếu chuyển động tương tự lặp lại giống hệt sau mỗi chu kỳ ta có hiện tượng chuyển động tuần hoàn. Dạng đơn giản nhất của chuyển động tuần hoàn là chuyển động điều hòa. Dao động thường được diễn tả bằng nhiều cách thức khác nhau như chuyển vị, vận tốc hoặc gia tốc. Chuyển vị Ta xét chuyển động của một ổ trục dưới tác động của một roto không cân bằng. Từ một số điều kiện nào đó ta có thể mô hình hóa sự mất cân bằng này qua hình ảnh một khối lượng tại một điểm trên chu vi của trục như minh họa trong hình 3.1(a). (b) Vecto chuyển động Đồ thị chuyển động Hình 3.1.Thí dụ về tín hiệu dao động điều hòa Khi trục được khởi động quay, khối lượng mất cân bằng sẽ tác động một lực ly tâm lên ổ trục, như vậy ổ trục phải chịu một sự chuyển động cưỡng bức. Chuyển động đó khi chiếu lên tọa độ chuyển vị theo thời gian sẽ có dạng như trong hình 3.1(b). Trong hình này, những điểm từ 1 đến 4 tương ứng với những điểm mà khối lượng mất cân bằng, sau một vòng quay, đi qua các vị trí từ 1 đến 4 như đã ghi trong hình 3.1(a). Ta có thể thấy sau mỗi vòng quay của roto, chuyển động của ổ trục sẽ lặp lại giống hệt như trước. Đó chính là ví dụ về chuyển động tuần hoàn. Về mặt toán học người ta miêu tả chuyển động tuần hoàn bằng phương trình sau: (3.1) Với x – chuyển vị của ổ trục t – thời gian X – biên độ chuyển động ω – tần số vòng Hình 3.1(b) cho thấy chu kỳ chuyển động – ở đây là một vòng quay của roto – là T, nghĩa là chuyển động được lặp lại khi t = T, và có đơn vị là giây (s). Ngược lại với chu kỳ là tần số , đơn vị đo tần số là Hertz (Hz). Tần số góc ω được đo bẳng đơn vị rad/s. Biểu thức quan hệ giữa các đại lượng trên: (3.2) Vận tốc Vì vận tốc của dao động tương ứng với tiến độ thay đổi của chuyển vị theo thời gian, dao động cũng có thể được biểu thị qua đại lượng vận tốc. (3.3) Gia tốc Gia tốc là tiến độ thay đổi của vận tốc theo thời gian, và được diễn tả bằng công thức sau: [15] (3.4) Quan hệ giữa các thông số Từ những phương trình trước ta thấy rõ là dạng và chu kỳ dao động của chuyển vị, vận tốc và gia tốc đều giống nhau; tuy nhiên biên độ của mỗi thông số là khác nhau và sự khác biệt chủ yếu là pha của các thông số này lệch nhau. Cụ thể là vận tốc đi trước chuyển vị góc pha π/2, gia tốc đi trước vận tốc góc pha π/2, nghĩa là gia tốc đi trước chuyển vị góc pha π. Hình 3.2 cho ta thấy đồ thị của chuyển vị x(t), vận tốc v(t), gia tốc a(t) của cùng một chuyển động. (a) (b) Các vecto chuyển vị, vận tốc, gia tốc Đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc Hình 3.2.Chuyển vị, vận tốc, gia tốc của cùng một chuyển động 3.2. KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH VÀ MẤT ỔN ĐỊNH CỦA QUÁ TRÌNH CẮT Sau đây là định nghĩa về ổn định đã được khái quát bởi David A.Stephenson và John Agapiou: Một quá trình cắt được gọi là mất ổn định khi xuất hiện rung động ngày càng tăng, khi đó dụng cụ cắt có thể rung động với biên độ ngày càng tăng hoặc dần dần rời xa vị trí cân bằng cho đến một giới hạn xác định. Một quá trình cắt được gọi là ổn định khi dụng cụ cắt bị kích thích sẽ tiến đến một vị trí cân bằng dưới dạng một dao động tắt dần hoặc tiến đến một mức dao động nào đó ít hơn. Một hệ thống được gọi là mất ổn định tĩnh học nếu nguyên nhân gây ra rung động là những lực kích thích phụ thuộc vào vị trí. Một hệ thống được gọi là mất ổn định động lực học nếu những lực kích thích gây rung động phụ thuộc vào vận tốc. a) Ổn định b) Mất ổn định Hình 3.3.Phân biệt trạng thái ổn định và mất ổn định 3.3. NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH Rung động là nguyên nhân gây mất ổn định của quá trình cắt. Rung động trong quá trình cắt được chia thành: Rung động cưỡng bức Rung động riêng Tự rung Nguyên nhân gây rung động Rung động cưỡng bức Rung động riêng Tự rung Rung động cưỡng bức Rung động cưỡng bức xuất hiện khi một ngoại lực tuần hoàn biến đổi theo thời gian tác động lên hệ thống máy-dụng cụ-chi tiết. Các nguyên nhân gây rung động cưỡng bức gồm có: Rung động bên ngoài truyền qua móng máy. Loại hình dao động cưỡng bức này trong thực tế xuất hiện khá thường xuyên. Ảnh hưởng của chúng đến quá trình cắt tác động đến chất lượng nhiều hơn là đến kinh tế. Nguồn tạo dao động có thể là máy búa, máy công cụ có chuyển động khứ hồi không có các cơ cấu chủ động cân bằng (máy bào, xọc, mài, chuốt) hoặc các máy khác (máy nén khí, máy bơm). Nhiễu bên trong của hệ thống công nghệ do các chi tiết quay không cân bằng, các bộ truyền động ăn khớp được chế tạo không chính xác hoặc đã mòn, ổ trục chính và sống trượt mòn, do tải trọng động phát sinh khi tăng tốc độ hay khi hãm các bộ phận có khối lượng lớn hoặc do lực cắt biến đổi khi cắt vào các bề mặt gián đoạn Bài toán rung động cưỡng bức được giải nhờ đưa về mô hình tổng quát như hình 3.4 và phương trình vi phân như sau: (3.5) Với m - khối lượng hệ thống c - hệ số cản k - độ cứng của hệ x - chuyển vị của phần tử dao động - vận tốc của phần tử dao động - gia tốc của phần tử dao động F(t) - ngoại lực cưỡng bức Hình 3.4.Mô hình dao động cưỡng bức [15] Đặc điểm của rung động cưỡng bức là hệ thống công nghệ sẽ rung động với tần số của lực kích thích và rung động sẽ xuất hiện với biên độ rất lớn khi tần số kích thích xấp xỉ tần số dao động riêng của hệ. Khi trường hợp đó xảy ra, ta có hiện tượng cộng hưởng dao động. Các rung động cưỡng bức trong phần lớn các trường hợp có thể làm giảm thiểu hoặc khử bỏ bằng cách khử nguồn gây kích thích hoặc làm thay đổi tần số kích thích đối với những kích thích có tính chu kỳ sao cho tần số của nó không gần với tần số riêng của hệ và khi đó nó không còn là nguyên nhân gây mất ổn định. Rung động riêng Rung động riêng của hệ thống công nghệ là rung động phát sinh do sự va đập, chẳng hạn như khi đóng ly hợp, khi dụng cắt bắt đầu vào cắt. Rung động riêng thực chất là rung động cưỡng bức khi lực kích thích có dạng xung. Ảnh hưởng của nó nói chung là không đáng kể vì rung động riêng là một rung động tắt rất nhanh. Nó chỉ có ý nghĩa khi có liên quan đến việc xác định đặc tính của quá trình dao động Rung động riêng tự duy trì bằng tác dụng của lực đàn hồi. Chu kỳ và tần số không phụ thuộc vào độ lệch ban đầu và tốc độ ban đầu của phần tử dao động. Phương trình vi phân chuyển động của dao động riêng có dạng: (3.6) Với m - khối lượng hệ thống c - hệ số cản k - độ cứng của hệ x - chuyển vị của phần tử dao động - vận tốc của phần tử dao động - gia tốc của phần tử dao động Hình 3.5.Mô hình dao động tự do [15] Tự rung Tự rung là rung động phát sinh và tồn tại cùng quá trình cắt. Tự rung phát sinh không phải do ngoại lực mà do năng lượng của bản thân quá trình cắt. Khi quá trình cắt dừng lại thì tự rung cũng biến mất. Trong những điều kiện nhất định dạng rung động này được coi là nguyên nhân chủ yếu gây mất ổn định. Nguyên nhân của tự rung đã được nhiều công trình đề cập đến và có thể tóm tắt như sau: Do biến động của lực cắt mà sự biến động đó là sự biến động của tốc độ cắt hoặc của tiết diện lớp cắt Do thay đổi lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao Do hệ số ma sát trên sống trượt của máy thay đổi theo vận tốc chuyển động của bàn máy. Do sự hình thành và phá hủy của lẹo dao Do sự không đồng nhất trong thành phần vật liệu phôi. Do hiệu ứng tái sinh Do liên kết vị trí Đặc điểm của tự rung: Biên độ rung động tăng theo thời gian cho đến một giá trị tới hạn xác định. Tần số rung động bằng tần số tự nhiên của hệ hoặc gần với tần số tự nhiên của một số yếu tố của hệ Năng lượng của rung động là năng lượng của bản thân quá trình cắt chứ không phải do ngoại lực cung cấp. Khi khả năng giảm chấn của máy không đủ để hấp thụ hết phần năng lượng này thì tự rung sẽ tăng mạnh gây mât ổn định. Trên hình 3.6 ta có thể thấy sự khác nhau giữa rung động cưỡng bức với tự rung và điều kiện để tự rung gây mất ổn định. Khi chiều sâu cắt t đạt đến giá trị tới hạn tk thì biên độ tự rung tăng đột ngột gây mất ổn định. Rung động cưỡng bức Tự rung Hình 3.6.Phân biệt rung động cưỡng bức và tự rung 3.4. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CẮT ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA QUÁ TRÌNH CẮT Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến độ ổn định của quá trình cắt phụ thuộc vào ảnh hưởng của chúng đến sự thay đổi độ lớn và hướng của lực cắt. Chỉ có thể đánh giá nó về mặt chất lượng bởi vì trong những tập hợp khác nhau của điều kiện cắt thì nó thể hiện khác nhau. Cường độ ảnh hưởng của chúng đến độ ổn định của quá trình cắt cũng phụ thuộc vào các tính chất của các phần tử xác định của hệ dao động máy – dụng cụ – chi tiết gia công, tức là vào độ cứng vững, hệ số tắt dần, tần số riêng, dạng dao động và hướng dao động. Trong phần trình bày dưới đây, ta có thể hiểu sơ qua về những ảnh hưởng của các yếu tố điều kiện cắt đến độ ổn định của quá trình cắt khi tiện. Ảnh hưởng rõ nhất đến độ ổn định của quá trình cắt là chiều rộng phoi b, chiều dày phoi a, vận tốc cắt v, các góc cắt (δ, α, φ), bán kính