Giáo trình Công nghệ chế tạo máy I - Chương 2: Chất lượng bề mặt chi tiết máy - Lưu Đức Bình

 dập hình học của dụng cụ cắt và của 
thông số công nghệ lên bề mặt gia công. 
 - Các yếu tố ảnh h−ởng phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt. 
 - Các yếu tố ảnh h−ởng do rung động máy, dụng cụ, chi tiết gia công. 
 2.3.1- ảnh h−ởng đến độ nhám bề mặt 
 a) Các yếu tố mang tính in dập hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt 
 Để nghiên cứu, ta xét ph−ơng pháp tiện. Qua thực ngiệm, ng−ời ta đã xác 
định mối quan hệ giữa các thông số: độ nhấp nhô tế vi Rz, l−ợng tiến dao S, bán kính 
mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất có thể cắt đ−ợc hmin. Tùy theo giá trị thực tế của 
l−ợng chạy dao S mà ta có thể xác định mối quan hệ trên nh− sau: 
 - Khi S > 0.15 mm/vg thì 
r.8
S
R
2
z = 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
15
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
 - Khi S < 0.1 mm/vg thì ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ++=
2
minmin
2
z
S
h.r
1
2
h
r.8
S
R 
 ở đây, hmin phụ thuộc bán kính r của mũi dao: 
 + Nếu mài l−ỡi cắt bằng đá kim c−ơng mịn, lúc đó r = 10 àm thì hmin = 4 àm. 
 + Mài dao hợp kim cứng bằng đá th−ờng nếu r = 40 àm thì hmin > 20 àm. 
 - Khi S quá nhỏ (< 0,03 mm/vg) thì trị số của Rz lại tăng, tức là khi gia công 
tinh với S quá nhỏ sẽ không có ý nghĩa đối với việc cải thiện chất l−ợng bề mặt chi tiết 
vì xẩy ra hiện t−ợng tr−ợt mà không tạo thành phoi. 
 Chiều sâu cắt t cũng có ảnh h−ởng t−ơng tự nh− l−ợng chạy dao đối với chiều 
cao nhấp nhô tế vi, nếu bỏ qua độ đảo của trục chính máy. 
 Các thông số hình học của l−ỡi cắt, đặc biệt là góc tr−ớc γ và độ mòn có ảnh 
h−ởng đến Rz. Khi góc γ tăng thì Rz giảm, độ mòn dụng cụ tăng thì Rz tăng. 
 Ngoài ảnh h−ởng đến nhám bề mặt, hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế 
độ cắt cũng ảnh h−ởng đến lớp biến cứng bề mặt và đ−ợc tính đến qua hệ số hiệu chỉnh. 
Ví dụ: Xét sự ảnh h−ởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt 
đến chất l−ợng bề mặt chi tiết khi tiện. 
 S1 m
ϕ1
R’z
12
S1 
ϕ1
Rz
12
ϕ
c)
S1
12
r2 
e)
Rz
a)
ϕ
ϕ
S1 
S2
R’’z
ϕ1 
12
b)
12
S1
ϕ1 
12
t
f)
ϕ
ϕ r1 
d)
Rz 
 Rz
Hình 2.6- ảnh h−ởng của hình dáng hình học của dụng 
cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi tiện 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
16
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
Sau một vòng quay của phôi, dao tiện sẽ dịch chuyển một đoạn là S1 từ vị trí 1 đến vị 
trí 2 (hình 2.6a). Trên bề mặt gia công sẽ bị chừa lại phần kim loại m không đ−ợc hớt đi bởi 
dao. Chiều cao nhấp nhô Rz xác định bởi S1 và hình dạng hình học của dao cắt. 
Nếu giảm l−ợng chạy dao thì chiều cao nhấp nhô cũng giảm (hình 2.6b). 
Thay đổi giá trị góc ϕ và ϕ1 không những làm thay đổi chiều cao nhấp nhô mà còn 
làm thay đổi cả hình dạng nhấp nhô (hình 2.6c). 
Nếu bán kính mũi dao có dạng tròn r1 thì nhấp nhô cũng có đáy lõm tròn (hình 2.6d). 
Nếu tăng bán kính mũi dao lên r2 thì chiều cao nhấp nhô Rz sẽ giảm (hình 2.6e). 
Khi bán kính đỉnh r nhỏ và l−ợng chạy dao S lớn, ngoài phần cong của l−ỡi cắt, phần 
thẳng cũng tham gia vào việc ảnh h−ởng đến hình dạng và chiều cao nhấp nhô (hình 2.6f) 
 b) Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo của lớp bề mặt 
Khi gia công vật liệu dẻo, bề mặt ngoài sẽ biến dạng rất nhiều làm cho cấu 
trúc của nó thay đổi. Khi đó, hình dạng hình học và độ nhấp nhô đều thay đổi. 
Khi gia công vật liệu giòn, có một số phần nhỏ lại phá vỡ, làm tăng độ nhấp 
nhô bề mặt. 
 1 Tốc độ cắt V là yếu tố cơ bản nhất, ảnh h−ởng tới sự phát triển của biến 
dạng dẻo khi tiện: 
 - Khi cắt thép Cacbon ở vận tốc thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách 
dễ, biến dạng của lớp bề mặt không nhiều, vì vậy độ nhám bề mặt thấp. Khi tăng vận 
tốc cắt đến khoảng V = 20 ữ 40 m/ph thì nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và có giá trị lớn, 
gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt tr−ớc và mặt sau dao kim loại bị chảy dẻo. Khi lớp 
kim loại bị nén chặt ở mặt tr−ớc 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 
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 khi vận tốc cắt khoảng V = 30 ữ 60 m/ph). Với vận tốc cắt V > 60 m/ph 
thì lẹo dao không hình thành đ−ợc nên độ nhám bề mặt gia công giảm, độ nhẵn tăng. 
V(m/ph) 
Rz
b a
0 20 100 200
Hình 2.7- ảnh h−ởng của vận tốc cắt đến độ nhấp nhô tế vi Rz 
- Khi gia công kim loại giòn (gang), các mảnh kim loại bị tr−ợt và vỡ ra không 
có thứ tự làm tăng độ nhấp nhô tế vi bề mặt. Tăng vận tốc cắt sẽ giảm đ−ợc hiện t−ợng 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
17
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ nhẵn bóng của bề mặt gia công. 
2 L−ợng chạy dao S là thành phần thứ hai của chế độ cắt ảnh h−ởng nhiều 
đến chiều cao nhấp nhô Rz. Điều đó không 
những do liên quan về hình học của dao mà 
còn do biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi 
của lớp bề mặt. 
Khi gia công thép Carbon, với giá trị 
l−ợng chạy dao S = 0,02 ữ 0,15 mm/vg thì bề 
mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi thấp nhất. 
Nếu giảm S < 0,02 mm/vg thì độ nhấp nhô tế 
vi sẽ tăng lên, độ nhẵn bóng bề mặt giảm vì ảnh h−ởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh 
h−ởng của các yếu tố hình học. Nếu l−ợng chạy dao S > 0,15 mm/vg thì biến dạng đàn 
hồi sẽ ảnh h−ởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh h−ởng của các 
yếu tố hình học làm cho độ nhám bề mặt tăng lên nhiều. 
V(m/ph)
Rz C
B
A 
0 0,02 0,15 
Hình 2.8- ảnh h−ởng của l−ợng chạy 
dao đến độ nhấp nhô tế vi Rz. 
 Nh− vậy, để đảm bảo đạt độ nhẵn bóng bề mặt và năng suất cao nên chọn giá 
trị l−ợng chạy dao S = 0,05 ữ 0,12 mm/vg đối với thép Carbon. 
 3 Chiều sâu cắt t cũng có ảnh h−ởng t−ơng tự nh− l−ợng chạy dao S đến độ 
nhám bề mặt gia công, nh−ng trong thực tế, ng−ời ta th−ờng bỏ qua ảnh h−ởng này. 
Vì vậy, trong quá trình gia công ng−ời ta chọn tr−ớc chiều sâu cắt t. 
 Nói chung, không nên chọn giá trị chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi đó l−ỡi cắt sẽ 
bị tr−ợt và cắt không liên tục. Giá trị chiều sâu cắt t ≥ 0,02 ữ 0,03 (mm). 
4 Tính chất vật liệu cũng có ảnh h−ởng 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 cho 
độ nhám bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giòn. 
 Khi gia công thép Carbon, để đạt độ nhám bề mặt thấp, ng−ời ta th−ờng tiến 
hành th−ờng hóa ở nhiệt độ 850 ữ 8700C (hoặc tôi thấp) tr−ớc khi gia công. Để cải 
thiện điều kiện cắt và nâng cao tuổi thọ dụng cụ cắt ng−ời ta th−ờng tiến hành ủ ở 
9000C trong 5 giờ để cấu trúc kim loại có hạt nhỏ và đồng đều. 
 c) ảnh h−ởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất l−ợng bề mặt 
 Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động t−ơng 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. 
 Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định, hệ 
thống công nghệ sẽ có dao động c−ỡng bức, nghĩa là các bộ phận máy khi 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 b−ớc sóng khác nhau. 
Khi hệ thống công nghệ có rung động, độ sóng và độ nhấp nhô tế vi dọc sẽ 
tăng nếu lực cắt tăng, chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao. 
 Tình trạng máy có ảnh h−ởng quyết định đến độ nhám của bề mặt gia công. 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
18
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp, tr−ớc hết phải đảm bảo đủ cứng vững, phải 
điều chỉnh máy tốt và giảm ảnh h−ởng của các máy khác xung quanh. 
 2.3.2- ảnh h−ởng đến độ biến cứng bề mặt 
 Khi tăng lực cắt, nhiệt cắt và mức độ biến dạng dẻo thì mức độ biến cứng bề 
mặt tăng. Nếu kéo dài tác dụng của lực cắt, nhiệt cắt trên bề mặt kim loại sẽ làm tăng 
chiều sâu lớp biến cứng bề mặt. 
 Nếu góc tr−ớc γ tăng từ giá trị âm đến giá trị d−ơng 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, ng−ời ta có kết luận: 
 - V < 20 m/ph: chiều sâu lớp biến cứng tăng theo giá trị của vận tốc cắt 
 - V > 20 m/ph: chiều sâu lớp biến cứng giảm theo giá trị của l−ợng chạy dao 
Ngoài ra, biến cứng bề mặt cũng tăng nếu dụng cụ cắt bị mòn, bị cùn. 
 2.3.3- ảnh h−ởng đến ứng suất d− bề mặt 
 Quá trình hình thành ứng suất d− bề mặt khi gia công phụ thuộc vào sự biến 
dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và hiện t−ợng chuyển pha trong cấu trúc 
kim loại. Quá trình này rất phức tạp. 
 * Đối với dụng cụ hạt mài: Các chi tiết gia công bằng hạt mài tự do (mài 
nghiền) th−ờng có ứng suất d− kéo, còn nếu mài bằng đai mài hoặc đá mài thì có ứng 
suất d− nén. 
 * Đối với dụng cụ có l−ỡi cắt: Ta xét quá trình bào: 
n 
p
r
v 
α θ
δ
y γ 
ρ
z 
 Lực cắt R đ−ợc phân 
thành lực pháp tuyến N và 
lực tiếp tuyến P. 
 Lực cắt R làm cho lớp bề 
mặt gia công bị biến dạng 
dẻo và biến dạng đàn hồi. 
Lực pháp tuyến N gây ra 
ứng suất nén. Lực tiếp tuyến 
P gây ra ứng suất cắt (tr−ợt 
và kéo). 
Hình 2.9- Quan hệ giữa lực và góc khi bào
 Nh− vậy, điều kiện để 
tạo ra ứng suất nén (ứng suất 
nén có lợi cho độ bền mỏi của chi tiết máy) trên bề mặt gia công sẽ là: 
 ( ) ( )γ−ρ=−δ+ρ=θ=>à⇒>à gcot90gcotgcot
N
P
PN. 0 
với: à là hệ số poatxông. 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
19
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
 ρ là góc ma sát giữa dao và bề mặt gia công. 
 δ là góc cắt của dao. 
 ở đây, nếu à = (1 ữ 0.5) thì: (1 ữ 0.5) > cotg(ρ - γ) 
 nghĩa là: (450 ữ 720) < (ρ - γ) 
 Mà th−ờng thì ρ = 500 ữ 700, nh− vậy rất khó đạt đ−ợc ứng suất d− nén trong 
điều kiện góc tr−ớc γ có giá trị d−ơng (γ > 0), mà chỉ đạt đ−ợc ứng suất d− nén nếu 
góc tr−ớc γ có giá trị âm (γ < 0). 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
20