Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi phay trên máy phay CNC chuyên dùng

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học bách khoa hà nội
Khoa cơ khí
^ ]...

Luận văn thạc sĩ khoa học

nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ
đến chất lợng bề mặt khi phay trên
máy phay Cnc chuyên dùng

Ngành: cơ khí chính xác & quang học
M Số:

BUN MY Say Sông Kham

Ngời hớng dẫn khoa học: TS nguyễn thị phơng mai
hà nội 2/2008


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

DANH MụC HìNH
TT Ký hịêu hình

1

Chơng I
Hình 1.1

2

Hình 1.2

3

Hình 1.3

4

Hình 1.4

5

Hình 1.5

6

Hình 1.6

7
8
9
10
11
12
13
14
15

16
17
18

Chơng II
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12

19

Hình 2.13

20
21
22
23
24
25
26

Chơng III
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7

Nội dung

Nhám về mặt, sóng bề mặt và sai lệch hình dạng.
Profin bề mặt và các thành phần của nó.
Mối quan hệ giữa thời gian gia công và giá trị độ
nhám.
Quan hệ giữa Ra và độ mài mòn.
ảnh hởng của hình dạng và bớc nhấp nhô đến độ
mòn bề mặt.
ảnh hửơng của độ hạt và tốc độ đá mài đến độ nhẵn
bề mặt mài.
Quá trình cắt gọt kim loại.
Sơ đồ quá trình hình thành phoi.
Các dạng phoi.
Cờu tạo răng dao phay.
Các dạng răng của dao phay.
Các thành phần của răng dao.
Sơ đồ hình thành.
Hớng các rãnh xoắn ốc.
Các dạng dao chạy.
Hình 2.10. Các bề mặt khi phay

Chiều sâu cắt và chiều rộng phay
Sơ đồ các phơng pháp phay
Sơ đồ tạo thành lớp cứng nguội của bề mặt đợc gia
công.

Máy phay GSFD 3540.
Máy phay cao tốc GSFD 3540.
Bộ trục vitme đai ốc bi.
Các đoan dịch chuyển dao.
Hệ tọa độ vuông góc trên máy.
Mộu phôi đã chuẩn bị xong
Phôi đã đặt trên băn máy.

BUN MY Say Sông Kham

1


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
27
28
29
30
31
32
33
34
35

Hình 3.8

Hình 3.9
Hình3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình3.13
Hình3.14
Hình3.15
Hình 3.16

2008

Đang thiết kế chi tiết trên phần mềm Type3.
Chế độ gia công.
Chế độ dao.
ảnh mô phỏng gia công trên máy.
ảnh mô phỏng gia công trên máy.
Phơng trình gia công.
Chơng trình đã đợc nạp vào máy.
Đang tiến hành gia công chi tiết.
Sản phẩm cuối cùng

Chơng IV
36

Hình 4.1

37
38
39
40

41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57

Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5
Hình 4.6
Hình 4.7
Hình 4.8
Hình 4.9
Hình 4.10
Hình 4.11
Hình 4.12
Hình 4.13

Hình 4.14
Hình 4.15
Hình 4.16
Hình 4.17
Hình 4.18
Hình 4.19
Hình 4.20
Hình 4.21
Hình 4.22

58

Hình 4.23

59

Hình 4.24

Thiết bị đo độ nhám SJ 400 của hãng Mitutoyo,
Nhật Bản.
Sơ đồ kết cấu máy đo độ nhám SJ 400.
Sơ đồ khối của máy đo nhám tiếp xúc kiểu điện cảm.
Kết cấu của cuộn dây mắc vi sai đợc chế tạo.
Bộ phận hiển thị.
Bộ phận đầu đo.
Bộ phận di chuyển đầu dò dọc theo phơng đo.
Bộ phận điều chỉnh độ vào và góc nghiêng.
Các chi tiết của bộ phận đầu đo.
Mũi do và cần đo tiêu chuẩn.
Mũi dò đo các lỗ nhỏ và sâu.

Mũi dò đo các bề mặt rộng.
Mũi do lỡi dao.
Mũi dò đo bề mặt răng.
Mũi dò bi.
Mũi do lệch tâm.
Mũi dò-chiều dài cần gấp đôi.
Mũi dò-chiều dài cần gấp ba.
Cần đo khi lắp mũi gá trợt.
Đầu do khi lắp mũi gá không trợt.
Đầu do.
Profin đo đợc là hình bao của profin thực tế
ảnh hởng của bán kính mũi dò tới hình dạng profin
bề mặt đo đợc.
Đầu dò không thâm nhập đợc vào những rãnh lõm
trên bề mặt.

BUN MY Say Sông Kham

2


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
59

Hình 4.24

60
61

Hình 4.25

Hình 4.26

2008

Đầu dò không thâm nhập đợc vào những rãnh lõm
trên bề mặt.
Đo độ nhám.
Đo độ nhám theo phơng pháp vuông góc

BUN MY Say Sông Kham

3


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

Mục Lục
Danh mục các bảng

Trang

Danh mục các hìnhvẽ, đồ thị

1

Mở ĐầU

8

Chơng I. Tổng quan về nhám bề mặt

10

1.1. Kết cấu bề mặt

10

1.1.1. Sai lệch hình dạng

10

1.1.2. Nhám bề mặt

11

1.1.3. Sóng bề mặt

11

1.1.4. Vết gia công

12

1.2. Nhám bề mặt

14

1.2.1. Vai trò của nhám bề mặt

14

1.3. ảnh hởng của chất lợng bề mặt tới tính chất sử dụng của chi
17
tiết máy
1.4. Các nguyên nhân quyết định độ nhám bề mặt gia công
1.4.1. ảnh hởng về hình học của quá trình gia công độ nhám bề mặt
1.4.2. ảnh hởng của biến dạng dẻo lớp bề mặt kim loại đến độ nhám

20
21
24

bề mặt
1.4.3. ảnh hởng do rung động của hệ thống công nghệ đến độ nhám

26

bề mặt
Chơng II. Tổng quan về cắt gọt trên máy phay.

27

2.1. Khái niệm cơ bản về quá trình cắt kim loại .

27

2.2. Khái niệm chung và cấu tạo của dao phay .

29

2.2.1. Bề mặt lỡi cắt và các yếu tố khác.

30

2.2.2. Hình dạng và căc yếu tố của răng.

31

2.2.3. Các yếu tố và hình dạng của rnh.

32

BUN MY Say Sông Kham

4


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

2.3. Các yếu tố của chế độ cắt khi phay.

34

2.4. Phay thuận và phay nghịch.

28

2.5. Nhiệt cắt, rung động và hiện tợng cứng nguội trong quá trình
39

phay.
2.5.1. Nhiệt cắt .

39

2.5.2. Hiện tợng rung động trong quá trình cắt.

39

2.5.3. Hiện tợng cứng nguội trong quá trình gia công.

41

Kết luân :

41

CHƯƠnG III. MÔ HìNH HOá QUá TRìNH CắT KHI PHAY
44
BằNG MáY PHAY.
3.1. Đặt vấn đề.

44

3.2. Cơ sở tối u hoá quá trình cắt gọt.

45

3.2.1. Tốc độ chạy dao

46

3.2.2. Số vòng quay trục chính

46

3.2.3. Chơng trình gia công

47

3.3. Hệ toạ độ máy

48

3.3.1. Hệ toạ độ vuông góc

48

3.3.1.1. Hệ toạ độ đề các

49

3.3.1.2. Hệ toạ độ cực

49

3.3.2. Những điểm quan trọng trong 1 hệ toạ độ

49

3.4. Thực nghiệm trên máy phay cao tôcGSFD 3540

49

3.4.1. Chuẩn bị phôi

50

3.4.2. Gá đặt phôi

50

3.4.3. Thiết kế chi tiết trên phần mềm

51

3.4.4. Nạp chơng trình vào máy

54

3.4.5. Quá trình gia công

54

3.4.6. Các chế độ gia công

55

3.4.7. Sản phẩm

56

BUN MY Say Sông Kham

5


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

3.5. Phân tích các nhân tố có trong mô hình.

56

3.5.1. Các thông đầu vào.

56

3.5.2. Các thống số xuất hiện trong quá trình phay.

56

3.5.2.1. Lực cắt.

56

3.5.2.2. Nhiệt cắt.

57

3.5.2.3. Mòn dao.

57

3.5.2.4 Rung động trong quá trình cắt.

57

3.6. Các thông số đầu ra.

57

3.6.1. Chất lợng gia công.

58

3.6.2. Chi phí gia công và năng suất gia công.

58

3.7. ảnh hởng của vật liệu giao và vật liệu gia công đến lực cắt

59

trong quá trình phay.

Kết luận

59

Chơng IV: Một số vấn đề về độ chính xác của
phép đo nhám bề mặt bằng phơng pháp đầu do

60

tiếp xúc.
4.1. Giới thiệu máy đo độ nhám kiểu tiếp xúc SJ 400.

60

4.2. Cấu tạo của SJ-400.

63

4.3. Các đặc tính của máy SJ-400.

69

4.4. Điều khiển quá trình đo.

70

4.5. ý nghĩa và vai trò các thông số của máy đo nhám SJ-400.

70

4.6. ảnh hởng của hình dáng đầu mũi dò đến kết quả mô tả
72
profin nhám bề mặt.
4.7. Các thông số đánh giá độ nhám bề mặt mẫu

75

4.8. Kết quả đánh giá đo độ nhám bề mặt mẫu

76

4.8.1. Bảng số liệu và đồ thị khi đo vuông góc với vết gia công
BUN MY Say Sông Kham

6

78


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

4.8.1. Bảng số liệu và đồ thị khi đo song song với vết gia công

89

Kết luận

100

Tài liệu tham khảo

101

BUN MY Say Sông Kham

7


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

Mở đầu
Nhu cầu phát trển của ngành cơ khí đòi hỏi sự liên kết của các lĩnh vực
khoa học công nghệ tiên tiến nói chung đặc biêt là công nghệ tự động hoáđiện tử và tin học nhằm tạo ra những sản phẩm có chất lợng cao. Giữa
chúng có mối quan hệ mật thiết với nhau, tạo tiền đề cho nhau phát triển
không ngừng. Sự phát trển cơ điện tử là một khoa học chứng minh cho sự
phát triển của các lĩnh vực này. Nếu nh trớc kia để tạo ra sản phẩm công
nghiệp thì sự tác động của con ngời hầu nh trong suốt quá trình từ lúc bắt
đầu cho tới lúc kết thúc quá trình sản xuất, giờ đây nhờ có sự phát trển mạnh
mẽ của khoa học công nghệ đã tạo ra đợc những thế hệ máy công cụ hiện
đại có thể điều khiển tự động theo chơng trình thiết lập trớc trong suốt
quá trình sản xuất ,nhờ đó mà giải phóng đợc sức lao động của con ngời sự
ra đời của các thế hệ máy công cụ này đã làm thay đổi toàn bộ các khuynh
hớng công nghệ lạc hậu thay vào đó là các định hớng công nghệ mang tính
chuyên gia đợc thiết lập trong máy và điều khiển bởi máy tính.
Trong công nghệ chế tạo máy, đặc biệt là các chi tiết gia công bằng
nguyên công phay có rất nhiều ứng dụng trong kỹ thuật và các máy móc thiết

bị. Chất lợng bề mặt chi tiết sau khi phay góp phần quan trọng vào chất
lợng của chi tiết khi lắp ráp sản phẩm, nhất là các thiết bị đòi hỏi chất lợng
cao. Trong các chỉ tiêu chất lợngbề mặt thì nhám bề mặt (profile bề mặt) có
vai trò quan trọng nhất. Hiện nay để bảo đảm chất lợng chi tiết, thông
thờng ngời ta gia công trên máy phay CNC tốc độ cao, hầu hết các chi tiết
đòi hỏi độ chính xác cao, kích thớc nhỏ trong ngành cơ khí chính xác đợc
phay trên các máy phay này.
Để có thể đánh giá đợc độ nhám bề mặt một chi tiết nào đó, trớc hết
ta cần có các chỉ tiêu để đánh giá bề mặt đó, tiếp theo là phải có phơng pháp
đo và phơng tiện đo. Những nghiên cứu về độ nhám bề mặt đã đợc tiến
hành từ nhiều thập kỷ trớc. Tuy nhiên bề mặt có kết cấu rất phức tạp do đó
không thể có một hay một vài thông số nào đó đủ khả năng mô tả đầy đủ các
đặc tính của bề mặt mà chúng chỉ mô tả đợc một vài đặc tính nào đó tùy
BUN MY Say Sông Kham

8


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

theo yêu cầu sử dụng. Mặc dù ngày nay đo lờng học kết cấu bề mặt đã đợc
tiêu chuẩn hóa trên toàn thế giới nhng mỗi nớc lại phát triển nó theo một
hớng riêng với các định nghĩa về các thông số độ nhám riêng biệt phù hợp
với phơng pháp đánh giá của nớc đó. Do hiện nay nền công nghiệp phát
triển mạnh mẽ nên việc có ác một tiêu chuẩn mới đầy đủ và cập nhật hơn là
rất cần thiết. Vì vậy việc hệ thống hóa các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt
theo những tiêu chuẩn mới nhất sẽ làm tiền đề cho việc đó.
Muốn thực hiện đợc việc hiệu chỉnh kích thớc tự động thay dao...và

tiến tới tự động hoá sản xuất thì cần phải có các mô hình về mòn dụng cụ về
nhấp nhô bề mặt lực cắt...trong qúa trình gia công.
Vì vậy việc nghiên cứu bản chất của phơng pháp đo tiếp xúc cũng
nh các yếu tố liên quan có vai trò rất quan trọng nhắm đảm bảo tính liên kết
chuẩn, tính chính xác trong các phép hiệu chuẩn, các phép đo độ nhám.
Nghiên cứu đánh giá ảnh hởng của các thông số công nghệ máy phay
CNC tốc độ cao đến chất lợng bề mặt của chi tiết máy là đề tài luận văn cao
học này đã đợc xác định xuất phát trên những yêu cầu đó.

Hà nội, ngày thángnăm..

Bun My Say Sông Kham

BUN MY Say Sông Kham

9


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

Chơng I
TổNG QUAN Về NHáM Bề MặT

Quá trình gia công cơ khí tạo nên các bề mặt chi tiết ít hay nhiều đều
bị sai lệch so với bề mặt danh nghĩa theo bản vẽ thiết kế. Có thể dễ dàng
nhận thấy và chứng minh đợc bất kỳ sai lệch nào của bề mặt đều ảnh hởng
tới chức năng làm việc của chi tiết, đặc biệt là trong các chi tiết lắp ghép. Các
đặc tính đó là: sức bền tiếp xúc, tính trơn trợt, độ bền mỏi, tính chống mòn,

chức năng đổi lẫn... Hơn nữa kinh nghiệm thực tế cho thấy tính
chất bất quy tắc của bề mặt do không đợc điều khiển trong quá trình gia
công có thể ảnh hởng tới 50% vùng dung sai yêu cầu.
Vì những lý do trên, sai lệch bề mặt của chi tiết sau khi gia công đã,
đang và sẽ còn đợc nghiên cứu trong công nghệ chế tạo cơ khí.
1.1. Kết cấu bề mặt .
Sau quá trình gia công chi tiết, bên cạnh sai léch về kích thớc so với
kích thớc danh định còn tồn tại ba loại sai lệch bất quy tắc trên bề mặt. Đó
là: sai lệch hình dạng, sóng bề mặt và nhám bề mặt (hình 1.1). Các đặc trng
chính để phân biệt chúng là nguyên nhân sự hình thành ra chúng. Có thể định
nghĩa nh sau:
1.1.1. Sai lệch hình dạng .
Sai lệch hìnnh dạng là độ lệch của bề mặt đã đợc gia công so với bề
mặt hình học, chúng đợc cấu thành từ một vài sóng lớn mà chiéu dài bớc
sóng ít nhất lớn hơn 1000 biên độ sóng .
Nguyên nhân gây nên sai lệch hình dạng là do các sóng trợt hay trục
chính trong máy gia công, các bộ phận của máy gia công bị biến dạng do
nhiệt, cũng có thể do sự mòn không đều của các bộ phận trong máy.

BUN MY Say Sông Kham

10


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

Hình 1.1: Nhám về mặt, sóng bề mặt và sai lệch hình dạng

1.1.2. Nhám bề mặt .
Nhám là thành phần sai lệch nhỏ nhất vốn có trong quá trình gia công.
Đó là dấu vết của quá trình gia công chẳng hạn nh là vết của dụng cụ cắt để
lại trên bề mặt trong quá trình tiện, là dấu vết để lại do mài nghiền hay đánh
bóng. Toàn bộ những thành phần bất quy tắc có chiều dài bớc sóng trong
khoảng 5 ữ 100 lần chiều cao biên độ đều đợc coi là nhám. Tùy từng quá
trình gia công mà nhám có thể dạng tuần hoàn hay ngẫu nhiên bất kỳ.
1.1.3. Sóng bề mặt .
Sóng là tất cả những thành phần có tỷ lệ giữa chiều dài bớc sóng và
biên độ sóng trong khoảng 100ữ1000 .
Nh vậy là sóng lớn hơn nhám nhng nhỏ hơn sai lệch hình dạng.
Sóng thờng có dạng tuần hoàn, đó là kết quả của quá trình gia công không
phù hợp. Chẳng hạn nh phôi hay máy bị võng, uốn, rung động máy bị rơ
hay những ảnh hởng của vật liệu, ảnh hởng khác từ bên ngoài...
Các thành phần độ nhám, sóng hay sai lệch hình dạng thờng không xuất hiện
độc lập với nhau mà hầu hết các bề mặt đểu bị ảnh hởng đồng thời bởi cả ba
yếu tố này. Hình 1.2 thể hiện profin bề mặt và các thành phần cấu thành bề
mặt đó. Hình này đợc tham khảo từ Tiêu chuẩn Liên hiệp Anh về đánh giá
profin bề mặt ở đó chỉ ra những yếu tố then chốt trong đo lờng kết cấu bề
mặt. Nó là sơ đồ của một bề mặt đợc gia công bởi một số phơng pháp nào
BUN MY Say Sông Kham

11


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

đó. Ta thấy rõ có hai loại kết cấu: nhám với các đặc trng là chiều cao nhám

và khoảng cách nhám tơng ứng với các khoảng cách giữa các đỉnh và rãnh
nhấp nhô.

Hình 1.2 : Profin bề mặt và các thành phần của nó
1.1.4. Vết gia công.
Bề mặt của chi tiết sau quá trình gia công luôn có các vết do dụng cụ
cắt để lại trên nó. Thông thờng một bề mặt sau khi gia công cơ khí luôn có
vết gia công chính vợt trội theo một phơng duy nhất trên bề mặt mà khi đo
độ nhám ngời ta cần đo theo phơng vuông góc với tiết gia công chủ yếu
đó. Thông thờng vết gia công đợc xác định bởi từng phơng pháp gia công
riêng biệt. Tiện, khoan, phay, nghiền, mài ... thờng để lại trên bề mặt gia
công những vết khác nhau một cách rõ rệt. Một số phơng pháp gia công
khác lại không có vết gia công rõ ràng nh: đúc cát, rèn, dũa.
Dạng của hớng nhấp nhô trên bề mặt có vai trò rất quan trọng đối với
các đặc tính quang học của bề mặt. Một bề mặt trơn nhẵn hơn trông có vẻ gồ
ghề nhấp nhô hơn nếu bề mặt có hớng nhấp nhô rõ rệt. Trong khi một bề
mặt nhám hơn mà không có hớng nhấp nhô rõ rệt thì trông có cảm giác
nhẵn hơn.

BUN MY Say Sông Kham

12


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

Bảng 1.1: Một số dạng vết gia công cơ bản

Song song

Đan chéo
Bất kỳ

Dạng cung tròn

Dạng cung tròn chéo nhau

Xoáy tròn

Xoáy hớng kính, xuyên tâm, tảo tròn

Dạng điểm, hạt

Ngoài ba yếu tố trên, còn có một thành phần nữa tạo nên topography
bề mặt. Đó là những khuyết tật không định trớc và không mong đợi trên bề
mặt. Thông thờng giới hạn của khuyết tật trên bề mặt mang tính đơn lẻ,
không theo quy luật và có những đặc trng không thông thờng. Nó có thể
bao gồm: vết rạn, nứt; vết rỗ và các vết xớc, gờ sắc, gờ ráp.
Thuật ngữ topography miêu tả tất cả những kết cấu không gian mà
các đỉnh và rãnh nhấp nhô trên bề mặt tạo ra.
Nh vậy bốn yếu tố chính cấu thành topography kết cấu bề mặt là:
- Sai lệch hình dạng
BUN MY Say Sông Kham

13


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

- Độ sóng
- Độ nhám
- Những khuyết tật trên bề mặt.
1.2. Nhám bề mặt .
1.2.1. Vai trò của nhám bề mặt .
Nhám bề mặt có phạm vi rất rộng về kích thớc, từ các chi tiết đợc
gia công bởi các máy bào lớn có bớc di chuyển cỡ vài milimét tới các máy
mài tinh nơi. mà khoảng cách giữa các vết gia công trên bề mặt chỉ vào vài
chục micromet (àm). Thậm chí phạm vi kích thớc của chúng còn nhỏ hơn
so với kích thớc của các nguyên tử, iôn hay electron trong các quá trình gia
công trong các máy sử dụng năng lợng chùm tia.
Khống chế độ nhám bề mặt ở các mức độ nhất định có vai trò rất quan
trọng trong các máy móc tự động và trong công nghệ gia công kim loại nơi mà
thờng có các bộ phận trợt hay chuyển động tơng đối lên nhau. Chúng thờng có chiều cao nhám vào khoảng phần lẻ của àm. Một ví dụ khác là trong
ngành công nghiệp đóng tàu, bề mặt của vỏ thân tàu cao tốc và bề mặt của
cánh quạt hay chân vịt có độ nhám bề mặt vào khoảng vài àm.
Một ứng dụng đặc biệt là trên các bề mặt của những đờng ống khí
động lực học. Những thử nghiệm trên các đờng ống khí động có hiệu suất
cao đòi hỏi độ trơn nhẵn cũng nh hình dáng khí động lực phải rất tốt. Độ
nhám đòi hỏi cỡ 0,1 àm hoặc nhỏ hơn nữa.
Trong lĩnh vực quang học hay X quang, về cơ bản thì bề mặt càng trơn
nhẵn càng tốt. Không có gì khác thờng nếu các bề mặt của chi tiết quang có
độ nhám nhỏ hơn 1 nm.
Các quá trình gia công bề mặt có giá thành khác nhau tuỳ theo phơng
pháp gia công. Mối quan hệ giữa thời gian gia công là kết quả là bề mặt sau
gia công đối với một vài quá trình gia công lần cuối (mài tròn, mài phẳng,
doa, phay mặt đầu, tiện, phay mặt ngoài, bào và khoan) đợc thể hiện trong

hình 1.3 . Qua biểu đồ ta thấy giá thành của sản phẩm sẽ tăng lên nhanh
BUN MY Say Sông Kham

14


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

chóng khi muốn giảm giá trị độ nhám bề mặt tới một giá trị nào đó theo yêu
cầu. Do đó ngời thiết kế cần phải quan tâm tới giá thành sản phẩm bên cạnh
chất lợng của bề mặt. Lu ý trên đồ thị này rằng đơn vị theo trục y là bất kỳ
nên nó không thể dùng để so sánh giá thành của các quá trình gia công khác
nhau.
Cả hai đơn vị trong hệ mét là àm và trong hệ Anh àinch đều đợc sử
dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo lờng học độ nhám bề mặt.
1àinch = 0,0254
1 àm 40 àinch

Hình 1.3: Mối quan hệ giữa thời gian gia công và giá trị độ nhám
trung bình Ra qua một số phơng pháp gia công khác nhau
BUN MY Say Sông Kham

15


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

Bảng 1.2: Giá trị độ nhám Ra đạt đợc qua một số phơng pháp gia công.
Độ NHáM TRUNG BìNH Ra ( àmàinch)
12.5

6.3

3.2

1.6

0.8 0.4

2000 1000 500

250

125

63

32

50

Phơng pháp gia công

25

Cắt bằng ngọn lửa (Flame cutting)

Bạt mấu đẽo mấu (Snagging)
Ca (Sa wing)
Bào tạo hình, (planing,shaping)
Khoan lỗ, (Drilling)
Nghiền hóa, (chemical millng)
Electro, Diacharge Mach
Phay (Milling)
Doa. chuốt (Broaching
Khoét (Reaming)
Chùm electron (Electron beam)
Gia công bằng laser
Gia công điện hóa (Electro-chemical)
Khoan, doa, tiện (Boring, Tuming)
Barrel Finishing
Mài điện phân (Electrolytic grinding)
Miết bóng bằng trục lăn(Roller bumishing)
Mài, nghiền (Grinding)
Mài Khôn, mài dao (Honing)
Mạ điện (Electro polish)
Đánh bóng (Polishing)
Mài rà, mài nghiền (Lappin)
Gia công siêu tinh (Superfinish)
Đúc cát (Sand casting)
Lăn nóng (Hot rolling)
Rèn (Forging)
Đúc trong khuôn (Perm mold casting)
Đúc bằng mẫu chảy (Investmant casting)
Đúc ép (Extruding)
Lăn nguội,kéo rút (Cold rolling,drawing)
Đúc áp lực (Die casting)

BUN MY Say Sông Kham

16

16

0.2
8

0.1 0.05 0.025 0.012
4

2

1

0.5


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

1.3. ảnh hởng của chất lợng bề mặt đến tính chất sử dụng của các chi
tiết máy.
Độ ma sát mài mòn của chi tiết phụ thuộc rất nhiều vào chiều cao,
hình dạng độ nhấp nhô bề mặt và phơng của các vết gia công, nhất là trong
giai đoạn chạy rà.
Trong thời kỳ đầu, các bề mặt làm việc chỉ tiếp xúc với nhau ở các

đỉnh cao của các nhấp nhô nên diện tích tiếp xúc thực tế chỉ chiếm phần nhỏ
so với tính toán. Do đó áp suất ở các điểm tiếp xúc của bề mặt rất lớn làm
cho các nhấp nhô bị đàn lún và biến dạng dẻo, khi các bề mặt tiếp xúc phát
sinh dịch chuyển tơng đối sẽ dẫn đến làm mòn nhanh ban đầu các chi tiết.
Trong một số trờng hợp, sự mòn nhanh ban đầu làm nảy sinh nhiệt độ cao
và làm vỡ màng ôxit bao phủ kim loại ở các điểm tiếp xúc khiến cho các bề
mặt dính vào với nhau. Trong thời kỳ mòn ban đầu của các bề mặt làm trong
điều kiện tải trọng vừa và nhẹ, chiều cao nhấp nhô giảm tới 65 ữ 75%. Đồng
thời tăng diện tích tiếp xúc của chúng lên và giảm thấp tỷ áp thực tế. Khi đó
chiều cao nhấp nhô sẽ giảm đi tới một giá trị hợp lý nào đó. Nếu trong quá
trình gia công cơ đã tạo đợc độ cao nhấp nhô hợp lý trong điều kiện ma sát
nhất định thì quá trình mài mòn sẽ ít và thời gian chạy rà là nhỏ nhất. Khi
chiều cao nhấp nhô lớn hơn trị số hợp lý thì sẽ làm tăng mài mòn do kết cấu
cơ học cào xớc và hớt đứt các nhấp nhô bề mặt. Khi chiều cao nhấp nhô bề
mặt nhỏ hơn trị số hợp lý cũng làm tăng mài mòn do nảy sinh cấu kết phân
tử, các bề mặt tiếp xúc rất khít làm cho dầu bôi trơn bị chèn ép ra khỏi khu
vực làm việc tạo nên ma sát khô (hình 1.5). Qua đồ thị ta thấy ở độ nhấp nhô
hợp lý (các điểm 01 và 02) các chi tiết tiếp xúc có độ mòn ban đầu nhỏ nhất.
Trong điều kiện làm việc năng đờng cong mài mòn dịch chuyển về bên phải
và lên phía trên còn điểm độ nhám hợp lý dịch về phía tăng chiều cao độ
nhấp nhô.

BUN MY Say Sông Kham

17


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

Hình 1.4: Quan hệ giữa Ra và độ mài mòn

ảnh hởng của độ nhám đến độ mòn của bề mặt không chỉ liên quan
đến kích thớc của các bề mặt tiếp xúc thực tế mà còn phụ thuộc vào hình
dạng của nhấp nhô. Trên hình 1.6 là hình dạng nhấp nhô của hai mẫu thử có
kích thớc của các bề mặt tiếp xúc nh nhau và đồ thị biểu diễn độ mòn của
hai mẫu thử đó. Các số liệu cho thấy các độ nhấp nhô nhỏ có độ chống mòn
cao hơn độ nhấp nhô lớn với các bớc lớn.
ảnh hởng của phơng các vết gia công đến độ chống mòn trong các
điều kiện ma sát và ở các kích thớc khác nhau của các nhấp nhô sẽ khác
nhau. Các nghiên cứu cho thấy rằng khi ma sát ớt và chiều cao độ nhấp nhô
nhỏ, phơng của các vết gia công không còn ý nghĩa. Nhng khi tăng độ
nhám bề mặt thì phơng của các vết gia công song song với chuyển động ma
sát là hợp lý nhất. Khi ma sát ở khu vực độ nhấp nhô nhỏ, phơng của các vết
gia công song song với chuyển động của chi tiết sẽ gây nên sự cấu kết cơ học
nên mài mòn sẽ lớn hơn trong phơng thẳng góc. ở khu vực độ nhám lớn khi
không xảy ra sự cấu kết cơ học thì phơng song song của các vết gia công sẽ
cho độ mòn nhỏ nhất.

BUN MY Say Sông Kham

18


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

Hình 1.5: ảnh hởng của hình dạng và bớc nhấp nhô đến độ mòn bề mặt

Độ chính xác lắp ghép do ngời thiết kế quy định trên bản vẽ và đợc
xác định bởi trị số độ hở trong lắp ghép, phụ thuộc rất nhiều vào độ nhẵn của
các bề mặt lắp ghép với nhau. Nh đã nói ở trên, trong thời kỳ mòn ban đầu
chiều cao nhấp nhô có thể giảm đi 65 ữ 75% và trong các chi tiết có kích thớc nhỏ, độ nhẵn nằm trong khoảng Ra = (1,25 ữ 2,5)àm thì do mòn ban đầu
mà độ hở bổ sung trong mối lắp ghép có thể đạt tới trị số dung sai chế tạo của
chi tiết và độ chính xác lắp ghép bị hoàn toàn phá vỡ theo hớng tăng khe hở
của lắp ghép lên hai lần.
Để tránh hiện tợng đó ta phải tiến hành gia công cắt gọt sao cho độ
nhám bề mặt làm việc của các chi tiết trong các lắp ghép quan trọng là nhỏ
nhất để giữ cho độ chính xác lắp ghép đúng quy định trên bản vẽ thiết kế
đợc lâu nhất. Muốn vậy phải quy định quan hệ chiều cao độ nhám bề mặt và
độ chính xác lắp ghép theo kích thớc của các chi tiết bằng các công thức
tính toán nh sau:
- Khi đờng kính lắp ghép lớn hơn 50 mm:
Rz = (0,1 ữ 0,15) [àm]
- Khi đờng kính lắp ghép từ 18 mm đến 50 mm:
Rz = (0,15 ữ 0,2)

[àm]

- Khi đờng kính lắp ghép nhỏ hơn 18 mm:
Rz = (0,1 ữ 0,15) [àm]
BUN MY Say Sông Kham

19


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

Trong các công thức này thì khoảng dung sai và chiều cao nhấp nhô
Rz của chi tiết đợc tính bằng àm.
Quan hệ giữa độ nhám bề mặt và tính chất lắp ghép xác định bằng các
chi tiết sau:
- Lắp có độ dôi : Rz = (0,11 ữ 0,12)
- Lắp trung gian : Rz = (0,08 ữ 0,11)
- Lắp có độ hở : Rz = (0,05 ữ 0.08)
Đối với những bề mặt có độ nhẵn bề mặt cao thì khi lặp lại sự tháo lắp,
tính chất lắp ghép bị thay đổi rất ít. Do đó cấp độ nhẵn bề mặt có ảnh hởng
đến độ bền lâu và sức bền của các mối lắp ghép.
Việc lựa chọn độ nhẵn bề mặt cho các chi tiết lắp ghép cố định cũng tơng tự nh các lắp ghép động phải tính đến điều kiện làm việc, đờng kính
và cấp chính xác của chúng. Các mối lắp ghép cố định có thể chia ra làm hai
nhóm:
1. Các mối lắp ghép chịu phụ tải tơng đối lớn nh rung động, va đập,
xoắn, tốc độ quay lớn ... đòi hỏi cao trong việc chọn độ nhẵn bề mặt,
cho phép lặp lại sự tháo lắp mà ít làm thay đổi tính chất lắp ghép. Đối với
trờng hợp đó ta chọn cấp chính xác và độ nhẵn bề mặt không đợc thấp hơn
cấp c.hính xác
2. Các mối lắp ghép không chịu tải lớn hoặc chiụ cố định vị trí tơng
đối thì ta chọn cấp chính xác độ nhẵn không thấp hơn cấp 6.
1.4. Các nguyên nhân quyết định độ nhám bề mặt gia công .
Độ nhẵn bề mặt của chi tiết gia công cắt gọt phụ thuộc vào nhiều
nguyên nhân khác nhau liên quan tới các điều kiện chế tạo cụ thể. Ta có thề
phân ra ba nhóm cơ bản nh sau :
* Những nguyên nhân liên quan tới hình học của quá trình gia công.
* Những nguyên nhân liên quan đến biến dạng dẻo của vật liệu gia
công.
* Những nguyên nhân liên quan đến rung động của dụng cụ cắt.

BUN MY Say Sông Kham

20


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

1.4.1. ảnh hởng về hình học của quá trình gia công tới độ nhám bề mặt
Khi nghiên cứu các nguyên nhân hình học tới độ nhấp nhô bề mặt ngời ta cho rằng quỹ tích chuyển động của lỡi cắt sẽ phản ánh trên bề mặt gia
công. Do đó về quan điểm hình học thì độ lớn, hình dạng và vị trí tơng quan
của nhấp nhô đợc xác định bởi hình dạng của lỡi cắt và các yếu tố cắt gọt có
thể ảnh hởng đến việc làm thay đổi quỹ tích chuyển động của lỡi cắt đối
với bề mặt đợc gia công.
1.4.1.1. Phay .
Khi phay nghịch bằng dao phay hình trụ chiều cao của nhấp nhô còn
sót lại đợc tính theo công thức:
Rz =

S 2z . 2 .R

2(Z.S Z + 2.R )

2

(àm)

(1.2)

(àm)

(1.3)

Khi phay thuận ta dùng công thức
Rz =

S z2 . 2 .R

2(Z .S Z 2 .R )

2

Trong đó:
- R: Bán kính dao phay
- Z: Số răng dao phay
- SZ : bớc tiến cho một răng
Để giảm tính toán ta có thể bỏ qua đại lợng ZSZ do nó có giá trị rất
nhỏ so với 2R, khi đó ta có:
RZ =

S Z2
8R

(1.4)

Trên thực tế các lỡi cắt của dao phay hình trụ không nằm trên một
vòng tròn do vậy quá trình hình thành độ nhấp nhô còn sót lại có nhiều biến
đổi.

Khi có độ đảo của dao phay nghĩa là tâm hình học của nó không trùng
với tâm quay, ta sử dụng công thức:

(Z.S Z )2
RZ =
8.(R + e )
BUN MY Say Sông Kham

(1.5)

21


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

Trong đó:
Z : số răng dao phay
e : độ lệch tâm (mm)
Khi phay bằng dao phay mặt mút, chiều cao và hình dạng nhấp nhô
cũng giống khi tiện và đợc xác định bằng trị số bớc tiến S. bán kính góc
lợn đỉnh răng dao R và góc nghiêng và 1 độ đảo trên mặt mút hoặc một
răng cá biệt nào nhô ra sẽ làm tăng độ nhấp nhô lên nhiều lần so với tính
toán.
Trạng thái của dao cắt cũng ảnh hởng tới độ nhấp nhô bề mặt. Các dữ
liệu thực tế cho thấy khi dao chế tạo không nhẵn hoặc lỡi mài không sắc thì
độ nhám bề mặt tăng lên. Đối với dao tiện thì khi cùn độ nhấp nhô tăng 50 ữ
60%, dao phay hình trụ 100 ữ 115 %, dao phay mặt mút 35 ữ 45%, mũi
khoan 30%, mũi doa 20% . Do đó dao cần có độ nhẵn bề mặt cao hơn bề mặt

đợc gia công từ 2 tới 3 cấp.
1.4.1.2. Mài .
Khi mài tròn ngoài các yếu tố hình học tạo nên độ nhám bề mặt gồm
có:
- Độ hạt đá mài.
- Hình dạng hạt mài và khoảng cách giữa chúng.
- Chế độ sửa đá
- Tốc độ quay của đá và tốc độ quay của chi tiết.
- Trị số bớc tiến dọc của chi tiết và số hành trình chạy không có bớc
tiến ngang (mài tia lửa).
Khi mài mỗi hạt mài tham gia cắt gọt tạo nên rãnh trên bề mặt chi tiết
tơng ứng với hình dạng và kích thớc của nó. Vì vậy chiều cao và hình dạng
của độ nhám có quan hệ mật thiết với bán kính góc lợn ở đỉnh hạt mài và
góc kẹp giữa các mặt của nó. Hạt mài có dạng dài với tỷ lệ giữa chiều dài và
rộng trong phạm vi 1,3 ữ 1,83 tùy theo độ hạt và loại vật liệu mài, góc kẹp
giữa các mặt hạt mài trong khoảng 400 ữ 1500 trong đó các góc nhọn chiếm
20 ữ 25%. Khi giảm kích thớc các hạt mài thì số lợng các góc nhọn tăng
BUN MY Say Sông Kham

22


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

lên. Trị số các góc đỉnh hạt mài nằm trong khoảng 91.50 ữ 1100, trong chế độ
sửa đá thờng dùng độ nhấp nhô xoắn của đá do kim cơng tạo nên trong quá
trình sửa đá có ảnh hởng nhiều đến độ nhẵn bề mặt gia công hơn là độ hạt
của nó. Khi giảm bớc tiến từ 0,1 ữ 0,4 mm/vòng xuống 0,01 ữ 0,02 mm/vòng

thì ảnh hởng độ nhấp nhô của đá do sửa đá tạo nên sẽ rất nhỏ.
Tốc độ đá mài cũng ảnh hởng đến sự hình thành độ nhám bề mặt. Do
các hạt mài sắp xếp không trật tự nên trong lát ăn dao thứ 2 của đá trên bề
mặt gia công các hạt mài phần lớn rơi vào khoảng kim loại cha đợc cắt gọt
để tạo các rãnh mới và giảm thấp chiều cao độ nhám. Nếu profin của các
rãnh do hạt mài tạo nên quy ớc là hình tam giác thì ở mỗi lần tiếp xúc mới
của đá với bề mặt gia công, chiều cao độ nhấp nhô ở lát ăn dao thứ nhất sẽ
giảm theo quy luật:
Rz = R 0z . 0,75n-1

(1.6)

Trong đó:
- Rz là chiều cao độ nhấp nhô sau n lát ăn dao của đá.
- N là số lần tiếp xúc của đá với khoảng bề mặt nào đó.
- R 0z là chiều cao độ nhấp nhô tạo nên sau lát ăn dao thứ nhất.
Trên hình 1.8 nêu ảnh hởng của tốc độ đá và độ hạt tới chiều cao độ
nhấp nhô của bề mặt đợc mài. Ta thấy khi tốc đó đá tăng từ S tới 30m/s
chiều cao độ nhấp nhô giảm đi 4 lần khi độ hạt là 40, khi giảm kích thớc
các hạt mài và tốc độ đá không lớn thì chiều cao độ nhấp nhô phản ánh trên
bề mặt mài giảm rõ rệt, ảnh hởng của tốc độ chi tiết đối với độ nhẵn bề mặt
hoàn toàn ngợc với ảnh hởng của tốc độ đá. Tốc độ chi tiết tăng cao làm
chiều cao độ nhấp nhô tăng lên, bớc tiến dọc trong một vòng quay của chi
tiết là yếu tố quan trọng hình thành bề mặt mài, khi giảm bớc tiến dọc của
đá trong một vòng quay của chi tiết thì độ nhám bề mặt giảm thấp. Mài
không có bớc tiến ngang cũng có tác dụng nh khi giảm bớc tiến dọc của
đá.
Khi tăng tốc độ của đá cũng nh khi giảm tốc độ của chi tiết sẽ làm
tăng số hạt cắt ngang bề mặt mài và chiều cao độ nhám dọc sẽ giảm thấp
BUN MY Say Sông Kham

23


LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC

2008

Hình 1.6: ảnh hởng của độ hạt và tốc độ đá mài đến độ nhẵn bề mặt mài
1. đá = 8m/s và t = 0.01mm
2. đá = 8m/s và t = 0.005mm
3. đá = 30m/s và t = 0.01mm
4. 1. đá = 30m/s và t = 0.005mm
1.4.2. ảnh hởng của biến dạng dẻo lóp bế mặt kim loại đến độ nhám bề
mặt.
Khi gia công cắt gọt vật liệu dẻo nhám bề mặt còn có thêm biến dạng
dẻo của lớp kim loại trên bề mặt chi tiết. Khi gia công kim loại giòn ta thấy
có những hạt tinh thể kim loại bị bứt đi làm tăng kích thớc và thay đổi hình
dạng nhấp nhô bề mặt. Do đó trị số Rz nói chung đợc xác định nh sau:
Rz = Rz1 + Rz

(1.7)

Trong đó:
Rzt chiều cao độ nhấp nhô còn lại đợc xác định bằng các công thức
trong bảng 1.3
- Rz = Rzd + Rzad + Rzms
với:
+ Rzd: Số gia của chiều cao độ nhấp nhô do chảy dẻo kim loại về phía
đỉnh nhấp nhô rớt lại.

+ Rzad : số gia liên quan tới sự đàn hồi của lớp bề mặt.
+ Rms: Số gia do ma sát giữa mặt sau dụng cụ với bề mặt cắt gọt.
Qua tính toán và thực nghiệm với các vật liệu khác nhau nh thép 45,
nhôm, thép XC ... trị số Rzdh xê dịch trong khoảng 3% tổng số Rzd +
BUN MY Say Sông Kham

24