Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi gia công cao tốc trên trung tâm gia công 5 trục UCP600

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và
chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần tham
khảo đã đƣợc nêu rõ trong Luận văn.

Tác giả

Nguyễn Văn Hà


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS: Nguyễn Huy Ninh, ngƣời đã hƣớng dẫn và
giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và
hoàn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và Viện đào tạo Sau đại học,
Viện Cơ khí của trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để
hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, khoa Cơ khí Trƣờng ĐHSP Kỹ
Thuật Hƣng Yên đã giúp đỡ tác giả thực hiện thí nghiệm tại trung tâm công nghệ
cao của trƣờng.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót,
tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa
học và các bạn đồng nghiệp.

Hà nội, ngày 03 tháng 9 năm 2012
Tác giả
Nguyễn Văn Hà

2

Môc lôc
Trang
Trang bìa
Lời cam đoan

1

Lời cảm ơn

2

Mục lục

3

Các ký hiệu và chữ viết tắt

7

Danh mục các bảng biểu

8

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

9

PHẦN MỞ ĐẦU

11

1.Lý do chọn đề tài

11

2.Lịch sử nghiên cứu

11

3.Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên
cứu

12

4.Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả

12

5. Phƣơng pháp nghiên cứu

13

CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT
1.1 Khái niệm về chất lƣợng bề mặt sản phẩm.

14

1.2 Tính chất hình học của bề mặt gia công

14

1.2.1. Trung bình sai lệch số học biên độ (prôfin), Ra

15

1.2.2. Chiều cao cực đại của biên độ(prôfin), Ry

15

1.2.3. Độ cao mƣời điểm của độ nhám, Rz

15

1.2.4. Sai lệch tiêu chuẩn của biên độ (profin), Rq

16

1.3. Ảnh hƣởng của độ nhám bề mặt tới khả năng làm việc của
chi tiết máy

17

1.3.1. Ảnh hƣởng tới tính chống mòn

18

1.3.2. Ảnh hƣởng tới độ bền mỏi của chi tiết

21

3


1.3.3. Ảnh hƣởng tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt
chi tiết

21

1.3.4. Ảnh hƣởng tới độ chính xác mối lắp ghép

22

1.3.5. Lựa chọn độ nhám bề mặt

22

1.4 Lựa chọn phƣơng pháp gia công nâng cao chất lƣợng bề mặt

24

CHƢƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ LẬP TRÌNH HEIDENHAIN –
CODE SỬ DỤNG TRONG CÁC MÁY CNC
2.1 Hệ thống tọa độ trên máy iTNC 530

26

2.2 Dao cắt và chuyển động lập trình của dao

28

2.3 Cấu trúc một chƣơng trình NC

32

2.4 Lập trình gia công heidenhain – code

34

2.4.1 Các hàm nội suy

34

2.4.1.1 Chạy dao nhanh FMAX

34

2.4.1.2 Nội suy tuyến tính L

34

2.4.1.3 Nội suy cung tròn

35

2.4.1.4 Nội suy tọa độ cực

39

2.4.2 Một số chức năng gia công góc

42

2.4.3 Điều khiển các đƣờng vào/ra của đƣờng chạy dao

44

2.5 Các chu trình gia công

48

2.5.1 Gọi chu trình gia công

49

2.5.2 Các chu trình phay mặt phẳng, mặt đầu
2.5.3 Các hàm chức năng phụ

49
50

4


CHƢƠNG 3: LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ GIA CỐNG TỐC
ĐỘ CAO (HSM)

52

3.1 Lịch sử của gia công cao tốc

52

3.2 Định nghĩa về gia công tốc độ cao

53

3.3Các yếu tố quan trọng dẫn đến sự phát triển HSM

56

3.4 Ứng dụng của HSM

57

3.4.1 Các lĩnh vực chung

57

3.4.2 Ứng dụng HSM trong gia công khuôn

59

3.5Những điểm mạnh và yếu của HSM

59

3.5.1 Điểm mạnh

59

3.5.2 Điểm yếu

61

3.6 Đặc điểm về HSM

62

3.6.1 Tốc độ cắt

62

3.6.2 Lớp cắt

63

3.6.3 Lƣợng dƣ không đổi

63

3.6.4 Hình thành phoi

65

3.6.5. Lực cắt

68

3.6.6. Nhiệt cắt.

69

3.7 Yêu cầu hệ thống trong gia công HSM

71

3.7.1 Máy CNC

71

3.7.2 Một số yêu cầu về dao trong HSM

72

5


3.8 Chức năng định hƣớng trƣớc

76

3.9 Dung dịch tƣới trơn trong HSM

77

3.10 So sánh quá trình cắt trong gia công truyền thống và gia
công cao tốc
3.11 Ứng dụng

78

81

CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THÔNG SỐ
TỐC ĐỘ CAO TỚI NHÁM BỀ MẶT
4.1. Ảnh hƣởng của các thông số tốc độ cao đến nhám bề mặt gia
công
4.2. Kiểm tra thực nghiệm HSC trong việc ảnh hƣởng đến chất
lƣợng bề mặt

82

82

82

4.2.1 Điều kiện thực nghiệm

82

4.2.2 Kết quả thực nghiệm

86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

88

1. Kết luận

88

2. Kiến nghị

88

Các từ khóa

90

TÀI LIỆU THAM KHẢO

91

6


CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Thứ

Nội dung

nguyên

Ra

- Sai lệch số học trung bình của prôfin

m

Rz

- Chiều cao nhấp mô theo 10 điểm của prôfin

m

Rmax

- Chiều cao lớn nhất của prôfin

m

h

- Chiều cao nhấp mô

m

p

- Bƣớc của nhấp mô

m

Si

- Bƣớc trung bình của nhấp mô theo đỉnh

m

Smi

- Bƣớc trung bình của nhấp mô theo prôfin

m

l

- Chiều dài chuẩn

m

ypmi

- Chiều cao đỉnh thứ i trong 5 đỉnh cao nhất

m

yvmi

- Chiều cao đỉnh thứ i trong 5 đỉnh thấp nhất

m

n

- Số điểm chia, số thực nghiệm

-

C

- Hệ số

-

x, y, z

- Số mũ

-

ti

- Thời gian mòn ban đầu, i = 1:3

Giây (s)

Ti

- Thời gian mòn ổn định, i = 1:3

Giây (s)

Thd

- Là dung sai hình dạng.

U

- Lƣợng mòn ban đầu

mm

-1

- Giới hạn bền mỏi

N/mm2

-1a

- Giới hạn bền mỏi khi không có ứng suất dƣ

N/mm2

-1b

- Giới hạn bền mỏi khi có ứng suất dƣ

N/mm2

d

- ứng suất dƣ lớn nhất ở lớp bề mặt

N/mm2

S

- Bƣớc tiến dao

mm/vòng

V

- Vận tốc cắt

m/phút

7


HSM (High Speed Machining )
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
MCU (Machine Control Unit) – Hệ điều khiển máy
CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính
CAM (Computer Aided Manufacturing) – Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính
RP (rapid prototype) – Tạo mẫu nhanh
EDM(Electric Discharge)- Gia công tia lửa điện
PTW (Production engineering and Machine tools)

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT Bảng số Nội dung

Trang

1

1.1

Cấp độ nhẵn bóng theo TCVN 2511-95

17

2

2.1

G- code

50

3

3.1

Bảng các thông số công nghệ khi cắt cao tốc

64

4

3.2

Thuộc tính của những vật liệu cắt và lớp phủ cao cấp

76

5

3.3

Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của gia công tốc độ cao

81

6

4.1

7

4.2

Bảng mã chế độ cắt

86

8

4.3

Kết quả đo độ nhám Ra

86

Vận tốc cắt đƣợc sử dụng trong HSM theo kinh nghiệm v c

(m/phút).

8

83


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

TT

Hình số

Nội dung

1

1.1

Profin của bề mặt chi tiết

14

3

1.2

Sơ đồ xác định profin trung bình cộng Ra

15

4

1.3

Sơ đồ xác định profin Ry

15

5

1.4

Sơ đồ xác định profin trung bình cộng R z

16

6

1.5

Sơ đồ xác định profin Rq

16

7

1.6

Cách ghi ký hiệu trên bản vẽ

17

8

1.7

Mô hình 2 bề mặt tiếp xúc

19

9

1.8

Quá trình mòn của một cặp ma sát

20

10

1.9

11

1.10

12

3.1

13

3.2÷36

14

3.7

Nhiệt khi cắt cao tốc

59

15

3.8

Trình bày 3 quy trình gia công

61

16

3.9

Vùng tốc độ gia công cao tốc một số loại vật liệu

63

17

3.10

Chiều sâu cắt và lƣợng chạy dao

63

18

3.11

Phoi sinh ra từ những vận tốc cắt khác nhau

65

19

3.12

Bề dày phoi thay đổi khi vận tốc cắt khác nhau

66

20

3.13

21

3.14

22

3.15

Trang

Quan hệ giữa lƣợng mòn ban đầu (U) và sai lệch
profintrung bình cộng Ra
Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết máy
Nhiệt độ gia công khi phay cao tốc (theo dự đoán của
Salomon)
Hình vẽ minh họa của gia công cao tốc

Hình thái của phoi nhận đƣợc trong vùng gia công thông
thƣờng vàgia công cao tốc
Mặt cắt của việc hình thành phoi trong gia công khi cắt
tại
Tần số của phoi xếp và diện tích phoi xếp bị biến dạng

9

21
21
52
55÷58

66

67

68


khi thay đổi vận tốc cắt
23

3.16

Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến lực cắt

69

24

3.17

Các vùng nhiệt cắt khác trong quá trình cắt vuông góc

69

25

3.18

Đƣờng cong về nhiệt của Salomon và Mc Gee

70

26

3.19

Nhiệt cắt của chi tiết và dao

71

27

3.20

Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt

71

28

3.21

Kiểu mòn trên dao tiện và mũi khoan trong phay cao tốc

73

29

3.22

Kiểu mòn trên dao phay ngón trong phay cao tốc

73

30

3.23

31

3.24

Hợp kim cứng nguyên khối

74

32

3.25

Dụng cụ dùng trong phay cao tốc

76

33

3.26

Các phƣơng pháp bôi trơn

78

34

3.27

Hình so sánh cắt cao tốc và cắt thông thƣờng

79

35

3.28

Các đặc điểm của cắt ở tốc độ cao

80

36

4.1

Vùng kỹ thuật tối ƣu cho gia công cao tốc

82

37

4.2

Sơ đồ thí nghiệm tổng quát

83

38

4.3

Trung tâm phay MikronUCP 600

84

39

4.4

Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ301

85

40

4.5

Sơ đồ cắt khi thí nghiệm gia công

85

41

4.6

Ảnh hƣởng của V, Sz lên Ra khi t = 0,2 mm

92

Ảnh hƣởng của các lớp phủ vật liệu dụng cụ khác nhau lên
tuổi bền của dụng cụ cắt

10

74


PHẦN MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài
Ngày nay khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, các máy công cụ điều
khiển số (NC và CNC) hiện đang đƣợc sử dụng phổ biến tại các nƣớc phát triển.
Trong những năm gần đây các máy CNC đƣợc nhập vào Việt Nam với số lƣợng
ngày càng phát triển. Việc tìm hiểu khai thác khả năng công nghệ gia công trên máy
CNC cũng nhƣ trên trung tâm gia công nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao đang là nhiệm
vụ cấp bách.
Gia công cao tốc (High Speed Machining-HSM) là một trong những công
nghệ gia công hiện đại. So với phƣơng pháp cắt gọt truyền thống thì gia công cao
tốc có khả năng nâng cao năng suất, độ chính xác, chất lƣợng chi tiết gia công, giảm
chi phí sản xuất và thời gian gia công.
Ở Việt Nam, gia công cao tốc chƣa có vị trí xứng đáng trong đào tạo và trong
thực tiễn sản xuất. Vì thế có rất ít công trình nghiên cứu về gia công cao tốc. Việc
sử dụng gia công cao tốc trong thực tế sản xuất còn hạn chế. Vì vậy việc nghiên cứu
sâu sắc và ứng dụng hiệu quả quá trình gia công cao tốc, góp phần nâng cao chất
lƣợng các sản phẩm cơ khí là một vấn đề rất cấp thiết hiện nay ở nƣớc ta.
Vì vậy tác giả chọn đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi
gia công cao tốc trên trung tâm gia công 5 trục UCP600”

2. Lịch sử nghiên cứu:
Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lƣợng bề mặt chi tiết máy
trong quá trình gia công thực chất là xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt(đầu
ra) với thông số công nghệ(đầu vào) sau đó các nhà công nghệ dựa vào mối quan hệ
đó để điều khiển chế độ cắt phù hợp cho máy và dao trong quá trình gia công đạt
đƣợc yêu cầu chất lƣợng bề mặt.
Ở Việt Nam có xu hƣớng sử dụng máy CNC, các trung tâm gia công, kết hợp
cùng các phƣơng pháp gia công tiên tiến nhƣ xung, cắt dây, gia công cao tốc... ngày
càng nhiều, để đáp yêu cầu cấp thiết của thực tế sản xuất, nên những đề tài nghiên

11


cứu ứng dụng nhằm khai thác hiệu quả máy CNC, các trung tâm gia công là khá lớn
trong các đề tài nghiên cứu khoa học, luận án tiến sỹ, luận văn thạc sỹ, có thể kể
đến: Nguyễn Trọng Bình, Hoàng Việt Hồng, Ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhấp
nhô tế vi bề mặt khi phay bằng dao phay mặt đầu trên máy phay CNC, Tạp chí Cơ
khí Việt Nam, Số 60 (5/2002) ; Ảnh hưởng của chế độ cắt đến lượng mòn dao khi
phay bằng dao phay mặt đầu trên máy phay CNC, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 61
(6/2002) .....
Tuy nhiên nghiên cứu về bản chất của quá trình phay cao tốc là vấn đề tƣơng
đối mới tại Việt Nam nên việc tìm kiếm nguồn tài liệu tham khảo cũng nhƣ triển
khai thực tế sản xuất còn rất hạn chế.
3. Mục đích nghiên cứu của luân văn, đối tƣơng, phạm vi nghiên cứu.
3.1 Mục đích nghiên cứu.
- Mục đích nghiên cứu là: Đánh giá chất lƣợng bề mặt chi tiết khi gia công thép trên
trung tâm UCP600, từ đó xác lập mối quan hệ giữa các thông số độ nhám bề mặt
với chế độ cắt để ngƣời làm công nghệ điều khiển máy gia công với chế độ cắt phù
hợp theo độ nhám yêu cầu.
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập.

3.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu.
- Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là các thông số chế độ cắt ảnh hƣởng tới R a, Rz
khi phay cao tốc trên trung tâm gia công cao tốc 5 trục UCP600.
4. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả
Nội dung nghiên cứu gồm:
- Nghiên cứu khái quát về chất lƣợng bề mặt gia công và các yếu tố ảnh hƣởng đến
các thông số đặc trƣng cho chất lƣợng bề mặt gia công.
- Tìm hiểu hệ điều hành Heidenhain (iTNC 530) cho các máy CNC
- Nghiên cứu bản chất của quá trình gia công cao tốc
- Kết quả thực nghiệm mẫu gia công khi cắt cao tốc trên trung tâm UCP600
Ý nghĩa đề tài:

12


- Những nghiên cứu về gia công cao tốc đƣợc công bố gần đây tập trung vào
việc nghiên cứu các ảnh hƣởng của phay cao tốc đến độ nhám bề mặt và độ chính
xác gia công. Đề tài đã đóng góp một số kết quả vào hƣớng nghiên cứu này.
- Chế độ cắt có ảnh hƣởng nhiều đến các thông số đặc trƣng của phƣơng
pháp gia công cao tốc.
- Phay cao tốc là một quá trình phức tạp với tập hợp lớn các thông số ảnh
hƣởng và chỉ tiêu đánh giá. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm đƣợc trình bày trong luận văn không chỉ phù hợp với đối tƣợng nghiên cứu
của đề tài mà còn có thể sử dụng khi nghiên cứu quá trình phay cao tốc ứng với các
điều kiện gia công khác nhau.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về gia công cao tốc và quy hoạch thực nghiệm.
- Xây dựng hệ thống thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả.

13


CHƢƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT
1.1 Khái niệm về chất lƣợng bề mặt sản phẩm.
Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc vào rất nhiều chất lƣợng lớp
bề mặt chi tiết. Chất lƣợng bề mặt là tập hợp các tính chất sau:
- Hình dáng bề mặt (độ sóng, độ nhám...)
- Trạng thái & tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu biến cứng, ứng
suất dƣ...)
- Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trƣờng làm việc (tính chống mòn, khả năng
chống xâm thực...)
Chất lƣợng bề mặt phụ thuộc rất nhiều vào phƣơng pháp gia công, đặc biệt là
phƣơng pháp gia công tinh bề mặt lần cuối.
1.2 Tính chất hình học của bề mặt gia công
Nhám bề mặt là tập hợp những mấp mô có bƣớc tƣơng đối nhỏ trên bề mặt
thực của chi tiết đƣợc xét trong phạm vi chiều dài chuẩn.

Hình 1.1. Profin của bề mặt chi tiết
Hình vẽ phóng to prôfin của bề mặt chi tiết trong giới hạn chiều dài chuẩn l.
Đƣờng trung bình (m) của prôfin đƣợc xác định sao cho tổng diện tích các phần
lồi bằng tổng diện tích các phần lõm:
F1 + F3 +…+Fn-1 = F2 + F4 +…+ Fn

14


1.2.1. Trung bình sai lệch số học biên độ (prôfin), Ra:
Ra là trung bình cộng những giá trị tuyệt đối của những sai lệch biên độ (Yi)

so với đƣờng trung bình.
Ra 

1 n
 Yi
n i 1

Hình 1.2. Sơ đồ xác định profin trung bình cộng Ra
1.2.2. Chiều cao cực đại của biên độ(prôfin), Ry:
Ry là tổng chiều cao đỉnh cao nhất từ hàng trung bình Yp và chiều sâu của đáy
thấp nhất từ đƣờng trung bình.
Ry = Yp + Yv

Hình 1.3. Sơ đồ xác định profin Ry
1.2.3. Độ cao mƣời điểm của độ nhám, R z:
Tổng chiều cao trung bình năm đỉnh cao nhất và độ sâu trung bình năm đáy
thấp nhất đƣợc đo từ một hàng song song với đƣờng trung bình.

15


Rz 

1 5
1 5
Y

 p  Yv
5 i 1 i 5 i 1 i

Hình 1.4. Sơ đồ xác định profin trung bình cộng Rz
1.2.4. Sai lệch tiêu chuẩn của biên độ (profin), Rq:
Rq là căn bậc hai trung bình cộng bình phƣơng độ lệch biên dạng Yi so với
đƣờng trung bình.
1

 1 n 2 2
Rq   Yi 
 n i 1 

Hình 1.5. Sơ đồ xác định profin Rq
Theo TCVN 2511: 1995 quy định 14 cấp độ nhám và trị số của các thông số
nhám Ra và Rz. Trị số nhám càng bé thì bề mặt càng nhẵn.
Việc chọn chỉ tiêu Ra và Rz là tùy theo chất lƣợng yêu cầu của bề mặt và đặc
tính kết cấu của bề mặt. Trong sản xuất thƣờng dùng chỉ tiêu Ra để đánh giá các

16


bề mặt có độ nhám trung bình. Đối với những bề mặt có độ nhám quá thô hoặc rất
tinh thì dùng chỉ tiêu Rz, vì nó đánh giá chính xác hơn.
Bảng 1.1. Bảng cấp độ nhám theo TCVN.

Tùy theo điều kiện làm việc và tính chất sử dụng của các bề mặt chi tiết mà
xác định cấp độ nhám. Các bề mặt tiếp xúc yêu cầu thông số nhám có trị số bé,
các bề mặt không tiếp xúc yêu cầu thông số nhám có trị số lớn. Độ chính xác của
kích thƣớc càng cao, yêu cầu thông số nhám có trị số càng bé.
Các bề mặt chi tiết có độ nhám khác nhau, đòi hỏi các phƣơng pháp gia công
khác nhau. Bề mặt có trị số nhám càng bé đòi hỏi gia công càng tinh vi.
Cách ghi ký hiệu trên bản vẽ: (Hình 1.6)

2.5

Rz40

Hình 1.6
1.3. Ảnh hƣởng của độ nhám bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy.
Độ nhám bề mặt có ảnh hƣởng nhiều đến khả năng làm việc của chi tiết
máy, đến mối lắp ghép của chúng trong kết cấu cụ tổng thể của máy.

17


1.3.1. Ảnh hƣởng tới tính chống mòn.
Chiều cao và hình dạng của nhấp nhô tế vi trên bề mặt cùng với chiều của vết
gia công có ảnh hƣởng đến ma sát và mài mòn chi tiết máy.
Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc với nhau có nhấp nhô tế vi nên ở giai đoạn đầu
hai bề mặt này chỉ tiếp xúc với nhau trên một số đỉnh nhấp nhô cao, diện tích tiếp
xúc chỉ bằng một phần diện tích tính toán và tại đó có áp suất rất lớn, thƣờng vƣợt
quá giới hạn chảy, có khi vƣợt cả giới hạn bền của vật liệu, làm cho các điểm tiếp
xúc bị nén đàn hồi và biến dạng dẻo các nhấp nhô, đó là biến dạng tiếp xúc. Biến
dạng tiếp xúc đƣợc xác định theo công thức kinh nghiệm sau:
 = C.px (m)

(2.1)

Trong đó:
C, x – hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm.
p - áp suất tại chổ tiếp xúc (N/mm2).
Khi hai bề mặt có chuyển động tƣơng đối với nhau sẽ xảy ra hiện tƣợng trƣợt

dẻo ở các đỉnh nhấp nhô. Các đỉnh nhấp nhô bị mòn nhanh làm khe hở lắp ghép
tăng lên, đó là hiện tƣợng mòn ban đầu. Trong điều kiện làm việc nhẹ và vừa, mòn
ban đầu có thể làm cho chiều cao nhấp nhô giảm (65÷75)%, lúc đó diện tích tiếp
xúc thực tăng lên và áp suất tiếp xúc giảm đi. Mòn ban đầu ứng với thời gian chạy
rà kết cấu cơ khí. Ở giai đoạn này hình dạng nhấp nhô và chiều của vết gia công
cũng thay đổi. Sau giai đoạn này quá trình mài mòn trở nên bình thƣờng và chậm.
Đó là giai đoạn mòn bình thƣờng. Cuối cùng là giai đoạn mòn kịch liệt, khi đó bề
mặt tiếp xúc bị tróc ra, nghĩa là cấu trúc bề mặt chi tiết bị phá hỏng. Nhƣ vậy, quá
trình mài mòn của một cặp chi tiết máy xét trên cơ sở ma sát ở bề mặt tiếp xúc,
thƣờng trải qua bai giai đoạn: mòn ban đầu, mòn bình thƣờng, mòn kịch liệt.

18


Hình 1.7. Mô hình 2 bề mặt tiếp xúc
Ở hình 1.8 biểu thị mối quan hệ giữa lƣợng mòn và thời gian sử dụng của
một cặp chi tiết ma sát với nhau tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu. Độ nhám bề mặt
ban đầu phụ thuộc phƣơng pháp gia công. Các đƣờng đặc trƣng a,b,c ứng với ba độ
nhám ban đầu khác nhau của các bề mặt tiếp xúc. Ở đây giai đoạn mòn ban đầu là
khoảng thời gian từ (0÷t1), từ (0÷t2), từ (0÷t3). Giai đoạn mòn bình thƣờng của cặp
chi tiết, tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu, ứng với khoảng thời gian từ (t 1÷T1), từ
(t2÷T2), từ (t3÷T3). Giai đoạn mòn kịch liệt của cặp chi tiết ứng với khoảng thời gian
từ T1, T2, T3 trở đi. Ở đƣờng đặc trƣng c, cặp chi tiết có độ nhẵn bóng bề mặt ban
đầu kém nhất nên giai đoạn mòn ban đầu xảy ra nhanh nhất, nghĩa là xét về thời
gian thì t3mòn ban đầu. Tuổi thọ của cặp chi tiết độ nhẵn bóng bề mặt kém nhất ứng với giai
đoạn mòn bình thƣờng cũng ngắn nhất, nghĩ là T3
19

Hình1.8. Quá trình mòn của một cặp ma sát
Chất lượng bề mặt: đường a: tốt; đường b: trung bình; đường c: xấu
Nhƣ vậy khi chế tạo chi tiết máy, nếu giảm hoặc tăng chiều cao nhấp nhô tế
vi tới trị số tối ƣu, ứng với điều kiện làm việc của chi tiết, thì sẽ đạt đƣợc lƣợng
mòn ban đầu ít nhất, qua đó kéo dài tuổi thọ của chi tiết.
Ở hình1.9 ta có quan hệ giữa độ mòn ban đầu (u) và trị số sai lệch profin
trung bình cộng Ra, tùy theo điều kiện làm việc nặng nhẹ. Lƣợng mòn ban đầu ít
nhất ứng với giá trị của Ra tại các điểm Ra1, Ra2; đó là giá trị tối ƣu của Ra. Nếu giá
trị Ra nhỏ hơn trị số tối ƣu Ra1, Ra2 thì sẽ bị mòn kịch liệt vì các phần tử kim loại dễ
khuếch tán. Ngƣợc lại, giá trị của Ra lớn hơn trị số tối ƣu Ra1, Ra2 thì lƣợng mòn sẽ
tăng lên vì các nhấp nhô bề mặt bị phá vỡ và cắt đứt.
Tóm lại khi thiết kế hai bề mặt ma sát với nhau phải chọn độ nhám bề mặt tối
ƣu để giảm độ mòn của chúng đến mức nhỏ nhất, tùy theo điều kiện làm việc cụ thể.

20


Hình 1.9. Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu (U) và sai lệch
profintrung bình cộng Ra
Đƣờng 1 ứng với điều kiện làm việc nhẹ. Đƣờng 2 ứng với điều kiện làm
việc nặng.
1.3.2. Ảnh hƣởng tới độ bền mỏi của chi tiết.
Độ nhám bề mặt có ảnh hƣởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất là khi nó
chịu tải trọng chu kỳ có đổi dấu, vì ở đáy các nhấp nhô có ứng suất tập trung lớn, có
khi vợt quá giới hạn mỏi của vật liệu. Ứng suất tập trung này sẽ gây ra các vết nứt tế
vi ở các đáy nhấp nhô, đó là nguồn gốc phá hỏng chi tiết máy. Mặt khác, độ bền của
chi tiết máy cũng sẽ tăng khi chi tiết chịu tải trọng va đập, nếu độ nhám bề mặt thấp.
Với thép 45: RZ = 75 m thì -1 = 195 MN/m2 (195 N/mm2).
RZ = 2 m thì -1 = 282 MN/m2 (282 N/mm2).

1.3.3. Ảnh hƣởng tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết.

Hình 1.10. Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết máy.

21


Các chỗ lõm bề mặt do độ nhấp nhô tế vi tạo ra là nơi chứa các tạp chất nhƣ
axit, muối,... Các tạp chất này có tác dụng ăn mòn hóa học với lớp kim loại. Quá
trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết làm các nhấp nhô mới hình thành.
Quá trình ăn mòn hóa học này ở lớp bề mặt xảy ra dọc theo sƣờn dốc các nhấp
nhô tế vi, theo chiều từ đỉnh xuống đáy (mũi tên trên hình 1.10) các nhấp nhô, làm
cho các nhấp nhô cũ bị mất đi và các nhấp nhô mới hình thành.
Nhƣ vậy bề mạt chi tiết máy càng ít nhám (càng nhẵn bóng) thì càng ít bị ăn
mòn hóa học, bán kính đáy các nhấp nhô càng lớn thì khả năng chống ăn mòn hóa
học của lớp bề mặt càng cao. Có thể chống ăn mòn hóa học bằng cách phủ lên bề
mặt chi tiết máy một lớp bảo vệ bằng phƣơng pháp mạ (mạ Crôm, mạ Niken)
hoặc bằng phƣơng pháp cơ khí làm chắc lớp bề mặt.
1.3.4. Ảnh hƣởng tới độ chính xác mối lắp ghép.
Độ chính xác mối lắp ghép trong kết cấu cơ khí phụ thuộc chất lƣợng các bề
mặt lắp ghép. Độ bền các mối lắp ghép, trong đó có độ ổn định của chế độ lắp
ghép giữa các chi tiết, phụ thuộc vào độ nhám của các bề mặt lắp ghép. Ở đây,
chiều cao nhấp nhô tế vi Rz tham gia vào trƣờng dung sai chế tạo chi tiết máy: đối
với lỗ thì dung sai của kích thƣớc đƣờng kính sẽ giảm một lƣợng là 2 R z, còn đối
với trục thì lại tăng thêm 2 Rz.
Trong giai đoạn mòn ban đầu (giai đoạn chạy rà) chiều cao nhấp nhô tế vi R z,
đối với mối lắp ghép lỏng, có thể giảm đi (65÷75)% làm khe hở lắp ghép tăng lên
và độ chính xác lắp ghép giảm đi. Nhƣ vậy, đối với các mối lắp ghép lỏng, để đảm
bảo ổn định của mối lắp ghép trong thời gian sử dụng, trƣớc hết phải giảm độ
nhấp nhô tế vi (giảm độ nhám, tăng độ bóng bề mặt), thông qua cách giảm trị số

chiều cao nhấp nhô Rz. Giá trị hợp lý của chiều cao nhấp nhô Rz đƣợc xác định
theo độ chính xác của mối lắp, tùy theo trị số dung sai kích thƣớc lắp ghép.
Độ bền của mối lắp ghép (mối lắp ghép có độ dôi) có quan hệ trực tiếp với độ
nhám bề mặt lắp ghép. Chiều cao nhấp nhô tế vi R z tăng thì độ bền của mối lắp
ghép có độ dôi giảm.
1.3.5. Lựa chọn độ nhám bề mặt.

22


Lựa chọn các thông số để đánh giá nhám bề mặt cần xuất phát từ công dụng và
tính chất làm việc của các bề mặt. Các thông số về chiều cao nhám Rz, Ra đƣợc sử
dụng phổ biến nhất. Thông số Ra dùng để đánh giá nhám bề mặt cho những chuẩn
mẫu so sánh bề mặt. Thông số này có thể xác định dễ dàng trên máy đo profin và
đƣợc áp dụng phổ biến trong các tài liệu kỹ thuật của các nƣớc trên thế giới.
Thông số Rz đƣợc dùng trong trƣờng hợp do yêu cầu làm việc cần khống chế
chiều cao toàn bộ của nhám bề mặt hoặc cho các bề mặt nhám xốp cũng nhƣ
không thể kiểm tra đƣợc thông số Ra trực tiếp bằng máy đo profin hoặc so với
mẫu chuẩn. Ví dụ: đối với bề mặt có kích thƣớc nhỏ và hình dạng phức tạp (lƣỡi
cắt của dụng cụ, các chi tiết của cơ cấu đồng hồ hoặc thiết bị điện tử...). Đối với
các bề mặt quan trọng, việc quy định một thông số chiều cao nhám chƣa đủ mà
cần quy định thêm thông số về bƣớc hoặc thông số tp. Các thông số về bƣớc Sm và
S có ảnh hƣởng quan trọng tới độ ổn định về rung, độ bền khi chịu tải chu kỳ.
Thông số tp đặc trƣng cho diện tích tiếp xúc thực tế của các nhám bề mặt. Với đặc
trƣng đó, tp có ảnh hƣởng quan trọng tới tính chất sử dụng của các bề mặt nhƣ: độ
bền chịu mài mòn, độ cứng vững tiếp xúc, độ kín khít của mối ghép.
Việc quy định thêm phƣơng mấp mô đƣợc dùng cho các bề mặt dẫn hƣớng có
chuyển động tƣơng đối với nhau hoặc để dẫn hƣớng dòng cho chất lỏng hoặc chất
khí chuyển động so với bề mặt cũng nhƣ để đảm bảo độ ổn định chống rung và độ
bền khi chịu tải chu kỳ.

Lựa chọn các trị số của thông số nhám bề mặt phải phù hợp với điều kiện làm
việc của sản phẩm và các yêu cầu sử dụng của bề mặt, đồng thời phải xét đến khả
năng gia công để đạt tới trị số nhám đã chọn.
Độ nhám có liên quan với dung sai kích thƣớc và dung sai hình dạng bề mặt.
Khi dung sai kích thƣớc và dung sai hình dạng nhỏ thì yêu cầu về nhám bề mặt
phải chặt chẽ. Song có thể quy định các yêu cầu nhám bề mặt chặt chẽ trong khi
độ chính xác về kích thƣớc và hình dạng thấp. Nhám bề mặt có thể gây ra sai số
phụ về kích thƣớc và hình dạng trong quá trình lắp ghép và sử dụng sản phẩm do
các mấp mô tế vi bị san phẳng trong quá trình lắp ghép hoặc chịu tải, hoặc bị mòn

23


nhanh chóng trong chuyển động tƣơng đối giữa các bề mặt đối tiếp. Do đó đối với
mỗi dung sai kích thƣớc và hình dạng của bề mặt cần quy định các yêu cầu tối
thiểu về nhám. Quan hệ giữa dung sai kích thƣớc và hình dạng và chiều cao nhám
Ra hoặc Rz có thể quy định nhƣ sau:
Khi dung sai hình dạng bằng 60% dung sai kích thƣớc T:
Ra ≤ 0,05T hoặc Rz ≤ 0,2T
Khi dung sai hình dạng bằng 40% dung sai kích thƣớc T:
Ra ≤ 0,025T hoặc Rz ≤ 0,1T
Khi dung sai hình dạng bằng 25% dung sai kích thƣớc T:
Ra ≤ 0,012T hoặc Rz ≤ 0,05T
Khi dung sai hình dạng nhỏ hơn 25% dung sai kích thƣớc T:
Ra ≤ 0,15Thd hoặc Rz ≤ 0,6Thd
Thd: là dung sai hình dạng.
1.4 Lựa chọn phƣơng pháp gia công nâng cao chất lƣợng bề mặt.
Chất lƣợng của chi tiết chính là khả năng làm việc của nó, khả năng làm việc
của chi tiết máy chịu ảnh hƣởng quyết định bởi các thông số về chất lƣợng bề mặt
nhƣ: độ nhám bề mặt, độ cứng của bề mặt cũng nhƣ ứng suất dƣ bề mặt làm việc

của chi tiết máy. Vì vậy muốn đạt đƣợc khả năng làm việc của chi tiết máy đƣợc
hiệu quả nhất thì phải đảm bảo yêu cầu về chất lƣợng bề mặt, để giải quyết vấn đề
đó thì ta phải thi hành biện pháp tổ chức và tối ƣu hóa công nghệ hiện thời nhƣ là
ứng dụng các phƣơng pháp gia công tiên tiến nhƣ gia công trên các máy CNC, các
trung tâm gia công, kết hợp với sự phát triển công nghệ vật liệu mới chọn các dụng
cụ cắt có vật liệu và thông số hình học phù hợp để gia công đạt đƣợc mục tiêu đề ra.
Bên cạnh đó chúng ta cần phải nghiên cứu để có chế độ cắt (V, t, S), phù hợp với
từng loại vật liệu và phƣơng pháp gia công nhất định…Dựa vào mối quan hệ đó thì
ngƣời làm công nghệ có thể điều khiển các thông số công nghệ của máy và dao để
đảm bảo chất lƣợng bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công, từ đó dẫn đến tăng
năng suất do(Khai thác được tối đa công suất của máy) và hạ giá thành sản phẩm
tiến tới tối ƣu hóa quá trình cắt gọt trên từng loại máy gia công nhất.

24


Một trong những công nghệ mới có thể nâng cao đƣợc chất lƣợng bề mặt chi
tiết, đó chính là công nghệ gia công cao tốc. Gia công tốc đạt hiệu quả cao ở nơi mà
nó đạt đến khối lƣợng lớn của vật liệu gia công cho mỗi một đơn vị thời gian. Vì
thế, gia công cao tốc mang lại chi phí sản xuất giảm và tiết kiệm năng lƣợng
Nhìn chung,nguyên lí của cắt cao tốc nằm trong việc đạt đƣợc giờ máy nhanh
hơn với sự gia tăng đồng thời độ chính xác và chất lƣợng của bề mặt gia công ở
những vùng bất thƣờng lớn, khó định dạng về mặt toán học. Gia công cao tốc là
phƣơng pháp có hiệu quả cao bởi đạt đƣợc những hiệu quả sau: tăng năng suất gia
công, tăng chất lƣợng bề mặt gia công, cải thiện kinh tế gia công, cải tiến những
khía cạnh sinh thái của gia công.

25