Ứng suất dư sinh ra trên lớp bề mặt gia công
Khi cắt một lớp mỏng kim loại sẽ tồn tại một trường lực gây ra biến dạng dẻo không
đều ở từng vùng. Khi thôi cắt, trường lực mất đi thì biến dạng dẻo làm xuất hiện ứng suất dư.
- Khi lớp kim loại bề mặt bị cứng nguội, thể tích riêng của nó tăng lên, lớp bên trong không bị biến dạng vẫn giữ thể tích riêng bình thường. Do đó có sự liên hệ giữa hai lớp nên ở lớp ngoài sinh ra ứng suất dư nén lớp bên trong để cân bằng sẽ sinh ra ứng suất dư kéo.
- Trong vùng cắt, nhiệt cắt nung nóng cục bộ lớp bề mặt làm môđun đàn hồi của nó bị giảm đến tối thiểu. Sau đó bề mặt chi tiết nhanh chóng bị nguội đi co lại, nhưng vì có liên hệ với lớp bên trong nên ở lớp ngoài sinh ra ứng suất dư nén.
- Khi cắt nhiệt sinh ra làm thay đổi cấu trúc kim loại, kim loại chuyển pha làm thể tích của nó thay đổi. Ở lớp kim loại có thể tích riêng lớn sinh ra ứng suất dư nén, ngược lại, lớp nào có cấu trúc thể tinh riêng nhỏ sẽ sinh ra ứng suất dư kéo.
Tóm lại khi gia công trên cơ trên bề mặt chi tiết sinh ra ứng suất dư – trị số, dấu và chiều phân bố của nó phụ thuộc vào phương pháp gia công, vào chế độ cắt gọt.
Ứng suất dư làm giảm chất lượng bề mặt chi tiết gia công, làm giảm khả năng chịu mỏi,…hạn chế đến khả năng sử dụng chi tiết máy sau này. Nếu ứng suất dư lớn quá, sau khi gia công chi tiết bị biến dạng, vỡ nứt,… không dùng được.
Để giảm ứng suất dư cũng cần phải chọn chế độ cắt, góc độ dao hợp lý và tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt.
Phương Pháp Đạt Ứng Suất Dư Bề Mặt:
Quá trình hình thành ứng suất dư bề mặt khi gia công phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và hiện tượng chuyển pha trong cấu trúc kim loại. quá trình này rất phức tạp.
Khi gia công bằng dụng cắt có lưỡi, quá trình hình thành ứng suất dư trên bề mặt phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi của vật liệu gia công và dụng cụ cắt, đồng thời cũng phụ thuộc vào chế độ cắt, thông số hình học của dao và dung dịch trơn nguội.
Như ta đã biết, ứng suất dư nén có ảnh hưởng tốt đến độ bền của chi tiết máy, còn ứng suất dư kéo có ảnh hưởng ngược lại
Khi nào, muốn đạt ứng suất dư nén thì dao phải có góc trước γ âm.
Các thành phần khác nhau trên bề mặt gia công chi tiết thường có ứng suất dư khác nhau về vị trí và dấu, nên ảnh hưởng của chế độ cắt, của thông số hình học của dụng cụ cắt, của dung dịch trơn nguội đối với ứng suất dư cũng khác nhau.
Dựa vào những kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất dư trong lớp bề mặt của chi tiết gia công có thể kết luận sơ bộ như sau:
1) Tăng tốc độ cắt hoặc lượng chạy dao cũng có thể tăng hoặc giảm ứng suất dư trên bề mặt gia công của chi tiết máy.
2) Lượng chạy dao làm tăng chiều sâu cắt có ứng suất dư.
3) Góc trước có trị số âm gây ra ứng suất dư nén (ứng suất dư có lợi).
4) Gia công vật liệu giòn bằng dụng cụ cắt có lưỡi gây ra ứng suất dư nén, còn gia công bằng vật liệu dẻo thường gây ra ứng suất dư kéo.
5) Gia công bằng đá mài thường gây ra ứng suất dư kéo, còn gia công bằng đai mài thường tạo ra ứng suất dư nén.
Đánh Giá Ứng Suất Dư:
Để đánh giá ứng suất dư người ta thường dùng phương pháp sau đây:
1/ phương pháp tia Ronghen.
Dùng tia ronghen kích thích bề mặt mẫu một lớp dày 5-10 μm và sau mỗi lần kích thích ta chụp ảnh đồ thị Ronghen. Phương pháp này cho phép đo được cả chiều sâu biến cứng. Tuy nhiên, phương pháp này rất phức tạp và tốn nhiều thời gian cho điều chỉnh đồ thị Ronghen (mất khoảng 10 giờ trong một lần đo).
2/ Tính toán lượng biến dạng.
Sau khi hớt từng lớp mỏng kim loại bằng phương pháp hóa học và điện cơ khí ta tính toán lượng biến dạng của chi tiết mẫu. dựa vào lượng biến dạng này ta xác định được ứng suất dư. Cũng có thể dùng tia Ronghen để đo khoảng cách giữa các phần tử trong lớp kim loại biến dạng. Với khoảng cách này có thể xác định được ứng suất dư.