chất lượng bề mặt chi tiết máy

4.1.2 Tính chất cơ lý của lớp bề mặt chi tiết gia công Tính chất cơ lý của bề mặt chi tiết máy được biểu thị bằng độ cứng bề mặt, sự biến đổi về cấu trúc mạng tinh thể lớp bề mặt, độ lớ

CHƯƠNG 4

CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI

TIẾT MÁY

Chất lượng sản phẩm là chỉ tiêu quan trọng phải đặc biệt quan tâm khi chuẩn bị công

nghệ chế tạo sản phẩm

Đối với chi tiết máy thì chất lượng chế tạo

chúng được đánh giá bằng các thông số cơ

4.1.1 Tính chất hình học của bề mặt gia công

 Độ nhấp nhô tế vi bề mặt (độ nhám) được

biểu thị bằng một trong hai chỉ tiêu Ra và

Rz; được quan sát trong phạm vi rất nhỏ khoảng 1mm2

phẳng của bề mặt chi tiết máy, được

quan sát trong phạm vi nhỏ (từ 1 đến 100 mm).

Hình 4.1 Tổng quan về độ nhám và độ sóng bề mặt chi tiết máy

Tổng quan về độ nhám và độ sóng

4.1.2 Tính chất cơ lý của lớp bề

mặt chi tiết gia công

Tính chất cơ lý của bề mặt chi tiết máy được biểu thị bằng độ cứng bề mặt, sự biến đổi về cấu trúc mạng tinh thể lớp bề mặt, độ lớn và dấu của ứng suất trong lớp bề mặt, chiều

sâu lớp biến cứng bề mặt …

Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến

cứng bề mặt phụ thuộc vào tác dụng của lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và

ảnh hưởng nhiệt trong vùng cắt

Khi cắt kim loại, do biến dạng dẻo cho

nên bề mặt ngoài được làm chắc, thể tích riêng tăng Lớp bề mặt ngoài có khuynh hướng bành trướng thể tích, nhưng vì có liên hệ với lớp bên trong nên ở lớp ngoài sinh ra ứng suất dư nén còn lớp trong lại

có ứng suất dư kéo

Khi gia công, nhiệt cắt nung nóng bề mặt ngoài làm môđun đàn hồi của nó bị giảm

đến tối thiểu Sau đó lại bị nguội nhanh cho nên nó co lại Nhưng vì có liên hệ vơí lớp

bên trong cho nên ở lớp ngoài sinh ra ứng

dư kéo còn bên trong sinh ra ứng suất dư nén.

§4.2 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy

Ảnh hưởng của độ nhấp nhô bề mặt

Ảnh hưởng của độ biến cứng

Ảnh hưởng của ứng suất dư

4.2.1 Ảnh hưởng của độ nhấp nhô bề

mặt

a) Đối với tính chống mòn

Chiều cao và hình dáng không bằng

phẳng của bề mặt cùng với chiều của vết gia công ảnh hưởng đến ma sát và mài

mòn

Khi hai bề mặt chuyển động tương đối

với nhau xảy ra trượt dẻo ở các đỉnh

nhấp nhô dẫn đến hiện tượng mòn nhanh chóng ban đầu, khe hở lắp tăng lên

L i : diện tích tiếp xúc thực

 Trong điều kiện làm việc nhẹ và trung bình, 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

giảm xuống

 Sau giai đoạn này mòn trở nên bình

thường và chậm.

với nhau

 Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết

ma sát với nhau thường qua 3 giai đoạn

Quy luật mòn như sau :

 Giai đọạn I là giai đoạn mòn khốc liệt

(mòn nhanh)

 - Giai đọan II là giai đoạn mòn ổn định

(mòn chậm)

 - Giai đọan III là giai đọan mòn phá

hủy, mòn rất nhanh dẫn đến sự phá hủy

b) Đối với độ bền mỏi của chi

tiết

 Độ nhẵn bóng bề mặt ảnh hưởng lớn đến

độ bền mỏi của chi tiết nhất là chi tiết

chịu tải trọng chu kỳ đổi dấu, vì ở các

đáy nhấp nhô có ứng suất tập trung với trị số rất lớn có khi vượt qúa giới hạn

mỏi của vật liệu

 Lúc đó dễ tạo thành các vết nứt là nguồn gốc phá hoại chi tiết.

c) Đối với tính chống ăn mòn của lớp bề

mặt

Các chỗ lõm bề mặt là nơi chứa đựng các

axít, muối và các tạp chất khác, chúng có tác dụng ăn mòn hoá học kim loại Sau khi ăn

mòn hết bề mặt lại tạo thành các nhấp nhô mới và cứ thế tiếp tục

Các chất ăn mòn đọng ở các chỗ lõm của vết nhấp nhô sẽ ăn mòn theo sườn dốc của các nhấp nhô đó theo chiều mũi tên dần dần làm mất các nhấp nhô cũ và hình thành các nhấp nhô mới và cứ thế tiếp tục

Hình 4.4 Quá trình ăn mòn hóa học trên bề

mặt chi tiết

Nhấp nhô mới Nhấp nhô cũ

d) Đối với độ chính xác và các mối lắp ghép

• Độ chính xác của các mối lắp quyết định bởi khe hở (hoặc độ dôi) lắp, mà khe hở lại

4.2.2 Ảnh hưởng của độ biến cứng

a) Đối với tính chống mòn

Kim loại lớp bề mặt bị biến cứng thường

nâng cao tính chống mòn vì nó làm giảm tác động tương hổ giữa các phân tử và tác dụng tương hổ cơ học ở chỗ tiếp xúc

Hiện tượng biến cứng bề mặt chi tiết máy

còn hạn chế quá trình biến dạng dẻo toàn phần của chi tiết máy, qua đó hạn chế hiện tượng chảy và hiện tượng mài mòn của

kim loại.

b) Đối với độ bền mỏi của chi tiết máy

Bề mặt bị biến cứng có thể làm tăng độ bền mỏi từ 15% -20%

Chiều sâu và mức độ biến cứng của lớp bề mặt đều có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, vì nó làm cho các vết nứt tế vi phá hoại chi tiết rất khó sinh ra, nhất là khi

bề mặt chi tiết có ứng suất dư nén

Tuy vậy biến cứng lại có hại khi chi tiết làm việc lâu ở nhiệt độ cao, vì nó thúc đẩy mạnh quá trình khuếch tán trong lớp bề mặt làm giảm độ bền mỏi của chi tiết máy

c) Đối với tính chống ăn mòn hóa học của lớp

bề mặt chi tiết máy

Biến dạng dẻo và biến cứng lớp bề mặt có

mức độ khác nhau tùy theo thành phần kim loại khác nhau

Quá trình gia công cơ xảy ra biến cứng bề

mặt và thay đổi độ nhẵn bóng bề mặt làm

thay đổi tính chống ăn mòn hóa học của kim loại Tốc độ ăn mòn thép trong dung dịch axít sunfuaric loãng sau khi tiện có thể nhanh gấp 12,5 lần so với sau khi đánh bóng.

4.2.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư

a) Đối với tính chống ăn mòn

Ứng suất dư lớp bề mặt sinh ra trong quá

trình gia công không có ảnh hưởng gì đến

tính chống ăn mòn của chi tiết về sau này

trong các điều kiện ma sát bình thường (trượt trong chế độ mòn ôxy hóa) Đó là nói đến ứng suất dư lớp bề mặt còn ứng suất bên trong

(toàn tiết diện) của chi tiết có thể ảnh hưởng đến tính chất và cường độ mòn của chi tiết

máy

b) Đối với độ bền mỏi của chi tiết máy

Ứng suất dư nên trên lớp bề mặt có tác

dụng nâng cao độ bền mỏi, còn ứng suất dư kéo lại hạ thấp độ bền mỏi của chi tiết máy

Nếu chi tiết máy làm việc lâu ở nhiệt độ cao thì ảnh hưởng của ứng suất dư lớp bề mặt tới độ bền mỏi của vật liệu sẽ giảm

§4.3 Ảnh hưởng của các yếu tố

công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy

Ảnh hưởng đến nhấp nhô bề mặt

Ảnh hưởng đến biến cứng bề mặt

Ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt

4.3.1 Ảnh hưởng đến nhấp nhô bề mặt

Các yếu tố mang tính chất in dập hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhấp nhô bề mặt

Những hiện tượng phát sinh trong quá

trình cắt và có liên quan đến biến dạng dẻo của lớp bề mặt

Nguyên nhân rung động của hệ thống công nghệ

Các yếu tố mang tính in dập hình học

RZ =

Chiều sâu t không ảnh hưởng đế nhấp nhô

b ) Những hiện tượng phát sinh trong quá

trình cắt có liên quan đến biến dạng dẻo của

lớp bề mặt.

 Vận tốc cắt có ảnh hưởng rất lớn tới chất

lượng bề mặt, V cao phoi tách dễ, biến dạng giảm, độ bóng tăng.

 Khi V từ 10÷30 m/phút nhiệt cắt, lực cắt tăng

gây ra chảy dẻo ở mặt trước và sau dao

Lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trước của dao, hình thành lẹo dao có chu kì nhanh

(sinh ra và mất đi) gây ra rung động, ảnh hưởng lớn đến độ bóng bề mặt.

 Khi V tiếp tục tăng, vùng 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 Khi

V khoảng 70÷80 m/phút lẹo dao biến mất.

 Khi V từ 80 m/phút lẹo dao không hình

thành và độ bóng được nâng cao.

 Khi gia công vật liệu dòn, tăng tốc độ cắt làm

giảm hiện tượng vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ bóng của bề mặt.

 Bước tiến S ngoài ảnh hưởng mang tính chất

hình học còn có ảnh hưởng lớn đến độ biến dạng dẻo và đàn hồi ở bề mặt gia công

 Chiều sâu cắt t ảnh hưởng không lớn đến độ

bóng bề mặt nhưng nếu t giảm từ 0,02÷0,03 thì lưỡi dao có thể bị trượt trên mặt gia

công Vì vậy không chọn t quá bé.

 Vật liệu gia công ảnh hưởng đến độ bóng bề

mặt chủ yếu là do biến dạng dẻo.

 Cắt có dung dịch trơn nguội làm tăng độ bóng

do đó gây nên độ sóng và các nhấp nhô trên

bề mặt.

4.3.2 Ảnh hưởng đến biến cứng bề mặt

Khi thay đổi chế độ cắt làm tăng lực cắt và mức độ biến dạng dẻo thì mức độ biến cứng

bề mặt tăng nếu kéo dài tác dụng của lực

cắt trên bề mặt kim loại sẽ làm tăng chiều sâu lớp biến cứng bề mặt.

Góc trước γ tăng từ âm sang dương thì mức

độ và chiều sâu biến cứng 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 ta có kết luận:

 Khi V < 20m/ph thì chiều sâu lớp biến cứng

T C tăng theo giá trị của vận tốc cắt.

 Khi V > 20m/ph thì chiều sâu lớp biến cứng lại giảm.

 Chiều sâu lớp biến cứng tăng theo giá trị

giảm dần của lựơng tiến dao.

 Dụng cụ cắt bị mòn cũng làm biến cứng

tăng.

Ảnh hưởng của S và r đối với độ biến cứng bề

mặt chi tiết máy

160 240 320 400

480 560

T C (μm)

4.3.3 Ảnh hưởng đến ứng suất dư bề

mặt

Khi cắt quá trình hình thành ứng suất dư trên lớp bề mặt quyết định bởi biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và

chuyển pha trong kim loại Quá trình này rất phức tạp

 Các phần khác nhau trên bề mặt gia công thường có ứng suất khác nhau về trị số và dấu, nên ảnh hưởng của chế độ cắt, của

thông số hình học dụng cụ cắt, của dung

dịch trơn nguội v.v đối với ứng suất dư cũng khác nhau

§4.4 Các phương pháp nâng cao chất

lượng bề mặt gia công chi tiết máy

Phương pháp đạt độ bóng bề mặt

Xuất phát từ các nguyên nhân ảnh

hưởng nói trên ta có thể chọn chế độ cắt gọt và phương pháp gia công hợp

lý để đảm bảo độ nhẵn bóng bề mặt theo yêu cầu

Các phương pháp tạo lớp cứng nguội bề mặt

Phun bi :Bi được phun lên bề mặt gia công với tốc độ lớn nhỏ khi nén

lăn ép bằng hoặc lăn bi

Gõ đập

Nong

Phun bi

Cho bi vào ổ (1), bi được cơ cấu nâng lên ổ chứa (3), trong quá trình này các bi rơi vãi được rơi vào ổ (2)

Nếu mở khóa (4), bi sẽ rơi trong một ống

thẳng đứng xuống roto (5) quay nhanh

(2000 ÷ 3500vg/ph) nhờ động cơ (7)

Khi quay roto sẽ làm văng bi vào bề mặt gia công (6) Để quay chi tiết gia công và thực

hiện tiến dao phải có một đồ giá riêng Bi

phun rồi lại rơi xuống ổ chứa (1) như lúc

đầu

lăn ép bằng hoặc lăn bi

 Nhờ lực li tâm làm văng các viên bi thép đường kính 7 ÷ 12mm Bi dịch chuyển tự

do trong các lỗ của một đầu lăn quay với tốc độ 20 ÷ 40m/s, ép lên bề mặt gia công làm nhẵn bóng và biến cứng bề mặt

 Có thể dùng phương pháp này để gia công lần cuối các loại chi tiết như trục khuỷu,

xylanh, xécmăng, vòng ổ bi Có thể gia

công mặt ngoài, mặt trong hoặc mặt phẳng

Gõ đập

Bản chất phương pháp này là dùng một đồ

gá đặc biệt (kiểu cơ khí, hơi ép hoặc điện)

để thao tác một chày đập lên bề gia công

Nhờ xung lực của chày đập để làm chắc bề mặt

Có thể dùng gia công góc lượn cổ trục

khuỷu (hình 4.13), bánh răng v.v

Nong

Vùng biến

dạng dẻo

Thường để gia công lỗ thông, dùng một

dụng cụ đường kính lớn hơn lỗ kéo qua lỗ

(có thể làm trên máy chuốt) như hình 4.25a hoặc có thể dùng bi để ấn lót qua lỗ trên máy

ép

Phương pháp này chỉ gia công các lỗ ngắn Khi chày nong (hoặc bi) đi qua lỗ thì bề mặt biến dạng dẻo rất lớn làm nhẵn bóng bề mặt

và nâng cao tính chất cơ lý của nó và độ

chính xác Phương pháp này dùng để gia

công lỗ bạc Độ chính xác có thể đạt cấp 2 và

độ nhẵn bóng bề mặt đạt ∇9 ÷ ∇11.