Bài giảng kỹ thuật chế tạo máy chương 5 trương quốc thanh

Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt: Tính chất hình học lớp bề mặt độ sóng, độ nhám,… chiều sâu lớp biến cứng, ứng suất dư ,… Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc

Trang 1

Chất lượng bề mặt chi tiết gia công ???

Chương 5:

CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG

Trang 2

Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt:

Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám,…)

chiều sâu lớp biến cứng, ứng suất dư ,…)

Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc (tính chống mòn, xâm thực, độ bềm mõi,…)

CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT

Trang 3

1.1 Độ nhấp nhô tế vi:

Nhấp nhô tế vi đó chính là những vết xước rất nhỏ được hình thành trong quá trình gia công Đó chính là độ nhám bề mặt, được đo bằng thông số:

+ Chiều cao nhấp nhô (Rz) + Sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra)

1 Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ

nhám,…)

Trang 4

Chiều cao nhấp nhô (Rz): Là trung bình của 5 khoảng cách từ

5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhất của nhấp nhô trong chiều dài

chuẩn L

5

) h h

h h

h ( ) h h

h h

Trang 5

Sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra): Là trị số trung bình củakhoảng cách từ các đỉnh nhấp nhô đến đường trục toạ độ OX

1 Ra

dx y

L

1

0 x

Trang 6

Theo TCVN, độ nhámchia làm 14 cấp, độ nhám

thấp nhất ứng với cấp 14

(tức độ nhẵn cao nhất)

0.08 0.2

0.04 12

13

0.25 3.2

1.6 0.8 0.4

0.63 3.2 0.16 0.08

8 9 10 11 Tinh

(∇∇∇ ∇∇∇ ∇∇∇)

10 6.3

2.5 1.25

0.8 20

5 5

6 7 Bán tinh

(∇∇ ∇∇ ∇∇)

8 2.5

320 160 80 40

80 40 20 10

1 2 3 4 Thô

Chất lượng bề mặt

nhám,…)

Trang 7

Độ nhám bề mặt và độ chính xác kích thước có quan hệ chặc chẽ với nhau

Theo kinh nghiệm, người ta xác định độ nhám thông qua cấp chính xác kích thước Giá trị độ nhám được lấy bằng 5 ÷ 20% dung sai kích thước cần đạt được.

nhám,…)

Trang 8

1.2 Độ sóng bề mặt

Độ sóng bề mặt là chu kỳ không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được quan sát trong phạm vi lớn hơn độ nhám (từ 1 ÷ 10mm) Để phân biệt độ nhám và độ sóng, người ta dựa vào tỉ lệ gần đúng giữa chiều cao nhấp nhô và bước sóng.

nhám,…)

Trang 9

Độ nhám: l/h = 0 ÷ 50Độ sóng: L/H = 50 ÷ 1000

h – Chiều cao nhấp nhô tế vi

l – Khoảng cách giữa hai đỉnh nhấp nhô tế vi

H – Chiều cao của sóng

L – Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng

nhám,…)

Trang 10

Tính chất cơ lý lớp bề mặt gia công được biểu thị qua các thông số:

2 Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công

Trang 11

2.1 Hiện tượng biến cứng bề mặt

Trong quá trình cắt, dưới tác dụng của lực cắt, mạng tinh thể ởlớp bề mặt kim loại bị xô lệch, gây biến dạng dẻo ở vùng trước vàsau của lưỡi cắt

Giữa các tinh thể kim loại xuất hiện ứng suất Thể tích riêngtăng, mật độ kim loại giảm ở vùng cắt Điều đó dẫn đến thay đổi cơtính lớp bề mặt

Lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội, chắc lại và có độ cứng tế vi cao

Giới hạn bền, độ cứng, độ giòn tăng

Tính dẻo dai của lớp bề mặt giảm

Tính dẫn từ thay đổi

Một số tính chất khác cũng thay đổi

Trang 12

Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào các yếu tố:

Lực cắt:

Nhiệt cắt:

Mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng phụ thuộc

vào mối quan hệ giữa hai thông số: lực cắt và nhiệt cắt.

Lực cắt tăng mức độ biến dạng dẻo tăng tăng mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng

Nhiệt cắt tăng làm hạn chế hiện tượng biến cứng lớp bề mặt.

Trang 13

2.2 Ứng suất dư lớp bề mặt

Khi gia công, bề mặt chi tiết xuất hiện lớp ứng suất

dư Trị số, dấu và chiều ứng suất dư phụ thuộc vào điều kiện gia công.

Trang 14

Các nguyên nhân sinh ra ứng suất dư:

Khi cắt vật liệu, trường lực cắt gây ra biến dạng dẻo không đều ở từng khu vực thuộc lớp bề mặt Khi lực cắt thôi tác dụng, biến dạng dẻo gây ra ứng suất dư.

Trang 15

Biến dạng dẻo sinh ra khi cắt làm chắc lớp bề mặt, làm tăng thể thích riêng của lớp kim loại mỏng ngoài cùng Trong khi đó, thể tích riêng của lớp kim loại bên trong vẫn không đổi Lớp kim loại ngoài cùng bị biến dạng dẻo làm tăng thể tích riêng nên gây ra ứng suất dư nén; để cân bằng thì lớp kim loại phía trong phải sinh ra ứng suất dư kéo.

Trang 16

Nhiệt cắt sinh ra làm nung nóng cục bộ vùng cắt, làm giảmmodul đàn hồi của vật liệu Sau khi cắt, lớp bề mặt bị làm nguộinhanh và bị co lại gây nên ứng suất dư kéo; để cân bằng thì lớpbên trong phải sinh ra ứng suất dư nén

Trang 17

nhiệt sinh ra ở vùng cắt làm thay đổi cấu trúc vật liệu

làm thay đổi thể tích kim loại Lớp kim loại nào hình thành có thể tích riêng lớn sẽ sinh ra ứng suất

dư nén; lớp kim loại nào hình thành có thể tích riêng bé sẽ sinh ra ứng suất dư kéo.

Trang 18

3 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả

năng làm việc của chi tiết máy

Chất lượng bề mặt

Độ nhấp nhô tế vi

Lớp biến cứng bề mặt

Ứng suất dư lớp bề mặt

Khả năng làm việc

Tính chống mòn

Độ bền mỏi

Tính chống ăn mòn hóa học

Độ chính xác của các mốilắp ghép

Trang 19

3.1 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính chống mòn

a Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt

Chiều cao và hình dạng của nhấp nhô tế vi trên bề mặt cùng vớichiều của vết gia công có ảnh hưởng đến ma sát và mài mòn chi tiết

Trang 20

Các đường a, b, c tương ứng với

3 độ nhám ban đầu khác nhau, độ

nhám của đường c là cao nhất

Rz(c) > Rz(b) > Rz(a)

Quá trình mòn theo thời gian:

0 ÷ ti : giai đoạn mòn ban đầu

ti ÷ Ti : giai đoạn mòn bình thường

Ti trở đi: giai đoạn mòn kịch liệt

Trang 21

Tuổi thọ của cặp chi tiết có độ nhấp nhô tế vi ban đầu caonhất (đường c) tương ứng với giai đoạn mòn bình thường ngắn nhấtnên tuổi thọ thấp nhất: T3 < T2 < T1.

Như vậy, khi chế tạo chi tiết máy, cần giảm chiều cao nhấpnhô ban đầu (Ra, Rz) đến giá trị độ nhám tối ưu, ứng với điều kiệnlàm việc của chi tiết thì sẽ kéo dài tuổi thọ của chi tiết

Trang 22

Ở đây, ta đề cập đến giá trịđộ nhấp nhô ban đầu tối ưu (Ratối ưu,

Rztối ưu) vì còn phải xét đến điềukiện làm việc nặng hay nhẹ của chi tiết máy

Khi giảm Ra qua khỏi giá trịtối ưu Ra1, Ra2 thì sẽ bị mòn kịchliệt vì lực hút giữa các phân tử làmcác phân tử trên bề mặt tiếp xúcdễ bị khuếch tán

Trang 23

Tóm lại:

Độ nhấp nhô tế vi ban đầu phải đạt giá trị tối ưu đểgiảm độ mòn của chúng nhỏ nhất

Nếu quá nhám các nhấp nhô sẽ bị phá vỡ và cắt đứt

Nếu quá nhẵn các phân tử sẽ bị khuếch tán quátrình mòn càng xảy ra nhanh chóng

Trang 24

b Ảnh hưởng của lớp biến cứng

Làm nâng cao tính chống mòn

Làm hạn chế tác động tương hỗ giữa các phân tử và tác độngtuơng hổ ở bề mặt tiếp xúc

Hạn chế Oxy khuếch tán vào bề mặt chi tiết, hình thành cácoxýt kim loại, gây ra hiện tượng ăn mòn hóa học

Hạn chế quá trình biến dạng dẻo toàn phần, quá trình này gây

ra hiện tượng chảy của kim loại, do đó có tác dụng chống mòn

Chiều sâu lớp biến cứng t cũng có ảnh hưởng đến tuổi thọ củachi tiết

Trang 25

c Ảnh hưởng do ứng suất dư bề mặt:

Ứng suất dư lớp bề mặt ảnh hưởng không đáng kể đến tínhchống mòn của chi tiết

Trang 26

3.2 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến độ bền mõi

của chi tiết

Độ nhám bề mặt càng lớn thì các vết nứt tế vi càng tăng

Trang 27

Nguyên nhân: do ứng suấttập trung với trị số lớn ở các

đáy của các nhấp nhô, ứng

suất này sẽ hình thành các vết

nứt tế vi, làm giảm độ bền mõi

của chi tiết Đây là nguồn gốc

phá hỏng chi tiết

Ví dụ: khi tiện thép C45 với Rzbđ khác nhau:

Rz=75 µµµµm giới hạn mỏi σ σ-1=195MN/mm 2

Rz=2 µ µ µm giới hạn mỏi σ σ-1=282MN/mm 2

Trang 28

Lớp biến cứng bề mặt tăng giúp tăng độ bền mỏi của chi tiết(khoảng 20%)

Trang 29

Ứng suất dư nén làm tăng độ bền mõi

Ứng suất dư kéo làm giảm độ bền mõi

Trang 30

3.3 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính chống

ăn mòn hóa học

Bề mặt nhấp nhô sẽ tạo điều kiện chứa các tạp chất nhưmuối, acid,… gây ra ăn mòn hóa học

Chiều và hướng ăn mòn xảy ra từ đỉnh đến đáy các nhấpnhô Các đỉnh nhấp nhô cũ sẽ bị ăn mòn và hình thành cácnhấp nhô mới Quá trình xảy ra liên tục

Trang 31

Bề mặt chi tiết càngnhẵn bóng thì càng ít bị ănmòn Bán kính các đáynhấp nhô càng lớn thì khảnăng chống ăn mòn hóahọc càng cao

Khắc phục: mạ crôm, kẽm, làm chắc bề mặt,…

Trang 32

Biến dạng dẻo gây nên sự không đồng nhất tế vi của kim loại, trong đó, sinh ra nhiều phần tử ăn mòn Nhất là ở mặt trượt, gây ra hiện tượng hấp thụ mạnh, tăng cường quá trình ăn mònvà khuếch tán ở lớp bề mặt

Sau khi gia công, lớp bề mặt bị biến cứng Tăng lớp biến cứngbề mặt thì khả năng chống ăn mòn tăng lên

Các phương pháp làm tăng lớp biến cứng bề mặt: nhiệt luyện, lăn ép,…

Trang 33

Ứng suất dư ít ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn của

chi tiết

Trang 34

Độ bền các mối lắp ghép phụ thuộc vào độ nhám các bề mặt

lắp ghép Chiều cao nhấp nhô Ra, Rz tham gia vào trườngdung sai chế tạo chi tiết máy

Đối với lỗ: dung sai của kích thước đường kính lỗ sẽ giảm đi

một lượng bằng 2Rz

Đối với trục: dung sai của kích thước đường kính trục sẽ tăng

lên một lượng bằng 2Rz

4 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính

năng lắp ghép

Trang 35

Đối với mối lắp lỏng: chiều cao nhấp nhô Rz có thể giảm đi

65 ÷ 75%, làm khe hở lắp ghép tăng lên giảm độ chính xác củamối lắp Do đó, đối với mối lắp lỏng cần giảm độ nhấp nhô tế vi (tăng độ nhẵn)

năng lắp ghép

Trang 36

Đối với mối lắp chặt: chiều cao nhấp nhô tế vi Rz tăng thì độbền lắp ghép giảm Vì khi lắp ghép, các nhấp nhô bị san bằng làmcho độ dôi thực tế của mối lắp ít hơn so với trên tính toán.

năng lắp ghép

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	18,43 MB