CHƯƠNG 2 CHẤT LƯỢNG bề mặt GIA CÔNG

Chương CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG  2.1 Khái niệm Chất lượng chi tiết máy đánh giá mặt sau: Độ xác kích thước bề mặt, Độ xác hình dạng bề mặt, Độ xác vị trí tương quan bề mặt, Chất lượng bề mặt Như vậy, chất lượng bề mặt gia công tiêu đánh giá chất lượng chi tiết máy Chất lượng bề mặt gia công đánh giá ba yếu tố đặc trưng: - Hình dạng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám ) - Trạng thái tính chất lý lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu biến cứng, ứng suất dư ) - Phản ứng lớp bề mặt với môi trường làm việc (tính chống mòn, khả chống xâm thực hóa chất, độ bền mỏi ) Chất lượng lớp kim loại bề mặt tạo thành tính chất kim loại phương pháp gia công Trong trình gia công cơ, bên lưỡi dụng cụ cắt, bề mặt kim loại tạo thành vết lồi, lõm cấu trúc lớp bề mặt thay đổi Mức độ biến cứng chiều sâu biến cứng phụ thuộc vào phương pháp gia công chế độ cắt Khi tăng lượng chạy dao chiều sâu cắt, chiều sâu biến cứng tăng lên ngược lại Các sai số bề mặt gia công phân biệt theo dấu hiệu hình học sau: - Sai số hình dáng (độ ô van, độ tang trống, độ đa cạnh …) - Độ sóng bề mặt - Độ nhám bề mặt (được tạo thành vết lồi, lõm tác dụng lưỡi cắt) Bề mặt có độ nhám độ sóng cao (bề mặt hình 2.1), độ nhám độ sóng vừa phải (bề mặt 2), bề mặt tương đối phẳng có độ nhám cao (bề mặt 3) bề mặt phẳng với độ nhám thấp (bề mặt 4) Hình 2.1 Độ sóng, độ nhám bề mặt gia công Bề mặt chi tiết gia công phương pháp cắt có lưỡi cắt hình thành độ nhám theo phương khác nhau: 19 a/ b/ Hình 2.2 Độ nhám ngang (a) Độ nhám dọc (b) - Độ nhám dọc (trùng với phương vectơ tốc độ cắt) - Độ nhám ngang (vuông góc với phương vectơ tốc độ cắt) Độ nhám dọc xuất lực cắt có biến đổi gây rung động Ngoài ra, độ nhám dọc xuất nguyên nhân lẹo dao Độ nhám ngang thông thường lớn độ nhám dọc Khi gia công tinh bề mặt dụng cụ hạt mài, độ nhám bề mặt theo phương ngang dọc gần Chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc vào yếu tố sau đây: - Tính chất vật liệu gia công - Phương pháp gia công - Chế độ cắt - Độ cứng vững hệ thống công nghệ - Thông số hình học dao - Dung dịch trơn nguội 2.2 Tính chất hình học lớp bề mặt 2.2.1 Độ nhám lớp bề mặt Độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi) tập hợp tất bề mặt lồi, lõm với bước cực nhỏ quan sát khoảng ngắn tiêu chuẩn Độ nhám bề mặt đặc trưng thông số bản: Chiều cao nhấp nhô Rz sai lệch profin trung bình Ra Chiều cao nhấp nhô Rz Chiều cao nhấp nhô Rz trị số trung bình khoảng cách từ đỉnh cao đến đáy thấp nhấp nhô bề mặt tế vi tính phạm vi 20 chiều dài chuẩn l Hình 2.3 độ nhám bề mặt gia công phóng đại lên nhiều lần Trị số Rz: Rz = ( h1 + h + h + h + h ) − ( h + h + h + h + h10 ) (2.1) Để đánh giá độ nhám, trước hết ta phải vẽ đường thẳng chuẩn Đường thẳng chuẩn đường trung bình vẽ cho phạm vi chiều dài chuẩn tổng diện tích (phần gạch đứng) từ hai phía (của đường chuẩn) Chiều dài chuẩn chiều dài dùng để đánh giá thông số độ nhám (l=0,01 đến 25 mm) +y B C y3 y1 h2 yi yn-1 y4 y2 h1 L yn h3 h5 h4 h6 h7 h8 h9 h10 -y A Hình 2.3 Độ nhám bề mặt chi tiết A Đường đáy; B Đường đỉnh; C Đường trung bình Sai lệch profin trung bình Ra Sai lệch profin trung bình Ra giá trị trung bình cộng giá trị chiều cao h tính từ đường trung bình phạm vi chiều dài chuẩn - Tính gần đúng: Ra = n ∑ yi n i=1 (2.2) - Tính xác: 1 R a = ∫ y i dx l x =0 Trong đó: l – Chiều dài chuẩn 21 (2.3) h - Tung độ profin đo từ đường thẳng chuẩn n – Số lượng tung độ profin đo Rz – Chiều cao nhấp nhô giá trị trung bình năm đỉnh cao năm đỉnh thấp profin đo phạm vi chiều dài chuẩn l Bước nhấp nhô Bước nhấp nhô khoảng cách hai đỉnh nhấp nhô liên tiếp tính theo hướng đường trung bình Bước nhấp nhô trung bình giá trị trung bình bước nhấp nhô phạm vi chiều dài chuẩn l: n Sn = ∑S (2.4) i n Trong đó: n – Số bước nhấp nhô (theo đường trung bình) phạm vi chiều dài chuẩn l 2.2.2 Phần vật liệu theo độ nhám Nếu cắt ngang profin bề mặt theo độ nhám độ cao (độ cao (hi, H.2.4) có phần vật liệu chi tiết bị cắt Đó phần vật liệu theo độ nhám Hình dáng độ nhám ảnh hưởng đến phần vật liệu độ cao độ nhám bề mặt Chiều dài phần vật liệu tổng chiều dài phần kim loại qua điểm độ nhám Hình 2.4 Đường cong phần vật liệu Đôi diện tích phần vật liệu F đánh giá theo phần trăm bề mặt gia công: F= li 100% L (2.5) Ở đây: li – Chiều dài độ nhám vị trí L – Chiều dài phần bề mặt quan sát Đường cong a (H.2.4) cho phép xác định giá trị cuả phần vật liệu đặc trưng cho khả chịu tải bề mặt 22 Mỗi điểm đường cong dựng cách cộng tất khoảng cách bề rộng độ nhám (l 1+l2+l3) nằm độ cao h (h tung độ đường cong) Mức độ điền đầy bề mặt kim loại cao độ chống mòn độ kín khít cuả bề mặt lắp ghép cao Như vậy, chiều cao độ nhám, phần vật liệu khác hay nói cách khác hình dáng độ nhám khác phần vật liệu khác Bảng 2.1: Cấp độ nhám giá trị tương ứng Cấp độ nhám 10 11 12 13 14 Ra( µm ) Rz( µm ) Không lớn 84 320 40 150 20 80 10 40 20 2.5 10 1.25 6.3 0.63 3.2 0.32 1.6 0.16 0.8 0.08 0.4 0.04 0.2 0.02 0.1 0.01 0.05 Chiều dài chuẩn l (mm) 2.5 0.8 0.25 0.08 Trong bảng trên, phần in nghiêng giá trị qui định ghi vẽ Từ cấp đến cấp ghi giá trị Rz; từ cấp đến cấp 12 ghi giá trị Ra Riêng cấp 13, 14 ghi giá trị Ra hay Rz Theo kinh nghiệm, thường dựa vào cấp xác kỹ kích thước để xác định độ nhám; cụ thể giá trị độ nhám ÷ 20% dung sai kích thước cần đạt 2.2.3 Độ sóng bề mặt - Độ sóng bề mặt chi tiết chu kỳ không phẳng bề mặt chi tiết quan sát phạm vi lớn độ nhám bề mặt (từ ÷ 10 mm) - Phân biệt độ nhám độ sóng: Dựa vào tỷ lệ gần Hình 2.5 Phân biệt độ sóng độ nhám 23 chiều cao nhấp nhô bước sóng (H.2.5): Độ nhám: l/h = ÷ 50; độ sóng: L/H = 50 ÷ 1000 2.3 Tính chất lý lớp bề mặt Tính chất lý lớp bề mặt gồm có: - Độ biến cứng bề mặt - Sự biến đổi cấu trúc mạng tinh thể lớp bề mặt - Độ lớn dấu ứng suất lớp bề mặt - Chiều sâu lớp biến cứng bề mặt 2.3.1 Hiện tượng biến cứng lớp bề mặt Biến cứng tượng lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội, lại có độ cứng tế vi cao lực cắt tác dụng trình gia công cắt gọt Tác dụng làm xô lệch mạng tinh thể lớp kim loại bề mặt biến dạng dẻo vùng trước sau lưỡi cắt Tính chất lớp kim loại bề mặt giới hạn bền, dộ cứng, độ giòn tăng ngược lại tính dẻo dai lại giảm Mức độ biến cứng chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào tác dạng lực cắt, mức độ biến dạng dẻo kim loại ảnh hưởng nhiệt vùng cắt 2.3.2 Ứng suất dư lớp bề mặt Khi gia công, lớp bề mặt chi tiết có ứng suất dư Trị số, dấu, chiều sâu ứng suất dư phụ thuộc vào điều kiện gia công Nguyên nhân cụ thể: - Biến dạng dẻo không khu vực bề mặt cắt lớp mỏng vật liệu - Lớp kim loại có xu hướng tăng thể tích, lớp kim loại bên giữ nguyên nên để cân xuất ứng suất dư nén lớp bên ứng suất dư kéo cho lớp bên - Nhiệt sinh vùng cắt: làm giảm mô đun đàn hồi sau bị nguội, co lại, sinh ứng suất kéo, để cân lớp bên sinh ứng suất nén - Kim loại bị chuyển pha trình cắt cộng với nhiệt cắt làm thay đổi cấu trúc vật liệu, Hình 2.6 Ảnh hưởng độ nhám bề mặt Ra tới độ mòn U chi tiết Điều kiện làm việc nhẹ Điều kiện làm việc nặng 24 dẫn đến thay đổi thể tích riêng kim loại vùng khác bề mặt gây nên ứng suất 2.4 Ảnh hưởng độ nhám bề mặt tới chất lượng chi tiết Nhiều công trình nghiên cứu chứng minh ma sát độ mòn chi tiết máy phụ thuộc vào chiều cao hình dáng độ nhám bề mặt phương vết gia công Hình 2.6 đường cong độ nhám tối ưu (các điểm O O2) ứng với độ mòn ban đầu nhỏ bề mặt tiếp xúc Ta thấy, điều kiện làm việc nặng đường cong mòn dịch chuyển phía bên phải (đường cong 2) ứng với độ nhám tối ưu có giá trị tốt Thực tế cho thấy độ mòn ban đầu chi tiết máy san phẳng 65÷70% chiều cao độ nhám số trường hợp điều kiện lắp ghép bị phá hỏng Do đó, độ nhám bề mặt cần chọn sở dung sai δ ( µ m): Khi đường kính lắp ghép>50 mm: Rz=(0,1÷0,15) δ ( µ m) (2.6) Khi đường kính lắp ghép khoảng 18÷50 mm: Rz=(0,15÷0,2) δ ( µ m) (2.7) Khi đường kính lắp ghép 0,15 mm/vòng : - Khi S P/N = cotgθ = cotg (ρ + δ - 90) = cotg (ρ - γ); µ >cotg(ρ - γ) Nếu µ = ÷ 0.5 thì: ÷ 0.5 > cotg(ρ-γ), 450 ÷ 720 < ρ-γ Như vậy, để có ứng suất dư nén γ[...]... đảm bảo chất lượng bề mặt Để đảm bảo chất lượng bề mặt gia công, trước hết phải chuẩn bị hệ thống công nghệ thật tốt, đặc biệt ở khâu gia công tinh Mục tiêu ở đây là xác định và áp dụng có hiệu quả các biện pháp công nghệ nhằm cải thiện chất lượng bề mặt về các yếu tố như độ nhám bề mặt, chiều sâu và mức độ biến cứng bề mặt, ứng suất dư của lớp bề mặt Các biện pháp nâng cao chất lượng lượng bề mặt chi... trên bề mặt gia công và xảy ra hiện tượng cắt không liên tục, do đó độ nhám bề mặt tăng Hiện tượng trượt dao thường ứng với giá trị của chiều sâu cắt trong khoảng 0, 02 ÷ 0,03 mm tùy theo độ sắc của mũi dao và vật liệu lớp bề mặt 2. 7.5 Ảnh hưởng của vật liệu gia công Vật liệu gia công ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo Vật liệu dẻo và dai dễ biến dạng dẻo sẽ làm độ nhám bề. .. Bảng 2. 2 Phương pháp gia công cơ và độ bóng tương ứng Phương pháp gia công Độ nhẵn bóng bề mặt gia công Rz (µm) Cấp nhẵn bóng Cạo 1÷3 điểm/cm2 Cạo 3÷5 điểm/cm2 10 ÷ 40 2. 5 ÷ 10 4÷6 6÷9 Đánh bóng bằng vải Đánh bóng bằng bột 0.06÷0 .25 0.06÷0.4 12 14 11÷13 Nghiền thô 2. 5÷10 6÷9 30 Nghiền bán tinh Nghiền tinh 0.63-4 0.04÷1.00 8-10 10÷14 Mài siêu tinh 0.05÷0.8 10÷14 Mài khôn thường Mài khôn có dao động 0 .25 ÷1.00... mỏng dao rộng bản 2. 8 .2 Phương pháp đạt độ cứng bề mặt Độ cứng bề mặt phụ thuộc vào các phương pháp gia công và các thông số hình học của dao Bảng 2. 3 cho biết các phương pháp gia công có khả năng tạo ra mức độ và chiều sâu biến cứng khác nhau Bảng 2. 3 Mức độ và chiều sâu biến cứng của các phương pháp gia công Phương pháp gia công Mức độ biến cứng (%) Chiều sâu biến cứng (μm) Tiện thô 120 ÷150 30÷50 Tiện... các yếu tố của chất lượng bề mặt; cũng có thể chỉ đạt được một yếu tố như độ nhám, chiều sâu lớp biến cứng hay ứng suất dư tùy theo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết và điều kiện công nghệ hiện có của nhà máy, phân xưởng 2. 8.1 Phương pháp đạt độ bóng bề mặt Có thể chọn phương pháp gia công với chế độ cắt hợp lý để tạo ra độ bóng bề mặt theo yêu cầu Bảng 2. 2 cho biết các phương pháp gia công cơ có khả năng... hầu như không còn Mặt khác giảm tính dẻo của vật liệu gia công bằng biến cứng bề mặt cũng làm giảm chiều cao nhấp nhô tế vi 2. 7.6 Ảnh hưởng của rung động hệ thống công nghệ Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công 29 Sai lệch của các... nhám bề mặt gia công thấp trước hết phải đảm bảo đủ độ cứng vững cần thiết Độ nhám bề mặt gia công còn phụ thuộc vào độ cứng vững của chi tiết khi kẹp chặt Ví dụ, khi kẹp chặt chi tiết dạng trục một đầu (kẹp congxon ), độ nhám bề mặt tăng dần từ đầu được kẹp chặt sang đầu không được kẹp chặt Khi chi tiết gia công được chống tâm hai đầu thì độ nhám bề mặt tăng dần từ hai đầu đến tâm của chi tiết 2. 8... tinh 140÷180 20 ÷60 31 Phay bằng dao phay mặt đầu Phay bằng dao phay trụ Khoan và khoét 140÷160 40÷100 120 ÷140 40÷80 160÷170 180 20 0 Doa 150÷160 150 20 0 Chuốt 150 20 0 20 ÷75 Phay lăn răng và xọc răng 160 20 0 120 ÷150 Cà răng 120 ÷180 80÷100 140÷160 30÷60 160 20 0 30÷60 125 ÷130 20 ÷40 150 16 25 Mài tròn thép chưa nhiệt luyện Mài tròn ngoài thép ít cácbon Mài tròn ngoài thép nhiệt luyện Mài phẳng 2. 8.3 Phương...Khi gia công với lượng chạy dao S=0, 02 0,15 mm/vòng thì bề mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi giảm Nếu gia công với S0,15 mm/vòng thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với các yếu tố hình học, làm cho độ nhám bề mặt tăng... P và (2. 11) P/N =cotg θ (2. 12) 0 Khi đó: θ = ρ + δ -90 ; Với: µ là hệ số Poatxong, ρ - góc ma sát giữa dao và bề mặt gia công, 32 δ - góc cắt của dao Từ đó, ta có: µ > P/N = cotgθ = cotg (ρ + δ - 90) = cotg (ρ - γ); µ >cotg(ρ - γ) Nếu µ = 1 ÷ 0.5 thì: 1 ÷ 0.5 > cotg(ρ-γ), 450 ÷ 720 < ρ-γ Như vậy, để có ứng suất dư nén thì γ