Đang tải... (xem toàn văn)
Việc nghiên cứu ảnh hưởng trực tiếp của chế độ gia công tinh tới tính dị hướng của lực ma sát là rất cần thiết và sẽ giải thích được những hư hỏng bề mặt không được kể đến trong quá[r]
(1)Nghiên cứu tính dị hướng ma sát bề mặt mài tinh thép C45 Study on Anisotropy of Surface Friction of Steel C45 Conducted by Fine-Grinding Method
Nguyễn Thùy Dương1,* Phạm Văn Hùng1
, Nguyễn Văn cảnh2, Nguyễn Trường Sinh3
1 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Số 1, Đại Cồ Việt, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội
2 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Phường Minh Khai, Quận Bắc Từ Liêm, Thành phố Hà Nội 3 Học Viện kỹ thuật Quân sự, 236 Hoàng Quốc Việt, Cổ Nhuế, Bắc Từ Liêm, Hà Nội
Đến Tòa soạn: 18-6-2018; chấp nhận đăng: 18-01-2019
Tóm tắt
Bề mặt chuyển động cặp ma sát gia công phương pháp công nghệ phù hợp nhằm giảm thiểu ma sát, mòn nâng cao tuổi làm việc Đối với cặp ma sát có yêu cầu cao chất lượng bề mặt lắp ghép thông thường gia công lần cuối phương pháp mài tinh Chuyển động tạo hình máy cơng cụ nói chung chuyển động tạo hình máy mài nói riêng để gia công hết các bề mặt tồn lượng chạy dao dọc lượng chạy dao ngang Hai lượng chạy dao thường khác nhau giá trị dẫn tới chất lượng bề mặt ma sát theo phương chạy dao ngang phương chạy dao dọc khơng đồng Bài báo trình bày kết nghiên cứu tính dị hướng ma sát bề mặt gia công bằng phương pháp mài tinh Kết nghiên cứu cho thấy điều khiển tính dị hướng ma sát bề mặt thơng qua thơng số cơng nghệ trình mài tinh nhằm giảm thiểu ma sát nâng cao hiệu suất làm việc
Từ khóa: Tạo hình bề mặt mài, ma sát bề mặt, tính dị hướng bề mặt Abstract
The moving surfaces of the friction pairs are usually machined using appropriate technological methods to minimize the friction, wear and to improve the longevity For the friction pairs that require a high surface quality are usually finished by the fine-grinding The shaping motion of machine tools in general and the grinding machine in particular for machining whole surfaces always exist a longitudinal and horizontal feed rates These two feed rates are often different so that results in a different quality of horizontal and longitudinal friction surface This paper presents the study results of anisotropy of the surface friction which is conducted by fine-grinding method The results show that the anisotropy of surface friction can be controlled through the fine-grinding technological parameters to minimize the friction and to improve the operation efficiency
Keywords: Surface grinding, surface friction, anisotropy of surface
1 Giới thiệu*
Chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công yếu tố quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến khả làm việc định tuổi thọ chi tiết Hiện nay, để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết đáp ứng yêu cầu làm việc ngày cao, có nhiều phương pháp gia cơng để nâng cao chất lượng bề mặt: Mài tinh, khôn, nghiền, phun bi, lăn bi …Trong đó, mài phương pháp gia công tinh lần cuối sử dụng phổ biến chi tiết máy có chuyển động đảm bảo chế độ lắp ghép Phương pháp mài tinh đạt cấp độ bóng 9-10[1,2]
* Địa liên hệ: Tel.: (+84) 904447096 Email: duong.nguyenthuy@hust.edu.vn
(2)Trong q trình gia cơng chi tiết máy có phối hợp chuyển động tạo hình máy cơng cụ, cụ thể chuyển động quay trục chuyển động chạy dao [5] Trên thực tế, chuyển động chạy dao máy công cụ thường khác Chính vậy, chất lượng bề mặt nói chung, độ nhám nói riêng bán kính cong đỉnh nhấp nhô theo phương chạy dao (dọc ngang) có giá trị khác Đây nguyên nhân dẫn đến chất lượng bề mặt nhám theo phương khác Sự khác có ảnh hưởng trực tiếp đến vectơ lực ma sát so với vectơ tốc độ vận hành làm xuất tính dị hướng ma sát [6] gây dao động làm mòn cặp ma sát Điều nguy hiểm khơng kể đến q trình thiết kế chi tiết vận hành bảo dưỡng Việc nghiên cứu ảnh hưởng trực tiếp chế độ gia cơng tinh tới tính dị hướng lực ma sát cần thiết giải thích hư hỏng bề mặt không kể đến q trình tính tốn thiết kế lại xuất trình làm việc theo phương khác
2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định tính dị hướng ma sát bề mặt
Mục tiêu thực nghiệm: Khảo sát đánh giá tính dị hướng ma sát bề mặt chi tiết sau mài tinh với chế độ chạy dao dọc khác
2.1 Thiết bị thử nghiệm
Khảo sát tính dị hướng ma sát bề mặt, sử dụng thiết bị đo ma sát đa UMT hãng CETR Mỹ chế tạo Thiết bị có khả đo lực ma sát, đo lượng mịn, thử nghiệm tính, thử nghiệm bơi trơn… có sơ đồ ngun lý hình 1.1
Hình Sơ đồ nguyên lý thiết bị UMT
Thiết bị sử dụng cảm biến đo siêu xác, đo đồng thời tải trọng mơmen từ trục (2D) tới trục (6D), lực đo xác từ mN tới kN với độ phân giải 0.00003% thang đo
Thiết bị kết nối điều khiển máy tính với 16 kênh thu thập liệu có độ xác phân giải cao Xử lý thị kết phần mềm CETR Phần mềm cho phép hiển thị hay nhiều đồ thị kết đo chế độ khác Hình 1.2 thể giao diện hình hiển thị kết đo xử lý số liệu gồm: Đồ thị tải trọng; Đồ thị mòn; Đồ thị lực ma sát; Đồ thị hệ số ma sát; Vùng cho phép chọn loại đồ thị hiển thị; Giá trị trung bình đồ thị
Hình Giao diện hình hiển thị kết đo xử lý số liệu
2.2 Sơ đồ đo
Khảo sát tính dị hướng ma sát tiến hành với viên bi phẳng theo tiêu chuẩn ASTM G 133 Lực ma sát dị hướng xuất có tương tác ma sát bi bề mặt nhám Tải trọng đặt lên viên bi tác động lên mẫu phía phẳng có chuyển động tịnh tiến Sơ đồ đo trình bày hình 1.3
Hình Sơ đồ đo ma sát 2.3 Mẫu thí nghiệm
(3)Các thông số công nghệ trình mài tinh mẫu thép C45
- Thiết bị chế tạo: Máy mài 3E 711E
- Đá mài: Ct 60 – TB1G, D250xd75xB40mm - Vận tốc cắt: V = 35m/s
- Chiều sâu cắt: t = 0.03mm
- Lượng chạy dao ngang: Sn = 0,3m/ph
- Lượng chạy dao dọc: Sd1=15,4m/ph Sd2 = 19,2m/ph, Sd3 = 23m/ph
Hình Mẫu sau mài tinh Kết thảo luận
Thực nghiệm tiến hành sau: Các mẫu chế tạo phơi ban đầu giống Sau mài tinh với chế độ gia công tinh khác có Sd1 = 15,4m/ph, Sd2 = 19,2m/ph, Sd3 = 23m/ph Các mẫu sau mài tinh tiến hành đo lực ma sát thiết bị đo UMT, theo phương tương ứng chạy dao dọc chạy dao ngang để xác định tính dị hướng ma sát với thông số máy sau:
- Tần số 3Hz
- Tải tác dụng: P = 20N - Thời gian thử 300s - Hành trình tịnh tiến 10mm
Với mẫu thi nghiệm xác định tính dị hướng ma sát theo phương chạy dao (dọc hướng gia công ngang hướng gia công) hình
a/Theo phương chạy dao
dọc b/Theo phương chạy dao ngang
Hình Phương chuyển động mẫu đo 3.1 Kết thực nghiệm tính dị hướng ma sát theo phương chạy dao dọc
Kết thực nghiệm khảo sát với Sd/Sn = 15,4/0,3 thể hình
Hình Đồ thị lực ma sát dị hướng mẫu Sd1 /Sn= 15,4/0,3
Các giá trị đo ma sát hình cho thấy thành phần lực ma sát có giá trị trung bình là: Theo phương chạy dao dọc Fx= 4,268N, theo phương chạy dao ngang Fy = 1,744N
Đồ thị lực ma sát Fx theo thời gian có dạng đồ thị nguyên tắc biến đổi chung lực ma sát gồm giai đoạn: Giai đoạn dịch chuyển ban đầu, giai đoạn gián đoạn giai đoạn trượt hoàn toàn [3,4]
Thành phần lực ma sát dị hướng Fy có phương vng góc phương chuyển động đo X (trùng với phương chạy dao ngang) Giá trị Fy nhỏ so với Fx, dao động quanh giá trị trung bình 1,744N Fy 40% Fx
Tương tự với mẫu có lượng chạy dao Sd2 /Sn = 19,2/0,3 mẫu có lượng chạy dao Sd3 /Sn = 23/0,3 có đồ thị biến thiên lực ma sát Fx lực ma sát dị hướng Fy hình
a/ Mẫu 2, Sd2/Sn = 19,2/0,3
b/ Mẫu 3, Sd3/Sn = 23/0,3
Hình Đồ thị lực ma sát dị hướng mẫu mẫu Từ đồ thị hình 6, cho thấy có xuất lực ma sát theo phương X Y mẫu chuyển động theo phương X, điều thể tồn tính dị hướng ma sát bề mặt, giá trị tổng hợp bảng
(4)Bảng 1: Giá trị lực ma sát theo phương thay đổi lượng chạy dao dọc
Các thông số
Mẫu Sd1 = 15,4m/ph
Mẫu Sd1 = 19,2m/ph
Mẫu Sd1 = 23m/ph
Lực Fx (N) 4,268 4,962 5,64
Lực Fy(N) 1,744 0,653 0,077
Fmst(N) 4,61 5,0 5,64
Từ bảng số liệu cho thấy có phụ thuộc lực ma sát bề mặt vào lượng chạy dao dọc Khi lượng chạy dao tăng từ 15,4m/ph đến 23m/ph lực ma sát Fx tăng từ 16,3% - 32,1% lực ma sát dị hướng Fy giảm từ 62,56% – 95,6%
3.2 Kết thực nghiệm tính dị hướng ma sát theo phương ngang hướng gia công
Kết thực nghiệm khảo sát ma sát bề mặt với Sd/Sn = 15,4/0,3 thể hình
Các giá trị đo ma sát hình cho thấy thành phần lực ma sát có giá trị trung bình là: Fx = 6,371N, Fy = 0,05N đồ thị lực ma sát theo thời gian tuân theo nguyên tắc chung
Hình Đồ thị lực ma sát dị hướng mẫu Sd1 /Sn= 15,4/0,3
a/ Mẫu 2, Sd2/Sn = 19,2/0,3
b/ Mẫu 3, Sd3/Sn = 23/0,3
Hình Đồ thị lực ma sát dị hướng mẫu mẫu
Vẫn tồn thành phần lực ma sát dị hướng Fy có phương vng góc phương chuyển động đo X (nhưng Fy lại trùng phương chạy dao dọc) Giá trị Fy nhỏ, dao động quanh giá trị 0.05N Fy = 0.78% Fx
Tương tự với mẫu có lượng chạy dao Sd2 /Sn = 19,2/0,3 (m/ph) mẫu có lượng chạy dao Sd3 /Sn = 23/0,3 có đồ thị biến thiên lực ma sát Fx lực ma sát dị hướng Fy hình
Từ đồ thị hình 8, cho thấy xuất lực ma sát theo phương X, Y thể tính dị hướng ma sát bề mặt Giá trị lực ma sát Fy nhỏ từ 0,78% - 32,9% Fx thể bảng
Từ bảng số liệu cho thấy mẫu đo chuyển động ngang hướng chạy dao dọc, lức ma sát biến thiên theo lượng chạy dao Giá trị lực ma sát tổng lượng chạy dao Sd2 nhỏ Fmst = 77% - 85% giá trị lực ma sát tổng hai lượng chạy dao lại giá trị dị hướng Fy lớn
Bảng 2: Giá trị lực ma sát theo phương mẫu chuyển động ngang hướng chạy dao dọc
Các thông số
Mẫu Sd1 = 15,4m/ph
Mẫu Sd2 = 19,2m/ph
Mẫu Sd3 = 23m/ph
Fx (N) 6,371 4,665 5,756
Fy(N) 0,05 1,534 0,382
Fmst(N) 6,371 4,91 5,769
Tính dị hướng ma sát bề mặt có chuyển động tương đối thể thông qua đặc trưng dị hướng dh hình 10
Hình 10 Đặc trưng dị hướng bề mặt dh Trên hình 10 cho thấy mẫu đo chuyển động với vận tốc tác dụng tải trọng P, xuất lực ma sát Fmst có phương ngược chiều với góc lệch
dh ( ) Fx – Lực ma sát theo phương ngược chiều chuyển động (phương chạy dao dọc ngang) Fy – Lực ma sát theo phương vuông góc chiều chuyển động
Như vậy, tính dị hướng ma sát bề mặt xác định thông qua tồn góc dh (đặc trưng dị hướng ma sát bề mặt) hợp phương chuyển động lực ma sát tổng (lực ma sát thực tế) Đặc tính dị hướng ma sát bề mặt mẫu thép C45 mài tinh thể bảng
(5)Bảng 3: Đặc tính dị hướng dh ma sát bề mặt theo phương chạy dao
dh Mẫu Mẫu Mẫu
dh_dọc 22,20 7,410 0.570
dh_ngang 0.450 18.220 3.780
Hình 11 thể đặc tính dị hướng ma sát bề mặt lượng chạy dao dọc thay đổi
Từ bảng đồ thị hình 11 cho thấy, chuyển động mẫu thử theo phương chạy dao dọc tính dị hướng giảm từ 220 - 10 tăng lượng chạy dao Khi chuyển động theo phương chạy dao ngang đặc tính dị hướng dh có tính phi tuyến cao giá trị dh_ngang lớn đến 180
Hình 11 Đồ thị đặc tính dị hướng bề mặt theo phương chạy dao
4 Kết luận
Bề mặt tiếp xúc cặp ma sát gia cơng phương pháp cắt gọt nói chung phương phương mài tinh nói riêng, chuyển động tương đối, xuất hiện tượng ma sát dị hướng Giá trị dị hướng lực ma sát phụ thuộc vào thông số công nghệ gia công đặc trưng qua góc dh (đặc tính dị hướng)
Thay đổi lượng chạy dao dọc phạm vi thực tế từ 15,4m/ph – 23m/ph mài tinh bề mặt ma sát lực ma sát tổng thay đổi từ 8% - 22,3% theo phương chạy dao dọc 17,5% - 30% theo phương chạy dao ngang
Trong phạm vi thay đổi lượng chạy dao nghiên cứu phương chạy dao, lực ma sát dị hướng Fy có giá trị thay đổi khoảng 0,78% – 40,86 % lực ma sát Fx
Để tăng hiệu suất làm việc cặp ma sát điều kiện gia công thực tế cần lựa chọn chuyển động tạo hình, phương chạy dao giá trị lượng chạy dao phù hợp gia công chế tạo bề mặt ma sát, đặc biệt mài tinh chi tiết để có giá trị lực ma sát dh theo yêu cầu
Như vậy, tồn tính dị hướng ma sát bề mặt thực tế Tính dị hướng phụ thuộc vào chế độ gia công hướng gia công Ma sát dị hướng gây ổn định chi tiết theo phương vng góc với chuyển động, gây rung động đồng thời gây mòn cho cho chi tiết đảm nhiệm chức hạn chế chuyển động ngang vai trục, vai gờ chuyển động quay lồng không, phanh hãm lị xo…Trong q trình làm việc, việc mịn gẫy phanh hãm, lò xo thường xảy cố nghiêm trọng cần phải tránh cần quan tâm bảo dưỡng thay
Lời cảm ơn
Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đề tài mã số T2017-PC-049 Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Văn Hùng, Ma sát học, NXB khoa học & kỹ thuật, 2005
[2] Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Văn Thêm, kỹ thuật ma sát kỹ thuật nâng cao tuổi thọ thiết bị, NXB khoa học & kỹ thuật, 1990
[3] Mr Kamlesh Pal1 and Vaibhav Shivhare, The Influence of Cutting Parameter of Surface Grinder on the Surface Finishing and Surface Hardness of Structural Stee, Volume 1, Number 1, December, 2014, pp 11 -14
[4] Amandeep Singh Padda, Satish Kumar, Aishna Mahajan, Effect of Varying Surface Grinding Parameters on the Surface Roughness of Stainless Steel, International Journal of Engineering Research and General Science Volume 3, Issue 6, November-December, 2015
[5] Phạm Văn Hùng, Nguyễn Phương, Cơ sở máy công cụ, NXB khoa học kỹ thuật, 2006