CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY
4.2.1 Aûnh hưởng của độ nhấp nhơ bề mặt
a) Đối với tính chống mịn
Chiều cao và hình dáng khơng bằng phẳng của bề mặt cùng với chiều của vết gia cơng ảnh hưởng đến ma sát và mài mịn.
Trong giai đoạn đầu làm việc các bề mặt chỉ tiếp xúc với nhau ở một số đỉnh cao nhấp nhơ (hình 4.2). Tại các đỉnh tiếp xúc đĩ áp suất rất lớn, thường vượt qúa giới hạn chảy và cĩ khi quá cả giới hạn bền của vật liệu . Aùp suất đĩ làm cho các điểm tiếp xúc bị nén đàn hồi và làm biến dạng dẻo các nhấp nhơ tức là biến dạng tiếp xúc. Biến dạng loại này đĩng một vai trị quan trọng đối với độ cứng vững của máy mĩc .
L l K n n i ∑ = = 1 Chi tiết A Chi tiết B l2 l3 l4 l5 li l1 Hình 4.2
Sơ đồ tiếp xúc ban đầu của cặp chi tiết ma sát với nhau K: hệ số tiếp xúc.
L: diện tích mặt tiếp xúc. li : diện tích tiếp xúc thực. Khi hai bề mặt chuyển động tương đối với nhau xảy ra trượt dẻo ở các đỉnh nhấp nhơ
dẫn đến hiện tượng mịn nhanh chĩng ban đầu, khe hở lắp tăng lên.Trong điều kiện làm việc nhẹ và trung bình, mịn ban đầu cĩ thể làm cho chiều cao nhấp nhơ giảm 65-75%, lúc đĩ diện tích tiếp xúc thực tăng lên và áp suất giảm xuống. Sau giai đoạn này mịn trở nên bình thường và chậm.
Quá trình mài mịn của một cặp chi tiết ma sát với nhau thường qua 3 giai đoạn. Quy luật mịn như sau:
- Giai đọạn I là giai đoạn mịn khốc liệt (mịn nhanh); - Giai đọan II là giai đoạn mịn ổn định (mịn chậm);
- Giai đọan III là giai đọan mịn phá hủy, mịn rất nhanh dẫn đến sự phá hủy. Trong hình 4.3,
đường cong biểu diễn 3 độ mịn ban đầu khác nhau (αa >αb >αc ) do độ nhẵn bĩng bề mặt ban đầu khác nhau. Bề mặt cĩ độ nhẵn bĩng bề mặt kém thì giai đoạn mịn ban đầu rất nhanh (t1a < t1b < t1c) và tuổi thọ của chi tiết (vì mịn) cũng rút ngắn (t2a < t2b < t2c ). t2a t2b t2c αa t1at1bt1c Độ mịn cho phé p Độ mịn μm b α αc
Hình 4.3 Quá trình mài mịn của một cặp chi tiết ma sát với nhau
a b c
Thời gian
b) Đối với độ bền mỏi của chi tiết
Độ nhẵn bĩng 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 nhơ cĩ ứng suất tập trung với trị số rất lớn cĩ khi vượt qúa giới hạn mỏi của vật liệu. Lúc đĩ dễ tạo thành các vết nứt là nguồn gốc phá hoại chi tiết.
Vi dụ: Thực nghiệm khi tiện thép 45 với chiều cao nhấp nhơ 75μm sẽ cĩ giới hạn mỏi δ−1= 195MN/m2 (19,5 KG/mm2) nếu chiều cao nhấp nhơ giảm xuống 2μm thì δ−1 =282 MN/m2 (28,2 KG/mm2) tức là tăng 47%.
Độ bền khi chịu tải trọng va đập cũng tăng nếu độ nhẵn bĩng bề mặt tốt. Thực nghiệm cho thấy nếu tăng độ nhẵn bĩng bề mặt của một mẫu thép CT5 từ ∇1 đến ∇11 thì độ bền chịu va đập tăng 17%. Vì vậy độ nhẵn bĩng bề mặt tốt thì độ bền của chi tiết máy cũng cao.
c) Đối với tính chống ăn mịn của lớp bề mặt
Các chỗ lõm bề mặt là nơi chứa đựng các axít, muối và các tạp chất khác, chúng cĩ tác dụng ăn mịn hố học kim loại. Sau khi ăn mịn hết bề mặt lại tạo thành các nhấp nhơ -115-
mới và cứ thế tiếp tục. Các chất ăn mịn đọng ở các chỗ lõm của vết nhấp nhơ sẽ ăn mịn theo sườn dốc của các nhấp nhơ đĩ theo chiều mũi tên (hình 4.4) dần dần làm mất các nhấp nhơ cũ và hình thành các nhấp nhơ mới và cứ thế tiếp tục .
Vì vậy bề mặt càng nhẵn bĩng thì càng ít bị ăn mịn, bán kính đáy lõm càng lớn thì mức độ chống ăn mịn càng cao. Để chống ăn mịn ta thường phủ lên bề mặt một lớp bảo vệ như mạ crơm, mạ nicken hoặc làm chắc bề mặt.
Hình 4.4 Quá trình ăn mịn hĩa học trên bề mặt chi tiết
Nhấp nhơ mới Nhấp nhơ 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 dơi) lắp, mà khe hở lại quyết định phần lớn bởi độ nhẵn bĩng các bề mặt lắp ghép với nhau. Ta biết rằng hai lần chiều cao nhấp nhơ (2Rz) tham ra vào trường dung sai chế tạo chi tiết (đối với lỗ dung sai đường kính giảm bớt 2Rz , đối với trục tăng thêm 2Rz).
Trong giai đoạn mịn ban đầu, chiều cao nhấp nhơ cĩ thể giảm 65 ÷ 75%, điều này làm cho khe hở mối lắp tăng lên và độ chính xác lắp ghép giảm đi. Như vậy, đối với các mối lắp lỏng, để đảm bảo ổn định của các mối lắp trong thời gian sử dụng, trước hết giảm độ nhấp nhơ các mặt làm việc đến tối thiểu. Giá trị hợp lý của chiều cao nhấp nhơ Rz được xác định theo độ chính xác của mối lắp và tùy theo trị số của dung sai kích thước lắp ghép δ.
Ví dụ : - Nếu đường kính lắp ghép lớn hơn 50mm thì Rz = (0,1 ÷ 0,15)δ. - Nếu đường kính lắp ghép từ 18 đến 50mm thì Rz = (0,15 ÷ 0,2)δ. - Nếu đường kính lắp ghép nhỏ hơn 18 mm thì Rz = (0,2 ÷ 0,25)δ. Trong đĩ δ và Rz tính bằng μm.
Thực nghiệm cho thấy độ bền của mối lắp ghép cĩ quan hệ trực tiếp với độ bĩng bề mặt lắp ghép. Tăng chiều cao nhấp nhơ thì độ bền mối lắp ghép giảm.