L ỜI NÓI ĐẦU
3.1 Phân tích chuyển động, xây dựng sơ đồ gá đặt
3.1.1 Mài lòng mo mũi kéo
Theo phân tích ở trên muốn tạo hình lòng mo lưỡi kéo cần có các chuyển động sau: Đá quay tròn quanh tâm đá, Chi tiết quay tròn quanh tâm gá.
Hình 3.1. Hình biểu diễn sơ đồ gá đặt - mài lòng mo lưỡi kéo vế trái
Học viên : Lê Văn Thắm
Để mài được chính xác lòng mo thì vị trí tương quan giữa Đá và chi tiết chi tiết phải chính xác và ổn định.
- Chi tiết phải định vị đủ 6 bậc tự do (mang kéo 3 bậc, chốt trụ ngắn qua lỗ khoan vít kéo 2 bậc, và chốt chống xoay vào mặt trong chân kéo). Kéo được kẹp chặt bằng ren hoặc khí nén.
Để tăng độ cứng vững cho kéo khi mài ta dùng chốt tỳ điều chỉnh đỡ vào phía mặt sau của mũi kéọ
Sai số chuẩn khi định vị trong trường hợp này bằng không, do chuẩn định vị tùng với gốc kích thước.
- Kéo được gá trên Đồ gá, đồ gá có thể lắc quanh tâm O1 bán kính Rx = 58 trong mặt phẳng ZOỴ
- Dụng cụ Đá quay tròn và đá mài có dạng trụ hoặc côn Φđá max = 350, Nếu đường kính đá ≠ Φ350 thì phải nghiêng trục đá 1 góc Ψ trong mặt phẳng YOZ, Góc Ψđược tính theo công thức sau:
Ψ= arc cos Ψ (3.1)
với Cos Ψ = Φđá/350.
Sao cho khoảng cách ( tương đương) giữa tâm đá đến bề mặt tiếp xúc giữa đá và lòng mo lưỡi kéo luôn đảm bảo Rm = 175.
Học viên : Lê Văn Thắm
- Tương tự như mài lòng mo lưỡi kéo vế trái , lưỡi kéo vế phải cũng được gá trên đồ gá và đồ gá có thể quay tròn xung quanh tâm O, bán kính quay tròn Rx 62 bằng khoản cách từ tâm đá đến bề mặt mang kéọ Xem hỉnh 3.3.
a
Học viên : Lê Văn Thắm
3.1.2 Mài mặt sau lưỡi kéo
Để mài mặt sau lưỡi kéo có thể mài bằng tay hoặc bằng máỵ Khi mài bằng máy cần bổ xung thêm một chuyển động quay quanh trục OZ như hình 3.4.
Chuyển động quay của chi tiết bị ràng buộc bởi công thức:
RCLsinβ- (│y02│+ y0) = RX . sinϕĐối với vế trái (3.2) Hình 3.3
Hình biểu diễn đồ gá mài lòng mo lưỡi kéo vế phải
Hình 3.4.Hình biểu diễn đồ gá mài mặt sau lưỡi kéo b
Học viên : Lê Văn Thắm
RCRsinβ- (│y02│+ y0) = RX . sinϕĐối với vế phải (3.3) Khi mài mặt sau bằng máy có thể dùng 1 trong 3 phương án sau:
- Mài mặt sau với chuyển động quay quanh trục OZ và OX bị ràng buộc bởi công thức 3.2 và 3.3 với đồ gá chuyên dùng.
- Mài mặt sau với chuyển động quay quanh trục OZ và OX bị ràng buộc bởi công thức 2.8 và 2.13, trên máy mài CNC.
- Sử dụng tay máy hoặc ROBOT. Ngoài ra có thể mài bằng tay .
3.2 Tính toán sai số gá đặt.
- Sai số gá đặt là sai số tổng hợp của sai số chuẩn, sai số kẹp chặt, sai số đồ gá và được xác định theo công thức:
εgđ = εc +εkc + εđg (3.4) Trong đó: εgđ làsai số gá đặt εc là sai số chuẩn εkc là sai số kẹp chăt; εđg là sai số đồ gá Do tâm lỗ và bề mặt mang kéo là chuẩn định vị và trùng với gốc kích thước nên sai số chuẩn εc = 0;
Hình 3.5 Sơđồ xác định sai số định vị khi mài lòng mo lưỡi kéo
Học viên : Lê Văn Thắm
Bề mặt kẹp vuông góc với bề mặt định vị sai số kẹp chặt εkc rất nhỏ có thể bỏ quạ
Sai số đồ gá gây ảnh hưởng tới độ chính xác của lòng mo xảy ra khi chốt định vị vào bề mặt lỗ và mặt phẳng mang kéo bị lỏng hoặc mòn, làm cho kéo bị xoay đi một góc Ω sẽ làm thay đổi trị số góc trước của lòng mo và độ chính xác của đường cong lưỡi cắt.
Gọi khoảng cách tâm của 2 chốt định vị là a, khoảng cách từ tâm lỗ vít kéo đến mũi kéo là b, lượng mòn của 2 chốt đẩy lệch kéo về 1 bên là ∆ ( theo phương Ox ) thì kéo sẽ bị xoay đi 1 góc là ξ và góc ξ được tính theo công thức:
tg ξ = ∆/a (3.5)
Khi đó đầu mũi kéo sẽ bị lệch theo phương Ox 1 lượng ∆’:
∆’ = ∆.b/a (3.6)
Góc trước của lưỡi cắt sẽ lệch 1 lượng ∆γđược suy ra từ công thức: (3.7)
Trong đó γ’’ là góc trước của lưỡi kéo sau khi đã bị xoaỵ
Để đảm bảo tính năng làm việc của lưỡi kéo ta phải khống chế lượng mòn ( hoặc dơ) ∆ của các chốt định vị nhỏ hơn 1 giá trị nhất định và tăng khoảng cách a lớn nhất có thể để các trị số kích thước và góc trước không vượt khỏi phạm vi cho phép.
Ngoài một số vấn đề trình bày ở trên ta cũng cần khống chế sai số điều chỉnh đồ gá khi gá đặt sao cho mặt phần đối xứng của 2 lưỡi kéo ( trục Oy) phải
) 1 ( cos1 . cos ' ' ' γ β ξ γ γ − tg = tg − tg
Học viên : Lê Văn Thắm
nằm cùng trong mặt phẳng của trục đá mài cũng như phải thường xuyên điều chỉnh góc nghiêng của trục đá nhằm đảm bảo bán kính lòng mọ
Do đá mài bị mòn theo thời gian khi mài nên đường kính đá giảm xuống nếu không kịp thời điều chỉnh thì kích thước của lòng mo cũng sẽ thay đổi theọ Lượng thay đổi kích thước bán kính của lòng mo chính bằng lượng mòn của đá.
∆m = ∆Rm
Khi đá mòn góc trước γ của lòng mo cũng thay đổi theo công thức (3.6) sinγ - sinγ’’’ = B/Rm – B/(Rm - ∆m) Hay
γ - γ’’’ = arcsin (B/Rm) - arcsin B/(Rm - ∆m) (3.6) Thông thường sự thay đổi này trên mỗi
lưỡi kéo rất nhỏ, nhưng sau một loạt n chi tiết thì sai số này trở nên đáng kể, khi đó ta cần sửa đá và điều chỉnh đường kính đá cho phù hợp.
Biện pháp dùng để điều chỉnh kích thước đá là ta quay trục đá trong mặt phẳng ZOY một Ψ sao cho đường kính đá tương đương bằng đường kính đá ban đầụ Góc quay Ψ công thức được xác định theo công thức :
Ψ= arc cos(Φđá/350) (3.7) Hình 3.6. Sơ đồ tính góc
Học viên : Lê Văn Thắm
CHƯƠNG IV
BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT TRONG LĨNH VỰC SẢN XUẤT DỤNG CỤ Y TẾ.
Chất lượng bề mặt bao gồm: Độ bóng, độ sóng; trạng thái, tính chất cơ lý (tổ chức hạt, độ cứng…) và phản ứng của lớp bề mặt với môi trường làm việc: tính chống mòn, chống xâm thực hóa học, độ bền mỏi, tính bền nhiệt…
Chất lượng bề mặt ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của chi tiết máy nói chung và dụng cụ y tế nói riêng, đặc biệt là các dụng cụ có lưỡi cắt, dụng cụ phẫu thuật.
Trong các dụng cụ phẫu thuật thì chất lượng bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất làm việc, tuổi bền làm việc và quan trọng hơn là nó ảnh hưởng đến tâm lý của người sử dụng cũng như tâm lý của bệnh nhân.
Dụng cụ y tế, cụ thể là các dụng cụ phẫu thuật như dao mổ, kéo mổ, … không phải là dụng cụ dùng một lần mà chúng là các dụng cụ được sử dụng nhiều lần. Sau mỗi lần sử dụng chúng phải được khử trùng bằng nhiều phương pháp khác nhau như luộc nước sôi, sấy trong lò với nhiệt độ lên tới hàng trăm độ, hay được tẩy trùng bằng các loại dung dịch hóa chất.
Học viên : Lê Văn Thắm
Sau các lần khử trùng chúng đòi hỏi phải giữđược độ cứng ban đầu, lưỡi cắt phải sắc không bị sứt mẻ, bề mặt phải trơn nhẵn, không gị rỗ gỉ,… điều đó đòi hỏi khi chế tạo phải sử dụng vật liệu phù hợp chịu được tác động của nhiệt độ, hóa chất. Mặt khác phải sử dụng các phương pháp gia công cơ, nhiệt luyện, hóa học … để đảm bảo được hình dạng, biên dạng, góc độ của lưỡi cắt, độ bóng bề mặt và các tính chất cơ lý khác nhằm duy trì được sự ổn định, độ bền lâu và tuổi thọ của dụng cụ cũng như tính thẩm mỹ của chúng.
Chúng ta hãy tưởng tượng khi Dao mổ, Kéo mổ bị rỗ hoặc bị gỉ sét hoặc bị sứt mảnh, nhay cùn trong khi mổ, nó ảnh hưởng như thế nào tới tính chất vô trùng, độ chính xác khi phẫu thuật, thời gian phẫu thuật… đặc biệt trong những trường hợp quan trọng phải chạy đua với tử thần để cứu sống bệnh nhân ?
Do vậy việc nghiên cứu các biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt của Dụng cụ y tế có ý nghĩa kinh tế và xã hội rất lớn.
Dụng cụ y tế có nhiều chủng loại, phạm vi phân bố rất rộng. Trong phạm vi của Đề tài, mới chỉ tập trung nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt của dụng cụ y tế từ đó kiến nghị một số giải pháp làm tăng chất lượng bề mặt của một số dụng cụ y tế, cụ thể là của Kéo mổ Moayo 160.
4.1 Những yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt Dụng cụ y tế áp dụng với kéo Moayo 160
Từ yêu cầu bề mặt làm việc phần đầu của kéo Moayo về: - Góc độ cắt phải ổn định ( góc độ làm việc γ, α); - Lưỡi kéo phải sắc và là đường cong trơn liên tục;
- Khi cắt hai lưỡi cắt chỉ được tiếp xúc nhau tại một điểm và điểm này di chuyển từ phần mang ra phần mũi kéo .
Học viên : Lê Văn Thắm
- Độ bóng cao ( Cấp 9-10) - Độ cứng cao ( 52 – 55HRC)
- Không bị gỉ sét dưới tác dụng của môi trường hoặc hóa chất… Để đáp ứng được các yêu cầu trên đặc biệt là yêu cầu về chất lượng bề mặt của Kéo Moayo ta phải nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng chất lượng bề mặt đó là :
- Vật liệu của chi tiết và dụng cụ gia công; - Phương pháp gia công và chế độ cắt (v,s,t).
- Chất lượng sau nhiệt luyện ( Độ cứng và tổ chức hạt…) - Điều kiện gia công (Dung dịch trơn nguội…)
- …
4.1.1. Ảnh hưởng của vật liệu của chi tiết tới chất lượng bề mặt.
Vật liệu ảnh hưởng quan trọng tới chất lượng bề mặt của dụng cụ và trong nhiều trường hợp nó có vai trò quyết định trong việc chống lại các tác động có hại từ môi trường.
Dụng cụ y tế thường được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau nhưng chủ yếu nhất vẫn là thép không gỉ, thép các bon chất lượng tốt và một số hợp kim, kim loại màu, ngoài ra chúng còn được làm từ một số vật liệu khác.
Khi sử dụng vật liệu bằng thép các bon, sau khi gia công cơ, nhiệt luyện, mài, đánh bóng thì dụng cụ cần phải mạ hoặc sơn để bảo vệ lớp bề mặt. Riêng các dụng cụ phẫu thuật bắt buộc phải mạ Cr – Ni nếu sử dụng cho ngườị
Khi sử dụng vật liệu bằng thép không gỉ, sau khi gia công cơ, nhiệt luyện, mài, đánh bóng thì dụng cụ không cần phải sử dụng phương pháp nào khác để bảo vệ bề mặt . Tuy nhiên trong quá trình sử dụng dụng cụ cũng cần phải bảo
Học viên : Lê Văn Thắm
quản đúng cách nếu không nó vẫn gỉ vì đối với thép không gỉ 2 pha nó vẫn có thể bị gỉ.
Kéo Moayo 160 được làm từ thép 4X13 đây là thép không gỉ 2 pha, có khả năng chống chịu được tác động có hại từ môi trường rất tốt, có khả năng nhiệt luyện được độ cứng cao với tính thấm tôi rất tốt (phần lưỡi kéo được nhiệt luyện đạt độ cứng từ 52÷58HRC), nó có tính mài tương đối tốt do vậy nó có thể được mài và đánh bóng tới độ bóng cấp 8 cấp 9.
Để đánh giá ảnh hưởng của vật liệu tới chất lượng bề mặt đã có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực nàỵ Phương pháp nghiên cứu chủ yếu đã được sử dụng là phương pháp đo và thực nghiệm.
4.1.2. Ảnh hưởng của vật liệu đá mài và chế độ cắt khi mài
Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt phải tác động vào vật liệu chi tiết một lực đủ lớn để làm biến dạng cục bộ và làm tách phoi ra khỏi chi tiết. Trong quá trình biến dạng để hình thành phoi, lớp bề mặt kim loại bị xô lệch mạng, bị biến cứng, Mặt khác do cấu tạo của lưỡi cắt, sự di chuyển của dụng cụ cắt nó đã để lại trên bề mặt của chi tiết những vết, vết xước vô cùng nhỏ gọi là nhám hay nhấp nhô tế vi và chúng được đo theo chỉ tiêu Ra, Rz .
Nhám ( Độ bóng), chiều sâu của lớp kim loại bị phá hủy, chiều sâu biến cứng, độ lớn của ứng xuất dư của lớp kim loại bề mặt phụ thuộc vào phương pháp gia công mà cụ thể là phụ thuộc vào lực cắt và nhiệt sinh ra trong quá trình cắt. lực cắt càng lớn, nhiệt cắt càng cao thì chiều sâu lớp biến cứng và cường độ của ứng xuất dư càng lớn, độ nhám cũng lớn.
Để nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công người ta hay dùng phương pháp mài để gia công tinh lần cuốị
Học viên : Lê Văn Thắm
Quá trình mài thực chất là quá trình dùng vô số các hạt mài ( có góc trước âm), chuyển động với vận tốc rất cao từ 30 ÷ 100m/s, cào xước lên bề mặt chi tiết gia công để lấy đi một lớp phoi rất mỏng tạo thành bề mặt chi tiết.
Do vậy trong quá trình mài lực cắt rất lớn, nhiệt cắt rất cao lớp kim loại bề mặt và sát bề mặt có sự biến đổi khác so với các phương pháp gia công khác. Khi mài tác động của nhiệt cắt đối với trạng thái tính chất của lớp bề mặt thường trội hơn so với lực cắt. Trong quá trình mài xảy ra hiện tượng biến đổi cấu trúc bên trong lớp bề mặt, các phần tử cacbit tập trung ở phía ngoài các hạt tinh thể như vậy sẽ hình thành tổ chức có cấu trúc giống như cấu trúc sau quá trình tôi và ủ. Quá trình biến đổi cấu trúc này tạo ra các giá trị ứng xuất kéo và nén với trị số xấp xỉ giới hạn chảy của vật liệụ
Quá trình biến đổi cấu trúc giống như cấu trúc sau quá trình tôi và ủ: “ sau bước mài thô hoặc bán tinh thường ứng với chiều sâu khoảng 10 ÷ 30µm , sau mài tinh thường ứng với chiều sâu khoảng 5µm. Ứng xuất phân bố trong lớp bề mặt có khi sâu tới 50 ÷ 100µm.” ( theo tài liệu [1]).
4.1.2.2 Ảnh hưởng của vật liệu, chế độ màị
Độ cứng của hạt vật liệu làm đá mài, độ bền của chất dính kết đều ảnh hưởng tới chất lượng của bề mặt mài của chi tiết.
- Vật liệu làm hạt mài : Hạt mài đóng vai trò lưỡi cắt nên độ bền, độ cứng và cỡ hạt của nó sẽ ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt màị Khi mài người ta hay dùng Oxit nhôm, silicol cabit, Boron cabit, Nitorit bo lập phương và kim cương nhân tạo để làm vật liệu hạt màị Trong đó Oxit nhôm để mài các vật liệu dẻo và bền cho chất lượng bề mặt tương đối tốt, hệ số sinh nhiệt thấp (oxit nhôm trắng). Nitorit bo lập phương có độ cứng gấp đôi Oxit nhôm nên nó duy trì được độ chính xác cao trong thời gian dài, tức là sẽ cho chất lượng bề mặt tương đối ổn
Học viên : Lê Văn Thắm
định. Kim cương nhân tạo có độ cứng cao hơn các loại vật liệu khác, có tính năng cắt gọt tốt, độ dẫn nhiệt tốt, nhiệt độ mài thấp nên chất lượng bề mặt, độ chính xác khi mài cao hơn tất cả các loại vật liệu làm hạt mài khác.
- Chất dính kết quyết định đến khả năng giữ cho các hạt mài liên kết với nhau do vậy nó cũng quyết định tới khả năng tự bung ra của các hạt mài, tức là