L ỜI CẢM ƠN
3.4. Kết luận Chương 3
Nội dung chính của chương này đã tập trung nghiên cứu thực nghiệm khi gia công vật liệu thép C45 nhiệt luyện bằng phương pháp mài phẳng sử dụng đá mài có bề mặt làm việc gián đoạn. Trong đó, đã tập trung thực hiện được các nội dung sau:
1.Tiến hành được các thực nghiệm xác định độ nhám bề mặt gia công khi mài phẳng bằng đá mài gián đoạn và đá mài thường với số liệu tin cậy.
2.Đánh giá được ảnh hưởng của tỷ lệ gián đoạn của đá mài đến độ nhám bề mặt. So sánh được hiệu quả gia công khi mài bằng đá mài gián đoạn và đá mài liên tục thông
thường. Đá mài có tỷ lệ gián đoạn = 18.19% (Z=20) cho chất lượng Ra bề mặt gia công tốt nhất so với đá mài liên tục thông thường (Z=0) và các viên đá Z=18, Z=24.
CHƯƠNG 4
THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT DƯ BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI PHẲNG BẰNG ĐÁ MÀI XẺ RÃNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM
4.1 Mục đích của thực nghiệm
- Đánh giá khả năng cắt của đá mài xẻ rãnh nghiêng chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam khi mài phẳng vật liệu thép C45 nhiệt luyện theo phương pháp xác định ảnh hưởng của một số thông số công nghệ (t) và thông số hình học đá Z đến ứng suất dư lớp bên dưới bề mặt chi tiết gia công.
- Đánh giá ứng suất dư bề mặt gia công khi mài thép C45 nhiệt luyện bằng đá mài xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam trên máy mài phẳng.
4.2. Mô tả hệ thống thí nghiệm.
4.2.1 Thiết bị và hóa chất
Phương pháp đo:
Thiết bị và hóa chất
Thiết bị
-Thiết bị đo ứng suất dư bằng phương pháp khoan lỗ RS 200 bao gồm: thiết bị khoan lỗ bằng tuabin khí tốc độ đến 400.000 vòng/phút, thiết bị định tâm độ chính xác đến 0,025 mm, thiết bị đo biến dạng P3;
- Máy mài tay, máy hàn nhiệt.
- Cảm biến (Tem) đo biến dạng chuyên dùng.
Hóa chất
- Keo gắn tem - Axeton
Hình 4.1. Thiết bị khoan lỗ RS-
200(nguồn ảnh Học viện kỹ Thuật
Quân Sự)
Hình 4.2. Thiết bị đo biến dạng Model P3
Strain Indicator and Recorder (nguồn ảnh
Học viện kỹ Thuật Quân Sự)
Hình 4.3. chi tiết mẫu được kết nối với thiết bị đo biết dạng P3 thông qua cảm biến đo biến dạng EA-06RE-062-120 (nguồn ảnh Học viện kỹ Thuật Quân Sự.)
Hình 4.4. Cảm biến đo biến dạng EA-
06RE-062-120 của hãng
Hình 4.5. Thiết bị khoan lỗ RS-200, P3 bộ ghi dữ liệuvà chi tiết mẫu được sử dụng để sác định biến dạng dưới bề mặt ở các độ sâu khác nhau. (nguồn ảnh Học viện kỹ
Thuật Quân Sự).
4.2.2 Vật liệu thí nghiệm
Thực nghiệm xác định ứng suất dư bề mặt trong 3 mẫu 2.Z20.t0.02, 2.Z20.t0.05 và 2.Z20.t0.07 của viên đá có kết cấu rãnh Z=20 ở ba chiều sâu cắt (t) khác nhau vì chất lượng Ra tại đó là tốt nhất trong 12 mẫu.
Hình 4.7: Bề mặt 12 chi tiết sau
khi mài. Hình 4.8: Ba mẫu 2.Z20.t0.02,
2.Z20.t0.05 và 2.Z20.t0.07.
4.2.3 Phương pháp đo
Sử phương pháp đo biến dạng để xác định ứng suất dư bề mặt trong chi tiết kim loại khi khoan lỗ bằng thiết bị RS-200 [93] tại Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự. Với phương pháp này một tem cảm biến đo biến dạng EA-06RE-062-120 của hãng measurement USAđược liên kết với bề mặt của mẫu, các đầu ra của tem đo biến dạng được hàn với dây nối được cung cấp. Kết nối 03 dây nối vào bộ đo biến dạng P3 theo sơ đồ quy định của thiết bị như hình 4.3, dùng thiết RS-200 khoan một lỗ nông nhỏ có chiều sâu 1(mm) qua tâm của cảm biến. Nhờ vào một đặc tính đặc biệt của thép khi bị biến dạng thì điện
trở của vật liệu sẽ thay đổi nhờ vậy mà đo được biến dạng cho kết quả trên bảng 4.1, 4.2, 4.3.
Ứng suất dư được xác định theo độ sâu của các mẫu thử nghiệm 2.Z20.t0.02,
2.Z20.t0.05 và 2.Z20.t0.07 bằng cách đo các biến dạng ε1,ε2, ε3 sử dụng phương pháp
khoan lỗ. Lượng ứng suất dư lớn nhất, nhỏ nhất ở các độ sâu khác nhau được cho trong các Bảng 4.5, Bảng 4.7, Bảng 4.9 và được thể hiện trên Hình 4.9a, Hình 4.10a, Hình 4.11a. Lỗ được khoan theo 25 bước với gia số 0.04(mm) cho đến độ sâu 1(mm). Các thử nghiệm được thực hiện cho tất cả các mẫu bằng cách khoan với cùng độ sâu / gia số.
4.3 Kết quảthí nghiệm
Bảng 4.1: Kết quả đo các biến dạng ε1, ε2, ε3 tại các vị trí trên các phương làm
với nhau các góc (90o, 135o, 135o) của mẫu 2.Z20.t002 khi mài bằng đá mài xẻ rãnh chế
tạo thử nghiệm ở Việt Nam.
Lần đo Số vạch Giá trị vạch (mm)
Giá trị đo biến dạng
ε1 ε2 ε3 1 02 0.04 0 0 0 2 04 0.08 +10 +8 +14 3 06 0.12 +17 +12 +22 4 08 0.16 +26 +17 +31 5 10 0.20 +46 +28 +51 6 12 0.24 +64 +38 +68 7 14 0.28 +82 +51 +86 8 16 0.32 +100 +63 +105 9 18 0.36 +145 +87 +147 10 20 0.4 +183 +117 +189 11 22 0.44 +214 +123 +209 12 24 0.48 +236 +142 +233 13 26 0.52 +248 +152 +247 14 28 0.56 +258 +159 +256 15 30 0.60 +280 +177 +277 16 32 0.64 +302 +194 +300 17 34 0.68 +320 +205 +317
18 36 0.72 +324 +208 +322 19 38 0.76 +339 +223 +338 20 40 0.80 +351 +236 +349 21 42 0.84 +358 +239 +362 22 44 0.88 +377 +252 +376 23 46 0.92 +379 +258 +383 24 48 0.96 +388 +268 +391 25 50 1 +400 +277 +405 Đồ thị thực nghiệm
Từ kết quả đo thực nghiệm bảng 4.1 xây dựng được đồ thị biểu diễn quy luật thay đổi của biến dạng lớp bề mặt cho ba mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.02, (hình 4.8a).
Hình 4.8a.Sự thay đổi biến dạng đo được ε1,ε2, ε3 trong mẫu thép C45 đã nhiệt
luyện (2.Z20.t0.02.) được đo ở lớp bề mặt theo độ sâu của lỗ.
Bảng 4.2: Kết quả đo các biến dạng ε1, ε2, ε3 tại các vị trí trên các phương làm
với nhau các góc (90o, 135o, 135o) của mẫu 2.Z20.t005 khi mài bằng đá mài xẻ rãnh chế
tạo thửu nghiệm ở Việt Nam.
Lần đo Số vạch Giá trị vạch
(mm)
Giá trị đo biến dạng
ε1 ε2 ε3
2 04 0.08 -17 -7 -2 3 06 0.12 -23 -6 -2 4 08 0.16 -28 -2 +3 5 10 0.20 -25 +17 +12 6 12 0.24 -24 +37 +27 7 14 0.28 -16 +59 +39 8 16 0.32 -9 +79 +46 9 18 0.36 -4 +98 +61 10 20 0.4 +5 +112 +75 11 22 0.44 +21 +151 +102 12 24 0.48 +31 +172 +117 13 26 0.52 +43 +195 +134 14 28 0.56 +54 +221 +155 15 30 0.60 +70 +244 +175 16 32 0.64 +77 +251 +183 17 34 0.68 +88 +268 +196 18 36 0.72 +95 +284 +207 19 38 0.76 +105 +304 +224 20 40 0.80 +116 +314 +237 21 42 0.84 +125 +320 +247 22 44 0.88 +127 +331 +247 23 46 0.92 +142 +353 +272 24 48 0.96 +154 +362 +293 25 50 1 +151 +369 +287 Đồ thị thực nghiệm
Từ kết quả đo biến dạng thực nghiệm bảng 4.2 xây dựng được đồ thị biểu diễn quy luật thay đổi của biến dạng lớp bề mặt cho ba mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.05, (hình 4.8b).
Hình 4.8b:Sự thay đổi biến dạng đo được ε1,ε2, ε3 trong mẫu thép C45 đã nhiệt
luyện (2.Z20.t0.05.) được đo ở lớp bề mặt theo độ sâu của lỗ
Bảng 4.3. Kết quả đo các biến dạng tích thoát ε1, ε2, ε3 tại các vị trí trên các
phương làm với nhau các góc (90o, 135o, 135o) của mẫu 2.Z20.t007 khi mài bằng đá mài
xẻ rãnh chế tạo thử nghiệm tại Việt nam.
Lần
đo vạchSố Giá trị vạch (mm)
Giá trị đo biến dạng
ε1 ε2 ε3 1 02 0.04 0 -12 -7 2 04 0.08 -3 -21 -11 3 06 0.12 -9 -32 -15 4 08 0.16 -13 -39 -26 5 10 0.20 -14 -47 -39 6 12 0.24 0 -40 -33 7 14 0.28 +9 -33 -22 8 16 0.32 +21 -28 -10 9 18 0.36 +38 -25 +7 10 20 0.4 +62 -7 +27 11 22 0.44 +70 -5 +33 12 24 0.48 +84 0 +47 13 26 0.52 +97 +18 +52 14 28 0.56 +115 +35 +73 15 30 0.60 +129 +46 +23 16 32 0.64 +144 +54 +107 17 34 0.68 +163 +80 +124 18 36 0.72 +171 +85 +134 19 38 0.76 +192 +105 +155 20 40 0.80 +203 +108 +171 21 42 0.84 +214 +124 +183 22 44 0.88 +225 +129 +196
23 46 0.92 +237 +139 +213
24 48 0.96 +243 +136 +229
25 50 1 +248 +135 +239
Đồ thị thực nghiệm
Từ kết quả đo biến dạng thực nghiệm bảng 4.3. xây dựng được đồ thị biểu diễn quy luật thay đổi của biến dạng lớp bề mặt cho ba mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.07, (hình 4.8c).
Hình 4.8c:Sự thay đổi biến dạng đo được ε1,ε2, ε3 trong mẫu thép C45 đã nhiệt
luyện (2.Z20.t0.07.) được đo ở lớp bề mặt theo độ sâu của lỗ.
Kết quả đo biến dạng thực nghiệm ở các bảng 4.1, 4.2, 4.3 và thể hiện trên các đồ thị hình 4.8a, 4.8b, 4.8c thấy rằng toàn bộ lớp bề mặt mẫu 2.Z20.t002 có độ dày 1(mm) là biến dạng kéo, trong khi đó mẫu 2.Z20.t005 và 2.z20.t007 lớp bề mặt rất mỏng 0.2(mm) trên cùng là biến dạng nén còn lại ởđộ sâu lớn hơn 0.2(mm) là biến dạng kéo.
Từ các kết quả biến dạng đã đo được sử dụng phần mềm H-DRIL (Hole-Drilling Residual Stress Calculation Program) [89] để tính toán ứng suất dư ứng với kết quảđo biến dạng của từng mẫu ở bảng 4.1, 4.2, 4.3. H-Drill là một chương trình máy tính tương tác để tính toán các ứng suất dư từcác phép đo biến dạng được thực hiện bằng phương
pháp khoan lỗ [90,91]. Kết quả tính toán ứng suất của từng mẫu được thể hiện chi tiết trong các bảng 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10.
Bảng 4.4:Kết quả tính toán ứng suất dư trung bình của mẫu thép C45 đã nhiệt
luyện 2.Z20.t002.
Từ bảng 4.4 ta có: Ứng suất dư bề mặt của mẫu 2.Z20.T002 mài bằng đá mài gián đoạn chế tạo thử nghiệm ở Việt nam : ứng suất trung bình lớn nhất σmax = -424 (Mpa) , ứng suất trung bình nhỏ nhất σmin = -656(Mpa).
Bảng 4.5: Kết quả tính toán ứng suất dư của mẫu thép C45 đã nhiệt luyện
Đồ thị thực nghiệm
Từ kết quả tính toán ứng suất dư trong bảng 4.5 sử dụng phần mền H-Drill [89] xây dựng được đồ thị biểu diễn quy luật thay đổi ứng suất dư lớp bề mặt cho mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.02. (hình 4.9 a, b).
Hình 4.9a: Sự phân bố ứng suất chính lớn nhất và ứng suất chính nhỏ nhất thu được theo độ sâu trong mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.02.
Hình 4.9b Sự phân bố ứng suất theo 2 phương X và Y thu được trong mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.02.
Bảng 4.6:Kết quả tính toán ứng suất dư trung bình của mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t005.
Từ bảng 4.6 ta có: Ứng suất dư bề mặt của mẫu 2.Z20.t005 mài bằng đá mài gián đoạn chế tạo thử nghiệm ở Việt nam : ứng suất trung bình lớn nhất σmax = -92 (Mpa), ứng suất trung bình nhỏ nhất σmin = -352(Mpa).
Bảng 4.7: Kết quả đo ứng suất dư của mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t005
Đồ thị thực nghiệm
Từ kết quả tính toán ứng suất dư trong bảng 4.7 sử dụng phần mền H-Drill [89] xây dựng được đồ thị biểu diễn quy luật thay đổi ứng suất dư lớp bề mặt cho mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.05. (hình 4.10a, b).
Hình 4.10a Sự phân bố ứng suất chính lớn nhất và ứng suất chính nhỏ nhất thu được theo độ sâu trong mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.05.
Hình 4.10b Sự phân bố ứng suất theo 2 phương X và Y thu được trong mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.05
Bảng 4.8. Kết quả ứng suất dư trung bình của mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t007.
Từ bảng 4.8 ta có: Ứng suất dư bề mặt của mẫu 2.Z20.t.007 mài bằng đá mài gián đoạn chế tạo thử nghiệm ở Việt nam : ứng suất trung bình lớn nhất σmax = -157 (Mpa), ứng suất trung bình nhỏ nhất σmin = -273(Mpa).
Bảng 4.9. Kết quả đo ứng suất dư của mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t007
Đồ thị thực nghiệm
Từ kết quả tính toán ứng suất dư trong bảng 4.9 sử dụng phần mền H-Drill [90] xây dựng được đồ thị biểu diễn quy luật thay đổi của ứng suất dư lớp bề mặt cho mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.07. (hình 4.11a và b).
Hình 4.11a Sự phân bố ứng suất chính lớn nhất và ứng suất chính nhỏ nhất thu được trong mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.07.
Hình 4.11b Sự phân bố ứng suất theo 2 phương X và Y thu được trong mẫu thép C45 đã nhiệt luyện 2.Z20.t0.07.
Với trị sốđã xác định thì ứng suất dư trung bình lớp bề mặt gia công khi mài 3 mẫu thép C45 nhiệt luyện: 2.Z20.t0.02, 2.Z20.t0.05 và 2.Z20.t0.07 bằng đá mài gián đoạn chế tạo thử nghiệm ở Việt Nam đều là ứng suất dư nén.
THẢO LUẬN KẾT QUẢ
Ứng suất dư bề mặt chi tiết khi mài bằng đá mài gián đoạn thử nghiệm ở
Việt Nam.
Ứng suất dư bề mặt có ảnh hưởng đến khả năng làm việc sau này của chi tiết máy: ứng suất dư nén có tác dụng nâng cao độ bền mỏi, ngược lại ứng suất dư kéo lại làm giảmđộ bền mỏi của chi tiết máy [8], ứng suất dư kéo với trị số lớn còn là nguyên nhân gây ra các vết nứt tế vi trên bề mặt qua đó làm giảm mạnh độ bền mỏi của chi tiết máy [94]. Quá trình hình thành ứng suất dư bề mặt phụ thuộc vào sự biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và hiện tượng chuyển pha trong cấu trúc lớp kim loại bề mặt.
Kết quả xác định ứng suất dư trung bình bề mặt gia công 3 mẫu thép C45 nhiệt luyện 2.Z20.t0.02, 2.Z20.t0.05 và 2.Z20.t0.07 trong Bảng 4.4, Bảng 4.6 và Bảng 4.8đã cho thấy cả 3 mẫu thép đều có ứng suất dư nén lần lượt như sau:
- Mẫu thép C45 nhiệt luyện 2.Z20.t0.02 có ứng suất dư nén trung bình lớn nhất có trị số σmax = -424 MPa, ứng suất dư nén trung bình nhỏ nhất có trị số σmin = - 656(Mpa).
- Mẫu thép C45 nhiệt luyện 2.Z20.t0.05 có ứng suất dư nén trung bình lớn nhất có trị số σmax = -92 MPa, ứng suất dư nén trung bình nhỏ nhất có trị số σmin = - 352(Mpa).
- Mẫu thép C45 nhiệt luyện 2.Z20.t0.07 có ứng suất dư nén trung bình lớn nhất có trị số σmax = -157(Mpa), ứng suất dư nén trung bình nhỏ nhất có trị số σmin = - 273(Mpa).
Nhưng kết quả phân tích và xác định ứng suất dư bên dưới bề mặt theo từng lớp có độ sâu của mỗi lớp là 0.04(mm) theo bảng Bảng 4.5, Bảng 4.7, Bảng 4.9, cho thấy lớp bề mặt ởđộ sâu từ 0.04 tới 0.2mm hai mẫu 2.Z20.t0.05 và 2.Z20t0.07 ứng suất nằm trong độ sâu này là ứng suất kéo, từđộ sâu 0.2mm ứng suất dần chuyển sang ứng suất
nén. Nhưng riêng mẫu 2.Z20.t0.02 ứng suất dư lớp bề mặt đo được ở tất cảcác độ sâu đều là ứng suất nén.
Nguyên nhân của sự khác biệt trên là do chiều sâu cắt thay đổi, cụ thể đối với mẫu 2.Z20.t0.02 khi mài ở chiều sâu căt t= 0.02mm có chiều sâu cắt nhỏ nhất trong 3 mẫu. chính vì chiều sâu cắt nhỏ sẽ giúp cho làm giảm lực va đập giữa đá mài và mẫu, từ đó giúp cho quá trình mài cắt “êm” hơn, giảm nhiệt cắt và lực cắt so với 2 mẫu còn lại nên mức độ biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, hiện tượng chuyển pha trong cấu trúc lớp kim