Một số biện phỏp kết cấu

Chương 3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHỐNG MÀI MềN ĐẦU ẫP

3.1. Một số biện phỏp kết cấu

3.1.1. Nguyờn tắc.

Nguyờn tắc cơ bản và là cơ sở của việc thiết kế và tớnh toỏn hỡnh dạng và kớch thước của đầu ộp là bảo đảm chế độ hao mũn theo cỏc cơ chế mũn và tải trọng an toàn. Để bảo đảm được nguyờn tắc ấy phải dựa vào những quy luật đó biết của cỏc dạng hao mũn phụ thuộc vào tốc độ trượt và tải trọng để lựa chọn vật liệu và mụi trường, đồng thời cũng phải căn cứ vào cỏc tài liệu về ảnh hưởng của kớch thước cỏc cặp ma sỏt đến dạng hao mũn và cường độ mũn.

Trong điều kiện làm việc thực tế của đầu ộp, ta lựa chọn một số giải phỏp thiết kế nhằm khắc phục hư hỏng do mũn và nõng cao tớnh chống mũn của đầu ộp, cỏc giải phỏp cú thể tập vào mấy vấn đề sau:

+ Chọn hợp lý cơ tớnh của đầu ộp, + Chọn hợp lý vật liệu chế tạo đầu ộp,

+ Phõn tớch chi tiết đầu ộp về tớnh kết cấu và tớnh cụng nghệ nhằm xỏc định hỡnh dạng, kớch thước và độ búng cỏc bề mặt làm việc để đảm bảo độ bền cho chi tiết.

Trong số cỏc biện phỏp về kết cấu, việc chọn đỳng vật liệu và chọn đỳng phương phỏp làm tăng độ bền của cỏc cặp ma sỏt là rất quan trọng.

3.1.2. Chọn vật liệu chế tạo đầu ộp.

3.1.2.1. Những yờu cầu đối với vật liệu chế tạo đầu ộp.

Như ta đó biết, đầu ộp trực tiếp làm nhiệm vụ ộp vật liệu hạt mài, để tạo kớch thước và độ bền của đỏ mài. Để nõng cao tuổi bền, nõng cao chất lượng của đỏ mài, đầu ộp khụng những phải cú hỡnh dỏng hỡnh học hợp lý mà cũn phải chọn được loại vật liệu thớch hợp, nhằm đảm bảo được cỏc yờu cầu như: tớnh năng làm việc, tớnh cụng nghệ và tớnh kinh tế.

- Tớnh năng làm việc:

suất nộn lớn σn≈80kG/cm², ma sỏt giữa hạt mài và bề mặt đầu ộp lớn, hệ số tải trọng động nhỏ khụng đỏng kể, nhiệt độ tập trung trờn bề mặt làm việc khoảng 27°C. Trong điều kiện làm việc như vậy, để kộo dài thời gian sử dụng của đầu ộp, đũi hỏi vật liệu đầu ộp cần cú những tớnh chất cơ lý cần thiết như độ cứng, độ dẻo, độ chịu mũn, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt, tớnh cụng nghệ và tớnh kinh tế cao.

+ Độ cứng:

Việc đảm bảo độ cứng đầu ộp cho phộp tăng khả năng chịu mũn và tăng tốc độ ộp đỏ mài.

Muốn ộp được đỏ mài, độ cứng đầu ộp phải lớn lực hơn lực ộp tỏc động lờn bề mặt đầu ộp. Lưc tỏc động lờn bề mặt đầu ộp 80 kG/cm², độ cứng tế vi của hạt mài rất lớn khoảng 21 000 N/mm² đến 23 500 N/mm².

Độ cứng tối thiểu của đầu ộp được xỏc định từ yờu cầu về ma sỏt và mũn

(đó được xỏc định ở chương 2) là: H ≥ HRC55.

Để đầu ộp bảo đảm tốt điều kiện làm việc khi ộp đỏ mài, ta phải chọn độ cứng của đầu ộp lớn hơn độ cứng tớnh toỏn, nhưng khụng chọn lớn quỏ, nhằm đảm bảo độ dẻo, độ dai lớp vật liệu dưới bề mặt làm việc. Ta cú thể chọn độ cứng bề mặt của đầu ộp là HRC62, với độ cứng này đầu ộp cú khả năng chống mài mũn rất cao.

+ Độ bền mũn:

Độ bền mũn của vật liệu đầu ộp là một thụng số rất quan trọng của đầu ộp. Nú được đặc trưng bởi khả năng giữ vững hỡnh dỏng và thụng số hỡnh học đầu ộp.

Khi ộp luụn xẩy ra hiện tượng biến dạng dẻo và cào xước trờn bề mặt của đầu ộp. Do đú, để đảm bảo tuổi bền vật liệu đầu ộp cần phải cú độ cứng cao, độ bền nhiệt cao. Để tăng độ bền mũn, cần phải chọn vật liệu thộp hợp kim cú một số nguyờn tố hợp kim như: W; V; Cr; Mo; Mn; Si.

Trong quỏ trỡnh làm việc, đầu ộp chịu lực ộp lớn. Do đú, nếu độ bền cơ học khụng đảm bảo sẽ dẫn đến tỡnh trạng đầu ộp bị phỏ hỏng sớm do mẻ, vỡ, trúc, mũn.. Vỡ vậy, độ bền cơ học là yếu tố quan trọng của vật liệu làm đầu ộp.

Muốn vật liệu làm đầu ộp cú độ bền cơ học cao, vật liệu đầu ộp phải cú khả năng thấm tụi và tớnh tụi tốt, nhằm đảm bảo đạt độ cứng bề mặt mà vẫn đảm bảo độ dẻo, độ dai va đập.

+ Độ dẫn nhiệt:

Độ dẫn nhiệt của vật liệu đầu ộp càng cao thỡ nhiệt được truyền khỏi vựng làm việc càng nhanh. Do đú, giảm nhiệt độ trờn vựng ộp, tăng độ bền mũn cho đầu ộp.

- Tớnh cụng nghệ:

Đầu ộp cú yờu cầu khỏ cao về độ búng, độ chớnh xỏc hỡnh dỏng kớch thước. Muốn đạt được yờu cầu trờn, vật liệu làm đầu ộp phải cú tớnh cụng nghệ tốt cụ thể là vật liệu cho phộp dễ cắt, dễ nhiệt luyện.

- Tớnh kinh tế:

Giỏ thành vật liệu thường chiếm một tỷ lệ cao trong giỏ thành chế tạo đầu ộp. Do vậy, cần phải lựa chọn vật liệu chế tạo đầu ộp hợp lý, nhằm giảm giỏ thành chế tạo mà vẫn đảm bảo yờu cầu làm việc của đầu ộp.

3.1.2.2. Chọn vật liệu đầu ộp.

Qua khảo sỏt cỏc cơ sở sản xuất đầu ộp trong nước và đầu ộp nhập khẩu từ nước ngoài, đầu ộp được chế tạo thường từ một số loại vật liệu như: Thộp cỏc bon dụng cụ, thộp hợp kim, thộp giú.

a. Thộp cỏc bon dụng cụ.

+ Độ cứng của thộp cỏc bon dụng cụ sau nhiệt luyện cú thể đạt tới HRC 60ữ65, + Độ cứng trong lừi của thộp cỏc bon dụng cụ khoảng: HRC 40,

+ Độ thấm tụi thấp nờn phải tụi trong nước hoặc trong hỗn hợp nước và muối. Do tốc độ nguội nhanh, nờn trong khi tụi thường bị biến dạng, nứt, vỡ. Mặt khỏc, thộp cỏc bon dụng cụ rất nhạy cảm với sự quỏ nhiệt. Khi quỏ nhiệt, kớch thước hạt tăng nhanh, làm độ giũn tăng và dễ gõy mẻ.

+ Độ bền nhiệt của thộp cỏc bon dụng cụ khoảng 200ữ300°C, + Độ bền cơ học cú thể đạt tới 1150Mpa,

+ Độ bền mũn kộm do thành phần của thộp cỏc bon dụng cụ cú ớt cỏc nguyờn tố hợp kim như W; V; Cr; Mo; Mn; Si…

+ Thộp cỏc bon dụng cụ cú ưu điểm dễ mài sắc, dễ đạt độ nhẵn bề mặt và giỏ thành hợp lý.

b. Thộp hợp kim.

+ Độ cứng sau nhiệt luyện cú thể đạt tới HRC 62ữ66, + Độ cứng trong lừi khoảng: HRC 40,

+ Độ thấm tụi và tớnh tụi tốt, nờn sau khi tụi cú thể làm nguội trong dầu. Do đú, chi tiết làm bằng thộp hợp kim, sau khi tụi ớt bị biến dạng, cong vờnh,

+ Độ bền nhiệt khoảng 300ữ400°C,

+ Độ bền cơ học cao cú thể đạt tới 2000Mpa,

+ Độ bền mũn cao, do thành phần của thộp hợp kim cú thành phần cỏc nguyờn tố hợp kim như W; V; Cr; Mo; Mn; Si…

+ Thộp hợp kim cú ưu điểm dễ mài sắc, dễ đạt độ nhẵn bề mặt cao và giỏ thành rẻ: 90000 ữ 95000 đồng/kg.

c. Thộp giú:

+ Độ cứng bề mặt sau nhiệt luyện cú thể đạt tới: HRC 62ữ65,

+ Độ thấm tụi và tớnh tụi tốt, nờn sau khi tụi cú thể làm nguội trong dầu. Do đú chi tiết làm bằng thộp giú, sau khi tụi ớt bị biến dạng, cong vờnh,

+ Độ bền nhiệt của thộp cỏc bon dụng cụ khoảng 400-600°C, + Độ bền cơ học cao cú thể đạt tới 2 500Mpa,

+ Độ bền mũn cao hơn thộp hợp kim do thành phần của thộp giú cú cỏc nguyờn tố hợp kim như W; V; Cr; Mo; Mn; Si…

+ Thộp giú cú nhược điểm khú gia cụng, khú đạt độ nhẵn bề mặt cao và giỏ thành đắt: 300000 ữ 320000 đồng/kg.

Từ việc phõn tớch đặc tớnh, ưu điểm và nhược điểm của từng loại thộp: thộp cỏc bon dụng cụ, thộp hợp kim và thộp giú, ta thấy:

+ Thộp cỏc bon dụng cụ: đảm bảo cơ tớnh làm việc của đầu ộp, giỏ thành rẻ, dễ gia cụng, nhưng độ bền cơ học và độ bền mũn khụng cao so với thộp hợp kim và thộp giú. Mặt khỏc, độ thấm tụi và tớnh tụi kộm, chi tiết đầu ộp rất dễ bị biến dạng và cong vờnh do cú cỏc rónh đồng tõm và đầu ộp cú kớch thước mỏng.

+ Thộp giú: Đảm bảo cơ tớnh làm việc của đầu ộp đỏ, độ bền cơ học, độ bền

mũn, độ thấm tụi và tớnh tụi cao hơn thộp cỏc bon dụng cụ và thộp hợp kim. Nhưng tớnh gia cụng kộm, khú gia cụng được cỏc rónh đồng tõm, giỏ thành rất đắt so với thộp cỏc bon dụng cụ và thộp hợp kim (đắt gấp khoảng 5 lần).

+ Thộp hợp kim: Đảm bảo cơ tớnh làm việc của đầu ộp, độ bền cơ học, độ bền

mũn, độ thấm tụi và tớnh tụi rất cao cú thể tương đương với thộp giú. Mặt khỏc tớnh gia cụng dễ, cú thể gia cụng dễ dàng cỏc rónh đồng tõm của đầu ộp và nhiệt luyện mà khụng gõy biến dạng hoặc gõy tập trung ứng suất. Giỏ thành rẻ hơn rất nhiều so với thộp giú và khụng đắt hơn thộp cỏc bon dụng cụ nhiều.

Do vậy, chọn vật liệu chế tạo đầu ộp là thộp hợp kim. Trong cỏc loại thộp hợp kim được chia ra cỏc nhúm vật liệu cú tớnh chất, cụng dụng riờng như: Vật liệu chịu mài mũn, vật liệu cú tớnh chất đàn hồi cao, vật liệu chịu ăn mũn và chịu nhiệt, vật liệu làm dụng cụ cắt, vật liệu làm dụng cụ gia cụng kim loại bằng ỏp lực…

Với đầu ộp thuộc loại chi tiết làm việc với ỏp lực cao, nhưng lại chịu mài mũn là chủ yếu, yờu cầu độ cứng và độ bền cơ học cao, do vậy ta chọn vật liệu chế tạo đầu ộp là vật liệu thuộc nhúm vật liệu chịu mài mũn và nhúm vật liệu làm dụng cụ gia cụng chịu ỏp lực cao, sẽ đảm bảo được cỏc yờu cầu về tớnh năng làm việc, tớnh cụng nghệ và tớnh kinh tế. Với những yờu cầu như trờn, ta chọn thộp ổ lăn mỏc ШX15 làm vật liệu chế tạo đầu ộp.

Bảng 3.1. Thành phần hoỏ học của thộp ШX15

Mỏc thộp ^{Thành phần hoỏ học, %}

C Mn Si Cr Ni Cu S P

Bảng 3.2. Cơ tớnh của thộp ШX15 Mỏc thộp σc MPa σb MPa δ % ψ % ak kgm/cm² Độ cứng trước nhiệt luyện HB Độ cứng sau nhiệt luyện HRC ШX15 420 730 21 0,3 0,25 179-207 62-64

3.1.3. Phõn tớch tớnh kết cấu và tớnh cụng nghệ của đầu ộp.

Cỏc rónh đồng tõm trờn bề mặt làm việc của đầu ộp cú nhiệm vụ tạo nờn cỏc rónh thoỏt phoi trờn mặt đầu của đỏ mài ba via. Cỏc rónh đồng tõm này khụng cần yờu cầu cao về độ chớnh xỏc hỡnh dỏng và kớch thước, vỡ yờu cầu về độ mũn làm việc cho phộp là 0,5mm nhưng lại yờu cầu cú độ cứng và độ bền mũn cao. Do vậy, cỏc rónh đồng tõm chỉ cần yờu cầu về độ búng bề mặt rónh là ∇5, nhưng độ cứng bề mặt phải đạt HRC62 với độ thấm tụi 0,3mm. Với yờu cầu về độ cứng, độ chớnh xỏc và độ búng bề mặt như vậy ta cú thể sử dụng phương phỏp tiện thụ, sau đú nhiệt luyện và tiện tinh. Do đú cỏc rónh đồng tõm sẽ đảm bảo về tớnh kết cấu và tớnh cụng nghệ.

Đoạn cung lồi trờn bề mặt làm việc của đầu ộp, cú nhiệm vụ tạo nờn biờn dạng của lỗ lắp đỏ. Biờn dạng này cần yờu cầu cao về độ cứng, độ bền mũn, độ chớnh xỏc và độ búng bề mặt gia cụng, vỡ biờn dạng của đỏ được tạo nờn từ đoạn cung lồi này là chuẩn lắp ghộp đỏ trờn khuụn nung và là chuẩn lắp đỏ trong quỏ trỡnh sử dụng. Vỡ vậy đoạn cung này yờu cầu độ cứng là HRC62, độ búng là ∇6 và độ chớnh xỏc cao. Với yờu cầu như vậy, ta cú thể sử dụng tiện thụ, nhiệt luyện và tiện tinh là phương phỏp gia cụng lần cuối. Do vậy đoạn cung lồi này đảm bảo về tớnh kết cấu và tớnh cụng nghệ.

Lỗ d16 được lắp vào trục của đầu kẹp trờn pistong, lỗ d16 cú tỏc dụng dẫn hướng (định vị) đầu ộp. Do vậy lỗ d16 yờu cầu cao về độ búng và độ chớnh xỏc gia cụng. Độ búng ∇6 và độ chớnh xỏc H7, với yờu cầu về độ búng và độ chớnh xỏc như vậy ta cú thể sử dụng phương phỏp tiện tinh để đạt được độ chớnh xỏc H7 và độ búng ∇6. Do vậy lỗ d16 này đảm bảo về tớnh kết cấu và tớnh cụng nghệ.

Cỏc bề mặt khỏc như rónh cổ đầu ộp, cỏc bề mặt bờn và mặt đầu đều là cỏc bề mặt lắp ghộp, cần yờu cầu cao về độ cứng, độ búng và độ chớnh xỏc bề mặt gia

cụng. Do đú cần yờu cầu phải cú độ búng ∇5 và độ cứng HRC50. Với yờu cầu như vậy, ta cú thể chọn tiện thụ, nhiệt luyện rồi tiện tinh là phương phỏp gia cụng lần cuối để đạt được cỏc yờu cầu. Do vậy cỏc bề mặt này đảm bảo về tớnh kết cấu và tớnh cụng nghệ.

Túm lại, vật liệu đầu ộp yờu cầu đảm bảo được tớnh kết cấu và khả năng cụng nghệ để đạt được kớch thước, hỡnh dỏng, độ búng và độ cứng yờu cầu của chi tiết.

3.2. Nhiệt luyện chi tiết đầu ộp.

Cỏc biện phỏp cụng nghệ làm tăng độ bền, độ cứng bề mặt làm việc của chi tiết mỏy gồm cú: nhiệt luyện, hoỏ nhiệt luyện, mạ phủ cỏc lớp kim loại chống mũn, …

Với vật liệu của đầu ộp là thộp ШX15 (0,95ữ1,05%C; 2ữ3% thành phần hợp kim) cú tớnh tụi tốt, ta cú thể chọn phương phỏp tụi để đảm bảo độ cứng bề mặt, độ cứng lớp bề mặt cú thể đạt được HRC62ữHRC64, độ thấm tụi 0,3mm, duy trỡ độ cứng lừi khoảng HRC45, với độ cứng lớp bề mặt như vậy, đầu ộp sẽ cú khả năng chống mũn rất cao. Do vậy ta chọn cụng nghệ nhiệt luyện để làm tăng độ cứng, độ bền mũn của đầu ộp.

3.2.1. Yờu cầu chiều dầy lớp thấm tụi bề mặt đầu ộp.

Chiều sõu lớp thấm tụi yờu cầu đối với chi tiết đầu ộp là 0,3 mm,

Độ cứng bề mặt của chi tiết đầu ộp yờu cầu khụng thấp hơn HRC62. Độ cứng lừi cần phải đạt khoảng HRC45,

Để đạt được yờu cầu về độ cứng như trờn, thỡ với thộp ШX15 (0,95ữ1,05%C; 2ữ3% thành phần hợp kim) khi tụi sẽ đạt độ cứng HRC62-64.

3.2.2. Thời gian nung chi tiết đầu ộp.

Khi nung chi tiết đầu ộp đến khoảng nhiệt độ 300⁰Cữ 500°C, đõy là khoảng nhiệt độ gõy ứng suất dư khốc liệt nhất trong lũng vật liệu. Chớnh vỡ vậy, nếu thời gian nung chi tiết quỏ ngắn thỡ trong khoảng nhiệt độ này sự chờnh lệch nhiệt độ giữa mặt ngoài và trong lũng vật liệu của chi tiết lớn, do đú ứng suất dư trong lũng vật liệu sẽ lớn và cú thể gõy nứt cục bộ. Cũn nếu thời gian nung quỏ dài sẽ gõy tốn nhiờn liệu nung khụng cần thiết. Do vậy, ta cần phải tớnh thời gian nung chi tiết hợp lý. Thời gian nung t được tớnh theo cụng thức kinh nghiệm:

Học Viên Đinh Xuân Ngọc HDKH Sđ Slg TS.Vũ Q Đạ c Số tài li ệu T rừ ơ ng Đại Học Kỹ T h uật C ông Ngh

iệp Thái Ngu

yên Số l-ợng _Tờ ^{số : 01} Đầu é p Đá m ài ba via C hữ ký Ngày ? X15 Tỷ lệ 1:1 Lớ p C ao học K8-CNCTM Tr ừơng Đạ i Học Kỹ Thuậ t Công Ng hiệ p Kh ối l-ợn g 1,2 kg Số tờ : 01 ∆ ∆ ∇ ∇ y ê u cầu kỹ th uật 1.Độ b óng cá c bề mặt cịn lạ i: ∇ 6 2. Độ đảo cá c mặt A , B với đ ừơ ng tâm ch i t iết ≤ 0 ,03 3. Độ k hông đồng tâm gi ữ a cá c bề mặt 80 -0,0 2 -0,0 4 , 10 0 -0,12 -0,15