chương 1 1. Thế nào là quá trình sản xuất, quá trình công nghệ, quy trình công nghệ? 2. Hãy nêu các thành phần của quy trình công nghệ và nêu các ví dụ minh hoạ? 3. Hãy nêu các dạng sản xuất (định nghĩa, các căn cứ phân loại và ý nghĩa phân loại)? 4.
Thế nào là tập trung nguyên công, phân tán nguyên công? Cho ví dụ minh hoạ? 5. Quan hệ dạng sản xuất với phân tán và tập trung nguyên công? 16 Chương 2 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY (4 tiết) Mục tiêu bài học _ Trang bị cho học sinh những khái niệm về chất lượng bề mặt chi tiết máy và những ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết. _ Qua đó, giúp học sinh tìm ra các biện pháp khắc phục và nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết máy. Khái niệm về chất lượng bề mặt: 1.
Khái niệm: Chất lượng sản phẩm là một chỉ tiêu quan trọng và phải đặc biệt quan tâm khi chuẩn bị công nghệ chế tạo sản phẩm. Nó bao gồm chất lượng chế tạo các chi tiết máy và chất lượng lắp ráp chúng thành sản phẩm hoàn chỉnh. Đối với các chi tiết máy thì chất lượng chế tạo chúng được đánh giá bằng các thông số cơ bản sau đây : + Độ chính xác về kích thước của các bề mặt. + Độ chính xác về hình dạng của các bề mặt.
+ Độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt. + Chất lượng bề mặt. ở đây ta nghiên cứu các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt, ảnh hưởng của nó tới khả năng làm việc của chi tiết máy, các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt, phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt trong quá trình chế tạo chi tiết máy. Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt: _ Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của lớp bề mặt với những tính chất quan trọng của lớp bề mặt cụ thể là : + Hình dạng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám…) + Trạng thái và tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu biến cứng, ứng suất dư…).
+ Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc (tính chống mòn, khả năng chống xâm thực hoá học, độ bền mỏi…). _ Chất lượng bề mặt chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ thể và là mục tiêu chủ yếu cần đạt ở bước gia công tinh các bề mặt chi tiết máy. Lớp bề mặt chi tiết máy khác với lớp lõi về cấu trúc kim loại, tính chất cắt gọt và trạng thái biến cứng. Nguyên nhân chính của sự khác nhau là hiện tượng biến dạng dẻo của lớp bề mặt.
Mức độ và chiều sâu biến cứng bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố; những yếu tố này cũng ảnh hưởng đến lực cắt và nhiệt cắt. Đối với bề mặt chịu tải lớn cần chú ý đặc biệt tính chất cơ lý của nó. Tính chất hình học của bề mặt gia công: Tính chất hình học của bề mặt gia công được đánh giá bằng độ nhấp nhô tế vi và độ sóng bề mặt. a) Độ nhấp nhô tế vi: Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo ra những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công.
Như vậy bề mặt gia công có độ nhám (độ nhấp nhô tế vi). Độ nhấp nhô tế vi của bề mặt gia công được đo bằng chiều cao nhấp nhô (Rz) và sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra) của lớp bề mặt, Trị số của Rz trong phạm vi chiều dài chuẩn L được xác định: +y L y y yn-1 1 3 Hình 2.1 Sơ đồ xác định yn h3 h1 độ nhấp nhô tế vi của bề h10 h2 h4 h9 -y mặt chi tiết máy. 18 Rz = (h1 + h3 + h5 + h7 + h9 ) − (h2 + h4 + h6 + h8 + h10 ) 5 Sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra) là trị số trung bình của khoảng cách từ các đỉnh trên đường nhấp nhô tế vi tới đường trục toạ độ Ox : 1 n + Tính gần đúng Ra ≈ ∑ yi n i =1 l 1 + Tính chính xác Ra = ∫ yi dx l x =0 Độ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt) là cơ sở để đánh giá độ nhẵn bề mặt trong phạm vi chiều dài chuẩn rất ngắn l. _ Độ nhẵn bề mặt được chia làm 14 cấp ứng với giá trị của Ra, Rz.
Độ nhẵn bề mặt cao nhất ứng với cấp 14 (Ra ≤ 0,01µm; Rz ≤ 0,05 µm). Trên bản vẽ yêu cầu độ nhám cho theo Ra hoặc Rz. Trị số Ra cho khi yêu cầu độ nhẵn bề mặt cần đạt trong phạm vi từ cấp 6 tới cấp 12 (Ra=2,5÷0,04µm). Trị số Rz được ghi trên bản vẽ nếu yêu cầu độ nhẵn bề mặt cần đạt trong phạm vi từ cấp 1 đến cấp 5 (Rz =320÷20µm), hoặc từ cấp 13 đến cấp 14 (Rz = 0,08÷0,05µm).
Trong thực tế sản xuất người ta đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết máy theo các mức độ: thô, bán tinh, tinh và siêu tinh. Độ nhám bề mặt và độ chính xác về kích thước có quan hệ với nhau chặt chẽ. Theo kinh nghiệm người ta dựa vào cấp chính xác về kích thước để xác định độ nhám bề mặt tương ứng, cụ thể là giá trị của độ nhám bề mặt khoảng 5 ÷ 20% dung sai của kích thước cần đạt. Chiều dài Cấp nhẵn Ra Rz Chất lượng bề mặt chuẩn l bóng (µm) (µm) (mm) 1 80 320 2 40 160 8 Thô 3 20 80 4 10 40 2,5 5 5 20 2,5 Bán tinh 6 2,5 10 7 1,25 6,3 0,8 8 0,63 3,2 Tinh 9 0,32 1,6 10 0,16 0,8 0,25 19 11 0,08 0,4 12 0,04 0,2 Siêu tinh 13 0,02 0,08 0,08 14 0,01 0,05 b) Độ sóng bề mặt: Là chu kì không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được quan sát trong phạm vi lớn hơn độ nhám bề mặt (từ 1 ÷ 10 mm).
Người ta dựa vào tỉ lệ gần đúng giữa chiều cao nhấp nhô và bước sóng để phân biệt độ nhấp nhô tế vi (độ nhám) bề mặt và độ sóng của bề mặt chi tiết máy. L h + Độ nhám bề mặt ứng với tỉ l lệ l/h = 0÷50 H + Độ sóng bề mặt ứng với tỉ lệ Hình 2.2 Tổng quát về độ nhám L/H = 50÷1000 h : chiều cao nhấp nhô tế vi. l : khoảng cách giữa hai đỉnh nhấp nhô tế vi. L : khoảng cách giữa hai đỉnh sóng.
H : chiều cao của sóng và độ sóng của bề mặt chi tiết máy 2.2 Tính chất cơ lý của bề mặt gia công. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt chi tiết máy được biểu thị bằng độ cứng bề mặt, sự biến đổi về cấu trúc mang tinh thể lớp bề mặt, độ lớn và dấu của ứng suất trong lớp bề mặt, chiều sâu lớp biến cứng bề mặt. a) Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt: Trong quá trình gia công, tác dụng của lực cắt làm xô lệch mạng tinh thể lớp bề mặt kim loại và gây ra biến dạng dẻo ở vùng trước và vùng sau của lưỡi cắt. Phoi kim 20 loại được tạo ra do biến dạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng trượt.
Giữa các hạt tinh thể kim loại xuất hiện ứng suất. Thể tích riêng tăng và mật độ kim loại giảm ở vùng cắt. Giới hạn bền, độ cứng, độ giòn của lớp bề mặt được nâng cao; ngược lại tính dẻo dai của lớp bề mặt lại giảm. Tính dẫn từ và nhiều tính chất khác của lớp bề mặt bị thay đổi.
Cuối cùng, lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội, chắc lại, có độ cứng tế vi cao. Độ cứng tế vi là một tính chất cơ lý học quan trọng của lớp bề mặt. Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt phụ thuộc vào tác dụng của lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và ảnh hưởng nhiệt trong vùng cắt. Lực cắt tăng làm cho mức độ biến dạng dẻo của vật liệu tăng, qua đó làm tăng mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt.
Vậy mức độ biến cứng của lớp bề mặt phụ thuộc vào tỉ lệ tác động giữa hai yếu tố lực cắt và nhiệt cắt sinh ra trong vùng cắt. b) ứng suất dư trong lớp bề mặt: Khi gia công, trong lớp bề mặt chi tiết có ứng suất dư. Trị số, dấu, chiều sâu phân bố của ứng suất dư trong lớp bề mặt phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể. Những nguyên nhân chính gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt chi tiết máy: _ Khi cắt một lớp mỏng vật liệu, trường lực xuất hiện gây ra biến dạng dẻo không đều ở từng khu vực trong lớp bề mặt.
Khi trường lực mất đi, biến dạng dẻo gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt. _ Biến dạng dẻo sinh ra khi cắt làm chắc lớp vật liệu bề mặt, làm tăng thể tích riêng của lớp kim loại mỏng ở ngoài cùng. Lớp kim loại ở bên trong do không bị biến dạng dẻo nên vẫn giữ thể tích riêng bình thường. Lớp kim loại ngoài cùng có xu hướng tăng thể tích, gây ra ứng suất nén; để cân bằng thì lớp kim loại bên trong phải sinh ra ứng suất dư kéo.
_ Nhiệt sinh ra ở vùng cắt có tác dụng nung nóng cục bộ các lớp mỏng bề mặt làm giảm mô đun đàn hồi của vật liệu, có khi làm giảm tới trị số nhỏ nhất. Sau khi cắt, lớp vật liệu bề mặt ở vùng cắt bị nguội nhanh, co lại, sinh ra ứng suất dư kéo ; để cân bằng thì lớp kim loại bên trong phải sinh ra ứng suất dư nén. _ Kim loại bị chuyển pha trong quá trình cắt, nhiệt sinh ra ở vùng cắt làm thay đổi cấu trúc vật liệu dần đến sự thay đổi về thể tích kim loại. Lớp kim loại nào hình thành cấu trúc có thể tích riêng lớn sẽ sinh ra ứng suất dư nén ; lớp kim loại có cấu trúc với thể tích riêng bé phải sinh ra ứng suất dư kéo để cân bằng.
Để đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết máy trong thực tế có nhiều phương pháp. Sau đây là một số phương pháp chính: 21 _ Độ nhám bề mặt chi tiết máy có thể được xác định bằng phương pháp quang học với kính hiển vi giao thoa. Nếu bề mặt có độ nhẵn bóng cao (cấp 10 ÷ 14). Có thể đo prôfin lớp bề mặt bằng mũi dò khi bề mặt có độ nhẵn tới cấp 11.