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)? 19 Chương 2 Chất lượng bề mặt gia công Mục tiêu - Trình bày được các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt gia công, ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả năng làm việc của chi tiết, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt của chi tiết và các biện pháp khắc phục.
- Chủ động, sáng tạo và đảm bảo an toàn trong quá trình học tập.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: + 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.2 Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt gia công - 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.1 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.1 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 yn h3 h1 h10 h2 h4 h9 -y Hình 2.1 Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi của bềmặt chi tiết máy. 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 l x0 + Tính chính xác Ra = yi dx 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. 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. 21 Chiều dài Cấp nhẵn Ra Rz Chất lượng bề mặt chuẩn l bóng (m) (m) (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 9 0,32 1,6 Tinh 10 0,16 0,8 0,25 11 0,08 0,4 12 0,04 0,2 Siêu tinh 13 0,02 0,08 0,08 14 0,01 0,05 2. 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 l h + Độ nhám bề mặt ứng với tỉ lệ l/h = 050 H + Độ sóng bề mặt ứng với tỉ lệ L/H = 501000 h : chiều cao nhấp nhô tế vi.2 Tổng quát về độ nhám và độ sóng của bề mặt chi tiết l : khoảng cách giữa hai đỉnh nhấp nhô tế vi. máy L : khoảng cách giữa hai đỉnh sóng. H : chiều cao của sóng.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.
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 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. 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. _ 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. 23 _ 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. 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: _ Độ nhám bề mặt chi tiết máy có thể được xác định bằng phương pháp quang học với kính hiển vi giao thoa. _ Độ cứng bề mặt được xác định bằng máy đo độ cứng. Chiều sâu lớp biến cứng bề mặt được xác định bằng cách cắt mẫu, đem mài bóng rồi cho xâm thực hoá học để nghiên cứu cấu trúc lớp bề mặt. _ Ứng suất dư trong lớp bề mặt được xác định bằng phương pháp chiếu tia Rơnghen rồi khảo sát phân tích biểu đồ Rơnghen; hoặc bằng phương pháp cấu trúc điện tử trên cơ sở hiện tượng khúc xạ của các điện tử 2.
Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết gia công. Chất lượng bề mặt ảnh hưởng tới khả năng làm việc, mối lắp ghép của chi tiết máy trong kết cấu tổng thể của máy. Ảnh hưởng đến tính chống mòn 2. Ảnh hưởng đến độ nhấp nhô tế vi (độ nhám ) Chiều cao và hình dạng của nhấp nhô tế vi trên bề mặt cùng với chiều của vết gia công có ảnh hưởng đến ma sát và mài mòn chi tiết máy.
Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc nhau có nhấp nhô tế vi (nhám) nên trong giai đoạn đầu của quá trình làm việc, hai bề mặt này chỉ tiếp xúc nhau ở một số đỉnh cao nhấp nhô; diện tích tiếp xúc thật chỉ bằng một phần của diên tích tiếp xúc tính toán. Khi hai bề mặt có chuyển động tương đối với nhau sẽ xảy ra hiện tượng trựơt dẻo ở các đỉnh nhấp nhô; các đỉnh nhấp nhô bị mòn nhanh làm khe hở lắp ghép tăng lên. Đó là hiện tượng mòn ban đầu, mòn ban đầu có thể làm cho chiều cao nhấp nhô giảm 65 – 70% lúc đó diện tích tiếp xúc thực tăng lên và áp suất tiếp xúc giảm đi (mòn ban đầu ứng với chạy rà của kết cấu cơ khí). Do vậy, khi chế tạo chi tiết máy, nếu giảm hoặc tăng chiều cao nhấp nhô tế vi tới trị số tối ưu, ứng với điều kiện làm việc của chi tiết, thì sẽ đạt được lượng mòn ban đầu ít nhất, qua đó kéo dài tuổi thọ của chi tiết máy.
Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt Lớp biến cứng bề mặt chi tiết máy có tác dụng nâng cao tính chống mòn.