chương 1 Nội dung: - Về kiến thức: + Trình bày được các khái niệm cơ bản về quá trình sản xuất, quy trình công nghệ, + Các thành phần của quá trình công nghệ, + Các dạng sản xuất và hình thức tổ chức sản xuất - Về kỹ năng: + Giải bài tập cơ bản về lập quy trình công nghệ 13 + Giải bài tập mở rộng và nâng cao tính số vòng quay khi tiện chi tiết gia công - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác. Phương pháp: - Kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm - Kỹ năng: Đánh giá kỹ năng tính toán các bài tập - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Đánh giá phong cách học tập 14 CHƯƠNG 2: CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY Mã chương: MH 21 -02 Giới thiệu: - Nhận biết các tính chất hình học, cơ lý của bề mặt gia công - Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt (V, t, S ) Mục tiêu: - Trình bày được các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt gia công - Nêu ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả năng làm việc của chi tiết - Trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt của chi tiết - Nêu các biện pháp khắc phục - Rèn luyện tính tư duy, tác phong công nghiệp Nội dung chính: 1. Chất lượng bề mặt chi tiết gia công 1.1 Khái niệm Chất lượng sản phẩm trong ngành chế tạo máy bao gồm chất lượng chế tạo các chi tiết máy và chất lượng lắp ráp chúng thành sản phẩm hoàn chỉnh. Để đánh giá chất lượng chế tạo các chi tiết máy, người ta dùng 4 thông số cơ bản sau: - 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 1.2 Tính chất hình học của bề mặt gia công Tính chất hình học của bề mặt gia công được đánh giá bằng độ nhám bề mặt và độ sóng bề mặt. a) Độ nhám bề mặt (hình học tế vi, độ bóng) 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 có độ nhám. Độ nhám của bề mặt gia công được đo bằng chiều cao nhấp nhô R Z và sai lệch profin trung bình cộng Ra của lớp bề mặt. * Chiều cao nhấp nhô RZ: là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao 5 đỉnh cao nhất và chiều sâu 5 đáy thấp nhất của profin tính trong phạm vi chiều dài chuẩn đo l. Trị số RZ được xác định như sau: Hình 2.1 Độ nhám bề mặt Chiều dài chuẩn l là chiều dài của phần bề mặt được chọn để đo độ nhám bề mặt, không tính đến những dạng mấp mô khác có bước lớn hơn l (sóng bề mặt chẳng hạn).
15 * Sai lệch profin trung bình cộng Ra: là trung bình số học các giá trị tuyệt đối của khoảng cách từ các điểm trên profin đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình. b) Độ sóng bề mặt Độ sóng bề mặt là chu kỳ không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được quan sát trong phạm vi lớn hơn độ nhám bề mặt. Người ta dựa vào tỷ lệ gần đúng giữa chiều cao nhấp nhô và bước sóng để phân biệt độ nhám bề mặt và độ sóng của bề mặt chi tiết máy. - Độ nhám bề mặt ứng với tỷ lệ: - Độ sóng bề mặt ứng với tỷ lệ: Trong đó: L: khoảng cách 2 đỉnh sóng.
l: khoảng cách 2 đỉnh nhấp nhô tế vi. H là chiều cao của sóng. h: chiều cao nhấp nhô tế vi. Tính chất cơ lý của bề mặt gia công 1.1 Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt Có 2 chỉ tiêu để đánh giá độ biến cứng: - Độ cứng tế vi.
- Chiều sâu của lớp biến cứng. 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 (cường độ, thời gian tác dụng) 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. Nhiệt sinh ra ở vùng cắt (nhiệt độ, thời gian tác dụng) sẽ hạn chế hiện tượng biến cứng bề mặt.2 Tổng quát về độ nhám và độ song bề mặt chi tiết 1.2 Ứng suất dư trong lớp bề mặt Nguyên nhân gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt chi tiết máy: sâu xa nhất vẫn là do biến dạng dẻo.
- 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 không đồng đều này sẽ gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt.3 Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết - 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 dư nén; vì có liên hệ với nhau nên lớp kim loại bên trong phải sinh ra ứng suất dư kéo để cân bằng.
- 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 và nhiệt sinh ra ở vùng cắt làm thay đổi cấu trúc vật liệu, dẫn 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.3 Phương pháp xác định chất lượng bề mặt Trong thực tế có nhiều phương pháp xác định chất lượng bề mặt chi tiết máy.
Sau đây là một số phương pháp chính: + Đo độ nhám bề mặt: - Dùng mũi dò: để đo các bề mặt có độ nhám lớn. - Dùng máy đo quang học: dùng khi độ nhám nhỏ. - Dùng chất dẻo đắp lên chi tiết, đo độ nhám thông qua bề mặt chất dẻo đó: dùng khi đo độ nhám các bề mặt lỗ. - Xác định độ nhám bằng cách so sánh (bằng mắt) vật cần đo với mẫu có sẵn.
+ Đo ứng suất dư: - Dùng tia Rơnghen: chiếu tia rồi khảo sát phân tích biểu đồ Rơnghen. - Dùng cấu trúc điện tử: + Đo biến cứng: - Độ cứng: dùng máy đo độ cứng. - Chiều sâu biến cứng: cắt mẫu, đem mài bóng rồi cho xâm thực hóa học để nghiên cứu cấu trúc lớp bề mặt. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy Khả năng làm việc của chi tiết máy được quyết định bởi: tính chống mòn, độ bền mỏi, tính chống ăn mòn hóa học, độ chính xác các mối lắp ghép.
Chất lượng bề mặt ảnh hưởng đáng kể đến khả năng làm việc của chi tiết máy. Có thể kể ra các yếu tố bị ảnh hưởng bởi chất lượng bề mặt như: Hệ số ma sát, tính chống mòn, độ cứng vững tiếp xúc, tính dẫn điện, dẫn nhiệt, độ bền mỏi, độ bền va đập, tính chống ăn mòn. Sau đây ta nói đến các ảnh hưởng thường gặp: Độ mòn ban đầu u 17 Hình 2.4 Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu u và sai lệch Profin trung bình Ra 2. Ảnh hưởng đến tính chống mòn 2.
Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc nhau có nhấp nhô tế vi 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 thực chỉ bằng một phần của diện tích tính toán. Tại các đỉnh tiếp xúc đó, áp suất rất lớn, thường vượt quá giới hạn chảy, có khi vượt quá cả giới hạn bền của vật liệu. áp suất đó làm cho các điểm tiếp xúc bị nén đàn hồi và làm biến dạng dẻo các nhấp nhô, đó là biến dạng tiếp xúc. Khi hai bề mặt có chuyển động tương đối với nhau sẽ xảy ra hiện tượng trượt 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. Trong điều kiện làm việc nhẹ và vừa, mòn ban đầu có thể làm cho chiều cao nhấp nhô giảm 65 75%; lúc đó diện tích tiếp xúc thực tăng lên và áp suất tiếp xúc giảm đi. Sau giai đoạn mòn ban đầu (chạy rà) này, quá trình mài mòn trở nên bình thường và chậm, đó là giai đoạn mòn bình thường (giai đoạn này, chi tiết máy làm việc tốt nhất). Cuối cùng là giai đoạn mòn kịch liệt, khi đó bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, nghĩa là cấu trúc bề mặt chi tiết máy bị phá hỏng.
Mối quan hệ giữa lượng mòn và thời gian sử dụng của một cặp chi tiết ma sát với nhau tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu được biểu thị như sau: Các đường đặc trưng a, b, c ứng với ba độ nhám ban đầu khác nhau của các bề mặt tiếp xúc. Đường đặc trưng c, cặp chi tiết có độ nhẵn bóng bề mặt ban đầu kém nhất nên giai đoạn mòn ban đầu xảy ra nhanh nhất, cường độ mòn lớn nhất ở giai đoạn mòn ban đầu. Thực nghiệm chứng tỏ rằng, nếu giảm hoặc tăng độ nhám tới trị số tối ưu, ứng với điều kiện làm việc của chi tiết máy thì sẽ đạt được lượng mòn ban đầu ít nhất, qua đó, kéo dài tuổi thọ của chi tiết máy. (Đường 1 ứng với điều kiện làm việc nhẹ.
Đường 2 ứng với điều kiện làm việc nặng). Lượng mòn ban đầu ít nhất ứng với giá trị của Ra tại các điểm Ra1, Ra2 ; đó là giá trị tối ưu của Ra. Nếu giá trị của Ra nhỏ hơn trị số tối ưu Ra 1, Ra2 thì sẽ bị mòn kịch liệt vì các phấn tử kim loại dễ khuếch tán.