CHƯƠNG 2 CHẤT LƯỢNG Bề Mặt GIA CÔNG - Tài Liệu Text - 123doc

Tải bản đầy đủ (.doc) (17 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ Thuật - Công Nghệ
>>
3. Cơ khí - Chế tạo máy

CHƯƠNG 2 CHẤT LƯỢNG bề mặt GIA CÔNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (294.93 KB, 17 trang )

Chương 2. CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG2.1. Khái niệmChất lượng của chi tiết máy được đánh giá trên 4 mặt 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 của các bề mặt, vàChất lượng bề mặt.Như vậy, chất lượng bề mặt gia công là một trong 4 chỉ tiêu đánh giáchất lượng chi tiết máy.Chất lượng bề mặt gia công được đánh giá bằng ba yếu tố đặc trưng:- Hình dạng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám...).- Trạng thái và tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu biếncứng, ứng suất dư...).- Phản ứng của lớp bề mặt với môi trường làm việc (tính chống mòn, khảnăng chống xâm thực của hóa chất, độ bền mỏi...).Chất lượng của lớp kim loại bề mặt được tạo thành bởi tính chất của kimloại và phương pháp gia công cơ. Trong quá trình gia công cơ, bên dưới lưỡidụng cụ cắt, trên bề mặt kim loại tạo thành những vết lồi, lõm và cấu trúc củalớp bề mặt cũng thay đổi.Mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng phụ thuộc vào phương phápgia công và chế độ cắt. Khi tăng lượng chạy dao và chiều sâu cắt, chiều sâubiến cứng tăng lên và ngược lại.1Các sai số của bề mặt gia công được phânbiệt theo dấu hiệu hình học như sau:- Sai số hình dáng (độ ô van, độ tang2trống, độ đa cạnh …)- Độ sóng bề mặt.- Độ nhám bề mặt (được tạo thành những3vết lồi, lõm dưới tác dụng của lưỡi cắt)Bề mặt có thể có độ nhám và độ sóng cao 4(bề mặt 1 trên hình 2.1), độ nhám và độ sóngvừa phải (bề mặt 2), bề mặt tương đối bằngphẳng nhưng có độ nhám cao (bề mặt 3) hoặcbề mặt phẳng với độ nhám thấp (bề mặt 4).Hình 2.1. Độ sóng, độnhám bề mặt gia côngBề mặt chi tiết được gia công bằng phương pháp cắt có lưỡi cắt có thểhình thành độ nhám theo các phương khác nhau:19a/b/Hình 2.2. Độ nhám ngang (a) và Độ nhám dọc (b)- Độ nhám dọc (trùng với phương của vectơ tốc độ cắt).- Độ nhám ngang (vuông góc với phương của vectơ tốc độ cắt).Độ nhám dọc xuất hiện khi lực cắt có biến đổi gây ra rung động. Ngoàira, độ nhám dọc còn xuất hiện do nguyên nhân lẹo dao.Độ nhám ngang thông thường lớn hơn độ nhám dọc. Khi gia công tinh bềmặt bằng dụng cụ hạt mài, độ nhám bề mặt theo các phương ngang và dọcgần như nhau.Chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc vào những yếu tố sau đây:- Tính chất của vật liệu gia công.- Phương pháp gia công.- Chế độ cắt.- Độ cứng vững của hệ thống công nghệ.- Thông số hình học của dao.- Dung dịch trơn nguội.2.2. Tính chất hình học lớp bề mặt2.2.1. Độ nhám lớp bề mặtĐộ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi) là tập hợp tất cả những bề mặt lồi,lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trên một khoảng ngắn tiêu chuẩn.Độ nhám bề mặt được đặc trưng bởi 2 thông số cơ bản: Chiều cao nhấpnhô Rz và sai lệch profin trung bình Ra.1. Chiều cao nhấp nhô RzChiều cao nhấp nhô Rz là trị số trung bình của 5 khoảng cách từ 5 đỉnhcao nhất đến 5 đáy thấp nhất của nhấp nhô bề mặt tế vi tính trong phạm vi20chiều dài chuẩn l. Hình 2.3 là độ nhám bề mặt gia công được phóng đại lênnhiều lần.Trị số của Rz:Rz =(h1 + h 3 + h 5 + h 7 + h 9) − ( h 2 + h 4 + h 6 + h 8 + h10 )(2.1)5Để đánh giá độ nhám, trước hết ta phải vẽ được đường thẳng chuẩn.Đường thẳng chuẩn là đường trung bình được vẽ sao cho trong phạm vi chiềudài chuẩn 1 tổng diện tích (phần gạch đứng) từ hai phía (của đường chuẩn)bằng nhau.Chiều dài chuẩn 1 là chiều dài dùng để đánh giá các thông số của độnhám (l=0,01 đến 25 mm).+yBCy3y10h2yiyn-1y4y2h1Lynh3h5h4h6h7h8h9h10-yAHình 2.3. Độ nhám bề mặt chi tiếtA. Đường đáy; B. Đường đỉnh; C. Đường trung bình2. Sai lệch profin trung bình RaSai lệch profin trung bình Ra là giá trị trung bình cộng của các giá trịchiều cao h tính từ đường trung bình trong phạm vi chiều dài chuẩn 1.- Tính gần đúng:Ra =1 n∑ yin i=1(2.2)- Tính chính xác:1 1R a = ∫ y i dxl x =0Trong đó:l – Chiều dài chuẩn21(2.3)h - Tung độ của profin được đo từ đường thẳng chuẩnn – Số lượng tung độ profin được đo.Rz – Chiều cao nhấp nhô bằng giá trị trung bình giữa năm đỉnh cao nhấtvà năm đỉnh thấp nhất của profin được đo trong phạm vi chiều dài chuẩn l.3. Bước nhấp nhôBước nhấp nhô là khoảng cách giữa hai đỉnh nhấp nhô liên tiếp tính theohướng đường trung bình.Bước nhấp nhô trung bình là giá trị trung bình của các bước nhấp nhôtrong phạm vi chiều dài chuẩn l:nSn =∑S(2.4)i1nTrong đó:n – Số bước nhấp nhô (theo đường trung bình) trong phạm vi của chiềudài chuẩn l.2.2.2. Phần vật liệu theo độ nhámNếu cắt ngang profin một bề mặt theo độ nhám tại một độ cao nào đó (độcao (hi, H.2.4) thì chỉ có một phần vật liệu của chi tiết bị cắt. Đó là phần vậtliệu theo độ nhám. Hình dáng của độ nhám ảnh hưởng đến phần vật liệu tạimột độ cao nào đó của độ nhám bề mặt. Chiều dài của phần vật liệu nào đó làtổng chiều dài của phần kim loại đi qua các điểm của độ nhám.Hình 2.4. Đường cong của phần vật liệuĐôi khi diện tích phần vật liệu F được đánh giá theo phần trăm của bềmặt gia công:F=li100%L(2.5)Ở đây: li – Chiều dài của độ nhám ở một vị trí nào đóL – Chiều dài của phần bề mặt được quan sát.Đường cong a (H.2.4) cho phép xác định giá trị cuả phần vật liệu đặctrưng cho khả năng chịu tải của bề mặt.22Mỗi một điểm của đường cong này được dựng bằng cách cộng tất cả cáckhoảng cách bề rộng của độ nhám (l 1+l2+l3) nằm trên cùng độ cao h (h là tungđộ đường cong).Mức độ điền đầy bề mặt kim loại càng cao thì độ chống mòn và độ kínkhít cuả các bề mặt lắp ghép càng cao. Như vậy, cùng một chiều cao của độnhám, phần vật liệu sẽ khác nhau hay nói cách khác thì hình dáng của độnhám khác nhau thì phần vật liệu sẽ khác nhau.Bảng 2.1: Cấp độ nhám và các giá trị tương ứngCấp độ nhám1234567891011121314Ra( µm )Rz( µm )Không lớn hơn8432040150208010405202.5101.256.30.633.20.321.60.160.80.080.40.040.20.020.10.010.05Chiều dài chuẩn l(mm)82.50.80.250.08Trong bảng trên, phần in nghiêng là giá trị qui định ghi trên bản vẽ. Từcấp 1 đến cấp 5 ghi giá trị Rz; từ cấp 6 đến cấp 12 ghi giá trị Ra. Riêng cấp13, 14 thì có thể ghi giá trị Ra hay Rz.Theo kinh nghiệm, thường dựa vào cấp chính xác về kỹ kích thước đểxác định độ nhám; cụ thể giá trị của độ nhám bằng 5 ÷ 20% dung sai của kíchthước cần đạt được.2.2.3. Độ sóng bề mặt- Độ sóng bề mặt của chitiết là chu kỳ không bằngphẳng của bề mặt chi tiết đượcquan sát trong phạm vi lớn hơnđộ nhám bề mặt (từ 1 ÷ 10mm).- Phân biệt độ nhám và độsóng: Dựa vào tỷ lệ gần đúngHình 2.5. Phân biệt độ sóngvà độ nhám23giữa chiều cao nhấp nhô và bước sóng (H.2.5): Độ nhám: l/h = 0 ÷ 50; độsóng: L/H = 50 ÷ 1000.2.3. Tính chất cơ lý lớp bề mặtTính chất cơ lý lớp bề mặt gồm có:- Độ biến cứng bề mặt.- Sự biến đổi về cấu trúc mạng tinh thể lớp bề mặt.- Độ lớn và dấu của ứng suất trong lớp bề mặt.- Chiều sâu lớp biến cứng bề mặt.2.3.1. Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặtBiến cứng là hiện tượng lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội, chắc lại vàcó độ cứng tế vi cao do lực cắt tác dụng trong quá trình gia công cắt gọt. Tácdụng này làm xô lệch mạng tinh thể lớp kim loại bề mặt và biến dạng dẻovùng trước và sau lưỡi cắt. Tính chất của lớp kim loại bề mặt này là giới hạnbền, dộ cứng, độ giòn tăng ngược lại tính dẻo dai lại giảm.Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào tác dạngcủa lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và ảnh hưởng nhiệt trongvùng cắt.2.3.2. Ứng suất dư trong lớp bề mặtKhi gia công, trong lớp bề mặt chi tiết có ứng suất dư. Trị số, dấu, chiềusâu ứng suất dư này phụ thuộc vào điều kiện gia công. Nguyên nhân cụ thể:- Biến dạng dẻo không đều ở từng khu vực bề mặt khi cắt một lớp mỏngvật liệu.- Lớp kim loại ngoài cùngcó xu hướng tăng thể tích, trongkhi đó lớp kim loại bên trong vẫngiữ nguyên nên để cân bằng sẽxuất hiện ứng suất dư nén ở lớpbên ngoài và ứng suất dư kéo cholớp bên trong.- Nhiệt sinh ra ở vùng cắt:làm giảm mô đun đàn hồi sau đóbị nguội, co lại, sinh ra ứng suấtkéo, để cân bằng lớp bên trongsinh ra ứng suất nén.- Kim loại bị chuyển phatrong quá trình cắt cộng với nhiệtcắt làm thay đổi cấu trúc vật liệu,Hình 2.6. Ảnh hưởng của độ nhámbề mặt Ra tới độ mòn U của chi tiết.1. Điều kiện làm việc nhẹ2. Điều kiện làm việc nặng24dẫn đến thay đổi thể tích riêng của kim loại trong từng vùng khác nhau của bềmặt gây nên ứng suất.2.4. Ảnh hưởng độ nhám bề mặt tới chất lượng chi tiếtNhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng ma sát và độ mòn củachi tiết máy phụ thuộc vào chiều cao và hình dáng của độ nhám bề mặt vàphương của vết gia công.Hình 2.6 là các đường cong chỉ độ nhám tối ưu (các điểm O 1 và O2) ứngvới độ mòn ban đầu nhỏ nhất của các bề mặt tiếp xúc. Ta thấy, đối với điềukiện làm việc nặng đường cong mòn dịch chuyển về phía trên và bên phải(đường cong 2) ứng với độ nhám tối ưu có giá trị tốt hơn.Thực tế cho thấy độ mòn ban đầu của chi tiết máy có thể san phẳng65÷70% chiều cao của độ nhám và như vậy trong một số trường hợp điềukiện lắp ghép có thể bị phá hỏng. Do đó, độ nhám bề mặt cần được chọn trêncơ sở dung sai δ ( µ m):Khi đường kính lắp ghép>50 mm:Rz=(0,1÷0,15) δ ( µ m)(2.6)Khi đường kính lắp ghép trong khoảng 18÷50 mm:Rz=(0,15÷0,2) δ ( µ m)(2.7)Khi đường kính lắp ghép 0,15 mm/vòng thì :- Khi S P/N = cotgθ = cotg (ρ + δ - 90) = cotg (ρ - γ); µ >cotg(ρ - γ)Nếu µ = 1 ÷ 0.5 thì: 1 ÷ 0.5 > cotg(ρ-γ), 450 ÷ 720 < ρ-γNhư vậy, để có ứng suất dưnén thì γ