Giáo trình Công nghệ chế tạo máy - Lưu Đức Bình

122 trang phuongnguyen 1760

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Công nghệ chế tạo máy - Lưu Đức Bình", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_cong_nghe_che_tao_may_luu_duc_binh.pdf

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ chế tạo máy - Lưu Đức Bình

Giỏo trỡnh Cụng nghệ chế tạo mỏy
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình Ch−ơng 1 các khái niệm cơ bản 1.1- Mở đầu Ngành Chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị, công cụ cho mọi ngành trong nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cần thiết để các ngành này phát triển mạnh hơn. Vì vậy, việc phát triển KH - KT trong lĩnh vực Công nghệ chế tạo máy có ý nghĩa hàng đầu nhằm thiết kế, hoàn thiện và vận dụng các ph−ơng pháp chế tạo, tổ chức và điều khiển quá trình sản xuất đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Công nghệ chế tạo máy là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật có nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế và tổ chức thực hiện quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí đạt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật nhất định trong điều kiện quy mô sản xuất cụ thể. Một mặt Công nghệ chế tạo máy là lý thuyết phục vụ cho công việc chuẩn bị sản xuất và tổ chức sản xuất có hiệu quả nhất. Mặt khác, nó là môn học nghiên cứu các quá trình hình thành các bề mặt chi tiết và lắp ráp chúng thành sản phẩm. Công nghệ chế tạo máy là một môn học liên hệ chặt chẽ giữa lý thuyết và thực tiễn sản xuất. Nó đ−ợc tổng kết từ thực tế sản xuất trải qua nhiều lần kiểm nghiệm để không ngừng nâng cao trình độ kỹ thuật, rồi đ−ợc đem ứng dụng vào sản xuất để giải quyết những vấn đề thực tế phức tạp hơn, khó khăn hơn. Vì thế, ph−ơng pháp nghiên cứu Công nghệ chế tạo máy phải luôn liên hệ chặt chẽ với điều kiện sản xuất thực tế. Ngày nay, khuynh h−ớng tất yếu của Chế tạo máy là tự động hóa và điều khiển quá trình thông qua việc điện tử hóa và sử dụng máy tính từ khâu chuẩn bị sản xuất tới khi sản phẩm ra x−ởng. Đối t−ợng nghiên cứu của Công nghệ chế tạo máy là chi tiết gia công khi nhìn theo khía cạnh hình thành các bề mặt của chúng và quan hệ lắp ghép chúng lại thành sản phẩm hoàn chỉnh. Để làm công nghệ đ−ợc tốt cần có sự hiểu biết sâu rộng về các môn khoa học cơ sở nh−: Sức bền vật liệu, Nguyên lý máy, Chi tiết máy, Máy công cụ, Nguyên lý cắt, Dụng cụ cắt v.v Các môn học Tính toán và thiết kế đồ gá, Thiết kế nhà máy cơ khí, Tự động hóa quá trình công nghệ sẽ hỗ trợ tốt cho môn học Công nghệ chế tạo máy và là những vấn đề có quan hệ khăng khít với môn học này. Môn học Công nghệ chế tạo máy không những giúp cho ng−ời học nắm vững các ph−ơng pháp gia công các chi tiết có hình dáng, độ chính xác, vật liệu khác nhau và công nghệ lắp ráp chúng thành sản phẩm, mà còn giúp cho ng−ời học khả năng phân tích so sánh −u, khuyết điểm của từng ph−ơng pháp để chọn ra ph−ơng pháp gia công thích hợp nhất, biết chọn quá trình công nghệ hoàn thiện nhất, vận dụng đ−ợc kỹ thuật mới và những biện pháp tổ chức sản xuất tối −u để nâng cao năng suất lao động. Mục đích cuối cùng của Công nghệ chế tạo máy là nhằm đạt đ−ợc: chất l−ợng sản phẩm, năng suất lao động và hiệu quả kinh tế cao. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 1
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình 1.2- quá trình sản xuất và quá trình công nghệ 1.2.1- Quá trình sản xuất Nói một cách tổng quát, quá trình sản xuất là quá trình con ng−ời tác động vào tài nguyên thiên nhiên để biến nó thành sản phẩm phục vụ cho lợi ích của con ng−ời. Định nghĩa này rất rộng, có thể bao gồm nhiều giai đoạn. Ví dụ, để có một sản phẩm cơ khí thì phải qua các giai đoạn: Khai thác quặng, luyện kim, gia công cơ khí, gia công nhiệt, lắp ráp v.v Nếu nói hẹp hơn trong một nhà máy cơ khí, quá trình sản xuất là quá trình tổng hợp các hoạt động có ích để biến nguyên liệu và bán thành phẩm thành sản phẩm có giá trị sử dụng nhất định, bao gồm các quá trình chính nh−: Chế tạo phôi, gia công cắt gọt, gia công nhiệt, kiểm tra, lắp ráp và các quá trình phụ nh−: vận chuyển, chế tạo dụng cụ, sửa chữa máy, bảo quản trong kho, chạy thử, điều chỉnh, sơn lót, bao bì, đóng gói v.v Tất cả các quá trình trên đ−ợc tổ chức thực hiện một cách đồng bộ nhịp nhàng để cho quá trình sản xuất đ−ợc liên tục. Sự ảnh h−ởng của các quá trình nêu trên đến năng suất, chất l−ợng của quá trình sản xuất có mức độ khác nhau. ảnh h−ởng nhiều nhất đến chất l−ợng, năng suất của quá trình sản xuất là những quá trình có tác động làm thay đổi về trạng thái, tính chất của đối t−ợng sản xuất, đó chính là các quá trình công nghệ. 1.2.2- Quá trình công nghệ Quá trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất, trực tiếp làm thay đổi trạng thái và tính chất của đối t−ợng sản xuất. Đối với sản xuất cơ khí, sự thay đổi trạng thái và tính chất bao gồm: - Thay đổi trạng thái hình học (kích th−ớc, hình dáng, vị trí t−ơng quan giữa các bộ phận của chi tiết ) - Thay đổi tính chất (tính chất cơ lý nh− độ cứng, độ bền, ứng suất d− ) * Quá trình công nghệ bao gồm: - Quá trình công nghệ tạo phôi: hình thành kích th−ớc của phôi từ vật liệu bằng các ph−ơng pháp nh− đúc, hàn, gia công áp lực - Quá trình công nghệ gia công cơ: làm thay đổi trạng thái hình học và cơ lý tính lớp bề mặt. - Quá trình công nghệ nhiệt luyện: làm thay đổi tính chất cơ lý của vật liệu chi tiết cụ thể tăng độ cứng, độ bền. - Quá trình công nghệ lắp ráp: tạo ra một vị trí t−ơng quan xác định giữa các chi tiết thông qua các mối lắp ghép giữa chúng để tạo thành sản phẩm hoàn thiện. Quá trình công nghệ cho một đối t−ợng sản xuất (chi tiết) phải đ−ợc xác định phù hợp với các yêu cầu về chất l−ợng và năng suất của đối t−ợng. Xác định quá trình công nghệ hợp lý rồi ghi thành văn kiện công nghệ thì các văn kiện công nghệ đó gọi là quy trình công nghệ. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 2
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình 1.3- các thành phần của quy trình công nghệ 1.3.1- Nguyên công Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ, đ−ợc hoàn thành một cách liên tục tại một chỗ làm việc do một hay một nhóm công nhân thực hiện. ở đây, nguyên công đ−ợc đặc tr−ng bởi 3 điều kiện cơ bản, đó là hoàn thành và tính liên tục trên đối t−ợng sản xuất và vị trí làm việc. Trong quá trình thực hiện quy trình công nghệ nếu chúng ta thay đổi 1 trong 3 điều kiện trên thì ta đã chuyển sang một nguyên công khác. Ví dụ: Tiện trục có hình nh− sau: A B Nếu ta tiện đầu A rồi trở đầu để tiện đầu B (hoặc ng−ợc lại) thì vẫn thuộc một nguyên công vì vẫn đảm bảo tính chất liên tục và vị trí làm việc. Nh−ng nếu tiện đầu A cho cả loạt xong rồi mới trở lại tiện đầu B cũng cho cả loạt đó thì thành hai nguyên công vì đã không đảm bảo đ−ợc tính liên tục, có sự gián đoạn khi tiện các bề mặt khác nhau trên chi tiết. Hoặc tiện đầu A ở máy này, đầu B tiện ở máy khác thì rõ ràng đã hai nguyên công vì vị trí làm việc đã thay đổi. Nguyên công là đơn vị cơ bản của quá trình công nghệ. Việc chọn số l−ợng nguyên công sẽ ảnh h−ởng lớn đến chất l−ợng và giá thành sản phẩm, việc phân chia quá trình công nghệ ra thành các nguyên công có ý nghĩa kỹ thuật và kinh tế. * ý nghĩa kỹ thuật: Mỗi một ph−ơng pháp cắt gọt có một khả năng công nghệ nhất định (khả năng về tạo hình bề mặt cũng nh− chất l−ợng đạt đ−ợc). Vì vậy, xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật và dạng bề mặt cần tạo hình mà ta phải chọn ph−ơng pháp gia công t−ơng ứng hay nói cách khác chọn nguyên công phù hợp. Ví dụ: Ta không thể thực hiện đ−ợc việc tiện các cổ trục và phay rãnh then ở cùng một chỗ làm việc. Tiện các cổ trục đ−ợc thực hiện trên máy tiện, phay rãnh then thực hiện trên máy phay. * ý nghĩa kinh tế: Khi thực hiện công việc, tùy thuộc mức độ phức tạp của hình dạng bề mặt, tùy thuộc số l−ợng chi tiết cần gia công, độ chính xác, chất l−ợng bề mặt yêu cầu mà ta phân tán hoặc tập trung nguyên công nhằm mục đích đảm bảo sự cân bằng cho nhịp sản xuất, đạt hiệu qủa kinh tế nhất. Ví dụ: Trên một máy, không nên gia công cả thô và tinh mà nên chia gia công thô và tinh trên hai máy. Vì khi gia công thô cần máy có công suất lớn, năng suất cao, không cần chính xác cao để đạt hiệu quả kinh tế (lấy phần lớn l−ợng d−); khi gia công tinh thì cần máy có độ chính xác cao để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 3
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình 1.3.2- Gá Tr−ớc khi gia công, ta phải xác định vị trí t−ơng quan giữa chi tiết so với máy, dụng cụ cắt và tác dụng lên chi tiết một lực để chống lại sự xê dịch do lực cắt và các yếu tố khác gây ra khi gia công nhằm đảm bảo chính xác vị trí t−ơng quan đó. Quá trình này ta gọi là quá trình gá đặt chi tiết. Gá là một phần của nguyên công, đ−ợc hoàn thành trong một lần gá đặt chi tiết. Trong một nguyên công có thể có một hoặc nhiều lần gá. Ví dụ: Để tiện các mặt trụ bậc A, B, C ta thực hiện 2 lần gá: A B C - Lần gá 1: Gá lên 2 mũi chống tâm và truyền mômen quay bằng tốc để gia công các bề mặt C và B. - Lần gá 2: Đổi đầu để gia công bề mặt B (vì mặt này ch−a đ−ợc gia công ở lần gá tr−ớc do phải lắp với tốc). 1.3.3- Vị trí Vị trí là một phần của nguyên công, đ−ợc xác định bởi một vị trí t−ơng quan giữa chi tiết với máy hoặc giữa chi tiết với dụng cụ cắt. Một lần gá có thể có một hoặc nhiều vị trí. Ví dụ: Khi phay bánh răng bằng dao phay định hình, mỗi lần phay một răng, hoặc khoan một lỗ trên chi tiết có nhiều lỗ đ−ợc gọi là một vị trí (một lần gá có nhiều vị trí). Còn khi phay bánh răng bằng dao phay lăn răng, mỗi lần phay là một vị trí (nh−ng do tất cả các răng đều đ−ợc gia công nên lần gá này có một vị trí). 1.3.4- B−ớc B−ớc cũng là một phần của nguyên công khi thực hiện gia công một bề mặt (hoặc một tập hợp bề mặt) sử dụng một dụng cụ cắt (hoặc một bộ dụng cụ) với chế độ công nghệ (v, s, t) không đổi. Một nguyên công có thể có một hoặc nhiều b−ớc. Ví dụ: Cũng là gia công hai đoạn trục nh−ng nếu gia công đồng thời bằng hai dao là một b−ớc; còn gia công bằng một dao trên từng đoạn trục là hai b−ớc. * Khi có sự trùng b−ớc (nh− tiện bằng 3 dao cho 3 bề mặt cùng một lúc), thời gian gia công chỉ cần tính cho một bề mặt gia công có chiều dài lớn nhát. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 4
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình 1.3.5- Đ−ờng chuyển dao Đ−ờng chuyển dao là một phần của b−ớc để hớt đi một lớp vật liệu có cùng chế độ cắt và bằng cùng một dao. Mỗi b−ớc có thể có một hoặc nhiều đ−ờng chuyển dao. Ví dụ: Để tiện ngoài một mặt trụ có thể dùng cùng một chế độ cắt, cùng một dao để hớt làm nhiều lần; mỗi lần là một đ−ờng chuyển dao. 1.3.6- Động tác Động tác là một hành động của công nhân để điều khiển máy thực hiện việc gia công hoặc lắp ráp. Ví dụ: Bấm nút, quay ụ dao, đẩy ụ động Động tác là đơn vị nhỏ nhất của quá trình công nghệ. Việc phân chia thành động tác rất cần thiết để định mức thời gian, nghiên cứu năng suất lao động và tự động hóa nguyên công. 1.4- các dạng sản xuất và các hình thức tổ chức sản xuất Dạng sản xuất là một khái niệm cho ta hình dung về quy mô sản xuất một sản phẩm nào đó. Nó giúp cho việc định h−ớng hợp lý cách tổ chức kỹ thuật - công nghệ cũng nh− tổ chức toàn bộ quá trình sản xuất. Các yếu tố đặc tr−ng của dạng sản xuất: - Sản l−ợng. - Tính ổn định của sản phẩm. - Tính lặp lại của quá trình sản xuất. - Mức độ chuyên môn hóa trong sản xuất. Tùy theo các yếu tố trên mà ng−ời ta chia ra 3 dạng sản xuất: - Đơn chiếc - Hàng loạt - Hàng khối. 1.4.1- Dạng sản xuất đơn chiếc Dạng sản xuất đơn chiếc có đặc điểm là: - Sản l−ợng hàng năm ít, th−ờng từ một đến vài chục chiếc. - Sản phẩm không ổn định do chủng loại nhiều. - Chu kỳ chế tạo không đ−ợc xác định. Đối với dạng sản xuất này ta phải tổ chức kỹ thuật và công nghệ nh− sau: - Sử dụng các trang thiết bị, dụng cụ công nghệ vạn năng để đáp ứng tính đa dạng của sản phẩm. - Yêu cầu trình độ thợ cao, thực hiện đ−ợc nhiều công việc khác nhau. - Tài liệu h−ớng dẫn công nghệ chỉ là những nét cơ bản, th−ờng là d−ới dạng phiếu tiến trình công nghệ. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 5
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình 1.4.2- Dạng sản xuất hàng loạt Dạng sản xuất hàng loạt có đặc điểm là: - Sản l−ợng hàng năm không quá ít. - Sản phẩm t−ơng đối ổn định. - Chu kỳ chế tạo đ−ợc xác định. Tùy theo sản l−ợng và mức độ ổn định sản phẩm mà ta chia ra dạng sản xuất loạt nhỏ, loạt vừa, loạt lớn. Sản xuất loạt nhỏ rất gần và giống với sản xuất đơn chiếc, còn sản xuất loạt lớn rất gần và giống sản xuất hàng khối. 1.4.3- Dạng sản xuất hàng khối Dạng sản xuất hàng khối có đặc điểm là: - Sản l−ợng hàng năm rất lớn. - Sản phẩm rất ổn định. - Trình độ chuyên môn hóa sản xuất cao. Đối với dạng sản xuất này ta phải tổ chức kỹ thuật và công nghệ nh− sau: - Trang thiết bị, dụng cụ công nghệ th−ờng là chuyên dùng. - Quá trình công nghệ đ−ợc thiết kế và tính toán chính xác, ghi thành các tài liệu công nghệ có nội dung cụ thể và tỉ mỉ. - Trình độ thợ đứng máy không cần cao nh−ng đòi hỏi phải có thợ điều chỉnh máy giỏi. - Tổ chức sản xuất theo dây chuyền. Dạng sản xuất hàng khối cho phép áp dụng các ph−ơng pháp công nghệ tiên tiến, có điều kiện cơ khí hóa và tự động hóa sản xuất, tạo điều kiện tổ chức các đ−ờng dây gia công chuyên môn hóa. Các máy ở dạng sản xuất này th−ờng đ−ợc bố trí theo theo thứ tự nguyên công của quá trình công nghệ. Chú ý là việc phân chia thành ba dạng sản xuất nh− trên chỉ mang tính t−ơng đối. Trong thực tế, ng−ời ta còn chia các dạng sản xuất nh− sau: - Sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ. - Sản xuất hàng loạt. - Sản xuất loạt lớn và hàng khối. Ngoài ra, cần phải nắm vững các hình thức tổ chức sản xuất để sử dụng thích hợp cho các dạng sản xuất khác nhau. Trong quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí th−ờng đ−ợc thực hiện theo hai hình thức tổ chức sản xuất là: sản xuất theo dây chuyền và không theo dây chuyền. 1-4-4. Hình thức tổ chức sản xuất 1 Hình thức sản xuất theo dây chuyền th−ờng đ−ợc áp dụng ở quy mô sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Đặc điểm: - Máy đ−ợc bố trí theo thứ tự các nguyên công của quá trình công nghệ, nghĩa Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 6
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình là mỗi nguyên công đ−ợc hoàn thành tại một vị trí nhất định. - Số l−ợng chỗ làm việc và năng suất lao động tại một chỗ làm việc phải đ−ợc xác định hợp lý để đảm bảo tính đồng bộ về thời gian giữa các nguyên công trên cơ sở nhịp sản xuất của dây chuyền. Nhịp sản xuất là khoảng thời gian lặp lại chu kỳ gia công hoặc lắp ráp, nghĩa là trong khoảng thời gian này từng nguyên công của quá trình công nghệ đ−ợc thực hiện đồng bộ và sau khoảng thời gian ấy một đối t−ợng sản xuất đ−ợc hoàn thiện và đ−ợc chuyển ra khỏi dây chuyền sản xuất. 2 Hình thức sản xuất không theo dây chuyền th−ờng đ−ợc áp dụng ở quy mô sản xuất loạt nhỏ. Đặc điểm: - Các nguyên công của qúa trình công nghệ đ−ợc thực hiện không có sự ràng buộc lẫn nhau về thời gian và địa điểm. Máy đ−ợc bố trí theo kiểu, loại và không phụ thuộc vào thứ tự các nguyên công. - Năng suất và hiệu quả kinh tế thấp hơn hình thức sản xuất theo dây chuyền. Ngày nay, nhờ ứng dụng các thành tựu về điện tử, tin học, xử lý điện toán và kỹ thuật điều khiển tự động, công nghệ của quá trình sản xuất đ−ợc thực hiện bởi các máy đ−ợc điều khiển tự động nhờ máy tính điện tử, có khả năng lập trình đa dạng để thích nghi với sản phẩm mới. Dạng sản xuất nh− vậy đ−ợc gọi là sản xuất linh hoạt và cũng là dạng sản xuất đặc tr−ng và ngày càng phổ biến trong xã hội. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 7
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình Ch−ơng 2 Chất l−ợng bề mặt chi tiết máy Chất l−ợng sản phẩm trong ngành chế tạo máy bao gồm chất l−ợng chế tạo các chi tiết máy và chất l−ợng lắp ráp chúng thành sản phẩm hoàn chỉnh. Để đánh giá chất l−ợng chế tạo các chi tiết máy, ng−ời ta dùng 4 thông số cơ bản sau: - Độ chính xác về kích th−ớc của các bề mặt. - Độ chính xác về hình dạng của các bề mặt. - Độ chính xác về vị trí t−ơng quan giữa các bề mặt. - Chất l−ợng bề mặt. Ch−ơng này chúng ta nghiên cứu các yếu tố đặc tr−ng của chất l−ợng bề mặt, ảnh h−ởng của chất l−ợng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy, các yếu tố ảnh h−ởng đến chất l−ợng bề mặt và các ph−ơng pháp đảm bảo chất l−ợng bề mặt trong quá trình chế tạo chi tiết máy. 2.1- các yếu tố đặc tr−ng cho chất l−ợng bề mặt Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc rất nhiều vào chất l−ợng của lớp bề mặt. Chất l−ợng bề mặt là chỉ tiêu tập hợp nhiều tính chất quan trọng của lớp bề mặt: - 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 d− ) - Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi tr−ờng làm việc (tính chống mòn, khả năng chống xâm thực hóa học, độ bền mỏi ) 2.1.1- Tính chất hình học của bề mặt gia công Tính chất hình học của bề mặt gia công đ−ợc 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, l−ỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo ra những vết x−ớc cực nhỏ trên bề mặt gia công. Nh− vậy, bề mặt có độ nhám. Độ nhám của bề mặt gia công đ−ợc đo bằng chiều cao nhấp nhô Rz và sai lệch profin trung bình cộng Ra của lớp bề mặt. 1 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 đ−ợc xác định nh− sau: Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 8
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình (h + h + h )+ (h + h + h ) R = 1 3 9 2 4 10 z 5 y l Chiều dài chuẩn l là chiều dài của phần bề mặt Đ−ờng đỉnh Rmax đ−ợc chọn để đo độ nhám h y1 5 h10 h1 h3 h9 bề mặt, không tính đến h6 những dạng mấp mô khác h2 h4 yn có b−ớc lớn hơn l (sóng bề Đ−ờng đáy mặt chẳng hạn). Hình 2.1- Độ nhám bề mặt chi tiết. 2 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 đ−ờng trung bình, đo theo ph−ơng pháp tuyến với đ−ờng trung bình. 1 1 1 n Ra = ∫ yx dx ≈ ∑ yi l 0 n i=1 Độ nhám bề mặt có ảnh h−ởng lớn đến chất l−ợng làm việc của chi tiết máy. Ví dụ: Đối với những chi tiết trong mối ghép động (ổ tr−ợt, sống dẫn, con tr−ợt ), bề mặt làm việc tr−ợt t−ơng đối với nhau nên khi nhám càng lớn càng khó đảm bảo hình thành màng dầu bôi trơn bề mặt tr−ợt. D−ới tác dụng của tải trọng, các đỉnh nhám tiếp xúc với nhau gây ra hiện t−ợng ma sát nửa −ớt, thậm chí cả ma sát khô, do đó giảm thấp hiệu suất làm vịêc, tăng nhiệt độ làm việc của mối ghép. Mặt khác, tại các đỉnh tiếp xúc, lực tập trung lớn, ứng suất lớn v−ợt quá ứng suất cho phép phát sinh biến dạng dẽo phá hỏng bề mặt tiếp xúc, làm bề mặt bị mòn nhanh, nhất là thời kỳ mòn ban đầu. Thời kỳ mòn ban đầu càng ngắn thì thời gian phục vụ của chi tiết càng giảm. Đối với các mối ghép có độ dôi lớn, khi ép hai chi tiết vào nhau để tạo mối ghép thì các nhấp nhô bị san phẳng, nhám càng lớn thì l−ợng san phẳng càng lớn, độ dôi của mối ghép càng giảm nhiều, làm giảm độ bền chắc của mối ghép. Nhám càng nhỏ thì bề mặt càng nhẵn, khả năng chống lại sự ăn mòn càng tốt: bề mặt càng nhẵn bóng thì càng lâu bị gỉ. Độ nhám bề mặt là cơ sở để đánh giá độ nhẵn bề mặt trong phạm vi chiều dài chuẩn rất ngắn l. Theo tiêu chuẩn Nhà n−ớc thì độ nhẵn bề mặt đ−ợc chia làm 14 cấp ứng với giá trị của Ra, Rz (cấp 14 là cấp nhẵn nhất, cấp 1 là cấp nhám nhất). Trong thực tế sản xuất, ng−ời ta đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết máy theo các mức độ: thô (cấp 1 ữ 4), bán tinh (cấp 5 ữ 7), tinh (cấp 8 ữ 11), siêu tinh (cấp 12 ữ 14). Trong thực tế, th−ờng đánh giá nhám bề mặt bằng một trong hai chỉ tiêu trên. Việc chọn chỉ tiêu nào là tùy thuộc vào chất l−ợng yêu cầu và đặc tính kết cấu của bề mặt. Chỉ tiêu Ra đ−ợc sử dụng phổ biến nhất vì nó cho phép ta đánh giá chính xác hơn và thuận lợi hơn những bề mặt có yêu cầu nhám trung bình. Với những bề mặt quá Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 9
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình nhám hoặc quá bóng thì chỉ tiêu Rz lại cho ta khả năng đánh giá chính xác hơn là dùng chỉ tiêu Ra. Chỉ tiêu Rz còn đ−ợc sử dụng đối với những bề mặt không thể kiểm tra trực tiếp thông số Ra, nh− những bề mặt kích th−ớc nhỏ hoặc có profin phức tạp. b) Độ sóng bề mặt Độ sóng bề mặt là chu kỳ không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy đ−ợc quan sát trong phạm vi lớn hơn độ nhám bề mặt. Ng−ời ta dựa vào tỷ lệ gần đúng L giữa chiều cao nhấp nhô và b−ớc h l sóng để phân biệt độ nhám bề mặt H và độ sóng của bề mặt chi tiết máy. Độ nhám bề mặt ứng với tỷ lệ: l/h = 0 ữ 50 Hình 2.2- Tổng quát về độ nhám và độ sóng Độ sóng bề mặt ứng với tỷ lệ: bề mặt chi tiết máy L/H = 50 ữ 1000 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. 2.1.2- Tính chất cơ lý của bề mặt gia công a) Hiện t−ợng biến cứng của lớp bề mặt Trong quá trình gia công, tác dụng của lực cắt làm xô lệch mạng tinh thể lớp kim loại bề mặt và gây biến dạng dẻo ở vùng tr−ớc và vùng sau l−ỡi cắt. Phoi kim loại đ−ợc tạo ra do biến dạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng tr−ợt. 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 đ−ợc nâng cao; ng−ợc lại tính dẻo dai của lớp bề mặt lại giảm. Tính dẫn từ cũng nh− nhiều tính chất khác của lớp bề mặt cũng thay đổi. Kết quả tổng hợp là lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội, chắc lại và có độ cứng tế vi cao. 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 h−ởng nhiệt trong vùng cắt. Lực cắt (c−ờng 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 t−ợng biến cứng bề mặt. b) ứng suất d− trong lớp bề mặt Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 10
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình Nguyên nhân gây ra ứng suất d− trong lớp bề mặt chi tiết máy: sâu xa nhất vẫn là do biến dạng dẻo. - Khi cắt một lớp mỏng vật liệu, tr−ờng lực xuất hiện gây ra biến dạng dẻo không đều ở từng khu vực trong lớp bề mặt. Khi tr−ờng lực mất đi, biến dạng dẻo không đồng đều này sẽ gây ra ứng suất d− 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 th−ờng. Lớp kim loại ngoài cùng có xu h−ớng tăng thể tích, gây ra ứng suất d− nén; vì có liên hệ với nhau nên lớp kim loại bên trong phải sinh ra ứng suất d− kéo để cân bằng. - Nhiệt sinh ra ở vùng cắt có tác dụng nung nóng cục bộ các lớp mỏng bề mặt làm giảm môđun 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 d− kéo; để cân bằng thì lớp kim loại bên trong phải sinh ra ứng suất d− 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 d− nén; lớp kim loại có cấu trúc với thể tích riêng bé phải sinh ra ứng suất d− kéo để cân bằng. c) Ph−ơng pháp xác định chất l−ợng bề mặt Trong thực tế có nhiều ph−ơng pháp xác định chất l−ợng bề mặt chi tiết máy. Sau đây là một số ph−ơng pháp chính: 1 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. 2 Đo ứng suất d−: - Dùng tia Rơnghen: chiếu tia rồi khảo sát phân tích biểu đồ Rơnghen. - Dùng cấu trúc điện tử: 3 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. 2.2- ảnh h−ởng của chất l−ợng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy Khả năng làm việc của chi tiết máy đ−ợc quyết định bởi: tính chống mòn, độ bền mỏi, tính chống ăn mòn hóa học, độ chính xác các mối lắp ghép. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 11
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình Chất l−ợng bề mặt ảnh h−ởng đáng kể đến khả năng làm việc của chi tiết máy. Có thể kể ra các yếu tố bị ảnh h−ởng bởi chất l−ợng bề mặt nh−: 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 h−ởng th−ờng gặp: 2.2.1- ảnh h−ởng đến tính chống mòn a) ảnh h−ởng 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, th−ờng v−ợt quá giới hạn chảy, có khi v−ợt 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 t−ơng đối với nhau Hình 2.3- Mô hình 2 bề mặt tiếp xúc sẽ xảy ra hiện t−ợng tr−ợt dẻo ở các đỉnh nhấp nhô; các đỉnh nhấp nhô bị mòn nhanh làm khe hở lắp ghép tăng lên. Đó là hiện t−ợng mòn ban đầu. Trong điều kiện làm việc nhẹ và vừa, mòn ban đầu có thể làm cho chiều cao nhấp nhô giảm 65 ữ 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 th−ờng và chậm, đó là giai đoạn mòn bình th−ờng (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 l−ợng mòn và thời gian sử dụng của một cặp chi tiết ma sát với nhau tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu đ−ợc biểu thị nh− sau: Độ mòn c b a [u] t t t T T T 0 3 2 1 3 2 1 Hình 2.4- Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết. Các đ−ờng đặc tr−ng a, b, c ứng với ba độ nhám ban đầu khác nhau của các bề mặt tiếp xúc. Đ−ờng đặc tr−ng c, cặp chi tiết có độ nhẵn bóng bề mặt ban đầu kém nhất nên giai đoạn mòn ban đầu xảy ra nhanh nhất, c−ờng độ mòn lớn nhất ở giai Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 12
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình đoạn mòn ban đầu. Thực nghiệm chứng tỏ rằng, nếu giảm hoặc tăng độ nhám tới trị số tối −u, ứng với điều kiện làm việc của chi tiết máy thì sẽ đạt đ−ợc l−ợng mòn ban đầu ít nhất, qua đó, kéo dài tuổi thọ của chi tiết máy. Độ mòn (Đ−ờng 1 ứng với điều kiện ban đầu u làm việc nhẹ. Đ−ờng 2 ứng với 2 điều kiện làm việc nặng). L−ợng mòn ban đầu ít nhất ứng với giá trị của Ra tại các điểm u2 Ra1, Ra2; đó là giá trị tối −u của Ra. Nếu giá trị của Ra nhỏ hơn trị 1 số tối −u Ra1, Ra2 thì sẽ bị mòn u1 kịch liệt vì các phấn tử kim loại dễ khuếch tán. Ng−ợc lại, giá trị 0 Ra1 Ra2 Ra của Ra lớn hơn trị số tối −u Ra1, Hình 2.5- Quan hệ giữa l−ợng mòn ban đầu u Ra2 thì l−ợng mòn tăng lên vì các và sai lệch profin trung bình cộng Ra nhấp nhô bị phá vỡ và cắt đứt. b) ảnh h−ởng của lớp biến cứng bề mặt Lớp biến cứng bề mặt của chi tiết máy có tác dụng nâng cao tính chống mòn. Biến cứng bề mặt làm hạn chế sự khuếch tán ôxy trong không khí vào bề mặt chi tiết máy để tạo thành các ôxyt kim loại gây ra ăn mòn kim loại. Ngoài ra, biến cứng còn hạn chế quá trình biến dạng dẻo toàn phần của chi tiết máy, qua đó hạn chế hiện t−ợng chảy và hiện t−ợng mài mòn. Ngoài ph−ơng pháp gia công cắt gọt, ng−ời ta dùng các ph−ơng pháp gia công biến dạng dẻo để biến cứng bề mặt: phun bi, lăn bi, nong ép c) ảnh h−ởng của ứng suất d− trong lớp bề mặt ứng suất d− ở lớp bề mặt chi tiết máy nói chung không có ảnh h−ởng đáng kể tới tính chống mòn nếu chi tiết máy làm việc trong điều kiện ma sát bình th−ờng. 2.2.2- ảnh h−ởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy a) ảnh h−ởng của độ nhám bề mặt Độ nhám bề mặt có ảnh h−ởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất là khi chi tiết máy chịu tải trọng chu kỳ có đổi dấu, tải trọng va đập vì ở đáy các nhấp nhô tế vi có ứng suất tập trung lớn, ứng suất này sẽ gây ra các vết nứt tế vi và phát triển ở đáy các nhấp nhô, đó là nguồn gốc phá hỏng chi tiết máy do mõi. Nếu độ nhám thấp thì độ bền, giới hạn mỏi của vật liệu sẽ cao, và ng−ợc lại. b) ảnh h−ởng của lớp biến cứng bề mặt Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 13
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình Bề mặt bị biến cứng có thể làm tăng độ bền mỏi khoảng 20%. Chiều sâu và mức độ biến cứng của lớp bề mặt đều có ảnh h−ởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy; cụ thể là hạn chế khả năng gây ra các vết nứt tế vi làm phá hỏng chi tiết, nhất là khi bề mặt chi tiết có ứng suất nén. c) ảnh h−ởng của ứng suất d− trong lớp bề mặt ứng suất d− nén trên lớp bề mặt có tác dụng nâng cao độ bền mỏi, còn ứng suất d− kéo lại hạ thấp độ bền mỏi của chi tiết máy. Vì thế, khi chế tạo ng−ời ta cố gắng làm cho chi tiết có đ−ợc ứng suất nén trên bề mặt. Bằng thực nghiệm ta có công thức: −1 −1 0 σtt = σbd − α.σ -1 trong đó: σtt : giới hạn mỏi khi có ứng suất d− (thực tế). -1 σbd : giới hạn mỏi khi không có ứng suất d− (ban đầu). σ0: ứng suất d− lớn nhất, d−ơng nếu ứng suất kéo, âm nếu ứng suất nén. α: là hệ số phụ thuộc vật liệu, đ−ợc cho trong các sổ tay. 2.2.3- ảnh h−ởng tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết máy a) ảnh h−ởng của độ nhám bề mặt Các chỗ lõm trên bề mặt do độ nhám tạo ra là nơi chứa các tạp chất nh− axit, muối Các tạp chất này có tác dụng ăn mòn hóa học đối với kim loại. Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết theo s−ờn của nhấp nhô và hình thành các nhấp nhô mới Nh− vậy, bề mặt chi tiết máy càng ít nhám thì sẽ càng ít bị ăn mòn hóa học (vì khả năng chứa các tạp chất ít), bán kính đáy các nhấp nhô càng lớn khả năng chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt càng cao. Có thể chống ăn mòn hóa học bằng cách phủ lên bề mặt chi tiết máy một lớp bảo vệ bằng ph−ơng pháp mạ hoặc bằng ph−ơng pháp cơ khí làm chắc lớp bề mặt. b) ảnh h−ởng của lớp biến cứng bề mặt Biến cứng tăng thì tính chống ăn mòn giảm vì biến cứng tăng thì sự thay đổi của các hạt không đồng đều. Hạt ferrit biến dạng nhiều hơn hạt peclit, điều đó làm cho năng l−ợng nâng cao không đều và thế năng điện tích của các hạt thay đổi khác nhau. Hạt ferrit biến cứng nhiều hơn sẽ trở thành anốt. Hạt peclit bị biến cứng ít hơn sẽ trở thành catốt. Lúc này, tạo ra các pin ăn mòn nên ăn mòn sẽ tăng. c) ảnh h−ởng của ứng suất d− trong lớp bề mặt ứng suất d− hầu nh− không ảnh h−ởng đến tính chống mòn khi làm việc ở nhiệt độ bình th−ờng. Còn ở nhiệt độ cao thì sẽ có ảnh h−ởng. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 14
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình 2.2.4- ảnh h−ởng đến độ chính xác các mối lắp ghép Trong giai đoạn mòn ban đầu, chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, đối với mối ghép lỏng có thể giảm đi 65 ữ 75% làm khe hở lắp ghép tăng lên và độ chính xác lắp ghép giảm đi. Để đảm bảo độ ổn định của mối lắp lỏng trong thời gian sử dụng, phải giảm độ nhấp nhô tế vi. Giá trị Rz hợp lý đ−ợc xác định theo độ chính xác của mối lắp tùy theo trị số của dung sai kích th−ớc lắp ghép. - Nếu đ−ờng kính lắp ghép φ > 50mm thì Rz = (0.1 ữ 0.15)T - Nếu đ−ờng kính lắp ghép 18 0.15 mm/vg thì R = z 8.r Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 15
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình 2 S h min ⎛ r. h min ⎞ - Khi S 20 àm. - Khi S quá nhỏ (< 0,03 mm/vg) thì trị số của Rz lại tăng, tức là khi gia công tinh với S quá nhỏ sẽ không có ý nghĩa đối với việc cải thiện chất l−ợng bề mặt chi tiết vì xẩy ra hiện t−ợng tr−ợt mà không tạo thành phoi. Chiều sâu cắt t cũng có ảnh h−ởng t−ơng tự nh− l−ợng chạy dao đối với chiều cao nhấp nhô tế vi, nếu bỏ qua độ đảo của trục chính máy. Các thông số hình học của l−ỡi cắt, đặc biệt là góc tr−ớc γ và độ mòn có ảnh h−ởng đến Rz. Khi góc γ tăng thì Rz giảm, độ mòn dụng cụ tăng thì Rz tăng. Ngoài ảnh h−ởng đến nhám bề mặt, hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt cũng ảnh h−ởng đến lớp biến cứng bề mặt và đ−ợc tính đến qua hệ số hiệu chỉnh. Ví dụ: Xét sự ảnh h−ởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến chất l−ợng bề mặt chi tiết khi tiện. S1 m S2 ϕ R’z R’’z ϕ ϕ ϕ1 1 2 1 2 1 a) b) S1 S1 Rz Rz ϕ ϕ r ϕ 1 1 2 1 2 1 c) d) S1 S1 t Rz Rz ϕ r2 ϕ1 2 1 e) 2 f) 1 Hình 2.6- ảnh h−ởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi tiện Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 16
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình Sau một vòng quay của phôi, dao tiện sẽ dịch chuyển một đoạn là S1 từ vị trí 1 đến vị trí 2 (hình 2.6a). Trên bề mặt gia công sẽ bị chừa lại phần kim loại m không đ−ợc hớt đi bởi dao. Chiều cao nhấp nhô Rz xác định bởi S1 và hình dạng hình học của dao cắt. Nếu giảm l−ợng chạy dao thì chiều cao nhấp nhô cũng giảm (hình 2.6b). Thay đổi giá trị góc ϕ và ϕ1 không những làm thay đổi chiều cao nhấp nhô mà còn làm thay đổi cả hình dạng nhấp nhô (hình 2.6c). Nếu bán kính mũi dao có dạng tròn r1 thì nhấp nhô cũng có đáy lõm tròn (hình 2.6d). Nếu tăng bán kính mũi dao lên r2 thì chiều cao nhấp nhô Rz sẽ giảm (hình 2.6e). Khi bán kính đỉnh r nhỏ và l−ợng chạy dao S lớn, ngoài phần cong của l−ỡi cắt, phần thẳng cũng tham gia vào việc ảnh h−ởng đến hình dạng và chiều cao nhấp nhô (hình 2.6f) b) Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo của lớp bề mặt Khi gia công vật liệu dẻo, bề mặt ngoài sẽ biến dạng rất nhiều làm cho cấu trúc của nó thay đổi. Khi đó, hình dạng hình học và độ nhấp nhô đều thay đổi. Khi gia công vật liệu giòn, có một số phần nhỏ lại phá vỡ, làm tăng độ nhấp nhô bề mặt. 1 Tốc độ cắt V là yếu tố cơ bản nhất, ảnh h−ởng tới sự phát triển của biến dạng dẻo khi tiện: - Khi cắt thép Cacbon ở vận tốc thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách dễ, biến dạng của lớp bề mặt không nhiều, vì vậy độ nhám bề mặt thấp. Khi tăng vận tốc cắt đến khoảng V = 20 ữ 40 m/ph thì nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và có giá trị lớn, gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt tr−ớc và mặt sau dao kim loại bị chảy dẻo. Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt tr−ớc dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao. Lẹo dao làm tăng độ nhám bề mặt gia công. Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại biến dạng bị phá hủy, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi (lẹo dao biến mất khi vận tốc cắt khoảng V = 30 ữ 60 m/ph). Với vận tốc cắt V > 60 m/ph thì lẹo dao không hình thành đ−ợc nên độ nhám bề mặt gia công giảm, độ nhẵn tăng. Rz a b V(m/ph) 0 20 100 200 Hình 2.7- ảnh h−ởng của vận tốc cắt đến độ nhấp nhô tế vi Rz - Khi gia công kim loại giòn (gang), các mảnh kim loại bị tr−ợt và vỡ ra không có thứ tự làm tăng độ nhấp nhô tế vi bề mặt. Tăng vận tốc cắt sẽ giảm đ−ợc hiện t−ợng Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 17
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ nhẵn bóng của bề mặt gia công. 2 L−ợng chạy dao S là thành phần thứ hai của chế độ cắt ảnh h−ởng nhiều Rz C đến chiều cao nhấp nhô Rz. Điều đó không những do liên quan về hình học của dao mà B còn do biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi A của lớp bề mặt. Khi gia công thép Carbon, với giá trị V(m/ph) l−ợng chạy dao S = 0,02 ữ 0,15 mm/vg thì bề 0 0,02 0,15 mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi thấp nhất. Hình 2.8- ảnh h−ởng của l−ợng chạy Nếu giảm S 0,15 mm/vg thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh h−ởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh h−ởng của các yếu tố hình học làm cho độ nhám bề mặt tăng lên nhiều. Nh− vậy, để đảm bảo đạt độ nhẵn bóng bề mặt và năng suất cao nên chọn giá trị l−ợng chạy dao S = 0,05 ữ 0,12 mm/vg đối với thép Carbon. 3 Chiều sâu cắt t cũng có ảnh h−ởng t−ơng tự nh− l−ợng chạy dao S đến độ nhám bề mặt gia công, nh−ng trong thực tế, ng−ời ta th−ờng bỏ qua ảnh h−ởng này. Vì vậy, trong quá trình gia công ng−ời ta chọn tr−ớc chiều sâu cắt t. Nói chung, không nên chọn giá trị chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi đó l−ỡi cắt sẽ bị tr−ợt và cắt không liên tục. Giá trị chiều sâu cắt t ≥ 0,02 ữ 0,03 (mm). 4 Tính chất vật liệu cũng có ảnh h−ởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thép ít Cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhám bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giòn. Khi gia công thép Carbon, để đạt độ nhám bề mặt thấp, ng−ời ta th−ờng tiến hành th−ờng hóa ở nhiệt độ 850 ữ 8700C (hoặc tôi thấp) tr−ớc khi gia công. Để cải thiện điều kiện cắt và nâng cao tuổi thọ dụng cụ cắt ng−ời ta th−ờng tiến hành ủ ở 9000C trong 5 giờ để cấu trúc kim loại có hạt nhỏ và đồng đều. c) ảnh h−ởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất l−ợng bề mặt Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động t−ơng đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công. Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định, hệ thống công nghệ sẽ có dao động c−ỡng bức, nghĩa là các bộ phận máy khi làm việc sẽ có rung động với những tần số khác nhau, gây ra sóng dọc và sóng ngang trên bề mặt gia công với b−ớc sóng khác nhau. Khi hệ thống công nghệ có rung động, độ sóng và độ nhấp nhô tế vi dọc sẽ tăng nếu lực cắt tăng, chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao. Tình trạng máy có ảnh h−ởng quyết định đến độ nhám của bề mặt gia công. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 18
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp, tr−ớc hết phải đảm bảo đủ cứng vững, phải điều chỉnh máy tốt và giảm ảnh h−ởng của các máy khác xung quanh. 2.3.2- ảnh h−ởng đến độ biến cứng bề mặt Khi tăng lực cắt, nhiệt cắt và mức độ biến dạng dẻo thì mức độ biến cứng bề mặt tăng. Nếu kéo dài tác dụng của lực cắt, nhiệt cắt trên bề mặt kim loại sẽ làm tăng chiều sâu lớp biến cứng bề mặt. Nếu góc tr−ớc γ tăng từ giá trị âm đến giá trị d−ơng thì mức độ và chiều sâu biến cứng bề mặt chi tiết giảm. Vận tốc cắt tăng làm giảm thời gian tác động của lực gây ra biến dạng kim loại, do đó làm giảm chiều sâu biến cứng và mức độ biến cứng bề mặt. Qua thực nghiệm, ng−ời ta có kết luận: - V 20 m/ph: chiều sâu lớp biến cứng giảm theo giá trị của l−ợng chạy dao Ngoài ra, biến cứng bề mặt cũng tăng nếu dụng cụ cắt bị mòn, bị cùn. 2.3.3- ảnh h−ởng đến ứng suất d− bề mặt Quá trình hình thành ứng suất d− bề mặt khi gia công phụ thuộc vào sự biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và hiện t−ợng chuyển pha trong cấu trúc kim loại. Quá trình này rất phức tạp. * Đối với dụng cụ hạt mài: Các chi tiết gia công bằng hạt mài tự do (mài nghiền) th−ờng có ứng suất d− kéo, còn nếu mài bằng đai mài hoặc đá mài thì có ứng suất d− nén. * Đối với dụng cụ có l−ỡi cắt: Ta xét quá trình bào: y Lực cắt R đ−ợc phân γ thành lực pháp tuyến N và lực tiếp tuyến P. v δ Lực cắt R làm cho lớp bề r mặt gia công bị biến dạng n θ dẻo và biến dạng đàn hồi. z α Lực pháp tuyến N gây ra p ρ ứng suất nén. Lực tiếp tuyến P gây ra ứng suất cắt (tr−ợt và kéo). Hình 2.9- Quan hệ giữa lực và góc khi bào Nh− vậy, điều kiện để tạo ra ứng suất nén (ứng suất nén có lợi cho độ bền mỏi của chi tiết máy) trên bề mặt gia công sẽ là: P à.N > P ⇒ à > = cot gθ = cot g(ρ + δ − 900 ) = cot g()ρ − γ N với: à là hệ số poatxông. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 19
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình ρ là góc ma sát giữa dao và bề mặt gia công. δ là góc cắt của dao. ở đây, nếu à = (1 ữ 0.5) thì: (1 ữ 0.5) > cotg(ρ - γ) nghĩa là: (450 ữ 720) 0), mà chỉ đạt đ−ợc ứng suất d− nén nếu góc tr−ớc γ có giá trị âm (γ < 0). Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 20
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ch−ơng 3: các phần tử của hệ thống điều khiển bằng thủy lực 3.1. khái niệm 3.1.1. Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển bằng thủy lực đ−ợc mô tả qua sơ đồ hình 3.1, gồm các cụm và phần tử chính, có chức năng sau: a. Cơ cấu tạo năng l−ợng: bơm dầu, bộ lọc ( ) b. Phần tử nhận tín hiệu: các loại nút ấn ( ) c. Phần tử xử lý: van áp suất, van điều khiển từ xa ( ) d. Phần tử điều khiển: van đảo chiều ( ) e. Cơ cấu chấp hành: xilanh, động cơ dầu. Cơ cấu chấp hành Phần tử Phần tử nhận tín Phần tử Dòng năng xử lý hiệu điều khiển l−ợng tác động lên quy trình Cơ cấu tạo Năng l−ợng điều khiển năng l−ợng Hình 3.1. Hệ thống điều khiển bằng thủy lực 3.1.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều bằng thủy lực Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực đ−ợc thể hiện ở sơ đồ hình 3.2. 1.0 Cơ cấu m chấp hành 1.1 A B Phần tử Dòng năng điều khiển P T l−ợng 0.3 P Cơ cấu tạo 0.2 năng l−ợng T 0.1 Hình 3.2. Cấu trúc thống điều khiển bằng thủy lực 41
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3.2. van áp suất 3.2.1. Nhiệm vụ Van áp suất dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng, giảm trị số áp trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực. 3.2.2. Phân loại Van áp suất gồm có các loại sau: +/ Van tràn và van an toàn +/ Van giảm áp +/ Van cản +/ Van đóng, mở cho bình trích chứa thủy lực. 3.2.2.1. Van tràn và an toàn Van tràn và van an toàn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực v−ợt quá trị số quy định. Van tràn làm việc th−ờng xuyên, còn van an toàn làm việc khi quá tải. p Ký hiệu của van tràn và van an toàn: 1 p2 Có nhiều loại: +/ Kiểu van bi (trụ, cầu) +/ Kiểu con tr−ợt (pittông) +/ Van điều chỉnh hai cấp áp suất (phối hợp) a. Kiểu van bi Vít đ/c Vít đ/c x x0 0 Lò xo Lò xo x (độ cứng C) Bi trụ (độ cứng C) p2 p x 2 Bi cầu p 1 p1 Hình 3.3. Kết cấu kiểu van bi Giải thích: khi áp suất p1 do bơm dầu tạo nên v−ợt quá mức điều chỉnh, nó sẽ thắng lực lò xo, van mở cửa và đ−a dầu về bể. Để điều chỉnh áp suất cần thiết nhờ vít điều chỉnh ở phía trên. Ta có: p1.A = C.(x + x0) (bỏ qua ma sát, lực quán tính, p2 ≈ 0) Trong đó: x0 - biến dạng của lò xo tạo lực căng ban đầu; C - độ cứng lò xo; 42
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - F0 = C.x0 - lực căng ban đầu; x - biến dạng lò xo khi làm việc (khi có dầu tràn); p1 - áp suất làm việc của hệ thống; A - diện tích tác động của bi. Kiểu van bi có kết cấu đơn giản nh−ng có nh−ợc điểm: không dùng đ−ợc ở áp suất cao, làm việc ồn ào. Khi lò xo hỏng, dầu lập tức chảy về bể làm cho áp suất trong hệ thống giảm đột ngột. b. Kiểu van con tr−ợt Vít đ/c 4 C Flx x x0 x p2 2 p1 1 Lỗ giảm chấn A 3 Hình 3.4. Kết cấu kiểu van con tr−ợt Giải thích: Dầu vào cửa 1, qua lỗ giảm chấn và vào buồng 3. Nếu nh− lực do áp suất dầu tạo nên là F lớn hơn lực điều chỉnh của lò xo Flx và trọng l−ợng G của pittông, thì pittông sẽ dịch chuyển lên trên, dầu sẽ qua cửa 2 về bể. Lỗ 4 dùng để tháo dầu rò ở buồng trên ra ngoài. Ta có: p1.A = Flx (bỏ qua ma sát và trọng l−ợng của pittông) Flx = C.x0 ∗ Khi p1 tăng ⇒ F = p1.A > Flx ⇒ pittông đi lên với dịch chuyển x. ∗ ⇒ p1.A = C.()x + x0 Nghĩa là: p1 ↑ ⇒ pittông đi lên một đoạn x ⇒ dầu ra cửa 2 nhiều ⇒ p1 ↓ để ổn định. Vì tiết diện A không thay đổi, nên áp suất cần điều chỉnh p1 chỉ phụ thuộc vào Flx của lò xo. Loại van này có độ giảm chấn cao hơn loai van bi, nên nó làm việc êm hơn. Nh−ợc điểm của nó là trong tr−ờng hợp l−u l−ợng lớn với áp suất cao, lò xo phải có kích th−ớc lớn, do đó làm tăng kích th−ớc chung của van. c. Van điều chỉnh hai cấp áp suất Trong van này có 2 lò xo: lò xo 1 tác dụng trực tiếp lên bi cầu và với vít điều chỉnh, ta có thể điều chỉnh đ−ợc áp suất cần thiết. Lò xo 2 có tác dụng lên bi trụ (con tr−ợt), là 43
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - loại lò xo yếu, chỉ có nhiệm vụ thắng lực ma sát của bi trụ. Tiết diện chảy là rãnh hình tam giác. Lỗ tiết l−u có đ−ờng kính từ 0,8 ữ 1 mm. Vít đ/c Lò xo 1 (độ cứng C ) Van tràn 1 p2 2 Bi cầu A2 Lò xo 2 (độ cứng C2) Van an toàn Bi trụ (con tr−ợt) (làm việc khi quá tải) p3 3 p1 1 Lỗ tiết l−u A3 Hình 3.5. Kết cấu của van điều chỉnh hai cấp áp suất Dầu vào van có áp suất p1, phía d−ới và phía trên của con tr−ợt đều có áp suất dầu. Khi áp suất dầu ch−a thắng đ−ợc lực lò xo 1, thì áp suất p1 ở phía d−ới và áp suất p2 ở phía trên con tr−ợt bằng nhau, do đó con tr−ợt đứng yên. Nếu áp suất p1 tăng lên, bi cầu sẽ mở ra, dầu sẽ qua con tr−ợt, lên van bi chảy về bể. Khi dầu chảy, do sức cản của lỗ tiết l−u, nên p1 > p2, tức là một hiệu áp ∆p = p1 - p2 đ−ợc hình thành giữa phía d−ới và phía trên con tr−ợt. (Lúc này cửa 3 vẫn đóng) 0 0 A2 .p1 > C1.x2 và C 2 .x3 > p1.A3 Khi p1 tăng cao thắng lực lò xo 2 ⇒ lúc này cả 2 van đều hoạt động. Loại van này làm việc rất êm, không có chấn động. áp suất có thể điều chỉnh trong phạm vi rất rộng: từ 5 ữ 63 bar hoặc có thể cao hơn. 3.2.2.2. Van giảm áp Trong nhiều tr−ờng hợp hệ thống thủy lực một bơm dầu phải cung cấp năng l−ợng cho nhiều cơ cấu chấp hành có áp suất khác nhau. Lúc này ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt tr−ớc cơ cấu chấp hành nhằm để giảm áp suất đến một giá trị cần thiết. Ký hiệu: p1 p2 44
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Vít đ/c Flx L p 1 P p2 A Hình 3.6. Kết cấu của van giảm áp Ví dụ: mạch thủy lực có lắp van giảm áp 2 1 Vít đ/c Flx p1 p2 A p1 p > p 1 2 Hình 3.7. Sơ đồ mạch thủy lực có lắp van giảm áp Trong hệ thống này, xilanh 1 làm việc với áp suất p1, nhờ van giảm áp tạo nên áp suất p1 > p2 cung cấp cho xilanh 2. áp suất ra p2 có thể điều chỉnh đ−ợc nhờ van giảm áp. Ta có lực cân bằng của van giảm áp: p2.A = Flx (Flx = C.x) C.x ⇒ p = ⇒ A = const, x thay đổi ⇒ p thay đổi. 2 A 2 45
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3.2.2.3. Van cản Van cản có nhiệm vụ tạo nên một sức cản trong hệ thống ⇒ hệ thống luôn có dầu để bôi trơn, bảo quản thiết bị, thiết bị làm việc êm, giảm va đập. Ký hiệu: Flx p1 p2 p2 A p0 Hình 3.8. Mạch thủy lực có lắp van cản Trên hình 3.8, van cản lắp vào cửa ra của xilanh có áp suất p2. Nếu lực lò xo của van là Flx và tiết diện của pittông trong van là A, thì lực cân bằng tĩnh là: F p .A - F =0 ⇒ p = lx (3.1) 2 lx 2 A Nh− vậy ta thấy rằng áp suất ở cửa ra (tức cản ở cửa ra) có thể điều chỉnh đ−ợc tùy thuộc vào sự điều chỉnh lực lò xo Flx. 3.2.2.4. Rơle áp suất (áp lực) Rơle áp suất th−ờng dùng trong hệ thống thủy lực. Nó đ−ợc dùng nh− một cơ cấu phòng quá tải, vì khi áp suất trong hệ thống v−ợt quá giới hạn nhất định, rơle áp suất sẽ ngắt dòng điện ⇒ Bơm dầu, các van hay các bộ phận khác ng−ng hoạt động. 3.3. van đảo chiều 3.3.1. Nhiệm vụ Van đảo chiều dùng đóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng l−ợng, dùng để đảo chiều các chuyển động của cơ cấu chấp hành. 3.3.2. Các khái niệm +/ Số cửa: là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo chiều th−ờng 2, 3 và 4, 5. Trong những tr−ờng hợp đặc biệt số cửa có thể nhiều hơn. 46
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - +/ Số vị trí: là số định vị con tr−ợt của van. Thông th−ờng van đảo chiều có 2 hoặc 3 vị trí. Trong những tr−ờng hợp đặc biệt số vị trí có thể nhiều hơn. 3.3.3. Nguyên lý làm việc a. Van đảo chiều 2 cửa, 2 vị trí (2/2) A P L A P L Số cửa A Số vị trí L P Hình 3.9. Van đảo chiều 2/2 b. Van đảo chiều 3 cửa, 2 vị trí (3/2) A A P T P T A A a b A P T P T a a b b P T Hình 3.10. Van đảo chiều 3/2 47
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - c. Van đảo chiều 4 cửa, 2 vị trí (4/2) B A B A P T P T A B A B AB P T P T a a b b P T Hình 3.11. Van đảo chiều 4/2 Ký hiệu: P- cửa nối bơm; T- cửa nối ống xả về thùng dầu; A, B- cửa nối với cơ cấu điều khiển hay cơ cấu chấp hành; L- cửa nối ống dầu thừa về thùng. 3.3.4. Các loại tín hiệu tác động Loại tín hiệu tác động lên van đảo chiều đ−ợc biểu diễn hai phía, bên trái và bên phải của ký hiệu. Có nhiều loại tín hiệu khác nhau có thể tác động làm van đảo chiều thay đổi vị trí làm việc của nòng van đảo chiều. a. Loại tín hiệu tác động bằng tay Ký hiệu nút ấn tổng quát Nút bấm Tay gạt Bàn đạp Hình 3.12. Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng tay b. Loại tín hiệu tác động bằng cơ Đầu dò 48
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Cữ chặn bằng con lăn, tác động hai chiều Cữ chặn bằng con lăn, tác động một chiều Lò xo Nút ấn có rãnh định vị Hình 3.13. Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng cơ 3.3.5. Các loại mép điều khiển của van đảo chiều Khi nòng van dịch chuyển theo chiều trục, các mép của nó sẽ đóng hoặc mở các cửa trên thân van nối với kênh dẫn dầu. Van đảo chiều có mép điều khiển d−ơng (hình 3.14a), đ−ợc sử dụng trong những kết cấu đảm bảo sự rò dầu rất nhỏ, khi nòng van ở vị trí trung gian hoặc ở vị trí làm việc nào đó, đòng thời độ cứng vững của kết cấu (độ nhạy đối với phụ tải) cao. Van đảo chiều có mép điều khiển âm (hình 3.14b), đối với loại van này có mất mát chất lỏng chảy qua khe thông về thùng chứa, khi nòng van ở vị trí trung gian. Loại van này đ−ợc sử dụng khi không có yêu cầu cao về sự rò chất lỏng, cũng nh− độ cứng vững của hệ. Van đảo chiều có mép điều khiển bằng không (hình 3.14c), đ−ợc sử dụng phần lớn trong các hệ thống điều khiển thủy lực có độ chính xác cao (ví dụ nh− ở van thủy lực tuyến tính hay cơ cấu servo. Công nghệ chế tạo loại van này t−ơng đối khó khăn. a b c Hình 3.14. Các loại mép điều khiển của van đảo chiều a. Mép điều khiển d−ơng; b. Mép điều khiển âm; c. Mép điều khiển bằng không. 3.4. Các loại van điện thủy lực ứng dụng trong mạch điều khiển tự động 3.4.1. Phân loại 49
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Có hai loại: +/ Van solenoid +/ Van tỷ lệ và van servo 3.4.2. Công dụng a. Van solenoid Dùng để đóng mở (nh− van phân phối thông th−ờng), điều khiển bằng nam châm điện. Đ−ợc dùng trong các mạch điều khiển logic. b. Van tỷ lệ và van servo Là phối hợp giữa hai loại van phân phối và van tiết l−u (gọi là van đóng, mở nối tiếp), có thể điều khiển đ−ợc vô cấp l−u l−ợng qua van. Đ−ợc dùng trong các mạch điều khiển tự động. 3.4.3. Van solenoid Cấu tạo của van solenoid gồm các bộ phận chính là: loại điều khiển trực tiếp (hình 3.15) gồm có thân van, con tr−ợt và hai nam châm điện; loại điều khiển gián tiếp (hình 3.16) gồm có van sơ cấp 1, cấu tạo van sơ cấp giống van điều khiển trực tiếp và van thứ cấp 2 điều khiển con tr−ợt bằng dầu ép, nhờ tác động của van sơ cấp. Con tr−ợt của van sẽ hoạt động ở hai hoặc ba vị trí tùy theo tác động của nam châm. Có thể gọi van solenoid là loại van điều khiển có cấp. 1 2 6 3 TAPB 5 4 AB P T Hình 3.15. Kết cấu và ký hiệu của van solenoid điều khiển trực tiếp 1, 2. Cuộn dây của nam châm điện; 3, 6. Vít hiệu chỉnh của lõi sắt từ; 4, 5. Lò xo. 50
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 1 5 4.1 4.2 2 6 7 3 8 XT A P B Y A B a.X a 0 b b.Y A B a0b ab X TY ab P X Y T Hình 3.16. Kết cấu và ký hiệu của van solenoid điều khiển gián tiếp 1. Van sơ cấp; 2. Van thứ cấp. 3.5.4. Van tỷ lệ Cấu tạo của van tỷ lệ có gồm ba bộ phận chính (hình 3.17) là : thân van, con tr−ợt, nam châm điện. Để thay đổi tiết diện chảy của van, tức là thay đổi hành trình của con tr−ợt bằng cách thay đổi dòng điện điều khiển nam châm. Có thể điều khiển con tr−ợt ở vị trí bất kỳ trong phạm vi điều chỉnh nên van tỷ lệ có thể gọi là loại van điều khiển vô cấp. 51
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ` 1234 5 6 b a 7 X Y 8 13 12 11 T APBXY10 9 A B b a P T Hình 3.17. Kết cấu và ký hiệu của van tỷ lệ Hình 3.17 là kết cấu của van tỷ lệ, van có hai nam châm 1, 5 bố trí đối xứng, các lò xo 10 và 12 phục hồi vị trí cân bằng của con tr−ợt 11. 3.4.5. Van servo a. Nguyên lý làm việc Cuộn dây 1 Cuộn dây 2 + - + - i1 i2 Phần ứng ống đàn hồi N N S S Nam châm vĩnh cửu Cánh chặn P R Miệng phun dầu Càng đàn hồi Hình 3.18. Sơ đồ nguyên lý của bộ phận điều khiển con tr−ợt của van servo Bộ phận điều khiển con tr−ợt của van servo (torque motor) thể hiện trên hình 3.18 gồm các ở bộ phận sau: +/ Nam châm vĩnh cửu; +/ Phần ứng và hai cuộn dây; 52
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - +/ Cánh chặn và càng đàn hồi; +/ ống đàn hồi; +/ Miệng phun dầu. Hai nam châm vĩnh cửu đặt đối xứng tạo thành khung hình chữ nhật, phần ứng trên đó có hai cuộn dây và cánh chặn dầu ngàm với phần ứng, tạo nên một kết cấu cứng vững. Định vị phần ứng và cánh chặn dầu là một ống đàn hồi, ống này có tác dụng phục hồi cụm phần ứng và cánh chặn về vị trí trung gian khi dòng điện vào hai cuộn dây cân bằng. Nối với cánh chặn dầu là càng đàn hồi, càng này nối trực tiếp với con tr−ợt. Khi dòng điện vào hai cuộn dây lệch nhau thì phần ứng bị hút lệch, do sự đối xứng của các cực nam châm mà phần ứng sẽ quay. Khi phần ứng quay, ống đàn hồi sẽ biến dạng đàn hồi, khe hở từ cánh chặn đến miệng phun dầu cũng sẽ thay đổi (phía này hở ra và phía kia hẹp lại). Điều đó dẫn đến áp suất ở hai phía của con tr−ợt lệch nhau và con tr−ợt đ−ợc di chuyển. Nh− vậy: +/ Khi dòng điện điều khiển ở hai cuộn dây bằng nhau hoặc bằng 0 thì phần ứng, cánh, càng và con tr−ợt ở vị trí trung gian (áp suất ở hai buồng con tr−ợt cân bằng nhau). +/ Khi dòng i1 ≠ i2 thì phần ứng sẽ quay theo một chiều nào đó tùy thuộc vào dòng điện của cuộn dây nào lớn hơn. Giả sử phần ứng quay ng−ợc chiều kim đồng hồ, cánh chặn dầu cũng quay theo làm tiết diện chảy của miệng phun dầu thay đổi, khe hở miệng phun phía trái rộng ra và khe hở ở miệng phun phía phải hẹp lại. áp suất dầu vào hai buồng con tr−ợt không cân bằng, tạo lực dọc trục, đẩy con tr−ợt di chuyển về bên trái, hình thành tiết diện chảy qua van (tạo đ−ờng dẫn dầu qua van). Quá trình trên thể hiện ở hình 3.19b. Đồng thời khi con tr−ợt sang trái thì càng sẽ cong theo chiều di chuyển của con tr−ợt làm cho cánh chặn dầu cũng di chuyển theo. Lúc này khe hở ở miệng phun trái hẹp lại và khe hở miệng phun phải rộng lên, cho đến khi khe hở của hai miệng phun bằng nhau và áp suất hai phía bằng nhau thì con tr−ợt ở vị trí cân bằng. Quá trình đó thể hiện ở hình 3.19c. Mômen quay phần ứng và mômen do lực đàn hồi của càng cân bằng nhau. L−ợng di chuyển của con tr−ợt tỷ lệ với dòng điện vào cuộn dây. +/ T−ơng tự nh− trên nếu phần ứng quay theo chiều ng−ợc lại thì con tr−ợt sẽ di chuyển theo chiều ng−ợc lại. 53
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - a TA P b c T A PB TAPB Hình 3.19. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của van servo a. Sơ đồ giai đoạn van ch−a lam việc; b. Sơ đồ giai đoạn đầu của quá trình điều khiển; c. Sơ đồ giai đoạn hai của quá trình điều khiển. b. Kết cấu của van servo Ngoài những kết cấu thể hiện ở hình 3.18 và hình 3.19, trong van còn bố trí thêm bộ lọc dầu nhằm đảm bảo điều kiện làm việc bình th−ờng của van. Để con tr−ợt ở vị trí trung gian khi tín hiệu vào bằng không, tức là để phần ứng ở vị trí cân bằng, ng−ời ta đ−a vào kết cấu vít điều chỉnh. 54
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Các hình 3.20, 3.21, 3.22, 3.23, 3.24 là kết cấu của một số loại van servo đ−ợc sử dụng hiện nay. a Nam châm ống phun dầu Càng đàn hồi Vít hiệu chỉnh con tr−ợt Thân van Lọc dầu b Cuộn dây ống phun Lõi nam châm ống đàn hồi Càng Càng đàn hồi Lọc dầu Lỗ tiết l−u P c P T Hình 3.20. Bản vẽ thể hiện kết cấu và ký hiệu của van servo a, b. Bản vẽ thể hiện các dạng kết cấu của van servo; c. Ký hiệu của van servo. 55
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 3.21. Kết cấu của van servo một cấp điều khiển 1. Không gian trống; 2. ống phun; 3. Lõi sắt của nam châm; 4. ống đàn hồi; 5. Càng điều khiển điện thủy lực; 6. Vít hiệu chỉnh; 7. Thân của ống phun; 8. Thân của nam châm; 9. Không gian quay của lõi sắt nam châm; 10. Cuộn dây của nam châm; 11. Con tr−ợt của van chính; 12. Buồng dầu của van chính. 56
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 3.22. Kết cấu của van servo 2 cấp điều khiển 1. Cụm nam châm; 2. ống phun; 3. Càng đàn hồi của bộ phận điều khiển điện thủy lực; 4. Xylanh của van chính; 5. Con tr−ợt của van chính; 6. Càng điều khiển điện-thủy lực; 7. Thân của ống phun. Hình 3.23. Kết cấu của van servo 2 cấp điều khiển có cảm biến 57
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 1. Cụm nam châm; 2. ống phun; 3. Xylanh của van chính; 4. Cuộn dây của cảm biến; 5. Lõi sắt từ của cảm biến; 6. Con tr−ợt của van chính; 7. Càng điều khiển điện-thủy lực; 8. ống phun; 9,10. Buồng dầu của van chính. Hình 3.24. Kết cấu của van servo 3 cấp điều khiển có cảm biến 1. Vít hiệu chỉnh; 2. ống phun; 3. Thân van cấp 2; 4. Thân van cấp 3; 5. cuộn đây của cảm biến; 6. Lõi sắt từ của cảm biến; 7. Con tr−ợt của van chính; 8. Càng điều khiển điện-thủy lực; 9. Thân của ống phun; 10,14. Buồng dầu của van cấp 2; 11. Con tr−ợt của van cấp 2; 12. Lò xo của van cấp 2; 13. Xylanh của van cấp 3; 15,16. Buồng dầu của van cấp 3. 3.5. cơ cấu chỉnh l−u l−ợng Cơ cấu chỉnh l−u l−ợng dùng để xác định l−ợng chất lỏng chảy qua nó trong đơn vị thời gian, và nh− thế điều chỉnh đ−ợc vân tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực làm việc với bơm dầu có một l−u l−ợng cố định. 3.5.1. Van tiết l−u Van tiết l−u dùng để điều chỉnh l−u l−ợng dầu, và do đó điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực. 58
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Van tiết l−u có thể đặt ở đ−ờng dầu vào hoặc đ−ờng ra của cơ cấu chấp hành. Van tiết l−u có hai loại: +/ Tiết l−u cố định Ký hiệu: +/ Tiết l−u thay đổi đ−ợc l−u l−ợng Ký hiệu: Ví dụ: hình 3.25 là sơ đồ của van tiết l−u đ−ợc lắp ở đ−ờng ra của hệ thống thủy lực. Cách lắp này đ−ợc dùng phổ biến nhất, vì van tiết l−u thay thế cả chức năng của van cản, tạo nên một áp suất nhất định trên đ−ờng ra của xilanh và do đó làm cho chuyển động của nó đ−ợc êm. A1 A2 v Q1 Q2 p1 p 2 Ax Q2, p3 Hình 3.25. Sơ đồ thủy lực có lắp van tiết l−u ở đ−ờng dầu ra Ta có các ph−ơng trình: Q2 = A2.v : l−u l−ợng qua van tiết l−u ∆p = p2 - p3 : hiệu áp qua van tiết l−u L−u l−ợng dầu Q2 qua khe hở đ−ợc tính theo công thức Torricelli nh− sau: 2.g Q = à.A . . ∆p [m3/s] (3.3) 2 x ρ 2.g hoặc A .v = à.A .c. ∆p (c = = const) 2 x ρ à.A .c. ∆p ⇒ v = x (3.4) A2 Trong đó: à - hệ số l−u l−ợng; 59
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - π.d2 A - diện tích mặt cắt của khe hở: A = [m2]; x 1 4 2 ∆p = (p2 - p3)- áp suất tr−ớc và sau khe hở [N/m ]; ρ - khối l−ợng riêng của dầu [kg/m3]. Khi Ax thay đổi ⇒ ∆p thay đổi và v thay đổi. p2 p3 Q2 ∆ p Hình 3.26. Độ chênh lệch áp suất và l−u l−ợng dòng chảy qua khe hở Dựa vào ph−ơng thức điều chỉnh l−u l−ợng, van tiết l−u có thể phân thành hai loại chính: van tiết l−u điều chỉnh dọc trục và van tiết l−u điều chỉnh quanh trục. a. Van tiết l−u điều chỉnh dọc trục Ax = 2π.rt.AB AB = h.sinα h.sinα p2 D Ax rt = r − .cosα 2α α 2 h A A h x p2 ⇒ A ≈ 2π.h.r.sinα B x r p1 t h.sin2 α ( .cosα : VCB ⇒ bỏ qua) π p1 Ax = .D.h r 2 Hình 3.27. Tiết l−u điều chỉnh dọc trục b. Van tiết l−u điều chỉnh quanh trục p 1 p 2 Hình 3.28. Tiết l−u điều chỉnh quanh trục 3.5.2. Bộ ổn tốc Bộ ổn tốc là cấu đảm bảo hiệu áp không đổi khi giảm áp (∆p = const), và do đó đảm bảo một l−u l−ợng không đổi chảy qua van, tức là làm cho vận tốc của cơ cấu chấp hành có giá trị gần nh− không đổi. Nh− vậy để ổn định vận tốc ta sử dụng bộ ổn tốc. 60
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Bộ ổn tốc là một van ghép gồm có: một van giảm áp và một van tiết l−u. Bộ ổn tốc có thể lắp trên đ−ờng vào hoặc đ−ờng ra của cơ cấu chấp hành nh− ở van tiết l−u, nh−ng phổ biến nhất là lắp ở đ−ờng ra của cơ cấu chấp hành. p p Ký hiệu: 1 2 p4 F lx p2 Q 2 p3 A Hình 3.29. Kết cấu bộ ổn tốc Điều kiện để bộ ổn tốc có thể làm việc là: p1 > p2 > p3 > p4 Ta có ph−ơng trình cân bằng tĩnh: F A.p = p .A + F ⇒ ∆p = p - p = lx (3.5) 3 4 lx 3 4 A F Q = à.A .c. ∆p = k. lx (3.6) 2 x A Q2 không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào Flx ⇒ v ổn định p4 Flx p2 Q2 p3 A p 1 Hình 3.30. Sơ đồ thủy lực có lắp bộ ổn tốc 61
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3.6. van chặn Van chặn gồm các loại van sau: +/ Van một chiều. +/ Van một chiều điều điều khiển đ−ợc h−ớng chặn. +/ Van tác động khoá lẫn. 3.6.1. Van một chiều Van một chiều dùng để điều khiển dòng chất lỏng đi theo một h−ớng, và ở h−ớng kia dầu bị ngăn lại. Trong hệ thống thủy lực, th−ờng đặt ở nhiều vị trí khác nhau tùy thuộc vào những mục đích khác nhau. Ký hiệu: Van một chiều gồm có: van bi, van kiểu con tr−ợt. Hình 3.31. Kết cấu van bi một chiều ứng dụng của van một chiều: +/ Đặt ở đ−ờng ra của bơm (để chặn dầu chảy về bể). +/ Đặt ở cửa hút của bơm (chặn dầu ở trong bơm). +/ Khi sử dụng hai bơm dầu dùng chung cho một hệ thống. 62
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ví dụ: sơ đồ thủy lực sử dụng hai bơm dầu nhằm giảm tiêu hao công suất. A A 1 2 v1 F L v2 Flx T p2 P p1 Q1 Q 2 A p 1 2 1 Hình 3.32. Sơ đồ mạch thủy lực sử dụng hai bơm dầu Khi thực hiện vận tốc công tác v1, bơm 1 (Q1) hoạt động: Q1 = A1.v1. Khi thực hiện vận tốc chạy không v2 (pittông lùi về) thì cả hai bơm cùng cung cấp dầu (Q1, Q2): Q1 + Q2 = A2.v2 (Q2 >> Q1). Giải thích nguyên lý: +/ Khi có tải FL và thực hiện v1 ⇒ p1 > p2, van một chiều bị chặn ⇒ Q1 v1 = và Q 2 về bể dầu. A1 (A.p1 > Flx ⇒ pittông đi lên cửa P và T thông nhau ⇒ Q2 về bể dầu). ∗ ∗ +/ Khi chạy nhanh với v2 (không tải): p1 ↓ ⇒ Flx ≥ p1 .A ⇒ pittông đi xuống mở cửa P, đóng cửa T, lúc này p2 > p1 ⇒ van một chiều mở ⇒ cung cấp Q2 và Q1 cho xilanh để thực hiện v2. Q1 + Q 2 v 2 = A 2 63
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3.6.2. Van một chiều điều khiển đ−ợc h−ớng chặn a. Nguyên lý hoạt động Khi dầu chảy từ A qua B, van thực hiện theo nguyên lý của van một chiều. Nh−ng khi dầu chảy từ B qua A, thì phải có tín hiệu điều khiển bên ngoài tác động vào cửa X. a b c b ax x a b x a b Hình 3.33. Van một chiều điều khiển đ−ợc h−ớng chặn a. Chiều A qua B, tác dụng nh− van một chiều; b. Chiều B qua A có dòng chảy, khi có tác dụng tín ngoài X; c. Ký hiệu. 3.6.3. Van tác động khoá lẫn a. Nguyên lý hoạt động Kết cấu của van tác động khoá lẫn, thực ra là lắp hai van một chiều điều khiển đ−ợc h−ớng chặn. Khi dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 theo nguyên lý của van một chiều. Nh−ng khi dầu chảy từ B2 về A2 thì phải có tín hiệu điều khiển A1 hoặc khi dầu chảy từ B1 về A1 thì phải có tín hiệu điều khiển A2. a B1 B2 b B1 B2 A A 1 2 A1 A2 c B B A A Hình 3.34. Van tác động khóa lẩn a. Dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 (nh− van một chiều); b. Từ B2 về A2 thì phải có tín hiệu điều khiển A1; c. Ký hiệu. 64
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3.7. ống dẫn, ống nối Để nối liền các phần tử điều khiển (các loại van) với các cơ cấu chấp hành, với hệ thống biến đổi năng l−ợng (bơm dầu, động cơ dầu), ng−ời ta dùng các ống dẫn, ống nối hoặc các tấm nối. 3.7.1. ống dẫn a. Yêu cầu ống dẫn dùng trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực phổ biến là ống dẫn cứng (vật liệu ống bằng đồng hoặc thép) và ống dẫn mềm (vải cao su và ống mềm bằng kim loại có thể làm việc ở nhiệt độ 1350C). ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất trong ống nhỏ nhất. Để giảm tổn thất áp suất, các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít bị uốn cong để tránh sự biến dạng của tiết diện và sự đổi h−ớng chuyển động của dầu. b. Vận tốc dầu chảy trong ống +/ ở ống hút: v = 0,5 ữ 1,5 m/s +/ ở ống nén: p 100bar thì v = 6 ữ 7 m/s +/ ở ống xả: v = 0,5 ữ 1,5 m/s Các đ−ờng ống hút Các đ−ờng ống nén Các đ−ờng ống xả Hình 3.35. Sơ đồ mạch thủy lực thể hiện các đ−ờng ống c. Chọn kích th−ớc đ−ờng kính ống Ta có ph−ơng trình l−u l−ợng chảy qua ống dẫn: Q = A.v (3.7) Trong đó: π.d 2 Tiết diện: A = (3.8) 4 π.d 2 ⇔ Q = .v (3.9) 4 Trong đó: d [mm]; Q [lít/phút]; v [m/s]. 65
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Q ⇒ v = .102 (3.10) π 6.d2 . 4 2.Q ⇒ Kích th−ớc đ−ờng kính ống dẫn là: d =10. [mm] (3.11) 3.π.v 3.7.2. Các loại ống nối a. Yêu cầu Trong hệ thống thủy lực, ống nối có yêu cầu t−ơng đối cao về độ bền và độ kín. Tùy theo điều kiện sử dụng ống nối có thể không tháo đ−ợc và tháo đ−ợc. b. Các loại ống nối Để nối các ống dẫn với nhau hoặc nối ống dẫn với các phần tử thủy lực, ta dùng các loại ống nối đ−ợc thể hiển nh− ở hình 3.36 a b Hình 3.36. Các loại ống nối a. ống nối vặn ren; b. ống nối siết chặt bằng đai ốc. 3.7.3. Vòng chắn a. Nhiệm vụ Chắn dầu đómg vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự làm việc bình th−ờng của các phần tử thủy lực. Chắn dầu không tốt, sẽ bị rò dầu ở các đầu nối, bị hao phí dầu, không đảm bảo áp suất cao dẫn đến hệ thống hoạt động không ổn định. 66
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - b. Phân loại Để ngăn chặn sự rò dầu, ng−ời ta th−ờng dùng các loại vòng chắn, vật liệu khác nhau, tùy thuộc vào áp suất, nhiệt độ của dầu. Dựa vào bề mặt cần chắn khít, ta phân thành hai loại: +/ Loại chắn khít phần tử cố định. +/ Loại chắn khít phần tử chuyển động. c. Loại chắn khít phần tử cố định Chắn khít những phần tử cố định t−ơng đối đơn giản, dùng các vòng chắn bằng chất dẻo hoặc bằng kim loại mềm (đồng, nhôm). Để tăng độ bền, tuổi thọ của vòng chắn có tính đàn hồi, ta th−ờng sử dụng các cơ cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng hơn (cao su nền vải, vòng kim loại, cao su l−u hóa cùng lõi kim loại). d. Loại chắn khít các phần tử chuyển động t−ơng đối với nhau Loại này đ−ợc dùng rộng rãi nhất, để chắn khít những phần tử chuyển động. Vật liệu chế tạo là cao su chịu dầu, để chắn dầu giữa 2 bề mặt có chuyển động t−ơng đối (giữa pittông và xilanh). Để tăng độ bền, tuổi thọ của vòng chắn có tính đàn hồi, t−ơng tự nh− loại chắn khít những phần tử cố định, th−ờng ta sử dụng các cơ cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng hơn (vòng kim loại). Để chắn khít những chi tiết có chuyển động thẳng (cần pittông, cần đẩy điều khiển con tr−ợt điều khiển với nam châm điện, ), th−ờng dùng vòng chắn có tiết diện chử V, với vật liệu bằng da hoặc bằng cao su. Trong tr−ờng hợp áp suất làm việc của dầu lớn thì bề dày cũng nh− số vòng chắn cần thiết càng lớn. 67
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ch−ơng 4: Điều chỉnh và ổn định vận tốc Điều chỉnh vận tốc chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực bằng cách thay đổi l−u l−ợng dầu chảy qua nó với hai ph−ơng pháp sau: +/ Thay đổi sức cản trên đ−ờng dẫn dầu bằng van tiết l−u. Ph−ơng pháp điều chỉnh này gọi là điều chỉnh bằng tiết l−u. +/ Thay đổi chế độ làm việc của bơm dầu, tức là điều chỉnh l−u l−ợng của bơm cung cấp cho hệ thống thủy lực. Ph−ơng pháp điều chỉnh này gọi là điều chỉnh bằng thể tích. Lựa chọn ph−ơng pháp điều chỉnh vận tốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh− công suất truyền động, áp suất cần thiết, đặc điểm thay đổi tải trọng, kiểu và đặc tính của bơm dầu, Để giảm nhiệt độ của dầu, đồng thời tăng hiệu suất của hệ thống dầu ép, ng−ời ta dùng ph−ơng pháp điều chỉnh vận tốc bằng thể tích. Loại điều chỉnh này đ−ợc thực hiện bằng cách chỉ đ−a vào hệ thống dầu ép l−u l−ợng dầu cần thiết để đảm bảo một vận tốc nhất định. Do đó, nếu nh− không tính đến tổn thất thể tích và cơ khí thì toàn bộ năng l−ợng do bơm dầu tạo nên đều biến thành công có ích. 4.1. Điều chỉnh bằng tiết l−u Do kết cấu đơn giản nên loại điều chỉnh này đ−ợc dùng nhiều nhất trong các hệ thống thủy lực của máy công cụ để điều chỉnh vận tốc của chuyển động thẳng cũng nh− chuyển động quay. Ta có: Q = à.A x .c. ∆p Khi Ax thay đổi ⇒ thay đổi ∆p ⇒ thay đổi Q ⇒ v thay đổi. ở loại điều chỉnh này bơm dầu có l−u l−ợng không đổi, và với việc thay đổi tiết diện chảy của van tiết l−u, làm thay đổi hiệu áp của dầu, do đó thay đổi l−u l−ợng dẫn đến cơ cấu chấp hành để đảm bảo một vận tốc nhất định. L−ợng dầu thừa không thực hiện công có ích nào cả và nó đ−ợc đ−a về bể dầu. Tuỳ thuộc vào vị trí lắp van tiết l−u trong hệ thống, ta có hai loại điều chỉnh bằng tiết l−u sau: +/ Điều chỉnh bằng tiết l−u ở đ−ờng vào. +/ Điều chỉnh bằng tiết l−u ở đ−ờng ra. 4.1.1. Điều chỉnh bằng tiết l−u ở đ−ờng vào Hình 4.1 là sơ đồ điều chỉnh vận tốc bằng tiết l−u ở đ−ờng vào. Van tiết l−u (0.4) đặt ở đ−ờng vào của xilanh (1.0). Đ−ờng ra của xilanh đ−ợc dẫn về bể dầu qua van cản (0.5). Nhờ van tiết l−u (0.4), ta có thể điều chỉnh hiệu áp giữa hai đầu van tiết l−u, tức là điều chỉnh đ−ợc l−u l−ợng chảy qua van tiết l−u vào xilanh (bằng cách thay đổi tiết diện chảy Ax), do đó làm thay đổi vận tốc của pittông. L−ợng dầu thừa (QT) chảy qua van tràn (0.2) về bể dầu. Van cản (0.5) dùng để tạo nên một áp nhất định (khoảng 3ữ8bar) trong buồng bên 68
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - phải của xilanh (1.0), đảm bảo pittông chuyển động êm, ngoài ra van cản (0.5) còn làm giảm chuyển động giật mạnh của cơ cấu chấp hành khi tải trọng thay đổi ngột. Trong đó: p0 là áp suất do bơm dầu tạo nên, đ−ợc điều chỉnh bằng van tràn (0.2). Ph−ơng trình l−u l−ợng: Q1 qua van tiết l−u cũng là Q1 qua xilanh (bỏ qua rò dầu) Q1 = A1.v = à.A x .c. ∆p (4.1) Hiệu áp giữa hai đầu van tiết l−u: ∆p = p0 - p1 (4.2) Khi Ax thay đổi ⇒ ∆p thay đổi ⇒ Q1 thay đổi ⇒ v thay đổi Nếu nh− tải trọng tác dụng lên pittông là FL và lực ma sát giữa pittông và xilanh là Fms, thì ph−ơng trình cân bằng lực của pittông là: A 2 FL + Fms p1.A1 - p2.A2 - FL - Fms = 0 ⇒ p1 = p 2 . + (4.3) A1 A1 Ta thấy: khi FL thay đổi ⇒ p1 thay đổi ⇒ ∆p thay đổi ⇒ Q1 thay đổi ⇒ v không ổn định. A1 1.0 A2 v FL p1 p2 1.1 A B Q1 P T Ax 0.4 0.3 Q2 QT p 0.2 0 Q0 0.5 0.1 Hình 4.1. Sơ đồ mạch thủy lực điều chỉnh bằng tiết l−u ở đ−ờng vào 4.1.2. Điều chỉnh bằng tiết l−u ở đ−ờng ra 1.0 A2 v A1 FL p1 p2 1.1 A B P T 0.3Q1 Q 2 QT p0 0.2 Q0 Ax 0.1 0.4 p ≈0 3 Hình 4.2. Sơ đồ mạch thủy lực điều chỉnh bằng tiết l−u ở đ−ờng ra 69
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 4.2 là sơ đồ điều chỉnh vận tốc bằng tiết l−u ở đ−ờng ra. Van tiết l−u đảm nhiệm luôn chức năng của van cản là tạo nên một áp suất nhất định ở đ−ờng ra của xilanh. Trong tr−ờng hợp này, áp suất ở buồng trái xilanh bằng áp suất của bơm, tức là p1=p0. Q 2 = v.A 2 = à.A x .c p 2 (4.4) Vì cửa van của tiết l−u nối liền với bể dầu, nên hiệu áp của van tiết l−u: ∆p = p2 - p3 = p2 Khi Ax thay đổi ⇒ p2 thay đổi ⇒ Q2 thay đổi ⇒ v thay đổi. Ph−ơng trình cân bằng tĩnh là: p0.A1 - p2.A2 - FL - Fms = 0 (4.5) A1 FL + Fms ⇒ ∆p = p2 = p0 . − (4.6) A 2 A 2 Ta cũng thấy: FL thay đổi ⇒ p2 thay đổi ⇒ Q2 thay đổi ⇒ v không ổn định. Nhận xét: Cả hai điều chỉnh bằng tiết l−u có −u điểm chính là kết cấu đơn giản, nh−ng cả hai cũng có nh−ợc điểm là không đảm bảo vận tốc của cơ cấu chấp hành ở một giá trị nhất định, khi tải trọng thay đổi. Th−ờng ng−ời ta dùng điều chỉnh bằng tiết l−u cho những hệ thống thủy lực làm việc với tải trọng thay đổi nhỏ, hoặc trong hệ thống không yêu cầu cao về ổn định vận tốc. Nh−ợc điểm khác của hệ thống điều chỉnh bằng tiết l−u là một phần dầu thừa qua van tràn biến thành nhiệt, nhiệt l−ợng ấy làm giảm độ nhớt của dầu, có khả năng làm tăng l−ợng dầu rò, ảnh h−ởng đến sự ổn định vận tốc của cơ cấu chấp hành, dẫn đến hiệu suất giảm. Vì những lý do đó, điều chỉnh bằng tiết l−u th−ờng dùng trong những hệ thống thủy lực có công suất nhỏ, th−ờng không quá 3ữ3,5 kw. Hiệu suất của hệ thống điều chỉnh này khoảng 0,65ữ0,67. 4.2. Điều chỉnh bằng thể tích Để giảm nhiệt độ dầu, đồng thời tăng hệu suất của hệ thống thủy lực, ng−ời ta dùng ph−ơng pháp điều chỉnh vận tốc bằng thể tích. Loại điều chỉnh này đ−ợc thực hiện bằng cách chỉ đ−a vào hệ thống thủy lực l−u l−ợng dầu cần thiết để đảm bảo một vận tốc nhất định. L−u l−ợng dầu có thể thay đổi với việc dùng bơm dầu pittông hoặc cánh gạt điều chỉnh l−u l−ợng. Đặc điểm của hệ thống điều chỉnh vận tốc bằng thể tích là khi tải trọng không đổi, công suất của cơ cấu chấp hành tỷ lệ với l−u l−ợng của bơm. Vì thế, loại điều chỉnh này đ−ợc dùng rộng rãi trong các máy cần thiết một công suất lớn khi khởi động, tức là cần thiết lực kéo hoặc mômen xoắn lớn. Ngoài ra nó cũng đ−ợc dùng rộng rãi trong 70
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - những hệ thống thực hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay khi vận tốc giảm, công suất cần thiết cũng giảm. Tóm lại: −u điểm của ph−ơng pháp điều chỉnh bằng thể tích là đảm bảo hiệu suất truyền động cao, dầu ít bị làm nóng, nh−ng bơm dầu điều chỉnh l−u l−ợng có kết cấu phức tạp, chế tạo đắt hơn là bơm dầu có l−u l−ợng không đổi. v A1 FL Q 1 Q = Q b 1 e Hình 4.3. Sơ đồ thủy lực điều chỉnh bằng thể tích Ta có: Q1= Qb = qb.n (l/p) (Q1= v.A1) Muốn thay đổi Qb= Q1⇒ ta thay đổi qb ⇒ v thay đổi Trên hình 4.3 ta thấy: Thay đổi độ lệch tâm e ⇒ qb sẽ thay đổi ⇒ Qb= Q1 thay đổi ⇒ v thay đổi. Nhận xét: Toàn bộ l−u l−ợng của bơm đều cung cấp cho xilanh (không có dầu thừa) ⇒ hiệu suất cao. 4.3. ổn định vận tốc Trong những cơ cấu chấp hành cần chuyển động êm, độ chính xác cao, thì các hệ thống điều chỉnh đơn giản nh− đã trình bày ở trên không thể đảm bảo đ−ợc, vì nó không khắc phục đ−ợc những nguyên nhân gây ra sự không ổn định chuyển động, nh− tải trọng không thay đổi, độ đàn hồi của dầu, độ rò dầu cũng nh− sự thay đổi nhiệt độ của dầu. Ngoài những nguyên nhân trên, hệ thống thủy lực làm việc không ổn định còn do những thiếu sót về kết cấu (nh− các cơ cấu điều khiển chế tạo không chính xác, lắp ráp 71
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - không thích hợp, ). Do đó, muốn cho vận tốc đ−ợc ổn định, duy trì đ−ợc trị số đã điều chỉnh thì trong các hệ thống điều chỉnh vận tốc kể trên cần lắp thêm một bộ phận, thiết bị để loại trừ ảnh h−ởng của các nguyên nhân làm mất ổn định vận tốc. Ta xét một số ph−ơng pháp th−ờng dùng để ổn định vận tốc của cơ cấu chấp hành. Để giảm ảnh h−ởng thay đổi tải trọng, ph−ơng pháp đơn giản và phổ biến nhất là dùng bộ ổn định vận tốc (gọi tắt là bộ ổn tốc). Bộ ổn tốc có thể dùng trong hệ thống điều chỉnh vận tốc bằng tiết l−u, hay ở hệ thống điều chỉnh bằng thể tích và nó có thể ở đ−ờng vào hoặc đ−ờng ra của cơ cấu chấp hành. (Nh− ta đã biết lắp ở đ−ờng ra đ−ợc dùng rộng rãi hơn). 4.3.1. Bộ ổn tốc lắp trên đ−ờng vào của cơ cấu chấp hành A1 A2 v F L p p p 1 2 p A B 0 Q2 p3 Q1 ∆p p 1 FL L(p2+pms) v p3 A’ D v0 Flx B’ FL p 0 Hình 4.4. Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổn tốc trên đ−ờng vào Giả sử khi FL= 0 Fms Fms ta có: A1.p1 - A2.p2 - Fms= 0 ⇒ p1 = p 2 + (A1 = A 2 ,Pms = ) A1 A1 Tại van giảm áp ta có: π.D2 π.D2 p . − p . − F = 0 (4.7) 3 4 1 4 lx 4 ⇒ ∆p = p − p = F . hiệu áp qua van tiết l−u (=const) (4.8) 3 1 lx π.D2 Q c.à.A ⇒ v = = x . ∆p = const (4.9) A1 A1 72
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giải thích: giả sử FL ↑ ⇒ p1 ↑ ⇒ pittông van giảm áp sang trái ⇒ cửa ra của van giảm áp mở rộng ⇒ p3 ↑ để dẫn đến ∆p = const. Trên đồ thị: p1 ≥ p2 + pms (4.10) +/ Khi p1 ↑ ⇒ p3 ↑ ⇒ ∆p = const ⇒ v = const. +/ Khi p3 = p0, tức là cửa ra của van mở hết cở (tại A trên đồ thị), nếu tiếp tục ↑ FL ⇒ p1 ↑ mà p3 = p1 không tăng nữa ⇒ ∆p = p3 - p1 (p3 = p0) ↓ ⇒ v ↓ và đến khi p1 = p3 = p0 ⇒ ∆p = 0 ⇒ v = 0. 4.3.2. Bộ ổn tốc lắp trên đ−ờng ra của cơ cấu chấp hành A1 A2 v FL p p =p p1= p0 p2 0 1 Pms Q2 p2 Flx p3 A B FL Q1 D v p3 ’ p0 v A 0 B’ FL Q2 p4 ≈ 0 Hình 4.5. Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổn tốc trên đ−ờng ra π.D2 +/ Tại van giảm áp ta có: p . − F = 0 (4.11) 3 4 lx 4 ∆p = p − 0 = F . = const . (4.12) 3 lx π.D2 Q à.c.A 4.F ⇒ v = 2 = x . lx 2 2 = const A 2 A 2 π.D +/ Giả sử: FL ↑ ⇒ p2 ↓ ⇒ p3 ↓ ⇒ pittông van giảm áp sang phải ⇒ cửa ra mở rộng ⇒ p3 ↑ để ∆p = const. Trên đồ thị: Khi FL = 0 ⇒ p2 = p0 - pms ⇒ v = v0. Khi FL ↑ ⇒ p2 ↓ ⇒ van giảm áp duy trì p3 để ∆p = const ⇒ v0 = const. Nếu tiếp tục ↑ FL ⇒ p2 = p3 (tại A trên đồ thị), nếu tăng nữa ⇒ p2 = p3 ↓ = 0 tại B 73
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ⇒ ∆p = 0 ⇒ v = 0. 4.3.3. ổn định tốc độ khi điều chỉnh bằng thể tích kết hợp với tiết l−u ở đ−ờng vào L−u l−ợng của bơm đ−ợc điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm e. Khi làm việc, stato của bơm có xu h−ớng di động sang trái do tác dụng của áp suất dầu ở buồng nén gây nên. A1 A2 v F L p p1 2 p0 Stato (vòng tr−ợt) F1 F2 e Buồng hút Rôto Flx Pittông điều chỉnh Buồng nén Hình 4.6. ổn định tốc độ khi điều chỉnh bằng thể tích kết hợp với tiết l−u ở đ−ờng vào Ta có ph−ơng trình cân bằng lực của stato (bỏ qua ma sát): Flx + p1.F1 - p0.F2 - k.p0 = 0 (k: hệ số điều chỉnh bơm) (4.13) Nếu ta lấy hiệu tiết diện F1 - F2 = k ⇔ F1 = F2 + k (4.13) ⇔ Flx + p1.(F2 + k) - p0.F2 - k.p0 = 0 ⇔ Flx = F2.(p0 - p1) + k.(p0 - p1) ⇔ Flx = (F2 + k).(p0 - p1) Flx Flx ⇒ p0 - p1 = = (4.14) F2 + k F1 74
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ta có l−u l−ợng qua van tiết l−u: Q = à.Ax .c. ∆p (4.15) Flx Flx ∆p = p0 − p1 = = (4.16) F2 + k F1 Flx ⇒ Q = à.Ax .c. = à.Ax .c. ∆p (4.17) F1 Từ công thức (4.17) ta thấy: L−u l−ợng Q không phụ thuộc vào tải trọng (đặc tr−ng bằng p1, p0). Giả sử: FL ↑ ⇒ p1 ↑ ⇒ pittông điều chỉnh sẽ đẩy stato của bơm sang phải ⇒ e ↑ ⇒ p0 ↑ ⇒ ∆p = p0 - p1 = const. 75
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình Ch−ơng 5 Các ph−ơng pháp gia công chuẩn bị 5.1- chọn phôi Muốn chế tạo một chi tiết máy đạt yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế, ta phải xác định đ−ợc kích th−ớc của phôi và chọn loại phôi thích hợp. Kích th−ớc của phôi đ−ợc tính toán theo l−ợng d− gia công, còn chọn loại phôi thì phải căn cứ vào các yếu tố sau: - Vật liệu và cơ tính của vật liệu mà chi tiết cần có theo yêu cầu thiết kế. - Kích th−ớc, hình dáng và kết cấu của chi tiết. - số l−ợng chi tiết cần có hoặc dạng sản xuất. - Cơ sở vật chất kỹ thuật cụ thể của nơi sản xuất. Chọn phôi hợp lý không những đảm bảo tốt những tính năng kỹ thuật của chi tiết mà còn có ảnh h−ởng tốt đến năng suất và giá thành sản phẩm. Chọn phôi tốt sẽ làm cho quá trình công nghệ đơn giản đi nhiều và phí tổn về vật liệu cũng nh− chi phí gia công giảm đi. Chi phí kim loại khi gia công đ−ợc đánh giá bằng hệ số sử dụng vật liệu K: G K = ct Gph trong đó, Gct: khối l−ợng chi tiết hoàn thiện (kg) Gph: khối l−ợng phôi (kg) Trong gia công cơ khí, các dạng phôi có thể là: Phôi đúc, phôi rèn, phôi dập, phôi cán và các loại vật liệu phi kim loại nh− gỗ, phíp, nhựa 5.2- các ph−ơng pháp gia công chuẩn bị Gia công chuẩn bị phôi là những nguyên công chuẩn bị phôi cho quá trình gia công cơ, bao gồm làm sạch, nắn thẳng phôi, gia công phá, gia công lỗ tâm. Phôi sau khi đ−ợc chế tạo xong th−ờng có chất l−ợng bề mặt xấu nh− xù xì, rỗ, nứt, chai cứng ; hình dáng hình học có nhiều sai lệch nh− méo, ôvan, côn, cong vênh Nếu ta đ−a phôi sau khi chế tạo xong vào gia công chi tiết ngay thì sai số in dập của phôi lên chi tiết gia công sẽ lớn, phải gia công nhiều lần thì mới đảm bảo yêu cầu của chi tiết. Nh− vậy sẽ mất thời gian, chi phí gia công lớn, giá thành sản xuất sẽ tăng. Đối với các loại phôi thanh cần phải nắn thẳng tr−ớc khi đ−a lên máy gia công; phôi thanh thép cán lại phải cắt thành từng đoạn cho phù hợp với chiều dài của chi tiết và dễ gá đặt. Ngoài ra, ở nguyên công đầu tiên phải dùng chuẩn thô, mà chuẩn thô thì phải t−ơng đối bằng phẳng. Do vậy, việc gia công chuẩn bị phôi là một việc làm rất cần thiết và không thể thiếu. Nó là những nguyên công mở đầu cho quá trình công nghệ gia công cơ (sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ). Thậm chí, đối với sản xuất có sản l−ợng lớn thì gia công Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 56
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình chuẩn bị phôi đ−ợc tách hẳn ra khỏi quy trình công nghệ gia công cơ, khi đó có một bộ phận riêng đảm nhiệm việc chuẩn bị phôi với đầy đủ thiết bị riêng. 5.2.1- Làm sạch phôi Hầu hết các loại phôi cần phải làm sạch, đặc biệt là phôi đúc hoặc rèn dập bởi vì làm nh− vậy sẽ giúp: - Loại trừ lớp cát bị cháy bám trên bề mặt phôi đúc hoặc các vảy kim loại bị cháy trên bề mặt phôi rèn, phôi đúc. - Loại trừ các rìa, mép của phôi rèn, dập hoặc các lớp kim loại h− hỏng trên bề mặt tr−ớc khigia công. - Tạo nên các bề mặt sạch sẽ để gia công đ−ợc dễ dàng, đảm bảo vệ sinh. Trong sản xuất nhỏ th−ờng dùng ph−ơng pháp thủ công bằng những dụng cụ đơn giản nh− chổi sắt, bàn chải sắt, giũa, búa đạt năng suất thấp. Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối, ng−ời ta làm sạch nhờ các thiết bị chuyên dùng cơ khí hoá. Đối với những chi tiết nhỏ có thể cho vào một thùng quay, các chi tiết sẽ va đập vào nhau làm cho vết cát, bẩn, gỉ rơi ra. Hoặc dùng đá mài, ngọn lửa để loại trừ các vết bẩn, gỉ, chỗ kim loại bị h− hỏng, Ngoài ra, còn có thể làm sạch vật rèn trong hỗn hợp cát và n−ớc hoặc trong dung dịch axit. 5.2.2- Nắn thẳng phôi Đối với phôi thanh, phôi cán cần phải nắn thẳng tr−ớc khi đ−a vào gia công; ngoài ra đối với các phôi dài không những phải nắn tr−ớc khi gia công cơ mà sau khi tiện (tr−ớc khi mài) cần phải nắn thẳng lại. Phôi sau khi nắn thẳng sẽ có l−ợng d− đều, giảm đ−ợc sai số gia công, đảm bảo phôi đẩy dễ, kẹp chặt tốt. c Nắn bằng búa tay Đối với các chi tiết trụ ngắn, đ−ờng kính không lớn thì dùng mắt để ngắm, xem xét độ thẳng rồi dùng búa nắn trên đe. Đây là ph−ơng pháp thủ công nhất, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nh−ng năng suất rất thấp, độ chính xác không cao và phụ thuộc vào kinh nghiệm, tay nghề của ng−ời thợ. d Nắn ép Đối với chi tiết trụ ngắn, đ−ờng kính lớn thì dùng đồ gá trên thân máy tiện cũ hoặc dùng đồ gá trên máy ép. Ngoài ra, ng−ời ta còn dùng nắn ép trên hai khối V. Trong 2 mũi tâm có một cố định, một điều chỉnh đ−ợc theo h−ớng chiều trục. Khi nắn ép, chi tiết và hai mũi tâm đều bị xê dịch xuống, sau khi nắn xong lò Hình 5.1- Nắn thẳng trên hai mũi tâm. xo lại đẩy về vị trí ban đầu. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 57
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình Để nâng cao độ chính xác, dùng đồng hồ so để chỉ thị. Nguồn sinh lực có thể dùng cơ cấu vít me-đai ốc, cơ cấu dầu ép hay khí nén. e Nắn thẳng trên máy chuyên dùng Đối với chi tiết trụ dài, đ−ờng kính lớn (25 ữ 150mm) thì việc nắn thẳng sẽ đ−ợc thực hiện trên máy nắn thẳng chuyên dùng. Hệ bánh khía Vành gỗ truyền chuyển đựng bột mài động tới thùng làm nhẵn Hình 5.2- Máy nắn thẳng chuyên dùng. Máy nắn thẳng chuyên dùng gồm có thùng quay, trong thùng có những bộ con lăn có dạng hypecbôlôit tròn xoay đ−ợc đặt nghiêng một góc để sao cho đ−ờng sinh là đ−ờng thẳng. Những bộ con lăn này từng cặp một đ−ợc đặt chéo nhau, vừa quay theo thùng vừa quay quanh tâm của nó để làm nhiệm vụ nắn thẳng và dẫn phôi đi. Phôi đ−ợc đặt vào giữa các bộ con lăn nhờ hai xe nhỏ hai đầu. Khoảng cách giữa hai con lăn có thể điều chỉnh đ−ợc để phù hợp với các loại đ−ờng kính khác nhau. Năng suất của máy nắn thẳng chuyên dùng rất cao, nh−ng do kích th−ớc cồng kềnh nên chỉ dùng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. f Nắn thẳng trên máy cán ren Đối với phôi có kích th−ớc ngắn thì có thể nắn thẳng trên máy cán ren phẳng nếu thay bàn cán ren bằng bàn phẳng. Ph−ơng pháp này có thể nắn đ−ợc những đoạn ngắn, độ chính xác đạt từ 0,05 ữ 0,15 àm với mỗi mm đ−ờng kính trên chiều Hình 5.3- Sơ đồ nắn thẳng dài 1m. trên máy cán ren. Ph−ơng pháp này có năng suất rất cao. 5.2.3- Gia công phá Mục đích của gia công phá là bóc đi lớp vỏ ngoài của các loại phôi có bề mặt quá xấu (rỗ, dính cát, biến cứng ) và có sai lệch quá lớn, phát hiện các khuyết tật. Máy dùng để gia công phá cần có công suất lớn, độ cứng vững cao để đạt năng suất cao, còn độ chính xác thì không cần cao lắm. Khi sản l−ợng nhỏ, việc gia công phá có thể tách riêng để gia công trên một vài máy cũ trong phân x−ởng cơ khí. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 58
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình Khi sản l−ợng lớn, việc gia công phá đ−ợc thực hiện trên các máy chuyên dùng đặt ở phân x−ởng gia công chuẩn bị phôi. 5.2.4- Cắt đứt phôi Cắt đứt phôi th−ờng dùng với các loại phôi thanh, phôi cán cần cắt đứt thành từng đoạn t−ơng ứng theo chiều dài trục hoặc cắt các đậu ngót, đậu rót của các phôi đúc. Khi chọn ph−ơng pháp cắt đứt phôi phải xét đến một số yếu tố sau đây: - Độ chính xác cắt đứt nh− độ chính xác chiều dài phôi, độ phẳng và độ thẳng góc của mặt cắt với đ−ờng tâm của phôi. - Bề rộng miệng cắt lớn hay bé có liên quan đến chi phí vật liệu nhiều hay ít, đặc biệt là đối với những kim loại quý. - Năng suất cắt. Tùy theo loại phôi, sản l−ợng và điều kiện về cơ sở vật chất kỹ thuật của nơi sản xuất mà chọn ph−ơng pháp cắt sao cho đảm bảo năng suất cao, đạt đ−ợc các yêu cầu kỹ thuật của phôi và tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm chi phí chế tạo. c Cắt đứt bằng c−a tay Cắt đứt phôi bằng c−a tay có năng suất thấp, tốn nhiều công sức, miệng c−a khó thẳng, nh−ng có thể tiết kiệm đ−ợc vật liệu vì miệng c−a hẹp, thiết bị đơn giản. Có thể cắt đ−ợc các loại phôi thép cán, đặc ống, thép hình nhỏ d Cắt đứt trên máy c−a cần Máy c−a cần có kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, miệng c−a t−ơng đối hẹp, so với c−a tay thì năng suất hơn nhiều, giảm c−ờng độ lao động của công nhân. Tuy nhiên, khi so với các ph−ơng pháp c−a khác thì nó lại không năng suất bằng vì có hành trình chạy không của l−ỡi c−a. Có thể cắt đ−ợc các loại phôi thép cán, đặc ống, thép hình nhỏ , th−ờng dùng trong các xí nghiệp quy mô nhỏ vì vốn đầu t− ít, dễ sử dụng, chiếm diện tích nhỏ. e Cắt đứt bằng c−a đĩa Khi cắt đứt bằng dao c−a đĩa có thể có năng suất cao, chất l−ợng mặt cắt tốt song miệng cắt rộng. Loại c−a đĩa này có thể cắt đứt đ−ợc phôi thép tròn, phôi định hình. Đối với phôi có kích th−ớc nhỏ có thể gá để cắt một lần nhiều phôi. f Cắt đứt bằng bánh mài Cắt đứt bằng ph−ơng pháp này có thể đạt độ chính xác cao, chất l−ợng mặt cắt cao, sau khi cắt không cần gia công lại. Nếu so với c−a đĩa thì năng suất không bằng nh−ng chất l−ợng mặt cắt lại tốt hơn và tiết kiệm đ−ợc vật liệu vì miệng cắt nhỏ. Ph−ơng pháp này có thể cắt đ−ợc phôi tròn nhỏ, định hình nhỏ, đặc biệt là các thép cứng, thép đã tôi Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 59
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình g Cắt đứt bằng bánh ma sát Dụng cụ cắt là một đĩa phẳng có chiều dày khoảng 1,5 ữ 3 mm, đ−ờng kính khoảng 300 ữ 1500 mm. Mặt tròn của đĩa có khía, khi quay nó tiếp xúc với phôi, phát ra nhiệt l−ợng lớn làm cho kim loại bị nóng chảy và bị cắt đứt, trong khi đó đĩa đ−ợc làm nguội bằng cách ngâm trong n−ớc hoặc t−ới dung dịch làm nguội liên tục (nh−ng không t−ới vào vị trí cắt), do vậy, có thể cắt đ−ợc phôi cứng hơn dụng cụ cắt. Ph−ơng pháp này có năng suất khá cao, không cần l−ỡi c−a đắt tiền nên giá thành thấp, tuy nhiên, độ chính xác thấp, gây ồn và không an toàn. h Cắt đứt trên máy tiện Việc cắt đứt trên máy tiện có thuận lợi là có thể thực hiện chung trên một lần gá với các b−ớc công nghệ khác nh− gia công lỗ tâm, tiện ngoài Cắt đứt trên máy tiện cắt đ−ợc phôi tròn, đ−ờng kính có thể cắt lên đến 3200 mm (đối với máy tiện rơvônve lớn). i Cắt đứt trên máy chuyên dùng Các loại phôi thanh, phôi tấm có thể đ−ợc cắt đứt trên máy cắt chuyên dùng nh− máy cắt tấm, máy cắt đột Ph−ơng pháp này có năng suất rất cao, nh−ng miệng cắt không chính xác. j Cắt đứt bằng ngọn lửa O2 - C2H2 Ph−ơng pháp này có thể cắt đ−ợc nhiều phôi có hình dáng khác nhau nh− tròn, thanh, tấm, định hình, tạo đ−ợc chi tiết định hình từ việc cắt thép tấm Ph−ơng pháp này có năng suất rất cao, thuận lợi, tiện dụng ở mọi nơi, nh−ng nh−ợc điểm chính của nó là chất l−ợng mặt cắt thấp, độ chính xác không cao, hay bị cong vênh k Cắt đứt bằng điện cực Ph−ơng pháp này chỉ sử dụng khi cắt các phôi làm bằng vật liệu có độ cứng cao và các hợp kim cứng. l Cắt đứt bằng tia Laser Ph−ơng pháp này là một thành tựu mới của thế giới, nó có thể cắt các phôi có chiều dày nhỏ, đặc biệt là vật liệu cứng và dòn nh− kim c−ơng, thuỷ tinh, sứ Ph−ơng pháp này có độ chính xác cao, rãnh cắt nhỏ, đẹp, năng suất rất cao 5.2.5- Gia công lỗ tâm Lỗ tâm là loại chuẩn tinh phụ thống nhất, dùng để định vị chi tiết dạng trục trong nhiều lần gá hoặc nhiều nguyên công khác nhau. Nó không những làm chuẩn trong quá trình gia công mà còn dùng cả trong quá trình kiểm tra và sửa chữa sau này. Lỗ tâm có nhiều loại, nh−ng th−ờng dùng các loại sau đây: Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 60
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình 0 0 0 0 0 D 60 D D 60 d 60 d 120 120 l l L L c) a) b) Hình 5.3- Các loại lỗ tâm. Kiểu (a) là kiểu đơn giản nhất, góc côn của mặt tỳ th−ờng là 600, chỉ trong tr−ờng hợp chi tiết lớn mới dùng loại có góc côn lớn hơn (750 hoặc 900). Lỗ có đ−ờng kính d để cho đầu mũi tâm thoát, còn phần côn của mũi tâm tỳ sát vào lỗ côn. Kiểu (b) có thêm phần côn vát 1200 để bảo vệ lỗ tâm khỏi bị sứt ở mép ngoài, đồng thời còn có thể cho phép gia công suốt cả mặt đầu của trục. Kiểu (c) còn có thêm phần ren ở lỗ tâm để khi sử dụng xong lỗ tâm, dùng một nút có ren vặn vào đó nhằm bảo vệ lỗ tâm không bị h− hỏng. Hai loại (b) và (c) áp dụng trong những tr−ờng hợp mà lỗ tâm đ−ợc dùng trong thời gian dài. Lỗ tâm có yêu cầu kỹ thuật khi gia công khá cao: - Lỗ tâm phải là mặt tựa vững chắc của chi tiết, diện tích tiếp xúc phải đủ, góc côn phải chính xác, độ sâu lỗ tâm phải đảm bảo. - Lỗ tâm phải nhẵn bóng (phần côn 600) để giảm ma sát, chống mòn và giảm bớt biến dạng tiếp xúc, tăng c−ờng độ cứng vững. - Hai lỗ tâm phải nằm trên một đ−ờng tâm để tránh tình trạng mũi tâm tiếp xúc không đều nên chóng mòn và làm cho mặt trụ sẽ gia công không thẳng góc với mặt đầu. Trong sản xuất nhỏ, ng−ời ta có thể gia công lỗ tâm trên các máy vạn năng nh− máy tiện, máy khoan; bằng cách dùng mũi khoan nhỏ khoan tr−ớc phần trụ, sau đó dùng mũi khoan lớn khoét thêm phần côn (nếu không có mũi khoan tâm). d 0 0 60 118 L 1 L Hình 5.4- Mũi khoan tâm. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 61
Simpo PDF Giáo Merge trình: Cônand gSplit nghệ Unregistered chế tạo m áyVersion - −u đức bình Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối, việc gia công lỗ tâm đ−ợc thực hiện trên máy chuyên dùng, chi tiết đ−ợc gá đặt trên hai khối V tự định tâm, khi gia công tiến hành theo hai b−ớc: thứ nhất phay hai mặt đầu trục đồng thời bằng hai dao phay mặt đầu; b−ớc thứ hai tiến hành gia công cùng lúc hai lỗ tâm bằng mũi khoan tâm chuyên dùng. Hình 5.5- Gia công lỗ tâm trên máy chuyên dùng. Trong quá trình công nghệ, nếu chi tiết đã gia công nhiệt luyện thì chắc chắn lỗ tâm sẽ có sai số dù cho lỗ tâm có đ−ợc gia công bằng cách nào đi nữa. Lúc đó, nếu muốn sử dụng tiếp lỗ tâm thì phải sửa lại lỗ tâm để đảm bảo đúng hình dạng và các yêu cầu khác. Muốn sửa lại lỗ tâm phải dùng đá mài hình côn có góc côn bằng 600 hoặc nghiền bằng bột mài. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 62
Simpo GiáoPDF trình: Merge Cô ngand n ghệSplit c Unregisteredhế tạo máy Version - −u đức bình Ch−ơng 6 gia công bề mặt Chi tiết máy Chi tiết máy có hình dạng, chủng loại, kích th−ớc rất phong phú. Tuy nhiên, nếu xét một cách tổng quát thì chi tiết máy là tổng hợp của các bề mặt cơ bản nh−: tròn xoay (trong, ngoài), mặt phẳng, mặt xoắn vít, mặt định hình. Ch−ơng này, chúng ta nghiên cứu ph−ơng pháp để gia công các bề mặt đó (gia công cắt gọt). 6.1- gia công bề mặt trụ ngoài Bề mặt trụ ngoài có nhiều dạng khác nhau về kết cấu nh−: trục (trục trơn, trục bậc, trục ngắn, trục dài, trục đặc, trục rỗng); ống (dày, mỏng); đĩa (dày, mỏng); côn. Do vậy, tùy theo từng loại kết cấu mà ta có cách gá đặt cũng nh− chọn ph−ơng pháp gia công thích hợp. Để đảm bảo tính năng sử dụng, khi chế tạo trục cần đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu sau: - Độ chính xác kích th−ớc đ−ờng kính các cổ trục để lắp ghép đạt cấp chính xác 7 ữ 8, có thể tới cấp 6; các sai số hình dáng hình học nh− độ côn, độ ôvan nằm trong giới hạn dung sai đ−ờng kính. - Độ chính xác kích th−ớc chiều dài mỗi bậc trục khoảng 0,05 ữ 2mm. - Độ chính xác về vị trí t−ơng quan nh− độ đảo các cổ trục, độ không thẳng góc giữa đ−ờng tâm và mặt đầu vai trục sai lệch giới hạn trong khoảng 0,01 ữ 0,05mm - Độ nhám bề mặt các cổ trục lắp ghép Ra = 1,25 ữ 0,16 tùy theo yêu cầu làm việc cụ thể. Phôi để chế tạo trục có thể là phôi cán theo tiêu chuẩn (gia công các trục trơn, trục bậc có chênh lệch đ−ờng kính các bậc không lớn); phôi rèn khuôn, dập khuôn dùng cho các trục có yêu cầu cơ tính cao nh− trục lệch tâm, trục khuỷu, trong sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối; phôi đúc bằng gang có độ bền cao dùng cho các trục lớn để giảm nhẹ trọng l−ợng, giảm l−ợng d− và thời gian gia công. 6.1.1- Gia công tr−ớc nhiệt luyện a) Tiện mặt trụ ngoài Ph−ơng pháp gá đặt chi tiết: Bề mặt trụ ngoài chủ yếu đ−ợc gia công bằng ph−ơng pháp tiện. Chuẩn công nghệ khi tiện bề mặt trụ ngoài có thể là mặt ngoài, mặt trong, hai lỗ tâm, hoặc kết hợp mặt trong (mặt ngoài) với lỗ tâm. Tùy theo việc chọn chuẩn mà khi gia công mặt ngoài ta có nhiều cách gá đặt chi tiết khác nhau: - Gá trên mâm cặp ba chấu tự định tâm (chuẩn là mặt trong, mặt ngoài). - Gá trên mâm cặp bốn chấu (chuẩn là mặt trong, mặt ngoài). - Gá trên mâm cặp và chống tâm [chuẩn là mặt trong (ngoài) và lỗ tâm]. Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 63
Simpo GiáoPDF trình: Merge Cô ngand n ghệSplit c Unregisteredhế tạo máy Version - −u đức bình - Gá trên hai mũi tâm (chuẩn là hai lỗ tâm). - Gá bằng ống kẹp đàn hồi (chuẩn là mặt trong, mặt ngoài). - Gá trên các loại trục gá (chuẩn là mặt trong). - Gá trên các đồ gá chuyên dùng. Ngoài ra, đối với các chi tiết trục dài (l/D > 10 ữ 12) thì ng−ời ta phải dùng thêm luynet. Luynet là trang bị công nghệ không tham gia vào định vị mà chỉ để tăng thêm độ cứng vững cho chi tiết gia công. Luynet tĩnh là loại luynet đ−ợc gá cố định trên băng máy. Loại này có độ cứng vững cao nh−ng đòi hỏi phải điều chỉnh các vấu luynet cẩn thận. Bề mặt của chi tiết gia công tiếp xúc với các vấu phải đ−ợc gia công tr−ớc sao cho tâm của nó trùng với đ−ờng tâm hai lỗ tâm hay đ−ờng tâm quay của máy. Luynet động là loại luynet đ−ợc gá cố định với bàn dao, nó luôn luôn nằm gần vị trí của dao cắt, do vậy nó có tác dụng đỡ tốt hơn luynet tĩnh. Luynet động có độ cứng vững kém hơn luynet tĩnh và th−ờng đ−ợc dùng khi gia công trục trơn. Vấu của luynet động có thể chạy tr−ớc hoặc sau vị trí của dao cắt. Khi gia công tinh thì vấu của luynet động chạy tr−ớc vị trí dao cắt vì nếu chạy sau thì nó sẽ làm x−ớc bề mặt vừa gia công, còn các tr−ờng hợp khác thì vấu của luynet động chạy sau vị trí dao cắt. a) b) Hình 6.1- Tiện trục dùng luynet. a) Dùng luynet cố định; b) Dùng luynet di động. Ph−ơng pháp cắt và biện pháp nâng cao năng suất: * Ph−ơng pháp cắt: Khi tiện thô ta có thể dùng các ph−ơng pháp cắt sau đây: - Cắt theo lớp: 1 Cắt từng lớp là ph−ơng pháp cắt mà việc 2 cắt gọt sẽ thực hiện theo từng lớp. 3 Ph−ơng pháp này có độ cứng vững tốt, lực cắt nhỏ nên có thể đạt độ chính xác cao Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 64
Simpo GiáoPDF trình: Merge Cô ngand n ghệSplit c Unregisteredhế tạo máy Version - −u đức bình nh−ng năng suất không cao. - Cắt từng đoạn: Cắt từng đoạn là ph−ơng pháp cắt để đạt 1 kích th−ớc yêu cầu theo từng đoạn. 2 Đoạn đầu trục có l−ợng d− lớn nên phải chia thành 2 lớp để cắt cho hết l−ợng d−, tiếp theo cắt tiếp đoạn giữa và cuối cùng là đoạn cuối. Ph−ơng pháp này có năng suất cao nh−ng l−ợng d− lớn và không đều nhau, lực cắt lớn và độ cứng vững bị giảm xuống. - Cắt phối hợp: Đây là ph−ơng pháp cắt phối hợp của 1 hai ph−ơng pháp trên, nó có thể điều hòa 2 đ−ợc nh−ợc điểm của hai ph−ơng pháp đó. Lúc đầu ta cắt lớp ngoài 1, sau đó cắt các đoạn 2. Khi tiện tinh, việc chọn ph−ơng pháp cắt nào còn phụ thuộc vào cách ghi kích th−ớc, cách chọn chuẩn và độ chính xác yêu cầu. * Biện pháp nâng cao năng suất: Nâng cao đ−ợc năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm là mục tiêu hàng đầu của tất cả các xí nghiệp sản xuất. Có nhiều cách để nâng cao năng suất sản xuất nh− cơ khí hóa và tự động hoá các quy trình công nghệ, sử dụng máy tự động, máy điều khiển theo ch−ơng trình số, dùng các đồ gá chuyên dùng, cơ cấu kẹp nhanh bằng khí nén ở đây, ta xét đến ta xét đến biện pháp nâng cao năng suất bằng cách rút ngắn thời gian gia công trực tiếp T0: L.i T = 0 n.s trong đó, L: là chiều dài tiến dao, L = L0 + lav + lvq với: L0 là chiếu dài tiến dao thực. lav là khoảng chừa để dao ăn vào. lvq là khoảng chừa để dao v−ợt quá. Z i: là số lần cắt hết l−ợng d−, i = t với; Z là l−ợng d−. t là chiều sâu cắt. n: là số vòng quay trục chính. s: là l−ợng chạy dao dọc. Nh− vậy, để rút ngắn thời gian gia công trực tiếp, ta phải giảm chiều đ−ờng Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 65