zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Cơ khí - Chế tạo máy

Nghiên cứu chất lượng bề mặt chi tiết sau khi tạo hình bằng công nghệ lăn ép

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

13
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu chất lượng bề mặt chi tiết sau khi tạo hình bằng công nghệ lăn ép trình bày nghiên cứu về chất lượng bề mặt và tạo hình bằng công nghệ lăn ép. Chất lượng bề mặt chi tiết được đánh giá bằng kết quả đo độ nhám, ứng suất dư, độ cứng, độ cứng tế vi và cấu trúc hạt.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu chất lượng bề mặt chi tiết sau khi tạo hình bằng công nghệ lăn ép

LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Nghiên cứu chất lượng bề mặt chi tiết sau khi tạo hình bằng công nghệ lăn ép Study on the surface quality of the part after forming by press-rolling technology Trần Hải Đăng1*, Nguyễn Văn Hinh1, Vũ Hoa Kỳ1, Lê Mạnh Tài 2 *Email: dangctts@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ 1 Trường Cao đẳng Cơ điện và Xây dựng Bắc Ninh 2 Ngày nhận bài: 19/4/2022 Ngày nhận bài báo sửa sau phản biện: 12/8/2022 Ngày chấp nhận đăng: 30/9/2022 Tóm tắt Bài báo trình bày nghiên cứu về chất lượng bề mặt và tạo hình bằng công nghệ lăn ép. Chất lượng bề mặt chi tiết được đánh giá bằng kết quả đo độ nhám, ứng suất dư, độ cứng, độ cứng tế vi và cấu trúc hạt. Kết quả nghiên cứu cho thấy độ nhám ra trên bề mặt của chi tiết sau khi lăn ép được giảm khoảng 2,2 lần. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cho thấy ứng suất dư nén được hình thành ở lớp bề mặt sản phẩm và ứng suất dư kéo được hình thành ở lớp phía trong của sản phẩm. Trong đó, ứng suất dư nén lớn nhất cách bề mặt của chi tiết từ 0,8-0,9 mm. Hơn thế, kết quả nghiên cứu chỉ ra sự thay đổi kích thước hạt chỉ diễn ra ở lớp bề mặt. Theo hướng song song với bề mặt, kích thước hạt giảm 19-21% và theo hướng vuông góc với bề mặt, kích thước hạt giảm 23-25%. Kết quả còn chỉ ra độ cứng tăng 12,3% và độ cứng tế vi của lớp bề mặt tăng trung bình 15%. Từ khóa: Lăn ép; độ nhám; độ cứng; ứng suất dư; cấu trúc hạt và độ cứng tế vi. Abstract In this paper, surface quality and forming process by rolling-press technology are researched. The surface quality of the part is evaluated through roughness, residual stress, hardness, micro hardness, and grain structure. Simulation results indicate that the roughness Ra on the surface of the part after rolling reduced about 2.2 times. In addition, it can be observed that the compressive residual stress is formed in the surface layers of the product whereas the tensile residual stress appears in the inner layers of the product. In details, the layer where the maximum compressive residual stress occurs is around 0.8 - 0.9 mm from the outer surface of the part. Moreover, the grain size change takes place only in the surface layer. In the direction parallel to the surface, the grain size decreases by 19-21%. In the direction perpendicular to the surface, the grain size reduces by 23-25%. On the contrary, the hardness increases by 12.3%, and the microscopic hardness of the surface layer increases by an average of 15%. Keywords: Press-rolling; roughness; hardness; residual stress; grain structure and microscopic hardness. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ kết quả đo độ nhám, độ cứng, ứng suất dư, cấu trúc hạt và độ cứng vi mô. Nâng cao chất lượng bề mặt của chi tiết máy có nhiều phương pháp, một trong những phương pháp đó là Có nhiều nghiên cứu về nâng cao chất lượng bề mặt biến dạng dẻo lớp bề mặt. Một trong những phương của chi tiết sau khi lăn ép [3-4] đưa ra kết quả là lớp bề pháp biến dạng dẻo được dùng rộng rãi đó là lăn ép, mặt của chi tiết sau khi lăn ép độ nhám giảm 2-5 lần, bề mặt của chi tiết máy sau khi lăn ép sẽ làm tăng khả độ cứng tăng 20-27%, kích thước hạt nhỏ đi 27-32% năng chịu mài mòn, tăng độ cứng, giảm độ nhám và với độ sâu lớp biến cứng từ 0,3-0,5 mm, hình thành hình thành ứng suất dư nén trong lớp bề mặt của chi ứng suất dư nén trên lớp bề mặt của chi tiết. tiết máy. Kết quả là: Độ bền mỏi, độ bền tiếp xúc, khả năng chống mài mòn sẽ tăng lên, tùy thuộc vào mục Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ lăn ép để nâng đích chức năng và điều kiện hoạt động của các bộ cao chất lượng bề mặt đồng thời tạo hình sản phẩm phận máy độ bền của chi tiết sẽ tăng lên 3 - 5 lần [1-2]. các chi tiết vỏ tàu thủy, có kích thước lớn, mặt cong 3 Chất lượng bề mặt sau khi lăn ép được đánh giá bằng chiều phức tạp được tạo hình từ các vật liệu dày từ 10 đến 30 mm thì chưa có ai nghiên cứu. Nội dung của bài báo này đưa ra kết quả nghiên cứu khảo sát, đánh Người phản biện: 1. PGS. TS. Trần Vệ Quốc giá chất lượng bề mặt và tạo hình chi tiết máy là sản 2. TS. Ngô Hữu Mạnh phẩm trên vỏ tàu thủy sau khi lăn ép. Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 3 (78) 2022 51
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2. NỘI DUNG 2.1. Thiết bị lăn ép Hệ thống thực nghiệm bao gồm thiết bị lăn ép và hệ thống đo được xây dựng và lắp trên máy ép thuỷ lực chuyên dụng để tạo hình các chi tiết tấm có kích thước lớn của hãng Nieland mác hiệu SBP-1500 PWU-150 có lực ép danh nghĩa 1500 tấn. Thiết bị lăn ép có bộ phận chính là cặp con lăn. Con lăn trên có dạng tang trống, đường kính con lăn F310, đường sinh cong lồi với bán kính 425 mm, quay tự do, được lắp trên đầu trượt của máy ép thủy lực. Con lăn dưới hình trụ có đường kính F350, được lắp cứng trên giá cố định được đẫn động nhờ động cơ thuỷ lực riêng biệt (Hình 1) [8]. Hình 3. Thiết bị đo được kết nối với máy ép thủy lực SBP - 1500 T và phần mềm đo 2.3. Thực nghiệm Sử dụng phôi là tấm phẳng có kích thước 600×80×20 mm (Hình 4), mác vật liệu SS400 (vật liệu sử dụng trong công nghiệp đóng vỏ tàu thuỷ) được kẹp giữa hai trục con lăn, sẽ biến dạng và bị uốn cong khi bị kéo qua khe hở giữa hai trục dưới tác dụng của lực ép từ con lăn trên vào phôi tấm. 01 mẫu phôi cũng vật liệu SS400 Hình 1. Máy ép thủy lực SBP - 1500 T kích thước 50×50×20 mm dùng để so sánh chất lượng Máy ép thuỷ lực sẽ tạo lực ép, gây ra biến dạng phôi lớp bề mặt với mẫu sau khi lăn ép. tấm thông qua con lăn trên. Phôi tấm bị kéo qua khe hở giữa hai trục lăn nhờ trục con lăn dưới được dẫn động nhờ động cơ thủy lực. Việc đặt các thông số quá trình của máy ép và thiết bị lăn ép được thực hiện thông qua hệ thống điều khiển và được kết nối với máy tính (Hình 2). Hình 4. Phôi tấm thép thí nghiệm có mác SS400 Thí nghiệm lăn ép được thực hiện ở trạng thái nguội, với các thông số công nghệ: - Chiều dày phôi S: 20 mm. - Vận tốc trục lăn V: 10 v/ph. - Dải áp suất chất lỏng công tác: từ 5÷50 bar ứng với dải lực ép từ 15÷170 tấn. - Mức độ biến dạng j theo phương chiều dày từ 0,01 ÷ 0,11. Trong thực nghiệm, ta đặt thông số áp suất chất lỏng công tác. Các giá trị áp suất được chọn tương ứng tính Hình 2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm được kết nối bởi các giá trị lực lấy ra từ kết quả mô phỏng [9], sau với máy tính đó chia cho diện tích pitong công tác. Vận tốc trục lăn 2.2. Phương pháp thí nghiệm dẫn động được đặt cố định ở giá trị 10 v/ph. Tiến hành lăn từ đầu phôi này và kết thúc ở đầu phôi kia, đồng Để đo được các thông số công nghệ trong quá trình ép ta thiết kế hệ thống đo tự động bao gồm cảm biến áp thời tiến hành đo áp suất chất lỏng công tác trong suốt suất được gắn trực tiếp vào đường cấp chất lỏng của quá trình lăn. xy lanh ép, phần mềm nhận và xử lý tín hiệu đo để xuất Hình 5 biểu diễn vết tiếp xúc trên phôi tấm với con lăn ra kết quả dưới dạng đồ thị, giá trị thông số được cài trên và con lăn dưới ở giai đoạn đầu tiên con lăn trên đặt trên máy tính (Hình 3) [8]. ép vào phôi với lượng ép từ 0,1÷2 mm, tương ứng với Tín hiệu đo, dữ liệu và các kết quả đo được lưu trữ mức độ biến dạng j từ 0,01÷0,11. Khi lăn, lực giảm đi và phân tích trực tiếp trên máy tính, cho phép nhanh và giữ ổn định trong suốt quá trình là 75,5 tấn. chóng xác định được các chế độ công nghệ phù hợp. 52 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 3 (78) 2022
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Kết quả trung bình của độ nhám được đưa ra trong Bảng 1. Bảng 1. Kết quả trung bình của độ nhám Mẫu Trước khi lăn ép Sau khi lăn ép Độ nhám Ra, mm 2,26 1,02 a) b) Hình 5. Vết tiếp xúc sau khi ép (a) và lăn ép (b) Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng biến dạng dẻo tại vị trí tiếp xúc giữa dụng cụ lăn ép và bề mặt chi tiết làm Đồ thị áp suất chất lỏng công tác trong quá trình lăn ép giảm độ nhám bề mặt (Ra) của chi tiết máy xuống 2,2 được thể hiện trên Hình 6. Giai đoạn đầu áp suất chất lần. Kết quả này phù hợp với các số liệu thực nghiệm lỏng có sự tăng giảm là do quá trình lăn ép chưa ổn được trình bày ở trong tài liệu [3-4]. định, nhưng khi quá trình lăn ép đã ổn định thì áp suất 2.4.2. Xác định ứng suất dư thay đổi không đáng kể. Dựa trên giá trị nhận được từ đồ thị sẽ cho ta tính được lực ép chính xác tác dụng Ứng suất dư được đo trên máy XStressG3/G3R. lên phôi. Hình 7 biểu diễn quá trình đo chiều dày của Máy đo XStressG3/G3R sử dụng nguyên lý nhiễu phôi tấm sau khi lăn ép. Kết quả đo sẽ cho ta xác định xạ Rơngen xác định ứng suất dư. Phương pháp này được mức độ biến dạng ứng với mỗi lần thí nghiệm. ứng dụng định luật nhiễu xạ của Vulf-Bragg. Nhiễu xạ Rơnghen xác định ứng suất dư bằng cách đo góc nghiêng của tia Rơnghen (tia X) từ bề mặt cần phân tích. Chế độ đo: cực dương crom, bức xạ K-α, điện áp ống tia X - 25 kV, dòng điện - 5,5 mA. Máy dò sử dụng ống chuẩn trực là 5 mm. Góc nhiễu xạ - 156,4°. Mặt phẳng phản xạ (311). Độ nghiêng - 8, độ lệch nghiêng (dao động) ± 5º. Thời gian phơi sáng - 5 giây. Các ứng suất được đo theo 2 hướng (φ): 0° (vị trí dọc theo mẫu) và 90° (vị trí trên mẫu). Để tính toán ứng suất tự động, Hình 6. Sự thay đổi áp suất chất lỏng theo thời gian các thông số vật liệu đã được giới thiệu: Mô đun của Young - 210 GPa; tỷ lệ Poisson - 0,3. Trên mỗi mẫu đo ứng suất dư tại 6 điểm và lấy giá trị trung bình. Tại mỗi điểm xác định ứng suất dư theo 2 phương: Dọc trục sz và vuông góc với trục sj. Kết quả đo được thể hiện trong Bảng 2. Bảng 2. Kết quả đo ứng suất dư Ứng suất dư, МPа Mẫu Dọc trục (sz) Vuông góc với trục (sj) Trước khi lăn ép 72 174 Hình 7. Đo chiều dày phôi tấm sau mỗi lần lăn ép Sau khi lăn ép -198 -165 2.4. Kết quả thực nghiệm và bàn luận Kết quả thí nghiệm đo ứng suất dư cho thấy sau khi 2.4.1. Đánh giá độ nhám tiện trên bề mặt của chi tiết hình thành ứng suất dư kéo, còn sau khi lăn ép ứng suất dư nén hình thành Độ nhám bề mặt được xác định trên máy đo độ nhám trên lớp bề mặt của chi tiết. FormTalySurfi 200, thiết bị này dùng để đo các thông số về độ nhám như Ra, Rz… và sai lệch về hình Ngoài ra khi nghiên cứu sự hình thành ứng suất dư dáng hình học của chi tiết máy như độ tròn, độ trụ, của chi tiết sau khi lăn ép tác giả sử dụng phần mềm độ phẳng... Trên mỗi mẫu đo ở 3 vị trí cách nhau Abaqus dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn. Mô 250 mm, chiều dài đo khoảng 10 mm rồi lấy giá trị độ phỏng quá trình lăn ép dao động cho phép người sử nhám trung bình. Hình 8 cho thấy profin của bề mặt dụng xác định được trạng thái ứng suất và biến dạng trước và sau khi lăn ép. của phôi cũng như dụng cụ lăn ép tại các thời điểm bất kỳ. Thông số mô phỏng: Dạng phần tử hữu hạn - lục phương; số phần tử: 7608; 39936 nút; hệ số ma sát tiếp xúc f = 0,1; điều kiện biên: Cố định dọc trục phôi; chế a) b) độ lăn ép khi mô phỏng tương tự như khi thực nghiệm. Hình 8. Profin độ nhám bề mặt trước và sau khi lăn ép Kết quả mô phỏng cho thấy sau khi lăn ép, ứng suất а. Độ nhám bề mặt trước khi lăn ép; b. Độ nhám bề mặt dư nén được hình thành ở lớp bề mặt và ứng suất dư sau khi lăn ép kéo ở phía trong lớp bề mặt của chi tiết. Ứng suất dư Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 3 (78) 2022 53
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC nén lớn nhất cách bề mặt của chi tiết từ 0,8 - 0,9 mm, Kết quả của nghiên cứu thí nghiệm cho thấy độ cứng ứng suất dư kéo lớn nhất được hình thành ở vùng nằm tế vi của lớp bề mặt sau khi biến dạng dẻo tăng trung cách bề mặt của chi tiết khoảng 3-3,5 mm. bình 15%. 2.4.3. Tổ chức tế vi và kích thước hạt 3. KẾT LUẬN Để nghiên cứu tổ chức tế vi của kim loại cần tiến - Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng bề mặt của chi tiết hành phân tích kim tương, rồi sử dụng kính hiển vi sau khi lăn ép độ nhám Ra được giảm khoảng 2,2 lần. MICROMED MET 2, cho phép quan sát trực tiếp và chụp ảnh tổ chức tế vi của kim loại - với mức phóng to - Sau khi lăn ép, ứng suất dư nén được hình thành ở từ 100 đến 1000 lần. lớp bề mặt và ứng suất dư kéo ở phía trong. Ứng suất Hình 9 cho thấy tổ chức tế vi của kim loại lớp bề mặt dư nén lớn nhất cách bề mặt của chi tiết từ 0,8-0,9 mm, và lớp phía trong của vật liệu. ứng suất dư kéo lớn nhất được hình thành ở vùng nằm cách bề mặt của chi tiết khoảng 3-3,55 mm. Kết quả xác định kích thước hạt của kim loại trước và sau khi biến dạng dẻo lớp bề mặt cho thấy: - Thay đổi kích thước hạt chỉ diễn ra ở lớp bề mặt, theo hướng song song với bề mặt các hạt giảm 19÷21% và Thay đổi kích thước hạt chỉ diễn ra ở lớp bề mặt, theo hướng vuông góc với bề mặt giảm 23÷25%. hướng song song với bề mặt các hạt giảm 19÷21% và hướng vuông góc với bề mặt giảm 23÷25%. Khu - Kết quả đo độ cứng của chi tiết sau khi lăn ép cho vực trung tâm hầu như không bị biến dạng dẻo và kích thấy độ cứng tăng 12,3% (từ 73 lên 82 HRB); độ cứng thước hạt không thay đổi. tế vi của lớp bề mặt sau khi biến dạng dẻo tăng trung bình 15%. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Zaides S.A, Nguyen Van Hinh (2017), Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt của chi tiết máy sau khi miết ép dao động, Tạp chí а) b) khoa học IrGTY, số 4 trang 22-29. Hình 9. Tổ chức tế vi của kim loại sau khi lăn ép [2]. Poliak M. S. (1995), Công nghệ hóa bền, NXB Kỹ (phóng to 400 lần) thuật Matxcova, trang 688. а. Khu vực gần lớp bề mặt; b. Khu vực phía trong [3]. Pashev D. D. (1987), Hóa bền bằng biến dạng 2.4.4. Xác định độ cứng và độ cứng tế vi dẻo, NXB kỹ thuật Matxcova, 152 trang. [4]. Zaydes S.A, Emelyanov V.N, Popov M.E; Để xác định độ cứng Rockwell sử dụng máy đo độ cứng Kropotkina E.U, Bubnov A.S (2013), Gia công HBRV-187.5, trên mỗi mẫu đo 6 điểm sau đó lấy giá trị biến dạng chi tiết dạng trục, NXB Đại học IrGTU, trung bình. Còn độ cứng tế vi đo theo phương vuông trang 449. góc với mẫu, sử dụng máy đo độ cứng tế vi PMT-3, đo [5]. Suslov A. G. (2000), Chất lượng lớp bề mặt của 10 điểm trên một đường thẳng từ ngoài vào trong. chi tiết máy, NXB Kỹ thuật Matxcova, trang 152. Kết quả đo độ cứng của chi tiết sau khi lăn ép cho thấy [6]. Zaides S.A (1992), Ứng suất dư và chất lượng độ cứng tăng 12,3% (từ 73 lên 82 HRB). kim loại, Nhà xuất bản IrGTU, sách chuyên khảo, Sự phân bố của độ cứng tế vi theo chiều sâu của lớp trang 200. cứng được thể hiện trong Hình 10. [7]. Sokolov I. A. (1981), Ứng suất dư và chất lượng sản phẩm kim loại, NXB Luyện kim Matxcova, trang 288. [8]. Trần Hải Đăng, Nguyễn Đắc Trung (2015), Nghiên cứu mối quan hệ giữa bán kính cong sản phẩm tấm với các thông số công nghệ như lực ép, mức độ biến dạng, chiều dày phôi và vận tốc lăn trong công nghệ tạo hình lăn ép nhờ mô phỏng số, Tạp chí Cơ Khí số 6 năm 2015, ISSN 0866-7056, trang 18-22. Hình 10. Sự phân bố độ cứng tế vi trong chiều sâu lớp bề mặt 1. Độ cứng tế vi sau khi lăn bi; 2. Độ cứng tế vi trước khi lăn bi. 54 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 3 (78) 2022
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC THÔNG TIN TÁC GIẢ Trần Hải Đăng - Năm 2016: Tốt nghiệp Tiến sĩ chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Cơ khí, Trưởng phòng Tuyển sinh, Trường Đại học Sao Đỏ. - Lĩnh vực quan tâm: Công nghệ vật liệu, công nghệ tạo hình vật liệu mới. - Điện thoại: 0983884182 Email: dangctts@gmail.com Vũ Hoa Kỳ - Năm 2017: Tốt nghiệp Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Tổng hợp kỹ thuật lâm nghiệp Saint Petersburg mang tên S.M. Kirov, Liên Bang Nga. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Cơ khí, Trường Đại học Sao Đỏ. - Lĩnh vực quan tâm: Thiết kế mày, rung động máy. - Điện thoại: 0905402122 Email: kyhoavu@gmail.com Nguyễn Văn Hinh - Năm 2019: Tốt nghiệp Tiến sĩ chuyên ngành Công nghệ Chế tạo máy, Đại học Tổng hợp Irkutsk - Nga. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Cơ Khí, Trường Đại học Sao Đỏ. - Lĩnh vực quan tâm: Cơ khí chế tạo máy. - Điện thoại: 0988653121 Email: nguyenvanhinhck@gmail.com Lê Mạnh Tài - Năm 2019: Tốt nghiệp Thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên, Phó trưởng khoa phụ trách khoa Cơ khí chế tạo, Trường Cao đẳng Cơ điện và Xây dựng Bắc Ninh. - Lĩnh vực quan tâm: Công nghệ hàn, gia công kim loại tấm. - Điện thoại: 0973 443 557 Email: lemanhtaind@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 3 (78) 2022 55

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2430 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.