Ảnh hưởng do biến dạng nhiệt của HTCN tới độ chính xác gia công

CHƯƠNG 4 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

5.3. Các nguyên nhân gây ra sai số gia công

5.3.3. Ảnh hưởng do biến dạng nhiệt của HTCN tới độ chính xác gia công

5.3.3.1. Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của máy tới độ chính xác gia công.

Khi máy làm việc, các bộ phận khác nhau của nó bị nung nóng chủ yếu là do nhiệt ma sát, nhiệt phát ra từ động cơ và hệ thống thuỷ lực. Nhiệt độ của các bộ phận khác nhau có thể chênh lệch trong khoảng 10 - 500C , trong đó nhiệt độ ở hai ổ trục chính

có giá trị lớn nhất đến độ chính xác gia công. Nhiệt độ tăng lên làm cho tâm trục chính xê dịch theo cả hai phương ngang và đứng. Do đó các chi tiết gia công ở đầu và cuối ca làm việc sẽ có các kích thước khác nhau.

Hình 5.21 là quan hệ phụ thuộc giữa lượng xê dịch của tâm ụ trước Ä của máy tiện và nhiệt nung nóng khi gia công bằng chống hai đầu.

Từ đồ thị trên ta thấy trong khoảng 3 - 5 giờ ụ chính bị nung nóng nhanh (nhiệt độ tăng nhanh) nhưng sau đó có xu hướng ổn định. Độ xê dịch này có thể đạt tới 10 - 15 àm. Khi tăng số vũng quay của trục chớnh độ xờ dịch này sẽ tăng lờn và tỷ lệ với n ( n là số vòng quay của trục chính)

T- thời gian làm việc của máy(giờ);

I, II- tăng nhiệt và giảm nhiệt( khi máy làm việc và máy dừng).

Như vậy, biến dạng nhiệt theo phương ngang của ụ trước sẽ gây ra sai số đường kính và khi gia công các chi tiết lớn có thể gây ra sai số hình dáng hình học.

Ngoài ra, nhiệt độ trong phòng hoặc ánh nắng mặt trời cũng làm cho các máy có độ chính xác cao bị nung nóng và mất độ chính xác.

Để giảm biến dạng nhiệt của máy người ta dùng những biện pháp sau đây:

+ Kết cấu của máy phải đảm bảo điều kiện toả nhiệt tốt.

+ Các bộ phận như động cơ, hệ thống thuỷ lực phải được bố trí sao cho nhiệt độ của chúng ít ảnh hưởng đến mý đồng thời có khả năng giảm rung động cho máy.

+ Các chi tiết máy phải có đủ diện tích để toả nhiệt.

+ Chọn thùng chứa dầu hợp lý để dầu có khả năng toả nhiệt nhanh chóng trong quá trình làm việc.

+ Các máy có độ chính xác cao phải được bố trí ở nơi có đủ ánh sáng nhưng tránh ảnh hưởng của ánh nắng mặt trời .

5.3.3.2 Do dao

Khi cắt, nhiệt độ truyền vào dao với tỷ lệ không lớn ( 10 ÷ 20% ). Tuy nhiên, tỷ lệ nhiệt này cũng gây ra biến dạng đáng kể của dao cắt. Hình 5.22 là quan hệ phụ thuộc giữa độ giãn dài ciủa phần công – xôn của dao và thời gian cắt.

Hình 5.21. Xê dịch theo phương ngang của tâm ụ trước của máy tiện khi nó bị nung nóng trong trường hợp gia công bằng chống tâm hai đầu.

Chiều sâu cắt cho cả 4 trường hợp là t = 0,25 mm, còn lượng chạy dao tương ứng S = 0,1 mm/ vũng.độ gión dài của dao cú thể đạt tới 3 - 25 àm. Ta thấy, độ gión dài của dao tăng lên khi tốc độ cắt tăng

Độ giãn dài của dao ΔLd có thể được xác định theo công thức.

ΔLd = C F Ld

σb ( t . S ) 0,75V ( 5. 54 ) ở đây: C – hệ số ( C = 45 khi chế độ cắt: t ≤ 1,5 mm; S ≤ 0,2 mm/ vòng và V = 100 ÷ 200 m/ phút );

Ld – chiều dài công xôn của dao (mm) F – tiết diện của dao cắt (mm)2;

σb – giới hạn bề của vật liệu gia công ( kG/ mm2 );

t – chiều sau cắt (mm);

S – Lượng chạy dao ( mm/ vòng );

V – vận tốc cắt ( m/ phút ).

Theo hình 5.22 ta thấy ở giai đoạn đầu mà khi nhiệt độ chưa được cân bằng thì độ giãn dài của dao có ảnh hưởng đến kích thước gia công.

Khi gia công những chi tiết nhỏ thì độ giãn của dao gây ra sai số kích thước còn khi gia công các chi tiết lớn nó gây ra sai số hình dáng hình học.

Khi gia công loạt chi tiết thì trong thời gian dao nghỉ (khi chuyển từ chi tiết này sang chi tiết khác), dao được làm nguội, do đó chiều dài của nó giảm xuống tới vị trí xuất phát của lần cắt tiếp theo (gia công chi tiết tiếp theo). Ngoài ra, khi cắt không liên tục (trên bề mặt gia công có các rãnh) hiện tượng dao được nung nóng và làm nguội cũng xảy ra tương tự ( tương ứng với dao dài và ngắn lại). Hình 5.23 là sơ đồ nguyên lý mô tả hiện tượng dao bị dài ra và ngắn lại khi cắt gián đoạn. Trong trường hợp, nếu quá trình cắt xảy ra, một cách nhịp nhàng ( thời gian làm cho ao nguội T1 = T2) thì ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của dao sẽ cố định đối với tất cả các chi tiết trong loạt.

Nếu như độ nhịp nhàng của quá trình cắt không được đảm bảo thì biến dạng nhiệt của dao không ổn đinh, do đó nó sẽ gây ra sai số của kích thước gia công.

Tuy nhiên, khi gia công gián đoạn, nhìn chung biến dạng nhiệt (độ dãn dài) của dao giảm xuống (đường cong 2 trên hình 5.23 thấp hơn đường cong 1).

Đối với các loại dao như dao phay, dao chuốt, dao cắt răng ảnh hưởng các biến dạng nhiệt của chúng tới độ chính xác gia công ít hơn so với các loại dao tiện. Còn đối với các loại đá mài thì ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chúng tới độ chính xác gia công còn ít hơn bởi vì vật liệu chất kết dính (như keramit, Vuncalit) phát nhiệt rất yếu và hệ số giãn dài của chúng rất nhỏ. Vì vật, khi mài và các nguyên công khác tương tự thì ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt (các loại đá mài) tới độ chính xác gia công không đáng kể và có thể bỏ qua.

5.3.3.3. ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chi tiết tới độ chính xác gia công.

Hình 5.23. ảnh hưởng của gia công gián đoạn tới biến dạng nhiệt của dao

Một phần nhiệt ở vùng cắt được truyền vào chi tiết gia công, là cho nó biến dạng và gây ra sai số gia công. Nếu chi tiết nung nóng đều thì chỉ gây ra sai số kích thước, còn nếu bị nung nóng cục bộ , không đều thì ngoài sai số kích thước còn gây ra sai số hình dáng.

Nhiệt độ được truyền vào chi tiết phụ thuộc vào chế độ cắt. Ví dụ, khi tiện với tốc độ cắt và lượng chạy dao cao, có nghĩa là rút ngắn thời gian tác động nhiệt với chi tiết gia công thì

nhiệt độ giảm. Chẳng hạn, khi tăng tốc độ cắt từ 30 đến 150 m/ phút với chiều sâu cắt không đổi ( 3mm) và lượng chạy dao 0,44 mm/ vòng thì nhiệt độ của chi tiết giảm từ 240C xuống 110C. Khi tăng lượng dao từ 0,11 đến 0,44 mm/ vòng với tốc độ cắt không đổi ( 140 m/ phút ) và chiều sâu cắt 3 mm thì nhiệt độ của chi tiết giảm từ 360C xuống 110C.

Trong trường hợp tăng chiều sau cắt thì nhiệt độ của chi tiết tăng. Ví dụ, khi tăng chiều sâu cắt từ 0,65 đến 4mm thì nhiệt độ của chi tiết tăng từ 40C lên 11 0C (tốc độ cắt 130 m/ phút và lượng chạy dao trong trường hợp này không thay đổi ).

Nhiệt độ của chi tiết có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác khi ra công các chi tiết thành mỏng. Khi ra công các chi tiết lớn, ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ chính xác gia công là không đáng kể.

Hình 5.24 là sơ đồ mô tat nhiệt độ của chi tiết gia công phát sinh trong quá trình cắt. Ta thấy, nhiệt độ của chi tiết thay đổi theo chiều dài của hiện tượng này làm cho việc tính toán sai số gia công có thể rất khó khăn hơn nữa, các sai số gia công có thể đạt các giá trị rất lớn so với dung sai gia công. Ví dụ, khi gia công thân máy bằng gang có chiều dài 2000m và chiều cao 600mm, nhiệt độ ở phía được gia công chỉ có 2,40C nhưng gây ra độ võng trên toàn chiều dài 1000mm sẽ là 0,01mm.

Nếu chi tiết được nung nóng đều thì nhiệt độ trung bình của nó được các định theo công thức sau.

T = CQγV ( 5.43 )

ở đây: C- nhiệt độ dung của vật liệu chi tiết ( kCal/ kG, độ hoặc Jun/ kG. độ ) γ - mật độ của vật liệu chi tiết ( kG/ m3)

V – thể tích của chi tiết m3

Biến dạng nhiệt ΔL của chi tiết theo phương của một kích thước chiều dài L nào đó được xác định theo công thức:

ΔL = σ. Lt

ở đây: σ – hệ số giãn dài của chi tiết.

Ví dụ:Trên máy khoan đứng 3 trục chính có bàn quay 3 vị trí ( một vị trí cấp phôi) người ta khoam và doa lỗ ống gang với đường kính ngoài D = 40 mm, đường kính lỗ d =

Hình 5.24. Nhiệt độ của chi tiết khi tiện

20 mm chiều dài L = 40 mm. Hãy xác định lượng giảm của đường kính lỗ sau khi chi tiết được làm nguội tới nhiệt độ của môi trường. Số vòng quay của trục chính n = 310 vòng/

phút, lượng chạy dao S = 0,36 mm/ vòng, công suất của trục chính N = 956,8W ( 1,3 mã lực )

Cách giải;

Lượng nhiệt Q ( kCal) toả ra sau khoan bằng:

Q = 427 60 . . 75Nt0

( 5.44 ) ở đây: t0 – thời gian cơ bản khi khoan.

Thời gian cơ bản t0 được tính như sau.

T= nS L =

36 , 0 . 310

40 = 0,5 phút Khi đó Q bằng

Q = 427 60 , 5 , 0 . 3 , 1 .

75 = 6,85 kCal = 13,6 kJun = 13600 Jun Giả sử rằng 50% nhiệt được truyền vào chi tiết.

Q’ = 0,5 Q = 3,42 kCal Thể tích của chi tiết V:

V = 4

) (D2 −d2

π L =

4 ) 2 4 ( 14 ,

3 2 − 2 . 4 = 38 cm3

Chọn tỷ trọng của γ = 6600 kG/ m3 và nhiệt dung của nó C = 440 Jun/ kG. độ ( 0,11 kCal/ kG. độ ) ta xác định được nhiệt độ nung nóng của chi tiết.

T = 440.760013700.0,000038 = 1060C ( 5.45 )

Nếu bỏ qua nhiệt độ nung nóng chi tiết khi doa thì sai số đường kính Δd sẽ là:

Δd = 0,000012. 20. 106 = 0,026( Hệ số dãn dài σ = 0,000012 )

Giá trị 0,026mm tương sứng với dung sai của độ chính xác cấp 2, do đó để giảm sai số gia công cần phải làm nguội chi tiết trước khi doa.

Để khắc phục biến dạng nhiệt của chi tiết gia công người ta dùng những biện pháp sau đây.

- Tưới dung dịch trơn nguội vào vùng gia công theo chế độ hợp lý.

- Gia công chi tiết có yêu cầu nhiệt độ chính xác cao trong phân xưởng riêng.

- Trước khi gia công nên cho máy chạy không một thời gian để cân bằng nhiệt (để cho nhiệt độ của các khâu trong máy tăng đến mức cân bằng nhiệt với môi trường xung quanh, có nghĩa là lượng nhiệt tăng thêm lên đúng bằng nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh).