Luận văn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ nâng cao chất lượng bộ cam dẫn chày trên máy dập viên ZP33B, nhằm nâng cao chất lượng sản xuất viên nén cho ngành dược Việt Nam

. Tổng hợp từ kết quả nghiên cứu của Archard và Rowe ta có thể đƣa ra nhân tố ảnh hƣởng đến mòn dính cam nhƣ sau: - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ nghịch với giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu cam. - Nếu tạo được lớp màng bề mặt hợp lý thì sẽ giảm được hệ số ma sát, giảm hiện tượng mòn do dính của bề mặt cam. Trong điều kiện sản xuất thuốc viên trên máy ZP33B tải trọng pháp tuyến (lực ép) lên cam đƣợc coi là hằng số. Vậy để khắc phục và hạn chế hiện tƣợng hỏng bề mặt cam do mòn dính ta cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Đảm bảo giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu cam. - Tạo độ bóng và lớp màng bề mặt hợp lý nhằm giảm ma sát trên bề mặt chi tiết cam và vai chầy. Xác định giới hạn chảy của vật liệu cam theo cơ chế mòn dính đảm bảo điều kiện bền mòn: Để ép đƣợc 350000 vòng của vành cam Trung quốc thì lƣợng mòn Q đƣợc tính theo công thức: o ¦W 3p 350000Q K Vậy giới hạn chảy tối thiểu của vật liệu chi tiết cam sẽ là: w 350000 3Q op k Trong đó: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 + Chọn k với giá trị lớn nhất: k = 0,05, + W là tải trọng pháp tuyến tổng: W= 299,02 kG + Q: là tổng thể tích mòn trên một khoảng trƣợt cho phép là độ mòn cho phép của chi tiết cam là 0,2mm Q=3,5.401,5.3,14=4412 3mm Thay s ố: oP =197kg/ 2mm 2.3.2. Mòn do cào xƣớc. Mòn do cào xƣớc của chi tiết cam xảy ra khi các cạnh sắc của nhấp nhô vai chầy trƣợt trên bề mặt chi tiết cam và phá huỷ bề mặt tiếp xúc chung bằng biến dạng dẻo hoặc nứt tách. Trong trƣờng hợp chi tiết cam là vật liệu dẻo có độ dai va đập cao (kim loại và hợp kim), các hạt nhấp nhô sẽ gây nên biến dạng dẻo của vật liệu chi tiết cam trong cả trƣờng hợp tải nhẹ nhất. Trong trƣờng hợp vật liệu dòn có độ dai va đập thấp, mòn xảy ra do nứt tách khi đó trên vùng mòn nứt tách là biểu hiện chủ yếu. 2.3.2.1. Mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo. + Hiện tƣợng. Xét hiện tƣợng mòn gây ra do vai chày tiếp xúc với bề mặt làm việc của cam Khi máy làm việc chuyển động thực hiện dẫn chầy các nhấp nhô của vai chầy và cam xít lại với nhau. Trong quá trình ấy xảy ra các cạnh sắc mài trƣợt trên bề mặt cam gây ra phá huỷ bề mặt cam bằng biến dạng dẻo hoặc nứt tách. Thật vậy, khi quan sát bề mặt cam mòn có rất nhiều vùng mòn có vết xƣớc. + Cơ chế mòn. Vật liệu tách khỏi bề mặt thông qua biến dạng dẻo trong quá trình mòn do cào xƣớc có thể xảy ra theo vài chế độ biến dạng bao gồm cày (plowing), dồn ép vật liệu (wedge formation) và cắt. Challen và Oxley đã phân tích ba chế độ biến dạng phân biệt trên của mòn do cào xƣớc sử dụng vùng đƣờng trƣợt gây ra bởi một nhấp nhô bề mặt lý tƣởng. Theo phân tích này, vật liệu giả thiết là tuyệt đối dẻo và các đỉnh nhấp nhô chỉ chịu biến dạng phẳng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Cày: là hiện tƣợng tạo rãnh do hạt cứng trƣợt và gây ra biến dạng dẻo đối với vật liệu mềm hơn. Trong quá trình cày, vật liệu bị biến dạng và bị dồn sang hai bên của rãnh mà không bị tách ra. Tuy nhiên sau nhiều lần nhƣ thế phần vật liệu này có thể bị tách ra bởi cơ chế mỏi chu kỳ thấp. Quá trình cày cũng gây nên biến dạng dẻo của các lớp dƣới bề mặt và có thể góp phần vào sự hình thành mầm các vết nứt tế vi. Quá trình chịu tải và bỏ tải liên tuc (mỏi chu kỳ thấp và ứng suất cao) làm các vết nứt tế vi song song với bề mặt, phát triển, lan truyền, liên kết với nhau tạo thành các mảnh mòn mỏng. Trong trƣờng hợp vật liệu rất mềm nhƣ indium và chì, khối lƣợng mòn sinh ra rất nhỏ và vật liệu bị biến dạng sẽ dịch chuyển sang hai bên của rãnh. Dồn ép vật liệu: Sự hình thành lƣợng vật liệu dồn ép ở phía trƣớc của hạt cứng là một dạng mòn do cào xƣớc. Một hạt cứng khi chà sát trên bề mặt sẽ tạo nên một rãnh và một lƣợng vật liệu bị dồn ép ở phía trƣớc nó. Điều này thƣờng xảy ra khi tỷ số giữa sức bền cắt của bề mặt tiếp xúc với sức bền cắt của hạt cứng cao (0,5 1). Khi đó chỉ một phần vật liệu bị biến dạng sang hai bên rãnh, còn phần lớn sẽ dồn ép về phía trƣớc của hạt cứng tạo nên hiện tƣợng này. Cắt: Dạng cắt của mòn do cào xƣớc xảy ra khi hạt cứng với góc tiếp xúc lớn di chuyển tạo nên rãnh và tách vật liệu ra khỏi rãnh dƣới dạng mảnh mòn có dạng giống nhƣ phoi dây hoặc vụn. Quá trình này xảy ra chủ yếu là do cắt còn lƣợng vật liệu bị biến dạng sang hai bên rãnh là rất nhỏ. + Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo. Theo lý thuyết ma sát - mòn: Tổng thể tích vật liệu đầu ép bị dịch chuyển bởi tất cả các nhấp nhô là: 2W. tb x tg v H (2.4) Trong đó: W: lực ép, x: khoảng trƣợt của mỗi lần ép, (tg )tb : giá trị trung bình của tất cả các nhấp nhô hình nón gọi là yếu tố độ nhám, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 H: độ cứng của bề mặt cam, Theo Hokkirigawa và Kato đã phát triển và đƣa ra một công thức tính thể tích mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo tƣơng tự nhƣ phƣơng trình của Archard cho mòn dính thoả mãn một dải rộng của mòn do cào xƣớc là: H xW kv abr . (2.5) Trong đó: Kabr là hệ số mòn bao hàm cả tính chất hình học của các nhấp nhô, và xác xuất cắt của các nhấp nhô chứ không phải chỉ có xác xuất cày. Vì vậy, độ nhám ảnh hƣởng đến thể tích rõ ràng. Giá trị của kabr thay đổi trong dải từ 0,00001 đến 0,05, chọn kabr = 0,05 là giá trị lớn nhất. Từ cơ chế và phƣơng trình định lƣợng trên ta có thể rút ra đƣợc các nhân tố mòn chi tiết cam nhƣ sau: - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ thuận với quãng đƣờng trƣợt. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ nghịch với giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu chi tiết cam đá mài. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ nghịch với tính chất hình học của các nhấp nhô. - Thể tích vật liệu cam mòn phụ thuộc vào sự tạo các hạt mài mới sắc làm tăng tốc độ mòn. Với điều kiện làm việc của máy dập ZP33B với độ chính xác cao, nên có thể coi tải trọng pháp tuyến là không đổi. Mặt khác hình dạng của các hạt mài rất phức tạp, sự tạo mới các hạt mài mới sắc và quãng đƣờng trƣợt của hạt mài trên bề mặt cam là không khắc phục đƣợc. Vậy để khắc phục và hạn chế hiện tƣợng hỏng bề mặt cam do mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo ta chỉ đi nghiên cứu đảm bảo các yêu cầu sau: - Độ cứng của vật liệu cam. - Tăng độ bóng, làm giảm các nhấp nhô trên bề mặt chi tiết cam. Xác định độ cứng của chi tiết cam đảm bảo điều kiện mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 Để nén đƣợc 350000 vòng cam thì thể tích vật liệu bị mòn đƣợc tính theo công thức: Vậy độ cứng của chi tiết cam sẽ là: 2¦WX(tg ) 350000H v Trong đó: + (tg )tb là giá trị trung bình của tất cả các nhấp nhô hình nón gọi là yếu tố độ nhám. Vì hạt mài Corindon có mạng tinh thể lập phƣơng, do đó giá trị trung bình của các góc sắc của hạt mài là 900 do vậy ta có: tb = 45 0 . + x: là khoảng trƣợt của một lần ép, lấy bằng độ nhám cho phép của bề mặt cam với độ bóng Rz = 6,3; x = 0,0063mm. + W là lực ép: W=299,02 Kg suy ra: w= 2990,2 N + v: là thể tích mòn cho phép của bề mặt chi tiết cam Với: R là bán kính vành cam 2R=401,5 mm h là độ mòn cho phép của chi tiết cam: h = 0,2 mm Vậy độ cứng tối thiểu của chi tiết cam đảm bảo điều kiện mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo sẽ là: H=237kg/mm2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Hình 2.19: Vai chày miết trên bề mặt cam gây ra mòn cam 2.3.2.2. Mòn do cào xƣớc bằng nứt tách. + Hiện tƣợng. Khi một hạt cứng sắc của vật liệu chày trƣợt trên mặt phẳng của bề mặt cam một vật rắn dòn. Khi tải trọng pháp tuyến còn nhỏ, hạt cứng sắc sẽ chỉ gây ra biến dạng dẻo trên mặt vật rắn và mòn xảy ra do biến dạng dẻo. Khi tải trọng pháp tuyến vƣợt quá một giá trị nào đó, mòn do nứt ngang làm tăng đột ngột tốc độ mòn. + Cơ chế mòn. Các vết nứt ngang phát triển từ ứng suất dƣ gây ra khi vật liệu bị biến dạng. Chiều dài lớn nhất của vết nứt vì thế chỉ đƣợc phát hiện khi hạt cứng rút ra khỏi bề mặt. Khi hạt cứng trƣợt trên bề mặt, các vết nứt ngang sẽ phát triển lên phía trên tới bề mặt từ vùng dƣới bề mặt bị biến dạng. Các mảnh mòn đƣợc tách ra dƣới dạng các mảnh đa diện từ vùng giới hạn bởi các đƣờng nứt ngang tới bề mặt trƣợt. + Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do cào xƣớc bằng nứt tách. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 Từ các phân tích trên ta rút ra đƣợc các quy luật của mòn do cào xƣớc bằng nứt tách của bề mặt cam nhƣ sau: - Bề mặt cam bị biến dạng dẻo trƣớc rồi mới bị mòn do cào xƣớc bằng nứt tách. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ nghịch với độ cứng Kc 1/2 và độ dai va đập H 5/8 của vật liệu chi tiết cam Với điều kiện cam làm việc trên máy bán tự động, chuyên dùng với độ chính xác cao, nên có thể coi tải trọng pháp tuyến (lực ép) là hằng số. Vậy để khắc phục và hạn chế hiện mòn hỏng bề mặt cam do mòn do cào xƣớc bằng nứt tách ta chỉ cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu cam - Tăng độ bóng, làm giảm các nhấp nhô trên bề mặt làm việc của cam. - Ưu tiên tăng độ cứng bề mặt của chi tiết cam nhưng không nên cao quá, mà phải đảm bảo độ dẻo, độ dai va đập dưới vùng biến dạng của bề mặt chi tiết cam 2.3.2.3. Mòn hoá học. + Hiện tƣợng. Trong quá trình làm việc chi luôn bị mòn do dính và do cào xƣớc, kim loại vừa bị mòn tác dụng với ô xy của không khí tạo nên lớp oxit. Lớp oxit liên tục hình thành và liên tục bị mất đi sau mỗi lần quay và nhƣ vậy gây mòn vật liệu cam + Cơ chế mòn. Chi tiết cam có thể bị ăn mòn hoá học xảy ra do sự tƣơng tác hoá học hoặc điện hoá của bề mặt chi tiết với môi trƣờng. Mòn hoá học xảy ra trong môi trƣờng ăn mòn, nhiệt độ và độ ẩm cao. Mòn điện hoá xảy ra khi phản ứng hoá học đi kèm theo với tác dụng của dòng điện xảy ra trong quá trình điện phân. Với điều kiện chi tiết cam làm việc trong môi trƣờng tự nhiên, không có dòng điện, do vậy chi tiết cam chủ yếu bị mòn do ăn mòn hoá học. Mòn hoá học xảy ra khi bề mặt của chi tiết cam trong môi trƣờng không khí, nguyên tố có hoạt tính hoá học nhất là ô xy, do đó mòn hoá học chủ yếu của chi tiết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 cam là mòn do ô xy hoá. Sắt nguyên chất sẽ phản ứng với ôxy tạo thành các ôxit sắt. Khi các bề mặt đối tiếp (bề mặt làm việc của chi tiết cam) không có chuyển động tƣơng đối, sản phẩm ăn mòn hoá học trên bề mặt chi tiết cam là lớp màng bề mặt có chiều dày nhỏ hơn 1 m có xu hƣớng cản trở hoặc ngăn quá trình ăn mòn tiếp tục phát triển. Nhƣng khi thực hiện quá trình trƣợt, bề mặt làm việc của cam sẽ tiếp xúc với các vai chầy, lớp màng do ăn mòn hoá học bị cuốn đi vì thế các phản ứng hoá học lại tiếp tục xảy ra. Vì vậy cần hai điều kiện cả phản ứng hoá học và chuyển động trƣợt tƣơng đối để làm vỡ lớp màng hoá học. Vì ăn mòn hoá học là nguyên nhân chính của mòn bề mặt chi tiết cam, một tƣơng tác phức tạp giữa cơ chế mòn khác nhau luôn tồn tại trên bề mặt chi tiết cam. Đầu tiên mòn có thể là do dính hoặc do cào xƣớc sau đó là sự kết hợp của mòn hoá học và mòn do cào xƣớc. Ứng suất tiếp xúc cao có thể làm tăng mòn cục bộ dẫn đến sự tạo thành các lỗ châm kim trên bề mặt. Ứng suất dƣ trong lòng kim loại có thể gây ra nứt do kết hợp với sự ăn mòn trong môi trƣờng hoạt tính cao. Hiện tƣợng này kết hợp với sự trƣợt bề mặt có thể gây ra mòn mạnh giống nhƣ sự ăn mòn của một pha trong hợp kim ổ hai pha. + Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn hoá học. Nhƣ ta biết, cam làm việc trong phòng kín có lắp điều hoà duy trì nhiệt độ ở 27 C, môi trƣờng không khí tự nhiên, chỉ có ôxy là thành phần hoá học chủ yếu gây ăn mòn hoá học. Không có dòng điện trên bề mặt cam và không có các chất gây điện phân. Với chi tiết cam, mòn hoá học không phải là nguyên nhân chính gây mòn vật liệu chi tiết, do đó hiện tƣợng ăn mòn hoá học có lợi cho việc chống mòn chi tiết cam, vì lớp màng ô xy hoá và các sản phẩm của sự ăn mòn có thể ngăn cản dính giữa đỉnh các nhấp nhô và giảm mòn kim loại. Tuy nhiên để giảm cƣờng độ hao mòn ô xy hoá ta nên chọn vật liệu chi tiết cam có các thành phần hợp kim chống ăn mòn ô xy hoá, tạo lớp màng ma sát polymer, đánh bóng bề mặt không gây nứt tách. Ăn mòn hoá học ở bề mặt cam của máy dập viên xẩy ra không nhiều mặc dù trong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 quá trình làm việc luôn luôn tiếp xúc với môi trƣờng thuốc tân dƣợc nhƣ: các vitamin B1, B2, C, E......... 2.3.3. Mòn do mỏi. 2.3.3.1. Hiện tƣợng. Mỏi xuất hiện dƣới và trên bề mặt xảy ra tƣơng ứng với tiếp xúc lăn và trƣợt theo chu kỳ. Sự đặt và nhấc tải theo chu kỳ của cam có thể là nguyên nhân gây ra các vết nứt dƣới hoặc trên bề mặt đầu ép. Sau một số chu kỳ giới hạn, các vết nứt sẽ phát triển tới bề mặt, tạo nên các mảnh mòn lớn làm cho bề mặt bị rỗ. Khác với mòn do dính hoặc cào xƣớc, khối lƣợng vật liệu mòn do mỏi không phải là thông số có ý nghĩa để đánh giá mòn, mà là số chu kỳ hay thời gian làm việc của chi tiết trƣớc khi mỏi xảy ra. Thật vậy, khi cam làm việc, các hạt mài lăn và trƣợt tƣơng đối trên mặt cam dƣới một áp lực , đồng thời quá trình làm việc của cam lại theo chu kỳ lặp lại và nhƣ vậy đồng nghĩa với việc đặt và nhấc tải theo chu kỳ. 2.3.3.2.Cơ chế mòn. + Cơ chế mòn do mỏi tiếp xúc lăn không trƣợt. Mòn do dính hoặc cào xƣớc xảy ra do sự tiếp xúc lý học trực tiếp giữa bề mặt hạt mài với bề mặt cam chuyển động tƣơng đối với nhau. Nếu hai bề mặt bị phân tách bởi một lớp màng bôi trơn (không có hạt cứng rời trong vùng tiếp xúc) mòn không xảy ra. Tuy nhiên, trên mặt tiếp xúc chung ứng suất tiếp xúc rất lớn, khi đó mặc dù không xảy ra sự tiếp xúc trực tiếp, các bề mặt đối tiếp vẫn chịu ứng suất lớn đƣợc truyền qua màng bôi trơn trong chuyển động lăn. Theo phân tích ứng suất đàn hồi của Hec, ứng suất nén cực đại xảy ra trên bề mặt, nhƣng ứng suất tiếp cực đại lại xuất hiện dƣới bề mặt một khoảng nào đó. Khi sự lăn xảy ra, chiều của ứng suất tiếp bị đổi dấu trên từng bề mặt chi tiết. Thời gian để mòn do mỏi xảy ra phụ thuộc vào cƣờng độ của ứng suất tiếp đổi chiều, điều kiện bôi trơn và tính chất mỏi của vật liệu lăn. Khi một vết nứt về mỏi xuất hiện dƣới bề mặt, nó sẽ phát triển và tách vật liệu vùng bề mặt ra thành những mảnh mòn mỏng. Bởi vì vật liệu trong tiếp xúc lăn thƣờng qua tôi nên bề mặt thƣờng cứng, do đó các vết nứt xuất hiện ở bề mặt do Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 ứng suất kéo tạo nên hiện tƣợng mỏi bề mặt. Mỏi bề mặt lăn không trƣợt đặc trƣng bởi sự hình thành các mảnh mòn lớn sau một số chu kỳ giới hạn nào đó. + Cơ chế mòn do mỏi tiếp xúc vừa lăn vừa trƣợt. Sự kết hợp giữa lăn và trƣợt làm dịch chuyển điểm có ứng suất tiếp cực đại lên gần bề mặt hơn, do đó vị trí hỏng do mỏi tiến gần bề mặt hơn. Sự trƣợt thúc đẩy sự phá huỷ bề mặt do dính. Bôi trơn thích hợp có thể hạn chế đến tối thiểu ảnh hƣởng phá huỷ bề mặt do trƣợt trong điều kiện tiếp xúc này. + Cơ chế mòn do mỏi tiếp xúc trƣợt. Khi bề mặt hạt mài và bề mặt đầu ép trƣợt tƣơng đối với nhau, mòn xảy ra do dính và cào xƣớc. Tuy nhiên, có thể thấy rằng các đỉnh nhấp nhô của cam có thể tiếp xúc và trƣợt với nhau mà không bị dính hoặc cào xƣớc. Ứng suất tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô làm cho đỉnh các nhấp nhô ở một hoặc cả hai bề mặt bị biến dạng dẻo. Sự biến dạng ở bề mặt hoặc dƣới bề mặt xảy ra theo chu kỳ là nguyên nhân xuất hiện các vết nứt (từ mầm vết nứt hoặc những chỗ trống hoặc vết nứt tế vi có sẵn) ở trên bề mặt hoặc ở dƣới bề mặt. Các vết nứt này tiếp tục phát triển. Sau một số lần tiếp xúc nhất định, các nhấp nhô này bị phá huỷ và tạo thành hạt mòn. Rất khó có thể chứng minh mỏi là nguyên nhân mòn chính trong một tập hợp các điều kiện xác định. Archard và Hirst cho rằng kim loại dính sang bề mặt đối tiếp cuối cùng tách ra thành những hạt mòn do quá trình mỏi. Hệ số k trong phƣơng trình mòn do dính đƣợc giải thích là xác xuất của một đỉnh nhấp nhô tiếp xúc tạo ra một mảnh mòn mà không có một giải thích nào về bản chất vật lý của việc tạo nên mảnh mòn. Mặc dù lý thuyết mòn do dính giải thích hiện tƣợng dính vật liệu sang bề mặt đối tiếp nhƣng không giải thích đƣợc hiện tƣợng hình thành hạt mòn rời, đặc biệt sự hình thành hạt mòn của vật liệu cứng hơn khi hai bề mặt trƣợt trên nhau. Tất cả những điều này có thể giải thích bằng giả thuyết rằng mòn là một quá trình mỏi. Yếu tố k có thể hiểu rằng một hạt mài đƣợc tạo ra khi một nhấp nhô có số lần tiếp xúc và biến dạng đủ để tạo nên sự nứt vì mỏi. Khi điều này xảy ra, một hạt mòn rời đƣợc tạo ra và tất nhiên cơ chế này dùng để giải thích cho sản phẩm của các hạt mòn hình thành từ cả bề mặt vật liệu rắn hơn và mềm hơn. Cơ chế mòn do Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 mỏi không loại bỏ khả năng dính của vật liệu sang bề mặt đối tiếp bằng cơ chế dính nhƣng dƣờng nhƣ phần lớn các hiện tƣợng mòn đều có thể giải thích về định tính trên khía cạnh mòn do mỏi. 2.3.3.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do mỏi. Hiện nay lý thuyết mòn do mỏi chƣa đƣa ra đƣợc các nghiên cứu để xác định chính xác cơ tính của vật liệu và các tính chất bề mặt của cam tối ƣu để chống mòn do mỏi. Tuy nhiên lý thuyết mòn do mỏi đã chỉ ra rằng, để khắc phục và hạn chế hiện tƣợng hỏng bề mặt cam do mòn mỏi ta cần phải chống biến dạng dẻo và nứt tế vi dƣới bề mặt chi tiết, cũng chính là hạn chế mòn do biến dạng dẻo và cào xƣớc. Với điều kiện vận tốc mâm máy quay là 25vòng/phút, tấc độ quay của chày dập cũng nhỏ. Do đó mòn do mỏi không phải là mòn chính đối với bề mặt chi tiết cam. 2.3.4. Mòn fretting. 2.3.4.1. Hiện tƣợng. Hiện tƣợng fretting xảy ra khi chuyển động tƣơng đối giữa hạt mài với bề mặt cam dao động với biên độ thấp (trong khoảng vài chục nanômét đến vào chục micrômét) xảy ra trên bề mặt tiếp xúc chung của các bề mặt (về danh nghĩa là đứng yên). Đây là hiện tƣợng có thể sảy ra bởi vì nếu máy lắp đặt khi làm việc có dao động. 2.3.4.2. Cơ chế mòn fretting. Thực chất fretting là một dạng của mòn do dính và do hạt cứng mà ở đó tải trọng pháp tuyến gây nên hiện tƣợng dính ở đỉnh các nhấp nhô và chuyển động dao động gây nên sự cắt đứt tạo nên các mảnh mòn. Fretting kết hợp với ăn mòn hoá học là hiện tƣợng phổ biến gọi là fretting hoá. Ví dụ các hạt mòn thép sạch đƣợc tạo ra giữa hai bề mặt sẽ bị ô xy hoá tạo thành ô xít Fe203 sẽ là nguồn các hạt cứng trên mặt tiếp xúc chung. Bởi vì các bề mặt đƣợc ép sát với nhau và dao động với biên độ rất nhỏ nên các bề mặt không bao giờ tách rời nhau và nhƣ thế sẽ không có cơ hội để các mảnh mòn này lọt ra ngoài. Dao động tiếp tục xảy ra tạo ra các mảnh mòn mới và tiếp tục bị ô xy hoá và cứ thế lặp lại. Do vậy mòn trên một đơn vị chiều dài trƣợt do fretting có thể lớn hơn so với mòn do dính và do cào xƣớc thông thƣờng. Dao động trong mòn fretting chủ yếu do kích động từ bên ngoài, nhƣng trong nhiều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 trƣờng hợp đó là kết quả của một trong những chi tiết chịu ứng suất thay đổi chu kỳ. Các vết nứt sẽ đƣợc tạo ra và dạng mòn đó gọi là mỏi fretting. Mòn do fretting sẽ tăng đột ngột khi biên độ dao động trƣợt vƣợt qua dải biên độ giới hạn. Với một biên độ dao động nhất định, khối lƣợng mòn vật liệu đầu ép trên một đơn vị chiều dài trƣợt của một đơn vị tải trọng pháp tuyến sẽ tăng tuyến tính theo số chu kỳ dao động tới biên độ dao đến 100 m. Khi vƣợt qua biên độ giới hạn này, tốc độ mòn sẽ đạt tới hằng số giống nhƣ tốc độ mòn trong trƣợt liên tục và trƣợt khứ hồi. Điều này cho phép đƣa ra một giới hạn trên có thể của biên độ trƣợt cho fretting. Ở biên độ nhỏ, đặc trƣng của fretting, vận tốc trƣợt tƣơng đối nhỏ hơn rất nhiều so với trƣợt thông thƣờng mặc dù biên độ dao động có thể cao. Tốc độ mòn do fretting tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến với biên độ trƣợt cho trƣớc. Trong trƣợt bộ phận, tần số dao động ít ảnh hƣởng tới tốc độ mòn trên một đơn vị chiều dài trƣợt trong dải tần số thấp. Tăng tốc độ biến dạng ở tần số cao dẫn đến tăng phá huỷ do mỏi và ăn mòn hoá học do nhiệt độ tăng. Tuy nhiên trong trƣợt toàn phần tần số ít có ảnh hƣởng. 2.3.4.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn fretting. Mòn fretting không phải là mòn chính gây hỏng bề mặt chi tiết, bởi vì biên độ dao động của máy ZP33B rất nhỏ. Để giảm đến mức thấp nhất mòn do fretting, máy lắp cam thiết kế phải giảm đến tối thiểu dao động, giảm ứng suất hoặc loại trừ việc thiết kế hai vật liệu cam và chày có cơ tính gần giống nhau. 2.3.5. Mòn do va chạm. 2.3.5.1. Mòn do va chạm của hạt cứng (erosion). + Hiện tƣợng. Erosion là hiện tƣợng va chạm của các hạt mài cứng với bề mặt cam. Đây là một dạng của mòn cào xƣớc do hạt cứng gây ra nhƣng có đặc trƣng riêng đó là ứng suất tiếp xúc sinh ra do năng lƣợng động lực học của các hạt khi va chạm vào bề mặt. Tốc độ của hạt, góc va chạm kết hợp với kích thƣớc của các hạt tạo nên năng lƣợng va chạm của chúng tỷ lệ với bình phƣơng vận tốc. Các mảnh mòn do va chạm tách ra khỏi bề mặt sau một số chu kỳ va chạm nhất định. + cơ chế mòn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 Tƣơng tự nhƣ mòn do cào xƣớc, nguyên nhân của mòn vật liệu cam do va chạm bề mặt là biến dạng dẻo và nứt tách phụ thuộc vật liệu cam và các thông số của quá trình. Hình dạng của các hạt mài ảnh hƣởng đến kiểu biến dạng dẻo xảy ra quanh vị trí va chạm và có quan hệ với lƣợng vật liệu bị đẩy ra. Trong trƣờng hợp vật liệu dòn, mức độ và sự khốc liệt của các vết nứt phụ thuộc vào độ sắc của các hạt, các hạt sắc gây mòn mạnh hơn so với hạt cùn. Đối với vật liệu dẻo, ngƣời ta đã quan sát đƣợc hai cơ chế mòn cơ bản do va chạm của hạt cứng đó là cắt (cutting erosion) và cày (ploughing erosion). Tuy nhiên mức độ mòn gây ra bởi hai cơ chế này cũng phụ thuộc vào góc va chạm. Ở chế độ cắt mòn xảy ra mạnh nhất theo phƣơng grazing và chế độ cày theo phƣơng vuông góc. Độ cứng bề mặt và tính dẻo của vật liệu đầu ép là hai tính chất quan trọng nhất của vật liệu chống lại mòn do va chạm cắt và biến dạng dẻo của hạt mài. + Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do va chạm của hạt cứng (erosion). Mòn do va chạm của các hạt mài là một vấn đề quan tâm trong trong nghiên cứu mòn vật liệu do va chạm hạt cứng, đối với quy trình vận hành máy do quá trình quay diễn ra chậm (tốc độ vài mét trên phút) vì vậy mà sự va chạm diễn ra không phức tạp, năng lƣợng va chạm nhỏ nên ảnh hƣởng gây mòn là rất nhỏ. 2.3.5.2. Mòn do va chạm của các vật rắn (percussion). + Hiện tƣợng. Mòn do va chạm của các vật rắn là va chạm có chu kỳ của vai chầy với bề mặt cam. Trong phần lớn các ứng dụng va chạm liên quan đến trƣợt nghĩa là bao gồm cả thành phần pháp và tiếp. Mòn do va chạm của các vật rắn xảy ra nhờ cơ chế hybrid là sự kết hợp của một loạt cơ chế: dính, hạt cứng, mỏi bề mặt, nứt tách và tribochemical. + Cơ chế mòn. Mòn do va chạm tỷ lệ thuận với yếu tố trƣợt bởi vì mòn chủ yếu xảy ra trong phần va chạm của trƣợt tƣơng đối. Va chạm pháp tuyến trên bề mặt cứng hơn có thể tạo nên cơ chế mòn do mỏi dƣới bề mặt. Một va chạm xảy ra cùng sự trƣợt (va chạm kết hợp) tạo nên mỏi bề mặt và hoặc dính, mòn do cào xƣớc. Các cơ chế mòn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 riêng biệt phụ thuộc vào hình học, vật liệu và các thông số của quá trình. Với các vật liệu có độ dai va đập cao, sự tham gia của mỏi bề mặt có thể bỏ qua. 2.3.5.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn va chạm. Mòn do va chạm không phải là mòn chính gây mòn chi tiết, vì vận tốc di chuyển của cam rất nhỏ, và các hạt mài có khối lƣợng rất nhỏ, khi tiếp xúc với bề mặt cam đƣợc nén từ từ do đó vận tốc va chạm gần bằng không. Tuy nhiên để hạn chế mòn, lý thuyết mòn do va chạm đã cho ta thấy cần phải hạn chế tối thiểu mòn do cào xƣớc băng biến dạng dẻo và mòn do mỏi. 2.3.6. Đánh giá ảnh hƣởng của các dạng hao mòn ở chi tiết cam. Mòn do dính: + Giới hạn chảy của vật liệu cam phải thoả mãn yêu cầu tuổi bền cam, giới hạn mòn và lực ép của máy. + Tạo độ bóng và lớp màng bề mặt hợp lý nhằm giảm ma sát trên bề mặt chi tiết cam Mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo. + Giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu đầu ép phải thoả mãn yêu cầu tuổi bền cam và lực ép của máy. + Tăng độ bóng, làm giảm các nhấp nhô trên bề mặt chi tiết cam. Mòn do cào xƣớc bằng nứt tách. + Khắc phục và hạn chế biến dạng dẻo trên bề mặt cam tức là phải đảm bảo: - Giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu cam phải phải thoả mãn yêu cầu tuổi bền cam và lực ép của máy. - Tăng độ bóng, làm giảm các nhấp nhô trên bề mặt chi tiết cam. + Ƣu tiên tăng độ cứng bề mặt nhƣng không nên cao quá nhằm đảm bảo độ dẻo, độ dai va đập dƣới vùng biến dạng của bề mặt chi tiết cam 2.4. Chỉ ra c