Bài giảng kỹ thuật chế tạo máy chương 5 trương quốc thanh

Chương 5:
CHẤT LƯNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG

Chất lượng bề mặt chi tiết gia công ???

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

1


CHẤT LƯNG BỀ MẶT
Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt:
Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám,…)
Trạng thái và tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ cứng,
chiều sâu lớp biến cứng, ứng suất dư,…)
Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc
(tính chống mòn, xâm thực, độ bềm mõi,…)

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

2


1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,…)
1.1 Độ nhấp nhô tế vi:
Nhấp nhô tế vi đó chính là những vết xước rất nhỏ
được hình thành trong quá trình gia công. Đó chính là
độ nhám bề mặt, được đo bằng thông số:
+ Chiều cao nhấp nhô (Rz)
+ Sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra)

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

3


1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,…)
Chiều cao nhấp nhô (Rz): Là trung bình của 5 khoảng cách từ

5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhất của nhấp nhô trong chiều dài
chuẩn L

(h1 + h3 + h5 + h7 + h9 ) − (h2 + h4 + h6 + h8 + h10 )
Rz =
5
(h1 − h2 ) + (h3 − h4 ) + (h5 − h6 ) + (h7 − h8 ) + (h9 − h10 )
=
5
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

4


1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,…)
Sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra): Là trò số trung bình của
khoảng cách từ các đỉnh nhấp nhô đến đường trục toạ độ OX.

Tính gần đúng:

Tính chính xác:
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

1 n
Ra ≈ .∑ y i
n i=1
1 L
Ra = . ∫ y i .dx
L x =0
5


1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,…)
Chất lượng bề mặt

Theo TCVN, độ nhám
chia làm 14 cấp, độ nhám
thấp nhất ứng với cấp 14
(tức độ nhẵn cao nhất)

Thô
(∇
∇)

Bán tinh
(∇∇
∇∇)
∇∇

Tinh
(∇∇∇
∇∇∇)
∇∇∇

Siêu tinh
(∇∇∇∇
∇∇∇∇)
∇∇∇∇

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

Cấp độ nhám

Ra
(µ)

Rz
(µ)

Chiều dài chuẩn L

1
2
3
4

80
40

20
10

320
160
80
40

8
2.5

5
6
7

5

20

0.8

2.5
1.25

10
6.3

8
9
10

11

0.63
3.2
0.16
0.08

3.2
1.6
0.8
0.4

0.25

12
13
14

0.04

0.2

0.08

0.02
0.01

0.08
0.05

6


1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,…)

Độ nhám bề mặt và độ chính xác kích
thước có quan hệ chặc chẽ với nhau.
Theo kinh nghiệm, người ta xác đònh độ
nhám thông qua cấp chính xác kích thước. Giá
trò độ nhám được lấy bằng 5 ÷ 20% dung sai
kích thước cần đạt được.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

7


1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,…)
1.2 Độ sóng bề mặt
Độ sóng bề mặt là chu kỳ không bằng phẳng của bề
mặt chi tiết máy được quan sát trong phạm vi lớn
hơn độ nhám (từ 1 ÷ 10mm). Để phân biệt độ nhám
và độ sóng, người ta dựa vào tỉ lệ gần đúng giữa
chiều cao nhấp nhô và bước sóng.

Biên soạn:
ThS.
TrầQUỐ

n Anh
Sơn
GV: TRƯƠNG
C THANH

8


1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,…)
Độ nhám: l/h = 0 ÷ 50
Độ sóng: L/H = 50 ÷ 1000

h
l
H
L

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

–
–
–
–

Chiều cao nhấp nhô tế vi.
Khoảng cách giữa hai đỉnh nhấp nhô tế vi
Chiều cao của sóng
Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng.

9


2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công

Tính chất cơ lý lớp bề mặt gia công được biểu thò
qua các thông số:
Độ cứng bề mặt
Sự biến đổi cấu trúc mạng tinh thể lớp bề mặt
Độ lớn và dấu của ứng suất trong lớp bề mặt.
Chiều sâu lớp biến cứng.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

10


2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công

2.1 Hiện tượng biến cứng bề mặt
Trong quá trình cắt, dưới tác dụng của lực cắt, mạng tinh thể ở
lớp bề mặt kim loại bò xô lệch, gây biến dạng dẻo ở vùng trước và
sau của lưỡi cắt.
Giữa các tinh thể kim loại xuất hiện ứng suất. Thể tích riêng
tăng, mật độ kim loại giảm ở vùng cắt. Điều đó dẫn đến thay đổi cơ
tính lớp bề mặt
Lớp bề mặt kim loại bò cứng nguội, chắc lại và có độ cứng tế vi
cao.
Giới hạn bền, độ cứng, độ giòn tăng
Tính dẻo dai của lớp bề mặt giảm

Tính dẫn từ thay đổi
Một số tính chất khác cũng thay đổi
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

11


2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng phụ
thuộc vào các yếu tố:
Lực cắt:

Lực cắt tăng
mức độ biến dạng
dẻo tăng
tăng mức độ biến cứng
và chiều sâu biến cứng

Nhiệt cắt:

Nhiệt cắt tăng làm hạn chế hiện
tượng biến cứng lớp bề mặt.

Mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng phụ thuộc
vào mối quan hệ giữa hai thông số: lực cắt và nhiệt cắt.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

12

2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
2.2 Ứng suất dư lớp bề mặt
Khi gia công, bề mặt chi tiết xuất hiện lớp ứng suất
dư. Trò số, dấu và chiều ứng suất dư phụ thuộc vào điều
kiện gia công.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

13


2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
Các nguyên nhân sinh ra ứng suất dư:
Khi cắt vật liệu, trường lực cắt gây ra biến dạng
dẻo không đều ở từng khu vực thuộc lớp bề mặt. Khi
lực cắt thôi tác dụng, biến dạng dẻo gây ra ứng suất
dư.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

14


2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
Các nguyên nhân sinh ra ứng suất dư:
Biến dạng dẻo sinh ra khi cắt làm chắc lớp bề mặt, làm
tăng thể thích riêng của lớp kim loại mỏng ngoài cùng.
Trong khi đó, thể tích riêng của lớp kim loại bên trong vẫn
không đổi. Lớp kim loại ngoài cùng bò biến dạng dẻo làm

tăng thể tích riêng nên gây ra ứng suất dư nén; để cân
bằng thì lớp kim loại phía trong phải sinh ra ứng suất dư
kéo.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

15


2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
Các nguyên nhân sinh ra ứng suất dư:
Nhiệt cắt sinh ra làm nung
modul đàn hồi của vật liệu. Sau
nhanh và bò co lại gây nên ứng
bên trong phải sinh ra ứng suất

nóng cục bộ vùng cắt, làm giảm
khi cắt, lớp bề mặt bò làm nguội
suất dư kéo; để cân bằng thì lớp
dư nén.

Biên soạn:
ThS.
TrầQUỐ
n Anh
Sơn
GV: TRƯƠNG
C THANH

16

2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
Các nguyên nhân sinh ra ứng suất dư:
Kim loại bò chuyển pha trong quá trình cắt và
nhiệt sinh ra ở vùng cắt làm thay đổi cấu trúc vật liệu
làm thay đổi thể tích kim loại. Lớp kim loại nào
hình thành có thể tích riêng lớn sẽ sinh ra ứng suất
dư nén; lớp kim loại nào hình thành có thể tích riêng
bé sẽ sinh ra ứng suất dư kéo.

Biên soạn:
ThS.
TrầQUỐ
n Anh
Sơn
GV: TRƯƠNG
C THANH

17


3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy

Chất lượng bề mặt
Độ nhấp nhô tế vi
Lớp biến cứng bề mặt
Ứng suất dư lớp bề mặt

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

Khả năng làm việc
Tính chống mòn
Độ bền mỏi
Tính chống ăn mòn hóa học
Độ chính xác của các mối
lắp ghép

18


3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
3.1 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính
chống mòn

a. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt
Chiều cao và hình dạng của nhấp nhô tế vi trên bề mặt cùng với
chiều của vết gia công có ảnh hưởng đến ma sát và mài mòn chi tiết.

Biên soạn:
ThS.
TrầQUỐ
n Anh
Sơn
GV: TRƯƠNG
C THANH

19

3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
Các đường a, b, c tương ứng với
3 độ nhám ban đầu khác nhau, độ
nhám của đường c là cao nhất.
Rz(c) > Rz(b) > Rz(a)
Quá trình mòn theo thời gian:
0 ÷ ti : giai đoạn mòn ban đầu
ti ÷ Ti : giai đoạn mòn bình thường
Ti trở đi: giai đoạn mòn kòch liệt

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

20


3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy

Tuổi thọ của cặp chi tiết có độ nhấp nhô tế vi ban đầu cao
nhất (đường c) tương ứng với giai đoạn mòn bình thường ngắn nhất
nên tuổi thọ thấp nhất: T3 < T2 < T1.
Như vậy, khi chế tạo chi tiết máy, cần giảm chiều cao nhấp
nhô ban đầu (Ra, Rz) đến giá trò độ nhám tối ưu, ứng với điều kiện
làm việc của chi tiết thì sẽ kéo dài tuổi thọ của chi tiết.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

21


3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
Ở đây, ta đề cập đến giá trò
độ nhấp nhô ban đầu tối ưu (Ratối ưu,
Rztối ưu) vì còn phải xét đến điều
kiện làm việc nặng hay nhẹ của chi
tiết máy.
Khi giảm Ra qua khỏi giá trò
tối ưu Ra1, Ra2 thì sẽ bò mòn kòch
liệt vì lực hút giữa các phân tử làm
các phân tử trên bề mặt tiếp xúc
dễ bò khuếch tán.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

22


3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
Tóm lại:
Độ nhấp nhô tế vi ban đầu phải đạt giá trò tối ưu để
giảm độ mòn của chúng nhỏ nhất.
Nếu quá nhám các nhấp nhô sẽ bò phá vỡ và cắt đứt.
Nếu quá nhẵn các phân tử sẽ bò khuếch tán
trình mòn càng xảy ra nhanh chóng.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

quá

23


3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
b. Ảnh hưởng của lớp biến cứng
Làm nâng cao tính chống mòn
Làm hạn chế tác động tương hỗ giữa các phân tử và tác động
tng hổ ở bề mặt tiếp xúc.
Hạn chế Oxy khuếch tán vào bề mặt chi tiết, hình thành các
oxýt kim loại, gây ra hiện tượng ăn mòn hóa học.
Hạn chế quá trình biến dạng dẻo toàn phần, quá trình này gây
ra hiện tượng chảy của kim loại, do đó có tác dụng chống mòn.
Chiều sâu lớp biến cứng t cũng có ảnh hưởng đến tuổi thọ của
chi tiết.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

24


3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy

c.

Ảnh hưởng do ứng suất dư bề mặt:
Ứng suất dư lớp bề mặt ảnh hưởng không đáng kể đến tính
chống mòn của chi tiết.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

25