Chất lượng bề mặt chi tiết máy

Chng 2
Cht lng b mt chi tit mỏy
Chất lợng bề mặt là một chỉ tiêu trong chất lợng
chế tạo chi tiết, nó có ảnh hởng rất lớn đến khả năng làm
việc của chi tiết máy.


1. Các yếu tố đặc trng của chất lợng bề mặt
Gồm:
- Hình dáng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám...).
- Trạng thái và tính chất cơ lý lớp bề mặt (độ cứng,
chiều sâu lớp biến cứng, ứng suất d...).
- Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trờng làm việc
(tính chống mòn, khả năng chống xâm thực hoá học, độ
bền mỏi...).
Chất lợng bề mặt chi tiết máy phụ thuộc vào phơng
pháp và điều kiện gia công cụ thể.


1.1 Chất lợng hình học của bề mặt gia công
Bề mặt sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý
tởng mà có những nhấp nhô. Những nhấp nhô này là do
quá trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết khi gia công
cắt gọt, do vết của lỡi cắt để lại trên bề mặt gia công,
do ảnh hởng của rung động khi cắt và nhiều nguyên
nhân khác.

Bề mặt CTM sau khi mài


BÒ mÆt chi tiÕt m¸y sau khi gia c«ng (Mµi)

Hình dáng hình học bề mặt CTM đợc đặc trng bởi:
độ nhấp nhô tế vi (độ nhám) và độ sóng.
- Độ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt). Đợc xác định
bởi hai thông số sau:

Hình 1 Độ nhám bề mặt CTM

+ Chiều cao nhấp nhô prôfin theo 10 điểm, 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
5
5
prôfin trong giới hạn chiều Hdài chuẩn.

H
Rz =


i =1



Max

i =1

5

min


+ Sai lệch trung bình số học của prôfin Ra: là trị số
trung bình của khoảng cách từ đỉnh trên đờng nhấp
nhô tế vi tới đờng trung bình OX.

Độ nhám bề mặt CTM
l

1
1 n
Ra = hx dx hi
l0
n i =1
Với:
-l: Chiều dài chuẩn
- hx: Chiều cao nhấp nhô tính từ đờng chuẩn
- n: Số nhấp nhô đợc đo


Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) độ nhám đợc chia thành 14
cấp, trong đó thấp nhất là cấp 1 và cao nhất là cấp 14. Rz đợc
dùng cho trờng hợp độ nhám từ cấp 1-5, cấp 13, 14. Còn từ cấp
6-12 thì sử dụng Ra.
R (àm) R (àm)
Chiều dài
Cấp độ
nhám

a

z

Không lớn hơn

1
2
3

84
40
20

320
150
80

4
5

10
5

40
20

6
7
8

2,5
1,25
0,63

10
6,3
3,2

9
10
11
12

0,32
0,16
0,08
0,04

1,6
0,8
0,4
0,2

chuẩn l
(mm)

8
2,5

0,8

0,25

13
0,02
0,1
0,08
14 màu đỏ
0,01là ký0,05
Ghi chú: Chữ in đậm
hiệu độ nhám đợc sử dụng


Ký hiệu độ nhám trên các bản vẽ kỹ thuật:
Ghi theo Rz:
Ghi theo Ra:

Rz40

5

Trong thực tế sản xuất, ngời ta thờng hay sử dụng ký hiệu
để chỉ độ bóng bề mặt. Ký hiệu này cũng đợc sử dụng rộng
rải trong các bản vẽ của các nớc công nghiệp phát triển nh Nhật
Bản, Đức, Mỹ v.v Tuy nhiên, khi ghi độ bóng ngời ta thờng kèm
thêm phơng pháp gia công.
Ví dụ: G có nghĩa là bề mặt đạt độ bóng đó bằng ph
ơng pháp mài.
:

Tơng đơng với Ra= 10-20àm
:
Tơng đơng với Ra= 2,5-5àm

: Tơng đơng với Ra= 1,25-0,32àm
G
- Độsóng
: Tơng đơng với Ra= 0,16-0,01àm
Độ sóng là tập hợp tất cả độ nhấp nhô đợc lặp lại theo chu kỳ
trên bề mặt chi tiết. Độ sóng đợc xác định trên một chiều dài
chuẩn lớn hơn so với độ nhám bề mặt.


1.2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
Tính chất cơ lý đợc biểu thị bằng độ cứng bề mặt, sự
biến đổi cấu trúc tinh thể lớp bề mặt, chiều sâu lớp
biến cứng bề mặt.
a) Hiện tợng biến cứng lớp bề mặt.
Trong quá trình gia công dới tức dụng của lực cắt làm xô
lệch mạng tinh thể của kim loại lớp bề mặt, gây biến
dạng dẻo ở vùng trớc và sau lỡi cắt làm cho kim loại của lớp
bề mặt bị cứng nguội, chắc lại và có độ cứng tế vi cao.

Sơ đồ cắt
trong gia công
cắt gọt


Sù thay ®æi cÊu tróc tinh thÓ
líp bÒ mÆt

Thay ®æi ®é cøng trong líp bÒ mÆt
mµi


b. ứng suất d trong lớp bề mặt.
Khi gia công trong lớp bề mặt chi tiết xuất hiện ứng
suất d. Các nguyên nhân chính gây ra ứng suất d trong
lớp bề mặt gia công là :
Khi cắt một lớp mỏng vật liệu trờng lực gây ra biến
dạng dẻo không đều. Khi trờng lực mật đi biến dạng dẻo
gây ra ứng suất d.
Biến dạng dẻo khi cắt làm chắc lớp kim loại bề mặt. Lớp
kim loại bên trong do không biến dạng dẻo nên vẫn bình
thờng. Lớp kim loại bên ngoài có xu hớng tăng thể tích nh
ng không tăng đợc nên gây ra ứng suất nén, để cân
bằng lớp bên trong gây ra ứng suất kéo.
Nhiệt sinh ra tại vùng cắt nung nóng cục bộ bề mặt,
làm giảm môđun đàn hồi của vật liệu. Sau khi cắt lớp
bề mặt nguội nhanh, co lại gây ra ứng suất d kéo, để


ứng suất d dới lớp bề

Chiều sâu tính từ bề
mặt
mặt

- Đo độ nhám: Bằng dụng cụ quang học hay bằng các

thiết bị đo tiếp xúc
- Đo độ cứng tế vi: Dùng các thiết bị đo độ cứng


2.2. ảnh hởng của chất lợng bề mặt tới khả năng
làm việc của chi tiết máy.
2.2.1. ảnh hởng tới tính chống mòn.
1. ảnh hởng của độ nhám bề mặt.
Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc với nhau có nhấp nhô tế
vi nên ở giai đoạn đầu hai bề mặt này chỉ tiếp xúc với
nhau trên một số đỉnh nhấp nhô cao, diện tích tiếp xúc
chỉ bằng một phần diện tích tính toán và tại đó có áp
suất rất lớn, thờng vợt quá giới hạn chảy, có khi vợt cả giới
hạn bền của vật liệu, làm cho các điểm tiếp xúc bị nén
đàn hồi và biến dạng dẻo các nhấp nhô, đó là biến dạng
tiếp xúc. Biến dạng tiếp
xúcx đ
ợc xác định theo công thức
= C.p
(àm)
kinh nghiệm sau :
Trong đó :
C, x hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều
kiện thực nghiệm.
p - áp suất tại chổ tiếp xúc.


Mßn ban
®Çu
Mßn b×nh th

êng
Mßn khèc
liÖt

Lîng
mßn

b
a

α3

Lîng
mßn
cho
phÐp

c

α2

α1

T T T

T

T

Qu¸ tr×nh mßn cña mét

cÆp ma s¸t
ChÊt lîng bÒ mÆt:
a: Tèt, b: Trung b×nh; c: XÊu

T

Thêi gian


Lîng mßn

§iÒu kiÖn lµm viÖc
nÆng
§iÒu kiÖn
lµm viÖc
nhÑ
2
1

0

T

T

T

Thêi gian

Quan hÖ gi÷a lîng mßn vµ ®iÒu kiÖn lµm

viÖc ban ®Çu


2.2.2. ảnh hởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy
1. nh hng ca nhỏm b mt:
Độ nhám bề mặt có ảnh hởng đến độ bền mỏi của
chi tiết máy, nhất là khi nó chịu tải trọng chu kỳ có đổi
dấu, vì ở đáy các nhấp nhô có ứng suất tập trung lớn, có
khi vợt quá giới hạn mỏi của vật liệu.
Với thép 45: RZ = 75 àm thì -1 = 195 MN/m2 (195
2.
nh 2hng
ca lp bin cng b mt:
N/mm
).
2
Bề mặt bị biến cứng
tăng-1độ
mỏi khoảng
RZ = có
2 àthể
m thì
= bền
282 MN/m
(282
2
20%.
sâu và mức độ biến cứng của lớp bề mặt
N/mmChiều
).

đều có ảnh hởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, vì
nó 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 d
nén.
3. nh hng ca ng sut d:
= mặt
tác
-1b bề
-1a -có
d dụng làm tăng độ
ứng suất d nén trênlớp
Với:mỏi
-1a của
giới chi
hạn tiết,
mỏi khi
không
ứngdsuất
bề mặt;
bền
còn
ứngcó
suất
kéod thì
ngợclại.
-1b giới
hạn mỏi khi có ứng suất d bề mặt; d ứng suất d bề mặt lớn nhất;


2.2.3. ảnh hởng đến tính ăn mòn hoá học của lớp

bề mặt chi tiết
1. ảnh hởng của độ nhám bề mặt.
Các chỗ lõm do nhấp nhô tế vi tạo ra là nơi chứa các chất
ăn mòn. Nh vậy chiều cao nhấp nhô càng thấp thì càng
bị ăn mòn.
2. ảnh hởng của lớp biến cứng bề mặt.
Cấu trúc kim loại có hạt cứng (peclit) và hạt mềm (ferrit).
Hạt mềm biến dạng dẻo nhiều hơn khả năng biến cứng
cao hơn mức năng lợng nâng cao không đều thế
năng điện tích của các hạt thay đổi khác nhau ferrit
trở thàh anốt (+) peclit trở thành catốt (-)
3. ảnh hởng của ứng suất d :
ứng suất d hầu nh không ảnh hởng đến tính ăn mòn
2.2.4. ảnh hởng đến độ chính xác các mối lắp
ghép.


2.3. Các yếu tố ảnh hởng đến chất lợng bề mặt chi
tiết.
1. nh hởng của các yếu tố hình học của dụng cụ cắt và
chế độ cắt in dập lên bề mặt gia công.
Chế độ cắt khi gia công bằng phơng pháp cắt gọt (có
phoi) gồm: Tốc độ cắt V (m/ph); Lợng tiến dao: S
- Bớc tiến
dao Ssâu cắt : t (mm)
(mm/vg
; Chiều
S1

S1

T



Rz

Rz

T

1

1

1



,
2

2
1
Lợng tiến dao
nhỏ
Lợng tiến dao lớn
S2
+ Với S > 0,15 mm/vg
Rz =

:
8r
S2 amin r.amin
+
1+ 2
+ Với S < 0,1 mm/vg :Rz =
8r
2
S


Rz

Rz theo lý
thuyết

Rz=S2/8r

0

0,01

0,02

0,03

0,05

S (m/vg)

Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô
Rz và lợng chạy dao S (Lý thuyết)
- ảnh hởng của chiều sâu cắt t
Chiều sâu cắt ảnh hởng không đến độ nhám bề mặt
trên phơng diện hình học nhng nó lại tác động thông


BÒ mÆt chi tiÕt m¸y sau khi mµi b»ng ®¸ CBN víi c¸c tèc
Dry grinding
Cool-air grinding
®é chi tiÕt kh¸c
nhau
Vｆ

3

9

15

SEM observation after 200 grinding passes
V ｆ =3, 9, 15 mm/s, V ｆ 30 ｆ /s, a ｆ 7μ ｆ


2. Các nguyên nhân phụ thuộc vào biến dạng dẻo
Mức độ biến dạng dẻo của lớp bề mặt phụ thuộc vào:
vật liệu gia công, chế độ cắt, thông số hình học của
dụng cụ cắt, dung dịch trơn lạnh
- ảnh hởng của vật liệu gia công:
+ Vật liệu dẻo và dai (thép ít C) dễ bị biến dạng

độ nhám tăng khi biến dạng dẻo tăng.
+ Độ cứng của vật liệu tăng độ nhám giảm.
+ Giảm tính dẻo của vật liệu = biến cứng bề mặt
cũng làm giảm độ nhám.
- ảnh hởng của vận tốc cắt V (m/ph):
ảnh hởng của tốc độ cắt tới chất lợng bề mặt thông
qua tốc độ biến dạng, lực cắt cũng nh nhiệt cắt sinh
ra trong quá trình gia công. Nói chung, tốc độ cắt là
một thông số quan trọng ảnh hởng tới chất lợng gia công
chi tiết nói chung và độ nhám bề mặt nói riêng.


Độ nhám bề mặt đo đ
ợc
- Vật liệu chi tiết: C45
P20

- Vật liệu dụng cụ cắt:

- Tốc
dao:0,2mm/vg;

độ

chaỵ

- Chiều sâu cắt: 1mm

+ Khi V < 20m/ph, do tốc độ biến dạng nhỏ,nhiệt cắt nhỏ
nên chất lợng bề mặt tốt

+ Khi V =20 - 40m/ph, cắt ở vùng tốc độ này chất lợng bề
mặt không tốt do xuất hiện lẹo dao. Lẹo dao làm cho quá các
thông số của dao thay đổi
+ Khi V>40m/ph: Chất lợng bề mặt tốt do lẹo dao đã bị
nóng chảy và bị phoi cuốn đi.



LÑo dao