Chất lượng bề mặt chi tiết máy

CHƯƠNG 4
CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI
TIẾT MÁY

03/08/20


Chất lượng sản phẩm là chỉ tiêu quan trọng
phải đặc biệt quan tâm khi chuẩn bị công
nghệ chế tạo sản phẩm
Đối với chi tiết máy thì chất lượng chế tạo
chúng được đánh giá bằng các thông số cơ
bản sau đây:
Độ chính xác về kích thước của các bề mặt.
Độ chính xác về hình dạng của các bề mặt.
Độ chính xác về vị trí tương quan giữa các
bề mặt.
Chất lượng bề mặt.
03/08/20


§4.1 Yếu tố đặc trưng của chất lượng
bề mặt
Hình dáng, lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám...)
Trạng thái và tính chất cơ lý của lớp bề mặt
(độ cứng, chiều sâu biến cứng, ứng suất dư...)
Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường
làm việc (tính chống mòn, khả năng chống
xâm thực hóa học, độ bền ...)

03/08/20

4.1.1 Tính chất hình học của bề mặt gia công

Độ nhấp nhô tế vi bề mặt (độ nhám) được
biểu thị bằng một trong hai chỉ tiêu Ra và
Rz; được quan sát trong phạm vi rất nhỏ
khoảng 1mm2
Độ sóng của bề mặt là chu kỳ không
phẳng của bề mặt chi tiết máy, được
quan sát trong phạm vi nhỏ (từ 1 đến 100
mm).
03/08/20


Tổng quan về độ nhám và độ sóng

Hình 4.1
Tổng quan về độ nhám và độ sóng bề mặt chi tiết máy

03/08/20


4.1.2 Tính chất cơ lý của lớp bề
mặt chi tiết gia công

Tính chất cơ lý của bề mặt chi tiết máy được
biểu thị bằng độ cứng bề mặt, sự biến đổi về
cấu trúc mạng tinh thể lớp bề mặt, độ lớn và
dấu của ứng suất trong lớp bề mặt, chiều sâu

lớp biến cứng bề mặt …
Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến
cứng bề mặt phụ thuộc vào tác dụng của lực
cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và
ảnh hưởng nhiệt trong vùng cắt
03/08/20


Khi gia công, trong lớp bề mặt chi tiết có

ứng suất dư
Nguyên nhân chủ yếu gây ra ứng suất dư
trong lớp bề mặt chi tiết máy sau khi gia
công:
Khi cắt kim loại, do biến dạng dẻo cho
nên bề mặt ngoài được làm chắc, thể tích
riêng tăng. Lớp bề mặt ngoài có khuynh
hướng bành trướng thể tích, nhưng vì có
liên hệ với lớp bên trong nên ở lớp ngoài
sinh ra ứng suất dư nén còn lớp trong lại
có ứng suất dư kéo
03/08/20


Khi gia công, nhiệt cắt nung nóng bề mặt
ngoài làm môđun đàn hồi của nó bị giảm
đến tối thiểu. Sau đó lại bị nguội nhanh cho
nên nó co lại. Nhưng vì có liên hệ vơí lớp
bên trong cho nên ở lớp ngoài sinh ra ứng
dư kéo còn bên trong sinh ra ứng suất dư

nén.

03/08/20


§4.2 Ảnh hưởng của chất lượng bề
mặt tới khả năng làm việc của chi
tiết máy

Ảnh hưởng của độ nhấp nhô bề mặt
Ảnh hưởng của độ biến cứng
Ảnh hưởng của ứng suất dư

03/08/20


4.2.1 Ảnh hưởng của độ nhấp nhô
bề mặt
a) Đối với tính chống mòn
Chiều cao và hình dáng không bằng
phẳng của bề mặt cùng với chiều của vết
gia công ảnh hưởng đến ma sát và mài
mòn
Khi hai bề mặt chuyển động tương đối
với nhau xảy ra trượt dẻo ở các đỉnh
nhấp nhô dẫn đến hiện tượng mòn nhanh
chóng ban đầu, khe hở lắp tăng lên
03/08/20

n

l

K: hệ số tiếp xúc
L: diện tích mặt tiếp xúc

L

Li: diện tích tiếp xúc thực

i

K

i 1

Chi tieát A

l1

l2

l3

l4

l5

Chi tieát B

Hình 4.2
Sơ đồ tiếp xúc ban đầu của cặp chi tiết ma sát với nhau

03/08/20

li


Trong điều kiện làm việc nhẹ và trung
bình, mòn ban đầu có thể làm cho chiều
cao nhấp nhô giảm 65-75%, lúc đó diện
tích tiếp xúc thực tăng lên và áp suất
giảm xuống
Sau giai đoạn này mòn trở nên bình
thường và chậm.

03/08/20


Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết ma sát
với nhau
a

Độ mòn μm

b

c

Độ mòn
c
h
o
p
h
é
p

t1a t1b t1c
03/08/20

aa

ab ac

t2a

t2b

t2c

Thời gian


Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết
ma sát với nhau thường qua 3 giai đoạn.
Quy luật mòn như sau :
Giai đọạn I là giai đoạn mòn khốc liệt
(mòn nhanh)

- Giai đọan II là giai đoạn mòn ổn định
(mòn chậm)
- Giai đọan III là giai đọan mòn phá hủy,
mòn rất nhanh dẫn đến sự phá hủy.
03/08/20


b) Đối với độ bền mỏi của
chi tiết
Độ nhẵn bóng bề mặt ảnh hưởng lớn đến
độ bền mỏi của chi tiết nhất là chi tiết
chịu tải trọng chu kỳ đổi dấu, vì ở các
đáy nhấp nhô có ứng suất tập trung với
trị số rất lớn có khi vượt qúa giới hạn
mỏi của vật liệu.
Lúc đó dễ tạo thành các vết nứt là nguồn
gốc phá hoại chi tiết.
03/08/20


c) Đối với tính chống ăn mòn của lớp bề
mặt
Các chỗ lõm bề mặt là nơi chứa đựng các axít,
muối và các tạp chất khác, chúng có tác dụng
ăn mòn hoá học kim loại. Sau khi ăn mòn hết
bề mặt lại tạo thành các nhấp nhô mới và cứ
thế tiếp tục.
Các chất ăn mòn đọng ở các chỗ lõm của vết
nhấp nhô sẽ ăn mòn theo sườn dốc của các
nhấp nhô đó theo chiều mũi tên dần dần làm

mất các nhấp nhô cũ và hình thành các nhấp
nhô mới và cứ thế tiếp tục
03/08/20


Nhấp nhô cũ

Nhấp nhô mới
Hình 4.4 Quá trình ăn mòn hóa học trên bề
mặt chi tiết

03/08/20


d) Đối với độ chính xác và các mối lắp ghép .

• Độ chính xác của các mối lắp quyết định bởi
khe hở (hoặc độ dôi) lắp, mà khe hở lại
quyết định phần lớn bởi độ nhẵn bóng các
bề mặt lắp ghép với nhau.
• Thực nghiệm cho thấy độ bền của mối lắp
ghép có quan hệ trực tiếp với độ bóng bề
mặt lắp ghép. Tăng chiều cao nhấp nhô thì
độ bền mối lắp ghép giảm
03/08/20


4.2.2 Ảnh hưởng của độ biến cứng
a) Đối với tính chống mòn
Kim loại lớp bề mặt bị biến cứng thường

nâng cao tính chống mòn vì nó làm giảm
tác động tương hổ giữa các phân tử và tác
dụng tương hổ cơ học ở chỗ tiếp xúc
Hiện tượng biến cứng bề mặt chi tiết máy
còn hạn chế quá trình biến dạng dẻo toàn
phần của chi tiết máy, qua đó hạn chế hiện
tượng chảy và hiện tượng mài mòn của kim
loại.
03/08/20


b) Đối với độ bền mỏi của chi tiết máy

Bề mặt bị biến cứng có thể làm tăng độ bền

mỏi từ 15% -20%
Chiều sâu và mức độ biến cứng của lớp bề
mặt đều có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của
chi tiết máy, vì nó làm cho các vết nứt tế vi
phá hoại chi tiết rất khó sinh ra, nhất là khi
bề mặt chi tiết có ứng suất dư nén
Tuy vậy biến cứng lại có hại khi chi tiết làm
việc lâu ở nhiệt độ cao, vì nó thúc đẩy mạnh
quá trình khuếch tán trong lớp bề mặt làm
giảm độ bền mỏi của chi tiết máy
03/08/20


c) Đối với tính chống ăn mòn hóa học của lớp
bề mặt chi tiết máy

Biến dạng dẻo và biến cứng lớp bề mặt có
mức độ khác nhau tùy theo thành phần kim
loại khác nhau.
Quá trình gia công cơ xảy ra biến cứng bề
mặt và thay đổi độ nhẵn bóng bề mặt làm
thay đổi tính chống ăn mòn hóa học của kim
loại. Tốc độ ăn mòn thép trong dung dịch axít
sunfuaric loãng sau khi tiện có thể nhanh gấp
12,5 lần so với sau khi đánh bóng.
03/08/20


4.2.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư
a) Đối với tính chống ăn mòn
Ứng suất dư lớp bề mặt sinh ra trong quá
trình gia công không có ảnh hưởng gì đến
tính chống ăn mòn của chi tiết về sau này
trong các điều kiện ma sát bình thường (trượt
trong chế độ mòn ôxy hóa). Đó là nói đến ứng
suất dư lớp bề mặt còn ứng suất bên trong
(toàn tiết diện) của chi tiết có thể ảnh hưởng
đến tính chất và cường độ mòn của chi tiết
máy
03/08/20


b) Đối với độ bền mỏi của chi tiết máy

Ứng suất dư nên trên lớp bề mặt có tác

dụng nâng cao độ bền mỏi, còn ứng suất dư
kéo lại hạ thấp độ bền mỏi của chi tiết máy.
Nếu chi tiết máy làm việc lâu ở nhiệt độ cao
thì ảnh hưởng của ứng suất dư lớp bề mặt
tới độ bền mỏi của vật liệu sẽ giảm

03/08/20


§4.3 Ảnh hưởng của các yếu tố
công nghệ đến chất lượng bề
mặt chi tiết máy

Ảnh hưởng đến nhấp nhô bề mặt
Ảnh hưởng đến biến cứng bề mặt
Ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt

03/08/20


4.3.1 Ảnh hưởng đến nhấp nhô bề
mặt

Các yếu tố mang tính chất in dập hình học

của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhấp
nhô bề mặt
Những hiện tượng phát sinh trong quá
trình cắt và có liên quan đến biến dạng dẻo
của lớp bề mặt

Nguyên nhân rung động của hệ thống công
nghệ .
03/08/20