Các tiêu chuẩn và cấp độ của độ nhám bề mặt
Trong gia công cơ khí thì chất lượng bề mặt của chi tiết sau gia công là rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền, khả năng hoạt động và tính thẩm mỹ của sản phẩm. Và để đánh giá được chất lượng bề mặt, người ta sử dụng thông số độ nhám làm tiêu chuẩn.
Trên thực tế, các bề mặt chi tiết sau gia công đều có những điểm mấp mô mà mắt thường không thể nhìn thấy được. Biên độ của những mấp mô này là cực kỳ nhỏ nhưng lại có thể làm hỏng cả một sản phẩm. Lý do vì sao sẽ được nói trong những phần sau của bài viết này. Có một điều chắc chắn rằng để đảm bảo sản xuất hàng loạt, đặc biệt trong ngành cơ khí chính xác thì quá trình xác định độ nhám cho bề mặt chi tiết là công việc cần phải làm.
-
Thông số độ nhám bề mặt
Độ nhám được đánh giá bằng độ nhấp nhô của profin, được tạo thành giữa giao tuyến của bề mặt thực chi tiết và mặt phẳng vuông góc với bề mặt thực. Hai thông số bao gồm sai lệch trung bình Ra và chiều cao nhấp nhô Rz sẽ được sử dụng để đưa ra kết luận. Để xác định được độ nhám bề mặt chi tiết, người ta sử dụng các máy đo độ nhám chuyên dụng.
Một đầu kim của máy đo độ nhám sẽ dò trên bề mặt của chi tiết cần đo, khi cho chi tiết dịch chuyển với một tốc độ nhất định, thì đầu dò kim sẽ có những dịch chuyển theo chiều vuông góc với bề mặt chi tiết. Do bề mặt có những mấp mô và độ nhạy của đầu dò là rất cao nên đường bao (hay biên dạng) của bề mặt chi tiết sẽ được ghi lại thành biểu đồ tương ứng. Dựa vào biểu đồ này mà có thể xác định được độ nhám bề mặt chi tiết.
- Sai lệch trung bình Ra (µm): là trung bình số học các giá trị tuyệt đối của profin (hi) trong khoảng chiều dài chuẩn (L).
- Chiều cao nhấp nhô Rz (µm): là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao 5 đỉnh cao nhất và chiều sâu của 5 đáy thấp nhất của profin trong khoảng chiều dài chuẩn (L).
Ngoài 2 chỉ số trên thì trong sản xuất người ta còn đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết theo Rmax – chiều cao lớn nhất của mấp mô profin: được tính bằng khoảng cách giữa đỉnh cao nhất của phần lồi và đáy thấp nhất của phần lõm trong chiều dài chuẩn.
Các thông số Ra – Rz – Rzjis thường sẽ có mối tương quan với nhau. Và thực tế trong bản vẽ chi tiết thường sẽ có kí hiệu về độ nhám/độ bóng bề mặt.
-
Tiêu chuẩn và cấp độ của độ nhám bề mặt
Theo TCVN 2511: 1995 quy định 14 cấp độ nhám dựa theo các trị số Ra và Rz, được thể hiện cụ thể trong bảng sau:
| Chất lượng bề mặt | Cấp độ nhám | Ra (µm) | Rz (µm) | Chiều dài chuẩn L (mm) |
| Thô | 1 | Từ 80 đến 40 | Từ 320 đến 160 | 8 |
| 2 | Dưới 40 đến 20 | Dưới 160 đến 80 | ||
| 3 | 20 – 10 | 80 – 40 | ||
| 4 | 10 – 5 | 40 – 20 | 2.5 | |
| Bán tinh | 5 | 5 – 2.5 | 20 – 10 | |
| 6 | 2.5 – 1.25 | 10 – 6.3 | 0.8 | |
| 7 | 1.25 – 0.63 | 6.3 – 3.2 | ||
| Tinh | 8 | 0.63 – 0.32 | 3.2 – 1.6 | |
| 9 | 0.32 – 0.16 | 1.6 – 0.8 | 0.25 | |
| 10 | 0.16 – 0.08 | 0.8 – 0.4 | ||
| 11 | 0.08 – 0.04 | 0.4 – 0.2 | ||
| Siêu tinh | 12 | 0.04 – 0.02 | 0.2 – 0.1 | |
| 13 | 0.02 – 0.01 | 0.1 – 0.05 | 0.08 | |
| 14 | 0.01 – 0.005 | 0.05 – 0.025 |
Trị số nhám Ra, Rz càng nhỏ thì bề mặt chi tiết càng nhẵn. Tùy thuộc vào những yêu cầu cụ thể về chất lượng và đặc tính kết cấu của bề mặt mà sẽ lựa chọn chỉ tiêu Ra và Rz phù hợp. Thông thường những bề mặt có tiếp xúc yêu cầu thông số nhám có trị số nhỏ, các bề mặt không tiếp xúc có thể được yêu cầu với trị số độ nhám lớn hơn. Độ chính xác kích thước chi tiết càng cao thì yêu cầu trị số độ nhám càng nhỏ.
Trong sản xuất, chỉ tiêu Ra thường được dùng để đánh giá độ bán thô – tinh (cấp độ từ 5 – 11), còn chỉ tiêu Rz để đánh giá độ thô và siêu tinh (cấp 1 đến 4 và cấp 12 đến 14), bởi nó mang lại độ chính xác cao hơn. Chỉ số Rz còn được dùng trong những trường hợp không thể kiểm tra trực tiếp thông số Ra, chẳng hạn những bề mặt kích thước nhỏ hoặc có profin phức tạp.
Hai bề mặt chi tiết khác nhau có cùng độ nhám nhưng hình dạng profin có thể khác nhau.
-
Dung sai và kích thước
Độ nhám bề mặt còn liên quan đến dung sai kích thước và dung sai hình dạng của chi tiết, có thể xem trong bảng sau:
| Cấp chính xác kích thước | Dung sai hình dạng theo % của dung sai kích thước | Kích thước danh nghĩa (mm) | |||
| Đến 18 | Trên 18 đến 50 | Trên 50 đến 120 | Trên 120 đến 500 | ||
| Giá trị Ra (µm) không lớn hơn | |||||
| 1 T3 | 100 | 0.2 | 0.4 | 0.4 | 0.8 |
| 60 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | 0.4 | |
| 40 | 0.05 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | |
| 1 T4 | 100 | 0.4 | 0.8 | 0.8 | 1.6 |
| 60 | 0.2 | 0.4 | 0.4 | 0.8 | |
| 40 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | 0.4 | |
| 1 T5 | 100 | 0.4 | 0.8 | 1.6 | 1.6 |
| 60 | 0.2 | 0.4 | 0.8 | 0.8 | |
| 40 | 0.1 | 0.2 | 0.4 | 0.4 | |
| 1 T6 | 100 | 0.8 | 0.6 | 1.6 | 3.2 |
| 60 | 0.4 | 0.8 | 0.8 | 1.6 | |
| 40 | 0.2 | 0.4 | 0.4 | 0.8 | |
| 1 T7 | 100 | 1.6 | 3.2 | 3.2 | 3.2 |
| 60 | 0.8 | 1.6 | 1.6 | 3.2 | |
| 40 | 0.4 | 0.8 | 0.8 | 1.6 | |
| 1 T8 | 100 | 3.2 | 3.2 | 3.2 | 3.2 |
| 60 | 1.6 | 1.6 | 3.2 | 3.2 | |
| 40 | 0.8 | 0.8 | 1.6 | 1.6 | |
| 1 T9 | 100; 60 | 3.2 | 3.2 | 6.3 | 6.3 |
| 40 | 1.6 | 3.2 | 3.2 | 6.3 | |
| 25 | 0.8 | 1.6 | 1.6 | 3.2 | |
| 1 T10 | 100; 60 | 3.2 | 6.3 | 6.3 | 6.3 |
| 40 | 1.6 | 3.2 | 3.2 | 6.3 | |
| 25 | 0.8 | 1.6 | 1.6 | 3.2 | |
| 1 T11 | 100; 60 | 6.3 | 6.3 | 12.5 | 12.5 |
| 40 | 3.2 | 3.2 | 6.3 | 6.3 | |
| 25 | 1.6 | 1.6 | 3.2 | 3.2 | |
| 1 T12 | 100; 60 | 12.5 | 12.5 | 25 | 25 |
| 1 T13 | 40 | 6.3 | 6.3 | 12.5 | 12.5 |
Nếu dung sai tương đối về hình dạng nhỏ hơn giá trị chỉ dẫn trong bảng thì giá trị Ra không lớn hơn 0,15 giá trị dung sai hình dạng.
Trong trường hợp cần thiết, theo yêu cầu chức năng của chi tiết có thể lấy giá trị Ra nhỏ hơn chỉ dẫn trong bảng.
-
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt của chi tiết sau gia công, dưới đây là những nguyên nhân phổ biến nhất:
- Thông số hình học của dụng cụ cắt.
- Tốc độ cắt.
- Lượng chạy dao.
- Chiều sâu cắt
- Vật liệu gia công
- Các rung động của hệ thống gia công.
-
Các phương pháp kiểm tra độ nhám bề mặt
Có hai phương pháp được sử dụng để kiểm tra độ nhám bề mặt là phương pháp so sánh mẫu và dùng các máy đo độ nhám.
Phương pháp so sánh mẫu
Phương pháp kiểm tra độ nhám này được thực hiện qua tìm dò hoặc bằng mắt, với chi tiết gia công được so sánh với một mẫu bề mặt tiêu chuẩn. Điều kiện để thực hiện phương pháp so sánh mẫu là mẫu so sánh và chi tiết gia công phải cùng vật liệu và cùng phương pháp gia công, ví dụ như tiện theo chiều dọc. So sánh tìm dò được thực hiện với móng tay hoặc miếng nhỏ bằng đồng. So sánh bằng mắt sẽ thuận lợi hơn khi nhìn đúng góc chiếu của ánh sáng và sử dụng kính lúp.
Sử dụng thiết bị đo độ nhám
Các loại máy đo độ nhám thực hiện quá trình đo độ nhám bằng phương pháp đo biên dạng (phương pháp cắt tìm dò), ghi lại sự mấp mô của bề mặt bằng một đầu dò có độ nhạy cao. Các bạn có thể tìm hiểu thêm về máy đo độ cứng tại bài viết Máy đo độ nhám bề mặt là gì?
-
Sự quan trọng của độ nhám bề mặt
Ảnh hưởng lớn đến hoạt động các mối ghép động
Với những chi tiết trong mối ghép động như ổ trượt, sống dẫn, con trượt… do bề mặt chi tiết có chuyển động trượt tương đối với nhau, nên khi độ nhám càng lớn thì càng khó đảm bảo hình thành màng dầu bôi trơn bề mặt trượt. Dưới tác dụng của tải trọng các đỉnh nhám tiếp xúc với nhau gây ra hiện tượng ma sát nửa ướt, thậm chí cả ma sát khô. Điều này làm giảm độ trơn trượt, tăng nhiệt độ làm việc của mối ghép. Đồng thời, tại các đỉnh tiếp xúc, lực tập trung lớn, ứng suất lớn vượt quá ứng suất cho phép gây biến dạng chảy phá hỏng bề mặt tiếp xúc, khiến bề mặt làm việc nhanh bị mài mòn. Kết quả là khiến cho tuổi thọ của chi tiết bị giảm đáng kể, ảnh hưởng chung đến toàn bộ sản phẩm.
Ảnh hưởng đến các chi tiết lắp ghép có độ dôi
Đối với các chi tiết có độ dôi lớn khi ép lại với nhau thì nhám sẽ bị san phẳng, độ nhám càng lớn thì san phẳng càng lớn, độ dôi của mối ghép càng giảm nhiều, làm giảm độ bền của mối ghép. Việc chọn Rz phù hợp với đặc tính các mối ghép có thể theo công thức kinh nghiệm sau với δ là độ dôi:
- Khi đường kính lắp ghép Φ > 50 mm: Rz = (0,1 – 0,15)δ ( μm)
- Khi đường kính lắp ghép Φ 18- 50 mm: Rz = (0,15 – 0,2)δ ( μm)
- Khi đường kính lắp ghép Φ < 18 mm: Rz = (0,2 – 0,25)δ ( μm)
Ảnh hưởng đến độ bền của các chi tiết chịu tải
Đối với các chi tiết làm việc ở trạng thái chịu tải chu kỳ và tải trọng thì độ nhám là nhân tố tập trung ứng suất dễ gây ra các rạn nứt trên bề mặt chi tiết, là giảm độ bền mỏi của chi tiết. Đáy các mấp mô là nơi tập trung ứng suất với trị số lớn, tại đó sẽ xuất hiện các vết nứt tế vi – đó chính là nguyên nhân phá hỏng chi tiết.
Ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của chi tiết
Độ nhám càng nhỏ thì khả năng chống lại sự ăn mòn càng tốt, bao gồm cả tính chống ăn mòn do ma sát và tính chống ăn mòn hóa học. Trực quan nhất trong thực tế là với các bề mặt càng nhẵn thì càng lâu bị gỉ.
Bởi vậy, có thể thấy việc kiểm tra độ nhám của các chi tiết trước khi tiến hành lắp ráp một sản phẩm hoàn chỉnh là điều vô cùng quan trọng. Tinh Hà cung cấp đa dạng các dòng máy đo độ nhám Mitutoyo chính hãng. Các bạn có thể liên hệ chúng tôi để biết thêm thông tin chi tiết!
