Theo TCVN 2511-1995 nhám bề mặt được đánh giá theo 7 chỉ tiêu (*). Thường sử dụng 2 chỉ tiêu là Ra và Rz [1], trong đó:
+ Ra – Sai lệch số học trung bình của prôphin: là trung bình số học các giá trị
tuyệt đối của sai lệch Prôfin (y). Trong khoảng chiều dài chuẩn.
Sai lệch Prôfin (y) là khoảng cách từ cách điểm trên profin đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình.
Ra được xác định theo công thức: ∫ ∑ = = = n i i x y n dx y l Ra 1 1 0 1 1 (2.1)
+ Rz - Chiều cao mấp mô prôphin theo mười điểm là trị số trung bình cúa tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao năm đỉnh cao nhất và chiều sâu năm đáy thấp nhất của profin trong khoảng chiều dài chuẩn.
Rz được xác định theo công thức: 5 5 1 5 1 ∑ ∑ = = + = i pmi i vmi Y Y Rz (2.2)
Theo Theo TCVN 2511-1995 thì độ nhám bề mặt được chia làm 14 cấp từ cấp 1
đến cấp 14 ứng với các giá trị Ra và Rz. Đối với độ nhám thô và rất tinh, việc kiểm tra chỉ áp dụng cho Rz. Đối với độ nhám trung bình, việc kiểm tra chỉ áp dụng cho Ra.
Trong sản xuất thì người ta thường đánh giá nhám bằng hai chỉ tiêu trên (cũng có thể đánh giá bằng chi tiêu khác như chiều cao lớn nhất của mấp mô profin Rmax). Việc chọn chỉ tiêu nào (Ra hoặc Rz) là tùy thuộc vào chất lượng yêu cầu của bề mặt và
đặc tính kết cấu của bề mặt. Chỉ tiêu Ra (thông sốưu tiên) được sử dụng phổ biến nhất và nó cho phép ta đánh giá chính xác hơn và thuận lợi hơn những bề mặt có yêu cầu nhám trung bình. Đối với những bề mặt nhám quá thô hoặc quá nhỏ thì dùng chỉ tiêu
Hình 2.2: Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt Ra tới độ mòn U của chi tiết.
Rz lại cho ta khả năng đánh giá chính xác là dùng chỉ tiêu Ra. Chỉ tiêu Rz còn được sử
dụng đối với những bề mặt không thể kiểm tra trực tiếp thông số Ra của nhám, chẳng hạn như những bề mặt có kích thước nhỏ hoặc có profin phức tạp (lưỡi cắt của dụng cụ, chi tiết của đồng hồ .v.v.)
Cách ghi ký hiệu trên bản vẽ chi tiết: Theo TCNV 5707-1993. Yêu cầu về độ
nhám bề mặt được cho theo giá trị của Ra hoặc Rz .
- Khi độ nhám bề mặt từ cấp 6 đến cấp 12: Ghi theo Ra.
- Khi độ nhám bề mặt từ cấp 1- cấp 5 và cấp 13,14: Ghi theo Rz .
2.1.3. Ảnh hưởng của nhám bề mặt:
- Ảnh hưởng đến tính chống mòn: Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng ma sát và độ mòn của chi tiết máy (CTM) phụ thuộc vào chiều cao và hình dáng của các mấp mô.
Hình 2.2 là các đường cong chỉ độ nhám tối ưu (các điểm O1 và O2) ứng với độ
mòn ban đầu nhỏ nhất của các bề mặt tiếp xúc. Ta có thể nhận thấy đối với điều kiện làm việc nặng đường cong mòn dich chuyển về phía trên và bên phải (đường cong 2)
- Ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn: Nhám bề mặt còn ảnh hưởng rất lớn đến tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết (hình 2.3).
Tại đáy các mấp mô là nơi chứa các dung dịch ăn mòn như axit, muối.v.v... Quá trình ăn mòn hóa học này ở lớp bề mặt xảy ra theo hướng sườn dốc của các mấp mô , do đó các mấp mô cũ bị mất đi và các mấp mô mới được hình thành.
Như vậy, độ nhám bề mặt càng cao và bán kính đáy các mấp mô càng lớn thì càng tăng khả năng chống ăn mòn. Có thể chống ăn mòn hóa học bằng phương pháp bảo vệ bề mặt khác như mạ (mạ rôm, mạ niken), sơn phủ bề mặt .v.v.
- Ảnh hưởng đến độ bền mỏi: Nhám bề mặt ảnh hưởng rất lớn đến độ bền mỏi của chi tiết, đặc biệt là các chi tiết chịu tải trọng va đập và đổi dấu. Vì tại đáy các mấp mô là nơi tập trung ứng suất với trị số rất lớn, tại đó sẽ xuất hiện các vết nứt tế vi - đó chính là nguyên nhân phá hỏng chi tiết. Vì vậy, nếu độ nhám bề mặt tăng, bán kính đáy các mấp mô lớn thì sẽ nâng cao độ bền mỏi của chi tiết.
- Ảnh hưởng đến độ chính xác mối ghép: nhám bề mặt ảnh hưởng rất lớn đến độ
chính xác của mối ghép. Với các mối ghép có khe hở, trong giai đoạn mòn ban đầu chiều cao Rz bị san phẳng từ 65 - 75% do đó khe hở mối ghép tăng lên, độ chính xác mối ghép giảm.
+ Với mối ghép có độ dôi, khi ép chiều cao Rz bị chèn xuống làm cho độ bền của mối ghép giảm xuống.
Việc Rz phù hợp với đặc tính các mối ghép có thể theo công thức kinh nghiệm sau: [6] Khi đường kính lắp ghép Φ > 50 mm: Rz = (0,1 - 0,15)δ ( µm) (2.3) Khi đường kính lắp ghép Φ= 18 - 50 mm: Rz = (0,15 - 0,2) (δ µm) (2.4) Khi đường kính lắp ghép Φ <18 mm: Rz = (0,2 - 0,25) δ ( µm) (2.5) 2.1.4. Cơ chế hình thành độ nhám:
Khi gia công bề mặt bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt nói chung (tiện, phay, bào, .v.v.) thì profin của lưỡi cắt sẽ chép lại trên bề mặt gia công [3].
- Trong trường hợp gia công có bán kính mũi dao r=0 thì ta sẽ thấy chiều cao của tam giác chính là chiều cao nhấp nhô h đo theo dạng hình học mũi dao chép lại. Công thức tính: 1 cot cotgϕ gϕ S h + = (2.6)
- Trong trường hợp gia công có bán kính mũi dao r>0 thì chiều cao h chính là chiều cao nhấp nhô bề mặt do profin dao chép lại.
Công thức: ( ) 8 2 m r S h= µ (2.7) n S 2 ϕ α δ α β γ S β1 γ1 l 1l S ϕ ϕ Hình 2.4: Các góc độ của dao phay và hình dạng bề mặt chi tiết sau khi phay
- Qua hai công thức trên thì ta thấy rằng h giảm khi ta giảm S, giảm góc ϕ và ϕ1 hoặc tăng bán kính mũi dao.
2.2. Các yếu tốảnh hưởng đến độ nhám khi Phay:
2.2.1. Ảnh hưởng của các thông số mang tính chất in dập hình học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt:
- Ảnh hưởng của góc nghiêng chính φ: φ tăng → Rz tăng - Ảnh hưởng của góc nghiêng phụφ1 : φ1 tăng → Rz tăng - Ảnh hưởng của bán kính mũi dao r : r tăng → Rz giảm - Ảnh hưởng của lượng chạy dao S : S tăng → Rz tăng
Nếu lượng chạy dao S quá nhỏ (S < 0.03 mm/vòng) thì trị số của Rz lại tăng. Nguyên nhân: do S nhỏ hơn bán kính mũi dao nên xảy hiện tượng trượt của mũi dao trên bề mặt gia công.
2.2.2. Ảnh hưởng của chếđộ cắt: 2.2.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ cắt v:
Tốc độ cắt v ảnh hưởng rất lớn đến biến dạng dẻo lớp bề mặt do đó ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt .
Khi gia công thép, quan hệ giữa vận tốc cắt và Rz (Hình 2.5).
+ Khi tốc độ cắt v thấp, nhiệt cắt không cao, biến dạng dẻo lớp bề măt nhỏ vì vậy nhám bề mặt Rz khá nhỏ.
+ Khi tăng tốc độ cắt v lên khoảng 20 - 60 m/phút thì nhiệt cắt lớn, lực cắt lớn , biến dạng dẻo lớp bề mặt lớn và trong khoảng vận tốc này lẹo dao xuất hiện nên nhám bề mặt Rz lớn.
Hình 2.6: Ảnh hưởng của lượng chạy dao S tới chiều cao nhấp nhô tế
+ Nếu tiếp tục tăng tốc độ cắt v > 60m/ph thì lẹo dao không hình thành được nên độ nhám bề mặt gia công giảm (độ nhẵn bóng bề mặt tăng.
Khi gia công kim loại giòn (gang) các mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra không theo thứ tự do đó làm tăng độ nhám bề mặt. Tăng tốc độ cắt sẽ giảm được hiện tượng vỡ vụn của kim loại và như vậy làm giảm độ nhấp nhô bề mặt [6].
2.2.2.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao S:
Lượng chạy dao S ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học như đã nói ở trên, còn có ảnh hưởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công, do đó ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt. Hình 2.6 là đồ thị quan hệ giữa lượng chạy dao S và Rz khi gia công thép cacbon.
Khi gia công với lượng chạy dao S=(0,02 - 0,15) mm/vòng thì bề mặt gia công có Rz nhỏ. Nếu gia công với S < 0,02mm/vòng Rz sẽ tăng lên vì ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học. Nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vòng thì biến dạng dẻo tăng kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học, làm Rz tăng (đoạn BC trên hình 2.6).
Như vậy: để đảm báo độ nhám bề mặt và năng suất gia công nên chọn giá trị
lượng chạy dao S trong khoảng từ 0,02 đến 0,12 mm/vòng đối với thép cacbon [6].
2.2.2.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t:
Chiều sâu cắt nhìn chung không có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt. Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng, do đó Rz
tăng . Ngược lại, chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm cho dao bị trượt trên bề mặt gia công và xảy ra hiện tượng cắt không liên tục, do đó Rz tăng.
* Nếu coi các yếu tố khác là hằng số thì mối quan hệ giữa chế độ cắt với độ
nhám Ra (Rz) như sau:
Ra = c.tx.Sy.Vz [3]
2.2.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công:
Vật liệu gia công ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon),càng dễ biến dạng dẻo sẽ làm cho Rz tăng. Vật liệu càng cứng, càng khó biến dạng dẻo và độ hạt càng nhỏ thì Rz giảm.
2.2.4. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội:
Dung dịch trơn nguội làm giảm ma sát trong vùng gia công, giảm nhiệt cắt, giảm lực cắt, giảm biến dạng dẻo bề mặt do đó làm giảm Rz .
2.2.5. Ảnh hưởng của rung động của hệ thống công nghệ:
Rung động của hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ
giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công. Nếu rung động có tần số lớn, biên độ nhỏ sẽ gây ra nhám bề mặt. Nếu rung động có tần số nhỏ, biên độ lớn sẽ gây ra sóng bề mặt. Rung
động giảm - độ nhám bề mặt tăng.
2.3. Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt: [6]
- Đểđánh giá độ nhám bề mặt người ta dùng các phương pháp sau đây: + Phương pháp so sánh: so sánh bằng mắt và bằng kính hiển vi quang học. + Đo các chỉ tiêu nhám bề mặt dùng kính hiển vi Linich.
+ Đo các chỉ tiêu nhám bề mặt Ra, Rz , Rmax .v.v. bằng máy dò profin.
2.4. Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt.
- Lựa chọn được phương pháp gia công hợp lý. Vì : ứng với một phương pháp gia công chỉ đạt được một cấp chính xác và một cấp độ nhám nhất định. Khả năng đạt
2.5. Các phương pháp xác định độ chính xác gia công: [4] 2.5.1. Phương pháp thống kê kinh nghiệm 2.5.1. Phương pháp thống kê kinh nghiệm
Đây là phương pháp đơn giản nhất, căn cứ vào độ chính xác bình quân kinh tế đểđánh giá.
Độ chính xác bình quân kinh tế là độ chính xác có thểđạt được một cách kinh tế
trong điều kiện sản xuất bình thường, là điều kiện sản xuất có đặc điểm sau: - Thiết bị gia công hoàn chỉnh.
- Trang bị công nghệđạt được yêu cầu về chất lượng. - Sử dụng bậc thợ trung bình.
- Chếđộ cắt theo tiêu chuẩn và định mức thời gian cũng theo tiêu chuẩn.
Cách tiến hành: Cho gia công trên một loại máy, một chếđộ công nghệ, bậc thợ
trong điều kiện tiêu chuẩn và xem thử đạt được độ chính xác gia công ra sao. Làm nhiều lần như thế, thống kê lại kết quảđạt được và lập thành bảng.
Độ chính xác bình quân kinh tế không phải là độ chính xác cao nhất có thể đạt
được của một phương pháp gia công và cũng không phải là độ chính xác có thể đạt
được trong bất kỳđiều kiện nào.
2.5.2. Phương pháp xác suất thống kê .
Phương pháp này được sử dụng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối.
Cách tiến hành: Cắt thử một loạt chi tiết có số lượng đủ để thu được những đặc tính phân bố của kích thước đạt được. Thông thường, số lượng chi tiết cắt thử từ 60
đến 100 chi tiết trong một lần điều chỉnh máy. Đo kích thước thực của từng chi tiết trong cả loạt. Tìm kích thước giới hạn lớn nhất, nhỏ nhất của cả loạt. Chia khoảng giới hạn từ lớn nhất đến nhỏ nhất đó thành một số khoảng (thường lớn hơn 6 khoảng). Xác
định số lượng chi tiết có kích thước nằm trong mỗi khoảng và xây dựng đường cong phân bố kích thước thực nghiệm.
Đường cong thực nghiệm có trục hoành là kích thước đạt được, còn trục tung là tần suất của các kích thước xuất hiện trong mỗi một khoảng. Trên đường cong thực
nghiệm ta thấy rằng: kích thước phân bố của cả loạt chi tiết cắt thử tập trung ở khoảng giữa. Số chi tiết cắt thử trong một lần điều chỉnh máy càng lớn thì đường cong càng có dạng tiệm cận đến đường cong phân bố chuẩn Gauss.
Phương trình đường cong phân bố chuẩn đượcviết dưới dạng:
Với σ: phương sai của đường cong phân bố.
Li: kích thướcthực đạt được của chi tiết cắt thử thứ i L : kích thướctrung bình cộng của loạt chi tiết cắt thử.
Trong đó, n là số lượng chi tiết cắt thử của một loạt trong một lần điều chỉnh máy. Phương sai của đường cong phân bố tức thời xác định theo công thức:
Trong khoảng ± 3σ, các nhánh của đường cong gần sát với trục hoành và giới hạn tới 99,73% toàn bộ diện tích của nó. Như vậy, trong phạm vi ± 3σ đường cong phân bố chuẩn chứa tới 99,73% số chi tiết trong cả loạt cắt thử.
Hình 2.7: Đường cong
Ý nghĩa: Giả sử có hai đường cong phân bố kích thước y1 và y2 với khoảng phân tán tương ứng là 6σ1 và 6σ2. Dung sai của kích thước cần gia công là T. Ta thấy rằng, y2 có cấp chính xác cao hơn y1 (vì σ2 < σ1) và y2 có 6σ2 < T nên sẽ không có phế phẩm, còn y1 có 6σ1 > T nên sẽ có phế phẩm.
Tuy nhiên, đường cong phân bố chuẩn mới chỉ thể hiện tính chất phân bố của các sai số ngẫu nhiên. Trong quá trình gia công, các sai số ngẫu nhiên, sai số hệ thống thay đổi, sai số hệ thống không đổi cũng đồng thời xuất hiện. Vì vậy, sau khi xác định
được phương sai σ của sai số ngẫu nhiên cần phải xác định quy luật biến đổi của sai số
hệ thống thay đổi B(t). Riêng sai số hệ thống không đổi A sẽ không ảnh hưởng đến sự
phân tán kích thước gia công và có thể triệt tiêu được nó khi điều chỉnh máy.
Như vậy, trong quá trình gia công, phân bố kích thước thực phải là tổ hợp của quy luật phân bố chuẩn và quy luật biến đổi sai số hệ thống thay đổi là quy luật đồng xác suất. Lúc này, đường cong phân bố kích thước sẽ phụ thuộc vào tỷ lệ B/ σ 3
Nếu sai số hệ thống thay đổi không tuyến tính với thời gian thì đường cong phân bố kích thước sẽ không đối xứng. Lúc đó, dù đảm bảo 6σ ≤ T nhưng có thể vẫn có phế phẩm.
Hình 2.10: Đường cong phân bố
Hình 2.9: Đường cong phân bố