Nhám bề mặt

3.5.1 - Khái niệm

- Bề mặt chi tiết sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà tồn tại những nhấp nhô. Những nhấp nhô này là kết quả của quá trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết sau khi cắt gọt lớp kim loại do vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt của chi tiết gia công, là ảnh hưởng của rung động khi cắt, do tính chất của vật liệu gia công, do chế độ cắt, các thông số dụng cụ cắt, do dung dịch trơn nguội và nhiều nguyên nhân khác ... Tuy nhiên sự không bằng phẳng này có những bước khác nhau và độ lớn khác nhau. Tuỳ theo độ lớn của các nhấp nhô người ta phân chúng thành ba dạng sai số.

+) Dạng 1: Độ không phẳng bề mặt +) Dạng 2: Độ sóng bề mặt

- Người ta còn xác định bước sóng và tỷ lệ các bước đó với chiều cao nhấp nhô phù hợp với từng loại sai số.

- Loại nhấp nhô có chiều cao h1 là độ không phẳng bề mặt - Loại nhấp nhô có chiều cao h2 là độ sóng bề mặt

- Loại nhấp nhô có chiều cao h3 là độ nhám bề mặt

Khi l /h > 1000  sai số đó thuộc về độ không phẳng bề mặt Khi l /h < 1000  sai số đó thuộc về độ sóng bề mặt

Khi l /h  50  sai số đó thuộc về độ nhám bề mặt

3.5.2. Ảnh hưởng của nhám bề mặt

- Nhám bề mặt là một thông số hình học ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sử dụng của chi tiết máy và bộ phận máy. Đối với các chi tiết trong mối ghép động (ổ trượt, sống dẫn, con trượt ...) bề mặt chi tiết làm việc trượt tương đối với nhau, nên khi nhám càng lớn càng khó khăn cho việc hình thành màng dầu bôi trơn, dẫn đến trạng thái làm việc với ma sát nửa ướt, thậm chí cả ma sát khô, do đó giảm hiệu suất làm việc, tăng nhiệt độ làm việc. Mặt khác, tại các đỉnh tiếp xúc, lực tập trung lớn, ứng suất lớn, vượt quá ứng suất cho phép phát sinh biến dạng chảy làm phá hỏng bề mặt tiếp xúc, bề mặt bị mòn nhanh nhất là giai đoạn mòn ban đầu. Khi đó làm giảm thời hạn sử dụng của chi tiết.

- Đối với các mối ghép có độ dôi lớn, khi ép 2 chi tiết vào nhau thì nhám bề mặt bị san phẳng. Khi nhám bề mặt càng lớn thì lượng san phẳng càng lớn, độ dôi lắp ghép càng giảm, do đó giảm độ bền của mối ghép.

- Nhám bề măt cũng ảnh hưởng tới độ bền của các chi tiết. Đối với những chi tiết chịu tải chu kỳ và đổi dấu thì tại đáy các nhấp nhô là nơi tập trung ứng suất và gây ra các vết nứt tế vi, trong quá trình sử dụng các vết nứt này dần dần phát triển và cuối

cùng chi tiết bị phá hủy vì mỏi. Khắc phục bằng cách làm giảm chiều cao nhấp nhô bề mặt dẫn tới giảm khả năng xuất hiện ứng suất trên bề mặt do đó tăng giới hạn mỏi. Ví dụ: gia công tinh xác các chi tiết như mài nghiền, đánh bóng ... sẽ làm tăng đáng kể độ bền mỏi của chi tiết.

- Nhám càng nhỏ thì bề mặt càng nhẵn, khả năng chống lại sự ăn mòn càng tốt, bề mặt chi tiết càng bị lâu gỉ, đặc biệt là khi không sử dụng lớp phủ. Ví dụ : bề mặt của các xylanh, động cơ ...

3.5.3 - Các chỉ tiêu đánh giá

- Nhám bề mặt được đánh giá bằng độ nhấp nhô của profil được tạo thành bởi giao tuyến giữa bề mặt thực và mặt phẳng vuông góc với bề mặt thực. Nó nhận được bằng cách cắt bề mặt thực bằng một mặt phẳng, thường là mặt phẳng pháp tuyến.

- Khác với sai lệch hình dạng và độ sóng bề mặt có bước nhấp nhô profil tương đối lớn, nhám bề mặt có bước nhấp nhô profil tương đối nhỏ, và được đánh giá trong một giới hạn phần bề mặt có chiều dài xác định gọi là chiều dài chuẩn l

- Chuẩn để đánh giá nhám là các yếu tố hình học được xác định trong phạm vi chiều dài chuẩn, được tính toán so với đường trung bình của profil bề mặt.

* Khái niệm về đường trung bình m:

Đường trung bình prôfin m là đường chuẩn, có hình dáng của prôfil danh nghĩa của bề mặt và chia prôfil thực trong phạm vi chiều dài chuẩn l sao cho tổng bình phương khoảng cách từ các điểm của prôfil thực tới đường này là nhỏ nhất.

n 

1 2 2

i min

y

Hoặc có thể xác định vị trí đường trung bình theo biểu đồ biên dạng. Nó là đường thẳng xác định trong chiều dài chuẩn chia prôfin thực làm hai phần có tổng diện tích các đỉnh lồi và đáy lõm bằng nhau.

F1 + F3 + FI = F2 + F4 + F6l l F1 F2 F3 F4 F5 F6

* Chiều dài chuẩn l: Là phần chiều dài của bề mặt chi tiết được lựa chọn để

đo độ nhám mà trong đó không có sự tham gia của các loại nhấp nhô khác có bước lớn hơn chiều dài chuẩn l

Tiêu chuẩn qui định chiều dài tiêu chuẩn có các trị số sau 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25mm.

- Theo TCVN 2511 - 95 có các chỉ tiêu để đánh giá: a) Sai lệch trung bình số học của prôfin Ra:

Là trị số trung bình của các khoảng cách từ prôfin thực tới đường trung bình trong giới hạn chiều dài chuẩn.

Ra =   1  0 ) x ( dx y hoặc tính gần đúng: Ra  n 1 n 1 i y

b) Sai lệch bình phương trung bình của prôfin Rq.

     n i l q y n dx x y l R 1 2 0 2 1 ) ( 1

c) Chiều cao trung bình nhấp nhô của prôfin theo 10 điểm:

Là giá trị trung bình của trị tuyệt đối của chiều cao 5 điểm cao nhất của phần lồi và 5 điểm thấp nhất của phần lõm tới đường trung bình m trong giới hạn chiều dài chuẩn.

55 5 / / / / 5 1 min 5 1 max 5 1 min 5 1 max         i i i i Z h h H H R

Trong đó hi max và hi min là khoảng cách từ 5 điểm cao nhất và 5 điểm thấp nhất tới đường thẳng song song nằm phía dưới và không cắt prôfin thực.

d) Chiều cao trung bình của các nhấp nhô R:

Là giá trị trung bình của chiều cao các nhấp nhô của prôfin trong giới hạn chiều dài chuẩn.

e) Chiều cao lớn nhất của các nhấp nhô Rmax: là khoảng cách giữa đỉnh cao nhất của phần lồi và đáy thấp nhất của phần lõm của Prôfin trong giới hạn chiều dài chuẩn.

f) Bước trung bình của các nhấp nhô profil – Sm : là giá trị trung bình của bước

nhấp nhô của profil trong giới hạn chiều dài chuẩn.   n mi m S n S 1 1

g) Bước trung bình của các nhấp nhô theo đỉnh S: là giá trị trung bình khoảng cách giữa các đỉnh của các nhấp nhô trong giới hạn chiều dài chuẩn.

 n Si  n Si n S 1 1

h) Chiều dài tựa tương đối của Prôfin tp: là tỷ số giữa chiều dài tựa của Prôfin tp và chiều dài chuẩn  tính theo %.

%100 100 ). 1 ( 1    n i i P b l t

trong đó: tp – chiều dài tựa tương đối của profil

bi - giới hạn bởi Prôfin thực theo đường thẳng cho trước song song với đường chuẩn

 Chiều dài tựa của Prôfin được xác định trên mức thiết diện p tức là trên khoảng cách cho trước giữa đường đỉnh và đường song song với đường đỉnh cắt Prôfin thực. Trong đó đường đỉnh là đường đi qua đỉnh cao nhất của Prôfin song song với đường trung bình

- Ngoài các thông số này, tùy theo điều kiện làm việc của chi tiết, người thiết kế có thể quy định thêm các các yêu cầu phụ về hướng nhấp nhô bề mặt. Hướng nhấp nhô bề mặt là hình vẽ quy ước được tạo thành bởi các hình chiếu vuông góc của các điểm cao nhất và thấp nhất của nhấp nhô bề mặt trên mặt phẳng trung bình. Việc quy định hướng nhấp nhô được dùng cho các bề mặt ma sát đối tiếp có chuyển động tương đối với nhau để dẫn hướng hoặc dẫn hướng cho các dòng chảy hoặc khí chuyển động so với bề mặt cũng như để đảm bảo độ ổn định chống rung và độ bền khi chịu tải chu kỳ.

3.5.3 - Lựa chọn giá trị độ nhám và cách kí hiệu trên bản vẽ:

- Việc chọn các giá trị độ nhám cần xuất phát từ điều kiện làm việc của sản phẩm và các yêu cầu của bề mặt cần quy định nhám trong quá trình làm việc, đồng thời cũng quan tâm đến phương pháp gia công để đạt được nhám bề mặt yêu cầu. Khi yêu cầu về nhám bề mặt tăng thì chi phí cho gia công cũng tăng. Tuy nhiên cũng không thể giảm chi phí gia công tới mức có thể làm hư hỏng nhanh các bề mặt làm việc của mối ghép.

- Trong thực tế sản xuất thường đánh giá nhám qua 2 thông số: Ra và RZ. Việc lựa chọn thông số nào (Ra hay RZ) phụ thuộc vào chất lượng yêu cầu và đặc tính kết cấu của bề mặt. Trong sản xuất sử dụng phổ biến thông số Ra vì cho phép đánh giá đầy đủ và chính xác những bề mặt có yêu cầu nhám trung bình, còn đối với những bề mặt quá thô hoặc quá nhỏ thì sử dụng chỉ tiêu RZ cho ta đánh giá chính xác hơn.

- Khi hình dáng nhấp nhô liên quan tới khả năng chịu tải chu kỳ của các chi tiết máy được thể hiện qua các thông số: S, Sm , tP , Rmax

- Độ bền mòn, độ cứng tiếp xúc, độ bền của các mối ghép và các tính chất sử dụng liên quan tới diện tích tiếp xúc nên dùng thêm thông số tP

- Khi thiết kế chi tiết máy, nên áp dụng nguyên tắc tương tự để lựa chọn thông số và trị số độ nhám nghĩa là nên chọn chúng giống với bề mặt của những chi tiết có điều kiện làm việc tương tự đã qua sử dụng và được đánh giá là hợp lý.

- Cần nhận thấy rằng nhám bề mặt nhỏ gây khó khăn cho quá trình gia công, tuy nhiên trong một số trường hợp chúng cũng gây tác hại cho quá trình sử dụng.

+) Ví dụ: chi tiết xéc măng trong động cơ đốt trong lấy từ 1  1,25 m là hợp lý còn Ra = 0,32 thì mòn nhanh vì khi đó nó sẽ không giữ được màng dầu bôi trơn.

- Trong các bản vẽ thiết kế, để thể hiện yêu cầu nhám bề mặt, ta dùng kí hiệu như sau:

+) 1 : ghi 2 nội dung

- Tên thông số và trị số được lựa chọn. Riêng đối với thông số Ra không cần ghi tên mà chỉ cần ghi trị số.

- Nếu cần quy ước phương pháp gia công ta quy ước như sau: - phương pháp gia công có phoi

- phương pháp gia công không phoi (cán, lăn ép, nong ...)

Tuy nhiên nếu không ghi quy ước thì không cần ghi kí hiệu để cho người công nghệ tự lựa chọn phương pháp gia công. Ví dụ: để gia công bu lông có thể sử dụng gia công có phoi là tiện, hoặc gia công không phoi bằng cán ren.

+) 2 - nếu cần quy định phương pháp gia công tinh lần cuối thì ghi tên phương pháp vào vị trí này.

+) 3 - nếu cần quy định chiều dài chuẩn thì ghi trị số chiều dài chuẩn được lựa chọn vào vị trí này.

+) 4 - nếu cần quy định phương các nhấp nhô thì ghi theo kí hiệu sau - phương các nhấp nhô //

- phương các nhấp nhô vuông góc X - phương các nhấp nhô giao nhau C - phương các nhấp nhô hình tròn

R - phương các nhấp nhô hướng kính m - phương các nhấp nhô tùy ý

Ví dụ: mµi nghiÒn 0,8 C 0,32 1 2 3 4

CHƯƠNG IV DUNG SAI LẮP GHÉP TRỤ TRƠN