2. Hệ thống dung sai lắp ghép bề mặt trơn
3.1. Nguyên nhân chủ yếu gây ra sai số trong quá trình gia công
3.1.1. Khái niệm về độ chính xác gia công
Sau khi gia công, các chi tiết có thể đạt được những mức độ khác nhau về các yếu tố hành học so với bản vẽthiết kế đề ra. Mức độ khác nhau đó gọi là độ chính xác gia công.
Hình 1.14: Sơ đồ lắp hệ thống lỗcơ bản
26 Độ chính xác gia công của mỗi chi tiết bao gồm những yếu tố sau:
- Độ chính xác về kích thước
- Độ chính xác về hình dạng hình học và vị trí tương quan giữa các bề mặt. - Độ nhám bề mặt.
Độchính xác gia công đạt được có thể khác nhau. Chi tiết sản xuất ra có thể khác nhau với yêu cầu hoặc cùng một yếu tố hình học nhưng ở chi tiết này lại khác chi tiết kia, đó là do những sai số sinh ra trong quá trình gia công.
3.1.2. Nguyên nhân chủ yếu gây ra sai số trong quá trình gia công Sai số gia công do rất nhiều nguyên nhân gây ra
* Độ chính xác của máy, đồ gá và tình trạng của chúng khi bị mòn.
Độ chính xác của máy thấp hoặc khi máy đã bị mìn sẽ gây ra sai số cho các chi tiết gia công trên máy
Ví dụ: - Cổ trục chính máy tiện bị mòn, khi chuyển động trục bị đảo làm chi tiết gia công không tròn
- Sống trượt không song song với tâm trục chính gây ra độ côn trên chi tiết gia công. - Trong đồ gá khoan lỗ, nếu vị trí của ống dẫn hướng kém chính xác do chế tạo hoặc do bị mòn thì vị trí các lỗ khoan sẽ bị sai lệch.
* Độ chính xác của dụng cụ cắt.
Những dụng cụ định kích thước như mũi khoan, mũi doa, bàn ren, ta rô... có đường hính sai hoặc bị mòn sẽ làm cho kích thước của chi tiết gia công cũng bị sai đi.
* Độ cứng vững của hệ thống máy –đồ gá – dao –chi tiết gia công. Độ cúng vững của hệ thống kém thì sai số gia công càng lớn
* Biến dạng do kẹp chặt chi tiết.
Khi kẹp chặt những chi tiết có thành mỏng thì dưới tác dụng của lực kẹp, chi tiết dễ bị biến dạng. Sau khi gia công xong, tháo chi tiết ra, do biến dạng đàn hồi, nó sẽ trở lại hình dạng ban đầu làm cho mặt vừa gia công bị sai đi
Hình 1.16: Biến dạng chi tiết do kẹp chặt
27 c) Lỗ sau khi gia công;d) Sản phẩm tháo ra khỏi máy
* Biến dạng vì nhiệt và ứng suất bên trong
Trong quá trình gia công, nhiệt phát sinh: chi tiết gia công, dụng cụ cắt, dụng cụ đo và các bộ phận máy đều chịu ảnh hưởng của nhiệt, các ảnh hưởng đó sẽ tác động vào chi tiết gia công làm cho hình dạng, kích thước của chi tiết gia công bị sai lệch.
* Rung động phát sinh trong quá trình cắt.
Rung động sẽ gây ra sai số gia công và ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt của chi tiết gia công.
* Phương pháp đo, dụng cụ đo và những sai số do người thợ gây ra.
Sai số chịu ảnh hưởng của đồng thời của nhiều yếu tố phức tạp như vậy nên nó muôn hình muôn vẻ. Để ngăn ngừa và hạn chế được sai số phát sinh, cần phân biệt được các loại sai số và những đặc tính biến thiên của chúng.
3.2. Sai số về hình dạng và vị trí bề mặt của chi tiết gia công.
3.2.1. Sai số và dung saihình dạng. 3.2.1.1. Khái niệm
Sai lệch giữa bề mặt thực hoặc prôfin thực nhận được sau khi gia công so với bề mặt danh nghĩa hoặc prôfin danh nghĩa đã cho trên bản vẽ gọi là sai lệch hình dạng. Về trị số sai lệch hình dạng được tính bằng khoảng cách lớn nhất giữa bề mặt thực hoặc prôfin thực tới bề mặt áp hoặc prôfin áp trong giới hạn chiều dài chuẩn L.
* Các khái niệm cơ bản:
- Bề mặt thực là bề mặt trên chi tiết gia công và cách biệt nó với môi trường xung quanh.
- Prôfin thực là đường biên của mặt cắt qua bề mặt thực.
- Bề mặt áp là bề mặt có hình dạng của bề mặt danh nghĩa ( bề mặt hinh fhọc đúng trên bản vẽ) tiếp xúc với bề mặt thực và được bố trí ở ngoài vật liệu chi tiết sao cho sai lệch từ bề mặt áp tới điểm xa nhất của bề mặt thực có giá trị nhỏ nhất.
- Prôfin áp là đường biên của mặt cắt qua bề mặt áp.
3.2.1.2. Các loại sai số hình dạng ( TCVN 2520 – 78, TCVN 10 – 85) Sai số hình dạng hình học được
chia làm hai loại: Sai số hình dạng mặt trụ và sai số hình dạng mặt phẳng
28
a.Sai số hình dạng mặt phẳng
Sai số dạngdáng bề mặt phẳng được đặc trưng bởi độ phẳng và độ thẳng
- Sai lệch độ thẳng: là khoảng cánh lớn nhất từ các điểm trên prôifn thực đến đường thẳng áp trong giới hạn chiều dài chuẩn L
- Sai lệch độ phẳng: là khoảng cánh lớn nhất từ các điểm trên bề mặt thực đến mặt phẳng áp tương ứng trong giới hạn phần chuẩn L
Các sai lệch thành phần của độ không phẳng:
Độ lồi:là sai lệch của độ phẳng (hoặc độ thẳng) mà khoảng cách từ các điểm của bề mặt thực đến mặt phẳng (đường thẳng) áp được giảm đi từ mép ngoài đến và giữa.
Độ lõm:là sai lệch của độ phẳng(hoặc độ thẳng) mà khoảng cách từ các điểm của bề mặt thực đến mặt phẳng(đường thẳng) áp được tăng lên từ ngoài mép đến vào giữa.
b. Sai số hình dạng bề mặt trụ(sai lệch về độ trụ)
Chỉ tiêu tổng hợp để đánh giá sai số hình dạng bề mặt trụ là độ không trụ là khoảng cách lớn nhất từ các điểm của bề mặt thực tới mặt trụ cản tiếp trong giới hạn phần chiều dài chuẩn L.
Các chỉ tiêu thành phần được xác định trong mặt cắt dọc và mặt cắt ngang: * Theo phương mặt cắt ngang (mặt cắt vuông góc với trục) có:
- Sai lệch độ tròn (độ không tròn): Là khoảng cách lớn nhất từ các điểm của prôfin thực đến vòng tròn áp.
Hình 1.18
Hình 1.17
29 Khi phân tích sai lệch hình dạng theo phương ngang người ta còn xét đến các dạng thành phần của sai lệch độ tròn là độ ôvan và độ phân cạnh.
Độ ôvan:Là sai lệch độ tròn mà prôfin thực là hình ôvan
Độ phân cạnh (độ đa cạnh) là sai lệch độ tròn mà prôfin thực là hình nhiều cạnh.
Ta tính theo công thức sau
* Theo phương mặt cắt dọc: Có sai hình dáng mặt cắt dọc, chỉ tiêu tổng hợp là sai lệch prôfin mặt cắt dọc
- Sai lệch prôfin mặt cắt dọc: Là khoảng cách lớn nhất từ các điểm trên prôfin thực, nằm trong mặt phẳng đi qua trục của nó, đến phía cạnh tương ứng của prôfin áp trong giới hạn chiều dài phần chuẩn.
Hình 1.20 Sai lệch độ tròn
Độ ô van Độ phân cạnh Hình 1.21
30
- Các chỉ tiêu thành phần bao gồm:Độ côn, độ phình và độ thắt
+ Độ côn:Hai đường sinh là hai đường thẳng nhưng không song song với nhau.
+ Độ phình( độ trống): Các đường sinh không thẳng và lồi ở giữa( các đường kính
tăng từ mép biên đến giữa mặt cắt).
+ Độ thắt(độ yên ngựa): Các đường sinh không thẳng và thắt ở giữa (các đường kính giảm từ mép biên đến giữa mặt cắt)
3.2.2. Sai số và dung sai vị trí bề mặt.
3.2.2.1. Khái niệm
Sai số vị trí tương quan giữa các bề mặt là lượng sai lệch lớn nhất giữa bề mặt thực, đường tâm hay trục đối xứng của các bề mặt so với mặt chuẩn nào đó. Về trị số của sai số
Hình 1.23. Sai lệch Prôfin độ côn
Hình 1.24. Sai lệch Prôfin độ phình
31 hình dạng và sai số vị trí không được phép lấy bằng dung sai của kích thước tương ứng mà thường lấy bằng ( 4 1 2 1 )T 3.2.2.2. Các loại sai số vị trí( TCVN 2520 – 78, TCVN 10 – 85)
a. Sai lệch độ song song (độ không song song)
- Sai lệch độ song song của mặt phẳng bằng hiệu khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất giữa các mặt phẳng áp trong giới hạn phần chuẩn
- Sai lệch độ song song của đường tâm với mặt phẳng hoặc mặt phẳng với đường tâm bằng hiệu khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất giữa đường tâm và mặt phẳng trong giới hạn chiều dài chuẩn.`
- Sai lệch độ song song các đường tâm( hoặc đường thẳng) trong không gian là tổng hình học các sai lệch độ song song của đường tâm trong hai mặt phẳng vuông góc với nhau. Trong đó một là mặt phẳng chung của đường tâm.
b. Sai lệch về độ vuông góc( độ không vuông góc) - Sai lệch về độ vuông góc giữa hai
mặt phẳng là sai lệch góc giữa các mặt phẳng so với góc vuông biểu thị bằng đơn vị dài trên chiều dài phần chuẩn.
- Sai lệch về độ vuông góc của mặt phẳng hoặc đường tâm đối với đường tâm là sai lệch góc giữa mặt phẳng hoặc đường tâm và đường tâm chuẩn so với góc vuông, biểu thị bằng đơn vị dài trên chiều dài của phần
// 0,01 A
A
Hình 1.26. Sai lệch độ song song của mặt phẳng
Hình 1.27. Sai lệch độ vuông
32 chuẩn.
c.Sai lệch về độ đồng tâm( độ không đồng tâm)
- Sai lệch về độ đồng tâm đối với đường tâm bề mặt chuẩn là khoảng cách lớn nhất giữa đường tâm của bề mặt khảo sát với đường tâm của bề mặt chuẩn trên chiều dài chuẩn.
Sai lệch độ đồng tâm đối với đường tâm chung là khoảng cách lớn nhất giữa đường tâm của bề mặt khảo sát với đường tâm của bề mặt chuẩn trên chiều dài chuẩn L (L1
hoặcL2).
d.Sai lệch về độ đảo
- Sai lệch về độ đảo mặt đầu là hiệu khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất từ các điểm của prôfin thực của mặt mút tới mặt phẳng vuông góc với đường tâm chuẩn.
Hình 1.28. Sai lệch về độ đồng tâm
33 - Sai lệch về độ đảo hướng kính là hiệu khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất từ các điểm của prôfin thực của bề mặt quay tới đường tâm chuẩn trong mặt cắt vuông góc với đường tâm chuẩn.
g. Sai lệch về độ đối xứng
- Sai lệch về độ đối xứng đối với mặt phẳng đối xứng của yếu tố chuẩn là khoảng cách lớn nhất giữa mặt phẳng( đường tâm) đối xứng của phần tử được khảo sát và mặt phẳng đối xứng của phần tử chuẩn trong giới hạn phần chuẩn.
3.2.3. Các dấu hiệu và ký hiệu dung sai hình dạng và vị trí.
Để quy định cách hiểu thống nhất các yêu cầu trên bản vẽ về sai lệch hình dạng, vị trí bề mặt TCVN 10-85 đã soạn thảo các dấu hiệu quy ước:
34
- Các dấu hiệu tượng trưng và trị số cho phép của sai lệch hình dạng và vị trí được đặt
trong khung chữ nhật.
- Các khung này được nối bằng đường dóng có mũi tên tới đường biên của bề mặt hoặc đường kích thước của thông số hay đường trục đối xứng nếu sai lệch thuộc về đường trục chung
- Khung chữ nhật được chia thành 2 hoặc 3 ô: Ô số1: Ghi dấu hiệu tượng trưng
Ô số 2 : Ghi trị số sai lệch giới hạn
Ô số 3: Ghi yếu tố chuẩn hoặc bề mặt khác có liên quan
35
3.3. Nhám bề mặt
3.3.1. Khái niệm.
Bề mặt của 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. Những nhấp nhô đó không phải đều thuộc về nhám bề mặt mà tuỳ thuộc theo độ lớn của các nhấp nhô người ta phân ra làm ba dạng sai số:
Dạng 1: Độ không phẳng bề mặt( sai lệch hình dạng) Dạng 2: Độ sóng bề mặt
36
Người ta còn xác định bước sóng và tỷ lệ các bước sóng 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 nó thuộc về sai số hình dáng.
- Loại nhấp nhô có chiều cao h2là độ sóng bề mặt. - Loại nhấp nhô có chiều cao h3là độ nhám bề mặt.
Người ta dựa vào tỷ số giữa bước nhấp nhô l và chiều cao nhấp nhô h 50
h
l : sai số thuộc về độ nhám bề mặt
: sai số thuộc về độ sóng bề mặt
: sai số thuộc về độ không phẳng bề mặt
Vậy nhám bề mặt là những nhấp nhô tế vi có bước và chiều cao nhấp nhô nhỏ, nó ảnh hưởng nhiều đến chất lượng bảo vệ và độ bền của các chi tiết máy. Hay nhám là mức độ cao thấp của các nhấp nhô xét trong một phạm vihẹp của bề mặt gia công.
Nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc của chi tiết máy. Đối với những 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 đảm bảo hình thành màng dầu bôi trơn bề mặt trượt. Dưới tắc dụng của tải trọng các đỉnh nhám tiếp xúc với nhau gây ra hiện tượng ma sát nửa ướt, thậm trí của ma sát khô, do đó giảm thấp hiệu suất làm việc, tăng nhiệt độ làm việc của mối ghép. 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 phá hỏng bề mặt tiếp xúc, làm bề mặt bị mòn nhanh, nhất là thời kỳ mòn ban đầu. Thời kỳ mòn ban đầu càng ngắn thì thời hạn phục vụ của chi tiết càng giảm.
37 Đối với mối ghép có độ dôi lớn khi ép hai chi tiết vào nhau thì nhám bị sang phẳng, nhám càng lớn thì lượng san phẳng càng lớn, độ dôi của mối ghép càng giảm nhiều, giảm độ bề chắc của mối ghép.
Đối với những chi tiết làm việc ở trạng thái chịu tải chu kỳ và tải trọng động thì nhám là nhân tố tập trung ứng dễ phát sinh rạn nứt làm giảm độ bền mỏi của chi tiết.
Nhám càng nhỏ thì bề mặt càng nhẵm, khả năng chống lại sự ăn mòn càng tốt
3.3.2. Các chỉ tiêu đánh giá nhám bề mặt.
Nhám bề mặt được đánh giá bằng độ nhấp nhô của prôfin 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 prôfin tương đối lớn, nhám bề mặt có bước nhấp nhô prôfin 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 bề mặt là các yếu tố hình học được xác định trong phạm vi chiều dài chuẩn, được tính toán so với đường trung bình của prôfin bề mặt.
* Khái niệm đường trung bình m:
- Đường trung bình là đường chuẩn, có hình dáng của prôfin danh nghĩa của bề mặt và chia prôfin thực trong phạm vi chiều dài chuẩn l sao cho tổng bình phương khoảng cách từ các điểm của prôfin thực tới đường này ( y1, y2, ...yn) là nhỏ nhất.
Hoặc có thể xác định đường trung bình là đường thẳng xác định trong chiều dài chuẩn chia prôfin thực ra làm hai phần có tổng diện tích các đỉnh lồi và đỉnh lõm bằng