Bài giảng Tổ chức sản xuất - Chương 5: Chất lượng bề mặt chi tiết gia công - Trương Quốc Thanh

1GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Chất lượng bề mặt chi tiết gia công ???
Chương 5:
CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG
2GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt:

 Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám,)

 Trạng thái và tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ cứng, 
chiều sâu lớp biến cứng, ứng suất dư,)

 Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc
(tính chống mòn, xâm thực, độ bềm mõi,)
CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
3GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
1.1Độ nhấp nhô tế vi:
Nhấp nhô tế vi đó chính là những vết xước rất nhỏ
được hình thành trong quá trình gia công. Đó chính là
độ nhám bề mặt, được đo bằng thông số:
+ Chiều cao nhấp nhô (Rz)
+ Sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra)
1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,)
4GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Chiều cao nhấp nhô (Rz): Là trung bình của 5 khoảng cách từ
5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhất của nhấp nhô trong chiều dài
chuẩn L
5
)hh()hh()hh()hh()hh(
5
)hhhhh()hhhhh(
Rz
10987654321
10864297531
−+−+−+−+−
=
++++−++++
=
1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,)
5GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra): Là trị số trung bình của
khoảng cách từ các đỉnh nhấp nhô đến đường trục toạ độ OX. 
∑
=
≈
n
1i
iy.n
1Ra
dx.y.
L
1Ra
L
0x
i∫
=
=
Tính gần đúng:
Tính chính xác:
1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,)
6GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Theo TCVN, độ nhám
chia làm 14 cấp, độ nhám
thấp nhất ứng với cấp 14 
(tức độ nhẵn cao nhất) 
0.08
0.05
0.02
0.01
0.080.20.0412
13
14Siêu tinh
(∇∇∇∇)
0.253.2
1.6
0.8
0.4
0.63
3.2
0.16
0.08
8
9
10
11Tinh
(∇∇∇)
10
6.3
2.5
1.25
0.82055
6
7Bán tinh
(∇∇)
8
2.5
320
160
80
40
80
40
20
10
1
2
3
4Thô
(∇)
Chiều dài chuẩn LRz
(µ)
Ra
(µ)
Cấp độ nhámChất lượng bề mặt
1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,)
7GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Độ nhám bề mặt và độ chính xác kích
thước có quan hệ chặc chẽ với nhau. 
Theo kinh nghiệm, người ta xác định độ
nhám thông qua cấp chính xác kích thước. Giá
trị độ nhám được lấy bằng 5 ÷ 20% dung sai
kích thước cần đạt được.
1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,)
8GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
1.2 Độ sóng bề mặt
Độ sóng bề mặt là chu kỳ không bằng phẳng của bề
mặt chi tiết máy được quan sát trong phạm vi lớn
hơn độ nhám (từ 1 ÷ 10mm). Để phân biệt độ nhám
và độ sóng, người ta dựa vào tỉ lệ gần đúng giữa
chiều cao nhấp nhô và bước sóng.
Biên soạn:
ThS. Trần Anh Sơn
1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,)
9GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Độ nhám: l/h = 0 ÷ 50
Độ sóng: L/H = 50 ÷ 1000
h – Chiều cao nhấp nhô tế vi.
l – Khoảng cách giữa hai đỉnh nhấp nhô tế vi
H – Chiều cao của sóng
L – Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng.
1. Tính chất hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ
nhám,)
10GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Tính chất cơ lý lớp bề mặt gia công được biểu thị
qua các thông số:

 Độ cứng bề mặt

 Sự biến đổi cấu trúc mạng tinh thể lớp bề mặt

 Độ lớn và dấu của ứng suất trong lớp bề mặt.

 Chiều sâu lớp biến cứng.
2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
11GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
2.1 Hiện tượng biến cứng bề mặt
Trong quá trình cắt, dưới tác dụng của lực cắt, mạng tinh thể ở
lớp bề mặt kim loại bị xô lệch, gây biến dạng dẻo ở vùng trước và
sau của lưỡi cắt. 
Giữa các tinh thể kim loại xuất hiện ứng suất. Thể tích riêng
tăng, mật độ kim loại giảm ở vùng cắt. Điều đó dẫn đến thay đổi cơ
tính lớp bề mặt
 Lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội, chắc lại và có độ cứng tế vi 
cao.

 Giới hạn bền, độ cứng, độ giòn tăng

 Tính dẻo dai của lớp bề mặt giảm

 Tính dẫn từ thay đổi

 Một số tính chất khác cũng thay đổi
2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
12GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng phụ
thuộc vào các yếu tố:

 Lực cắt:

 Nhiệt cắt:
 Mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng phụ thuộc
vào mối quan hệ giữa hai thông số: lực cắt và nhiệt cắt.
Lực cắt tăng  mức độ biến dạng
dẻo tăng  tăng mức độ biến cứng
và chiều sâu biến cứng
Nhiệt cắt tăng làm hạn chế hiện
tượng biến cứng lớp bề mặt.
2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
13GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
2.2 Ứng suất dư lớp bề mặt
Khi gia công, bề mặt chi tiết xuất hiện lớp ứng suất
dư. Trị số, dấu và chiều ứng suất dư phụ thuộc vào điều
kiện gia công.
2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
14GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Các nguyên nhân sinh ra ứng suất dư:

 Khi cắt vật liệu, trường lực cắt gây ra biến dạng
dẻo không đều ở từng khu vực thuộc lớp bề mặt. Khi
lực cắt thôi tác dụng, biến dạng dẻo gây ra ứng suất
dư.
2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
15GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Các nguyên nhân sinh ra ứng suất dư:

 Biến dạng dẻo sinh ra khi cắt làm chắc lớp bề mặt, làm
tăng thể thích riêng của lớp kim loại mỏng ngoài cùng. 
Trong khi đó, thể tích riêng của lớp kim loại bên trong vẫn
không đổi. Lớp kim loại ngoài cùng bị biến dạng dẻo làm
tăng thể tích riêng nên gây ra ứng suất dư nén; để cân
bằng thì lớp kim loại phía trong phải sinh ra ứng suất dư
kéo.
2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
16GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Các nguyên nhân sinh ra ứng suất dư:

 Nhiệt cắt sinh ra làm nung nóng cục bộ vùng cắt, làm giảm
modul đàn hồi của vật liệu. Sau khi cắt, lớp bề mặt bị làm nguội
nhanh và bị co lại gây nên ứng suất dư kéo; để cân bằng thì lớp
bên trong phải sinh ra ứng suất dư nén.
Biên soạn:
ThS. Trần Anh Sơn
2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
17GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Các nguyên nhân sinh ra ứng suất dư:

 Kim loại bị chuyển pha trong quá trình cắt và
nhiệt sinh ra ở vùng cắt làm thay đổi cấu trúc vật liệu
 làm thay đổi thể tích kim loại. Lớp kim loại nào
hình thành có thể tích riêng lớn sẽ sinh ra ứng suất
dư nén; lớp kim loại nào hình thành có thể tích riêng
bé sẽ sinh ra ứng suất dư kéo.
Biên soạn:
ThS. Trần Anh Sơn
2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
18GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
Chất lượng bề mặt

 Độ nhấp nhô tế vi

 Lớp biến cứng bề mặt

 Ứng suất dư lớp bề mặt
Khả năng làm việc

 Tính chống mòn

 Độ bền mỏi

 Tính chống ăn mòn hóa học

 Độ chính xác của các mối
lắp ghép
19GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
3.1 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính
chống mòn
a. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt
Chiều cao và hình dạng của nhấp nhô tế vi trên bề mặt cùng với
chiều của vết gia công có ảnh hưởng đến ma sát và mài mòn chi tiết.
Biên soạn:
ThS. Trần Anh Sơn
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
20GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Các đường a, b, c tương ứng với
3 độ nhám ban đầu khác nhau, độ
nhám của đường c là cao nhất. 
Rz(c) > Rz(b) > Rz(a)
Quá trình mòn theo thời gian:
0 ÷ ti : giai đoạn mòn ban đầu
ti ÷ Ti : giai đoạn mòn bình thường
Ti trở đi: giai đoạn mòn kịch liệt
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
21GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Tuổi thọ của cặp chi tiết có độ nhấp nhô tế vi ban đầu cao
nhất (đường c) tương ứng với giai đoạn mòn bình thường ngắn nhất
nên tuổi thọ thấp nhất: T3 < T2 < T1.
Như vậy, khi chế tạo chi tiết máy, cần giảm chiều cao nhấp
nhô ban đầu (Ra, Rz) đến giá trị độ nhám tối ưu, ứng với điều kiện
làm việc của chi tiết thì sẽ kéo dài tuổi thọ của chi tiết. 
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
22GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Ở đây, ta đề cập đến giá trị
độ nhấp nhô ban đầu tối ưu (Ratối ưu, 
Rztối ưu) vì còn phải xét đến điều
kiện làm việc nặng hay nhẹ của chi 
tiết máy. 
Khi giảm Ra qua khỏi giá trị
tối ưu Ra1, Ra2 thì sẽ bị mòn kịch
liệt vì lực hút giữa các phân tử làm
các phân tử trên bề mặt tiếp xúc
dễ bị khuếch tán.
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
23GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Tóm lại:

 Độ nhấp nhô tế vi ban đầu phải đạt giá trị tối ưu để
giảm độ mòn của chúng nhỏ nhất. 

 Nếu quá nhám các nhấp nhô sẽ bị phá vỡ và cắt đứt.

 Nếu quá nhẵn các phân tử sẽ bị khuếch tán  quá
trình mòn càng xảy ra nhanh chóng.
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
24GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
b. Ảnh hưởng của lớp biến cứng

 Làm nâng cao tính chống mòn

 Làm hạn chế tác động tương hỗ giữa các phân tử và tác động
tuơng hổ ở bề mặt tiếp xúc.

 Hạn chế Oxy khuếch tán vào bề mặt chi tiết, hình thành các
oxýt kim loại, gây ra hiện tượng ăn mòn hóa học.

 Hạn chế quá trình biến dạng dẻo toàn phần, quá trình này gây
ra hiện tượng chảy của kim loại, do đó có tác dụng chống mòn.

 Chiều sâu lớp biến cứng t cũng có ảnh hưởng đến tuổi thọ của
chi tiết.
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
25GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
c. Ảnh hưởng do ứng suất dư bề mặt:
Ứng suất dư lớp bề mặt ảnh hưởng không đáng kể đến tính
chống mòn của chi tiết.
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
26GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
3.2 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến độ bền mõi
của chi tiết
a. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt

 Độ nhám bề mặt càng lớn thì các vết nứt tế vi càng tăng.
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
27GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Nguyên nhân: do ứng suất
tập trung với trị số lớn ở các
đáy của các nhấp nhô, ứng
suất này sẽ hình thành các vết
nứt tế vi, làm giảm độ bền mõi
của chi tiết. Đây là nguồn gốc
phá hỏng chi tiết.
Ví dụ: khi tiện thép C45 với Rzbđ khác nhau:
Rz=75 µmgiới hạn mỏi σ-1=195MN/mm2
Rz=2 µmgiới hạn mỏi σ-1=282MN/mm2
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
28GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
b. Ảnh hưởng của lớp biến cứng
Lớp biến cứng bề mặt tăng giúp tăng độ bền mỏi của chi tiết
(khoảng 20%)
Nguyên nhân: 
 Lớp biến cứng bề mặt hạn chế gây ra các vết nứt tế vi, 
nhất là các bề mặt có ứng suất dư nén.
 Khi chi tiết làm việc ở môi trường có nhiệt độ cao, lớp
biến cứng bề mặt giúp hạn chế quá trình khuếch tán
của các phân tử lớp bề mặt chi tiết.
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
29GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
c. Ảnh hưởng do ứng suất dư bề mặt:

 Ứng suất dư nén làm tăng độ bền mõi

 Ứng suất dư kéo làm giảm độ bền mõi
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
30GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
3.3 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính chống
ăn mòn hóa học
a. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt

 Bề mặt nhấp nhô sẽ tạo điều kiện chứa các tạp chất như
muối, acid, gây ra ăn mòn hóa học.

 Chiều và hướng ăn mòn xảy ra từ đỉnh đến đáy các nhấp
nhô. Các đỉnh nhấp nhô cũ sẽ bị ăn mòn và hình thành các
nhấp nhô mới. Quá trình xảy ra liên tục.
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
31GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Bề mặt chi tiết càng
nhẵn bóng thì càng ít bị ăn
mòn. Bán kính các đáy
nhấp nhô càng lớn thì khả
năng chống ăn mòn hóa
học càng cao
Khắc phục: mạ crôm, 
kẽm, làm chắc bề mặt,
3 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
32GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
b. Ảnh hưởng của lớp biến cứng

 Biến dạng dẻo gây nên sự không đồng nhất tế vi của kim loại, 
trong đó, sinh ra nhiều phần tử ăn mòn. Nhất là ở mặt trượt, 
gây ra hiện tượng hấp thụ mạnh, tăng cường quá trình ăn mòn
và khuếch tán ở lớp bề mặt.

 Sau khi gia công, lớp bề mặt bị biến cứng. Tăng lớp biến cứng
bề mặt thì khả năng chống ăn mòn tăng lên.

 Các phương pháp làm tăng lớp biến cứng bề mặt: nhiệt luyện, 
lăn ép,
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
33GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
c. Ảnh hưởng do ứng suất dư bề mặt:

 Ứng suất dư ít ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn của
chi tiết.
3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy
34GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

 Độ bền các mối lắp ghép phụ thuộc vào độ nhám các bề mặt
lắp ghép. Chiều cao nhấp nhô Ra, Rz tham gia vào trường
dung sai chế tạo chi tiết máy.

 Đối với lỗ: dung sai của kích thước đường kính lỗ sẽ giảm đi
một lượng bằng 2Rz

 Đối với trục: dung sai của kích thước đường kính trục sẽ tăng
lên một lượng bằng 2Rz
4. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính
năng lắp ghép
35GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Đối với mối lắp lỏng: chiều cao nhấp nhô Rz có thể giảm đi
65 ÷ 75%, làm khe hở lắp ghép tăng lên  giảm độ chính xác của
mối lắp. Do đó, đối với mối lắp lỏng cần giảm độ nhấp nhô tế vi 
(tăng độ nhẵn).
4. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính
năng lắp ghép
36GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Đối với mối lắp chặt: chiều cao nhấp nhô tế vi Rz tăng thì độ
bền lắp ghép giảm. Vì khi lắp ghép, các nhấp nhô bị san bằng làm
cho độ dôi thực tế của mối lắp ít hơn so với trên tính toán.
4. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính
năng lắp ghép