Công nghệ chế tạo máy - Chương 2: Chất lượng bề mặt chi tiết máy

 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
Ch−ơng 2 
 Chất l−ợng bề mặt chi tiết máy 
 Chất l−ợng sản phẩm trong ngành chế tạo máy bao gồm chất l−ợng chế tạo 
các chi tiết máy và chất l−ợng lắp ráp chúng thành sản phẩm hoàn chỉnh. 
Để đánh giá chất l−ợng chế tạo các chi tiết máy, ng−ời ta dùng 4 thông số cơ 
bản sau: 
 - Độ chính xác về kích th−ớc của các bề mặt. 
 - Độ chính xác về hình dạng của các bề mặt. 
 - Độ chính xác về vị trí t−ơng quan giữa các bề mặt. 
 - Chất l−ợng bề mặt. 
 Ch−ơng này chúng ta nghiên cứu các yếu tố đặc tr−ng của chất l−ợng bề mặt, 
ảnh h−ởng của chất l−ợng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy, các yếu tố 
ảnh h−ởng đến chất l−ợng bề mặt và các ph−ơng pháp đảm bảo chất l−ợng bề mặt 
trong quá trình chế tạo chi tiết máy. 
2.1- các yếu tố đặc tr−ng cho chất l−ợng bề mặt 
 Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc rất nhiều vào chất l−ợng của lớp 
bề mặt. Chất l−ợng bề mặt là chỉ tiêu tập hợp nhiều tính chất quan trọng của lớp bề 
mặt: 
 - Hình dạng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám...) 
 - Trạng thái và tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu biến 
cứng, ứng suất d−...) 
 - Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi tr−ờng làm việc (tính chống mòn, 
khả năng chống xâm thực hóa học, độ bền mỏi...) 
 2.1.1- Tính chất hình học của bề mặt gia công 
 Tính chất hình học của bề mặt gia công đ−ợc đánh giá bằng độ nhám bề mặt 
và độ sóng bề mặt. 
 a) Độ nhám bề mặt (hình học tế vi, độ bóng) 
 Trong quá trình cắt, l−ỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo 
ra những vết x−ớc cực nhỏ trên bề mặt gia công. Nh− vậy, bề mặt có độ nhám. 
 Độ nhám của bề mặt gia công đ−ợc đo bằng chiều cao nhấp nhô Rz và sai lệch 
profin trung bình cộng Ra của lớp bề mặt. 
 1 Chiều cao nhấp nhô Rz : là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt 
đối của chiều cao 5 đỉnh cao nhất và chiều sâu 5 đáy thấp nhất của profin tính trong 
phạm vi chiều dài chuẩn đo l. 
 Trị số Rz đ−ợc xác định nh− sau: 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
8 
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
( ) ( )
5
h..hhh..hh
R 1042931z
+++++= 
Chiều dài chuẩn l là 
chiều dài của phần bề mặt 
đ−ợc chọn để đo độ nhám 
bề mặt, không tính đến 
những dạng mấp mô khác 
có b−ớc lớn hơn l (sóng bề 
mặt chẳng hạn). 
 2 Sai lệch profin trung bình cộng Ra: là trung bình số học các giá trị 
tuyệt đối của khoảng cách từ các điểm trên profin đến đ−ờng trung bình, đo theo 
ph−ơng pháp tuyến với đ−ờng trung bình. 
y 
h1
h2
h3
h4
h5
h6
h9
h10
l 
Hình 2.1- Độ nhám bề mặt chi tiết.
Đ−ờng đỉnh Rmax
Đ−ờng đáy 
yn
y1
∫ ∑
=
≈=
1
0
n
1i
ixa yn
1
dxy
l
1
R 
Độ nhám bề mặt có ảnh h−ởng lớn đến chất l−ợng làm việc của chi tiết máy. 
Ví dụ: Đối với những chi tiết trong mối ghép động (ổ tr−ợt, sống dẫn, con 
tr−ợt...), bề mặt làm việc tr−ợt t−ơng đối với nhau nên khi nhám càng lớn càng khó 
đảm bảo hình thành màng dầu bôi trơn bề mặt tr−ợt. D−ới tác dụng của tải trọng, các 
đỉnh nhám tiếp xúc với nhau gây ra hiện t−ợng ma sát nửa −ớt, thậm chí cả ma sát 
khô, do đó giảm thấp hiệu suất làm vịêc, tăng nhiệt độ làm việc của mối ghép. Mặt 
khác, tại các đỉnh tiếp xúc, lực tập trung lớn, ứng suất lớn v−ợt quá ứng suất cho phép 
phát sinh biến dạng dẽo 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 gian phục vụ của chi tiết 
càng giảm. 
Đối với các mối ghép có độ dôi lớn, khi ép hai chi tiết vào nhau để tạo mối 
ghép thì các nhấp nhô bị san phẳng, nhám càng lớn thì l−ợng san phẳng càng lớn, độ 
dôi của mối ghép càng giảm nhiều, làm giảm độ bền chắc của mối ghép. 
Nhám càng nhỏ thì bề mặt càng nhẵn, khả năng chống lại sự ăn mòn càng tốt: 
bề mặt càng nhẵn bóng thì càng lâu bị gỉ. 
 Độ nhám bề mặt là cơ sở để đánh giá độ nhẵn bề mặt trong phạm vi chiều dài 
chuẩn rất ngắn l. Theo tiêu chuẩn Nhà n−ớc thì độ nhẵn bề mặt đ−ợc chia làm 14 cấp 
ứng với giá trị của Ra, Rz (cấp 14 là cấp nhẵn nhất, cấp 1 là cấp nhám nhất). 
 Trong thực tế sản xuất, ng−ời ta đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết máy theo các 
mức độ: thô (cấp 1 ữ 4), bán tinh (cấp 5 ữ 7), tinh (cấp 8 ữ 11), siêu tinh (cấp 12 ữ 14). 
 Trong thực tế, th−ờng đánh giá nhám bề mặt bằng một trong hai chỉ tiêu trên. 
Việc chọn chỉ tiêu nào là tùy thuộc vào chất l−ợng yêu cầu và đặc tính kết cấu của bề 
mặt. Chỉ tiêu Ra đ−ợc sử dụng phổ biến nhất vì nó cho phép ta đánh giá chính xác hơn 
và thuận lợi hơn những bề mặt có yêu cầu nhám trung bình. Với những bề mặt quá 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
9 
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
nhám hoặc quá bóng thì chỉ tiêu Rz lại cho ta khả năng đánh giá chính xác hơn là 
dùng chỉ tiêu Ra. Chỉ tiêu Rz còn đ−ợc sử dụng đối với những bề mặt không thể kiểm 
tra trực tiếp thông số Ra, nh− những bề mặt kích th−ớc nhỏ hoặc có profin phức tạp. 
 b) Độ sóng bề mặt 
 Độ sóng bề mặt là chu kỳ không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy đ−ợc 
quan sát trong phạm vi lớn hơn độ nhám bề mặt. 
 Ng−ời ta dựa vào tỷ lệ gần đúng 
giữa chiều cao nhấp nhô và b−ớc 
sóng để phân biệt độ nhám bề mặt 
và độ sóng của bề mặt chi tiết máy. 
l
L 
h
H
Hình 2.2- Tổng quát về độ nhám và độ sóng 
bề mặt chi tiết máy 
Độ nhám bề mặt ứng với tỷ lệ: 
 l/h = 0 ữ 50 
Độ sóng bề mặt ứng với tỷ lệ: 
 L/H = 50 ữ 1000 
trong đó, L: khoảng cách 2 đỉnh sóng. 
l: khoảng cách 2 đỉnh nhấp nhô tế vi. 
H là chiều cao của sóng. 
h: chiều cao nhấp nhô tế vi. 
 2.1.2- Tính chất cơ lý của bề mặt gia công 
 a) Hiện t−ợng biến cứng của lớp bề mặt 
 Trong quá trình gia công, tác dụng của lực cắt làm xô lệch mạng tinh thể lớp 
kim loại bề mặt và gây biến dạng dẻo ở vùng tr−ớc và vùng sau l−ỡi cắt. Phoi kim loại 
đ−ợc tạo ra do biến dạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng tr−ợt. Giữa các hạt tinh 
thể kim loại xuất hiện ứng suất. Thể tích riêng tăng và mật độ kim loại giảm ở vùng 
cắt. Giới hạn bền, độ cứng, độ giòn của lớp bề mặt đ−ợc nâng cao; ng−ợc lại tính dẻo 
dai của lớp bề mặt lại giảm. Tính dẫn từ cũng nh− nhiều tính chất khác của lớp bề mặt 
cũng thay đổi. Kết quả tổng hợp là lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội, chắc lại và có 
độ cứng tế vi cao. 
 Có 2 chỉ tiêu để đánh giá độ biến cứng: 
 - Độ cứng tế vi. 
 - Chiều sâu của lớp biến cứng. 
 Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt phụ thuộc vào tác dụng 
của lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và ảnh h−ởng nhiệt trong vùng cắt. Lực 
cắt (c−ờng độ, thời gian tác dụng) tăng làm cho mức độ biến dạng dẻo của vật liệu 
tăng; qua đó làm tăng mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt. Nhiệt sinh 
ra ở vùng cắt (nhiệt độ, thời gian tác dụng) sẽ hạn chế hiện t−ợng biến cứng bề mặt. 
 b) ứng suất d− trong lớp bề mặt 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
10
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
 Nguyên nhân gây ra ứng suất d− trong lớp bề mặt chi tiết máy: sâu xa nhất 
vẫn là do biến dạng dẻo. 
 - Khi cắt một lớp mỏng vật liệu, tr−ờng lực xuất hiện gây ra biến dạng dẻo 
không đều ở từng khu vực trong lớp bề mặt. Khi tr−ờng lực mất đi, biến dạng dẻo 
không đồng đều này sẽ gây ra ứng suất d− trong lớp bề mặt. 
 - Biến dạng dẻo sinh ra khi cắt làm chắc lớp vật liệu bề mặt, làm tăng thể 
tích riêng của lớp kim loại mỏng ở ngoài cùng. Lớp kim loại ở bên trong do không bị 
biến dạng dẻo nên vẫn giữ thể tích riêng bình th−ờng. Lớp kim loại ngoài cùng có xu 
h−ớng tăng thể tích, gây ra ứng suất d− nén; vì có liên hệ với nhau nên lớp kim loại 
bên trong phải sinh ra ứng suất d− kéo để cân bằng. 
 - Nhiệt sinh ra ở vùng cắt có tác dụng nung nóng cục bộ các lớp mỏng bề 
mặt làm giảm môđun đàn hồi của vật liệu, có khi làm giảm tới trị số nhỏ nhất. Sau khi 
cắt, lớp vật liệu bề mặt ở vùng cắt bị nguội nhanh co lại, sinh ra ứng suất d− kéo; để 
cân bằng thì lớp kim loại bên trong phải sinh ra ứng suất d− nén. 
 - Kim loại bị chuyển pha trong quá trình cắt và nhiệt sinh ra ở vùng cắt làm 
thay đổi cấu trúc vật liệu, dẫn đến sự thay đổi về thể tích kim loại. Lớp kim loại nào 
hình thành cấu trúc có thể tích riêng lớn sẽ sinh ra ứng suất d− nén; lớp kim loại có 
cấu trúc với thể tích riêng bé phải sinh ra ứng suất d− kéo để cân bằng. 
 c) Ph−ơng pháp xác định chất l−ợng bề mặt 
 Trong thực tế có nhiều ph−ơng pháp xác định chất l−ợng bề mặt chi tiết máy. 
Sau đây là một số ph−ơng pháp chính: 
 1 Đo độ nhám bề mặt: 
- Dùng mũi dò: để đo các bề mặt có độ nhám lớn. 
 - Dùng máy đo quang học: dùng khi độ nhám nhỏ. 
 - Dùng chất dẻo đắp lên chi tiết, đo độ nhám thông qua bề mặt chất dẻo đó: 
dùng khi đo độ nhám các bề mặt lỗ. 
 - Xác định độ nhám bằng cách so sánh (bằng mắt) vật cần đo với mẫu có sẵn. 
 2 Đo ứng suất d−: 
 - Dùng tia Rơnghen: chiếu tia rồi khảo sát phân tích biểu đồ Rơnghen. 
 - Dùng cấu trúc điện tử: 
 3 Đo biến cứng: 
 - Độ cứng: dùng máy đo độ cứng. 
 - Chiều sâu biến cứng: cắt mẫu, đem mài bóng rồi cho xâm thực hóa học để 
nghiên cứu cấu trúc lớp bề mặt. 
2.2- ảnh h−ởng của chất l−ợng bề mặt tới khả năng làm 
việc của chi tiết máy 
 Khả năng làm việc của chi tiết máy đ−ợc quyết định bởi: tính chống mòn, độ 
bền mỏi, tính chống ăn mòn hóa học, độ chính xác các mối lắp ghép. 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
11
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
Chất l−ợng bề mặt ảnh h−ởng đáng kể đến khả năng làm việc của chi tiết máy. 
Có thể kể ra các yếu tố bị ảnh h−ởng bởi chất l−ợng bề mặt nh−: Hệ số ma sát, tính 
chống mòn, độ cứng vững tiếp xúc, tính dẫn điện, dẫn nhiệt, độ bền mỏi, độ bền va 
đập, tính chống ăn mòn... Sau đây ta nói đến các ảnh h−ởng th−ờng gặp: 
 2.2.1- ảnh h−ởng đến tính chống mòn 
 a) ảnh h−ởng đến độ nhám bề mặt 
 Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc nhau có nhấp nhô tế vi nên trong giai đoạn đầu 
của quá trình làm việc, hai bề mặt này chỉ tiếp xúc nhau ở một số đỉnh cao nhấp nhô; 
diện tích tiếp xúc thực chỉ bằng một phần của diện tích tính toán. 
 Tại các đỉnh tiếp xúc đó, áp suất rất 
lớn, th−ờng v−ợt quá giới hạn chảy, có khi 
v−ợt quá cả giới hạn bền của vật liệu. áp 
suất đó làm cho các điểm tiếp xúc bị nén 
đàn hồi và làm biến dạng dẻo các nhấp 
nhô, đó là biến dạng tiếp xúc. Khi hai bề 
mặt có chuyển động t−ơng đối với nhau 
sẽ xảy ra hiện t−ợng tr−ợt dẻo ở các đỉnh Hình 2.3- Mô hình 2 bề mặt tiếp xúc
nhấp nhô; các đỉnh nhấp nhô bị mòn nhanh làm khe hở lắp ghép tăng lên. Đó là hiện 
t−ợng mòn ban đầu. 
 Trong điều kiện làm việc nhẹ và vừa, mòn ban đầu có thể làm cho chiều cao 
nhấp nhô giảm 65 ữ 75%; lúc đó diện tích tiếp xúc thực tăng lên và áp suất tiếp xúc 
giảm đi. Sau giai đoạn mòn ban đầu (chạy rà) này, quá trình mài mòn trở nên bình 
th−ờng và chậm, đó là giai đoạn mòn bình th−ờng (giai đoạn này, chi tiết máy làm 
việc tốt nhất). 
 Cuối cùng là giai đoạn mòn kịch liệt, khi đó bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, nghĩa là 
cấu trúc bề mặt chi tiết máy bị phá hỏng. 
 Mối quan hệ giữa l−ợng mòn và thời gian sử dụng của một cặp chi tiết ma sát 
với nhau tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu đ−ợc biểu thị nh− sau: 
[u] 
Độ mòn 
0 t3 t2 t1 T3 T2 T1
c b a 
Hình 2.4- Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết. 
 Các đ−ờng đặc tr−ng a, b, c ứng với ba độ nhám ban đầu khác nhau của các bề 
mặt tiếp xúc. Đ−ờng đặc tr−ng c, cặp chi tiết có độ nhẵn bóng bề mặt ban đầu kém 
nhất nên giai đoạn mòn ban đầu xảy ra nhanh nhất, c−ờng độ mòn lớn nhất ở giai 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
12
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
đoạn mòn ban đầu. 
Thực nghiệm chứng tỏ rằng, nếu giảm hoặc tăng độ nhám tới trị số tối −u, ứng 
với điều kiện làm việc của chi tiết máy thì sẽ đạt đ−ợc l−ợng mòn ban đầu ít nhất, qua 
đó, kéo dài tuổi thọ của chi tiết máy. 
 Độ mòn 
ban đầu u
 (Đ−ờng 1 ứng với điều kiện 
làm việc nhẹ. Đ−ờng 2 ứng với 
điều kiện làm việc nặng). 
u2 
u1
0 Ra1 Ra2 Ra
Hình 2.5- Quan hệ giữa l−ợng mòn ban đầu u 
và sai lệch profin trung bình cộng Ra
2 
1
 L−ợng mòn ban đầu ít nhất 
ứng với giá trị của Ra tại các điểm 
Ra1, Ra2; đó là giá trị tối −u của 
Ra. Nếu giá trị của Ra nhỏ hơn trị 
số tối −u Ra1, Ra2 thì sẽ bị mòn 
kịch liệt vì các phấn tử kim loại 
dễ khuếch tán. Ng−ợc lại, giá trị 
của Ra lớn hơn trị số tối −u Ra1, 
Ra2 thì l−ợng mòn tăng lên vì các 
nhấp nhô bị phá vỡ và cắt đứt. 
 b) ảnh h−ởng của lớp biến cứng bề mặt 
 Lớp biến cứng bề mặt của chi tiết máy có tác dụng nâng cao tính chống mòn. 
Biến cứng bề mặt làm hạn chế sự khuếch tán ôxy trong không khí vào bề mặt chi tiết 
máy để tạo thành các ôxyt kim loại gây ra ăn mòn kim loại. Ngoài ra, biến cứng còn 
hạn chế quá trình biến dạng dẻo toàn phần của chi tiết máy, qua đó hạn chế hiện 
t−ợng chảy và hiện t−ợng mài mòn. 
 Ngoài ph−ơng pháp gia công cắt gọt, ng−ời ta dùng các ph−ơng pháp gia công 
biến dạng dẻo để biến cứng bề mặt: phun bi, lăn bi, nong ép ... 
 c) ảnh h−ởng của ứng suất d− trong lớp bề mặt 
 ứng suất d− ở lớp bề mặt chi tiết máy nói chung không có ảnh h−ởng đáng kể 
tới tính chống mòn nếu chi tiết máy làm việc trong điều kiện ma sát bình th−ờng. 
 2.2.2- ảnh h−ởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy 
 a) ảnh h−ởng của độ nhám bề mặt 
 Độ nhám bề mặt có ảnh h−ởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất là khi chi 
tiết máy chịu tải trọng chu kỳ có đổi dấu, tải trọng va đập vì ở đáy các nhấp nhô tế vi 
có ứng suất tập trung lớn, ứng suất này sẽ gây ra các vết nứt tế vi và phát triển ở đáy 
các nhấp nhô, đó là nguồn gốc phá hỏng chi tiết máy do mõi. 
 Nếu độ nhám thấp thì độ bền, giới hạn mỏi của vật liệu sẽ cao, và ng−ợc lại. 
 b) ảnh h−ởng của lớp biến cứng bề mặt 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
13
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
 Bề mặt bị biến cứng có thể làm tăng độ bền mỏi khoảng 20%. Chiều sâu và 
mức độ biến cứng của lớp bề mặt đều có ảnh h−ởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy; 
cụ thể là hạn chế khả năng gây ra các vết nứt tế vi làm phá hỏng chi tiết, nhất là khi bề 
mặt chi tiết có ứng suất nén. 
 c) ảnh h−ởng của ứng suất d− trong lớp bề mặt 
 ứng suất d− nén trên lớp bề mặt có tác dụng nâng cao độ bền mỏi, còn ứng suất 
d− kéo lại hạ thấp độ bền mỏi của chi tiết máy. Vì thế, khi chế tạo ng−ời ta cố gắng 
làm cho chi tiết có đ−ợc ứng suất nén trên bề mặt. 
 Bằng thực nghiệm ta có công thức: 
01
bd
1
tt .σα−σ=σ −− 
trong đó: σtt-1: giới hạn mỏi khi có ứng suất d− (thực tế). 
 σbd-1: giới hạn mỏi khi không có ứng suất d− (ban đầu). 
 σ0: ứng suất d− lớn nhất, d−ơng nếu ứng suất kéo, âm nếu ứng suất nén. 
 α: là hệ số phụ thuộc vật liệu, đ−ợc cho trong các sổ tay. 
 2.2.3- ảnh h−ởng tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề 
mặt chi tiết máy 
 a) ảnh h−ởng của độ nhám bề mặt 
 Các chỗ lõm trên bề mặt do độ nhám tạo ra là nơi chứa các tạp chất nh− axit, 
muối... Các tạp chất này có tác dụng ăn mòn hóa học đối với kim loại. Quá trình ăn 
mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết theo s−ờn của nhấp nhô và hình thành các nhấp 
nhô mới 
Nh− vậy, bề mặt chi tiết máy càng ít nhám thì sẽ càng ít bị ăn mòn hóa học (vì 
khả năng chứa các tạp chất ít), bán kính đáy các nhấp nhô càng lớn khả năng chống 
ăn mòn hóa học của lớp bề mặt càng cao. 
Có thể chống ăn mòn hóa học bằng cách phủ lên bề mặt chi tiết máy một lớp 
bảo vệ bằng ph−ơng pháp mạ hoặc bằng ph−ơng pháp cơ khí làm chắc lớp bề mặt. 
 b) ảnh h−ởng của lớp biến cứng bề mặt 
 Biến cứng tăng thì tính chống ăn mòn giảm vì biến cứng tăng thì sự thay đổi 
của các hạt không đồng đều. Hạt ferrit biến dạng nhiều hơn hạt peclit, điều đó làm 
cho năng l−ợng nâng cao không đều và thế năng điện tích của các hạt thay đổi khác 
nhau. Hạt ferrit biến cứng nhiều hơn sẽ trở thành anốt. Hạt peclit bị biến cứng ít hơn 
sẽ trở thành catốt. Lúc này, tạo ra các pin ăn mòn nên ăn mòn sẽ tăng. 
 c) ảnh h−ởng của ứng suất d− trong lớp bề mặt 
 ứng suất d− hầu nh− không ảnh h−ởng đến tính chống mòn khi làm việc ở 
nhiệt độ bình th−ờng. Còn ở nhiệt độ cao thì sẽ có ảnh h−ởng. 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
14
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
 2.2.4- ảnh h−ởng đến độ chính xác các mối lắp ghép 
Trong giai đoạn mòn ban đầu, chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, đối với mối ghép 
lỏng có thể giảm đi 65 ữ 75% làm khe hở lắp ghép tăng lên và độ chính xác lắp ghép 
giảm đi. Để đảm bảo độ ổn định của mối lắp lỏng trong thời gian sử dụng, phải giảm 
độ nhấp nhô tế vi. Giá trị Rz hợp lý đ−ợc xác định theo độ chính xác của mối lắp tùy 
theo trị số của dung sai kích th−ớc lắp ghép. 
 - Nếu đ−ờng kính lắp ghép φ > 50mm thì Rz = (0.1 ữ 0.15)T 
 - Nếu đ−ờng kính lắp ghép 18 < φ < 50mm thì Rz = (0.15 ữ 0.2)T 
 - Nếu đ−ờng kính lắp ghép φ < 18mm thì Rz = (0.2 ữ 0.25)T 
Với các mối ghép có độ dôi lớn khi ép hai chi tiết vào nhau để tạo mối ghép thì 
nhám bị san phẳng, nhám càng lớn thì l−ợng san phẳng càng lớn, độ dôi của mối ghép 
càng giảm, độ bền mối ghép giảm. Rz tăng thì độ bền của mối ghép chặt giảm. 
Ví dụ: Độ bền mối lắp chặt giữa vành bánh xe lửa và trục ứng với chiều cao nhấp 
nhô tế vi Rz là 36.5 àm sẽ thấp hơn khoảng 40% so với độ bền cũng của mối lắp đó ứng 
với Rz là 18 àm, vì độ dôi ở mối lắp ghép sau nhỏ hơn ở mối lắp ghép tr−ớc cỡ 15%. 
Tóm lại, độ chính xác các mối lắp ghép trong kết cấu cơ khí phụ thuộc vào 
chất l−ợng các bề mặt lắp ghép. Độ bền các mối lắp ghép, trong đó độ ổn định của 
chế độ lắp ghép giữa các chi tiết, phụ thuộc vào độ nhám của các bề mặt lắp ghép. 
2.3- các yếu tố ảnh h−ởng đến chất l−ợng bề mặt chi tiết 
 Trạng thái và tính chất của lớp bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công do 
nhiều yếu tố công nghệ quyết định nh− tính chất vật liệu, thông số công nghệ, vật liệu 
dao, sự rung động trong quá trình gia công, dung dịch trơn nguội ... 
 Ng−ời ta chia các yếu tố ảnh h−ởng đến chất l−ợng bề mặt thành 3 nhóm: 
 - Các yếu tố ảnh h−ởng mang tính in dập hình học của dụng cụ cắt và của 
thông số công nghệ lên bề mặt gia công. 
 - Các yếu tố ảnh h−ởng phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt. 
 - Các yếu tố ảnh h−ởng do rung động máy, dụng cụ, chi tiết gia công. 
 2.3.1- ảnh h−ởng đến độ nhám bề mặt 
 a) Các yếu tố mang tính in dập hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt 
 Để nghiên cứu, ta xét ph−ơng pháp tiện. Qua thực ngiệm, ng−ời ta đã xác 
định mối quan hệ giữa các thông số: độ nhấp nhô tế vi Rz, l−ợng tiến dao S, bán kính 
mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất có thể cắt đ−ợc hmin. Tùy theo giá trị thực tế của 
l−ợng chạy dao S mà ta có thể xác định mối quan hệ trên nh− sau: 
 - Khi S > 0.15 mm/vg thì 
r.8
S
R
2
z = 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
15
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
 - Khi S < 0.1 mm/vg thì ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ++=
2
minmin
2
z
S
h.r
1
2
h
r.8
S
R 
 ở đây, hmin phụ thuộc bán kính r của mũi dao: 
 + Nếu mài l−ỡi cắt bằng đá kim c−ơng mịn, lúc đó r = 10 àm thì hmin = 4 àm. 
 + Mài dao hợp kim cứng bằng đá th−ờng nếu r = 40 àm thì hmin > 20 àm. 
 - Khi S quá nhỏ (< 0,03 mm/vg) thì trị số của Rz lại tăng, tức là khi gia công 
tinh với S quá nhỏ sẽ không có ý nghĩa đối với việc cải thiện chất l−ợng bề mặt chi tiết 
vì xẩy ra hiện t−ợng tr−ợt mà không tạo thành phoi. 
 Chiều sâu cắt t cũng có ảnh h−ởng t−ơng tự nh− l−ợng chạy dao đối với chiều 
cao nhấp nhô tế vi, nếu bỏ qua độ đảo của trục chính máy. 
 Các thông số hình học của l−ỡi cắt, đặc biệt là góc tr−ớc γ và độ mòn có ảnh 
h−ởng đến Rz. Khi góc γ tăng thì Rz giảm, độ mòn dụng cụ tăng thì Rz tăng. 
 Ngoài ảnh h−ởng đến nhám bề mặt, hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế 
độ cắt cũng ảnh h−ởng đến lớp biến cứng bề mặt và đ−ợc tính đến qua hệ số hiệu chỉnh. 
Ví dụ: Xét sự ảnh h−ởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt 
đến chất l−ợng bề mặt chi tiết khi tiện. 
 S1 m
ϕ1
R’z
12
S1 
ϕ1
Rz
12
ϕ
c)
S1
12
r2 
e)
Rz
a)
ϕ
ϕ
S1 
S2
R’’z
ϕ1 
12
b)
12
S1
ϕ1 
12
t
f)
ϕ
ϕ r1 
d)
Rz 
 Rz
Hình 2.6- ảnh h−ởng của hình dáng hình học của dụng 
cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi tiện 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
16
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
Sau một vòng quay của phôi, dao tiện sẽ dịch chuyển một đoạn là S1 từ vị trí 1 đến vị 
trí 2 (hình 2.6a). Trên bề mặt gia công sẽ bị chừa lại phần kim loại m không đ−ợc hớt đi bởi 
dao. Chiều cao nhấp nhô Rz xác định bởi S1 và hình dạng hình học của dao cắt. 
Nếu giảm l−ợng chạy dao thì chiều cao nhấp nhô cũng giảm (hình 2.6b). 
Thay đổi giá trị góc ϕ và ϕ1 không những làm thay đổi chiều cao nhấp nhô mà còn 
làm thay đổi cả hình dạng nhấp nhô (hình 2.6c). 
Nếu bán kính mũi dao có dạng tròn r1 thì nhấp nhô cũng có đáy lõm tròn (hình 2.6d). 
Nếu tăng bán kính mũi dao lên r2 thì chiều cao nhấp nhô Rz sẽ giảm (hình 2.6e). 
Khi bán kính đỉnh r nhỏ và l−ợng chạy dao S lớn, ngoài phần cong của l−ỡi cắt, phần 
thẳng cũng tham gia vào việc ảnh h−ởng đến hình dạng và chiều cao nhấp nhô (hình 2.6f) 
 b) Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo của lớp bề mặt 
Khi gia công vật liệu dẻo, bề mặt ngoài sẽ biến dạng rất nhiều làm cho cấu 
trúc của nó thay đổi. Khi đó, hình dạng hình học và độ nhấp nhô đều thay đổi. 
Khi gia công vật liệu giòn, có một số phần nhỏ lại phá vỡ, làm tăng độ nhấp 
nhô bề mặt. 
 1 Tốc độ cắt V là yếu tố cơ bản nhất, ảnh h−ởng tới sự phát triển của biến 
dạng dẻo khi tiện: 
 - Khi cắt thép Cacbon ở vận tốc thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách 
dễ, biến dạng của lớp bề mặt không nhiều, vì vậy độ nhám bề mặt thấp. Khi tăng vận 
tốc cắt đến khoảng V = 20 ữ 40 m/ph thì nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và có giá trị lớn, 
gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt tr−ớc và mặt sau dao kim loại bị chảy dẻo. Khi lớp 
kim loại bị nén chặt ở mặt tr−ớc dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát ở vùng cắt 
sẽ hình thành lẹo dao. Lẹo dao làm tăng độ nhám bề mặt gia công. Nếu tiếp tục tăng 
vận tốc cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại biến dạng bị phá hủy, lực 
dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi (lẹo 
dao biến mất khi vận tốc cắt khoảng V = 30 ữ 60 m/ph). Với vận tốc cắt V > 60 m/ph 
thì lẹo dao không hình thành đ−ợc nên độ nhám bề mặt gia công giảm, độ nhẵn tăng. 
V(m/ph) 
Rz
b a
0 20 100 200
Hình 2.7- ảnh h−ởng của vận tốc cắt đến độ nhấp nhô tế vi Rz 
- Khi gia công kim loại giòn (gang), các mảnh kim loại bị tr−ợt và vỡ ra không 
có thứ tự làm tăng độ nhấp nhô tế vi bề mặt. Tăng vận tốc cắt sẽ giảm đ−ợc hiện t−ợng 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
17
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ nhẵn bóng của bề mặt gia công. 
2 L−ợng chạy dao S là thành phần thứ hai của chế độ cắt ảnh h−ởng nhiều 
đến chiều cao nhấp nhô Rz. Điều đó không 
những do liên quan về hình học của dao mà 
còn do biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi 
của lớp bề mặt. 
Khi gia công thép Carbon, với giá trị 
l−ợng chạy dao S = 0,02 ữ 0,15 mm/vg thì bề 
mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi thấp nhất. 
Nếu giảm S < 0,02 mm/vg thì độ nhấp nhô tế 
vi sẽ tăng lên, độ nhẵn bóng bề mặt giảm vì ảnh h−ởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh 
h−ởng của các yếu tố hình học. Nếu l−ợng chạy dao S > 0,15 mm/vg thì biến dạng đàn 
hồi sẽ ảnh h−ởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh h−ởng của các 
yếu tố hình học làm cho độ nhám bề mặt tăng lên nhiều. 
V(m/ph)
Rz C
B
A 
0 0,02 0,15 
Hình 2.8- ảnh h−ởng của l−ợng chạy 
dao đến độ nhấp nhô tế vi Rz. 
 Nh− vậy, để đảm bảo đạt độ nhẵn bóng bề mặt và năng suất cao nên chọn giá 
trị l−ợng chạy dao S = 0,05 ữ 0,12 mm/vg đối với thép Carbon. 
 3 Chiều sâu cắt t cũng có ảnh h−ởng t−ơng tự nh− l−ợng chạy dao S đến độ 
nhám bề mặt gia công, nh−ng trong thực tế, ng−ời ta th−ờng bỏ qua ảnh h−ởng này. 
Vì vậy, trong quá trình gia công ng−ời ta chọn tr−ớc chiều sâu cắt t. 
 Nói chung, không nên chọn giá trị chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi đó l−ỡi cắt sẽ 
bị tr−ợt và cắt không liên tục. Giá trị chiều sâu cắt t ≥ 0,02 ữ 0,03 (mm). 
4 Tính chất vật liệu cũng có ảnh h−ởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do 
khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thép ít Cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho 
độ nhám bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giòn. 
 Khi gia công thép Carbon, để đạt độ nhám bề mặt thấp, ng−ời ta th−ờng tiến 
hành th−ờng hóa ở nhiệt độ 850 ữ 8700C (hoặc tôi thấp) tr−ớc khi gia công. Để cải 
thiện điều kiện cắt và nâng cao tuổi thọ dụng cụ cắt ng−ời ta th−ờng tiến hành ủ ở 
9000C trong 5 giờ để cấu trúc kim loại có hạt nhỏ và đồng đều. 
 c) ảnh h−ởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất l−ợng bề mặt 
 Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động t−ơng 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. 
 Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định, hệ 
thống công nghệ sẽ có dao động c−ỡng bức, nghĩa là các bộ phận máy khi làm việc sẽ 
có rung động với những tần số khác nhau, gây ra sóng dọc và sóng ngang trên bề mặt 
gia công với b−ớc sóng khác nhau. 
Khi hệ thống công nghệ có rung động, độ sóng và độ nhấp nhô tế vi dọc sẽ 
tăng nếu lực cắt tăng, chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao. 
 Tình trạng máy có ảnh h−ởng quyết định đến độ nhám của bề mặt gia công. 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
18
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp, tr−ớc hết phải đảm bảo đủ cứng vững, phải 
điều chỉnh máy tốt và giảm ảnh h−ởng của các máy khác xung quanh. 
 2.3.2- ảnh h−ởng đến độ biến cứng bề mặt 
 Khi tăng lực cắt, nhiệt cắt và mức độ biến dạng dẻo thì mức độ biến cứng bề 
mặt tăng. Nếu kéo dài tác dụng của lực cắt, nhiệt cắt trên bề mặt kim loại sẽ làm tăng 
chiều sâu lớp biến cứng bề mặt. 
 Nếu góc tr−ớc γ tăng từ giá trị âm đến giá trị d−ơng thì mức độ và chiều sâu 
biến cứng bề mặt chi tiết giảm. 
 Vận tốc cắt tăng làm giảm thời gian tác động của lực gây ra biến dạng kim 
loại, do đó làm giảm chiều sâu biến cứng và mức độ biến cứng bề mặt. 
Qua thực nghiệm, ng−ời ta có kết luận: 
 - V < 20 m/ph: chiều sâu lớp biến cứng tăng theo giá trị của vận tốc cắt 
 - V > 20 m/ph: chiều sâu lớp biến cứng giảm theo giá trị của l−ợng chạy dao 
Ngoài ra, biến cứng bề mặt cũng tăng nếu dụng cụ cắt bị mòn, bị cùn. 
 2.3.3- ảnh h−ởng đến ứng suất d− bề mặt 
 Quá trình hình thành ứng suất d− bề mặt khi gia công phụ thuộc vào sự biến 
dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và hiện t−ợng chuyển pha trong cấu trúc 
kim loại. Quá trình này rất phức tạp. 
 * Đối với dụng cụ hạt mài: Các chi tiết gia công bằng hạt mài tự do (mài 
nghiền) th−ờng có ứng suất d− kéo, còn nếu mài bằng đai mài hoặc đá mài thì có ứng 
suất d− nén. 
 * Đối với dụng cụ có l−ỡi cắt: Ta xét quá trình bào: 
n 
p
r
v 
α θ
δ
y γ 
ρ
z 
 Lực cắt R đ−ợc phân 
thành lực pháp tuyến N và 
lực tiếp tuyến P. 
 Lực cắt R làm cho lớp bề 
mặt gia công bị biến dạng 
dẻo và biến dạng đàn hồi. 
Lực pháp tuyến N gây ra 
ứng suất nén. Lực tiếp tuyến 
P gây ra ứng suất cắt (tr−ợt 
và kéo). 
Hình 2.9- Quan hệ giữa lực và góc khi bào
 Nh− vậy, điều kiện để 
tạo ra ứng suất nén (ứng suất 
nén có lợi cho độ bền mỏi của chi tiết máy) trên bề mặt gia công sẽ là: 
 ( ) ( )γ−ρ=−δ+ρ=θ=>à⇒>à gcot90gcotgcot
N
P
PN. 0 
với: à là hệ số poatxông. 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
19
 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy L−u đức bình 
 ρ là góc ma sát giữa dao và bề mặt gia công. 
 δ là góc cắt của dao. 
 ở đây, nếu à = (1 ữ 0.5) thì: (1 ữ 0.5) > cotg(ρ - γ) 
 nghĩa là: (450 ữ 720) < (ρ - γ) 
 Mà th−ờng thì ρ = 500 ữ 700, nh− vậy rất khó đạt đ−ợc ứng suất d− nén trong 
điều kiện góc tr−ớc γ có giá trị d−ơng (γ > 0), mà chỉ đạt đ−ợc ứng suất d− nén nếu 
góc tr−ớc γ có giá trị âm (γ < 0). 
Khoa Cơ khí - Tr−ờng Đại học Bách khoa 
20