Cân hoàn thiện bề mặt để gia công

Trong khía cạnh gia công, một trong những yếu tố quan trọng nhất là độ bóng bề mặt. Các vấn đề có thể xảy ra do bề mặt hoàn thiện kém bao gồm; tỷ lệ hao mòn cao hơn, giảm hiệu quả và hỏng hóc các bộ phận trong các hoạt động quan trọng. Nó không chỉ làm giảm vòng đời của các bộ phận mà còn gây tổn thất về thời gian và tiền bạc do phải dừng hoạt động và phải sửa chữa. Kiến thức về thang độ hoàn thiện bề mặt là rất quan trọng để quyết định các quy trình gia công và lựa chọn thiết bị phù hợp cho các kỹ sư và nhà sản xuất. Nếu bạn vượt qua được những lo ngại này, bạn sẽ có thể cải thiện chất lượng sản phẩm và sự hài lòng của khách hàng.

Hiểu biết về các thông số hoàn thiện bề mặt chính

Bề mặt là một lĩnh vực gia công khác có tác động lớn đến chức năng cũng như độ bền của sản phẩm gia công. Nó đề cập đến hình thức, cảm giác và độ mịn của bề mặt hoàn thiện sau một số thao tác gia công. Các thông số chính xác định độ hoàn thiện bề mặt bao gồm:

Độ nhám: Tham số này xác định mật độ của những điểm không đồng đều nhỏ trên bề mặt. Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định sự tương tác giữa hai bề mặt, bao gồm ma sát, mài mòn và mỏi. Giá trị độ nhám lớn hơn có thể đi kèm với độ nhám cao hơn, điều này có thể không mong muốn đối với một số ứng dụng liên quan đến lần tiếp xúc đầu tiên.

Độ sóng: Tham số này xác định các biến thể ngày càng lớn hơn ở các khoảng cách lớn hơn so với bề mặt danh nghĩa. Nó có thể là do dao động hoặc biến dạng phát sinh trong quá trình gia công. Độ gợn sóng là tình trạng có thể ảnh hưởng đến độ hoàn thiện bề mặt và chức năng của các bộ phận, đặc biệt là trong những ngành có dung sai chặt chẽ.

Đặt nằm: Lay mô tả hướng của kết cấu bề mặt chính, có thể được tạo ra bằng kỹ thuật gia công được áp dụng. Kiến thức về vị trí rất hữu ích trong các ứng dụng trong đó định hướng của bề mặt rất quan trọng đối với dòng chất lỏng, chất bôi trơn hoặc lắp ráp.

Đơn vị đo lường thường được sử dụng để mô tả độ hoàn thiện bề mặt

Độ hoàn thiện bề mặt được định lượng bằng các đơn vị đo lường khác nhau, trong đó phổ biến nhất là:

Ra (Độ nhám trung bình số học): Đây là mức trung bình của độ lệch của mặt cắt bề mặt so với đường trung bình tham chiếu. Nó được sử dụng phổ biến để xác định độ nhám bề mặt và cũng khá đơn giản để xác định.

Rz (Chiều cao tối đa trung bình của hồ sơ): Tham số này ước tính một cách định lượng tổng mức độ giảm trong khu vực mặt cắt ngang xác định có tham chiếu đến một giá trị cụ thể của chiều dài lấy mẫu. Chúng giúp hiểu rõ hơn về kết cấu bề mặt so với Ra.

Rt (Tổng chiều cao của hồ sơ): Đây là tổng chiều cao từ đỉnh đồi cao nhất đến đáy khe núi sâu nhất trong giai đoạn đánh giá. Nó cung cấp thông tin về cách bề mặt có thể dao động và có thể cực kỳ có giá trị trong các mục đích sử dụng cụ thể.

Quy mô hoàn thiện bề mặt

Thang đo độ hoàn thiện bề mặt được sử dụng để so sánh chất lượng hoàn thiện bề mặt với các loại nhất định tùy thuộc vào tiêu chuẩn sản xuất cần thiết. Thang đo này rất quan trọng vì nó hỗ trợ các nhà sản xuất trong việc lựa chọn quy trình gia công và vật liệu phù hợp để đạt được độ bóng bề mặt cần thiết. Chỉ với sự hiểu biết như vậy về quy mô này thì các kỹ sư mới có thể kiểm tra các bộ phận khác nhau và đảm bảo rằng chúng có khả năng hoạt động tốt theo các thông số kỹ thuật cần thiết, từ đó tránh được lỗi trong các ứng dụng quan trọng.

So sánh giữa các cấp độ hoàn thiện bề mặt khác nhau

Thang độ hoàn thiện bề mặt thường có nhiều cách phân loại khác nhau bắt đầu từ thô và kết thúc ở bề mặt được đánh bóng. Ví dụ:

Hoàn thiện thô (Ra > 3,2 µm): Thường được sử dụng khi hình dáng bên ngoài không phải là vấn đề như ở miếng lót.

Độ hoàn thiện trung bình (Ra từ 1,6 µm đến 3,2 µm): Mục đích chung được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật chung khi không nhất thiết phải có dung sai gần.

Độ hoàn thiện tốt (Ra trong khoảng 0,4 µm và 1,6 µm): Chủ yếu được sử dụng trong van hoặc các bộ phận dựa trên thủy lực đòi hỏi động lực học chất lỏng.

Độ hoàn thiện siêu mịn (Ra < 0,4 µm): Cần thiết cho các ứng dụng có áp suất cao thường thấy trong ngành hàng không vũ trụ hoặc sử dụng trong các thiết bị y tế nơi độ chính xác và giao diện là rất quan trọng.

Giá trị biểu đồ độ nhám bề mặt cho các quy trình sản xuất khác nhau 

Đây là bảng tập trung vào các giá trị độ nhám bề mặt (Ra) cho các quy trình sản xuất khác nhau:

Bề mặt tiêu chuẩn của ngành công nghiệp

Do đó, các hoạt động thương mại có vai trò quan trọng trong việc xác định và duy trì các tiêu chuẩn về độ hoàn thiện bề mặt. Các tiêu chuẩn chính bao gồm:

ISO (Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế): Cung cấp các tiêu chuẩn khác nhau để đo độ hoàn thiện bề mặt như ISO 4287 và ISO 4288 để đo các thông số kết cấu bề mặt.

ASME (Hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ): Cung cấp các Tài liệu tham khảo như ASME B46.1 xác định và mô tả cách đo độ nhám bề mặt và kết cấu bề mặt. Những tiêu chuẩn này rất cần thiết cho mục đích tiêu chuẩn hóa các quy trình trong các nhà máy sản xuất.

Các kỹ thuật đo phổ biến về độ nhám bề mặt

Điều bắt buộc là độ hoàn thiện bề mặt của các bộ phận phải được xác định chính xác để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng sản xuất. Hai kỹ thuật chính được sử dụng:

● Phương thức liên hệ: Những kỹ thuật này bao gồm các kỹ thuật tiếp xúc trong đó bút cảm ứng được tiếp xúc với bề mặt. Máy đo tốc độ được sử dụng thường xuyên và ở loại mới nhất, mặt cắt được vẽ bằng điểm kim cương. Các chuyển động thẳng đứng được đo để cung cấp thông tin về độ nhám bề mặt của dải được hình thành.

● Phương pháp không tiếp xúc: Các phương pháp này sử dụng hệ thống laser hoặc quang học để đo độ hoàn thiện bề mặt mà không cần tiếp xúc vật lý với bề mặt. Điều này có vẻ hiển nhiên nhưng đối với các bộ phận dễ vỡ hoặc đắt tiền, các phương pháp như giao thoa ánh sáng trắng có thể được sử dụng để đo chính xác hình dạng bề mặt.

Dụng cụ đo độ hoàn thiện bề mặt

Nhiều công cụ khác nhau được sử dụng để đo độ hoàn thiện bề mặt, bao gồm:

Máy đo hồ sơ: Đây là những dụng cụ được sử dụng phổ biến nhất để đo độ hoàn thiện bề mặt. Nó có thể trình bày cấu hình độ nhám ở mức độ chi tiết cao hơn và có thể có loại tiếp xúc và không tiếp xúc.

Máy kiểm tra độ nhám bề mặt: Dụng cụ cầm tay cho phép đo nhanh các thông số độ nhám bề mặt (Ra, Rz) và rất hữu ích trong môi trường sản xuất để đánh giá ngay lập tức.

Máy quét Laser: Chúng không tiếp xúc và có thể cung cấp các cấu hình bề mặt mật độ cao và rất hữu ích trong các ứng dụng cần độ chính xác cao hơn như kỹ thuật đảo ngược và kiểm tra.

Công dụng của bề mặt hoàn thiện trên các lĩnh vực khác nhau

Vai trò của việc hoàn thiện bề mặt trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô, y tế và điện tử

Là quan trọng, ảnh hưởng đến chức năng, an toàn và tính thẩm mỹ:

Hàng không vũ trụ: Trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, cần có một bộ phận để mang lại hiệu suất và độ an toàn tối ưu. Bề mặt khí động học có lực cản thấp và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn, đồng thời hoạt động như lớp phủ bảo vệ các bộ phận.

Ô tô: Các bộ phận động cơ của ô tô cần có bề mặt hoàn thiện tối ưu để giúp giảm mài mòn và vận hành hiệu quả. Độ chính xác của việc hoàn thiện bề mặt là rất quan trọng trong việc giảm thiểu ma sát và nâng cao hiệu suất hệ thống tổng thể.

Thuộc về y học: Trong kỹ thuật y tế, độ hoàn thiện bề mặt rất quan trọng trong bề mặt tiếp xúc vật liệu sinh học giữa bộ phận cấy ghép, thiết bị và mô sống. Bề mặt được đánh bóng tốt sẽ giảm thiểu cơ hội phát triển của vi khuẩn và tăng cường khả năng bộ phận cấy ghép hòa trộn với cơ thể.

Điện tử: Trong trường hợp linh kiện điện tử, độ hoàn thiện bề mặt quyết định dòng điện và sự tản nhiệt. Các bề mặt được hoàn thiện tốt mang lại sự tiếp xúc nhất quán và cũng cải thiện hiệu suất của các thiết bị điện tử.

Cải tiến bề mặt ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất sản phẩm trong các cơ sở sản xuất khác nhau: Nghiên cứu điển hình

● Sản xuất linh kiện hàng không vũ trụ: Một công ty hàng không vũ trụ thương mại lớn đã quyết định tăng cường kiểm soát độ hoàn thiện bề mặt của các cánh tuabin, giúp nâng cao hiệu suất của cánh máy bay và giảm chi phí bảo trì. Thông qua việc sử dụng phương pháp mài công nghệ cao, công ty đã có thể đảm bảo độ hoàn thiện bề mặt vượt xa các tiêu chuẩn hiện tại của ngành.

● Bộ phận động cơ ô tô: Một nghiên cứu điển hình được thực hiện tại một công ty cung cấp ô tô hàng đầu; công ty đã cố gắng cải tiến quá trình gia công các vòng piston và điều này dẫn đến độ hoàn thiện bề mặt tốt hơn nhiều. Việc giảm ma sát nhờ đó cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu và độ bền của động cơ, đồng thời chứng minh vai trò của việc hoàn thiện bề mặt trong các thị trường ô tô cạnh tranh.

● Sản xuất thiết bị y tế: Một nhà sản xuất thiết bị cấy ghép chỉnh hình muốn cải thiện độ hoàn thiện bề mặt của thiết bị y tế. Để đạt được khả năng tương thích sinh học, công ty đã áp dụng các phương pháp đánh bóng chuyên dụng, nhờ đó cải thiện tỷ lệ thành công chung của các ca phẫu thuật cấy ghép.

Phương pháp cải thiện chất lượng bề mặt

Một số phương pháp hiệu quả bao gồm:

Đánh bóng: Đánh bóng là một hoạt động ăn mòn sử dụng chất mài mòn để chuẩn bị bề mặt cho một lớp hoàn thiện mịn. Quy trình này có thể được thực hiện bằng tay hoặc sử dụng máy có chứa miếng đánh bóng. Quá trình này phù hợp nhất để xử lý kim loại và nhựa; nó loại bỏ các khuyết tật nhỏ trên bề mặt và tăng độ phản xạ của vật liệu.

Lớp phủ: Việc sử dụng sơn, vecni hoặc ngâm trong bất kỳ hóa chất bề mặt nào có thể nâng cao vẻ ngoài của đồ vật bên cạnh việc nâng cao hiệu suất của nó. Lớp phủ cung cấp một lớp có thể giúp giảm thiểu hoặc loại bỏ sự tiếp xúc giữa bề mặt và các bề mặt khác, do đó cải thiện độ hoàn thiện bề mặt và tuổi thọ hữu ích của bộ phận.

Xử lý sau: Các đặc tính của bề mặt có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách mạ điện, anodizing hoặc xử lý hóa học sau khi chế tạo. Các quy trình này có thể tăng cường khả năng chống ăn mòn và độ bền chung cũng như hoàn thiện tốt hơn. Trong mạ điện, bề mặt được mạ một lớp kim loại có thể che đi những khuyết điểm nhỏ và cải thiện hình thức chung của sản phẩm cuối cùng.

Các phương pháp tối ưu trong việc lựa chọn thông số gia công để có độ bóng bề mặt tối ưu

Để có bề mặt hoàn thiện tốt nhất cần phải lựa chọn thông số gia công phù hợp. Các thực hành chính bao gồm:

Tốc độ cắt: Người ta cũng lưu ý rằng việc tăng tốc độ cắt giúp chúng tôi có được độ hoàn thiện tốt hơn vì ở tốc độ cao, công cụ dành thời gian tối thiểu để tạo vết lõm trên vật liệu. Tuy nhiên, những điều này phải được cân nhắc dựa trên tốc độ mài mòn của dụng cụ và tính chất của vật liệu phôi.

Tốc độ nạp: Người ta thường thấy rằng khi tốc độ tiến dao chậm thì độ hoàn thiện đạt được cũng tốt hơn. Tốc độ vật liệu được đưa vào dụng cụ cắt có thể được các nhà sản xuất thay đổi để xác định mức độ vật liệu cần loại bỏ trong một quy trình nhất định và từ đó xác định độ bóng bề mặt.

Độ sâu cắt: Các đường rạch nhẹ thường có lợi hơn khi đạt được độ hoàn thiện bề mặt được cải thiện. Việc giảm độ sâu cắt giúp giảm tải cho dụng cụ và phôi cải thiện độ bóng bề mặt và giảm độ lệch của dụng cụ.

Điều kiện và lựa chọn công cụ: Người ta đã quan sát thấy rằng loại dụng cụ cắt và tình trạng của nó có tác động trực tiếp đến độ bóng bề mặt. Các dụng cụ gọn gàng, sắc bén làm giảm sự hình thành các gờ và bề mặt gồ ghề. Hiệu suất của dụng cụ cũng có thể được cải thiện bằng cách chọn các dụng cụ có lớp phủ phù hợp cho ứng dụng hiện có và độ hoàn thiện bề mặt mong muốn.

Bản tóm tắt

Tỉ lệ hoàn thiện bề mặt là một khái niệm quan trọng trong quy trình sản xuất hiện nay vì nó ảnh hưởng đến chất lượng và chức năng của thành phẩm. Việc hoàn thiện bề mặt cần thiết có thể giảm thiểu mài mòn, tăng chức năng và tăng vẻ đẹp. Do đó, có thể đạt được chất lượng bộ phận được cải thiện thông qua việc sử dụng hợp lý các quy trình gia công và quy trình sản xuất.

Một vai trò quan trọng trong hiệu quả của sản phẩm là chất lượng của bề mặt hoàn thiện. Cho dù đó là giảm sức đề kháng trong vòng bi hay đảm bảo không độc hại trong bộ phận cấy ghép, thì việc hoàn thiện bề mặt đều ảnh hưởng đến cả hiệu suất và độ bền. Trong thiết kế và sản xuất, việc ưu tiên hoàn thiện bề mặt sẽ mang lại sự hài lòng cao hơn cho khách hàng và khả năng cạnh tranh thị trường cao hơn.

Câu hỏi thường gặp về Hoàn thiện bề mặt trong Gia công

Q1. Hoàn thiện bề mặt là gì và tại sao chúng ta cần nó?

Độ bóng bề mặt là thước đo độ nhám hoặc độ mịn của bề mặt được tạo ra trên vật liệu sau khi gia công. Nó rất quan trọng vì nó quyết định khả năng sử dụng, độ bền và thậm chí cả hình thức bên ngoài của một bộ phận. Bề mặt hoàn thiện tốt hơn có nghĩa là ít ma sát hơn và bôi trơn tốt hơn và hiệu suất cuối cùng của bộ phận đó trở nên tốt hơn.

Q2. Các thông số hoàn thiện bề mặt thông thường là gì?

Các thông số quan trọng khác của bề mặt hoàn thiện là độ nhám, độ gợn sóng và độ nhám. Độ nhám đặc trưng cho các đặc điểm có kích thước nhỏ so với bề mặt danh nghĩa trong khi độ gợn sóng xác định các điểm không đều lớn hơn trên bề mặt và độ nhám xác định hướng của mẫu bề mặt chính.

Q3. Có bao nhiêu cách đo độ bóng bề mặt?

Thông số chung của độ hoàn thiện bề mặt được đo bằng các dụng cụ như máy đo biên dạng, có loại tiếp xúc cũng như không tiếp xúc. Các tham chiếu đo lường khác bao gồm Ra (độ nhám trung bình), Rz (chiều cao tối đa trung bình từ đỉnh đến thung lũng) và Rt (tổng chiều cao đỉnh của bề mặt).

Q4. Làm thế nào để tăng cường độ hoàn thiện bề mặt và nên sử dụng chiến lược nào?

Các phương pháp được sử dụng để cải thiện độ hoàn thiện bề mặt bao gồm đánh bóng, phủ và xử lý sau. Quá trình đánh bóng giúp tinh chỉnh bề mặt, lớp phủ áp dụng các lớp bảo vệ bổ sung và quá trình xử lý sau như anodizing giúp tăng cường độ chắc chắn và vẻ ngoài của sản phẩm.

Q5. Các quy trình gia công khác nhau ảnh hưởng như thế nào đến độ hoàn thiện bề mặt của các bộ phận.

Ngày càng có nhiều phương pháp gia công khác nhau bao gồm tiện, phay và mài dẫn đến mức độ hoàn thiện bề mặt khác nhau. Ví dụ, mài thường được sử dụng để tạo ra bề mặt hoàn thiện tốt hơn so với thao tác tiện do có tính đến tác động cắt và cách thức mà dụng cụ tiếp xúc với phôi.

Q6. Việc hoàn thiện bề mặt phụ thuộc vào tính chất của vật liệu ở mức độ nào?

Điều này được xác định bởi độ cứng, độ giòn của vật liệu được gia công; không thể mong đợi vật liệu cứng, giòn có thể tạo ra độ hoàn thiện đẹp trên phôi. Vật liệu có độ bền kéo cao hơn có thể cần các công cụ và điều kiện cắt khác nhau vì ở tốc độ cao, chúng có thể làm mòn dụng cụ và không đảm bảo chất lượng hoàn thiện theo yêu cầu.

Q7. Những tài liệu tiêu chuẩn nào quy định các yêu cầu về hoàn thiện bề mặt?

Các tiêu chuẩn sau đây quy định và phân loại độ hoàn thiện bề mặt: tiêu chuẩn ISO 1301 và tiêu chuẩn ASME B46.1. Các tiêu chuẩn này đưa ra các yêu cầu về thông số hoàn thiện bề mặt cũng như các phương pháp đo lường nhằm mang lại sự đồng nhất trong các ngành công nghiệp.