Độ nhám bề mặt là yếu tố quyết định chất lượng và độ chính xác của chi tiết gia công. Trên bản vẽ, thông số này luôn được ký hiệu rõ ràng.

Trong chuyên mục này, chúng mình sẽ dùng hình ảnh minh họa để giải thích ý nghĩa các chỉ thị độ nhám và giới thiệu loại máy công cụ phù hợp cho từng mức yêu cầu.

Hãy đảm bảo chọn đúng máy để đạt độ nhám mong muốn ngay từ lần gia công đầu tiên bạn nhé.

MENU

1. Độ nhám bề mặt là gì?

2. Tại sao cần phải chỉ thị độ nhám bề mặt?

3. Đơn vị đo độ nhám bề mặt Ra và Rz là gì?

① Độ nhám trung bình (Ra)

② Độ nhám đỉnh–đáy trung bình (Rz)

4. So sánh với JIS cũ

5. Các loại phương pháp đo lường

① Loại tiếp xúc: Surf Corder

② Loại không tiếp xúc: Kính hiển vi laser

6. Ký hiệu độ nhám bề mặt hiện tại

7. Độ nhám bề mặt và phương pháp gia công

8. Kiểm tra độ nhám bề mặt thực tế bằng ảnh

1. Độ nhám bề mặt là gì?

Khi phóng đại bề mặt của một vật thể, như trong Hình 1, có thể thấy bề mặt được cấu thành từ độ sóng và độ nhám.

Trong hai thành phần này, tiêu chuẩn độ nhám bề mặt được xác định dựa trên phần độ nhám còn lại sau khi đã loại bỏ ảnh hưởng của độ sóng.

Việc tách độ sóng và độ nhám được thực hiện bằng cách sử dụng chiều dài chuẩn (giá trị cắt lọc – cut-off value) được quy định trong Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản JIS B 0633.

<Hình 1>

2. Tại sao cần phải chỉ thị độ nhám bề mặt?

Khi mô tả độ nhám bề mặt của sản phẩm, các cách diễn đạt như “trơn láng”, “bóng loáng” hay “sần sùi” thường mang tính chủ quan và dễ bị ảnh hưởng bởi cảm nhận cá nhân. Hình thức quan sát bằng mắt hoặc cảm nhận bằng tay đều có sai lệch giữa các cá nhân.

Trong những trường hợp như vậy, việc sử dụng các chỉ tiêu độ nhám bề mặt được tiêu chuẩn hóa cho phép biểu thị giá trị một cách khách quan, không phụ thuộc vào người đo.

3. Đơn vị đo độ nhám bề mặt Ra và Rz là gì?

Các phương pháp định lượng độ nhám bề mặt bao gồm:

• Độ nhám trung bình (Ra)
• Độ nhám đỉnh–đáy trung bình (Rz)

Hãy cùng tìm hiểu chi tiết từng chỉ tiêu này nào!

① Độ nhám trung bình (Ra)

Khi tách riêng phần độ nhám của bề mặt vật thể, ta sẽ thu được dạng như Hình 2.

Chỉ tiêu thường được sử dụng để biểu thị mức độ nhấp nhô như trong Hình 2 chính là độ nhám trung bình (Ra).

<Hình 2>

Chúng ta sẽ sử dụng Hình 3 để giải thích về độ nhám trung bình số học (Ra).

Ra là phương pháp xác định giá trị trung bình của các nhấp nhô trong một khoảng chuẩn L. Cụ thể, Ra được tính bằng cách lấy diện tích A (vùng gạch chéo) chia cho chiều dài chuẩn L.

Khi tính diện tích A, nếu coi các phần nằm dưới đường chuẩn là giá trị âm thì giá trị dương và âm sẽ triệt tiêu nhau, dẫn đến kết quả gần bằng 0. Do đó, diện tích A được tính theo giá trị tuyệt đối của biên dạng. Giá trị Ra thu được càng nhỏ thì bề mặt càng nhẵn mịn.

Diện tích

Độ nhám trung bình

<Hình 3>

② Độ nhám đỉnh–đáy trung bình (Rz)

Ở độ nhám trung bình số học (Ra), chúng ta xác định độ nhám bề mặt bằng giá trị trung bình trong một khoảng nhất định.

Tuy nhiên, trong trường hợp như Hình 4 thì sẽ như thế nào?

<Hình 4>

Mặc dù có những vị trí nhô cao vượt quá đường chuẩn và những vị trí lõm sâu xuống dưới đường chuẩn, nhưng khi tính giá trị trung bình (Ra), do các khu vực còn lại có độ nhám nhỏ nên kết quả vẫn cho ra giá trị thấp.

Trong trường hợp này, người ta lấy khoảng chênh lệch giữa độ nhô lớn nhất theo hướng dương và độ lõm lớn nhất theo hướng âm để biểu thị mức độ nhám. Chỉ tiêu này được gọi là độ nhám chiều cao lớn nhất (Rz).

Độ nhám chiều cao lớn nhất thường được áp dụng khi chỉ cần một vị trí có vết xước sâu cũng có thể khiến sản phẩm mất khả năng hoạt động.

<Hình 5>

4. So sánh với JIS cũ

Giữa tiêu chuẩn JIS trước năm 1994 (JIS cũ) và tiêu chuẩn JIS hiện hành, cách biểu thị và loại tham số đo độ nhám bề mặt có sự khác biệt.

Trong JIS cũ, độ nhám bề mặt được biểu thị bằng các tham số như dưới đây.

 

Tên tham số	Ký hiệu	Theo tiêu chuẩn JIS
Độ nhám trung bình	Ra	Trong tiêu chuẩn JIS hiện hành, biểu thị bằng “Ra”.
Chiều cao lớn nhất	Ry	Trong JIS hiện hành, biểu thị bằng “Ry”.
Chiều cao mười điểm	Rz	Trong JIS hiện hành, biểu thị bằng “Rz”. Được tính bằng trung bình cộng của tổng chiều cao 5 đỉnh cao nhất và tổng chiều sâu 5 đáy sâu nhất.

Điểm cần lưu ý là trong JIS cũ, ký hiệu Rz dùng để chỉ độ nhám trung bình mười điểm (Ten-point mean roughness),

Trong khi trong JIS hiện hành, Rz lại dùng để chỉ độ nhám chiều cao lớn nhất (Maximum height roughness).

Vì vậy, khi đọc bản vẽ, cần xác định rõ bản vẽ đó tuân theo JIS hiện hành hay JIS cũ để tránh hiểu sai yêu cầu kỹ thuật.

5. Các loại phương pháp đo lường

Phương pháp đo độ nhám bề mặt được chia thành hai nhóm chính: phương pháp tiếp xúc và phương pháp không tiếp xúc.

Trong bài này, chúng tôi sẽ giới thiệu hai ví dụ tiêu biểu:

• Phương pháp tiếp xúc: máy đo độ nhám bề mặt kiểu tiếp xúc (Surf Coder)
• Phương pháp không tiếp xúc: kính hiển vi laser (Laser Microscope).

① Loại tiếp xúc: Surf Corder

Đầu đo dạng kim (stylus) quét dọc theo bề mặt mẫu, từ đó phát hiện và ghi nhận các nhấp nhô để thực hiện phép đo.

〇 Ưu điểm

• Có thể thu được dạng sóng biên dạng rõ ràng → nâng cao độ tin cậy của phép đo.

✕ Nhược điểm

• Đầu đo (stylus) bị mài mòn theo thời gian.
• Lực đo có thể gây trầy xước bề mặt mẫu.
• Không thể đo các rãnh có kích thước nhỏ hơn bán kính đầu đo R.
• Khó định vị và xác nhận chính xác vị trí đo trên các điểm rất nhỏ

② Loại không tiếp xúc: Kính hiển vi laser

Chiếu tia laser lên bề mặt mẫu và đọc tín hiệu phản xạ để thực hiện phép đo.

〇 Ưu điểm

• Do không tiếp xúc nên không gây trầy xước bề mặt mẫu.
• Có thể đo được các nhấp nhô rất nhỏ so với phương pháp tiếp xúc.

✕ Nhược điểm

• Không thể đo tại các vị trí mà tia laser không chiếu tới.

6. Ký hiệu độ nhám bề mặt hiện tại

Các ký hiệu biểu thị độ nhám bề mặt được quy định trong tiêu chuẩn JIS hiện hành được thể hiện như trong Hình 6.

<Hình 6>

Trường hợp bắt buộc phải thực hiện gia công bóc tách vật liệu, ký hiệu sẽ được ghi như trong Hình 7. Tuy nhiên, không nhất thiết phải ghi đầy đủ tất cả các mục từ a đến e; chỉ những mục cần thiết mới được ghi.

<Hình 7>

 

(ví dụ)

7. Độ nhám bề mặt và phương pháp gia công

Để đạt được độ nhám bề mặt mong muốn, vui lòng tham khảo bảng dưới đây.

8. Kiểm tra độ nhám bề mặt thực tế bằng ảnh

Dưới đây là các mẫu độ nhám bề mặt thu được khi gia công bằng cắt gọt và khi gia công bằng mài.

Trong trường hợp không thể đo được bằng máy đo kiểu tiếp xúc (Surf Coder) hoặc kính hiển vi laser như đã đề cập ở mục 3, có thể dựa vào mẫu giới hạn độ nhám bề mặt để thực hiện đánh giá bằng mắt.

〈Gia công cắt gọt〉

<Gia công mài>

Như vậy, dù cùng một giá trị độ nhám bề mặt, hình dạng vết dao (tool mark) vẫn khác nhau tùy theo phương pháp gia công.

Tóm lại

Tóm lại, độ nhám bề mặt quyết định trực tiếp đến chất lượng và độ bền sản phẩm. Hiểu đúng thông số, chọn phương pháp đo phù hợp và gia công chính xác sẽ giúp tạo ra bề mặt hoàn hảo, đáp ứng cả yêu cầu kỹ thuật lẫn thẩm mỹ.

Cuối cùng, nếu bạn thấy bài viết hữu ích, đừng quên để lại bình luận, nhấn like hoặc chia sẻ cho bạn bè cùng tham khảo nhé! Mỗi tương tác của bạn là động lực để chúng tôi tiếp tục chia sẻ thêm nhiều kiến thức giá trị hơn nữa.

Tác giả: Chu Văn Minh

             Nguyễn Văn Hoà