Trả lời trực tiếp: Kích thước chỉ có nghĩa khi gắn với một nhiệt độ quy ước, vì cả chi tiết lẫn dụng cụ đo đều giãn nở. Sai lệch do nhiệt lớn nhất khi chi tiết và dụng cụ làm bằng vật liệu khác nhau hoặc chưa cùng nhiệt độ — chứ không phải khi xưởng nóng.
Nội dung thuộc chuyên trang Đo lường & dung sai của cokhi.net — ở góc nguyên lý phép đo, không thay thế quy trình hiệu chuẩn của phòng đo.
Vì sao một con số kích thước chưa đủ để có nghĩa?
Mọi vật liệu đều đổi kích thước theo nhiệt độ. Nghĩa là khi ghi "đường kính bằng X" thì câu đó chỉ đúng tại một nhiệt độ nào đó, và nếu không nói rõ nhiệt độ nào thì con số ấy thiếu một nửa thông tin.
Vì vậy hệ thống đo lường kích thước quy ước một nhiệt độ chuẩn để mọi phép đo quy chiếu về. Trị số cụ thể của nhiệt độ chuẩn và điều kiện áp dụng phải tra ở tiêu chuẩn đo lường đang áp dụng — bài này không nêu trị số vì nó là quy ước có văn bản, không phải thứ suy ra được từ nguyên lý.
Điều quan trọng hơn con số ấy: quy ước này giải thích vì sao dung sai chặt thì phép đo phải kiểm soát nhiệt độ. Với cấp chính xác thô, ảnh hưởng của nhiệt nằm chìm trong dung sai; với cấp chặt, nó trở thành phần đáng kể của dung sai. Cách đọc các cấp chính xác trình bày ở bài cấp chính xác IT01–IT18.
Ba tình huống, ba mức sai số hoàn toàn khác nhau
| Tình huống | Chuyện gì xảy ra | Mức ảnh hưởng |
|---|---|---|
| Chi tiết và dụng cụ cùng vật liệu, cùng nhiệt độ | Cả hai giãn nở như nhau nên tỷ lệ giữa chúng gần như không đổi | Nhỏ nhất — sai lệch phần lớn tự triệt tiêu |
| Chi tiết và dụng cụ khác vật liệu, cùng nhiệt độ | Hai bên giãn nở khác nhau; chênh lệch đi thẳng vào kết quả | Đáng kể khi lệch xa nhiệt độ chuẩn |
| Chi tiết và dụng cụ chưa cùng nhiệt độ | Chi tiết vừa gia công còn nóng, hoặc vừa mang từ xưởng vào phòng đo | Lớn nhất, và thay đổi liên tục trong lúc đo |
Bảng nêu quan hệ điều kiện đo – cơ chế sinh sai lệch – mức ảnh hưởng tương đối; bảng không nêu trị số hệ số giãn nở hay sai lệch tính được, vì hệ số giãn nở khác nhau theo từng mác vật liệu và phải lấy từ tài liệu của mác đó. Đặc tính từng nhóm vật liệu nêu ở bài hợp kim màu trong cơ khí.
Vì sao "chưa cân bằng nhiệt" nguy hiểm hơn "xưởng nóng"?
Xưởng nóng đều là một sai lệch hệ thống và ổn định: nếu biết nhiệt độ và biết vật liệu thì quy đổi được, và quan trọng hơn, các lần đo vẫn so sánh được với nhau.
Chi tiết chưa cân bằng nhiệt thì khác hẳn. Nhiệt độ của nó đang thay đổi trong chính lúc đo, nên:
- Đo lại lần hai ra số khác lần một, mà không phải do người đo.
- Không quy đổi được, vì không biết nhiệt độ thật của chi tiết tại thời điểm đầu đo chạm vào.
- Nhiệt độ không đều trong lòng chi tiết — phần dày còn nóng trong khi bề mặt đã nguội, nên chi tiết còn đang biến dạng.
Hai nguồn nhiệt hay bị bỏ qua nhất: nhiệt sinh ra trong lúc gia công (đặc biệt sau mài, xem cháy bề mặt khi mài) và nhiệt từ bàn tay người đo truyền vào chi tiết nhỏ hoặc vào chính dụng cụ. Với chi tiết nhỏ và dung sai chặt, cầm lâu trong tay đủ để làm lệch kết quả.
Bản thân máy công cụ cũng nóng lên khi chạy và kéo theo sai lệch kích thước — cơ chế và cách xử trình bày ở bài sai kích thước khi gia công CNC.
Đưa yêu cầu về nhiệt độ vào đâu trong quy trình?
Ba chỗ, và cả ba đều thuộc khâu chuẩn bị chứ không phải khâu đo:
① Thời gian ổn định nhiệt trước khi đo — chi tiết và dụng cụ để cùng nhau trong môi trường đo đủ lâu. Chi tiết càng lớn và càng dày thì càng lâu. ② Ghi điều kiện đo cùng với kết quả, để lần sau so sánh được. Kết quả đo không kèm điều kiện thì không dùng để theo dõi xu hướng được. ③ Chọn dụng cụ cùng nhóm vật liệu với chi tiết khi có thể, để tận dụng việc sai lệch tự triệt tiêu ở tình huống thứ nhất trong bảng trên.
Đây cũng là lý do phép đo dùng làm căn cứ nghiệm thu phải nằm trong hệ thống hiệu chuẩn có chu kỳ và có liên kết chuẩn, xem bài hiệu chuẩn thiết bị đo. Với chi tiết phức tạp, phép đo tọa độ còn cho phép ghi lại điều kiện đo cùng dữ liệu, xem bài máy đo tọa độ CMM.
Câu hỏi thường gặp
Đo ngay tại máy có chấp nhận được không? Chấp nhận được khi mục đích là điều chỉnh máy, vì khi đó cái ta cần là xu hướng chứ không phải trị số tuyệt đối. Không chấp nhận được khi kết quả dùng làm căn cứ nghiệm thu với dung sai chặt — lúc đó chi tiết phải ổn định nhiệt trước.
Chi tiết nhôm và chi tiết thép có phải xử khác nhau không? Có, vì hệ số giãn nở của hai nhóm vật liệu này khác nhau đáng kể. Với chi tiết nhôm dung sai chặt, ảnh hưởng của nhiệt xuất hiện sớm hơn nhiều so với thép. Trị số cụ thể phải tra theo mác vật liệu.
Dùng calip thì có bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ không? Có, vì calip cũng là một vật thể có kích thước. Điểm khác là calip cho kết luận đạt/không đạt chứ không cho trị số, nên sai lệch nhiệt biểu hiện thành kết luận sai thay vì thành con số lệch — khó phát hiện hơn. Nguyên lý và các hạn chế của nhóm dụng cụ này nằm ở bài calip giới hạn go/no-go.