Kỹ thuật sản xuất #05 — Dung sai bạn ghi quyết định giá gia công thế nào: từ IT7 đến IT9
Kỹ thuật sản xuất #05 — Dung sai bạn ghi quyết định giá gia công như thế nào: từ IT7 đến IT9
Câu trả lời ngắn: mỗi cấp dung sai bạn siết chặt thêm là một bậc chi phí, vì nó buộc xưởng đổi phương pháp gia công, thêm nguyên công và thêm kiểm tra. Một kích thước để IT9 (dải dung sai ~0,052 mm ở cỡ 18–30 mm) phay một lần là xong; ép xuống IT7 (~0,021 mm) có thể phải mài hoặc doa thêm; xuống dưới IT6 phải mài tinh hoặc cắt dây. (Lưu ý: cấp IT quy định dải dung sai tổng, không phải trị số cộng trừ ± — con số cụ thể tra theo dải kích thước, xem bảng bên dưới.) Cách rẻ nhất để hạ giá gia công là chỉ ghi dung sai chặt ở đúng những kích thước có chức năng, còn lại để dung sai chung — cách này hạ giá tốt hơn nhiều so với việc ngồi ép giá xưởng. Bài này giải thích hệ cấp dung sai IT, cách nó ánh xạ sang phương pháp gia công và chi phí, và cách ghi bản vẽ để không tự đội giá.
Bảng ánh xạ cấp dung sai sang phương pháp và chi phí
Bảng dưới dùng dải dung sai cho cỡ 18–30 mm làm ví dụ (giá trị IT chuẩn theo ISO 286 / JIS B 0401):
| Cấp IT | Dải dung sai (cỡ 18–30 mm) | Phương pháp đạt được | Chi phí tương đối | Ví dụ ứng dụng |
|---|
| IT6 | 0,013 mm (13 µm) | Mài, doa tinh, cắt dây tinh | Rất cao | Lỗ lắp ổ bi chính xác, chốt định vị |
| IT7 | 0,021 mm (21 µm) | Doa, mài, tiện/phay tinh cẩn thận | Cao | Lỗ lắp ổ bi, mặt lắp chính xác |
| IT8 | 0,033 mm (33 µm) | Tiện/phay tinh | Trung bình | Mặt lắp thông thường |
| IT9 | 0,052 mm (52 µm) | Phay/tiện một lần | Thấp | Kích thước lắp không chặt |
| IT10–IT11 | 0,084–0,130 mm | Gia công thô, cắt tấm | Rất thấp | Kích thước tự do, khoảng hở |
Vì dải dung sai của cùng một cấp IT thay đổi theo kích thước, bảng sau cho giá trị dải (µm) ở vài dải kích thước hay gặp (ISO 286 / JIS B 0401):
| Dải kích thước (mm) | IT6 | IT7 | IT8 | IT9 |
|---|
| 3–6 | 8 | 12 | 18 | 30 |
| 6–10 | 9 | 15 | 22 | 36 |
| 10–18 | 11 | 18 | 27 | 43 |
| 18–30 | 13 | 21 | 33 | 52 |
| 30–50 | 16 | 25 | 39 | 62 |
| 50–80 | 19 | 30 | 46 | 74 |
| 80–120 | 22 | 35 | 54 | 87 |
Đơn vị: µm (0,001 mm). Nguồn: ISO 286 / JIS B 0401; đối chiếu bảng kỹ thuật catalog MISUMI.
Cấp dung sai IT là gì
Hệ dung sai tiêu chuẩn (ISO 286, tương đương JIS) chia độ chính xác thành các cấp gọi là IT (International Tolerance grade): IT01, IT0, IT1... đến IT18. Số càng nhỏ, dung sai càng chặt. Trong gia công cơ khí thông thường, dải hay dùng là IT6 đến IT11.
Một điểm quan trọng: dung sai theo cấp IT phụ thuộc kích thước. Cùng IT7, một lỗ 10 mm có dung sai khác một lỗ 100 mm — kích thước lớn thì dung sai tuyệt đối rộng hơn. Vì vậy khi nói "IT7" là nói về mức độ khó tương đối, còn con số milimet cụ thể phải tra bảng theo dải kích thước. Điều này cũng có nghĩa: một chi tiết lớn giữ dung sai tuyệt đối nhỏ sẽ đắt hơn nhiều so với chi tiết nhỏ cùng con số, vì tính theo IT thì nó chặt hơn hẳn.
Vì sao mỗi cấp chặt thêm lại đắt hơn
Chi phí không tăng tuyến tính mà tăng theo bậc, vì tới một ngưỡng, phương pháp gia công hiện tại không đạt nổi và phải đổi sang phương pháp khác đắt hơn:
- Đổi phương pháp. Phay tinh đạt được IT8 dễ dàng. Muốn IT7 ổn định trên lỗ, thường phải thêm nguyên công doa hoặc mài — thêm dao, thêm lần gá, thêm thời gian.
- Thêm thời gian máy. Đạt dung sai chặt cần cắt nhẹ nhiều lần (nhiều đường chạy tinh), tốc độ chậm hơn, đo trong quá trình nhiều hơn.
- Thêm kiểm tra. Kích thước IT7 trở xuống thường phải đo bằng thiết bị chính xác (panme, đồng hồ so, máy đo tọa độ CMM), ghi phiếu kiểm. Kích thước IT10 chỉ cần thước cặp.
- Tăng phế phẩm. Dung sai càng chặt, tỷ lệ chi tiết lọt ra ngoài dải càng cao, kéo giá đơn vị lên.
- Kiểm soát nhiệt và biến dạng. Ở cấp chính xác cao, giãn nở nhiệt khi gia công và biến dạng do kẹp bắt đầu ảnh hưởng, phải kiểm soát nhiệt độ xưởng và cách gá — chi phí ẩn nhưng có thật.
Chọn dung sai nào: bám chức năng, không bám cảm giác
Nguyên tắc cốt lõi: chỉ chặt ở chỗ chức năng cần chặt. Hỏi từng kích thước một: "nếu kích thước này lệch trong khoảng rộng hơn, chi tiết có còn lắp và chạy đúng không?" Nếu có, để dung sai rộng.
Những kích thước thường thật sự cần chặt:
- Lỗ lắp ổ bi, bạc: quyết định độ đảo và tuổi thọ ổ → thường H7.
- Chốt và lỗ định vị: quyết định vị trí lắp ghép → H7/g6 hoặc tương đương.
- Mặt tiếp xúc kín, mặt trượt: cần độ phẳng và nhám tốt.
- Kích thước tạo chuỗi lắp (stack-up) nhiều chi tiết: sai số cộng dồn.
Những kích thước thường KHÔNG cần chặt:
- Kích thước bao ngoài không lắp với gì.
- Khoảng cách tới mép, vị trí lỗ bắt bu lông thông (lỗ đã có khe hở).
- Chiều dày, chiều cao phần không tiếp xúc.
Với nhóm không cần chặt, đừng ghi dung sai riêng — để chúng theo dung sai chung khai báo một lần ở góc bản vẽ (ví dụ JIS B 0405 hạng trung, hoặc ISO 2768-m). Cách này vừa gọn bản vẽ vừa báo cho xưởng biết phần lớn kích thước không cần đầu tư độ chính xác.
Dung sai và kiểu lắp: đọc ký hiệu H7/g6
Trên bản vẽ Nhật và quốc tế, dung sai lắp ghép thường ghi bằng ký hiệu chữ + số như H7, g6, k6. Chữ hoa chỉ lỗ, chữ thường chỉ trục; số là cấp IT. Vị trí chữ quyết định kiểu lắp:
- Lắp lỏng (clearance): luôn có khe hở, ví dụ H7/g6 — trục quay, trượt tự do.
- Lắp trung gian (transition): có thể hở hoặc chặt nhẹ, ví dụ H7/k6 — định vị chính xác, tháo được.
- Lắp chặt (interference): luôn chặt, phải ép, ví dụ H7/p6 — cố định không tháo thường xuyên.
Hiểu kiểu lắp giúp bạn ghi đúng nhu cầu: một trục cần quay trơn trong bạc thì ghi lắp lỏng, đừng ghi chặt hơn mức cần. Ghi sai kiểu lắp vừa tốn tiền vừa hỏng chức năng (lắp chặt chỗ cần quay thì kẹt).
Ví dụ: một bản vẽ tự đội giá
Một tấm đế 200 × 150 mm có 20 kích thước. Người vẽ ghi đồng loạt ±0,01 mm cho cả 20 vì "cho chắc". Thực tế chỉ 4 kích thước là lỗ lắp ổ bi và chốt định vị cần ±0,01; 16 kích thước còn lại là bao ngoài và lỗ bắt bu lông thông, để ±0,1 mm vẫn chạy đúng.
Hệ quả của bản vẽ "cho chắc": xưởng phải gia công tinh và đo cả 20 kích thước ở mức chính xác cao, giá có thể gấp 2–3 lần. Nếu tách đúng — 4 kích thước H7, 16 kích thước theo dung sai chung — chi tiết vẫn hoạt động y hệt mà giá giảm mạnh. Đây là ví dụ điển hình: chi phí không nằm ở chi tiết, nằm ở cách ghi dung sai.
Có một chi phí ẩn ít người để ý: mỗi kích thước có dung sai chặt còn kéo theo chi phí đo và lưu hồ sơ. Với chi tiết giao cho khách Nhật, kích thước quan trọng thường phải đo bằng máy đo tọa độ (CMM) và kèm phiếu kiểm (検査成績書). Đo một kích thước H7 trên CMM và ghi phiếu tốn thời gian gấp nhiều lần một kích thước tự do đo bằng thước cặp. Càng nhiều kích thước chặt, phiếu kiểm càng dài, thời gian giao hàng càng lâu. Vì thế giảm số kích thước chặt không chỉ hạ giá gia công mà còn rút ngắn thời gian kiểm và giao.
Khi nào thì chấp nhận trả chi phí dung sai chặt? Khi kích thước đó thật sự quyết định chức năng: lỗ ổ bi quyết định tuổi thọ và độ ồn, chốt định vị quyết định độ chính xác lắp ráp, mặt trượt quyết định độ mòn. Ở những chỗ này, tiết kiệm dung sai là tiết kiệm sai chỗ — chi tiết rẻ nhưng hỏng chức năng còn đắt hơn nhiều. Kỹ năng cần rèn là phân biệt được đâu là kích thước chức năng đáng đầu tư và đâu là kích thước tự do nên buông.
Dung sai kích thước chưa đủ: còn dung sai hình học
Nhiều chi tiết đúng mọi kích thước nhưng vẫn không lắp được, vì thiếu ràng buộc về hình học — độ phẳng, độ song song, độ vuông góc, độ đồng tâm, vị trí lỗ. Đây là phần GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing) mà bản vẽ Nhật thường ghi bằng khung ký hiệu có chuẩn (datum).
Ví dụ dễ hiểu: một tấm có bốn lỗ đúng đường kính và đúng khoảng cách tương đối, nhưng cả cụm bốn lỗ lệch so với mép chuẩn 0,3 mm. Nếu bản vẽ chỉ ghi khoảng cách giữa các lỗ mà không ghi vị trí so với chuẩn, chi tiết vẫn "đạt" theo kích thước nhưng không lắp được với chi tiết đối ứng. Ghi dung sai vị trí (position) so với datum sẽ chặn lỗi này.
Dung sai hình học cũng chi phối chi phí: yêu cầu độ phẳng cao trên mặt lớn buộc phải mài phẳng; yêu cầu độ song song hai mặt chặt buộc gá và gia công cẩn thận. Vì vậy nguyên tắc "chỉ chặt ở chỗ chức năng" áp dụng cho cả dung sai hình học — ghi độ phẳng, độ song song ở đúng mặt cần, đừng rải khắp bản vẽ. Bộ ký hiệu dung sai hình học (độ thẳng, độ phẳng, độ tròn, độ trụ, độ song song, độ vuông góc, độ nghiêng, vị trí, độ đồng tâm, độ đối xứng, độ đảo) theo JIS B 0021.
Chuỗi dung sai cộng dồn (stack-up)
Khi nhiều chi tiết lắp nối tiếp, sai số của từng chi tiết cộng lại thành sai số tổng của cụm. Một cụm năm chi tiết, mỗi chi tiết ±0,1 mm, trong trường hợp xấu nhất có thể lệch tổng ±0,5 mm — đủ để cụm không hoạt động. Đây là lý do đôi khi phải siết dung sai từng chi tiết vì nó nằm trong chuỗi cộng dồn, dù bản thân chi tiết đó xét riêng không đòi hỏi.
Cách xử lý thông minh: thay vì siết đều tất cả, phân tích chuỗi dung sai để tìm ra kích thước nào đóng góp nhiều nhất vào sai số tổng, rồi chỉ siết những kích thước đó. Hoặc thiết kế lại để giảm số mắt trong chuỗi (ít chi tiết nối tiếp hơn, dùng một chi tiết định vị chung). Giảm chuỗi cộng dồn thường rẻ hơn nhiều so với siết dung sai từng mắt.
Dung sai và độ nhám bề mặt đi cùng nhau
Dung sai kích thước và độ nhám bề mặt (Ra) là hai yêu cầu khác nhau nhưng liên quan. Một mặt lắp chặt hoặc mặt trượt vừa cần dung sai kích thước tốt vừa cần bề mặt đủ mịn; ghi dung sai chặt mà quên độ nhám thì mặt vẫn có thể ráp và mòn nhanh. Ngược lại, ghi Ra quá mịn (ví dụ Ra 0,2 µm) cho mặt không tiếp xúc là lãng phí — mỗi bậc nhám mịn hơn cũng là thêm chi phí như dung sai. Nguyên tắc vẫn là: ghi độ nhám theo chức năng của bề mặt, mặt lắp và mặt trượt mới cần mịn, mặt tự do để nhám gia công thô.
Sai lầm thường gặp
- Ghi dung sai chặt đồng loạt "cho chắc". Đội giá mà không thêm chức năng.
- Không khai báo dung sai chung. Xưởng phải hỏi lại hoặc tự đoán, dễ sai và chậm.
- Ghi IT quá chặt cho chi tiết lớn. Cùng cấp IT, chi tiết lớn đắt hơn nhiều; cân nhắc kỹ.
- Nhầm kiểu lắp. Ghi lắp chặt chỗ cần quay, hoặc lắp lỏng chỗ cần định vị.
- Bỏ qua dung sai hình học (độ phẳng, độ song song, vị trí). Đôi khi chức năng phụ thuộc chúng hơn là dung sai kích thước; ghi thiếu thì chi tiết đúng số vẫn không lắp được.
Tiêu chí ghi dung sai (checklist)
- [ ] Đã hỏi từng kích thước "lệch rộng hơn có còn chạy đúng không" chưa?
- [ ] Đã khai báo dung sai chung (JIS B 0405 / ISO 2768) ở góc bản vẽ chưa?
- [ ] Chỉ những kích thước chức năng mới ghi dung sai riêng chặt?
- [ ] Đã dùng đúng ký hiệu kiểu lắp (H7/g6...) theo nhu cầu quay/định vị/ép?
- [ ] Với chi tiết lớn, đã cân nhắc dung sai tuyệt đối thay vì máy móc theo cấp IT?
- [ ] Đã xét dung sai hình học (độ phẳng, vị trí) nếu chức năng cần?
Muốn tối ưu bản vẽ để giảm giá gia công mà vẫn giữ đúng chức năng, MINATA có thể rà soát dung sai trên bản vẽ và đề xuất chỗ nào nên nới, chỗ nào phải giữ. Xem dịch vụ Kỹ thuật & Sản xuất của MINATA.
Đọc thêm trong chuỗi Kỹ thuật sản xuất
Xem tất cả bài viết kỹ thuật MINATA