luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi phay cao tốc thép skd61 đã nhiệt luyện

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.49 MB, 159 trang )

Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LâI CÀM ¡N

Tơi xin gửi lãi cÁm ¢n chân thành và biết ¢n sâu sắc tái tÃp thể h°áng dÁn khoa hác PGS.TS Ph¿m Văn Báng và PGS.TS Hồng Tiến Dũng ã ln theo sát và tÃn tình h°áng dÁn tơi trong st q trình nghiên cău và hoàn thiện luÃn án.

Tơi xin trân tráng cÁm ¢n ĐÁng āy, Ban Giám hiệu, Phịng Đào t¿o, Khoa C¢ khí, Trung tâm ào t¿o sau ¿i hác - Tr°ãng Đ¿i hác Cơng nghiệp Hà Nßi ã t¿o mái iều kiện giúp ỡ tơi trong st q trình hác tÃp, nghiên cău và hoàn thành LuÃn án.

Xin cám ¢n tÃp thể các nhà khoa hác trong lĩnh vực C¢ khí chế t¿o máy t¿i tr°ãng Đ¿i hác Cơng nghiệp Hà Nßi, tr°ãng Đ¿i hác Bách khoa Hà Nßi, tr°ãng Đ¿i hác s° ph¿m kā thuÃt H°ng yên, tr°ãng Đ¿i hác kā thuÃt Công nghiệp Thái nguyên, tr°ãng Đ¿i hác Giao thông vÃn tÁi, Hác viện kā thuÃt Quân sự... ã giúp ỡ và có nhiều ý kiến óng góp cho tơi hồn thành ln án này.

Tơi cũng xin °ợc gửi lãi cÁm ¢n ến Viện khoa hác vÃt liệu, Viện vũ khí, Công ty TNHH KEYENCE Việt Nam, Công ty TNHH HITACHI Việt Nam ã hỗ trợ tôi trong quá trình thực nghiệm.

Cuái cùng xin °ợc gửi lãi cÁm ¢n ến gia ình, bá, mẹ, vợ, con, anh, chß, em là ngußn ßng viên và truyền nhiệt huyết ể tơi hồn thành ln án.

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023

NGHIÊN CĄU SINH

Lê Th¿ H°ng

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LâI CAM ĐOAN

Tôi xin cam oan nßi dung ln án là cơng trình nghiên cău cāa riêng tơi d°ái sự h°áng dÁn cāa PGS.TS Ph¿m Văn Báng và PGS.TS Hoàng Tiến Dũng. Kết quÁ nêu trong luÃn án là trung thực và ch°a từng °ợc công bá trong bất kỳ cơng trình nghiên cău nào khác.

Hà Nội, ngày ….. tháng … năm 2023

LÊ TH¾ H¯NG

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

MĀC LĀC

LâI CÀM ¡N ... IIILâI CAM ĐOAN ... IVDANH MĀC CÁC KÝ HIàU VÀ CHĀ VI¾T TÀT ... VIIIDANH MĀC CÁC HÌNH ... XDANH MĀC CÁC BÀNG BIÂU ... XIV

Mä ĐÄU ... 1

1. Lý do chán đÁ tài ... 1

2. Māc tiêu nghiên cąu ... 2

3. Đßi t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu ... 3

4. Nßi dung nghiên cąu ... 4

6. Ý ngh*a khoa hác và thăc tißn căa đÁ tài ... 5

6.1. Ý ngh*a khoa hác ... 5

6.2. Ý ngh*a thăc tißn ... 5

7. Nhāng đóng góp mái căa đÁ tài ... 6

8. CÃu trúc căa lu¿n án. ... 6

CH¯¡NG 1. TÞNG QUAN V QU TRèNH GIA CễNG VắT LIU Cể ị CĄNG CAO ... 7

1.1. Tßng quan vÁ v¿t liáu có đß cąng cao ... 7

1.1.1. Khái niám và phân lo¿i vÁ v¿t liáu có đß cąng cao ... 7

1.1.2. Đ¿c điÃm căa v¿t liáu có đß cąng cao ... 8

1.1.3. Ąng dāng căa các lo¿i v¿t liáu có đß cąng cao ... 10

1.2. Tßng quan vÁ q trình gia cơng v¿t liáu có đß cąng cao ... 11

1.2.1. Đ¿c điÃm q trình gia cơng v¿t liáu có đß cąng cao ... 11

1.2.2. Mòt sò phÂng phỏp gia cụng vt liỏu có đß cąng cao ... 12

1.2.3. Dāng cā gia cơng v¿t liáu có đß cąng cao ... 16

1.3. Tình hình nghiên cąu vÁ gia cơng v¿t liáu có đß cąng cao ... 23

1.3.1. Tình hình nghiên cąu trong n°ác ... 23

1.3.2. Tình hình nghiên cąu ngồi n°ác ... 24

CH¯¡NG 2. CĂ Sọ Lí THUYắT QU TRèNH PHAY CAO TịC VắT LIàU CĨ ĐÞ CĄNG CAO ... 26

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

2.1. Khái qt vÁ q trình phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao ... 26

2.1.1. Khái qt vÁ q trình gia cơng và phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao ... 26

2.1.2. Q trình t¿o phoi khi phay cao tòc ... 28

2.2. PhÂng phỏp phay v yêu cÅu căa dāng cā cÁt khi phay cao tßc vt liỏu cú ò cng cao ... 32

2.2.1. Cỏc phÂng pháp phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao ... 32

2.2.2. Yêu cÅu căa dāng cā cÁt khi phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao ... 33

2.3. Đ¿c điÃm và ąng dāng căa phay cao tßc ... 34

2.3.1. Mßt sß đ¿c điÃm khác căa phay cao tßc so vái phay thông th°ãng .... 34

2.3.2. Ąng dāng căa phÂng phỏp phay cao tòc ... 34

2.4. Thụng sò c tr°ng cho hiáu quÁ và chÃt l°ÿng trong quá trình phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao ... 35

2.4.1. Đß nhám bÁ m¿t gia cơng trong q trình phay cơng tßc ... 35

2.4.2. Nghiên cąu vÁ lăc cÁt và nng l°ÿng bóc tách v¿t liáu trong q trình phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao ... 39

2.4.3. Nghiên cąu vÁ rung đßng trong q trình gia cơng ... 46

2.4.4. Nghiên cąu vÁ mịn dāng cā cÁt trong q trình gia cơng ... 49

2.5. Nghiên cąu vÁ gia cơng cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao ... 55

2.5.1. Nghiên cąu căa các tác giÁ trong n°ác ... 55

2.5.2. Nghiên cąu căa các tác giÁ n°ác ngoài ... 57

CH¯¡NG 3. THI¾T L¾P THĂC NGHIàM THÉP SKD61 BäI QUY TRÌNH PHAY CAO TÞC ... 60

3.1. Māc tiêu và nßi dung căa nghiên cąu thăc nghiám ... 60

3.2.1. Thi¿t l¿p há thßng thăc nghiám ... 60

3.2.2. Thi¿t l¿p ma trn thc nghiỏm v ch ò ct ... 64

3.2.3. PhÂng pháp xÿ lý dā liáu thăc nghiám... 67

3.3. K¿t quÁ và phân tích dā liáu thăc nghiám ... 69

3.3.1. K¿t q phân tích Ánh h°ång căa mßt sß thơng sß công nghá đ¿n chÃt l°ÿng bÁ m¿t khi phay cao tßc thép SKD61 đã nhiát luyán ... 69

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

3.3.3. K¿t q phân tích Ánh h°ång căa mßt sß thơng sß cơng nghá đ¿n rung

đßng khi phay cao tßc thép SKD61 đã nhiát luyán ... 80

3.3.4. K¿t q phân tích Ánh h°ång căa mßt sß thơng sß cơng nghá đ¿n mịn dāng cā khi phay cao tßc thép SKD61 đã nhiát luyán ... 85

CH¯¡NG 4. TÞI ¯U HĨA ĐA MĀC TIÊU VÀ DĂ ĐỐN MỊN DĀNG CĀ KHI PHAY CAO TÞC THÉP SKD61 ĐÃ NHIàT LUYàN ... 92

4.1. Xác đßnh māc tiêu trong gia cơng cao tßc ... 92

4.3. Xây dāng thu¿t tốn FGRA-PSO cho tßi °u đa māc tiêu khi phay cao tßc ... 95

4.4. Xác đßnh các điÁu kián ràng bußc khi phay cao tßc ... 98

4.5. PhÂng phỏp gii bi toỏn tòi u a māc tiêu khi phay cao tßc thép cąng ... 100

4.6. K¿t quÁ tßi °u đa māc tiêu ... 103

4.7 Phân tích tín hiáu sóng con và chỉ sß Gini trong dă đốn mịn dāng cā .. 110

4.7.1. Phân tích tín hiáu lăc cÁt, rung đßng và âm thanh ... 110

4.7.2. L°ÿng mịn dāng cā theo tỉ lá chỉ sß Gini phân tích sóng con các thành phÅn tín hiáu ... 117

4.7.3. Mơ hình dă đốn l°ÿng mịn dāng cā và ò chớnh xỏc d oỏn ... 121

KắT LUắN CHUNG ... 127

H¯àNG PHÁT TRIÂN CĂA ĐÀ TÀI ... 130

DANH MĀC CÁC BÀI BÁO, CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BÞ ... 131

TÀI LIàU THAM KHÀO ... 132

PHĀ LĀC 1 ... 138

PHĀ LĀC 2 ... 140

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

DANH MĀC CÁC KÝ HIàU VÀ CHĀ VI¾T TÀT

2 Rz Chiều cao nhấp nhơ trung bình cāa bề mặt µm 3 PCBN Polycrystalline Carbon Boron Nitride

4 CBN Carbon Boron Nitride

22 CNC Máy iều khiển sá vái sự hỗ trợ cāa máy tính 23 QTGC Q trình gia cơng

24 DAQ Hệ tháng thu thÃp dữ liệu 25 DSS Hệ tháng hỗ trợ ra quyết ßnh 26 S/N Tÿ sá tín t¿p

27 ANOVA Phân tích ph°¢ng sai 28 GRA Phân tích quan hệ xám

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

29 FGRA Phân tích mái quan hệ mã xám

30 MOP Tái °u hóa a mÿc tiêu 31 PSO Tái °u hóa bầy àn

32 FGRA-PSO Phân tích mái quan hệ mã xám - Tái °u hóa bầy àn 33 GRG Măc quan hệ xám mã

34 GCC Gia công căng

35 FFT Biến ái Fourier nhanh 36 GI Chỉ sá Gini

37 GCCT Gia công cao tác

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

DANH MĀC CÁC HÌNH

3 Hình 1.3 Tính kinh tế kā tht trong tiện căng 12

5 Hình 1.5 So sánh về năng l°ợng và l°ợng bóc tách vÃt liệu khi tiện

6 Hình 1.6 So sánh về chất l°ợng bề mặt khi tiện căng và mài 14 7 Hình 1.7 Tuái bền dÿng cÿ khi khoan phÿ thc vào thơng sá chế ß cắt 14 8 Hình 1.8 Rút ngắn các b°ác công nghệ khi khoan căng 15

10 Hình 1.10 Mịn mặt sau dÿng cÿ cắt khi phay vÃt liệu căng 16 11 Hình 1.11 Đß bền uán theo ß căng cāa vÃt liệu dÿng cÿ thép tác ß cao 17

13 Hình 1.13 Mßt sá lo¿i mÁnh cắt vÃt liệu gám 20 14 Hình 1.14 Mßt sá lo¿i vÃt liệu tinh thể Carbon Boron Nitride 20 15 Hình 1.15 Các ặc tr°ng và thơng sá ầu vào cāa q trình gia cơng 22 16 Hình 2.1 Nhiệt ß khi phay cao tác theo dự oán cāa Salomon 26 17 Hình 2.2 Vùng tác ß cắt cho các d¿ng gia công 28

19 Hình 2.4 Mơ hình lý thuyết và kết q thực nghiệm quá trình hình

20 Hình 2.5 Phoi sinh ra từ những vÃn tác cắt khác nhau 30 21 Hình 2.6 Hình thái cāa phoi trong vùng gia công thông th°ãng và

22 Hình 2.7 Mặt cắt cāa quá trình hình thành phoi trong gia công 31 23 Hình 2.8 Các ph°¢ng pháp phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao 32 24 Hình 2.9 Mßt sá sÁn ph¿m cāa gia cơng cao tác 35 25 Hình 2.10 SÂ ò xỏc ònh ò nhp nhụ t vi cāa bề mặt chi tiết máy 36 26 Hình 2.11 Mơ hình lực cắt hình hác cāa q trình cắt ¢n giÁn 40 27 Hình 2.12 Mơ hình lực cắt hình hác cāa quá trình cắt xiên 40 28 Hình 2.13 Mơ hình q trình phay mặt phẳng vái góc xoắn bằng khơng 42

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

29 Hình 2.14 Mái quan hệ giữa chiều dày phoi và góc cāa dao 42 30 Hình 2.15 Chiều sâu cắt trong tr°ãng hợp phay vái góc xoắn bằng khơng 42 31 Hình 2.16 Mơ hình q trình phay vái góc xoắn cāa răng cắt 43 32 Hình 2.17 Mơ hình ßng lực hác q trình cắt ¢n giÁn 46 33 Hình 2.18 Mơ hình ßng lực hác q trình phay 47 34 Hỡnh 2.19 SÂ ò khái cāa quy trình dự ốn tích hợp cāa lực cắt ßng 48 35 Hình 2.20 Mịn cāa dao phay ngón, từ ISO 8688 49

37 Hình 2.22 Săt mẻ dao khi gia cơng thép có ß căng 55 HRC 51 38 Hình 2.23 Đß mịn mặt sau liên quan ến thãi gian và tác ß cắt khác

45 Hình 3.4 Thơng sá cāa mÁnh cắt TH308 ZCFG200SW-R1.0 62 46 Hình 3.5 Máy o nhám Mitutoyo SURFTEST SJ-210 62 47 Hình 3.6 Thiết bß o lực cắt Kistler Type 9139AA 63 48 Hình 3.7 Đo rung ßng, âm thanh Bruel&Kjaer Đan M¿ch 63 49 Hình 3.8 Kính hiển vi kā thuÃt sá Keyence VHX-7000 64 50 Hình 3.9 Thiết bß thí nghiệm dự ốn mịn dÿng cÿ theo ph°¢ng

51 Hình 3.10

Quy trình phân tích và thực nghiệm trong xác ßnh l°ợng mòn dÿng cÿ cắt khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt

54 Hình 3.13 Kết quÁ phân tích ANOVA chất l°ợng bề mặt khi phay °át 71 55 Hình 3.14 Phân tích phay khô theo ANOVA nhám bề mặt 72

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

56 Hình 3.15 Kết quÁ phân tích FGRA khi phay khơ và °át tái nhám bề

57 Hình 3.16 Biểu ß so sánh lực cắt khi phay °át và phay khô 76 58 Hình 3.17 Kết q phân tích ANOVA lực cắt khi phay °át 76 59 Hình 3.18 Kết q phân tích ANOVA lực cắt khi phay khơ 77 60 Hình 3.19 Kết quÁ phân tích mái quan hệ xám mã tái lực cắt 79 61 Hình 3.20 Biểu ß so sánh biên ß rung ßng khi phay °át và phay khô 82 62 Hình 3.21 Kết q ANOVA biên ß rung ßng khi phay °át 82 63 Hình 3.22 Kết quÁ ANOVA biên ß rung ßng khi phay khơ 82 64 Hình 3.23 Phân tích mái quan hệ xám mã tái rung ßng 84 65 Hình 3.24 Biểu ß so sánh mịn mặt sau khi phay °át và phay khơ 86 66 Hình 3.25 Biểu ß so sánh mịn mặt tr°ác khi phay °át và phay khơ 86 67 Hình 3.26 Kết q phân tích ANOVA mịn khi phay °át 87 68 Hình 3.27 Kết quÁ phân tích ANOVA mịn khi phay khơ 87 69 Hình 3.28 Kết q phân tích mái quan hệ xám mã tái mòn dÿng cÿ

70 Hình 3.29 Kết q phân tích mái quan hệ xám mã tái mòn dÿng cÿ

71 Hình 4.1 Mặt tr°ác Pareto và iểm tái °u Pareto cho bài tốn tái °u

73 Hình 4.3 Tín hiệu lực cắt theo miền thãi gian ăng vái các thực

76 Hình 4.6 Phân tích sóng con các tín hiệu rung ßng theo các iều

77 Hình 4.7 Tín hiệu âm thanh theo miền thãi gian ăng vái các thực nghiệm

78 Hình 4.8 Phân tích sóng con các tín hiệu rung ßng theo các iều

79 Hình 4.9 Phân tích d¿ng sóng tín hiệu lực cắt theo thãi gian khi lác

nhiễu theo các iều kiện cắt khác nhau 114

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

80 Hình 4.10 Phân tích d¿ng sóng tín hiệu rung ßng theo thãi gian khi lác nhiễu theo các iều kiện cắt khác nhau 114 81 Hình 4.11 Phân tích d¿ng sóng tín hiệu âm thanh theo thãi gian khi lác nhiễu theo các iều kiện cắt khác nhau 115

83 Hình 4.13 Miền tần sá cāa tín hiệu rung ßng 116 84 Hình 4.14 Miền tần sá cāa tín hiệu âm thanh 116 85 Hình 4.15 L°ợng mòn và chỉ sá Gini lực cắt theo các iều kiện gia

86 Hình 4.16 L°ợng mịn và tỉ lệ tín hiệu Gini rung ßng theo các iều

87 Hình 4.17 L°ợng mịn và tỉ lệ tín hiệu Gini âm thanh theo các iều

88 Hình 4.18 L°ợng mịn và tỉ lệ tín hiệu Gini lực cắt và rung ßng theo

89 Hình 4.19 L°ợng mịn và chỉ sá tín hiệu Gini lực cắt và rung ßng

theo các iều kiện gia công khác nhau 121 90 Hình 4.20 Dự ốn mịn dÿng cÿ theo chỉ sá tín hiệu Gini lực cắt và

rung ßng theo các iều kiện gia công khác nhau 122 91 Hình 4.21 Sai sá dự ốn mịn dÿng cÿ theo chỉ sá tín hiệu Gini lực

cắt và rung ßng theo các iều kiện gia cơng khác nhau 122 92 Hình 4.22 Dự ốn mịn dÿng cÿ theo chỉ sá tín hiệu Gini lực cắt và

âm thanh theo các iều kiện gia cơng khác nhau 123 93 Hình 4.23 Sai sá dự ốn mịn dÿng cÿ theo chỉ sá tín hiệu Gini lực

cắt và âm thanh theo các iều kiện gia công khác nhau 123

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

DANH MĀC CÁC BÀNG BIÂU

1 BÁng 1.1 Mßt sá lo¿i vât liệu hợp kim căng 18 2 BÁng 1.2 Mòt sỏ loi vt liu kim cÂng a tinh th 21 3 BÁng 2.1 So sánh vÃn tác cắt sử dÿng trong gia công thông

4 BÁng 3.1 Thí nghiệm gia cơng thép SKD61 ã nhiệt luyện 64 5 BÁng 3.2 Thiết kế thực nghiệm theo ph°¢ng pháp Taguchi L9 65 6 BÁng 3.3 Nhám bề mặt thực nghiệm theo ph°¢ng pháp Taguchi L9 70

9 BÁng 3.6 Kết quÁ biên ß rung ßng theo các iều kiện cơng nghệ khác nhau khi phay °át 80 10 BÁng 3.7 Kết quÁ biên ß rung ßng theo các iều kiện công nghệ khác nhau khi phay khô 81

11 BÁng 3.8 Kết quÁ o mòn khi phay °át và phay khô 85 12 BÁng 4.1 Kết quÁ thực nghiệm lực cắt, rung ßng, mịn dÿng cÿ và chất l°ợng bề mặt khi phay khô 103 13 BÁng 4.2 Kết quÁ thực nghiệm lực cắt, rung ßng, mịn dÿng cÿ và chất l°ợng bề mặt khi phay °át 104 14 BÁng 4.3 Các giá trßng, mịn và ß nhám bề mặt khi phay khơ ß chu¿n hóa và ß lệch cho lực gia cơng, rung 105 15 BÁng 4.4 Các giá trß chu¿n hóa và ß lệch cho lực gia cơng, rung ßng, mịn và ß nhám bề mặt khi phay °át 105 16 BÁng 4.5 Hệ sá quan hệ xám mã, cấp quan hệ xám mã cāa Lực, rung ßng, mịn và nhám bề mặt khi phay khô 106 17 BÁng 4.6 Hệ sá quan hệ xám mã, cấp quan hệ xám mã cāa lực, rung ßng, mịn và nhám bề mặt khi phay °át 106 18 BÁng 4.7 BÁng phÁn hßi cho các cấp ß cāa cấp quan hệ xám khi phay khô 107 19 BÁng 4.8 BÁng phÁn hßi cho các cấp ß cāa cấp quan hệ xám khi phay °át 107

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

20 BÁng 4.9 Kết quÁ thực nghiệm các tham sá cắt °ợc °u tiên và tái °u hóa khi phay khơ 108 21 BÁng 4.10 Kết quÁ thực nghiệm các tham sá cắt °ợc °u tiên và tái °u hóa khi phay °át 109 22 BÁng 4.11 Kết quÁ cāa tái °u hóa a mÿc tiêu 109

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Mä ĐÄU

1. Lý do chán đÁ tài

Trong ngành chế t¿o máy có rất nhiều chi tiết ịi hßi có ß căng cao. Thơng th°ãng ể thn lợi cho q trình gia cơng cắt gát, th°ãng chán vÃt liệu có ß căng thấp, sau khi gia cơng, tùy theo yêu cầu mà chán ph°¢ng pháp nhiệt luyện hợp lý ể tăng ß căng, áp ăng yêu cầu làm việc cāa chi tiết. Tuy nhiên sau nhiệt luyện có mßt sá hiện t°ợng th°ãng xÁy ra nh° hiện t°ợng năt và cong vênh, Ánh h°ång rất lán ến ß bền và tuái thá cāa chi tiết. Nhằm h¿n chế bát những Ánh h°ång ó trong thực tế có mßt sá giÁi pháp trong ó có giÁi pháp sử dÿng phơi có ß căng cao theo yêu cầu tr°ác khi gia công cắt gát. Đáp ăng vấn ề này là sự ra ãi cāa mßt lo¿t các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao. Các lo¿i vÃt liệu này có chung mßt ặc im cụng ngh l:

- ò bn cÂ hác cāa vÃt liệu căng °ợc duy trì trong quá trình gia cơng (QTGC) nhã tính chất bền nhiệt.

- Hiện t°ợng biến căng xÁy ra rất nhanh trong QTGC, iều này làm mài mòn dÿng cÿ nhanh.

- PhÁn ăng hóa hác giữa vÃt liệu dÿng cÿ cắt và vÃt liệu phơi xÁy ra å nhiệt ß cắt cao, gây ra sự mòn khuếch tán trên dÿng cÿ.

- Phoi căng °ợc t¿o thành liên tÿc và cá sát vái bề mặt chi tiết ã gia cơng làm cho ß nhẵn bóng bề mặt thấp.

- Nhiệt sinh ra trong QTGC vÃt liệu căng °ợc thốt qua phoi nhß nên nhiệt ß vùng cắt cao, nhiệt ß t¿i mũi dao lán, ây là nguyên nhân dÁn ến dao bß mài mịn nhanh.

Có rất nhiều ph°¢ng pháp khác nhau trong q trình gia cơng các vÃt liệu có ß căng cao nh°: Phay, tin, chuỏt, khoột, doa, Mòt trong nhng phÂng phỏp có tÿ lệ sử dÿng lán và có khÁ năng ăng dÿng tát ó là ph°¢ng pháp gia cơng phay, ặc biệt là phay trên các máy, trung tâm gia cơng CNC. Các máy này có ß căng vững cao nên sẽ cho năng suất và chất l°ợng tát khi ăng dÿng ể gia công các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao. Chính vì những lý do trên, gia công cao tác ang là lựa chán phù hợp nhất ể gia công các lo¿i vÃt liệu căng. Ngày này, ph°¢ng pháp gia cơng tác ß cao (High Speed

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Machining- HSM) c xem l mòt trong nhng phÂng phỏp gia cụng chính cāa ngành chế t¿o máy. So vái ph°¢ng pháp gia cơng thơng th°ãng, gia cơng cao tác có thể nâng cao năng suất, ß chính xác và chất l°ợng chi tiết gia cơng, ßng thãi cũng giÁm chi phí và thãi gian gia cơng. Do vÃy, ph°¢ng pháp này rất thích hợp vái cơng nghệ gia công khuôn.

Các lo¿i dÿng cÿ °ợc sử dÿng ể gia cơng vÃt liệu có ß căng cao °ợc chế t¿o từ các lo¿i vÃt liệu khác nhau nh°: Hợp kim căng, siêu căng (Cemented Carbides), vÃt liệu gám, vÃt liệu Carbon Boron Nitride, hay vÃt liệu kim c°¢ng a tinh thể, … Trong các lo¿i vÃt liệu trên, thép hợp kim căng và siêu căng th°ãng °ợc sử dÿng rßng rãi nhất vì khÁ năng gia công và chế t¿o tát, khÁ năng truyền nhiệt tát. Đßng thãi chi phí sÁn xuất và sử dÿng lo¿i dÿng cÿ chế t¿o bằng dÿng cÿ này khi gia cơng vÃt liệu có ß căng cao cũng không quá cao so vái các lo¿i vÃt liệu khác.

Thép SKD61 sau khi xử lý nhiệt có ß căng rất cao, lo¿i thép này °ợc coi là mßt lo¿i vÃt liệu căng °ợc ăng dÿng rất phá biến trong ngành công nghiệp chế t¿o ặc biệt trong việc chế t¿o khuôn mÁu. Tuy nhiên các nghiên cău áp dÿng ph°¢ng pháp phay cao tác trong gia công thép SKD61 sau khi xử lý nhiệt cịn khá h¿n chế và ch°a có tính hệ tháng.

Để có những nghiên cău sâu h¢n, hệ tháng h¢n về ph°¢ng pháp phay cao tác trong gia cơng vÃt liệu có ß căng cao (SKD61), ßng thãi ánh giá ầy ā, chi tiết về Ánh h°ång cāa mßt sá thơng sá cơng nghệ ến các ặc tr°ng cāa quá trình phay cao tác nh° chất l°ợng gia cơng (nhám bề mặt), chi phí năng l°ợng (lực cắt, rung ßng), chi phí dÿng cÿ cắt gát (mòn, tuái bền dÿng cÿ cắt gát), từ ó làm căn că ể xác ßnh các thơng sá tái °u cāa chế ß cắt nhằm áp ăng ßng thãi các mÿc tiêu về chất l°ợng và hiệu quÁ cāa QTGC. Xuất phát từ những lý do trên, tác giÁ ã ề xuất và thực hiện luÃn án tiến

sĩ: <Nghiên cứu 愃ऀnh hươꄉng c甃ऀa các thông sĀ cơng ngh⌀ đĀn chĀt lươꄣng b

mịn dụng cụ khi phay cao tĀc thép SKD61 đã nhi⌀t luy⌀n=.

2. Māc tiêu nghiên cąu

<Nghiên cău xác ßnh măc ß Ánh h°ång cāa các thông sá công nghệ ến các ặc tr°ng cāa q trình gia cơng phay cao tác, phay mặt phẳng thép SKD61 ã nhiệt luyện trong iều kiện phay khô và phay °át. Từ kết quÁ thực nghiệm, làm c¢ så ể xây

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

dựng bài tốn tái °u cho q trình gia cơng bằng ph°¢ng pháp sử dÿng tht tốn FGRA - PSO cho tái °u a mÿc tiêu khi phay cao tác=.

- <Xây dựng °ợc mơ hình thực nghiệm, xác ßnh °ợc các chỉ tiêu ầu ra và phân tích, ánh giá Ánh h°ång cāa các thơng sá cơng nghệ (V, S, t) ến ß nhám bề mặt, l°ợng mòn mặt sau dÿng cÿ khi phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao=.

- <Xây dựng °ợc hàm hßi quy biểu diễn mái quan hệ giữa các thông sá công nghệ (V, S, t) vái ß nhám bề mặt, l°ợng mịn mặt sau dÿng cÿ, rung ßng và lực cắt khi phay cao tác thép SKD61 sau nhiệt luyện trong iều kiện gia cơng khơ và °át=.

- <Xác ßnh °ợc tÃp hợp bß thơng sá cơng nghệ tái °u (V, S, t) theo các chỉ tiêu là ß nhám bề mặt, lực cắt, rung ßng và l°ợng mịn mặt sau dÿng cÿ khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt luyện=.

- <Xây dựng °ợc mơ hình dự ốn mịn dÿng cÿ cắt dựa trên phân tích rung ßng, lực cắt và âm thanh cắt khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt luyện=.

3. Đßi t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu 3.1. Đßi t°ÿng nghiên cąu

Đề tài tập trung nghiên cứu vào các đối tượng cụ thể như sau:

- Về vật liệu gia công: TÃp trung nghiên cău vào lo¿i thép °ợc sử dÿng rßng rãi

trong cơng nghệ chế t¿o khn mÁu ó là thép SKD61 ã °ợc xử lý nhit t ò cng 52.7 ữ 53.1 HRC.

- Về phương pháp gia cơng: lựa chán ph°¢ng pháp gia công phay cao tác. - Về dụng cụ gia công: Nghiên cău sử dÿng lo¿i dÿng cÿ là dao phay ngón có gắn

mÁnh cắt là hợp kim căng.

- Về máy gia công: Sử dÿng máy phay CNC cao tỏc HS Super MC500, tỏc ò

trc chớnh: 100 ữ 30000 (vịng/phút), cơng suất trÿc chính 15KW, tác ß dßch chuyển cāa bàn máy cắt gát: 1 ÷ 30000 (mm/phút), tác ß ch¿y khơng lán nhất 48000 (mm/phút), hành trình dßch chuyển cāa bàn máy: X x Y x Z= 500 x 400 x 300 (mm).

3.2. Ph¿m vi nghiên cąu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào những nội dung sau:

- <Các thông sá ầu vào (biến sá) cāa q trình gia cơng: VÃn tác cắt, chiều sâu cắt, l°ợng tiến dao=.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

- <Các thơng sá ầu ra (hàm mÿc tiêu): Đß nhám bề mặt gia cơng, lực cắt, rung ßng và l°ợng mịn mặt sau dÿng cÿ trong q trình gia cơng=.

4. Nßi dung nghiên cąu

Để thực hiện được mục tiêu nghiên cứu đề ra, Nghiên cứu sinh tập trung thực hiện các nội dung chính sau đây:

- <Nghiên cău táng quan về vÃt liệu có ß căng cao, ph°¢ng pháp và dÿng cÿ ể thực hiện gia cơng vÃt liệu có ß căng cao=.

- <Nghiên cău táng quan và mßt sá ặc tr°ng cāa q trình phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao làm c¢ så cho việc nghiên cău thực nghiệm".

- <Nghiên cău thực nghiệm ể xác ßnh Ánh h°ång cāa mßt sá thơng sá cơng nghệ ến chất l°ợng bề mặt chi tiết, ến lực cắt, rung ßng và l°ợng mịn mặt sau cāa dÿng cÿ cắt khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt luyện=.

- <Xây dựng, giÁi bài toán tái °u a mÿc tiêu và dự ốn mịn dÿng cÿ ể xác ßnh giá trß tái °u cāa chế ß cơng nghệ khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt luyện=.

5. Ph°¢ng pháp nghiên cąu

Để thực hiện °ợc các nßi dung nghiên cău, luÃn án sử dÿng ba ph°¢ng pháp nghiên cău chính là: Ph°¢ng pháp nghiên cău lý thuyết, ph°¢ng pháp nghiên cău thực nghiệm và ph°¢ng pháp tái °u a mÿc tiêu.

- Ph°¢ng pháp nghiên cąu lý thuy¿t: Ph°¢ng pháp này °ợc ăng dÿng ể thực

hiện hai nßi dung là nßi dung 1 và nßi dung 2. <Để thực hiện °ợc các nßi dung này, tác giÁ ã nghiên cău, tìm hiểu, táng hợp, phân tích các kiến thăc liên quan ến việc gia cơng các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao, ph°¢ng pháp phay cao tác vÃt liệu có ò cng cao, v cỏc phÂng phỏp tỏi u hố từ các cơng trình khoa hác trong và ngồi n°ác ã °ợc cơng bá=. Đây là c¢ så cho vic xỏc ònh c th hÂn v vt liu, ph°¢ng pháp gia cơng, các thơng sá ầu vào, ầu ra cāa nghiên cău thực nghiệm, về ph°¢ng pháp tái °u dự kiến sẽ °ợc áp dÿng.

- Phương pháp nghiên cứu thực nghi⌀m: Việc phân tích c¢ så lý thuyết °ợc

thực hiện å nßi dung 1 và 2 là căn că quan tráng ể thiết kế các thông sá công nghệ ầu vào cho nghiên cău. Thực nghiệm vái hệ tháng trang thiết bß thí nghiệm t°¢ng ái ầy

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

ā, hiện ¿i t¿i các phịng thực hành, thí nghiệm cāa Tr°ãng Đ¿i hác Cơng nghiệp Hà Nßi, các thơng sá ầu ra ã °ợc phân tích và lựa chán rất a d¿ng và phù hợp vái mÿc tiêu nghiên cău ã ặt ra. Từ ó, nghiên cău thực nghiệm °ợc thực hiện ể xác ßnh Ánh h°ång cāa thông sá công nghệ khi phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao ến chất l°ợng bề mặt và l°ợng mòn mặt sau cāa dÿng cÿ cắt.

- Phương pháp tĀi ưu đa mục tiêu: Từ các kết quÁ thực nghiệm thu °ợc, bài

toán tái °u a mÿc tiêu sẽ °ợc thiết lÃp và xử lý. "Kết quÁ giÁi bài toán tái °u a mÿc tiêu sẽ xác ßnh °ợc bß thơng sá cơng nghệ tái °u áp dÿng trong thực tế quá trình gia công nhằm cÁi thiện năng suất và chất l°ợng q trình gia cơng".

6. Ý ngh*a khoa hác và thăc tißn căa đÁ tài 6.1. Ý ngh*a khoa hác

Kết quÁ nghiên cău cāa ề tài sẽ cung cấp và bá sung ầy ā h¢n c¢ så lý thuyết về các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao, ph°¢ng pháp và dÿng cÿ gia cơng các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao. Đặc biệt là bá sung ầy ā h¢n c¢ så lý thuyết về ph°¢ng pháp phay cao tác ăng dÿng trong gia công vÃt liệu có ß căng cao.

Kết q nghiên cău cāa ề tài sẽ là c¢ så khoa hác ể thiết lÃp các h°áng dÁn về công nghệ khi phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao, ặc biệt là trong việc giÁi quyết vấn ề tái °u hóa q trình này. Kết q nghiên cău cũng là c¢ så khoa hác ể ăng dÿng cơng nghệ phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao trong việc chế t¿o các sÁn ph¿m khuôn mÁu, góp phần tăng tính án ßnh và nâng cao hiệu q cāa ph°¢ng pháp gia cơng tinh vÃt liệu có ß căng cao.

6.2. Ý ngh*a thăc tißn

<Kết q nghiên cău sẽ xác ßnh măc ß Ánh h°ång cāa các thông sá công nghệ khi thực hiện quá trình phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao trong cÁ hai iều kiện gia công °át và gia cơng khơ=. Từ ó, làm căn că ể thực hiện việc iều khiển các thông sá công nghệ trong q trình gia cơng nhằm Ám bÁo các mÿc tiêu gia công.

Kết quÁ nghiên cău cāa ề tài có thể ăng dÿng vào thực tế sÁn xuất cāa các nhà máy sÁn xuất c¢ khí, ặc biệt là chế t¿o các sÁn ph¿m khuôn mÁu chất l°ợng cao. Góp phần nâng cao năng suất, h¿ giá thành sÁn ph¿m và phù hợp vái iều kiện sÁn xuất å Việt Nam.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

7. Nhāng đóng góp mái căa đÁ tài

Đề tài luận án thực hiện thành công sẽ mang lại một số đóng góp mới sau đây:

(1) <LuÃn án ã ánh giá chi tiết Ánh h°ång cāa mßt sá thơng sá cơng nghệ ến ặc tr°ng về ß nhám bề mặt gia cơng, mịn, lực cắt, rung ßng trong q trình phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao là thép SKD61 sau xử lý nhiệt trong cÁ 2 iều kiện phay °át và phay khô=.

(2) <Ln án ã ăng dÿng thành cơng ph°¢ng pháp tái °u hố a mÿc tiêu và dự ốn mịn dÿng cÿ ể tìm ra ph°¢ng án áp ăng tát nhất ßng thãi các mÿc tiêu trong quá trình phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao là thép SKD61 ã nhiệt luyện=.

8. CÃu trúc căa lu¿n án.

LuÃn án °ợc cấu trúc ngoài các phần: Må ầu, kết luÃn, h°áng nghiên cău tiếp theo thì nßi dung nghiên cău °ợc trình bày trong 4 ch°¢ng:

Ch°¢ng 1. Táng quan về quá trình gia cơng vÃt liệu có ß căng cao. Ch°¢ng 2. C¢ så lý thuyết q trình phay cao tỏc vt liu cú ò cng cao. ChÂng 3. Thiết lÃp thực nghiệm thép SKD61 båi quy trình phay cao tác.

Ch°¢ng 4. Tái °u hóa a mÿc tiêu và dự ốn mịn dÿng cÿ khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt luyện.

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

CH¯¡NG 1. TÞNG QUAN VÀ Q TRÌNH GIA CƠNG VắT LIU Cể ị CNG CAO

1.1. Tòng quan vÁ v¿t liáu có đß cąng cao

1.1.1. Khái niám và phân lo¿i vÁ v¿t liáu có đß cąng cao

1.1.1.1. Khái ni⌀m vật li⌀u có độ cứng cao

Trong những năm gần ây, việc phát triển mßt lo¿t các vÃt liệu căng cho các ăng dÿng công nghiệp ang thu hút sự chú ý cāa các nhà khoa hác và các doanh nghiệp gia cơng c¢ khí, ặc biệt là trong gia công chế t¿o khuôn mÁu công nghiệp, trong chế t¿o các lo¿i dÿng cÿ cắt áp ăng yêu cầu gia công hiện nay [1]. Rất nhiều các °u iểm cāa vÃt liệu căng °ợc ề cÃp, nghiên cău và ăng dÿng båi vì vÃt liệu căng có khÁ năng cháng mài mịn rất tát, có ß án ßnh bề mặt và hóa hác rất cao [2]. Tuy nhiên, việc gia công các lo¿i vÃt liệu căng cũng khó khăn h¢n so vái gia công các lo¿i vÃt liệu thông th°ãng khác.

VÃt liệu căng °ợc ề cÃp trong rất nhiều các nghiên cău khác nhau. Mỗi nghiên cău ều °a ra những tiêu chu¿n nhất ßnh ể ánh giá vÃt liệu ó là vÃt liệu căng hay khơng. Hầu hết các nghiên cău ều dựa vào mßt chỉ sá là ß căng cāa vÃt liệu ể ánh giá lo¿i vÃt liệu ó có ß căng cao hay khơng và ều tháng nhất vÃt liệu mà có ß căng ¿t trên 45 HRC °ợc coi là vÃt liệu căng [3].

1.1.1.2. Phân loại vật li⌀u có độ cứng cao

Để phân lo¿i vÃt liệu có ß căng cao, tiêu chu¿n °ợc °a ra ó là căn că vào ß căng cāa các lo¿i vÃt liệu. Các ph°¢ng pháp phá biến °ợc sử dÿng ể o ß căng cāa vÃt liệu là ß căng Brinell, ß căng Rockwell, ß căng Vickers, ß căng Knoop, ...Trên thực tế, việc o ß căng Rockwell có những lợi ích áng kể nh° khơng cần thiết bß quang hác bá sung ể ghi l¿i giá trß ß căng, sử dÿng ß sâu chênh lệch ể h¿n chế sai sá xÁy ra do sự khơng hồn hÁo trên bề mặt, chi phí thấp, ßng thãi gây ra ít thiệt h¿i cho vÃt liệu °ợc o. Chính vì vÃy, ß căng Rockwell th°ãng °ợc dùng ể o ß căng và phân lo¿i vÃt liệu có ß căng khác nhau. Các phép o ß căng Rockwell sử dÿng bß thang o tiêu chu¿n °ợc ký hiệu bằng mßt chữ cái (A, B, C, D, E, F, … và V) ể ánh giá thang o ß căng cāa vÃt liệu. Các chữ cái khác nhau sẽ t°¢ng ăng vái các thang o khác nhau và °ợc sử dÿng ể ghi các giá trß ß căng cāa các vÃt liệu khác nhau.

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

Căn că vào ß căng Rockwell, các nghiên cău ã rút ra mßt sá kết luÃn ái vái vÃt liệu có ß căng cao và việc phân lo¿i các lo¿i vÃt liệu nh° sau:

- VÃt liệu căng là những vÃt liệu có giá trß ß căng o °ợc trên thang Rockwell C phÁi ¿t giá trß > 45 HRC [3].

- VÃt liệu có ß căng cao trung bình: là vÃt liệu có ß căng trên 45 HRC ến 55 HRC [4]. - VÃt liệu có ß căng rất cao (rất căng): là vÃt liệu có ß căng >55 HRC [4].

1.1.2. Đ¿c điÃm căa v¿t liáu có đß cąng cao

1.1.2.1. Một sĀ ưu điểm vc nhươꄣc điểm c甃ऀa vật li⌀u có độ cứng cao

VÃt liệu có ß căng cao có rất nhiều °u iểm. Nhã những °u iểm này, trong những năm gần ây, các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao ang °ợc nghiên cău và ăng dÿng rßng rãi trong cơng nghiệp. Những °u iểm nái bÃt cāa các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao ó là [3-4]:

 Đß căng , ß bền và ß dai cao, khÁ năng chßu mài mịn tát;

 Tỉ lệ ß bền trên tráng l°ợng cao, ß bền mßi cao, cháng oxy hóa và ăn mòn tát, khÁ năng dÁn iện và dÁn nhit tỏt hÂn, ò cng núng cao.

Tuy nhiờn, vt liệu có ß căng cao cũng có những h¿n chế [5], cÿ thể là:  KhÁ năng cắt kém. Khó t¿o hình sÁn ph¿m;

 Gây ra mịn dÿng cÿ rất lán nên chi phí dÿng cÿ cho q trình gia cơng cao;  Máy phÁi có ß căng vững cao mái có thể Ám bÁo ß chính xác gia cơng;  Chất l°ợng bề mặt giÁm i khá nhanh theo thãi gian do dao mòn nhanh;

 Các <láp trắng= hình thành trên bề mặt cāa QTGC thép căng, theo thãi gian các láp này có thể bong ra Ánh h°áng rất lán ến quá trình làm việc cāa chi tiết.

1.1.2.2. Đặc điểm c甃ऀa một sĀ loại vật li⌀u có độ cứng cao phổ biĀn trong gia cơng a. Thép:

Thép là mßt vÃt liệu bao gßm sắt và carbon là thành phần chính. Các ặc tính ván có cāa nó là ß bền kéo, mơ un àn hßi cao, khÁ năng cháng mßi, cháng mòn cao và giá thành thấp [6]. <Thép °ợc xử lý thơng qua xử lý nhiệt, trong ó các giai o¿n cāa vÃt liệu sẽ cÁi thiện ß căng, ß bền và khÁ năng cháng mịn=. Đßng thãi dÁn ến QTGC

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

khó khăn. <Thép là lo¿i vÃt liệu °ợc sử dÿng phá biến nhất trong gia cơng c¢ khí nói chung và ặc biệt là trong lĩnh vực gia công chế t¿o khuôn mÁu=. Thép có khÁ năng biến căng sau quá trình gia cơng (Hình 1.1), ặc iểm này ã °ợc tÃn dÿng ể gia công thép ăng dÿng cho nhiều mÿc ích khác nhau.

Hình 1.1. Khả năng biến cứng của thép [7]

b. Titan và hơꄣp kim c甃ऀa Titan

Là những vÃt liệu °ợc lựa chán cho nhiều chăc năng do lo¿i vÃt liệu này có mßt sá tính chất rất ặc biệt nh°: Tÿ lệ ß bền trên tráng l°ợng rất cao, ß căng cao, khÁ năng giữ ß căng å nhiệt ß cao tát, khÁ năng cháng ăn mịn và cháng mßi rất tát. Đặc tính cơng nghệ gia cơng Titan và các hợp kim cāa Titan °ợc xếp vào lo¿i vÃt liệu khó cắt do tính chất phÁn ăng hóa hác và tính dÁn nhiệt cāa các lo¿i vÃt liệu này kém [8]. Lực hóa hác từ các vÃt liệu này có thể lo¿i bß mßt sá ngun tá hợp kim quan tráng khßi dÿng cÿ cắt làm cho dÿng cÿ cắt nhanh mịn. H¢n nữa, trong QTGC mßt sá phoi t¿o ra có thể dính (gắn) å trên dÿng cÿ làm cho dÿng cÿ bß vỡ, săt mẻ và hßng dÿng cÿ nhanh. Tính dÁn nhiệt cāa vÃt liệu thấp nên trong QTGC nhiệt truyền ra ngồi phơi khó khăn, dÁn tái nhiệt tăng nhanh å bề mặt tiếp xúc giữa phôi và dÿng cÿ, iều này Ánh h°ång xấu ến tuái bền và làm giÁm tuái thá cāa dÿng cÿ.

c. Siêu hơꄣp kim

Siêu hợp kim °ợc biết ến vái ặc tính chßu nhiệt cùng vái ß bền, ß căng và ß dẻo, dai cao. Các hợp kim dựa trên nền Niken, Sắt và Coban t¿o nên há siêu hợp kim và °ợc biết ến vái ß bền và ß căng cao å nhiệt ß cao, lực hóa hác thấp và ß khuếch tán nhiệt thấp. Các tính chất cāa siêu hợp kim nh° trên dÁn tái khÁ năng gia công

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

các lo¿i vÃt liệu này rất khó khăn. Chính vß vÃy, các ăng dÿng cāa các lo¿i vÃt liệu này cũng còn khá h¿n chế. Những thách thăc trong gia công siêu hợp kim °ợc giÁi thích là do mßt sá nguyên nhân sau ây [9]:

- KhÁ năng cháng cắt cao kể cÁ khi å nhiệt ß cao;

- Trong QTGC vÃt liệu trÁi qua quá trình làm căng, iều này sẽ dÁn ến mài mòn rãnh å mũi dÿng cÿ. H¢n nữa trong siêu hợp kim, sự hiện diện cāa cacbua mài mịn dÁn ến ß mài mòn cao, Ánh h°ång ến tuái bền dÿng cÿ cắt;

- <Trong QTGC các phoi t¿o ra có thể dính lên bề mặt cāa dÿng cÿ cắt, khi bong ra sẽ mang theo mßt sá phần vÃt liệu cāa dÿng cÿ làm cho dÿng cÿ cắt mòn nhanh hÂn=; - Do nhit ò ct cao, ò dn nhiệt thấp và sự mài mòn khuếch tán từ phân hāy hóa chất có thể xÁy ra.

<Những lý do trên Ánh h°ång trực tiếp ến tuái bền cāa dao và tính tồn vẹn bề mặt trên các chi tiết °ợc gia cơng và làm cho q trình gia cơng khó khăn h¢n=.

1.1.3. Ąng dāng căa các lo¿i v¿t liáu có đß cąng cao

VÃt liệu có ß căng cao °ợc sử dÿng rßng rãi trong các lĩnh vực nh° ô tô, hàng không vũ trÿ. Các ăng dÿng bao gßm bánh răng, hßp sá, trÿc, á trÿc, trÿc cam, kháp cardan, bánh răng dÁn ßng, ĩa ly hợp, mặt bích bằng gang, cánh tuabin. Trong ó mßt sá lo¿i vÃt liệu căng phá biến và ăng dÿng cāa chúng:

Thép °ợc sử dÿng rßng rãi trong các tịa nhà, kết cấu, máy móc, công cÿ, ăng dÿng hàng hÁi, ô tô, hàng không vũ trÿ, ... [6]

Titan và hợp kim cāa Titan °ợc ăng dÿng cho nhà máy lác dầu và dầu mß, thiết bß chế biến thực ph¿m và h¿t nhân, hóa chất, tên lửa, cấy ghép phÁu thuÃt dựa trên y sinh, iện tử và các ăng dÿng hàng hÁi [8, 9]

Siêu hợp kim phù hợp nÂi cỏc bò phn phi chòu nhit ò cao. Cỏc ăng dÿng bao gßm tuabin khí, cánh qu¿t, hàng không, cấy ghép y tế và ôtô, hàng hÁi, khuôn gia cơng kim lo¿i, máy móc xử lý hóa chất và hóa dầu [10].

Nh¿n xét: Có thể thấy rằng vÃt liệu có ß căng cao °ợc sử dÿng rất rßng rãi trong

thực tế sÁn xuất, ặc biệt là trong các ngành sÁn xuất công nghiệp. Mỗi lo¿i vÃt liệu do có những tính chất khác nhau dó ó cũng °ợc ăng dÿng vào nhiều lĩnh vực khác nhau.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Trong các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao, các lo¿i thép th°ãng là mßt trong những lo¿i vÃt liệu căng có ăng dÿng rßng rãi nhất ặc biệt là trong gia cơng c¢ khí và trong ngành cơng nghiệp khn mÁu.

1.2. Tßng quan vÁ q trình gia cơng v¿t liáu có đß cąng cao 1.2.1. Đ¿c điÃm q trình gia cơng v¿t liáu có đß cąng cao

Gia cơng căng (GCC) hiểu theo nghĩa gia công vÃt liệu căng là mßt cơng nghệ mái °ợc áp dÿng ể gia cơng các vÃt liệu có ß căng trong khng 45 ÷ 75 HRC, sử dÿng các dÿng cÿ có l°ỡi cắt, có hình dáng và thơng sá hình hác xác ßnh ể gia cơng. QTGC Niken, Coban, Crom, Vonfram và hợp kim cāa các lo¿i vÃt liệu này có thể °ợc gái là GCC. Tuy nhiên, những vÃt liệu này có thể có giá trß ß căng < 45 HRC [3].

<Hiểu theo nghĩa rßng, GCC là gia cơng các vÃt liệu có ß căng trên 45 HRC. Đái t°ợng trong GCC bao gßm các lo¿i hợp kim có ß căng khác nhau nh° thép dÿng cÿ, thép căng, siêu hợp kim, thép thấm nit¢ và các chi tiết °ợc chế t¿o bằng ph°¢ng pháp luyện kim bßt=. GCC chā yếu °ợc dùng ể gia công tinh và bán tinh các chi tiết máy nhằm ¿t °ợc ß chính xác về kích th°ác, hình dáng và chất l°ợng bề mặt. Thơng th°ãng, mài là ph°¢ng pháp GCC °ợc sử dÿng phá biến.

Tuy nhiên, có thể dùng ph°¢ng pháp GCC khác nh° tiện căng, phay căng, doa căng.v.v. ể thay cho phÂng phỏp mi. Thộp cng l mòt ỏi t°ợng gia cơng iển hình trong gia cơng căng. Thép căng °ợc dùng ể chế t¿o bánh răng, các lo¿i trÿc, khuôn mÁu … Đây là các chi tiết u cầu phÁi có c¢ tính táng hợp tát, bề mặt phÁi căng và cháng mài mòn tát, nh°ng trong lõi phÁi dẻo, dai ể có khÁ năng chßu va Ãp tát. Tuy nhiên gia cơng cắt gát vÃt liệu căng gặp nhiều khó khăn và có mßt sá ặc iểm sau [3]: - Đß bền c¢ hác cāa vÃt liệu căng °ợc duy trì trong QTGC nhã tính chất bền nhiệt cāa chúng;

- Hiện t°ợng biến căng xÁy ra rất nhanh trong QTGC, iều này làm mài mịn dÿng cÿ nhanh, ßng thãi phÁn ăng hóa hác giữa vÃt liệu dÿng cÿ cắt và vÃt liệu phôi xÁy ra å nhiệt ß cắt cao, gây ra sự mịn khuếch tán trên dÿng cÿ;

- Phoi căng °ợc t¿o thành liên tÿc và cá sát vái bề mặt chi tiết ã gia cơng làm cho ß nhẵn bóng bề mặt thấp. Nhiệt sinh ra cắt gát vÃt liệu căng thoát qua phoi nhß làm nhiệt ß vùng cắt cao, nhiệt ß t¿i mũi dao lán, dÁn ến dao bß mài mũn nhanh.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

1.2.2. Mòt sò phÂng pháp gia cơng v¿t liáu có đß cąng cao

1.2.2.1. Ti⌀n vật li⌀u cứng

Khác vái tiện thông th°ãng, tiện căng là mßt quy trình nhằm h¿n chế hoặc thay thế quy trình mài ể gia cơng các vÃt liệu căng (Hình 1.2 ÷1.6). Tiện căng có khÁ năng t¿o ra bề mặt tinh vái Ra = 0,430,8 àm , ò khụng trũn = 235 àm và dung sai ± 337 µm [11].

a. Tiện cứng b. Tiện thơng thường

Hình 1.2. Q trình tiện vật liệu [11]

Mặc dù nhiều nhà nghiên cău ã tuyên bá rằng tiện căng là mßt sự thay thế tiềm năng cho quá trình mài [12]. Ngồi ra, tiện căng cũng em l¿i tính kinh tế rừ, vt chòi hÂn so vỏi cỏc phÂng phỏp gia cơng vÃt liệu căng khác (Hình 1.3) [7].

Hình 1.3. Tính kinh tế kỹ thuật trong tiện cứng [7]

Tỉ lệ bóc tách vÃt liệu trong tiện căng cao h¢n khi mài. Nhiều bề mặt và biên d¿ng sẽ mang l¿i sự linh ho¿t h¢n trong quá trình tiện so vái quá trình mài. Mặc dù chi phí dÿng cÿ tiện t°¢ng ái cao nh°ng tác ßng tiêu cực này có thể °ợc cân bằng vái

1) Gia công thô (mềm) 1) Tện thô (mềm)2) Biến căng2) Biến căng

3) Màimặt ầu (B) 3) Tiện căng (tinh)

4) Màilỗ (C)5) Mài bên ngoài (A)

6) Màiphần chuyển tiếp (phase), (B2, B2)

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

sự phát triển mái cāa vÃt liệu dÿng cÿ. Đã có mßt sá nghiên cău ã ánh giá, so sánh tính kinh tế, kā thuÃt cāa quá trình tiện căng và mài thể hiện nh° sau (hình 1.4÷ 1.6).

Hình 1.4. So sánh tiện cứng và mài [7]

Mặc dù có ÿ ỡ hỗ trợ các phơi dài, nh°ng áp lực cắt cao h¢n trong q trình tiện căng gây ra tiếng ßn và sẽ có Ánh h°ång ến QTGC. Giái h¿n kā thuÃt liên quan ến tÿ lệ chiều dài trên °ãng kính (L/D) cāa vÃt liệu phơi khơng °ợc v°ợt q tÿ lệ 4:1. <Đß chính xác cāa các chi tiết °ợc gia cơng trong q trình tiện căng phÿ thc vào ß căng cāa máy=. Có thể ¿t °ợc ß căng và ặc tính giÁm chấn cao hÂn vỏi mòt vi tớnh nng bỏ sung trong hệ tháng máy, chẳng h¿n nh° ế máy °ợc gia cá bằng hỗn hợp nhựa táng hợp, trÿc chính truyền ßng trực tiếp và có thể sử dÿng các giÁm chấn thāy tinh.

Hình 1.5. So sánh về năng lượng và lượng bóc tách vật liệu khi tiện cứng và mài [7]

iều khiển Tiêuthÿ năng l°ợng Chi tiết gia

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Hình 1.6. So sánh về chất lượng bề mặt khi tiện cứng và mài [7]

1.2.2.2. Khoan vật li⌀u cứng

Ph°¢ng pháp khoan căng °ợc ăng dÿng ể gia công các lỗ cāa các chi tiết °ợc chế t¿o bằng vÃt liệu căng. Ăng dÿng ph°¢ng pháp khoan căng có thể rút ngắn các q trình gia cơng trong cơng nghệ chế t¿o máy. Khi khoan các vÃt liệu căng vái các chi tiết có chiều dày 0,5-1,5 mm mßt sá khó khăn th°ãng phát sinh là phÁi khoan vái kết cấu căng cũng nh° kết cấu mềm. Các nghiên cău chỉ ra rằng, khi vÃn tác cắt và l°ợng ch¿y dao lán sẽ dÁn tái tuái bền dÿng cÿ giÁm dần (hình 1.7).

Hình 1.7. Tuổi bền dụng cụ khi khoan phụ thuộc vào thông số chế độ cắt [7]

Q trình tÁn nhiệt khơng thn lợi khi khoan căng. Điều này °ợc giÁi thích do mÃt ß phoi tÃp trung cao, bơi tr¢n làm mát trong lỗ khó khăn, khÁ năng thốt nhiệt ra khßi vß trí gia cơng thấp. Vì vÃy, khÁ năng tÁn nhiệt từ mũi khoan gần nh° bß vơ hiệu

Gia cơngtiện truyền tháng

Gia cơngtiện chính xác

VÃt liệu L°ợng tiến dao f L°ợng tiến dao fVÃt liệu

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

hóa. Do ó, dÿng cÿ sẽ nóng lên rất nhiều trong q trình khoan, nå ra và có thể nóng lên thêm do ma sát cāa thành mũi khoan và nó bß kẹp l¿i, t¿o ra mài mịn lán. Do ó, các nghiên cău ã °ợc chăng minh là t¿o ra dÿng cÿ khoan có cơn nơng hình nón là hợp lý [7].

Hình 1.8. Rút ngắn các bước cơng nghệ khi khoan cứng [7]

1.2.2.3. Phay vật li⌀u cứng

Công nghệ phay căng ã thu hút sự chú ý áng kể trong việc sÁn xuất khuôn. KhÁ năng gia cơng các hình d¿ng cāa phay căng ể t¿o ra các sÁn ph¿m khn vái nhiều ph°¢ng pháp khác nhau và giÁm °ợc phế liệu, cũng nh° thãi gian gia cơng ã làm cho ph°¢ng pháp phay vÃt liệu căng trå nên hiệu quÁ và °ợc tÃp trung vào nghiên cău, ặc biệt là trong công nghệ gia cơng khn, mÁu (Hình 1.9) [3, 13].

a. Dụng cụ cắt b. Sản phẩm khn mẫu

Hình 1.9. Các q trình phay vật liệu cứng [13]

1. Ā giÁi phóng ăng suất2. Tiện cÁ hai bên

9. Doalỗ hoặc ta rô lỗ ren

1. Ā giÁi phóng ăng suất2. Tiện cÁ hai bên

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Trong gia công vÃt liệu căng, quá trình phay sẽ dÁn ến ß vênh lán và ăng suất xoắn, trong khi tiện chỉ gặp ăng suất uán. Các ăng suất cao h¢n sẽ gây ra rung ßng và lệch h°áng, dÁn ến nhanh hßng giá ỡ dÿng cÿ. Vì thế, iều kiện dÁn ến thành công cāa phay căng sẽ liên quan ến việc lựa chán vÃt liệu, hình d¿ng cán dao thích hợp, hình d¿ng cāa giá ỡ dÿng cÿ, iều này sẽ cháng l¿i sự uán cong (do chiều dài nhô ra cāa giá ỡ quá dài) và gãy cũng sẽ dÁn ến tÿ lệ tiêu hao năng l°ợng cao. Q trình phay có thể t¿o ra các chi tiết °ợc gia công vái chất l°ợng bề mặt tát, do ú s kộo di tuỏi thỏ mòi hÂn so vái quá trình mài [14]. Việc giÁm tuái thá cāa dao là nh°ợc iểm lán trong quá trình phay căng do các nguyên nhân về mòn dÿng cÿ cắt (Hình 1.10) [7, 14] vì nó Ánh h°ång cāa nó ến chất l°ợng bề mặt và khÁ năng gia cơng.

Hình 1.10. Mịn mặt sau dụng cụ cắt khi phay vật liệu cứng [7]

1.2.3. Dāng cā gia cơng v¿t liáu có đß cąng cao

1.2.3.1. Đặc điểm chung c甃ऀa dụng cụ gia cơng vật li⌀u có độ cứng cao

Lựa chán dÿng cÿ cắt ịi hßi phÁi có kiến thăc về các ặc tính cāa dÿng cÿ và vÃt liệu gia cơng, hình d¿ng gia cơng và thơng sá hình hác cāa dÿng cÿ, giá ỡ dÿng cÿ, iều kiện cắt (tác ß cắt, tiến dao và chiều sâu cắt), và môi tr°ãng cắt (khơ, °át và bơi tr¢n tái thiểu) [15]. Hình d¿ng dÿng cÿ cắt là mái quan tâm hàng ầu cāa các ngành cơng nghiệp cắt kim lo¿i vì nó Ánh h°ång trực tiếp ến việc kiểm sốt QTGC, tác ß sÁn xuất, tuái thá cāa dÿng cÿ, h°áng và ß lán cāa lực cắt, tính tồn vẹn bề mặt và ăng suất d° gia công. Lựa chán vÃt liệu dÿng cÿ cắt và các iều kiện gia cơng thích hợp óng mßt vai trị quan tráng trong QTGC. Việc lựa chán iều kiện gia công thích hợp sẽ t¿o ra các chi tiết °ợc gia cơng có chất l°ợng tát h¢n vái chi phí giÁm. Mßt sá ặc iểm mong muán cāa vÃt liệu dÿng cÿ cắt °ợc thÁo luÃn trong các nghiên cău. Cÿ thể nh° sau:

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

- KhÁ năng cāa vÃt liệu dÿng cÿ ể giữ °ợc ß bền và ß căng cao å nhiệt ß cao (tăc là ß căng nóng), vÃt liệu nền dÁn nhiệt tát h¢n;

- KhÁ năng cāa vÃt liệu dÿng cÿ chßu sự thay ái ßt ngòt cÂ hỏc v nhit, chòu c lc ct theo chu kỳ (cháng mßi) và hấp thÿ tái a năng l°ợng tr°ác khi ăt gãy (ß dẻo dai) nhằm h¿n chế săt mẻ và mòn;

- KhÁ năng cháng mài mịn, ăn mịn và oxy hóa ể nâng cao tuái thá dÿng cÿ; - Lực hóa hác thấp ể ngăn chặn phÁn ăng hóa hác có thể xÁy ra å nhiệt ß cao.

1.2.3.2. Một sĀ loại vật li⌀u chĀ tạo dụng cụ cắt gia công vật li⌀u cứng

a. V¿t liáu thép tßc đß cao (High-Speed Steel HSS)

F. W Taylor và M. White cāa Công ty thép Bethlehem ã phát triển thép tác ß cao ầu thế kỉ XX. Há phát hiện ra rằng khi nhiệt luyện, nhiều lo¿i thép hợp kim không chỉ cÁi thiện ß căng và ß bền mà cịn giúp gia cơng å tác ß cắt cao (Hình 1.11) [16].

Hình 1.11. Độ bền uốn theo độ cứng của vật liệu dụng cụ thép tốc độ cao [16]

Đáng chú ý ß căng cāa HSS có thể °ợc nâng cao ến 75 HRC. Các dÿng cÿ HSS °ợc sÁn xuất thơng qua các q trình khác nhau nh° luyện thép, rèn, cán và gia công. Sự phát triển cơng nghệ trong luyện kim bßt ã cho phép ¿t °ợc các ặc tính mong muán vái cấu trúc ßng nhất và khơng có vấn ề phân tách cacbua. Láp phā TiN, TiAlN, TiCN °ợc áp dÿng cho thép tác ß cao sẽ dÁn ến cÁi thiện các ặc tính khÁ năng gia cơng, giữ °ợc ß căng å nhiệt ß lên ến 500°C. Dÿng cÿ HSS ã cho thấy các ăng dÿng tiềm năng trong phay thơ cịn thực tiễn th°ãng khơng °ợc °u tiờn cho cỏc phÂng phỏp GCC do ò cng cāa lo¿i vÃt liệu này thấp.

b. Vật li⌀u hơꄣp kim cứng và siêu cứng (Cemented Carbides)

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Hợp kim siêu căng còn °ợc gái là cacbit thiêu kết hoặc kim lo¿i gám, là

h

ợp kim cāa vonfram, crom và coban. Kā thuÃt luyện kim bßt (PM) th°ãng °ợc sử dÿng ể sÁn xuất các dÿng cÿ hợp kim siêu căng. trong ó d¿ng bßt cāa cacbua (vonfram hoặc titan) và coban ban ầu °ợc ép trong khn và sau ó °ợc thiêu kết ến nhiệt ß khoÁng 1300 - 1600°C [17]. Mßt l°ợng nhß cacbua tantali, titanium hoặc vanadium °ợc thêm vào ể tăng c°ãng các ặc tính cÿ thể cāa hợp kim siêu căng. Coban °ợc sử dÿng nh° chất kết dính, có tÿ tráng rung ßng trong khng 6 - 12%. Cần l°u ý rằng coban nóng chÁy å 1493°C và t¿o thành pha hòa tan vái các h¿t cacbua vonfram å 1275°C. Điều này sẽ làm giÁm ß xáp. Tÿ lệ % coban tăng lên sẽ cÁi thiện ß dẻo cāa dÿng cÿ, trong khi ß căng và ß bền cāa nó sẽ giÁm.

Ngày nay, mßt ph¿m vi sử dÿng rßng rãi cāa vÃt liệu phā TiN, TiAIN, TiCN, MoS2, CrN, Al2O3, WC-C, Hf, Si, Zr và ph°¢ng pháp lắng áng h¢i vÃt lý, lắng áng h¢i hóa hác, sự hỗ trợ cāa plasma và nhiệt ß vừa phÁi có sẵn ể cung cấp những lợi ích áng kể cho tuái thá dÿng cÿ và năng suất cao. Mßt sá hình Ánh và các lo¿i vÃt liệu hợp kim căng làm dÿng cÿ phay °ợc mơ tÁ å hình 1.12 và å BÁng 1.1

.

a. Dao phay cầu sử dụng mảnh cắt hợp kim cứng b. Dao phay ngón

B愃ऀng 1.1. Một số loại vât liệu hợp kim cứng [13]

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Những lợi ích áng kể cāa việc phā láp phā trên dÿng cÿ cắt nh°: tăng c°ãng ß căng bề mặt và khÁ năng cháng mài mòn, giÁm thiểu hệ sá ma sát, dễ dàng lo¿i bß phoi, giÁm lực cắt và sinh nhiệt, cÁi thiện khÁ năng cháng ăn mịn và oxy hóa và ci cùng là cÁi thiện tính tồn vẹn bề mặt cāa các chi tiết °ợc gia cơng. Những nh°ợc iểm chính cāa cơng nghệ phā là: các dÿng cÿ ắt tiền h¢n và chỉ thích hợp cho các ăng dÿng ¢n lẻ (tăc là các mÁnh cắt).

c. V¿t liáu Gßm (Ceramics)

Các dÿng cÿ gám să ã °ợc °a vào từ năm 1950. VÃt liệu cấu thành chính trong gám să bao gßm nhơm oxit (Al2O3) h¿t mßn và °ợc ép ể thu °ợc chất rắn màu xanh lá cây å nhiệt ß th°ãng, °ợc thiêu kết d°ái áp suất và nhiệt ß cao. Gám să °ợc phân thành hai lo¿i chính nh° gám trắng (Al2O3 nguyên chất) và gám en (kết hợp Al2O3, TiC và ZrO2). Dÿng cÿ bằng gám să có ß căng và ặc tính cháng mài mịn tát

h¢n, cho phép vÃt liệu chßu °ợc nhiệt ß trên 1500°C (Hình 1.13) [13].

Ngồi ra, dÿng cÿ gám có tính ỏn ònh húa hỏc tỏt hÂn v s khụng nh h°ång xấu ến khÁ năng gia công (tăc là khơng bß mịn khuếch tán). Tính tồn vẹn cāa bề mặt khi gia cơng tinh khơng bß Ánh h°ång nhiu. Tuy nhiờn, ò do dai thp hÂn trong QTGC sẽ h¿n chế ăng dÿng cāa dÿng cÿ gám. Đß bền cāa các dÿng cÿ gám ơxít nhơm có thể °ợc cÁi thiện vái hỗn hợp ßng nhất có tÿ lệ thích hợp cāa ơxít crom hoặc zirconi, titan và magiê [17].

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

a. Mảnh cắt b. Cấu trúc tế vi

Hình 1.13. Một số loại mảnh cắt vật liệu gốm [13]

Dÿng cÿ gám th°ãng thích hợp nhất ể gia công các lo¿i vÃt liệu kim lo¿i en và siêu hợp kim chính. Việc gia cơng các vÃt liệu mềm (ví dÿ nh° ßng, ßng thau và nhôm) bằng các dÿng cÿ gám să có thể dÁn ến việc hình thành lẹo dao. Những phát triển gần ây trong công nghệ nano ã dÁn ến việc gia cá các vÃt liệu gám, t¿o thành d¿ng khơng ßng nhất và mang l¿i khÁ năng cháng va Ãp, mài mòn tái a. Láp phā lên vÃt liệu dÿng cÿ gám th°ãng mang l¿i kết q tát, nh°ng dÁn ến chi phí cao h¢n.

d. Vật liệu khối đa Tinh thể Nitrit Bo lập phương (Polycrystalline Cubic Boron Nitride - PCBN)

Sau kim c°¢ng, CBN °ợc biết là vÃt liệu táng hợp căng thă 2, °ợc phát triển nhân t¿o ể cắt các vÃt liệu khó cắt [18]. Dÿng cÿ CBN cung cấp các ặc tính tát h¢n (c¢ hác, cháng sác nhiệt, ít mài mòn và dÁn nhiệt tát) so vái dÿng cÿ cacbua [19]. VÃt liệu boron nitride khái a tinh thể (PCBN) °ợc phát triển ể thực hiện các quá trình tiện và các QTGC khác trong GCC [20]. Mßt sá cấu trúc tinh thể ặc tr°ng cāa các lo¿i vÃt liệu này °ợc mô tÁ trên hình 1.14 [13].

Hình 1.14. Một số loại vật liệu tinh thể Cubic Boron Nitride [13]

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

e. Kim c°¢ng đa tinh thÃ (Polycrystalline Diamond PCD)

PCD là mßt trong những nhóm cấu thành cāa vÃt liệu rất căng nh° mô tÁ å BÁng 1.2 [13]. Các dÿng cÿ có kích th°ác h¿t thơ có khÁ năng cháng mài mịn cao, °ợc sử dÿng ể gia cơng các vÃt liệu nhôm silic, graphite, sắt xám, gám, cacbua vonfram và

KhÁ năng cháng mài mịn cao và ß sắc bén cāa c¿nh dao là những ặc iểm chính cāa dÿng cÿ PCD, trong ó chúng phù hợp ể gia cơng nhơm silicon trung bình thấp, ßng, sợi thāy tinh, carbon, gỗ-ván ép, ván sợi và gỗ căng. Các dÿng cÿ kim c°¢ng có kích th°ác h¿t siêu mßn cung cấp ß bền v°ợt trßi so vái l°ỡi cắt cāa mßt dÿng cÿ và °ợc sử dÿng trong gia cơng nhựa, gỗ, nhơm và ßng. Dÿng cÿ PCD så hữu những ặc tính °u việt cāa kim c°¢ng. Composite °ợc thiêu kết vái chất kết dính kim lo¿i d°ái tác ßng cāa nhiệt ß và áp suất cao [21]. Ngoài ra, dÿng cÿ PCD có thể cung cấp khÁ năng cháng mài mịn lán h¢n khoÁng 500 lần so vái cacbua vonfram. Dÿng cÿ PCD thay thế dÿng cÿ có ß căng cao (tungsten carbide phā và không phā, gám và kim c°¢ng tự nhiên) trong gia cơng sợi carbon và vÃt liệu táng hợp °ợc gia cá bằng ma trÃn kim lo¿i, gỗ, nhựa, gám să, ...

1.2.4. Thông sß đ¿c tr°ng cho hiáu quÁ và chÃt l°ÿng căa q trình gia cơng v¿t liáu có đß cąng cao

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Trong các QTGC cắt gát ặc biệt là gia cơng các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao, các ặc tr°ng về chất l°ợng cāa QTGC và chi phi cho QTGC là những ặc tr°ng °ợc sử dÿng ể ánh giá hiệu quÁ cāa QTGC nh° mơ tÁ trên hình 1.15 [11]. Mßt sá thông sá ặc tr°ng cho hiệu quÁ cāa QTGC nh°:

- Sai sá trong QTGC, ß nhám bề mặt gia cơng, tác ß bóc tách vÃt liệu; - Lực cắt, nhiệt cắt và tiêu hao năng l°ợng trong q trình gia cơng; - Mịn và ti bền cāa dÿng cÿ cắt trong q trình gia cơng.

Các ph°¢ng pháp thơng th°ãng trong GCC mang l¿i tÿ l loi bò vt liu tỏt hÂn v mang l¿i tính kinh tế trong sÁn xuất. Do ó, các yếu tá sau th°ãng °ợc xem xét khi gia công các vÃt liệu căng ể ¿t °ợc hiệu quÁ tát nhất cāa QTGC (Hình 1.15):

- Đß căng vững cāa hệ tháng máy công cÿ, môi tr°ãng cắt (cắt khơ, cắt °át). - Các ặc tính cāa vÃt liệu dÿng cÿ, các thơng sá hình hác dÿng cÿ.

- Chế ß cắt.

Việc lựa chán thích hợp các thông sá ã nêu sẽ dÁn ến tuái thá cāa dng c tỏt hÂn, tỏc ò loi bò vt liệu, tính tồn vẹn bề mặt, ß chính xác về kích th°ác và giÁm chi phí gia cơng. Từ các tài liệu, có thể kết ln rằng gia cơng vÃt liệu căng bằng quy trình gia cơng thơng th°ãng vÁn là mßt giÁi pháp thay thế c¿nh tranh và hấp dÁn so vái các quy trình gia cơng phi truyền tháng.

Hình 1.15. Các đặc trưng và thơng số đầu vào của q trình gia cơng

Cơngsuất tiêu thÿNăng suất và giá thành

Thơngsß căa phơi

Thơngsß điÁu kián cÁtThơngsß dāng cā

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

1.3. Tình hình nghiên cąu vÁ gia cơng v¿t liáu có đß cąng cao 1.3.1. Tình hình nghiên cąu trong n°ác

Gia cơng vÃt liệu căng ã °ợc thực hiện vái mßt sá nghiên cău khác nhau nh°: Mài, tiện, phay, gia cụng tia la in v mòt sỏ phÂng phỏp gia công khác. Các nghiên cău này th°ãng tÃp trung nghiên cău ể nâng cao chất l°ợng bề mặt khi tiến hành gia công các lo¿i vÃt liệu gia cơng mà có ß căng cao. Q trình gia công các lo¿i vÃt liệu căng ang thu hút °ợc sự quan tâm cāa nhiều nhà nghiên cău [22].

Dÿng cÿ cắt bằng vÃt liệu PCBN °ợc sử dÿng ể tiện thông th°ãng các hợp kim 9XC và X12M sau tơi vái các ß căng khác nhau [22]. Trong nghiên cău này, tác giÁ ã chỉ ra rằng lực cắt khi tiện các lo¿i thép này sau nhit luyn khụng lỏn hÂn giỏ trò lc ct khi tiện các lo¿i thép này trong tr°ãng hợp thông th°ãng. Nghiên cău cũng chỉ ra rằng, bề mặt sau khi gia cơng xuất hiện các lng vÃt liệu biến d¿ng dẻo do kim lo¿i chÁy dẻo t¿o thành ba via dác theo vết tiến dao, làm giÁm chất l°ợng bề mặt, ß căng vÃt liệu tăng thì ß nhám cũng tăng. Láp bề mặt khơng có sự thay ái về cấu trúc tế vi, nh°ng cú bin ỏi v cÂ tớnh lm tng ò căng tế vi å láp bề mặt và giÁm nhẹ å láp d°ái bề mặt so vái ß căng ban ầu.

Vái vÃt liệu SKD61 sau nhiệt luyện ể làm khn, ã có mßt sá nghiên cău °ợc thực hiện ể ánh giá măc ß Ánh h°ång cāa chế ß cơng nghệ ến nhám bề mặt, ti bền dÿng cÿ khi tiện thông th°ãng hoặc nghiên cău Ánh h°ång cāa chế ß cắt ến nhám bề mặt khi phay căng bằng dao phay ngón å chế ß phay thơng th°ãng. Cũng trong chế ß phay thơng th°ãng, nghiên cău tái °u hóa q trình phay vÃt liệu SKD 11 vái các chỉ tiêu là năng suất cắt, mịn dÿng cÿ cắt và ß nhám bề mặt cũng °ợc thực hiện khi phay mặt phẳng bằng dao phay gắn mÁnh cắt [23].

Nh° vÃy, có thể thấy rằng ã có khá nhiều nghiên cău trong n°ác thực hiện việc nghiên cău, ánh giá măc ß Ánh h°ång và tái °u hóa các thông sá công nghệ vái các chỉ tiêu ầu ra cāa QTGC nh° ß nhám bề mặt, l°ợng mịn dÿng cÿ cắt, năng suất gia cơng hoặc ßng thãi hai trong ba chỉ tiêu trên. Tuy nhiên, các nghiên cău chỉ mái tÃp trung å các iều kiện gia công thông th°ãng. Từ các tài liệu °ợc tham khÁo cho thấy các nghiên cău về gia công thép SKD61 sau nhiệt luyện trong iều kiện gia công cao tác ch°a °ợc thực hiện.

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

1.3.2. Tình hình nghiên cąu ngồi n°ác

Trong suát những thÃp kÿ qua, ho¿t ßng nghiên cău chuyên sâu ã giÁi quyết các tình huáng ặc biệt cāa việc cắt các vÃt liệu căng [24]. Các khÁo sát tÃp trung nghiên cău vào Ánh h°ång cāa các thơng sá cắt, hình d¿ng dÿng cÿ cắt ến ß nhám bề mặt, ß mịn cāa dÿng cÿ cắt, tính tồn vẹn cāa bề mặt, sự hình thành láp trắng, lực cắt và nhiệt ß. Mßt sá phân tích tÃp trung vào nghiên cău q trình t¿o phoi cho thấy trong quá trình cắt căng là sự hình thành phoi phân o¿n. Hai khái niệm °ợc °a ra giÁi thích cho iều ó: năt do tr°ợt bề mặt và sự mất án ßnh nghiêm tráng d°ái tác dÿng båi tính dẻo cāa vÃt liệu [25].

Các ph°¢ng pháp gia cơng tinh các lo¿i thép nhiệt luyện trong công nghệ chế t¿o khuôn mÁu °ợc quan tâm ặc biệt ể thay thế cho ph°¢ng pháp mài nhã những °u iểm v°ợt trßi nh° [26]:

- GiÁm thãi gian chu kỳ gia cơng mßt sÁn ph¿m, giÁm chi phí ầu t° thiết bß. - Tăng ß chính xác gia cơng, nâng cao ß bóng bề mặt và năng suất gia công. - Cho phép thực hiện nhiều b°ác gia cơng trong cùng mßt lần gá, gia cơng °ợc các bề mặt 3D phăc t¿p, …

Đß nhám bề mặt, ß chính xác kích th°ác gia cơng và các vấn ề quan tráng mà các nghiên cău về gia công vÃt liệu căng quan tâm [26]. Đã có mßt sá nghiên cău °ợc thực hiện ể ánh giá măc ß Ánh h°ång cāa thơng sá cơng nghệ ến nhám bề mặt và tuái bền dÿng cÿ khi khoan hoặc nghiên cău Ánh h°ång cāa chế ß cắt ến ß nhám bề mặt khi tiện [5], gia cơng tia lửa iện [2], …

Trong nhóm gia công phay các nghiên cău tÃp trung nhiều vào các q trình phay thơng th°ãng vÃt liệu căng sử dÿng các lo¿i dao phay thơng th°ãng [14]. Mßt sá nghiên cău tÃp trung vào các quá trình phay å chế ß phay thơng th°ãng nh°: Nghiên cău Ánh h°ång b°ác tiến ến sự hình thành phoi cāa dao phay cầu gia công trên máy phay CNC [27]. Nghiên cău Ánh h°ång cāa góc nghiêng ến chất l°ợng bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu [28]. Nghiên cău Ánh h°ång cāa thông sá hình hác cāa dao phay cầu ến ß nhám bề mặt khi gia công thép [29]. Nghiên cău Ánh h°ång cāa lực cắt ến tuái bền cāa dao phay cầu phā TiN khi gia công thép CR12MOV [30]. Nghiên cău Ánh h°ång

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

cāa chế ß cắt ến tuái bền cāa dao phay cầu phā TiAlN khi gia cơng thép CR12MOV [31]. Mßt sá ít nghiên cău tÃp trung vào ph°¢ng pháp phay cao tác vÃt liệu căng nh°: Phay cao tác vÃt liệu căng là Titan [19].

Nhận xét: Nh° vÃy, có thể thấy rằng, QTGC vÃt liệu căng °ợc thực hiện bằng

rất nhiều ph°¢ng pháp khác nhau (khoan, tiện, phay, gia công tia lửa iện, mài, chuát, …). Trong cỏc phÂng phỏp nờu trờn, phay l mòt trong nhng ph°¢ng pháp gia cơng °ợc ăng dÿng nhiều nhiều nhất trong gia cơng c¢ khí. Đái vái ph°¢ng pháp phay vÃt liệu có ß căng cao, các nghiên cău hiện nay ang tÃp trung vào gia công å chế ß cắt thơng th°ãng, chỉ mßt sá ít các nghiên cău tÃp trung vào quá trình phay cao tác vÃt liệu căng. Theo kết quÁ táng hợp từ các nghiên cău, d°ãng nh° ch°a có nghiên cău nào °ợc thực hiện ể ánh giá măc ß Ánh h°ång cāa các thông sá công nghệ ến chất l°ợng bề mặt và mòn dÿng cÿ cắt khi phay cao tác mặt phẳng, thép SKD61 sau xử lý nhiệt. Chính vì vÃy, h°áng nghiên cău này là cần thiết và có khÁ năng thực hiện °ợc.

K¾T LU¾N CH¯¡NG 1

Từ các nghiên cău táng quan å trên có thể rút ra mßt sá kết ln sau ây:

VÃt liệu có ß căng cao là những vÃt liệu có ß căng từ 45 HRC trå lên. Do ó, thép SKD61 ã °ợc sử lý nhiệt ¿t ò cng 52.7 ữ 53.1 HRC l mòt trong nhng lo¿i vÃt liệu có ß căng cao.

Các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao có thể °ợc gia cơng bằng các ph°¢ng pháp khác nhau, trong ó, phÂng phỏp phay l mòt trong nhng phÂng phỏp c dùng phá biến hiện nay.

Dÿng cắt ể gia cơng các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao °ợc chế t¿o từ các lo¿i vÃt liệu khác nhau, mßt trong những vÃt liệu °ợc dùng phá biến ó là hợp kim căng.

</div>