Luận văn: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT, GÓC GHIÊNG CỦA BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY ĐẦU CẦU PHỦ TIAIN KHI GIA CÔNG KHUÔN THÉP R12MOV QUA TÔI pot

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
************





BÙI ĐỨC HÙNG






NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT, GÓC
GHIÊNG CỦA BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA
DAO PHAY ĐẦU CẦU PHỦ TIAIN KHI GIA CÔNG KHUÔN
THÉP R12MOV QUA TÔI



CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY




LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HD KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN







Thái Nguyên – 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
**********




THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT




NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT, GÓC
GHIÊNG CỦA BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA
DAO PHAY ĐẦU CẦU PHỦ TIAIN KHI GIA CÔNG KHUÔN

THÉP R12MOV QUA TÔI



NGƯỜI HD KHOA HỌC : PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN
HỌC VIÊN : BÙI ĐỨC HÙNG
LỚP : CHK10
CHUYÊN NGÀNH : CHẾ TẠO MÁY
MÃ NGÀNH : 111207CTM007
NGÀY GIAO ĐỀ TÀI :
NGÀY HOÀN THÀNH :


KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN







Thái Nguyên – 2009
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
MỤC LỤC
Nội dung
Trang
Trang 1

1
Lời cam đoan
2
Mục lục
3
Danh mục các bảng số liệu
7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp.
10
Phần mở đầu
13
1. Tính cấp thiết của đề tài
13
2. Mục đích nghiên cứu
13
3. Đối tƣợng nghiên cứu
14
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
15
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
6. Phƣơng pháp nghiên cứu
15

15
CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ DAO PHAY CẦU
18
1.1. Ứng dụng của dao phay cầu.
18

1.2. Sự hình thành bề mặt gia công và thông số hình học của dao phay cầu
19
1.2.1. Sự hình thành bề mặt gia công.
21
1.2.2. Các bề mặt hình thành trên phần cắt của dao phay cầu.
23
1.3. Các yếu tố cắt của dao phay cầu
1.3.1. Chiều sâu cắt a
p

25
1.3.2. Lƣợng chạy dao S.
1.3.3. Vận tốc cắt khi phay
25
1.3.4.Ảnh hƣởng góc nghiêng θ
y
của phôi đến điều kiện cắt gọt của dao phay
cầu.
27
1.3.5. Chiều dày cắt.
30
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
1.3.6. Chiều rộng cắt.
31
1.3.7. Sự hình thành phoi và thông số hình học của phoi khi phay bằng dao
phay cầu
32

1.4. Các dạng dao phay cầu
1.4.1. Dao phay cầu liền khối
1.4.2. Dao phay cầu liền khối không phủ
34
1.4.3. Dao phay cầu liền khối phủ
1.4.4. Dao cầu ghép mảnh
35

1.5. Kết luận chƣơng 1
36
CHƢƠNG 2: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT GỌT BẰNG
DỤNG CỤ PHỦ
2.1. Đặc điểm của dụng cụ cắt phủ.
38
2.2. Ma sát và mòn của dụng cụ phủ.
2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ
40
2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ.
41
2.3. Độ mòn dao.
42
2.3.1. Các dạng mòn của dụng cụ cắt
43
a. Mòn mặt sau
44
b. Mòn mặt trƣớc
44
c. Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau
44
c. Cùn lƣỡi cắt

44
2.3.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt
45
a. Mòn do cào xƣớc
46
b. Mòn do dính
46
c. Mòn do hạt mài
47
d. Mòn do khuếch tán
47
e. Mòn do ôxy hoá
48
f. Mòn do nhiệt
49
2.3.3. Mòn của dụng cụ phủ bay hơi
49
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
2.3.4. Cách xác định mòn dụng cụ cắt
50
2.3.5. Ảnh hƣởng của mòn dụng cụ đến chất lƣợng bề mặt gia công
52
2.3.6. Mòn của dao phay cầu phủ

2.4. Tuổi bền dụng cụ cắt
2.4.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt
52

2.4.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt
2.4.2.1. Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dụng cụ cắt
54
2.4.2.2. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ
54
2.5 Phƣơng pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt
56
2.6. Tuổi bền của dao phay cầu phủ
58
2.7. Kết Luận chƣơng 2
59
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ
ĐỘ CẮT ,GÓC NGHIÊNG BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA
DAO PHAY CẦU 10 PHỦ TiAlN KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM
CR12MOV
60
3.1. Sơ lƣợc về thép hợp kim
60
3.2. Cơ sở xác định tuổi bền của dao bằng thực nghiệm.
61
3.2.1. Lựa chọn chỉ tiêu xác định tuổi bền của dao
62
3.2.2. Độ nhám bề mặt và phƣơng pháp đánh giá
62
3.2.2.1. Độ nhám bề mặt
62
3.2.2.2. Phƣơng pháp đánh giá độ nhám bề mặt
65
3.3. Thiết kế thí nghiệm.
66

3.3.1. Các giới hạn của thí nghiệm
66
3.3.2. Mô hình thí nghiệm
67
3.3.3. Mô hình toán học
67
3.3.4. Điều kiện thí nghiệm
68
3.3.4.1.Máy.
68
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
3.3.4.2. Dao.
69
3.3.4.3. Phôi.
69
3.3.4.4. Dụng cụ đo kiểm.
69
3.4. Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay cầu 10 phủ TiAlN khi
gia công thép hợp kim CR12MOV.
69
3.4.1. Nội

dung:
69
3.4.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm:
69
3.4.3. Thực nghiệm xác định tuổi bền:

71
3.4.3.1. Tính các hệ số của phƣơng trình hồi quy
74
3.4.3.2. Kiểm định các tham số a
j

74
3.4.3.3. Kiểm định sự phù hợp của mô hình
76
3.4.3.4 .Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa v, s và tuổi bền dao khi t = 0,5 mm

77
3.4.3.5. Một số hình ảnh chụp lƣỡi cắt của dao khi gia công.
78
3.4.3.6. Phân tích kết quả thí nghiệm.
82
3.5. Kết luận chương 3
82
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
84
4.1. Kết luận
84
4.2. Một số kiến nghị.
84
Tài liệu tham khảo
86

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
TT
Bảng số
Nội dung
Trang
1
Bảng 3.1
Các giá trị R
a
, R
z
và chiều dài chuẩn l ứng với
các cấp độ nhám bề mặt
64
2
Bảng 3.2

Thông số kỹ thuật cơ bản của máy
68
3
Bảng 3.3
Thành phần các nguyên tố hoá học thép
CR12MOV
69
4
Bảng 3.4
Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v,s
cho thực nghiệm
71
5
Bảng 3.5
Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác
định tuổi bền của dao
72
6
Bảng 3.6
Bảng kết quả đo độ nhám theo thời gian và chế
độ cắt
72
7
Bảng 3.7
Bảng kết quả tính toán giá trị (y
i
-
i
y
ˆ

)
2

76

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP

TT
Hình
Nội dung
Trang
1
Hình 1.1
Sơ đồ nguyên lý gia công bằng siêu âm có hạt
mài.
18
2
Hình 1.2
Sơ đồ nguyên lý gia công bằng điện hoá

19
3
Hình 1.3
Sơ đồ nguyên lý gia công bằng xung điện.

19
4
Hình 1.4
Phƣơng dịch chuyển dao khi phay mặt cong bằng
dao phay cầu.
20

5
Hình 1.5
Gia công khuôn mẫu bằng dao phay cầu trên máy
CNC.
21
6
Hình 1.6
Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu

22
7
Hình 1.7
Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay
cầu
22
8
Hình 1.8
Các bề mặt đƣợc hình thành trên phần cắt của dao
phay cầu
24
9
Hình 1.9
Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu

24
10
Hình 1.10
Thông số tính vận tốc cắt của dao phay cầu

26

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
11
Hình 1.11
Vị trí lực cắt tác dụng vào dao.

27
12
Hình 1.12.a
Phƣơng thức chuyển dao khi phay bằng dao phay
cầu chuyển dao từ dƣới lên.
28
13
Hình 1.12.b
Phƣơng thức chuyển dao khi phay bằng dao phay
cầu chuyển dao từ trên xuống.
28
15
Hình 1.13.a
Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến lên với một
số giá trị θ
y
(0
o
, 15
o
, 30
o

, 45
o
, 60
o
, 75
o
)
29
16
Hình 1.13.b
Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến xuống với
một số giá trị θ
y
(0
o
, 15
o
, 30
o
, 45
o
, 60
o
, 75
o
)
30
17
Hình 1.14
Biểu diễn lớp cắt sau mỗi lần chạy dao

31
18
Hình 1.15
Chiều rộng lớp cắt.
32
19
Hình 1.16
Cơ chế tạo phoi
33
20
Hình 1.17
Thông số hình học của phoi khi phay bằng dao
phay cầu
33
21
Hình 1.18
Tiết diện của phoi phụ thuộc vào góc 
34
22
Hình 1.19
Hình ảnh của phoi khi không có biến dạng

34
23
Hình 1.20
Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu
phủ ký kiệu BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản
[6].
35
24

Hình 1.21
Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký
hiệu SRFHSMW, SRFHSLW và mảnh ghép ký
hiệu SRFT vật liệu VP10MF, VP15TF của dao
một mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7].
36
25
Hình 2.1
Phủ bằng phƣơng pháp CVD nhiều lớp lên dụng
cụ cắt hợp kim cứng.
40
26
Hình 2.3
Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Mamin.
41
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
27
Hình 2.3
Hình 2.4
Mòn mặt sau
Mòn mặt trƣớc
44
28
Hình 2.5
Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau

44

29
Hình 2.6
Cùn lƣỡi cắt

44
30
Hình 2.7
Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi
cắt liên tục
46
31
Hình 2.8
Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi
cắt gián đoạn
48
32
Hình 2.9
Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trƣớc của
dụng cụ thép gió phủ TiN
49
33
Hình 2.10
Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp
kim cứng với thể tích, trong đó V tính bằng m/ph;
t
1
tính bằng mm/vg.
50
34
Hình 2.11

Các thông số đặc trƣng cho mòn mặt trƣớc và mặt
sau – ISO3685
51
34
Hình 2.12
Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trƣớc và
mặt sau của dao thép gió S 12-1-4-5 dùng tiện
thép AISI C1050, với t = 2mm. Thông số hình học
của dụng cụ: =8
0
, =10
0
, =4
0
, =90
0
, = 60
0
,
r=1mm, thời gian cắt T =30 phút [4].
54
35
Hình 2.13
Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr bằng
dao T15K6 với
h
s
= 0,6 mm.(1) s = 0,037 mm/v: (2) s = 0,3 mm/v
(3) s = 0,1 mm/v; (4) s = 0,5 mm/v.
55

36
Hình 2.14
(a)
Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo
vận tốc cắt dao tiện dùng để phay thép các bon tôi
56
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
cải thiện.
37
Hình 2.14
(b)
Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo
vận tốc cắt dao phay mặt đầu dùng để phay thép
cácbon tôi cải thiện.
56
38
Hình 2.15
Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao

57
39
Hình 2.16
Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao

57
40
Hình 2.17

Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit)

58
41
Hình 3.1
Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lƣợng mòn và thời
gian
62
42
Hình 3.2
Độ nhám bề mặt

63
43
Hình 3.3
Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa vận tốc cắt v,
góc nghiêng phôi θ
y
với tuổi bền của dao phay cầu
10 phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim
CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC khi
chiều sâu cắt không đổi t = 0,5 mm.
77
44
Hình 3.4
Máy phay CNC-VMC-85S

78
45
Hình 3.5

Máy đo độ nhám SJ.201

79
46
Hình 3.6
Hình ảnh phôi đang gia công

79
47
Hình 3.6.a
Hình ảnh mặt sau của dao sau 6,4 phút khi gia
công với v = 110 (m/phút), θ
y
=10
0
79
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
47
Hình 3.6.b
Hình ảnh mặt sau của dao sau 9,2 phút khi gia
công với v = 50 (m/phút), θ
y
=10
0
80
48
Hình 3.6.c

Hình ảnh mặt sau của dao sau 14,5 phút khi gia
công với v = 110 (m/phút), θ
y
=75
0


80
49
Hình 3.6.d
Hình ảnh mặt sau của dao sau 16,2 phút khi gia
công với v = 50 (m/phút), θ
y
=75
0


81
50
Hình 3.6.e
Hình ảnh mặt sau của dao sau 21,4 phút khi gia
công với v = 80 (m/phút), θ
y
=42,5
0


81

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Phay cứng là gia công các chi tiết đã qua tôi (thường là thép hợp kim) có độ

cứng cao khoảng 40 ÷ 45 HRC. Đây là chi tiết làm việc trong điều kiện chịu ma sát,
chịu mài mòn cao. Phương pháp này có thể sử dụng để thay thế một số phương
pháp gia công khác như mài, gia công bằng xung điện. . . Khi chi tiết có hình dạng
tương đối phức tạp. Phay cứng cho năng xuất cao hơn với vốn đầu tư ban đầu thấp
hơn nhiều, vật liệu thường sử dụng làm dao phay cứng là các vật liệu phun phủ
như: TiN, TiAlN, CBN với vật liệu nền là thép gió hoặc hợp kim cứng để làm tăng
khả năng cắt gọt của chúng, được nghiên cứu và chế tạo nhiều chủng loại dụng cụ
cắt có nhiều tính năng ưu việt góp phần nâng cao năng xuất cắt gọt. Với những
dụng cụ cắt có kết cấu phức tạp, việc chế tạo khó khăn thì ứng dụng đó là một trong
những giải pháp mang tính đột phá. Dao phay đầu cầu phủ TiAlN là một loại dụng
cụ như vậy.
Ngày nay nền kinh tế đang trên đà tăng trưởng mạnh. Hệ thống các máy công cụ
CNC đã góp phần tạo nên sự linh hoạt và hiệu quả trong lĩnh vực cơ khí chế tạo.
Trong việc chế tạo khuôn thì thép hợp kim CR12MOV là những loại vật liệu
thường dùng. Thực tế việc gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi cứng bằng
dao phay đầu cầu phủ TiAlN là một giải pháp đang được rất nhiều nhà máy, cơ sở
sản xuất áp dụng để gia công nhiều dạng bề mặt phức tạp trên các loại khuôn dập,
khuôn ép nhựa trước đây những bề mặt phức tạp này được gia công bằng các
phương pháp không truyền thống như là: Gia công bằng điện hoá, gia công bằng
xung điện, gia công bằng siêu âm nhưng những phương pháp này có một số nhược
điểm:
- Giá thành đầu tư cao.
- Năng suất gia công thấp.
Vì vậy sử dụng dao phay cầu để gia công tinh khuôn thép CR12MOV qua tôi là
một giải pháp tối ưu. Nhưng quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất
phức tạp trên các cung nối tiếp vì lưỡi cắt của dao phay cầu được bố trí trên mặt
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
cầu. Trong đó có thể nhận thấy rằng trên toàn bộ biên dạng lưỡi cắt có điều kiện cắt
gọt, cơ chế cắt gọt ở các vị trí trên lưỡi cắt cũng khác nhau. Các vị trí đó phụ thuộc
vào góc nghiêng của phôi, độ mòn dao diễn ra khác nhau dẫn đến tuổi bền trên lưỡi
cắt khác nhau. Hiện nay dao phay cầu đã được một số nhà nghiên cứu trong và
ngoài nước quan tâm nhằm nâng cao khả năng sử dụng của dao phay cầu như:
Nghiên cứu ảnh hưởng bước tiến đến sự hình thành phoi của dao phay cầu gia công
trên máy phay CNC [7]. Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng đến chất lượng bề
mặt khi gia công bằng dao phay cầu [8]. Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình
học của dao phay cầu đến độ nhám bề mặt khi gia công thép [9]. Nghiên cứu ảnh
hưởng của lực cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiN khi gia công thép
CR12MOV [10]. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay
cầu phủ TiAlN khi gia công thép CR12MOV [11]
Tuy nhiên ảnh hưởng chế độ cắt và góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của dao
phay cầu phủ TiAlN khi gia công vật liệu CR12MOV qua tôi chưa có tài liệu nói
đến. Vì vậy, một trong nhưng vấn đề cần được nghiên cứu để có thể khai thác hiệu
quả hơn nữa việc sử dụng dao phay đầu cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim
CR12MOV đó là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt, góc nghiêng của bề
mặt gia công đến tuổi bền của dao phay đầu cầu phủ TiAlN khi gia công khuôn
thép CR12MOV qua tôi” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục đích nghiên cứu
Đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt và góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của
dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi. Trên cơ sở
đó đưa ra chế độ cắt một cách hợp lý.
3. Đối tượng nghiên cứu
Xác định mối quan hệ giữa chế độ cắt và góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của
dao phay cầu phủ TiAlN.
Vật liệu gia công là thép hợp kim CR12MOV.
Dao phay đầu cầu Ø10 phủ TiAlN hãng MITSUBISHI - Nhật Bản
Bề mặt gia công là mặt định hình.

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu bằng thực nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Xây dựng được quan hệ giữa các thông số của chế độ cắt, góc nghiêng của
phôi với tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi cắt trên toàn biên dạng dao để
gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 ÷ 45 HRC dưới dạng các
hàm thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ưu quá trình
phay. Đồng thời cũng góp phần đánh giá khả năng cắt của mảnh dao phay cầu phủ
TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 ÷ 45 HRC.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể dùng làm cơ sở cho việc lựa chọn bộ
thông số v, θ
y
với t = 0,5 mm và s = 0.2 mm/răng khi gia công thép hợp kim
CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 ÷ 45 HRC bằng dao phay cầu phủ TiAlN trong
những điều kiện gia công cụ thể.
6. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu bằng thực nghiệm.
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ PHAY BẰNG DAO
PHAY CẦU

1.1. Ứng dụng của dao phay cầu
Bề mặt của khuôn mẫu thường là những mặt cong phức tạp. Bề mặt gia công
không những là bề mặt phức tạp mà những bề mặt này còn làm bằng vật liệu khó
gia công như thép hợp kim có độ bền cao, thép chịu nhiệt, thép không gỉ, thép đã
tôi Hiện nay, việc gia công những bề mặt phức tạp này có một số phương pháp
như: Gia công bằng siêu âm (hình 1.1), gia công bằng điện hoá (hình 1.2), gia công
bằng xung điện (hình 1.3) [11]. Những phương pháp gia công này tồn tại một số
nhược điểm như:

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý gia công bằng siêu âm.

Rung động
siêu âm
Tải trọng
tĩnh
Hạt mài

Phôi
Dụng cụ
Dung dịch
sệt chứa hạt
mài
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý gia công bằng điện hoá
















Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công bằng xung điện.

- Giá thành đầu tư cao.
- Năng suất gia công thấp dẫn đến giá thành của chi tiết gia công cao.


Dung dịch
điện phân

Dụng cụ
Phôi
Dụng cụ
Phôi

Dụng cụ
(katốt)
Dung dịch
điện môi
Dung dịch
bị ôxy hoá
Phôi (anốt)

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20








Hình 1.4. Phương dịch chuyển dao khi phay mặt cong bằng dao phay cầu.
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và
lĩnh vực dụng cụ cắt kim loại nói riêng. Xuất hiện nhiều loại vật liệu dụng cụ cắt
mới và khả năng ứng dụng của chúng trên các máy công cụ CNC đã ngày càng
được khẳng định. Đặc biệt hơn là khả năng gia công với độ chính xác, năng xuất

cao và ngày càng được cải thiện. Song song với sự phát triển đó là một lĩnh vực
không thể tách rời. Đó là lĩnh vực dụng cụ cắt trên máy CNC để có thể đáp ứng
những yêu cầu cao hơn như: Khả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công,
tuổi bền cao và ổn định với chế độ cắt lựa chọn. Sự đa dạng của dụng cụ cắt về
chủng loại, kết cấu và hơn nữa là sự xuất hiện của nhiều loại dụng cụ cắt với vật
liệu cắt có khả năng cắt với tốc độ cao, chất lượng và hiệu quả gia công cao hơn đã
góp phần tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành cơ khí.








Hình 1.5. Gia công khuôn mẫu bằng dao phay cầu trên máy CNC.
Hướng cắt ngang
Hướng cắt dọc
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21

Việc chế tạo ra Dao phay cầu, đặc biệt là sử dụng Dao phay cầu phủ các vật
liệu CBN, TiAlN, TiN trên các máy CNC nhiều trục cho phép gia công các bề mặt
phức tạp, với năng suất gia công cao hơn rất nhiều so với các phương pháp gia công
không truyền thống. Quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất phức
tạp vì lưỡi cắt của dao phay được bố trí trên mặt cầu. Khi gia công bề mặt phức tạp
bằng dao phay cầu, bề mặt gia công được hình thành như ở hình 1.4. Dao phay
được quay với tốc độ của trục chính là n, chuyển động tiến của dao có thể được thực

hiện theo hai trục liên tục với lượng chạy dao và một trục gián đoạn, có thể thực
hiện theo ba trục. Nhưng lưỡi cắt của dao được xác định trên chỏm cầu vì thế trên
bề mặt gia công sẽ còn một dải kim loại không cắt được tạo nên giữa hai đường
chuyển dao (hình 1.6)
1.2. Sự hình thành bề mặt gia công và thông số hình học của dao phay cầu.
1.2.1. Sự hình thành bề mặt gia công.
Khi phay bằng dao phay cầu trên máy phay CNC quá trình cắt diễn ra là rất
phức tạp và khó khăn việc xác định được mô hinh cắt gọt rất cần thiết. Vì vậy để thể
hiện rõ các bề mặt được hình thành người ta xây dựng trên mô hình 3D-CAD. Quá
trình cắt khi gia công bề mặt cong góc nghiêng của phôi thay đổi và chiều rộng của
lưỡi cắt cũng thay đổi theo. Một trong những nhược điểm khi gia công bằng dao
phay cầu đó là nhám bề mặt lớn. Bởi vì ngoài việc chịu ảnh hưởng của những yếu
tố: Như độ cứng vững của hệ thống công nghệ, quá trình mòn của dao….độ nhám
bề mặt chi tiết gia công còn phụ thuộc vào chiều cao phần kim loại bị bỏ lại sau mỗi
lần chuyển dao h
th
và do kết cấu của đầu dao. Bề mặt gia công được hình thành như
(hình 1.7)





Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
ae
h
th

De/2
R
D
ap















Hình 1.6. Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu
Bằng phương pháp phân tích hình học 2 đường chuyển dao liên tiếp với lượng dịch
chuyển là a
e
khi gia công mặt phẳng có thể biết được giá trị của h
th
như (hình 1.7)

Hình 1.7. Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu
Dao phay cầu
Bề mặt chưa gia công
Chiều sâu cắt
Lượng dịch dao ngang
Bề mặt mong muốn
Phôi
Đường chạy
dao trước
Đỉnh
nhấp
nhô
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

23
Khi đó đường kính của dao phay sẽ thay đổi trong quá trình làm việc tại các vị
trí cắt diện tích lớp phoi sẽ thay đổi phụ thuộc vào đường kính, góc nghiêng phôi và
bước tiến của dao.
Đường kính gia công của dao được tính theo công thức:
D
e
= 2.
)(
pp

aDa 
(1 - 1)
Chiều cao nhấp nhô bề mặt phụ thuộc vào bán kính dao và lượng dịch dao
ngang để lại được tính theo công thức:
h
th
= R -
2
4
22
e
aR 
(1 - 2)
Trong đó:
a
p
là chiều sâu cắt.
h
th
là chiều cao nhấp nhô bề mặt
a
e
là lượng dịch dao ngang
R là bán kính của dao
Có thể nhận thấy rằng R >
2
4
22
e
aR 

vì thế giá trị của h
th
> 0
Nếu như xét cho trường hợp gia công mặt cong phức tạp bất kỳ thì công thức
(1-2) vẫn đúng khi xét tại từng tiết diện vuông góc với hướng tiến của dao.
Vì vậy có thể khẳng định rằng khi gia công bằng dao phay cầu muốn giảm giá
trị h
th
thì có thể áp dụng một hoặc đồng thời hai giải pháp:
- Sử dụng dao có bán kính lớn nhất trong điều kiện có thể
- Giảm lượng dịch chuyển dao ngang a
e

1.2.2. Các bề mặt hình thành trên phần cắt của dao phay cầu.
Hiện nay có rất nhiều loại dụng cụ cắt. Chúng có hình dáng kết cấu khác nhau.
Nhưng nói chung kết cấu phần cắt của chúng đều được hình thành theo những quy
luật chung. Có thể nói bất kỳ dụng cụ cắt có kết cấu phức tạp đến mức độ nào phần
cắt của chúng cũng đều có kết cấu cơ bản giống như dao tiện ngoài. Mỗi răng của
chúng được coi như một con dao tiện ngoài. Đối với dao phay cầu lưỡi cắt cũng
được hình thành bởi mặt trước và mặt sau của dao như hình vẽ 1.8 [12]
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

24
N
MPCB
MPCG


N'N'

MPCGMPCB
N




Để khảo sát chúng ta gắn hệ toạ độ đề các oxyz trên phần đỉnh của mũi dao.
Trục x theo phương nằm ngang // bàn máy dọc. Trục y theo phương nằm ngang //
bàn máy ngang. Trục Z theo phương thẳng đứng // với trục dao.









Hình 1.8. Các bề mặt được hình thành trên phần cắt của dao phay cầu
Góc trước và góc sau của dao phay cầu phủ thường được chọn như sau: [5]
 = 0
o
5
o
;  = 3
o
7
o

Hình 1.9. Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu
Lưỡi cắt
Mặt sau
Lưỡi cắt
Mặt trước
Mặt sau

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

25
1.3. Các yếu tố cắt của dao phay cầu
1.3.1. Chiều sâu cắt a
p

Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công với bề mặt chưa gia công đo theo
phương vuông góc với bề mặt đã gia công sau một lát cắt.
1.3.2. Lƣợng chạy dao S.

Lượng chạy dao răng S
z
(mm/răng): Là lượng chạy dao xác định khi dao quay
được một góc răng.
Lượng chạy dao vòng S
v
(mm/vòng): Là lượng chạy dao xác định sau khi dao
quay được một vòng.
Lượng chạy dao phút S
ph
(mm/phút): Là lượng chạy dao xác định trong một
phút.
Giữa chúng có quan hệ như sau:
S
v
= Z . S
z

S
ph
=n . S
v
= n . Z . S
z

1.3.3. Vận tốc cắt khi phay
Dao phay cầu với đặc điểm lưỡi cắt xác định trên mặt cầu. Vì thực tế khi phay
với một chiều sâu cắt cụ thể thì vận tốc cắt được tính toán theo phần đường kính
thực tham gia và quá trình cắt gọt. Đường kính đó phụ thuộc vào chiều sâu cắt a
p

và
đường kính lớn nhất của dao [6]. Vì vậy để tính toán lựa chọn vận tốc cắt cần xác
định đường kính cắt thực:
D
e
= 2.
)(
pp
aDa 
(1- 2)
Trong đó:
D
e
là đường kính gia công ứng với chiều sâu cắt a
p

a
p
là chiều sâu cắt
D là đường kính của dao
Tuỳ thuộc vào vị trí của phần lưỡi cắt của dao tham ra vào quá trình cắt gọt
mà vận tốc được xác định tương ứng như hình 1.10.

 Với kiểu cắt dùng lưỡi
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

26
cắt bên để cắt, tính toán tốc độ
cắt ở điểm P ta có:

V =
1000
.sin nD

(m/ph) (1- 3)
Trong đó:
D
e
là đường kính gia công
ứng với chiều sâu cắt a
p
(mm)
a
p
là chiều sâu cắt (mm)
D là đường kính của dao (mm)
Hình 1.10. Thông số tính vận tốc cắt của dao phay cầu.
n là số vòng quay của dao (vòng/ph)
 = cos
-1
.
)
2
(
D
aD
p

+ 90-α (1 - 4)

 Với kiểu cắt dùng đỉnh dao cắt, tính toán chế độ cắt cho điểm Q ta có:
V =
1000
)( 2
pp
aDan 

(m/ph) (1 - 5)
Trong đó:
D
1
là đường kính gia công ứng với chiều sâu cắt a
p
(mm)
a
p
là chiều sâu cắt (mm)
D là đường kính của dao (mm)
n là số vòng quay của dao (vòng/ph)
Như vậy, nếu với cùng một số vòng quay của trục chính thì khi vị trí cắt thay
đổi tốc độ cắt cũng thay đổi, để tốc độ cắt không thay đổi thì phải thay đổi số vòng
quay của trục chính. Trong quá trình cắt gọt tốc độ cắt tại đỉnh dụng cụ luôn bằng
không [1]. Đây là lý do tại sao khi gia công bề mặt bằng đỉnh dao cầu thì dụng cụ
cắt nhanh mòn và khi gia công tinh sử dụng máy phay CNC ba trục thì vị trí tương
quan giữa trục dụng cụ và bề mặt gia công là rất quan trọng để đạt được chất lượng
bề mặt tối ưu, tuổi thọ dụng cụ lớn nhất.
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

27

1.3.4.Ảnh hƣởng góc nghiêng θ
y
của phôi đến điều kiện cắt gọt của dao phay
cầu.
Góc nghiêng của phôi ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi bền của dao phay cầu khi
gia công các bề mặt phức tạp vị trí của điểm bắt đầu vào cắt cũng đóng một vai trò
rất quan trọng bởi vì khi đầu dao tiến vào cắt tiếp xúc với bề mặt nghiêng của phôi
lực cắt tăng lớn nhất dẫn đến chất lượng bề mặt tại vị trí đó giảm.
Dao phay cầu được dùng để gia công các bề mặt cong phức tạp. Quá trình cắt
gọt của phần bán cầu trên dao là rất phức tạp. Bởi vì lưỡi cắt được xác định trên mặt
cầu. Khi gia công bề mặt cong thì tuổi thọ của dao phụ thuộc vào dạng của bề mặt
(vì dạng của bề mặt sẽ quyết định vị trí tham ra cắt thực – nơi xẩy ra quá trình phá
huỷ). Khi xem xét khả năng cắt của phần đầu cầu trên dao có thể nhận thấy rằng vị
trí đỉnh dao là nơi quá trình cắt diễn ra rất phức tạp, là nơi quá trình mòn dao diễn ra
nhanh nhất, là vùng có tuổi bền thấp nhất. Chính vì vậy mà trong quá trình gia công
người ta cần hạn chế đến mức cao nhất sự của khu vực này vào quá trình cắt gọt.

Hình 1.11. Vị trí lực cắt tác dụng vào dao.
Dao cắt
Lưỡi cắt
Lưỡi cắt
Mặt cơ sở
Phôi