Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn dao và độ chính xác gia công khi phay mặt cong lõm trên vật liệu SKD61 bằng dao phay cầu Cacbit phủ tin

Số hóa bởi trung tâm học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



NGUYỄN THÁI BÌNH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN MÒN
DAO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY MẶT CONG
LÕM TRÊN VẬT LIỆU SKD61 BẰNG DAO PHAY CẦU
CACBIT PHỦ TIN


Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí







LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái Nguyên - 2013
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 1
Số hóa bởi trung tâm học liệu
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân thực hiện dƣới
sự hƣớng dẫn của TS. Nguyễn Văn Hùng, chƣa đƣợc sử dụng cho bất kỳ một khóa
luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân, chƣa có tài liệu khoa học nào
tƣơng tự đƣợc công bố, trừ những thông tin tham khảo đƣợc trích dẫn.


Tháng 5 năm 2013.


Nguyễn Thái Bình

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 2
Số hóa bởi trung tâm học liệu
LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn khoa học
của tôi, TS. Nguyễn Văn Hùng, ngƣời đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ
cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí và Bộ môn Chế
tạo máy Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện để
tôi đƣợc tham gia và hoàn thành khóa học này.
Lòng biết ơn chân thành tôi xin bày tỏ gia đình tôi, vì tất cả những gì mà mọi
ngƣời đã dành cho tôi. Mọi ngƣời đã chăm sóc, động viên tôi trong suốt thời gian
tôi sống, học tập và làm luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo, các bạn bè, đồng nghiệp trong
trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã hỗ trợ và giúp đỡ
trong thời gian học tập của tôi.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 3
Số hóa bởi trung tâm học liệu
MỤC LỤC
Nội dung Trang
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 6
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU 10
PHẦN I: MỞ ĐẦU 11
1. Tính cấp thiết của đề tài 11
2. Đôi tƣợng nghiên cứu 12
3. Mục đích nghiên cứu 12
4. Nội dung nghiên cứu 12
5. Phƣơng pháp nghiên cứu 12
6. Ý nghĩa của đề tài 13
6.1. Ý nghĩa khoa học 13
6.2. Ý nghĩa thực tiễn 13
PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 14
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DAO PHAY CẦU 14
1.1. Khả năng ứng dụng của dao phay cầu. 14
1.2. Kết cấu và thông số hình học của dao phay cầu 16
1.2.1. Các dạng kết cấu của dao phay cầu 16
1.2.1.1. Dao phay cầu liền khối 16
1.2.1.2. Dao cầu ghép mảnh 17
1.2.2. Thông số hình học của dao phay cầu 20
1.3. Đặc điểm quá trình cắt của dao phay cầu 21

1.3.1. Cơ chế cắt của dao phay cầu 21
1.3.2. Kết cấu phần cắt của dao phay cầu 22
1.3.3. Sự hình thành bề mặt gia công 25
1.3.4. Xác định chiều cao nhấp nhô h
th
26
1.3.5. Vận tốc cắt khi phay 27
1.3.6. Sự hình thành phoi và thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay
cầu 28
1.4. Nghiên cứu về dao phay cầu trƣớc đây. 29
1.4.1. Điều kiện để tránh cắt ở đỉnh dao 29
1.4.2. Giá trị đánh giá quá trình cắt 32
1.5. Kết luận chƣơng 33
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 4
Số hóa bởi trung tâm học liệu
CHƢƠNG 2: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY CẦU 34
2.1. Mòn và tuổi bền dao phay cầu 34
2.1.1. Mòn dụng cụ cắt 34
2.1.1.1. Khái niệm chung về mòn 34
2.1.1.2. Mòn dụng cụ cắt: 35
2.1.1.3. Mòn dụng cụ phủ bay hơi 40
2.1.2.4. Cách xác định mòn dụng cụ cắt 41
2.1.2.5. Ảnh hƣởng của mòn dụng cụ đến chất lƣợng bề mặt gia công 43
2.1.1.6. Mòn của dao phay cầu phủ 44
2.1.2. Tuổi bền dụng cụ cắt 44
2.1.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 44
2.1.2.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 45
2.1.2.3. Phƣơng pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 48
2.1.2.4. Tuổi bền của dao phay cầu phủ 50

2.2. Cơ sở vật lý quá trình cắt bằng dao phay cầu 51
2.2.1. Biến dạng và quá trình hình thành phoi 51
2.2.2. Các thành phần lực cắt 52
2.3. Kết luận chƣơng 54
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT
ĐẾN MÒN DAO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY MẶT CONG LÕM
TRÊN VẬT LIỆU SKD61 BẰNG DAO PHAY CẦU CACBIT PHỦ TiN 55
3.1. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm. 55
3.1.1. Cơ sở lý thuyết. 55
3.1.1.1. Thực nghiệm tối ƣu hoá. 55
3.1.1.2. Tiến trình tối ƣu hoá 55
3.1.1.3. Mức độ phù hợp của mô hình 56
3.1.1.4. Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu 56
3.1.1.5. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm 57
3.1.1.6. Phƣơng pháp đo và tổng hợp kết quả đo 58
3.1.2. Thiết kế thí nghiệm 59
3.1.2.1.Máy thí nghiệm 59
3.1.2.2. Dụng cụ cắt thí nghiệm 59
3.1.2.3. Phôi 60
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 5
Số hóa bởi trung tâm học liệu
3.1.2.4.Dụng cụ đo kiểm 61
3.1.3. Điều kiện biên 61
3.2. Thực nghiệm để xác định quan hệ giữa tuổi bền và chế độ cắt khi gia công thép
hợp kim SKD61 bằng dao phay cầu phủ TiN. 61
3.2.1. Nội

dung: 61
3.2.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm 62

3.2.3. Các hàm mục tiêu khi gia công thép hợp kim SKD61 bằng dao phay đầu
cầu phủ TiN. 63
3.2.4. Chọn dạng hàm hồi quy. 63
3.2.5. Xây dựng ma trận thí nghiệm. 63
3.2.6. Tiến hành thí nghiệm 64
3.3. Xử lý kết quả thực nghiệm 71
3.3.1. Phân tích và đánh giá các thành phần lực cắt. 71
3.3.2. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu lƣợng mòn Hs. 73
3.3.3. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu độ chính xác  . 77
3.4. Kết luận chƣơng 3. 80
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 81
PHỤ LỤC 84











LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 6
Số hóa bởi trung tâm học liệu
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
TT
hình
Nội dung

Trang
1.1
Sơ đồ làm việc của dao phay cầu
15
1.2
Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu liền khối
17
1.3
Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu SRFHSMW,
SRFHSLW và mảnh ghép ký hiệu SRFT
18
1.4
Hình dạng của thân dao ký hiệu SRM dùng để ghép nhiều mảnh cắt
18
1.5
Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu SRM và mảnh
ghép
19
1.6
Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu
20
1.7
Sơ đồ chạy dao: a- Sơ đồ chạy dao ngang; b- Sơ đồ chạy dao đứng
21
1.8
Mòn của dao cầu các bit phủ TiAlN khi gia công thép HPM1
độ cứng HRC 38-42
22
1.9
Các bề mặt đƣợc hình thành trên phần cắt của dao phay cầu

22
1.10
Phƣơng pháp 3D-CAD mô phỏng lƣỡi cắt của dao phay đầu cầu
23
1.11
Mô tả quá trình cắt
24
1.12
Biên dạng của lƣỡi cắt
24
1.13
Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu
25
1.14
Ảnh chụp bề mặt chi tiết gia công
27
1.15
Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô h
th
khi gia công bằng dao phay
cầu
26
1.16
Sơ đồ tính vận tốc cắt của dao phay cầu
27
1.17
Thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu
28
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 7

Số hóa bởi trung tâm học liệu
1.18
Tiết diện của phoi phụ thuộc vào góc 
28
1.19
Hình ảnh của phoi khi không có biến dạng
28
1.20
Phƣơng thức chuyển dao khi phay bằng dao phay cầu
30
1.21
Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến với một số giá trị θy
30
2.22
Quan hệ giữa giá trị đánh giá E
d
và góc quay của lƣỡi cắt trong
trƣờng hợp phay thuận
32
2.23
Quan hệ giữa góc nghiêng phoi và giá trị đánh giá E
dmax

32
2.1
Mòn mặt sau
36
2.2
Mòn mặt trƣớc
36

2.3
Mòn cả mặt sau và mặt trƣớc
36
2.4
Mòn mũi dao
37
2.5
Mô hình mòn dụng cụ cắt
37
2.6
Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trƣớc của dụng cụ thép gió phủ
TiN
40
2.7
Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng với thể
tích
41
2.8
Các thông số đặc trƣng cho mòn mặt trƣớc và mặt sau
42
2.9
Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trƣớc và mặt sau
45
2.10
Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr bằng dao T15K6
46
2.11
(a) Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt
dao tiện
(b) dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi cải thiện.

47
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 8
Số hóa bởi trung tâm học liệu
2.12
Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao
48
2.13
Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao
48
2.14
Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit)
49
2.15
Sơ đồ hóa miền tạo phoi
50
2.16
Miền tạo phoi ở các vận tốc khác nhau
50
2.17
Các thành phần lực cắt
52
3.1
Sơ đồ thí nghiệm K= 2
2
; (b) 4 thí nghiệm dọc trục và 1 thí nghiệm
trung tâm; (c) Thí nghiệm CCD
56
3.2
Sơ đồ xác định sai số gia công 

58
3.3
Gia công trên trung tâm gia công VMC-85S
64
3.4
Xác định sai số bề mặt gia công trên CMM-C544
64
3.5
Hình ảnh SEM chụp mặt sau một số lƣỡi cắt
65
3.6
Xác định các thành phần lực cắt trong quá trình gia công
65
3.7
Sơ đồ các thành phần lực cắt tác dụng lên lƣỡi cắt
70
3.8
Nhập số liệu thí nghiệm lƣợng mòn Hs
72
3.9
Kết quả phân tích số liệu thí nghiệm lƣợng mòn Hs
72
3.10
Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao với lƣợng
mòn
74
3.11
Biểu đồ đƣờng mức quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao với
lƣợng mòn
74

3.12
Nhập số liệu thí nghiệm sai số gia công
76
3.13
Kết quả phân tích số liệu thí nghiệm sai số gia công 
76
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 9
Số hóa bởi trung tâm học liệu
3.14
Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao với sai số gia
công .
78
3.15
Biểu đồ đƣờng mức quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao với sai số
gia công
78

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 10
Số hóa bởi trung tâm học liệu
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
TT bảng
Nội dung
Trang
1.1
Trích bảng thông số kích thƣớc của dao phay cầu kiểu ký kiệu
BZD25G hãng Missubishi
17
1.2
Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký hiệu SRFHSMW,
SRFHSLW ghép một mảnh cắt hãng Mitssubishi
18
1.3
Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký hiệu SRM ghép
nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi
19
1.4
Trích bảng thông số kích thƣớc mảnh dao dùng cho dao
nhiềumảnh cắt hãng Mitssubishi
20
3.1

Thông số kỹ thuật cơ bản của máy
59
3.2
Thành phần các nguyên tố hoá học thép SKD61
59
3.3
Giá trị thông số chế độ cắt v, s cho thực nghiệm
61
3.4
Ma trận thí nghiệm
63
3.5
Kết quả đo lực cắt
66
3.6
Kết quả đo lƣợng mòn trên mặt sau dụng cụ cắt
67
3.7
Kết quả đo độ chính xác gia công  theo chiều dài gia công
68
3.8
Kết quả độ nhám Ra theo chiều dài gia công
69
3.9
Giá trị trung bình các thành phần lực cắt tại các điểm thí nghiệm
71



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 11
Số hóa bởi trung tâm học liệu

PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và đặc biệt là
công nghệ vật liệu nói riêng đã góp phần vào việc nghiên cứu và chế tạo nhiều
chủng loại dụng cụ cắt với vật vùng cắt có nhiều tính năng ƣu việt. Một trong những
ứng dụng mang tính phổ biến trong lĩnh vực gia công cắt gọt đó là vật liệu dụng cụ
đƣợc phun phủ để làm tăng khả năng cắt gọt của chúng. 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 TiN là một loại dụng cụ nhƣ vậy.
Có thể nói rằng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ khuôn, mẫu 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 SKD61 là một trong những loại vật liệu điển hình. Ngoài ra vật
liệu này còn đƣợc dùng để chế tạo nhiều dạng chi tiết khác nhau phục vụ trong
nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội. Thực tế việc gia công thép hợp kim SKD61
bằng dao phay đầu cầu phủ TiN là một giải pháp đang đƣợc rất nhiều nhà máy, cơ
sở sản xuất áp dụng để gia công nhiều dạng bề mặt phức tạp. Trƣớc đây những bề
mặt phức tạp này đƣợc gia công bằng các phƣơng pháp không truyền thống nhƣ là:
Gia công bằng điện hoá, gia công bằng xung điện, gia công bằng siêu âm nhƣng
những phƣơng pháp này có một số nhƣợc điểm: Giá thành đầu tƣ cao, năng suất gia
công thấp. Quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất phức tạp vì lƣỡi
cắt của dao phay đƣợc bố trí trên mặt cầu. Trong đó có thể nhận thấy rằng đỉnh dao
là nơi có điều kiện cắt gọt khốc liệt nhất, cơ chế cắt gọt phức tạp nhất, mòn dao diễn
ra nhanh nhất. Nhƣng trong nhiều trƣờng hợp không thể tránh đƣợc hiện tƣợng đỉnh
dao tham ra cắt. Vì vậy, một trong nhƣng vấn đề cần đƣợc nghiên cứu để có thể
khai thác hiệu quả hơn nữa việc sử dụng dao phay đầu cầu phủ TiN khi gia công
thép hợp kim SKD61 đó là: “Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số chế độ cắt
đến mòn dao và độ chính xác gia công khi phay mặt cong lõm trên vật liệu

SKD61 bằng dao phay cầu hợp kim phủ TiN”
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 12
Số hóa bởi trung tâm học liệu

2. Đôi tƣợng nghiên cứu
- Các thông số công nghệ quá trình phay thép SKD61 bằng dao phay cầu
- Vật liệu gia công là thép hợp kim SKD61 độ cứng 40÷50 HRC.
- Dao phay cầu hợp kim phủ TiN
3. Mục đích nghiên cứu
- Đánh giá ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu hợp kim
phủ TiN, độ chính xác gia công và chất lƣợng bề mặt khi gia công thép hợp kim
SKD61.
- Đƣa ra các chỉ dẫn công nghệ cho ngƣời sử dụng dao phay cầu hợp kim phủ
TiN
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tông quan về quá trình cắt của dao phay cầu.
- Nghiên cứu lý thuyết cơ sở vật lý quá trình cắt của dao phay cầu.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số chế độ cắt đến mòn của phần cắt dao
phay cầu hợp kim phủ TiN khi gia công thép SKD61.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết về quá trình cắt của dao phay cầu
- Tiến hành thực nghiệm.
- Phân tích số liệu thực nghiệm.
- Xử lý số liệu và xây dựng các mô hình hồi quy.
- Phân tích kết quả.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 13
Số hóa bởi trung tâm học liệu
6. Ý nghĩa của đề tài

6.1. Ý nghĩa khoa học
- Nghiên cứu tình trạng mòn, quá trình mòn và nguyên nhân mòn của dao
phay cầu phủ TiN khi gia công thép SKD61.
- Xây dựng đƣợc phƣơng trình hồi quy mô tả quan hệ giữa các thông số của
chế độ cắt với mòn của dao phay cầu phủ TiN khi gia công thép hợp kim SKD61 độ
cứng 40 ÷ 50 HRC. Với các mục tiêu tăng năng suất, độ chính xác gia công và tuổi
bền của dao đề tài đƣa ra đƣợc vùng chế độ cắt tối ƣu. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ
sở khoa học cho việc tối ƣu quá trình phay.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Dao phay cầu làm dụng cụ thƣờng đƣợc sử dụng trong quá trình gia công
khuôn mẫu đặc biệt là các bề mặt 3D phức tạp. Chính vì vậy : kết quả nghiên cứu
với mác thép SKD61 có thể áp dụng trực tiếp hoặc dùng để tham khảo khi mài các
mác thép hợp kim cao, không gỉ, có độ bền cao (bền hóa, bền nhiệt) nhƣ: SKD4,
SKD5, SKD8, SKD11, SKD62











LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 14
Số hóa bởi trung tâm học liệu

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DAO PHAY CẦU
1.1. Khả năng ứng dụng của dao phay cầu.
Trong ngành chế tạo máy và ngành công nghiệp khuôn mẫu, nhiều chi tiết có bề
mặt cong phức tạp đƣợc sử dụng, không những là bề mặt phức tạp mà những bề mặt
này còn làm bằng vật liệu khó gia công nhƣ 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 phƣơng pháp nhƣ: Gia công bằng điện hoá, gia công bằng siêu âm,
gia công bằng tia lửa điện [1]. Những phƣơng pháp gia công này tồn tại một số
nhƣợc điểm đó là: Giá thành đầu tƣ cao, năng suất gia công thấp dẫn đến giá thành
của chi tiết gia công cao.
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung
và lĩnh vực máy cắt kim loại nói riêng, sự xuất hiện và khả năng ứng dụng của các
máy công cụ CNC đã ngày càng đƣợc khẳng định. Đặc biệt hơn là khả năng gia
công với độ chính xác, năng xuất cao và ngày càng đƣợc 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 nhƣ: Khả năng nâng cao năng
suất và chất lƣợng gia công, tuổi bền cao và ổn định với chế độ cắt lựa chọn, có thể
gia công đƣợc các bề mặt phức tạp. Dao phay đầu cầu là loại dụng cụ cắt rất hữu ích
để gia công những hình dáng phức tạp nhƣ bề mặt của khuôn mẫu[1]. Hiện nay dao
phay cầu đƣợc phát triển có rất nhiều loại kết cấu, kích thƣớc và làm bằng những
vật liệu khác nhau có sẵn trên thị trƣờng[2]. Gần đây, do sự phát triển của kỹ thuật
phủ dụng cụ có thể phay đƣợc thép đã đƣợc tôi cứng [3,4]. Vì thế, tầm quan trọng
của dao phay đầu cầu đƣợc tăng lên. 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 vùng cắt có
khả năng cắt cao hơn, chất lƣợng và hiệu quả gia công cao hơn đã góp phần tạo ra
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 15
Số hóa bởi trung tâm học liệu

một cuộc cách mạng trong ngành cơ khí.
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 phƣơng pháp gia công
không truyền thống. Dụng cụ cắt phủ TiN có độ cứng 3000 - 4000 Kg/mm
2
[7]
tƣơng đƣơng với độ cứng hạt mài, Có độ cứng cao hơn TiN, có hiệu quả tốt khi gia
công thép chịu nhiệt, thép không gỉ và có thể gia công đƣợc thép đã tôi. Việc gia
công thép hợp kim SKD61 bằng dao phay đầu cầu cacbit phủ TiN là một giải pháp
đang đƣợc rất nhiều nhà máy, cơ sở sản xuất áp dụng để gia công nhiều dạng bề mặt
phức tạp của các loại khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, khuôn đùn ép. . .vì cho
năng suất cao hơn và giá thành hạ hơn so với các phƣơng pháp gia công không
truyền thống [1].



Nhƣng quá trình phay bằng dao phay đầu cầu rất phức tạp bởi vì quá trình
cắt gián đoạn và chiều dầy cắt thay đổi trong suốt quá trình cắt. Mặc dù cơ chế cắt
bằng dao phay đầu cầu đầu cầu đƣợc rất nhiều bài báo nhƣ : Điều khiển lực cắt
không đổi cho quá trình gia công khuôn mẫu bằng dao phay đầu cầu[9], Đo lực cắt
và độ chính xác gia công bằng dao phay đầu cầu [10], Tạo hình bề mặt gia công khi
phay bằng dao phay đầu cầu [11], Rung động khi cắt bằng dao phay đầu cầu [12].
Hình 1.1. Sơ đồ làm việc của dao phay cầu
(a) Trƣờng hợp cắt ở đỉnh dao, (b) Trƣờng hợp tránh cắt ở đỉnh dao


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 16
Số hóa bởi trung tâm học liệu

Quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất phức tạp vì lƣỡi cắt của dao
phay đƣợc bố trí trên mặt cầu. Khi gia công bề mặt phức tạp bằng dao phay cầu, bề
mặt gia công đƣợc hình thành nhƣ ở hình 1.1. Dao phay đƣợc quay với tốc độ của
trục chính là n, chuyển động tiến của dao có thể đƣợc thực hiện theo hai trục liên
tục với lƣợng chạy dao và một trục gián đoạn, có thể thực hiện theo ba trục. Nhƣng
lƣỡi cắt của dao đƣợc xác định trên chỏm cầu vì thế trên bề mặt gia công sẽ còn một
dải kim loại không cắt đƣợc tạo nên giữa hai đƣờng chuyển dao.
1.2. Kết cấu và thông số hình học của dao phay cầu
1.2.1. Các dạng kết cấu của dao phay cầu
1.2.1.1. Dao phay cầu liền khối
Khi đƣờng kính dao nhỏ (D
dao
< 10 mm) thì hầu hết dao cầu đƣợc chế tạo liền khối.
Để thuận lợi cho việc chế tạo và hạ giá thành của dao, với dạng dao này thì kết cấu
đầu dao về cơ bản là giống nhau còn phần thân dao đƣợc chế tạo với kết cấu phù
hợp với mục đích sử dụng.
a. Dao phay cầu liền khối không phủ
Thực tế dao phay cầu liền khối không phủ đƣợc các hãng sản xuất chế tạo bằng
những chủng loại vật liệu làm dao phổ biến nhƣ thép gió thƣờng, thép gió chịu
nhiệt, hợp kim cứng….để gia công những chi tiết đƣợc làm từ những loại vật liệu có
độ cứng thấp nhƣ đồng, thép chƣa tôi, nhôm hợp kim… hoặc đƣợc làm từ vật liệu
phi kim loại nhƣ nhựa cứng, gỗ…
b. Dao phay cầu liền khối phủ
Có thể nhận thấy rằng dao phay cầu liền khối không phủ vẫn còn có những hạn chế
nhƣ chỉ gia công đƣợc những vật liệu có độ cứng thấp, tuổi bền của dao ngắn, năng
suất gia công thấp,… Nhƣng khi những dụng cụ này đƣợc phủ CBN, TiAlN,
TiN thì chúng có nhiều ƣu điểm hơn so với dao phay cầu liền khối không phủ
thông thƣờng đó là:
 Tuổi thọ cao hơn.
 Cải tiến đƣợc độ bền.

 Cải tiến đƣợc cơ chế thoát phoi.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 17
Số hóa bởi trung tâm học liệu
 Ngăn chặn vỡ dao.
 Làm chậm quá trình mòn dao.
 Tăng tính chịu nhiệt.
 Tăng độ chính xác và độ bóng của chi tiết gia công.
Dao có lƣỡi cắt trên cả phần trụ và phần cầu.
Đặc điểm của dạng dao này là cả phần lƣỡi cắt cầu và trụ đều có thể tham gia cắt
đồng thời. Dao có đƣờng kính danh nghĩa phần cắt và phần chuôi bằng nhau nhƣ
hình 1.2 Đây là dạng dao có ƣu điểm trong gia công mặt cong lồi và hốc sâu vì kết
cấu dao không ảnh hƣởng đến việc tiến sâu của dao. Nhƣng độ cứng vững của dao
sẽ kém nếu gá dao quá dài, đặc biệt với những dao có đƣờng kính gia công nhỏ.


Hình 1.2. Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu liền khối ký kiệu BZD25G hãng
Missubishi - Nhật Bản [7].
Bảng 1.1. Trích bảng thông số kích thƣớc của dao phay cầu ký kiệu BZD25G hãng Missubishi
(hình 1.2) [7].
Số hiệu dao
R
D1
ap
L1
D4
Số me
cắt N
2080SG
4.0

8.0
14
90
8
2
2090SG
4.5
9.0
18
100
10
2
2100SG
5.0
10
18
100
10
2

1.2.1.2. Dao cầu ghép mảnh
Một trong những dạng hỏng chủ yếu của dao cầu khi gia công là mòn, vỡ lƣỡi dao,
mẻ dao. Nếu nhƣ gia công theo chế độ cắt hợp lý thì có thể khẳng định rằng đa phần
là dao bị hỏng do mòn, mẻ. Vì vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng ngƣời ta chế tạo
dao phay cầu ghép mảnh. Ƣu điểm của dao phay cầu ghép mảnh là phần cán dao cố
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 18
Số hóa bởi trung tâm học liệu
định còn phần lƣỡi cắt sẽ đƣợc thay thế khi mòn, hỏng. Nhƣng hạn chế của giải
pháp này là khó áp dụng đối với dao có đƣờng kính nhỏ. Hầu hết các mảnh dao cầu

đều đƣợc làm từ những vật liệu có tính năng cắt tốt, hoặc đƣợc phủ để tăng tuổi bền
và khả năng cắt gọt. Thân dao ngoài việc đƣợc chế tạo bằng nhũng loại vật liệu có
độ bền cao chúng còn đƣợc tăng bền nhƣ thấm Nitơ, phủ TiN, TiAlN… để tăng
tuổi thọ của cán dao. Dao ghép mảnh có thể đƣợc phân ra:
Dao ghép một mảnh

Hình 1.3. Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW và mảnh
ghép ký hiệu SRFT vật liệu VP10MF của dao một mảnh [7].
Bảng 1.2. Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW ghép một
mảnh cắt hãng Mitssubishi-Nhật Bản (hình 1.3) [7]
Số hiệu thân dao
R
D1
D4
L1
D5
L2
L3
12S12MW
6
12
12
120
11.5
50
20
16S16MW
8
16
16

130
15.5
50
25
20S20MW
10
20
20
180
19.5
80
32

Dao ghép nhiều mảnh cắt
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 19
Số hóa bởi trung tâm học liệu

Hình 1.4. Hình dạng của thân dao ký hiệu SRMdùng để ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi -
Nhật Bản.

Hình 1.5. Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu SRM và mảnh ghép ký hiệu
SRG40C, SRG50C, SRG50E, SRG50E, APMT1604PDER-M2,
APMT1604PDER-H2 của dao nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7].

Bảng 1.3. Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký hiệu SRM ghép nhiều mảnh
cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản (hình 1.5b) [7].
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 20
Số hóa bởi trung tâm học liệu

Số hiệu thân dao
R
D1
D4
L1
L2
ap
SRM2400WNLS
20
40
50.8
200
120
54
SRM2500WNLS
25
50
50.8
200
120
63


Bảng 1.4. Trích bảng thông số kích thƣớc mảnh dao dùng cho dao nhiềumảnh cắt hãng Mitssubishi
-Nhật Bản (hình 1.5c) [7].
Số hiệu thân dao
R
L1
L2
S1

F1
Re
SRG40C
20
36
20.5
8.0
-
-
SRG50E
25
35.8
20
8.5
-
-
APMT1604PDER-M2
-
16.5
9.525
4.76
1.4
0.8
1.2.2. Thông số hình học của dao phay cầu
Góc trƣớc :
Góc trƣớc của dao phay cầu thƣờng đƣợc đo
ở tiết diện chính N-N. Góc trƣớc và góc sau
của dao phay cầu phủ thƣờng đƣợc chọn:
 = 0
o

5
o
Đối với dao phay cầu liền khối lƣỡi
cắt bao gồm cả phần đầu dao và phần trụ.
Góc trƣớc đo ở tiết diện chính tại một điểm A
bất kỳ trên lƣỡi cắt đƣợc xác định tƣơng tự nhƣ
trên mũi khoan theo công thức sau:




sin.
.
D
tgD
tg
A
AN


Trong đó:
Hình 1.6. Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 21
Số hóa bởi trung tâm học liệu
D
A
: đƣờng kính xét tại điểm A(mm).
D :đƣờng kính dao phay cầu(mm).

ω : góc xoắn của rãnh xoắn(
o
).
φ : góc nghiêng chính(
o
).
Góc sau :
Góc sau của dao phay cầu thƣờng đƣợc chọn:  = 3
o
7
o

1.3. Đặc điểm quá trình cắt của dao phay cầu
1.3.1. Cơ chế cắt của dao phay cầu
Để tạo hình bề mặt của chi tiết gia công, dao phay đầu cầu có thể thực hiện
cắt gọt theo 2 sơ đồ hình 1.7 a,b.

Hình 1.7: a- Sơ đồ chạy dao ngang, b- Sơ đồ chạy dao đứng
Theo hƣớng đƣờng đi của dụng cụ cắt ta có các đồ cắt nhƣ sau:
- Chạy dao ngang hƣớng chuyển dao lên trên.
- Chạy dao ngang hƣớng chuyển dao xuống dƣới.
- Chạy dao đứng xuống dƣới.
- Chạy dao đứng lên trên.
Hƣớng đƣờng đi của dụng cụ cắt rất quan trọng để đạt đƣợc bề mặt mong
muốn [4], vì nó ảnh hƣởng diện tích phoi cắt, biến dạng của phoi, lực cắt, nhiệt cắt,
rung động. Tất cả các nhân tố này ảnh hƣởng tới tuổi bền của dụng cắt, năng suất
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 22
Số hóa bởi trung tâm học liệu
gia công, giá thành gia công và chất lƣợng bề mặt gia công. Thông thƣờng đƣợc sử

dụng theo sơ đồ hình 1.7a.
Quá trình cắt gọt của phần bán cầu trên dao là rất phức tạp. Bởi vì lƣỡi cắt
đƣợc 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 vì tại đỉnh dao
tốc độ cắt bằng không. Hình 1.8 là tình trạng mòn của dao phôi đƣợc gá nghiêng
10
0
, cho thấy càng gần đỉnh dao mòn mặt sau càng nhiều, vì càng gần đỉnh tốc độ
cắt càng tiến dần tới không. Chính vì vậy mà trong quá trình gia công ngƣời ta cần
hạn chế đến mức cao nhất sự tham ra của khu vực này vào quá trình cắt gọt. Khi gia
công trên máy CNC-3D vị trí tƣơng đối giữa dụng cụ cắt là rất quan trọng để đạt
đƣợc chất lƣợng bề mặt tối ƣu và tuổi thọ của dụng cụ cắt lớn nhất.

Hình1.8: Mòn của dao cầu các bit phủ TiAlN khi gia công thép HPM1
độ cứng HRC 38-42 [13]
1.3.2. Kết cấu phần cắt của dao phay cầu
Hình 1.9 là kết cấu phần cắt của dao phay đầu cầu, gồm có các bề mặt: Mặt
trƣớc, mặt sau, giao tuyến giữa chúng hình thành lên lƣỡi cắt. Lƣỡi cắt đƣợc bố trí
trên chỏm cầu và có dạng xoắn vít.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 23
Số hóa bởi trung tâm học liệu

Hình 1.9 Các bề mặt đƣợc hình thành trên phần cắt của dao phay cầu
* Mô phỏng quá trình hình thành phần cắt trên phần mềm 3D-CAD (CATIA-
V6):
Hình 1.10 là mô phỏng của dao phay cầu đƣờng kính D = 20mm với lƣỡi cắt và

mặt trƣớc sử dụng 3D-CAD (CATIA-V5), đƣợc xây dựng nhƣ sau:

Hình 1.10: Phƣơng pháp 3D-CAD mô phỏng lƣỡi cắt của dao phay đầu cầu
- Định rõ 3 trục (X, Y, Z) và gốc tọa độ là O (0,0,0).
- Lấy trục Z làm đƣờng tâm tạo mặt trụ có bán kính Rc = 10mm oqr vị trí Z = -
10 đến 20mm.
- Tạo lƣỡi cắt xoắn QQ‟ (đƣờng nét đứt) với góc xoắn 30
0
trên bề mặt trụ đi
qua điểm P có tọa độ P
0
(10,0,0).
- Xây dựng chỏm cầu bán kính R trong mặt trụ với tâm là O(0,0,0) ở vị trí Z =
- 10 đến 0 mm.
- Chuyển phần lƣỡi cắt P
0
Q‟ trên chỏm cầu về phía trục Z và xây dựng đƣợc
đoạn lƣỡi cắt QP
0
O
2
.
- Tạo bề mặt trƣớc của dao bằng cách quét đoạn O
1
Q dọc theo trục Z ở đoạn
trục O
1
O
2
và đoạn lƣỡi cắt QP

0
O
2
.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 24
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Quá trình cắt đƣợc thực hiện theo hƣớng trục X của phôi ở điều kiện chiều sâu
cắt theo phƣơng hƣớng hình là 0.1mm. P
f
là lƣợng chạy dao, hình 1.8 mô tả quá
trình cắt chuyển động chạy dao từ trên xuống dƣới theo bề mặt nghiêng. Gốc tọa độ
O là tâm chỏm cầu của dụng cụ, đƣờng nét đứt thể hiện lƣỡi cắt của dụng cụ. Phần
abcd ở hình 3 là thể tích của phoi chƣa biến dạng đƣợc bóc đi trong quá trình cắt,
thể tích này bao gồm 2 phần của mặt phẳng nghiêng bcd và adc, 2 phần của chỏm
cầu bad và bac. Tọa độ một điểm bất kỳ trên lƣỡi cắt P
c
(X
c
,Y
c
) phần chỏm cầu có
thể xác định theo công thức (1.1). Giả sử điểm giao của đƣờng qua điểm P
c
và mặt
phẳng X-Y là P‟
0
và góc P
0
OP‟

0
là , ta có:

cos)/(1
2
cccc
RZRX 
(1.1)

sin)/(1
2
cccc
RZRY 


tgRZ
cc
/









Hình1.11: Mô tả quá trình cắt Hình 1.12: Biên dạng của lƣỡi cắt
Trên hình 1.12 so sánh hình dáng của lƣỡi cắt của dao phay đầu cầu chiếu lên
mặt phẳng X-Y bằng phƣơng pháp tính toán và phƣơng pháp đo trực tiếp bằng kính

hiển vi số (Keyence VH-630), cho thấy hình dáng của lƣỡi cắt xác định bằng 2
phƣơng pháp hầu hết là trùng nhau và sai số góc quay của dụng cụ cắt 
c
ở mỗi
điểm trên lƣỡi cắt ít hơn ± 3.7
0
. Nhƣ vậy, việc kiểm tra cho thấy phƣơng pháp xác
định hình dạng của lƣỡi cắt bằng tính toán là hợp lý.