Nâng cao chất lượng đầu dao cắt bánh răng côn xoắn bằng phương pháp hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt

Số hóa bởi trung tâm học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP






LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT




NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐẦU DAO CẮT BÁNH RĂNG
CÔN XOẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA NHIỆT LUYỆN,
PHUN PHỦ BỀ MẶT

Ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số:
Học viên: HOÀNG VĂN HUYNH
Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH. BÀNH TIẾN LONG
TS. NGUYỄN TIẾN ĐÔNG






THÁI NGUYÊN, NĂM 2013

Số hóa bởi trung tâm học liệu

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


THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT


ĐỀ TÀI

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐẦU DAO CẮT BÁNH RĂNG
CÔN XOẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA NHIỆT LUYỆN,
PHUN PHỦ BỀ MẶT


Học viên: Hoàng Văn Huynh
Lớp: K13 - CNCTM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
Người HD khoa học: GS.TSKH. BÀNH TIẾN LONG
TS. NGUYỄN TIẾN ĐÔNG

Ngày giao đề tài: /11/2011
Ngày hoàn thành:


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TSKH. BÀNH TIẾN LONG


TS. NGUYỄN TIẾN ĐÔNG
HỌC VIÊN





HOÀNG VĂN HUYNH




DUYỆT BGH




KHOA SAU ĐẠI HỌC

Số hóa bởi trung tâm học liệu

1
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật này là công trình do
tôi tổng hợp và nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo
như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo đã được trích dẫn. Các kết quả kết quả

tính toán, mô phỏng được thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS. TSKH. Bành Tiến
Long và T.S Nguyễn Tiến Đông
.


Tác giả


Hoàng Văn Huynh
















Số hóa bởi trung tâm học liệu

2
LỜI CẢM ƠN

Bằng tất cả sự kính trọng em xin chân thành cảm ơn tới GS. TSKH. Bành
Tiến Long và T.S Nguyễn Tiến Đông - người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt
quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn tới Viện nghiên cứu cơ khí Hà Nội,
Viện khoa học vật liệu , Công ty cổ phần thiết bị công nghiệp Tùng Linh, Ban giám
hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Ban giám hiệu trường Cao đẳng Kinh
tế - kỹ thuật_ Đại Học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong
quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này.
Xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và người thân đã động viên giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn
E xin chân thành cảm ơn!


Tác giả


Hoàng Văn Huynh











Số hóa bởi trung tâm học liệu

3
MỤC LỤC
TRANG
LỜI CAM ĐOAN
1
LỜI CẢM ƠN
2
MỤC LỤC
3-4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
5-6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
7
PHẦN MỞ ĐẦU
8
1. Tính cấp thiết của đề tài
8-9
2. Mục tiêu của đề tài
9
3. Đối tƣợng nghiên cứucủa đề tài
9
4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài
10
5. Ý nghĩa của đề tài
10
Chương 1:TỔNG QUAN VỀ PHUN PHỦ PVD, ĐẶC ĐIỂM VÀ
ỨNG DỤNG TRONG CẮT KIM LOẠI
11
1.1. Phủ bay hơi hoá học CVD (Chemical Vapour Deposition) – Phủ
bay hơi lý học PVD (Physical Vapour Deposition)

11-16
1.2. Cấu tạo dụng cụ cắt có lớp phủ
16-18
1.3. Ứng dụng phủ PVD:
18-20
Chƣơng 2: MÒN, TUỔI BỀN VÀ NHU CẦU PHẢI PHUN PHỦ BỀ
MẶT CỦA DỤNG CỤ CẮT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN
21
2.1. Mòn dụng cụ cắt
21-26
2.2. Tuổi bền của dụng cụ cắt
26
2.3. Cải thiện dụng cụ cắt bánh răng côn xoắn bằng lớp phủ bề mặt
26-28
Chƣơng 3: THẤM NITƠ VÀ PHỦ PVD - TiN
29
Số hóa bởi trung tâm học liệu

4
3.1. Thấm Nitơ
29-56
3.2 Phủ PVD – TiN
57-71
Chƣơng 4: SO SÁNH TUỔI BỀN CỦA DAO CHƢA PHỦ VÀ DAO
CÓ PHỦ TiN KHI CẮT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN
72
4.1. Mục đích thực nghiệm
72
4.2. Chọn phôi
72-73

4.3. Chọn đầu dao
74-75
4.4. Chọn máy
76
4.5. Tiến hành thí nghiệm
76-81
4.6. Kết quả thí nghiệm
81-92
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
93-94
TÀI LIỆU THAM KHẢO
95-96












Số hóa bởi trung tâm học liệu

5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hinh1.1 Bột phủ PVD
Hình 1.2 Sơ đồ 4 phƣơng pháp phủ PVD

Hình 3.1 Giản đồ pha Fe – N
Hình 3.2 Tổ chức tế vi của lớp thấm Nitơ
Hình 3.3 Sơ đồ thiết bị thấm Nitơ ở thể khí
Hình 3.4 Ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian đến chiều sâu lớp thấm
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý tạo thành Plasma
Hình 3.6. Quá trình hình thành Nitơ Plasma
Hình 3.7 Tổ chức lớp thấm và dự báo chiều sâu lớp thấm
Hình 3.8 Hình ảnh lò thấm ở thể khí
Hình 3.9 Hình ảnh lò thấm ở thể lỏng
Hình 3.10 Hình ảnh lò thấm Nitơ Plasma
Hình 3.11 Hình ảnh lò thấm Nitơ Plasma của Đức và Mỹ
Hình 3.12 Hình ảnh lò thấm Nitơ Plasma tại viện nghiên cứu cơ khí Việt Nam
Hình 3.13 Hình ảnh lò thấm Nitơ Plasma tại viện nghiên cứu cơ khí Hà Nội
Hình 3.14 Hình ảnh quá trình thấm Nitơ Plasma điều khiển bằng máy tính
Hình 3.15 Một số sản phẩm ứng dung công nghệ thấm Nitơ Plasma
Hình 3.16 Thấm 8 lƣỡi dao phay bánh răng côn xoắn
Hình 3.17 Hình ảnh lò phủ PVD – TiN
Hình 3.18 Một số hình ảnh phủ PVD – TiN
Hình 3.19 Hình ảnh phủ 8 lƣỡi dao PVD – TiN
Hình 4.1 Bản vẽ chế tạo phôi thí nghiệm
Hình 4.2 Bản vẽ kết cấu lƣỡi cắt trong và lƣỡi cắt ngoài
Số hóa bởi trung tâm học liệu

6
Hình 4.3 Bản vẽ kết cấu dụng cụ gia công bánh răng côn xoắn
Hình 4.4 Các bản vẽ thí nghiệm cắt bánh răng
Hình 4.5 Một số hình ảnh hoạt động và sản phẩm của Công ty thiết bị công
nghiệp Tùng Linh

Số hóa bởi trung tâm học liệu

7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1
Dữ liệu thị trƣờng thế giới về phủ bay hơi cho dụng cụ
Bảng 2
Các dạng phủ PVD
Bảng 3
Khả năng gia công của vật liệu phủ
Bảng 4
Độ cứng của các kim loại, hợp kim và vật liệu phủ

Bảng 5
Phƣơng pháp bảo vệ cục bộ khi thấm Nitơ
Bảng 6
Đo độ cứng thô đại
Bảng 7
Đo độ cứng tế vi















Số hóa bởi trung tâm học liệu

8
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Kể từ khi đất nước chuyển sang kinh tế thị trường, sản xuất công nghiệp cũng
như các công trình xây dựng khác của chúng ta đã ghi nhận có một tốc độ phát triển
nhanh. Trên quan điểm vì sự phát triển bền vững kinh tế của đất nước, chúng ta cần
phải sử dụng những nguyên vật liệu nhập khẩu và nguyên vật liệu trong nước sản

xuất cho phù hợp và thích ứng với các yêu cầu riêng của mình. Bên cạnh đó cần tìm
các giải pháp công nghệ xử lý bề mặt để nâng cao tính năng sử dụng của vật liệu.
Có rất nhiều biện pháp công nghệ. Một trong những biện pháp hữu hiệu đó là sử
dụng công nghệ phun phủ kim loại nhằm để các chi tiết chịu nhiệt cao và chống ăn
mòn, mài mòn, phục hồi các chi tiết máy bị mòn. Trong ứng dụng các dụng cụ cắt,
giảm hệ số ma sát sẽ làm giảm sự phát sinh nhiệt trong quá trình gia công, do đó
làm chậm quá trình phá hủy lưỡi cắt. Còn trong các ứng dụng có ma sát trượt, lớp
phủ có xu hướng làm giảm sự bám dính của vật liệu cho phép quá trình di chuyển
tương đối ít bị hạn chế hơn.
Khởi đầu từ năm 1985, nghiên cứu về lớp phủ cứng trong phòng thí nghiệm bắt
đầu được các hãng sản xuất dụng cụ cắt chú ý. Vào đầu những năm 90 các kết quả
được triển khai sang các hãng sản xuất thiết bị tạo lớp phủ trong chân không là môi
trường lý tưởng để thực hiện các phản ứng và liên kết của lớp phủ mà không bị lẫn
tạp chất.
Các nước công nghiệp như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Thụy Điển, Nga,… cho rằng
công nghệ tạo lớp phủ cứng là một trong những công nghệ ưu tiên và hiệu quả kinh
tế cao cho nên đầu tư lớn vào công nghệ này.
Châu á các nước như Úc, Đài loan, Trung Quốc triển khai công nghệ phủ cứng rất
mạnh mẽ.
Trong thời gian gần đây, lớp phủ cứng đã được quan tâm nghiên cứu ở một số cơ sở
nghiên cứu trong nước như: Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện ứng dụng công nghệ
Số hóa bởi trung tâm học liệu

9
(Trung tâm Quang điện tử, Bộ KH và CN), Đại học khoa học tự nhiên (Đại học
quốc gia TPHCM)….
Các dụng cụ cắt có lớp phủ cứng có các ƣu điểm sau:
Giảm hiệu ứng kết dính giữa vật liệu của dụng cụ cắt và vật liệu gia công.
Cải thiện khả năng chống mài mòn của dụng cụ cắt nhờ độ cứng cao của lớp phủ.
Nâng cao khả năng chống lại quá trình ô xy hóa nhiệt tại bề mặt dụng cụ cắt.

Giảm ma sát giữa bề mặt dụng cụ cắt và vật liệu gia công, phoi cắt được thoát dễ
dàng hơn giúp giảm tải nhiệt lớn cho lưỡi cắt của dụng cụ.
Ứng dụng của dụng cụ cắt có phủ cứng trong công nghiệp:
Tuổi thọ của mũi khoan tăng lên nhiều lần tùy thuộc và loại vật liệu được gia công:
4 lần đối với thép tăng cứng bề mặt, thép dụng cụ. 5 lần đối với gang đúc. 9 lần đối
với thép không rỉ.
Tuổi thọ mũi ta rô tăng lên trên 2 lần đối với các vật liệu như thép không rỉ, thép
các bon, gang xám, thậm chí tăng lên đến 4 ÷ 5 lần đối với thép kết cấu.
Do vậy việc tiến hành nghiên cứu “Nâng cao chất lượng đầu dao cắt bánh
răng côn xoắn bằng phương pháp hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt” là rất cần
thiết.
2. Mục đích của đề tài:
Xây dựng công nghệ phun phủ bề mặt đầu dao (lưỡi dao) côn xoắn; xác định
các thông số ảnh hưởng của đầu dao phay khi cắt bánh răng côn xoắn sau khi đầu
dao cắt được hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt, đến năng suất gia công và chất
lượng sản phẩm đảm bảo theo yêu cầu.
3. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài:
- Đầu dao (6’’, 9’’); vật liệu thân dao thép 45; vật liệu lưỡi dao P9, P18.
- Vật liệu gia công: Thép CT45
- Công nghệ phun phủ PVD – TiN tại Viện nghiên cứu cơ khí Hà Nội.
Số hóa bởi trung tâm học liệu

10
- Máy: máy phay 525, 528 tại Công ty thiết bị công nghiệp Tùng Linh
4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thí nghiệm.
- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả.
5. Ý nghĩa của đề tài:
- Ý nghĩa khoa học: Về mặt khoa học đề tài phù hợp với xu thế phát triển

trong nước và ngoài nước khi dụng cụ cắt dùng phương pháp hóa nhiệt luyện, phun
phủ bề mặt.
- Ý nghĩa thực tiễn: Ngày nay các dụng cụ cắt sau khi được hóa nhiệt luyện,
phun phủ bề mặt đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Vì vậy, đề tài
này có ý nghĩa trong thực tiễn trong các nhà máy có các dụng cụ cắt như mũi khoan,
dao doa, dao phay
- Nâng cao chất lượng các loại bánh răng côn xoắn sử dụng trong ô tô, máy
kéo, máy công cụ










Số hóa bởi trung tâm học liệu

11
Chương 1:TỔNG QUAN VỀ PHỦ PVD, ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG TRONG
CẮT KIM LOẠI

1.1. Phủ bay hơi hoá học CVD (Chemical Vapour Deposition) - Phủ bay hơi lý
học PVD (Physical Vapour Deposition)
Sự ra đời của nhiều loại vật liệu mới cho khả năng cắt với vận tốc cắt tới vài trăm
m/phút cũng không làm mất đi vị trí quan trọng của thép gió trong cắt kim loại vì
thép gió có tính ưu việt: Khả năng dễ gia công, tạo hình được các dụng cụ có hình
dáng phức tạp, độ dai va đập cao (Khoảng 2,5 lần so với hợp kim cứng), độ cứng

nóng đáp ứng được các chế độ công nghệ trung bình và thấp, giá thành thấp.
Thép gió được dùng làm dụng cụ cho các nguyên công như: Khoan, khoét, doa,
phay rãnh…nói chung là các nguyên công gia công lần cuối. Điều kiện thoát phoi
và nhiệt ở đó thường khó khăn hơn so với tiện vì thế việc nâng cao chế độ công
nghệ và tuổi bền cho dao thép gió bằng phủ có ý nghĩa vô cùng quan trọng để nâng
cao n
đáng kể tốc độ cắt lẫn tuổi thọ của dụng cụ.
Bảng1: Dữ liệu thị trường thế giới về phủ bay hơi cho dụng cụ
Loại dụng cụ
Tổng giá trị
Phủ PVD
Phủ VCD
Không phủ
Dụng cụ thép gió
4 tỷ USD
23%
0%
77%
Dụng cụ hợp kim cứng
6tỷ USD
10%
60%
30%
Dụng cụ tạo hình
8 tỷ USD
3%
5%
92%
Tổng số
18 tỷ USD

10%
22%
68%
Thống kê số liệu thị trường thế giới về dụng cụ phủ cho thấy rằng chỉ sau 15 năm,
phủ PVD được ứng dụng trong ngành dụng cụ thì có đến 23% các dụng cụ thép gió,
3% dụng cụ tao hình và 10% dụng cụ hợp kim cứng được phủ bằng phương pháp
này. Nhu cầu phủ PVD cho thép gió cao gấp hơn 2 lần hợp kim cứng cho thấy ý
nghĩa quan trọng của phủ đối với thép gió trong công nghiệp. Người ta dự đoán tốc
độ sử dụng dụng cụ phủ hàng năm sẽ tăng đến 10% trong tương lai.
Số hóa bởi trung tâm học liệu

12
1.1.1. Khái niệm phủ PVD
Phủ PVD được thực hiện trong buồng kín chứa khí trơ với áp suất thấp khoảng
dưới 10
-2
bar ở nhiệt độ từ 400
0
C ÷ 500
0
C. Với nhiệt độ của quá trình như thế phủ
PVD thích hợp cho các dụng cụ thép gió. Do nhiệt độ thấp các nguyên tử khí và
kim loại khi bay hơi phải được ion hoá và kéo về bề mặt cần phủ nhờ một điện thế
âm đặt vào đó. Quá trình bắn phá bề mặt phủ bằng các ion của khí trơ được thực
hiện trước khi phủ để làm tăng độ dính kết của vật liệu phủ với nền.


Hình 1.1: Bột phủ PVD
Theo nguyên tắc bay hơi, phủ PVD có 4 dạng cơ bản:
- Sử dụng dòng điện tử có điện thế thấp.

- Dòng điện tử có điện thế cao.
- Hồ quang.
- Phát xạ từ lệch.
Vật liệu phủ thông dụng hiện nay cho PVD là TiN, TiCN, TiAlN và CrN. Ứng suất
dư trong lớp phủ là ứng suất dư nén. Chiều dày lớp phủ thường bị hạn chế dưới
Số hóa bởi trung tâm học liệu

13
5 m để tránh sự tạo nên ứng suất dư có cường độ cao trong lớp phủ.
Từ khi công nghệ phủ ngoài PVD - TiN lần đầu tiên được giới thiệu vào đầu những
năm 1980, phủ PVD đã trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp. Hơn 30 năm qua,
phủ PVD đã mở rộng bao gồm: TiN, TiCN, TiAlN, CrN… Đối với hầu hết các ứng
dụng gia công khuôn đúc, phủ PVD - TiAlN đã được sử dụng rộng rãi nhất cho các
công cụ cắt.


Bảng 2: Các dạng phủ PVD
Gần đây, phủ PVD đã mở rộng thành phủ ngoài nhiều lớp, phủ ngoài hybrid được
phân loại như phủ ngoài ma sát thấp. Những công nghệ phủ này cùng cấp một giải
pháp gia công không thể thay thế được trong những vật liệu đòi hỏi tốc độ cắt thấp
và độ mài mòn cao. Phủ PVD là thành phần quan trọng của gia công tốc độ cao vì
khi tốc độ cắt tăng lên, lượng nhiệt sinh ra trong quá trình gia công sẽ tăng lên
nhiều.
Quản lý hiệu quả sự tăng nhiệt này sẽ tạo ra sự hoàn thiện bề mặt tốt hơn, hình học
chi tiết chính xác hơn và quan trọng hơn cả là sự tăng năng suất thông qua sự tăng
tuổi thọ công cụ. Điều này có thể được đánh giá theo hai cách:
1. Tăng tuổi thọ dao cụ dẫn đến chi phí gia công mỗi lỗ hổng hay lõi sẽ thấp hơn.
2. Tăng tuổi thọ dao cụ sẽ dẫn đến tăng năng suất. Điều này có thể sẽ giữ nguyên
mức chi phí gia công nhưng sẽ tăng năng suất của xưởng sản xuất bằng cách tăng
các thông số của chế độ cắt.

Số hóa bởi trung tâm học liệu

14
Với hệ số ma sát và tốc độ mài mòn thấp, phủ PVD giúp cho mọi quá trình gia công
hiệu quả hơn. Ứng dụng phù hợp công nghệ phủ vào các quá trình sản xuất có thể
giúp giảm chi phí, tăng năng suất hay cả hai.
Bảng 3: Khả năng gia công của vật liệu phủ


Với hệ số ma sát và tốc độ mài mòn thấp, phủ PVD giúp cho mọi quá trình gia công
hiệu quả hơn. Tốc độ cắt sẽ tiếp tục tăng lên và nhiều nhiệt hơn sẽ được sinh ra.
Quản lý hiệu quả sự tăng nhiệt này rất quan trọng để theo kịp các xu hướng sản xuất
trong tương lai.
Các nhà sản xuất hiện nay vẫn không ngừng tìm kiếm những biện pháp duy trì khả
năng cạnh tranh trong một thị trường cạnh tranh cao đồng thời để tăng lợi nhuận.
Thường thì các nhà sản xuất phải đối mặt với việc mua thiết bị mới hay thuê thêm
nhân viên để đạt được mục tiêu này. Tuy nhiên, bằng cách phân tích quá trình gia
công và ứng dụng một số công nghệ phủ ngoài hiện đại, các xưởng gia công có thể
tìm ra một giải pháp chi phí thấp nhằm làm tăng năng suất, tăng lợi nhuận hay cả hai.
1.1.2. Khái niệm phủ CVD
Phủ bay hơi hoá học CVD dùng để phủ lên bề mặt làm việc của dụng cụ các lớp
mỏng ceramics như: TiC, TiN, TiCN, Al2O3 và kim cương nhân tạo với chiều dày
Số hóa bởi trung tâm học liệu

15
5 m ÷ 10 m. Chi tiết phủ được đặt và nung nóng trong buồng kín chứa khí H2
(dưới áp suất khí quyển hoặc nhỏ hơn). Các hợp chất bay hơi được đưa vào buồng
này để tạo ra các thành phần của lớp phủ thông qua các phản ứng hoá học. Nhiệt độ
của quá trình từ 800
o

C ÷ 1050
o
C và chu kỳ nung nóng diễn ra vài giờ.
1.1.3. Tại sao phải sử dụng phủ PVD hoặc CVD
Chưa quan tâm tới các ứng dụng cụ thể, lý do chính để sử dụng PVD hoặc CVD hết
sức đơn giản, đó là bài toán kinh tế: Làm giảm chi phí trên mỗi sản phẩm.
Bài toán tiết kiệm chi phí được xác định dễ dàng như sau:
Giảm thời gian gia công, thời gian thay dụng cụ + Tăng tốc độ gia công = Tiết
kiệm.
1.1.4. Phủ PVD và CVD nâng cao tuổi thọ và hiệu suất dụng cụ
Mặc dù mỗi phương pháp phủ khác nhau có những đặc tính khác nhau, để đánh giá
hiệu quả đối với mỗi ứng dụng riêng thì có 2 đặc trưng chính được chọn làm cơ sở,
đó là: độ cứng và ma sát.
Vật liệu
Thép dụng cụ
HSS
Hợp kim cứng
PVD&CVD
Độ cứng
(HRC)
58 62
62 65
70 76
> 80
Bảng 4: Độ cứng của các kim loại, hợp kim và vật liệu phủ
So với dụng cụ có nền không phủ thì việc phủ có hệ số ma sát nhỏ hơn nhiều.
Đối với các dụng cụ tạo hình biến dạng, hệ số ma sát thấp cũng có nghĩa là sẽ làm
giảm áp lực tác dụng. Trong ứng dụng các dụng cụ cắt, giảm hệ số ma sát sẽ làm
giảm sự phát sinh nhiệt trong quá trình gia công, do đó làm chậm quá trình phá hủy
lưỡi cắt. Còn trong các ứng dụng có ma sát trượt, lớp phủ có xu hướng làm giảm sự

bám dính của vật liệu cho phép quá trình di chuyển tương đối ít bị hạn chế hơn.
1.1.5. Mức độ nâng cao tuổi thọ dụng cụ sau khi phủ PVD và CVD
Theo các đánh giá sơ bộ, tuổi thọ dụng cụ khi phủ thường gấp từ 2 -3 lần so với khi
không phủ. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, ứng dụng cụ thể còn cho thấy tuổi
thọ có thế tăng gấp 10 lần.
1.1.6. Phương pháp phủ nào tốt hơn, PVD hay CVD
Có nhiều vấn đề khác nhau cần phải tính toán khi trả lời câu hỏi này như ứng dụng,
Số hóa bởi trung tâm học liệu

16
vật liệu nền và dung sai dụng cụ. Đơn giản là khi dung sai và vật liệu cho phép,
CVD sẽ có ưu thế hơn trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong các ứng dụng tạo
hình biến dạng kim loại có ứng suất cao. Các quá trình phủ CVD tạo ra các liên kết
kiểu khuếch tán giữa lớp phủ và nền, liên kết này lớn hơn nhiều so với liên kết được
tạo ra trong PVD. Quá trình phủ CVD được thực hiện ở nhiệt độ cao, khoảng 800
o
C
đến 1050
o
C.
Đặc điểm này có thể làm hạn chế cho việc phủ CVD trong một số trường hợp.
Quá trình phủ PVD thực hiện được trên một diện rộng hơn, với nhiều nền và ứng
dụng khác nhau. Đó là vì được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn (400
o
C ÷ 500
o
C) với
độ dày trung bình 2 ÷ 5 m.
Với đặc tính này thì rất lý tưởng cho việc phủ PVD cho các dụng cụ cắt thép gió
(HSS), hợp kim cứng cũng như các chi tiết đòi hỏi dung sai chặt chẽ như các chi tiết

khuôn mẫu Hơn nữa, nhiệt độ quá trình thấp nghĩa là sai lệch về điểm “0” sẽ được
tiến hành trên hầu hết các vật liệu, miễn là nhiệt độ rút ra chính xác vẫn được duy
trì.
1.2. Cấu tạo dụng cụ cắt có lớp phủ
Có thể có một hoặc nhiều lớp phủ trên bề mặt mảnh hợp kim. Loại một lớp phủ
được chế tạo đơn giản và rẻ tiền tuy nhiên tuổi thọ của dao thấp do dao chóng mòn
hơn và vết nứt (nếu có) dễ lan đến vật liệu nền hơn so với loại nhiều lớp phủ. Loại
nhiều dụng nhất định. Có thể có
2, 3 hoặc nhiều lớp phủ hơn. Loại này tạo cho dao độ tin cậy cao hơn và khả năng
gia công liên tục dài hơn. Một loạt các lớp phủ mỏng bảo vệ vật liệu nền một cách
mạnh mẽ hiệu quả, kéo dài tuổi bền của chọn
mảnh hợp kim nhiều lớp phủ với lớp ngoài cùng có ma sát thấp (chẳng hạn bằng
TiN), lớp kế tiếp có tính chống mòn do tạo lỗ trống (oxit nhôm), lớp thứ 3 có tác
dụng chống mòn do tạo lỗ trống và mòn mặt sau (TiCN), cuối cùng là vật liệu nền.
1.2.1. Vật liệu nền

kim. Tungsten
carbide vẫn là vật liệu nền chính. Tùy theo ứng dụng mà chọn
Số hóa bởi trung tâm học liệu

17
chất nền được sử dụng
là carbide.Tùy theo vật liệu chi tiết gia công mà chọn dao với chất nền thích hợp.
mảnh hợp kim có khả năng chống biến dạng

. Chất nền bằng tungsten carbide được hợp kim
hóa bởi một số carbide khối (TiC, TaC, NbC và VC) có
thép. Khi gia công vật liệu có tính dính như thép
mòn và chống tạo lỗ trống (do lẹo dao và
tróc) nên vật liệu nền có độ dai cao hơn với lư

.
Một số vật liệu nền khác là: polymer, kẽm – thiết, bạc – đồng thau, hợp kim cứng,
thép gió, titan, inconel …
1.2.2. Vật liệu phủ
Vật liệu phủ chính là carbide titanium (TiC), titanium nitride (TiN), oxit nhôm
(Al2O3), titanium cacbide nitride (TiCN). Đây là các vật liệu rất cứng, có độ chóng
ăn mòn và độ trơ hoá học cao, tạo một rào cản rất tốt giữa dụng cụ và phoi.
+ Titan Nitride (TiN):
Đây là loại vật liệu thường dùng nhất, quen thuộc nó thường được phủ lên thép gió
và carbide dụng cụ. TiN có độ cứng cao, hệ số ma sát nhỏ, giảm
.
+ Titanium – Carbide – Nitride (TiCN):
t thép
cacbon, gang, thép hợp kim dụng cụ.
+ Titanium – Alumium – Nitride (TiAlN):
.
Tính dẫn nhiệt kém nhưng rất cứng.
+ Oxit nhôm (Al2O3):
Dụng cụ cắt với lớp phủ Al2O3 đang trở thành dụng cụ cắt có lớp phủ đang được sử
dụng rất rộng rãi. Vật liệu này có độ cứng cao, bảo vệ được bề mặt, an toàn khi cắt
với tốc độ cao khi gia công vật liệu cứng, gang và một số sản phẩm khác.
Số hóa bởi trung tâm học liệu

18
+ CBN:
đây.
Chiều dày lớp phủ này tương đối dày nên khả năng tập trung ứng suất bề mặt
mòn của
dao rất tốt, nó thích hợp cho gia công vật liệu có chứa sắt hoặc không sắt hay cả vật
liệu phi kim loại.

+ Lớp phủ siêu cứng:
Vật liệu phủ này là graphít, ceramic, vật liệu tổng hợp.
1.3. Ứng dụng phủ PVD:
Phủ PVD có 4 dạng cơ bản:
- Sử dụng dòng điện tử có điện thế thấp
- Dòng điện tử có điện thế cao
- Hồ quang
- Phương pháp phát xạ từ lệch
Vật liệu phủ thông dụng hiện nay cho PVD là TiN, TiCN, TiAlN và CrN. Ứng suất
dư trong lớp phủ là ứng suất dư nén. Chiều dày lớp phủ thường bị hạn chế dưới
5 m để tránh sự tạo nên ứng suất dư có cường độ cao trong lớp phủ. Phương pháp
dùng dòng điện tử có điện thế thấp như hình 1.2 (a) dùng để phủ TiN và TiCN sử
dụng dòng điện tử 100V để bay hơi Ti. Mức độ ion hoá của kim loại bay hơi và khí
phản ứng cao, tuy nhiên hệ thống này chỉ phủ các chi tiết có kích thước không lớn.
Tốc độ phủ thấp.
Các dụng cụ có kích thước lớn thường được phủ bằng dòng điện tử có điện thế cao
như hình 1.2 (b). Tốc độ phủ cao, tuy nhiên điện thế 10000V làm giảm khả năng ion
hoá của dòng kim loại bay hơi và phản ứng vì thế người ta sử dụng một hệ ba cực
để tăng mức độ ion hoá cho hệ thống. Hệ thống này chỉ phủ được TiN và TiCN.

Số hóa bởi trung tâm học liệu

19

Hình 1.2: Sơ đồ 4 phương pháp phủ PVD cơ bản
(a) Dòng điện tử có điện thế thấp
(b) Dòng điện tử có điện thế cao
(c) Hồ quang
(d) Phát xạ từ lệch
Sơ đồ bay hơi bằng hồ quang được dùng để phủ TiAlN hình 1.2(c). Tuy nhiên hợp

kim TiAl để bay hơi phải ở thể rắn nguyên khối. Hệ thống này có thể tạo ra lớp phủ
mỏng đến 2000A và tạo nên lớp khuếch tán giữa nền và lớp phủ. Nhược điểm chủ
yếu của phương pháp này là sự tạo thành các hạt Ti trên bề mặt lớp phủ, tuy nhiên
nhược điểm này có thể khắc phục được nhờ lưới lọc.
Phương pháp phát xạ từ lệch có thể tạo nên bất kỳ lớp phủ nào hình 1.2 (d). Các
điện cực âm tạo nên một plasma của các ion khí trơ làm bật các nguyên tử của kim
loại bay hơi ra khỏi bề mặt, tạo thành lớp phủ trên bề mặt chi tiết sau khi tác dụng
với khí phản ứng. Nam châm vòng ngoài của các điện cực âm phát xạ được chế tạo
mạnh hơn (lệch) so với bên trong để tạo nên một plasma ở vùng chi tiết phủ. Phủ
Số hóa bởi trung tâm học liệu

20
PVD đã mở rộng phạm vi sử dụng của thép gió. Ví dụ: Dao phay lăn răng, thép gió
phủ PVD trong một số trường hợp tỏ ra tốt hơn dao gắn mảnh các bít.
Hơn nữa phủ PVD còn có thể phủ được ở trạng thái không cân bằng nhiệt mà CVD
không thể thực hiện được. Ví dụ: Phủ hợp chất kim cương nhân tạo với các hạt các
bít siêu nhỏ WC/C.
Ưu điểm của phủ PVD là cơ sở cho việc phủ các lớp bôi trơn cùng với các lớp phủ
cứng như MoS2 và WC/C. Chẳng hạn các lưỡi cắt của mũi khoan cần được bảo vệ
bằng các lớp phủ cứng nhưng các bề mặt rãnh thoát phoi cần được phủ bằng lớp
giảm ma sát. Điều này mở ra một triển vọng mới về ứng dụng của phủ PVD cho các
dụng cụ ép, dập và các chi tiết máy chính xác.
KẾT LUẬN
Sự ra đời và quá trình phát triển của công nghệ phun phủ dụng cụ cắt kim loại.
Phương pháp phủ lý học PVD thực hiện ở nhiệt độ 400
0
C ÷ 500
0
C. Chiều dày lớp
phủ thường bị hạn chế dưới 5µm.

Phương pháp phủ hóa học CVD thực hiện ở nhiệt độ 800
0
C ÷ 1050
0
C.Với chiều
dày từ 5 µm ÷ 10µm.
So sánh phủ lý hoc PVD và phủ lý học CVD.
Giới thiệu một số vật liệu phủ và tính chất của các vật liệu phủ.












Số hóa bởi trung tâm học liệu

21
Chƣơng 2: MÒN, TUỔI BỀN VÀ NHU CẦU PHẢI PHUN PHỦ BỀ MẶT
CỦA DỤNG CỤ CẮT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN
2.1. Mòn dụng cụ cắt
2.1.1. Khái niệm chung về mòn

bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau. Eyre

topography của bề mặt.
Nói chung mòn xảy ra do

ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá
o tách ra, sau đó vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính
sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành những hạt mài rời. Trong trường hợp vật
liệu chỉ dính từ bề mặt này
không mặc dù một bề m

mà không
dạng mòn. Giống như ma sát, mòn không phải là do tín


chung là nguyên nhân mòn với tốc độ cao.
Mòn bao gồm sáu hiện tượng chính tương đối khác nhau và có chung
: dính - mỏi bề mặt - va chạm - hoá ăn mòn
và điện. Theo thống kê khoảng 2/3 mòn xảy ra trong công nghiệp là do các cơ chế
dính, trừ mòn do mỏi, mòn do các cơ chế khác là một hiện tượng xảy ra từ từ.
, mòn xảy ra do một hoặc nhiều cơ chế. Trong nhiều trường

. Phân tích bề mặt các chi tiết bị hỏng do
mòn chỉ xác định được các cơ chế mòn ở giai đoạn cuối.
, khả năng cắt của dụng cụ sẽ
Số hóa bởi trung tâm học liệu

22
hỏng hoàn toàn.

chính xác gia công,
chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế của quá

và như các biện pháp công nghệ mới để
tăng bền bề mặt chính là nhằm mục đích làm tăng khả năng chống mòn của dụng
cụ.
2.1.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt:
Theo Shaw mòn dụng cụ có thể do dính, hạt mài, khuếch tán, ôxy hóa và
theo điều kiện cắt
cụ thể mà một cơ chế nào đó chiếm ưu thế. Ngoài ra dụng cụ còn bị phá hủy do mẻ
dăm, nứt và biến dạng dẻo.
Theo Loffer trong cắt kim loại nhiệt độ cắt hay vận tốc cắt là nhân tố có ảnh
. Ở dải vận
, cơ chế mòn do dính và mòn do hạt mài chiếm ưu thế cho cắt liên tục và
gián đoạn. Khi tăng vận tốc cắt, mòn do hạt mài và hóa

suất nhiệt biến đổi theo chu kỳ là cơ chế mòn
không liên tục.
2.1.2.1. Mòn do dính
Khi hai bề mặt rắn, phẳng trượt so với nhau mòn do dính xảy ra tại chỗ
trượt xảy ra vật
liệu ở vùng này bị trượt (biến dạng dẻo) dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tạo thành
các mảnh mòn rời, một số mảnh mòn còn được sinh ra do

.
Có giả thuyết, nếu sức bền dính đủ lớn để cản trở chuyển động trượt tương đối, một
vùng của vật liệu sẽ bị biến dạng dưới tác dụng của ứng suất
tạo thành các mảnh mòn
dạng lá mỏng. Nếu biến dạng dẻo xảy ra trên diện
Số hóa bởi trung tâm học liệu

23
sang bề mặt đối tiếp.

Đối với dụng cụ cắt mòn do dính phát triển mạnh đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ
cao. Các vùng dính bị trượt cắt và tái tạo liên tục theo chu kỳ thậm chí trong khoảng
thời gian cắt ngắn, hiện tượng mòn có thể gọi là dính mỏi. Khả năng chống mòn
dính mỏi phụ thuộc vào sức bền tế vi của các lớp bề mặt dụng cụ và cường độ dính
của nó đối với bề mặt gia công. Cường độ này được đặc trưng bởi hệ số cường độ
dí sức bền của vật liệu gia công tại một nhiệt độ
xác định. Với đa số các cặp vật 0,25 đến 1 trong khoảng nhiệt độ
từ 900
0
C 1300
0
C. Bản chất phá hủy vật liệu ở các lớp bề mặt do dính mỏi là cả
dẻo và dòn. Độ cứng của mặt dụng cụ đóng vai trong rất quan trọng trong có chế
mòn do dính. Khi tăng tỷ số độ cứng giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công từ
1,47 đến 4,3 .
2.1.2.2. Mòn do hạt mài
Trong nhiều trường h
chung, các hạt mòn này sau đó bị ôxy hoá biến cứng và tích tụ lại là nguyên nhân
tạo nên mòn hạt cứng ba vật. Trong một số trường hợp hạt cứng sinh ra và đưa vào
hệ thống trượt từ môi trường.
Theo Loladze, mòn dụng cụ cắt do hạt mài có nguồn gốc từ các tạp chất cứng trong
vật liệu gia công như oxides và nitrides hoặc những hạt các bít của
công tạo nên các vết cào
xước trên bề mặt dụng cụ.
Môi trường xung quanh có ảnh hưởng lớn đến cường độ của mòn do hạt mài. Ví dụ
khi gia công cắt trong môi trường có tính hoá học mạnh. Lớp bề
độ mòn. Armarego cho
rằng khả năng chống mòn do hạt mài tỷ lệ thuận với
.
2.1.2.3. Mòn do khuếch tán

Nhiệt độ cao phát triển trong dụng cụ đặc biệt là trên mặt trước khi cắt tạo phoi dây
là điều kiện thuận lợi cho hiện tượng khuếch tán giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu
gia công. Colwell đã đưa ra nghiên cứu của Takeyama cho