nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dụng cụ phủ tialn khi tiện tinh thép không gỉ sus 201

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


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY







NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ
TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH
THÉP KHÔNG GỈ SUS 201



23.
HOÀNG VĂN VINH

THÁI NGUYÊN - 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY




NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ
TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH
THÉP KHÔNG GỈ SUS 201

Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số :……………… 23.
Học viên : HOÀNG VĂN VINH
Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN








THÁI NGUYÊN – 2010




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

ĐẠ I HỌ C THÁ I NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG
NGHIỆP


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY



Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ
TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH
THÉP KHÔNG GỈ SUS 201



Học viên : HOÀNG VĂN VINH
Lớp : K11 - CTM
Ngƣời HD khoa học : PGS. TS
NGUYỄN QUỐC TUẤN




Người hướng dẫn khoa học





PGS. TS
NGUYỄN QUỐC TUẤN

Học viên





HOÀNG VĂN VINH

Ban giám hiệu


Khoa Sau Đại học



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


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trì nh nghiên cứ u củ a tôi . Các kết quả, số
liệ u nêu trong luậ n văn là trung thự c và chưa từ ng đượ c công bố trong bấ t kỳ
công trnh nào khác.

Tác giả luận văn



Hoàng Văn Vinh

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


LỜ I CẢ M ƠN

Tác giả chân thành cảm ơn s hướng dẫn tậ n tình củ a PGS .TS Nguyễ n
Quốc Tuấn trong suố t quá trì nh hoà n thà nh luậ n văn nà y .
Tác giả xin chân thành cảm ơn s gip đ của các thy cô giáo Khoa
Cơ khí trườ ng Đạ i họ c Kỹ thuật Công nghiệp Thá i Nguyên đã tạ o điề u kiệ n
gip đỡ tậ n tì nh trong việ c nghiên cứ u đề tà i .
Cuố i cù ng tá c giả xin chân thà nh cả m ơn sự giú p đỡ củ a Ban giá m
hiệ u, Khoa Sau Đại học trườ ng Đạ i họ c Kỹ thuật Công nghiệp Thá i Nguyên
đã cho phé p và tạ o điề u kiệ n thuậ n lợ i để tá c giả hoà n thà nh bả n luậ n văn nà y .











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

MỤC LỤC
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục đích 1
3. Ý nghĩa khoa học và thc tiến của đề tài 2

4. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2
Chương 1
1.1. Quá trnh cắt và tạo phoi 3
1.2. Lc cắt khi tiện 6
1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt 6
1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện 8
1.3. Nhiệt cắt 11
1.3.1. Khái niệm chung 11
1.3.2. Các nguồn nhiệt trong cắt kim loại 14
1.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt sau gia công cơ 17
1.4.1. Độ nhám bề mặt và phương pháp đánh giá 17
1.4.2. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ 21
1.5. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công cơ 26
1.5.1. Ảnh hưởng của các thông hình học của dụng cụ cắt 26
1.5.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt 27
1.5.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao 28
1.5.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 29
1.5.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia công 29
1.5.6. Ảnh hưởng của rung động hệ thống công nghệ 29
1.6. Kết luận chương 1 30
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ DAO PHUN PHỦ
2.1. Khái niệm về phun phủ 31
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2.1.1. Phủ bay hơi hoá học CVD (Chemical Vapour Deposition) -
Phủ bay hơi lý học PVD (Physical Vapour Deposition) 31
2.1.2. Phủ PVD và CVD nâng cao tuổi thọ và hiệu suất dụng cụ 35
2.1.3. So sánh phủ PVD và CVD. 36
2.2. Cấu tạo dụng cụ cắt có lớp phủ 37

2.3.1. Vật liệu nền 37
2.3.2. Vật liệu phủ 38
2.3. Ứng dụng phủ: 39
2.4. Kết luận chương 2 43
MÒN VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ CẮT
3.1. Mòn dụng cụ cắt 45
3.1.1. Khái niệm chung về mòn 45
3.1.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt: 46
3.1.3. Mòn dụng cụ và cách xác định 50
3.2. Tuổi bền của dụng cụ cắt 53
3.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 53
3.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 54
3.2.3. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 58
3.3. Kết luận chương 3 59
Chương 4
NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN
DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH THÉP KHÔNG GỈ SUS 201
4.1. Thép không gỉ. 60
4.1.1. Sơ lược về thép không gỉ. 60
4.1.2. Thép không gỉ SUS 201: 62
4.2. Thiết kế thí nghiệm 63
4.2.1. Các giới hạn của thí nghiệm 63
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4.2.2. Mô hình toán học 63
4.3. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 65
4.3.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm 65
4.3.2. Mô hình thí nghiệm 65
4.3.3. Điều kiện thí nghiệm 66
4.4. Thc nghiệm để xác định tuổi bền dụng cụ phủ TiAlN khi tiện thép

không gỉ SUS 201 68
4.4.1. Nội dung: 68
4.3.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm: 69
4.3.3. Thực nghiệm xác định tuổi bền: 69
4.5. Đồ thị biểu diễn s ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền T 76
4.6. So sánh tuổi bền với hợp kim thông dụng. 76
4.6.1. Tính toán tuổi bền dụng cụ hợp kim T15K6. 76
4.6.2. So sánh: 78
4.7. Một số hnh ảnh dụng cụ sau khi gia công: 78
4.8. Kết luận chương 4 83
Chương 5
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU
TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI
5.1. Kết luận chung 84
5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai 84






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

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ
Hnh 1.1: Sơ đồ hoá miền tạo phoi 3
Hnh 1.2: Miền tạo phoi 5
Hnh 1.3: Miền tạo phoi với các vận tốc cắt khác nhau 5
Hnh 1.4: Hệ thống lc cắt khi tiện 7
Hnh 1.5: (a) Quan hệ giữa lc cắt và góc trước n 9
(b) Ảnh hưởng của góc trước đến ứng suất n trên dụng cụ cắt 9

Hình 1.6a: Ảnh hưởng của lượng chạy dao và độ cứng phôi đến lc cắt 9
Hình 1.6b,c: Ảnh hưởng bán kính mũi dao (b) và góc trước đến lc cắt (c) . 10
Hình 1.7:- (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt 13
- (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại 13
Hnh 1.8: Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường phụ thuộc
vào vận tốc cắt [1] 14
Hnh 1.9. Đường cong thc nghiệm của Boothroyd để xác định tỷ lệ nhiệt ()
truyền vào phôi [5] 15
Hnh 1.10: Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn 16
Hnh 1.11: Độ nhám bề mặt 18
Hnh 1.12: Ảnh hưởng của thông số hnh học của dao tiện tới độ nhám bề mặt
26
Hnh 1.13: Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia công thép 27
Hnh 1.14: Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt 28
Hnh 2.1: Cấu trc lớp phủ 32
Hnh 2.2: Bột phủ PVD 32
Hnh 2.3. Một số dụng cụ phủ 39
Hnh 2.4: Sơ đồ 4 phương pháp phủ PVD cơ bản 40
Hnh 2.5: Hnh ảnh một số thiết bị phủ và sơ đồ thiết bị phủ PVD 42
Hnh 2.6: Các dụng cụ được ứng dụng phủ PVD 43
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hnh 3.1: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục (a) 47
và khi cắt gián đoạn (b) 47
Hnh 3.2: Các dạng mòn phn cắt của dụng cụ 51
Hnh 3.3: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau – ISO3685 52
Hnh 3.4: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau 55
Hnh 3.5: Tuổi bền dụng cụ tính theo thể tích phoi được bóc tách [27] 56
Hnh 3.6: Tuổi bền dụng cụ tính bằng pht [27] 56
Hnh 3.7: Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh PCBN với góc

trước n 57
Hnh 3.8: Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 58
Hnh 3.9: Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 58
Hnh 3.10: Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 59
Hnh 4.1: Mô hnh hệ thống thí nghiệm 65
Hnh 4.2: Thí nghiệm trên máy tiện 66
Hnh 4.3: Máy tiện thc hiện thí nghiệm (PRIMERO – PL 1840) 67
Hnh 4.4: Dao tiện 68
Hnh 4.5:Vật liệu đang cắt trên máy 69
Hnh 4.6: Đồ thị biểu diển ảnh hưởng của V, S đến tuổi bền khi t=0.3 mm . 76
Hnh 4.7: Ảnh SEM mẫu dao tiện khi chưa gia công. 78
Hnh 4.8: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 42 pht với V = 180(m/p), s =
0,05(mm/vòng), t=0.45 mm 79
Hnh 4.9: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 42 pht với V = 180(m/p), s =
0,15(mm/vòng), t=0.15 mm 80
Hình 4.10: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 49 pht với V = 95(m/p), s =
0,15(mm/vòng), t=0.45 mm 82
Hnh 4.11: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 58.5 pht với V = 95(m/p), s =
0,05(mm/vòng), t=0.15 mm 83

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


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-1: Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ 11
Bảng 1-2: Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ cắt 12
Bảng 1-3: Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp nhám bề
mặt 19
Bảng 1-4: Chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia công cơ 21

Bảng 2-1: Dữ liệu thị trường thế giới về phủ bay hơi cho dụng cụ trong lĩnh
vc tạo hnh và cắt vật liệu. 31
Bảng 2-2: Các dạng phủ PVD 33
Bảng 2-3: Khả năng gia công của vật liệu phủ 34
Bảng 2-4: Độ cứng của các kim loại, hợp kim và vật liệu phủ 35
Bảng 3-1: Các thông số chế độ cắt khác nhau của Dawson và Thomas [27] . 55
Bảng 4-1. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy 66
Bảng 4-2: Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v, s, t cho thc nghiệm:
69
Bảng 4-3: Bảng quy hoạch các thông số đu vào thí nghiệm. 70
Bảng 4-4: Bảng kết quả các thí nghiệm. 70
Bảng 4-5: Bảng thống kê kết quả đo tuổi bền với chế độ cắt khác nhau. 72
Bảng 4-6: Bảng tính toán các giá trị Logarit. 72
Bảng 4-7: Các giá trị tính toán độ tin cậy 74













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

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

a
p
: Chiều dày phoi
K
bd
: Mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi
K
ms
: Mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao
K
f
: Mức độ biến dạng của phoi
: Góc trượt
: Góc trước của dao
P
x
: Lc chiều trục
P
y
: Lc hướng kính
P
z
: Lc tiếp tuyến
V: Vận tốc cắt (m/pht)
S: Lượng chạy dao (mm/vòng)
t: Chiều sâu cắt (mm)
c : Nhiệt dung riêng
 : Góc tạo phoi
K: Hệ số thẩm nhiệt

F
c
, F
t
: Áp lc tiếp tuyến và pháp tuyến trên vòng tròn mặt sau
µ : Hệ số ma sát trên vùng ma sát thông thường của mặt trước
H
v
: Độ biến cứng (N/mm
2
)
r : Bán kính mũi dao
h
min
: Chiều dày phoi nhỏ nhất
h
s
: Độ mòn giới hạn
T: Tuổi bền dụng cụ cắt
R
a
, R
z
: Độ nhám bề mặt



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong lĩnh vc gia công cơ khí, nhu cu tăng năng suất, tăng độ chính
xác và nâng cao chất lượng bề mặt gia công càng ngày tăng. Nhiều biện pháp
đã và đang được thc hiện mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cu này, một trong
những đối tượng được nghiên cứu để giải quyết nhu cu này là dụng cụ cắt.
Cho đến nay việc sử dụng dụng cụ phun phủ đã khá phổ biến trong gia công
cơ khí, các đề tài nghiên cứu các loại vật liệu cắt gọt cũng như phương pháp
tạo dụng cụ cắt mới khá nhiều tuy nhiên giá thành của loại dụng cụ này trên
thị trường hiện nay vẫn rất cao, trong khi đó việc nghiên cứu để sử dụng tối
ưu một loại dụng cụ khi gia công một loại vật liệu cụ thể vẫn còn chưa phổ
biến.
Gia công tiện là một phương pháp gia công được sử dụng rất phổ biến
v vậy việc tm được một tính tối ưu trong gia công có một ý nghĩa rất lớn.
Hiện nay các loại chi tiết chế tạo từ loại vật liệu thép không gỉ được dùng
nhiều và yêu cu ngày càng cao cho chất lượng và giá thành sản phẩm. Việc
tiện thép không gỉ tại Việt Nam hiện nay còn gặp nhiều khó khăn do đây là
loại vật liệu dẻo dẫn nhiệt kém hay tạo dính làm cho dụng cụ chóng mòn. V
vậy một trong những vấn đề cn được nghiên cứu để có thể khai thác hiệu quả
hơn nữa việc sử dụng dụng cụ phun phủ khi gia công thép không gỉ hiện nay
là: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dụng cụ phủ
TiAlN khi tiện tinh thép không gỉ SUS 201”.
2. Mục đích
Xây dng được mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền dụng cụ khi
gia công thép không gỉ bằng dao tiện phủ TiALN.
Tm ra cơ sở cho việc tăng tuổi bền dao tiện phủ TiALN khi gia công
tinh thép không gỉ SUS 201.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài
- Ý nghĩa khoa học:
Về mặt khoa học đề tài phù hợp với xu thế phát triển của khoa học công
nghệ hiện tại.
Xây dng được mối quan hệ giữa các thông số của chế độ cắt với tuổi
bền của dao tiện phủ TiALN khi gia công vật liệu thép không ghỉ SUS 201.
Kết quả nghiên cứu sẽ làm cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa, đồng thời cũng
đánh giá khả năng làm việc của dao tiện phủ khi gia công thép không gỉ.
- Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể dùng cho việc la chọn bộ thông
số chế độ cắt tối ưu của v, s và t khi gia công thép không gỉ SUS 201 bằng
dụng cụ phủ TiALN. Kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho việc tăng tuổi bền
dụng cụ, tiết kiện chi phí gia công, hạ giá thành sản phẩm.
4. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số chế độ cắt, mối quan hệ
của chng với tuổi bền.
Dao tiện ngoài phủ TiALN
Vật liệu gia công thép không gỉ SUS 201
Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thc nghiệm

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
Chương 1
BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI,
CHẤT LƢỢNG LỚP BỀ MẶT SAU GIA CÔNG CƠ

1.1. Quá trình cắt và tạo phoi
Theo [1] quá trình cắt kim loại là quá trnh lấy đi một lớp phoi trên bề
mặt gia công để có chi tiết đạt hnh dạng, kích thước và độ bóng bề mặt theo
yêu cu. Để thc hiện một quá trnh cắt cn thiết phải có hai chuyển động:
- Chuyển động cắt chính (chuyển động làm việc): khi tiện đó là chuyển
động quay tròn của phôi.
- Chuyển động chạy dao: đó là chuyển động để đảm bảo duy tr s tạo
phoi liên tục trong suốt quá trnh cắt. Khi tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc
của dao khi tiện mặt trụ.
Khi cắt, để có thể tạo ra phoi, lc tác dụng vào dao cn phải đủ lớn để
tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị
gia công.
Hnh dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp
kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy.

a. b.
Hình 1.1: Sơ đồ hoá miền tạo phoi
Nghiên cứu quá trnh tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng v trị số của
công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào
quá trnh tạo phoi.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
Khi cắt do tác dụng của lc P (hnh 1.1), dao bắt đu nén vật liệu gia
công theo mặt trước. Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công
phát sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang trạng
thái biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày a
p
được hnh thành từ lớp
kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trước của dao.
Việc nghiên cứu kim tương khu vc tạo phoi chứng tỏ rằng trước khi
biến thành phoi, lớp cắt kim loại bị cắt đã trải qua một giai đoạn biến dạng
nhất định, nghĩa là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi có một khu vc biến dạng.
Khu vc này được gọi là miền tạo phoi (hnh 1.2).
Trong miền này (như sơ đồ hoá hnh 1.1) có những mặt trượt OA, OB,
OC, OD, OE. Vật liệu gia công trượt theo những mặt đó (là những mặt có ứng
suất tiếp có giá trị cc đại).
Miền tạo phoi được giới hạn bởi đường OA, dọc theo đường đó phát sinh
những biến dạng dẻo đu tiên, và đường OE - đường kết thc biến dạng dẻo
và đường AE - đường nối liền khu vc chưa biến dạng của kim loại và phoi.
Trong quá trnh cắt, miền tạo phoi AOE di chuyển cùng với dao.
Ngoài ra lớp kim loại bị cắt, sau khi đã bị biến dạng trong miền tạo phoi,
khi di chuyển thành phoi còn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt

trước của dao.
Những lớp kim loại phía dưới của phoi, kề với mặt trước của dao (hnh
1.1) chịu biến dạng phụ thêm nhiều hơn các lớp phía trên. Mức độ biến dạng
của chng thường lớn đến mức là các hạt tinh thể trong chng bị kéo dài ra
theo một hướng nhất định, tạo thành têchtua.
Như vậy phoi cắt ra chịu biến dạng không đều.
Mức độ biến dạng của phoi:
K
f
= K
bd
+ K
ms
(1-1)
Ở đây: K
bd
: mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
K
ms
: mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước
của dao.
V biến dạng dẻo của phoi có tính lan truyền, do đó lớp kim loại nằm
phía dưới đường cắt ON (hnh 1.1a) cũng sẽ chịu biến dạng dẻo.

Hình 1.2: Miền tạo phoi

Chiều rộng của miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công
và điều kiện cắt (thông số hnh học của dao, chế độ cắt,…)

Hình 1.3: Miền tạo phoi với các vận tốc cắt khác nhau
Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến chiều rộng miền tạo phoi. Tăng
tốc độ cắt miền tạo phoi sẽ co hẹp lại. Hiện tượng đó có thể được giải thích
như sau:
Khi tăng tốc độ cắt, vật liệu gia công sẽ chuyển qua miền tạo phoi với
tốc độ nhanh hơn. Khi di chuyển với tốc độ lớn như vậy vật liệu gia công sẽ
đi ngang qua đường OA nhanh đến mức s biến dạng dẻo không kịp xảy ra
theo đường OA mà chậm đi một thời gian - theo đường OA’ (hnh 1.3).
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
Tương t như vậy, nơi kết thc quá trnh biến dạng trong miền tạo phoi sẽ là
đường OE’ chậm hơn so với OE.
Như vậy ở tốc độ cắt cao miền tạo phoi sẽ là A’OE’. A’OE’ quay đi một
góc theo chiều quay của kim đồng hồ và khi đó chiều dày cắt giảm đi so với
trước (a
1
’<a
1
) v biến dạng dẻo giảm đi.
Khi tốc độ cắt rất lớn miền tạo phoi co hẹp đến mức mà chiều rộng của
nó chỉ vào khoảng vài phn trăm milimet. Trong trường hợp đó s biến dạng
của vật liệu gia công có thể xem như nằm lân cận mặt OF. Do đó để cho đơn
giản, ta có thể xem một cách gn đng quá trnh biến dạng dẻo khi cắt xảy ra
ngay trên mặt phẳng OF đi qua lưi và làm với phương chuyển động của dao

một góc bằng .
Mặt OF được gọi là mặt trượt quy ước còn góc  là góc trượt.
Góc trượt là một thông số đặc trưng cho hướng và giá trị của biến dạng
dẻo trong miền tạo phoi.
Theo hnh 1.4 nếu chiều dày lớp kim loại bị cắt là a, chiều dày của phoi
là a
1
ta có:

)cos(
sin
)cos(.
sin.
1








OC
OC
a
a
r
(1-2)
Và do đó có thể tính  theo công thức:




sin.1
cos.
r
r
tg


(1-3)
và nếu đặt
r
K
1

th ta có công thức sau:




sin
cos


K
tg
(1-4)
1.2. Lực cắt khi tiện
1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt

Việc nghiên cứu lc cắt trong quá trnh gia công vật liệu có ý nghĩa cả về
lý thuyết lẫn thc tiễn. Trong thc tế, những nhận thức về lc cắt rất quan
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
trọng để thiết kế dụng cụ cắt, thiết kế đồ gá, tính toán và thiết kế máy móc
thiết bị, v.v… Dưới tác dụng của lc cắt cũng như nhiệt cắt dụng cụ sẽ bị
mòn, bị phá huỷ. Muốn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ th phải hiểu
được quy luật tác động của lc cắt. Muốn tính công tiêu hao khi cắt cn phải
biết lc cắt. Những nhận thức lý thuyết về lc cắt tạo khả năng chính xác hoá
lý thuyết quá trnh cắt. Trong trạng thái cân bằng năng lượng của quá trnh cắt
th các mối quan hệ lc cắt cũng phải cân bằng. Điều đó có nghĩa là một mặt
lc cản cắt tác dụng lên vật liệu chống lại s tách phoi, mặt khác lc cắt do
dụng cụ cắt tác dụng lên lớp cắt và bề mặt cắt [1], [7].
Lc cắt là một hiện tượng động lc học, tức là trong chu trnh thời gian
gia công th lc cắt không phải là một hằng số. Lc cắt được biến đổi theo
quãng đường của dụng cụ. Lc đu lc cắt tăng dn cho đến điểm cc đại.
Giá trị lc cắt cc đại đặc trưng cho thời điểm tách phn tử phoi ra khỏi chi
tiết gia công. Sau đó lc cắt giảm dn song không đạt đến giá trị bằng không
bởi v trước khi kết thc s chuyển dịch phn tử phoi cắt th đã bắt đu biến
dạng phn tử khác [1], [7].
Hệ thống lc cắt khi tiện được mô tả sơ bộ trên hnh 1.4. Lc tổng hợp P
được phân tích thành ba thành phn lc bao gồm: lc tiếp tuyến P
z
(hay P
c
),
lc hướng kính P

y
(hay P
p
) và lc chiều trục (lc ngược với hướng chuyển
động chạy dao) P
x
.

Hình 1.4: Hệ thống lực cắt khi tiện
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
Thành phn lc P
z
là lc cắt chính. Giá trị của nó cn thiết để tính toán
công suất của chuyển động chính, tính độ bền của dao, của chi tiết cơ cấu
chuyển động chính và của các chi tiết khác của máy công cụ.
Thành phn lc hướng kính P
y
có tác dụng làm cong chi tiết ảnh hưởng
đến độ chính xác gia công, độ cứng vững của máy và dụng cụ cắt.
Lc cắt tổng cộng được xác định:
222
x y z
P= P +P +P
(1-5)
1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện
Lc cắt trong quá trnh gia công nói chung và khi tiện nói riêng đều chịu

ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khác nhau như: vật liệu gia công, thông số
hnh học của dụng cụ cắt, chế độ cắt, v.v…
Abdullah và Ulvi [16] đã chỉ ra rằng, trong tiện cứng thép ổ lăn AISI
52100 (độ cứng 60HRC) th góc trước của dao PCBN 
n
có ảnh hưởng lớn
đến lc cắt chính F
C
và lc hướng kính F
P.

Qua hình 1.5a ta thấy rằng khi góc trước 
n
(xét về giá trị tuyệt đối, bởi
góc trước 
n
<0) tăng th lc cắt chính và lc hướng kính đều tăng, đặc biệt là
lc hướng tâm. Tuy nhiên, qua đồ thị quan hệ giữa ứng suất và góc trước th
ta thấy rằng ứng suất trên dụng cụ cắt đạt giá trị nhỏ nhất khi 
n
= 30
0
, đồng
thời ứng suất tương đương trên dụng cụ đạt giá trị lớn nhất khi 
n
= 20
0
.

a.

Ứng suất (MPa)
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9

b.
Hình 1.5: (a) Quan hệ giữa lực cắt và góc trước

n

(b) Ảnh hưởng của góc trước đến ứng suất

n
trên dụng cụ cắt

Hình 1.6a: Ảnh hưởng của lượng chạy dao và độ cứng phôi đến lực cắt
(với t=0,35mm; r=0,02mm;

n
=20
0
) [19]
Jiang Hua và các đồng nghiệp [19] cũng đã thí nghiệm tiện cứng với
thép ổ lăn AISI 5210 và chỉ ra rằng, độ cứng của vật liệu phôi, lượng chạy
dao, góc trước và bán kính mũi dao cũng ảnh hưởng đến lc cắt (hnh 1.5).
Như vậy, lc cắt tăng biến thiên theo lượng chạy dao và bán kính mũi dao,
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

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

10
cũng như độ cứng của vật liệu gia công. Qua hnh 1.6a th ta thấy rằng lượng
chạy dao có ảnh hưởng lớn hơn so với độ cứng của phôi đến lc cắt. Cụ thể ở
lượng chạy dao 0,14 mm/vòng th khi độ cứng phôi tăng từ 62 lên 66HRC th
lc cắt chỉ tăng từ 200,9 lên 212,8N. Trong khi đó, lc cắt tăng từ 200.9 lên
370,65N khi thay đổi lượng chạy dao từ 0,14 lên 0,28mm/vòng. Còn khi tăng
bán kính mũi dao và góc trước th lc cắt đều tăng nhưng không đáng kể
(hình 1.6b,c).


Hình 1.6b,c: Ảnh hưởng bán kính mũi dao (b) và góc trước đến lực cắt (c)
(b): t=0,35mm; S=0.28mm/vòng; HRC=56;

n
=20
0

(c): t=0,35mm; S=0.28mm/vòng; HRC=56; r=0,1mm [19]
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
1.3. Nhiệt cắt
1.3.1. Khái niệm chung
Biến dạng dẻo của vật liệu gia công trong vùng tạo phoi, vùng biến dạng
thứ hai và ma sát giữa vật liệu gia công với các mặt của dụng cụ trong quá
trnh cắt sinh nhiệt làm tăng nhiệt độ ở vùng gn lưi cắt dẫn đến làm giảm

sức bền của dao ở vùng này gây phá huỷ bộ phận đến toàn bộ khả năng làm
việc của lưi cắt. Nhiệt cắt và nhiệt độ trong dụng cụ tăng khi cắt với vận tốc
cao và lượng chạy dao lớn hoặc vật liệu gia công có nhiệt độ nóng chảy cao là
nguyên nhân làm giảm năng suất cắt gọt [5].
Lịch sử phát triển và sử dụng các loại vật liệu dụng cụ và đặc tính của
chng thể hiện trong bảng 1.1. Ta thấy rằng phn vật liệu cứng trong dụng cụ
cắt tăng lên, do đó tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng, tăng tuổi bền dụng
cụ và tăng được tốc độ cắt [1].
Bảng 1-1: Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ
Năm
Vật liệu dụng cụ
Vận tốc
cắt
(m/ph)
Nhiệt độ giới
hạn đặc tính
cắt
(
0
C)
Độ cứng
(HRC)
1894
Thép cacbon dụng cụ
5
200-300
60
1900
Thép hợp kim dụng cụ
8

300-500
60
1900
Thép gió
12


1908
Thép gió cải tiến
15-20
500-600
60-64
1913
Thép gió (tăng Co và
WC)
20-30
600-650
-
1931
Hợp kim cứng cácbit
vonfram
200
1000-1200
91
1934
Hợp kim cứng WC và
TiC
300
1000-1200
91-92

1955
Kim cương nhân tạo

800
100000HV
1957
Gốm
300-500
1500
92-94
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
1965
Nitrit Bo
100-200
(thép tôi)
1600
8000HV
1970
Hợp kim cứng phủ (TiC)
300
1600
18000HV

Khả năng cắt của vật liệu Nitrit Bo trong bảng là rất cao và đang được
ứng dụng khá phổ biến trong gia công vật liệu có độ cứng cao cũng như trong
tiện cứng.

Bảng 1-2: Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ cắt

Cacbit
Vonfra
m
Gốm sứ
nhân tạo
CBN
Kim cương
nhân tạo
Khối lượng riêng (g/cm
3
)
6.0-15.0
3.8-7.0
3.4-4.3
3.5-4.2
Độ cứng (HV 30)
1300-
1700
1400-
2400
3000-
4500
4000-7000
Modul đàn hồi (GPa)
430-630
300-400
580-680
680-890

Giới hạn bền (Mpam
1/2
)
8-18
2-7
6.7
8.89
Độ bền nhiệt (°C)
800-
1200
1300-
1800
1500
600
Hệ số truyền nhiệt (W/mK)
100
30-40
40-200
560
Hệ số giãn nở v nhiệt (10
-6
K
-1
)
5.0-7.5
7.4-9.0
3.6-4.9
0.8

Cụ thể Nitrit Bo lập phương đa tinh thể (PCBN) được coi là vật liệu có

độ cứng cao nhất chi sau kim cương nhưng lại có độ bền nhiệt cao hơn kim
cương (1500
0
C) [b]. Bảng 1.2 thể hiện tính chất cơ - nhiệt của vật liệu dụng
cụ CBN so với một số loại vật liệu dụng cụ có tính năng cắt cao khác (Cacbit
Vonfram, gốm sứ nhân tạo và kim cương nhân tạo).
Các nghiên cứu đã chứng tỏ rằng khoảng 98% - 99% công suất cắt biến
thành nhiệt từ ba nguồn nhiệt, vùng tạo phoi (quanh mặt phẳng trượt AB), mặt
trước (AC) và mặt sau (AD) như trên hnh 1.7.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành công nghệ chế tạo
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13

Hình 1.7: - (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt
- (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại
Nhiệt từ ba nguồn này truyền vào dao, phoi, phôi và môi trường với tỷ lệ
khác nhau phụ thuộc vào chế độ cắt và tính chất nhiệt của hệ thống dao, phoi,
phôi và môi trường [1], [6]. Thc tế vận tốc cắt là nhân tố ảnh hưởng lớn nhất
đến tỷ lệ này, khi cắt với vận tốc cắt đủ lớn phn lớn nhiệt cắt truyền vào phoi
(hình 1.7b) [1].
Gọi Q là tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trnh cắt:
Q = Q
mặt phẳng cắt
+ Q
mặt trước
+ Q
mặt sau
(1-6)

Theo định luật bảo toàn năng lượng th lượng nhiệt này sẽ truyền vào hệ
thống phoi, dao, phôi và vào môi trường theo công thức sau:
Q = Q
phoi
+ Q
dao
+ Q
phôi
+Q
môi trường
(1-7)
Tốc độ truyền nhiệt vào môi trường có thể coi như không đáng kể trong
tính toán khi môi trường cắt là không khí.