khảo sát mòn và chất lượng bề mặt gia công khi tiện lỗ thép hợp kim qua tôi bằng dao pcbn

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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




PHẠM THỊ TUYẾN



ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT MÒN VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
GIA CÔNG KHI TIỆN LỖ THÉP HỢP KIM
QUA TÔI BẰNG DAO PCBN

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Người hướng dẫn khoa học


HDKH: PGS.TS. Phan Quang Thế


THÁI NGUYÊN - 2010

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


-2-
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
*********************


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Họ và tên học viên: Phạm Thị Tuyến
GV hướng dẫn:PGS.TS. Phan Quang Thế
Tên đề tài : Khảo sát mòn và chất lượng bề mặt gia công
khi tiện lỗ thép hợp kim qua tôi bằng dao PCBN
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
Mã HV: TNU088625204028

THÁI NGUYÊN - 2010

NGƯỜI HƯỚNG HỌC VIÊN
DẪN KHOA HỌC



PGS.TS. Phan Quang Thế Phạm Thị Tuyến
KHOA ĐÀO TẠO BAN GIÁM HIỆU
DẪN KHOA HỌC





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


-3-
Mục lục
Lời nói đầu……………………………………………………………… 7
1. Tính cấp thiết của đề tài. 7
2. Mục đích và đối tượng nghiên
cứu……………………………………11
3. Phương pháp nghiên cứu 11
4. Ý nghĩa của đề tài 11
4.1. Ý nghĩa khoa học 11
4.2. Ý nghĩa thực tiễn 11
NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Chương I Nghiên cứu tổng quan về công nghệ tiện cứng……… …12
1.1. Tìm hiểu về công nghệ tiện cứng. 12
1.1.1. Giới thiệu chung. 12
1.1.2. Máy và dụng cụ trong tiện cứng. 13
1.1.3. Vật liệu CBN, cấu trúc của mảnh dao. 15
1.2. Tìm hiểu các kết quả nghiên cứu về tiện cứng. 18
1.3. Kết luận 19
Chương 2 Chất lượng bề mặt khi tiện cứng và mòn dụng cụ……… 20
2.1. Khái niệm chung về lớp bề mặt 20
2.2. Bản chất của lớp bề mặt 21
2.3. Tính chất lý hoá của lớp bề mặt 21
2.3.1. Lớp biến dạng 21
2.3.2. Lớp Beilbly 22
2.3.3. Lớp tương tác hóa học 22
2.3.4. Lớp hấp thụ hóa học 22
2.3.5. Lớp hấp thụ vật lý 23
2.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện cứng 23
2.4.1. Độ nhám bề mặt và phương pháp đánh giá 23
2.4.2. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ 24
2.5. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi tiện cứng 32
2.5.1. Ảnh hưởng của các thông số hình học của dụng cụ cắt 32
2.5.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt 33
2.5.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao 34
2.5.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 35
2.5.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia công 35
2.5.6. Ảnh hưởng của rung động trong hệ thống công nghệ 35
2.6. Mòn dụng cụ cắt 36
2.6.1. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 36
2.6.2. Mòn dụng cụ cắt và cách xác định 39
2.6.3. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt khi tiện

cứng 43
2.6.4. Kết luận 43

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


-4-
2.7. Tuổi bền của dụng cụ cắt 43
2.7.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện
cứng 44
2.7.2. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 47
2.7.3. Tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 49
2.8. Kết luận chương 2. 49
Chương 3 Xây dựng hệ thống thực nghiệm ……… …… …… 50
3.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm. 50
3.1.1. Chọn thông số vào. 50
3.1.2. Chọn chỉ tiêu đánh giá. 52
3.1.3. Nhiễu khi tiện cứng. 54
3.2. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm. 54
3.2.1. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm. 54
3.2.2. Chọn loại kế hoạch thực nghiệm và mô hình hồi quy thực
nghiệm. 55
3.2.3. Xác định miền qui hoạch. 67
3.3. Hệ thống thiết bị thí nghiệm. 68
3.3.1. Máy thí nghiệm. 68
3.3.2. Vật liệu thí nghiệm. 70
3.3.3. Dao 71
3.3.4. Chế độ cắt 72
3.3.5. Hệ thống đo lường 72
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm và thảo luận kết quả……………74

4.1. Các bước nghiên cứu tối hóa quá trình tiện lỗ thép 9XC qua tôi… 74
4.1.1. Các hàm mục tiêu khi tiện tinh lỗ thép 9XC qua tôi. 74
4.1.2. Chọn dạng hàm hồi quy. 74
4.2. Tối ưu hóa quá trình tiện lỗ thép 9XC qua tôi bằng dao gắn mảnh
PCBN. 78
4.2.1. Xây dựng thuật toán quy hoạch thực nghiệm. 78
4.2.2. Xác định hàm hồi quy. 79
4.3. Nghiên cứu hình thái, cấu trúc và tính chất cơ lý lớp bề mặt và cơ
chế mòn của mảnh dao PCBN………………………………………….84
4.3.1. Nghiên cứu hình thái bề mặt mảnh dao PCBN. 84
4.3.2. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất cơ lý lớp kim loại bề mặt. 88
4.4. Thảo luận kết quả nghiên cứu khi tiện cứng thép 9XC bằng mảnh
dao PCBN. 89
Phần kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài………………….91
1. Kết luận chung. …… 91
2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài. 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO.…………………………………………… 92


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


-5-
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Trang
Hình 1.1. Máy tiện CNC – Nhật
11
Hình 1.2. Máy tiện CNC MaJax NHật
12

Hình 1.3. Máy Emco Turn 332 Mcplus và Quá trình cắt khô trong tiện
cứng
12
Hình 1.4. Mảnh hợp kim có CBN ở mũi
14
Hình 1.5. Ký hiệu một số mảnh CBN dùng trong tiện cứng
15
Hình 2.1.Chi tiết bề mặt vật rắn
19
Hình 2.2. Quan hệ giữa bán kính mũi dao và chiều sâu lớp biến cứng với
các lượng chạy dao khác nhau (khi dao chưa bị mòn) [7]
24
Hình 2.3. Quan hệ giữa vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng ứng với
các lượng mòn mặt sau khác nhau của dao tiện [19]
24
Hình 2.4. Quan hệ giữa bán kính mũi dao, chiều sâu cắt và ứng suất dư
lớp bề mặt
27
Hình 2.5:Ảnh hưởng của thông số hình học của dao tiện tới độ nhám bề
mặt
29
Hình 2.6. Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia công thép
30
Hình 2.7. Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt
31
Hình 2.8. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục (a)
và khi cắt gián đoạn (b)
33
Hình 2.9. Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện
36

Hình 2.10. Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng với
thể tích
0, 6
c1
V .t
, trong đó V tính bằng m/ph; t
1
tính bằng (mm/vg)
36
Hình 2.11. Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau –
ISO3685
38
Hình 2.12. Vùng mài lại của dụng cụ cắt
38

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


-6-
Hình 2.13. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau của
dao thép gió S12-1- 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,
T =30 phút [3].
41
Hình 2.14. Tuổi bền dụng cụ tính theo thể tích phoi được bóc tách [15]
42
Hình 2.15. Tuổi bền dụng cụ tính bằng phút [15]
42
Hình 2.16. Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh PCBN
với góc trước 
n

43
Hình 2.17. Quan hệ giữa thời gian cắt, tốc độ cắt và độ mòn của dao
44
Hình 2.18. Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao
44
Hình 2.19. Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit)
45
Hình 3.1. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm.
47
Hình 3.2. Sơ đồ khối xử lý kết quả đo.
54
Hình 3.3. Sơ đồ khối xác định hàm hồi quy một biến
55
Hình 3.4. Sơ đồ khối xác định hàm hồi quy nhiều biến.
60
Hình 3.5. Sơ đồ khối thuật toán Gradient
63
Hình 3.6. Máy tiện CNC- HTC2050

65
Hình 3.7: Hệ thống thiết bị thí nghiệm
66
Hình 3.8. Phôi thí nghiệm
67
Hình 3.9. Mảnh dao EB28X, 160308 T2001
68
Hình 3.10. Thân dao MTENN 2020K16-N (hãng CANELA)
68
Hình 3.11. Máy đo độ nhám bề mặt SJ – 201.
69
Hình 3.12. Kính hiển vi điện tử TM-1000
69
Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc chương trình phần mềm hồi quy và tối ưu hóa.
71
Hình 4.2. Đồ thị quan hệ của nhám bề mặt R
a
với S,V
77
Hình 4.3. Đồ thị quan hệ của nhám bề mặt R
a
với t,S
78
Hình 4.4. Đồ thị quan hệ của nhám bề mặt R
a
với t,V
78
Hình 4.5. Ảnh SEM bề mặt của mảnh dao PCBN khi tiện cứng thép 9XC
80

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


-7-
tại t = 0,08 mm; S
n
= 0,045 mm/vg;

= 150 m/ph; L=80mm.
Hình 4.6. Ảnh SEM bề mặt của mảnh dao PCBN khi tiện cứng thép 9XC
tại t = 0,08 mm; S
n
= 0,045 mm/vg;

= 150 m/ph; L=160mm
80
Hình 4.7. Ảnh SEM bề mặt của mảnh dao PCBN khi tiện cứng thép 9XC
tại t = 0,08 mm; S
n
= 0,045 mm/vg;

= 150 m/ph; L=240mm
81
Hình 4.8. Ảnh SEM bề mặt của mảnh dao PCBN khi tiện cứng thép 9XC
tại t = 0,06 mm; S
n
= 0,09 mm/vg;  = 180 m/ph; L=80mm.
81
Hình 4.9. Ảnh SEM bề mặt của mảnh dao PCBN khi tiện cứng thép 9XC
tại t = 0,06 mm; S

n
= 0,09 mm/vg;  = 180 m/ph; L=160mm.
82
Hình 4.10. Ảnh SEM bề mặt của mảnh dao PCBN khi tiện cứng thép
9XC tại t = 0,06 mm; S
n
= 0,09 mm/vg;  = 180 m/ph; L=240mm.
82
Hình 4.11. Ảnh cấu trúc bề mặt của mảnh dao PCBN khi tiện cứng thép
9XC tại t = 0,06 mm; S
n
= 0,09 mm/vg;

= 120 m/ph.
83
Hình 4.12. Ảnh cấu trúc bề mặt của mảnh dao PCBN khi tiện cứng thép
9XC tại t = 0,10 mm; S
n
= 0,09 mm/vg;

= 120 m/ph.
83







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

-8-
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang
Bảng 2.1: Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia
công cơ
22
Bảng 2.2: Các thông số chế độ cắt khác nhau của Dawson và Thomas [15]
42
Bảng 3.1: Ma trận quy hoạch trung tâm hợp thành đối xứng với 3 thông
số ảnh hưởng.
64
Bảng 3.2: Thành phần hoá học của mẫu thí nghiệm thép 9XC.
67
Bảng 4.1: Giá trị mã hóa và giá trị thực ở các mức của các thông số.
73
Bảng 4.2: Ma trận thí nghiệm khi tiện cứng thép 9XC
73
Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm tiện tinh lỗ thép 9XC qua tôi bằng dụng cụ
cắt gắn mảnh PCBN.
74

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


-9-
LỜI NÓI ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.

Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền cao là cơ
sở cho sự ra đời các loại máy móc, thiết bị hiện đại, có chất lượng cao (độ chính
xác, độ tin cậy, độ bền cao…). Phương pháp tiện cứng có một vị trí quan trọng
trong gia công cơ khí hiện đại nhờ khả năng vượt trội so với các phương pháp
cắt gọt khác khi gia công những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao cho
độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao.
Tiện cứng, hay là tiện các thép cứng, được hiểu là phương pháp gia công
bằng tiện các chi tiết có độ cứng cao (45 † 70 HRC). Tiện cứng nói chung được
tiến hành cắt khô hoặc gần giống như cắt khô và phổ biến sử dụng dao bằng vật
liệu siêu cứng như Nitrit Bo lập phương đa tinh thể (PCBN-Polycrystalline
Cubic Boron Nitride, thường được gọi là CBN-Cubic Boron Nitride), PCD hoặc
Ceramic tổng hợp[10], [16]. Sự ra đời và phát triển của vật liệu dụng cụ cắt
PCBN như là một giải pháp tối ưu cho tiện cứng.
Khi đã tôi cứng, 1 số chi tiết không thể khoan khoét được, vì trong thực tế
có rất nhiều chi tiết phải tôi xong người ta mới gia công, đối với các mặt ngoài
có chiều dài lớn thì có thể mài, nhưng các mặt ngoài có chiều dài ngắn, dùng
tiện hiệu quả hơn nhiều như phôi bánh răng, trục cam Mài chỉ có hiệu quả khi
chiều dài chi tiết lớn.
Các chi tiết bậc nhiều liên tiếp, lỗ nhỏ dùng mài không có hiệu quả, lỗ
không mài được nên bắt buộc phải tiện cứng.
Sử dụng tiện cứng không những đã trở nên ngày càng phổ biến, mà hiện
nay còn là phương pháp được chấp nhận nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm
trong gia công cuối. Ngày nay bằng cách dùng tiện cứng thay cho mài, sẽ dễ
dàng gia công các bề mặt phức tạp của sản phẩm.

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


-10-
Tuy nhiên, tiện cứng có một số nhược điểm đáng lưu ý như: Chi phí dụng

cụ cắt cao, nhiệt cắt cao do chủ yếu sử dụng phương pháp cắt khô và cắt ở tốc
độ cắt cao.
Chất lượng bề mặt gia công và mòn dụng cụ là hai yếu tố quan trọng
trong quá trình gia công. Chất lượng bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng
làm việc, độ bền, độ bền mòn của chi tiết máy. Mòn dụng cụ không chỉ làm
giảm độ chính xác hình dạng chi tiết mà còn làm tăng lực cắt, tăng ma sát và
nhiệt một cách đáng kể dẫn đến phá huỷ bề mặt chi tiết gia công và dụng cụ cắt.
Mòn dụng cụ là hàm số của cơ tính của vật liệu gia công và chế độ cắt trong
tiện cứng.
Những kết quả nghiên cứu được công bố gần đây trên các tạp chí khoa
học cho thấy việc nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của
các thông số như Cơ chế cắt [6],[7], mòn dao [3],[4], Những nghiên cứu này
cho thấy điều kiện cắt (chẳng hạn như tốc độ cắt, lượng chạy dao, hình học
dụng cụ, thuộc tính vật liệu của cả chi tiết gia công lẫn dao) ảnh hưởng rõ rệt
đến bề mặt gia công cuối, nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất
lượng bề mặt gia công khi tiện tinh thép X12M qua tôi bằng dao gắn mảnh
PCBN[1]. Tuy nhiên các đề tài nghiên cứu chủ yếu tập trung vào khảo sát ảnh
hưởng của chi tiết và dụng cụ khi tiện hoặc phay các bề mặt ngoài với điều kiện
gia công dễ, độ cứng vững của hệ thống công nghệ cao nên chất lượng bề mặt
đạt được tốt. Còn đối với tiện lỗ thì điều kiện gia công khó khăn hơn và phụ
thuộc nhiều vào đường kính lỗ, độ cứng vững của hệ thống công nghệ kém hơn,
điều kiện thoát phoi thoát nhiệt kém hơn so với tiện ngoài nên chất lượng bề
mặt đạt được cũng kém hơn. Mặt khác việc nghiên cứu khảo sát mòn và chất
lượng bề mặt khi gia công lỗ thép hợp kim bằng tiện cứng còn ít được đề cập
đến.
Do vậy đề tài:” Khảo sát mòn và chất lượng bề mặt gia công khi tiện lỗ
thép hợp kim qua tôi bằng dao PCBN” là cần thiết và có tính ứng dụng trực
tiếp.

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

-11-
2. Mục đích và đối tượng nghiên cứu.
Nghiên cứu về dạng mòn, cơ chế mòn của dụng cụ và chất lượng bề mặt
gia công khi tiện lỗ thép hợp kim qua tôi (9XC) bằng dao PCBN.
3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết về bản chất vật lý của quá trình tiện cứng và tiện lỗ.
- Xây dựng hệ thống thí nghiệm.
- Nghiên cứu thực nghiệm để xác định dạng mòn và cơ chế mòn dụng cụ
(mảnh CBN) và chất lượng bề mặt thông qua hàm hồi quy thực nghiệm (nhám
bề mặt) khi tiện lỗ.
- Phân tích sự mòn dao và bề mặt chi tiết sau đó tổng hợp kết quả thu được. Từ
đó đưa ra các thông số chế độ cắt hợp lý.
4. Ý nghĩa của đề tài
4.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học và công nghệ gia công kim
loại trong nước cũng như khu vực và trên thế giới.
Khảo sát cơ chế mòn dụng cụ và chất lượng bề mặt khi tiện lỗ thép hợp
kim sẽ đóng góp thêm kiến thức thực tiễn về quá trình tiện cứng. Cung cấp
thêm các kiến thức về mòn, cơ chế mòn, tốc độ mòn và chất lượng lớp bề mặt.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Việc khảo sát mòn và chất lượng bề mặt khi gia công lỗ thép hợp kim có
ý nghĩa thực tiễn quan trọng. Kết quả của việc nghiên cứu này sẽ là cơ sở để áp
dụng vào các quá trình gia công lỗ thép hợp kim một cách thích hợp nhất mà
phương pháp mài không thể mài được như gia công các lỗ nhỏ thông hoặc các
chi tiết có lỗ bậc Cối thuốc viên, cối pin
- Kết quả nghiên cứu cũng có thể dùng làm tham khảo cho các cơ sở sản
xuất có sử dụng mảnh dao là vật liệu PCBN.

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


-12-
NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Chương I NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ
CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG
1.1. Tìm hiểu về công nghệ tiện cứng.
1.1.1. Giới thiệu chung.
Tiện cứng (hard turning) chính thức được giới thiệu ở nước ta vào năm 1988,
tuy nhiên công nghệ này chưa có điều kiện phát triển mạnh. Cho tới những năm
gần đây khi sự đổi mới về khoa học kỹ thuật đang trở thành tất yếu thì tiện cứng
đã phát huy được vai trò to lớn của nó trong việc gia công tinh các sản phẩm thép
qua tôi cứng.
Từ những năm 1970 các nghiên cứu đã tập trung vào hướng công nghệ
mới để đạt được các mục đích này. Nhưng phải đến những năm 1990, với sự phát
triển mạnh của các máy công cụ tiên tiến và vật liệu Nitrit Bor lập phương thì
tiện cứng mới được áp dụng rộng rãi trong chế tạo máy. Tiện cứng đã thực sự trở
thành công nghệ không thể thiếu trong việc gia công tinh các chi tiết qua tôi
cứng. Điều này góp phần không nhỏ cho quá trình lớn mạnh của ngành chế tạo
máy nói riêng và ngành công nghiệp nói chung.
Các chi tiết như con lăn dùng trong cán thép, vòi phun và những chi tiết của
hệ thống thuỷ lực, sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc
mài khôn. Các nguyên công này thường thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian.
Hơn nữa chi phí dung dịch trơn nguội cho nguyên công mài cũng khá cao. Mặt
khác chất thải khi mài ngày càng là vấn đề của môi trường sống. Những lý do
trên đã thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ
gia công tinh chi tiết.

Qua đó có thể kết luận rằng, việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công
tinh lần cuối đã mang lại những lợi ích sau[10],[11],[12],[18]:
- Giảm thời gian và chu kỳ gia công một sản phẩm.

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


-13-
- Giảm chi phí đầu tư thiết bị.
- Tăng độ chính xác gia công.
- Đạt độ nhẵn bề mặt cao hơn.
- Cho phép nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu (từ 2 - 4 lần).
- Gia công được các contour phức tạp.
- Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá.
- Có thể chọn gia công có hoặc không có dụng dich trơn nguội. Gia công
khô giảm chi phí gia công và không có chất thải ra môi trường.
Một lợi thế quan trọng nữa khi tiện cứng đó là việc tạo ra một lớp ứng suất
dư nén khi gia công, điều này đặc biệt có lợi với những chi tiết yêu cầu độ bền
mỏi cao. Điều này với mài lại là một bất lợi. Mặc dù vậy tiện cứng cũng có
những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ yếu cắt khô nên nhiệt rất cao, dụng cụ
có lưỡi cắt đơn nên quá trình cắt không ổn định, chi phí dụng cụ cắt cao, khi gia
công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằm ngoài vùng cho
phép (trục dài), khi chiều sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới hạn (t
min
) thì quá trình
cắt không thể thực hiện được.
1.1.2. Máy và dụng cụ trong tiện cứng.
Máy sử dụng trong tiện cứng thường là các máy CNC có tốc độ được điều
chỉnh vô cấp, điều này giúp chọn được tốc độ tối ưu khi tiện. Hiện nay trên thị
trường có rất nhiều các loại máy tiện CNC của các hãng như: Nhật, Đức, Trung

Quốc …


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


-14-
Hình 1.1. Máy tiện CNC – Nhật

Hình 1.2. Máy tiện CNC MaJax NHật

Vật liệu dụng cụ khi tiện cứng thường sử dụng là các mảnh vật liệu siêu
cứng CBN (Cubic boron nitride), PCBN, PCD hoặc Ceramic tổng hợp nhằm thay
thế cho mài trong gia công thép qua tôi (thường

50HRC). Phương pháp này có
thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá. Cấp chính xác khi
tiện cứng có thể đạt IT5-7, nhám bề mặt Rz = 2 - 4
m

, rõ ràng với chất lượng
đạt được như vậy, tiện cứng hoàn toàn thay thế được cho mài trong hầu hết các
trường hợp gia công tinh các sản phẩm.
Hình 1.3. Máy Emco Turn 332 Mcplus và Quá trình cắt khô trong tiện cứng


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


-15-

Các sản phẩm trong tiện cứng khá linh hoạt, từ các chi tiết dạng trục trơn
(các trục ngắn), con lăn, các lỗ lắp bi của con lăn, các lỗ cần độ chính xác cao sau
khi tôi tới các chi tiết có biên dạng phức tạp hơn.
Để áp dụng công nghệ này hệ thống máy, dao, đồ gá phải đảm bảo các yêu
cầu như: Máy tiện đủ độ cứng vững, đủ tốc độ quay trục chính và công suất phù
hợp. Chính vì vậy mà các máy tiện NC, CNC được khuyến cáo thực hiện công
việc này.
Các máy tiện điều khiển bằng tay có thể được dùng nếu đáp ứng được các
yêu cầu này.
Đồ gá trong tiện cứng phụ thuộc vào biên dạng các sản phẩm yêu cầu. Nhìn
chung các chi tiết gia công đều được cắt mà ít sử dụng đồ gá phụ vì lý do độ
cứng vững cần có trong tiện cứng. Hơn nữa với các máy điều khiển số thì điều
này không còn nhiều ý nghĩa. Các đồ gá phụ thường kèm theo các máy khi sản
xuất.
1.1.3. Vật liệu CBN, cấu trúc của mảnh dao.
Dao tiện thường sử dụng là các mảnh lắp ghép với thân theo tiêu chuẩn
của từng máy. Các mảnh có nhiều loại theo hình dạng, phần trăm lượng CBN,
chất kết dính, Khi hết tuổi bền các mảnh không thể mài lại như các dao thông
thường. Chúng được thay ra hoặc xoay đi dùng lưỡi cắt mới (với mảnh nhiều
lưỡi).
Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là TPGN, CNMA,
DNMA, TNG, Các mảnh hợp kim cương thường là CCMT, CPGM, nói chung
hàm lượng CBN phụ thuộc vào nhà sản xuất. Người ta phân ra làm ba loại, hàm
lượng cao (nhiều hơn 90% CBN), trung bình ( khoảng 72% CBN) và thấp (nhỏ
hơn 60% CBN). Các mảnh có hàm lượng cao thường sử dụng cho tiện truyền
thống để gia công các vật liệu mềm hơn như kim loại bột, gang và một số hợp
kim đặc biệt.
So với mảnh carbide thì các mảnh CBN đắt hơn đáng kể (từ 4 -5 lần),
nhưng dao CBN chế tạo được nhiều sản phẩm hơn. Chi phí dao cụ sẽ không đáng
kể khi tính đến việc loại nguyên công mài tinh. Nhiều xưởng sản xuất còn nhận

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


-16-
thấy rằng việc giảm chi phí dung dịch trơn nguội do cắt khô bù đắp lượng chi phí
cao hơn về dao.

Hình 1.4. Mảnh hợp kim có CBN ở mũi.
PCBN được tạo thành bằng cách thấm các hạt CBN vào nền carbide liên
kết ở nhiệt độ cao (1700 – 1800
o
C), áp suất 6.900MPa. Lớp nền carbide gồm các
hạt carbide wolfram nhỏ liên kết chặt chẽ với nhau bằng cobalt. Trong điều kiện
nhiệt độ và áp suất cao, cobalt bị chảy lỏng và bao các CBN, liên kết các hạt mài.
Quá trình này tạo ra một khối đa tinh thể. Cấu trúc đa tinh thể của CBN có các
tính chất ổn định đẳng hướng, chống được sự mẻ và rạn nứt, có độ cứng đồng
nhất và tính chống mòn cao theo mọi hướng. Các mảnh dao làm bằng PCBN có
tính cắt gọt rất tốt. Có thể cắt ở tốc độ cao, chiều sâu cắt lớn, gia công được các
thép đã tôi cứng và các hợp kim bền nóng (độ cứng trên 35HRC) như inconel
600, rene, stellite, colmonoy…

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


-17-
Hình 1.5. Ký hiệu một số mảnh CBN dùng trong tiện cứng
So sánh tiện cứng với tiện thường và mài
Tiện cứng có những khác biệt đáng kể so với tiện truyền thống vật liệu
mềm. Bởi vì vật liệu trong tiện cứng có độ cứng cao hơn nên lực cắt sinh ra khi

tiện cứng cũng lớn hơn. Vì thế lượng ăn dao khi tiện cứng phải được giới hạn.
Trong hầu hết các trường hợp, mảnh hợp kim tiện cứng phải có các thông số hình
học âm. Góc trước âm tạo điều kiện cắt gọt tốt cho lưỡi cắt vì tốc độ càng cao và
chiều sâu cắt tương đối nhỏ tập trung lực ở đó. Tuy nhiên, đôi khi doa lỗ thì góc

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


-18-
trước dương là tốt nhất. Tương tự như vậy, để bảo vệ lưỡi cắt không bị mẻ, trên
mảnh hợp kim người ta vát mép các lưỡi cắt hoặc bo tròn.
Tiện thông thường bị giới hạn bởi độ cứng của vật liệu. Trong khi đó dải
vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã
tôi, thép gió, và hợp kim cứng bề mặt stellites. Việc hợp kim stellites có thể được
gia công bằng tiện cứng đã mở rộng khả năng của tiện cứng kể cả công việc sửa
chữa. Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với
thép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim cứng bề mặt stellites. Việc hợp kim stellites
có thể gia công bằng tiện cứng đã mở rộng khả năng của tiện cứng kể cả trong
công việc sửa chữa. Vật liệu điển hình được tiện cứng là các thép hợp kim qua
tôi cứng.
Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ cắt thấp hơn quy định thì mảnh CBN sẽ
bị mòn nhanh và hư hỏng. Thông thường chế độ cắt khuyến cáo là: với tiện tinh
độ cứng vật liệu từ 55 - 67HRC, V = 80 - 160 (m/ph), S = 0,04 - 0,08 (mm/vg); t
= 0,1 - 0,5mm với tiện chính xác độ cứng vật liệu từ 45 - 60HRC, V= 120 - 180
(m/ph), S = 0,02 - 0,04 (mm/vg), t = 0,02 - 0,3mm [3].
Nhiều nhà máy chế tạo ổ đỡ, bánh răng, con lăn và trục bằng thép đã tôi
sử dụng chế độ cắt này. Họ có thể đạt dung sai kích thước là rất nhỏ nếu thời
gian chế tạo lâu hơn và nhám bề mặt rất nhỏ. Ngoài ra giá thành máy mài có thể
đắt gấp 2-3 lần máy tiện. Trong nhiều phân xưởng hiện nay họ đã thay thế tiện
cứng cho mài truyền thống. Đồng thời khi sử dụng tiện cứng thời gian chu kỳ và

điều chỉnh ngắn hơn nhiều so với mài.
1.2. Tìm hiểu các kết quả nghiên cứu về tiện cứng.
Qua phần giới thiệu về công nghệ tiện cứng có thể thấy rằng, việc nghiên
cứu về tiện cứng, phân tích các quá trình lý, hóa trong tiện cứng đã và đang được
quan tâm, tiến hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu cũng như các trường đại
học trên thế giới. Tuy nhiên từ những công bố trên các tạp chí khoa học cho thấy
các kết quả nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình tiện cứng thép ổ lăn AISI
52100 (tiêu chuẩn Mỹ). Đồng thời các nghiên cứu này chưa đề cập nhiều về vấn

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


-19-
đề mòn và tuổi bền của các mảnh dao, đặc biệt với loại thép 9XC, mặt khác việc
ứng dụng công nghệ này ở nước ta còn mang nhiều tính kinh nghiệm. Đưa ra
được một lý thuyết góp phần cải thiện và nâng cao hiệu quả sản xuất là một tất
yếu của các nhà chuyên môn.
Những kết quả nghiên cứu được công bố gần đây trên các tạp chí khoa học
cho thấy việc nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của các
thông số như Cơ chế cắt [1,2], mòn dao [3,4], Những nghiên cứu này cho thấy
điều kiện cắt (chẳng hạn như tốc độ cắt, lượng chạy dao, hình học dụng cụ,
thuộc tính vật liệu của cả chi tiết gia công lẫn dao) ảnh hưởng rõ rệt đến bề mặt
gia công cuối, nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt gia
công khi tiện tinh thép X12M qua tôi bằng dao gắn mảnh PCBN[6].
1.3. Kết luận
- Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi tiện cứng đến
mòn và tuổi bền mảnh dao là cần thiết đối với công đoạn gia công tinh. Đặc biệt
khi công nghệ này được áp dụng tại các cơ sở sản xuất ở nước ta. Việc tìm ra bộ
thông số cắt và mối quan hệ giữa tuổi bền và chế độ cắt ứng với một khoảng giá
trị độ cứng cụ thể cho từng trường hợp tiện như tiện các bề mặt ngoài và các bề

mặt lỗ là vấn đề có tính ứng dụng cao.
- Ta lại biết rằng tiện cứng chủ yếu dùng trong gia công tinh, mảnh dao
thường có giá thành cao, vì vậy tuổi bền của mảnh dao càng trở nên quan trọng
bởi trong quá trình cắt nếu phải thay dao nhiều sẽ tăng sai số, thời gian máy,
ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm.








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


-20-

Chương 2 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN
CỨNG VÀ MÒN DỤNG CỤ CẮT
2.1. Khái niệm chung về lớp bề mặt
Chất lượng bề mặt là tập hợp nhiều tính chất quan trọng của lớp bề mặt, như
hình dáng lớp bề mặt, trạng thái, tính chất cơ lý của lớp bề mặt và khả năng phản
ứng của chúng đối với môi trường làm việc.
Chất lượng chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ
thể. Chất lượng bề mặt là mục tiêu chủ yếu cần đạt ở bước gia công tinh các bề
mặt chi tiết máy.
Lớp bề mặt chi tiết máy khác với lớp lõi về cấu trúc kim loại, về tính chất cắt
gọt và trạng thái biến cứng. Nguyên nhân của hiện tượng này là do quá trình biến
dạng dẻo lớp bề mặt. Mức độ và chiều sâu biến cứng bề mặt phụ thuộc vào nhiều

yếu tố, các yếu tố này cũng ảnh hưởng tới lực cắt và nhiệt cắt. Đối với các bề mặt
chịu tải trọng lớn cần đặc biệt chú ý tới tính cơ lý của lớp bề mặt.
Bề mặt là mặt phân cách giữa hai môi trường khác nhau. Bề mặt kim loại có
thể được tạo thành bằng các phương pháp gia công khác nhau nên có cấu trúc và
đặc tính khác nhau. Để xác định đặc trưng của bề mặt ta cần biết mô hình và định
luật kim loại nguyên chất – không có tương tác với các môi trường khác và sự
khác nhau về sự sắp xếp các nguyên tử, tác dụng của lực trên bề mặt so với bên
trong. Sau đó nghiên cứu sự thay đổi của lớp bề mặt do tác dụng của môi trường
để thiết lập khái niệm mô hình bề mặt thực.
Nhiều tính chất khối của vật liệu có quan hệ đến bề mặt ở mức độ khác nhau.
Thường các tính chất lý, hóa của các lớp bề mặt là quan trọng, tuy nhiên các đặc
trưng cơ học như độ cứng và phân bố ứng suất trong lớp này cũng cần được quan
tâm [8].

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn


-21-
2.2. Bn cht ca lp b mt
B mt vt rn hay chớnh xỏc l mt mt phõn cỏch rn-khớ hay rn-lng, cú
cu trỳc v tớnh cht phc tp ph thuc vo bn cht ca cht rn, phng phỏp
to nờn b mt ú v tng tỏc gia b mt ú vi mụi trng xung quanh.
Cỏc tớnh cht ca b mt vt rn rt quan trng i vi tng tỏc b mt,
bi vỡ cỏc tớnh cht b mt nh hng trc tip ti din tớch tip xỳc thc, ma sỏt,
mũn v bụi trn. Hn na cỏc tớnh cht b mt cũn úng vai trũ quang trng
trong cỏc ng dng khỏc nhau nh: quang hc, in, nhit, sn v trang trớ B
mt vt rn, bn thõn nú bao gm vi vựng cú tớnh cht c, lý khỏc nhau vi vt
liu khi bờn trong ú l lp hp th vt lý, hoỏ hc, lp tng tỏc hoỏ hc, lp
Beilbly, lp bin dng khc lit, lp bin dng nh v cui cựng l lp vt liu
nn [3].

Hỡnh 2.1. Chi tit b mt vt rn
2.3. Tớnh cht lý hoỏ ca lp b mt
2.3.1. Lp bin dng
Di tỏc ng ca quỏ trỡnh to hỡnh cỏc tớnh cht ca lp b mt kim loi,
hp kim hay ceramics cú th thay i ỏng k so vi vt liu khi bờn trong. Vớ
d trong quỏ trỡnh ma sỏt gia hai b mt sau khi gia cụng c, cỏc lp b mt
di tỏc ng ca lc v nhit s b bin dng do, lp bin dng ny cũn gi
Lớp hấp thụ vật lý (0,33nm)
Lớp hấp thụ hoá học (0,3nm)
Lớp phản ứng hoá học (10100nm)
Lớp Beilbly (1100nm)
Lớp biến dạng khốc liệt (110m)
Lớp biến dạng ít(110m)
Vật liệu cơ bản

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


-22-
là lớp biến dạng cứng là một bộ phận quan trọng của vùng bề mặt. Ứng suất dư
trong lớp biến dạng dẻo có thể có thể ảnh hưởng tới sự
làm việc ổn định cũng như kích thước chi tiết.
Chiều dày của lớp biến dạng dẻo phụ thuộc vào hai yếu tố: công hoặc năng
lượng của quá trình biến dạng và bản chất của vật liệu. Chiều dày của lớp này
thường từ 1 - 100m tuỳ theo mức độ biến dạng cũng như tốc độ biến dạng. Kích
thước hạt trong các lớp biến dạng dẻo này thường rất nhỏ do bị biến dạng với tốc
độ cao kèm theo quá trình kết tinh lại. Hơn nữa các tinh thể và hạt tại bề mặt tiếp
xúc chung tự định hướng lại trong quá trình trượt giữa hai bề mặt [8].
2.3.2. Lớp Beilbly

Lớp Beilbly trên bề mặt kim loại là hợp kim được tạo nên do sự chảy và
biến dạng dẻo bề mặt, do biến dạng và tốc độ biến dạng lớn của các lớp phân tử
bề mặt trong quá trình gia công cơ, sau đó cứng lên nhờ quá trình tôi do nền vật
liệu khối có nhiệt độ thấp. Lớp Beilbly có cấu trúc vô định hình hoặc đa tinh thể
với chiều dày từ 1 - 100m. Các nguyên công gia công như mài nghiền, đánh
bóng có thể giảm chiều dày của lớp này.
2.3.3. Lớp tương tác hóa học
Lớp ôxy hóa có thể tạo thành trong quá trình gia công cơ hay ma sát.
Nhiệt sinh ra trong các quá trình tạo hình hoặc ma sát làm tăng tốc độ ôxy hóa và
tạo nên nhiều loại ôxit khác nhau. Khi cặp đôi ma sát hoạt động trong không khí
phản ứng có thể xảy ra giữa các lớp ôxit của hai bề mặt. Sự tồn tại của chất bôi
trơn và chất phụ gia có thể tạo nên các lớp ôxits bảo vệ bề mặt quan trọng.
Lớp ôxy hóa có thể gồm một hay nhiều lớp thành phần. Sắt có thể tạo thành
ôxít sắt với hỗn hợp các ôxít Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
và lớp FeO trong cùng. Với hợp kim,
lớp ôxít bề mặt có thể là hỗn hợp của một vài ôxít, một số ôxít có tác dụng bảo
vệ không cho quá trình ôxy hóa tiếp tục xảy ra như trên bề mặt của nhôm và
titan.
2.3.4. Lớp hấp thụ hóa học


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

-23-
Bên ngoài lớp tương tác hoá học, các lớp hấp thụ có thể hình thành trên
cả bề mặt kim loại và á kim. Lớp hấp thụ hoá học được hình thành trên cơ sở sử
dụng chung các electrons, hoặc trao đổi các electrons giữa các lớp hấp thụ và bề
mặt vật rắn. Trong lớp này tồn tại liên kết rất mạnh giữa bề mặt chất rắn và chất
hấp thụ thông qua liên kết cộng hoá trị, vì thế để làm sạch lớp này cần có một
năng lượng tương ứng với năng lượng tạo nên liên kết hoá học (10  100
Kcal/mol). Năng lượng này phụ thuộc vào cả tính chất hoá học của bề mặt vật
rắn và các tính chất hấp thụ.
2.3.5. Lớp hấp thụ vật lý
Bên ngoài lớp hấp thụ hoá học là lớp hấp thụ vật lý, chủ yếu là các phần tử
hơi nước, oxy và hyđrô cacbon trong không khí tồn tại dưới dạng đơn hoặc đa
phân tử với chiều dày khoảng 3nm. Các lớp màng dầu mỡ trên bề mặt cũng thuộc
loại lớp hấp thụ vật lý. Ở đây không tồn tại việc dùng chung hoặc trao đổi
electrons giữa các phân tử vật rắn và chất hấp thụ. Quá trình hấp thụ vật lý liên
quan đến lực Vander Woals. Các lực này rất yếu so với lực tương tác trong
không khí trơ ở trạng thái lỏng. Để làm sạch các lớp hấp thụ này cần rất ít năng
lượng (1  2 Kcal/mol) hơn nữa trong môi trường chân không cao (khoảng 10
-8

Pa) lớp này không tồn tại trên các bề mặt các chất rắn.
Có bốn tiêu chuẩn để phân biệt lớp hấp thụ hoá học và vật lý là: lượng nhiệt
cần cho hấp thụ, khoảng nhiệt độ cần thiết cho hấp thụ, năng lượng hoạt tính,
tính chất và chiều dày của lớp hấp thụ.
2.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện cứng
2.4.1. Độ nhám bề mặt và phương pháp đánh giá
a. Độ nhám bề mặt
Độ nhám bề mặt hay còn gọi là nhấp nhô tế vi là tập hợp tất cả những bề
mặt lồi, lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trong một phạm vi chiều dài

chuẩn rất ngắn (l).Chiều dài chuẩn l là chiều dài dùng để đánh giá các thông số
của độ nhám bề mặt (với l = 0,01 đến 25mm).

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


-24-
Ngoài ra độ nhám bề mặt còn được đánh giá qua chiều cao nhấp nhô lớn
nhất R
max
. Chiều cao nhấp nhô R
max
là khoảng cách giữa hai đỉnh cao nhất và
thấp nhất của độ nhám (prôfin bề mặt trong giới hạn chiều dài chuẩn l).
b. Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt
Để đánh giá độ nhám bề mặt người ta thường dùng các phương pháp sau
đây:
*) Phương pháp quang học (dùng kính hiển vi Linich). Phương pháp này đo
được bề mặt có độ nhẵn bóng cao (độ nhám thấp) thường từ cấp 10 đến cấp 14.
*) Phương pháp đo độ nhám R
a
, R
z
, R
max
v.v… bằng máy đo prôfin.
Phương pháp này sử dụng mũi dò để đo prôfin lớp bề mặt có cấp độ nhẵn tới cấp
11. Tuy nhiên đối với các bề mặt lỗ thường phải in bằng chất dẻo bề mặt chi tiết
rồi mới đo bản in trên các máy đo độ nhám bề mặt.
*) Phương pháp so sánh, có thể làm theo hai cách:

- So sánh bằng mắt: Trong các phân xưởng sản xuất người ta mang vật mẫu
so sánh với bề mặt gia công và kết luận xem bề mặt gia công đạt cấp độ bóng
nào. Tuy nhiên phương pháp này chỉ cho phép xác định được cấp độ bóng từ cấp
3 đến cấp 7 và có độ chính xác thấp, phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của
người thực hiện.
- So sánh bằng kính hiển vi quang học.
2.4.2. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ
a. Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt

Phương pháp gia công
Mức độ biến cứng
(%)
Chiều sâu lớp biến
cứng (m)
Tiện thô
120  150
30  50
Tiện tinh
140  180
20  60
Phay bằng dao phay mặt đầu
140  160
40  100
Phay bằng dao phay trụ
120  140
40  80
Khoan và khoét
160  170
180  200

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


-25-
Doa
150  160
150  200
Chuốt
150  200
20 75
Phay lăn răng và xọc răng
160  200
120  200
Cà răng
120  180
80  100
Mài tròn thép chưa nhiệt luyện
140  160
30  60
Mài tròn thép ít cacbon
160  200
30  60
Mài tròn ngoài các thép sau nhiệt
luyện
125  130
20  40
Mài phẳng
150
16  25

Bảng 2.1. Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của các
phương pháp gia công cơ

Trong quá trình gia công cơ dưới tác dụng của lực cắt, mạng tinh thể của
lớp kim loại bề mặt bị xô lệch và gây biến dạng dẻo ở vùng trước và vùng sau
lưỡi cắt. Phoi được tạo ra do biến dạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng trượt.
Trong vùng cắt, thể tích riêng của kim loại tăng còn mật độ kim loại giảm làm
xuất hiện ứng suất. Khi đó nhiều tính chất của lớp bề mặt thay đổi như giới hạn
bền, độ cứng, độ giòn được nâng cao, ngược lại tính dẻo dai lại giảm, v.v… Kết
quả là lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội và có độ cứng tế vi rất cao. Mức độ
biến cứng và chiều sâu của lớp biến cứng phụ thuộc vào các phương pháp gia
công và các thông số hình học của dao. Cụ thể là phụ thuộc vào lực cắt, mức độ
biến dạng dẻo của kim loại và nhiệt độ trong vùng cắt. Lực cắt làm cho mức độ
biến dạng dẻo tăng, kết quả là mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề
mặt tăng. Nhiệt sinh ra ở vùng cắt sẽ hạn chế hiện tượng biến cứng bề mặt. Như
vậy mức độ biến cứng của lớp bề mặt phụ thuộc vào tỷ lệ tác động giữa hai yếu
tố lực cắt và nhiệt sinh ra trong vùng cắt. Khả năng tạo ra mức độ và chiều sâu
biến cứng của lớp bề mặt của các phương pháp gia công khác nhau được thể hiện
trong bảng 2.1.
Qua nghiên cứu bằng mô hình nhiệt cắt đồng thời tiến hành thực nghiệm
nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính mũi dao đến chiều sâu lớp biến cứng (lớp