Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến quá trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi phay thép SUS 304

ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP



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



NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CƠNG
NGHỆ ĐẾN Q TRÌNH TẠO PHOI VÀ CHẤT
LƯỢNG BỀ MẶT KHI PHAY THÉP SUS 304










HÀ ĐỨC THUẬN

THÁI NGUN, 2013

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 2
ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP



HÀ ĐỨC THUẬN


NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CƠNG
NGHỆ ĐẾN Q TRÌNH TẠO PHOI VÀ CHẤT
LƯỢNG BỀ MẶT KHI PHAY THÉP SUS 304

CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái Ngun, 2013
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC




TS. Trần Minh Đức
HỌC VIÊN




Hà Đức Thuận
KHOA ĐÀO TẠO SĐH





BGH TRƯỜNG ĐHKTCN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 3
LỜI CAM ĐOAN


Với danh dự là một giảng viên đại học tơi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu
của tơi. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng
được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác, trừ những phần tham khảo đã
được ghi rõ trong luận văn.












Tác giả




HÀ ĐỨC THUẬN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 4
LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tơi xin được cảm ơn TS. Trần Minh Đức, Phó hiệu trưởng -
Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp, thầy hướng khoa học của tơi về tình cảm,
sự tận tình dành cho tơi trong nghiên cứu, những đóng góp q báu của Thầy
trong nghiên cứu và viết luận văn đã giúp tơi hồn thành luận văn này.
Tơi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ vơ tư của Thầy Lê
Viết Bảo Giám đốc Cty TNHH cơ khí Vĩnh Thái về cơ sở vật chất, dụng cụ
trong suốt thời gian làm luận văn.
Tơi muốn được cám ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Kỹ thuật Cơng
nghiệp-Đại học Thái Ngun, Bộ mơn Chế tạo máy, Trung tâm thí nghiệm đã
dành cho tơi những điều kiện thuận lợi nhất giúp tơi hồn thành nghiên cứu của
mình.


Học viên




HÀ ĐỨC THUẬN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 5

MỞ ĐẦU Trang
1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Mục đích của nghiên cứu
3. Đối tượng nghiên cứu

4. Phương pháp nghiên cứu
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
6. Nội dung của luận văn
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG VẬT LIỆU THÉP KHƠNG GỈ
1.1 Tổng quan về thép khơng gỉ và tính gia cơng của thép khơng gỉ
1.1.1 Tổng quan về thép khơng gỉ
1.1.2 Tổng quan về tính gia cơng của thép khơng gỉ
1.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính gia cơng của vật liêu
1.2.1 Tính chất cơ học của vật liệu
1.2.2 Biến dạng và hình thành phoi
1.2.3 Lực cắt
1.2.4 Nhiệt cắt
1.2.5 Mòn và tuổi bền dụng cụ
1.2.6 Vận tốc cắt vật liệu
1.2.7 Chất lượng bề mặt gia cơng
1.2.8 Độ chính xác gia cơng
1.3 Tổng quan các nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ
đến tính gia cơng của thép khơng gỉ trong và ngồi nước
1.3.1 Khái qt về tình hình nghiên cứu trên thế giới
9
9
9
10
10
10


12
12

13
18
18
19
20
20
21
21
22
23

23
23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 6
1.3.2 Khái qt về tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
1.3.3 Vấn đề nghiên cứu
Chương 2
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q TRÌNH TẠO PHOI
VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CƠNG SUS 304
2.1 Bản chất vật lý q trình tạo phoi
2.2 Các yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến q trình tạo phoi và chất
lượng bề mặt khi gia cơng
2.2.1 Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt
2.2.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt
2.2.3 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội
2.3 Giới hạn nghiên cứu
2.4 Phương pháp nghiên cứu
Chương 3
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA V, S
ĐẾN Q TRÌNH TẠO PHOI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ

MẶT KHI PHAY MẶT PHẲNG VẬT LIỆU SUS 304
3.1 Đặc điểm q trình tạo phoi khi gia cơng thép SUS 304
3.2 Xây dựng hệ thống thí nghiệm
3.1.1 u cầu của hệ thống thí nghiệm
3.1.2 Hệ thống thí nghiệm
3.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
3.4 Các bước tiến hành thí nghiệm
3.5 Kết quả thí nghiệm và nhận xét
KẾT LUẬN CHUNG
25
25



27

29
29
30
33
34
35




36
39
39
39

41
41
43
53
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 7
PHỤ LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
54
57
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 8

DANH MỤC CÁC BẢNG Trang
Bảng 1. Thành phần hóa học vật liệu gia cơng
Bảng 2. Cơ tính vật liệu gia cơng
Bảng 3. Đặc trưng vật lý vật liệu gia cơng
Bảng 4. Ma trận thí nghiệm
Bảng 5. Kết quả thí nghiệm
38
38
38
44
45


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang
Hình 1.1 Tính gia cơng tương đối của các loại thép khơng gỉ thơng
dụng và các mác dễ gia cơng tương đương [1]
Hình 2.1 Các vùng biến dạng dẻo khi cắt kim loại [4]

Hình 2.2 Sơ đồ hóa miền tạo phoi [6]
Hình 2.3 Quan hệ giữa vận tốc cắt và hệ số co rút phoi K [6]
Hình 2.4 Quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao [6]
Hình 3.1 Mặt ngồi cùng và mặt tiếp xúc với dao của phoi (độ
phóng đại 25 lần)
Hình 3.2. Hình ảnh phoi phóng đại 100 lần
Hình 3.3 Máy phay đứng CNC VMC-85S
Hình 3.4 Mảnh dao M1025R08 SANDVIK
Hình 3.5 Phơi thép SUS 304
Hình 3.6 Thiết bị đo nhám Mitutoyo SJ-201
Hình 3.7 Kính hiển vi điện tử qt TESCAN
Hình 3.7 Thiết bị đo lực KISLER 9257BA
Hình 3.9 Ảnh hưởng của các yếu tố đến Ra
Hình 3.9 Đồ thị ảnh hưởng của v,S đến Ra
Hình 3.10 Ảnh hưởng của các yếu tố lần lượt đến Fx,Fy, FZ
Hình 3.11 Đồ thị ảnh hưởng của S, V đến Fx
Hình 3.12 Đồ thị ảnh hưởng của S, V đến Fy
Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng của S, v đến Fz
Hình 3.14. Mòn mặt trước (v=125 m/ph; S=0.2 mm/răng)
Hình 3.15. Mòn mặt sau (v=125 m/ph; S=0.2 mm/răng)

16
29
32
33
34

40
40
42

42
42
42
42
43
45
46
48
49
49
49
50
50
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 10
Hình 3.16 Đồ thị ảnh hưởng của S, V đến lượng mòn h
Hình 3.17. Cấu trúc tế vi bề mặt (v = 200 m/ph; S = 0.3 mm/răng)
Hình 3.18. Cấu trúc tế vi bề mặt (v = 175 m/ph; S = 0.3 mm/răng)
Hình 3.19. Cấu trúc tế vi bề mặt (v = 125 m/ph; S = 0.3 mm/răng)
Phụ lục 1. Ảnh SEM cấu trúc tế vi bề mặt chi tiết sau gia cơng
Phụ lục 2. Ảnh SEM mặt trước của dao sau gia cơng
Phụ lục 3. Một số hình ảnh thí nghiệm
51
53
53
53
54
55
56

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 11

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thép khơng gỉ (đặc biệt là SUS 304) được sử dụng rất phổ biến trong cơng
nghiệp hố chất, đồ gia dụng, cơng nghiệp tầu thuỷ và gần đây được sử dụng làm
khn trong ngành y tế [17].
Trong cơng nghệ khn mẫu, việc mài thép khơng gỉ gặp một số khó
khăn: vật liệu dẻo, bền nhiệt gây dính bết, q trình tạo phoi rất khó khăn, nhiệt
cắt sinh ra rất lớn Do đó, xu hướng ngày nay khi gia cơng thép khơng gỉ
thường sử dụng các phương pháp gia cơng có lưỡi cắt xác định thay cho mài
[1,2,3].
Trong q trình cắt kim loại, q trình hình thành và biến dạng của phoi
quyết định đến cơng suất cắt, lực cắt, nhiệt cắt và ảnh hưởng đến độ chính xác
gia cơng và tuổi bền của dụng cụ cắt [5,6,7]. Do vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng
của một số chế độ cắt đến q trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi phay mặt
phẳng trên vật liệu SUS 304 là cấp thiết.
Xuất phát từ các u cầu trên, tác giả lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên
cứu ảnh hưởng của chế độ cơng nghệ đến q trình tạo phoi và chất lượng bề
mặt khi phay thép SUS 304.”
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến q trình tạo phoi xảy ra khi gia
cơng thép SUS 304 từ đó đưa ra các giải pháp cơng nghệ nhằm nâng cao chất
lượng bề mặt sau khi gia cơng.
3. Đối tượng nghiên cứu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 12
Q trình phay mặt phẳng trên vật liệu SUS 304, sử dụng dao phay mặt
đầu gắn mảnh HKC M1025R08 SANDVIK, bơi trơn tưới tràn dùng dung dịch
Emuxil
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm
5. Ý nghĩa

1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ xung lý thuyết cơ bản về
ảnh hưởng của một số chế độ cắt đến q trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi
phay mặt phẳng trên vật liệu SUS 304, trên cơ sở đó có thể ứng dụng trong cơng
nghệ khn mẫu.
2. Ý nghĩa thực tiễn
Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong gia cơng khn mẫu phụ vụ ngành cơng
nghiệp dược phẩm tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam.
6. Nơi dung luận văn
Ngồi lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính gồm 3
chương và phần kết luận chung.
Chương I: Tổng quan về gia cơng vạt liệu thép khơng gỉ
Chương này tác giả tơng quan về thép khơng gỉ, tính gia cơng của thép
khơng gỉ, các nghiên cứu đã cơng bố trong và ngồi nước về gia cơng thép
khơng gỉ và định hướng nghiên cứu của đề tài
Chương II: Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình tạo phoi và chất
lượng bề mặt khi gia cơng thép khơng gỉ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 13
Chương này tác giả nghiên cứu lý thuyết về ảnh hưởng của các yếu tố
cơng nghệ đến q trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi gia cơng thép khơng
gỉ, giới hạn vấn đề nghiên cứu và đưa ra mơ hình nghiên cứu.
Chương III: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cơng
nghê đến q trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi phay thép SUS 304
Nghiên cứu thực nghiệm đặc điểm q trình tạo phoi khi phay SUS 304
Nghiên cứu ảnh hưởng của V, S đến nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt, cấu
trúc tế vi bề mặt và lực cắt khi phay SUS 304
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 14
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG VẬT LIỆU THÉP KHƠNG RỈ
1.1 Tổng quan về thép khơng gỉ và tính gia cơng của thép khơng gỉ

1.1.1 Tổng quan về thép khơng gỉ
Thép khơng gỉ là hợp kim nền thép trong đó %Cr>10.5%. Crom tác dụng
với Oxy ngồi khơng khí tạo ra lớp oxit crom mỏng, trong suốt bảo vệ kim loại.
Các ngun tố hợp kim khác như Molybden làm tăng khả năng ngăn chặn sự
xâm nhập của chlorith. Niken nâng cao khả năng bảo vệ trong mơi trường axit
mạnh [1-3]
Các loại thép khơng gỉ có thể chia thành 5 họ khác nhau. Bốn họ dựa
trên tính chất cấu trúc tế vi của các hợp kim trong họ: ferit, mactenxit, austenit
hay duplex (austenit cộng ferit). Họ thứ năm, hợp kim tơi nhanh (precipitaton-
hardenable), dựa trên loại chế độ xử lý nhiệt được sử dụng hơn là cấu trúc tế vi.
Thêm vào đó, các loại thép khơng gỉ có thể chia thành hợp kim khó gia cơng và
dễ gia cơng. Hợp kim dễ gia cơng tạo thành một nhóm giới hạn bao gồm một vài
hợp kim của năm họ cơ bản.
Việc kí hiệu thép khơng gỉ là việc làm phức tạp bởi sự tăng nhanh của
các hệ thống cạnh tranh ở cả Mỹ và nước ngồi. Hệ thống kí hiệu được dùng
rộng rãi nhất là kí hiệu của AISI. Gần đây Unifed Numbering System (UBS)
dùng để xác định các loại vật liệu kim loại bao gồm thép khơng gỉ đã được đưa
vào sử dụng. Các số UBS kết hợp với các phần số hóa của các định nghĩa AISI
để đơn giản hóa việc nhận dạng.[1-3]
Thép khơng gỉ được ứng dụng nhiều từ các sản phẩm gia dụng, máy móc
đến các thiết bị trong mơi trường cơng nghiệp khắc nghiệt. Các loại thép khơng
gỉ hiện nay cung cấp một khoảng rộng các tính chất, từ các hợp kim có cơng thức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 15
đặc biệt có khả năng làm việc trong mơi trường khắc nghiệt nhất cho đến các loại
phù hợp một cách lý tưởng cho gia cơng hay chế tạo.
Thép khơng gỉ được sử dụng rộng rãi trong thực tế do các lý do chủ yếu
sau:
- Khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt. Thép khơng gỉ tùy theo thành
phần có khả năng chống mòn đối với điều kiện mơi trường axit, ẩm và tác động
của nhiệt độ cao hay thấp.

- Độ bền cơ học cao. Các chi tiết làm bằng thép khơng gỉ thường là bền
và dẻo dai hơn so với thép cán và kim loại màu kể cả trong mơi trường nhiệt độ
cao hay hàng trăm độ âm.
- Độ bền lâu. Sự kết hợp khả năng chống ăn mòn và độ bền cơ học làm
cho các sản phẩm có tuổi bền làm việc lâu và ít sai hỏng.
- Chi phí bảo dưỡng thấp. Khách hàng dân dụng và cơng nghiệp thích
thép khơng gỉ vì khơng cần phải phủ lớp bảo vệ hay các xử lý bề mặt đặc biệt
khác để tránh sản phẩm xuống cấp.
- Hình thức sản phẩm. Sản phẩm cho dù được đánh bóng hay chỉ cần gia
cơng lần cuối trên máy tự động đều có thể cho độ bóng và tính ánh kim lâu bền.
- Tính linh hoạt trong chế tạo. Thép khơng gỉ có thể cắt gọt, dập nguội,
rèn hay hàn bằng các cơng cụ hay kĩ thuật hiện đại.[1-3]
1.1.2 Tổng quan về tính gia cơng của thép khơng gỉ
Tính gia cơng là một trong những tính chất cơng nghệ quan trọng của vật
liệu. Xác định những tính chất của vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất,
chất lượng khi gia cơng bằng cắt gọt là rất cần thiết.
Tính gia cơng của vật liệu liên quan trực tiếp với thành phần hóa học và
cấu trúc của vật liệu, nó còn chịu ảnh hưởng rất lớn, rất phức tạp của tính chất cơ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 16
học, tính nhiệt vật lý Những vấn đề trên lại phụ thuộc vào mạng tinh thể của
vật liệu.
Tính gia cơng của vật liệu lại còn phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt, kết
cấu dụng cụ cắt và điều kiện bơi trơn làm nguội. Tính gia cơng phụ thuộc vào
tính chất của phương pháp gia cơng cụ thể.
Một trong những khái niệm về tính gia cơng thường hay được sử dụng là
tính gia cơng động học và động lực học:
- Tính gia cơng động học là tính gia cơng được xác định theo quan điểm
về vận tốc tách bóc vật liệu.
- Tính gia cơng động lực học là tính gia cơng được xét theo quan điểm
lực cắt.

Ngồi ra, còn rất
nhiều khái niệm tính gia
cơng khác nhau như tính
gia cơng theo quan điểm
chất lượng bề mặt, tính gia
cơng theo quan điểm độ
mòn và tuổi bền của
dao [7]
Nói chung, vật liệu
càng cứng càng khó gia
cơng. Tuy nhiên, tính gia cơng bị ảnh hưởng trực tiếp nhiều hơn bởi cấu trúc tế
vi hơn là độ cứng. Tính gia cơng của nhiều loại hợp kim có thể được cải thiện
nếu cấu trúc tế vi có dạng hai pha trong đó có một pha giòn hoặc dễ cắt phân bố
trên tồn bộ ma trận vật liệu dẻo thứ hai [1].

Hình 1.1 Tính gia cơng tương đối của các loại thép
khơng gỉ thơng dụng và các mác dễ gia cơng tương
đươ
ng
[1]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 17
Tính gia cơng tương đối của các loại thép khơng gỉ thơng dụng và các
mác dễ gia cơng tương đương được mơ tả trên hình 1.1. Nếu coi tính gia cơng
của mác thép khơng gỉ dễ gia cơng AISI 416 là 100% thì tính gia cơng tốt nhát
của thép SUS 304 chỉ đạt từ 50% đến 60%. Các loại thép khơng gỉ được mơ tả
có tính dính trong khi cắt, cho thấy xu thế tạo ra phoi dây, tạo ra lẹo dao. Điều
này dẫn đến giảm tuổi bền dao và giảm chất lượng bề mặt. Các đặc tính chung
này là do các thuộc tính sau đây: độ bền cao, độ bền uốn lớn, độ dai lớn và rất
mềm, tốc độ tơi cao, độ dẫn nhiệt thấp.[1-3]

Các hợp kim ferit và mactenxit, các hợp kim dễ gia cơng ferit và các
hợp kim mactenxit ủ, hàm lượng cacbon thấp là các loại dễ gia cơng nhất trong
thép khơng gỉ. Các hợp kim ferit thường có hàm lượng Cr thấp và các hợp kim
mactenxit ủ có lượng cacbon thấp chỉ có Cr thường là dễ gia cơng hơn so với
phần lớn các loại thép hợp kim bình thường. Các hợp kim ferit có hàm lượng Cr
cao hơn được coi là khó gia cơng hơn so với các thép hợp kim có hàm lượng Cr
thấp hơn vì tính dính và tạo phoi dài khi cắt.
Ngồi việc khơng có phụ gia tạo ra các mác dễ gia cơng, tính gia cơng
của các loại thép khơng gỉ mactenxit bị ảnh hưởng bởi các biến sau:
+ Độ cứng
+ Hàm lượng cacbon
+ Hàm lượng Ni
+ Sự cân bằng giữa các pha, tức là phần trăm ferit tự do hay ferit δ trong
ma trận mactenxit.
Việc tăng độ cứng đối với một hợp kim cụ thể dẫn đến giảm tính gia
cơng khi đo bằng nhiều tiêu chí khác nhau (tuổi bền dụng cụ, tính dính khi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 18
khoan ) trong những giới hạn nhất định. Tuy nhiên chất lượng bề mặt có thể
được nâng cao bằng cách gia cơng các loại vật liệu cứng hơn.
Trong các mác mactenxit, tính gia cơng giảm đi khi hàm lượng cacbon
tăng dần trong các mác từ S41000, S42000 tới S44004 hay từ S41600/S4123,
S42020/S42023 tới S44020/S44023.
Hàm lượng Ni cũng ảnh hưởng đến tính gia cơng thơng qua hiện tượng
làm tăng độ cứng thép ủ. Kết quả là thép S42400 và 43100 sẽ khó gia cơng hơn
S41000 trong điều kiện ủ.
Thay đổi trong cân bằng pha được dùng để tăng tính gia cơng của thép
S41600. Người ta thường thấy rằng việc tăng ferit tự do hay ferit δ làm tăng tính
gia cơng, bao gồm tuổi bền của dao và chất lượng bề mặt. Việc tạo ra tỉ lệ ferit
cao hơn cũng làm giảm độ cứng.[1]
Hợp kim austenit. Tính khó gia cơng của thép khơng gỉ austenit có đặc

điểm riêng khi so sánh với các loại thép khơng gỉ nói chung. So với các loại thép
khơng gỉ ferit và mactenxit, các hợp kim austenit có tỷ lệ biến cứng nguội cao
hơn, độ bền uốn và độ bền kéo lớn, độ dẻo dai cao hơn. Khi gia cơng thép khơng
gỉ austenit, đặc biệt là thép khơng gỉ tiêu chuẩn, có một vài đặc điểm sau:
+ Dao nóng hơn và có xu hướng tạo lẹo dao lớn hơn.
+ Phoi có dạng dây và có xu hướng cuốn thành búi, làm cho q trình
loại bỏ chúng khó khăn.
+ Rung động dễ xảy ra hơn nếu độ cứng vững của hệ thống cơng nghệ
khơng đảm bảo hay bị q giới hạn.
+ Bề mặt gia cơng bị biến cứng và khó gia cơng nếu q trình cắt bị
dừng hay bước tiến q nhỏ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 19
Với các đặc điểm trên, chú ý chung cho gia cơng thép khơng gỉ cần đặc
biệt quan trọng đối với các hợp kim austenit
Hiện tượng biến cứng vừa phải được cho là có lợi với các tính chất cắt
gọt của thép khơng gỉ austenit. Biến cứng nguội sẽ làm giảm tính dẻo của vật
liệu, làm phoi sạch hơn và hạn chế xu hướng tạo lẹo dao. Đều này tạo ra chất
lượng bề mặt tốt hơn nhưng phần nào đó làm giảm tuổi bền của dao do độ cứng
vật liệu gia cơng tăng cao.
Chất lượng bề mặt có thể được nâng cao bằng tăng mức độ biến cứng ở
hợp kim bình thường (S30400, S31600). Xu hướng giảm rung động của dao khi
tăng mức độ biến cứng đã được nhận thấy đối với cách này.[1-3]
Việc thêm Mn hay Cu có thể tăng tính gia cơng và giảm tỷ lệ biến cứng
của thép khơng gỉ austenit có tỷ lệ hợp kim thấp. Các hợp kim dễ gia cơng
austenit có Mn và/hoặc Cu bao gồm các mác S20300, S30310, S30330 và
S30431. Mặc dù tỷ lệ hợp kim cao hơn sẽ làm giảm tỷ lệ biến cứng nguội, các
thép khơng gỉ austenit hợp kim cao như S30900, S31000 và N08020 có xu
hướng khó gia cơng.
Cacbon và Nito có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ biến cứng và độ cứng của
thép khơng gỉ austenit. Hàm lượng của một hay cả hai ngun tố cao sẽ làm

giảm tính gia cơng. Do đó, các hợp kim austenit có hàm lượng N cao như
S20910 và 28200 khó gia cơng hơn so với hợp kim austenit tiêu chuẩn có hàm
lượng N thấp hơn.
Các ngun tố tạo ra các-bít và nitrit mạnh bao gồm Ti và Niobi được
dùng trong các mác thép khơng gỉ như S32100 và S34700 để ngăn cản q trình
các-bít hóa biên giới hạt có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn biên giới hạt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 20
Tuy nhiên, các tạp chất dạng các-bít và nitrit có tính mài mòn cao sẽ làm tăng tốc
độ mòn của dao.
Hợp kim duplex (S32950) có độ cứng gần bằng so với hợp kim austenit
có hàm lượng N cao (S20910), nhưng có tính gia cơng cao hơn. Tuy vậy, tính gia
cơng khơng giống như hợp kim tiêu chuẩn hay loại có tính gia cơng được nâng
cao.
Các loại hợp kim duplex có hàm lượng N cao được xác định là gia cơng
giống như loại S32950. Hiện nay, trên thị trường khơng có các mác hợp kim có
tính gia cơng được nâng cao.
Tính gia cơng các hợp kim tơi nhanh phụ thuộc vào loại hợp kim và độ
cứng. Thép khơng gỉ mactenxit tơi nhanh thường được gia cơng trong điều kiện
xử lý nhiệt. Do đó, chỉ cần một giai đoạn hóa già sau đó là có thể đạt độ bền như
mong muốn của sản phẩm. Trong điều kiện này, độ cứng tương đối cao hạn chế
tính gia cơng của phơi. Phần lớn các hợp kim loại này có độ khó gia cơng gần
giống nhau hoặc phần nào đó khó khăn hơn hợp kim austenit tiêu chuẩn như
S30400.
Các thép khơng gỉ mactenxit tơi nhanh cũng có thể gia cơng ở điều kiện
đã tơi do đó có thể tránh phải xử lý nhiệt sau gia cơng và đảm bảo độ chính xác
gia cơng cao hơn. Mức độ dễ dàng khi gia cơng thường thay đổi theo độ cứng
hay điều kiện xử lý nhiệt.
Trong điều kiện ủ và có cấu trúc austenit, các hợp kim bán austenit có
thể có khó khăn khi gia cơng, ở mức độ nào đó khó gia cơng hơn hợp kim
S30200 và các loại tương tự, do có tỷ lệ biến cứng cao. Các hợp kim S35000 và

S35500 có thể được cung cấp với cấu trúc cân bằng, cấu trúc có tính gia cơng tốt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 21
Còn các hợp kim tơi nhanh mactenxit có mức độ khó khăn gia cơng tăng theo độ
cứng sau khi hóa già.[1]
1.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính gia cơng
1.2.1. Tính chất cơ học của vật liệu
Vật liệu có độ bền, độ cứng càng cao thì ảnh hưởng khơng tót của nó đến
q trình gia cơng là rất lớn. Vì vậy, tính gia cơng sẽ tỷ lệ nghịch với tính chất cơ
lý của vật liệu gia cơng.
Khi gia cơng, độ cứng thường được dùng như phép đo tương đối của
tính gia cơng, vật liệu càng cứng thì tính gia cơng càng kém. Tuy nhiên, thép với
thành phần cacbon thấp dẻo hơn và có xu hướng hình thành lẹo dao với tính gia
cơng thấp hơn là dự đốn. Ảnh hưởng của cơ lý tính vật liệu đến tính gia cơng
của vật liệu chế tạo máy là rất lớn, đơi khi nó quyết định đến tính gia cơng của
vật liệu.[7]
1.2.2 Biến dạng và hình thành phoi
Khi cắt, để tạo ra phoi, lực tác dụng từ dao cần phải đủ lớn để tạo ra
trong lớp kim loại bi cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu gia cơng.
Hình 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.
Việc nghiên cứu q trình tạo phoi có ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của
cơng suất cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia cơng phụ thuộc rõ rệt
vào q trình tạo phoi.[4-7]
Đánh giá biến dạng phoi dùng hệ số co giãn phoi:
- Hệ số co giãn phoi theo chiều dọc:
K
L
=L
0
/L

f

Trong đó:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 22
L
0
chiều dài lớp kim loại bị cắt đo trên phơi
L
f
Chiều dài thực tế của phoi
K
L
Hệ số co giãn phơi theo chiều dọc
- Hệ số co giãn phoi theo chiều dầy:
K
a
=a
f
/a
Trong đó:
a
f
chiều dầy của phoi
a chiều dầy lớp cắt kim loại được cắt trên phơi
K
a
Hệ số co giãn phoi theo chiều dầy
- Hệ số co giãn phoi theo chiều rộng
K
b

=b
f
/b
Trong đó:
b
f
chiều rộng của phoi
b chiều rộng lớp cắt kim loại được cắt trên phơi
K
b
Hệ số co giãn phoi theo chiều rộng
Hệ số co giãn phoi biểu thị mức độ biến dạng trung bình của phoi. Căn
cứ vào hệ số co giãn, có thể tìm ra các quan hệ ảnh hưởng giữa các yếu tố khi cắt
với q trình biến dạng khi cắt.[6-7]
1.2.3 Lực cắt
Trong q trình cắt, dưới tác dụng của dao, kim loại gia cơng bị biến
dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Cùng một lúc, khi biến dạng lớp cắt, dao chịu tác
dụng lên mặt trước và mặt sau các lực tương ứng. Đây là một trong những chỉ
tiêu để đánh giá tính gia cơng từ quan điểm lực cắt.
Lực cắt chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như tốc độ cắt, vật liệu gia
cơng, vật liệu làm dao
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 23
Tính gia cơng phụ thuộc rất nhiều vào lực cắt. Lực cắt lớn thì tính gia
cơng sẽ thấp và ngược lại. Đánh giá theo quan điểm lực cắt là vật liệu cắt với lực
cắt nhỏ thì tính gia cơng tốt trong cùng điều kiện: phương pháp gia cơng, dao,
chế độ cắt, điều kiện cắt.[7]
1.2.4 Nhiệt cắt
Nguồn nhiệt phát sinh trong q trình cắt là do cơng tiêu hao để lại như:
biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo lớp bị cắt và lớp tiếp xúc giữa bề mặt đã gia
cơng với dao, hay để khắc phục ma sát trên mặt trước của dao với phoi và mặt

sau của dao với phơi.
Đánh giá tính gia cơng theo quan điểm nhiệt cắt là cắt vật liệu gia cơng
với nhiệt cắt càng nhỏ thì tính gia cơng của vật liệu càng tốt, nhiệt cắt là hệ quả
của lực cắt. Khảo sát ảnh hưởng của tính gia cơng vật liệu theo nhiệt cắt cũng
như với lực cắt.[7]
1.2.5 Mòn và tuổi bền dụng cụ
Trong q trinh cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động
tiếp xúc với mặt sau của dao gây lên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ. Mài
mòn dụng cụ cắt là hiện tượng phức tạp xảy ra theo các hiện tượng lý hóa ở các
bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia cơng. Khi mài mòn, dạng và
thơng số hình học của phần cắt dụng cụ cắt thay đổi gây nên các hiện tượng vật
lý sinh ra trong q trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt ) và ảnh hưởng xấu đến chất
lượng bề mặt chi tiết gia cơng. Trong q trình cắt, áp lực lên bề mặt tiếp xúc lớn
hơn rất nhiều so với áp lực làm việc của chi tiết máy và dụng cụ bị mài mòn theo
nhiều dạng khác nhau như mòn theo mặt sau, mòn theo mặt trước [7]
Đánh giá tính gia cơng của vật liệu theo quan điểm độ mòn và tuổi bền
của dụng cụ cắt có nghĩa là xem xét ảnh hưởng của vật liệu gia cơng tới mòn và
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 24
tuổi bền của dụng cụ cắt. Vật liệu khi cắt cho tuổi bền của dao thấp thì tính gia
cơng thấp và ngược lại.[7]
1.2.6 Vận tốc cắt vật liệu
Đây là một trong những quan điểm được sử dụng rộng rãi, vật liệu gia
cơng được cắt với vận tốc cắt cao thì được gọi là có tính gia cơng tốt.[7]
Vận tốc cắt là một trong những yếu tố cơ bản của lực cắt, nếu lực cắt
càng lớn thì tính gia cơng càng thấp. Vì vậy, để đánh giá tính gia cơng của vật
liệu trên quan điểm vận tốc cắt có nghĩa là đi xem xét ảnh hưởng của vận tốc cắt
tới lực cắt, nó được biểu hiện qua 4 điểm sau:
+ Ảnh hưởng đến độ lớn của miền tạo phoi và biến dạng trong miền tạo
phoi
+ Ảnh hưởng đến nhiệt độ của vật liệu biến dạng

+ Xác định vận tốc tải trọng vật liệu của chi tiết gia cơng
+ Ảnh hưởng đến độ lớn hệ số ma sát trên mặt trước, mặt sau và sự xuất
hiện cũng như độ lớn của lẹo dao.[7]
1.2.7 Chất lượng bề mặt gia cơng
Chất lượng bề mặt gia cơng như một tiêu chí đánh giá tính gia cơng của
vật liệu. Chất lượng bề mặt càng tốt thì vật liệu càng dễ gia cơng. Trong thực tế,
chất lượng bề mặt của chi tiết máy có ý nghĩa quan trọng để dảm bảo tuổi thọ
của chúng.
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt bao gồm:
+ Độ nhám bề mặt hay còn gọi là độ nhấp nhơ tế vi
+ Độ sóng bề mặt.
+ Độ cứng tế vi hay cấu trúc tế vi lớp bề mặt
+ Ứng suất dư bề mặt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 25
Đánh giá tính gia cơng theo chất lượng bề mặt thường được sử dụng khi
gia cơng tinh. [7]
1.2.8 Độ chính xác gia cơng
Độ chính xác gia cơng là mức độ đạt được khi gia cơng các chi tiết thực
so với độ chính xác thiết kế đề ra. Trong thực tế, độ chính xác gia cơng thường
được biểu hiện bằng sai lệch về kích thước và sai lệch về hình dáng. Sai lệch gia
cơng càng lớn tức là độ chính xác gia cơng càng kém
Trong q trình gia cơng bằng bất kì phương pháp nào đều phải dựa vào
hình dáng và kích thước đã thiết kế. Trong thực tế, khó có thể đạt được u cầu
lý tưởng. Hình dáng kích thước thực so với u cầu thiết kế có những sai lệch
nhất định, do vậy người ta đánh giá tính gia cơng trên quan điểm độ chính xác
gia cơng thơng qua sai số của q trình gia cơng.[7]
1.3 Tổng quan các ngun cứu ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ đến tính
gia cơng của thép khơng gỉ trong và ngồi nước
1.3.1 Khái qt về tình hình nghiên cứu trên thế giới
E. Kuram và các cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng một số loại dầu thực

vật (VBCFs) khi phay thép khơng gỉ AISI 8640 bằng dụng cụ cắt ceramic đến
lực cắt, nhám bề mặt và mòn dụng cụ cắt. Kết quả thấy rằng, dầu thực vật thêm
phụ gia tăng áp SCF II 8%EP (Sunflower cutting fluid) và CCF 8%EP (Canola
cutting fluid) mang lại hiệu quả hơn hẳn so với dung dịch trơn nguội emuxil.[8]
Nikhil Ranjan Dhar và các cơng sự nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ
bơi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) đến mòn dao, nhám bề mặt, độ chính xác
kích thước khi tiện thép AISI 4340 sử dụng mảnh dao ISO P30. Kết quả cho thấy
MQL mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc giảm nhiệt độ tại vùng tiếp xúc dao –
phoi và đặc biệt có hiệu quả với vận tốc cắt và lượng chạy dao thấp. MQL giảm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu />