xác định chế độ cắt hợp lý khi tiện có va đập thép 45 qua tôi bằng mảnh hợp kim cứng phủ tialn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



NGUYỄN THANH TÙNG



XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT HỢP LÝ
KHI TIỆN CÓ VA ðẬP THÉP 45 QUA TÔI
BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ TIALN




LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT








THÁI NGUYÊN – NĂM 2015


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP


NGUYỄN THANH TÙNG


XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT HỢP LÝ
KHI TIỆN CÓ VA ðẬP THÉP 45 QUA TÔI
BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ TIALN

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC


PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN








THÁI NGUYÊN – NĂM 2015

i



LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân thực hiện
dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn. Trừ những phần tham
khảo đã được ghi rõ trong luận văn, những kết quả, số liệu nêu trong luận văn
là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Người cam đoan


Nguyễn Thanh Tùng

ii



LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin được cảm ơn PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn, thầy
hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn tận tình
cùng những đóng góp quý báu trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết
luận văn.
Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo – Trường
Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã
dành những điều kiện làm việc tốt nhất cho tôi về cơ sở vật chất, dụng cụ,
máy móc, giúp tôi hoàn thành được nghiên cứu của mình.
Tôi muốn được bày tỏ sự biết ơn của mình đến Ban Giám Hiệu, Khoa
Đào tạo sau Đại học Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã dành những
điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình và bạn bè đã
ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình làm luận văn này.

Tác giả


Nguyễn Thanh Tùng

iii



MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii
PHẦN MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG 4
1.1. Đặc điểm quá trình tạo phoi khi tiện cứng 4
1.1.1. Các hình thái phoi khi cắt kim loại 4
1.1.2. Cơ chế hình thành phoi khi tiện cứng 5
1.2. Lực và ứng suất trong cắt kim loại 8
1.2.1. Mô hình tính toán lực cắt 8
1.2.2. Ứng suất trong dụng cụ cắt 10
1.2.3. Sự phân bố ứng suất trong vùng biến dạng 11
1.2.4. Lực cắt khi tiện cứng 13
1.3. Nhiệt cắt trong quá trình tiện cứng 14
1.3.1. Các nguồn nhiệt trong cắt kim loại 14
1.3.2. Các phương pháp đo nhiệt độ trong cắt kim loại 15
1.3.3. Nhiệt cắt khi tiện cứng 16
1.4. Kết luận chương 1 17
Chương 2. DỤNG CỤ PHUN PHỦ 18
2.1. Các loại vật liệu dụng cụ cắt dùng trong tiện cứng 18
2.1.1. Vật liệu sứ (ceramics) 18

2.1.2. Nitrit Bo lập phương (CBN) 19
2.1.3. Vật liệu phủ 21
2.2. Mòn dụng cụ 24
2.2.1. Khái niệm chung về mòn 24
2.2.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 26
iv



2.2.3. Mòn dụng cụ cắt và cách xác định 29
2.2.4. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt khi tiện cứng 32
2.3. Tuổi bền của dụng cụ 32
2.3.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ khi tiện cứng 33
2.3.2. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 37
2.3.3. Tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 38
2.4. Kết luận chương 2 38
Chương 3. XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT HỢP LÝ KHI TIỆN CÓ VA ĐẬP
THÉP 45 QUA TÔI BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ TIALN 40

3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 40
3.1.1. Cơ sở lý thuyết 40
3.1.2. Thiết kế thí nghiệm 44
3.1.3. Điều kiện biên 48
3.2. Thực nghiệm để xác định chế độ cắt hợp lý khi tiện có va đập thép 45 qua
tôi bằng mảnh dao phủ TiAlN 48

3.2.1. Nội

dung 48
3.2.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm 49

3.2.3. Hàm mục tiêu khi tiện có va đập thép 45 qua tôi 50
3.2.4. Chọn dạng hàm hồi quy 50
3.2.5. Xây dựng kế hoạch thí nghiệm 50
3.2.6. Thực hiện thí nghiệm 51
3.2.7. Phân tích kết quả thí nghiệm 52
3.3. Tuổi bền dụng cụ ở chế độ cắt tối ưu 57
3.4. Khảo sát mòn mảnh dao ở chế độ cắt tối ưu 58
3.5. Kết luận chương 3 60
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

v



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ
Hình Nội dung Trang

Hình 1.1

Cơ chế hình thành dạng phoi ổn định. 4
Hình 1.2

Các dạng phoi phân đoạn. 5
Hình 1.3

Sơ đồ các giai đoạn của quá trình tạo phoi do trượt cục bộ 6
Hình 1.4
Các giai đoạn hình thành phoi răng cưa trong gia công thép
100Cr6.

7
Hình 1.5

Vòng tròn lực khi cắt trực giao của Ernst và Merchant. 9
Hình 1.6

Biến thiên ứng suất pháp và tiếp trên mặt trước dụng cụ. 11
Hình 1.7

Biến thiên ứng suất pháp và tiếp trong mặt phẳng trượt. 12
Hình 1.8

Các khu vực biến dạng là nguồn sinh nhiệt. 15
Hình 2.1
Cấu trúc tế vi của hai loại mảnh dao BZN6000-92%CBN
(High CBN) và BZN8100-70%CBN (Low CBN).
20
Hình 2.2

Lớp phủ nhiều lớp. 24
Hình 2.3

Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn. 26
Hình 2.4

Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện. 29
Hình 2.5
Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng
với thể tích V
c

.t
1
0,6
.
30
Hình 2.6

Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau. 31
Hình 2.7

Vùng mài lại của dụng cụ cắt. 32
Hình 2.8
Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau
của dao thép gió.
34
Hình 2.9

Tuổi bền dụng cụ tính theo thể tích phoi được bóc tách. 35
Hình 2.10

Tuổi bền dụng cụ tính bằng phút. 36
Hình 2.11
Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền với góc trước
γ
n
.
36
Hình 2.12

Quan hệ giữa thời gian cắt, tốc độ cắt và độ mòn của dao. 37

Hình 2.13

Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao. 37
Hình 2.14

Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit). 38
Hình 3.1

Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu. 42
Hình 3.2

Máy tiện CTX 310 eco. 45
Hình 3.3

Các thông số cơ bản của mảnh dao. 46
Hình 3.4

Phôi thí nghiệm. 46
Hình 3.5

Máy đo độ nhám SJ-210. 47
Hình 3.6

Đo nhám bề mặt. 52
Hình 3.7

Nhập số liệu thí nghiệm độ nhám Ra. 53
Hình 3.8

Kết quả phân tích số liệu thí nghiệm độ nhám Ra. 53

Hình 3.9

Đồ thị bề mặt chỉ tiêu. 55
Hình 3.10

Đồ thị đường mức. 55
Hình 3.11

Đồ thị tối ưu. 56
vi



Hình 3.12

Số liệu kết quả tối ưu. 56
Hình 3.13 Quan hệ giữa nhám bề mặt và thời gian gia công. 58
Hình 3.14

Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 10 phút gia công. 59
Hình 3.15

Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 20 phút gia công. 59
Hình 3.16

Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 30 phút gia công. 60

vii



DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT Nội dung Trang

Bảng 2.1

Các thông số chế độ cắt khác nhau của Dawson và
Thomas.

35
Bảng 3.1

Bảng thành phần hóa học thép 45. 47
Bảng 3.2

Giá trị thông số chế độ cắt V, S cho thực nghiệm. 49
Bảng 3.3

Ma trận thí nghiệm. 51
Bảng 3.4

Kết quả độ nhám bề mặt chi tiết gia công. 52
Bảng 3.5

Độ nhám bề mặt gia công ở chế độ cắt tối ưu. 57

1



PHẦN MỞ ðẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
Chất lượng bề mặt gia công là một trong những yêu cầu quan trọng
nhất đối với chi tiết máy vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, độ
bền, độ bền mòn, độ bền mỏi cũng như tuổi thọ của chi tiết máy. Nâng cao
chất lượng bề mặt là một trong những vấn đề rất quan trọng của ngành công
nghệ chế tạo máy. Việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp công nghệ cho
phương pháp gia công tinh lần cuối các bề mặt chi tiết máy, đồng thời tìm ra
những biện pháp công nghệ mới hoàn thiện hơn là một nhiệm vụ cấp bách.
Tiện cứng (hard turning) là phương pháp tiện sử dụng dao bằng các vật
liệu siêu cứng như Carbide phủ CVD, PVD, Nitrit Bo lập phương đa tinh thể
hoặc Ceramic tổng hợp để thay thế cho nguyên công mài khi gia công các vật
liệu có độ cứng cao (40 ÷ 70HRC) [18], [21]. So với mài, tiện cứng có nhiều
ưu điểm vượt trội về khía cạnh kinh tế và sinh thái [29], [32]. Ưu điểm đáng
kể nhất của tiện cứng là có thể dùng một dụng cụ mà vẫn gia công được nhiều
chi tiết có hình dáng khác nhau bằng cách thay đổi đường chạy dao. Trong
khi đó, muốn mài được hình dạng các chi tiết khác nhau thì phải sửa đá hoặc
thay đá khác. Đặc biệt, tiện cứng có thể gia công được những biên dạng phức
tạp mà mài khó có thể thực hiện được. Ngoài ra, chất lượng bề mặt khi tiện
cứng cũng có một số ưu điểm so với mài như ảnh hưởng của nhiệt đến bề mặt

gia công nhỏ do chiều dài và thời gian tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi ngắn,
lớp ứng suất dư nén bề mặt có chiều sâu lớn nhưng vẫn giữ được độ chính xác
kích thước, hình dạng và tính nguyên vẹn bề mặt [17], [19], [23], [38]. Bên
cạnh đó, tiện cứng còn có thể thực hiện gia công khô, không cần sử dụng
dung dịch trơn nguội nên không ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe người
lao động [10], [28]. Tuy nhiên, tiện cứng cũng đòi hỏi máy, hệ thống công
nghệ có độ cứng vững và độ chính xác cao [15].
2



Mặc dù có những ưu điểm nổi bật và đã đạt được sự tăng trưởng mạnh
mẽ trong những năm gần đây, tiện cứng vẫn đang là một công nghệ gia công
mới chưa được nghiên cứu đầy đủ và các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào
quá trình tiện cứng không có va đập. Trong thực tế có nhiều trường hợp gia
công có va đập như gia công trục bánh răng, trục then hoa, … Vì vậy, việc bổ
sung các nghiên cứu tìm hiểu về ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi tiện
cứng có va đập đến chất lượng bề mặt gia công là cần thiết đối với ngành cơ
khí.
Chế độ cắt có ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng bề mặt gia công
khi tiện có va đập thép 45 đã qua tôi (một loại vật liệu được sử dụng khá phổ
biến để chế tạo trục bánh răng, trục then hoa, …)? Việc tìm ra bộ chế độ cắt
hợp lý để đạt chất lượng bề mặt tốt nhất cho quá trình này đang là yêu cầu cần
thiết của các nhà sản xuất. Do vậy đề tài “Xác ñịnh chế ñộ cắt hợp lý khi tiện
có va ñập thép 45 qua tôi bằng mảnh hợp kim cứng phủ TiAlN” là cần thiết
và cấp bách.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt
(S, V, t) đến chất lượng bề mặt (chủ yếu là nhám bề mặt) và tuổi bền dụng cụ
khi tiện có va đập thép 45 sau khi tôi sử dụng mảnh hợp kim cứng phủ TiAlN.

Qua đó đưa ra được bộ thông số chế độ cắt hợp lý để đạt chất lượng bề gia
công theo yêu cầu.
3. Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu lý thuyết kết hợp nghiên cứu thực nghiệm. Việc tìm hiểu lý
thuyết dựa trên sự phân tích và tổng hợp các kết quả đã công bố, đưa ra các
giả thiết và các tính toán biến đổi phù hợp để xây dựng cơ sở lý thuyết và
thiết lập các mô hình thực nghiệm.
3



Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trên các hệ thống thiết bị thí
nghiệm hiện đại có độ tin cậy và độ chính xác cao để đánh giá chất lượng bề
mặt thông qua kết quả đo nhám và hình chụp topography bề mặt.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề 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 thế giới.
Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho việc điều khiển, tối ưu quá
trình tiện.
Đề tài sẽ bổ sung được một số kết quả nghiên cứu cơ bản trong điều
kiện kỹ thuật và công nghệ cụ thể ở Việt Nam.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể ứng dụng tại các nhà máy,
phân xưởng sản xuất cơ khí khi gia công có va đập thép 45 sau khi tôi trên
khía cạnh về chất lượng bề mặt gia công.
Quá trình ứng dụng các kết quả nghiên cứu sẽ cho phép mở rộng phạm
vi gia công của ngành chế tạo máy nói chung và của công nghệ tiện cứng nói
riêng, góp phần tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt, giá thành hạ và nâng
cao khả năng ứng dụng vào thực tiễn một phương pháp gia công tinh linh

hoạt, thân thiện với môi trường, chi phí đầu tư thấp, phù hợp với điều kiện sản
xuất ở Việt Nam.









Chương 1.
T
1.1. ðặc ñiể
m quá trình t
1.1.1. Các hình thái phoi khi c
Phoi hình thành trong quá trình c
thành hai dạng cơ b
ản [
- D
ạng phoi dây ổn định (phoi liền):
bao gồm vùng trư
ợt tập trung gần nh
mảng và vùng trư
ợt mở rộng có biến dạng dẻo b
(hình 1.1) [34].
- Dạng phoi tuần ho
àn: Phoi r
phoi tạo thành v
ới lẹo dao.

Hình 1.1.
a) Trư
ợt tập trung tr
c) Vùng trư
Đôi khi c
òn có d
là khi c
ắt kim loại nguy
Khái ni
ệm phoi phân đoạn
và phoi răng cưa không c
đư
ợc nhận diện. Ví dụ, tần số chu kỳ của phoi l
100Hz trong khi t
ần số chu kỳ của phoi răng c
phoi lư
ợn sóng không có các đỉnh sắc nhọn nh
4

T
ỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TI
Ệ
m quá trình t
ạo phoi khi tiện cứng
1.1.1. Các hình thái phoi khi c
ắt kim loại
Phoi hình thành trong quá trình c
ắt kim loại rất đa dạng song có thể chia
ản [
35]:

ạng phoi dây ổn định (phoi liền):
Với ba loại tùy
theo cơ ch
ợt tập trung gần nh
ư m
ột mặt phẳng, v
ợt mở rộng có biến dạng dẻo b
ên dư
ới bề mặt do m
àn: Phoi r
ời, phoi lư
ợn sóng, phoi răng c
ới lẹo dao.

Hình 1.1.
Cơ chế hình thành d
ạng phoi ổn ñịnh.
ợt tập trung tr
ên mặt phẳng; b) Vùng trư
ợt tạo th
c) Vùng trư
ợt mở rộng bên dư
ới bề mặt gia công
òn có d
ạng phoi với bề dày thay đ
ổi không tuần ho
ắt kim loại nguy
ên chất.
ệm phoi phân đoạn
thường được dùng đ

ể mô tả cả phoi l
và phoi răng cưa không c
òn phù hợp từ khi sự khác biệt gi
ữa hai loại phoi n
ợc nhận diện. Ví dụ, tần số chu kỳ của phoi l
ư
ợn sóng th
ần số chu kỳ của phoi răng c
ưa lớn h
ơn 2÷4 l
ợn sóng không có các đỉnh sắc nhọn nh
ư phoi răng cưa (h
Ệ
N CỨNG
ắt kim loại rất đa dạng song có thể chia
theo cơ ch
ế hình thành,
ột mặt phẳng, v
ùng trượt có dạng
ới bề mặt do m
òn dao
ợn sóng, phoi răng c
ưa (phoi xếp) và

ạng phoi ổn ñịnh.

ợt tạo th
ành mảng;
ới bề mặt gia công
[34].

ổi không tuần ho
àn, đặc biệt
ể mô tả cả phoi l
ượn sóng
ữa hai loại phoi n
ày
ợn sóng th
ường khoảng
ơn 2÷4 l
ần. Hơn nữa,
ư phoi răng cưa (h
ình 1.2) [35].


a)
1.1.2. Cơ chế h
ình thành phoi khi ti
Sự khác biệt c
ơ b
thông thường là s
ự h
hiện
vào năm 1954 [
thành phoi răng cưa có th
trư
ợt đoạn nhiệt ban đầu, một trạng thái mất ổn định nhiệ
các v
ật liệu hạn chế về khả năng biến cứng khi bị biến dạng ở tốc độ cao
biến dạng dẻo lớn [
4

chu kỳ dựa trên s
ự xuất hiện v
phoi [9], [34], [35].
Theo quan đi
ểm thứ nhất, sự thay đổi của tốc độ cắt khi gia công các loại
v
ật liệu khó gia công gây ra sự không ổn định của quá tr
ứng cơ nhi
ệt của vật liệu phôi d
bộ và d
ạng phoi tuần ho
tuần ho
àn và gây ra dao đ
c
ứng vững của hệ thống thấp v
dụng cụ lớn. Phoi h
ình thành do tr
công các v
ật liệu có hệ thống tr
5

Hình 1.2. Các d
ạng phoi phân ñoạn.
a)
Phoi lượn sóng; b) Phoi răng cưa [
35
ình thành phoi khi ti
ện cứng
ơ b
ản của quá trình t

ạo phoi khi gia công thép cứng v
ự h
ình thành phoi răng cưa, lần đầu ti
ên đư
vào năm 1954 [
9]. Các lý thuy
ết khác nhau để giải thích về c
thành phoi răng cưa có th
ể chia thành hai d
ạng: Dạng thứ nhất dựa tr
ợt đoạn nhiệt ban đầu, một trạng thái mất ổn định nhiệ
t d
ật liệu hạn chế về khả năng biến cứng khi bị biến dạng ở tốc độ cao
4
2], [43]. D
ạng thứ hai cho rằng do sự mất ổn định theo
ự xuất hiện v
à lan truy
ền của các vết nứt ở bề mặt tự do của
ểm thứ nhất, sự thay đổi của tốc độ cắt khi gia công các loại
ật liệu khó gia công gây ra sự không ổn định của quá tr
ình
ệt của vật liệu phôi d
ư
ới điều kiện cắt gọt. Kết quả l
ạng phoi tuần ho
àn được hình thành. Trượt cục bộ
làm l
àn và gây ra dao đ
ộng hoặc va đập trong quá tr

ình c
ứng vững của hệ thống thấp v
à nhiệt độ trên b
ề mặt tiếp xúc giữa phoi v
ình thành do tr
ượt cục bộ là dạng p
hoi đi
ật liệu có hệ thống tr
ượt hạn chế (c
ấu trúc tinh thể sáu cạnh

ạng phoi phân ñoạn.

35
].
ạo phoi khi gia công thép cứng v
à thép
ên đư
ợc Shaw phát
ết khác nhau để giải thích về c
ơ chế hình
ạng: Dạng thứ nhất dựa tr
ên sự
t d
ẻo thường thấy ở
ật liệu hạn chế về khả năng biến cứng khi bị biến dạng ở tốc độ cao
hoặc
ạng thứ hai cho rằng do sự mất ổn định theo
ền của các vết nứt ở bề mặt tự do của
ểm thứ nhất, sự thay đổi của tốc độ cắt khi gia công các loại

ình
đã dẫn đến phản
ới điều kiện cắt gọt. Kết quả l
à sự trượt cục
làm l
ực cắt thay đổi
ình c
ắt, đặc biệt khi độ
ề mặt tiếp xúc giữa phoi v
à
hoi đi
ển hình khi gia
ấu trúc tinh thể sáu cạnh
), khả


năng d
ẫn nhiệt kém, độ cứng cao nh
siêu h
ợp kim của titan v
khi gia công các lo
ại vật liệu có hệ thống tr
c
ạnh), tính dẫn nhiệt tốt, độ cứng thấp nh
kim thông thường [4
3
Cơ chế h
ình thành phoi do tr
hai giai đoạn cơ b
ản: Giai đoạn thứ nhất l

d
ạng cục bộ trong một dải hẹp ở v
đoạn thứ hai l
à quá trình phá h
phôi khi d
ụng cụ tiến về phía tr
thành m
ột phân đoạn phoi [
Hình 1.3. Sơ ñ
ồ các giai ñoạn của quá tr
Quá trình hình thành phoi do tr
thành phoi li
ền ổn định (h
định, hiện tư
ợng biến cứng chiếm
Khi trư
ợt diễn ra dọc theo mặt ph
suất yêu c
ầu cho biến dạng tiếp theo trở n
chuy
ển sang mặt phẳng tiếp theo. V
theo d
ẫn đến một sự phân bố biến dạng đồng đều trong phoi
thể. Trong trư
ờng hợp h
chiếm ưu thế hơn s
ự biến cứng. Khi tr
chính a (hình 1.3), s
phẳng yếu nhất v
à trư

6

ẫn nhiệt kém, độ cứng cao nh
ư các lo
ại thép hợp kim cứng, các loại
ợp kim của titan v
à niken. Trái lại, phoi ổn định là d
ạng phoi thích hợp
ại vật liệu có hệ thống tr
ư
ợt mạnh (cấu trúc tinh thể bốn
ạnh), tính dẫn nhiệt tốt, độ cứng thấp nh
ư các lo
ại thép các bon v
3
].
ình thành phoi do tr
ư
ợt cục bộ gồm một chuỗi các quá tr
ản: Giai đoạn thứ nhất l
à sự trư
ợt không ổn định
ạng cục bộ trong một dải hẹp ở v
ùng trư
ợt thứ nhất phía tr
à quá trình phá h
ủy theo đường nghi
êng hình chêm c
ụng cụ tiến về phía tr
ước v

ới biến dạng không đáng kể để h
ột phân đoạn phoi [
43].
ồ các giai ñoạn của quá tr
ình t
ạo phoi do tr
Quá trình hình thành phoi do tr
ư
ợt cục bộ khác hẳn với quá tr
ền ổn định (h
ình 1.3). Trong trường hợp h
ình thành phoi li
ợng biến cứng chiếm
ưu thế so với hiện tư
ợng mềm hóa v
ợt diễn ra dọc theo mặt ph
ẳng trư
ợt chính a, do bị biến cứng n
ầu cho biến dạng tiếp theo trở n
ên lớn hơn và m
ặt phẳng yếu nhất sẽ
ển sang mặt phẳng tiếp theo. V
ì vậy, trư
ợt sẽ chuyển sang mặt phẳng tiếp
ẫn đến một sự phân bố biến dạng đồng đều trong phoi
ờng hợp h
ình thành phoi do trư
ợt cục bộ, sự mềm hóa v
ự biến cứng. Khi tr
ư

ợt diễn ra dọc theo mặt phẳng tr
chính a (hình 1.3), s
ức bền ở đây nhỏ hơn nên m
ặt phẳng n
à trư
ợt ti
ếp tục diễn ra ở đây hay nói khác đi tr
ại thép hợp kim cứng, các loại
ạng phoi thích hợp
ợt mạnh (cấu trúc tinh thể bốn
ại thép các bon v
à thép hợp
ợt cục bộ gồm một chuỗi các quá tr
ình với
ợt không ổn định
và biến
ợt thứ nhất phía tr
ước dụng cụ. Giai
êng hình chêm c
ủa vật liệu
ới biến dạng không đáng kể để h
ình

ạo phoi do tr
ượt cục bộ [43].
ợt cục bộ khác hẳn với quá tr
ình hình
ình thành phoi li
ền ổn
ợng mềm hóa v

ì nhiệt.
ợt chính a, do bị biến cứng n
ên ứng
ặt phẳng yếu nhất sẽ
ợt sẽ chuyển sang mặt phẳng tiếp
ẫn đến một sự phân bố biến dạng đồng đều trong phoi
ở cấp độ tổng
ợt cục bộ, sự mềm hóa v
ì nhiệt
ợt diễn ra dọc theo mặt phẳng tr
ượt
ặt phẳng n
ày vẫn là mặt
ếp tục diễn ra ở đây hay nói khác đi tr
ượt được giới


hạn trong m
ột mặt phẳng hẹp. V
độ tổng thể l
à không đ
chỉ là s
ự cạnh tranh của hai hiện t
nhiệt [42].
Theo quan đi
ểm thứ hai, quá tr
ổn định theo chu kỳ dựa tr
m
ặt tự do của phoi trải qua các giai đoạn (h
Hình 1.4.

Các giai ño
100Cr6 (760HV), thông s
trư
ờng cắt khô, dao PCBN có chất gắn kết ceramic [
Giai đo
ạn 1: Khi ứng suất cắt đạt tới giá trị tới hạn, một vết nứt
xuất hiện và phát tri
ển về phía l
Giai đo
ạn 2: Do sự xuất hiện của vết nứt, thể tích phoi giữa vết nứt v
cạnh viền lư
ỡi cắt bị đẩy l
d
ụng cụ tiến về phía tr
dần làm chiều dày c
ủa phoi giảm. Tốc độ tr
dụng cụ và
ở bề mặt vết nứt lớn đến nỗi ma sát l
điểm chuyển hóa A
3
. Vì th
7

ột mặt phẳng hẹp. V
ì v
ậy, sự phân bố biến dạng trong phoi
à không đ
ồng đều. Như vậy, bản chất của c
ơ ch
ự cạnh tranh của hai hiện t

ượng cơ nhiệt là bi
ến cứng v
ểm thứ hai, quá tr
ình hình thành phoi r
ăng cưa là do s
ổn định theo chu kỳ dựa tr
ên sự xuất hiện và lan truy
ền của các vết nứt ở bề
ặt tự do của phoi trải qua các giai đoạn (h
ình 1.4) [27]:
Các giai ño
ạn hình thành phoi r
ăng cưa trong gia công thép
100Cr6 (760HV), thông s
ố cắt v = 100m/ph, s = 0,1mm/vg, t = 1mm, môi
ờng cắt khô, dao PCBN có chất gắn kết ceramic [
27].
ạn 1: Khi ứng suất cắt đạt tới giá trị tới hạn, một vết nứt
ển về phía l
ưỡi cắt.
ạn 2: Do sự xuất hiện của vết nứt, thể tích phoi giữa vết nứt v
ỡi cắt bị đẩy l
ên hầu như không có b
ất kỳ biến dạng n
ụng cụ tiến về phía tr
ước, khe hở giữa vết nứt và c
ạnh viề
ủa phoi giảm. Tốc độ trư
ợt của phoi tr
ở bề mặt vết nứt lớn đến nỗi ma sát l

àm nhi
ệt độ tăng đến gần
. Vì th
ế, mactensite có thể đư
ợc tạo ra d
ậy, sự phân bố biến dạng trong phoi
ở cấp
ơ ch
ế tạo phoi ở đây
ến cứng v
à mềm hóa vì
ăng cưa là do s
ự mất
ền của các vết nứt ở bề

ăng cưa trong gia công thép
ố cắt v = 100m/ph, s = 0,1mm/vg, t = 1mm, môi
ạn 1: Khi ứng suất cắt đạt tới giá trị tới hạn, một vết nứt
đột nhiên
ạn 2: Do sự xuất hiện của vết nứt, thể tích phoi giữa vết nứt v
à
ất kỳ biến dạng n
ào. Khi
ạnh viề
n lưỡi cắt sẽ nhỏ
ợt của phoi tr
ên mặt trước của
ệt độ tăng đến gần
ợc tạo ra d
ưới dạng các lớp

8



trắng xung quanh đoạn phoi vừa hình thành. Bên cạnh đó một lớp trắng tương
tự tồn tại trên bề mặt gia công do ma sát lớn với mặt sau của dụng cụ.
Giai đoạn 3: Chiều rộng của khe hở hẹp đến mức mà tốc độ đẩy ra và
biến dạng dẻo của phoi là rất cao. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, hai lớp
trắng trên phoi hòa nhập với nhau tạo thành phần còn lại của đoạn phoi. Tại
đây, chiều dày phoi rất nhỏ và nó nguội đi rất nhanh. Vì thế, sự chuyển hóa
trong vùng này là đoạn nhiệt.
Giai đoạn 4: Phân đoạn phoi được hình thành và điền đầy vào chỗ trống
giữa vết nứt và mặt bên trong của phoi do biến dạng lớn. Sự phân bố ứng suất
nén mà bị giảm xuống trong giai đoạn 2 và 3 đóng vai trò quan trọng trở lại
để bắt đầu một vết nứt mới và các hiện tượng của chu kỳ sẽ được lặp lại.
Dạng phoi tạo thành được điều khiển bởi sự cân bằng giữa tốc độ cắt và
độ cứng của phôi thông qua mối liên hệ giữa hai thông số trên là nhiệt cắt
[27].
1.2. Lực và ứng suất trong cắt kim loại
1.2.1. Mô hình tính toán lực cắt
Lực cắt cần thiết để tạo thành phoi trong cắt kim loại phụ thuộc vào giới
hạn trượt của vật liệu phôi và diện tích mặt phẳng trượt. Trong khi giới hạn
chảy trượt của các kim loại và hợp kim trong cắt kim loại thay đổi rất ít trong
dải rộng tốc độ cắt và chiều sâu cắt thông thường thì diện tích mặt phẳng trượt
lại thay đổi nhiều phụ thuộc vào điều kiện cắt nên ảnh hưởng của diện tích
mặt phẳng trượt tới lực cắt lớn hơn nhiều so với ảnh hưởng của giới hạn chảy
trượt trong cắt kim loại [39].
Trong trường hợp cắt trực giao, diện tích mặt phẳng trượt có quan hệ với
chiều dày lớp cắt t
1

, chiều rộng phoi w và góc trượt ø theo biểu thức:
1
w
(1 1)
sin
S
t
A
φ
= −



Trong quá trình c
rộng phoi (chiề
u sâu c
thể điều khiển đượ
c tr
l
ớn gấp 5 lần khi góc tr
hưởng tới góc trượt
ø
Đ
ể xây dựng các biểu thức dự đoán định l
trong quá trình cắt c
ũng nh
góc trượt ø và l
ực cắt t
hình dạng phoi đã
đư

Lee và Shaffer (1951), Kobayashi và Thomsen (1962), Rowe và Spick (1967),
Wright (1982), … Tuy nhiên, cho đ
với mọi điều ki
ện cắt [
Trong s
ố các mô h
đáng k
ể so với mô h
trong lý thuy
ết về cắt kim loại. Theo mô h
phoi F
R
là m
ột vector tổng hợp của các th
Hình 1.5.
Vòng tròn l
9

Trong quá trình c
ắt, có thể chủ động điều khiển đượ
c các thông s
u sâu c
ắt) w và chiều dày cắt (lượng chạ
y dao) t
c tr
ực tiếp góc trượt ø. Khi góc trư
ợt nhỏ, lực tr
ớn gấp 5 lần khi góc tr
ượt lớn nhất. Vì vậy việc nghiên c
ứu các nhân tố ảnh

ø
sẽ giúp điều khiển hoặc dự đoán đư
ợc lực cắt [
ể xây dựng các biểu thức dự đoán định l
ư
ợng về trạng thái vật liệu phôi
ũng nh
ư xác đ
ịnh các nhân tố quyết định chiều d
ực cắt t
ương ứng, nhiều mô hình dự đoán l
ực cắt, ứng suất d
đư
ợc phát triển như mô hình của Ernst v
à Merchant (1941),
Lee và Shaffer (1951), Kobayashi và Thomsen (1962), Rowe và Spick (1967),
Wright (1982), … Tuy nhiên, cho đ
ến nay vẫn không có mô h
ện cắt [
17].
ố các mô h
ình đề cập ở tr
ên, không mô hình nào có s
ể so với mô h
ình của Ernst và Merchant vẫn là c
ột mốc quan trọng
ết về cắt kim loại. Theo mô h
ình này, l
ực tổng
ột vector tổng hợp của các th

ành ph
ần lực vuông góc (h
Vòng tròn l
ực khi cắt trực giao của Ernst v
à Merchant [
c các thông s
ố chiều
y dao) t
1
nhưng không
ợt nhỏ, lực tr
ượt có thể
ứu các nhân tố ảnh
ợc lực cắt [
39].
ợng về trạng thái vật liệu phôi
ịnh các nhân tố quyết định chiều d
ày phoi,
ực cắt, ứng suất d
ư,
à Merchant (1941),
Lee và Shaffer (1951), Kobayashi và Thomsen (1962), Rowe và Spick (1967),
ến nay vẫn không có mô h
ình nào đúng
ên, không mô hình nào có s
ự cải tiến
ột mốc quan trọng
ực tổng
hợp giữa dao và
ần lực vuông góc (h

ình 1.5):

à Merchant [
17].
10




(1 2)
R S SN F N C T
F F F F F F F
= + = + = + −
      

Trong đó: F
R
là lực tổng hợp; F
S
là lực cắt nằm trong mặt phẳng trượt; F
SN
là
lực vuông góc với mặt phẳng trượt; F
F
là lực ma sát ở trên mặt trước của dụng
cụ; F
N
là lực pháp tuyến với mặt trước của dụng cụ; F
C
là lực cắt chính; F

T
là
lực dọc trục.
Lực thành phần tác dụng trên mặt phẳng trượt và mặt trước của dụng cụ
có quan hệ với các thành phần lực cắt chính (lực tiếp tuyến F
C
và lực dọc trục
F
T
):

os sin
sin os
(1 3)
sin os
os sin
S C T
SN C T
F C T
N C T
F F c F
F F F c
F F F c
F F c F
φ φ
φ φ
α α
α α
= −



= +

−

= +


= −


Với α là góc trước, ø là góc trượt.
1.2.2. Ứng suất trong dụng cụ cắt
Với cấu tạo phức tạp của dụng cụ và điều kiện cắt trong quá trình gia
công, việc đánh giá chính xác ứng suất cục bộ tác dụng lên dụng cụ gần lưỡi
cắt là một thách thức đối với các phương pháp phân tích hiện có [39].
Trong một quá trình tiện đơn giản, có hai loại ứng suất chính quan trọng
tác dụng lên dụng cụ:
- Ứng suất pháp do lực cắt chính tác dụng lên mặt trước dụng cụ tại vùng tiếp
xúc là ứng suất nén, có thể xác định bằng tỉ số giữa lực cắt chính và diện tích
tiếp xúc.
- Ứng suất tiếp do lực ăn dao tác dụng lên mặt trước dụng cụ, xác định bằng tỉ
số giữa lực ăn dao và diện tích tiếp xúc. Vì lực ăn dao nhỏ so với lực cắt
chính nên ứng suất tiếp nhỏ hơn ứng suất pháp tác dụng trên cùng diện tích
tiếp xúc, thường chỉ vào khoảng 30÷60% giá trị trung bình của ứng suất pháp.
- Khi dụng cụ mòn, có cả ứng suất pháp và tiếp tác dụng lên mặt sau của dụng
cụ. Mặc dù diện tích tiếp xúc trên mặt sau đôi khi có thể xác định rõ ràng


nhưng r

ất khó xác định giá trị của lực tác dụng tr
không có m
ột đánh giá đáng tin cậy n
Ngoài ra, còn có các
đ
ến cấu trúc chung của dụng cụ v
l
ắp đặt khi gia công. Tuy nhi
tuổi thọ dụng cụ n
ên các
1.2.3. S
ự phân bố ứng suất trong v
Giá tr
ị của ứng suất trung b
xác định dựa tr
ên giá tr
Trường phân bố ứ
ng su
trình sinh nhiệt, ả
nh hư
đối với vật liệu dụ
ng c
Hình 1.6. Bi
ến thi
S
ự phân bố ứng suất tr
nghiên c
ứu của nhiều tác giả, tr
cụ, ứng suất cắt τ
c

b
ằng hằng số tr
lưỡi cắt và s
ẽ giảm dần đến 0 tr
11

ất khó xác định giá trị của lực tác dụng tr
ên nó. Cho đ
ột đánh giá đáng tin cậy n
ào về ứng suất trên m
ặt sau dụng cụ [
Ngoài ra, còn có các
ứng suất khác tác dụng l
ên thân d
ến cấu trúc chung của dụng cụ v
à đ
ộ cứng vững kết nối tại n
ắp đặt khi gia công. Tuy nhi
ên, vì không liên quan đ
ến quá tr
ên các
ứng suất này không đư
ợc xem xét.
ự phân bố ứng suất trong v
ùng biến dạng
ị của ứng suất trung b
ình trong vùng bi
ến dạng khi gia công có thể
ên giá tr
ị lực đo được và diện tích v

ùng bi
ng su
ất trong vùng biến dạ
ng có liên quan tr
nh hư
ởng đến cơ chế
hình thành phoi và xác
ng c
ụ.
ến thi
ên ứng suất pháp và tiếp trên mặt trư
ớc dụng cụ [
ự phân bố ứng suất tr
ên vùng bi
ến dạng khi gia công rất phức tạp. Theo
ứu của nhiều tác giả, tr
ên vùng ti
ếp xúc của phoi với mặt tr
ằng hằng số tr
ên m
ột nửa phần phoi tiếp xúc gần nhất với
ẽ giảm dần đến 0 tr
ên nửa còn l
ại, đạt giá trị bằng 0 tại điểm C
ên nó. Cho đ
ến nay, vẫn
ặt sau dụng cụ [
39]
ên thân d
ụng cụ liên quan

ộ cứng vững kết nối tại n
ơi dụng cụ được
ến quá tr
ình tạo phoi và
ợc xem xét.

ến dạng khi gia công có thể
ùng bi
ến dạng:
s
s
s
F
A
τ
=
.
ng có liên quan tr
ực tiếp đến quá
hình thành phoi và xác
định yêu cầu

ớc dụng cụ [
33].
ến dạng khi gia công rất phức tạp. Theo
ếp xúc của phoi với mặt tr
ước dụng
ột nửa phần phoi tiếp xúc gần nhất với
ại, đạt giá trị bằng 0 tại điểm C

khi phoi rời khỏi b
ề mặt dụng cụ. Ứng suất pháp
tới lưỡi cắt A (h
ình 1.6) [
Ứng suất phá
p thay đ

Ứng suất pháp có giá trị cực đại tại l

Với µ là h
ệ số ma sát tr
nghi
ệm: n = 19÷22 cho thép các bon thấp [
Ứng suất tiếp biến thi


( ) ( )
x x
τ µσ τ
Gần đúng l ≈ 2l
1
đối so với tổng chiề
u dài ti
Hình 1.7. Bi
ến thi

12

ề mặt dụng cụ. Ứng suất pháp

σ
c

tăng đơn đi
ình 1.6) [
33].
p thay đ
ổi trên mặt trước theo quy luật [4
4

( ) ( ) (1 4)
n
x l x
σ
= − −
Ứng suất pháp có giá trị cực đại tại l
ưỡi cắt:
( ) (1 5)
n
M
x l
σ σ
= = −

1
n
s
M
l
l l

τ
µ
σ
 
= −
 
−
 
ệ số ma sát tr
ên mặt trước; n là h
ằng số, xác định từ thực
ệm: n = 19÷22 cho thép các bon thấp [
20].
Ứng suất tiếp biến thi
ên theo quy luật:

( )
s
x
τ τ
=
với 0 ≤ x ≤ l
1

1
( ) ( )
n
s
l x
x x

l l
τ µσ τ
 
−
= =
 
−
 

với l
1
≤ x ≤ l

1
. Chiều dài vùng ứng suất trượt bằ
ng h
u dài ti
ếp xúc khi tăng góc trước α củ
a d
ến thi
ên ứng suất pháp và ti
ếp trong mặt phẳng tr
tăng đơn đi
ệu từ điểm C
4
]:
( ) ( ) (1 4)
= − −

( ) (1 5)

= = −

(1 6)
= −

ằng số, xác định từ thực

(1 – 7)

(1 – 8)
ng h
ằng số giảm tương
a d
ụng cụ.

ếp trong mặt phẳng tr
ượt [33].
13



Trạng thái phân bố ứng suất trên mặt phẳng trượt cũng tương tự như
trên bề mặt tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ [33]. Hình 1.7 đã biểu diễn sự thay
đổi của ứng suất tiếp τ
s
và ứng suất pháp σ
s
trên mặt phẳng trượt. Trong vùng
AE (gần lưỡi cắt nhất) τ
s

không phụ thuộc vào ứng suất pháp σ
s
trên mặt
phẳng trượt, trong khi trên vùng E
’
B (gần bề mặt tự do nhất) tỉ số
s
s
τ
σ
xấp xỉ
bằng hằng số và phù hợp với định luật Amonton cho bề mặt ma sát trượt. Hai
vùng này được kết nối với nhau nhờ một vùng chuyển tiếp EE
’
nơi mật độ các
vết nứt tế vi tăng đến mức nối thông với nhau.
1.2.4. Lực cắt khi tiện cứng
Trong quá trình tiện cứng, độ cứng cao của phôi cùng với tốc độ cắt cao
và điều kiện gia công khô đã làm cho tác dụng của lực cắt có những thay đổi
đáng kể so với các quá trình gia công thông thường. Lực cắt khi gia công các
vật liệu cứng không lớn hơn lực cắt khi gia công các vật liệu mềm [25]. Góc
trượt lớn và sự hình thành phoi răng cưa do độ dẻo kém làm giảm lực cắt mặc
dù độ bền cao của vật liệu cứng. Trường hợp gia công các thép cứng, góc
trước âm của dụng cụ càng lớn thì lực dọc trục càng cao và lực cắt tiếp tuyến
càng thấp. Sự biến thiên của các thành phần lực cắt cũng bị ảnh hưởng bởi sự
thay đổi độ cứng vật liệu gia công. Strafford và Audy [36] đã khẳng định khi
tiện cứng thép AISI 4340 có độ cứng từ 29÷57HRC bằng dụng cụ gốm đã có
sự tăng tương ứng lực cắt từ 30÷80%. Trong một công bố khác đã chứng tỏ
rằng tốc độ cắt càng cao, lực dọc trục và lực cắt riêng càng thấp, không phụ
thuộc vào mòn dụng cụ [8].

Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến quá trình tiến triển của lực cắt cũng đã
được mô hình trong nhiều nghiên cứu. Bằng việc tiến hành các thí nghiệm khi
gia công thép AISI D2 ở độ cứng 62HRC với dụng cụ cắt PCBN,
Arsecularatne và cộng sự [8] đã kết luận có một mối liên hệ chặt chẽ giữa lực
cắt và điều kiện cắt. Huang và Liang [16] trình bày lực cắt tổng cộng là tổng
14



của các thành phần lực để tạo phoi và lực do mòn mặt sau. Mô hình này được
đánh giá bằng thực nghiệm quá trình tiện cứng chính xác thép AISI 52100 ở
độ cứng 62HRC với hai loại dụng cụ PCBN hàm lượng CBN cao và thấp. Kết
quả cho thấy, lực hướng kính và lực tiếp tuyến có giá trị nhỏ hơn, nhiệt độ
trên bề mặt tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ có giá trị cao hơn khi sử dụng dao
với hàm lượng CBN thấp. Chen [11] cũng công bố khi nghiên cứu thực
nghiệm tiện cứng thép bằng dụng cụ PCBN, lực hướng kính có giá trị lớn
nhất trong ba thành phần lực cắt. Ozel và cộng sự [26] cũng kết luận, lực cắt
khi gia công bằng dụng cụ PCBN nhạy cảm với sự thay đổi của các thông số
hình học của dụng cụ và mòn dụng cụ. Bề mặt của sản phẩm khi gia công
bằng dụng cụ PCBN cũng tương đương như bề mặt được mài. Thêm nữa, lực
cắt cũng như nhám bề mặt còn bị ảnh hưởng bởi thông số hình học của dụng
cụ. Dụng cụ với cạnh lưỡi cắt mài tròn sẽ làm giảm lực cắt nhưng làm tăng
nhiệt độ trên mặt tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ. Sử dụng các kết quả từ mô
hình cơ nhiệt của mặt phẳng trượt khi cắt trực giao có kể đến ảnh hưởng của
biến dạng, tốc độ biến dạng, nhiệt độ và độ cứng phôi ban đầu, Yan và cộng
sự [41] kết luận rằng lực theo phương chạy dao có giá trị lớn nổi trội trong
các thành phần lực cắt khi tiện cứng chính xác bằng dụng cụ PCBN. Lực cắt,
đặc biệt là lực theo phương chạy dao tăng khi tăng lượng chạy dao và bán
kính vê tròn cạnh lưỡi cắt.
1.3. Nhiệt cắt trong quá trình tiện cứng

1.3.1. Các nguồn nhiệt trong cắt kim loại
Trong quá trình cắt kim loại, năng lượng bị tiêu tốn vào việc tạo phoi và
thắng lực ma sát giữa phôi và dụng cụ. Hầu hết năng lượng này chuyển hóa
thành nhiệt tạo ra nhiệt độ cao ở vùng biến dạng và những vùng xung quanh
của phoi, dụng cụ với phôi (hình 1.8) [14].
Nhiệt độ cắt đóng vai trò quan trọng quyết định hiệu quả gia công. Nhiệt
độ trong vùng biến dạng cơ sở, nơi diễn ra biến dạng lớn để hình thành phoi


có ảnh hưởng đế
n các thu
các l
ực cắt. Nhiệt độ tr
d
ụng cụ cắt. Nhiệt độ tr
thiện và c
ấu trúc kim loại của bề mặt gia công
ứng suất dư trên b
ề mặt gia công do giảm bớt sự ch
nhi
ệt độ cao có thể dẫn đến lớp cháy hoặc lớp cứng tr
Hình 1.8.
Các khu v
Về cơ bản,
trong quá trình c
nhiệt [17]:
Vùng trư
m
ặt tiếp xúc giữa phôi v
xúc giữa phôi và d

ụng cụ) có thể bỏ qua nếu d
1.3.2. Các phương pháp ño nhi
Nhi
ệt độ trong cắt kim loại bắt đầu đ
nh
ững năm 1920. Nhiệt độ dụng cụ cắt có thể đ
pháp như: nhi
ệt điện, ngẫu nhiệt, bức xạ hồng ngoại, vẽ bản đồ sự thay đổi về
cấu trúc và đ
ộ cứng của vật liệu phụ thuộc v
tôi, s
ử dụng các vật liệu chỉ thị nhiệt độ đặt v
đ
ộ, … song tất cả các ph
phương pháp nhi
ệt điện chỉ đo đ
xúc giữa phoi và d
ụng cụ, mặt khác cả phôi v
điện nên m
ột số dụng cụ nh
gia công các l
ỗ đặt cặp ngẫu nhiệt sẽ phá vỡ v
15

n các thu
ộc tính cơ h
ọc của vật liệu gia công v
ực cắt. Nhiệt độ tr
ên mặt trước dụng cụ có ảnh hư
ởng lớn đến tuổi thọ

ụng cụ cắt. Nhiệt độ tr
ên mặt sau dụng cụ sẽ ảnh hư
ởng đến trạng thái ho
ấu trúc kim loại của bề mặt gia công
. Nhi
ệt độ vừa phải sẽ giảm bớt
ề mặt gia công do giảm bớt sự ch
ênh l
ệch nhiệt độ trong khi
ệt độ cao có thể dẫn đến lớp cháy hoặc lớp cứng tr
ên b
ề mặt gia công.

Các khu v
ực biến dạng là ngu
ồn sinh nhiệt [
trong quá trình c
ắt có thể nhận biết đ
ư
Vùng trư
ợt cơ sở, mặt tiếp xúc giữa phoi v
à m
ặt tiếp xúc giữa phôi v
à mặt sau dụng cụ. Ngu
ồn nhiệt sau c
ụng cụ) có thể bỏ qua nếu d
ùng dụng c
ụ sắc.
1.3.2. Các phương pháp ño nhi
ệt ñộ trong cắt kim loại

ệt độ trong cắt kim loại bắt đầu đ
ược quan tâm v
ề mặt định l
ững năm 1920. Nhiệt độ dụng cụ cắt có thể đ
ư
ợc xác định bằng các ph
ệt điện, ngẫu nhiệt, bức xạ hồng ngoại, vẽ bản đồ sự thay đổi về
ộ cứng của vật liệu phụ thuộc v
ào nhi
ệt độ, xác định m
ử dụng các vật liệu chỉ thị nhiệt độ đặt v
ào các b
ề mặt cần xác định nhiệt
ộ, … song tất cả các ph
ương pháp đều chưa cho k
ết quả chính xác. Ví dụ,
ệt điện chỉ đo đ
ược nhiệt độ trung b
ình trên toàn b
ụng cụ, mặt khác cả phôi v
à d
ụng cụ đều phải l
ột số dụng cụ nh
ư gốm không thể áp dụng ph
ương pháp
ỗ đặt cặp ngẫu nhiệt sẽ phá vỡ v
à có thể l
àm thay đ
ọc của vật liệu gia công v
à do đó đến

ởng lớn đến tuổi thọ
ởng đến trạng thái ho
àn
ệt độ vừa phải sẽ giảm bớt
ệch nhiệt độ trong khi
ề mặt gia công.

ồn sinh nhiệt [
14].
ư
ợc ba nguồn sinh
à m
ặt trước dụng cụ,
ồn nhiệt sau c
ùng (mặt tiếp
ụ sắc.

ề mặt định l
ượng từ
ợc xác định bằng các ph
ương
ệt điện, ngẫu nhiệt, bức xạ hồng ngoại, vẽ bản đồ sự thay đổi về
ệt độ, xác định m
àu thép
ề mặt cần xác định nhiệt
ết quả chính xác. Ví dụ,
ình trên toàn b
ộ vùng tiếp
ụng cụ đều phải l
à chất dẫn

ương pháp
này. Việc
àm thay đ
ổi trường
16



nhiệt trong cắt kim loại. Việc vẽ bản đồ nhiệt độ bằng cách sử dụng cặp ngẫu
nhiệt cũng rất rườm rà vì phải dùng nhiều dụng cụ với các cặp ngẫu nhiệt đặt
tại các điểm khác nhau. Kỹ thuật đo bức xạ thường hạn chế việc tiếp cận vào
bề mặt cần đo. Màu thép tôi của phoi phụ thuộc vào chiều dày của lớp ôxy
hóa trên bề mặt phoi mà chiều dày này phụ thuộc vào thời gian ở nhiệt độ
cũng như sự tập trung ôxy và làm cho sự giải thích gặp khó khăn [17].
Sự phát triển gần đây trong công nghệ phủ cho phép sử dụng một
phương pháp mới để đo nhiệt độ dụng cụ bằng việc dùng các màng cảm biến
nhiệt điện trở RTDs (Resistance Temperature Detectors) đặt trực tiếp trên bề
mặt dụng cụ. Các cảm biến này có độ dày đặc trưng khoảng chừng vài
nanomet, ảnh hưởng của nó trong quá trình cắt là không đáng kể. Hơn nữa,
với chiều rộng chỉ vài micromet, có thể đặt nhiều cảm biến cạnh nhau trong
vùng tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ. Tuy nhiên, trong quá trình phát triển của
cảm biến nhiệt điện trở, lớp phủ mặt ngoài đang là một điểm bế tắc. Tất cả
các lớp phủ được thử nghiệm đều bị tróc ngay khi cắt và sau đó cảm biến bị
phá hủy bởi phoi [17].
Như vậy, vẫn không có một phương pháp đơn giản nào được nhận biết
để đo đạc nhiệt độ trong phoi, phôi và dụng cụ, thậm chí trong quá trình cắt
trực giao. Thực tế mới chỉ có một vài nghiên cứu thử nghiệm đo nhiệt độ
dụng cụ PCBN bằng việc đặt ngẫu nhiệt hoặc chất chỉ thị nhiệt độ bên dưới
mảnh dao hay đo bức xạ hồng ngoại [22], [30], [37].
1.3.3. Nhiệt cắt khi tiện cứng

Các nghiên cứu về nhiệt cắt trong quá trình tiện cứng còn chưa nhiều.
Hiểu biết về quá trình sinh nhiệt và phân bố nhiệt trong dụng cụ cắt khi tiện
cứng vẫn còn ở mức rất hạn chế. Các nhân tố có ảnh hưởng lớn nhất đến nhiệt
cắt khi tiện cứng là tính chất của vật liệu phôi và dụng cụ, các thông số của
điều kiện cắt. Ngoài ra còn có thể có một số nhân tố khác như chế độ làm
nguội, kích thước phôi [37]. Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy quy luật thay