xác định chế độ cắt bằng mảnh hợp kim cứng phủ TALIN

1

ðẠI 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


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT





Thái Nguyên – Năm 2015
2

Công trình ñược hoàn thành tại: Trường ðại học Kĩ thuật Công
nghiệp Thái Nguyên



Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn


Phản biện 1: PGS.TS. Ngô Như Khoa
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế



Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm luận văn họp tại: Trường ðại
học Kĩ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
Vào hồi 7h30 ngày 17 tháng 01 năm 2015.





Có thể tìm ñọc luận văn tại:
- Trung tâm học liệu ðại học Thái Nguyên
- Thư viện trường ðại học kỹ thuật Công Nghiệp

3
PHẦN MỞ ðẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
- Tiện cứng ñang là một lựa chọn hấp dẫn thay cho nguyên công mài bởi
các ưu thế vượt trội về khía cạnh kinh tế và sinh thái.

- Tiện cứng vẫn ñang là một công nghệ gia công mới chưa ñược nghiên
cứu ñầy ñủ và các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình tiện cứng
không có va ñập.
- Trong thực tế có nhiều trường hợp gia công có va ñập như gia công
trục bánh răng, trục then hoa, …
Vì vậy, việc bổ sung các nghiên cứu tìm hiểu về ảnh hưởng của
chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt và tuổi bền dụng cụ khi gia công có va
ñập thép 45 qua tôi (một loại vật liệu ñược sử dụng khá phổ biến ñể chế
tạo trục) là cần thiết ñối với ngành cơ khí.
2. Mục tiêu nghiên cứu
ðánh giá ảnh hưởng của chế ñộ cắt (S, V, t) ñến chất lượng bề mặt
(chủ yếu là nhám bề mặt) và tuổi bền dụng cụ khi tiện có va ñập thép 45
sau khi tôi sử dụng mảnh hợp kim cứng phủ TiAlN. Qua ñó ñưa ra ñược
bộ thông số chế ñộ cắt hợp lý ñể ñạt chất lượng bề gia công theo yêu
cầu.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
ðề 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 ñiều khiển, tối ưu
quá trình tiện.
4
ðề tài sẽ bổ sung ñược một số kết quả nghiên cứu cơ bản trong
ñiều kiện kỹ thuật và công nghệ cụ thể ở Việt Nam.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Các kết quả nghiên cứu của ñề tài có thể ứng dụng tại các nhà máy,
phân xưởng sản xuất cơ khí khi gia công có va ñập 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 ñầu tư
thấp, phù hợp với ñiều kiện sản xuất ở Việt Nam.














Chương 1. TỔ
NG QUAN V
1.1. ðặc ñiểm q
uá trình t
a)
Các hình thái phoi khi c
- D
ạng phoi dây ổn ñịnh (phoi liền): Với ba loại t
thành, bao gồm v
ùng trư
có dạng mảng v
à vùng trư

do mòn dao (hình 1.1) [34].
Hình 1.1. C
a) Trư
ợt tập trung tr
c) Vùng trư
ợt mở rộng b
- Dạng phoi tuần ho
àn: Phoi r
xếp) và phoi tạo th
ành v
Hình 1.2. Các d
a) Phoi lư
5
NG QUAN V
Ề CÔNG NGHỆ TI
Ệ
uá trình t
ạo phoi khi tiện cứng
Các hình thái phoi khi c
ắt kim loại
ạng phoi dây ổn ñịnh (phoi liền): Với ba loại t
ùy theo cơ ch
ùng trư
ợt tập trung gần như m
ột mặt phẳng, v
à vùng trư
ợt mở rộng có biến dạng d
ẻo b
do mòn dao (hình 1.1) [34].

Hình 1.1. C
ơ chế hình thành d
ạng phoi ổn ñịnh.
ợt tập trung tr
ên mặt phẳng; b) Vùng trư
ợt tạo th
ợt mở rộng b
ên dư
ới bề mặt gia công [34].
àn: Phoi r
ời, phoi lư
ợn sóng, phoi răng c
ành v
ới lẹo dao.

Hình 1.2. Các d
ạng phoi phân ñoạn.
a) Phoi lư
ợn sóng; b) Phoi răng c
ưa [35].
Ệ
N CỨNG
ùy theo cơ ch
ế hình
ột mặt phẳng, v
ùng trượt
ẻo b
ên dưới bề mặt

ạng phoi ổn ñịnh.

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

ợn sóng, phoi răng c
ưa (phoi
ạng phoi phân ñoạn.

ưa [35].

6
b) Cơ chế hình thành phoi khi tiện cứng
Sự khác biệt cơ bản của quá trình tạo phoi khi gia công thép cứng và
thép thông thường là sự hình thành phoi răng cưa, lần ñầu tiên ñược
Shaw phát hiện vào năm 1954 [9]. Các lý thuyết khác nhau ñể giải thích
về cơ chế hình thành phoi răng cưa có thể chia thành hai dạng:
- Dạng thứ nhất dựa trên sự trượt ñoạn nhiệt ban ñầu, một trạng thái mất
ổn ñịnh nhiệt dẻo thường thấy ở các vật liệu hạn chế về khả năng biến
cứng khi bị biến dạng ở tốc ñộ cao hoặc biến dạng dẻo lớn [42], [43].
- Dạng thứ hai cho rằng do sự mất ổn ñịnh theo chu kỳ dựa trên sự xuất
hiện và lan truyền của các vết nứt ở bề mặt tự do của phoi [9], [34], [35].
1.2. Lực cắt khi tiện cứng
- Trong quá trình tiện cứng, ñộ cứng cao của phôi cùng với tốc ñộ cắt
cao và ñiều kiện gia công khô ñã làm cho tác dụng của lực cắt có những
thay ñổi ñáng 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 ñộ dẻo kém làm giảm lực cắt mặc dù ñộ 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
ñổi ñộ cứng vật liệu gia công.
- Trong một công bố ñã chứng tỏ rằng tốc ñộ cắt càng cao thì lực dọc
trục và lực cắt riêng càng thấp, không phụ thuộc vào mòn dụng cụ [8].
7
- Chen [11] 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 ñổi của các thông số hình học của dụng cụ
và mòn dụng cụ. Dụng cụ với cạnh lưỡi cắt mài tròn sẽ làm giảm lực cắt
nhưng làm tăng nhiệt ñộ trên mặt tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ.
- 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, ñặc 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 khi tiện cứng
- Các nhân tố có ảnh hưởng lớn nhất ñến nhiệt cắt khi tiện cứng là tính
chất của vật liệu phôi và dụng cụ, các thông số của ñiều kiện cắt. Ngoài
ra còn có thể có một số nhân tố khác như chế ñộ làm nguội, kích thước
phôi [37].
- Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy quy luật thay ñổi nhiệt ñộ trong quá
trình tiện cứng không tuân theo lý thuyết cắt kim loại truyền thống. Cấu
trúc tế vi của vật liệu phôi gia công có ảnh hưởng lớn ñến nhiệt cắt. Vận
tốc cắt có ảnh hưởng lớn nhất tới nhiệt cắt khi khi tiện cứng. Chiều sâu
cắt và lượng chạy dao có ảnh hưởng ít hơn [37].
1.4. Kết luận chương 1
Quá trình cắt trong tiện là tổng hợp của nhiều yếu tố công nghệ,

nhiều nguyên nhân tác ñộng ñến quá trình cắt như lực cắt, nhiệt cắt, cơ
tính vật liệu,… dẫn ñến dụng cụ cắt mòn nhanh làm thay ñổi ñộ chính
8
xác về kích thước của sản phẩm cũng như nhám bề mặt hoặc làm biến
ñổi cơ tính của vật liệu gia công.
Mặc dù ñã có nhiều nghiên cứu về tiện cứng ñược tiến hành song
các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình gia công không có va
ñập. Tiện cứng có va ñập còn chưa có nhiều nghiên cứu, vì vậy mà ñề tài
sẽ tập trung nghiên cứu về quá trình tiện có va ñập thép 45 qua tôi (một
loại vật liệu ñược sử dụng khá phổ biến ñể chế tạo trục bánh răng, trục
then hoa …).


















9

Chương 2. DỤNG CỤ PHUN PHỦ
2.1. Các loại vật liệu dụng cụ cắt dùng trong tiện cứng
a) Vật liệu sứ (ceramics)
- ðộ cứng và tính giòn cao do ñó tính chịu mòn cao, tính chịu nhiệt
cao ñược dùng cắt ở tốc ñộ cao.
- Tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơn nguội. Nếu
tưới dung dịch trơn nguội dễ gây ra nứt các mảnh sứ.
- Tính dẻo kém do ñó sức bền uốn thấp vì vậy vật liệu sứ không
chịu ñược rung ñộng, va ñập cũng như lực cắt lớn.
- Mài sắc mảnh sứ rất khó và chỉ có thể mài bằng ñá mài kim
cương.
Trên cơ sở những ñặc tính của vật liệu sứ nên chúng ñược sử
dụng với các ñiều kiện sau:
- Tốc ñộ cắt không nhỏ hơn 100m/ph mặc dù tuổi bền có thể không
hợp lý. Khi lựa chọn tốc ñộ cắt cần phải chú ý ñến ñộ cứng cũng
như sức bền vật liệu gia công.
- Vì chịu rung ñộng và va ñập kém nên vật liệu sứ ñược dùng chủ
yếu ñể gia công tinh, lượng chạy dao và chiều sâu cắt tương ñối bé.
- Vì tính dẫn nhiệt kém, dễ nứt do biến dạng nhiệt nên nói chung
khi gia công bằng vật liệu sứ không sử dụng dung dịch trơn nguội.
- Nhờ có tính chống mài mòn tốt nên vật liệu sứ ñược dùng khi gia
công cần ñộ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt cao.
- Các mảnh dao sứ thường không mài sắc lại. Các mảnh sứ nhiều
lưỡi cắt thường ñược kẹp chặt trên thân dao, không hàn.


10
b) Nitrit Bo lập phương (CBN)
Các tính chất và khả năng sử dụng của dụng cụ PCBN chủ yếu phụ
thuộc vào ñộ cứng rất cao của Nitritbo nhưng pha thứ hai ñóng vai trò

quan trọng. Hàm lượng pha thứ hai càng cao thì tuổi bền của dụng cụ
càng cao ñặc biệt khi gia công tinh với lượng chạy dao và chiều sâu cắt
nhỏ. Khi gia công thô tuổi bền của dao tăng khi sử dụng mảnh dao với
hàm lượng pha thứ hai thấp [27], [39]. Có thể chia CBN thành hai nhóm:
- Nhóm có thành phần CBN cao khoảng 90% (CBN – H) sử dụng chất
dính kết kim loại.
- Nhóm có thành phần CBN thấp khoảng 50 ÷ 70% (CBN – L) sử dụng
ceramics làm chất kết dính.

Hình 2.1. Cấu trúc tế vi của hai loại mảnh dao BZN6000-92%CBN
(High CBN) và BZN8100-70%CBN (Low CBN).
Mặc dù CBN – H có ñộ cứng, khả năng dẫn nhiệt và tính chống
mòn cao hơn nhưng CBN – L lại ñạt ñược hiệu quả tốt hơn trong gia
công vật liệu cứng cả về phương diện tuổi thọ dụng cụ lẫn chất lượng bề
mặt [12].
Nhờ các tính chất quí giá như ñộ cứng cao, bền nhiệt và ít tương
tác hóa học ở nhiệt ñộ cao, dao CBN có thể sử dụng ñể cắt với tốc ñộ
11
cao các hợp kim thép và các vật liệu khó gia công như thép hợp kim
tôi cứng ñến 70HRC, thép rèn với ñộ cứng 45 ÷ 68HRC, gang tôi
và các loại siêu hợp kim Niken và Côban. Tuy nhiên, dù có ñộ
cứng rất cao nhưng ñộ dai va ñập kém nên hạn chế việc sử dụng
dụng cụ CBN trong các quá trình cắt gọt nặng, có va ñập.
Nghiên cứu về tính gia công của một số loại thép hợp kim tôi cứng
ñến trên 60 HRC cho thấy lực cắt chiều trục P
x
tăng khi gia công thép có
các hạt các bít thô (thép S6-5-2) và lực cắt tiếp tuyến P
z
tăng với thép có

các hạt các bít mịn và ñồng ñều (thép 16MnCr5E). Từ ñó có thể thấy
rằng CBN không thích hợp về mặt kinh tế khi gia công thép có thành
phần ferit cao và ñộ cứng dưới 50 HRC [27].
c) Vật liệu phủ
Kỹ thuật bề mặt tạo ra trên bề mặt dụng cụ một lớp màng mỏng có
ñộ cứng cao, khả năng ổn ñịnh nhiệt và hoá cao, giảm ma sát tốt khi gia
công, ñồng thời có khả năng dính bám với nền tốt. Một vật liệu lớp phủ
như vậy kết hợp với vật liệu nền dụng cụ có ñộ dẻo dai và ñộ bền cao sẽ
nâng cao khả năng làm việc của dụng cụ lên rất nhiều.
Vật liệu phủ có hai nhóm là vật liệu lớp phủ mềm và lớp phủ cứng.
Lớp phủ mềm có khả năng chống ăn mòn hoá học, có hệ số ma sát
nhỏ, có khả năng tự bôi trơn. Do vậy có khả năng giảm ñộ mòn và tăng
tuổi bền. Chì, bạc, vàng, crôm, niken, pôlime dùng làm vật liệu phủ
mềm.
Lớp phủ cứng có ñộ cứng tế vi cao, có khả năng chống mài mòn
tốt, có ñộ kết dính với nền tốt, có hệ số ma sát nhỏ khi chuyển dịch trên
nhiều loại vật liệu khác, có ñộ bền nhiệt cao. Những tính chất này phụ
thuộc vào bản chất vật liệu lớp phủ, lớp nền và công nghệ phủ.
V
ật liệu phủ cứng th
oxit hay m
ột số hợp chất khác m
dụng phù hợp.
2.2. Mòn dụng cụ
a) Các cơ chế mòn c
ủa dụng cụ cắt

Theo Shaw mòn d
ôxy hóa và m
ỏi. Các c

cắt, tuy nhi
ên tùy theo ñi
ưu thế. Ngoài ra d
ụng cụ c
dẻo.

Theo Loffer trong c
tố có ảnh hư
ởng mạnh
Ở dải vận tốc cắt thấp v
mài chiếm ưu th
ế cho cắt li
mòn do hạt m
ài và hóa lý tr
nên vùng mòn mặt tr
ư
biến ñổi theo chu kỳ l
à cơ ch
không liên tục.
Hình 2.3.
Ảnh h
a) Khi c
12
ật liệu phủ cứng th
ường sử dụng l
à: các nitrit, các lo
ột số hợp chất khác m
à chúng ñư
ợc áp dụng với những ứng
ủa dụng cụ cắt

Theo Shaw mòn d
ụng cụ cắt có thể do dính, hạt m
ỏi. Các c
ơ chế mòn này xảy ra ñồng th
ời trong quá tr
ên tùy theo ñi
ều kiện cắt cụ thể mà một c
ơ ch
ụng cụ c
òn b
ị phá hủy do mẻ dăm, nứt v
Theo Loffer trong c
ắt kim loại nhiệt ñộ cắt hay vận tốc cắt l
ởng mạnh
nhất ñến sự tồn tại của các c
ơ ch
Ở dải vận tốc cắt thấp v
à trung bình, cơ chế m
òn do dính và mòn do h
ế cho cắt li
ên tục và gián ño
ạn. Khi tăng vận tốc cắt,
ài và hóa lý tr
ở lên chiếm ưu th
ế ñối với cắt li
ư
ớc. Sự hình thành các v
ết nứt do ứng suất nhiệt
à cơ ch

ế mòn ch
ủ yếu dẫn ñến vỡ l
Ảnh h
ưởng của vận tốc cắt ñến c
ơ ch
a) Khi c
ắt liên tục; b) Khi cắt gián ño
ạn.
à: các nitrit, các lo
ại cacbit, các
ợc áp dụng với những ứng
ụng cụ cắt có thể do dính, hạt m
ài, khuếch tán,
ời trong quá tr
ình
ơ ch
ế nào ñó chiếm
ị phá hủy do mẻ dăm, nứt v
à biến dạng
ắt kim loại nhiệt ñộ cắt hay vận tốc cắt l
à nhân
ơ ch
ế mòn phá hủy.
òn do dính và mòn do h
ạt
ạn. Khi tăng vận tốc cắt,
ế ñối với cắt li
ên tục và tạo
ết nứt do ứng suất nhiệt
ủ yếu dẫn ñến vỡ l

ưỡi cắt khi cắt

ơ ch
ế mòn.
ạn.

13
b) Các dạng mòn và cách xác ñịnh
* Các dạng mòn
Phần cắt dụng cụ trong quá trình gia công thường bị mòn theo các
dạng sau:
- Mòn theo mặt sau (hình 2.4a).
- Mòn theo mặt trước (hình 2.4b).
- Mòn ñồng thời cả mặt trước và mặt sau (hình 2.4c).
- Mòn tù lưỡi cắt (hình 2.4d).

Hình 2.4. Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện.
Mòn mặt trước và mặt sau là hai dạng mòn thường gặp trong cắt
kim loại.
* Cách xác ñịnh
Theo Doyle thì mòn mặt trước và mặt sau có thể tính toán gần ñúng
như sau:
- Thể tích mòn mặt sau:
2
W
.
(2 1)
2
ave
VB b tg

V
α
= −

Trong ñó: VB
ave
là chiều cao trung bình của vùng mòn.
- Thể tích mòn mặt trước:

cr
2 ( )
(2 2)
3
b KB KF KT
V
−
= −



14






Hình 2.6. Các thông số ñặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau.
* Các chỉ tiêu ñánh giá sự mài mòn của dụng cụ cắt
- Chỉ tiêu mòn tối ưu: Dấu hiệu dụng cụ cắt ñược xem là mòn thì ñược

gọi là chỉ tiêu mòn. Nếu nguyên công không có yêu cầu cao về ñộ chính
xác, ñộ nhám bề mặt thì nên dùng dụng cụ cho ñến khi mòn ñạt thời gian
gia công lớn nhất, và ñộ mòn như vậy gọi là mòn tối ưu.
- Chỉ tiêu mòn công nghệ: Mòn công nghệ là hiện tượng mòn mà tại ñó
dụng cụ cắt bị ngừng sử dụng do những hạn chế về công nghệ như: ðộ
nhám bề mặt tăng, kích thước gia công không chính xác, xuất hiện dao
ñộng của hệ thống công nghệ, chi tiết bị nung nóng mạnh, dụng cụ cắt bị
gẫy, Chỉ tiêu này chủ yếu ñược dùng ñể nghiên cứu dụng cụ cho gia
công tinh.
c) Ảnh hưởng của mòn dụng cụ ñến chất lượng bề mặt khi tiện cứng

Khi dụng cụ bị mòn sẽ làm cho hình dạng và thông số hình học
phần cắt bị thay ñổi dẫn ñến các hiện tượng vật lý, hoá học xảy ra trong
quá trình cắt thay ñổi (như nhiệt cắt, lực cắt, ôxy hoá,…). ðiều này sẽ
ảnh hưởng xấu ñến ñộ chính xác và chất lượng bề mặt gia công khi tiện
cứng [24].
2.3. Tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng
Khi nghiên cứu tuổi bền dụng cụ cắt trong tiện cứng do chủ yếu sử
15
dụng các mảnh hợp kim cứng phủ hay các mảnh CBN nên tuổi bền ñược
xác ñịnh khá ñơn giản. Sau các lần cắt có thể dựa vào chỉ tiêu mòn công
nghệ kết luận dụng cụ cắt ñã bị hỏng, không thể tiếp tục làm việc theo
chất lượng yêu cầu. Do vậy ta có ñược tổng thời gian gia công tính bằng
T(phút) hoặc dựa vào chiều cao mòn cho phép ở mặt sau dụng cụ ñể xác
ñịnh tuổi bền. Trong thực tế ñiều này là không khả thi vì sự phức tạp của
nó, nên chỉ tiêu mòn công nghệ hay ñược dùng hơn.
2.4. Kết luận chương 2
Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ
sẽ giảm dần, ñến một lúc nào ñó sẽ không ñảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
Mòn dụng cụ là một chỉ tiêu ñánh giá khả năng làm việc của dụng cụ vì

nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp ñến
ñộ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế
của quá trình gia công. Vì vậy việc lựa chọn dụng cụ và xác ñịnh ñiều
kiện làm việc là rất quan trọng ñối với tất cả các quá trình gia công.
ðể gia công vật liệu có ñộ cứng cao có thể sử dụng nhiều loại vật
liệu dụng cụ cắt khác nhau. Ceramics thích hợp cho gia công khô nhưng
tính giòn cao, sức bền uốn thấp nên không thích hợp trong gia công có
rung ñộng và va ñập. CBN có ñộ cứng và khả năng chịu nhiệt rất cao
nên ñược sử dụng nhiều khi gia công vật liệu có ñộ cứng cao. Tuy nhiên
CBN không thích hợp về mặt kinh tế khi gia công thép có thành phần
ferit cao và ñộ cứng dưới 50 HRC. ðối với vật liệu phủ thì lớp phủ
TiAlN có thể làm việc với tốc ñộ cắt cao, rất thích hợp với gia công khô
và giá thành mảnh dao phủ TiAlN hạ hơn PCBN nhiều. Vì vậy ở ñây tác
giả nghiên cứu tiện có va ñập thép 45 sau khi tôi (ñộ cứng trong khoảng
40 ÷ 45 HRC) sử dụng mảnh carbide phủ TiAlN.
16
Chương 3. XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT HỢP LÝ KHI TIỆN CÓ VA
ðẬP THÉP 45 QUA TÔI BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ
TIALN
3.1. Thiết bị thí nghiệm
a) Máy thí nghiệm
Thực nghiệm ñược tiến hành trên máy tiện CTX 310 eco (Trường
Cao ñẳng công nghiệp Việt ðức).
b) Dụng cụ thí nghiệm
Mảnh dao hợp kim cứng phủ TiAlN kí hiệu CNMG120404HQ –
PR1125 của hãng Kyocera.
c) Phôi thí nghiệm
Thép 45 ñược sử dụng trong thí nghiệm có chiều dài L = 200,
ñường kính Ø50, tôi thể tích ñạt ñộ cứng 40 ÷ 45HRC.
d) Dụng cụ ño kiểm

* Máy ño ñộ nhám
Sử dụng máy ño ñộ nhám SJ-210 hãng Mitutoyo – Nhật Bản
(Trường ðại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên).
* Kính hiển vi ñiện tử
Sử dụng kính hiển vi ñiện tử quét VEGA 3 SBU – Cộng hòa Séc
(Trường ðại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên).
3.2. ðiều kiện biên
Trên cơ sở tham khảo ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực và
kết quả các thí nghiệm sơ bộ trước ñó, tác giả ñưa ra khoảng chế ñộ
công nghệ như sau:
- Vận tốc cắt: V = 140 ÷ 180 (m/phút).
- Lượng chạy dao: S = 0,04 ÷ 0,12 (mm/vòng).
17
- Chiều sâu cắt không ñổi t = 0,2 (mm).
- Tổng hợp các nhiễu ảnh hưởng ñến chất lượng bề mặt gia công là ổn
ñịnh.
- ðộ cứng của phôi ổn ñịnh trong suốt quá trình gia công khoảng
40÷45HRC.
3.3. Xây dựng kế hoạch thí nghiệm
Dùng phần mềm Minitab14 thực hiện xây dựng kế hoạch thực
nghiệm bề mặt chỉ tiêu theo dạng hỗn hợp tâm xoay (CCD - Central
Composite Design) với thực nghiệm có hai biến ñầu vào (chiều sâu cắt
chọn cố ñịnh t = 0,2 mm), số thí nghiệm tại tâm là 3 ta có ma trận thí
nghiệm như sau:
Bảng 3.3. Ma trận thí nghiệm.
Stt

Biến mã hóa Biến thực nghiệm
x
1

x
2
V (m/ph) S (mm/vg)
1 -1 -1 140 0,04
2 1 -1 180 0,04
3 -1 1 140 0,12
4 1 1 180 0,12
5 0 0 160 0,08
6 +α 0 184,3 0,08
7 -α 0 135,7 0,08
8 0 +α 160 0,1286
9 0 -α 160 0,0314
10

0 0 160 0,08
11

0 0 160 0,08
18
3.4. Thực hiện thí nghiệm
Tiến hành gia công, quan sát ño và ghi chép kết quả thí nghiệm. Ở
ñây nhám bề mặt ñược ño dọc theo phương ñường sinh của phôi, ñầu ño
ñược gá lên phôi nhờ khối V của dụng cụ ño. Giá trị Ra và Rz là trung
bình cộng của ba lần ño tại ba vị trí khác nhau của bề mặt gia công.
Chiều dài cắt là 150mm, mỗi thí nghiệm thực hiện bằng một mảnh dao
do ñó ảnh hưởng của mòn dao là không ñáng kể, do vậy kết quả thí
nghiệm là tin cậy.
Bảng 3.4. Kết quả ñộ nhám bề mặt chi tiết gia công.
Stt

Biến mã hóa Biến thực nghiệm ðộ nhám bề mặt
x
1
x
2
V (m/ph)
S
(mm/vg)
Ra (µm) Rz (µm)
1
-1 -1 140 0,04
0,87600 5,16900
2
1 -1 180 0,04
0,71400 3,15033
3
-1 1 140 0,12
1,45600 7,13800
4
1 1 180 0,12
0,84000 3,57733
5
0 0 160 0,08
0,65200 3,88833
6
+α 0 184,3 0,08
0,91900 3,90700
7
-α 0 135,7 0,08
0,90267 5,02633

8
0 +α 160 0,1286
1,29567 5,34033
9
0 -α 160 0,0314
0,44600 2,76133
10

0 0 160 0,08
0,64300 3,72500
11

0 0 160 0,08
0,62867 3,90133



3.5. Phân tích k
ết quả thí nghiệm

Hình 3.8. K
ết quả phân tích số liệu thí nghiệm ñộ nhám Ra.
Quan sát c
ột giá trị P trong mục “Hệ số hồi quy
(Estimated Regression
mức ý nghĩa
α = 0,05 ta th
ch
ứng tỏ sự có mặt của các hệ số l
Ở phần phân tích ph
với giá trị ở cột P ứ
ng v
r
ất nhiều so với mức ý nghĩa
quy là phù hợp. Vậy h
àm quan h
(V) và lư
ợng chạy dao (S) nh
LnRa = 11,288 –
0,138lnV +
19
ết quả thí nghiệm

ết quả phân tích số liệu thí nghiệm ñộ nhám Ra.
ột giá trị P trong mục “Hệ số hồi quy
ư
(Estimated Regression

Coefficients for Ra) và so sánh các giá tr
α = 0,05 ta th
ấy giá trị P ứng với các hệ số ñều rất nhỏ
ứng tỏ sự có mặt của các hệ số l
à có ý nghĩa.
Ở phần phân tích ph
ương sai cho Ra (Analysis of Variance for Ra)
ng v
ới hàng Lack-of-
Fit (P=0,873). Giá tr
ất nhiều so với mức ý nghĩa
α = 0,05. ðiều này có ngh
ĩa l
àm quan h
ệ giữa nhám bề mặt (
Ra
ợng chạy dao (S) nh
ư sau:
0,138lnV +
13,723lnS –
0,142lnV.lnS + 95,177(lnS)
ết quả phân tích số liệu thí nghiệm ñộ nhám Ra.

ư
ớc tính cho Ra”
Coefficients for Ra) và so sánh các giá tr
ị này với
ấy giá trị P ứng với các hệ số ñều rất nhỏ
ương sai cho Ra (Analysis of Variance for Ra)
Fit (P=0,873). Giá tr

ị P lớn hơn
ĩa l
à mô hình hồi
Ra
) với vận tốc cắt
0,142lnV.lnS + 95,177(lnS)
2


20
* Biểu ñồ quan hệ giữa vận tốc cắt, lượng chạy dao và nhám bề mặt

Hình 3.9. ðồ thị bề mặt chỉ tiêu.

Hình 3.10. ðồ thị ñường mức.


21

Hình 3.11. ðồ thị tối ưu.
Như vậy, ñộ nhám bề mặt Ra
min
= 0,54 µm tại: V = 160,3263
m/ph, S = 0,0493 mm/vg.
3.6. Xác ñịnh tuổi bền dụng cụ ở chế ñộ cắt tối ưu
Tuổi bền của dụng cụ ñược xác ñịnh từ khi dao bắt ñầu cắt cho ñến
khi bắt ñầu diễn ra giai ñoạn phá huỷ ứng với mỗi chế ñộ cắt xác ñịnh.
Trong ñiều kiện gia công tinh thì chất lượng bề mặt trong ñó nhám bề
mặt là thông số có ý nghĩa ñến chất lượng sản phẩm. ðể ñánh giá tuổi
bền của dao tiện phủ TiAlN khi gia công có va ñập thép 45 qua tôi có

thể thực hiện theo phương pháp: Dùng chỉ tiêu chất lượng bề mặt ñể xác
ñịnh giới hạn tuổi bền của dao, cụ thể là khi tiến hành gia công ở chế ñộ
cắt tối ưu sẽ tiến hành kiểm tra chất lượng bề mặt theo chỉ tiêu ñộ nhám
bề mặt. Giới hạn tuổi bền của dao ñược xác ñịnh là thời ñiểm giá trị ñộ
nhám của bề mặt gia công thay ñổi ñột ngột.
Tiến hành gia công và ño nhám bề mặt ở từng thời ñiểm cụ thể ta
thu ñược kết quả trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. ðộ nhám bề

Stt Thờ
i gian gia công (phút)
1
10
2
12,5
3
15
4
17,5
5
20
6
22,5
7
25
8
27,5
9
30

Dựa vào bảng s
ố
giữa ñộ nhám bề mặ
t v
Hình 3.13. Quan h

22

mặt gia công ở chế ñộ cắt tối ưu.

i gian gia công (phút)

Ra (µm)
10
0,512

12,5
0,591

15
0,664

17,5
0,729

20
0,780

22,5
0,797

25
0,810

27,5
0,930

30
1,106

ố
liệu trên ta vẽ ñược ñồ thị thể
hi
t v
ới thời gian gia công (hình 3.13).

Hình 3.13. Quan h
ệ giữa nhám bề mặt và thờ
i gian gia công.

Ra (µm)

hi
ện mối quan hệ


i gian gia công.

23
Từ ñồ thị trên ta thấy ñộ nhám bề mặt gia công thay ñổi ñột ngột
sau 25 phút gia công, vì vậy có thể kết luận ñược rằng khi gia công có va
ñập thép 45 qua tôi bằng mảnh dao phủ TiAlN ở chế ñộ cắt tối ưu: V =
160,3263 m/ph, S = 0,0493 mm/vg (chiều sâu cắt không ñổi t = 0,2
mm), tuổi bền của mảnh dao vào khoảng 25 phút.
3.7. Khảo sát mòn mảnh dao ở chế ñộ cắt tối ưu
Từ việc quan sát hình ảnh chụp ảnh mặt sau của dụng cụ cắt và các
kiến thức liên quan ñến cơ chế mòn dụng cụ cắt, cụ thể dụng cụ cắt phủ
tác giả có nhận ñịnh như sau:
- Trong quá trình cắt trạng thái lực cắt tác ñộng lên lưỡi cắt ở dạng
va ñập (xung lực) do quá trình cắt là gián ñoạn. Giá trị của xung
lực này lớn, gây phá hủy cục bộ lớp phủ ngay sát lưới cắt dụng cụ
cắt như trên hình 3.14.
- Tiếp tục gia công vùng phá hủy mở rộng do bong tróc lớp phủ ñể
lộ vật liệu lớp nền. Khi không còn sự bảo vệ của lớp phủ, vật liệu
nền với ñộ cứng, ñộ bền nhiệt, khả năng chống mài mòn kém hơn
so với vật liệu lớp phủ nhanh chóng bị mòn theo cơ chế mòn do
ma sát (hình 3.15).
- Theo quan sát hình 3.16 cho thấy tốc ñộ phát triển vết mòn lớn do
ñến giai ñoạn này các yếu tố cắt của dao là bất lợi như: Góc sau
nhỏ (có thể bằng không), lớp phủ bị bong những mảng lớn. Ngoài
ra trên hình vẽ ta cũng có thể thấy rõ dàng vết trượt, cào xước của

vật liệu gia công trên lớp nền dụng cụ cắt càng khẳng ñịnh khi này
mòn dụng cụ cắt diễn ra theo cơ chế mòn do ma sát.


24

Hình 3.14. Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 10 phút gia công.

Hình 3.15. Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 20 phút gia công.


25

Hình 3.16. Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 30 phút gia công.
3.8. Kết luận chương 3
- Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm ñã xác ñịnh ñược ảnh
hưởng của chế ñộ cắt ñến ñộ nhám bề mặt khi tiện có va ñập thép 45 qua
tôi bằng mảnh carbide phủ TiAlN thông qua hàm hồi quy thực nghiệm:
LnRa = 11,288 – 0,138lnV + 13,723lnS – 0,142lnV.lnS + 95,177(lnS)
2

- Xác ñịnh ñược các thông số V, S tối ưu ñể ñạt ñộ nhám Ra nhỏ nhất:
V = 160,3263 m/ph, S = 0,0493 mm/vg.
- Xác ñịnh ñược tuổi bền mảnh dao (khoảng 25 phút).
- Khảo sát ñược cơ chế mòn mảnh dao (chủ yếu là mòn do ma sát).