tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật “NGHIÊNN 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 NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

HÀ ĐỨC THUẬN

Tên luận văn:
“NGHIÊNN 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:

Cơng nghệ chế tạo máy

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái Nguyên 2013


Cơng trình được hồn thành tại:
Trường ĐHKT Cơng nghiệp, Đại học Thái Nguyên

Người hướng dẫn khoa học:

TS. Trần Minh Đức

Phản biện 1: GS.TSKH Bành Tiến Long
Phản biện 2: TS. Hoàng VỊ

Luận văn được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn cấp nhà trường họp
tại: ĐHKT Công Nghiệp, ĐH Thái Ngun.

Vào hồi

17

giờ

ngày 17 tháng 7 năm 2013.

Có thể tìm hiểu luận văn tại trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên
Và thư viện: Trường ĐHKT CN


-1PHẦN 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 khuôn trong ngành y tế [17].
Trong công nghệ khuôn 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 công thép
không gỉ thường sử dụng các phương pháp gia cơng có lưỡi cắt xác định
thay cho mài [1,2,3].
Trong quá trình cắt kim loại, quá trình hình thành và biến dạng của
phoi quyết định đến công 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 quá trình tạo phoi và chất lượng
bề mặt khi phay mặt phẳng trên vật liệu SUS 304 là cấp thiết.
Xuất phát từ các yêu cầu trên, tác giả lựa chọn đề tài nghiên cứu:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến quá 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 quá trình tạo phoi xảy ra khi
gia cơng thép SUS 304 từ đó đưa ra các giải pháp công nghệ nhằm nâng cao
chất lượng bề mặt sau khi gia cơng.
3. Đối tượng nghiên cứu
Q trình phay mặt phẳng trên vật liệu SUS 304, sử dụng dao phay
mặt đầu gắn mảnh HKC M1025R08 SANDVIK, bôi trơn tưới tràn dùng
dung dịch Emuxil
4. Phương pháp nghiên cứu


-2Nghiên 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 quá 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 công khuôn mẫu phụ vụ
ngành công nghiệp dược phẩm tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam


-3Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG VẬT LIỆU THÉP KHÔNG RỈ
1.1 Tổng quan về thép khơng gỉ và tính gia công của thép không gỉ
1.1.1 Tổng quan về thép không 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 nguyên 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 môi 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 tôi 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 công và dễ gia công. Hợp kim dễ gia công 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 không 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 không gỉ được ứng dụng nhiều từ các sản phẩm gia dụng,
máy móc đến các thiết bị trong mơi trường công nghiệp khắc nghiệt. Các
loại thép không gỉ hiện nay cung cấp một khoảng rộng các tính chất, từ các
hợp kim có cơng thức đặc biệt có khả năng làm việc trong môi trường khắc


-4nghiệt nhất cho đến các loại phù hợp một cách lý tưởng cho gia công hay
chế tạo.
Thép không 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 mịn 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 không gỉ thường
là bền và dẻo dai hơn so với thép cán và kim loại màu kể cả trong môi

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 công 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 công 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 cịn chịu ảnh hưởng rất lớn, rất phức tạp của


-5tính chất cơ 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 cịn 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 công 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.

Tính gia công tương đối của các loại thép không gỉ thông dụng và
các mác dễ gia công tương đương được mơ tả trên hình 1.1. Nếu coi tính gia
cơng của mác thép không gỉ dễ gia công AISI 416 là 100% thì tính gia cơng
tốt nhát của thép SUS 304 chỉ đạt từ 50% đến 60%. Các loại thép không 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 tôi cao, độ dẫn nhiệt thấp.[1-3]
Các hợp kim ferit và mactenxit, các hợp kim dễ gia công ferit
và các hợp kim mactenxit ủ, hàm lượng cacbon thấp là các loại dễ gia công
nhất trong thép không 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
công 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.


-6Ngồi 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 khoan...) trong những giới hạn nhất định. Tuy nhiên chất lượng bề mặt
có thể được nâng cao bằng cách gia công 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 không 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 công thép không gỉ austenit, đặc biệt là thép khơng gỉ tiêu chuẩn, có một
vài đặc điểm sau:


-7+ 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 quá
trình loại bỏ chúng khó khăn.
+ Rung động dễ xảy ra hơn nếu độ cứng vững của hệ thống công
nghệ không đảm bảo hay bị quá giới hạn.
+ Bề mặt gia công bị biến cứng và khó gia cơng nếu q trình cắt
bị dừng hay bước tiến quá nhỏ
Với các đặc điểm trên, chú ý chung cho gia công thép không 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 công 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.[13]
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 không 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 không gỉ austenit. Hàm lượng của một hay cả hai nguyên tố cao sẽ
làm giảm tính gia cơng. Do đó, các hợp kim austenit có hàm lượng N cao


-8như S20910 và 28200 khó gia cơng hơn so với hợp kim austenit tiêu chuẩn
có hàm lượng N thấp hơn.
Các nguyên tố tạo ra các-bít và nitrit mạnh bao gồm Ti và Niobi
được dùng trong các mác thép không 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. Tuy nhiên, các tạp chất dạng các-bít và nitrit có tính mài mịn
cao sẽ làm tăng tốc độ mịn 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 công 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 không gỉ mactenxit tôi nhanh thường được gia công

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 không 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 công cao hơn. Mức độ dễ dàng khi gia công 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


-9hợp 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. Cịn 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
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 công
1.2.8 Độ chính xác gia cơng
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 không 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 công sự nghiên cứu ảnh hưởng của
chế độ bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) đến mịn 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


- 10 chạy dao thấp. MQL giảm được đáng kể độ mòn lưỡi cắt và giá trị nhám bề
mặt so với khi cắt khô và tưới tràn.[9-10]
R.A.Mahdavinejad and Saeedy đã nghiên cứu ảnh hưởng của chế
đô công nghệ đến lượng mòn dao, nhám bề mặt khi tiện thép SUS 304,
dụng cụ cắt phủ TiC. Kết quả cho thấy, lượng mòn của dao chịu ảnh hưởng
rất lớn của vận tốc cắt, lượng mòn của dao giảm khi tăng vận tốc cắt.
Nguyên nhân chính dẫn đến mịn dao là do sự truyền nhiệt kém hiệu quả
của SUS 304, hình dáng và kích thước của phoi. Nhám bề mặt chịu ảnh
hưởng rất lớn của lượng chạy dao, do vậy nhám bề mặt có thể được cải
thiện khi giảm lượng chạy dao và tăng tốc độ cắt. Ở vận tốc cắt cao và
lượng chạy dao nhỏ, khối lẹo dao giảm làm lực cắt và rung động giảm. Tác
giả cũng khẳng định, bôi trơn theo phương pháp tưới tràn hiệu quả hơn so
với gia công khô.[12]
Ihsan Korkut, Ulvi Seker đã nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc
cắt đến nhám bề mặt và lượng mòn dao khi tiện thép không gỉ sử dụng vật
liệu dụng cụ cắt là ceramic trong điều kiện cắt khô. Tác giả xác định rằng,
vận tốc cắt tối ưu đồng thời cho hai chỉ tiêu trên là 180 m/ph.[13]
K.A Abou – El – Hossein và các cộng sự đã nghiên cứu ứng dụng

mảnh dao có thơng số hình học được cải tiến để gia công thép không gỉ
SUS 304. Kết quả đã nâng cao rõ rệt tuổi bền của mảnh dao. [17]
Lớp phủ TiN trên thép gió và HKC cac-bit Vonfram rất có hiệu
quả trong kéo dài tuổi bền dao khi gia cơng thép khơng gỉ. Lớp phủ TiN có
hệ số ma sát thấp và chịu mài mòn thấp và chịu mài mịn tốt ở nhiệt độ cao,
điều này giúp nó đặc biệt có hiệu quả khi dùng gia cơng ở tốc độ trung bình.
Lớp phủ TiCN có hiệu quả hơn TiN trên dụng cụ cắt trong gia công thép
không gỉ mactenxit. Lớp phủ TiCN có độ cứng và độ dai cao hơn lớp phủ
TiN. Các lớp phủ nhiều lớp bởi các lớp vật liệu khác nhau có kích thước


- 11 cực mỏng (50/1.000.000 in) tạo ra ít hư hỏng bên trong, nâng cao khả năng
làm việc dựa trên các tính chất kết hợp của mỗi lớp phủ. Phủ bằng TiAlN
nâng cao nhiệt độ oxy hóa của lớp bề mặt được phủ nhiều lớp làm nó phủ
hợp với các q trình gia cơng ở tốc độ cao. Sự kết hợp của các loại lớp phủ
này được tích hợp để nâng cao hiệu quả - chi phí trong gia cơng thép không
gỉ.[1]
Qua các nghiên cứu kể trên, các tác giả đã đánh giá được ảnh
hưởng của một số yếu tố như chế độ bôi trơn, vật liệu dụng cụ cắt, chế độ
cắt... đến các chỉ tiêu tính gia cơng của vật liệu thép không gỉ. Tuy nhiên,
các nghiên cứu kể trên cũng có các hạn chế sau:
- Việc xác định chế độ cắt tối ưu ứng với từng điều kiện gia công
cụ thể.
- Chưa xác định rõ ảnh hưởng của chế độ cắt đến sự thay đổi cấu
trúc tế vi bề mặt.
1.3.2 Khái quát về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam, việc xác định chế độ cắt khi gia công thép không gỉ
được nghiên cứu trong vài năm trở lại đây.
Một số các nghiên cứu đã công bố như xác định chế độ cắt tối ưu
theo chỉ tiêu nhám bề mặt khi mài trịn ngồi thép khơng gỉ SUS 304 dùng

đá mài Hải Dương [19], nghiên cứu một số biện pháp cơng nghệ nâng cao
độ chính xác và chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi mài tinh thép không
gỉ [20], nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt với tuổi bền dụng cụ phủ
TiAlN khi tiện tinh thép không gỉ SUS 201.[21]
Trong thực tế sản xuất, gần đây thép không gỉ (đặc biệt là SUS
304) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp khuôn mẫu đặc biệt là trong
nghành y tế. Như Công ty TNHH ĐH KTCN hằng năm sản xuất rất nhiều
khuôn dập thuốc cho các công ty dược phẩm như: Công ty dược phẩm Hà


- 12 Tây, Công ty dược phẩm Sao Kim, công ty dược phẩm Hà Tĩnh... Tuy
nhiên, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các biện pháp cơng nghệ đến q
trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi gia công thép khơng gỉ nói chung và
SUS 304 nói riêng cịn rất nhiều hạn chế.
1.3.3 Vấn đề nghiên cứu
Từ nhu cầu sản xuất thực tế và những hạn chế của các đề tài
nghiên cứu trước đây, tác giả nhận thấy cần có nghiên cứu cụ thể về gia
công SUS 304 sử dụng dụng cụ cắt có lưỡi cắt xác định.
Đối với các chi tiết khuôn mẫu, chất lượng bề mặt (nhám bề mặt
và cấu trúc tế vi lớp bề mặt) ảnh hưởng rất lớn đến tính năng sử dụng của
chúng. Ngồi ra, yếu tố lực cắt và mòn dao ảnh hưởng rất nhiều đến độ
chính xác gia cơng và chi phí gia công sản phẩm.
Xuất phát từ các yêu cầu trên, tác giả đã lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cơng nghệ đến q trình
tạo phoi và chất lượng bề mặt khi phay SUS 304”
Kết luận chương I:
- Khái qt về thép khơng gỉ và tính gia cơng của loại vật liệu
này.
- Tổng quan về các nghiên cứu đã cơng bố ở trong và ngồi nước
về các biện pháp cơng nghệ nhằm nâng cao tính gia cơng của thép không gi

và xác định được vấn đề cần nghiên cứu của đề tài.


- 13 Chương 2
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO PHOI
VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CƠNG SUS 304
2.1 Bản chất vật lý quá trình tạo phoi
Cắt kim loại là q trình sản xuất mà trong đó một chi tiết kim
loại được tạo thành bằng cách lấy đi phần vật liệu không cần thiết. Phần vật
liệu không cần thiết được gọi là phoi được lấy đi nhờ biến dạng dẻo đến
kích thước xác định bằng một dụng cụ có lưỡi cắt sắc.
Phoi là sản phẩm khơng có giá trị tiêu thụ trong quá trình cắt kim
loại nhưng cơ chế hình thành phoi lại quyết định nhiều đến các thông số
khác như năng lượng tiêu thụ, nhiệt cắt, lực cắt...có ảnh hưởng trực tiếp đến
độ chính xác gia cơng và tuổi bền của dụng cụ cắt. Vì vậy, việc nghiên cứu
quá trình tạo phoi sẽ cung cấp các hình ảnh lý tính để sử dụng cho các mơ
hình mô tả định lượng của lực cắt và nhiệt cắt trong quá trình cắt kim
loại.[4-6]
Mặc dù quá trình tạo phoi có thể rất đa dạng nhưng ln tồn tại
ba vùng tính chất của biến dạng dẻo có thể phân biệt rất rõ. Cơ chế biến
dạng chủ yếu trong vùng này là biến dạng trượt nên các vùng này thường
được gọi là vùng trượt cơ sở (primary shear), vùng trượt thứ hai (secondary
shear) và vùng trượt thứ ba (teriary)
Vùng trượt cơ sở là vùng hẹp và dễ nhận biết nhất. Trong phần
này vật liệu phôi được bẻ cong theo hướng bề mặt dụng cụ và sẽ hình thành
phoi. Trong vùng này xảy ra biến dạng lớn nhưng nhiệt độ lại không cao
khoảng trên 3000C.
Vùng trượt thứ hai và vùng trượt thứ ba là vùng không mong
muốn và tồn tại đơn thuần là lỗi của dụng cụ cắt do không bao giờ khơng có

- 14 ma sát và sắc tuyệt đối. Ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa dao và phoi gây ra
biến dạng ở mặt sau của phoi tạo ra vùng trượt thứ hai. Vùng trượt thứ hai
hẹp giống như vùng trượt cơ sở, nhỏ hơn 10% chiều dày phoi và chứa đựng
các biến dạng rất lớn. Thực tế trong vùng này biến dạng có thể lớn gấp 10
lần và nhiệt độ rất cao có thể làm nóng chảy vật liệu của phôi. Trong vùng
này, ở phần tiếp xúc ban đầu giữa vật liệu nguyên bản của phoi và bề mặt
của dụng cụ cắt, ma sát lớn dẫn đến phoi bị bám chặt vào bề mặt của dụng
cụ, do vậy vùng này gọi là vùng dính (sticking zone) và các biến dạng chủ
yếu diễn ra ở đây. Ở phần thứ hai của vùng trượt thứ hai gọi là vùng trượt
(slide zone). Tại vùng trượt, phoi bắt đầu trượt dọc theo bề mặt dụng cụ cho
đến khi rời khỏi bề mặt dao.
Vùng trượt thứ ba là kết quả do tồn tại bán kính lưỡi cắt và lẹo
dao. Vì vậy tạo ra sự mâu thuẫn với những điều trong thiết kế, trong quá
trình cắt kim loại, phoi tạo ra do quá trình cày xới hơn là q trình cắt. Vì
vật liệu phơi dính vào lưỡi cắt của dụng cụ nên vùng trượt thứ ba có thể
xem như là sự mở rộng của vùng trượt thứ hai.[4-6]
2.2 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi và chất
lượng bề mặt khi gia công
2.2.1 Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt
2.2.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt
Khi xét ảnh hưởng của chế độ cắt đến quá trình tạo phoi nghĩa là
xem xét ảnh hưởng của chế độ cắt đến ba tiêu chí:
+ Ảnh hưởng đến độ lớn của miền tạo phoi và mức độ biến dạng


- 15 + Ảnh hưởng đến nhiệt độ của vật liệu gia công.
+ Ảnh hưởng đến sự xuất hiện cũng như độ lớn của lẹo dao[7]
Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ lớn của miền tạo phoi và mức độ biến
dạng

Ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhiệt cắt
Ảnh hưởng của chế độ cắt đến lẹo dao
2.2.3 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội và chế độ bôi trơn
2.3 Giới hạn nghiên cứu
Trong khuôn khổ về điều kiện trang thiết bị thí nghiệm trong nước,
cũng như những yêu cầu của thực tế đặt ra đối với quy trình gia công khuôn
dập thuốc trong nước: nâng cao chất lượng bề mặt, giảm chi phí gia cơng.
Từ những mục tiêu trên tác giả lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ
cơng nghệ đến q trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi phay thép SUS
304.
Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu ảnh
hưởng các vấn đề sau:
+ Tìm hiểu lý thuyết quá trình tạo phoi khi phay mặt phẳng trên
vật liệu SUS 304.
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chế độ cắt (v,S) đến quá
trình tạo phoi và nhám bề mặt khi phay mặt phẳng vật liệu SUS 304 được
đánh giá thông qua các chỉ tiêu: lực cắt, nhám bề mặt, cấu trúc tế vi bề mặt,
độ mòn dụng cụ cắt.
Với các vấn đề nghiên cứu như trên, tác giả đưa ra mơ hình nghiên
cứu như sau:
2.4 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu thực nghiệm;
- Tổng hợp và phân tích số liệu thực tế;


- 16 - Xử lý các số liệu thực nghiệm có sự trợ giúp của máy tính;
- Rút ra những quy luật từ kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm nếu có thể.
Kết luận chương II:
- Tác giả đã khái quát được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

tạo phoi và chất lượng bề mặt khi gia cơng thép khơng gỉ nói
chung và thép SUS 304 nói riêng.
- Đã giới hạn được vấn đề nghiên cứu là nghiên cứu ảnh hưởng
của chế độ cắt (v,S) đến quá trình tạo phoi và chất lượng bề mặt
khi phay thép SUS 304 và đưa ra mơ hình nghiên cứu.
- Đã đưa ra được phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết
kết hợp với thực nghiệm.


- 17 Chương 3.
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ
CẮT ĐẾN QUÁ 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 SUS 304
Nghiên cứu thực nghiệm q trình tạo phoi khi gia cơng thép khơng gỉ
SUS304
+ Trang thiết bị thí nghiệm
Máy cơng cụ: VMC-85S
Dụng cụ cắt: Mảnh Sandvik 1025R08
Phôi: SUS 304
Chế độ công nghệ như sau: V = 200 (m/phút); S = 0.3 (mm/răng);
t = 0.5 (mm); bơi trơn tưới tràn.
Sau đó chụp SEM hình ảnh phoi.
+ Kết quả thí nghiệm như sau
+ Nhận xét và đánh giá
Từ hình ảnh SEM của phoi, có thể thấy rằng:
+ Phoi chuyển màu, màu sắc của phoi sáng hơn so với màu sắc
của phôi.
+ Mức độ biến dạng của phoi lớn được phản ánh thông qua bán
kính cuộn phoi. Kết quả chụp SEM thấy rằng bán kính cuộn phoi là 1.6 mm

+ Trên bề mặt tiếp xúc dao-phoi trên phoi, bề mặt xuất hiện rất
nhiều vết rỗ tế vi.
Các hiện tượng trên phoi trên có thể được giải thích như sau:
Phoi bị chuyển màu, màu sắc của phoi sáng hơn mầu sắc của phoi
và trên bề mặt tiếp xúc dao-phoi xuất hiện các vết nứt tế vi là do tác dụng
của nhiệt cắt. Khi gia công SUS 304, nhiệt cắt sinh ra rất lớn, vùng có nhiệt


- 18 độ cao nhất tại vùng tiếp xúc dao-phoi và đạt giá trị cực đại tại lưỡi cắt.
Nhiệt cắt này chủ yếu truyền vào phoi ra hiện tượng phoi bị xoắn lại (hình
thành bán kính cuộn phoi) và thay đổi màu sắc trên phoi. Bán kính cuộn
phoi là 1.6 mm được xem là bán kính cuộn phoi nhỏ [12] và mức độ biến
dạng của phoi là rất lớn.
3.2 Xây dựng hệ thống thí nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm đóng vai trò quan trọng trong khoa học
kỹ thuật. Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng các giả thuyết
khoa học, đưa ra những kết luận và hướng dẫn có cơ sở khoa học để ứng
dụng vào thực tiễn.
Để nghiên cứu thực nghiệm một cách khoa học và chính xác khi
thực nghiệm, cần phải xây dựng hệ thống thí nghiệm phù hợp lý thuyết thực
nghiệm và với đề tài nghiên cứu.
3.2.1 Yêu cầu của hệ thống thí nghiệm
- Đáp ứng được yêu cầu lý thuyết cần nghiên cứu.
- Đảm bảo được độ chính xác, độ tin cậy và ổn định
- Đảm bảo được việc thu thập, lưu dữ và xử lý số liệu thuận lợi.
- Đảm bảo tính khả thi và tính kinh tế
3.2.2 Hệ thống thí nghiệm
* Thiết bị cơng nghệ
- Máy phay 3 trục CNC VMC85S
- Dụng cụ cắt: Mảnh M1025R08 SANDVIK

- Phôi: thép SUS 304:
3.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiêm
Thiết kế thí nghiệm theo phương pháp “hai nhân tố trực giao”.
Phương pháp này cho phép nghiên cứu đồng thời hai nhân tố thí nghiệm và
kiểm định tất cả các tổ hợp giữa các mức khác nhau của các yếu tố thí


- 19 nghiệm. Ngoài ảnh hưởng của các yếu tố riêng biệt gọi là các yếu tố chính,
cịn có thể tìm thấy tác động cùng với nhau của hai yếu tố gọi là tương tác.
Mơ hình này cũng được thiết kế hồn tồn ngẫu nhiên vì vậy các đơn vị thí
nghiệm được phân về với các tổ hợp của các yếu tố là hoàn toàn ngẫu
nhiên. Giả sử nhân tố A có a mức, nhân tố B có b mức, lặp lại r lần, sẽ có
tất cả (a x b x r) đơn vị thí nghiệm.
Thiết kế thí nghiệm kiểu “hai nhân tố trực giao” có ưu diểm là có
thể nghiên cứu đồng thời ảnh hưởng của từng yếu tố độc lập và ảnh hưởng
tương tác giữa các yếu tố. mơ hình này thực sự cần thiết khi tồn tại sự tương
tác giữa các mức yếu tố nhằm tránh những kết luận sai lệch.[22]
3.4. Các bước tiến hành thí nghiệm
Dựa vào các nghiên cứu trước đây và catalog hướng dẫn sử dụng
mảnh dao, các chế độ cơng nghệ thí nghiệm như sau:
+ Vận tốc cắt: v = 125, 150 , 175 và 200 m/phút
+ Lượng chạy dao: S = 0.1; 0.2 và 0.3 mm/răng
+ Chiều sâu cắt: t = 0.5 mm
+ Chế độ trơn nguội: Bôi trơn làm nguội theo phương pháp tưới
tràn dùng dung dịch emuxil.
Lực cắt được đo trong cả 3 lần lặp, sau đó lấy giá trị trung bình
của 3 lần đo của cả 3 thành phần lực Fx, Fy, Fz.
Nhám bề mặt được đo 3 lần sau đó lấy giá trị trung bình.
Sau khoảng thời gian cắt tương ứng với chiều dài cắt 1200 mm,
tiến hành dừng gia công, mang mảnh dao chụp SEM để xác định độ mòn

dao.


- 20 Ngay lát cắt đầu tiên, lấy bề mặt gia công chụp SEM để xác định
cấu trúc tế vi bề mặt.
3.5 Kết quả thí nghiệm và nhận xét
5.3.1 Ảnh hưởng của V, S đến nhám bề mặt
Sử dụng phần mềm Minitab 14 phân tích số liệu thấy rằng:
Lượng chạy dao và vận tốc cắt là hai yếu tố ảnh hưởng chính đến
giá trị của nhám bề mặt, trong đó ảnh hưởng của lượng chạy dao là lớn hơn.
Ảnh hưởng tương tác của hai yếu tố trên là không đáng kể.
Quy luật ảnh hưởng của v,S đến nhám bề mặt được thể hiện trên
hình 3.9
Trong khoảng vận tốc cắt 125 m/ph đến 200 m/ph, khi tăng vận
tốc cắt thì nhám bề mặt giảm.

khi tăng lượng chạy dao thì
nhám bề mặt lại tăng. Nhám bề

Nhám bề mặt Ra (xm)

Ảnh hưởng của V,S đến nhám bề mặt

Với các giá trị lượng chạy dao,

2.00
1.50

0.1 mm/răng

1.00

0.2 mm/răng

0.50

0.3 mm/răng

0.00
125

150

175

200

Vận tốc cắt (m/ph)

mặt đạt giá trị nhỏ nhất khi V = 200 m/ph và S = 0.1 mm/răng là 0.42 μm.
Điều này được giải thích như sau:
1. Trong các yếu tố ảnh hưởng đến nhám bề mặt bao gồm ảnh
hưởng mang tính chất in dập hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt, ảnh


- 21 hưởng của biến dạng dẻo và ảnh hưởng của rung động của hệ thống cơng
nghệ thì khi gia công vật liệu SUS 304, ảnh hưởng của biến dạng dẻo bề
mặt là lớn nhất. Lẹo dao là hiện tượng khi gia công, trên mặt trước của dao
xuất hiện một khối vật liệu có cấu trúc khác hẳn vật liệu chi tiết gia cơng và
vật liệu dụng cụ cắt, có hình dáng hình chêm, dính chắc vào mặt trước của

dao. Khi gia công vật liệu dẻo như SUS 304, thường xuất hiện lẹo dao.
Khối lẹo dao được hình thành và đạt giá trị lớn hơn ở vận tốc cắt nhỏ, lượng
chạy dao lớn. Khối lẹo dao này hình thành và mất đi liên tục làm lực cắt
biến thiên gây rung động và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công.
Do vậy, khi tăng vận tốc cắt, hiện tượng lẹo dao giảm, ảnh hưởng của lẹo
dao đến nhám bề mặt giảm, dẫn đến nhám bề mặt giảm khi tăng vận tốc cắt.
Điều này giải thích tại sao nhám bề mặt có giá trị lớn nhất khi cắt ở V = 125
m/ph và S = 0.3 mm/răng.
2. Khi tăng vận tốc cắt và giảm lượng chạy dao thì mức độ biến
dạng trong vùng tạo phoi giảm, bán kính cuộn phoi tăng, chiều dày phoi
giảm, làm lực cắt và rung động giảm. Do lực cắt và rung động giảm làm
ảnh hưởng của biến dạng dẻo và rung động của hệ thống công nghệ đến
nhám bề mặt giảm. Kết quả là khi tăng vận tốc cắt và giảm lượng chạy dao


- 22 thì nhám bề mặt sẽ giảm. Điều này cùng quan điểm với R.A Mahdavinejad
[12]
Cả hai nguyên nhân trên đều giúp nhám bề mặt được cải thiện.
3.3.2 Ảnh hưởng của v, S đến lực cắt
Kết quả đo lực cho thấy, cả ba thành phần lực đều biến động.
Điều này phù hợp với lý thuyết rằng khi phay phẳng bằng dao phay mặt
đầu, diện tích phần lớp cắt ln thay đổi trong suốt q trình gia cơng. Lực
cắt pháp tuyến Fz có giá trị lớn nhất, hai thành phần lực Fx và Fy có giá trị
tương đương nhau:
Như vậy, với hai thành phần Fx và Fy, lượng chạy dao S và vận
tốc cắt v là yếu tố ảnh hưởng chính, yếu tố còn lại là ảnh hưởng tương tác S,
v khơng đáng kể. Trong đó, ảnh hưởng của S là chủ yếu. Khi tăng giá trị
vận tốc cắt, lực cắt Fx và Fy có

Thành phần lực tiếp

tuyến Fz, cả hai nhân tố lượng

Lực cắt F X (N)

xu hướng giảm chậm.

Ả nh hưởng của V ,S đến FX
300.00
0.1 mm/răng

200.00

0.2 mm/răng
100.00

0.3 mm/răng

0.00
125

chạy dao S và vận tốc cắt v đều
có ảnh hưởng đáng kể. Trong

m/ph đến 200 m/ph thì lực cắt
có xu hướng giảm. Điều này có
thể được giải thích như sau:

200

250.00

Lực cắt Fy (N)

tốc cắt v trong khoảng 125

175

Ảnh hưởng của V,S đến Fy

đó, ảnh hưởng của S là chủ yếu.
Khi tăng giá trị vận

150

V ận tốc cắt (m/ph)

200.00
0.1 mm/răng

150.00

0.1 mm/răng

100.00

0.3 mm/răng

50.00
0.00
125

150

175

Vận tốc cắt (m/ph)

200


- 23 1.

Khi

tăng
Ảnh hưởng của V,S đến Fz

chiều dày lớp cắt tăng,
diện tích tiết diện cắt
ngang của lớp cắt tăng,

Lực cắt Fz (N)

lượng chạy dao S, thì
500.00
400.00
300.00

0.1 mm/răng
0.2 mm/răng

200.00
100.00
0.00

0.3 mm/răng
125

150

175

200

Vận tốc cắt (m/ph)

lực biến dạng và lực ma
sát tăng, dẫn đến lực cắt tăng. Điều này giải thích vì sao khi tăng lượng
chạy dao thì các thành phần lực cắt đều tăng.
2. Trong khoảng vận tốc cắt từ 125 m/ph đến 200 m/ph khi tăng
vận tốc cắt làm nhiệt cắt tăng lên, tác động của nhiệt cắt càng mạnh. Nhiệt
cắt làm giảm cơ tính của vật liệu gia cơng, thay đổi quá trình ma sát giữa
phoi và mặt trước làm hệ số ma sát giảm. Tất cả các nguyên nhân trên dẫn
đến khi tăng vận tốc cắt thì cả 3 thành phần lực đều có xu hướng giảm.
3.3.3. Ảnh hưởng của v,S đến mịn dao
Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi gia cơng, hiện tượng mịn chủ
yếu xảy ra trên mặt trước của dụng cắt. Điều này là phù hợp với các nghiên
cứu trước đây.[1]
Như vậy, vận tốc cắt v là yếu tố chính ảnh hưởng đến lượng mịn
dao. Các yếu tố còn lại là lượng chạy dao S và ảnh hưởng tương tác v,S đều
không đáng kể.

Quy luật ảnh hưởng của v, S đến lượng mòn mặt trước của dao
như sau: