Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tên đề tài nghiên cứu:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh
thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD”
2. Giới thiệu
Tiện cứng là nguyên công tiện các chi tiết đã qua tơi (thường là thép hợp
kim) có độ cứng cao khoảng từ 40 – 60 HRC được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp ô tô, chế tạo bánh răng, vịng ổ, dụng cụ, khn mẫu vv… Tiện cứng được
sử dụng thay mài khi gia cơng chính xác các chi tiết máy có tỉ số trên đường kính
nhỏ, các chi tiết có hình dạng phức tạp và khơng nhất thiết phải sử dụng dung dịch
trơn nguội. Tiện cứng cho độ chính xác cao và nhám bề mặt tương đương với mài
nhưng tiện có khả năng tạo nên lớp bề mặt có ứng suát dư nén làm tăng tuổi thọ về
mỏi của chi tiết máy trong các tiếp xúc lăn khi sử dụng, cho năng suất cao hơn mài
với đầu tư ban đầu thấp hơn nhiều. Tiện cứng thường dùng trong ngun cơng tiện
tinh với độ chính xác ngang mài nên các yêu cầu về độ chính xác, độ cứng vững
của hệ thống công nghệ rất khắt khe.
Việc áp dụng tiện cứng thay cho mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới
bởi những ưu điểm nổi bật của nó, nhất là hiện nay vấn đề mơi trường đang được
sự quan tâm đặc biệt của toàn thế giới. Ở nước ta, tiện cứng đã và đang được áp
dụng và phát triển khá mạnh, các chi tiết như con lăn trong các dây truyền cán thép,
chày cối dập thuốc, vòng ổ… cũng đã được gia công lần cuối bằng tiện cứng thay
cho mài.
Vì những lý do trên trong gia cơng lần cuối so với mài, tiện cứng ngày càng
được các nhà sản xuất yêu thích hơn
Những kết quả nghiên cứu được cơng bố gần đây trên các tạp chí khoa học cho
thấy việc nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số
cắt, chế độ cắt đến quá trình tiện cứng, ảnh hưởng của độ cứng dao đến nhám bề
mặt và lực cắt khi tiện. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề
mặt như thế nào khi tiện tinh thép 9XC ( Nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt ) khi gia
công tiện cứng bằng dao hợp kim cứng phủ CVD , nhằm tìm ra chế độ cắt hợp lý
1

để chất lượng bề mặt đạt tối ưu sẽ tiếp tục đóng góp thêm các kiến thức vào việc
nghiên cứu quá trình tiện cứng. Thép 9XC là một loại vật liệu có nhiều ưu điểm
được dùng rộng rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc thấp nhằm thỏa mãn
các yêu cầu về khả năng làm việc đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuất.
Xác định chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ
thống công nghệ, công suất của máy, phạm vi làm việc của dụng cụ cắt và độ bóng
u cầu của chi tiết gia cơng. Để nghiên cứu và xác định được chế độ cắt hợp lý ta
phải thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm bao gồm hàng loạt các thí nghiệm
được lặp lại nhiều lần trong điều kiện khơng đổi để có khả năng ghi nhận kết quả.
Điều kiện thí nghiệm được xác định bằng những yếu tố không phụ thuộc. Trong đề
tài nghiên cứu của luận văn tác giả đề cập đến các yếu tố nghiên cứu ảnh hưởng
của vận tốc cắt, lượng chạy dao, ảnh hưởng tới đối tượng nghiên cứu là độ nhám
bề mặt sau khi gia cơng và mịn dụng cụ cắt.
Xuất phát từ những lý do trên tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng
của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim
cứng phủ CVD” .
3. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt (s,v,t) tới chất lượng bề mặt ( đánh giá
thông qua độ nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt ) khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp
kim cứng phủ CVD. Qua đó đưa ra được bộ thơng số chế độ cắt thích hợp khi tiện
cứng thép 9XC để đạt chất lượng bề mặt theo yêu cầu.
4. Dự định kết quả.
Đưa ra được bộ thơng số chế độ cắt thích hợp khi tiện cứng thép 9XC để đạt
chất lượng bề mặt theo yêu cầu, là một loại thép có nhiều ưu điểm được dùng rộng
rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc thấp.
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu thực nghiệm để xác định chất lượng bề mặt khi thay đổi chế độ cắt
trong gia công tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD trong các

khoảng thời gian khác nhau.
2


Xử lý các số liệu thực nghiệm để tìm chế độ cắt tối ưu nhằm đạt được chất
lượng bề mặt theo yêu cầu.
6. Các công cụ, thiết bị nghiên cứu
* Mẫu thí nghiệm: Phơi thép 9XC tơi thể tích độ cứng đạt 52-55HRC
* Máy tiện Quick Turn Smark 200- Mazak
* Máy đo độ nhám Mitutoyo – SJ 210
* Kính hiển vi điện tử SEM
* Dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng phủ CVD
* Dụng cụ do kích thước :
- Thước cặp 1/50 L150 Mitutoyo, độ phân giải 0,02mm
- Pan me 25-50 Mitutoyo, độ phân giải 0,01mm
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG
VÀ DỤNG CỤ CẮT PHỦ BAY HƠI
1.1. Tổng quan về tiện cứng
1.1.1. Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng
Theo [1] quá trình cắt kim loại là quá trình lấy đi một lớp phoi trên bề mặt gia
cơng để có chi tiết đạt hình dạng, kích thước và độ bóng bề mặt theo yêu cầu. Để
thực hiện một quá trình cắt cần thiết phải có hai chuyển động:
- Chuyển động cắt chính (chuyển động làm việc): khi tiện đó là chuyển động
quay trịn của phơi.
- Chuyển động chạy dao: đó là chuyển động để đảm bảo duy trì sự tạo phoi
liên tục trong suốt quá trình cắt. Khi tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc của dao
khi tiện mặt trụ.
Khi cắt, để có thể tạo ra phoi, lực tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để tạo ra
trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công.
Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp kim

loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy.

3


Hình 1.1. Sơ đồ hóa miền tao phoi
Nghiên cứu q trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của cơng
cắt, độ mịn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào quá trình tạo
phoi. Khi cắt do tác dụng của lực P (hình 1.1), dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo
mặt trước. Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn
hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo và một lớp phoi
có chiều dày Ap được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển
dọc theo mặt trước của dao.
1.1.1.1. Các dạng phoi
a. Phoi xếp:
b. Phoi dây:
c. Phoi vụn:
1.1.1.2. Hiện tượng lẹo dao
1.1.2. Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng
1.1.2.1. Các hình thái phoi khi cắt kim loại
1.1.2.2 Cơ chế hình thành phoi khi tiện cứng
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi tạo phoi
1.1.3.1. Hiện tượng biến dạng phoi
1.1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng phoi
a. Ảnh hưởng của tốc độ cắt
b. Ảnh hưởng của chiều dầy cắt
c. Ảnh hưởng của thơng số hình học:
4

d. Ảnh hưởng của góc trước.
e. Ảnh hưởng của bán kính mũi dao r
f. Ảnh hưởng của góc nghiêng chính ϕ
g. Ảnh hưởng của vật liệu gia công
h. Ảnh hưởng của vật liệu làm dụng cụ cắt
1.2 Dụng cụ cắt phủ bay hơi
1.2.1. Tổng quan về phủ bay hơi
1.2.2. Phủ CVD
1.2.2.1 Đinh nghĩa
1.2.2.2. Đặc trưng của phủ CVD
1.2.3. Phủ PVD
1.2.4. Vật liệu lớp phun phủ.
1.2.5. Định hướng nghiên cứu
Qua phân tích ở trên ta thấy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt
chi tiết khi tạo phoi: Vận tốc cắt, chiều dày cắt, thơng số hình học, vật liệu gia công…
Ở đề tài này tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt.
Để gia công chi tiết sau khi tôi người ta có thể sử dụng nhiều loại dụng cụ
cắt với lớp phủ khác nhau. Ở đề tài này, tác giả sử dụng mảnh dao hợp kim cứng
phủ TiAlN để gia công thép 9XC sau khi tôi.

5


Chương II: MÒN DỤNG CỤ CẮT
2.1. Ma sát của dụng cụ phủ
Ma sát giữa vật liệu dụng cụ phủ và vật liệu chi tiết gia công được quan tâm rất
nhiều. Ma sát trong cắt kim loại là ma sát trượt tuy nhiên đặc điểm của tương tác ma
sát khác hẳn với ma sát thông thường trong kỹ thuật là lực ma sát phụ thuộc vào áp
lực pháp tuyến theo công thức Fm= f.N
Hệ số ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc phụ thuộc vào ứng suất pháp tuyến tại

chỗ tiếp xúc hay tỷ số giữa diện tích tiếp xúc thực và diện tích tiếp xúc danh nghĩa
Ar/A Kết quả nghiên cứu của Shaw, Ber và Bamin chỉ ra sụ phụ thuộc này trên
hình vẽ với 3 vùng ma sát. Vùng I tương ứng với tiếp xúc mà A r<định luật ma sát trượt khô của Amonton nghiệm đúng nghĩa là f = τ/σ =const.
Vùng III là vùng dưới tác dụng của ứng suất cắt tới hạn vật liệu vẫn không bị phá
huỷ (không thấy vết nứt tế vi trong lòng vật liệu) khi này Ar/A=1 và τ độc lập với σ.
Vùng II là vùng chuyển tiếp giữa vùng I và vùng III. Trong vùng II hệ số ma
sát f giảm khi tăng tải trọng pháp tuyến. Vùng II là vùng tương tác ma sát giữa
VLGC và VLDC trên các bề mặt của dụng cụ trong cắt kim loại.Theo Phan Quang
Thế [2] đã chỉ ra mơ hình ba vùng tiếp xúc ma sát trên mặt trước khi tiện vật liệu
mềm bằng dao saphia và tiện thép các bon trung bình bằng dao thép gió phủ PVDTiN. Theo mơ hình này thì nhiệt độ cao xuất hiện trên mặt trước thuộc vùng 3 là
vùng phoi trượt trên mặt trước và mòn mặt trước bắt đầu phát triển từ vùng này.
Đây là vùng vật liệu gia cơng dính nhiều nhất trên mặt trước của dụng cụ phủ PVD
sau khi lớp một phần lớp phủ bị phá vỡ.

Hình 2.1. Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Maiman
6


2.2. Mòn của dụng cụ phủ.
2.3. Độ mòn dao.
2.3.1. Các dạng mòn dụng cụ cắt
2.3.1.1. Mòn mặt sau:
2.3.1.2. Mòn mặt trước:
2.3.1.3. Mòn đồng thời mặt trước và mặt sau
2.3.1.4. Cùn lưỡi cắt:
2.3.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt
2.3.2.1. Mịn do cào xước
2.3.2.3. Mịn do dính
2.3.2.4. Mịn do hạt mài

2.3.2.5. Mịn do khuếch tán
2.3.2.6. Mịn do ơxy hố
2.3.2.7. Mịn do nhiệt
2.3.3. Mòn của dụng cụ phủ bay hơi
2.3.4. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ phủ đến chất lượng bề mặt gia công
2. 4. Kết luận
Chất lượng bề mặt khi tiện cứng bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như trình
trạng máy, dao, khả năng cơng nghệ, cơ tính vật liệu phôi và chế độ cắt,...Tuy
nhiên do sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy NC và CNC, các mảnh dao
lắp ghép có độ bền, độ cứng, đồng thời khả năng chịu nhiệt đặc biệt cao đã làm
tính cơng nghệ trong tiện cứng giảm phần nào tính phức tạp.
Trong luận văn tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề
mặt.

7


Chương III. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT TỚI
CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9XC BẰNG DAO HỢP
KIM CỨNG PHỦ CVD
3.1. Thí nghiệm
3.1.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm:
3.1.2. Mơ hình thí nghiệm
Mơ hình thí nghiệm được sử dụng thể hiện trên hình vẽ:

Mơ hình thí nghiệm
1. Mâm cặp 2. Chi tiết gia cơng 3. Mũi chống tâm 4. Dao
3.1.3. Thiết bị thí nghiệm.
3.1.3.1. Máy
3.1.3.2. Dao

3.1.3.3. Phôi
3.1.3.4. Chế độ cắt

8


3.1.4. Thiết bị đo khác
3.1.4.1. Máy đo độ nhám bề mặt
3.1.4.2. Kính hiển vi điện tử SEM
3.1.5. Tiến hành thí nghiệm
Thí nghiệm dược tiến hành trên máy tiện Quick Turn Smark 200- Mazak, mỗi thí
nghiệm được thực hiện bằng 1 mảnh dao TiAlN. Sau đó đo độ nhám bằng máy đo
nhám SJ-201. Mỗi thí nghiệm đo độ nhám 3 lần tại 3 vị trí khác nhau sau đó lấy
kết quả trung bình và đưa vào bảng. Lượng bong tróc trên mặt trước dụng cụ cắt
được xác định trên ảnh kính hiển vi điện tử SEM.
- Với chiều sâu cắt t= 0,1 mm, chiều dài cắt L= 250 mm. Vận tốc cắt, lượng chạy
dao và thứ tự thí nghiệm theo thứ tự cho trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác định lượng mòn mặt trước
của dao và nhám bề mặt của chi tiết sau khi gia cơng.
TT

v (m/ph)

s(mm/vg)

1
2
3
4
5

6
7
8
9

100
130
170
100
130
170
100
130
170

Ra
(µm)
1,375
1,21
1,070
0,522
0,650
0,668
0,544
0,716
0,985

0,125
0,125
0,125

0,16
0,16
0,16
0,25
0,25
0,25

Lượng mịn U (µm)
119.6
269.1
256.2
241.6
386.3
20.2
82.2
43
97.2

3.2 Phân tích kết quả thí nghiệm:
3.2.1. Phân tích nhám bề mặt phơi thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác nhau.
Tiến hành xử lý số liệu ta có kết quả sau:
Kết quả của nhiều cơng trình nghiên cứu thực nghiệm về tiện cứng [1], [2]; [3];
[6]… đã cho thấy quan hệ giữa các chỉ tiêu đánh giá F (Ra) với chế độ cắt (V, S,T) có
dạng hàm mũ:

F = Cv r s p t q

(*)

Các số mũ r, p, q và hệ số C của phương trình (*) được xác định bằng thực

nghiệm.
9


Lấy logarit hai vế và đặt: f = lnRa; a0 = lnC; x1 = lnV; x2 = lnS ; r = a1 p = a2
ta có:

lnRa = lnC + a1lnV + a2lnS
f = ao + a1x1 + a2x2

(**)

Trong phương trình (**) f, x1, x2 đã biết. Cần xác định các hệ số: ao; a1; a2.
Bảng kết quả quy đổi logait các thơng số đầu vào và đầu ra của thí nghiệm:

TT

lnv

lnS

1
2
3
4
5
6
7
8
9

4.61
4.87
5.14
4.61
4.87
5.14
4.61
4.87
5.14

-2.08
-2.08
-2.08
-1.83
-1.83
-1.83
-1.39
-1.39
-1.39

ln(Ra)
(µm)
0.32
0.19
0.07
-0.65
-0.43
-0.4
-0.61

-0.33
-0.02

lnU
4.78
5.6
5.55
5.49
5.96
3.01
4.41
3.76
4.58

Để nhận được các phương trình dạng (*), dùng phần mềm Design Expert 8.0.5 để
giải phương trình (**) với kết quả thực nghiệm trong bảng tổng hợp số liệu thí
nghiệm (bảng 3.1), sau khi loại bỏ các hệ số không có ý nghĩa ta được phương
trình hồi quy như sau:

10


Hình 3.1: Kết quả xử lý giữ liệu Ra.
Từ kết quả hồi quy ta nhận được kết quả sau khi loại bỏ các hệ số khơng có ý nghĩa
như sau:
Ra = 0,6636V 0,098 S −0,053

Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và nhám bề mặt:

Hình 3.2: Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của V và S đến nhám bề mặt.

11


Ra (micro)
1.26
1.24
1.22
1.2
1.18
1.16
1.14

v (m/ph)
1.12
100

S (mm/vg)
0.25

120
s (mm/vg)

140

160

180

0.1

0.15

0.2
v (m/ph)

Hình 3.3: Biểu đồ bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và nhám
bề mặt. (Sử dụng phần mềm Matlab để vẽ biều đồ quan hệ)
Từ đồ thị có thể thấy khi gia công thép 9XC ở các chế độ khác nhau bằng
mảnh dao phủ TiAlN, nhám bề mặt giảm khi tăng lượng chạy dao từ 0,125 đến
0,19 mm/vg và tăng lên khi lượng chạy dao tăng từ 0,19 đến 0,25 mm/vg. Khi
vận tốc cắt tăng nhám bề mặt tăng.
3.2.2. Phân tích lượng mịn mặt mặt trước mảnh dao phủ TiAlN khi tiện cứng
thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác nhau.
Tiến hành xử lý số liệu ta có kết quả sau:
Tương tự như khi nhiên cứu nhám bề mặt trong q trình tiện cứng, ta nghiên cứu
lượng mịn mặt trước dưới ảnh hưởng của hai thông số chế độ cắt: V(m/ph); S
(mm/vòng). Chỉ tiêu đánh giá lượng mòn mặt trước là: lượng mòn U.

12


Hình 3.4: Kết quả xử lý giữ liệu lượng mịn.
Từ kết quả hồi quy ta nhận được kết quả sau khi loại bỏ các hệ số khơng có ý nghĩa
như sau:
U = 120.03V −0, 26 S 0,53

Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và lượng mòn mặt trước:

13

Hình 3.5: Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của V và S đến lượng mịn U.

u (micro)
18

16

14

12

10
0.25
180

0.2
s (mm/vg)

160
140

0.15
120
0.1

100

v (m/ph)

Hình 3.6: Biểu đồ bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và lượng
mòn. (Sử dụng phần mềm Matlab để vẽ biều đồ quan hệ)
Từ đồ thị có thể thấy khi gia công thép 9XC ở các chế độ khác nhau bằng
mảnh dao phủ TiAlN, lượng mòn mặt trước giảm khi tăng lượng chạy dao từ
0,125 đến 0,25 mm/vg. Khi vận tốc cắt tăng thì lượng mịn giảm.
3.2.3. Phân tích lượng mịn mặt mặt trước mảnh dao phủ TiAlN khi tiện cứng
thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác nhau qua hình chụp Topography bề mặt.

14


Quan sát hình ảnh phần cắt của dao trên kính hiển vi ta thấy tại đây có hai
vùng rất rõ dệt: Vùng đen và vùng trắng. Sau khi phân tích EDX (Hình 3.9; hình
3.10) thấy rằng: Vùng đen trên phần cắt của dao có thành phần hóa học các chất
như sau: W: 45,5%; Co: 34,7%; Al:7,9%; Ba: 4,6%; Ti: 4,0% (Hình 3.9). Phân tích
EDX cho thấy vùng đen là vùng bị mịn khơng cịn xuất hiện thành phần lớp phủ
TiAlN trên vùng này nữa, các chất cịn lại chính là lớp nền. EDX phân tích thành
phần hóa học vùng trắng trên phần cắt của dao (Hình 3.10) có: Ti = 35,9%; Fe =
28,8%; 0 = 9,8%; N= 9,3 %, Al= 7,3%; Ca = 3,2%; Ba=2,5%; Si=0,9%; Cr =
0,9%; C = 0,2%. Kết quả phân tích cho thấy vùng này có thành phần Fe, c, Cr, Si
đó chính là thành phần của vật liệu gia cơng do sự trượt và dính của các lớp dưới
của phoi vào bề mặt vùng cắt.

Hình 3.9. Ảnh phân tích EDX vùng đen trên phần cắt của dao trên kính hiển vi
điện tử

15

Hình 3.10. Ảnh phân tích EDX vùng trắng trên phần cắt của dao trên kính
hiển vi điện tử
Ở thí nghiệm thứ nhất, trên mặt trước của dao xuất hiện sự bám dính của vật
liệu gia cơng lên bề mặt với bề rộng xấp xỉ 120 μm (hình 3.7 a). Lượng mịn khá
đồng đều.

Hình 3.7 a: Kết quả chụp lượng mịn mặt trước qua các thí nghiệm thứ 1.
Ở thí nghiệm thứ hai, hầu như khơng cịn xuất hiện vùng trắng, vùng đen
chiếm gần như toàn bộ rộng khoảng 269 μm (hình 3.7 b). Trên vùng mịn mặt
trước này khơng nhìn thấy hình ảnh của lớp phủ như vùng chưa bị mịn, lớp bề mặt
có cấu trúc sóng. Vết mịn này khá nguy hiểm có thể dẫn đến phá hủy lưỡi cắt. Đây
là hình ảnh mịn vật liệu dịn theo cơ chế biến dạng dẻo bề mặt do hạt cứng cày
trên bề mặt dưới tác dụng của ứng suất pháp rất lớn ở vùng lưỡi cắt gây ra.

Hình 3.7 b: Kết quả chụp lượng mịn mặt trước qua các thí nghiệm thứ 2.
Ở thí nghiệm thứ 3 và 4 (hình 3.7 c, d), lượng mòn còn nghiệm trọng và
rộng hơn ở lần thí nghiệm thứ 2. Đặc biệt ở thí nghiệm thứ 5 (hình 3.10 e), lớp phủ
gần như biến mất hồn tồn và chiều rộng mịn khá lớn (khoảng 386 μm).
16


d)

c)

e)
Hình 3.7 c,d,e: Kết quả chụp lượng mịn mặt trước qua các thí nghiệm thứ 3,4,5.
Cịn trong các thí nghiệm thứ 6, 7, 8 và 9 (hình 3.7 f, g, h và i), vùng trắng
đã xuất hiện trở lại. Sự mòn dụng cụ đã đồng đều hơn trên bề rộng của lưỡi cắt.
Đặc biệt trong thí nghiệm thứ 6 (hình 3.7 f), kết quả cho thấy mịn là ít nhất, chiều

dài cung mịn trên lưỡi cắt chính và bề rộng cung mịn gần như là khơng thay đổi.

f)

g)
17


h)
i)
Hình 3.7 f,g,h và i: Kết quả chụp lượng mịn mặt trước qua các thí nghiệm thứ
6,7,8 và 9.
3.2.4. Phân tích nhám bề mặt khi tiện cứng thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác
nhau qua hình chụp SEM bề mặt.

a)

d)

c)

b)

f)

e)

18

i)

h)

g)

Hình 3.8: Kết quả chất lượng bề mặt trước qua các thí nghiệm.
Nhám bề mặt ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc của chi tiết máy. Đối
với những chi tiết trong mối ghép động (ổ trượt, sống dẫn, con trượt...), bề mặt chi
tiết làm việc trượt tương đối với nhau, nên khi nhám càng lớn càng khó đảm bảo
hình thành màng dầu bôi trơn bề mặt trượt. Dưới tác dụng của tải trọng các đỉnh
nhám tiếp xúc với nhau gây ra hiện tượng ma sát nửa ướt, thậm chí cả ma sát khô,
dẫn đến làm giảm hiệu xuất làm việc, tăng nhiệt độ làm việc của mối ghép. Mặt
khác tại các đỉnh tiếp xúc, lực tập trung lớn, ứng xuất lớn vượt quá ứng xuất cho
phép gây biến dạng chảy phá hỏng bề mặt tiếp xúc, bề mặt làm việc nhanh mòn.
Do vậy, nhám bề mặt ảnh hưởng lớn trong quá trình làm việc, gây hư hỏng và phá
hủy cơ cấu máy. Ngược lại, nhám càng nhỏ thì bề mặt càng nhẵn, khả năng chống
lại sự ăn mòn càng tốt.
- Quy luật ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công khi tiện
cứng thép 9XC qua tơi trong các thí nghiệm là giống nhau. Các thông số S và V
đều ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công nhưng ở các mức độ khác nhau: theo
biểu đồ thể hiện mức độ ảnh hưởng của S và V đến nhám bề mặt (hình 3.2) lượng
chạy dao có ảnh hưởng mạnh hơn nhiều so với vận tốc cắt đến nhám bề mặt sau tiện
cứng.
Quan sát hình 3.8 ta thấy: Ở thí nghiệm thứ 4 và thứ 6 (Hình 3.8 d, f) cho chất
lượng bề mặt sau gia cơng tốt nhất.
3.3 Kết luận
Từ các kết quả thí nghiêm có thể thấy mịn mặt trước của dụng cụ có thể
chia thành ba vùng rõ rệt theo phương thốt phoi thơng qua mức độ dính của vật
19

liệu gia công với mặt trước. Vùng một nằm sát lưỡi cắt với những vết biến dạng dẻo
bề mặt do các hạt cứng trong vật liệu gia công gây nên, vùng hai tiếp theo với sự dính
nhẹ của vật liệu gia công trên mặt trước, vùng ba là vùng phoi thốt ra khỏi mặt trước,
ở đây vật liệu gia cơng dính nhiều trên bề mặt.
Theo các kết quả nghiên cứu của Tren[22] thì vùng một là vùng ngay sát
lưỡi cắt là vùng mà các lớp vật liệu gia công sát mặt trước dính và dừng trên mặt
trước tạo nên vùng biến dạng thứ hai trên phoi. Tuy nhiên, các hình ảnh bề mặt cho
thấy hiện tượng biến dạng dẻo bề mặt do cào xước theo hướng thốt phoi gây mịn
tạo nên mặt trước phụ với góc trước phụ âm.
Vùng hai là vùng dính của vật liệu gia cơng với mức độ tăng dần về phía
vùng thốt phoi khỏi mặt trước.
Vùng ba vật liệu gia cơng dính nhiều trên mặt trước với các vết trượt của vật
liệu phôi, đây là vùng ma sát thông thường với hệ số ma sát f = const phù hợp với
mơ hình của Zorev[12].
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
4.1 Kết luận chung.
Với nội dung “nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt
khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD” qua bốn chương đề
tài đã giải quyết được các vấn đề sau:
- Đã triển khai thành công kỹ thuật tiện cứng thép 90CrSi; độ cứng HRC >
52; độ nhám Ra < 1.25 μm; không sử dụng DDTN.
- Đề tài đã đánh giá được ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến
chất lượng bề mặt thép 9XC khi tiện bằng dao hợp kim cứng phủ TiAlN.
- Đánh giá được ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến mòn mặt
trước của dụng cụ cắt phủ TiAlN thơng qua ảnh chụp mịn dao và phân tích EDX
dưới kính hiển vi điện tử.
- Tìm được mối liên hệ giữa lượng mòn mặt trước dụng cụ (U) và nhám bề
mặt của chi tiết (Ra) sau gia công với kết quả:

Ra = 0,6636V 0,098 S ( −0, 21 ln V −0, 053)
U = 120.03V −0, 26 S ( 0,15 lnV +0,53)

4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài
20


Kết quả nghiên cứu của đề tài chỉ dừng ở một chế độ công nghệ, một loại
dụng cụ cắt, một loại vật liệu và một chiều sâu cắt nhất định. Vì vậy cần tiến hành
thí nghiệm một cách tổng quan hơn để tìm ra các quy luật rộng hơn trong cơ chế
mòn phần cắt của dao và chất lượng bề mặt phơi.
Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng lưỡi cắt đến chất lượng bề mặt và mòn
dụng cụ.
Nghiên cứu ảnh hưởng của lực cắt đến chất lượng bề mặt và tuổi bền dụng cụ.
Nghiên cứu triển khai đề tài trên trung tâm CNC hiện đại hơn, tối ưu hóa
nhiều mục tiêu hơn (Hạ giá thành sản phẩm, nâng cao tuổi bền dao, đánh giá chiều
sâu lớp trắng, vật liệu làm dao) để có thể có cơng bố trên tạp chí có uy tín.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), “Cơ sở chất lượng
quá trình cắt”, Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Nguyên.
[2]. Phan Quang Thế (2002), Luận án Tiến sĩ. “Nghiên cứu khả năng làm việc của
dụng cụ thép gió phủ dùng cắt thép cacbon trung bình”, Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội.
[3]. Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết
Tiếp, Trần Xuân Việt (2003), “Công nghệ chế tạo máy”, NXB Khoa học và kỹ thuật.
[4]. Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sĩ Tuý. (2001), Nguyên Lý Gia công vật
liệu, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[5]. Trần Thế Lục (1988). “Giáo trình mịn và tuổi bền của dụng cụ cắt”,
Khoa cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

[6]. PGS.TS Phan Quang Thế, Th.S Nguyễn Thị Quốc Dung (2008). “Tương tác ma
sát giữa phoi và mặt trước của dao gắn mảnh PCBN khi tiện tinh thép 9XC
qua tơi”. Tạp chí khoa học và công nghệ các trường đại học (60).
[7].PGS.TS Phan Quang Thế, Th.S Nguyễn Thị Quốc Dung (2008). “Ảnh hưởng của vận
tốc cắt đến mòn và cơ chế mòn dụng cụ gắn mảnh PCBN khi tiện tinh thép 9XC
qua tôi”. Tạp chí khoa học và cơng nghệ các trường đại học (62).
21


[8]. Nguyễn Mạnh Cường(2007). “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất
lượng bề mặt gia công khi tiện tinh thép X12M qua tôi bằng dao gắn mảnh
PCBN”. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành công nghệ chế tạo máy. Trường
Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
[9] Hoàng Văn Vinh “Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền dụng cụ
hủ TiAlN khi tiện tinh thép không gỉ SUS201” Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên
ngành công nghệ chế tạo máy. Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
[10] Nguyễn Thị Quốc Dung (2012), Luận án Tiến sĩ. “Nghiên cứu quá trình tiện tinh
thép hợp kim qua tôi bằng dao PCBN” Trường Đại học kỹ thuât công nghiệp
Thái Nguyên.
[11]. X.L. Liu, D.H. Wen, Z.J. Li, L.Xiao, F.G. Yan. Cutting temperature and tool
wear of hard turning hardened bearing steel. Journal of Materials Processing
Technology 129 (2002) 200 – 2006.
[12]. Zorev N.N. (1963), Interrelationship between shear processes occurring
along tool face and on shear plane in metal cutting, International research
in production engineering, The American Society of mechanical Engineers,
New York, pp. 48-67.
[13]. Abdullah Kurt, Ulvi Seker. The effect of chamfer angle of polycrystalline cubic
boron nitride cutting tool on the cutting forces and the tool stresses in finishing
hard turning of AISI 52100 steel. Materials and Design 26(2005) 351 – 356.
[14].Tugrul Oă zel*, Yigit Karpat. Predictive modeling of surface roughness and

tool wear in hard turning using regression and neural networks. International
Journal of Machine Tools & Manufacture 45 (2005) 467–479.
[15]. G. Poulachon , A. Moisan , I.S.Jawahir. Tool-wearmechanisms in hardturning with
polycrystalline cubic boronnitride tools. Wear 250 (2001) 576–586.
[16]. Y. Kevin Chou , Chris J. Evans. Cubic boron nitride tool wear in interrupted
hard cutting. Wear 225–229 (1999) 234–245

22


[17]. Patrik Dahlman, Fredrik Gunnberg, Michael Jacobson, The influence of rake
angle, cutting feed and cutting depth on residual stresses in hard turning.
Journal of Materials Processing Technology 147 (2004) 181 – 184.
[18]. Meng Liua, Jun – ichiro Takagia, Akira Tsukudab, Effect of tool nose radius and
tool wear on residual stress distribution in hard turning of bearing steel, Journal
of Materials Processing Technology 150 (2004), 234 – 241.
[19]. Tugrul Ozel, Tsu-Kong Hsu, Erol Zeren (11August 2004). Effects of cutting edge
geometry, workpiece hardness, feed rate and cutting speed on surface roughness and
forces in finish turning of hardened AISI H13 steel. ORIGINAL ARTICLE.
[20]. H A Kishawy and M A Elbestawi. Tool wear and surface integrity
during high-speed turning of hardened steel with polycrystalline cubic boron nitride
tools. Intelligent Machines and Manufacturing Research Centre, McMaster
University, Hamilton, Ontario, Canada (755 - 767)
[21]. Jiang Hua, Rajiv Shivpuri, Xiaomin Cheng, Vikram Bedekar, Yoichi
Masumoto, Fukuo Hashimoto, Thomas R. Watkins. Effect of feed rate,
workpiecehardness and cutting edge on subsurface residual stress in the hard
turning of bearing steel using chamfer + hone cutting edge geometry. Materials
Science and Engineering A394 (2005) 238 – 248.
[22]. Trent E.M. and Wright P.K. (2000), Metal Cutting, ButterworthHeinemann, USA.

23