Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn dao tiện bằng thép gió sản xuất tại Việt Nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.41 MB, 95 trang )
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả trong Luận Văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các
phần tham khảo và tài liệu đã được nêu rõ trong Luận Văn.
Tác giả
Bùi Tiến Dũng
1
LỜI CẢM ƠN
Thực hiện đề tài này là cơ hội rất quý báu để tôi được tiếp xúc với các
thiết bị công nghệ cao, được tìm hiểu những vấn đề của thực tiễn sản xuất,
kiểm chứng những vấn đề lý thuyết, từ đó tích lũy thêm kinh nghiệm thực tế
cho công việc của mình. Để hoàn thành được đề tài này tôi đã nhận được rất
nhiều sự giúp đỡ quý báu.
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Ngọc Tuyên, người hướng dẫn
và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, đến quá trình viết hoàn chỉnh Luận
Văn.
Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn đối với ban lãnh đạo và phòng đào tạo sau
đại học, khoa cơ khí của trường đại học Công Nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện
thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Trung tâm đo lường /cục
tiêu chuẩn đo lường Bộ Quốc Phòng đã giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn.
Do năng lực của tác giả còn nhiều hạn chế nên Luận Văn không tránh
khỏi sai sót tác giả rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy, Cô giáo, các
nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp
Tác giả
Bùi Tiến Dũng
2
MỤC LỤC
Lời cam đoan………………………………………………………………..
Lời cảm ơn…………………………………………………………………..
Mục lục……………………………………………………………………...
Danh mục các ký hiệu………………………………………………………
Danh mục các bảng biểu…………………………………………………….
Danh mục các hình vẽ………………………………………………………
Phần mở đầu………………………………………………………………...
Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT………..
1.1. Tổng quan các loại vật liệu dụng cụ cắt……………………………….
1.1.1. Đặc tính chung của vật liệu dụng cụ………………………………..
1.1.1.1. Độ cứng……………………………………………………………
1.1.1.2. Độ bền cơ học…………………………………………….............
1.1.1.3. Tính chịu nhiệt……………………………………………………
1.1.1.4. Tính chịu mòn…………………………………………………….
1.1.1.5. Tính công nghệ…………………………………………………….
1.1.2. Các loại vật liệu dụng cụ cắt trong gia công cơ khí cắt gọt………..
1.1.2.1. Thép các bon dụng cụ……………………………………............
1.1.2.2. Thép hợp kim dụng cụ……………………………………………
1.1.2.3. Thép gió…………………………………………………………..
1.1.2.4. Hợp kim cứng……………………………………………..............
1.1.2.5. Vật liệu sứ…………………………………………………………
1.1.2.6. Vật liệu tổng hợp………………………………………………….
1.2. Cơ sở quá trình cắt kim loại……………………………………………
1.2.1. Quá trình tạo phoi…………………………………………………….
1.2.2. Các dạng phoi……………………………………………………….
1.2.2.1. Phoi xếp…………………………………………………………..
1.2.2.2. Phoi dây…………………………………………………………..
1.2.2.3. Phoi vụn…………………………………………………………..
1.2.3. Sự co rút phoi và các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi……
1.2.3.1. Ảnh hưởng của vật liệu gia công…………………………...........
1.2.3.2. Ảnh hưởng của góc cắt……………………………………………
1.2.3.3. Ảnh hưởng của góc nghiêng chính φ…………………………….
1.2.3.4. Ảnh hưởng của chế độ cắt………………………………………..
1.2.4. Hiện tượng lẹo dao………………………………………………….
1.2.5. Hiện tượng nhiệt cắt……………………………………………......
1.2.6. Hiện tượng rung động………………………………………………
1.3. Kết luận chương 1…………………………………………………….
Chương 2: ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KHI TIỆN……………...
3
1
2
3
7
8
9
11
14
14
14
14
14
14
15
15
16
16
16
16
20
20
21
22
22
26
26
27
28
29
30
31
32
34
38
40
41
42
2.1. Động học quá trình cắt khi tiện……………………………………….
2.1.1. Các yếu tố của chế độ cắt khi tiện………………………………….
2.1.1.1. Chiều sâu cắt……………………………………………………..
2.1.1.2. Lượng chạy dao…………………………………………………..
2.1.1.3. Vận tốc cắt…………………………………………………………
2.1.1.4. Chiều dày cắt……………………………………………………..
2.1.1.5. Chiều rộng cắt…………………………………………………….
2.1.1.6. Diện tích lớp cắt………………………………………………….
2.2. Các thành phần lực cắt khi tiện……………………………………….
2.2.1. Ảnh hưởng của chuyển động cắt đến Pz, Py, Px ……………………
2.2.2. Ảnh hưởng của thông số hình học đến lực cắt………………….....
2.3 Kết luận chương 2……………………………………………………..
Chương 3: NGHIÊN CỨU MÒN DỤNG CỤ………………………………
3.1. Mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt……………………………………....
3.1.1. Khái niệm mòn dụng cụ…………………………………………….
3.1.2. Cơ chế mài mòn dụng cụ……………………………………………
3.1.2.1. Mài mòn vì chảy dính…………………………………………….
3.1.2.2. Mài mòn hạt mài………………………………………………….
3.1.2.3. Mòn khuyếch tán…………………………………………...........
3.1.2.4. Mòn oxy hóa………………………………………………………
3.1.2.5. Mòn do nhiệt………………………………………………………
3.1.3 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ…………………………….....
3.1.3.1. Mài mòn theo mặt sau……………………………………...........
3.1.3.2. Mài mòn theo mặt trước…………………………………………..
3.1.3.3. Mòn đồng thời mặt trước và mặt sau……………………………
3.1.3.4. Mòn tù lưỡi cắt……………………………………………………
3.1.4. Cách xác định vùng mòn theo tiêu chuẩn ISO 3685 : 1993…….....
3.1.5. Chỉ tiêu đánh giá mòn dụng cụ……………………………………..
3.2. Tuổi bền dụng cụ cắt………………………………………………..
3.2.1. Khái niệm tuổi bền dụng cụ………………………………...........
3.2.2. Ảnh hưởng các yếu tố đến tuổi bền T……………………...........
3.3 Kết luận chương 3………………………………………………………
Chương 4: NGHIÊN CỬU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ
ĐỘ CẮT ĐẾN MÒN……………………………………………………….
4.1. Cơ sở lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm…………………………....
4.1.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm………………………………
4.1.2. Quy hoạch trực giao cấp I……………………………………….....
4.1.3. Quy hoạch trực giao cấp II………………………………………….
4.2. Thiết lập mô hình thí nghiệm…………………………………………
4.3. Thiết lập mô hình toán học xác định mối quan hệ giữa độ mòn mặt sau
4
42
42
42
43
44
44
44
44
45
46
48
50
51
51
51
51
52
56
57
57
58
58
59
59
60
60
60
62
63
63
64
65
66
66
66
66
67
70
74
hs với chế độ cắt......................................................................................
4.3.1 Thiết lập các mô hình toán hoc và tính toán...................................
4.3.2. Kiểm tra tính đồng nhất của thực nghiệm......................................
4.3.3. Tính các hệ số của phương trình hồi quy. .....................................
4.3.4. Xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ của S, V, t đến hs............
4.3.4.1. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ mòn hs với V và t.........
4.3.4.2. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hs với V và S.......................
4.3.4.3. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hs với S và t.........................
4.4 .Kết luận chương 4...............................................................................
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
5
74
77
78
82
83
83
84
85
87
Thông số hình học của dụng cụ:
γ:
góc trước
α:
góc sau
φ:
góc nghiêng chính
φi:
góc nghiêng phụ
ɛ:
góc mũi dao
β:
góc sắc
δ:
góc cắt
θ:
góc trượt
r:
bán kính mũi dao
Chế độ cắt:
v:
vận tốc cắt ( m/phút )
t:
chiều sâu cắt (mm )
s:
lượng chạy dao ( mm/vòng )
ap:
chiều dầy phoi
h:
chiều dầy phoi min
Lực cắt và các thông số khác:
Px:
lực hướng kính khi tiện
Py:
lực chiều trục khi tiện
P z:
lực tiếp tuyến ( lực cắt chính ) khi tiện
kf:
mức độ biến dạng phoi
kbd:
mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi
kms:
mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt sau cảu dao
k:
hệ số dẫn nhiệt
T:
tuổi bền dụng cụ
hs:
độ mòn dụng cụ
DANH MỤC CÁC BẢNG
6
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của một số loại thép gió…………………...
7
17
Bảng 1.2 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO……………………….
Bảng 1.3. Giá trị của hệ số co rút phoi một số vật liệu…………………….
Bảng 2.1 Số liệu của xp và yp khi tiện thép và gang……………………….
Bảng 4.1 lượng chay dao của máy tiện…………………………………….
Bảng 4.2 thành phần hóa học chính của thép gió…………………………..
Bảng 4.3 thành phần hóa học chính của thép C45. Đơn vị tính %...............
Bảng 4.4 Tổng kết vật liệu thí nghiệm.........................................................
18
30
47
70
71
73
74
Bảng 4.5. Ma trận thí nghiệm các thông số đầu vào.....................................
Bảng 4.6. Kết quả đo độ mòn với mẫu thực nghiệm thép C45....................
Bảng 4.7. Bảng kiểm tra tính đồng nhất của thực nghiệm............................
Bảng 4.8. Hệ số của phương trình hồi quy mẫu thép C45…………………
Bảng 4.9. Giá trị các tham số phương trình hồi quy.....................................
74
77
78
80
82
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ tôi và ram thép gió………………………………………..
Hình 1.2. Sơ đồ hóa miền tạo phoi………………………………………...
Hình 1.3. Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau…………………….
Hình 1.4. Tính trượt góc……………………………………………………
Hình 1.5. Các loại phoi tiện………………………………………………..
Hình 1.6. Sơ đồ tính toán sự co rút phoi…………………………………...
18
23
24
2
16
31
8
Hình 1.7. Ảnh hưởng của góc φ đến hệ số co rút…………………………..
Hình 1.8. Phương thoát phoi khi lưỡi cắt cong…………………………….
Hình 1.9. Quan hệ giữa chế độ cắt và hệ số co rút phoi……………………
Hình 1.10. Các dạng lẹo dao……………………………………………….
Hình 1.11. Quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao………………….
Hình 1.12. Quan hệ giữa độ dẻo của vật liệu gia công với chiều cao lẹo
dao…………………………………………………………………………
Hình 1.13. Quan hệ giữa chiều dày cắt và với tốc độ hình thành và chiều
cao lẹo dao………………………………………………………………….
Hình 1.14. Quan hệ giữa góc trước với tốc độ hình thành và chiều cao lẹo
dao………………………………………………………………………….
Hình 1.15 Các nguồn sinh nhiệt……………………………………………
Hình 1.16 Các dòng truyền nhiệt…………………………………………..
Hình 1.17.Tỷ lệ phân bố nhiệt giữa phoi chi tiết và dụng cụ khi tiện thép
40X bằng dao HKC T60K6 với t = 1,5mm, s = 0,12mm…………………..
Hình 2.1 Tiện trơn trục với chiều sâu căt t…………………………………
Hình 2.2. Tiện trơn trục với chiều sâu cắt t và lượng chạy dao s…………..
Hình 2.3. Thành phần lực cắt khi tiện……………………………………...
Hình 2.4. Ảnh hưởng của t và s đến PZ, PY, PX…………………………….
Hình 2.5. Ảnh hưởng của v đến Px,Py, Pz………………………………...
Hình 2.6. Ảnh hưởng của φ đến PZ………………………………………...
Hình 2.7. Ảnh hưởng của góc trước γ đến lực cắt………………………….
Hình 2.8. Ảnh hưởng của góc λ đến lực cắt………………………………..
Hình 3.1 Các dạng mòn phần cắt dụng cụ…………………………………
31
32
33
34
35
36
37
38
38
39
43
43
45
46
48
49
49
50
59
Hình 3.2. Sự phát triển vùng mòn dụng cụ theo tiêu chuẩn ISO 3685 :
61
1993……………………………………………………………………….
Hình 3.3. Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian…………………………..
Hình 3.4. Quan hệ giữa V và T ( đồ thị logarit )…………………………..
Hình 4.1. Máy tiện vạn năng FEL – 1440 GWM………………………….
Hình 4.2. dao tiện thép gió…………………………………………………
Hình 4.3 kính hiển vi công cụ ƃΜ N - 1Ц .....................................................
9
63
65
70
72
72
Hình 4.4. Phôi thép C45 đã dược gia công với các chế độ cắt khác nhau…
Hình 4.5. Đồ thị quan hệ hs ( V, t )...............................................................
Hình 4.6. Đồ thị quan hệ hs ( V, S) ..............................................................
Hình 4.7. Đồ thị quan hệ hs (S, t)..................................................................
83
84
84
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
- Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói
chung và lĩnh vực dụng cụ cắt kim loại nói riêng, đã xuất hiện nhiều loại vật
liệu dụng cụ cắt mới với khả năng ứng dụng của chúng trên các máy công cụ
và máy CNC ngày càng được khẳng định chúng có thể đáp ứng những yêu
cầu cao hơn như: Nâng cao năng suất, chất lượng gia công, tuổi bền cao và ổn
định với chế độ cắt lựa chọn.
- Dao tiện là loại dụng cụ có một lưỡi cắt chính, chuyển động cắt chính là
tịnh tiến và chuyển động của phôi là quay tròn.
- Tiện là một phương pháp gia công rất phổ biến, có khả năng công nghệ
khá rộng rãi. Tiện không những gia công được các bề mặt tròn xoay ( trụ, côn
….) mà còn có thể gia công được nhiều bề mặt định hình khác nhau
- Trong quá trình gia công mòn dụng cụ là một vấn đề rất nghiêm trọng.
Nó không những làm tăng chi phi sản xuất mà còn làm giảm chất lượng của
10
sản phẩm. Mòn dụng cụ phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: chế độ cắt (v,t,,s),
vật liệu và các thông số hình học của dụng cụ, vật liệu chi tiết gia công, dung
dịch trơn nguội và đặc tính của máy công cụ.
- Một trong những vấn đề cần được nghiên cứu để có thể làm giảm chi
phí sản xuất và tăng chất lượng sản phẩm khi tiện đó là “ Nghiên cứu ảnh
hưởng của chế độ cắt đến mòn dao tiện bằng thép gió sản xuất tại Việt
Nam”.
2. Mục tiêu của đề tài.
- Đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ mòn của dao tiện thép gió
sản xuất tại Việt Nam khi gia công thép C45. Trên cơ sở đó đưa ra một chế
độ cắt hợp lý, để tạo ra sản phẩm có chất lượng và giá thành rẻ.
- Làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao tiện thép gió sản
xuất tại Việt Nam.
3. Đối tượng nghiên cứu.
- Xác định mối quan hệ giữa chế độ cắt v,t,s và độ mòn của dao tiện thép
gió sản xuất tại Việt Nam.
- Vật liệu trong gia công là thép C45
- Bề mặt được gia công là bề tiện mặt trơn.
4. Phương pháp nghiên cứu.
- Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực
nghiệm để tìm ra mối quan hệ giữa chế độ cắt v,t,s với độ mòn của dao.
- Thực nghiệm để kiểm chứng lý thuyết.
5. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả.
Nội dung nghiên cứu gồm:
11
- Nghiên cứu khái quát về mòn dụng cụ
- Nghiên cứu về khả năng công nghệ của máy tiện vạn năng FEL –
1440GWM.
- Nghiên cứu thép cacbon và ứng dụng của thép cacbon
- Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số chế độ cắt đến mòn dao tiện bằng
thép gió trên máy tiện.
Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của luận văn sau khi hoàn thành
sẽ có những đóng góp đáng kể cho việc xây dựng chế độ cắt phù hợp cho các
loại máy tiện FEL – 1440GWM
* Ý nghĩa khoa học: Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của
chế độ cắt ( v,t,s ) với độ mòn của dao tiện thép gió sản xuất tại Việt Nam khi
gia công thép C45 dưới dạng các hàm thực nghiệm.
- Đồng thời cũng góp phần đánh giá khả năng cắt của dao tiện thép gió sản
xuất tại Việt Nam.
- Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa quá trình
tiện.
* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu xây dựng quan hệ
mòn của dao tiện thép gió với thông số chế độ cắt trên máy tiện có ý nghĩa
thực tiễn trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sản xuất như:
- Kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác
của quá trình cắt.
- Kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho việc lưa chọn chế độ cắt hợp lý khi
gia công thép C45 bằng dao tiện thép gió sản xuất tại Việt Nam, để giảm chi
phí gia công và tăng năng suất, chất lượng của sản phẩm.
12
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CƠ SỞ
VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT
1.1. TỔNG QUAN CÁC LOẠI VẬT LIỆU DỤNG CỤ CẮT.
- Dụng cụ cắt làm việc trong điều kiện cắt khó khăn không những phải
chịu áp lực lớn, nhiệt độ cao mà còn bị mài mòn và dung động trong quá trình
cắt
- Việc nghiên cứu vật liệu dụng cụ ( phần cắt ) sẽ góp phần quan trọng
trong việc lựa chọn dụng cụ khi sử dụng nó, góp phần giảm chi phí dụng cụ,
tăng năng suất đảm bảo chất lượng gia công, giảm giá thành sản phẩm.
1.1.1. Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ.
- Đặc tính phần dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến năng suất gia công và
chất lượng bề mặt chi tiết. Vì vậy vật liệu dụng cụ phải đảm bảo các yêu cầu
cơ bản sau:
1.1.1.1. Độ cứng.
- Độ cứng là một trong những chỉ tiêu quan trọng của vật liệu dụng cụ cắt.
Để gia công được thì vật liệu dụng cụ cắt phải có độ cứng cao hơn vật liệu gia
13
công. Lựa chọn độ cứng vật liệu dụng cụ phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu
gia công.
- Thông thường khi gia công vật liệu có độ cứng khoảng 200 ÷ 220 HB vật
liệu phần cắt phải có độ cứng lớn hơn 60 ÷ 65 HRC. Nâng cao độ cứng phần
cắt của dụng cụ cắt cho phép tăng khả năng chịu mòn và tăng tốc độ cắt.
1.1.1.2. Độ bền cơ học.
- Trong quá trình gia công phần cắt dụng cụ chịu tải trọng cơ học và rung
động lớn, vì vậy vật liệu dụng cụ phải có sức bền cơ học tốt để tránh gãy vỡ
trong quá trình gia công. Vật liệu dụng cụ có sức bền cơ học càng cao thì tính
năng sử dụng của nó càng tốt.
1.1.1.3. Tính chịu nhiệt.
- Độ bền nhiệt là khả năng giữ được độ cứng cao và tính năng cắt khác ở
nhiệt độ cao trong khoảng thời gian dài.
- Độ bền nhiệt là tính năng quan trọng nhất quyết định chất lượng của loại
dụng cụ. Trong quá trình nhiệt cắt lớn, phần cắt dụng cụ ngoài chịu tải trong
cơ học lớn còn phải chịu tải nhiệt cao.
- Tính chịu nhiệt của vật liệu dụng cụ là khả năng giữ được đặc tính cắt
( độ cứng, độ bền cơ học,…) ở nhiệt độ cao trong thời gian dài.
1.1.1.4. Tính chịu mòn.
- Độ mòn của vật liệu dụng cụ cắt được đặc trưng bởi khả năng giữ vững
hình dáng và thông số hình học suốt quá trình gia công.
- Trong quá trình cắt, mặt trước dụng cụ tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp
xúc với mặt đang gia công của chi tiết, với tốc độ lớn, nên vật liệu dụng cụ
phải có tính chống mòn cao.
- Phần cắt dụng cụ khi đủ độ bền cơ học, thì dạng hỏng chủ yếu của dụng
cụ là bị mài mòn. Tính chịu mòn của vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng.
14
- Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra mòn dao là hiện tượng
chảy dính của vật liệu làm dao. Tính chảy dính của vật liệu làm dao được đặc
trưng bởi nhiệt độ chảy dính giữa hai vật liệu tiếp xúc với nhau,… Vật liệu
làm dao tốt là loại vật liệu có độ chảy dính cao. Qua các thứ nghiệm cho thấy
nhiệt độ chảy dính của các loại hợp kim cứng có cacbit vonfram ( WC ),
cacbit titan (TiC ) với thép là khoảng 1000 0 c, cao hơn các hợp kim coban với
thép là khoảng 6750c.
1.1.1.5. Tính công nghệ.
- Tính công nghệ là khả năng của vật liệu gia công hợp lý, dễ dàng bằng
các phương pháp gia công khác nhau như: hàn, gia công áp lực, hóa nhiệt….
- Tính công nghệ được thể hiện ở nhiều mặt: tính khó hay dễ khi gia công
bằng cắt gọt, nhiệt luyện, độ dẻo ở trạng thái nguội và nóng,…
- Ngoài những đặc tính chủ yếu trên của vật liệu dụng cụ cần phải có một
số đặc tính như dẫn nhiệt cao, giá thành thấp,…
1.1.2. Các loại vật liệu dụng cụ cắt trong gia công cơ khí cắt gọt.
- Vật liệu dụng cụ cắt được hình thành, phát triển theo nhu cầu của khoa
học kỹ thuật và của nhà sản xuất chúng. Hiện nay vật liệu dụng cụ được sử
dụng gồm các loại thép sau: thép cacbon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép
gió, hợp kim cứng, vật liệu sành sứ, vật liệu tổng hợp và vật liệu mài.
1.1.2.1. Thép cacbon dụng cụ.
- Thép cacbon dụng cụ phải có đủ độ cứng, tích chịu nhiệt và mài mòn nên
lượng cacbon trong trong thép không nhỏ hơn 0,7%, thường từ 0,7 ÷ 1,3% và
hàm lượng P, S thấp ( P < 0,035%, S < 0,025% ). Độ cứng sau khi tôi ram đạt
60 ÷ 62 HRC. Sau khi ủ độ cứng khoảng 107 ÷ 217 HB nên dễ gia công bằng
cắt gọt và gia công bằng áp lực.
- Nhiệt độ làm việc khoảng 2000c ÷ 2500c vận tốc cắt tối đa 25m/phút.
15
- Thép cacbon dụng cụ có độ thấm tôi thấp nên được tôi trong nước. Vì
vậy nó thường được dùng làm các dụng cụ gia công bằng tay như: dũa, đục…
1.1.2.2. Thép hợp kim dụng cụ.
- Thép hợp kim dụng cụ là loại thép có hàm lượng cacbon cao và với một
số nguyên tố hợp kim khoảng 0,5 ÷ 3%
- Các nguyên tố hợp kim như: Cr, W, Co, V có tác dụng tăng khả năng
chịu nhiệt và tính thấm tôi của thép hợp kim dụng cụ. Nó được tôi trong dầu
và chịu được nhiệt độ đến 3000c ÷ 4000c.
- Các loại thép hượp kim dụng cụ hiện nay được dùng chủ yếu để chế tạo
các loại dụng cụ cầm tay và gia công ở tốc độ thấp v < 25 m/phút.
1.1.2.3. Thép gió.
- Thép gió còn được gọi là thép cao tốc. Đó là loại thép hợp kim có hàm
lượng hợp kim cao, nhất là Vonfram ( khoảng 6 ÷ 19% ) và Crom ( khoảng 3
÷ 4% )
- Thép gió là loại thép hợp kim có hàm lượng vonfram rất cao. Ngoài ra
còn có các thành phần hợp kim khác như: Vanadi, Coban, Crom, để tạo nên
thép giosvowis những tính năng đặc biệt.
- Tác dụng chủ yếu của Cr là tăng độ thấm tôi, Vanadi tạo thành cacbit
Vanadi có độ cứng cao, tính chịu mòn cao. Coban không tạo thành cacbit mà
hòa tan vào sắt. Khi thép gió có hàm lượng Coban > 5% thì nhiệt độ làm việc
của thép gió được nâng cao.
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của một số loại thép gió
Ký hiệu
C
Cr
W
V
1. Thép có năng suất thường
P18
0,7 ÷ 0,8
3,8 ÷ 4,4 17,5 ÷ 19,0 1,0 ÷ 1,4
P9
0,85 ÷ 0,95 3,8 ÷ 4,4
8,5 ÷ 10,0
2,0 ÷ 2,6
2. Thép có năng suất cao
P9ɸ5
1,4 ÷ 1,5
3,8 ÷ 4,4
0,9 ÷ 10,5 4,3 ÷ 5,1
P14ɸ4
1,2 ÷ 1,3
4,0 ÷ 4,6
13,0 ÷ 14,5 3,4 ÷ 4,1
16
Co
_
_
_
_
P18ɸ2
0,85 ÷ 0,95 3,8 ÷ 4,4
17,5 ÷ 19,0 1,8 ÷ 2,4
_
P9K5
0,9 ÷ 1,0
3,8 ÷ 4,4
0,9 ÷ 10,5 2,0 ÷ 2,6
5,0 ÷ 6,0
P9K10
0,9 ÷ 1,0
3,8 ÷ 4,4
0,9 ÷ 10,5 2,0 ÷ 2,6
9,5 ÷ 10,5
P10K5 ɸ5 1,45 ÷ 1,55 4,0 ÷ 4,6
10,0 ÷ 11,5 4,3 ÷ 5,1
5,0 ÷ 6,0
P18K5 ɸ2 0,85 ÷ 0,95 3,8 ÷ 4,4
17,5 ÷ 19,0 1,8 ÷ 2,4
5,0 ÷ 6,0
Tất cả các nhãn hiệu thép nói trên đều có hàm lượng tạp chất hạn chế:
Mn < 0,4%, Si < 0,4%, Mo < 0,5%, Ni < 0,4%, P < 0,03%, S < 0,03%
- Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện, vì vậy
khi nhiệt luyện cần chú ý các điểm sau:
°C
Tôi
1300
1200
900
600
Ram
850
550
LÇn 1
LÇn2
LÇn 3
560
560
560
300
Thêi gian
%
¤d
HRC
50
15
5
2
62
64
64.5
65
Hình 1.1. Sơ đồ tôi và ram thép gió.
- Không nung thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao (nhiệt độ tôi bằng 1300 0c)
mà phải tăng nhiệt dần dần từ 650 0c, vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém. Thông
17
thường thép gió được nung qua 3 lò với nhiệt độ lần lượt là: 650 0c, 8500c và
13000c.
- Phải ram sau khi tôi nhiều lần ( 3 lần ) mỗi lần trong 1 giờ. Sau mỗi lần
ram phải để nguội đến nhiệt độ thường để làm mất ứng suất bên trong, khử
Otennit dư và tăng độ cứng ( độ cứng tăng từ 2 – 3 HRC, hiện tượng này gọi
là độ cứng thứ 2 ).
Bảng 1.2 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO
Ký hiệu các loại thép gió thông dụng
ISO
TCVN
JIS
AISI ГOCT
Quốc
Việt
Nhật
Mỹ
Nga
tế
Nam
1.3350
80W18
Cr4V
Dùng cho tất cả các loại dụng
SKH2
1.3302
_
_
_
1.3343
85W6M
o5CR4V
T1
T7
P18
cụ cắt để gia công thép các bon,
P12
thép hợp kim
Dùng như trên
Dùng chế tạo các loại dụng cụ
P9
đơn giản, gia công các loại thép
kết cấu
Dùng như loại trên đặc biệt để
SKH51
M2
P5M6 chế tạo các loại dụng cụ cắt ren
và dụng cụ cắt chịu va đập
Dùng chế tạo các dụng cụ gia
SG -5-3 M3
1.3318
Phạm vi sử dụng
PGM
5Ø3
P12
S12-1-4
Ø3
M4
P18K
18
công tinh ( dao tiện định hình,
mũi doa, dao chuốt, dao phay)
gia công các loại thép kết cấu
hợp kim và không hợp kim
Dùng chế tạo gia các dụng cụ
gia công tinh, gia công các loại
thép ostenit dẻo
Dùng chế tạo các dụng cụ gia
công thô và bán tinh khi cắt các
5Ø2
loại thép và hợp kim nóng,
không rỉ và sức bền cao
Dùng chế tạo các dụng cụ gia
1.3243
S6-5-2
M35
P6M5 công thô và bán tinh, gia công
K5
các laoij thép không rỉ, thép
hợp kim.
1.1.2.4. Hợp kim cứng.
- Hợp kim cứng là loại vật liệu dụng cụ được chế tạo bằng phương pháp
luyện kim bột, nghĩa là loại hợp kim không qua nấu chảy. Hợp kim cứng
được chế tạo từ các loại cacbit hợp kim và bột hợp kim. Các loại bột được
trộn theo các tỷ lệ, sau đó được ép thành các dạng khác nhau và thiêu liên kết.
Hiện nay hợp kim cứng được dùng nhiều và phổ biến trong công nghiệp.
- So với các loại vật liệu dụng cụ thông thường thì hợp kim cứng là loại
vật liệu có độ cứng cao ( 80 ÷ 90 HRA ) và chịu được nhiệt độ cao ( 800 0c ÷
10000c ). Do đó dụng cụ cắt bằng hợp kim cứng có thể cắt đến tốc độ V c >
100 m/phút.
- Thành phần chủ yếu của các loại hợp kim cứng là các loại bột mịn như:
Cacbit vonfram ( WC ), cacbit titan ( TiC ), cacbit tantan ( TaC ) và thành
phần coban ( Co) làm nhiệm vụ liên kết.
- Độ cứng của hợp kim cứng phụ thuộc vào lượng TiC, TaC và coban.
Coban càng nhiều thì độ cứng càng giảm, độ bền và tính dẻo càng lớn. TiC,
TaC càng nhiều thì độ cứng càng cao.
- ISO phân hợp kim cứng theo 3 nhóm chính:
+ Nhóm ký hiệu P: Dùng cho các loại vật liệu cắt ra phoi dây
+ Nhóm ký hiệu M: Là loại vạn năng dùng gia công các loại vật liệu rắn
cắt ra phoi dây và phoi xếp.
19
+ Nhóm ký hiệu K: Dùng gia công các loại vật liệu cắt ra phoi hạt và
phoi vụn.
1.1.2.5. Vật liệu sứ.
- Vật liệu sứ đã được nghiên cứu từ những năm 1930 và phát triển sau
những năm 1950. Quá trình chế tạo giống như hợp kim cứng. Vật liệu sứ
được chế tạo từ đất sét kỹ thuật ( oxit nhôm AL 2O3 ) được nung đến nhiệt độ
khoảng 1400 ÷ 16000c. Sau đó nghiền nhỏ thành bột mịn, bột AL 2O3 được ép
thành các mảnh dao tiêu chuẩn và được thiêu liên kết.
- Hiện nay có 3 loại vật liệu sư được sử dụng:
+ Loại oxit nhôm thuần khiết, loại này hầu như chỉ có oxit nhôm.
+ Loại vật liệu sứ trộn. Thành phần cơ bản của loại này vẫn là oxit nhôm
ngoài ra còn trộn thêm các loại cacbit: TiC, TaC, WC, TiN.
+ Loại vật liệu sứ không có oxit. Loại này được chế tạo từ nitrit silic
(Si3N4 ) có sức bền uốn cao hơn nhiều hai loại trên.
- Đặc tính chủ yếu của các loại vật liệu sứ là:
+ Độ cứng và tính dòn cao do đó tính chịu mòn cao, tính chịu nhiệt cao
được dùng cắt ở tốc độ cao.
+ Tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơn nguội. Nếu tưới
dung dịch trơn nguội sẽ dễ gây nứt các mảnh sứ.
+ Tính dẻo kém do đó sức bền uốn thấp vì vậy vật liệu sứ không chịu
được dung động, va đập cũng như lực cắt lớn
+ Mài sắc mảnh sứ rất khó và chỉ có thể mài bằng đá mài kim cương.
- Nhược điểm chủ yếu của vật liệu là giòn, giới hạn bền uốn thấp, độ dai
va đạp thấp.
1.1.2.6. Vật liệu kim cương ( vật liệu tổng hơp )
20
- Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphit ở áp suất lớn ( 100000
atm) và nhiệt độ cao 25000c. Các loại vật liệu này thường được gọi là vật liệu
siêu cứng. Độ cứng Vicker lớn hơn 50000 N/mm2 ( tức hơn 50 GPa).
+ Kim cương tự nhiên
HVm ≈ 100 GPa
+ Kim cương tổng hợp
HVm ≈ 90 ÷ 100 GPa
+ Nitrit Bo
HVm ≈ 50 ÷ 90 GPa
- Kim cương tụ nhiên và kim cương tổng hợp được sử dụng cho các dụng
cụ gia công tinh để gia công các bề mặt chất lượng cao ( độ bong và độ chính
xác cao ) như dao tiện kim cương, bút sửa đá mài….
- Đối với loại vật liệu dụng cụ nền nitrit Bo có độ cứng thấp hơn kim
cương một ít nhưng sức bền nhiệt cao ( khoảng 1200 0 ÷ 14000c ). Vật liệu
dụng cụ nitrit Bo được dùng để gia công các loại thép tôi với năng suất cao
hơn các loại dụng cụ khác.
1.2. CƠ SỞ VẬT LÝ QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI.
- Đối tượng khảo sát của quá trình cắt là nghiên cứu sự biến dạng đàn hồi
và biến dạng dẻo của vật liệu gia công và dụng cụ cắt, ứng suất, công tiêu hao
khi cắt,…. Từ đó xác định các quy luật ảnh hưởng của điều kiện cắt đến
những đặc tính cơ học của quá trình cắt.
- Nghiên cứu sự biến dạng dẻo của vật liệu gia công trong quá trình cắt là
một trong những hướng nghiên cứu chủ yếu. Như đã biết sự biến dạng dẻo
của vật liệu gia công đồng thời xẩy ra trong miền tạo phoi, ở phần phoi tiếp
xúc với mặt trước của dụng cụ cũng như miền tiếp xúc của bề mặt gia công
với mặt sau dụng cụ. Trạng thái ứng suất và biến dạng giữa các vùng kể trên ở
một mức độ nào đó ( tùy vào điều kiện cắt cụ thể ) có quan hệ tương hỗ, do đó
xác lập mối quan hệ đó giúp ta hiểu được sâu hơn về các quy luật phức tạp
của quá trình cắt.
1.2.1. Quá trình tạo phoi.
21
- Khi cắt để có thể tạo ra phoi, lực tác dụng vào đầu dao cần phải đủ lớn để
tạo ra kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu được gia
công.
- Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp
kim loại biến thành phoi chịu một ứng suất như vây.
- Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất qua trọng vì trị số
của công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc lớn
vào quá trình tạo phoi.
b1
E
a
b1
γ
b3
b2
b1
1
A
B
b
I
D
α
p
C
α
b1
c
d
p
II
0
a
2
a
1
a
0
Hình 1.2. Sơ đồ hóa miền tạo phoi.
- Khi cắt do có tác dụng của lực P ( hình 1.2 ) 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 biến
dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dầy được hình thành từ lớp kim loại bị cắt
đi có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trước của dao. Kim loại đã bị cắt đã
trải qua một giai đoạn biến dạng nhất định, nghĩa là lớp kim loại bị cắt và
phoi có một khu vực biến dạng. khu vực này gọi là miền tạo phoi.
22
- Trong miền tạo phoi như đã sơ đồ hóa ở ( hình 1.2 ) có những mặt trược
OA, OB, OC, OD, OE. Vật liệu gia công trượt theo những mặt đó ( những
mặt trên đó ứng suất tiếp có giá trị cực đại )
Miền tạo phoi giới hạn bởi đường OA: dọc theo đường phát sinh biến
dạng dẻo đầu tiên
Đường OE là đường kết thúc biến dạng dẻo.
Đường AE là đường nối liền khu vực chứa biến dạng của kim loại và
phoi.
- Trong quá trình cắt miền tạo phoi AOE di chuyển cùng với dao. Lớp
kim loại bị cắt, sau khi đã bị biến dạng trong miền tạo phoi khi chuyển thành
phoi còn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao.
- Những lớp kim loại phía trước của phoi, kề với mặt trước của dao ( hình
1.2 ) chịu biến dạng phụ thêm nhiều hơn các lớp phía trên. Mức dộ biến dạng
của chúng lớn đến mức là các hạt tinh thể trong chúng bị kéo dài ra theo một
hướng nhất định.
Như vậy phoi cắt ra chịu biến dạng không đều.
Mức độ biến dạng của phoi, Trong đó:
Kf = Kbd + Kms
Kf : mức dộ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi.
Kms : mức dộ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao.
Vì biến dạng dẻo của phoi có tính lan truyền, do đó lớp kim loại nằm phía
dưới đường cắt ON ( hình 1.2. khu II ) cũng chịu biến dạng dẻo.
Chiều rộng của miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công và
điều kiện cắt ( thông số hình học của dao, chế độ cắt,…).
Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến chiều rộng miền tạo phoi. Tăng tốc
độ cắt miền tạo phoi sẽ thu hẹp lại. Có thể giải thích hiện tượng đó như sau:
23
a
E
γ
1
a
1
E
D
A F
a
θ
A
0
Hình 1.3. Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau
B
γ
a
1
C
θ
a
θ−γ
A
0
Hình 1.4. Tính trượt góc
Khi tăng tốc độ, vật liệu gia công sẽ chuyển qua miền tạo phoi với tốc độ
nhanh hơn. Khi di chuyền với tốc độ lớn như vậy vật liệu gia công sẽ đi
ngang qua đường OA nhanh đến mức mà sự biến dạng dẻo không kịp xảy ra
theo đường OA mà chậm đi một thời gian theo đường OA’ ( hình 1.4 ).
Tương tự như vậy, nơi kết thúc quá trình biến dạng trong miền tạo phoi sẽ là
đường OE’ chậm hơn so với OE.
Như vậy ở tốc độ cắt cao miền tạo phoi sẽ là A’OE’ . A’OE’ quay đi một
góc theo chiều quay của kim đồng hồ và có chiều dày cắt giảm đi so với trước
(a1’ < a1) vì biến dạng dẻo giảm đi.
Khi tốc độ cắt rất lớn miền tạo phoi co hẹp đến mức mà chiều rộng của nó
chỉ vào khoảng vài phần trăm mm. Trong trường hợp đó sự biến dạng của vật
liệu gia công có thể xem như nằm lân cân mặt OF. Do đó để đơn giản, ta có
24
thể xem một cách gần đúng quá trình biến dạng dẻo khi cắt xảy ra ngay trên
mặt OF đi qua lưỡi cắt và làm với phương chuyển động của dao một góc bằng
Mặt OF được gọi là mặt trượt quy ước còn góc θ là góc trượt.
Góc trượt là một thông số đắc trưng cho hướng và giá trị của biến dạng
dẻo trong miền tạo phoi.
Theo hình 1.4, nếu chiều dày kim loại bị cắt là a, chiều dạy phoi là a1 ta có:
r=
a
OC.Sinθ
=
a1 OC.Cos (θ − γ )
và do đó có thể tính theo công thức :
r.Cosγ
tgθ = 1 − r.Sinγ
và nếu đặt : K = 1/r thì có công thức sau :
Cosγ
tg θ = K − Sinγ
1.2.3. Các dạng phoi
Tùy theo vật liệu gia công, thông số hình học của dao và chế độ cắt, phoi
cắt ra có thể có nhiều hình dạng khác nhau.
a)
b)
c)
d)
d)
25
