NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÍNH GIA CÔNG VẬT LIỆU CỦA THÉP SUS 304 KHI PHAY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

…….***……

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÍNH GIA CÔNG VẬT
LIỆU CỦA THÉP SUS 304 KHI PHAY

Học Viên: NGUYỄN KIM HIẾU

Hà Tĩnh, 2014

1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

…….***……

NGUYỄN KIM HIẾU

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÍNH GIA CÔNG VẬT
LIỆU CỦA THÉP SUS 304 KHI PHAY
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS. TSKH. Bành Tiến Long

Hưng yên, 2014

2


LỜI CAM ĐOAN
Với danh dự là một giáo viên tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của
tôi. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác, trừ những phần tham khảo được ghi
rõ trong luận văn.

Tác giả

Nguyễn Kim Hiếu

3


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn GS.TSKH. Bành Tiến Long, Thầy hướng
dẫn khoa học của tôi về tình cảm, sự tận tình dành cho tôi trong nghiên cứu,
những đóng góp quý báu của Thầy trong nghiên cứu và viết luận văn đã giúp tôi
hoàn thành luận văn này.
Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ vô tư của Thầy
Nguyễn Hữu Cường Giáo viên cắt gọt Trường CĐN Việt – Đức Hà Tĩnh về cơ
sở vật chất, dụng cụ trong suốt thời gian làm luận văn.
Tôi muốn được cảm ơn Ban Giám hiệu Trường CĐN Việt – Đức Hà Tĩnh,

Bộ môn Chế tạo máy, Trung tâm thí nghiệm đã dành cho tôi những điều kiện
thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình.
Học viên

Nguyễn Kim Hiếu

4


5


6


DANH MỤC CÁC BẢNG

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

8


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Thép không gỉ (đặt biệt là SUS 304) được sử dụng rất phổ biến trong công
nghiệp hóa chất, đồ gia dụng, công nghiệp tầu thủy và gần đây được sử dụng
làm khuôn trong ngành y tế [17].

Trong công nghệ khuôn mẫu, việc mài thép không gỉ gặp một số khó khăn:
vật liệu dẻo, bền nhiệt gây dính bết, quá 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 công 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 công 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
công thép SUS 304 từ đó được ra các giải pháp công nghệ nhằm nâng cao chất
lượng bề mặt sau khi gia công.
3. Đối tượng nghiên cứu.
Quá 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.
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực hiện.
5. Ý nghĩa.
5.1. Ý nghĩa khoa học.
9


Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung 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 công

nghệ khuôn mẫu.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn.
Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong gia công khuôn mẫu phục vụ ngành
công nghiệp dược phẩm tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam.
6. Nội dung luận văn
Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính gồm 3
chương và phần kết luận chung.
Chương I: Tổng qua về gia công vật liệu thép không gỉ.
Chương này tác giả tổng qua về thép không gỉ, tính gia công của thép
không gỉ, các nghiên cứu đã công bố trong và ngoài nước về gia công thép
không gỉ và định hướng nghiên cứu của đề tài.
Chương II: Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi và chất lượng
về mặt khi gia công thép không gỉ.
Chương này tác giả nghiên cứu lý thuyết về ảnh hưởng của các yếu tố công
nghệ đến quá trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi gia công thép không gỉ,
giới hạn về vấn đề nghiên cứu và đưa ra mô hình nghiên cứu.
Chương III: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến
quá trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi phay thép SUS 304.
Nghiên cứu thực nghiệm đặc điểm quá trình tạo phoi khi phay SUS 304.
Nghiên cứu ảnh hưởng của V, S đến nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt, cấu
trúc tế vi bề mặt và lực cắt khi phay SUS 304.

10


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ
1.1. Tổng qua về thép không gỉ và tính gia công của thép không gỉ.
1.1.1. Tổng qua về thép không gỉ.
Thép không gỉ là hợp kim nền thép trong đó % Cr>10.5%. Crom tác dụng

với Oxy ngoài không 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 cholorith. Niken nâng cao khả năng bảo vệ trong môi trường axit
mạnh... [1-3].
Các loại thép không 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 tông nhanh (precipitatonhardenable), dựa trên loại chế độ xử lý nhiệt được sử dụng hơn là cấu trúc tế vi.
Thêm vào đó, các loại thép không 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 không gỉ là việc làm phức tạp bởi sự tăng nhanh của các
hệ thống cạnh tranh ở cả Mỹ và nước ngoài. Hệ thống kí hiệu được dùng rộng
rãi nhất là kí hiệu của AISI. Gần đây Unifed Numbering System (UBS) dùng để
các định lại các 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 môi 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 công
thức đặc biệt có khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt 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:
11


- Khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt: Thép không gỉ tùy theo thành phần
có khả năng chống mòn đối với điều kiện môi 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 hay ít sai hỏng.
- Chi phí bảo dưỡng thấp: Khách hàng dân dụng và công nghiệp thích thép
không gỉ vì không 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
công lần cuối trên máy tự động đều có thể cho độ bóng và tính ánh kim bền lâu.
- Tính linh hoạt trong chế tạo: Thép không 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 công của thép không gỉ.
Tính gia công là một trong những tính chất công 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 công của vật liệu liên quan trực tiếp với thành phần hóa học và
cấu trúc của vật liệu, nó còn chịu ảnh hưởng rất lớn, rất phức tạp của tính chất
cơ học, tính nhiệt vật lý... Những vấn đề trên lại phụ thuộc vào mạng tinh thể
của vật liệu.
Tính gia công của vật liệu lại còn phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt, kết
cấu dụng cụ cắt và điều kiện bôi trơn làm nguội. Tính gia công phụ thuộc vào
tính chất của phương pháp gia công cụ thể.
Một trong những khái niệm về tính gia công thường hay sử dụng là tính gia
công động học và động lực học:
- Tính gia công động lực học là tính gia công được xác định theo quan
điểm về vận tốc tách bóc vật liệu.
12


- Tính gia công động lực học là tính gia công được xét theo quan điểm lực

cắt.
ASI 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
TYPE
304316

Trung bình

303
203
430

Lớn nhất

430F
410
416
420
420F
440C
440F
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Hình 1.1. Tính gia công tương đối của các loại thép
không gỉ thông dụng các các mác dễ gia công tương
đương [1]
Ngoài ra, còn rất nhiều khái niệm tính gia công khác nhau như tính gia
công theo quan điểm chất lượng bề mặt, tính gia công theo quan điểm độ mòn
và tuổi bền của dao... [7]
Nói chung, vật liệu càng cứng càng khó gia công. Tuy nhiên, tính gia công
bị ảnh hưởng trực tiếp nhiều hơn bởi cấu trúc tế vi hơn là độ cứng. Tính gia

công của nhiều loại hợp kim có thể được cải thiện nếu cấu trúc tế vi có dạng hai
pha trong đó có một pha giòn hoặc dễ cắt phân bố trên toàn bộ ma trận vật liệu
dẻo thứ hai [1].
Tính gia công tương đối của các loại thép không gỉ thông dụng và các mác
dễ gia công tương đương được mô tả trên hình 1.1. Nếu coi tính gia công của
mác thép không gỉ dễ gia công AISI 416 là 100% thì tính gia công tốt nhất của
thép SUS 304 chỉ đạt từ 50% đến 60%. Các loại thép không gỉ được mô 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
13


do các thuộc tính sau đây: độ bền cao, độ bền uốn lớn, độ dai lớn và rất mềm,
tốc độ tôi cao, đỗ 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 hàm 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 công hơn so với các loại thép hợp kim có hàm
lượng Cr thấp hơn vì tính dính và tạo phoi dài khi cắt.
Ngoài việc không có phụ gia tạo ra các mẫu dễ gia công, tính gia công của
các loại thép không gỉ mactenxit bị ảnh hưởng bởi các biến sau:
+ Độ cứng
+ Hàm lượng canbon
+ Hàm lượng Ni
+ Sự cân bằng giữa các pha, tác 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 công
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 công giảm đi khi hàm lượng cacbon tăng
dần trong mác từ S41000, S42000 tới S44004 hay từ S41600/S4123,
S42020/S42023 tới S44020/S44023.
Hàm lượng Ni cũng ảnh hưởng đến tính gia công thông qua hiện tượng làm
tăng độ cứng thép ủ. Kết quả là thép S42400 và 43100 sẽ khó gia công hơn
S41000 trong điều kiện ủ.
Thay đổi cân bằng pha được dùng để tăng tính gia công của thép S41600.
Người ta thường thấy rằng việc tăng ferit tự do hay ferit δ làm tăng tính gia
công, 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]
14


Hợp kim austenit. Tính khó gia công của thép không gỉ austenit có đặc
điểm riêng khi so sánh với các loại thép không 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 không gỉ tiêu chuẩn, có một vài đặc điểm sau:
+ 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 công nếu quá 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 không gỉ austenit. Biến cứng nguội sẽ làm giảm tính dẻo của vật liệu,
làm phoi sạch hơn và hạn chế xu hướng lẹo dao. Điều 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 hưởng giảm rung động của dao khi
tăng mức độ biến cứng đã được nhận thấy đối với cách này. [1-3]
Việc thêm Mn hay Cu có thể tăng tính gia công và giảm tỷ lệ biến cứng của
thép không gỉ austenit có tỷ lệ hợp kim thấp. Các hợp kim dễ gia công austenit
có Mn và/hoặc Cu bao gồm các mác S20300, S30310, S30330 và S30431. Mặc
dù tỷ lệ hợp kim cao như S30900, S31000 và N08020 có xu hướng khó gia
công.
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 công. Do đó, các hợp kim austenit có hàm lượng N cao như S20910 và
15


28200 khó gia công 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 quá trình
các-bít hóa biên giới hạt có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn biên giới hạt.
Tuy nhiên, các tập chất dạng các-bít và nitrit có tính mài mòn cao sẽ làm
tăng tốc độ mòn 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 công cao hơn. Tuy vậy, tính gia
công không giống như hợp kim tiêu chuẩn hay loại có tính gia công 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 không có các mác hợp kim có
tính gia công được nâng cao.
Tính gia công các hợp kim tôi 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 công của phoi. Phần lớn các hợp kim loại này có độ khó gia công gần
giống nhau hoặc phần nào đó khó khăn hơn hợp kim austenit tiêu chuẩn nhưng
S30400.
Các thép không gỉ mactenxit tôi nhanh cũng có thể gia công ở điều kiện đã
tôi do đó có thể tránh phải xử lý nhiệt sau 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 công, ở mức độ nào đó khó gia công hơn hợp kim S30200
và các loại tương tự, do đó 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 công tốt. Còn
các hợp kim tôi nhanh mactenxit có mức độ khó khăn gia công tăng theo độ
cứng sau khi hóa già. [1]
16


1.2. Các chỉ tiêu đánh giá tính gia công
1.2.1. Tính chất cơ học của vật liệu
Vật liệu có độ bền, độ cứng càng cao thì ảnh hưởng không tốt của nó đến
quá trình gia công là rất lớn. Vì vậy, tính gia công sẽ tỷ lệ nghịch với tính chất
cơ lý của vật liệu gia công.
Khi gia công, độ cứng thường được dùng như phép đo tương đối của tính
gia công, vật liệu càng cứng thì tính gia công càng kém. Tuy nhiên, thép với
thành phần cacbon thấp dẻo hơn và có xu hướng hình thành lẹo dao với tính gia
công thấp hơn là dự đoán. Ảnh hưởng của cơ lý tính vật liệu đến tính gia công

của vật liệu chế tạo máy là rất lớn, đôi khi nó quyết định đến tính gia công của
vật liệu. [7]
1.2.2. Biến dạng và hình thành phoi
Khi cắt, để tạo ra phoi, lực tác dụng từ dao cần phải đủ lớn để tạo ra trong
lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu gia công.
Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng, lớp
kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu 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.
Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của
công suất cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt
vào quá trình tạo phoi. [4-7]
đánh giá biến dạng phoi dùng hệ số co gian phoi:
- Hệ số co giãn phoi theo chiều dọc:
KL=L0/Lf
Trong đó:
L0 chiều dài lớp kim loại bị cắt đo trên phoi
Lf chiều dài thực tế của phoi
KL hệ số co giãn phoi theo chiều dọc
- Hệ số co giãn phoi theo chiều dầy:
Ka=af/a
17


Trong đó:
af chiều dầy của phoi
a chiều dầy lớp cắt kim loại được cắt trên phoi
Ka hệ số co giãn theo chiều dầy
- Hệ số co giãn phoi theo chiều rộng
Kb=bf/b

Trong đó:
bf chiều rộng của phoi
b chiều rộng lớp cắt kim loại được cắt trên phoi
Kb hệ số co gian phoi theo chiều rộng
Hệ số co gian phoi biểu thị mức độ biến dạng trung bình của phoi. Căn cứ
vào hệ số co giãn, có thể tìm ra các quan hệ ảnh hưởng giữa các yếu tố khi cắt
với quá trình biến dạng khi cắt. [6-7]
1.2.3. Lực cắt
Trong quá trình cắt, dưới tác dụng của dao, kim loại gia công bị biến dạng
đàn hồi và biến dạng dẻo. Cùng một lúc, khi biến dạng lớp cắt, dao chịu tác
dụng lên bề mặt trước và mặt sau các lực tương ứng. Đây là một trong những
chỉ tiêu để đánh giá tính gia công từ quan điểm lực cắt.
Lực cắt chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như tốc độ cắt, vật liệu gia
công, vật liệu làm dao...
Tính gia công phụ thuộc rất nhiều vào lực cắt. Lực cắt lớn thì tính gia công
sẽ thấp và ngược lại. Đánh giá theo quan điểm lực cắt là vật liệu cắt với lực cắt
nhỏ thì tính gia công tốt trong cùng điều kiện: phương pháp gia công, dao, chế
độ cắt, điều kiện cắt. [7]
1.2.4. Nhiệt cắt
Nguồn nhiệt phát sinh trong quá trình cắt là do công tiêu hao để lại như:
biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo lớp bị cắt và lớp tiếp xúc giữa bề mặt đã gia
công với dao, hay để khắc phục ma sát trên mặt trước của dao với phoi và mặt
sau của dao với phoi.
18


Đánh giá tính gia công theo quan điểm nhiệt cắt là cắt vật liệu càng tốt,
nhiệt cắt là hệ quả của lực cắt. Khảo sát ảnh hưởng của tính gia công vật liệu
theo nhiệt cắt cũng như với lực cắt. [7]
1.2.5. Mòn và tuổi bền dụng cụ

Trong quá trình cắt, phoi trượt trên bề mặt trước và chi tiết chuyển động
tiếp xúc với mặt sau của dao gây lên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ. Mài
mòn dụng cụ cắt là hiện tượng phức tạp xảy ra theo các hiện tượng lý hóa ở các
bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công. Khi mài mòn, dạng và
thông số hình học của phần cắt dụng cụ cắt thay đổi gây nên các hiện tượng vật
lý sinh ra trong quá trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt...) và ảnh hưởng xấu đến chất
lượng bề mặt chi tiết gia công. Trong quá trình cắt, áp lực lên bề mặt tiếp xúc
lớn hơn rất nhiều so với áp lực làm việc của chi tiết máy và dụng cụ bị mài mòn
theo nhiều dạng khác nhau như mòn theo mặt sau, mòn theo mặt trước...[7]
Đánh giá tính gia công của vật liệu theo quan điểm độ mòn và tuổi bền của
dụng cụ cắt có nghĩa là xem xét ảnh hưởng của vật liệu gia công tới mòn và tuổi
bền của dụng cụ cắt. Vật liệu khi cắt cho tuổi bền của dao thấp thì tính gia công
thấp và ngược lại. [7]
1.2.6. Vận tốc cắt vật liệu
Đây là một trong những quan điểm được sử dụng rộng rãi, vật liệu gia công
được cắt với vận tốc cắt cao thì được gọi là có tính gia công tốt. [7]
Vận tốc cắt là một trong những yếu tố cơ bản của lực cắt, nếu lực cắt càng
lớn thì tính gia công càng thấp. Vì vậy, để đánh giá tính gia công của vật liệu
trên quan điểm vận tốc cắt có nghĩa là đi xem xét ảnh hưởng của vận tốc cắt tới
lực cắt, nó được biểu hiện qua 4 điểm sau:
+ Ảnh hưởng đến độ lớn của miền tạo phoi và biến dạng trong miền tạo
phoi.
+ Ảnh hưởng đến nhiệt độ của vật liệu biến dạng
+ Xác định vận tốc tải trọng vật liệu của chi tiết gia công
+ Ảnh hưởng đến độ lớn hệ số ma sát trên bề mặt trước, sau và sự xuất hiện
cũng như độ lớn của lẹo dao. [7]
19


1.2.7. Chất lượng bề mặt gia công

Chất lượng bề mặt gia công như một tiêu chí đánh giá tính gia công của vật
liệu. Chất lượng bề mặt càng tốt thì vật liệu càng dễ gia công. Trong thực tế,
chất lượng bề mặt của chi tiết máy có ý nghĩa quan trọng để đảm bảo tuổi thọ
của chúng.
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt bao gồm:
+ Độ nhám bề mặt hay còn gọi là độ nhấp nhô tế vi
+ Độ sóng bề mặt
+ Độ cứng tế vi hay cấu trúc tế vi lớp bề mặt
+ Ứng xuất dư bề mặt
Đánh giá tính gia công theo chất lượng bề mặt thường được sử dụng khi gia
công tinh. [7]
1.2.8. Độ chính xác gia công
Độ chính xác gia công là mức độ đạt được khi gia công các chi tiết thực so
với độ chính xác thiết kế đề ra. Trong thực tế, độ chính xác gia công thường
được biểu hiện bằng sai lệch về kích thước và sai lệch về hình dáng. Sai lệch gia
công càng lớn tức là độ chính xác gia công càng kém.
Trong quá trình gia công bằng bất kì phương pháp nào đều phải dựa vào
hình dáng và kích thước đã thiết kế. Trong thực tế, khó có thể đạt được yêu cầu
lý tưởng. Hình dáng kích thước thực sự so với yêu cầu thiết kế có những sai lệch
nhất định, do vậy người ta đánh giá tính gia công trên quan điểm độ chính xác
gia công thông qua sai số của quá trình gia công. [7]
1.3. Tổng qua các nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến
tính gia công của thép không gỉ trong và ngoài nước.
1.3.1. Khái quát 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]
20

Nikhil Ranjan Dhar và các cộng sự nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ bôi
trơn làm nguội tối thiểu (MQL) đến mòn 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 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 độ 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
mòn 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 và lượng chạy dao nhỏ, khối lẹo dao giảm 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 thông 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 liên quan trong
kéo dài tuổi bền dao khi gia công thép không gỉ. Lớp phủ TiN có hệ số ma sát
thấp và chịu mài mòn thấp và chịu mài mòn tốt ở nhiệt độ cao, điều này giúp nó
đặc biệt có hiệu quả khi dùng gia công ở tốc độ trung bình. Lớp phủ TiCN có
hiệu quả hơn TiN trên dụng cụ cắt 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
21


lớp vật liệu khác nhau có kích thước 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 phù hợp với các quá trình gia công 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 công 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 công của vật liệu thép không gỉ. Tuy nhiêu, 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 tròn ngoài thép không gỉ SUS 304 dùng đá mài Hải
Dương [9], nghiên cứu một số biện pháp công 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 ngành 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 Tây, Công ty dược phẩm

Sao Kim, Công ty dược phẩm Hà Tĩnh... Tuy nhiên, việc nghiên cứu ảnh hưởng
của các biện pháp công nghệ đến quá trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi gia
công thép không gỉ nói chung và SUS 304 nói riêng còn rất nhiều hạn chế.
1.3.3. Vấn đề nghiên cứu
22


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. Ngoài
ra, yếu tố lực cắt và mòn dao ảnh hưởng rất nhiều đến độ chính xác gia công vì
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 công nghệ đến quá trình tạo phoi
và chất lượng bề mặt khi phay SUS 304”
Kết luận chương I:
- Khái quát về thép không gỉ và tính gia công của loại vật liệu này.
- Tổng quan về các nghiên cứu đã công bố ở trong và ngoài nước về các
biện pháp công nghệ nhằm nâng cao tính gia công của thép không gỉ và xác định
được vấn đề cần nghiên cứu của đề tài.

23


Chương 2
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO PHOI VÀ CHẤT
LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG SUS 304
2.1. Bản chất vật lý quá trình tạo phoi.

Cắt kim loại là quá trình sản xuất mà trong khi 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 không 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 công 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 mô 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
luôn 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

Hình 2.1. Các vùng biến dạng dẻo khi cắt
kim loại [4]

(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 thzành phoi. Trong
vùng này xảy ra biến dạng lớn nhưng nhiệt độ lại không cao khoảng trên 3000C.
24

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 không có ma sát và sắc
tuyệt đối. Ma sát trên bề mắt 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 thuẩn với những điều trong thiết kế, trong quá trình cắt kim loại,
phoi tạo ra do quá trình cày với hơn là quá trình cắt. Vì vật liệu phôi 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
Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt đến quá trình tạo phoi và chất lượng bề
mặt khi gia công được xét qua quan hệ giữa cơ lý tính của vật liệu gia công và
tính cắt của vật liệu làm dao. Tính cắt của vật liệu làm dao phải đảm bảo các yêu
cầu: độ cứng, độ bền cơ học, tính chịu nhiệt, tính chịu mòn và tính công nghệ.
[7]
Do có độ bền kéo, độ bền uốn và độ dai lớn, nên khi gia công thép không gỉ
thường bị dính trong khi cắt, có xu hướng hình thành phôi dài, dạng dây, lực cắt
đơn vị thường lớn hơn so với khi gia công thép cacbon. Khi gia công thép không

gỉ, ứng suất phức tạp trong vùng biến dạng và lực ma sát làm tăng nhiệt độ của
dụng cụ cắt trên mặt trước. Các điều kiện ma sát và tính chất dẫn nhiệt của phôi
25