CÔNG NGHỆ PHỦ CỨNG DỤNG cụ cắt KIM LOẠI và KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

CÔNG NGHỆ PHỦ CỨNG DỤNG CỤ CẮT KIM LOẠI
VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
HARD COATING TECHNOLOGY ON METAL CUTTING TOOLS AND RELEVANCE
KS. Ngô Đăng Huỳnh1a, TS. Tống Ngọc Tuấn2b, PGS. TS. Đào Quang Kế2c
1
Học viên cao học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam
2
Học viện Nông nghiệp Việt Nam
a
b
; ;
TÓM TẮT
Bài báo giới thiệu tổng quan về các phương pháp phủ cứng, hiệu quả cũng như hạn chế
của các công nghệ này trong lĩnh vực làm bền bề mặt, đặc biệt là các bề mặt làm việc trong
điều kiện khắc nghiệt, trong đó có dụng cụ cắt kim loại. Thông qua công trình nghiên cứu,
nhóm tác giả đã phân tích các khía cạnh khác nhau về những công bố của các chuyên gia về
lĩnh vực này cũng như những ứng dụng mạnh mẽ trong ngành công nghiệp sản xuất dụng cụ
cắt trên thế giới, điển hình là một số công trình nghiên cứu về lớp phủ trên dụng cụ cắt với vật
liệu nền là thép gió và cacbit. Lớp phủ TiN trên vật liệu dụng cụ cắt CBN và ứng dụng trong
phay thép sau nhiệt luyện; đánh giá tuổi bền của dao phay, kiểm nghiệm mòn và đánh giá ảnh
hưởng của lực cắt khi phay. Công trình nghiên cứu về các loại vật liệu phủ cứng giảm ma sát,
nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của dụng cụ cắt. Các nghiên cứu về việc ứng dụng công nghệ
phủ CVD và PVD cho dụng cụ cắt nhằm nâng cao tuổi bền,… Từ những phân tích trên, xem
xét trong điều kiện cụ thể của Việt Nam, nhóm tác giả đề xuất định hướng phát triển một số
công nghệ có thể áp dụng hữu hiệu trong điều kiện và thực tiễn của nước ta hiện nay cũng như
trong những năm tiếp theo.
Từ khóa: công nghệ phủ cứng, dụng cụ cắt kim loại, thép gió, CBN, CVD, PVD.
ABSTRACT
The article provide an overview of hard coating methods, advantages as well as

disadvantages of these technologies in the application of strengthen material surface.
Particularly for the surfaces working in hash conditions such as metal cutting tools. Through
the research, authors had analyzed different aspects of the proclaims of the specialist in the
field, also their applications in the industry of manufacturing of metal cutting tools. Especially
for the researches about coating on HSS or Carbide substrate, TiN coating on CBN tools and
its application in milling of hardened steel; Evaluate the durability of the tool, its wear
patterns, and affects of cutting forces. The article also covers some part of hard coating
methods in order to reduce friction, improve efficiency and durability of cutting tools.
Researches about applying CVD and PVD coating technologies on cutting tools etc., From the
analyze, take it into particular conditions of Vietnam, authors had proposed some suggestions
for orientation of developing technology in order to efficiently apply in current Vietnam's
actual conditions as well as in the years later.
Keywords: hard coating technology, cutting tools, high speed steel, CBN, CVD, PVD.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong lĩnh vực gia công cơ khí, nhu cầu tăng năng suất, tăng độ chính xác và nâng cao
chất lượng bề mặt gia công càng ngày càng cao. Nhiều biện pháp đã và đang được thực hiện
mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu này. Một trong những đối tượng được nghiên cứu để giải
quyết nhu cầu này là dụng cụ cắt. Cuối thập niên 60 của thế kỷ trước, các nhà chế tạo đã giới
400


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
thiệu dụng cụ cắt với các loại lớp phủ rất mỏng từ cacbit thiêu kết. Những lớp phủ cacbit titan
với độ dày rất nhỏ (1÷5µm) làm thay đổi mạnh mẽ đặc tính của dụng cụ cắt, đặc biệt là về
tuổi bền và tốc độ cắt [1]. Các loại lớp phủ cứng trước hết nâng cao tính chống mòn, giảm lực
cắt và nhiệt cắt trên lưỡi cắt và vì thế ảnh hưởng trực tiếp đến biến dạng và động thái rạn nứt
của dao. Phun phủ là phương pháp tạo ra trên bề mặt dụng cụ cắt có vật liệu nền là cacbit
hoặc thép gió một hoặc nhiều lớp chức năng có giá trị sử dụng cao nhằm nâng cao khả năng
chống mòn (ăn mòn hóa học và mài mòn), cải thiện tính chất ma sát, điều chỉnh các tính chất
vật lý cũng như hóa học đặc biệt [2]. Trong công nghệ phủ cứng được phân chia làm phủ vật

lý PVD và phủ hóa học CVD. Có thể thấy, các lớp phủ cứng lắng đọng bằng phương pháp
PVD có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc nâng cao cơ tính của các dụng cụ cắt gọt. Hiện
nay, trình độ công nghệ lắng đọng các lớp phủ cứng ở các nước trên thế giới đã đạt đến mức
rất cao và có thể coi gần như hoàn hảo, nó đã được phát triển thành một nhánh công nghiệp
riêng là công nghiệp sản xuất dụng cụ cắt gọt, góp phần rất đáng kể vào sự phát triển công
nghệ gia công cơ khí trên thế giới [3]. Điển hình là các tập đoàn sản xuất dụng cụ cắt gọt kim
loại, dụng cụ khai thác mỏ,... như tập đoàn Sandvik - Coromant của Thụy Điển [3], tập đoàn
Sumitomo của Nhật Bản [4],… Tuy nhiên, ở Việt Nam vẫn chưa có một cơ sở nghiên cứu và
sản xuất nào thực hiện một cách hệ thống để có thể làm chủ công nghệ phủ cứng và ứng dụng
chúng một cách hữu hiệu.
Bài báo giới thiệu tổng quan về các phương pháp phủ cứng, hiệu quả cũng như hạn chế
của các công nghệ này trong lĩnh vực làm bền bề mặt, đặc biệt là các bề mặt làm việc của
dụng cụ cắt kim loại. Nhóm tác giả đã phân tích các khía cạnh khác nhau về những công bố
của các chuyên gia cũng như những ứng dụng mạnh mẽ trong ngành công nghiệp sản xuất
dụng cụ cắt trên thế giới, từ đó đề xuất một vài giải pháp có tính khả thi về lĩnh vực này ở
Việt Nam
2. VẬT LIỆU NỀN VÀ VẬT LIỆU PHỦ
2.1. Vật liệu nền
Vật liệu nền cho các công nghệ phủ thông thường có 2 loại vật liệu cơ bản dùng làm
phần cắt của dụng cụ cắt là thép gió (High-speed steels - HSS) và cacbit (Tungsten Carbide TC). Ngày nay với công nghệ sản xuất hiện đại, yêu cầu dụng cụ cắt phải có khả năng gia
công ở những điều kiện khắc nghiệt như chuyển động với tốc độ cao, nhiệt cắt lớn, cắt có va
đập, chiều sâu cắt lớn và đặc biệt là khi cắt những vật liệu sau nhiệt luyện có độ cứng cao thì
yêu cầu về vật liệu nền và lớp phủ ngày càng cao. Trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất dụng
cụ cắt thì TC vẫn là vật liệu nền chính. Tùy theo ứng dụng mà chọn vật liệu nền thích hợp.
Đặc biệt khi gia công thô, cắt gián đoạn, cũng như tiện cứng, phay cứng thì chất nền được sử
dụng là cacbit [5].
2.2. Vật liệu phủ
Vật liệu phủ chính là titan cacbit (TiC), gốc nitrit như titan nitrit (TiN), titan-cacbit nitrit
(TiCN), titan-nhôm nitrit (TiAlN), crom nitrit (CrN) và oxit nhôm (Al2O3). Đây là các vật liệu
rất cứng, có độ chống ăn mòn và độ trơ hóa học cao, tạo một rào cản rất tốt giữa dụng cụ và

phoi. Các lớp phủ thường có chiều dày 1-4μm. Công nghệ phủ bằng các vật liệu nói trên được
gọi là công nghệ phủ cứng bề mặt [6].
+ Titan nitrit (TiN): Đây là loại vật liệu thường dùng nhất, quen thuộc với lớp phủ màu
vàng, nó thường được phủ lên thép gió và cacbit. TiN có độ cứng cao, bền nhiệt cao, hệ số ma
sát nhỏ, giảm được ăn mòn, mài mòn và dính trong quá trình gia công. Đặc biệt với lớp phủ
này có màu vàng nên rất dễ nhận biết lưỡi cắt bị mài mòn.
+ Titan-cacbit nitrit (TiCN): Lớp phủ có màu xanh xám, cứng hơn TiN. Nó cải thiện sự
mài mòn của bề mặt khi cắt thép cacbon, gang, thép hợp kim dụng cụ.

401


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
+ Titan-nhôm-nitrit(TiAlN): Cải thiện độ bền nóng và chống lại sự oxy hóa khi phản
ứng với TiN. Lớp phủ này có màu tía xám, tính dẫn nhiệt kém nhưng rất cứng.
+ Oxit nhôm (Al2O3): Dụng cụ cắt với lớp phủ Al2O3 hiện nay đang được sử dụng rất
rộng rãi. Vật liệu này có độ cứng cao, bảo vệ được bề mặt, an toàn cắt với tốc độ cao khi gia
công vật liệu cứng, gang và một số vật liệu khác. Loại lớp phủ này có màu đen.
+ Cubic boron nitrit (CBN): Loại này đang được nghiên cứu nhiều trong những năm
gần đây. Lớp phủ tương đối dày nên khả năng tập trung ứng suất bề mặt rất cao, khả năng
dính kết kém. Tuy nhiên, khi phủ CBN thì khả năng chịu mài mòn của dao rất tốt, thích hợp
cho việc gia công vật liệu có chứa sắt hoặc không sắt hay cả vật liệu phi kim loại.
3. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH VỀ PHỦ CỨNG
Khả năng chống mài mòn tăng cao khi phủ các loại vật liệu siêu cứng như CBN lên
dụng cụ cắt. Trong thực tế, các loại vật liệu gia công như thép, gang sau nhiệt luyện khó gia
công được bằng dụng cụ cắt thông thường. Ngày nay, vật liệu gia công bằng thép chiếm vị trí
chủ lực thì việc sử dụng các loại dụng cụ cắt làm bằng cemented carbide (CC) phủ các lớp
phủ TiN, TiCN, TiAlN, có vai trò không thể phủ nhận. Tuy nhiên, các loại lớp phủ trên chỉ có
hiệu suất tốt khi gia công vật liệu thép thông thường, có độ cứng dưới 35 HRC. Với các loại
gang, thép có độ cứng trên 35 HRC thì muốn gia công năng suất cao và chi phí gia công thấp

hơn thì cần sử dụng các loại dụng cụ cắt bằng CBN liền khối hoặc CC phủ lớp CBN [7].
Ở Việt Nam hiện nay, công nghệ phủ cứng còn tương đối mới mẻ trong các ngành công
nghiệp, các trang thiết bị có được chủ yếu trong các phòng thí nghiệm của các viện nghiên
cứu và rất ít công trình nghiên cứu được công bố và áp dụng vào sản xuất công nghiệp. Ngành
công nghiệp chế tạo dụng cụ cắt ở Việt Nam hiện nay chỉ có Nhà máy Chế tạo Dụng cụ cắt số
1 là chế tạo các loại dụng cụ cắt nhưng chưa có khả năng phủ cứng các loại lớp phủ TiN,
TiCN, TiAlN,… Ngoài ra, ở nước ta hiện nay có một số tập đoàn sản xuất dụng cụ cắt trên thế
giới đầu tư nhà máy sản xuất dụng cụ cắt nhưng cũng chỉ chủ yếu là ở lĩnh vực mài lại và phủ
một số lớp phủ cơ bản trên dụng cụ cắt sau khi mài lại như Công ty Guhring Việt Nam ở TP
Hồ Chí Minh, Công ty OSG Việt Nam ở Hà Nam, Công ty TNHH Kamogawa ở Khu Công
nghiệp Thăng Long.
Đề tài Khoa học công nghệ (KHCN) cấp nhà nước KC.05.12/06-10 do GS. Võ Thạch
Sơn làm Chủ nhiệm đã nghiên cứu xây dựng thành công quy trình công nghệ phủ bằng
phương pháp phún xạ DC magnetron, phương pháp phún xạ cao tần RF và phương pháp hồ
quang chân không nhằm nâng cao độ bền của khuôn mẫu và dụng cụ cắt gọt. Với vật liệu nền
là HSS, mảnh hợp kim và vật liệu phủ là TiN [1]. Nhưng đề tài chỉ dừng lại ở nghiên cứu lý
thuyết và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm mà chưa đưa ra ứng dụng vào sản xuất thực tế
được do thiếu các trang thiết bị đồng bộ cho quá trình nghiên cứu và sản xuất.
Một số đề tài nghiên cứu khác như đề tài KHCN cấp nhà nước KC.05-07 do PGS.
TSKH. Bành Tiến Long làm Chủ nhiệm [2], và một số đề tài nghiên cứu của Trường Đại học
Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, …
đã nghiên cứu chủ yếu về lớp phủ truyền thống TiN trên nền HSS và hợp kim nhưng cũng chỉ
dừng lại ở nghiên cứu trong phòng thí nghiệm mà chưa được áp dụng vào thực tế sản xuất.
3.1. Vật liệu nền là CC và vật liệu phủ là CBN và TiN
Cách đây 40 năm, Wentorf là nhà khoa học đầu tiên đã tổng hợp thành công CBN dưới
áp suất cao và nhiệt độ cao [5]. Bằng công nghệ này đã chế tạo ra được các mảnh cắt để cắt
gọt các loại thép cứng và ban đầu chỉ cho phép tạo ra các mảnh cắt có hình dạng đơn giản.
Các công nghệ phủ khác nhau CVD [6÷9], PVD [10], PECVD [11] là quá trình lắng đọng lớp
CBN trên bề mặt vật liệu nền nhưng với độ dày rất mỏng, chỉ khoảng vài trăm nanomet.
Nguyên nhân chính là do nội ứng suất của vật liệu CBN (trên 20 GPa), mức độ bám dính

kém, làm thiếu độ ổn định lâu dài trong môi trường xung quanh. Chỉ có một vài kết quả
402


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
nghiên cứu là có lớp phủ CBN dày hơn, tuy nhiên với độ dày lớp phủ trên 1µm thì chỉ có trên
vật liệu nền là silicon ở nhiệt độ cao khoảng 1000°C[10].
Do đó, ngoài một số thành công trong việc kết tủa lớp CBN trên các mẫu (>1µm), việc
gia công một lớp phủ CBN trên vật liệu nền không silicon vẫn còn là một thách thức của khoa
học. Một thách thức được đặt ra là sử dụng các vật liệu nền khác silicon để ứng dụng phủ lớp
phủ CBN trong việc chế tạo dụng cụ cắt. Cách tiếp cận của các nhà khoa học này đã mang lại
hiệu quả, những mẫu được phủ CBN dày hơn dẫn đến sự cải thiện độ bám dính và ổn định cơ
học của hệ thống lớp CBN mà không cần đến việc giảm áp lực thiết yếu nào. Phương pháp
phủ đã thành công với việc tạo ra sự kết tủa của CBN có độ dày lớn hơn 2 µm trên chất nền
silicon và gần 1 µm trên mảnh cắt bằng cacbit. Quá trình này áp dụng kỹ thuật phun xạ được
điều chỉnh tạo nên một hệ thống lớp phủ bao gồm một lớp boron cacbit (B4C) được phun xạ,
một lớp tiếp giáp mỏng B-C-N, và cuối cùng là lớp CBN.
Các đặc tính cơ học và đặc tính ma sát của lớp phủ được xác định bằng các phương
pháp khác nhau. Các thí nghiệm xác định độ cứng, kiểm tra để xác định hệ số ma sát… cho
phép đánh giá độ bám dính và mài mòn.
Trên Hình 1 cho thấy chất lượng bề mặt của lớp phủ CBN, so sánh với lớp phủ TiAlN
(PVD) và lớp phủ TiCN (CVD). Rmax của lớp phủ CBN chỉ là 1/10 và Ra chỉ bằng 1/30 của
giá trị của hai lớp phủ khác [12].
Để đánh giá sự mài mòn của dụng cụ cắt khi phủ CBN với các loại lớp phủ khác, các
nhà khoa học đã tiến hành 3 thí nghiệm trên 3 máy tiện với 3 loại vật liệu: 34CrNiMo6 trên
máy VDF180-C với vận tốc cắt bình thường, GJ-500-7 trên máy VDF180-C ở vận tốc cắt cao
Vc=1000m/phút và gia công vật liệu cứng X155CrVMo121 (62HRC).
Kết quả thí nghiệm cắt vật liệu 34CrNiMo6 với mảnh cắt phủ CBN-K10 để đánh giá
mòn được thể hiện trên Hình 2 và phân tích hình ảnh trên Hình 3.Thí nghiệm được thực hiện
với nhiều thông số chế độ cắt, trong đó vận tốc cắt biến đổi từ 0-200 m/phút, bước tiến dao từ

0-1.2 mm/vòng.

Hình 1. Độ nhám và cấu trúc bề mặt của lớp phủ CBN
và TiAlN (PVD), TiCN (CVD)

403


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 2. Sơ đồ thể hiện tình trạng mòn của
dụng cụ cắt phủ CBN-K10 khi gia công vật
liệu 34CrNiMo6 với các chế độ cắt khác nhau

Hình 3. Các dạng mòn của dụng cụ cắt
phủ CBN khi cắt vật liệu 34CrNiMo6
sau 30 giây: a) miệng núi lửa, b) dạng
nhựa đàn hồi, c) nứt vỡ, d) lẹo dao, e)
mòn đồng nhất

Thí nghiệm gia công với tốc độ cắt cao (Vc=1000m/phút), cắt vật liệu GJS-500-7 với
mảnh cắt phủ CBN-K10 và mảnh cắt PCBN nhằm đánh giá tuổi thọ của mảnh cắt được thể
hiện trên Hình 4.

Hình 4. Chiều rộng của vùng cạnh được mài
mòn phụ thuộc thời gian cắt khi cắt gang
GJS-500-7

Hình 5. Lực cắt và nhám bề mặt của chi
tiết gia công phụ thuộc vào vật liệu phủ

dụng cụ cắt trong gia công cứng

Trên Hình 4 có thể thấy, mảnh cắt cacbit phủ CBN có tuổi thọ gần bằng một nửa so với
mảnh cắt được chế tạo bởi gốm phủ PCBN rất đắt tiền. Như vậy có thể khẳng định rằng, tiềm
năng của việc điều chỉnh biên dạng lớp phủ trên mảnh cắt là rất lớn và cần được phát triển
mạnh mẽ trong tương lai để thay thế dần các loại vật liệu đắt tiền.
Thí nghiệm gia công vật liệu cứng sau nhiệt luyện X155CrVMo121 (62HRC).
Một trong những ứng dụng quan trọng khác của vật liệu CBN là tiện vật liệu cứng. Đây
là nhiệm vụ khó khăn yêu cầu đặc biệt với các loại lớp phủ mới vì lực cắt lớn. Tuy nhiên, trên
thực tế thí nghiệm khi tiện vật liệu X155CrVMo121 (62HRC) bằng mảnh cắt phủ CBN và
mảnh cắt phủ TiAlN (PVD) thì lực cắt gần tương tự nhau và thấp hơn nhiều so với loại mảnh
cắt phủ TiCN (CVD). Ngoài ra, độ nhám bề mặt của chi tiết sau gia công bằng mảnh cắt phủ
CBN tốt hơn nhiều các loại mảnh cắt khác. Kết quả thí nghiệm được thể hiện trên Hình 5.

404


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Các loại dụng cụ cắt có phủ chỉ gia công được vật liệu thông thường có độ cứng không
cao và khi phủ CBN thì có thể cắt được các loại vật liệu có độ cứng cao nhưng tuổi bền thấp.
Do vậy vật liệu nền để chế tạo các loại dụng cụ cắt gia công sau nhiệt luyện hiện nay chủ yếu
vẫn là CBN. Và để tiếp tục tăng tuổi thọ cho các loại dụng cụ được chế tạo từ CBN thì phủ
cứng là phương pháp được ưa chuộng.
Công trình [12] của các nhà khoa học Đức nhằm tăng hiệu suất các loại dụng cắt với vật
liệu chính là CC khi phủ CBN so với các loại vật liệu phủ khác trong gia công tiện, đánh giá
trên các tiêu chí: tốc độ cắt, bước tiến dao, độ mòn mảnh cắt, chất lượng bề mặt của chi tiết
sau khi gia công với cùng một loại vật liệu trong điều kiện tương tự nhau.
3.2. Vật liệu nền là CBN và vật liệu phủ là TiN
Cũng nghiên cứu về các loại dụng cụ gia công vật liêu sau nhiệt luyện nhưng các tác giả
công trình [13] đã đánh giá được sự khác biệt của các loại dao phay bằng vật liệu CBN có phủ

và không phủ ảnh hưởng như thế nào đến tuổi thọ của dụng cắt, tốc độ cắt, khả năng chống
mài mòn và ảnh hưởng của lực cắt trong quá trình gia công phay vật liệu cứng.
Trước nghiên cứu của các nhà khoa học này đã có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng vật
liệu của dụng cụ cắt là CBN, điển hình là Raghavan [16] đã sử dụng PCBN cho phay mặt gia
công vật liệu AISI HI3 (48 đến 50 HRC), với vận tốc cắt khoảng 100-200m/phút,
F=0.1mm/răng, chiều sâu cắt t=1mm. Các tác giả công trình [17] khuyến cáo sử dụng PCBN
ở tốc độ cắt 180m/phút, f=0.2mm/răng, t=1mm với độ cứng của thép là 60HRC. Nagakawa
[18] có báo cáo nghiên cứu về sự khác biệt giữa phay khô và phay có sử dụng dầu làm mát
khi sử dụng dao phay ngón, dao cầu với vật liệu là PCBN cắt vật liệu AISI D2 (57HRC). Với
độ cứng của vật liệu AISI D2 là 58 HRC. Kohsy [19] đã làm thí nghiệm phay mặt sử dụng
CBN, kết quả thí nghiệm cho thấy tuổi thọ của dụng cụ cắt khi bóc tách được 43cm3 vật liệu
thì chất lượng bề mặt của chi tiết là Ra=0.1-0.2 (µm). Như vậy, muốn tăng được hiệu suất sử
dụng máy thì việc làm cần thiết là tăng tuổi bền của dụng cụ cắt.
Trong nghiên cứu [13] đã so sánh hiệu suất sử dụng hai loại mảnh cắt SNMN090308
với CBN phủ TiN và CBN không phủ, khi phay mặt chi tiết có vật liệu là 90MnCrV8 (61
HRC).
Lực cắt trung bình được tính toán theo 3 kích thước theo hướng trục x, y, z và được tính
theo công thức (1) [15, 16]:

Trong đó, N là số răng cắt, a là chiều sâu cắt hướng trục; Fxc, Fyc, Fzc là lực cắt trung bình
theo trục x, y, z (N); Fxe, Fye, Fze là lực cắt trung bình trên cạnh của dao cắt theo x, y, z (N); Krc,
Ktc, Kac là hệ số của vật liệu dụng cụ cắt theo hướng bán kính, tiếp xúc và theo hướng trục
[Nmm2]; Kre, Kte, Kae là hệ số của cạnh cắt theo hướng bán kính, tiếp xúc và hướng trục [Nmm].
Sau khi sử dụng dao phay ngón CBN để phay vật liệu 90MnCrV8 (62HRC) thì thông số
về hệ số lực cắt trung bình đo được như Bảng 1.
Bảng 1: Hệ số lực cắt trung bình

405

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Mô phỏng sự ổn định được tính toán theo công thức (2):

Từ các kết quả thực nghiệm, các tác giả [13] đã xây dựng được biểu đồ lực cắt khi phay
với chiều sâu cắt là 0.6 (Hình 6).

Hình 6: Biểu đồ lực cắt trung bình khi phay vật liệu cứng
Nghiên cứu của các nhà khoa học Thổ Nhĩ Kỳ lại chỉ ra rằng, trong một số lĩnh vực gia
công vật liệu cứng sau nhiệt luyện, ở một số công đoạn như công đoạn phay mặt phẳng thì dụng
cụ cắt CBN không phủ lại cho thấy ưu việt hơn dụng cụ cắt CBN phủ TiN [13]. Như vậy, việc
áp dụng các loại dụng cụ cắt có phủ hoặc không phủ khi gia công các loại vật liệu khác nhau, ở
những công đoạn khác nhau cần được thử nghiệm và đánh giá hiệu quả trước khi đi vào sản
xuất hàng loạt. Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình gia công và đánh giá mòn có ý nghĩa vô
cùng quan trọng trong việc đưa ra những chế độ cắt khuyến cáo phù hợp cho từng loại vật liệu ở
từng công đoạn khác nhau giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm gia công.
KẾT LUẬN
1- Bài báo đã nêu lên được tính cấp thiết của việc nghiên cứu phát triển các loại vật liệu
và phương pháp phủ mới thay thế cho các loại lớp phủ và công nghệ phủ cũ hiện nay nhằm
tăng hiệu quả sử dụng cụ cắt, giảm chi phí giá thành dụng cụ và tiết kiệm các nguồn nguyên
liệu quý hiếm.
2- Một số nghiên cứu đã thành công bước đầu trong việc tìm kiếm lớp phủ mới CBN,
cứng hơn, có khả năng chống mài mòn tốt hơn và đặc biệt là có thể chạy ở tốc độ cao hơn.
Tuy nhiên kết quả chưa được như kỳ vọng do chiều dày lớp phủ còn quá mỏng dẫn đến tuổi
bền dụng cụ thấp, đây là một thách thức khoa học cho ngành công nghệ phun phủ bề mặt
trong tương lai để có thể phủ được lớp phủ CBN dày hơn lên trên vật liệu nền là CC trong
tương lai.
3- Công nghệ phủ cứng hiện nay ở Việt Nam còn rất mới mẻ và đòi hỏi các nhà khoa
học nước ta cần có cái nhìn tổng quan về công nghệ phủ cứng và tìm cách ứng dụng các công
nghệ phủ này vào lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Để làm được điều đó đòi hỏi Nhà nước cũng
như các doanh nghiệp phải có sự đầu tư đồng bộ từ khâu đào tạo con người đến các trang thiết

bị dùng để nghiên cứu chế tạo các loại vật liệu nền, vật liệu phủ; có các chính sách hỗ trợ
nghiên cứu và triển khai ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào sản xuất thử nghiệm và sản
xuất hàng loạt phục vụ ngành công nghiệp gia công cơ khí nước nhà.
406


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

Võ Thạch Sơn, Đề tài KHCN cấp Nhà nước mã số KC.05.12/06-10, Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ phun phủ PVD (Physical Vapor Deposition) tạo lớp phủ bề mặt để
nâng cao cơ tính khuôn mẫu và dụng cụ cắt gọt, Hà Nội, 2010.

[2]

Bành Tiến Long, Đề tài KHCN cấp Nhà nước mã số KHCN.05-07, Nghiên cứu phương
pháp PVD để chế tạo lớp phủ cứng, Hà Nội, 1999.

[3]

Sandvik-Coromant, Technical guide 2011.

[4]

Sumitomo tools catalog 2014.

[6]

Wentorf. Jr. et al., Chemical Physical J, 26 (1957) 946.

[7]

Kester, D.J., Messier, R. & Vac, J., Science Technology A 12 (6) (1994) 3074.

[8]

Tanabe, N. et al., Diamond Relat. Materials,1 (1992) 151.

[9]

Ikeda, T., Kawate, Y., Hirai, Y. & Vac, J., Science Technology A 8 (4) (1990) 3168.

[10] Murakawa, M., Wantanabe, S. & Miyake, S., Diamond film Technology, 1 (1991) 55.
[11] Mirkarimi, P. B., McCarty, K. F. & Medlin, D.L., Material Science and Engineering,
R21 (1997) 47.
[12] Weber, A., Bringmann, U., Nikulski, R. & Klages, C. P., Diamond Relat. Materials, 2
(1993) 201.
[13] Ackart Uhlmann, Guenter Braeuer, Eric Wiemann, Martin Keunecke, CBN coating on
cutting tools, Institute for Machine Tools and Factory Managament, Berlin and
Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films, Braunshweig, 2012.
[14] Fatih Taylan, Oğuz Çolak1 & Mehmet Cengiz Kayacan, Investigation of TiN Coated
CBN and CBN Cutting Tool Performance in Hard Milling Application, Suleyman
Demirel University, Turkey, 2011.
[16] Reghavan, K., Face milling of hardened die steel using CBN tooling, MSc. Project
Report, Granduate shool of Machine Tool and Manufacturing Technology, Department
of Mechanical Engineering, University of Birmingham, 1998.
[17] Heath, P. J., Ultra hard tool materials in machining, ASM Metals Handbook, 9th ed.,
vol.16, 1987, p. 105-107.
[18] Nakagawa, T., Ikeda, T. & Matsuoka, T., High speed milling of steel and toollife,

Proceedings of the 8th International Conference of Tool, Die and Mould Industry,
Barcelona, 1995.
[19] Koshy, P., Dewes R.C., Aspinwall D.K., High speed end milling of hardened AISI D2
tool Steel (Similar to 58 HRC), Jmater Process Technology, vol. 127, 2002, p. 266-273.
[20] Seco tools Milling Tool Catalog 2008.
THÔNG TIN TÁC GIẢ
1.

Ngô Đăng Huỳnh. Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
0904700399.

2.

Đào Quang Kế. Học viện Nông nghiệp Việt Nam. 0904365844.

3.

Tống Ngọc Tuấn. Học viện Nông nghiệp Việt Nam. 0976197712.

407