Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích thép gió sản xuất tại việt nam

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

1

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Mục lục

1

Danh mục các bảng

4

Danh mục các hình và đồ thị

5

Phần mở đầu

8

Chƣơng 1. Tổng quan những nghiên cứu về mòn và tuổi bền
dụng cụ cắt

10

1.1

Tổng quan về một số vật liệu dụng cụ cắt

10

1.1.1

Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ

10

1.1.1.1

Tính năng cắt

10

1.1.1.2

Tính công nghệ

13

1.1.1.3

Tính kinh tế

13

1.1.2

Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu tới
mòn và tuổi bền dụng cụ

13

1.1.2.1

Thép cacbon dụng cụ.

16

1.1.2.2

Thép hợp kim dụng cụ

17

1.1.2.3

Thép gió

19

1.1.2.4

Hợp kim cứng

24

1.1.2.5

Vât liệu sứ

27

1.1.2.6

Kim cương

28

1.1.2.7

Nitritbo lập phương

29

1.2

Mòn dụng cụ cắt

29

1.2.1

Các dạng mòn của dụng cụ cắt

29

1.2.1.1

Mòn theo hình học

29

1.2.1.2

Mài mòn theo mặt sau

30

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

2

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

1.2.1.3

Mài mòn theo mặt trước

31

1.2.1.4

Mài mòn đồng thời mặt trước và mặt sau - Mài mòn lưỡi cắt

32

1.2.2

Chỉ tiêu đánh giá sự mòn dụng cụ cắt

34

1.2.2.1

Chỉ tiêu mài mòn mặt sau

34

1.2.2.2

Chỉ tiêu mòn mặt trước

34

1.2.3

Cơ chế mòn của dụng cụ cắt

35

1.2.3.1

Mòn do cào xước

35

1.2.3.2

Mòn do dính

36

1.2.3.3

Mòn do nhiệt

36

1.2.3.4

Mòn do khuếch tán

37

1.2.3.5

Mòn do ôxy hoá

37

1.2.3.6

Mòn điện hoá

37

1.3

Mòn của dao phay lăn răng

39

1.4

Kết luận chương 1

39

Chƣơng 2. Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt

40

2.1

Các nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt

40

2.2

Tuổi bền của dụng cụ cắt

46

2.2.1

Khái niệm về tuổi bền dụng cụ

46

2.2.2

Xác định tuổi bền của dụng cụ khi cắt

46

2.2.2.1

Tuổi bền năng suất (Tns)

48

2.2.2.2

Tuổi bền kinh tế (Tkt)

49

2.2.3

Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến tuổi bền T

50

2.2.3.1

Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt

51

2.2.3.2

Ảnh hưởng của vận tốc cắt, lượng chạy dao, thông số hình học

52

2.2.3.3

Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới tuổi bền dụng cụ cắt

53

2.2.3.4

Ảnh hưởng của thông số hình học phần cắt tới tuổi bền dụng cụ cắt

54

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

3

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

2.2.3.5

Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội

54

2.2.3.6

Tác động của lớp phủ đến mòn và tuổi bền của dụng cắt

56

2.2.3.7

Mòn và tuổi bền của các loại dụng cụ phủ (TiN) khi phay

57

2.2.3.8

Mòn và tuổi bền dụng cụ gia công răng

58

2.3

Mòn và tuổi bền dao phay lăn răng đĩa xích

59

2.4

Kết luận chương 2

59

Chƣơng 3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm mòn và tuổi bền của
dao phay lăn răng đĩa xích

61

3.1

Xây dựng mô hình thực nghiệm

61

3.1.1

Máy gia công

61

3.1.2

Dao phay lăn răng đĩa xích

62

3.1.3

Vật liệu thí nghiệm

63

3.1.4

Thiết bị đo, kiểm tra

65

3.2

Quá trình thực nghiệm

67

3.2.1

Mô tả thí nghiệm

67

3.2.2

Xác định mòn của dao phay lăn đĩa xích

68

3.2.2.1

Các dạng mòn của dao phay lăn đĩa xích

68

3.2.2.2

Xác định mòn trên máy CMM-C544

69

Chƣơng 4. Kết quả thí nghiệm - Thảo luận

74

4.1

Kết quả thí nghiệm đo mòn dụng cụ cắt

74

4.2

Xác định mòn tuổi bền của dao phay đĩa xích

77

4.3

Chất lượng bề mặt gia công đĩa xích

80

4.3.1

Xây dựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với thời gian cắt

80

4.3.2

Xây dựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với vận tốc cắt

81

Chƣơng 5. Kết luận

83

Tài liệu tham khảo

84

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




4

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Phụ lục

86

Tóm tắt luận văn

87

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ

14

Bảng 1.2 Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ (%)

18

Bảng 1.3 Thành phần hoá học của một số loại thép gió (%)

21

Bảng 1.4 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng

23

Bảng 1.5 Thành phần hóa học của Nhóm ba cacbit

25

Bảng 2.1 Tuổi bền của dụng cụ cắt

44

Bảng 3.1 Thành phần hoá học thép C45

63

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của máy CMM - C544

65

Bảng 3.3 Chế độ gia công thí nghiệm

68

Bảng 4.1 Kết quả đo mòn dao phay lăn răng đĩa xích

75

Bảng 4.2 Bảng xác định tuổi bền của dụng cụ cắt

77

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




5

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1

Tính chất vật liệu dụng cụ

15

Hình1.2

Sơ đồ tôi và ram thép gió

22

Hình 1.3

Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ

30

Hình 1.4

Mòn mặt sau của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau

30

Hình 1.5

Các thông số mòn phần cắt của dao tiện

31

Hình 1.6

Mòn mặt trước của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau

31

Hình 1.7

Mòn bán kính

Hình 1.8

Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công

33

Hình 1.9

Các chỉ tiệu đánh giá lượng mài mòn mặt sau, mặt trước

35

Hình 1.10

Mòn do cào xước mặt trướ

36

Hình 1.11

Sơ đồ các cơ chế mòn của dụng cụ cắt

38

Hình 2.1

Mô hình mòn dụng cụ cắt [1]

40

Hình 2.2

Đồ thị mòn theo thời gian

41

Hình 2.3

Quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt V

42

Hình 2.4

Phạm vi sử dụng của mô hình tuổi bền T = C v.Vk

43

Hình 2.5

Quá trình mòn theo thời gian

43

Hình 2.6

Ảnh hưởng V tới tuổi bền T

44

Hình 2.7

Ảnh hưởng S tới tuổi bền T

44

Hình 2.8

Mài mòn do khuếch tán

54

Hình 2.9

Mài mòn do chảy dẻo

54

Hình 2.10

Sự hình thành các vết nứt mảnh dao

54

lưỡi cắt khi gia công thép

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

32




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

6

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Hình 2.11

Quan hệ giữa tuổi bền và vận tốc cắt.

46

Hình 2.12

Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao

47

Hình 2.13

Ảnh hưởng của vật liệu dung cụ cắt tới tuổi bền

51

Hình 2.14

Đồ thị mòn mặt sau (tuổi bền) phụ thuộc vào vận tốc cắt khi cắt
thép bằng HKC WC+TiC, t = 1mm; s = 0,3 mm; v= 145m/phút

Hình 2.15

Đồ thị mòn mặt sau phụ thuộc vào lượng chạy dao khi cắt thép
bằng HKC WC + TiC; V= 155m/ phút , t=1mm

Hình 2.16

52

53

Đồ thị mòn mặt sau phụ thuộc vào góc nghiêng chính

khi cắt

thép bằng dao HKC WC + TiC

54

Hình 2.17

Tuổi bền khi phay vật liệu thép rèn với mảnh phủ, không phủ

58

Hình 3.1

Máy Phay lăn răng 5K32

61

Hình 3.2

Dao Phay lăn răng đĩa xích

62

Hình 3.3

Bản vẽ đĩa xích

64

Hình 3.4

Máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544

65

Hình 3.5

Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ – 201

66

Hình 3.6

Giao diện phần mềm GEOPAK

69

Hình 3.7

Hiệu chuẩn đầu đo

70

Hình 3.8

Thiết lập các thông số đo

72

Hình 3.9

Dữ liệu đo biên dạng răng

72

Hình 4.1

Kết quả đo trên máy CMM - C544

74

Hình 4.2

Đồ thị mòn hs dao phay lăn răng đĩa xích theo thời gian cắt

76

Hình 4.3

Ảnh hưởng của vận tốc V tới tuổi bền T

77

Hình 4.4

Phạm vi tuổi bền cho phép ứng với vận tốc V

78

Hình 4.5

Quan hệ Logarit giữa tuổi bền T và vận tốc V

79

Hình 4.6

Nhám bề mặt theo thời gian gia công

80

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

7

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Hình 4.7

Quan hệ giữa vận tốc với nhám bề mặt gia công

81

Hình 4.8

Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V1=15.14(m/ph

81

Hình 4.9

Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V3=24.03(m/ph)

82

Hình 4.10

Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V4=30.04(m/ph)

82

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

8

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật thì các sản
phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, độ chính xác gia
công và đặc biệt là phải giảm chi phí sản xuất để hạ giá thành sản phẩm.
Phay lăn răng là một phương pháp gia công răng đạt năng xuất và độ chính xác
cao, vì vậy nó vẫn được ứng dụng nhiều để gia công hầu hết các loại bánh răng trụ răng
thẳng, răng nghiêng, bánh vít, trục vít, bánh xích và đĩa xích...Trước đây việc gia công
răng đều phải mua các loại dao từ nước ngoài với giá cao, điều đó làm tăng chi phí sản
xuất và tăng giá thành sản phẩm, tại Việt Nam hiện nay đã có nhiều cơ sở sản xuất và
chế tạo dụng cụ cắt chuyên dùng, mà chế độ gia công cắt gọt cho các loại dụng dao này
vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, đặc biệt là nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng
cụ cắt. Vì vậy sau khi được sự định hướng và giúp đỡ của thầy TS. Nguyễn Văn Hùng,
tác giả đã chọn đề tài "Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích
thép gió sản xuất tại Việt Nam" là rất cấp thiết nhằm nâng cao hiệu qủa về kinh tế và
kỹ thuật khi ứng dụng các sản phẩm chế tạo trong nước vào thực tế sản xuất.
2. Mục tiêu nghiên cứu
-

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu được mòn và cơ chế mòn của dao
phay lăn răng đĩa xích và xác định được mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của

dụng cụ cắt

-

Xác định được chế độ cắt hợp lý nâng cao tuổi bền của dụng cụ và chất lượng
của sản phẩm

-

Làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao phay lăn răng sản xuất tại
Việt Nam.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

9

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

3. Nội dung nghiên cứu
Để đạt mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nội dung nghiên cứu gồm các phần sau:
-

Tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của đề tài

-

Xây dựng mô hình nghiên cứu và hệ thực nghiệm

-

Thực nghiệm và phân tích dữ liệu

-

Xác định mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích bằng
thép gió sản xuất tại Việt Nam

-

Phân tích kết quả nghiên cứu và bàn luận

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và phân tích các công trình nghiên cứu liên
quan đến lĩnh vực của đề tài, kết hợp với thực nghiệm để xác định mòn và tuổi bền của
dụng cụ cắt, đề tài này sử dụng phương pháp nghiên cứu suy diễn lý thuyết kết hợp với
với phương pháp thực nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học.
Nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của các thông số và chế độ công nghệ đến quá
trình mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích, từ kết quả nghiên cứu và thực
nghiệm có thể đánh giá được tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích sản xuất tại Việt
Nam
5.2. Ý nghĩa thực tiễn.
Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần phát
triển ngành công nghiệp chế tạo dụng cụ cắt tại Việt Nam, nâng cao năng xuất, chất

lượng sản phẩm và hạ giá thành sản phẩm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

10

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ MÒN DỤNG CỤ CẮT
1.1. Tổng quan về một số vật liệu dụng cụ cắt
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. Khả năng giữ được tính cắt của dụng cụ góp phần quyết định
năng suất gia công của dụng cụ. Dụng cụ làm việc trong điều kiện cắt khó khăn vì
ngoài áp lực, nhiệt độ cao, dụng cụ cắt còn bị mài mòn và rung động trong quá trình
cắt.
Trong quá trình gia công, phần cắt của dụng cụ trực tiếp làm nhiệm vụ cắt để
tạo phoi. Để nâng cao năng suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia công, phần cắt của
dụng cụ không những phải có hình dáng hình học hợp lý mà còn phải được chế tạo từ
những loại vật liệu thích hợp. Vì vậy vật liệu dụng cụ cắt cần thiết phải đảm bảo những
yêu cầu cơ bản sau đây.
1.1.1.1. Tính năng cắt
Trong quá trình cắt, ở phần lưỡi cắt trên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt
thường xuất hiện ứng suất tiếp xúc rất lớn, khoảng 4000

lực riêng lớn gấp 100

5000 N/mm2, đồng thời áp

200 lần so với áp lực cho phép của chi tiết máy. Nhiệt độ tập

trung trên vùng cắt lên tới 600

900oC. Trong điều kiện như vậy, việc cắt chỉ thực

hiện có hiệu quả khi dụng cụ cắt có khả năng giữ được tính cắt trong khoảng thời gian
dài. Điều đó đòi hỏi vật liệu dụng cụ cắt cần phải có đầy đủ những tính chất cơ lý cần
thiết như độ cứng, độ bền nhiệt, độ chịu mòn, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt...
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

11

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

- Độ cứng: Độ cứng là một trong những chỉ tiêu quan trọng của vật liệu dụng cụ cắt.
Muốn cắt được, vật liệu phần cắt của dụng cụ cắt thường phải có độ cứng lớn hơn vật
liệu gia công khoảng HRC25. Độ cứng phần cắt của dụng cụ cắt thường đạt trong
khoảng HRC60

65. Nâng cao độ cứng phần cắt của dụng cụ cắt cho phép tăng khả

năng chịu mòn và tăng tốc độ cắt.
Trong quá trình cắt, cần quan tâm nhiều đến độ cứng nhiệt của lưỡi cắt tức là độ
cứng xét trong trạng thái lưỡi cắt bị nung nóng. Vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng
cắt của dao.
- Độ bền cơ học: Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt thường chịu những lực và những
xung lực rất lớn. Mặt khác, dụng cụ cắt còn chịu rung động do hệ thống máy - dao - đồ
gá - chi tiết không đủ độ cứng vững hoặc do dao làm việc trong điều kiện tải trọng
động lớn hoặc do sự thay đổi liên tục cuả lực cắt. Do đó dẫn đến tình trạng lưỡi cắt dễ
bị phá hỏng sớm do mẻ, vỡ, tróc, mòn, ... Vì vậy để nâng cao tính năng cắt và tuổi bền
của dao, vật liệu dụng cụ cắt cần phải có độ bền cơ học cao.
Việc nâng cao độ bền cơ học của vật liệu dụng cụ cắt, nhất là đối với hợp kim
cứng và vật liệu sứ là một trong những hướng chính trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo
dụng cụ cắt.
- Độ bền nhiệt: Độ bền nhiệt là khả năng giữ được độ cứng cao và các tính năng cắt
khác ở nhiệt độ cao trong khoảng thời gian dài. Độ bền nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt
độ giới hạn mà khi nung liên tục vật liệu dụng cụ cắt trong khoảng thời gian nhất định
(khoảng 3 giờ) thì đến nhiệt độ đó độ cứng của nó cũng không giảm quá mức qui định
(khoảng HRC60).
Độ bền nhiệt là tính năng quan trọng nhất của vật liệu dụng cụ cắt. Nó quyết
định việc duy trì khả năng cắt của dao trong điều kiện nhiệt độ và áp lực rất lớn ở vùng
cắt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

12

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Độ bền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim như
vomfram, crôm, vanađi, môlipđen, côban... Trong đó Vonfram là thành phần hợp kim
cơ bản làm cho thép có độ bền nhiệt. Độ bền nhiệt được nâng cao khi tăng hàm lượng
vanađi. nếu độ bền nhiệt của thép gió P18 là 600oC thì khi nâng cao hàm lượng vanađi
đến 5% và vonfram đến 10%, độ bền nhiệt sẽ tăng đến 630oC. Nguyên tố côban cũng
ảnh hưởng lớn đến độ bền nhiệt. Khi thép gió có 18% vonfram và 10% côban thì độ
bền nhiệt lên tới 650oC.
Ngoài ra, chế độ nhiệt luyện cũng ảnh hưởng nhiều đến độ bền nhiệt của vật liệu
dụng cụ cắt.
- Độ dẫn nhiệt: Độ dẫn nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt càng cao thì nhiệt lượng được
truyền khỏi lưỡi cắt càng nhanh. Do đó giảm sự tập trung nhiệt độ trên vùng cắt, tăng
độ bền mòn cho dụng cụ cắt. Mặt khác, cho phép nâng cao tốc độ cắt. Chính vì kim
cương có độ dẫn nhiệt lớn hơn hẳn so với các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nên cho
phép dao kim cương cắt với tốc độ rất cao.
- Tính chịu mòn: Độ bền mòn của vật liệu dụng cụ cắt được đặc trưng bởi khả năng
giữ vững hình dáng và thông số hình học phần cắt trong 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 chi tiết với tốc độ trượt lớn, nên vật liệu dụng cụ phải có tính chịu
mòn cao. Phần cắt của dụng cụ, khi đủ sức bền cơ học, thì dạng hỏng chủ yếu là dụng
cụ bị mài mòn. Thực tế chỉ rõ rằng khi độ cứng càng cao thì tính chịu mòn vật liệu
càng cao. Tính chịu mòn vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng.
Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra mòn dao là hiện tượng dính chảy
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
nhiệt độ chảy dính cao. Qua nghiên cứu thực nghiệm, nhiệt độ chảy dính của các loại
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

13

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

hợp kim cứng có cacbit vonfram ( WC), cacbit titan (TiC) với thép (10000C ) cao hơn
các hợp kim coban với thép (6750C)

1.1.1.2. Tính công nghệ
Dụng cụ cắt thường có hình dáng hình học phức tạp, đòi hỏi những yêu cầu kỹ
thuật khá cao về độ chính xác hình dáng kích thước, độ nhẵn bề mặt. Vì vậy, vật liệu
dụng cụ cắt cần phải có tính công nghệ tốt.
Tính công nghệ tốt là khả năng của vật liệu cho phép gia công hợp lý, dễ dàng
bằng các phương pháp gia công khác nhau như hàn, gia công bằng áp lực, bằng cắt,
bằng nhiệt luyện, bằng hóa nhiệt...
Tính công nghệ của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần hóa
học, cấu trúc tế vi, kích thước hạt, độ cứng, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt...
1.1.1.3. Tính kinh tế
Khi chọn vật liệu dụng cụ cắt, ngoài việc chú ý đến tính năng cắt, tính công
nghệ, còn cần phải chú ý đến giá thành của chúng nữa. Vật liệu dụng cụ cắt thường đắt
tiền. Chi phí vật liệu thường chiếm một tỷ lệ cao trong giá thành chế tạo dụng cụ cắt.
Do đó cần phải chọn vật liệu dụng cụ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dao, của chi
tiết gia công, nhằm giảm chi phí chế tạo dao cho một đơn vị chi tiết gia công.
1.1.2. Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hƣởng của các yếu tố vật liệu tới mòn và
tuổi bền dụng cụ
Vật liệu dụng cụ cắt được hình thành và phát triển theo nhu cầu phát triển của

khoa học kỹ thuật và của sản xuất. Chúng được chia thành các loại sau: Thép cacbon
dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, vật liệu sứ, kim cương,
nitriítbo lập phương.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

14

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Lịch sử phát triển và sử dụng các loại vật liệu dụng cụ và đặc tính của chúng
được trình bày trong bảng 1.1 và tính chất của chúng được trình bày trên biểu đồ 1.1

Bảng 1.1. Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ
Năm

Vật liệu dụng cụ

Vc 60m/ph

Nhiệt độ giới hạn

Độ cứng

đặc tính cắt 0C

HRC

1894 Thép cacbon dụng cụ

5

200 -300

60

1900 Thép hợp kim dụng cụ

8

300 – 500

60

1900 Thép gió

12

1908 Thép gió cải tiến

15 – 20

500 – 600

60 - 64

1913 Thép gió (tăng Co và W)

20 – 30

600 – 650

-

200

1000 – 1200

91

300

1000 – 1200

91 - 92

800

100000

1931 Hợp kim cứng cacbit
vonfram
1934 Hợp kim cứng WC và
TiC
1955 Kim cương nhân tạo

HV
1957 Sành sứ

300 – 500

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1500

92 - 94




15

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

100 – 200

1965 Nitrit Bo

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp
1600

8000 HV

1000

18000 HV

Thép tôi
1970 Hợp kim cứng phủ (TiC)

300

Qua sự phát triển của vật liệu dụng cụ cắt, có thể thấy rằng phần vật liệu cứng
trong vật liệu dụng cụ cắt tăng lên, do đó tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng, tăng
tuổi bền dụng cụ và tăng được tốc độ cắt, phần vật liệu cứng trong các loại vật liệu
dụng cụ có thể được đánh giá theo %
Ví dụ : Thép dụng cụ

5 – 10%

Thép gió

20 – 30%

Hợp kim cứng

85 – 97%

Sành sứ

80 – 100%

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

16

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

1. Thép dụng cụ
2. Thép hợp kim dụng cụ
3. Thép gió
4. Thép Stellite
5. Hợp kim cứng thông
dụng
6. Hợp kim cứng đặc biệt
7. Sành sứ
8. Vật liệu cắt siêu cứng

Hình 1.1 Tính chất vật liệu dụng cụ

1.1.2.1. Thép cacbon dụng cụ.
Để bảo đảm cho thép cacbon dụng cụ có đủ độ cứng và có tính chịu mòn cao,
hàm lượng cacbon chứa trong thép thường vào khoảng 0,65

1,35%.

Sau khi nhiệt luyện, độ cứng bề mặt đạt được HRC 60 65, còn trong lõi chỉ
đạt khoảng HRC 40. Vì độ thấm tôi thấp nên phải tôi trong nước hoặc trong hỗn hợp
nước và muối. Do tốc độ nguội nhanh nên trong khi tôi thường bị biến dạng, nứt, vỡ.
Mặt khác thép cácbon dụng cụ rất nhạy cảm với sự quá nhiệt. Khi quá nhiệt, kích
thước hạt tăng nhanh làm độ giòn tăng và dễ gẫy, mẻ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

17

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Độ bền nhiệt của thép cácbon dụng cụ thấp, vào khoảng 200o

250oC, độ chịu

mòn kém, tính năng cắt thấp. Do đó thép cac bon dụng cụ chỉ được dùng để

chế tạo

dụng cụ cắt làm việc với tốc độ cắt thấp để cắt vật liệu mềm.Thường chỉ cắt với tốc độ
V=4

10 m/ph.
Ưu điểm của thép cacbon dụng cụ là dễ mài sắc, dễ đạt độ nhẵn bề mặt cao và

giá thành rẻ.
Hiện đang sử dụng một số mác thép cacbon dụng cụ sau: CD70A, CD80A,
CD90A, CD100A, CD110A, CD120A và CD130A (tương đương với mác thép của
Nga là: Y7A, Y8A, Y9A, Y10A, Y11A, Y12A, Y13A). CD là ký hiệu của thép cacbon
dụng cụ. Các chỉ số 70, 80, 90... 130 là số phần vạn cacbon chứa trong thép. A là loại

thép tốt (có hàm lượng S < 0,02% và P < 0,03%).
Thép CD70A có độ dẻo và độ dai tốt, chịu được va đập nên thường dùng để chế
tạo các dụng cụ rèn, nguội như đục, mũi núng... Thép CD80A, CD90A dùng để chế tạo
các dụng cụ gia công gỗ như dao phay, mũi khoét, lưỡi cưa dọc, lưỡi cưa đĩa... Thép
CD100A, CD110A, CD120A, CD130A thường dùng để chế tạo mũi doa, bàn ren, tarô,
giũa...

1.1.2.2. Thép hợp kim dụng cụ
Để tăng tính cắt, có thể pha thêm vào thép cacbon dụng cụ một số nguyên tố
hợp kim như Vonfram, Crôm, vanađi... với hàm lượng khoảng 0,5

3% và nhận được

thép hợp kim dụng cụ. Vonfram có tác dụng làm tăng độ bền nhiệt, độ chịu mòn.
Crôm để tăng độ thấm tôi và độ cứng. Vanađi tạo ra cacbít có độ hạt nhỏ nên có độ
cứng và độ bền cao.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

18

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Thép hợp kim dụng cụ tôi ở nhiệt độ 820oC
luyện, đạt độ cứng HRC 62

850oC trong dầu. Sau khi nhiệt

66. Tuy không cứng hơn thép cacbon dụng cụ bao nhiêu,

nhưng độ bền nhiệt của thép hợp kim dụng cụ khá hơn, khoảng 350 oC
cho phép nâng cao tốc độ cắt lên gấp 1,2
dụng cụ (V = 12

400oC. Do đó

1,4 lần so với dao làm bằng thép cacbon

15m/ph).

Để chế tạo dụng cụ cắt, thường dùng các loại thép hợp kim dụng cụ sau: 90 CrSi
(9XC), 100 CrWMn (XB ), 130 Cr12V1 (X12 1), 110 Cr6WV (X6B ). Trong đó
thép 90CrSi được sử dụng rộng rãi nhất vì có những ưu điểm sau:
- Rẻ tiền so với các mác thép hợp kim dụng cụ khác.
- Độ thấm tôi và tính tôi tốt nên sau khi tôi có thể làm nguội trong dầu. Dụng cụ
cắt sau khi tôi ít bị biến dạng, cong vênh.
- Phân bố các bít đồng đều nên độ bền nhiệt cao, cho phép nâng cao tốc độ cắt.
Tuy vậy thép 90 CrSi còn một số nhược điểm sau:
+ Độ cứng ở trạng thái ủ vẫn cao (HB217

235) do đó khó gia công.

+ Khi nhiệt luyện dễ sinh ra lớp thoát cacbon do đó ảnh hưởng xấu đến độ cứng
tại những chỗ mỏng trên phần cắt của dao. Thép 90 CrSi được dùng để chế tạo các
dụng cụ cắt có biên dạng không mài sau nhiệt luyện, các dụng cụ có kích thước lớn,

các dụng cụ gia công ren đặc biệt là bàn ren có bước nhỏ.
Thép hợp kim 100 CrWMn có độ thấm tôi tốt, có thể tôi trong dầu và rất ít bị
biến dạng sau khi nhiệt luyện. Do đó thường dùng để chế tạo dao chuốt nhất là dao
chuốt có chiều dài lớn và kích thước tiết diện ngang nhỏ. Ví dụ như dao chuốt rãnh
then. Nhược điểm của thép 100CrWMn là dễ tạo ra các lưới cacbit do đó làm cho lưỡi
dao dễ bị mẻ. Vì vậy không nên dùng để chế tạo dao làm việc trong điều kiện tải trọng
động lớn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




19

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Tính chất cơ lý và thành phần hoá học của một số thép hợp kim dụng cụ thông
dụng được trình bày ở bảng 1.2
Bảng 1.2 Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ (%)
Nhóm

Nhãn hiệu

C

Mn

Si

Cr

W

V

I

Thép Cr05

1.25-1.10

0.20-0.40

< 0.35

0.04-0.60

-

-

Thép 85CrV

0.80-0.90

0.30-0.60

< 0.35

0.45-0.70

-

0.150.30

II

III

Thép Cr

0.95-1.1

< 0.4

< 0.35

1.3-1.6

-

-

Thép 9CrSi

0.85-0.95

0.3-0.6

1.2-1.6

0.95-1.25

-

-

Thép CrMn

1.3-1.5

0.45-0.7

< 0.35

1.3-1.6

-

-

Thép

0.9-1.0

0.8-1.0

0.15-

0.9-1.2

1.2-

-

CrWMn
IV

Thép CrW5

0.35
1.25-1.5

< 0.3

< 0.3

1.6
0.4-0.7

4.5-

0.15-

5.5

0.30

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 vomfram (khoảng 6 19%) và crôm (khoảng 3
nhiệt luyện, độ cứng đạt HRC62

4,6%). Sau khi

65. Thép gió có độ thấm tôi lớn, độ bền mòn và độ

bền cơ học cao. Độ bền nhiệt khoảng 600oC. Vì vậy dao thép gió có thể cắt với tốc độ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật
lớn gấp 3

20

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

4 lần dao thép cácbon dụng cụ. Tốc độ cắt lớn nhất của dao thép gió V max =

50m/ph.
Thép gió được chia làm hai loại:
Thép gió có năng suất thường, gồm các mác: P18, P12, P9, P6M5.
Thép gió có năng suất cao, gồm các mác: P18 2, P9 5, P14 4, P9K5, P9K10,
P18K5 2, P10K5 5.
Chữ P - ký hiệu của thép gió;

- Vanađi (V) ; K - côban (Co) ;

M - môlíp đen (Mo).
Các chỉ số đứng sau chữ P, , K, M biểu thị hàm lượng tính theo phần trăm của
vonfram, vanađi, côban, môlíp đen.
Thép gió P18 và P9 được sử dụng phổ biến. Chúng có độ bền nhiệt và tính năng
cắt như nhau. Do đó tuổi bền khi cắt ở vùng tốc độ cao là như nhau. Còn khi cắt ở vùng
tốc độ thấp (dao chuốt), dao thép gió P18 có tuổi bền cao hơn dao thép gió P9 vì độ
chịu mòn ở trạng thái nguội của thép gió P18 cao hơn P9.
Thép gió P9 có hàm lượng vanađi cao hơn nên cứng hơn, khó mài hơn. Khi mài
sắc dễ sinh hiện tượng cháy bề mặt làm độ cứng giảm. Thép gió P9 có hàm lượng
vonfram ít hơn nên rẻ hơn. Mặt khác do ít vonfram nên lượng cacbít dư ít và có sự
phân bố cacbít đồng đều hơn nên có tính gia công tốt ở trạng thái nóng, dễ rèn, dễ cán.
Điều đó quan trọng đối với dụng cụ cắt có phôi được tạo nên bằng phương pháp biến
dạng dẻo (mũi khoan xoắn).
Nhược điểm lớn nhất của thép gió là sự phân bố không đồng nhất của cacbit
sinh ra trong quá trình biến cứng của thép đúc. Do dó làm giảm chất lượng và cơ tính
của thép gió dẫn đến lưỡi cắt dễ bị mẻ gẫy, làm giảm tuổi bền của dao. Vì vậy trước

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên