NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT, GÓC GHIÊNG CỦA BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY ĐẦU CẦU PHỦ TIAIN KHI GIA CÔNG KHUÔN THÉP R12MOV QUA TÔI

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.7 MB, 43 trang )

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
************

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

BÙI ĐỨC HÙNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

**********

THUYẾT MINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT, GÓC
GHIÊNG CỦA BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA
DAO PHAY ĐẦU CẦU PHỦ TIAIN KHI GIA CÔNG KHUÔN
THÉP R12MOV QUA TÔI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT, GÓC
GHIÊNG CỦA BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA
DAO PHAY ĐẦU CẦU PHỦ TIAIN KHI GIA CÔNG KHUÔN
THÉP R12MOV QUA TÔI

NGƯỜI HD KHOA HỌC : PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HD KHOA HỌC: PGS.TS.

NGUYỄN QUỐC TUẤN

KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC

: BÙI ĐỨC HÙNG
: CHK10
: CHẾ TẠO MÁY
: 111207CTM007
:
:

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

HỌC VIÊN

Thái Nguyên – 2009

Thái Nguyên – 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

HỌC VIÊN
LỚP
CHUYÊN NGÀNH
MÃ NGÀNH
NGÀY GIAO ĐỀ TÀI
NGÀY HOÀN THÀNH

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

3

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

MỤC LỤC
Trang

31

1.3.7. Sự hình thành phoi và thông số hình học của phoi khi phay bằng dao

Trang 1

1

phay cầu

Lời cam đoan

2

1.4. Các dạng dao phay cầu

Mục lục

3

1.4.1. Dao phay cầu liền khối

Danh mục các bảng số liệu

7

1.4.2. Dao phay cầu liền khối không phủ

Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp.

10

1.4.3. Dao phay cầu liền khối phủ

Phần mở đầu

13

1.4.4. Dao cầu ghép mảnh

1. Tính cấp thiết của đề tài

13

1.5. Kết luận chƣơng 1

2. Mục đích nghiên cứu

13

3. Đối tƣợng nghiên cứu

14

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

15

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

15

5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

15

Phƣơng pháp nghiên cứu
CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ DAO PHAY CẦU

18

1.1. Ứng dụng của dao phay cầu.

18

1.2. Sự hình thành bề mặt gia công và thông số hình học của dao phay cầu

19

1.2.1. Sự hình thành bề mặt gia công.

21

1.2.2. Các bề mặt hình thành trên phần cắt của dao phay cầu.

23

1.3. Các yếu tố cắt của dao phay cầu

25

1.3.1. Chiều sâu cắt ap
1.3.2. Lƣợng chạy dao S.

25

1.3.3. Vận tốc cắt khi phay
1.3.4.Ảnh hƣởng góc nghiêng θy của phôi đến điều kiện cắt gọt của dao phay
cầu.
1.3.5. Chiều dày cắt.

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

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

1.3.6. Chiều rộng cắt.

Nội dung

6.

4

27
30

32

34

35
36

CHƢƠNG 2: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT GỌT BẰNG
DỤNG CỤ PHỦ

38

2.1. Đặc điểm của dụng cụ cắt phủ.

2.2. Ma sát và mòn của dụng cụ phủ.
2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ

40

2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ.

41

2.3. Độ mòn dao.

42

2.3.1. Các dạng mòn của dụng cụ cắt

43

a. Mòn mặt sau

44

b. Mòn mặt trƣớc

44

c. Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau

44

c. Cùn lƣỡi cắt

44

2.3.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt

45

a. Mòn do cào xƣớc

46

b. Mòn do dính

46

c. Mòn do hạt mài

47

d. Mòn do khuếch tán

47

e. Mòn do ôxy hoá

48

f. Mòn do nhiệt

49

2.3.3. Mòn của dụng cụ phủ bay hơi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

49

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

5

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

6

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

2.3.4. Cách xác định mòn dụng cụ cắt

50

3.3.4.2. Dao.

69

2.3.5. Ảnh hƣởng của mòn dụng cụ đến chất lƣợng bề mặt gia công

52

3.3.4.3. Phôi.

69

3.3.4.4. Dụng cụ đo kiểm.

69

2.3.6. Mòn của dao phay cầu phủ
2.4. Tuổi bền dụng cụ cắt

52

2.4.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt
2.4.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt
2.4.2.1. Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dụng cụ cắt

54

2.4.2.2. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ

54

2.5 Phƣơng pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt

56

2.6. Tuổi bền của dao phay cầu phủ

58

2.7. Kết Luận chƣơng 2

59

DAO PHAY CẦU 10 PHỦ TiAlN KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM

60

CR12MOV
3.1. Sơ lƣợc về thép hợp kim

60

3.2. Cơ sở xác định tuổi bền của dao bằng thực nghiệm.

61

3.2.1. Lựa chọn chỉ tiêu xác định tuổi bền của dao

62

3.2.2. Độ nhám bề mặt và phƣơng pháp đánh giá

62

3.2.2.1. Độ nhám bề mặt

62

3.2.2.2. Phƣơng pháp đánh giá độ nhám bề mặt

65

3.3. Thiết kế thí nghiệm.

66

3.3.1. Các giới hạn của thí nghiệm

66

3.3.2. Mô hình thí nghiệm

67

3.3.3. Mô hình toán học

67

3.3.4. Điều kiện thí nghiệm

68

3.3.4.1.Máy.

68

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

gia công thép hợp kim CR12MOV.

69

3.4.1. Nội dung:

69

3.4.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm:

69

3.4.3. Thực nghiệm xác định tuổi bền:

71

74

3.4.3.1. Tính các hệ số của phƣơng trình hồi quy
3.4.3.2. Kiểm định các tham số aj
3.4.3.3.

CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ
ĐỘ CẮT ,GÓC NGHIÊNG BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA

3.4. Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay cầu 10 phủ TiAlN khi

74

Kiểm định sự phù hợp của mô hình

76

3.4.3.4 .Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa v, s và tuổi bền dao khi t = 0,5 mm

77

3.4.3.5. Một số hình ảnh chụp lƣỡi cắt của dao khi gia công.

78

3.4.3.6. Phân tích kết quả thí nghiệm.

82

3.5. Kết luận chương 3

82

CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

84

4.1. Kết luận

84

4.2. Một số kiến nghị.

84

Tài liệu tham khảo

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

86

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

7

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
TT

Bảng số

1

Bảng 3.1

2

Bảng 3.2

3

4

5

6
7

Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5
Bảng 3.6
Bảng 3.7

Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với
các cấp độ nhám bề mặt
Thông số kỹ thuật cơ bản của máy
Thành phần các nguyên tố hoá học thép
Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v,s
cho thực nghiệm
Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác
định tuổi bền của dao
Bảng kết quả đo độ nhám theo thời gian và chế
Bảng kết quả tính toán giá trị (yi- yˆ i )

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

Trang

TT

Hình

64

1

Hình 1.1

68

2

Hình 1.2

3

Hình 1.3

4

Hình 1.4

5

Hình 1.5

6

Hình 1.6

7

Hình 1.7

8

Hình 1.8

9

Hình 1.9

10

Hình 1.10

69

CR12MOV

2

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP

Nội dung

độ cắt

8

71

72

72

Nội dung

Trang

Sơ đồ nguyên lý gia công bằng siêu âm có hạt
mài.
Sơ đồ nguyên lý gia công bằng điện hoá
Sơ đồ nguyên lý gia công bằng xung điện.
Phƣơng dịch chuyển dao khi phay mặt cong bằng
dao phay cầu.
Gia công khuôn mẫu bằng dao phay cầu trên máy
CNC.
Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu

18

19

19

20

21

22

76

Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay
cầu
Các bề mặt đƣợc hình thành trên phần cắt của dao
phay cầu
Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu
Thông số tính vận tốc cắt của dao phay cầu

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

22

24

24

26

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

9

Vị trí lực cắt tác dụng vào dao.

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

Hình 2.3

Mòn mặt sau

Hình 2.4

Mòn mặt trƣớc

27

27

28

28

Hình 2.5

28

29

Hình 2.6

29

30

Hình 2.7

30

31

Hình 2.8

32

Hình 2.9

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

10

44

11

Hình 1.11

12

Hình 1.12.a

13

Hình 1.12.b

15

Hình 1.13.a

16

Hình 1.13.b

17

Hình 1.14

Biểu diễn lớp cắt sau mỗi lần chạy dao

31

18

Hình 1.15

Chiều rộng lớp cắt.

32

dụng cụ thép gió phủ TiN

19

Hình 1.16

Cơ chế tạo phoi

33

Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp

20

Hình 1.17

21

Hình 1.18

22

Hình 1.19

Phƣơng thức chuyển dao khi phay bằng dao phay
cầu chuyển dao từ dƣới lên.
Phƣơng thức chuyển dao khi phay bằng dao phay
cầu chuyển dao từ trên xuống.
Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến lên với một
o

o

o

o

o

o

số giá trị θy (0 , 15 , 30 , 45 , 60 , 75 )
Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến xuống với
o

o

o

o

o

o

một số giá trị θy (0 , 15 , 30 , 45 , 60 , 75 )

Thông số hình học của phoi khi phay bằng dao
phay cầu
Tiết diện của phoi phụ thuộc vào góc 

33

34

Hình ảnh của phoi khi không có biến dạng

Hình 2.10

33

Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau

44

Cùn lƣỡi cắt

44

Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi
cắt liên tục
Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi
cắt gián đoạn

Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trƣớc của

46

48

49

kim cứng với thể tích, trong đó V tính bằng m/ph;

50

t1 tính bằng mm/vg.
34

Hình 2.11

Các thông số đặc trƣng cho mòn mặt trƣớc và mặt
sau – ISO3685

51

Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trƣớc và

34

mặt sau của dao thép gió S 12-1-4-5 dùng tiện
Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu
23

Hình 1.20

phủ ký kiệu BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản

34

Hình 2.12

35

Hình 1.21

hiệu SRFT vật liệu VP10MF, VP15TF của dao

25
26

Hình 2.1
Hình 2.3

cụ cắt hợp kim cứng.
Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Mamin.

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

0

0

0

Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr bằng
36

35

Hình 2.13

một mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7].
Phủ bằng phƣơng pháp CVD nhiều lớp lên dụng

0

r=1mm, thời gian cắt T =30 phút [4].

Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký
24

54

của dụng cụ: =8 , =10 , =4 , =90 , = 60 ,
0

[6].
hiệu SRFHSMW, SRFHSLW và mảnh ghép ký

thép AISI C1050, với t = 2mm. Thông số hình học

dao T15K6 với
hs = 0,6 mm.(1) s = 0,037 mm/v: (2) s = 0,3 mm/v

55

(3) s = 0,1 mm/v; (4) s = 0,5 mm/v.
40

36

Hình 2.14

Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo

(a)

vận tốc cắt dao tiện dùng để phay thép các bon tôi

56

41

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

11

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

cải thiện.

37

Hình 2.14
(b)

38

Hình 2.15

39

Hình 2.16

40

Hình 2.17

41

Hình 3.1

42

Hình 3.2

47

Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo
vận tốc cắt dao phay mặt đầu dùng để phay thép

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

48

Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao
Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit)

gian
Độ nhám bề mặt

Hình 3.6.c

57

57

58

Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lƣợng mòn và thời

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Hình ảnh mặt sau của dao sau 9,2 phút khi gia
công với v = 50 (m/phút), θy=100

80

Hình ảnh mặt sau của dao sau 14,5 phút khi gia

56

cácbon tôi cải thiện.
Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao

Hình 3.6.b

12

công với v = 110 (m/phút), θy=750

80

Hình ảnh mặt sau của dao sau 16,2 phút khi gia
49

Hình 3.6.d

50

Hình 3.6.e

công với v = 50 (m/phút), θy=750

81

Hình ảnh mặt sau của dao sau 21,4 phút khi gia
công với v = 80 (m/phút), θy=42,50

81

62

63

Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa vận tốc cắt v,
góc nghiêng phôi θy với tuổi bền của dao phay cầu
43

Hình 3.3

10 phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim

77

CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC khi
chiều sâu cắt không đổi t = 0,5 mm.
44

Hình 3.4

45

Hình 3.5

46

Hình 3.6

47

Hình 3.6.a

Máy phay CNC-VMC-85S

78

Máy đo độ nhám SJ.201

79

Hình ảnh phôi đang gia công

79

Hình ảnh mặt sau của dao sau 6,4 phút khi gia
công với v = 110 (m/phút), θy=100

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

79

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

13

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

14

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

cầu. Trong đó có thể nhận thấy rằng trên toàn bộ biên dạng lưỡi cắt có điều kiện cắt

PHẦN MỞ ĐẦU

gọt, cơ chế cắt gọt ở các vị trí trên lưỡi cắt cũng khác nhau. Các vị trí đó phụ thuộc

1. Tính cấp thiết của đề tài
Phay cứng là gia công các chi tiết đã qua tôi (thường là thép hợp kim) có độ

vào góc nghiêng của phôi, độ mòn dao diễn ra khác nhau dẫn đến tuổi bền trên lưỡi

cứng cao khoảng 40 ÷ 45 HRC. Đây là chi tiết làm việc trong điều kiện chịu ma sát,

cắt khác nhau. Hiện nay dao phay cầu đã được một số nhà nghiên cứu trong và

chịu mài mòn cao. Phương pháp này có thể sử dụng để thay thế một số phương

ngoài nước quan tâm nhằm nâng cao khả năng sử dụng của dao phay cầu như:

pháp gia công khác như mài, gia công bằng xung điện. . . Khi chi tiết có hình dạng

Nghiên cứu ảnh hưởng bước tiến đến sự hình thành phoi của dao phay cầu gia công

tương đối phức tạp. Phay cứng cho năng xuất cao hơn với vốn đầu tư ban đầu thấp

trên máy phay CNC [7]. Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng đến chất lượng bề

hơn nhiều, vật liệu thường sử dụng làm dao phay cứng là các vật liệu phun phủ

mặt khi gia công bằng dao phay cầu [8]. Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình

như: TiN, TiAlN, CBN...với vật liệu nền là thép gió hoặc hợp kim cứng để làm tăng

học của dao phay cầu đến độ nhám bề mặt khi gia công thép [9]. Nghiên cứu ảnh

khả năng cắt gọt của chúng, được nghiên cứu và chế tạo nhiều chủng loại dụng cụ

hưởng của lực cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiN khi gia công thép

cắt có nhiều tính năng ưu việt góp phần nâng cao năng xuất cắt gọt. Với những

CR12MOV [10]. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay

dụng cụ cắt có kết cấu phức tạp, việc chế tạo khó khăn thì ứng dụng đó là một trong

cầu phủ TiAlN khi gia công thép CR12MOV [11]...

những giải pháp mang tính đột phá. Dao phay đầu cầu phủ TiAlN là một loại dụng
cụ như vậy.

Tuy nhiên ảnh hưởng chế độ cắt và góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của dao
phay cầu phủ TiAlN khi gia công vật liệu CR12MOV qua tôi chưa có tài liệu nói

Ngày nay nền kinh tế đang trên đà tăng trưởng mạnh. Hệ thống các máy công cụ

đến. Vì vậy, một trong nhưng vấn đề cần được nghiên cứu để có thể khai thác hiệu

CNC đã góp phần tạo nên sự linh hoạt và hiệu quả trong lĩnh vực cơ khí chế tạo.

quả hơn nữa việc sử dụng dao phay đầu cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim

Trong việc chế tạo khuôn thì thép hợp kim CR12MOV là những loại vật liệu

CR12MOV đó là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt, góc nghiêng của bề

thường dùng. Thực tế việc gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi cứng bằng

mặt gia công đến tuổi bền của dao phay đầu cầu phủ TiAlN khi gia công khuôn

dao phay đầu cầu phủ TiAlN là một giải pháp đang được rất nhiều nhà máy, cơ sở

thép CR12MOV qua tôi” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

sản xuất áp dụng để gia công nhiều dạng bề mặt phức tạp trên các loại khuôn dập,

2. Mục đích nghiên cứu

khuôn ép nhựa...trước đây những bề mặt phức tạp này được gia công bằng các

Đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt và góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của

phương pháp không truyền thống như là: Gia công bằng điện hoá, gia công bằng

dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi. Trên cơ sở

xung điện, gia công bằng siêu âm nhưng những phương pháp này có một số nhược

đó đưa ra chế độ cắt một cách hợp lý.

điểm:

3. Đối tượng nghiên cứu

- Giá thành đầu tư cao.

Xác định mối quan hệ giữa chế độ cắt và góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của

- Năng suất gia công thấp.

dao phay cầu phủ TiAlN.

Vì vậy sử dụng dao phay cầu để gia công tinh khuôn thép CR12MOV qua tôi là

Vật liệu gia công là thép hợp kim CR12MOV.

một giải pháp tối ưu. Nhưng quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất

Dao phay đầu cầu Ø10 phủ TiAlN hãng MITSUBISHI - Nhật Bản

phức tạp trên các cung nối tiếp vì lưỡi cắt của dao phay cầu được bố trí trên mặt

Bề mặt gia công là mặt định hình.

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

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

15

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

4. Phương pháp nghiên cứu

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

18

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ PHAY BẰNG DAO

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu bằng thực nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

PHAY CẦU
1.1. Ứng dụng của dao phay cầu

5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài

Bề mặt của khuôn mẫu thường là những mặt cong phức tạp. Bề mặt gia công

Xây dựng được quan hệ giữa các thông số của chế độ cắt, góc nghiêng của

không những là bề mặt phức tạp mà những bề mặt này còn làm bằng vật liệu khó

phôi với tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi cắt trên toàn biên dạng dao để

gia công như thép hợp kim có độ bền cao, thép chịu nhiệt, thép không gỉ, thép đã

gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 ÷ 45 HRC dưới dạng các

tôi...Hiện nay, việc gia công những bề mặt phức tạp này có một số phương pháp

hàm thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ưu quá trình

như: Gia công bằng siêu âm (hình 1.1), gia công bằng điện hoá (hình 1.2), gia công

phay. Đồng thời cũng góp phần đánh giá khả năng cắt của mảnh dao phay cầu phủ

bằng xung điện (hình 1.3) [11]. Những phương pháp gia công này tồn tại một số

TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 ÷ 45 HRC.

nhược điểm như:

5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể dùng làm cơ sở cho việc lựa chọn bộ
thông số v, θy với t = 0,5 mm và s = 0.2 mm/răng khi gia công thép hợp kim
CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 ÷ 45 HRC bằng dao phay cầu phủ TiAlN trong
những điều kiện gia công cụ thể.
6. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu bằng thực nghiệm.
Hạt mài

Tải trọng
tĩnh

Dụng cụ

Rung động
siêu âm
Dung dịch
sệt chứa hạt
mài

Phôi

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý gia công bằng siêu âm.

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

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

19

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Dụng cụ

Dung dịch
điện phân

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

20

Hướng cắt ngang

Dụng cụ

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Hướng cắt dọc

Phôi

Hình 1.4. Phương dịch chuyển dao khi phay mặt cong bằng dao phay cầu.

Phôi

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. Xuất hiện nhiều loại vật liệu dụng cụ cắt
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý gia công bằng điện hoá

mới và khả năng ứng dụng của chúng trên các máy công cụ CNC đã ngày càng
được khẳng định. Đặc biệt hơn là khả năng gia công với độ chính xác, năng xuất
cao và ngày càng được cải thiện. Song song với sự phát triển đó là một lĩnh vực

Dụng cụ
(katốt)

không thể tách rời. Đó là lĩnh vực dụng cụ cắt trên máy CNC để có thể đáp ứng

Dung dịch
điện môi

tuổi bền cao và ổn định với chế độ cắt lựa chọn. Sự đa dạng của dụng cụ cắt về

những yêu cầu cao hơn như: Khả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công,
chủng loại, kết cấu và hơn nữa là sự xuất hiện của nhiều loại dụng cụ cắt với vật

Dung dịch
bị ôxy hoá

liệu cắt có khả năng cắt với tốc độ cao, chất lượng và hiệu quả gia công cao hơn đã
góp phần tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành cơ khí.

Phôi (anốt)

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công bằng xung điện.
- Giá thành đầu tư cao.
- Năng suất gia công thấp dẫn đến giá thành của chi tiết gia công cao.

Hình 1.5. Gia công khuôn mẫu bằng dao phay cầu trên máy CNC.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

21

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Việc chế tạo ra Dao phay cầu, đặc biệt là sử dụng Dao phay cầu phủ các vật
liệu CBN, TiAlN, TiN...trên các máy CNC nhiều trục cho phép gia công các bề mặt

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

22

Dao phay cầu
Đường chạy
dao trước
Đỉnh
nhấp
nhô

Bề mặt chưa gia công

phức tạp, với năng suất gia công cao hơn rất nhiều so với các phương pháp gia công
không truyền thống. Quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất phức
tạp vì lưỡi cắt của dao phay được bố trí trên mặt cầu. Khi gia công bề mặt phức tạp
bằng dao phay cầu, bề mặt gia công được hình thành như ở hình 1.4. Dao phay
được quay với tốc độ của trục chính là n, chuyển động tiến của dao có thể được thực
hiện theo hai trục liên tục với lượng chạy dao và một trục gián đoạn, có thể thực
hiện theo ba trục. Nhưng lưỡi cắt của dao được xác định trên chỏm cầu vì thế trên
bề mặt gia công sẽ còn một dải kim loại không cắt được tạo nên giữa hai đường
chuyển dao (hình 1.6)

Chiều sâu cắt

Phôi

1.2. Sự hình thành bề mặt gia công và thông số hình học của dao phay cầu.
Lượng dịch dao ngang

1.2.1. Sự hình thành bề mặt gia công.

Bề mặt mong muốn

Khi phay bằng dao phay cầu trên máy phay CNC quá trình cắt diễn ra là rất
phức tạp và khó khăn việc xác định được mô hinh cắt gọt rất cần thiết. Vì vậy để thể

Hình 1.6. Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu

hiện rõ các bề mặt được hình thành người ta xây dựng trên mô hình 3D-CAD. Quá

Bằng phương pháp phân tích hình học 2 đường chuyển dao liên tiếp với lượng dịch

trình cắt khi gia công bề mặt cong góc nghiêng của phôi thay đổi và chiều rộng của

chuyển là ae khi gia công mặt phẳng có thể biết được giá trị của hth như (hình 1.7)

lưỡi cắt cũng thay đổi theo. Một trong những nhược điểm khi gia công bằng dao

D

phay cầu đó là nhám bề mặt lớn. Bởi vì ngoài việc chịu ảnh hưởng của những yếu

ae

tố: Như độ cứng vững của hệ thống công nghệ, quá trình mòn của dao….độ nhám
bề mặt chi tiết gia công còn phụ thuộc vào chiều cao phần kim loại bị bỏ lại sau mỗi

R

lần chuyển dao hth và do kết cấu của đầu dao. Bề mặt gia công được hình thành như

hth

ap

(hình 1.7)

De/2

Hình 1.7. Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu

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

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

23

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

24

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Khi đó đường kính của dao phay sẽ thay đổi trong quá trình làm việc tại các vị

Để khảo sát chúng ta gắn hệ toạ độ đề các oxyz trên phần đỉnh của mũi dao.

trí cắt diện tích lớp phoi sẽ thay đổi phụ thuộc vào đường kính, góc nghiêng phôi và

Trục x theo phương nằm ngang // bàn máy dọc. Trục y theo phương nằm ngang //

bước tiến của dao.

bàn máy ngang. Trục Z theo phương thẳng đứng // với trục dao.

Đường kính gia công của dao được tính theo công thức:
De = 2.

Lưỡi cắt

a p (D  a p )

Mặt sau

(1 - 1)
Lưỡi cắt

Chiều cao nhấp nhô bề mặt phụ thuộc vào bán kính dao và lượng dịch dao
ngang để lại được tính theo công thức:
hth = R -

4R 2  a 2 e
2

(1 - 2)

Trong đó:
Mặt sau

ap là chiều sâu cắt.

Mặt trước

hth là chiều cao nhấp nhô bề mặt
ae là lượng dịch dao ngang

Hình 1.8. Các bề mặt được hình thành trên phần cắt của dao phay cầu

R là bán kính của dao

Góc trước và góc sau của dao phay cầu phủ thường được chọn như sau: [5]

Có thể nhận thấy rằng R >

 = 0o 5o;  = 3o 7o

4R 2  a 2 e

vì thế giá trị của hth > 0
2

Nếu như xét cho trường hợp gia công mặt cong phức tạp bất kỳ thì công thức
(1-2) vẫn đúng khi xét tại từng tiết diện vuông góc với hướng tiến của dao.

N
N'

Vì vậy có thể khẳng định rằng khi gia công bằng dao phay cầu muốn giảm giá

N'

trị hth thì có thể áp dụng một hoặc đồng thời hai giải pháp:
- Sử dụng dao có bán kính lớn nhất trong điều kiện có thể
- Giảm lượng dịch chuyển dao ngang ae
1.2.2. Các bề mặt hình thành trên phần cắt của dao phay cầu.







N



Hiện nay có rất nhiều loại dụng cụ cắt. Chúng có hình dáng kết cấu khác nhau.
luật chung. Có thể nói bất kỳ dụng cụ cắt có kết cấu phức tạp đến mức độ nào phần

cắt của chúng cũng đều có kết cấu cơ bản giống như dao tiện ngoài. Mỗi răng của

MPCB





Nhưng nói chung kết cấu phần cắt của chúng đều được hình thành theo những quy

MPCG

MPCB

MPCG

chúng được coi như một con dao tiện ngoài. Đối với dao phay cầu lưỡi cắt cũng
được hình thành bởi mặt trước và mặt sau của dao như hình vẽ 1.8 [12]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 1.9. Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

25

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

1.3. Các yếu tố cắt của dao phay cầu

cắt bên để cắt, tính toán tốc độ

1.3.1. Chiều sâu cắt ap

cắt ở điểm P ta có:

26

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công với bề mặt chưa gia công đo theo
phương vuông góc với bề mặt đã gia công sau một lát cắt.

V=

1.3.2. Lƣợng chạy dao S.
Lượng chạy dao răng Sz (mm/răng): Là lượng chạy dao xác định khi dao quay

 .D . sin .n
1000

(m/ph)

(1- 3)

Trong đó:
De là đường kính gia công

được một góc răng.
Lượng chạy dao vòng Sv (mm/vòng): Là lượng chạy dao xác định sau khi dao

ứng với chiều sâu cắt ap (mm)
ap là chiều sâu cắt (mm)

quay được một vòng.
Lượng chạy dao phút Sph (mm/phút): Là lượng chạy dao xác định trong một

D là đường kính của dao (mm)
Hình 1.10. Thông số tính vận tốc cắt của dao phay cầu.

phút.

n là số vòng quay của dao (vòng/ph)

Giữa chúng có quan hệ như sau:
Sv= Z . Sz

 = cos-1 . (

Sph =n . Sv = n . Z . Sz

D  2a p

D

) + 90-α

(1 - 4)

 Với kiểu cắt dùng đỉnh dao cắt, tính toán chế độ cắt cho điểm Q ta có:

1.3.3. Vận tốc cắt khi phay
Dao phay cầu với đặc điểm lưỡi cắt xác định trên mặt cầu. Vì thực tế khi phay
với một chiều sâu cắt cụ thể thì vận tốc cắt được tính toán theo phần đường kính
thực tham gia và quá trình cắt gọt. Đường kính đó phụ thuộc vào chiều sâu cắt a p và
đường kính lớn nhất của dao [6]. Vì vậy để tính toán lựa chọn vận tốc cắt cần xác
định đường kính cắt thực:
De = 2. a p ( D  a p )

(1- 2)

Trong đó:

V=

2 .n. a p ( D  a p )
1000

(m/ph)

(1 - 5)

Trong đó:

D1 là đường kính gia công ứng với chiều sâu cắt ap (mm)
ap là chiều sâu cắt (mm)
D là đường kính của dao (mm)
n là số vòng quay của dao (vòng/ph)
Như vậy, nếu với cùng một số vòng quay của trục chính thì khi vị trí cắt thay

De là đường kính gia công ứng với chiều sâu cắt ap

đổi tốc độ cắt cũng thay đổi, để tốc độ cắt không thay đổi thì phải thay đổi số vòng

ap là chiều sâu cắt

quay của trục chính. Trong quá trình cắt gọt tốc độ cắt tại đỉnh dụng cụ luôn bằng

D là đường kính của dao

không [1]. Đây là lý do tại sao khi gia công bề mặt bằng đỉnh dao cầu thì dụng cụ

Tuỳ thuộc vào vị trí của phần lưỡi cắt của dao tham ra vào quá trình cắt gọt
mà vận tốc được xác định tương ứng như hình 1.10.

cắt nhanh mòn và khi gia công tinh sử dụng máy phay CNC ba trục thì vị trí tương
quan giữa trục dụng cụ và bề mặt gia công là rất quan trọng để đạt được chất lượng
bề mặt tối ưu, tuổi thọ dụng cụ lớn nhất.

 Với kiểu cắt dùng lưỡi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

27

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

1.3.4.Ảnh hƣởng góc nghiêng θy của phôi đến điều kiện cắt gọt của dao phay

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

28

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Như trên đã nói, đoạn lưỡi cắt của dao phay cầu tham gia cắt phụ thuộc vào vị
trí tương quan giữa trục dao và bề mặt gia công. Để xác định điều kiện tránh cắt ở

cầu.
Góc nghiêng của phôi ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi bền của dao phay cầu khi

đỉnh dao, bằng phương pháp phân tích hình học khi xem xét trường hợp dao gia

gia công các bề mặt phức tạp vị trí của điểm bắt đầu vào cắt cũng đóng một vai trò

công mặt nghiêng như sơ đồ cắt hình 1.12. Theo sơ đồ này vị trí của dao phay được

rất quan trọng bởi vì khi đầu dao tiến vào cắt tiếp xúc với bề mặt nghiêng của phôi

xác định trong hệ toạ đề các theo tiêu chuẩn ISO R-841-1968 đối với máy phay

lực cắt tăng lớn nhất dẫn đến chất lượng bề mặt tại vị trí đó giảm.

CNC, gốc toạ độ là tâm của chỏm cầu. Vị trí tương quan giữa dao và phôi được xác

Dao phay cầu được dùng để gia công các bề mặt cong phức tạp. Quá trình cắt
gọt của phần bán cầu trên dao là rất phức tạp. Bởi vì lưỡi cắt được xác định trên mặt
cầu. Khi gia công bề mặt cong thì tuổi thọ của dao phụ thuộc vào dạng của bề mặt
(vì dạng của bề mặt sẽ quyết định vị trí tham ra cắt thực – nơi xẩy ra quá trình phá
huỷ). Khi xem xét khả năng cắt của phần đầu cầu trên dao có thể nhận thấy rằng vị
trí đỉnh dao là nơi quá trình cắt diễn ra rất phức tạp, là nơi quá trình mòn dao diễn ra
nhanh nhất, là vùng có tuổi bền thấp nhất. Chính vì vậy mà trong quá trình gia công
người ta cần hạn chế đến mức cao nhất sự của khu vực này vào quá trình cắt gọt.

Lưỡi cắt

định thông qua góc nghiêng y là góc hợp bởi bề mặt pháp tuyến với bề mặt gia
công và trục dao phay (quay quanh trục Y).
+ Khi chuyển dao từ dưới lên
+ Khi chuyển dao từ trên xuống

ae
)
2R
R  ae
)

y > arccos (
R

y > arcsin (

(1 - 6)
(1 - 7)

Ngược lại dao sẽ cắt ở đỉnh nếu:
+ Khi tiến dao lên
+ Khi tiến dao xuống

ae
)
2R
R  ae
y  arccos (
)
R

y  arcsin (

(1 - 8)
(1 - 9)

Trong đó:
y là góc hợp bởi đường tâm dao và pháp tuyến của bề mặt gia công
tại vị trí xét
ae là bước tiến dao ngang;
R là bán kính của dao

ap là chiều sâu cắt

Dao cắt

Lưỡi cắt
Mặt cơ sở
Phôi

Hình 1.11. Vị trí lực cắt tác dụng vào dao.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 1.12. Phương thức chuyển dao khi phay bằng dao phay cầu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

29

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

30

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

a) Chuyển dao từ dưới lên.
b) Chuyển dao từ trên xuống.
Bán kính
dao

Sự thay đổi giá trị của góc θy sẽ dẫn đến hình dạng và kích thước của phoi thay

Lƣỡi cắt

đổi. Xét trường hợp gia công với cùng một bộ thông số a e = 0.8mm, ap = 0.8mm,
Ddao = 4mm fz = 0,1mm/răng nhưng thay đổi giá trị góc θy (0o, 15o, 30o, 45o, 60o,
75o) khi chiếu xuống mặt phẳng XOY phoi được xác định như hình 1.13. (a), (b).
[7]

Phoi

Đỉnh dao

Khi góc nghiêng θy thay đổi dẫn đến sự thay đổi của hệ số co rút phoi phức tạp.

Chiều
quay của
dao

khi tăng góc θy chiều dày cắt tăng lên hệ số co rút phoi giảm, nhưng khi tăng vượt
quá giá trị 60o ÷ 70o thì hệ số co rút phoi tăng lên vì chiều dày của lưỡi cắt tham gia
làm việc tăng lên. Ngoài ra chiều dày cắt lúc này thay đổi dọc theo đoạn cong của
lưỡi cắt và có giá tri nhỏ hơn chiều dày cắt so với lưỡi cắt là thẳng do đó phoi sẽ
biến dạng nhiều hơn được thể hiện dưới hình vẽ sau:

Hình 1.13. (b) Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến xuống với một số giá trị

Phoi

Bán kính
dao

θy (0o, 15o, 30o, 45o, 60o, 75o)

Lƣỡi cắt

Từ hình vẽ trên càng khẳng định rằng sự thay đổi tốc cắt dẫn đến tuổi bền của
dao thay đổi phụ thuộc vào góc nghiêng θy của phôi.Như vậy góc nghiêng θy ảnh
hưởng trực tiếp đến quá trình hình thành phoi và tuổi bền của dao, đỉnh dao là nơi

Đỉnh dao

quá trình cắt gọt diễn ra khó khăn, nặng nhọc nhất và đây là nơi tuổi bền thấp nhất.

Chiều
quay của
dao

Nhưng trong thực tế thì không thể tránh hoàn toàn được việc đỉnh dao tham ra vào
quá trình cắt gọt. Do kết cấu của chi tiết gia công có thể có phần chuyển tiếp (đáy
khuôn, đáy hốc…). Vì thế việc khảo sát tuổi thọ của dao theo góc nghiêng của phôi
để xác chế độ cắt hợp lí cũng là một nhiệm vụ cần thiết khi nghiên cứu tuổi thọ của
dao phay cầu.
Như vậy có thể kết luận rằng bề mặt gia công nghiêng cũng là một trong những
yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của dao.

Hình 1.13. (a) Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến lên với một số giá trị

1.3.5. Chiều dày cắt.

θy (0o, 15o, 30o, 45o, 60o, 75o)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

31

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay cầu là khoảng cách giữa hai vị trí liên
tiếp của quỹ đạo chuyển động cắt tương đối của một điểm trên lưỡi cắt đo theo

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

32

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Trên hình vẽ thể hiện chiều rộng phay bằng dao phay cầu chính là chiều dài
cung BD.

phương vuông góc với lưỡi cắt chính ứng với lượng chạy dao răng Sz. Vì quỹ đạo
chuyển động cắt tương đối là đường tròn nên chiều chiều dày cắt khi phay được đo
theo phương hướng kính của dao.

Biên dạng phoi
Phôi

Hướng tiến dao

nd

Hình 1.15. Chiều rộng lớp cắt.
1.3.7. Sự hình thành phoi và thông số hình học của phoi khi phay bằng dao
phay cầu
Bằng phương pháp phân tích hình học khi gắn hệ trục toạ độ OXYZ vào đỉnh
dao (với điều kiện coi như phoi không biến dạng). Hình dáng, kích thước của phoi
được xác định theo góc tiếp xúc, lượng dịch dao ngang, đường kính làm việc của
Mặt cắt A-A
Hình 1.14. Biểu diễn lớp cắt sau mỗi lần chạy dao

dao và hướng tiến của dao đựơc phân tích trên hình 1.16 [7].
Hình vẽ thể hiện trường hợp gia công
mặt phẳng bằng dao phay cầu với đường
kính D (mm), chiều sâu cắt dọc trục ap

1.3.6. Chiều rộng cắt.
Chiều rộng cắt là khoảng cách giữa bề mặt chưa gia công với bề mặt đã gia

(mm), lượng tiến dao fz (mm/răng), lượng

công đo theo lưỡi cắt. Chiều rộng cắt chính là chiều dài của đoạn lưỡi cắt tham gia

dịch dao ngang ae. Xét sự hình thành phoi

cắt hay là chiều dài đoạn tiếp xúc giữa lưỡi cắt với bề mặt đang gia công.

ở đường cắt thứ 2: Mảnh phoi sẽ được tạo

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

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

33

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

34

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

ra sau khi lưỡi cắt của dao quay được một

Hình 1.17. Thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu (không biến

góc  và tiến đựơc một lượng fz (mm).

dạng)

Nhưng chiều sâu cắt dọc trục ap sẽ quyết
định đường kính gia công thực của dao De

Z

đó cũng là một trong những yếu tố quyết

D
ae

định thông số hình học của phoi. Từ phân
tích trên nếu như coi phoi không có biến

R

Hình 1.18. Tiết diện của phoi phụ thuộc vào góc 
hth

thể hiện trên hình 1.17.

ap

dạng thì thông số hình học của phoi được
De/2

Y
ae



De

fz

X

Hình 1.19. Hình ảnh của phoi khi không có biến dạng
Từ các hình ảnh của phoi chúng ta nhận thấy biên dang phoi ở vị trí góc
nghiêng phôi khác nhau có tiết diện khác nhau. Có thể khẳng định rằng với góc

ae/2

Hình 1.16. Cơ chế tạo phoi

nghiêng nhỏ quá trình cắt gọt khó khăn dẫn đến tuổi bền của dao giảm. Để làm sáng
tỏ điều này khi làm thí nghiệm tác giả cho biến là góc nghiêng phôi thay đổi và đưa
ra được thông số công nghệ với chế độ cắt tối ưu khi gia công trên máy CNC.

Mặt Trụ

1.4. Các dạng dao phay cầu
1.4.1. Dao phay cầu liền khối
Khi đường kính dao nhỏ (Ddao < 10 mm) thì hầu hết dao cầu được chế tạo liền
khối. Để thuận lợi cho việc chế tạo và hạ giá thành của dao, với dạng dao này thì kết

Mặt phẳng

cấu đầu dao về cơ bản là giống nhau còn phần thân dao được chế tạo với kết cấu
phù hợp với mục đích sử dụng.
1.4.2. Dao phay cầu liền khối không phủ
Mặt cầu

Điểm
mũi dao

Thực tế dao phay cầu liền khối không phủ được các hãng sản xuất chế tạo bằng
những chủng loại vật liệu làm dao phổ biến như thép gió thường, thép gió chịu
nhiệt, hợp him cứng….để gia công những chi tiết được làm từ những loại vật liệu có

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

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

35

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

36

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

độ cứng thấp như đồng, thép chưa tôi, nhôm hợp kim… hoặc được làm từ vật liệu

chế tạo dao phay cầu ghép mảnh. Ưu điểm của dao phay cầu ghép mảnh là phần cán

phi kim loại như nhựa cứng, gỗ…

dao cố định còn phần lưỡi cắt sẽ được thay thế khi mòn, hỏng,….. Nhưng hạn chế

1.4.3. Dao phay cầu liền khối phủ

của giải pháp này là khó áp dụng đối với dao có đường kính nhỏ. Hầu hết các mảnh

Có thể nhận thấy rằng dao phay cầu liền khối không phủ vẫn còn có những hạn
chế như chỉ gia công được những vật liệu có độ cứng thấp, tuổi bền của dao ngắn,

dao cầu đều được làm từ những vật liệu có tính năng cắt tốt, hoặc được phủ để tăng
tuổi bền và khả năng cắt gọt.

năng suất gia công thấp,… Nhưng khi những dụng cụ này được phủ CBN, TiAlN,

Thân dao ngoài việc được chế tạo bằng những loại vật liệu có độ bền cao chúng

TiN...thì chúng có nhiều ưu điểm hơn so với dao phay cầu liền khối không phủ

còn được tăng bền như thấm Nitơ, phủ TiN, TiAlN….. để tăng tuổi thọ của cán dao.

thông thường đó là:

Dao ghép mảnh có thể được phân ra:
 Dao ghép một mảnh cắt, dạng dao này thường chỉ có lưỡi cắt trên phần

 Tuổi thọ cao hơn.
 Cải tiến được độ bền.

cầu như (hình 1.21)

 Cải tiến được cơ chế thoát phoi.
 Ngăn chặn vỡ dao.
 Làm chậm quá trình mòn dao.
 Tăng tính chịu nhiệt.
 Tăng độ chính xác và độ bóng của chi tiết gia công.

Hình 1.20. Hình dạng - kích thước chế tạo của dao phay cầu phủ ký kiệu
BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản [6].

Hình 1.21. Hình dạng - kích thước chế tạo của thân dao ký hiệu SRFHSMW,
SRFHSLW và mảnh ghép ký hiệu SRFT vật liệu VP10MF, VP15TF của dao một

1.4.4. Dao cầu ghép mảnh

mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7].

Một trong những dạng hỏng chủ yếu của dao cầu khi gia công là mòn, vỡ lưỡi
dao, mẻ dao….. Nếu như gia công theo chế độ cắt hợp lý thì có thể khẳng định rằng

1.5. Kết luận chƣơng 1

đa phần là dao bị hỏng do mòn, mẻ. Vì vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng người ta

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

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

37

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

38

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

 Dao phay cầu là một dụng cắt có tính ứng dụng cao trong việc gia công các
mặt cong phức tạp trên máy phay CNC.

CHƢƠNG 2: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT GỌT BẰNG

 Khi gia công bằng dao phay cầu giữa hai đường chuyển dao cũng còn lại một

DỤNG CỤ PHỦ
2.1. Đặc điểm của dụng cụ cắt phủ.

lượng kim loại với chiều cao hth theo công thức (1 - 2).
 Hiện tại các hãng chế tạo dao trên thế giới đã nghiên cứu và chế tạo nhiều

Để nâng cao hơn nữa chất lượng lớp bề mặt, khả năng cắt gọt cho các loại dụng

chủng loại dao phay cầu đa dạng cả về kết cấu và vật liệu vùng cắt. Dao phay

cụ cắt thông thường như thép gió hoặc hợp kim cứng, hiện nay người ta phủ lên bề

cầu ghép mảnh phủ đang là một giải pháp có nhiều ưu điểm trong việc gia

mặt của dụng cụ cắt có vật liệu nền là vật liệu truyền thống (Thép gió, hợp kim

công. Đặc biệt là trong sản xuất linh hoạt.

cứng) một hoặc nhiều lớp vật liệu có độ cứng rất cao, độ chịu mài mòn tốt, độ bền

 Cơ chế cắt gọt của dao cầu là rất phức tạp.

nhiệt cao, hệ số dẫn nhiệt thấp và có khả năng bám dính với vật liệu nền như:TiN,

 Vận tốc cắt phụ thuộc vào vị trí từng điểm cắt của lưỡi cắt

TiAlN, TiC, Al2O3, CBN..., có thể lên tới 10 lớp mỗi lớp dày 0.2 μm với thành phần

 Thông số hình học của phoi phụ thuộc vào nhiều yếu tố (θy , ae, ap, De,

khác nhau có giá trị sử dụng cao nhằm:

fz, ψ)

- Cải thiện tính chất ma sát, nâng cao khả năng chống mài mòn.

 Trong quá trình cắt gọt, tuỳ theo vị trí cắt. Sự phân bố tải trọng dọc
theo lưỡi cắt của dao phay cầu là khác nhau.

- Có độ cứng bề mặt, độ chịu nhiệt, độ chịu mài mòn được nâng cao rất nhiều so
với vật liệu nền.

 Để tránh hiện tượng cắt ở đỉnh dao thì góc nghiêng của phôi phải thoả mãn
công thức (1- 3) và (1 - 4). Nhưng trong thực tế nhiều trường hợp không thể
tránh được hiện tượng đỉnh dao tham gia vào quá trình cắt gọt.
 Tuổi bền của dao phay cầu phụ thuộc vào góc nghiêng của phôi.

- Có tính trơ hoá học rất tốt với vật liệu gia công (giảm mòn do khuyếch tán ở
nhiệt độ cao)
- Đa số vật liệu phủ có hệ số dẫn nhiệt thấp do đó độ cứng, độ bền của vật liệu
nền được giữ trong quá trình gia công.
- Hệ số ma sát nhỏ với vật liệu của chi tiết gia công làm giảm lực cắt, nhiệt cắt.
- Giảm hiện tượng lẹo dao => chất lượng gia công cao.

- Dụng cụ cắt phủ cho tốc độ cắt rất cao và tuổi bền có thể tăng gấp 10 lần so
với dụng cắt không phủ.
Thông thường vật liệu nền là thép gió hoặc hợp kim cứng còn vật liệu phủ là:
TiN, TiAlN, TiC, Al2O3, CBN...
- TiN là vật liệu thông dụng nhất để phủ dụng cụ cắt. Lớp phủ có độ cứng cao,
độ bền nhiệt cao. Lớp phủ có màu vàng, độ cứng tế vi 2000 ÷ 2500kg/mm2, tính trơ
hoá học cao, hệ số ma sát với vật liệu chi tiết gia công thấp, dính bám tốt với vật
liệu nền là hợp kim cứng hay thép gió...

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

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

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

39

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật

40

Chuyên ngành: Công nghệ CTM

- CBN là vật liệu phủ có độ cứng, độ chịu mài mòn, tính dẫn nhiệt cao, tính trơ
hoá học cao.
- Vật liệu phủ các bít: TiC, WC, CrC có khả năng chịu mài mòn rất cao, dính
bám tốt với vật liệu nền, sử dụng rất tốt khi gia công vật liệu có tính mài mòn cao.
- Vật liệu phủ Ceramic Al2O3. Có khả nămg chịu nhiệt rất cao, tính trơ hoá học
tốt, độ cứng và khả năng chịu mài mòn rất cao. Tuy nhiên có nhược điểm là liên kết
yếu với vật liệu nền vì nó rất bền vững.
- Phủ kim cương có thể phủ một lớp mỏng lên vật liệu nền thông thường là hợp
kim cứng bằng phương pháp phủ CVD hoặc PVD. Kim cương có độ cứng rất cao,
hệ số ma sát thấp. Dụng cụ cắt phủ kim cương có hiệu quả đặc biệt trong gia công
những vật liệu có tính mài mòn cao ( thép có thành phần silic), vật liệu composit cốt
sợi kim loại.

Hình 2.1: Phủ bằng phương pháp CVD nhiều lớp lên dụng cụ cắt hợp kim cứng
2.2. Ma sát và mòn của dụng cụ phủ.

- Phủ Titan cacbon nitrit (TiCN) có thêm phần tử các bon trong mạng, vì vậy so
với TiN, TiCN có độ cứng cao hơn. Hiệu quả tốt khi gia công thép chịu nhiệt, thép

2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ
Ma sát giữa vật liệu dụng cụ phủ và vật liệu chi tiết gia công được quan tâm
rất nhiều. Ma sát trong cắt kim loại là ma sát trượt tuy nhiên đặc điểm của tương tác

không gỉ.
- Phủ Titan Aluminium nitrit (TiAlN) có độ cứng cao và hệ số ma sát thấp tính
dẫn nhiệt rất thấp do đó dụng cụ cắt có lớp phủ bằng TiAlN có thể làm việc với tốc
độ cắt cao hơn từ 20 ÷ 52% so với dụng cụ cắt có lớp phủ TiN.

ma sát khác hẳn với ma sát thông thường trong kỹ thuật là lực ma sát phụ thuộc vào
áp lực pháp tuyến theo công thức Fm= f.N