nghiên cứu thực nghiệm mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

1

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

MỤC LỤC
Lời cảm ơn

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

Mục lục

1

1.2.2

Chỉ tiêu đánh giá sự mòn dụng cụ cắt

34

Danh mục các bảng

4

1.2.2.1

Chỉ tiêu mài mòn mặt sau

34

Danh mục các hình và đồ thị

5

1.2.2.2

Chỉ tiêu mòn mặt trước

34

Phần mở đầu

8

1.2.3

Cơ chế mòn của dụng cụ cắt

35

1.2.3.1

Mòn do cào xước

35

dụng cụ cắt

10

1.2.3.2

Mòn do dính

36

1.1

Tổng quan về một số vật liệu dụng cụ cắt

10

1.2.3.3

Mòn do nhiệt

36

1.1.1

Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ

10

1.2.3.4

Mòn do khuếch tán

37

1.1.1.1

Tính năng cắt

10

1.2.3.5

Mòn do ôxy hoá

37

1.1.1.2

Tính công nghệ

13

1.2.3.6

Mòn điện hoá

37

1.1.1.3

Tính kinh tế

13

1.3

Mòn của dao phay lăn răng

39

1.1.2

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

1.4

Kết luận chương 1

39

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

40

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

mòn và tuổi bền dụng cụ

13

1.1.2.1

Thép cacbon dụng cụ.

16

2.1

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

40

1.1.2.2

Thép hợp kim dụng cụ

17

2.2

Tuổi bền của dụng cụ cắt

46

1.1.2.3

Thép gió

19

2.2.1

Khái niệm về tuổi bền dụng cụ

46

1.1.2.4

Hợp kim cứng

24

2.2.2

Xác định tuổi bền của dụng cụ khi cắt

46

1.1.2.5

Vât liệu sứ

27

2.2.2.1

Tuổi bền năng suất (Tns)

48

1.1.2.6

Kim cương

28

2.2.2.2

Tuổi bền kinh tế (Tkt)

49

1.1.2.7

Nitritbo lập phương

29

2.2.3

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

50

1.2

Mòn dụng cụ cắt

29

2.2.3.1

Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt

51

1.2.1

Các dạng mòn của dụng cụ cắt

29

2.2.3.2

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

52

1.2.1.1

Mòn theo hình học

29

2.2.3.3

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

53

1.2.1.2

Mài mòn theo mặt sau

30

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



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

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

3

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

4

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

2.2.3.5

Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội

54

Phụ lục

86

2.2.3.6

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

56

Tóm tắt luận văn

87

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

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

14

2.4

Kết luận chương 2

59

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

18

DANH MỤC CÁC BẢNG

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

21

dao phay lăn răng đĩa xích

61

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

23

3.1

Xây dựng mô hình thực nghiệm

61

Bảng 1.5 Thành phần hóa học của Nhóm ba cacbit

25

3.1.1

Máy gia công

61

Bảng 2.1 Tuổi bền của dụng cụ cắt

44

3.1.2

Dao phay lăn răng đĩa xích

62

Bảng 3.1 Thành phần hoá học thép C45

63

3.1.3

Vật liệu thí nghiệm

63

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của máy CMM - C544

65

3.1.4

Thiết bị đo, kiểm tra

65

Bảng 3.3 Chế độ gia công thí nghiệm

68

3.2

Quá trình thực nghiệm

67

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

75

3.2.1

Mô tả thí nghiệm

67

Bảng 4.2 Bảng xác định tuổi bền của dụng cụ cắt

77

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

Chƣơng 3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm mòn và tuổi bền của

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



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

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

32

Hình 3.1

Máy Phay lăn răng 5K32

61

Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công

33

Hình 3.2

Dao Phay lăn răng đĩa xích

62

Hình 1.9

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

35

Hình 3.3

Bản vẽ đĩa xích

64

Hình 1.10

Mòn do cào xước mặt trướ

36

Hình 3.4

Máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544

65

Hình 1.11

Sơ đồ các cơ chế mòn của dụng cụ cắt

38

Hình 3.5

Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ – 201

66

Hình 2.1

Mô hình mòn dụng cụ cắt [1]

40

Hình 3.6

Giao diện phần mềm GEOPAK

69

Hình 2.2

Đồ thị mòn theo thời gian

41

Hình 3.7

Hiệu chuẩn đầu đo

70

Hình 2.3

Quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt V

42

Hình 3.8

Thiết lập các thông số đo

72

Hình 2.4

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

43

Hình 3.9

Dữ liệu đo biên dạng răng

72

Hình 2.5

Quá trình mòn theo thời gian

43

Hình 4.1

Kết quả đo trên máy CMM - C544

74

Hình 2.6

Ảnh hưởng V tới tuổi bền T

44

Hình 4.2

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

76

Hình 2.7

Ảnh hưởng S tới tuổi bền T

44

Hình 4.3

Ảnh hưởng của vận tốc V tới tuổi bền T

77

Hình 2.8

Mài mòn do khuếch tán

54

Hình 4.4

Phạm vi tuổi bền cho phép ứng với vận tốc V

78

Hình 2.9

Mài mòn do chảy dẻo

54

Hình 4.5

Quan hệ Logarit giữa tuổi bền T và vận tốc V

79

Hình 2.10

Sự hình thành các vết nứt mảnh dao

54

Hình 4.6

Nhám bề mặt theo thời gian gia công

80

lưỡi cắt khi gia công thép

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



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

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



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




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

9

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

10

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

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ MÒN DỤNG CỤ CẮT

thép gió sản xuất tại Việt Nam
-

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

Phân tích kết quả nghiên cứu và bàn luận

Đặc tính phần dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến năng suất gia công và chất

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

lượng bề mặt chi tiết. Khả năng giữ được tính cắt của dụng cụ góp phần quyết định

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.

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

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

tạo phoi. Để nâng cao năng suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia công, phần cắt của

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

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

Nam

5.2. Ý nghĩa thực tiễn.

Trong quá trình cắt, ở phần lưỡi cắt trên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt

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.

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



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

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

11

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

12

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

- Độ cứng: Độ cứng là một trong những chỉ tiêu quan trọng của vật liệu dụng cụ cắt.

Độ bền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim như

Muốn cắt được, vật liệu phần cắt của dụng cụ cắt thường phải có độ cứng lớn hơn vật

vomfram, crôm, vanađi, môlipđen, côban... Trong đó Vonfram là thành phần hợp kim

liệu gia công khoảng HRC25. Độ cứng phần cắt của dụng cụ cắt thường đạt trong

cơ bản làm cho thép có độ bền nhiệt. Độ bền nhiệt được nâng cao khi tăng hàm lượng

khoảng HRC60

vanađi. nếu độ bền nhiệt của thép gió P18 là 600oC thì khi nâng cao hàm lượng vanađi

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

đến 5% và vonfram đến 10%, độ bền nhiệt sẽ tăng đến 630oC. Nguyên tố côban cũng

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

bền nhiệt lên tới 650oC.
Ngoài ra, chế độ nhiệt luyện cũng ảnh hưởng nhiều đến độ bền nhiệt của vật liệu

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

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.

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

- 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

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

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

(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

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

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

ảnh hưởng lớn đến độ bền nhiệt. Khi thép gió có 18% vonfram và 10% côban thì độ



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

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

13

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

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

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

các hợp kim coban với thép (6750C)

được trình bày trong bảng 1.1 và tính chất của chúng được trình bày trên biểu đồ 1.1

1.1.1.2. Tính công nghệ

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

Dụng cụ cắt thường có hình dáng hình học phức tạp, đòi hỏi những yêu cầu kỹ

Năm

Vật liệu dụng cụ

Vc 60m/ph

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.

Nhiệt độ giới hạn
0

Độ cứng

đặc tính cắt C

HRC

1894 Thép cacbon dụng cụ

5

200 -300

60

1900 Thép hợp kim dụng cụ

8

300 – 500

60

1900 Thép gió

12

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...

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

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.

1931 Hợp kim cứng cacbit
vonfram
1934 Hợp kim cứng WC và

1.1.2. Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hƣởng của các yếu tố vật liệu tới mòn và
TiC

tuổi bền dụng cụ
Vật liệu dụng cụ cắt được hình thành và phát triển theo nhu cầu phát triển của

1955 Kim cương nhân tạo

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,

HV
1957 Sành sứ

300 – 500

1500

92 - 94

nitriítbo lập phương.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



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




15

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

100 – 200

1965 Nitrit Bo

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp
1600

8000 HV

Thép tôi
1970 Hợp kim cứng phủ (TiC)

300

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

1. Thép dụng cụ
2. Thép hợp kim dụng cụ

1000

18000 HV

Qua sự phát triển của vật liệu dụng cụ cắt, có thể thấy rằng phần vật liệu cứng

3. Thép gió
4. Thép Stellite

trong vật liệu dụng cụ cắt tăng lên, do đó tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng, tăng

5. Hợp kim cứng thông

tuổi bền dụng cụ và tăng được tốc độ cắt, phần vật liệu cứng trong các loại vật liệu

dụng

dụng cụ có thể được đánh giá theo %

6. Hợp kim cứng đặc biệt

Ví dụ : Thép dụng cụ

16

5 – 10%

7. Sành sứ

Thép gió

20 – 30%

8. Vật liệu cắt siêu cứng

Hợp kim cứng

85 – 97%

Sành sứ

80 – 100%
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



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

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,

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

nhưng độ bền nhiệt của thép hợp kim dụng cụ khá hơn, khoảng 350 oC

V=4

cho phép nâng cao tốc độ cắt lên gấp 1,2

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.

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

Hiện đang sử dụng một số mác thép cacbon dụng cụ sau: CD70A, CD80A,

(9XC), 100 CrWMn (XB ), 130 Cr12V1 (X12 1), 110 Cr6WV (X6B ). Trong đó

CD90A, CD100A, CD110A, CD120A và CD130A (tương đương với mác thép của

thép 90CrSi được sử dụng rộng rãi nhất vì có những ưu điểm sau:

Nga là: Y7A, Y8A, Y9A, Y10A, Y11A, Y12A, Y13A). CD là ký hiệu của thép cacbon

- Rẻ tiền so với các mác thép hợp kim dụng cụ khác.

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%).

- 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.

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

- Phân bố các bít đồng đều nên độ bền nhiệt cao, cho phép nâng cao tốc độ cắt.

các dụng cụ gia công gỗ như dao phay, mũi khoét, lưỡi cưa dọc, lưỡi cưa đĩa... Thép

Tuy vậy thép 90 CrSi còn một số nhược điểm sau:

CD100A, CD110A, CD120A, CD130A thường dùng để chế tạo mũi doa, bàn ren, tarô,

+ Độ cứng ở trạng thái ủ vẫn cao (HB217

giũa...

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,

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

các dụng cụ gia công ren đặc biệt là bàn ren có bước nhỏ.

3% và nhận được

Thép hợp kim 100 CrWMn có độ thấm tôi tốt, có thể tôi trong dầu và rất ít bị

thép hợp kim dụng cụ. Vonfram có tác dụng làm tăng độ bền nhiệt, độ chịu mòn.

biến dạng sau khi nhiệt luyện. Do đó thường dùng để chế tạo dao chuốt nhất là dao

Crôm để tăng độ thấm tôi và độ cứng. Vanađi tạo ra cacbít có độ hạt nhỏ nên có độ

chuốt có chiều dài lớn và kích thước tiết diện ngang nhỏ. Ví dụ như dao chuốt rãnh

cứng và độ bền cao.

then. Nhược điểm của thép 100CrWMn là dễ tạo ra các lưới cacbit do đó làm cho lưỡi

hợp kim như Vonfram, Crôm, vanađi... với hàm lượng khoảng 0,5

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



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

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.

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

Thép gió được chia làm hai loại:

Nhóm

Nhãn hiệu

C

Mn

Si

Cr

W

V

Thép gió có năng suất thường, gồm các mác: P18, P12, P9, P6M5.

I

Thép Cr05

1.25-1.10

0.20-0.40

< 0.35

0.04-0.60

-

-

Thép gió có năng suất cao, gồm các mác: P18 2, P9 5, P14 4, P9K5, P9K10,

Thép 85CrV

0.80-0.90

0.30-0.60

< 0.35

0.45-0.70

-

0.150.30

P18K5 2, P10K5 5.
Chữ P - ký hiệu của thép gió;

- Vanađi (V) ; K - côban (Co) ;

M - môlíp đen (Mo).
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

0.35

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.

1.6

Thép gió P9 có hàm lượng vanađi cao hơn nên cứng hơn, khó mài hơn. Khi mài
IV

Thép CrW5

1.25-1.5

< 0.3

< 0.3

0.4-0.7

4.5-

0.15-

sắc dễ sinh hiện tượng cháy bề mặt làm độ cứng giảm. Thép gió P9 có hàm lượng

5.5

0.30

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).

1.1.2.3. Thép gió
Thép gió còn được gọi là thép cao tốc. Đó là loại thép hợp kim có hàm lượng

nhiệt luyện, độ cứng đạt HRC62

Nhược điểm lớn nhất của thép gió là sự phân bố không đồng nhất của cacbit

4,6%). Sau khi

sinh ra trong quá trình biến cứng của thép đúc. Do dó làm giảm chất lượng và cơ tính

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

của thép gió dẫn đến lưỡi cắt dễ bị mẻ gẫy, làm giảm tuổi bền của dao. Vì vậy trước

hợp kim cao, nhất là vomfram (khoảng 6 19%) và crôm (khoảng 3
o

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



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




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

21

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

22

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

khi gia công cơ, phôi thép gió cần được rèn đi rèn lại nhiều lần để phân bố lại cacbít

môlip đen. Vì vậy để tránh làm hỏng lớp bề mặt của dao cần tiến hành tôi trong lò có

cho đồng đều.

môi trưòng bảo vệ.

Đối với dụng cụ cắt có hình dáng đơn giản (dao tiện, dao phay, mũi khoét...)
làm việc ở vùng tốc độ cao nên làm bằng thép gió P9. Còn đối với các loại dao định

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

C

hình phức tạp (dao cắt ren, cắt răng... cũng như đối với các dụng cụ cắt làm việc ở

W

V

Co

1. Thép có năng xuất thường

vùng tốc độ thấp (dao chuốt, mũi doa, mũi khoét nhỏ...) nên chế tạo bằng thép gió
P18.
Thép gió có năng suất cao được chế tạo theo hai hướng:

P18

0.7 -0.8

3.8 – 4.4

17.5 – 19.0

1.0 – 1.4

-

P9

0.85 – 0.95

3.8 – 4.4

8.5 – 10.0

2.0 – 2.6

-

2. Thép gió có năng suất cao

+ Thêm côban: Như thép gió P9K5, P9K10, P10K5 5, P18K5 2. Côban làm
tăng độ chịu nhiệt, độ cứng do đó làm tăng tính cắt của thép gió. Nhưng nếu tăng

Cr

P9 5

1.4 – 1.5

3.8 – 4.4

0.9 – 10.5

4.3 – 5.1

-

P14 4

1.2 – 1.3

4.0 – 4.6

13.0 – 14.5

3.4 – 4.1

-

P18 2

0.85 – 0.95

3.8 – 4.4

17.5 – 19.0

1.8 – 2.4

-

+ Thêm vanađi: Như thép gió P9 9, P14 4, P18 2, P10K5 5, P18K5 2. Thép

P9K5

0.9 – 1.0

3.8 – 4.4

9.0 – 10.5

2.0 – 2.6

5.0 – 6.0

gió vanađi có độ bền nhiệt và nhất là độ cứng, độ chịu mòn cao hơn thép gió P18.

P9K10

0.9 – 1.0

3.8 – 4.4

9.0 – 10.5

2.0 – 2.6

9.5 – 10.5

P10K5 5

1.45 – 1.55

4.0 – 4.6

10.0 – 11.5

4.3 – 5.1

5.0 – 6.0

P18K5 2

0.85 – 0.95

3.8 – 4.4

17.5 – 19.0

1.8 – 2.4

5.0 – 6.0

côban quá nhiều sẽ làm tăng dộ giòn, giảm độ bền. Mặt khác côban đắt tiền nên loại
thép gió này chỉ dùng để gia công những vật liệu khó cắt như thép chịu nhiệt, thép
không gỉ...

Nhưng nhược điểm của chúng là khó rèn, khó mài sắc. Do đó chỉ dùng để chế tạo các
loại dao gia công tinh và dao có lưỡi cắt mỏng (dao chuốt, mũi doa, dao cà răng...).
Thép gió thường có hàm lượng molip đen khoảng 0,3'%. Để giảm lượng
vonfram, có thể tăng môlíp đen theo định mức: 1% môlíp đen thay thế cho 2%

Tất cả các nhãn hiệu thép nói trên đều có lượng tạp chất hạn chế:

vonfram và nhận được loại thép gió môlíp đen. Khi đó mác thép được ghi thêm chữ M.

Mn < 0.4%; Si < 0.4%; Mo <0.5%; Ni < 0.4%; P <0.03%; S < 0.03%

Ví dụ: P18M và P9M. Hàm lượng môlíp đen trong thép gió P18M cho phép đến 1%,
trong thép gió P9M cho phép đến 0,6%. Nói chung tính năng cắt của hai nhóm thép gió
vonfram và thép gió môlíp đen tương đương nhau. Thép gió môlip đen có độ không

Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện. Vì vậy khi nhiệt
luyện thép gió cần chú ý một số điểm chủ yếu sau :

- Không nung nóng thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao ( nhiệt độ tôi bằng

đồng nhất cacbít nhỏ hơn thép gió vonfram. Song nhược điểm cơ bản của thép gió
môlip đen là làm giảm nhiệt độ tôi và tăng sự thoát cacbon bề mặt khi tăng hàm lượng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



0

1300 C) mà phải tăng nhiệt độ dần dần từ 6500C, vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




23

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Thông thường thép gió được nung nóng qua 3 lò với nhiệt độ lần lượt 6500C, 8500C và

24

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật
I SO

OCT

13000C

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

AISI AFNOR
DIN

- Phải ram sau khi tôi nhiều lần (3 lần) mỗi lần trong 1 giờ. Sau mỗi lần ram phải
để nguội đến nhiệt độ thường.

P18

S180-2

T1

Z80W18

1.3302

P12

-

T7

-

Dùng như loại trên

-

P9

-

-

-

Dùng để chế tạo các loại dụng cụ
dơn giản, gia công các loại thép
kết cấu.

1.3343

P6M5

-

PGM5 3

Z85WDV

S65-2

M2
06-05-02

SG5- 3

Z130WDV
M3
06-05- 04

Hình1.2. Sơ đồ tôi và ram thép gió
Ở Mỹ, thép gió được chia làm hai nhóm: Thép gió môlíp đen và thép gió
vonfram. Theo hệ tiêu chuẩn AISI thép gió môlip đen gồm các mác sau: M1, M2, M3,

Z85WK18-05
-

P18K5 2

-

T4

M4, M6, M7, M10, M30, M33, M34, M36, M41, M42, M43, M44, M46, M47. NHóm
thép gió vonfram gồm các mác sau: T1, T2, T4, T5, T6, T8, T15. Ở Nhật nhóm thép
gió vonfram có các mác: SKH2, SKH3, SKH4, SKH10.
Nhóm thép gió môlip đen - Vonfram có các mác: SKH51, SKH52, SKH53,

Dùng cho tất cả các loại dụng cụ
cắt để gia công thép các bon,
thép hợp kim.

1.3353

1.3243 P6M5K5

S65-2

Z80WDV
M35
06-05-02

Dùng như loại trên, đặc biệt để
chế tạo dụng cụ cắt ren và dụng
cụ cắt chịu va đập.
Dùng để chế tạo các loại dụng cụ
gia công tinh (dao tiện định
hình, mũi doa, dao chuốt, dao
phay) gia công các loại thép kết
cấu hợp kim và không hợp kim .
Dùng để chế tạo các dụng cụ gia
công thô và bán tinh khi cắt các
loại thép và hợp kim chịu nóng,
thép không gỉ.
Dùng chế tạo các dụng cụ gia
công thô và bán tinh, gia công
các loại thép không gỉ, thép hợp
kim

SKH54, SKH55, SKH56, SKH57, SKH58, SKH59.
Các mác thép gió tương đương của các nước được giới thiệu ở bảng sau:
Bảng 1.4 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng
Ký hiệu các loại thép gió thông dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.1.2.4. Hợp kim cứng

Phạm vi sử dụng


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




25

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Hợp kim cứng được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột. Thành phần chủ
yếu của hợp kim cứng là cacbit vonfram, một số loại còn có cacbít titan, cacbít tantan.
Hợp kim cứng có độ cứng lớn: HRA87

26

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

côban. Hợp kim cứng titan-vonfram có các mác sau: T5K10, T14K8, T15K6, T15K6T,
T30K4, T60K6.

92 (lớn hơn HRC70). Độ bền nhiệt cao:

Chỉ số ghi sau chữ K là số phần trăm côban. Chỉ số ghi sau chữ T là số phần

1000 C. Độ bền mòn cao hơn hẳn thép gió. Vì vậy dao hợp kim cứng có thể cắt với tốc

trăm cacbít titan, còn lại là cacbit vonfram. Hợp kim cứng T15K6T được chế tạo theo

độ cắt rất lớn, khoảng 100

phương pháp công nghệ đặc biệt. Do đó khả năng chịu mòn tốt hơn loại T15K6 (khi

o

500 m/ph. Năng suất cắt tăng gấp 2

3 lần so với dao

thép gió.

tiện với tốc độ cắt V > 60m/ph chịu mòn tốt hơn 2

3 lần).

Nhược điểm cơ bản của hợp kim cứng là độ bền uốn kém, độ dẻo thấp. Do đó

Nói chung hợp kim cứng nhóm hai cacbít được dùng để gia công thép ở tốc độ

dao hợp kim cứng cần làm việc trong điều kiện không có va đập, tránh tải trọng thay

cắt cao vì chúng có độ bền nhiệt cao, độ cứng cao và tính hàn dính thấp. Hợp kim cứng

đổi và hệ thống công nghệ cần bảo đảm cứng vững.

T15K10 có độ bền cao nhưng tính chịu mòn thấp nên được dùng để gia công thô thép
khi cắt gián đoạn với lượng chạy dao lớn và tiết diện phoi không đều. Hợp kim cứng

Hợp kim cứng được chia thành ba nhóm:
- Nhóm một cacbít: Còn gọi là hợp kim cứng vonfram, ký hiệu: BK. Nhóm này được
tạo thành bởi cacbít vonfram và dung dịch đặc của nó trong côban. Hợp kim cứng
vonfram có các mác sau: BK2, BK3, BK4, BK6, BK6M, BK8, BK8B, BK10, BK11,
BK15, Chỉ số ghi sau chữ K là số phần trăm côban, còn lại là cacbít vonfram. Chữ M
ghi ở cuối chỉ loại cacbít hạt nhỏ. Chữ B ghi ở cuối chỉ loại cacbít hạt lớn.
Hợp kim cứng BK2, BK3, BK4, BK6, BK6M, BK8 được dùng để gia công cắt

T14K8 và T15K6 có độ bền thấp hơn và khả năng chịu mòn cao hơn T15K10 được
dùng để gia công tinh thép với lượng chạy dao trung bình và tiết diện phoi tương đối
đều khi cắt liên tục.
Hợp kim cứng T30K4 và T60K6 có khả năng chịu mòn tốt nhưng độ giòn lớn,
nên được dùng để gia công tinh thép với lượng chạy dao nhỏ và cắt liên tục với tốc độ
cắt cao.

kim loại. Trong đó BK8 là loại được dùng phổ biến nhất. Hợp kim cứng BK4 có tính

- Nhóm ba cacbit: Còn gọi là hợp kim cứng titan, tantan - vonfram, ký hiệu: TTK.

cắt cao hơn BK8, tốc độ cắt lớn hơn 30

5 lần tùy theo

Nhóm này được tạo thành bởi cacbít vonfram, cacbít titan, cacbít tantan và dung dịch

điều kiện gia công. Hợp kim cứng BK6M có độ hạt rất nhỏ và độ xốp rất thấp, thường

đặc của chúng trong côban. Chúng bao gồm các mác sau: TT7K12, TT7K15, TT10K8,

dùng để gia công gang đặc biệt cứng, thép không gỉ.

TT20K9.

70% và tuổi bền cao hơn từ 2

Nói chung hợp kim cứng nhóm một các bít thường dùng để gia công gang hoặc
các loại thép cứng vì chúng có độ dẻo cao, chịu được va đập lớn.

Thành phần hóa học của chúng cho trong bảng sau (tính theo %).
Bảng 1.5. Thành phần hóa học của Nhóm ba cacbit

- Nhóm hai cacbit: Còn gọi là hợp kim cứng titan-vonfram, ký hiệu: TK. Nhóm này

Mác hợp kim cứng

Côban

Cacbit titan

Cacbit tantan

Cacbít vonfram

được tạo thành bởi cacbít vonfram, cacbít titan và dung dịch đặc của chúng trong

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

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



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




27

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

28

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

- NhómM: Dùng để gia công gang hợp kim rèn, thép và hợp kim bền nhiệt, thép không

TT7K12

12

4

3

81

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

TT7K15

15

4

3

78

M40 và M50. Hợp kim cứng nhóm M có màu vàng, độ cứng khoảng HRA91,8

TT10K8

8

3

7

82

1.1.2.5.Vât liệu sứ

TT20K9

9

8

12

71

Cho thêm nguyên tố tantan vào hợp kim cứng sẽ đem lại các ưu điểm sau:

- Tăng độ bền uốn vì cacbit tantan bù lại sự giảm độ bền do titan gây nên.

gỉ và các vật liệu khó gia công. Chúng bao gồm các mác sau: M05, M10, M20, M30,

Vật liệu sứ được chế tạo từ đất sét kỹ thuật (hỗn hợp giữa
Để hoàn toàn chuyển Al203 sang
o

93,6.

Al203 và Al203).

Al203 , đem nung đất sét kỹ thuật đến nhiệt độ

o

1600 C. Sản phẩm thu được mang nghiền nhỏ đạt kích thước hạt vào khoảng

1400

1 K, hạt lớn nhất có kích thước không quá 2 K. Bột

Al203 được đem ép thành

- Tăng độ hạt nhỏ của cấu trúc tinh thể nên làm tăng độ chịu mòn.

mảnh dao có kích thước qui định và mang đi thiêu kết, Vật liệu sứ có những đặc tính

- Giảm xu hướng bị cháy dao do tính dẫn nhiệt tăng.

sau:

- Mở rộng khả năng gia công của hợp kim cứng.

- Có độ cứng cao: HRA89

Tuy vậy, tantan là nguyên tố hiếm, đắt gấp mấy lần vonfram nên hợp kim cứng
nhóm ba cacbít có phạm vi sử dụng hẹp, thường chỉ dùng để gia công các loại thép
cứng và hợp kim bền nhiệt (không có lớp vỏ cứng và không có va đập).
Theo tiêu chuẩn ISO, hợp kim cứng được phân loại theo lĩnh vực sử dụng và
chia thành ba nhóm cơ bản: P, K và M.

- Độ bền nhiệt cao: 1100oC

kim của chúng, vật liệu phi kim loại. Chúng gồm có các mác sau: K01, K05, K10,
K20, K30, K40 và K50. Hợp kim cứng nhóm K có màu đỏ, độ cứng khoảng HRA87,5
93,8.

cứng cao.
- Độ chịu mòn cao nên được dùng với dụng cụ cắt yêu cầu tuổi bền kích thước
cao. Khi tiện thép 45, tuổi bền của dao sứ tăng gấp 8 lần so với dao hợp kim cứng

- Vật liệu sứ ít giống tính chất của kim loại nên ít có xu hướng dính kết với vật
liệu gia công. Khả năng hình thành lẹo dao ít. Chất lượng gia công tốt nên cho phép sử
dụng để cắt thép và hợp kim khó gia công.
- Có tính kinh tế cao vì sứ là loại vật liệu rẻ tiền, giá thành của vật liệu sứ chỉ

- Nhóm P: Dùng để gia công thép dẻo và các vật liệu khi cắt có phoi dây. Chúng bao
gồm cac mác sau: P01, P10, P15, P20, P25, P30, P40 và P50. Hợp kim cứng nhóm P
96,5.

bằng khoảng 1/1000 giá thành của hợp kim cứng.
- Giới hạn bền nén cao:
- Giới hạn bền uốn thấp:

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

1200oC. Nên có thể dùng để gia công thép có độ

T15K6.

- Nhóm K: Dùng để gia công gang xám, gang biến trắng, kim loại màu và những hợp

có màu xanh, độ cứng khoảng HRA88,5

95.



n

= 1000 MN/m2
u

= 350

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

400 MN/m2

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật
- Độ dẫn nhiệt thấp: 0,042

29

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

30

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Dao tiện kim cương đựơc sử dụng chủ yếu để gia công tinh các kim loại màu

cal
cm.gy.oC

và còn dùng để gia công vật liệu phi kim loại như chất dẻo, êbônít, cao su cứng... Khi

Khuyết điểm chủ yếu của vật liệu sứ là giòn, giới hạn bền uốn thấp, độ dai va

gia công chất dẻo, tuổi bền của dao tiện kim cương lớn gấp hàng trăm lần dao hợp kim

đập thấp. Do đó khi gia công thô và đặc biệt khi có lượng dư không đều thì không nên

cứng. Kim cương gắn trên mũi khoan để khoan kính và khoan các lớp đá đặc biệt cứng.

dùng dao sứ. Khi gia công bằng dao sứ cần phải bảo đảm độ cứng vững đầy đủ của hệ

Đặc biệt kim cương còn được dùng để gia công các vật liệu cứng như germani, silic,

thống công nghệ.

corun, chất bán dẫn các dạng vật liệu sứ đặc biệt.

Một trong những biện pháp nâng cao chất lượng của vật liệu sứ là nâng cao giới

1.1.2.7. Nitritbo lập phƣơng

hạn bền uốn bằng cách pha thêm vào các nguyên tố hợp kim như vonfram, môlip đen,
bo, titan, niken... để được loại vật liệu gọi là kim loại sứ.

Còn được gọi là enbo hoặc bôradôn. Đó là loại vật liệu tổng hợp mới rất có
triển vọng, bao gồm 40% Bo và 50% nitơ.

Hiện nay loại vật liệu sứ có tính năng cắt cao nhất và thường dùng nhất là ЦM332. Ngoài ra còn sử dụng loại vật liệu sứ có cơ tính cao như B-3, BOK- 60, BOK-63.

Nitritbo lập phương có độ cứng tương tự như kim cương nhưng độ chịu nhiệt
cao hơn rất nhiều, có thể đạt tới 2000oC. Tuy vậy tính giòn vẫn chưa khắc phục được.

1.1.2.6. Kim cƣơng

Hiện nay nitritbo lập phương đã được sử dụng để làm đá mài, thanh mài và

Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphít ở áp suất lớn (100.000 atm) và

những dụng cụ mài khác với những chất dính kết khác nhau. Chúng được dùng để mài

nhiệt độ cao (2500 C). Kim cương nhân tạo đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực

tinh các loại thép thông thường. Khi đó bề mặt gia công đạt độ nhẵn từ cấp 9

cắt kim loại. Việc sử dụng kim cương nhân tạo đặc biệt có hiệu quả khi gia công hợp

mòn của đá mài giảm 50%, hiệu suất mài tăng 25

kim cứng và các loại vật liệu khó gia công khác.

đã sử dụng có hiệu quả nitritbo lập phương vào việc mài vật liệu và hợp kim khó gia

o

Độ cứng tế vi của kim cương là 106.000 MN/m2, lớn gấp 5

6 lần hợp kim

10, độ

30% Nhiều công trình thử nghiệm

công.
1.2. Mòn dụng cụ cắt

cứng.

Trong quá trình cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động tiếp xúc

cal
Độ dẫn nhiệt rất lớn: 0,35
, lớn gấp 1,5
cm.gy.oC

2,5 lần hợp kim cứng.

Chính vì vậy dao kim cương có thể cắt với tốc độ cắt rất cao trong khi độ bền
nhiệt của kim cương chỉ vào khoảng 800o

1000oC. Do độ cứng cao, độ chịu mòn cao

và hệ số ma sát rất nhỏ nên kim cương thường chỉ dùng để gia công tinh. Kim cương
được sử dụng để chế tạo đá mài hoặc bột mài mịn dùng cho các nguyên công mài, mài

với mặt sau của dao gây nên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ. Mài mòn dụng cụ là
một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc phoi và
chi tiết với dụng cụ gia công. Khi bị mài mòn, dạng và thông số hình học phần cắt của
dụng cụ thay đổi và gây nên các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt (nhiệt cắt,
lực cắt, rung động...) làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công, đến
tuổi bền của dụng cụ cắt từ đó làm giảm năng xuất và tăng giá thành của sản phẩm.

sắc, mài nghiền để gia công các dụng cụ cắt và chi tiết bằng hợp kim cứng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



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

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

31

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

32

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

1.2.1. Các dạng mòn của dụng cụ cắt
1.2.1.1. Mòn theo hình học: Phần cắt dụng cụ trong quá trình gia công thường bị mài
mòn theo các dạng sau:

Hình 1.4. Mòn mặt sau của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau
1.2.1.3. Mài mòn theo mặt trƣớc:
a) Mòn theo mặt sau

b) Mòn theo mặt trước

Trong quá trình cắt, do phoi trượt trên mặt trước
hình thành một trung tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng
nhất định nên mặt trước bị mòn theo dạng lưỡi liềm.Vết
lõm lưỡi liềm đó trên mặt trước do vật liệu dụng cụ bị
bóc theo phoi trong quá trình chuyển động.Vết lõm

c) Mòn cả mặt trước và mặt sau

d) Mòn tù ở lưỡi cắt

Hình 1.3. Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ
1.2.1.2. Mài mòn theo mặt sau: Dạng mài mòn này được đặc trưng bởi một lớp vật
liệu dụng cụ bị tách khỏi mặt sau trong quá trình gia công và được đánh giá bởi chiều
cao mòn hs (hình 1.3a). Trị số mòn hs được đo trong mặt cắt theo phương vuông góc
với lưỡi cắt từ lưỡi cắt thực tế đến điểm mòn tương ứng (hình 1.5). Mài mòn theo mặt
sau thường xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ (a < 0.1mm) đối với các loại vật
liệu giòn (gang...) hình 1.4 mô tả sự mòn mặt sau của thép gió và HKC khi gia công
thép.

thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt và được đánh giá bởi

Hình 1.5. Các thông số

chiều rộng lưỡi liềm B, chiều sâu ht và khoảng cách từ

mòn phần cắt của dao tiện

lưỡi dao tới rãnh Kt đo theo mặt trước (hình 1.5)
Mài mòn theo mặt trước thường xảy ra khi cắt các loại vật liệu dẻo với chiều
dày cắt lớn (a > 0,6mm). Trong trường hợp đó nhiệt cắt ở mặt trước cao hơn ở mặt sau.
Mòn theo mặt trước còn xảy ra khi gia công kim loại có điểm nóng chảy cao với chiều
dày cắt lớn và tốc độ cắt cao, lúc này áp lực và nhiệt độ trong vùng tiếp xúc giữa phoi
và mặt trước cao hơn mặt sau của dụng cụ. Mòn mặt trước có nguyên nhân bởi sự
khuếch tán và hoà tan, sự mài mòn của vật liệu dụng cụ vào vật liệu gia công, ở trong
vùng nhiệt độ max trên mặt trướcdụng cụ (Subramanian - 1993) hình 2.4 mô tả sự mòn
mặt trước của các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nhau.

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



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




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

33

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

34

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

mòn. Lượng mài mòn cho phép (hs) được xác định phụ thuộc vào yêu cầu độ bóng và
độ chính xác chi tiết gia công.Qúa trình mài mòn dụng cụ cắt theo thời gian cũng giống
như quá trình mài mòn các chi tiết máy khi làm việc (hình 1.8).
Giai đoạn 1 - đoạn OA, dao bị mòn nhanh.
a) Dao thép gió khi gia công thép

b) Dao Hợp kim phủ PVD khi cắt thép

Hình 1.6. Mòn mặt trước của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau
1.2.1.4. Mài mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau - Mài mòn lƣỡi cắt.

Giai đoạn 2 - đoạn AB,dao mòn ở tốc độ bình thường và đều (quá trình làm việc)
Giai đoạn 3 - đoạn BC là giai đoạn mòn kịch liệt. Giai đoạn này dụng cụ cắt
không làm việc được nữa.

Dụng cụ bị mòn mặt trước và mặt sau tạo thành lưỡi cắt mới (lưỡi cắt từ điểm O
đến điểm 1- hình 1.3c; hình 1.5 chiều rộng vát trên mặt trước giảm dần từ hai phía và
do đó độ bền lưỡi cắt giảm.Trường hợp này thường gặp khi gia công vật liệu dẻo với
chiều dày cắt a = (0,1

0,5 mm).

Trường hợp này,dụng cụ bị mòn dọc theo lưỡi cắt tạo thành dạng cung hình trụ. Bán
kính

của cung đó được đo trong bề mặt vuông góc với lưỡi cắt. Dạng này thường gặp

khi gia công những các vật liệu có tính dẫn nhiệt kém. Đặc biệt khi gia công các
chấtdẻo. Do nhiệt cắt tập trung ở phần mũi dao nên dao bị tù nhanh.
Hình
1.8. Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công
- Giai đoạn 1 mòn ban đầu khá nhanh do áp lực đơn vị trong vùng tiếp xúc trên
mặt trước và sau dụng cụ rất lớn do vậy các nhấp nhô tiếp xúc ban đầu trên bề mặt
dụng cụ nhanh chóng bị san phẳng nên tốc độ mòn giai đoạn này lớn
- Giai đoạn 2 ứng với các điều kiện mòn ổn định như diện tích tiếp xúc lớn, áp
lực đơn vị nhỏ hơn giai đoạn 1, hệ số ma sát ổn định .... Do vậy tốc độ mòn của dụng
cụ tương đối đều và chậm, điểm B thường ứng với lượng mòn hợp lý h s của dụng cụ và
Hình 1.7. Mòn bán kính

lưỡi cắt khi gia công thép

thời gian ứng với nó được chọn để xác định tuổi bền dụng cụ.

Trong các dạng mài mòn trên thì mài mòn theo mặt sau (hs) là quan trọng và dễ

- Giai đoạn 3 là giai đoạn ứng với các điều kiện cắt bất hợp lý (các thông số hình

xác định nhất. Chiều cao mòn hs được dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá lượng mài

học dụng cụ cắt thay đổi lớn và không hợp lý - góc sau âm), dẫn tới lực cắt và lực ma

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

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






Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

35

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

36

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

sát tăng, hệ số ma sát tăng. Do vậy tốc độ mòn của dụng cụ rất nhanh, nó phá huỷ dụng

giá trị [K] có thể đạt trước hoặc sau [hs]. Trong một số nguyên công đặc biệt chỉ tiêu

cụ nếu tiếp tục cắt. Dụng cụ không có khả năng làm việc được nữa, muốn tiếp tục dụng

đánh giá lượng mòn cho phép của dụng cụ phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác gia

cụ phải được mài sắc lại.

công và độ nhấp nhô bề mặt. Trong các trường hợp đó chỉ tiêu đánh giá lượng mòn

Quá trình mài mòn dụng cụ cắt rất phức tạp và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố,
đặc biệt là vật liệu dụng cụ và thông số hình học phần cắt, khi cùng một loại vật liệu

được xác định theo phương pháp tuyến với bề mặt gia công (lượng mòn hướng kính).
Chỉ tiêu này được gọi là chỉ tiêu mòn kích thước

(hình 1.9).

dụng cụ thì thông số hình học phần cắt ảnh hưởng lớn lượng mòn dụng cụ. Thông số
hình học phần cắt đảm bảo lượng mòn ít nhất là thông số hình học hợp lý của phần cắt
dụng cụ.
1.2.2. Chỉ tiêu đánh giá sự mòn dụng cụ cắt
Lượng mòn ở mặt trước và mặt sau của dụng cụ được đánh giá bởi các chỉ tiêu
mòn tiêu chuẩn cho phép. Khi dụng cụ mòn đến giá trị cho phép thì dụng cụ không làm

việc được, muốn tiếp tục thì phải mài lại.
1.2.2.1. Chỉ tiêu mài mòn mặt sau

a) Mòn theo mặt sau chính

b) Mòn theo mặt trước

c) Mòn cả mặt trước và mặt sau

d) Mòn mặt sau phụ

Lượng mòn ở mặt sau thường được đánh giá bởi chỉ tiêu chiều cao mòn hs (hình 1.5)
Chỉ tiêu mài mòn mặt sau hs được xác định chủ yếu vào phương pháp gia công(thô,
tinh),vật liệu làm dao và vật liệu gia công.Khi gia công thô bằng dụng cụ hợp kim
cứng,[hs] =(0,8 1mm) đối với thép và [hs] =(0,8 1,4mm) đối với gang.Khi gia công
tinh thép [hs] = (0,2 0,25mm).
1.2.2.2. Chỉ tiêu mòn mặt trƣớc
Vì mặt trước bị mài mòn theo dạng lưỡi liềm(phoi trượt và có trung tâm áp lực)
nên lượng mòn theo mặt trước được đánh giá bằng hệ số mài mòn K.
K= B
2

Hình 1.9. Các chỉ tiệu đánh giá lượng mài mòn mặt sau, mặt trước

ht

.

1.2.3. Cơ chế mòn của dụng cụ cắt

f

Cơ chế mòn của dụng cụ cắt rất phức tạp, mòn của dụng cụ có thể là do: Cào

Hệ số mài mòn tương đối K là tỷ số giữa chiều sâu rãnh và chiều rộng rãnh.

xước, dính bám, khuyếch tán, nhiệt, điện hoá.... nó phụ thuộc vào điều kiện của quá

Các thành phần của công thức (hình 1.5). [K] = 0,4 đối với dụng cụ bằng hợp kim

trình cắt gọt.

cứng, với dụng cụ bằng thép gió, có thể chọn [K] lớn hơn. Tuỳ thuộc vào điều kiện cắt,

1.2.3.1. Mòn do cào xƣớc

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

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






Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

37

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Bản chất của mòn do cào xước là các hạt cứng của vật liệu gia công cứng của

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

38

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

dụng cụ, hoặc do tác động hoá học của môi trường không khí xung quanh và bị dời đi

vật liệu gia công và phoi cào xước vào các bề mặt tiếp xúc của dụng cụ. Qúa trình này

do tác động cơ học khi cắt

như các hạt nhỏ mài cắt vào các bề mặt dụng cụ trong quá trình làm việc. Khi độ cứng

1.2.3.3. Mòn do nhiệt

của bề mặt tiếp xúc với dụng cụ càng lớn thì dụng cụ bị mòn càng nhiều. Đặc biệt khi

Khi cắt ở vận tốc cao,nhiệt cắt thường rất lớn, dẫn tới giảm độ cứng giảm sức

có hiện tượng lẹo dao trên mặt trước, một số phần tử nhỏ của lẹo dao gây ra vết mòn

bền liên kết của các phần tử vật liệu dụng cụ cắt. Ví dụ với nhiệt độ trên 7000C tác

do cào xước trên mặt sau của dụng cụ. Khi cắt ở tốc độ cắt thấp, nhiệt cắt thấp, cơ chế

động cuả nhiệt độ đối với độ mòn cuả hợp kim cứng mạnh hơn.Khi đó độ cứng của

mài mòn hạt mài (cào xước) là chính.

HKC ở nhiệt độ cao giảm xuống, do vậy nó mềm dẻo hơn và ở nhiệt độ 700 8000C độ
dẻo và chịu va chạm cuả HKC tăng lên 2

3 lần so với nhiệt độ 400 6000C và quá

trình mòn sẽ ổn định hơn. Nhưng nhiệt độ cắt tiếp tục tăng,cơ tính của HKC giảm rõ
rệt, do vậy mức độ mòn tăng nhanh.
1.2.3.4. Mòn do khuếch tán
Đặc trưng của quá trình mòn do khuếch tán là sự mất vật liệu do sự khuếch tán
các nguyên tử dụng cụ vào bề mặt vật liệu chi tiết gia công và phoi khi cắt. Khi cắt ở
nhiệt độ cao, biến dạng dẻo lớn nên xảy ra hiện tượng hoà tan lẫn nhau giữa vật liệu
dụng cụ cắt và vật liệu gia công. Kết quả là một phần vật liệu dụng cụ khuếch tán trong
Hình 1.10. Mòn do cào xước mặt trước

quá trình cắt. Phoi và vật liệu gia công cùng mang theo một phần vật liệu dụng cụ.

Các tạp chất có độ cứng cao trong vật liệu gia công, khi chuyển động, cào xước

Trong quá trình cắt, lượng vật liệu dụng cụ khuếch tán vào chi tiết và phoi vài nghìn

các bề mặt tiếp xúc của dụng cụ (hình 1.10.) tạo thành các vết song song với phương

lần lớn hơn so với trường hợp hai vật tiếp xúc với nhau ở trạng thái tĩnh. Khi cắt bằng

thoát phoi. Như vậy trong cơ chế mòn do cào xước, ảnh hưởng của độ cứng vật liệu

dụng cụ HKC ở tốc độ cao, nhiệt cắt khoảng

dụng cụ là rất đáng chú ý.

khuyếch tán. Mòn khuyếch tán xảy ra còn phụ thuộc vào thành phần vật liệu dụng cụ

1.2.3.2. Mòn do dính

và vật liệu gia công. Khi gia công các loại thép hợp kim chịu nóng, mòn khuếch tán có

10000C thì dao thường bị mòn vì

Nguyên nhân của mòn do dính là do khi cắt, phoi trượt và thoát ra trên mặt

thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn 8000C vì có sự tương tác hoá học giữa vật liệu gia công

trước của dụng cụ, vật liệu dụng cụ dính bám vào phoi hay chi tiết gia công và bị dứt đi

và vật liệu dụng cụ. Thành phàn hoá học của vật liệu gia công cũng là thành phần của

từng mảnh nhỏ (Moore -1975). Mòn do dính có thể xảy ra ở mặt sau khi cắt ở tốc độ

vật liệu dụng cụ HKC (TiC, TaC) nên dụng cụ bị mòn nhanh.

thấp và nhiệt độ tiếp xúc không cao. Các mảnh nhỏ bị dứt đi bao gồm ôxýt của bề mặt

1.2.3.5. Mòn do ôxy hoá

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

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

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

39

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Trong môi trường không khí hay dụng dịch trơn nguội, bề mặt dụng cụ có thể bị
ôxy hoá ở mức độ thấp và lớp ôxýt đó có thể bị phá huỷ khi cắt, nó gây ra mòn ôxy hoá

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

40

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

của dụng cụ và có thể có một cơ chế mòn nào đó có thể trội hơn hẳn,nó phụ thuộc vào
điều kiện gia công.

ở nhiệt độ thấp. Khi nhiệt cắt và tốc độ cắt cao trong môi trường không khí hay dung

Nghiên cứu cơ chế mòn của quá trình mòn dụng cụ cho ta nắm được bản chất

dịch trơn nguội, bề mặt dụng cụ bị ôxy hoá khá mạnh. Lớp này rất giòn dễ bị phá huỷ

cuả quá trình mòn dụng cụ, từ đó lựa chọn các nhân tố ảnh hưởng hợp lý (các thông số

dưới tác dụng của lực trong khi cắt, nó gây ra mòn bề mặt dụng cụ.

chế độ cắt,vật liệu dụng cụ và các thông số hình học...) để điều khiển quá trình mòn

1.2.3.6. Mòn điện hoá

theo hướng có lợi nhất. Một hướng khác là ứng dụng các kỹ thuật và đã mang lại nhiều

Mòn điện hoá là do sự phát sinh của nguồn nhiệt điện ở mối tiếp giáp giữa phoi

hiệu quả cho quá trình cắt như: Bôi trơn làm nguội khi cắt và nâng cao chất lượng bề

và dụng cụ tạo ra dòng điện trong mạch. Kết quả là có sự chuyển ion từ bề mặt dụng cụ

mặt bằng phủ trên bề mặt dụng cụ một lớp màng mỏng vật liệu có độ cứng cao có tác

vào phoi và vật liệu chi tiết gia công, gây ra mòn.Dòng nhiệt điện tạo ra ở tiếp xúc giữa

dụng chống mòn cao.

phoi và vết lõm mặt trước,tiếp xúc giữa mặt sau và chi tiết gia công,mật độ của dòng

Bôi trơn và làm nguội quá trình cắt là một kỹ thuật được ứng dụng trong nhiều

điện tìm thấy cao khoảng 5A với dụng cụ là cực âm (Opitz-1975). Mòn điện hoá càng

năm và mang lại hiệu quả rất lớn cho quá trình cắt. Bôi trơn làm giảm ma sát tiếp xúc

được thúc đẩy nhanh khi cắt trong môi trường dung dịch trơn nguội có tính chất như

của các bề mặt dụng cụ như: Ma sát giữa phoi và mặt trước, ma sát giữa chi tiết gia

một dung dịch điện môi.

công và mặt sau, dẫn tới giảm dính bám, giảm nhiệt do ma sát và mòn cuả các bề mặt
dụng cụ. Làm nguội có tác dụng truyền dẫn nhiệt ra khỏi vùng cắt, dãn tới giảm nhiệt
cắt vùng cắt từ đó làm giảm các tác động của nhiệt cắt tới mòn.
Nâng cao chất lượng bề mặt bằng công nghệ phủ một lớp màng mỏng có độ cứng

Mßn

cao trên nền dụng cụ được sử dụng để tăng khả năng chống mòn cho dụng cụ cắt,trong
DÝnh b¸m

KhuyÕch t¸n

Mµi mßn
«xy ho¸

đó lớp phủ TiN là lớp phủ được ứng dụng rộng rãi nhất. Hiệu quả của nó đối với việc
giảm mòn và tăng bền cho dụng cụ trong qúa trình cắt sẽ được làm rõ ở những phần
tiếp theo.
1.3. Mòn của dao phay lăn răng

NhiÖt c¾t

Hình 1.11. Sơ đồ các cơ chế mòn của dụng cụ cắt

Dao phay lăn răng là loại dụng cụ gia công răng theo phương pháp bao hình các

Hình 1.11.cho thấy sơ đồ của cơ chế mòn dụng cụ xuất hiện ở các tốc độ cắt

chuyển động cắt khá phức tạp, điều kiện cắt khó khăn. Mòn của dao phay lăn răng về

khác nhau tương ứng với tốc độ cắt và lượng chạy dao.Trong thực tế của quá trình cắt

cơ bản cũng dựa trên các nghiên cứu cơ bản về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt.

các dạng mòn và cơ chế mòn thường khó phân định được rõ ràng và chúng phụ thuộc

Nhưng do điều kiện cắt và quá trình gia công phức tạp, vì vậy cần có những nghiên

vào rất nhiều yếu tố. Việc phân định và nghiên cứu các cơ chế mòn chỉ mang tính

cứu cụ thể trong điều kiện cắt nhất định. Dao phay lăn răng đĩa xích là loại dao phay

tương đối. Trong thực tế có thể xảy ra đồng thời nhiều cơ chế mòn trong quá trình mòn

lăn, cắt với tiếp xúc biên dạng lớn, chế độ cắt nặng nề, do vậy quá trình mòn khá phức

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

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

41

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

42

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

tạp, cần phải có những nghiên cứu thực nghiệm về mòn để đánh giá ảnh hưởng của
mòn tới tuổi bền dụng cụ và chất lượng cũng như độ chính xác gia công.
1.4. Kết luận chƣơng 1
Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về mòn của dụng cụ cắt cũng như mòn của
dao phay lăn răng.Tác giả thấy rằng nghiên cứu mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt là rất
cần thiết để nâng cao chất lượng và độ chính xác của quá trình gia công sản phẩm. Do
vậy định hướng nghiên cứu của đề tài là: “Nghiên cứu mòn và tuổi bền dao phay lăn
răng đĩa xích thép gió sản xuất tại Việt Nam”

Hình 2.1. Mô hình mòn dụng cụ cắt [1]
- a: Mòn do khuếch tán.

CHƢƠNG 2
NGHIÊN CỨU MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT
2.1. Các nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt
Mài mòn dụng cụ là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng lý hoá ở
các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công. Khi bị mài mòn, dạng và

thông số hình học phần cắt của dụng cụ thay đổi và gây nên các hiện tượng vật lý sinh

- b: Mòn do cào xước.
- c: Mòn do kim loại bị ôxi hoá ở t o

- d: Mòn do dính bám dẫn tới hiện tượng tróc lớp bề mặt.
Chiều cao vết mòn mặt sau hs của dụng cụ cắt được dùng làm chỉ tiêu đánh
giá quá trình mòn. Lượng mòn mặt sau hs của dao được xác định theo công thức:

ra trong quá trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt, rung động...) làm ảnh hưởng xấu đến chất

hs

C1

lượng bề mặt chi tiết gia công, ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt từ đó làm giảm

Trong đó:

-

năng xuất và tăng giá thành của sản phẩm. Để đưa ra những định hướng nghiên cứu
phù hợp với mục tiêu của đề tài, ta nghiên cứu và khảo sát một số mô hình và kết quả

800oC.

C2

(2-1)
là thời gian cắt, C 1 là hệ số:

C1 C0 .V C3 .S C4 .t C5

Với C0, C3, C4 , C5 là các hệ số và số mũ phụ thuộc vào các điều kiện gia

nghiên cứu đã được công bố về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Các hiện tượng mòn

công cụ thể và được xác định bằng thực nghiệm.

xuất hiện ở dụng cụ cắt như hình 2-1

Quá trình mòn phụ thuộc chủ yếu vào thời gian cắt

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



(2-2)

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

và tốc độ cắt v (hình 2.2)




43

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Khi lượng mòn dao hs = [hs] (lượng mòn dao cho phép) thì

(2-3)

cắt tới tuổi bền của dụng cụ. Tuy nhiên số mũ A 6 thường rất nhỏ (A 6

A4

(2-4)

của dao và thường lấy T theo biểu thức (2-4).

A2

A4 A6

(2-5)

Hệ số A3 được biểu diễn như sau:
A3 = A30 .A31 .A32…A3pp

A6 là các hệ số và số mũ phụ thuộc vào các điều kiện gia

các điều kiện cắt cụ thể tới tuổi bền T, ở đây đặc biệt chú ý tới ảnh hưởng của cặp

A 1, A3, A5 > 0

vật liệu gia công - vật liệu dụng cụ cắt.

A 2, A4, A6 < 0

A4

(2-6)

Trong đó A3i là các hệ số xét đến ảnh hưởng của các yếu tố đặc trưng cho

công cụ thể và được xác định bằng thực nghiệm. Khi cắt kim loại luôn luôn có:

A2

0) do đó t A6

1 cho nên khi tính toán người ta bỏ qua ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới tuổi bền

A2

T = A5 .v .S .t
Trong đó A1

Biểu thức (2-5) phản ánh đầy đủ ảnh hưởng của bước tiến dao và chiều sâu

= T (tuổi bền

của dao). Người ta cũng có thể biểu diễn tuổi bền T dưới các dạng sau:

T = A3 .v .S

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Hình 2.3. Quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt V

Hình 2.2. Đồ thị mòn theo thời gian

T = A1 .vA2

44

A3pp là hệ số đặc trưng cho ảnh hưởng của phương pháp gia công tới tuổi

A6

bền T và được xác định bằng thực nghiệm.

Biểu thức (2-3) cho thấy tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất tới tuổi bền T
như hình 2.3.

Biểu thức (2-3) có dạng hàm số mũ và là phương trình tính gần đúng của
tuổi bền xác định bằng thực nghiệm. Mặt khác từ kết quả xác định bằng thực
nghiệm như hình 2.3 ta thấy hệ toạ độ logarit quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc
cắt Vc là quan hệ tuyến tính, từ đồ thị ta có:
LogT

log CV

LogVc

log CT

K . logVC
1
K

Do đó: T = CV.VC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



logT
K

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

(2-7)



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

45

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Hay VC = CT.T1/K
Với K = -tg

Vc

, CV

(2-8)

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

46

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Hình 2.5. Quá trình mòn theo thời gian
Bảng 2.1. Tuổi bền của dụng cụ cắt [12]

1
CTK

Hình 2.4. Phạm vi sử dụng của mô hình tuổi bền T = C v.Vk
Các mô hình (2-7), (2-8) được xác định trong khoảng Tmin < T < Tmax, Các hệ
sốCv, CT và số mũ k tương ứng với mỗi cặp vật liệu gia công, vật liệu dụng cụ cắt có ý

Từ đường giới hạn mòn cho phép hình 2.5, nghiên cứu đã xác định được tuổi bền của

nghĩa rất quan trọng trong việc sử dụng mô hình mài mòn khi tiến hành nghiên cứu tối

dụng cụ cắt trong khoảng 2.5 đến 30.56 phút như bảng 2.1, kết quả trên bảng 2.1 cho

ưu hoá quá trình cắt gọt.

thấy vận tốc cắt V và lượng chạy dao S càng nhỏ thì tuổi bền của dụng cụ cắt càng cao

Theo kết quả nghiên cứu của M. Y. Noordin và các đồng nghiệp nghiên cứu với
dụng cụ cắt phủ PVD-TiAlN gia công thép không rỉ ở độ cứng 47-48 HRC với kết quả

và được thể hiện chi tiết hơn trên đồ thị mối quan hệ giữa vận tốc cắt và lượng chạy
dao với tuỏi bền của dụng cụ cắt như hình 2.6 và hình 2.7

mòn theo thời gian như hình 2.5

Hình 2.6. Ảnh hưởng V tới tuổi bền T

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



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

Hình 2.7. Ảnh hưởng S tới tuổi bền T




Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

47

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Kết quả nghiên cứu còn được tác giả phân tích cơ chế mòn của dụng cụ trên ảnh

48

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Hình 2.10. Sự hình thành các vết nứt mảnh dao

(SEM) như hình 2.8 và 2.9.

Mô hình và kết quả nghiên cứu này đã xác định được chế độ cắt tối ưu theo chỉ
tiêu về tuổi bền của dụng cụ cắt.
2.2. Tuổi bền của dụng cụ cắt
2.2.1. Khái niệm về tuổi bền dụng cụ
Khi nghiên cứu mòn của dụng cụ trong quá trình cắt (hình 1.3) Lượng mòn mặt
sau ứng với giai đoạn 2 và bắt đầu giai đoạn 3 được dùng tiêu chuẩn mài mòn hợp lý h s
và tiêu chuẩn này được sử dụng để xác định tuổi bền dụng cụ cắt. Tuổi bền dụng cụ là
khoảng thời gian làm việc liên tục của dụng cụ ứng với tiêu chuẩn mòn cho phép (
[hs]

hs ), tuổi bền là thông số rất quan trọng của dụng cụ khi cắt. Tuổi bền dụng cụ

phụ thuộc vào nhiều yếu tố của quá trình cắt (chế độ cắt, vật liệu dụng cụ, thông số
Hình 2.8. Mài mòn do khuếch tán

Hình 2.9. Mài mòn do chảy dẻo

Khi cắt ở vận tốc cao dưới tác dụng của lực cắt và nhiệt cắt đã gây biến dạng

hình học ...) nhưng nhân tố ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi bền dụng cụ là tốc độ cắt, khi
tốc độ cắt tăng thì tuổi bền dụng cụ giảm (hình 2.11)

dẻo lớn nên đã xảy ra hiện tượng hoà tan lẫn nhau giữa vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu
gia công, kết quả là một phần vật liệu dụng cụ bị khuếch tán lẫn nhau trong quá trình
cắt, từ đó hình thành các vết nứt tách rồi phá huỷ lưỡi dao [12] như hình 2.10. Đây là
cơ sở khoa học để kiểm nghiệm kết quả của nghiên cứu này.

Hình 2.11. Quan hệ giữa tuổi bền và vận tốc cắt.
a) Quan hệ hàm mũ; b) Quan hệ hàm loga (tuyến tính hoá quan hệ T-V)
2.2.2 Xác định tuổi bền của dụng cụ khi cắt
Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố của quá trình cắt đến tuổi bền T bằng
phương pháp thực nghiệm (đo độ mòn cho phép mặt sau [hs]). Với các kết quả thực
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



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




49

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

nghiệm, các đồ thị quan hệ giữa độ mòn, tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng được xác

50

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Số mũ m được xác định qua đồ thị loga qua hệ V-T như sau:

lập. Từ đó xác định được quan hệ giữa tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng.

m= tg =

Quan hệ giữa tốc độ, độ mòn và thời

lgVi

lgV j

lg TJ

lg TI

( i = 1 j ).

Trong đó:

gian được biểu diễn trên hình 2.11.
với độ mòn [hs] đã xác định được

là góc độ dốc của đồ thị quan hệ loga T-V, i,j là các điểm trên đồ thị

thời gian làm việc của dụng cụ cắt

Giá trị của số mũ m biểu thị mức độ thay đổi tuổi bền theo tốc độ cắt. Nó phụ

với các tốc độ cắt khác nhau (t1 với

thuộc vào nhiều yếu tố như vật liệu gia công, vật liệu làm dao ....Ví dụ khi cắt bằng

v1, t2, t3 với v2, v3 với v1
thép gió, gia công thép, m có trị số lớn hơn khi gia công gang, nhưng khi gia công bằng

t2, t3 chính là tuổi bền T của dụng cụ
ứng với các tốc độ v1,v2, v3.... )

dao HKC thì ngược lại. Thường giá trị của m lớn hơn khi gia công bằng dụng cụ HKC
Hình 2.12 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và

so với khi gia công bằng dụng cụ thép gió. Nghĩa là khi tăng tốc độ cắt như nhau thì

độ mòn của dao

tuổi bền của thép gió sẽ giảm nhanh hơn hợp kim cứng. Đối với các dụng cụ phủ lớp

Khi các yếu tố cắt khác được cố định trên cơ sở đó lập được quan hệ giữa tốc

bề mặt thì giá trị tuổi bền và số mũ ảnh hưởng m đều được cải thiện tốt.
Trong thực tế khi lựa chọn tuổi bền phải dựa vào yêu cầu của quá trình sản

độ cắt và tuổi bền (hình 2.11a và chuyển sang đồ thị lôgarit (hình 2.11b).
Có rất nhiều phương pháp và quan điểm xác định tuổi bền cuả dụng cụ nhưng

xuất. Tuỳ điều kiện cụ thể mà có thể chọn tuổi bền sao cho năng suất cao nhất hoặc giá

phương pháp Taylors là phương pháp phổ biến nhất xác định tuổi bền qua giá trị độ

thành gia công nhỏ nhất.

mòn cho phép [ hs]. Quan hệ giữa tuổi bền và vận tốc cắt khi tiện ứng với lượng mòn

2.2.2.1. Tuổi bền năng suất (Tns)
Năng suất máy cho một nguyên công được xác định bằng số lượng chi tiết sản xuất

cho phép [ hs] được miêu tả bằng công thức Taylors như sau:
V1.T1

m

= V2.T2

Hay V=

m

m

= V3.T3 = V4.T4

m

......= A= const

A
Tm

Trong đó:

1
;
t ct

(2-9)

ra trong một đơn vị thời gian: Q =

(2-10)

Trong đó: - Q là số lượng chi tiết sản xuất ra trong một đơn vị thời gian
- tct là thời gian gia công một chi tiết.

T- tuổi bền của dao (phút); V- Vận tốc cắt (m/phút) .

Như vậy năng suất sản xuất phụ thuộc vào thời gian gia công chi tiết. Điều

T1 ,T2, T3 ,.... - Tuổi bền ứng với vận tốc V1 ,V2, V3 ,....
A- Đại lượng không đổi phụ thuộc vào vật liệu gia công,vật liệu làm

kiện để đạt năng suất cao nhất là thời gian gia công một chi tiết là nhỏ nhất.

dao,chiều sâu cắt,lượng chạy dao và điều kiện gia công

Thời gian gia công một chi tiết được xác định theo công thức:

m- Số mũ nói nên ảnh hưởng của vận tốc tới tuổi bền

tct = tm + ttd. + tk

Để tuyến tính hoá quan hệ trên, logarít hai vế biểu thức (2-10) ta có:
lgV= lgA- mlgT
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trong đó: tct là thời gian gia công xong một chi tiết (phút).
(2-11)



ttd là thời gian một lần thay dao khi dao bị mòn (phút);
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- số lần phải thay dao