TỐI ƢU QUÁ TRÌNH GIA CÔNG KHI PHAY MẶT PHẲNG LÀ GANG CẦU

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

1

Luận văn thạc sĩ

MỤC LỤC

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

2

2.5.4 Các thông số hình học của dao phay

28

2.5.5 Các yếu tố của lớp cắt

30

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

3

2.5.6 Lực cắt khi phay

32

DANH MỤC CÁC BẢNG

5

2.5.7 Độ mòn và tuổi bền của dao phay

33

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

5

2.6 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG

34

PHẦN MỞ ĐẦU

8

2.6.1 Các phƣơng pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt

34

2.6.2 Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt

35

Trang

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN

11

1. Tổng quan về công nghệ bôi trơn truyền thống

11

2. Tổng quan về công nghệ bôi trơn tối thiểu

11

Chương 2

đầu
1. Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu

35

2. Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng gang cÇu bằng dao

36

phay mặt đầu

NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY

14

Chương 3

2.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI

14

LỰA CHỌN TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM

2.1.1 Khái niệm và phân loại phoi

14

3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM

37

37

2.1.2 Sự co rút phoi

15

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

37

2.2 LỰC CẮT GỌT

16

3.1.2 Hệ thống thí nghiệm 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm

38

2.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt

16

3.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

38

2.2.2. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt

18

3.2.1.Mục đích thí nghiệm

40

2.3 HIỆN TƢỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT

18

3.2.2.Trình tự tiến hành thí nghiệm

40

2.3.1 Nhiệt cắt

18

Chương 4

40

2.3.2 Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt

21

TỐI ƢU QUÁ TRÌNH GIA CÔNG KHI PHAY MẶT PHẲNG LÀ

2.4. SỰ MÀI MÒN DAO

21

GANG CẦU

42

2.4.1 Biểu hiện ngoài của sự mài mòn dao

21

4.1. Mô hình hoá quá trình cắt khi phay

42

2.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao

23

4.2. Mô hình hoá toán học tối ƣu hoá quá trình cắt khi phay

43

2.4.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt

25

4.3. Giới hạn vấn đề tối ƣu

46

2.5 GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY

26

Chương 5

46

2.5.1 Khái niệm chung

26

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

46

2.5.2 Phân loại dao phay

27

5.1. Mòn và cơ chế mòn dao

46

2.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay

28

5.1.1. Mòn và cơ chế mòn mặt trƣớc dao

46

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



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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

3

Luận văn thạc sĩ

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

49

F0: lực ma sát của phoi lên mặt trước

5.1.3. Mòn và tuổi bền dao

52

N’: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau

5. 2. Độ nhám bề mặt chi tiết Ra

54

F0: lực ma sát của phoi lên mặt sau

5. 3 . Kết luận

56

Px: thành phần lực cắt theo phương X

PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

57

Py: thành phần lực cắt theo phương Y

I. KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN

57

Pz: thành phần lực cắt theo phương Z

II. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

58

t: chiều sâu cắt

TÀI LIỆU THAM KHẢO

59

S: lượng chạy dao

PHỤ LỤC

61

n: số vòng quay của trục chính

Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MÒN DAO

61

m: số mũ của K

Phụ lục 2. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VỀ ĐỘ NHÁM VÀ ĐỘ MÒN

67

A: công hớt phoi

5.1.2. Mòn và cơ chế mòn mặt sau dao

4

Luận văn thạc sĩ

A1: công sinh ra do biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

DAO

A2: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước dao
A3: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau dao
V: vận tốc cắt
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ps: lực trong mặt phẳng trượt

: góc tác động

Q: nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cắt

1: góc trượt

0: độ mòn dao

: góc cắt

: thời gian làm việc của dao

: góc trước

: góc nghiêng chính của dao

K: hệ số co rút phoi

: góc sau

L: chiều dài phoi

: góc tiếp xúc

L0: chiều dài cắt

f: tiết diện ngang của lớp cắt

a1: chiều dầy phoi thực tế

B: chiều rộng cắt

a: chiều dầy phoi lý thuyết

Sz: lượng tiến dao răng

R: tổng hợp lực tác dụng lên dao

a0: chiều dầy cắt trung bình

R0: lực tổng hợp pháp tuyến

D: đường kính dao phay

R1: tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau

P: lực vòng

N: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước

[u]: lượng mòn mặt sau cho phép

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



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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

5

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

6

Ra: độ nhấp nhô bề mặt trung bình

Hình 2.11

Mòn do chảy dẻo

24

MQL (Minimum Quantity Lubrication): Bôi trơn tối thiểu

Hình 2.12:

Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao

25

Hình 2.13:

Các loại dao phay

27

Hình 2.14:

Các thông số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu

29

Hình 2.15:

Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay

30

Hình 2.16:

Sơ đồ tính góc tiếp xúc

31

Hình 2.17:

Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của răng

32

DANH MỤC CÁC BẢNG

dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt

Trang
Bảng 1. Số liệu độ nhám Ra, Rz sau 2 lượt cắt

67

Hình 2.18:

Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay

32

Bảng 2. Số liệu độ nhám Ra, Rz sau 4 lượt cắt

67

Hình 2.19:

Các dạng mài mòn của răng dao phay

33

Bảng 3. Số liệu độ nhám Ra, Rz sau 6 lượt cắt

67

Hình 3.1:

Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù

37

Bảng 4. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau sau 2 lượt cắt

68

Hình 3.2:

Ảnh hệ thống thí nghiệm

38

Bảng 5. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau sau 4 lượt cắt

68

Hình 3.3:

Ảnh Máy đo nhám

39

Bảng 6. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau sau 6 lượt cắt

68

Hình 3.4:

Ảnh Máy chụp ảnh SEM

40

Hình 4.1:

Mô hình tối ưu hoá quá trình cắt khi phay

42

Hình 5.1:

Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 2 lượt cắt

47

Hình 5.2:

Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 4 lượt cắt

48

Hình 5.3:

Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 6 lượt cắt

49

Trang

Hình 5.4:

Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 2 lượt cắt

50

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1:

Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo

14

Hình 5.5:

Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 4 lượt cắt

51

Hình 2.2:

Các loại phoi

15

Hình 5.6

Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 6 lượt cắt

52

Hình 2.3:

Sơ đồ co rút phoi

16

Hình 5.7

Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 2

53

Hình 2.4:

Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi

16

Hình 2.5:

Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do

17

Hình 2.6:

Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt

20

Hình 2.7:

Các dạng mòn của dụng cụ cắt

22

Hình 2.8:

Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt

22

Hình 2.9:

Quy luật mòn của dụng cụ cắt

23

Hình 5.10:

Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t

55

Hình 2.10:

Mòn do khuếch tán

24

Hình 5.11:

Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và lượt cắt t (2)

55

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



lượt cắt
Hình 5.8:

Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 4

53

lượt cắt
Hình 5.9:

Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 6

54

lượt cắt

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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

7

Luận văn thạc sĩ

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

8

PHẦN MỞ ĐẦU

Hình 5.12:

Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t

55

Hình 5.13:

Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và lượt cắt t (4)

55

Hình 5.14:

Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t

56

Trong thời kỳ CNH và HĐH đất nước, ngành Cơ khí có vai trò rất lớn trong

Hình 5.15:

Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và lượt cắt t (6)

56

việc chế tạo các sản phẩm công nghiệp. Để nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo

1.Tính cấp thiết của đề tài

yêu cầu về tính công nghệ và kinh tế, đặc biệt là khi gia công các sản phẩm có độ
cứng cao, cấu trúc vật liệu phức tạp người ta đã ứng dụng rất nhiều phương pháp
công nghệ từ truyền thống đến không truyền thống.
Đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình gia công cắt gọt chi tiết chính là
bôi trơn - làm nguội vì bôi trơn - làm nguội có tác dụng làm giảm lực cắt, giảm
nhiệt cắt, giảm ma sát, mòn dao, giảm hệ số co rút phoi, đặc biệt làm tăng chất
lượng bề mặt gia công, nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế. Theo công nghệ
truyền thống, khi gia công vật liệu Gang, thông thường người ta không sử dụng bôi
trơn (gia công khô) vì : Đặc điểm biến dạng phần lớn Gang kết cấu dạng ferit hoặc
peclit và từ 3- 5% graphit ở dạng bông hoặc tấm, hay graphit phiến hoặc dạng cầu.
Chính vì có graphit lên tính dẻo của gang giảm, làm phoi dễ gẫy và hoạt động như
một loại chất bôi trơn tự nhiên, lực cắt tương đối nhỏ và phoi vụn. Do vậy gang
được xếp vào nhóm vật liệu dễ gia công cắt gọt, tuy nhiên khi gia công cắt gọt Gang
thường gặp một số vấn đề như:
- Mòn dao do tạp chất cứng lẫn trong gang gây ra
- Có hiện tượng phoi chảy dẻo và dính bám lên mặt sau (Gang cầu)
- Lực cắt rất lớn, nhiệt độ cao, chất lượng gia công giảm (Gang cầu)
Để khắc phục các nhược điểm kể trên tác giả đề xuất ứng dụng công nghệ
bôi trơn tối thiểu khi gia công vật liệu Gang với chế độ cắt tối ưu được chọn trước
vì những ưu điểm nổi bật của công nghệ này như:

- Giảm lực cắt và mòn dao
- Nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt.
- Giảm chi phí dọn phế thải và làm sạch môi trường.
- Không gian làm việc sạch, góp phần giảm ô nhiễm môi trường.

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



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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

9

Trên thế giới công nghệ bôi trơn tối thiểu đã được áp dụng khá phổ biến tại
những nước có nền công nghiệp phát triển như: Anh, Đức, Mỹ, Hàn quốc…

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

10

Luận văn thạc sĩ

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

3.1.Ý nghĩa khoa học

Ở Việt Nam hiện nay những nghiên cứu và ứng dụng về bôi trơn tối thiểu

- Kết quả nghiên cứu sẽ đánh giá khả năng cũng như cho thấy được các ảnh hưởng

còn nhiều hạn chế. Do phương pháp này có nhiều ưu điểm, đặc biệt là thân thiện với

của việc lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối

môi trường nên rất cần có những nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này vào thực

với Gang cầu có bôi trơn tối thiểu. Qua đó đánh giá được mòn, tuổi bền của dao của

tế sản xuất ở nước ta, vì vậy tác giả đề xuất chọn đề tài:

Gang cầu nói riêng và các loại Gang nói chung.

“Nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay
mặt đầu đối với gang cầu có bôi trơn tối thiểu”

3.2. í nghĩa thực tiễn
- Chọn ra được chế độ cắt tối ưu, loại dầu bôi trơn và những chỉ dẫn cụ thể về chế
độ bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với Gang cầu

2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu.

nói riêng và các loại Gang nói chung.

2.1.Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu, đánh giá khả năng bôi trơn- làm nguội của công nghệ bôi trơn
tối thiểu qua đó chỉ ra tính ưu việt của phương pháp này.

- Các kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng trong thực tiễn và dần thay thế công
nghệ truyền thống .

- Nghiên cứu tìm được ra những ảnh hưởng của chế độ công nghệ bôi trơnlàm nguội tối thiểu bằng dầu thực vật đến mòn, tuổi bền của dao khi gia công gang

- Kết quả nghiên cứu đạt được sẽ ứng dụng vào Phay bàn Máp 2 rãnh bằng Gang
cầu tại nhà máy Điêzen Sông công – Thái nguyên.

Cầu( bằng phương pháp phay bề mặt).
- Nghiên cứu đưa ra được chỉ dẫn cụ thể như: áp suất dòng khí, lưu lượng
tưới phù hợp khi gia công mặt phẳng gang Cầu bằng dao phay mặt đầu có gắn mảnh
hợp kim cứng.
- Nghiên cứu để lựa chọn được chế độ cắt tối ưu trong quá trình gia công mặt
phẳng( Gang cầu)có bôi trơn(bôi trơn tối thiểu bằng dầu thực vật).
2.2. Đối tượng nghiên cứu
- Dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC (BK8)
- Gang cầu có độ cứng từ 170-220HB (Bàn Máp 2 rãnh)
- Chế độ bôi trơn tối thiểu bằng dầu thực vật( áp suất dòng khí ).
- Chế độ cắt (lựa chọn bộ thông số S,V,t tối ưu) trong quá trình gia công gang cầu
bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh BK8.
- Các chỉ tiêu công nghệ trong quá trình gia công: Cơ chế mòn và tuổi bền của dao.
2.3.Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm (chủ yếu là thực nghiệm).

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

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




Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn

Lun vn thc s

11

Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn

12

Lun vn thc s

- Gim lc ct v mòn dao
Chng 1

- Nâng cao tui bn ca dng c cắt.

TNG QUAN V CễNG NGH BễI TRN

1. Tng quan v cụng ngh bụi trn truyn thng

- Gim chi phí dn ph thi v l m sch môi trng.
- Không gian l m vic sch, góp phn gim ô nhim môi trng.

- Bụi trn lm ngui kiu ti trn: l phng phỏp c dựng ph bin nht

Nhng nm 90 ca th k XX, cỏc nc cụng nghip phỏt trin CHLB c,

hin nay, dung dch trn ngui c dn t do vo vựng ct thụng qua hin tng

Thy in... ó nghiờn cu v ng dng cụng ngh bụi trn lm ngui ti thiu

mao dn v cỏc thit b cn thit nh bm nc, s chờnh lch cao, bỡnh thụng

(MQL). Hng nghiờn cu v MQL tp trung vo: tỡm ra cỏc loi dung dch ct gt

nhau... u im ca phng phỏp ti trn l ti c nhit ra khi vựng ct, hn

mi ỏp ng c yờu cu ca MQL hoc tỡm cỏc cht ph gia lm tng tớnh ct ca

ch c nh hng xu ca nhit i vi dng c ct. m bo c nhit

dung dch ct gt. Nghiờn cu xỏc nh ỏp sut v lu lng ti u. Ci tin kt cu

trong mụi trng thp v n nh. Giỳp vic vn chuyn phoi ra khi vựng ct d

ca dng c thớch hp vi MQL. Ci tin kt cu u phun v h thng bụi trn.

dng. Gim ma sỏt gia phoi v mt trc, gia phụi v mt sau dng c ct. Nhc

Nghiờn cu ng dng MQL trong gia cụng cng v gia cụng tc cao... [3].

im ca phng phỏp l gõy ụ nhim mụi trng lm vic, t ai v ngun nc.

Trờn th gii cú mt s ti liu ó cụng b nghiờn cu v MQL nh: cỏc tỏc

Tng chi phớ sn xut, vn chuyn, bo dng v tỏi ch cht bụi trn c bit l chi

gi Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiờn cu nh

phớ lm sch trc khi a vo mụi trng. Tiờu tn nhiu dung dch trn ngui.

hng ca MQL n mũn dao, nhỏm b mt v sai lch kớch thc khi tin AISI-

Dung dch khú xõm nhp vo vựng ct.

4340 [14]. Tỏc gi Steven Y. Liang ó nghiờn cu MQL trong tin cng [15]. Tng

- Theo công ngh truyn thng, khi gia công vật liệu Gang, thông thng

cụng ty Master Chemical ó tng kt cỏc ng dng ca MQL trong cụng ngh kim

ngi ta không s dng bôi trn (gia công khô) vì : Đặc điểm biến dạng phần lớn

loi [16]. Tỏc gi Jim Lorincz ó nờu Cỏc gii phỏp ỳng i vi cht lm ngui

Gang kết cấu dạng ferit hoặc peclit và từ 3- 5% graphit ở dạng bông hoặc tấm, hay

trong ú cú nờu nhng thnh cụng ca MQL trong gia cụng ct gt v ng dng

graphit phiến hoặc dạng cầu. Chính vì có graphit lên tính dẻo của gang giảm, làm

MQL trong thit k mỏy cụng c [17].

phoi dễ gẫy và hoạt động nh- một loại chất bôi trơn tự nhiên, lực cắt t-ơng đối nhỏ

Vit Nam, cụng ngh MQL mi ch mi tip cn vi nm gn õy. Hin ó

và phoi vụn. Do vậy gang đ-ợc xếp vào nhóm vật liệu dễ gia công cắt gọt, tuy nhiên

cú mt s nghiờn cu ỏp dng MQL trong gia cụng ct gt ó cụng b nh: tỏc gi

khi gia công cắt gọt Gang th-ờng gặp một số vấn đề nh-:

Trn Minh c ó Nghiờn cu ng dng cụng ngh bụi trn lm ngui ti thiu

- Mòn dao do tạp chất cứng lẫn trong gang gây ra
- Có hiện t-ợng phoi chảy dẻo và dính bám lên mặt sau (Gang cầu)
- Lực cắt rất lớn, nhiệt độ cao, chất l-ợng gia công giảm (Gang cầu)
2. Tng quan v cụng ngh bụi trn ti thiu

Bụi trn lm ngui ti thiu (MQL): l phng phỏp s dng dũng khớ nộn
cú ỏp sut cao phun dung dch trn ngui vo vựng ct di dng sng mự
bụi trn, lm ngui v y phoi ra khi vựng gia cụng.
Bụi trn lm ngui ti thiu (MQL) cú những -u điểm nổi bật nh-:

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn



trong gia cụng ct gt, tỏc gi ó xõy dng c h thng MQL ỏp ng yờu cu
nghiờn cu v rt thun li cho vic chuyn giao cụng ngh MQL trong tin ct t,
phay rónh bng dao phay ngún, phay ln rng, khoan [3]. Tỏc gi Phm Quang
ng ó Nghiờn cu nh hng ca cỏc thụng s cụng ngh bụi trn - lm ngui

ti thiu n mũn dao v cht lng b mt khi phay rónh bng dao phay ngún
[4]. Tỏc gi Nguyn c Chớnh ó Nghiờn cu xỏc nh ỏp lc v lu lng hp lý
thc hin cụng ngh bụi trn lm ngui khi khoan [5]. Tỏc gi Lu Trng c

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

13

Luận văn thạc sĩ

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

đã Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong công nghệ bôi trơn - Làm

Luận văn thạc sĩ

14

Chương 2

nguội tối thiểu khi phay rãnh [6].

NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY

Như vậy, theo các tài liệu đã công bố về MQL trong gia công cắt gọt thì

nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay mặt phẳng gang cầu bằng dao phay mặt đầu
cácbít chưa được nghiên cứu. Trong khi đó nhu cầu phay gang (đặc biệt là gang

2.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI
2.1.1 Khái niệm và phân loại phoi

cầu) được đặt ra để tránh hoặc giảm bớt được nguyên công mài. Chính vì vậy tác
giả đã đề xuất chọn đề tài:

Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 2.1a),
sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết

Nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ƣu khi phay mặt phẳng bằng
dao phay mặt đầu đối với gang cầu có bôi trơn tối thiểu

bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần
tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 2.1b). Hiện tượng tương tự
cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1  5 (hình 2.1c).
a)

b)
P



a

1
2



a



C

P

B

c)
2

C





P


4

a

1

3
5

B

Hình 2.1. Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo
Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng góc , góc này được
gọi là góc tác động. Góc  1 gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng
trượt.
Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với
chiều sâu cắt lớn và góc cắt  nhỏ.
Hình 2.2 là các loại phoi được hình thành trong quá trình gia công các loại
vật liệu khác nhau.

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



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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

15

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

16

Phoi dây (hình 2.2a) được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu

a1

cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước  lớn [7].

a

chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước  nhỏ [7].

L

Phoi xếp lớp (hình 2.2b) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với

L

Phoi vụn (hình 2.2c) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều
sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước  nhỏ [7].
Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước  lớn thì

L0

phoi vụn (hình 2.2d) có hình dạng không giống nhau được hình thành.

Hình 2.3. Sơ đồ co rút phoi

b)

a

P

a

a)

C



P

C

P

C

B

l

d)

a

a

c)



B

P

l0

B

Hình 2.4. Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi
Hình 2.2. Các loại phoi

Khi xét một phần tử phoi (hình 2.4), hệ số co rút phoi sẽ bằng:

2.1.2 Sự co rút phoi
Biến dạng dẻo khi cắt kim loại được thể hiện ở chỗ chiều dày phoi a 1 lớn hơn
chiều dày cắt a (hình 2.3). Nhưng trong trường hợp này có sự thay đổi về hình dáng,
còn thể tích vẫn được giữ nguyên, cho nên chiều dài phoi L sẽ ngắn hơn quãng
đường mà dao đi qua L0 (chiều dài cắt). Hiện tượng phoi bị ngắn lại theo chiều dài
và lớn lên theo bề dày được gọi là sự co rút phoi K:
K

K

l0 sin(900  1   ) cos(1   )


l
sin 1
sin 1

Trong thực tế, K = 1,5  4.
Sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm sự co rút của phoi [7].
2.2 LỰC CẮT GỌT
2.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt

L0 a1
 1
L a

Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực. Các lực này tác

Hệ số co rút phoi là chỉ tiêu gián tiếp đánh giá cường độ biến dạng dẻo khi

dụng lên phôi và lưỡi cắt. Hình 2.5a là sơ đồ lực tác động lên phôi khi cắt tự do.

cắt kim loại

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



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

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

17

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

18

t: chiều sâu cắt (mm);
R1

b) N'



v

F0
R1

R

d)

L0

m: số mũ của K (phụ thuộc vào vật liệu gia công).
Ngoài hai thành phần lực Pz và Py còn có thêm thành phần lực Px (lực tác

N



F0'

R0

R1

c)

R0

N'

K: hệ số co rút phoi;

F'0



a)

S: lượng chạy dao (mm/vòng);

y
Py

dụng theo phương trục chi tiết).
Tương quan của các thành phần lực này trong điều kiện gia công bình

R

Pz

z

thường có thể được tính như sau [7]:
Px = (0,2  0,3)Pz

Hình 2.5. Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do
Mặt trước của dao chịu tác dụng của lực R0, lực R0 là tổng hợp lực pháp
tuyến N và lực ma sát của phoi lên mặt trước F0, có nghĩa là: R0  N  F0 . Mặt sau
của dao (gần lưỡi cắt) chịu tác dụng của lực pháp tuyến N’ và lực ma sát lên mặt
sau của dao F0’. Tổng của hai lực N’ và F0’ là R1. Vì góc sau  nhỏ và có độ mòn ở
mặt sau của dao, cho nên ta có thể tính lực như trên hình 2.5b, có nghĩa là phương
của lực F0’ ngược với phương tốc độ cắt V. Để thực hiện được quá trình cắt hoặc để
giữ trạng thái cân bằng của dao thì từ ngoài phải có một lực tác dụng lên dao

Py = (0,3  0,4)Pz
2.2.2. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt
Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm lực
cắt xuống 30%, thậm chí xuống 45% khi cắt ren bằng tarô [7].
Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt phải càng giảm rõ rệt nếu vật

liệu gia công càng có độ dẻo cao. Điều này được giải thích như sau: trong trường
hợp này lực ma sát giữa dao và phoi tăng, do đó hiệu quả của việc sử dụng dung
dịch trơn nguội càng phải cao [7].

R  R0  R1 (hình 2.5c).

Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên không nên sử dụng dung dịch

Phân tích lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần:
- Thành phần lực Pz theo phương chuyển động chính hoặc theo phương dịch
chuyển của dao và ta gọi Pz là lực tiếp tuyến.
- Thành phần lực Py theo phương trùng với đường tâm dao và ta gọi P y là lực
hướng kính. Khi chiếu các lực lên phương của trục y và trục z ta được:
Pz = Ncos + F0sin + F0’

trơn nguội khi gia công với tốc độ cắt lớn. Ví dụ khi gia công thép 10 với tốc độ cắt
cao và dùng dung dịch trơn nguội emunxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ít so với trường
hợp gia công không có dung dịch trơn nguội [7].
Mặc dù có lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội
trong mọi trường hợp (kể cả gia công tốc độ cao) vẫn có ưu điểm vì khi có dung
dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn, ngoài ra độ

Py = -Nsin + F0cos+ N’

chính xác và độ nhám bề mặt cũng được cải thiện đáng kể [7].

Lực pháp tuyến N có thể xác định theo công thức gần đúng sau đây:
N   0tSK m

2.3 HIỆN TƢỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT

2.3.1 Nhiệt cắt

Ở đây:

Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt đóng vai trò rất quan trọng, bởi vì nó
0: giới hạn chảy của vật liệu gia công khi bị nén (kG/mm2);

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



ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề

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




Trường ĐHKT Cơng Nghiệp Thái Ngun

19

Luận văn thạc sĩ

mặt. Ngồi ra, nhiệt cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến cường độ mòn và tuổi bền dao

Trường ĐHKT Cơng Nghiệp Thái Ngun

Luận văn thạc sĩ

20

Thực tế cho thấy, phần lớn cơng cắt gọt A (hơn 99,5%) sinh ra nhiệt cắt. Vì
vậy, lượng nhiệt tỏa ra trong q trình cắt là [7]:

[7].
Sự tỏa nhiệt khi cắt là do một cơng A (kGm) sinh ra trong q trình hớt phoi.

Q

Cơng A được xác định theo cơng thức:
A = A1 + A2 + A3

P .V
A
 z
427 427

Nhiệt cắt Q được tính bằng kcal/phút.

(1)

Nhiệt trong q trình cắt lan tỏa từ điểm có nhiệt độ cao nhất đến điểm có

Ở đây:
A1: cơng sinh ra biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo;

nhiệt độ thấp nhất. Nhiệt trong q trình cắt chủ yếu tập trung ở phoi và một phần ở

A2: cơng sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước của dao;

dụng cụ. Nhiệt do ma sát ở mặt trước và mặt sau sẽ tập trung ở mặt trước III và mặt
sau IV, ở phoi II và chi tiết gia cơng I (hình 2.6). Có một phần nhỏ nhiệt tỏa ra vào

A3: cơng sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau của dao.

mơi trường xung quanh.

Mặt khác, cơng A được tính theo cơng thức:

Đường đẳng nhiệt

Vùng trượt

A = Pz.L

a

Ở đây:
Pz: lực cắt tác dụng theo phương tốc độ cắt (kG);

II

III
IV

L: qng đường mà dụng cụ đi qua hay chiều dài cắt (m).
Các cơng thành phần trong cơng thức (1) có tỉ lệ như sau: A1 = 55%,

I

A2 =

35%, A3 = 10%. Nếu lấy qng đường mà dụng cụ đi qua trong một phút, ta có
Hình 2.6. Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt

cơng thức trong một phút:

Khi biết lượng nhiệt sinh ra trong q trình cắt lan tỏa giữa phoi, chi tiết gia

A = Pz.V = Ps.Vs + F.VF + F1.VF1

cơng và dụng cụ, có thể viết phương trình nhiệt như sau:

Ở đây:
V: tốc độ cắt (m/phút);

Q = Q1 + Q2 + Q3 = Qp + Qd + Qc + Qm
Ở đây:

Ps: lực trong mặt phẳng trượt hay lực trượt (kG);

Q1, Q2, Q3: nhiệt ứng với các cơng ở cơng thức 1;

Vs: tốc độ trượt (m/phút);

Qp, Qd, Qc, Qm: nhiệt ở phoi, ở dụng cụ, ở chi tiết và ở mơi trường

F: lực ma sát ở mặt trước của dao (kG);
F1: lực ma sát ở mặt sau của dao (kG);

VF 

xung quanh.

V
: tốc độ chuyển động của phoi ở mặt trước của dao (m/phút);
K

K: hệ số co rút phoi;
VF1: tốc độ chuyển động của bề mặt gia cơng tương đối so với mặt
trước của dao (m/phút), VF1 = V.

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



Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khi gia cơng với tốc độ cắt khơng
lớn (30 ÷ 40 m/phút) tỉ lệ nhiệt như sau: Qp  60  70%; Qd  3%; Qc  30  40%;
Qm  1  2%. Khi tốc độ cắt tăng, tỉ lệ nhiệt vào phoi tăng. Ví dụ, khi tốc độ cắt V =
400  500 m/phút, nhiệt vào phoi Qp  97  98%; Qd  1%. Thực nghiệm cũng đã

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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

21

Luận văn thạc sĩ

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

khẳng định rằng tính dẫn nhiệt của chi tiết gia công càng nhỏ thì nhiệt tỏa vào dụng

a)

Luận văn thạc sĩ

22

c)

b)

cụ càng lớn [7].

f

l

Khi cắt với tốc độ V = 10 m/phút, nhiệt độ lớn nhất trên mặt trước của dao


Khi tốc độ cắt là V = 200 m/phút nhiệt độ ở các nơi tương ứng là 1265 0C và 4000C



1



l



khoảng 5400C, còn trên khoảng cách 0,2 mm của mặt trước nhiệt độ khoảng 450 0C.

[7].
Khi gia công vật liệu có tính dẫn nhiệt thấp, ví dụ hợp kim Titan BT2 thì
nhiệt độ vào dao lớn hơn khi gia công các vật liệu thông thường khác.

Hình 2.7. Các dạng mòn của dụng cụ cắt

a)

b)

Khi nói về nhiệt độ cắt, cần nhớ rằng nó có giá trị không như nhau ở các
điểm khác nhau của vùng cắt. Ở các điểm khác nhau của bề mặt dụng cụ và phoi có
nhiệt độ khác nhau. Ngoài ra, tại mỗi điểm nhiệt độ có thể thay đổi theo thời gian.
Nhiệt độ cao nhất tồn tại ở tâm áp lực của phoi xuống dao và ở lưỡi cắt chính [7].
Hình 2.8. Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt

2.3.2 Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt
Dung dịch trơn nguội xâm nhập vào vùng cắt có tác dụng làm mát và tải

Khi mòn theo dạng thứ hai thì ngoài mặt sau bị mòn, mặt trước cũng bị mòn

nhiệt ra khỏi vùng cắt, do đó làm nhiệt độ vùng cắt giảm xuống [7].

(hình 2.7b). Mòn mặt trước có hình dạng đặc thù riêng. Dưới tác dụng của phoi ở

2.4. SỰ MÀI MÒN DAO

mặt trước của dao tồn tại một vết lõm có bề rộng l và chiều sâu 1 (hình 2.7b). Cạnh
ngoài của vết lõm nằm gần song song với lưỡi cắt chính, còn chiều dài b của vết

2.4.1 Biểu hiện ngoài của sự mài mòn dao
Do áp lực, nhiệt độ và tốc độ cắt, các bề mặt tiếp xúc của dao trong quá trình

lõm bằng chiều dài làm việc của lưỡi cắt chính. Tùy thuộc vào tốc độ cắt và khoảng

sử dụng bị mài mòn. Tất cả các loại dụng cụ đều bị mài mòn: theo mặt sau (dạng

cách giữa cạnh ngoài vết lõm và lưỡi cắt chính có thể thay đổi. Khi gia công thép

mài mòn thứ nhất) hoặc theo mặt sau và mặt trước (dạng mòn thứ hai). Cả hai loại

với tốc độ cắt thấp và trung bình bằng dao thép gió, lưỡi cắt chính và cạnh ngoài

mòn này đều tồn tại khi gia công với mọi chế độ cắt được dùng trong sản xuất.

của vết lõm tồn tại khoảng cách f (gọi là đoạn nối ngang), đoạn f này giảm dần theo

Khi mòn theo dạng thứ nhất (hình 2.7a) ở mặt sau của dao tạo thành tiết diện

chiều tăng của diện tích vết lõm. Điều này có liên quan đến lẹo dao, lẹo dao giữ cho

mòn có bề rộng là . Dọc theo lưỡi cắt chính bề rộng của tiết diện mòn nhìn chung

mặt trước không bị phoi cọ sát nhiều. Khi gia công thép với tốc độ cắt lớn bằng dao

rất nhỏ.

hợp kim cứng không tồn tại lẹo dao cho nên cạnh ngoài của vết lõm trùng với mặt

Về nguyên tắc, bề rộng lớn nhất của tiết diện mòn tồn tại ở mặt sau của dao

sau của dao, do đó mặt trước của dao chỉ tồn tại vết lõm (hình 2.7c).

hoặc ở chỗ chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ (hình 2.8a). Trong một số

Dạng mòn của dụng cụ cắt phụ thuộc vào vật liệu gia công, chiều dày cắt a

trường hợp ở điểm của lưỡi cắt chính tương ứng với bề mặt gia công tồn tại mòn

và tốc độ cắt v. Khi gia công các vật liệu dẻo (thép) mòn dao xảy ra theo dạng thứ

cục bộ có hình dạng như cái lưỡi (hình 2.8b).

nhất và dạng thứ hai. Khi gia công các vật liệu giòn (gang) mòn dao xảy ra theo
dạng thứ nhất nhiều hơn dạng thứ hai [7].

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



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

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

23

Chiều dày lớp cắt và tốc độ cắt có ảnh hưởng như nhau đến dạng mòn của
dụng cụ. Khi cắt với chiều dày cắt nhỏ (< 0,1 mm) và tốc độ cắt thấp, dao mòn theo

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

24

Luận văn thạc sĩ

dụng cụ và thép gió nhanh hơn so với dụng cụ bằng hợp kim cứng, bởi vì dao hợp
kim cứng có độ cứng rất cao.

mặt sau (dạng mòn thứ nhất). Khi tăng chiều dày cắt và tốc độ cắt ngoài mặt sau ra,

- Mòn tiếp xúc: bề mặt của phoi và mặt trước của dao không phải là các bề

mặt trước của dao cũng bị mòn (dạng mòn thứ hai). Hơn nữa, chiều dày cắt a và tốc

mặt có độ nhẵn bóng tuyệt đối, vì vậy chúng chỉ tiếp xúc với nhau theo các đỉnh

độ cắt v càng tăng thì mặt trước càng mòn nhanh hơn mặt sau [7].

nhấp nhô. Điều này gây ra áp lực lớn phá vỡ các màng bị oxi hóa, do đó xảy ra hiện

Góc trước  và dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng không đáng kể đến dạng

tượng hàn nguội giữa vật liệu phoi và bề mặt dụng cụ ở các điểm tiếp xúc thực tế.
Sự hàn nguội này xảy ra với xác suất lớn hơn khi nhiệt độ cắt cao. Khi phoi dịch

mòn của dao [7].

chuyển theo bề mặt dao, tại các chỗ tiếp xúc xuất hiện ứng suất cắt và kết quả các

2.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao
Mặc dù mài mòn của dụng cụ cắt là chỉ tiêu quan trọng của khả năng làm

hạt kim loại ở mặt trước của dao bị bóc tách, có nghĩa là bị mài mòn.

việc của dụng cụ, nhưng bản chất vật lý của mài mòn vẫn chưa được nghiên cứu sâu

- Mòn khuyếch tán: nhiệt độ và biến dạng dẻo ở bề mặt tiếp xúc gây ra quá

do tính phức tạp của quá trình tiếp xúc xảy ra ở mặt trước và mặt sau của dao. Có

trình khuyếch tán ở vật liệu dao và vật liệu gia công. Trong trường hợp này khuyếch

nhiều giả thuyết giải thích bản chất vật lý của sự mài mòn dụng cụ.

tán không xảy ra đối với các phân tử của liên kết hóa học, mà khuyếch tán chỉ xảy
ra đối với các phân tử riêng biệt của liên kết này. Ví dụ, các phân tử Cácbon,

Các hiện tượng mòn xuất

Vônfram, Titan, Côban có trong thành phần của hợp kim cứng dụng cụ.

hiện ở dụng cụ cắt như hình 2.9
- a: Mòn do khuếch tán.
- b: Mòn do cào xước.
- c: Mòn do kim loại bị ôxi hoá ở
t ≥ 800 C.
o

o

- d: Mòn do dính bám dẫn tới hiện
tượng tróc lớp bề mặt
Hình 2.9. Mô hình mòn dụng cụ cắt [1]
Dưới đây ta phân tích từng trường hợp cụ thể:
- Mòn hạt mài: khi có ma sát của phôi với mặt sau và ma sát của phoi với
mặt trước của dao, các hạt tinh thể cứng của vật liệu gia công làm xước vật liệu dao
và dần dần phá hủy mặt dao. Cường độ mòn hạt mài tăng khi hàm lượng silic
(Si ≤ 3.5%) trong gang (vật liệu gia công) vượt quá giới hạn. Lẹo dao có thể làm
xước bề mặt dụng cụ nhanh hơn cả vật liệu gia công bởi độ cứng của lẹo dao cao
hơn nhiều so với độ cứng của vật liệu gia công. Mòn hạt mài của dụng cụ bằng thép

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



Hình 2.10. Mài mòn do khuếch tán

Hình 2.11. Mài mòn do chảy dẻo

Theo quy luật phát triển của lớp khuyếch tán thì tốc độ khuyếch tán tăng
nhanh ở giai đoạn đầu của quá trình khuyếch tán. Trong quá trình cắt thời gian tiếp
xúc của phoi và dao xảy ra rất nhanh (% hoặc phần nghìn giây), vì vậy những phần
khác nhau của vật liệu gia công liên tục tiếp xúc với bề mặt dụng cụ, làm cho quá

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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

25

Luận văn thạc sĩ

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

trình khuyếch tán ở giai đoạn đầu tăng mạnh, gây ảnh hưởng lớn đến cường độ mòn
của dụng cụ.

Luận văn thạc sĩ

26

- Phần 1: Mòn ban đầu với khoảng thời gian không lớn. Trong giai đoạn này,
mòn xảy ra với cường độ rất lớn do sự mài mòn các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt dụng

- Mòn oxy hóa: giả thuyết về mòn oxy hóa được đưa ra trên cơ sở ăn mòn

cụ.

của các hợp kim cứng khi chúng bị nung nóng trong môi trường Oxy và sự không

- Phần 2: Mòn bình thường. Giai đoạn này bắt đầu từ thời điểm khi mà chiều

thay đổi tính chất của lớp bề mặt hợp kim cứng khi chúng bị nung nóng trong các

cao nhấp nhô có giá trị rất nhỏ. Ở giai đoạn này, độ mòn gần như tăng tỉ lệ tuyến

loại khí như Acgôn, Nitơ và Gheli. Theo giả thuyết này, khi nhiệt độ cắt 700 

tính với thời gian làm việc của dụng cụ. Đây là giai đoạn có thời gian làm việc lớn

0

800 C Oxy của không khí tham gia vào phản ứng hóa học với pha của Côban trong

nhất của dụng cụ.

hợp kim cứng và Cácbít Vônfram, Cácbít Titan. Do hợp kim cứng có độ xốp lớn

- Phần 3: mòn kịch liệt. Ở giai đoạn này dao có thể bị xước lưỡi cắt hoặc bị

cho nên quá trình oxy hóa không chỉ xảy ra trên các lớp bề mặt tiếp xúc của dụng cụ

gãy đầu dao. Mòn ở giai đoạn này không cho phép dao tiếp tục làm việc, có nghĩa là

mà còn ở các hạt vật liệu (hợp kim cứng) nằm sâu dưới lớp bề mặt. Sản phẩm oxy

cần phải mài lại dao hoặc thay dao mới.

hóa của Côban là các ôxít Co3O4, CoO và cácbít WO3, TiO2. Độ cứng của các sản

2.5 GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY

phẩm oxy hóa thấp hơn độ cứng của hợp kim cứng khoảng 40  60 lần. Điều này

2.5.1 Khái niệm chung

tạo điều kiện thuận lợi cho lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao san phẳng các

Phay là phương pháp gia công kim loại được dùng phổ biến từ thế kỷ XIX.

hạt cácbít và mài mòn các bề mặt này. Khi lượng Côban trong hợp kim cứng tăng

Từ đó đến nay nó đã trải qua một thời kỳ dài phát triển. Phương pháp phay được

thì tốc độ oxy hóa tăng, do đó bề mặt dụng cụ bị mài mòn tăng. Khi cắt trong môi

nhiều học giả quan tâm nghiên cứu.

trường khí Acgôn, Gheli và Nitơ có thể giảm được cường độ mòn của dụng cụ.

Phay cho độ chính xác kích thước và độ nhám không cao lắm (độ chính xác
kích thước không cao hơn cấp 2  4 và độ nhám cấp (6  7) [7], [8].

2.4.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt

Có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình, rãnh then, then hoa, bánh răng...
bằng dao phay.
Trải qua một thời gian dài phát triển, dao phay ngày càng được cải tiến, đã
xuất hiện nhiều kiểu khác nhau như: dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay đĩa
cắt đứt, dao phay ngón, dao phay góc, dao phay định hình...
Nói chung, dao phay là dụng cụ nhiều lưỡi cắt nên quá trình cắt ngoài những
Hình 2.12. Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao
Hình 2.12 là quan hệ phụ thuộc giữa độ mòn  của dụng cụ cắt và thời gian
làm việc của nó  (gọi là đường cong mòn).

đặc điểm của phương pháp tiện, còn có những đặc điểm sau đây:
- Năng suất phay cao hơn bào nhiều lần do có đồng thời nhiều lưỡi cắt.
- Lưỡi cắt của dao phay không làm việc liên tục, mặt khác khối lượng thân
dao thường lớn nên khả năng truyền nhiệt tốt.

Đường cong mòn có thể chia làm ba phần:

- Diện tích cắt khi phay thay đổi do đó lực cắt thay đổi gây rung động trong
quá trình cắt.

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



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

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

27

Luận văn thạc sĩ

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

- Khả năng tồn tại lẹo dao ít do lưỡi cắt làm việc gián đoạn gây va đập và
rung động.

28

Luận văn thạc sĩ

- Theo kết cấu của răng: dao phay răng nhọn, dao phay răng tù (phay hớt
lưng).
- Theo kết cấu: dao phay liền, dao phay ghép, dao phay răng chắp, đầu dao

2.5.2 Phân loại dao phay

lắp ghép.
- Theo phương pháp kẹp chặt: dao phay có lỗ, dao phay chuôi trụ hay côn.
2.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay
Hợp kim cứng thường được sử dụng cho chế tạo dao phay mặt đầu, dao phay
có kích thước lớn. Ít khi được sử dụng để chế tạo dao phay ngón cắt rãnh.
Hợp kim cứng có độ cứng cao, có thể đạt HRA = 86  92, chịu nhiệt độ
khoảng 10000C, do đó có thể tăng vận tốc cắt lên gấp 2  3 lần thép gió. Hợp kim
cứng được chế tạo từ các bột cácbít vônfram (WC), cácbít titan (TiC), cácbít tantan

(TaC), trộn với chất dính kết là bột côban, ép mảnh định hình rồi thiêu kết ở nhiệt
độ ở khoảng 20000C để côban chảy ra và liên kết các hạt cácbít lại với nhau. Các
hợp kim cứng thường dùng là BK, TK, TTK hoặc P01, P10, P20, P30, P40, P50,
M10, M20, M30, M40, K01, K10, K20, K30.
Theo tiêu chuẩn Nga (OCT) có thể phân thành bằng tay loại hợp kim cứng:

Hình 2.13. Các loại dao phay
a- dao phay trụ; b- dao phay đĩa và dao phay rãnh; c- dao phay ngón; d,e- dao
phay mặt đầu; g- dao phay định hình; h- dao phay cắt đứt

Nhóm 1 cácbít BK: là hợp kim cứng một cácbít WC như BK3, BK8, BK10...
Ví dụ BK8 có 8%Co và 92% Cácbít.

Theo khả năng công nghệ:

Nhóm 2 cácbít TK: là hợp kim cứng hai cácbít TiC và WC như T15K6,

- Dao phay mặt phẳng.

T30K4... Ví dụ T15K6 có 6%Co, 15% TiC và 79% WC.
Nhóm 3 cácbít TTK: là hợp kim cứng ba cácbít TiC, WC, TaC như: TT7K12

- Dao phay rãnh.
- Dao phay định hình.

có 12% Co, 7%TiC và 81% WC.

- Dao phay bánh răng và ren.

2.5.4 Các thông số hình học của dao phay

- Dao phay các chi tiết tròn xoay.

Ở dao phay mặt đầu (hình 2.14) các lưỡi cắt được chế tạo giống như các dao

- Dao phay cắt đứt.

tiện có lưỡi cắt chuyển tiếp.

Theo đặc điểm cấu tạo:
- Theo phương của răng: dao phay răng thẳng, dao phay răng nghiêng, dao
phay răng xoắn...

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



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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

29

Luận văn thạc sĩ

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

30

thuộc vào độ cứng vững của hệ thống công nghệ. Khi độ cứng của hệ thống công
nghệ đảm bảo,  được chọn trong khoảng 20  300. Góc nghiêng phụ 1 được chọn
phụ thuộc vào độ bóng bề mặt yêu cầu.
2.5.5 Các yếu tố của lớp cắt

Hình 2.14. Các thông số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu
Định nghĩa các góc của dao phay mặt đầu cũng tương tự như định nghĩa các
góc của dao tiện thường. Ví dụ, góc  (góc nghiêng chính) là gócgiữa hình chiếu
của lưỡi cắt chính lên mặt phẳng đáy (mặt phẳng đi qua tâm dao) và phương chạy
dao. Góc  0 


2

là góc nghiêng của góc cắt chuyển tiếp.

Hình 2.15. Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay

Đo góc  được thực hiện trong mặt phẳng N-N vuông góc với lưỡi cắt chính,

Quá trình phay có những đặc điểm sau:

còn góc sau  được đo trong mặt phẳng của hình chiếu của quỹ đạo chuyển động
của một điểm của lưỡi cắt, có nghĩa là trong mặt phẳng A-A vuông góc với trục của

Mỗi răng của dao phay trong quá trình cắt sẽ hớt ra phoi có dạng một dấu

phẩy (hình 2.15), còn chiều dày cắt thay đổi từ 0 đến amax.

dao và trùng với phương chạy dao.

Mỗi một răng của dao phay làm việc với chế độ gián đoạn theo chu trình kỳ.

Giữa góc sau N và  có quan hệ phụ thuộc sau:

Chế độ làm việc như vậy có ưu điểm là khi răng của dao phay đi ra khỏi chi tiết nó
được làm nguội còn nhược điểm là khi răng ăn vào chi tiết gia công sẽ gây ra va

tgN = tg.sin
Ngoài các góc trên đây, dao phay mặt đầu còn có thêm góc hướng kính (hay
góc ngang) N trong mặt phẳng cắt ngang A-A và góc trục (hay góc dọc) 2 trong

đập.
Để phân tích chiều dày cắt và diện tích của lớp cắt cần xác định góc tiếp xúc
, có nghĩa là góc tâm tương ứng với cung tiếp xúc của dao phay với phôi (hình

mặt phẳng cắt dọc B-B.
Các góc của dao phay được chọn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu gia

2.16). Ta có:

công, điều kiện cắt và kết cấu của nó. Ví dụ, khi gia công thép bằng dao phay mặt
đầu hợp kim cứng thì chọn góc  = -10  +10 , còn khi gia công gang  = +5  0.
0

Góc nghiêng chính  của dao phay mặt đầu thường bằng 45  600 và được chọn phụ

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



sin

B
B
 2 
2 D D
2



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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

31

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

32

Luận văn thạc sĩ

Hình 2.17. Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của các răng dao phay
Hình 2.16. Sơ đồ tính góc tiếp xúc

khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt

Chiều dày cắt a là khoảng cách giữa hai vị trí hình chiếu của hai răng kề
nhau được đo theo phương hướng kính (hình 2.17)

2.5.6 Lực cắt khi phay
Tổng hợp lực R1 có thể phân tích thành hai thành phần: lực vòng P (PZ) tác

Công thức tổng quát của chiều dày cắt được tính như sau:

dụng theo tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt và lực hướng kính P y
(hình 2.18a).

a = SZ.sin
Ở đây:  là góc tiếp xúc tức thời giữa đường vuông góc (với mặt gia công)
và bán kính tại điểm tiếp xúc của đỉnh răng dao với chi tiết gia công.
Chiều dày cắt trung bình a0 bằng:
a0  S Z

1
t
(1  cos )  S Z
2
D

Khi biết chiều rộng cắt B và chiều dày cắt amax có thể xác định được diện tích

của tiết diện ngang của lớp cắt bằng dao phay:
f  B.a

Hình 2.18. Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay trụ
f max  2 BS Z

t
t2

D D2

a) Răng thẳng; b) Răng xoắn (răng nghiêng)
Ngoài ra, tổng hợp lực R1 có thể phân tích thành: lực nằm ngang P H và lực
thẳng đứng PV. Nếu dao có răng xoắn (răng nghiêng) ngoài lực R1 tác dụng lên răng
dao trong mặt phẳng vuông góc với trục của dao còn xuất hiện lực dọc trục P0, khi
đó tổng hợp lực sẽ là R (hình 2.18b).
Lực P là lực cần quan tâm nhất bởi nó thực hiện công việc chính để cắt phoi.
Dựa theo lực này mà người ta tính công suất cắt và tính các chi tiết của cơ cấu

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



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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

33

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

34

Luận văn thạc sĩ

chuyển động chính của máy. Lực hướng kính Py gây ra áp lực lên ổ bi của trục

chế độ cắt nên giảm tuổi bền của dao xuống khi phay thép hợp kim và thép khó gia

chính máy và uốn võng trục dao. Dựa theo lực ngang P H (lực chạy dao) người ta

công.

tính toán cơ cấu chạy dao và đồ gá kẹp phôi. Lực này có thể gây rung động khi giữa

2.6 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG

cặp vít me - đai ốc có khe hở. Lực hướng kính PV có xu hướng nâng phôi lên khỏi

2.6.1 Các phƣơng pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt

bàn máy và nâng bàn máy lên khỏi thân máy.

Dung dịch trơn nguội có tác dụng [3]:

Công thức tính lực vòng khi phay bằng dao phay bằng dao phay trụ răng
thẳng:

- Dung dịch có khả năng xâm nhập tốt nhất vào vùng cắt, đặc biệt xâm nhập
vào các vết nứt tế vi, khi đó nó đóng vai trò như cái chêm làm giảm lực liên kết giữa

P  CP .t x P .SZ p .B.z.D
y

các nguyên tử, khiến lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt dễ dàng hơn.

qp

Cấu trúc và dạng công thức trên cũng đúng cho cả dao phay mặt đầu [7].

- Khả năng làm lạnh của dung dịch càng lớn khi nhiệt hóa hơi, độ dẫn nhiệt
và nhiệt dung của nó càng lớn, nhờ đó tuổi bền của dao tăng lên và biến dạng do

2.5.7 Độ mòn và tuổi bền của dao phay
Tùy thuộc vào điều kiện cắt, răng dao phay có thể bị mài mòn tùy theo mặt
trước (hình 2.19a) hoặc đồng thời bị mài mòn theo cả hai mặt trước và sau (hình

nhiệt của dao giảm đi.
- Khi gia công vật liệu dẻo, dung dịch trơn nguội giúp phá hủy mạng tinh thể
ở lớp cứng nguội.

2.19b). Chiều dày cắt càng nhỏ, độ mòn của mặt sau càng lớn.

- Chất bôi trơn làm nguội luôn phải có xu hướng làm giảm lực cắt, giảm hệ
số ma sát, giảm biến dạng phoi. Kết quả thể hiện ở việc kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt,

giảm nhiệt tại vùng cắt, giảm độ mấp mô bề mặt.
Dung dịch trơn nguội có thể pha chế theo nhiều công thức khác nhau để
thích hợp với từng điều kiện gia công khác nhau. Các dung dịch dùng trong cắt gọt
thường dùng có thể chia làm hai nhóm chính: dung dịch chủ yếu làm nguội và dung
Hình 2.19. Các dạng mài mòn của răng dao phay

dịch chủ yếu bôi trơn. Khi gia công thô, dao bị nóng nhiều và không đòi hỏi độ

Dạng mài mòn như vậy đặc trưng cho các loại dao phay hình trụ, dao phay
ngón, dao phay then hoa, dao phay rãnh và dao phay định hình. Các loại dao phay
mặt đầu và dao phay đĩa khi gia công thép với chiều dày cắt

amax > 0,08 mm

thông thường cả hai mặt trước và sau đều bị mài mòn [7].

keo của xà phòng và axit hữu cơ trong dầu mỏ pha với nước và pha cồn 90 0 để lâu
hỏng. Khi gia công tinh đòi hỏi độ nhẵn bề mặt cao nên dùng dung dịch thuộc nhóm
thứ hai. Thành phần cơ bản là dầu mỏ, dầu thực vật, dầu động vật, nước và xút có

Khi gia công thô chỉ tiêu mòn tối ưu của dao phay là thời gian phục vụ tối đa
(tuổi bền của dao). Khi gia công tinh và bán tinh cần đánh gía mòn chỉ tiêu công
nghệ, có nghĩa là độ mòn giới hạn để đảm bảo chất lượng bề mặt gia công.
Tuổi bền của dao phay phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có đường kính
của dao. Đường kính dao càng lớn, tuổi bền của dao càng cao. Tuy nhiên, để tăng

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

nhẵn cao, ta chỉ cần dùng dung dịch thuộc nhóm thứ nhất. Thành phần chủ yếu là

pha thêm cồn 900 [8].
Trong gia công cắt gọt có các dạng bôi trơn làm nguội sau đây [3]:
- Gia công khô: là phương pháp không dùng dung dịch trơn nguội trong quá
trình gia công. Ưu điểm của phương pháp gia công khô là không gây ô nhiễm môi
trường. Không hao tốn dung dịch trơn nguội. Máy không cần trang bị hệ thống bôi

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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

35

Luận văn thạc sĩ

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

36

Luận văn thạc sĩ

trơn. Nhược điểm của phương pháp là nhiệt độ vùng cắt lớn. Lực cắt lớn hơn so với

người ta đã sử dụng rộng rãi loại dao phay mặt đầu có các lưỡi dao thay đổi được

phương pháp tưới tràn. Khó thoát phoi ra khỏi vùng gia công. Phương pháp này chỉ

bằng hợp kim cứng (chỉ dùng một lần) [11].

sử dụng cho một số phương pháp gia công và vật liệu gia công nhất định.

2. Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng gang cÇu bằng dao phay mặt đầu

- Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn: là phương pháp được dùng phổ biến nhất

Đối với vật liệu dao hợp kim cứng rất dễ xảy ra hiện tượng nứt mẻ lưỡi dao

hiện nay, dung dịch trơn nguội được dẫn tự do vào vùng cắt thông qua hiện tượng

nên khi cắt gọt nếu tưới dung dịch trơn nguội thì phải tưới liên tục và đủ lưu lượng

mao dẫn và các thiết bị cần thiết như bơm nước, sự chênh lệch độ cao, bình thông

vì khi tưới rỏ giọt hoặc gián đoạn thì nhiệt độ dao thay đổi liên tục sẽ gây nứt vỡ

nhau... Ưu điểm của phương pháp tưới tràn là tải được nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn

dao [8].

chế được ảnh hưởng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. Đảm bảo được nhiệt độ

Cắt khô hoàn toàn đã trở thành thói quen công nghiệp đối với gia công các

trong môi trường thấp và ổn định. Giúp việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ

chi tiết là gang. Các thông tin đáng tin cậy truyền thống chỉ ra rằng khi cắt có tưới

dàng. Giảm ma sát giữa phoi và mặt trước, giữa phôi và mặt sau dụng cụ cắt. Nhược

dung dịch trơn nguội sẽ giảm được lực cắt, mòn dao, chất lượng bề mặt gia công tốt

điểm của phương pháp là gây ô nhiễm môi trường làm việc, đất đai và nguồn nước.

và công suất của máy giảm kết quả đó là do sự giảm nhiệt độ cắt [15].

Tăng chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo dưỡng và tái chế chất bôi trơn đặc biệt là chi
phí làm sạch trước khi đưa vào môi trường. Tiêu tốn nhiều dung dịch trơn nguội.
Dung dịch khó xâm nhập vào vùng cắt.
- Bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL): là phương pháp sử dụng dòng khí nén
có áp suất cao để phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt dưới dạng sương mù để
bôi trơn, làm nguội và đẩy phoi ra khỏi vùng gia công.
2.6.2 Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu
1. Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu
Dao phay mặt đầu được dùng để gia công các mặt phẳng trên máy phay đứng
và ngang. Dao phay mặt đầu khác dao phay hình trụ ở chỗ là răng của dao phay mặt
đầu nằm ở cả bề mặt trụ và mặt đầu. Dao phay mặt đầu chia làm hai loại: dao liền
và dao chắp.
So với dao phay hình trụ, dao phay mặt đầu có ưu điểm là: có độ cứng cao
hơn khi kẹp nó trên trục tâm hoặc trục chính của máy. Quá trình làm việc êm hơn vì
nhiều răng làm việc đồng thời. Chính vì thế khi gia công mặt phẳng người ta thường
sử dụng dao phay mặt đầu [11].
Dao phay mặt đầu có các lưỡi bằng hợp kim cứng đã được sử dụng rộng rãi.
Phay mặt đầu bằng loại dao phay này có năng suất cao hơn dao phay trụ. Gần đây

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

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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

37

Chương 3

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

38

Luận văn thạc sĩ

Nguyên lý hoạt động
Dòng khí áp lực cao từ máy nén khí 1 qua hệ thống điều chỉnh và ổn định áp

LỰA CHỌN TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM

suất 2 qua van 3, buồng tạo chân không và trộn 4. Khi dòng khí áp lực cao qua
3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM

buồng tạo chân không 4 tạo nên lực hút chân không nên dung dịch trơn nguội từ

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

buồng 8 sẽ qua hệ thống ống dẫn và van điều chỉnh lưu lượng7 vào buồng 4. Tại

Hệ thống bôi trơn làm nguội tối thiểu phải đảm bảo các yêu cầu:

đây dung dịch trơn nguội được trộn với dòng khí nén tạo thành sương mù và được

- Áp suất khí nén phải ổn định và điều chỉnh được trong phạm vi cần thiết.

phun trực tiếp vào vùng cắt.

Việc điều chỉnh phải dễ dàng, thuận lợi.

Như vậy, áp suất dòng khí ra được điều chỉnh và ổn định nhờ van số 2. Lưu

- Lưu lượng dòng chất lỏng phải ổn định, tạo sương mù tốt. Phải điều chỉnh
được lưu lượng một cách chủ động và độc lập với điều chỉnh áp suất dòng khí.
- Dễ chế tạo, lắp đặt và sử dụng.

lượng dòng dung dịch được điều chỉnh và ổn định nhờ van 7.
3.1.2 Hệ thống thí nghiệm
Hệ thống thí nghiệm phay Gang cầu trên máy phay sử dụng bôi trơn tối thiểu

Để đáp ứng được yêu cầu trên, nguyên lý hoạt động hệ thống phun dung dịch

như sau:

MQL như sau [1]:

8
30
20

2

10

5

7
4

6

3

1

Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù
Hình 3.2. Ảnh hệ thống thí nghiệm
3.1.3 Thiết bị thí nghiệm
- Máy công cụ: máy phay đứng Showa, kiểu JMII, Nhật Bản.

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



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

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

39

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

40

Luận văn thạc sĩ

- Dụng cụ cắt: dao phay mặt đầu gắn mảnh cácbít tam giác BK8 (79% WC,
15% TiC, 6% Co), độ cứng HRA  90, hãng Sandvic Coromant Thụy Điển
- Phôi: Gang cầu (C = 0,62  0,70%, Si = 0,17  0,37%, Mn = 0,9  1,2%, P
 0,035%, S  0,035%, Cr  0,025%, Ni  0,025%, Cu  0,20%) , độ cứng HB
=170  220, kích thước phôi: 250 x 100 x 100.
- Dung dịch trơn nguội: dầu lạc.
- Hệ thống cung cấp khí nén: máy nén khí Model PT-0136, Đài Loan. Áp
suất khí nén lớn nhất: 8 kg/cm2. Áp suất đầu ra của thí nghiệm thay đổi .
- Đầu phun: đầu phun NOGA, Cộng Hòa Liên Bang Đức.
Hình 3.4. Ảnh Máy chụp ảnh SEM

- Dụng cụ đo kích thước: thước cặp, độ phân giải 0,01, Mitutoyo, Nhật Bản .
- Dụng cụ đo lưu lượng: loại vạch chia 5 ml, thể tích 500 ml.
- Thước cặp độ phân giải 0,01, Mittutoyo, Nhật Bản.

- Máy chụp ảnh SEM và phân tích mòn trên kính hiển vi điện tử TM-1000,
Nhật Bản.
- Chế độ cắt: vận tốc cắt V = 208.5 m/phút, lượng tiến dao S = 28 mm/phút,
chiều sâu cắt: t = 1,5 mm.
3.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.2.1.Mục đích thí nghiệm
Khảo sát mòn dao, hình ảnh tế vi mòn dao, độ nhám bề mặt chi tiết để hiểu
cơ chế mòn dao và xét hiệu quả gia công của phương pháp gia công MQL khi đổi
áp suất dòng khí đối với phay Gang cầu bằng dao phay mặt đầu cácbít. Từ đó lựa
chọn được chế độ cắt với áp suất tối ưu khi gia công phù hợp cho phay mặt phẳng
là Gang cầu bằng dao phay mặt đầu cácbít.
Các chỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng của các mức áp suất dòng khí khi gia công
gồm:
- Độ mòn và cơ chế mòn dao;
- Tuổi bền dao ứng với lượng mòn cho phép;

Hình 3.3. Ảnh Máy đo nhám
-

- Độ nhám bề mặt chi tiết gia công;

Máy đo nhám: SJ-201 Mittutoyo, Nhật Bản.

3.2.2.Trình tự tiến hành thí nghiệm
Phay mặt phẳng Gang cầu có kích thước phôi: 250 x 100 x 100, chiều sâu
cắt t = 1,5 mm bằng dao phay mặt đầu cácbít với các thông số công nghệ: n = 400
vòng/phút, S = 28 mm/phút, V = 208.5 m/phút. Sau một khoảng thời gian cắt 16.3

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

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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

41

Luận văn thạc sĩ

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

42

Luận văn thạc sĩ

phút (tương ứng với 2 lượt cắt, có chiều dài cắt 2 x 250 = 500 mm) mảnh dao được

Chương 4

lấy ra để chụp ảnh hiển vi điện tử mòn dao, đo mòn. Sau mỗi thời gian cắt 8.15 phút

TỐI ƢU QUÁ TRÌNH GIA CÔNG KHI PHAY MẶT PHẲNG LÀ GANG

(tương ứng với chiều dài cắt là 250 mm) tiến hành đo nhám bề mặt chi tiết. Khi gia
công sử dụng dung dịch và phương pháp tưới dung dịch trơn nguội như sau:

- Bôi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc với áp suất
P = 4 KG/cm2, lưu lượng Q = 0,22 ml/phút.

CẦU
4.1. Mô hình hoá quá trình cắt khi phay
Nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ưu trong quá trình gia công cắt gọt là
phương pháp xác định chế độ cắt tối ưu thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán

Sau một khoảng thời gian cắt 32.6 phút (tương ứng với 4 lượt cắt, có chiều

học giữa hàm mục tiêu kinh tế hoặc kỹ thuật của quá trình gia công với các thông số

dài cắt 4 x 250 = 1000 mm) mảnh dao được lấy ra để chụp ảnh hiển vi điện tử mòn

của chế độ cắt tương ứng với một hệ thống các giới hạn về kỹ thuật, chất lượng và

dao, đo mòn. Sau mỗi thời gian cắt 8.15 phút (tương ứng với chiều dài cắt là 250

hiệu quả kinh tế của sản phẩm.

.

mm) tiến hành đo nhám bề mặt chi tiết. Khi gia công sử dụng dung dịch và phương
pháp tưới dung dịch trơn nguội như sau:

Như vậy thực chất của việc nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi
phay gang cầu có bôi trơn tối thiểu là giải bài toán tìm cực trị trong đó ít nhất có

- Bôi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc với áp suất
P = 5 KG/cm2, lưu lượng Q = 0,22 ml/phút.

một điều kiện biên là một bất phương trình. Để nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt
một cách có hệ thống và logic, trên cơ sở nghiên cứu tổng quan, dựa vào kết quả

Sau một khoảng thời gian cắt 48.9 phút (tương ứng với 6 lượt cắt, có chiều

nghiên cứu [1], [3], [6], [7], [9] ta xây dựng mô hình hoá quá trình cắt khi phay như

dài cắt 6 x 250 = 1500 mm) mảnh dao được lấy ra để chụp ảnh hiển vi điện tử mòn
dao, đo mòn. Sau mỗi thời gian cắt 8.15 phút (tương ứng với chiều dài cắt là 250
mm) tiến hành đo nhám bề mặt chi tiết. Khi gia công sử dụng dung dịch và phương
pháp tưới dung dịch trơn nguội như sau:
- Bôi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc với áp suất
P = 6 KG/cm2, lưu lượng Q = 0,22 ml/phút.

Hình 4.1. Mô hình tối ưu hoá quá trình cắt khi phay

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



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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

43

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

44

Luận văn thạc sĩ

thuộc lĩnh vực của đề tài, ta thấy có nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình gia

4.2. Tối ƣu hoá quá trình cắt khi phay
Để thực hiện tối ưu hoá quá trình gia công và tìm cực trị, ta cần phải mô hình
hoá toán học các hàm mục tiêu.

công như: Thông số hình học dụng cụ, vật liệu dụng cụ cắt, các thông số chế độ cắt
và phương pháp bôi trơn làm mát… Trong nội dung nghiên cứu của đề tài ta cố định

Các hàm mục tiêu ở dạng tổng quát như sau: Y = f(s,v,t)

một số thông số đầu vào như vật liệu gia công, dụng cụ cắt, phương pháp làm mát

Trong đó Y là chỉ tiêu tối ưu hoá (thông số đầu ra), có thể là lực cắt, chất

thông số được quan tâm và khảo sát là: Vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt,

lượng bề mặt (độ nhám bề mặt, độ sóng bề mặt, độ chính xác gia công), mòn và

và áp suất vì đây là các thông số có ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả nghiên cứu.

tuổi bền dụng cụ cắt… Các thông số S, V, t, P là các đại lượng nghiên cứu (lượng

Trong nội dung đề tài này để giải quyết bài toán tối ưu thay cho việc tối ưu

chạy dao, vận tốc cắt và chiều sâu cắt, áp suất khi phay). Các hàm mục tiêu được

chế độ cắt khi phay gang cầu có bôi trơn tối thiểu thì tác giả chỉ lựa chọn bộ thông

xây dựng trên cơ sở quá trình nghiên cứu thực nghiệm.

số ( s, v, t ) phù hợp thông qua việc gia công cắt thử nghiệm, tác giả sẽ giải quyết

Để phản ánh khách quan quá trình nghiên cứu ta cần khảo sát nhiều thông số

bài toán tối ưu chế độ cắt khi phay gang cầu có bôi trơn tối thiểu bằng việc nghiên

ảnh hưởng tới quá trình gia công, khi đó vấn đề cần giải quyết sẽ triệt để và toàn

cứu để tìm ra áp suất dòng khí tối ưu khi phay mặt phẳng gang cầu có bôi trơn tối

diện hơn. Tuy nhiên, về mặt toán học thì quá trình nghiên cứu đó sẽ càng phức tạp

thiểu vì đây cũng là một trong những thông số quan trọng của chế độ cắt khi gia

và khó áp dụng vào thực tế sản xuất, nhưng nếu bỏ qua nhiều thông số ảnh hưởng

công phay có bôi trơn tối thiểu. Theo lý thuyết về bôi trơn tối thiểu thì để giảm ma

thì mô hình và kết quả nghiên cứu lại kém chính xác. Do vậy, khi chọn hàm mục

sát và mòn của dụng cụ cắt trong quá trình cắt kim loại, từ các yếu tố trên ta thấy

tiêu tối ưu hoá quá trình cắt ta cần giới hạn bài toán phù hợp với điều kiện gia công

rằng áp lực dòng khí nén là một yếu tố quan trọng để thực hiện bởi các lý do sau

cụ thể, các giới hạn này là các điều kiện biên của hàm mục tiêu.

[3]:

Từ cơ sở của nghiên cứu tổng quan và những định hướng quá trình nghiên

- Áp lực dòng khí sẽ thổi sạch các hạt cứng của vật liệu gia công khỏi vùng

cứu như trên, đề tài "nghiên cứu và lưa chọn chế tối ưu khi phay mặt phẳng

cắt không để các hạt này tiếp xúc với dụng cụ cắt, đồng thời áp lực của dòng khí sẽ

bằng dao phay mặt đầu đối với gang cầu có bôi trơn tối thiểu " thực hiện trên

đẩy dung dịch vào các kẽ hở tại vùng tiếp xúc của mặt trượt của phoi và mặt trước,

hệ thống công nghệ cụ thể nhằm giải quyết đạt mục đích về nâng cao năng suất,

của chi tiết và mặt sau. Áp lực dòng khí sẽ đẩy dung dịch vào các vết nứt tế vi trên

chất lượng bề mặt đồng thời giảm mòn và tăng tuổi bền của dụng cụ cắt. Vì vậy cần

bề mặt chi tiết tạo thành cái nêm giúp cho biến dạng dẻo bề mặt biến cứng của chi

nghiên cứu và khảo sát các hàm mục tiêu cụ thể như sau:

tiết. Yếu tố này cho thấy khả năng điền đầy dung dịch vào các vết nứt tế vi trên chi

-

Mòn dụng cụ cắt: hs = f(s,v,t) → hsMin

-

Độ nhám bề mặt: Ra/Rz = f(s,v,t) → RaMin/RzMin

tiết phụ thuộc vào áp lực khí lớn hay nhỏ.
- Áp lực dòng khí phù hợp sẽ đưa các phần tử dung dịch vào vùng cắt một

Mục tiêu của nghiên cứu tối ứu hoá chế độ gia công là cho năng suất cắt cao

cách thuận lợi nhất. Các phần tử này va đập trực tiếp lên chi tiết gia công tạo thành

và chất lượng bề mặt tốt. Vì vậy, việc khảo sát nhiều đại lượng như lực cắt, nhiệt

ứng suất dư nén trên bề mặt chi tiết chống lại biến dạng dẻo tại vùng chi tiết tiếp

cắt, rung động, mòn dụng cụ cắt, độ chính xác gia công… sẽ phản ánh đầy đủ và

xúc với mặt sau của dao.

khách quan quá trình nghiên cứu khi phay.
Trong phần tổng quan của đề tài đã tổng hợp một số công trình nghiên cứu

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

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




Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

45

Luận văn thạc sĩ

- Áp lực dòng khí sẽ tạo ra khí động lực học nâng cánh phoi khỏi mặt trước
dụng cụ, đồng thời lúc này áp lực dòng khí đẩy dung dịch vào vùng gia công hiệu

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

46

Luận văn thạc sĩ

4.3. Giới hạn vấn đề của tối ƣu hoá chế độ cắt khi phay gang có bôi trơn tối
thiểu.

quả nhất.

Trong nội dung đề tài này để giải quyết bài toán tối ưu thay cho việc tối ưu

- Dòng khí được bố trí có hướng ngược chiều với hướng của các hạt kim loại

chế độ cắt khi phay gang cầu có bôi trơn tối thiểu thì tác giả chỉ lựa chọn bộ thông

khi tách phoi bắn ra ngoài. Tác dụng này sẽ giúp đẩy các hạt kim loại bay ra khỏi

số ( s, v, t ) phù hợp thông qua việc gia công cắt thử nghiệm, tác giả sẽ giải quyết

vùng gia công và không gây va đập với dụng cụ cắt. Hiện tượng này có tác dụng

bài toán tối ưu chế độ cắt khi phay gang cầu có bôi trơn tối thiểu bằng việc nghiên

làm giảm ứng suất có hại như tạo các vết nứt tế vi trên bề mặt dụng cụ cắt.

cứu để tìm ra áp suất dòng khí tối ưu khi phay mặt phẳng gang cầu có bôi trơn tối

- Tác dụng của dòng khí sẽ làm chuyển động các phân tử tích tụ trong dung

thiểu.

dịch, các phần tử này sẽ chuyển động đến va vào chi tiết với áp lực của dòng khí
nén, tạo thành một lớp màng phủ lên bề mặt chi tiết, giúp bảo vệ chi tiết trong môi
trường sau khi gia công.

Chương 5

- Hiện tượng tán nhiệt nhanh từ vùng cắt ra môi trường xung quanh phụ
thuộc rất nhiều vào áp lực của dòng khí.

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

5.1. Mòn và cơ chế mòn dao

Nếu áp lực của dòng khí lớn:

5.1.1. Mòn và cơ chế mòn mặt trƣớc dao

- Khả năng tạo sương mù và đưa các hạt sương mù vào vùng cắt tốt.
- Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt tốt.

Các hình chụp tế vi mòn mặt trước dao được tổng hợp trong Phụ lục 1 (hình
1, hình 2 và hình 3) và hình 5.1, hình 5.2, hình 5.3(ảnh so sánh mòn mặt trước dao).

- Khả năng giữ các hạt sương mù trong vùng cắt kém.

Từ các hình chụp tế vi mặt trước dao ta thấy:

- Không an toàn cho người và thiết bị.

- Mòn mặt trước có thể chia thành 3 vùng mòn rõ rệt theo phương thoát phoi

Nếu áp suất dòng khí nhỏ:

thông qua mức độ dính của vật liệu gia công với mặt trước. Chiều dài tiếp xúc giữa

- Khả năng tạo sương mù và đưa các hạt sương mù vào vùng cắt không tốt.

phoi với mặt trước tăng dần theo thời gian cắt. Vùng 1 nằm sát và bám dọc theo

- Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt kém.

lưỡi cắt với chiều sâu mòn, vết cào xước và dính bám vật liệu gia công nhiều nhất.

Vì vậy, để nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn làm nguội tối thiểu cần

Vùng 2 là vùng tiếp theo với chiều sâu mòn, vết xước và dính bám vật liệu gia công

lựa chọn được áp suất dòng khí hợp lý ứng với từng phương pháp gia công và các

nhỏ hơn. Vùng 3 là vùng thoát phoi khỏi mặt trước dao, ở đây có những vết xước và

điều kiện cụ thể khác.

dính bám vật liệu gia công ít. Với sự xuất hiện của các vết cào xước chứng tỏ mặt

Nếu dòng khí nhiệt độ thấp thì hiệu quả của quá trình làm nguội sẽ đạt hiệu
quả rất cao.

trước dao bị mòn do các hạt cứng tạo ra trong quá trình cắt. Sự dính bám vật liệu
gia công và mòn mạnh trên mặt trước ở vùng 1 và vùng 2 chứng tỏ mặt trước dao bị
mòn tiếp xúc

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



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

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

47

Luận văn thạc sĩ

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

48

Luận văn thạc sĩ

này có thể do áp suất của dung dịch MQL cao nên các phần tử MQL dễ dàng xâm
nhập vào vùng tiếp xúc giữa dao và phoi để bôi trơn và làm nguội nên giảm được
ma tiếp xúc dao-phoi dẫn đến giảm được mòn mặt trước dao so với gia công ở áp
suất thấp . Đối với dầu thực vật, có thể do độ nhớt cao nên các phần tử dầu khó
xâm nhập vào vùng tiếp xúc dao-phoi và bao quanh vùng cắt làm nhiệt trong vùng
cắt không thoát ra ngoài được dẫn đến chênh lệch lớn về nhiệt độ giữa vùng cắt với
vùng xung quanh gây ra ứng suất nhiệt làm nứt vỡ và tróc vảy mảnh dao cácbít.
Một nguyên nhân nữa có thể dẫn đến mòn mạnh mặt trước dao khi tưới dầu lạc là
a)

b)

do có phản ứng hóa học giữa kim loại dính kết Côban với các axit hữu cơ có trong
dầu lạc làm mất liên kết các hạt cácbít WC và TiC của dao

c)

d)

a)

b)

c)

d)

Hình 5.1 Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 2 lượt cắt
a) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at.
d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at
Mòn mặt trước dao khi so sánh gia công với MQL (dầu lạc) ta thấy mức độ mòn
mặt trước khi gia công với MQL-6at là thấp nhất, sau đó đến gia công với MQL5at, với MQL-4at và mòn mặt trước của MQL-4at là lớn nhất. Khi gia công với
MQL-5at, bề rộng vùng mòn mặt trước tăng dần đặc biệt chiều sâu mòn vùng 1 phát
triển rất nhanh. Khi gia công với MQL-6at, bề rộng vùng mòn tăng chậm, chiều sâu
mòn vùng 1 nhỏ hơn nhiều so với MQL-5at . Khi gia công với MQL-4at thì bề
rộng và chiều sâu mòn của vùng 1 và vùng 2 tăng nhanh, đặc biệt bề mặt mòn mặt
trước rất ghồ ghề do nứt và tróc vảy của vật liệu dao. Nguyên nhân dẫn đến kết quả

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



Hình 5.2 Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 4 lượt cắt
a) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at.
d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at

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

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

49

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ

50

MQL-6at nhỏ hơn .Bề rộng và mức độ phát triển vết mòn mặt sau của với MQL-4at
lớn hơn nhiều so với gia công bằng MQL-6at và MQL-6at. Nguyên nhân của kết
quả này có thể do độ nhớt của dầu thực vật cao khó xâm nhập vào vùng cắt để bôi
trơn làm nguội mà bao quanh vùng cắt gây chênh lệch nhiệt độ và tạo ứng suất làm
nứt vỡ và tróc vảy dao cácbít. Cũng có thể do có phản ứng hóa học giữa kim loại
dính kết Côban với các axit hữu cơ có trong dầu lạc làm mất liên kết các hạt nền
TiC của dao cácbít hoặc do tác động của áp suất dòng khí.
a)

b)

c)

d)

a)

b)

c)

d)

Hình 5.3 Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 6 lượt cắt
b) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at.
d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at
5.1.2. Mòn và cơ chế mòn mặt sau dao
Các hình chụp tế vi mòn mặt sau dao được tổng hợp trong Phụ lục 1 (hình 4,
hình 5 và hình 6) và hình 5.4, hình 5.5, hình 5.6 (ảnh so sánh mòn mặt sau dao).
Từ các hình chụp tế vi mặt sau dao ta thấy:
- Trên vùng mòn mặt sau dao có dính bám vật liệu gia công và các vết xước
chứng tỏ cơ chế mòn mặt sau là mòn do hạt mài và mòn tiếp xúc.
- Tiến hành đo mòn mặt sau dao khi gia công có MQL ta thấy mòn mặt sau

Hình 5.4. Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 2 lượt cắt
c) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at.
d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at

ứng với MQL-6at là thấp nhất, sau đó đến gia công với MQL-5at và mòn mặt sau
với MQL-4at là lớn nhất. Bề rộng và mức độ phát triển vết mòn mặt sau của với

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



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