Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dụng cụ phủ TiAlN khi tiện tinh thép không gỉ SUS 201

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
................ ...................

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ
TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH
THÉP KHÔNG GỈ SUS 201

23.
HOÀNG VĂN VINH

THÁI NGUYÊN - 2010

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




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
................ ...................

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ
TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH
THÉP KHÔNG GỈ SUS 201

Ngành
Mã số
Học viên

: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
:………………..23.
: HOÀNG VĂN VINH

Ngƣời HD Khoa học

: PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN

THÁI NGUYÊN – 2010

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




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG
NGHIỆP
................  ...................

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
................  ...................

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ
TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH
THÉP KHÔNG GỈ SUS 201

Học viên
Lớp

: HOÀNG VĂN VINH
: K11 - CTM

Ngƣời HD khoa học : PGS. TS NGUYỄN QUỐC TUẤN

Người hướng dẫn khoa học

Học viên

PGS. TS NGUYỄN QUỐC TUẤN

HOÀNG VĂN VINH

Ban giám hiệu

Khoa Sau Đại học

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

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trì nh nghiên cứu của tôi . Các kết quả, số
liệu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ
công trình nào khác .
Tác giả luận văn

Hoàng Văn Vinh

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




LỜI CẢM ƠN
Tác giả chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tì nh của PGS .TS Nguyễn
Quốc Tuấn trong suốt quá trì nh hoàn thành luận văn này .
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo Khoa
Cơ khí trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

đã tạo điều kiện

giúp đỡ tận tì nh trong việc nghiên cứu đề tài .
Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Ban giám
hiệu, Khoa Sau Đại học trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để tá c giả hoàn thành bản luận văn này .

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




MỤC LỤC
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 1
2. Mục đích .................................................................................................. 1
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài .................................................. 2
4. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ..................................................... 2
Chương 1
1.1. Quá trình cắt và tạo phoi ........................................................................ 3
1.2. Lực cắt khi tiện ...................................................................................... 6
1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt ..................................... 6
1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện ..................................... 8
1.3. Nhiệt cắt .............................................................................................. 11
1.3.1. Khái niệm chung.......................................................................... 11
1.3.2. Các nguồn nhiệt trong cắt kim loại .............................................. 14
1.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt sau gia công cơ ..................... 17
1.4.1. Độ nhám bề mặt và phương pháp đánh giá ................................. 17
1.4.2. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ .................................. 21
1.5. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công cơ............... 26
1.5.1. Ảnh hưởng của các thông hình học của dụng cụ cắt .................... 26
1.5.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt ............................................................ 27
1.5.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao ................................................... 28
1.5.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt ....................................................... 29
1.5.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia công ................................................. 29
1.5.6. Ảnh hưởng của rung động hệ thống công nghệ ............................ 29
1.6. Kết luận chương 1 ............................................................................... 30
Chương 2

TỔNG QUAN VỀ DAO PHUN PHỦ
2.1. Khái niệm về phun phủ ....................................................................... 31
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




2.1.1. Phủ bay hơi hoá học CVD (Chemical Vapour Deposition) Phủ bay hơi lý học PVD (Physical Vapour Deposition)............... 31
2.1.2. Phủ PVD và CVD nâng cao tuổi thọ và hiệu suất dụng cụ........... 35
2.1.3. So sánh phủ PVD và CVD. ........................................................ 36
2.2. Cấu tạo dụng cụ cắt có lớp phủ ............................................................ 37
2.3.1. Vật liệu nền ................................................................................. 37
2.3.2. Vật liệu phủ ................................................................................. 38
2.3. Ứng dụng phủ:..................................................................................... 39
2.4. Kết luận chương 2 ............................................................................... 43
MÒN VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ CẮT
3.1. Mòn dụng cụ cắt .................................................................................. 45
3.1.1. Khái niệm chung về mòn.............................................................. 45
3.1.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt: ................................................ 46
3.1.3. Mòn dụng cụ và cách xác định .................................................... 50
3.2. Tuổi bền của dụng cụ cắt ..................................................................... 53
3.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt .............................. 53
3.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt.................. 54
3.2.3. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt ................................ 58
3.3. Kết luận chương 3 ............................................................................... 59
Chương 4
NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN
DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH THÉP KHÔNG GỈ SUS 201
4.1. Thép không gỉ. .................................................................................... 60
4.1.1. Sơ lược về thép không gỉ. ............................................................. 60

4.1.2. Thép không gỉ SUS 201: .............................................................. 62
4.2. Thiết kế thí nghiệm.............................................................................. 63
4.2.1. Các giới hạn của thí nghiệm ........................................................ 63
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




4.2.2. Mô hình toán học ......................................................................... 63
4.3. Hệ thống thiết bị thí nghiệm ................................................................ 65
4.3.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm .................................................. 65
4.3.2. Mô hình thí nghiệm ...................................................................... 65
4.3.3. Điều kiện thí nghiệm .................................................................... 66
4.4. Thực nghiệm để xác định tuổi bền dụng cụ phủ TiAlN khi tiện thép
không gỉ SUS 201 ...................................................................................... 68
4.4.1. Nội dung:..................................................................................... 68
4.3.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm: ......................................... 69
4.3.3. Thực nghiệm xác định tuổi bền: ................................................... 69
4.5. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền T .............. 76
4.6. So sánh tuổi bền với hợp kim thông dụng. ........................................... 76
4.6.1. Tính toán tuổi bền dụng cụ hợp kim T15K6. ..................................... 76
4.6.2. So sánh: ............................................................................................ 78
4.7. Một số hình ảnh dụng cụ sau khi gia công: .......................................... 78
4.8. Kết luận chương 4 ............................................................................... 83
Chương 5
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU
TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI
5.1. Kết luận chung .................................................................................... 84
5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai ....................................................... 84

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




DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Sơ đồ hoá miền tạo phoi ................................................................. 3
Hình 1.2: Miền tạo phoi ................................................................................. 5
Hình 1.3: Miền tạo phoi với các vận tốc cắt khác nhau .................................. 5
Hình 1.4: Hệ thống lực cắt khi tiện ................................................................. 7
Hình 1.5: (a) Quan hệ giữa lực cắt và góc trước n ......................................... 9
(b) Ảnh hưởng của góc trước đến ứng suất n trên dụng cụ cắt ...... 9
Hình 1.6a: Ảnh hưởng của lượng chạy dao và độ cứng phôi đến lực cắt ........ 9
Hình 1.6b,c: Ảnh hưởng bán kính mũi dao (b) và góc trước đến lực cắt (c) . 10
Hình 1.7:- (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt ................................................. 13
- (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại ......... 13
Hình 1.8: Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường phụ thuộc
vào vận tốc cắt [1] ........................................................................................ 14
Hình 1.9. Đường cong thực nghiệm của Boothroyd để xác định tỷ lệ nhiệt ()
truyền vào phôi [5] ....................................................................................... 15
Hình 1.10: Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn ................................... 16
Hình 1.11: Độ nhám bề mặt.......................................................................... 18
Hình 1.12: Ảnh hưởng của thông số hình học của dao tiện tới độ nhám bề mặt
..................................................................................................................... 26
Hình 1.13: Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia công thép ..... 27
Hình 1.14: Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt ................... 28
Hình 2.1: Cấu trúc lớp phủ ........................................................................... 32
Hình 2.2: Bột phủ PVD ................................................................................ 32
Hình 2.3. Một số dụng cụ phủ ...................................................................... 39

Hình 2.4: Sơ đồ 4 phương pháp phủ PVD cơ bản ......................................... 40
Hình 2.5: Hình ảnh một số thiết bị phủ và sơ đồ thiết bị phủ PVD ............... 42
Hình 2.6: Các dụng cụ được ứng dụng phủ PVD .......................................... 43
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Hình 3.1: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục (a) ..... 47
và khi cắt gián đoạn (b) ................................................................................ 47
Hình 3.2: Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ ............................................ 51
Hình 3.3: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau – ISO3685 52
Hình 3.4: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau ........... 55
Hình 3.5: Tuổi bền dụng cụ tính theo thể tích phoi được bóc tách [27]......... 56
Hình 3.6: Tuổi bền dụng cụ tính bằng phút [27] ........................................... 56
Hình 3.7: Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh PCBN với góc
trước n ........................................................................................................ 57
Hình 3.8: Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao ........................ 58
Hình 3.9: Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao .......................... 58
Hình 3.10: Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) ........................................... 59
Hình 4.1: Mô hình hệ thống thí nghiệm ........................................................ 65
Hình 4.2: Thí nghiệm trên máy tiện .............................................................. 66
Hình 4.3: Máy tiện thực hiện thí nghiệm (PRIMERO – PL 1840) ................ 67
Hình 4.4: Dao tiện ........................................................................................ 68
Hình 4.5:Vật liệu đang cắt trên máy ............................................................. 69
Hình 4.6: Đồ thị biểu diển ảnh hưởng của V, S đến tuổi bền khi t=0.3 mm . 76
Hình 4.7: Ảnh SEM mẫu dao tiện khi chưa gia công. .................................. 78
Hình 4.8: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 42 phút với V = 180(m/p), s =
0,05(mm/vòng), t=0.45 mm.......................................................................... 79
Hình 4.9: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 42 phút với V = 180(m/p), s =

0,15(mm/vòng), t=0.15 mm.......................................................................... 80
Hình 4.10: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 49 phút với V = 95(m/p), s =
0,15(mm/vòng), t=0.45 mm.......................................................................... 82
Hình 4.11: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 58.5 phút với V = 95(m/p), s =
0,05(mm/vòng), t=0.15 mm.......................................................................... 83

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




data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not

read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....