Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt (v, s, t) đến độ nhấp nhô bề mặt khi gia công thép 45 bằng dao tiện thép gió sản xuất tại việt nam

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Đoàn Văn Đô, học viên lớp Cao học K10B CTM kỹ thuật. Sau thời
gian học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, đặc biệt là sự
hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Trần Thế Lục- giáo viên hướng dẫn, tôi
đã đi đến chặng đường cuối cùng của khóa học.
Trong quá trình học tập và dưới sự giúp đỡ định hướng của các thầy tôi đã
chọn đề tài cho khóa học của mình là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt s, t, v
đến chất lượng bề mặt khi gia công thép C45 bằng dao tiện thép gió sản xuất tại
Việt Nam” làm đề tài nghiên cứu.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS Trần Thế Lục và các tài liệu tham khảo được liệt kê. Tôi
không sao chép công trình của cá nhân khác dưới bất kỳ hình thức nào. Nếu sai tôi
xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường và pháp luật.

Người cam đoan

Đoàn Văn Đô

1


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Trần Thế Lục – giáo
viên định hướng và hướng dẫn đề tài. Sự hướng dẫn trong quá trình tiếp cận đề tại,
tài liệu tham khảo cũng như quá trình hoàn thành luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các bạn, các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong quá
trình hoàn thành thì nghiệm
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Giám Hiệu trường CĐ Kinh tế – Kỹ thuật
Thái Bình cùng các thầy cô trong khoa - nơi tôi công tác đã tạo điều kiện cho tôi
theo khóa học và hoàn thành thí nghiệm
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, thầy cô giáo đã ủng hộ và

động viên tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn

Tác giả

Đoàn Văn Đô

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................. 1
MỤC LỤC ........................................................................................................................ 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ................................................................... 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................................... 6
PHẦN MỞ ĐẦU............................................................................................................... 8
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.......................................................................................8
II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU...............................................................................................8
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................................8

PHẦN 1 ............................................................................................................................ 9
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT, CHẤT LƯỢNG LỚP BỀ MẶT VÀ ẢNH HƯỞNG
CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY SAU GIA CÔNG. 9
CHƯƠNG 1...................................................................................................................... 9
QUÁ TRÌNH CẮT VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT SAU GIA CÔNG............... 9
1.1. Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi gia công. ................................................................9
1.1.1 Cấu tạo – liên kết và biến dạng tinh thể kim loại........................................................................9
1.1.2. Quá trình cắt và tạo phoi ........................................................................................................11
1.1.3. Hiện tượng lẹo dao.................................................................................................................16
1.1.4. Hiện tượng co rút phoi và các nhân tố ảnh hưởng đến hệ sô co rút phoi K ...............................19

1.2. Chất lượng bề mặt sau gia công cơ ................................................................................22
1.2.1 Khái niệm chung về lớp bề mặt ...............................................................................................22
1.2.2 Bản chất của lớp bề mặt ..........................................................................................................23

1.3. Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến độ ổn định của quá trình cắt ..................................30
1.3.1. Ảnh hưởng của chiều rộng cắt b .............................................................................................31
1.3.2. Ảnh hưởng của chiều dầy cắt a...............................................................................................32
1.3.3. Ảnh hưởng của vận tốc cắt v ..................................................................................................32
1.3.4. Ảnh hưởng của thông số hình học phần cắt.............................................................................33
1.3.5. Kết luận.................................................................................................................................34

1.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết máy............................................34
1.4.1 Các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt............................................34
1.4.2 Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo lớp bề mặt .......................................................................37
1.4.3 Ảnh hưởng do rung động hệ thống công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công .........................39

1.5. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy. .................39
1.5.1 Ảnh hưởng đến tính chống mòn ..............................................................................................39
1.5.2 Ảnh hưởng đến độ bền mỏi chi tiết máy ..................................................................................40
1.5.3 Ảnh hưởng tới chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết...................................................41
1.5.4 Ảnh hưởng tới độ chính xác mối lắp ghép ...............................................................................42

1.6. Kết luận ..........................................................................................................................42

CHƯƠNG 2.................................................................................................................... 44
MÒN VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ CẮT........................................................................... 44

3

2.1 Khái niệm ........................................................................................................................44
2.2. Cơ chế mòn dụng cụ .......................................................................................................44
2.2.1 Mài mòn vì chảy dính .............................................................................................................45
2.2.2 Mài mòn hạt mài.....................................................................................................................45
2.2.3 Mòn do khuyếch tán................................................................................................................46
2.2.4 Mòn do ôxy hóa......................................................................................................................47

2.3. Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ.............................................................................47
2.3.1 Mòn mặt sau...........................................................................................................................48
2.3.2 Mòn mặt trước........................................................................................................................48
2.3.3 Mòn đồng thời cả hai mặt (trước và sau)..................................................................................48
2.3.4 Mòn tù lưỡi cắt .......................................................................................................................49

2.4. Ảnh hưởng của độ cứng phôi đến mòn dụng cụ và tuổi bền dụng cụ ...........................49
2.5. Kết luận ..........................................................................................................................51

PHẦN 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT
ĐẾN ĐỘ NHẤP NHÔ BỀ MẶT CHI TIẾT SAU GIA CÔNG....................................... 52
CHƯƠNG 1: THỰC NGHIỆM...................................................................................... 52
1.1

Thiết bị thực nghiệm ...................................................................................................52
1.1.1 Máy tiện .................................................................................................................................52
1.1.2 Máy đo độ nhám .....................................................................................................................53
1.1.3 Máy mài dao...........................................................................................................................54
1.1.4 Vật liệu làm dao......................................................................................................................55

1.2

Trình tự thí nghiệm .....................................................................................................56
1.2.1 Thí nghiệm 1 - ảnh hưởng của v, ( t, s = const) ........................................................................56
1.2.2 Thí nghiệm - ảnh hưởng của s, (t, n = const)............................................................................56
1.2.3 Thí nghiệm 3 - ảnh hưởng của t, (s, v = const) .........................................................................56

1.3 Kết quả thì nghiệm ..........................................................................................................57

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ......... 58
2.1. Xây dựng đồ thị ..............................................................................................................58
2.2. Phân tích kết quả thực nghiệm ......................................................................................59
2.3. Phân tích kết quả thực nghiệm bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm ...............59
2.3.1. Xác định hàm quan hệ giữa độ nhám và bước tiến s (mm).......................................................61
2.3.2. Xác định hàm quan hệ giữa độ nhám và vận tốc cắt v (m/ph)..................................................63
2.3.3. Xác định hàm quan hệ giữa độ nhám và chiều sâu cắt t (mm)..................................................64

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM................................................ 67
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA ĐỀ TÀI. 68
4.1

Kết luận chung ............................................................................................................68

4.2

Hướng nghiên cứu tiếp của đề tài ...............................................................................69

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 69

4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
Thống số hình học của dụng cụ cắt
:

góc trước

:

góc sau



góc nghiêng chính

i

góc nghiêng phụ



góc mũi dao



góc sắc



góc cắt



góc trượt

r

bán kính mũi dao (mm)

Chế độ cắt
v:

vận tốc cắt (m/ph)

s:

lượng chạy dao (mm/vg)

t:

chiều sâu cắt (mm)

ap :

chiều dày phoi (mm)

b:

chiều rộng phoi (mm)

hmin: chiều dày phoi min (mm)

hi :

chiều cao nhấp nhô tế vi (m)

:

góc trượt phoi

Lực cắt và thông số khác
Px:

lực chiều trục khi tiện (Kg)

Py:

lực hướng kính khi tiện (Kg)

Pz

lực tiếp tuyến khi tiện (Kg)

kf:

mức độ biến dạng phoi

kbd:

mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi

kms:

mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt sau của dao

K:

hệ số co rút phoi

5


Ra, Rz: độ nhám bề mặt (m)
T:

tuổi thọ của dao (ph)

hs :

độ mòn tới hạn (m)

c:

nhiệt dung riêng

A:

biên độ dao động (m)

Hv:

độ biến cứng bề mặt

DANH MỤC BẢNG BIỂU

B¶ng 1.
B¶ng 2.
B¶ng 3.
B¶ng 4.
B¶ng 5.
B¶ng 6.
B¶ng 7.
B¶ng 8.
B¶ng 9.
B¶ng 10.
B¶ng 11.
B¶ng 12.
B¶ng 13.
B¶ng 14.
B¶ng 15.
B¶ng 16.
B¶ng 17.
B¶ng 18.

Tên bảng biểu
Bảng hệ số co rút phoi
Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng
Các giá trị Rz và Ra
Thông số máy tiện
Thông số máy đo độ nhám
Thông số máy mài dao
Thông số hình học dao cắt
Thành phần hóa học dao cắt

Thành phần hóa học vật liệu gia công
Số liệu thí nghiệm vận tốc cắt, v
Số liệu thí nghiệm bước tiến, s
Số liệu thí nghiệm chiều sâu cắt, t
Kết quả thí nghiệm vận tốc cắt, v
Kết quả thí nghiệm bước tiến, s
Kết quả thí nghiệm chiều sâu cắt, t
Bảng xử lý số liệu bước tiến s
Bảng xử lý số liệu vận tốc cắt v
Bảng xử lý số liệu chiều sâu cắt t

Trang
23
27
53
54
55
55
55
55
56
56
56
57
57
57
62
63
65

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

H×nh 1.
H×nh 2.
H×nh 3.
H×nh 4.
H×nh 5.
H×nh 6.
H×nh 7.

Tên hình vẽ
Cấu tạo nguyên tử
Mô hình liên kết phân tử
Đồ thị thế năng
Cấu tạo mạng tinh thể điển hình
Đường đàn hồi kim loại
Sơ đồ hóa miền tạo phoi
Miền tạo phoi

6

Trang
8
9
9
10
10
11
12

H×nh 8.
H×nh 9.
H×nh 10.
H×nh 11.
H×nh 12.
H×nh 13.
H×nh 14.
H×nh 15.
H×nh 16.
H×nh 17.
H×nh 18.
H×nh 19.
H×nh 20.
H×nh 21.
H×nh 22.
H×nh 23.
H×nh 24.
H×nh 25.
H×nh 26.
H×nh 27.
H×nh 28.
H×nh 29.
H×nh 30.
H×nh 31.
H×nh 32.
H×nh 33.
H×nh 34.
H×nh 35.
H×nh 36.

H×nh 37.

Các dạng phoi
Lẹo dao và đồ thị
Quan hệ chiều cao lẹo dao và v
Quan hệ chiều cao lẹo dao và t
Quan hệ chiều cao lẹo dao và 
Điều kiện hình thành lẹo dao
Sơ đồ tính hệ số co rút phoi
Ảnh hưởng góc  đến hệ số co rút phoi
Quan hệ chế độ cắt và hệ số co rút phoi
Độ nhám bề mặt
Tổng quan về độ nhám và độ sóng
Ảnh hưởng của b đến A
Ảnh hưởng của s đến A
Ảnh hưởng của v đến A “chung”
Ảnh hưởng của v đến A
Ảnh hưởng của  đến A
Ảnh hưởng của  đến A khi tiện
Ảnh hưởng của  đến A
Ảnh hưởng của  đến A
Quan hệ chiều cao nhấp nhô tế vi và lượng tiến dao
ảnh hưởng của hình dạng hình học và chế độ cắt tới
độ nhám bề mặt khi tiện
ảnh hưởng của vận tốc cắt tới chiều sâu lớp biến
cứng khi mài thép 45
ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều cao nhấp nhô tế
vi Rz
ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chiều cao nhấp
nhô tế vi Rz

Các hình dạng mòn dụng cụ
Các yếu tố ảnh hưởng đến T
Sơ đồ thí nghiệm
Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc cắt (v) và độ nhám bề
mặt Ra
Biểu đồ quan hệ giữa bước tiến (s) và độ nhám bề
mặt Ra
Biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu cắt (t) và độ nhám bề
mặt Ra

7

13
15
16
17
17
17
19
19
20
26
28
29
30
31
31
33
33
34

34
35
36
37
38
38
48
51
56
58
58
59


PHẦN MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Chất lượng bề mặt trong gia công là một trong những yêu cầu kỹ thuật quan
trọng của ngành gia công cơ khí và gắn với sự phát triển của khoa học công nghệ.
Khi công nghệ càng phát triển thì chất lượng bề mặt càng được coi là yếu tố
chủ chốt của công nghệ gia công. Chính lẽ đó mà ngay nay, các thiết bị đo hiện đại
lần lượt ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu về kiểm tra chất lượng bề mặt chi tiết sau gia
công.
Chất lượng bề mặt gia công là một hàm đa biến của các yếu tố công nghệ
(chế độ cắt, thông số hình học dụng cụ, vật liệu...) vì vậy nghiên cứu chất lượng bề
mặt là nghiên cứu các yếu tố liên quan ảnh hưởng trực tiếp tới chúng.
Chính vì tính cấp thiết của yếu tố này nên tôi chọn “nghiên cứu ảnh hưởng
của chế độ cắt s, t, v đến độ nhấp nhô bề mặt khi gia công thép C45 bằng dao tiện
thép gió sản xuất tại Việt Nam” làm đề tài nghiên cứu.
II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết về chế độ cắt và ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất

lượng bề mặt
Nghiên cứu thực nghiệm ở các chế độ cắt (s, t, v) độc lập khác nhau, lần lượt
thay đổi từng thông số chế độ cắt.
Ghi chép kết quả, phân tích, tổng hợp, đưa ra mối liên hệ giữa chế độ cắt và
độ nhấp nhô bề mặt.
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm về ảnh hưởng của chế độ
cắt s, t và v đến chiều cao nhấp nhô bề mặt chi tiết Ra, Rz (thép C45) sau gia công
bằng dao tiện thép gió (HSS) sản xuất tại Việt Nam.

8


PHẦN 1
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT, CHẤT LƯỢNG LỚP BỀ MẶT VÀ
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT
MÁY SAU GIA CÔNG
CHƯƠNG 1
QUÁ TRÌNH CẮT VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT SAU GIA CÔNG
1.1. Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi gia công.
1.1.1 Cấu tạo – liên kết và biến dạng tinh thể kim loại
Kim loại có thể coi là những nguyên tố có điện trở dương (nhiệt độ tăng thì
điện trở tăng).
(a) Cấu tạo: (hình 1)
Đặc điểm quan trọng nhất của kim loại
là số điện tử hóa trị (số điện tử ở lớp ngoài
cùng đối với kim loại thường và lớp sát ngoài
cùng với kim loại chuyển tiếp) rất ít, thường
từ 1 đến 2 nguyên tử. Những điện tử này dễ
dàng bứt đi và trở thành điện tử tự do, còn

nguyên tử trở thành iôn dương.
Điện tử tự do quyết định tính chất đặc
trưng cho kim loại như tính dẫn nhiệt, dẫn
điện, phản xạ ánh sáng. Mặt khác, điện tử tự
do là một đặc trưng để hình thành liên kết kim

H×nh 1: Cấu tạo nguyên tử

: Điện tử hóa trị
: Hạt nhân mang điện tích dương

loại và nó đảm bảo cho mối liên kết này
không bị biến đổi trong quá trình biến dạng
dẻo, khiến cho kim loại có tính dẻo cao.
(b) Liên kết kim loại
Phần lớn nguyên tử kim loại tồn tại dưới dạng iôn dương có các điện tử tự do
bao quanh, giữa các iôn dương sinh ra lực đẩy, còn giữa các điện tử tự do và iôn

9


dương sinh ra lực hút. Sự cân bằng của hai lực này chính là cơ sở của liên kết kim
loại.

a)

H×nh 2:

b)

a) Mô hình liên kế iôn; b) liên kết kim loại

Khi hai nguyên tử ở cách xa nhau vô tận, ta có thể coi thế năng của chúng
bằng không. Khi các nguyên tử xích lại gần nhau, năng lượng tương tác giữa chúng
thay đổi. Khi hai nguyên tử càng lại gần nhau lực hút và lực đẩy càng tăng nhưng
tăng với mức độ khác nhau. Thoạt tiên lực hút tăng nhanh, nhưng sau lại tăng chậm,
lực đẩy đầu tiên tăng chậm nhưng sau đó tăng rất nhanh, đường cong thế năng có
dạng như hình 3.
Thế năng nhỏ nhất
ứng với khoảng cách
r nguyên tử ở trạng
thái cân bằng.

H×nh 3:

thế năng của cặp nguyên tử (1) lực đẩy, (2)
lực hút, (3) lực tổng hợp

(c) Cấu tạo mạng tinh thể kim loại

10


Các nguyên tử trong kim loại sắp xếp trật tự, chúng đều nằm trên mặt phẳng
song song cách đều nhau, mặt này gọi là mặt tinh thể. Tập hợp vô số mặt tinh thể
tạo thành mạng tinh thể.
Để đơn giản trong nghiên cứu và biểu diễn mạng tinh thể người ta dùng ô cơ
bản. Đó là phần nhỏ nhất đặc trưng cho một mạng tinh thể. Có thể xem mạng tinh
thể bao gồm vô số ô cơ bản sắp xếp liên tiếp nhau hợp thành.
Trong kim loại thông thường ta thường gặp 3 loại mạng tinh thể: lập phương

thể tâm, lập phương diện tâm và lục giác xếp chặt, hình 4.

H×nh 4:

Các mạng tinh thể điển hình

(d) Biến dạng tinh thể kim loại
Biến dạng là quá trình
làm thay đổi hình dạng của kim
lọai do tác dụng của tải trọng
bên ngoài hay các hiện tượng
vật lý.
Khi chịu tác dụng của
tải trọng bên ngoài, tùy theo
mức độ tải trọng mà kim loại
có thể bị biến dạng đàn hồi,
dẻo hoặc phá hủy, hình 5.

H×nh 5:
1.1.2. Quá trình cắt và tạo phoi

11

Đường đàn hổi của kim loại


Khi cắt, để có thể tạo ra phoi, lực cắt tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để tạo
ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn ứng suất bền của vật liệu gia công,
khi đó quá trình hình thành phoi bắt đầu.

H×nh 6: Sơ đồ hóa miền tạo phoi
Khi cắt, do tác dụng của lực cắt P (hình 6) dao bắt đầu nén lớp cắt vật liệu
gia công theo mặt trước. Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát
sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo và
một lớp phoi có chiều dày ap được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a,
di chuyển dọc theo mặt trước của dao.
Vật liệu gia công trượt trên các mặt OA, OB, OC, OD, OE,.. miền tạo phoi
được giới hạn bởi đường OA – dọc theo đường đó phát sinh những biến dạng dẻo
đầu tiên,đường OE là đường kết thúc biến dạng dẻo và đường AE - đường nối liền
khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi.
Trong quá trình cắt, miền tạo phoi AOE di chuyển cùng với dao.
Ngoài ra lớp kim loại bị cắt, sau khi đã bị biến dạng trong miền tạo phoi, khi
chuyển thành phoi còn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao.
Lớp kim loại phía dưới của phoi, kề với mặt trước của dao bị biến dạng phụ
nhiều hơn lớp phía trên. Mức độ biến dạng của chúng lớn đến mức mà các hạt tinh
thể trong chúng bị kéo dài ra theo một hướng nhất định tạo thành tếch tua.
Như vậy, phoi cắt ra biến dạng không đều.
Mức độ biến dạng của phoi :
Kf = Kbd + Kms

12


Trong đó

Kbd mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi
Ksm mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của

dao
Vì biến dạng dẻo của phoi có tính lan truyền, do đó lớp kim loại nằm phía

dưới đường cắt II cũng sẽ chịu biến dạng dẻo.
Chiều rộng miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công và điều
kiện cắt (thông số hình học dụng cụ cắt, chế độ cắt...)
Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn đến miền tạo phoi, tăng tốc độ cắt miền tạo
phoi sẽ co hẹp lại. Điều đó giải thích như sau :

H×nh 7: a) miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau b) tính góc trượt
Khi tăng tốc độ cắt, vật liệu gia công sẽ chuyển qua miền tạo phoi với tốc độ
nhanh hơn. Khi di chuyển với tốc độ lớn như vậy, vật liệu gia công sẽ đi ngang qua
đường OA nhanh đến mức mà sự biến dạng dẻo không kịp xảy ra theo đường OA
mà chậm đi một thời gian – théo đường OA’. Tương tự, nơi kết thúc quá trình biến
dạng trong miền tạo phoi sẽ là đường OE’ chậm hơn đường OE.
Như vậy, ở tốc độ cắt cao, miền tạo phoi sẽ là A’OE’. A’OE’ quay đi một
góc theo chiều quay kim đồng hồ và khi đó chiều dày phoi giảm đi so với trước (a’
< a) vì biến dạng dẻo giảm đi.
Khi tốc độ cắt rất lớn, miền tạo phoi co hẹp đến mức mà chiều rộng của nó
chỉ vào khoảng vài phần trăm milimet. Trong trường hợp đó, sự biến dạng của vật
liệu gia công có thể xem như nằm lân cận mặt cắt OF. Do đó, để đơn giản ta xem

13


một cách gần đúng quá trình biến dạng dẻo khi cắt xảy ra ngay trên mặt phẳng OF
đi qua lưỡi cắt và làm với phương chuyển động của dao một góc .
Mặt phẳng OF gọi là mặt trượt quy ước còn góc  là góc trượt. Góc trượt đặc
trưng cho hướng và giá trị của biến dạng dẻo trong miền tạo phoi.
Theo hình : nếu chiều dày lớp kim loại cắt là a, chiều dày phoi là a1 thì ta có
r

a

OC .sin 
sin 


a1 OC.cos(   ) cos(   )

Từ đó :

tg 

r.cos 
1  r.sin 

đặt k=1/r thì ta có

tg 

cos 
k  sin 

Tùy theo vật liệu gia công, chế độ cắt, thông số hình học của dcc mà có thể
có phoi dây, phoi xếp và phoi vụn.

H×nh 8:

: Các dạng phoi : a) phoi xếp,

b) phoi dây

Phoi dây: được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ cắt cao, chiều

dày cắt bé, phoi kéo dài liên tục, mặt kề với mặt trước của dao rất bóng còn mặt đối
diện hơi bị gợn (hình 8 b). ở phoi dây ta khó quan sát thấy mặt trượt như ở phoi xếp,
điều đó chứng tỏ mức độ biến dạng dẻo khi hình thành phoi dây ít hơn phoi xếp, nói
một cách khác khi ta cắt phoi dây quá trình cắt dẽ dàng hơn phoi xếp.
Như vậy phoi thu được khi gia công kim loại dẻo có thể dùng làm tiêu chuẩn
để đánh giá điều kiện cắt, khi tạo thành phoi dây, lực cắt đơn vị bé và ít biến đổi, độ
bóng bề mặt đạt được cao hơn khi hình thành phoi xếp.

14


Phoi vụn: khi gia công vật liệu giòn, cứng (gang, đồng thau..) ta thường thu
được loại phoi này. Trong quá trình cắt, dao không làm cho các yếu tố phoi trượt
mà dường như dứt nó lên. Có thể giải thích quá trình hình thành phoi vụn như sau:
Khi gia công, lớp kim loại bị cắt không qua biến dạng dẻo. Do tác dụng của
dao, trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi và ứng suất nén theo
phương chuyển động của dao, mặt khác theo phương thẳng góc với chuyển động
xuất hiện ứng suất kéo. Các yếu tố của phoi bị tách ra chủ yếu do ứng suất kéo bởi
vì vật liệu giòn là loại vật liệu có ứng suất kéo kém hơn ứng suất nén rất nhiều.
Độ bóng bề mặt khi cắt ra phoi vụn không cao, bề mặt có cấu tạo gần giống
như bề mặt kim loại khi bị phá hủy giòn.
Khi cắt ra phoi xếp và phoi dây, phoi tiếp xúc với mặt trước của dao một
đoạn l trước khi rời khỏi dao. Sau đoạn tiếp xúc đó, phoi tách ra khỏi mặt trước và
cuộn lại theo hình xoắn ốc. Sở dĩ như vậy vì phoi ở phần tiếp xúc với dao dầy thêm
làm cho các yếu tố của phoi có dạng hình thang.
Nếu giữ nguyên các điều kiện cắt khác và tăng tốc độ cắt thì sự biến dạng
của phoi giảm đi và làm cho bán kính của cuộn phoi tăng lên.
Góc cắt càng lớn và chiều dày cắt càng bé thì biến dạng của phoi càng lớn
nên bán kính của cuộn phoi càng nhỏ.
Dạng mặt trước của dao cũng ảnh hưởng lớn đến bán kính của cuộn phoi.

Khi dao bị mòn mặt trước tạo thành rãnh cong thì độ cong của rãnh đó ảnh hưởng
trực tiếp tới bán kính cong cuộn phoi.
Diện tích tiếp xúc của phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, tốc độ
cắt, chiều dày cắt và các điều kiện khác. Nếu diện tích tiếp xúc đó giảm đi thì cùng
một gia trị lực cắt thì tải trọng đơn vị tác dụng lên dao tăng.
Giả sử chiều hình thành phoi theo chiều: phoi vụn –> phoi xếp –> phoi dây,
thì phoi có xu hướng hình thành theo chiều từ trái qua phải khi:
- Tốc độ cắt tăng thì
- Chiều sâu cắt giảm
- Góc trước tăng

15


- Độ cứng vật liệu giảm
- Bước tiến giảm
Chất lượng bề mặt khi hình thành phoi vụn nói chung là thấp nhất, nó giống
như trường hợp bề mặt kim loại bị phá hủy giòn.
1.1.3. Hiện tượng lẹo dao
Trong quá trình cắt khi cắt ra phoi dây, trên mặt trước của dao ngay kề lưỡi
cắt thường xuất hiện những lớp kim loại có cấu trúc kim tương khác hẳn với vật liệu
gia công và vật liệu làm dao. Lớp kim loại này bám chắc vào lưỡi cắt dụng cụ thì
được gọi là lẹo dao.
Cơ chế: do chịu áp lực lớn và nhiệt độ cao, mặt khác vì mặt trước dao không
tuyệt đối nhẵn nên các lớp kim loại bị cắt nằm kề với mặt trước của dao trong quá
trình cắt có tốc độ di chuyển chậm và trong những điều kiện nhất định, lực cản
thắng được lực ma sát trong nội bộ kim loại thì lớp kim loại này sẽ nằm ở mặt trước
và hình thành lẹo dao. Vì biến dạng lớn nên độ cứng của lẹo dao lớn hơn độ cứng
của vật liệu gia công từ 2,5  3,5 lần và do đó có thể thay thế vật liệu làm dao thực
hiện quá trình cắt.

Lẹo dao được chia thành hai loại là loại ổn định và loại chu kỳ.
+ Lẹo dao ổn định nằm dọc theo lưỡi cắt trong suốt quá trình cắt, loại này
gồm một số lớp gần như song song với mặt trước và thường hình thành khi cắt thép
với chiều dầy bé.
+ Lẹo dao chu kỳ: loại này gồm hai phần, phần nền nằm sát với bề mặt trước
của dao, về cơ bản là lẹo dao loại 1. trên nền đó hình thành phần thứ hai, phần này
sinh ra, lớn lên và mất đi nhiều lần trong một đơn vị thời gian. Sự xuất hiện của lẹo
dao làm cho các góc cắt của dao trong quá trình cắt luôn thay đổi.

16


(a)
H×nh 9:

(b)

(a) dạng lẹo dao, (b) quan hệ tốc độ cắt v và chiều cao lẹo dao h

Thông số đặc trưng cho kích thước lẹo dao là chiều cao lẹo dao h.
Góc trươc 1 trong tiết diện chính của lẹo dao phụ thuộc vào tốc độ cắt và
dao động trong phạm vi 22-370. tăng tốc độ cắt thì góc 1 giảm, mặt lẹo dao đối diện
với mặt cắt khiến cho góc sau của lẹo dao bằng không.
Bán kính cong của lẹo dao 1 nằm trong giới hạn (8-15).10-3 mài mòn bằng
bán kính cong của lưỡi cắt mài sắc cẩn thận. Ngoài ra, trong quá trình cắt thì góc 1
hầu như không đổi (còn bán kính cong của lưỡi dao tăng lên do mòn). Do đó, khi
cắt phoi mỏng thì lẹo dao ổn định có ý nghĩa rất lớn. Nó có tác dụng như cái chêm
cho phép cắt được chiều dầy rất bé.
Trị số, hình dạng, tính ổn định của lẹo dao của cặp vật liệu gia công và vật
liệu làm dao phụ thuộc rất nhiều yếu tố:

Tốc độ cắt quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao h được thể hiện trên
hình 12:
Phần I, khi tốc độ thấp thì phoi hình thành là phoi vụn nên không sinh lẹo
dao.
Phần II: khi cắt tạo thành phoi dây và hiện tượng lẹo dao bắt đầu xuất hiện,
khi tăng tốc độ cắt thì lẹo dao tăng. Giới hạn trên của khu II là tốc độ cắt ứng với
chiều cao lẹo dao max.
Phần III:khi tiếp tục tăng tốc độ cắt thì lẹo dao bắt đầu giảm. Giới hạn trên
của phần này là hiện tượng lẹo dao bắt đầu biến mất.

17


ở phần IV, khi tốc độ cắt khá cao thì hiện tượng lẹo dao không còn nữa.
Tính chất của vật liệu gia công.
Khi vật liệu gia công càng
dẻo thì tốc độ hình thành lẹo dao
càng thấp và chiều cao lẹo dao càng
cao. vật liệu có cấu tạo péc lít hạt
có độ dẻo cao hơn độ dẻo của vật
liệu có cấu tạo peclit mảnh. Chiều
cao của lẹo dao càng lớn khi lượng
péclit có trong thép càng nhiều.

H×nh 10:

Quan hệ giữa chiều cao lẹo dao

và vật liệu gia công

Tăng lượng cacbon trong
thép sẽ giảm chiều cao lẹo dao.
Chiều dày cắt
Chiều dày cắt càng lớn tốc
độ hình thành lẹo dao càng thấp và
chiều cao lẹo dao càng cao.

H×nh 11: Quan hệ giữa chiều cao lẹo dao và
chiều dày cắt
Góc trước dao
Tăng góc trước của dao thì tốc độ
hình thành lẹo dao càng tăng và
chiều dài lẹo dao càng bé.

H×nh 12: Quan hệ giữa góc  với tốc độ và
chiều cao hình thành lẹo dao

18


H×nh 13: điều kiện hình thành lẹo dao.
1.1.4. Hiện tượng co rút phoi và các nhân tố ảnh hưởng đến hệ sô co rút phoi K
1.1.4.1 Hiện tượng co rút phoi
Về mặt hình thức, sự biến dạng dẻo của kim loại bị cắt được biểu hiện ở chỗ:
chiều dài mà lớp phoi cắt ra Lf ngắn hơn quãng đường mà dao phải đi L dọc theo bề
mặt gia công, còn chiều dày của phoi af lớn hơn chiều dầy cắt a. Chiều rộng phoi bf
khi góc  bé (<300) thay đổi không đáng kể so với chiều rộng cắt b.
Sự biến đổi của lớp kim loại bị cắt do biến dạng dẻo được đánh giá bằng hệ
số co rút phoi K.
Nếu coi thể tích kim loại trước và sau biến dạng không đổi và bf  b thì

K

L af

Lf
a

Trị số của hệ số co rút phoi phụ thuộc vào tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến sự
biến dạng của phoi (tính chất cơ lý của vật liệu gia công, hình dạng hình học của
dao, chế độ cắt và các điều kiện khác) và trị số này thay đổi trong phạm vi rộng K=
(1-8).
1.1.4.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi K
(a) ảnh hưởng của vật liệu gia công.
Tính chất vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn đến hệ số co rút phoi. Khi giữ
nguyên các điều kiện khác, vật liệu càng dẻo thì sự liên kết các phần tử trong kim
loại càng yếu khiến cho sự sắp xếp mạng trong phần tử kim loại dễ bị phá hủy, do
đó khi cắt kim loại sẽ bị biến dạng nhiều hơn.
Dưới đây là bảng giá trị hệ số co rút phoi

19


vật liệu gia
công

Tính chất cơ lý

Hệ số co
rút phoi



K

(N/mm2)

b (N/mm2)

HB

Độ co tương

(N/mm2)

đối %

Thép 30KCA

1,9

322

770

2375

0,384

Thép C35

2,84

265

512

1500

0,531

Thép 20X

3,64

235

438

1500

0,464

Đồng

6,5

245

726

0,9

Bảng 1: hệ số co rút phoi
Từ bảng hệ số co rút phoi ta thấy:
- Khi thay đổi vật liệu gia công thì hệ số co rút phoi thay đổi trong phạm vi
rộng.
- Không tồn tại một mối quan hệ nào giữa hệ số co rút phoi và các thông số
đặc trưng cho tính chất cơ lý của vật liệu gia công.
(b) ảnh hưởng của góc cắt

H×nh 14: Sơ đồ tính toán sự co rút phoi
K


a cos(   )

a1
sin 
sin(   )
sin 

Từ công thức ta thấy: khi góc cắt tăng thì hệ số co rút tăng vì góc cắt càng
lớn thì dụng cụ càng khó ăn sâu vào vật liệu gia công khiến cho vật liệu gia công
chịu biến dạng càng lớn.

20


(c) ảnh hưởng của góc nghiêng chính 

Khi bán kính mũi dao r=0, góc 
càng tăng thì hệ số co rút phoi càng giảm và
khi  tăng thì chiều dày cắt sẽ tăng do đó
phoi càng dầy và càng khó bị biến dạng,
Nếu r # 0 thì khi  thay đổi, sự thay
đổi của hệ số co rút phoi phức tạp hơn thể
hiện ở hình 15.
H×nh 15: ảnh hưởng của góc 
đến hệ số co rút phoi
(d) ảnh hưởng của chế độ cắt
- Tốc độ cắt: trong các yếu tố chế độ cắt thì tốc độ cắt ảnh hưởng đến sự co
rút phoi nhiều nhất.
Khi tăng tốc độ cắt đến một giá trị nào đó thì xuất hiện lẹo dao làm giảm góc
cắt, do đó hệ số co rút phoi giảm (hình 16 a đoạn AB). Tiếp tục tăng tốc độ cắt,
chiều cao lẹo dao tăng làm cho góc cắt tăng lên khiến cho hệ số co rút phoi tăng lên
(hình 16 a đoạn BC). Khi tốc độ cắt tiếp tục tăng nữa vượt quá khu vực hình thành
lẹo dao thì hệ số co rút phoi giảm (đoạn CD) vì lúc này ma sát giữa phoi và mặt
trước dao giảm đi. Hình 16 b) cho biết quan hệ giữa tốc độ và hệ số ma sát. điểm A
trên hình b) tương ứng với điểm C trên hình a), tại đó nhiệt độ cắt khi gia công thép
trung bình đạt 300 - 4000C.
Khi tăng tốc độ cắt, chiều dài tiếp xúc giữa phoi và dao giảm đi dó đó
lầmgỉm ma sát và sự co rút phoi giảm.
Khi tốc độ cắt đạt khoảng 200 – 300 m/ph thì hệ số co rút phoi hầu như
không đổi.

21


H×nh 16: Quan hệ chế độ cắt và co rút phoi
- Chiều dầy cắt: hình 16c) cho thấy mối quan hệ giữa chiều dày cắt a với hệ

số co rút phoi K khi gia công thép 45 bằng dao có  = 250,  450 và v = 52 m/ph.
Từ hình vẽ ta thấy, chiều dày cắt a tăng thì hệ số co rút phoi giảm do sự biến
dạng của phoi dọc theo chiều dày không đồng đều, lớp phoi càng gần mặt trước của
dao càng chịu biến dạng lớn, nên khi giữ nguyên điều kiện cắt thì phoi mỏng có hệ
số co rút phoi lớn hơn phoi dầy.
- Chiều sâu cắt không có ảnh hưởng lớn đến sự co rút phoi
- Dung dịch trơn nguội có tác dụng làm giảm ma sát do đó làm giảm hệ số co
rút phoi
1.2. Chất lượng bề mặt sau gia công cơ
1.2.1 Khái niệm chung về lớp bề mặt
Bề mặt là mặt phân cách giữa hai môi trường khác nhau, bề mặt chi tiết được
hình thành bằng nhiều phương pháp khác nhau do đó nó có cấu trúc và đặc tính
khác nhau. Để xác định đặc trưng của bề mặt kim loại ta cần biết mô hình và định
luật tương tác của kim loại trên bề mặt đối với môi trường, sự sắp xếp các nguyên
tử, tác dụng của các lực trên bề mặt đó so với các phần tử bên trong. Từ đó nghiên
cứu sự thay đổi tính chất lớp bề mặt do tác dụng của môi trường ta được khái niệm
mô hình bề mặt thực.
Trong các tính chất của lớp bề mặt thì tính chất lý, hóa là tính chất quan
trọng nhất vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt. Tuy nhiên, độ cứng và
phân bố ứng suất trên bề mặt cũng được quan tâm.

22


1.2.2 Bản chất của lớp bề mặt
Bản chất của lớp bề mặt chính là bản chất của các hạt tế vi của phần tử sau
tương tác với môi trường trong và sau quá trình tạo hình bề mặt.
Các tính chất lớp bề mặt rất quan trọng vì nó ảnh hưởng rất lớn đến diện tích
tiếp xúc thực, hệ số ma sát, khả năng chịu mài mòn, bôi trơn của bề mặt. Hơn nữa,
các tính chất bề mặt còn đóng vai trò quan trọng trong ứng dụng quang, điện, nhiệt

học....
Bề mặt vật rắn luôn bao gồm các vùng có tính chất cơ, lý khác nhau với lớp
bên trong, đó là lớp hấp thụ vật lý, hóa học, lớp biến dạng, lớp nền.
1.2.2.1 Lớp biến dạng
Dưới tác động của quá trình tạo hình, các tính chất lớp kim loại lớp bề mặt
và lớp lân cận bị thay đổi đáng kể so với lớp bên trong. Ví dụ, trong quá trình gia
công có sự tiếp xúc của bề mặt sau dao và bề mặt chi tiết đã gia công tạo thành
nhiệt độ. Sự kết hợp giữa nhiệt độ và ma sát ở bề mặt này gây ra hiện tượng biến
dạng deo lớp bề mặt. Lớp biến dạng này gọi là lớp biến cứng và trên đó tồn tại ứng
suất dư làm ảnh hưởng tới sự ổn định cũng như kích thước của chi tiết.
Chiều dày lớp biến dạng phụ thuộc vào hai yếu tố:
- Bản chất vật liệu
- Công biến dạng
Tùy théo mức độ biến dạng mà lớp biến dạng này có thể dày vào khoảng
1100m. Lớp biến dạng này không đồng đều và kích thước hạt trong lớp biến
dạng này thường rất nhỏ do bị biến dạng với tốc độ cao kèm théo quá trình kết tinh
lại của tinh thể. Hơn nữa, các tinh thể và hạt lớp bề mặt tự định hướng lại trong quá
trình trượt.
1.2.2.2 Lớp tương tác hóa học
Trừ một số kim loại màu đặc biệt không phản ứng với oxi, còn lại đa phần
các kim loại phản ứng với oxi trong không khí tạo thành các ôxít.
Các lớp ô xít có thể tạo thành trong quá trình gia công cơ hay ma sát. Nhiệt
sinh ra trong quá trình tạo hình hoặc ma sát làm tăng tốc độ oxi hóa và tạo nên

23


nhiều loại ô xít khác nhau. Khi cặp ma sát hoạt động trong không khí thì có thể xảy
ra phản ứng giữa các lớp ô xít của hai bề mặt. Sự tồn tại của chất bôi trơn, chất phụ
gia có thể tạo nên lớp ô xít quan trọng bảo vệ lớp bề mặt.

Lớp oxi hóa có thể gồm một hay nhiều lớp. ví dụ: sắt có thể tạo thành Fe2O3,
Fe3O4, FeO trong cùng một lớp. Với hợp kim thì lớp bề mặt có thể là hỗn hợp của
nhiều ô xít, một số ô xít có tác dụng bảo vệ lớp bề mặt không cho qua trình ô hóa
tiếp tục xảy ra như ô xít nhôm và titan.
1.2.2.3 Lớp hấp thụ hóa học
Bên ngoài lớp tương tác hóa học, các lớp hấp thụ hóa học có thể được hình
thành trên cả bề mặt kim loại và á kim. Lớp hấp thụ hóa học được hình thành trên
cơ sở sử dụng chung các electron hoặc trao đổi các electron giữa các lớp hấp thụ và
bề mặt vật rắn. Trong lớp này tồn tại liên kết rất mạnh giữa bề mặt chất rắn và chất
hấp thụ bằng liên kết cộng hóa trị. Vì vậy, để làm sạch lớp này cần có một năng
lượng tương ứng với năng lượng tạo lên liên kết hóa học (10100Kcal/mol). Năng
lượng này phụ thuộc và tính chất hóa học của bề mặt vật rắn và lớp hấp thụ.
1.2.2.4 Hiện tượng biến cứng lớp bề mặt
Chiều sâu lớp biến cứng
Phương pháp gia công

Mức độ biến cứng %

m

Tiện thô

120  150

30  50

Tiện tinh

140  180

20  60

Phay bằng dao phay mặt đầu

140  160

40  100

Phay bằng dao phay trụ

120  140

40  80

Khoan và khoét

160  170

180  200

Doa

150  160

150  200

Chuốt

150  200

20  75

Phay lăn răng và xọc răng

160  200

120  200

Cà răng

120  180

80  100

Mài tròn thép chưa nhiệt luyện

140  160

30  60

24


Mài tròn thép ít cacbon

160  200

30 60

Mài tròn ngoài các thép sau

125  130

20  40

150

16  25

nhiệt luyện
Mài phẳng

Bảng 2: mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia
công
Trong quá trình gia công, dưới tác dụng của lực cắt, mạng tinh thể lớp kim
loại bề mặt bị xô lệch và gây biến dạng dẻo ở vùng trước và sau lưỡi cắt. Phoi được
tạo ra do biến dạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng trượt. Trong vùng cắt, thể
tích riêng của kim loại tăng còn mật độ kim loại giảm làm xuất hiện ứng suất, khi
đó, nhiều tính chất của lớp kim loại bề mặt bị thay đổi như độ bền, độ cứng, tính
dẻo dai... kết quả lớp bề mặt kim loại bị biến cứng nguội và độ cứng tế vi tăng cao.
Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào các phương pháp gia công và
thông số hình học của dao. Khả năng tạo ra mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của
bề mặt của các phương pháp gia công khác nhau thể hiện ở bảng 1.
1.2.2.5 Ứng suất dư lớp bề mặt
Quá trình hình thành ứng suất dư lớp bề mặt sau gia công cơ phụ thuộc vào
đặc điểm của ứng suất dư lớp bề mặt. Giá trị và dấu phụ thuộc vào biến dạng đàn
hồi của vật liệu gia công, chế độ cắt và thông số hình học của dụng cụ cắt và dung
dịch trơn nguội.
* Các nguyên nhân chủ yếu gây ứng suất dư lớp bề mặt gồm:
- Khi gia công, trường lực xuất hiện gây biến dạng dẻo không đều trong lớp

bề mặt. Khi trường lực mất đi, biến dạng dẻo gây ứng suất dư lớp bề mặt.
- Biến dạng dẻo làm tăng thể tích riêng của lớp kim loại mỏng ngoài cùng.
Lớp kim loại phía trong vẫn giữ nguyên thể tích bình thường do đó nó không bị
biến dạng dẻo. Lớp kim loại lớp ngoài cùng gây ứng suất dư nén còn lớp bên trong
gây ứng suất dư kéo để cân bằng.
- Nhiệt sinh ra ở vùng cắt lớn sẽ nung nóng cục bộ các lớp mỏng bề mặt làm
mô đun đàn hồi của vật liệu giảm. Sau khi cắt, lớp vật liệu này sinh ra ứng suất dư

25