Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số a1 và mũ số a2 của hàm tuổi bền T=A1VA2 tới hàm chi phí gia công k khi tiện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-------- o0o -------KITNAKHONE SIMUANGVONG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ A1 VÀ SỐ
MŨ A2 CỦA HÀM TUỔI BỀN T = A1VA2 TỚI HÀM
CHI PHÍ GIA CÔNG K KHI TIỆN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH : CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

HÀ NỘI – 2008

1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-------- o0o -------KITNAKHONE SIMUANGVONG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ A1 VÀ SỐ MŨ A2
CỦA HÀM TUỔI BỀN T = A1VA2 TỚI HÀM CHI PHÍ GIA
CÔNG K KHI TIỆN
CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học :
PGS. TS NGUYỄN TRỌNG BÌNH

HÀ NỘI – 2008

2


LỜI cAM ĐOAN
T«i xin cam đoan đề tài luận văn “ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ
SỐ A1 VÀ SỐ MŨ A2 CỦA HÀM TUỔI BỀN T = A1VA2 TỚI HÀM CHI PHÍ GIA
CÔNG K KHI TIỆN ” này là của tôi tìm hiểu và nghiên cứu. Các kết quả và số

liệu trong luận văn này là trung thực và quá trình nghiên cứu và cộng tác là
nghiêm túc.

3


Mục lục
Trang
LI CAM OAN

1

MC LC

2

LI NểI U

5

Chơng 1. TI U HO QU TRèNH GIA CễNG CT GT

MT YấU CU TT YU KHCH QUAN

6

1.1. Một số khái niệm cơ bản về tối u hóa quá trình gia công cắt gọt

6

1.1.1.Tối u hóa quá trình gia công cắt gọt

6

1.1.2. Các phơng pháp Tối u hóa quá trình gia công cắt gọt

6

1.1.2.1. Tối u hóa quá tĩnh

6

1.1.2.2. Tối u hóa động

7

1.2. Ví sao phải nghiên cứu tối u hóa quá trình gia công cắt gọt

10

1.2.1. Sự xuất hiện của các thiết bị hiện đại

11

1.2.2. Sự xuất hiện của các vật liệu gia công mới

12

1.2.3. Các loại vật liệu dụng cụ cắt mới

12

1.2.3.1. Vật liệu gốm

12

1.2.3.2. Diamant đa tinh thể ( PKD)

13

1.2.3.3. Vật liệu Cubic Bonitrit ( CBN )

15

1.2.4. Công nghệ phủ

15

1.2.5. Các thành tựu về Công nghệ bôi trơn làm nguội

19

1.2.5.1. Công nghệ bôi trơn làm nguội tới trán

19

1.2.5.2. Công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu

21

1.2.6.gia công cắt gọt tốc độ cao

30

1.3. Một số khái niệm cơ bản về quá trình cắt gọt

36

1.3.1. Các khái niệm cơ bản về quá trinh tạo phoi

36

1.3.2. Các đại lợng đặc trng cho quá trình cắt

36

4


1.3.3. Các đại lợng đặc trng về cho phí gia công chỉ quá trình cắt

36

1.3.4. Cơ sở kinh tế kĩ thuật của tối u hóa quá trình cắt gọt

37

Chơng 2. HM CHI PH GIA CễNG KHI TIN

39

2.1. Xây đựng hàm tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện

39

2.1.1. Các dạng mòn của dụng cụ cắt

39

2.1.2. Tuổi bền T phụ thuộc vào tốc độ cắt V và bớc tiến S

42

2.2. Chỉ tiêu tối u và hàm mục tiêu

47

2.2.1. Chỉ tiêu kĩ thuật về thời gian gia công

48

2.2.2. Chỉ tiêu kĩ thuật chi phí gia công

50

2.3. Hàm mục tiêu gía thành gia công

54

2.3.1. Xây dựng hàm mục tiêu gía thành gia công

54

2.3.2. Xác định chế độ cắt tối u khi tiện

56

2.3.2.1. Xác định tốc độ cắt tối u v0

56

2.3.2.2. Xác định bớc tiến cắt tối u S0

58

2.3.3. Xác định chế độ cắt kinh tế và tuổi bền kinh tề hợp lý

61

2.3.3.1. Xác định tốc độ cắt kinh tế v0KT

61

2.3.3.2. Xác định tuổi bền kinh tế T0KT

61

2.3.4. nh hởng của chi phí liên quan đến chỗ làm việc và chi phí
liên quan đến dụng cụ cắt tới chi phí gia công K
2.3.4.1. ảnh hởng của chỗ làm việc tới chi phí gia công K

62
63

2.3.4.2. ảnh hởng của các chi phí liên quan đến dụng cụ cắt
tới chi phí gia công K

64

2.4. Hàm mục tiêu thơì gian gia công

65

2.4.1. Xác định tốc độ cắt tối u về mặt thời gian gia công V0

67

2.4.2. Xác định bớc tiến cắt tối u về mặt thời gian S0

67

2.5. Miền giới hạn khi tiện

69

2.5.1. Giới hạn về phía bớc tiến dao nhỏ
5

69


2.5.2. Giới hạn về phía bớc tiến dao lớn

69

2.5.3. Giới hạn về phía tốc độ lớn cắt lớn

71

2.5.4. Giới hạn về phía tốc độ cắt nhỏ

72

2.5.5. Các gới hạn khác

73

2.5.6. Miền giới hạn khi tiện

74

Chơng 3. NH HNG CA H S A1 V S M A2 TRONG

HM TUI BN T TI CHI PH GIA CễNG KHI TIN 75
3.1. Phân tích ảnh hửơng của hệ số A1 của hàm tuổi bền T tới
chi phí gia công K

75

3.1.1. Phân tích ảnh hửơng của hệ số A1 của hàm tuổi bền T tới
chi phí gia công K khi tiện

75

3.1.2. Kết luận

76

3.2. Phân tích ảnh hửơng của số mũ A2 của hàm tuổi bền T tới
chi phí gia công K khi tiện

77

3.3.1. Phân tích ảnh hửơng của số mũ A2 của hàm tuổi bền T tới
chi phí gia công K khi tiện

77

3.2.2. Kết luận

80

K T LUN CHUNG

81

TI LI U THAM KHO

82

LI CM N

84

6


Lời nói đầu

Để nâng cao sức cạnh tranh trong quá trình hội nhập, chúng ta cần phát
triển sản xuất theo hớng hạ thấp chi phí gia công trên cơ sở đảm bảo và nâng
cao chất lợng sản phẩm.
Tối u hóa quá trình sản xuất là một công cụ hữu hiệu để đạt đựơc mục
tiêu đó.
Tuy nhiên Tối u hóa toàn bộ quá trình sản xuất trong chế tạo cơ khí là một
bài toán rất lớn và chỉ có thể giải quyết đợc sau khí đã thực hiện đợc nhiệm
vụ tối u hoá các nguyên công của quá trình gia công cơ.
Nghiên cứu tối u hoá nguyên công chẳng những nâng cao hiệu quả kinh
tế kĩ thuật của từng nguyên công mà còn tạo ra các dữ liệu quan trọng phục
vụ việc tự động hoá quá trình chuẩn bị công nghệ, rút ngắn thời gian và khối
lợng lao động khi chuẩn bị sản xuất, đồng thời còn tạo ra các điều kiện cơ
bản cho việc điều khiển nguyên công tiến tới tự động hoá quá trình sản xuất.

Hà Nội, Ngày 5 Tháng 02 năm 2008
Tác giả
KITNAKHONE SIMUANGVONG

7


Chơng 1
TI U HểA QU TRèNH GIA CễNG CT GT-MT YấU CU
TT YU KHCH QUAN

1.1. Một số khái niệm cơ bản về tối u hóa quá trình gia công
cắt gọt
1.1.1. Tối u hóa quá trình gia công cắt gọt

Tối u hóa quá trình gia công cắt gọt là phơng pháp xác định chế độ cắt tối
u thông qua việc xây đựng mối quan hệ tóan học giữa hàm mục tiêu kinh tế
của quá trình gia công với các thông số của chế độ cắt tơng ứng với một hệ
thông các giới hạn vế các mặt chất lợng , kĩ thuật và tổ chc của nhà máy.
Nh vậy thực chất của việc xác định chế đọ cắt tối u là giải bài tóan tìm cực
trị trong đó ít nhất có một điều kiện biên là một bất phơng trình . Quá trình
đó bao gốm 3 bứơc sau đây:
- Xây dung hàm mục tiêu.
- Xây dựng miền giới hạn của bài toán.
- Giải và biện luận kết quả.
Trong thực tế,hiện nay tồn tại hai dạng bài toán tối u: tối u hóa tĩnh và
tối u hóa động.
1.1.2. Các phơng pháp tối u hóa qúa trình gia công cắt gọt
1.1.2.1. Tối u hóa tĩnh
Tối u hóa tĩnh là qúa trình nghiên cứu và giải quyết bài toán xác định chế

độ cắt tối u dựa trên mô hình hĩnh của quá trình gia công.
Nhợc điểm cơ bản của phơng pháp tối u hóa tĩnh là không chú ý
8


tới động lực học của quá trình cắt , nghĩa là không chú ý tới các đặc điểm
mang tính ngẫu nhiên và thay đổi theo thời gian nh :
- Độ cứng vật liệu gia công không đồng nhất.
- Lợng d gia công không đồng đều.
- Lợng mòn của dao thay đổi theo thời gian...
Sua khi xác định đợc các thông số cắt hợp lý ngừơi ta tiến hành điều
chỉnh máy làm việc theo các thông số đó . Trong quá trình làm việc các thông
số này không đợc điều chỉnh lại.
Do các đặc điểm trên đây nên tối u hóa tĩnh cha giải quyết vấn đế thật
triệt để . Mặc dầu vậy ngày nay tối u hóa tĩnh vẫn đợc nghiên cứu và ứng
dụng rộng rãi vì phơng pháp nghiên cứu đơn giản , không cần tới đo lờng
chủ động mà vẫn đảm bảo đợc tính hiệu quả.
1.1.2.2. Tối u hóa động

Tối u hóa động (còn gọi là tối u hóa trong của qúa trình cắt gọt hay tối
u hoá liên tục) là quá trình nghiên cứu dựa trên mô hình động của quá trình
cắt , do đó trong quá trình nghiên cứu có chú ý tới các đặc điểm mang tính
ngẫu nhiên và thay đổi theo thời gian nh lợng d không đều, độ cứng vật
liệu không đồng nhất, dao mòn thay đổi theo thới gian ( hình 1.2 ).
Theo hình ( 1.2), trong quá trình cắt ngời ta đo các đại lợng xuất hiện
trong quá trình gia công nh kích thớc, chiếu cao nhấp nhô bề mặt, sai số
hình dạng của bề mặt gia công, độ mòn dao, lực cắt, nhiệt cắt, rung động của
hệ thống công nghệ.. sau đó bộ phận xử lý nhanh chóng xác định ngay chế độ
cắt tối u và chuyển kết quả cho bộ phận điều khiển để tiến hành tự động điều
chỉnh máy làm việc theo chế độ công nghệ tới u tơng ứng với thời điểm đó.

9


SO

S0

Hệ thôngớng sử lý nhanh

Hệ thông đo lờng
n

V0

Hệ thống tự động điều chỉnh chế độ
cắt

Hình 1.2. Sơ đó nghiên cứu tối u hóa động khi tiện
Trong quá trình làm việc mặc dù xuất hiện các yếu tố ngẫu nhiên và thay
đổi theo thời gian nh : độ cứng vật liệu cũng nh lợng d gia công không
đều, lợng mòn của dao thay đổi theo thời gian... nhng nhờ có các tín hiệu do
hệ thống đo lờng chủ động cung cấp, hệ thống xử lý nhanh luôn xác định
đợc chế độ cắt hợp lý ở các thời điểm tơng ứng để cung cấp kịp thời cho hệ
thống điều khiển tự động đảm bảo cho máy luôn luôn làm viêc với chế độ tối
u.
Nh vậy, khác với tối u hóa tĩnh, ở tối u hóa động chế độ gia công
chẳng những đợc điều chỉnh trớc mà còn đợc tự động điều chỉnh ngay
trong chỉnh quá trình cắt.
Tối u hóa động giải quyết vấn đề triệt để hơn so với tối u hóa tĩnh nhng

cũng phức tạp hơn tối u hóa tĩnh rất nhiều vì tối u hóa động gắn liền với đo
lờng chủ động và điều khiển thích nghi. Tuy nhiên, do tính hiệu quả của nó,
tối u hóa động sẽ đợc phát triển rất mạnh trông thế kỷ 21 này.
Hiệu quả của tối u hóa phụ thuộc vào mức độ phù hợp của mô hình
nghiên cứu so với quá trình cắt thực và mức độ chính xác của mô hình toán
học đợc xây dựng để mô tả quá trình cần khảo sát. Do đó muốn thực hiện tối
10


u hóa quá trình gia công cắt gọt phải xây dựng mô hình nghiên cứu dựa trên
các điều kiện công nghệ cụ thể. Về mặt thực tiễn nếu xét đợc càng nhiều yếu
tố ảnh hởng tới quá trính gia công thì vấn đề đợc giải quyết càng toàn diện
và triệt để nhng về mặt toán học thì quá trình nghiên cứu sẽ càng phức tạp và
khó áp dựng vào sản xuất . Ngợc lại, nếu bỏ qua nhiều yếu tố ảnh hởng tối
quá trình gia công thì kết quả thu đợc không chính xác, hiệu quả kinh tế của
việc áp dụng tối u hóa sẽ thấp.
Nh vậy, trớc hết cần dựa vào các thông tin tiên niệm hoặc các nghiên
cu thăm dò để xác định đợc mức độ ảnh hởng của các thông số công nghệ
tới hàm mục tiêu nhằm co hẹp bài toán, nghĩa là sau khi nghiên cứu thăm dò
chỉ nên giữ lại các yếu tố ảnh hởng mạnh, bỏ qua các yếu tố ít ảnh hởng để
bài toán đơn giản và dễ áp dụng.
Trong quá trình nghiên cứu thăm dò ngời ta có thể sử dụng phơng pháp
qui họach thực nghiệm của Taguchi. Nôi dung của phơng pháp này là khi
nghiên cu bằng thực nghiệm sẽ xét đến ảnh hởng của tất cả các đại lợng
của đầu vào. Sau khi xử lý số liệu sẽ thu đợc hàm mục tiêu. Trên cơ sở phân
tích hàm mục tiêu sẽ biết đợc các đại lợng ít ảnh hởng tới hàm mục tiêu.
Từ đó loại bỏ bớt các đại lợng ít ảnh hởng, chỉ tập trung nghiên cứu ảnh
hởng của các đại lợng còn lại. Nh vậy, kết quả nghiên cứu sẽ dễ áp dụng
hơn.
Thc chất của phơng pháp tối u hóa là xây dựng và giải bài toán tìm

cực trị để xác định phơng án tối u cho quá trình sản xuất. Nhận xét đó cho
thấy:
- Tối u hóa là một phơng pháp, là một công cụ cho các nhà nghiên cứu
kinh tế và công nghệ.
- Tối u hóa gắn liền với mô hình hóa, hay nói cách khác mô hình hóa là
bớc thứ nhất của tối u hóa.
- Tối u hóa luôn luôn gắn liền với điều kiện công nghệ cụ thể. Do tiến bộ
của Khoa học công nghệ các điều kiện công nghệ luôn luôn phát tiển theo
11


hớng tích cực ( ví dụ : Một loại máy ( thiết bị gia công ) mới ra đời, sự xuất
hiện của vật liệu gia công mới ... ). Vì thế bài toán tối u trong quá trình công
nghệ luôn luôn đợc đặt ra và phải đợc nghiên cứu và giải quyết để nâng cao
hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất. cũng chính vì thế mỗi quốc gia phải tự
giải quyết bài toán tối u của mình trong điều kiện sản xuất cụ thể mà mình
có.

1.2. vì sao phải nghiên cứu tối u hóa quá trình gia công cắt gọt

Khi tiếp cận vấn đề theo quan điểm hệ thống ta thấy quá trinh công nghệ
gia công cắt gọt là quá trinh liên quan tới rất nhiều yếu tố khác nhau ( hình
1.1), đó là :

Thiết bị
Công nghệ
Phơng pháp
Công nghệ

kiến thức

công nghệ
Quá trính
Công nghệ

Công nghệ
Trơn nguội

Dao cụ :
- Vật liệu
- Kết cấu
Phôi :
- Vật liệu
- Hình dạng
- Kích thớc

Hình 1.1. Khái quát về quá trình gia công.
12


- Phơng pháp công nghệ.
- Thiết bị công nghệ.
- Kiến thức công nghệ.
- Dao cụ : vật liệu dao, kết cấu dao.
- Phôi : vật liệu phôi, hình dạng và kích thớc phôi.
- Công nghệ trơn nguội : phơng pháp tới dung dịch vào vùng cắt ( tới tràn
hay hạn chế ), thành phần dung dịch, lu lợng, áp suất ...
Nói cách khác, qúa trình công nghệ luôn luôn gắn chặt với các các điều kiện
công nghệ cụ thể.
Ngày nay do sự phát triển không ngừng của khoa học mà các yếu tố liên quan
đến quá trình công nghệ luôn luôn phát triển và thay đổi theo hớng tích cực,

vì thế việc nghiên cứu tối u hoá quá trình gia công cắt gọt tơng ứng với các
điều kiện công nghệ mới xuất hiện luôn luôn là một yêu cầu tất yếu khách
quan nhằm nâng cao liệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình sản xuất cơ khí.
Sau đây chúng ta sẽ điểm qua sự phát triển và thay đổi mới nhất của các yếu
tố liên quan đến quá trình cắt gọt.
1.2.1. Sự xuất hiện của các thiết bị hiện đại

Bên cạch các máy vạn năng và các máy chuyên dùng ngày này đã có các
thế hệ máy CNC mới ra đời. Đó là các máy cắt kim lọai ngày càng hiện đại và
có khả năng tự động hóa cao. Muốn đổi mới công nghệ cần đầu t vốn lớn.
Việc sử dụng các máy đắt tiền nh vậy chỉ mang lại hiệu quả khi máy làm
việc với chế độ công nghệ tối u.Nếu các máy làm việc với chế độ công nghệ
không hợp lý sẽ gây lãng phí lớn và hiệu quả thu đợc sẽ không đủ bù cho chi
phí sản xuất, đặc biệt là vấn đề khấu hao thiết bị.

13


1.2.2. Sự xuất hiện của các vật liệu gia công mới
Khoa học công nghệ vật liệu phát triển dẫn tới sự xuất hiện của nhiều chủng
loại vật liệu gia công mới nh các loại hợp kim mới, các loại vật liệu com po
sit... Công nghệ gia công cắt gọt các loại vật liệu này cha đợc nghiên cứu,
do đó chế độ công nghệ gia công các loại vật liệu này cha có.
1.2.3. Sự ra đời của các loại vật liệu dụng cụ cắt mới
Công nghệ chế tạo dụng cụ cắt đợc phát triển rất mạnh. Việc tìm ra các
loại vật liệu dụng cụ mới đã làm thay đổi hẳn khả năng cắt khi gia công.
1.2.3.1. Vật liệu gốm
Vật liệu gốm đã đợc sử dụng rộng rãi để chế tạo dụng cụ cắt. Vật liệu
gốm có độ cứng cao, độ bền nhiệt cao nhng độ dai va đập thấp.
Cấu tạo và phạm vi ứng dụng của vật liệu gốm đợc giới thiệu trong

bảng 1-1.

14


Bảng 1-1. Các loại vật liệu gốm và phạm vi ứng dụng.
Thành phần

Phạm vi ứng dụng

Kêramik (Oxit nhôm Tiện gang có độ cứng 300 HB
Al2O3tinh khiết >
Tiện gang chịu nhiệt và thép có độ bền b 600N/mm2
99,7%)

Kêramik + Oxit kim
loại: Al2O3
+ZrO2(ZrO2<20%)

Tiện thô và tinh thép có
400 N/mm2 b 1500 N/mm2
Tiện thô gang có độ cứng 200 ữ 350 HB

Kê ramik + cacbít
Kim loại: Al2O3+
TiC (Tic<40%),
Al2O3 + WC
( WC < 50%)

Tiện gang có độ cứng cao HB 300, các loại thép tốt có độ

bền b 1500 N/mm2.
Tiện các loại thép nhiệt luyện có độ cứng 65 HRC

Kêramik+Silizium
Al2O3 + Si3N4

Tiện gang có graphit ở đạng tấm, dạng cầu
Tiện thô gang có độ cứng cao
Tiện thép đã nhiệt luyện
Tiện các hợp kim chứa niken

1.2.3.2. Diamant đa tinh thể ( PKD)
Diamant là các bon có cấu trúc mạng ở dạng lập phơng thể tâm, ở đó mỗi
nguyên tử đợc liên kết với nhau theo bốn hớng. Diamant có độ dẫn nhiệt
cao, độ cứng cao nhất vá độ bền uốn thấp nhất so với các loại vật liệu cắt
khác. Ngòai ra, ở nhiệt độ khoảng 800 C, diamant bị graphit hóa ( tiết ra
cácbon ). Do ái lực hóa học của sắt với các bon nên diamant không thích hợp
với việc gia công các loại thép.
Diamant tồn tại ở hai dạng: diamant trong tự nhiên và diamant tổng hợp.
Về mặt cấu trúc có hai loại: dia mant đơn tinh thể và dia mant đa tinh thể.
15


Diamant ở dạng đơn tinh thể trớc hết dùng để sửa đá mài và có ý nghĩa
đặc biệt khi dùng để gia công tinh và siêu tinh xác nhằm đạt độ chính xác và
sai lệch hình dạng trong phạm vi mi crô mét.
Bảng 1-2. Vật liệu siêu cứng và phạm vi sử dụng.

Vật liệu

Phạm vi ứng dụng

CubicBonirit
( CBN )

Gia công tinh các loại thép đã nhiệt luyện ( HRC = 45ữ 65), gang có
độ cứng cao ( HB 400ữ600 ), các loại thép và thép hợp kim có độ
cứng cao ( HRC = 35ữ55 ).

Diamant đa
tinhThể
( PKD )

Tiện tinh và phay tinh kim loại và hợp kim màu ( đồng, đồng thanh,
hợp kim nhôm ), kêramik, đá, chất dẻo, các vật liệu chế tạo từ gỗ và
vật liệu tổng hợp có cấu trúc sợi, đá.

Diamant đa tinh thể ( PKD ) đợc chế tạo bằng cách tổng hợp cácbon ở
nhiệt độ và áp lực cao. Để chế tạo cách mảnh cắt có hình dạng hình học xác
định bằng vật liệu PKD ngời ta ép các đa tinh thể diamant tổng hợp với pha
liên kết là coban ở nhiệt độ và áp suất cao tạo thành các lớp cắt bằng dia mant
dày 0,5 mm trên một mảnh vật liệu bằng hợp kim cứng. Tính chất của các
mảnh cắt bằng PKD phụ thuộc vào độ hạt của diamant và pha liên kết. Phạm
vi sử dụng PKD đợc giới thiệu trong bảng 1-2.
Việc tìm ra PKD cho phép chế tạo đợc các loại dao cụ dùng để tiện hoặc
phay các loại hợp kim màu khó gia công nh hợp kim đồng, hợp kim nhôm
cũng nh các loại vật liệu gốm sứ, các loại vật liệu phi kim có pha sợi..

16

1.2.3.3. Vật liệu Cubic Bonitrit ( CBN )

Vật liệu Cubic bonitrit ( CBN ) có cấu trúc mạng lập phơng thể tâm
không tồn tại ở dạng tự nhiên mà đợc tổng hợp ở nhiệt độ và áp suất cao
(nhiệt độ từ 18000 ữ 27000, áp suất tứ 5000 ữ 9000Mpa). CBN có độ cứng
thấp hơn diamant nhng có độ bền nhiệt cao ( 1400 0C ) và trơ về mặt hóa
học đổi với các vật liệu có chứa sắt, do đó đợc dùng trớc hết để gia công các
loại thép hợp kim cao và các loại gang. Biến thể của CBN đợc tạo ra bằng
cách thay đổi tỷ lệ về thành phần của Bonitrit và pha liên kết, độ lớn của hạt
hoặc cho thêm các loại cácbit hoặc Nitrit. Phạm vi sử dụng của vật liệu cắt
CBN cho trong bảng 1-2.
1.2.4. Công nghệ phủ
Sự ăn mòn là quá trình tác động của môi trờng với vật liệu của chi tiết dới
dạng các phản ứng học hoặc quá trình điện hóa. Sự ăn mòn làm xấu đi tính
chất lớp bề mặt dẫn tới phá hủy kim loại. Vật liệu của chi tiết và vật liệu môi
trờng ở vùng tiếp xúc đợc coi là một hệ thống ( hình 1.2 ).
Mài mòn là quá trình lấy đi một cách không mong muốn lớp vật liệu trên
bề mặt của một vật rắn hoặc làm thay đổi lớp bề mặt thông qua sự tác động cơ
học lặp đi lặp lại của một vật rắn khác hoặc là sự tác động cơ học của các lớp
vật liệu khác ở vùng tiếp xúc ( hình 1.2 ). Dựa vào quá trình hóa lý diễn ra khi
mài mòn ngời ta chia ra các dạng: mòn cào xớc, mòn tróc lớp bề mặt.
Các biện pháp chống mài mòn và ăn mòn bao gốm:
- Chủ động can thiệp vào hệ thống ăn mòn và mài mòn để hạn chế quá
trình ăn mòn và mài mòn ( đợc gọi là biện pháp chủ động ).
- Phủ lên bề mặt chi tiết một lớp vật liệu ( biện pháp bị động ).
Phủ là phơng pháp tạo ra trên bề mặt chi tiết ( còn gọi là vật liệu nền )
một hoặc nhiều lớp chức năng có gia trị sử dụng cao nhằm:
17

+ Nâng cao khả năng chống ăn mòn hóa học,
+ Cải thiện tính chất ma sát, nâng cao khả năng chống mài mòn,
+ Trang trí với các tác dụng đặc biệt,
+ Điều chỉnh đợc các tính chất vật lý cũng nh hóa học đặc biệt nh
nâng cao tính cách điện hoặc dẫn điện của chi tiết.

5
2
V

4

3

1

Hình 1.2. Sơ đồ của hệ mài mòn.
1- Vật thể cố định.
2- Vật thể đối ứng ( có thể ở trạng thái rắn, lỏng, khí ).
3- Vật liệu trung gian ( ví dụ vật liệu bôi trơn ).
4- Môi trờng xung quanh .
5- Tải trọng, V là chuyển động tơng đổi giữa hai vật thể.
Các vật liệu nền cần đảm bảo độ bền và độ dai va đập cần thiết. Đối với
Dụng cụ cắt thông thờng ngời ta dùng vật liệu nền là thép gió hoặc hợp kim
cứng, các vật liệu phủ là nitrit, cacbít và oxit có khả năng chống mài mòn cao.
Ngòai ra, các vật liệu phủ còn có tác dụng chống ăn mòn hóa học, tăng khả
năng bền nhiệt cũng nh giảm hệ số ma sát giữa phoi và phôi với dụng cụ cắt.

18

Thông thờng lớp phủ có chiều dày từ 1ữ 4 àm. Các tính chất của các loại vật
liệu phủ khác nhau đợc cho trong bảng 1-3.
Bảng 1-3. Tính chất của các loại vật liệu phủ dụng cụ cắt.
Lớp phủ

TiN

TiCN

TiAlN

Diamant

2400

3500

3300

800

0,07

0,1

0,05

Lớn

25

68

1.1022

nhỏ

0,4

O,25

0,3

< 500

< 400

< 800

5,2

4,93

5,1

3,5

256

350

-

800

Vàng

Nâu xanh

đen

Nâu

Tính chất
Độ cứng ( H V )
Khả năng dẫn nhiệt ( kW/mK )
Điện trở ( à-cm )
Hệ số ma sát
Nhiệt độ sử dụng ( 0C )
Mật độ ( g/ cm3)
Mô đun đàn hồi E ( kN/mm2 )
Màu

Titan Nitrit ( TiN ) là vật liệu thông dụng nhất để phủ dụng cụ cắt. Lớp phủ
TiN có độ cứng cao, độ bền nhiệt cao. Hợp kim cứng phủ TiN đợc dùng để
gia công các loại thép hợp kim thấp và hợp kim cao với tốc cắt trung bình và
lớn.
Titan cácbonnitrit ( TiCN ) có thêm nguyên tử cácbon trong mạng. Vì vậy,

so với TiN, TiCN có độ cứng cao hơn. Dao cụ có lớp phủ TiCN dùng để gia
công thép với tốc độ thấp.
Titan aluminium nitrit ( TiAlN ) có độ cứng cao, hệ số ma sát thấp, tính dẫn
nhiệt rất thấp, do đó dụng cụ cắt với lớp phủ bằng TiAlN có thể làm việc với
tốc độ cao hơn t 20 đến 50 % so với dụng cụ cắt có lớp phủ TiN. Đặc biệt
dụng cụ cắt phủ TiAlN rất thích hợp với gia công khô.
19


S(m)
7
6
5
4
3
2
1
0

1

2

3

4

5

S : Quãng đờng dao đi đợc ứng với tuổi bền cho phép ( m ).

Hình 1.3. So sánh khả năng làm việc của dụng cụ cắt có các lớp phủ có thành
phần hóa học khác nhau.
1- Không có mạ phủ.
2- xử lý. ion, lớp dính kết Cr, lớp phủ là TiCrN ( 80% Ti,20% Cr ).
3- xử lý. ion, lớp dính kết Cr, lớp phủ là TiCrN ( 25% Ti,75% Cr ).
4- Mạ phủ TiN thông thờng.
5- Mạ phủ TiCN thông thờng.
Diamant để phủ có dạng đa tinh thể với kích thớc hạt thích hợp từ 3 đến
6àm. Vì vậy, chiều dày lớp phủ diamant phải nhỏ hơn 6àm. Do độ cứng rất
cao và tính dẫn nhiệt lớn nên dụng cụ cắt phủ diamant đợc dùng để gia công
kim loại màu và hợp kim của chúng nh nhôm và hợp kim nhôm,đồng và hợp
kim đồng, gỗ, kêramik cũng nh các vật liệu nhân tạo, vật liệu có tăng cờng
sợi. Dụng cụ cắt có lớp phủ diamant không thích hợp với gia công thép.
20


Ngày nay, ngời ta thờng phủ dụng cụ cắt nhiều lớp ( có thể tới 10 lớp,
mỗi lớp dày 0,2 àm ) với thành phần khác nhau từ các vật liệu TiN, TiC, TiCN
hoặc TiAlN để giảm ma sát, ngăn cản sự khuếch tán để có thể cắt với tốc độ
cắt lớn.
Sắp xếp vật liệu dụng cụ cắt theo độ cứng, khả năng chống mài mòn cũng
nh theo độ bền đợc thể hiện ở hình 1.4.

Độ cứng, khả năng chống nài mòn

Diamant
Cubic Bonitrit
Gốm
Hợp kim cứng
có phủ

Thép
gió có
phủ

Các bít-Gốm
Nitrit- Gốm
Hợp kim cứng
không phủ

Thép gió
không phủ
Độ bền uốn, Độ dai va đập

Hình 1.4. Hớng phát triển của vật liệu cắt lý tởng.
1.2.5. Các thành tựu về công nghệ bôi trơn làm nguội
1.2.5.1. Công nghệ bôi trơn làm nguội tới trán
Công nghệ bôi trơn làm nguội tới tràn ( còn gọi là gia công ớt ) có các
tác dụng:
1-Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ đối với
dụng cụ cắt.
2- Đảm bảo nhiệt độ làm việc của môi trờng thấp và ổn định.
21


3- Giúp việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng.
4- Giảm ma sát giữa phoi với mặt trớc và phôi với mặt sau của dụng cụ
cắt.
Các tác dụng trên đây góp phần đảm bảo chất lợng chi tiết gia công ổn
định.

Các phơng án bôi
trơn làm nguội

Gia công ứơt

Gia công khô

Công nghệ bôi trơn - làm nguội
tối thiểu

Hình 1.5. Phơng hớng phát triển của công nghệ bôi trơn làm nguội.
Tuy vậy, bôi trơn - làm nguội tới tràn có các nhợc điểm cơ bản nh sau:
- Tăng chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo dỡng và tái chế chất bôi trơn, đặc
biệt tăng chi phí cho làm sạch chất thải trớc khi đa vào môi trờng. Chi phí
làm sạch 1 tấn dung dịch trơn nguội phế thải trớc khi đa vào môi trờng là
1500 Euro ( khoảng 30 triệu đồng ).
- Gây ô nhiễm mõi trờng làm việc, đất đai và nguồn nớc.
Để khắc phục các nhợc điểm trên nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kĩ thuật
của quá trình chế tạo cơ khí, đồng thời để giảm thiểu ô nhiễm môi trờng
22


nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững trong tơng lai chúng ta cần phát triển
công nghệ bôi trơn - làm nguội theo hớng mô tả trên hình 1.5.
1.2.5.2. Công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu
Công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu là sử dụng dòng khí áp lực cao
hòa trộn với dung dịch trơn nguội rồi phun trực tiếp vào vùng cắt. Dới tác
dụng của dòng khí áp lực cao, dung dịch trơn nguội đợc tạo thành dới dạng
sơng mù.
So với gia công ớt ( bôi trơn làm nguội theo kiểu tới tràn ) công nghệ bôi

trơn làm nguội tối thiểu có các u, nhợc điểm sau:
Ưu điểm:
- Lợng dung dịch trơn nguội cần thiết chỉ bằng 20-30% so với lợng dung
dịch sử dụng theo phơng phát tứơi tràn, do đó giảm chi phí cho việc chế tạo
chất bôi trơn làm lạnh.
- Giảm chi phí dọn thải và làm sạch môi trờng.
- Đảm bảo tuổi bền của dụng cụ
- Không gian làm việc sạch, góp phần giảm ô nhiễm môi trờng.
- Phoi khô.
Nhợc điểm:
- Nhiệt độ chi tiết cao.
- Đa phoi ra khỏi vùng cắt và ra khỏi máy khó khăn.
Do các u điểm trên nên từ những năm 90 của thế kỷ trớc, ở các nớc
công nghệp phát triển ngời ta đã tiến hành nghiên cứu công nghệ bôi trơn
làm nguội tối thiểu và đã thu đợc các kết quả tích cực sau đây.
Hiệu quả của phơng phát bôi trơn làm nguội tối thiểu phụ thuộc vào
phơng pháp phun, thành phần dung dịch, áp lực phun...

23


S(m)
200
150
100
50
0

1

2

3

Hình 1.6. So sánh các phơng pháp bôi trơn làm nguội khi khoan.
1- Gia công khô (không có dung dịch trơn nguội).
2- Gia công ớt với nhũ tơng 10%.
3- Bôi trơn - làm nguội tối thiểu có thêm dầu hạt cải.
S- Chiều dài đoạn đờng làm việc của mũi khoan ( m ).
h- Tiêu chuẩn mài mòn mặt sau = 0,5 mm.
S(m)
h = 0,3 mm
500
400
300
200
100
0
1

2

3

Hình 1.7. So sánh các phơng pháp bôi trơn làm nguội khi khoét.
24


1- Gia công khô.
2- Gia công ớt với nhũ tơng 10%.

3- Bôi trơn - làm nguội tối thiểu có thêm dầu hạt cải.
S- Chiều dài đoạn đờng làm việc của mũi khoét ( m ).
h- Tiêu chuẩn mài mòn mặt sau = 0,3 mm.

S(m)
h = 0,3 mm
140
120
100
80
60
40
20
0

1

2

3

Hình 1.8. So sánh các phơng pháp bôi
trơn làm nguội khi doa.
1- Gia công khô.
2- Gia công ớt với nhũ tơng 10%.
3- Bôi trơn - làm nguội tối thiểu có thêm dầu hạt cải.
S- Chiều dài đoạn đờng làm việc của mũi khoét ( m ).
h- Tiêu chuẩn mài mòn mặt sau = 0,3 mm.

25