Nghiên cứu bản chất của quá trình phay cao tốc và ảnh hưởng của nó đến độ nhám bề mặt khi gia công trên trung tâm gia công cao tốc 5 trục UCP600

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

NGUYỄN TIẾN DŨNG

NGHIÊN CỨU BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH PHAY CAO TỐC
VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI GIA
CÔNG TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CAO TỐC 5 TRỤC UCP600
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS – TS LÊ VĂN TIẾN

HÀ NỘI - 2010


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực
và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác. Trừ những
phần tham khảo đã được ghi rõ trong luận văn.
Tác giả

Nguyễn Tiến Dũng

1

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan

1

Danh mục ký hiệu chính

4

Danh mục các bảng biểu

5

Danh mục các hình vẽ

7

MỞ ĐẦU

11

Chương1:TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CAO TỐC

13

1.1. Lịch sử của gia công cao tốc

13

1.2. Dụng cụ cắt

16

1.3. Sự hình thành phoi

19

1.4. Lực cắt

22

1.5. Nhiệt cắt

24

1.6. Bộ gá dụng cụ - vấn đề về sự không cân bằng

25

1.7. Độ ổn định khi gia công cao tốc

27

1.8. Yêu cầu về thiết bị cho gia công cao tốc

31

1.9. Ưu điểm của gia công cao tốc

34

1.10. Nhược điểm của gia công cao tốc

36

1.11. Ứng dụng

37

Chương 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ

39

MẶT
39

2.1. Tổng quan về nhám bề mặt
2.1.1. Trung bình sai lệch số học biên độ (prôfin), Ra

40

2.1.2. Chiều cao cực đại của biên độ(prôfin), Ry

40

2.1.3. Độ cao mười điểm của độ nhám, Rz

40

2.1.4. Sai lệch tiêu chuẩn của biên độ (profin), Rq

41

2.2. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt tới khả năng làm việc của chi

42

tiết máy
2.2.1. Ảnh hưởng tới tính chống mòn

43

2


2.2.2. Ảnh hưởng tới độ bền mỏi của chi tiết

46

2.2.3. Ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết

46

2.2.4. Ảnh hưởng tới độ chính xác mối lắp ghép

47

2.2.5. Lựa chọn độ nhám bề mặt

48

2.2.6. Kết luận về tầm quan trọng của độ nhám bề mặt

49

2.3 . Những kết quả nghiên cứu đã đạt được trong việc nghiên cứu các

50

yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt chi tiết gia công (Ra, Rz)
2.3.1. Các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt

50

2.3.2. Các yếu tố phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt

52

2.3.3. Ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng bề

55

mặt gia công
2.3.4. Biện pháp cải thiện độ bóng bề mặt gia công chi tiết máy bằng dụng

56

cụ cắt có lưỡi cắt định hình

2.4 . Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt

57

2.5 . Nhận xét

57

Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN

58

KẾT QUẢ
58

3.1. Hệ thống thí nghiệm
3.1.1. Sơ đồ thí nghiệm

58

3.1.2. Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống thí nghiệm

59

3.2. Tiến trình thí nghiệm

66

3.2.1. Kết quả thực nghiệm Ra

68

3.2.2. Kết quả thực nghiệm Rz

76

3.3. Kết quả thí nghiệm và thảo luận

84

3.4. Biểu diễn bằng đồ thị

84

3.4.1. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của V, Sz tới độ nhám bề mặt Ra

84

3.4.2. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của V, Sz tới độ nhám bề mặt Rz

85
86

3.5. Kết luận

88

Tài liệu tham khảo

3

DANH MỤC KÍ HIỆU CHÍNH

Ký hiệu

Ý nghĩa

n

Số vòng quay của trục chính

Sz

Lượng chạy dao răng

F

Lượng chạy dao

t

Chiều sâu cắt

v

Vân tốc cắt

Ra, Rz
xi

∆Xi

Đơn vị
Vòng/phút
mm/răng
m/phút
mm
m/phút

Thông số đánh giá độ nhám bề mặt gia công
Giá trị mã hoá của các thông số vào
Khoảng thay đổi thông số vào

4

µm


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

TT

Bảng số

1

1.1

2

1.2

Nội dung
Thuộc tính của những vật liệu cắt và lớp phủ cao
cấp
Đặc điểm và phạm vi áp dụng của gia công cao
tốc
Vận tốc cắt được sử dụng trong HSM theo kinh

Trang
19
37
38

3

1.3

4

2.1

Bảng cấp độ nhám theo TCVN

42

5

2.2

Biện pháp cải thiện độ bóng bề mặt

56

6

3.1

7

3.2

8

3.3

9

3.4

Kết quả thực nghiệm Ra

70

10

3.5

Ma trận thực nghiệm

70

11

3.6

Hệ số các phương trình hồi quy

71

12

3.7

Giá trị phương sai

72

13

3.8

Quy đổi các đại lượng đầu vào

74

14

3.9

Bảng giá trị hàm số của vật liệu

75

nghiệm

Thông số kỹ thuật của trung tâm gia công cao tốc
5 trục UCP600
Thông số của thép làm khuôn S55C theo tiêu
chuẩn JIS
Điều kiện quy hoạch thực nghiệm ba yếu tố (N =
23 = 8)

5

60
63
67


15

3.10

Kết quả thực nghiệm Rz

78

16

3.11

Ma trận thực nghiệm

78

17

3.12

Hệ số các phương trình hồi quy

79

18

3.13

Giá trị phương sai

80

19

3.14

Quy đổi các đại lượng đầu vào

82

20

3.15

Bảng giá trị hàm số của vật liệu

83

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình số

Nội dung
Nhiệt độ gia công khi phay cao tốc (theo dự đoán

Trang
13

1

1.1

2

1.2

Vùng tốc độ gia công cao tốc một số loại vật liệu

15

3

1.3

Tổng quan của gia công cao tốc

16

4

1.4

Mối liên hệ giữa kỹ thuật gia công và máy công

16

5

1.5

6

1.6

7

1.7

8

1.8

9

1.9

của Salomon)

Kiểu mòn trên dao tiện và mũi khoan trong phay
cao tốc
Kiểu mòn trên dao phay ngón trong phay cao tốc
Ảnh hưởng của các lớp phủ vật liệu dụng cụ khác
nhau lên
Dụng cụ dùng trong phay cao tốc
Hình thái của phoi nhận được trong vùng gia công
thông thường và gia công cao tốc

17
17
18
19
20

Mặt cắt của việc hình thành phoi trong gia công
10

1.10

khi cắt tại: a, vận tốc cắt v = 150 m/phút; b, v =
300 m/phút; c, v = 1500 m/phút
Tần số của phoi xếp và diện tích phoi xếp bị biến

21

11

1.11

12

1.12

13

1.13

14

1.14

Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến lực cắt

23

15

1.15

Đường cong về nhiệt của Salomon và Mc Gee

24

16

1.16

dạng khi thay đổi vận tốc cắt
Tỷ lệ nén của phoi đối với các loại dụng cụ khác
nhau khi
Nhờ phay cao tốc mà khi gia công thành mỏng
không bị uốn cong vì lực cắt nhỏ so với phương

Nhiệt cắt của chi tiết và dao tại v =600 m/phút,
Sr=0,25mm/răng

7

22
22
23

25


Hình số

Nội dung

Trang

17

1.17

Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt

25

18

1.18

Sự mất cân bằng tại ổ đỡ trục chính

26

19

1.19

20

1.20

21

1.21

22

1.22

23

1.23

24

1.24

25

1.25

Hình dạng cơ bản một biểu đồ ổn định của quá
trình phay
Biểu đồ ổn định máy phay cao tốc “DNM400” khi
dùng dao có 1,2 và 4 răng cắt
Biểu đồ ổn định máy phay cao tốc “DNM400” khi
chiều sâu cắt là 0,1; 0,3 và 0,5 mm
Vùng kỹ thuật tối ưu cho gia công cao tốc
Máy phay cao tốc VelociRaptor của hãng
DATRON Dynamics (Mỹ). Tốc độ trục chính của
Ổ lai với bi làm băng ceramic
So sánh thời gian gia công truyền thống và thời
gian gia công bằng phay cao tốc

28

29
30
31
33
34
35

Hình a: Phay cao tốc với lượng chạy dao nhanh
26

1.26

hơn lan truyền nhiệt. Hình b: Phay truyền thống

36

có thời gian để xảy ra sự lan truyền nhiệt
27

2.1

Profin của bề mặt chi tiết

39

28

2.2

Bề mặt chi tiết sau khi mài

39

29

2.3

Sơ đồ xác định profin trung bình cộng Ra

40

30

2.4

Sơ đồ xác định profin Ry

40

31

2.5

Sơ đồ xác định profin trung bình cộng Rz

41

32

2.6

Sơ đồ xác định profin Rq

41

8


Hình số

Nội dung

Trang

33

2.7

Mô hình 2 bề mặt tiếp xúc

44

34

2.8

Quá trình mòn của một cặp ma sát

45

35

2.9

36

2.10

Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu (U) và sai lệch
profintrung bình cộng Ra
Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết

46
47

máy
37

2.11

Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi Rz và
lượng chạy dao S

50

Ảnh hưởng của hình dạng hình học của dụng cụ
38

2.12

cắt và chế độ cắt đến nhấp nhô bề mặt chi tiết khi

52

tiện
39

2.13

Hiện tượng lẹo dao (BUE)

53

40

2.14

Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều cao lẹo dao

54

41

2.15

42

2.16

43

3.1

Sơ đồ thí nghiệm tổng quát

59

44

3.2

Trung tâm gia công cao tốc 5 trục UCP600

60

45

3.3

Dao phay mặt đầu Ø80 ASX440

62

46

3.4

Tám mẫu dùng trong thí nghiệm

64

47

3.5

Sơ đồ cắt khi thí nghiệm gia công

64

Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều cao nhấp nhô
tế vi Rz
Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đối với chiều
cao nhấp nhô tế vi Rz

9

54
55


Hình số

Nội dung

Trang

48

3.6

Gia công trên máy

65

49

3.7

Máy đo độ bóng Mitutoyo SJ-201P

66

50

3.8

Đầu đo thực hiện đo độ bóng bề mặt

66

51

3.9

Hình tượng hóa kế hoạch thực nghiệm

68

52

3.10

Ảnh hưởng của V, Sz lên Ra khi t = 0,2 mm

85

53

3.11

Ảnh hưởng của V, Sz lên Rz khi t = 0,2 mm

86

10


MỞ ĐẦU
Ngày nay khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, các máy công cụ điều
khiển số (NC và CNC) hiện đang được sử dụng phổ biến tại các nước phát triển.
Trong những năm gần đây các máy CNC được nhập vào Việt Nam với số lượng
ngày càng phát triển. Việc tìm hiểu khai thác khả năng công nghệ gia công trên máy
CNC cũng như trên trung tâm gia công nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao đang là nhiệm
vụ cấp bách.
Gia công cao tốc (High Speed Machining-HSM) là một trong những công
nghệ gia công hiện đại. So với phương pháp cắt gọt truyền thống thì gia công cao
tốc có khả năng nâng cao năng suất, độ chính xác, chất lượng chi tiết gia công, giảm
chi phí sản xuất và thời gian gia công.
Ở Việt Nam, gia công cao tốc chưa có vị trí xứng đáng trong đào tạo và trong
thực tiễn sản xuất. Vì thế có rất ít công trình nghiên cứu về gia công cao tốc. Việc

sử dụng gia công cao tốc trong thực tế sản xuất còn hạn chế. Vì vậy việc nghiên cứu
sâu sắc và ứng dụng hiệu quả quá trình gia công cao tốc, góp phần nâng cao chất
lượng các sản phẩm cơ khí là một vấn đề rất cấp thiết hiện nay ở nước ta.
Vì vậy tác giả chọn đề tài:
“Nghiên cứu bản chất của quá trình phay cao tốc và ảnh hưởng của nó đến
độ nhám bề mặt khi gia công trên trung tâm gia công cao tốc 5 trục UCP600”
Lịch sử nghiên cứu: Nghiên cứu về bản chất của quá trình phay cao tốc đã
được tiến hành ở nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên đây là vấn đề tương đối mới
tại Việt Nam. Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu nhưng chưa đầy đủ.
Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu bản chất của quá trình phay cao tốc và
ảnh hưởng của nó đến độ nhám bề mặt.
Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số chế
độ cắt ảnh hưởng tới Ra, Rz khi phay cao tốc trên trung tâm gia công cao tốc 5 trục
UCP600.
Pham nghiên cứu: nghiên cứu ảnh hưởng của phay cao tốc đến độ nhám bề
mặt Ra, Rz.

11


Ý nghĩa đề tài:
- Những nghiên cứu về gia công cao tốc được công bố gần đây tập trung vào
việc nghiên cứu các ảnh hưởng của phay cao tốc đến độ nhám bề mặt và độ chính
xác gia công. Đề tài đã đóng góp một số kết quả vào hướng nghiên cứu này.
- Chế độ cắt có ảnh hưởng nhiều đến các thông số đặc trưng của phương
pháp gia công cao tốc.
- Phay cao tốc là một quá trình phức tạp với tập hợp lớn các thông số ảnh
hưởng và chỉ tiêu đánh giá. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm được trình bày trong luận văn không chỉ phù hợp với đối tượng nghiên cứu
của đề tài mà còn có thể sử dụng khi nghiên cứu quá trình phay cao tốc ứng với các

điều kiện gia công khác nhau.
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về gia công cao tốc và quy hoạch thực nghiệm.
- Xây dựng sơ đồ thực nghiệm và kế hoạch thực nghiệm.
- Tiến hành thực nghiệm.
- Sử lý số liệu và xây dựng các mô hình hồi quy.
- Phân tích kết quả.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Lê
Văn Tiến, TS Nguyễn Huy Ninh đã giúp đỡ tận tình để tôi hoàn thành luận văn
này. Tôi xin cảm ơn lãnh đạo nhà trường và các thầy cô khoa Cơ khí Trường Đại
học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian
thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 10 tháng 10 năm 2010
Tác giả
Nguyễn Tiến Dũng

12


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CAO TỐC
1.1. Lịch sử của gia công cao tốc.
Định nghĩa đầu tiên về HSM được đưa ra bởi Carl Salomon vào năm 1931.
Dựa trên nghiên cứu về cắt kim loại trên thép và hợp kim màu: vận tốc cắt vc =
440 m/phút (thép), 1600 m/phút (đồng), 16.500 m/phút (nhôm). Và ông đã dự
đoán rằng từ một tốc độ cắt xác định thì nhiệt độ gia công sẽ giảm trở lại (hình
1.1)

Hình 1.1. Nhiệt độ gia công khi phay cao tốc (theo dự đoán của Salomon)

Salomon thực hiện nghiên cứu cơ bản của mình trên lưỡi cưa tròn, và vì tốc độ
cao quay không có sẵn ông đã có thể đạt tốc độ cắt cao chỉ bằng cách tăng đường
kính.
vc =

π .D.n
1000

(m/phút) (1.1)

Tuy nhiên, gia công phần lớn các phôi, các công cụ có đường kính rất lớn
hiếm khi được sử dụng. Điều này có nghĩa rằng trong ứng dụng thực tế tốc độ cắt

13


cao, chủ yếu có thể đạt được là tốc độ quay cao. Tuy nhiên điều này đã không thể
thực hiện được vào lúc đó. Nghiên cứu cơ bản của Salomon cho thấy rằng có một
phạm vi nhất định cắt tốc độ, nơi không thể gia công thực hiện do quá mức nhiệt
độ cao. Vì lý do này, cắt cao tốc gia công cũng có thể được gọi là tốc độ cắt vượt
quá giới hạn đó. Với kiến thức hiện đại, Viện ptw (Production engineering and
Machine tools) xác định tốc độ cao gia công như là cắt với tốc độ vượt quá tốc độ
thông thường từ 5 đến 10 lần.
Vào năm 1977, lần đầu tiên tốc độ cắt cho máy phay có tốc độ lên tới 1.980
m/phút. Các xét nghiệm cũng cho thấy chất lượng bề mặt được cải thiện, tăng
đáng kể với việc tăng tốc độ cắt. Một kết quả quan trọng của các xét nghiệm này
là ở tốc độ cao cắt nhiệt sinh ra trong quá trình gia công phần lớn sẽ truyền vào
phoi. Năm 1979, Không quân bắt đầu ở Mỹ một chương trình nghiên cứu toàn
diện sự hợp tác với General Electric để điều tra cơ bản có hiệu lực mối quan hệ và
kiểm tra các cơ hội tích hợp tốc độ cao vào công nghiệp gia công ứng dụng. Nó đã

được tìm thấy rằng cắt tối ưu phạm vi tốc độ trong các hợp kim nhôm gia công
khoảng 1.500 và 4.500 m/phút.
Gia công cao tốc thực chất là biện pháp gia công thay thế một quy trình bao
gồm chiều sâu cắt t lớn và lượng chạy dao thấp bằng một quy trình gồm nhiều
đường cắt hơn (chiều sâu cắt t nhỏ) và lượng chạy dao cao. Phôi được tao ra nhỏ
hơn nhưng được bóc tách nhanh hơn. Nguyên nhân chính giúp cho sự gia công
cao tốc đạt hiệu quả chính là chiều sâu cắt nhỏ. Chiều sâu cắt t nhỏ đồng nghĩa với
việc càng ít nhiệt tỏa ra trong quá trình cắt. Khi đó sống vòng quay trong 1 phút
có thể tằng lên đáng kể.
Thật ra có nhiều cách khác nhau để định nghĩa gia công cao tốc dựa vào các
yếu tố sau:
• Gia công với tốc độ cắt cao (High speed cutting - HSC)
• Gia công với tốc độ quay của trục chính cao (High spindle speed
machining)
• Gia công với lượng ăn dao cao (High feed machining).

14


• Gia công với tốc độ cắt cao và lượng ăn dao cao (High feed and speed
machining).
• Gia công với năng suất cao (High productivity machining).
Tóm lại việc định nghĩa về HSM không đơn giản, nó vào vật liệu gia công,
phương pháp gia công, dao cắt... Vì vậy việc định nghĩa về HSM phụ thuộc vào
kỹ thuật hiện hành.
Tùy theo loại vật liệu mà dải (vùng) tốc độ gia công cao tốc khác nhau (hình
1.2).

Hình 1.2. Vùng tốc độ gia công cao tốc một số loại vật liệu
Về cơ bản, gia công cao tốc là một sự kết hợp của tốc độ trục chính của máy

cao (high spindle speed), lượng ăn dao lớn (high feed), hệ điều khiển CNC cao
cấp và hơn thế nữa. Trong thực tế, tốc độ cao nhất cho gia công cao tốc trên các
máy công cụ ngày càng tăng, lên đến 60.000 (vòng/phút) và hơn thế nữa. Tốc độ
ăn dao trung bình là 10 (m/phút) trong khi tốc độ di chuyển nhanh lên đến 40
(m/phút) và cao hơn, công suất động cơ trục chính ít nhất là 15 kW.
Xem xét một cách toàn diện thì HSM hứa hẹn một thị trường mới, vì gia công
cao tốc không chỉ làm giảm lực cắt, tăng chất lượng bề mặt. Tuy nhiên tuổi bền
của dao lại giảm đi khi tăng tốc độ cắt, vì vậy cần phải nghiên cứu để phát triển về
dụng cụ dùng trong cắt cao tốc.

15


Big cutting volume

Surface quality

Cuting forces (N)
Tool life(min)
0

v(m/min)

Hình 1.3. Tổng quan của gia công cao tốc
Kỹ thuật gia công là nền cơ bản để phát triển tất cả các thiết bị liên quan đến
quá trình cắt cao tốc. Điều này nói lên kỹ thuật gia công vật liệu đặc thù không chỉ
ảnh hưởng đến sự phát triển của dao cụ mà còn là cách đặc biệt để thiết kế các
thiết bị trong máy công cụ cũng như bản chất đặc biệt của quá trình gia công.

Hình 1.4. Mối liên hệ giữa kỹ thuật gia công và máy công cụ

1.2. Dụng cụ cắt.
Trong gia công cao tốc thì sự mòn của dụng cụ cắt là vấn đề rất cần sự lưu
tâm, nó quyết định đến tuổi bền của dao.

16


Hình 1.5. Kiểu mòn trên dao tiện và mũi khoan trong phay cao tốc

.
Hình 1.6. Kiểu mòn trên dao phay ngón trong phay cao tốc
Ngoài ra ta thấy vật liệu dụng cụ cắt có ảnh hưởng quan trọng đến độ nhám bề
mặt. Trong số những dụng cụ cắt được dùng gia công vật đúc, và những thép hợp
kim, cacbit là loại vật liệu dụng cụ cắt phổ biến nhất. Dụng cụ cắt trong phay cao

17


tốc có tuổi thọ ngắn nhất là cacbit, tuy nhiên nó có thể áp dụng cho gia công vật
liệu mềm. Những dụng cụ cacbit có một độ dẻo dai cao nhưng độ cứng kém hơn
so với những vật liệu cao cấp như nitril bo (CBN) và gốm sứ. Để cải thiện độ
cứng dụng cụ cacbit được phủ lên với lớp mạ cứng như TiN, TiAlN và TiCN, và
mới đây với phủ 2 lớp phủ mềm như MOVIC. Do đó dụng cụ sẽ mòn ít hơn và vì
vậy tuổi bền dao được tăng lên.

Hình 1.7. Ảnh hưởng của các lớp phủ vật liệu dụng cụ khác nhau lên
tuổi bền của dụng cụ cắt.
Vật liệu dụng cụ cắt khác được dùng; gốm, sứ (AlO, SiN), gốm kim loại và
kim cương đa tinh thể (PCD).
Nói chung, những dụng cụ gắn cacbit với lớp phủ TiCN thì cho vật liệu có độ

cứng nhỏ hơn 42 HRC, trong khi phủ AlTiN được sử dụng cho vật liệu có độ
cứng từ 42 HRC trở lên. Tuy nhiên, phụ thuộc vào ứng dụng, vật liệu và lớp phủ
cho hiệu quả tốt nhất khác nhau. Những thuộc tính của vật liệu dụng cụ cắt được
cho trong bảng 1.1 ứng dụng cắt cao tốc cho những vật liệu dụng cụ và phủ như
vậy có thể được phân loại như: CBN và SiN cho gang, TiN và TiCN phủ lên
cacbit cho hợp kim thép dưới 42 HRC và TiN và TiCN phủ lên cacbit cho hợp
kim tôi luyện tới 42 HRC, TiAlN và AlTiN phủ lên cácbit cho hợp kim thép tôi
luyện 42 HRC và hơn. Những ứng dụng đặc biệt, đặc biệt khó khăn khi tiện (HRC

18


60± 65), PCBN gắn vào lưỡi cắt thích hợp cũng được sử dụng một cách thành
công. Ngoài ra hầu hết hình dáng hình học của dụng cụ cắt đều có thể dùng trong
gia công cao tốc.
Bảng 1.1. Thuộc tính của những vật liệu cắt và lớp phủ cao cấp.

Hình 1.8. Dụng cụ dùng trong phay cao tốc
1.3. Sự hình thành phoi.
Những thí nghiệm của các tác giả S.Dolinsek, S.Ekinovic, J.Kopac trên thép
cứng trong gia công cao tốc đã cho những kết quả sau đây:

19


Hình 1.9. Hình thái của phoi nhận được trong vùng gia công thông thường và
gia công cao tốc.
Khi tốc độ cắt vc = 50 m/phút, cấu trúc tế vi của vật liệu phụ thuộc vào loại
biến dạng cổ điển với việc tinh thể kim loại bị giãn dài đồng đều. Nhưng với sự xuất
hiện của vùng trắng ở mặt trong của phoi. Đó là hậu quả của hóa mềm của vật liệu

vì nhiệt. Độ cứng tế vi trung bình là 660 HV, nó có mối liên hệ với độ cứng tế vi
ban đầu của vật liệu (629 HV), chứng tỏ rằng biến dạng ở mức thấp.

20


Hình 1.10. Mặt cắt của việc hình thành phoi trong gia công khi cắt tại: a, vận tốc
cắt v = 150 m/phút; b, v = 300 m/phút; c, v = 1500 m/phút.
Tại vận tốc cắt v = 150 m/phút, phoi là phoi xếp với kiểu dáng hình răng cưa
(hình 1.10a). ta nhìn thấy rõ vùng trắng ở cả mặt trong của phoi và giữa các răng
cưa. Do đó sự xuất hiện của hóa mềm vì nhiệt và biến dạng xảy ra. Độ cứng tế vi
của vùng trắng này là 756 HV. Tuy nhiên, bên trong vùng không biến dạng của phoi
thì độ cứng tế vi chỉ có 632 HV, nó chỉ ra hoàn toàn không có sự biến dạng tại đây
so với tình trạng vật liệu ban đầu. Như vậy trung bình là 62% diện tích phoi xếp bị
biến dạng.
Khi v = 300 m/phút, phoi phân đoạn rõ hơn, với bề dày mỏng và kích thước bé
hơn so với 2 dạng phoi tại 2 vận tốc cắt đã đề cập trước. Do đó bề dày của vùng
trắng nhỏ đi và độ cứng tế vi trung bình đạt 742 HV. Tại bên trong phoi thì độ cứng
là 640 HV. Ở trường hợp này, trung bình khoảng 40% diện tích phoi xếp bị biến
dạng.
Tại v = 1500 m/phút, sự phân đoạn của phoi rất rõ ràng, với bề dày mỏng và
độ lớn nhỏ. Bề dày của vùng trắng nhỏ đi so với khi vận tốc thấp hơn. Độ cứng tế vi
là 720 HV, còn bên trong thì đạt 618 HV. Cuối cùng, trung bình khoảng 33% diện
tích phoi xếp bị biến dạng.

21


Hình 1.11. Tần số của phoi xếp và diện tích phoi xếp bị biến dạng khi thay đổi vận
tốc cắt.

Hình 1.12. Tỷ lệ nén của phoi đối với các loại dụng cụ khác nhau khi
gia công cao tốc.
1.4. Lực cắt.
Đầu tiên lực cắt sẽ tăng khi ta tăng vận tốc cắt nhưng đến một giá trị lớn nhất
nó sẽ bắt đầu giảm khi ta tiếp tục tăng vận tốc cắt. Sở dĩ lực cắt cao tại vận tốc cắt
thấp là do quá trình hình thành lẹo dao, còn khi cắt tốc độ cao thì lực cắt giảm do
kích cỡ của lẹo dao giảm đi và do sự hóa mềm của vật liệu gia công. Tuy nhiên
cũng đã có một số nghiên cứu về lực cắt và chỉ ra rằng trong một số trường hợp
lực cắt sẽ giảm đến mức nhỏ nhất rồi sẽ bắt đầu tăng lên khi ta tiếp tục tăng vận
tốc cắt.

22


Hình 1.13. Nhờ phay cao tốc mà khi gia công thành mỏng không bị uốn cong
vì lực cắt nhỏ so với phương pháp truyền thống.

Hình 1.14. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến lực cắt

23


1.5. Nhiệt cắt.
Trong quá trình cắt, thì nhiệt cắt sinh ra chủ yếu truyền vào phoi, một phần
nhỏ truyền vào dao và truyền vào chi tiết gia công.
Nhiệt cắt sẽ tăng khi vận tốc cắt tăng và nó sẽ không giảm khi vận tốc cắt tiếp
tục tăng như dự đoán nổi tiếng của Salomon (mục 1.1/hình 1.15a). Ông J.F.Mc
Gee đã chỉ ra một ví dụ khi cắt nhôm là: Nhiệt cắt nhôm sẽ tăng khi ta tăng vận
tốc cắt cho đến khi tới nhiệt độ nóng chảy của nhôm (hình 1.15b)

Hình 1.15. Đường cong về nhiệt của Salomon và Mc Gee.

24