Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi tiện khô và tiện ướt thép 40x đã nhiệt luyện

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

DƢƠNG QUANG HƢNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ
CẮT ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN KHÔ VÀ TIỆN
ƢỚT THÉP 40X ĐÃ NHIỆT LUYỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

HÀ NỘI - 2015


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

DƢƠNG QUANG HƢNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ
CẮT ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN KHÔ VÀ TIỆN
ƢỚT THÉP 40X ĐÃ NHIỆT LUYỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. BÙI NGỌC TUYÊN

HÀ NỘI - 2015


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân thực hiện
dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. TS. Bùi Ngọc Tuyên. Trừ những phần tham khảo
đã đƣợc ghi rõ trong luận văn, những kết quả, số liệu nêu trong luận văn là trung
thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Ngƣời cam đoan

Dƣơng Quang Hƣng

-1-


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin đƣợc cảm ơn PGS.TS. Bùi Ngọc Tuyên, thầy hƣớng
dẫn khoa học của tôi về sự định hƣớng đề tài, sự hƣớng dẫn tận tình cùng những
đóng góp quý báu trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận văn.
Tôi muốn đƣợc bày tỏ sự biết ơn của mình đến Ban Giám Hiệu, Viện Đào
tạo sau Đại học, Viện Cơ khí, Bộ môn Gia công vật liệu và dụng cụ công nghiệp
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã dành những điều kiện thuận lợi nhất để
tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo – Trƣờng Cao
đẳng Công nghiệp Việt Đức, Công ty cổ phần phụ tùng máy số 1, thị xã Sông
Công, Thái Nguyên đã dành những điều kiện làm việc tốt nhất cho tôi về cơ sở
vật chất, dụng cụ, máy móc, giúp tôi hoàn thành đƣợc nghiên cứu của mình
Cuối cùng, tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình và bạn bè đã ủng
hộ và động viên tôi trong suốt quá trình làm luận văn này.

Tác giả

Dƣơng Quang Hƣng

-2-


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................. -1LỜI CẢM ƠN ....................................................................................... -2DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................... 6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .......................................................... -8MỞ ĐẦU .............................................................................................. -9CHƢƠNG I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TIỆN VÀ
TIỆN CỨNG ......................................................................................... -131.1 Tổng quan về công nghệ tiện ........................................................ -13-.
1.2. Tìm hiểu về công nghệ tiện cứng................................................... -221.2.1. Giới thiệu chung ............................................................... -221.2.2. Máy và dụng cụ trong tiện cứng ....................................... -231.2.3 Các thông số chế độ cắt khi tiện cứng (V, S, t) ................. -251.2.4. Dụng cụ cắt CBN, cấu trúc của mảnh dao ....................... -251.2.5 So sánh tiện cứng với tiện thƣờng và mài ......................... -271.3.Tìm hiểu các kết quả nghiên cứu về tiện cứng ............................... -28CHƢƠNG II: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ
MẶT KHI TIỆN CỨNG ....................................................................... -302.1. Khái niệm chung về lớp bề mặt ..................................................... -302.2. Bản chất của lớp bề mặt ................................................................. -302.3. Tính chất lý hoá của lớp bề mặt ..................................................... -312.3.1. Lớp biến dạng ................................................................... -322.3.2. Lớp Beilbly ....................................................................... -322.3.3. Lớp tƣơng tác hóa học ...................................................... -322.3.4. Lớp hấp thụ hóa học ......................................................... -322.3.5. Lớp hấp thụ vật lý ............................................................. -332.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng bề mặt khi tiện cứng.................. -332.4.1. Độ nhám bề mặt và phƣơng pháp đánh giá ...................... -332.4.2. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ ...................... -34-3-


2.5. Các nhân tố ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt khi tiện cứng........... -402.5.1. Ảnh hƣởng của các thông số hình học của dụng cụ cắt ... -402.5.2. Ảnh hƣởng của tốc độ cắt ................................................. -422.5.3. Ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao ........................................ -422.5.4. Ảnh hƣởng của chiều sâu cắt ............................................ -432.5.5. Ảnh hƣởng của vật liệu gia công ...................................... -432.5.6. Ảnh hƣởng của rung động trong hệ thống công nghệ ...... -442.6. Dung dịch trơn nguội và ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội ..... -442.6.1. Dung dịch trơn nguội ........................................................ -442.6.2. Vai trò chất bôi trơn làm nguội ....................................... -452.6.3.Sự làm nguội và bôi trơn của các chất bôi trơn làm nguội -472.6.4 Một số hóa chất thƣờng dùng trong dung dịch trơn nguội-492.6.5. Phƣơng pháp tƣới nguội ................................................... .-502.6.6 Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội ............................... .-51CHƢƠNG III: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH
HƢỞNG CỦA TỐC ĐỘ CẮT, LƢỢNG CHẠY DAO KHI TIỆN KHÔ VÀ
TIỆN ƢỚT ............................................................................................ -563.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm ................................................ -563.1.1. Chọn thông số vào ....................................................................... -573.1.1.1. Các yêu cầu khi chọn thông số vào...........................................-573.1.1.2. Các cơ sở để chọn thông số vào.................................................-573.1.1.3 Chọn thông số đầu vào .......................................................... .-573.1.2. Chọn chỉ tiêu đánh giá................................................................ .-573.1.2.1. Các chỉ tiêu động lực học quá trình cắt ................................... -583.1.2.2. Chỉ tiêu độ chính xác và chất lƣợng bề mặt gia công ............. -603.1.2.3. Chỉ tiêu kinh tế ........................................................................ -603.1.3. Nhiễu khi tiện cứng ................................................................... -603.2 Xây dựng quy hoạch thực nghiệm .......................................................... -613.2.1 Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm. ............................ .-61-4-


3.2.1.1. Nguyên tắc không lấy toàn bộ các trạng thái đầu vào .................. -613.2.1.2. Nguyên tắc phức tạp dần mô hình toán học ................................. -613.2.1.3. Nguyên tắc đối chứng với nhiễu. ................................................. 613.2.1.4. Nguyên tắc ngẫu nhiên hoá. ......................................................... -613.2.1.5. Nguyên tắc tối ƣu của quy hoạch thực nghiệm..............................-623.2.2.Chọn loại kế hoạch thực nghiệm và mô hình hồi quy thực nghiệm .-623.2.2.1. Các đặc trƣng thống kê quan trọng.. ............................................ -623.2.2.2. Hàm hồi quy một biến..... ............................................................ -643.2.2.3. Quy hoạch thí nghiệm trực giao toàn phần dạng 2k ................... -653.2.2.4. Quy hoạch thí nghiệm trực giao bậc hai (Quy hoạch Box – Wilson.).-683.3. Thiết kế thí nghiệm .................................................................................. -713.3.1. Máy thí nghiệm ................................................................. -713.3.2. Dụng cụ thí nghiệm .......................................................... -723.3.3. Phôi thí nghiệm ................................................................. -733.3.4. Dụng cụ đo kiểm .............................................................. -753.4 Dung dịch trơn nguội................ ..................................................... -753.5. Điều kiện biên ................................................................................ -753.6. Thực nghiệm khi tiện thép 40X qua tôi bằng mảnh dao PCBN .... -753.6.1. Nội dung ........................................................................... -753.6.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm ............................... -763.7. Xây dựng ma trận thí nghiệm ........................................................ -78CHƢƠNG IV: XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT
QUẢ ..................................................................................................... -794.1. Kết quả không có bôi trơn ............................................................ -804.2. Kết quả có bôi trơn ........................................................................ -86Kết luận chƣơng .................................................................................... -89Kết luận chung và hƣớng nghiên cứu tiếp theo đề tài...................... .-90TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................... -92-

-5-


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ chuyển động tạo hình bằng phƣơng pháp tiện ...................... 13
Hình 1.2 Máy tiện vạn năng ............................................................................ 14
Hình 1.3. Máy tiện Rơvônve. .......................................................................... 15
Hình 1.4. Máy tiện CNC..... ............................................................................ 15

Hình 1.5. Máy tiện đứng CNC ........................................................................ 15
Hình 1.6.Kết cấu của dao tiện ......................................................................... 16
Hình 1.7 Quá trình hình thành phoi ................................................................ 18
Hình 1.8. Các dạng phoi .................................................................................. 19
Hình 1.9 Sự co rút phoi...... ............................................................................. 20
Hình 1.10 Máy tiện CNC –Nhật ..................................................................... 23
hình 1.11 Máy tiện CNC MaJac Nhật.......................... ................................... 23
Hình 1.12. Máy EmcoTurn 332 Mcplus và Quá trình cắt khô trong
tiện cứng.. ....................................................................................................... 24
Hình 1.13 Mảnh hợp kim có CBN ở mũi ....................................................... 26
Hình 1.14 Ký hiệu một số mảnh CBN dùng trong tiện cứng ......................... 27
Hình 2.1. Chi tiết bề mặt vật rắn .................................................................... 31
Hình 2.2. Quan hệ giữa bán kính mũi dao và chiều sâu lớp biến cứng với
các lƣợng chạy dao khác nhau (khi dao chƣa bị mòn) .................................... 36
Hình 2.3. Quan hệ giữa vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng ứng với
các lƣợng mòn mặt sau khác nhau của dao tiện .............................................. 36
Hình 2.4. Quan hệ giữa bán kính mũi dao, chiều sâu cắt và ứng suất dƣ lớp
bề mặt................... ........................................................................................... 41
Hình 2.5. Ảnh hƣởng của thông số hình học của dao tiện tới độ nhám
bề mặt .............................................................................................................. 41
Hình 2.6. Ảnh hƣởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia công thép ....... 42
Hình 2.7. Ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao tới độ nhám bề mặt ...................... 43
Hình 3.1. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm ....................................................... 56
Hình 3.2. Sơ đồ khối kết quả đo ...................................................................... 63
-6-


Hình 3.3. Sơ đồ khối xác định hàm hồi quy 1 biến......................................... 65
Hình 3.4. Sơ đồ khối xác định hàm hồi quy nhiều biến .................................. 70
Hình 3.5. Máy tiện GSKCN980TDb............................................................... 71

Hình 3.6.Thân dao PDJNR2020K-15 có gắn mảnh PCBN. ........................... 72
Hình 3.7 Các thông số cơ bản mảnh dao ........................................................ 73
Hình 3.8 Phôi thí nghiệm. ............................................................................... 73
Hình 3.9 Máy đo độ nhám.. ............................................................................. 75
Hình 4.1. Đồ thị quan hệ độ nhám với các thông số cắt khi không có
bôi trơn ............................................................................................................ 84
Hình 4.2. Đồ thị quan hệ độ nhám với các thông số cắt khi có bôi trơn ........ 89

-7-


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Nội dung

STT
Bảng 2.1

Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của các phƣơng pháp
gia công cơ

Trang
35

Bảng 3.1 Bảng thành phần hóa học thép 40X.

75

Bảng 3.2 Giá trị thông số chế độ cắt V, S cho thực nghiệm.

78

Bảng 3.3 Ma trận thí nghiệm.

79

Bảng 4.1 Kết quả độ nhám khi không bôi trơn.

80

Bảng 4.2 Kiểm tra tính đồng nhất của thực nghiệm

83

Bảng 4.3 Giá trị hàm số thép 40X khi không bôi trơn

84

Bảng 4.4 Kết quả đo độ nhám khi có bôi trơn

86

Bảng 4.5 Kiểm tra tính đồng nhất thực nghiệm khi có bôi trơn

88

Bảng 4.6 Giá trị hàm số thép 40X khi có bôi trơn

89

-8-


MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lƣợng bề mặt và độ bền cao là cơ
sở cho sự ra đời các loại máy móc, thiết bị hiện đại, có chất lƣợng cao (độ chính
xác, độ tin cậy, độ bền cao…). Phƣơng pháp tiện cứng có một vị trí quan trọng
trong gia công cơ khí hiện đại nhờ khả năng vƣợt trội so với các phƣơng pháp
cắt gọt khác khi gia công những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao cho độ
chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao.
Tiện cứng, hay là tiện các thép cứng, đƣợc hiểu là phƣơng pháp gia công
bằng tiện các chi tiết có độ cứng cao (45 ÷ 70 HRC). Tiện cứng nói chung đƣợc
tiến hành cắt khô hoặc gần giống nhƣ cắt khô và phổ biến sử dụng dao bằng vật
liệu siêu cứng nhƣ Nitrit Bo lập phƣơng đa tinh thể (PCBN-Polycrystalline
Cubic Boron Nitride, thƣờng đƣợc gọi là CBN-Cubic Boron Nitride), PCD hoặc
Ceramic tổng hợp. Sự ra đời và phát triển của vật liệu dụng cụ cắt PCBN nhƣ là
một giải pháp tối ƣu cho tiện cứng.
Khi đã tôi cứng, 1 số chi tiết không thể khoan khoét đƣợc, vì trong thực tế
có rất nhiều chi tiết phải tôi xong ngƣời ta mới gia công, đối với các mặt ngoài
có chiều dài lớn thì có thể mài, nhƣng các mặt ngoài có chiều dài ngắn, dùng
tiện hiệu quả hơn nhiều nhƣ phôi bánh răng, trục cam...Mài chỉ có hiệu quả khi
chiều dài chi tiết lớn.
Các chi tiết bậc nhiều liên tiếp, lỗ nhỏ dùng mài không có hiệu quả, lỗ
không mài đƣợc nên bắt buộc phải tiện cứng.
Sử dụng tiện cứng không những đã trở nên ngày càng phổ biến, mà hiện
nay còn là phƣơng pháp đƣợc chấp nhận nhằm nâng cao chất lƣợng sản phẩm
trong gia công cuối. Ngày nay bằng cách dùng tiện cứng thay cho mài, sẽ dễ
dàng gia công các bề mặt phức tạp của sản phẩm.
Tuy nhiên, tiện cứng có một số nhƣợc điểm đáng lƣu ý nhƣ: Chi phí dụng cụ cắt

cao, nhiệt cắt cao do chủ yếu sử dụng phƣơng pháp cắt khô và cắt ở tốc độ cắt
cao.

-9-


Chất lƣợng bề mặt gia công và mòn dụng cụ là hai yếu tố quan trọng
trong quá trình gia công. Chất lƣợng bề mặt ảnh hƣởng trực tiếp đến khả năng
làm việc, độ bền, độ bền mòn của chi tiết máy. Mòn dụng cụ không chỉ làm
giảm độ chính xác hình dạng chi tiết mà còn làm tăng lực cắt, tăng ma sát và
nhiệt một cách đáng kể dẫn đến phá huỷ bề mặt chi tiết gia công và dụng cụ cắt
trong tiện cứng.
Những kết quả nghiên cứu đƣợc công bố gần đây trên các tạp chí khoa
học cho thấy việc nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hƣởng của
các thông số nhƣ Cơ chế cắt [6], [7], mòn dao [3], [4], Những nghiên cứu này
cho thấy điều kiện cắt (chẳng hạn nhƣ tốc độ cắt, lƣợng chạy dao, hình học
dụng cụ, thuộc tính vật liệu của cả chi tiết gia công lẫn dao) ảnh hƣởng rõ rệt
đến bề mặt gia công cuối,...nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt đến chất lƣợng
bề mặt gia công khi tiện tinh thép X12M qua tôi bằng dao gắn mảnh PCBN [1].
Tuy nhiên các đề tài nghiên cứu chủ yếu tập trung vào khảo sát ảnh hƣởng của
chi tiết và dụng cụ khi tiện hoặc phay các bề mặt ngoài bằng dao thép gió hoặc
HKC với điều kiện gia công dễ, gia công thép chƣa nhiệt luyện, ...
Do vậy đề tài:” Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số chế độ cắt đến
chất lƣợng bề mặt khi tiện khô và tiện ƣớt thép 40X đã nhiệt luyện” là cần
thiết và có tính ứng dụng trực tiếp.
2. MỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu ảnh hƣởng của tốc độ cắt ,lƣợng chạy dao đến độ nhám bề
mặt khi tiện bằng dao PCBN trong hai trƣờng hợp có và không có dung dịch
trơn nguội, so sánh đánh giá chế độ cắt có bôi trơn và không có bôi trơn.
3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết về bản chất vật lý của quá trình tiện cứng:
- Xây dựng hệ thống thí nghiệm.
- Nghiên cứu thực nghiệm để xác định ảnh hƣởng của tốc độ cắt ,lƣợng chạy
dao khi tiện khô và tiện ƣớt.
4. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
- 10 -


4.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học và công nghệ gia công kim
loại trong nƣớc cũng nhƣ khu vực và trên thế giới.
Nghiên cứu so sánh ảnh hƣởng các thông số chế độ cắt (tốc độ cắt, lƣợng
chạy dao) và dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt khi tiện sẽ đóng góp
thêm kiến thức thực tiễn về quá trình tiện cứng. Cung cấp thêm các kiến thức về
tốc độ cắt, lƣợng chạy hợp lý cũng nhƣ ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến
chất lƣợng lớp bề mặt.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Việc nghiên cứu ảnh hƣởng này có ý nghĩa thực tiễn quan trọng. Kết quả
của việc nghiên cứu này sẽ là cơ sở để áp dụng vào các quá trình gia công một
cách thích hợp nhất mà phƣơng pháp mài không thể mài đƣợc nhƣ gia công các
lỗ nhỏ thông hoặc các chi tiết có lỗ bậc.. Cối thuốc viên, cối pin....
- Kết quả nghiên cứu cũng có thể dùng làm tham khảo cho các cơ sở sản
xuất có sử dụng mảnh dao là vật liệu PCBN. Chọn đƣợc chế độ gia công hợp lý
sẽ tiết kiệm đƣợc chi phí gia công và góp phần làm tăng năng xuất chất lƣợng
chất lƣợng sản phẩm.
5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
Chƣơng I: Tìm hiểu tổng quan về quá trình tiện và công nghệ tiện cứng
-Tổng quan về quá trình tiện
-Công nghệ tiện cứng

Chƣơng II: Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt khi tiện cứng
Chất lƣợng bề mặt khi gia công (độ song song, độ nhám…)
Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến chất lƣợng bề mặt .
Dung dịch trơn nguội và ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội.
Chƣơng III: Quy hoạch thực nghiệm của tốc độ cắt, lƣợng chạy dao khi tiện
khô và tiện ƣớt
Thiết kế quy hoạch thực nghiệm: Máy, dụng cụ cắt, phôi thí nghiệm, chế
độ công nghệ.

- 11 -


QHTN ảnh hƣởng của S, V đến nhám bề mặt khi tiện ƣớt: 4 thí nghiệm +
3 thí nghiệm ở tâm
QHTN ảnh hƣởng của S,V đến nhám bề mặt khi tiện khô: 4 thí nghiệm +
3 thí nghiệm ở tâm
Triển khai thực nghiệm.
Chƣơng IV: Xử lý số liệu thực nghiệm và đánh giá kết quả.
Tiện khô Ra 1 = f 1 (V, S)
Tiện ƣớt Ra = f 2 (V, S)
Vẽ đồ thị quan hệ độ nhám với các thông số chế độ cắt. So sánh,đánh
giá, kết luận.

- 12 -


CHƢƠNG I
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TIỆN VÀ TIỆN CỨNG
1.1 Tổng quan về công nghệ tiện
-Tiện là phƣơng pháp gia công có phoi đƣợc thực hiện bằng sự phối hợp hai

chuyển động gọi là chuyển động tạo hình gồm chuyển động chính là chuyển
động quay tròn của chi tiết và chuyển động chạy dao( chuyển động chạy dao dọc
và chuyển động chạy dao ngang)

Hình 1.1 Sơ đồ chuyển động tạo hình bằng phƣơng pháp tiện
-Máy tiện là loại máy cắt kim loại, đƣợc dùng rộng rãi nhất để gia công các
mặt tròn xoay nhƣ :mặt trụ, mặt định hình, mặt nón, mặt ren vít, gia công lỗ ren,
mặt đầu cắt đứt. Có thể khoan, khoét, doa, cắt ren bằng tarô bàn ren trên máy.
Nếu có đồ gá có thể gia công các mặt không tròn xoay, hình nhiều cạnh,
ellíp, cam …
+Về đặc điểm nguyên lý :
Máy tiện có chuyển động chính là chuyển động quay tròn quanh tâm của phôi
tạo ra tốc độ cắt, chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến của dao gồm
hai loại : chạy dao dọc (dọc theo hƣớng trục của chi tiết),
chạy dao ngang (chạy theo hƣớng kính của chi tiết).
- 13 -


+Về mặt kết cấu và công dụng, máy tiện đƣợc phân ra :
-Máy tiện vạn năng : có hai nhóm : Máy tiện trơn và máy tiện ren vít .

Hình 1.2 Máy tiện vạn năng
-Máy tiện vạn năng đƣợc chế tạo thành nhiều cỡ : Cỡ nhẹ (≤500 kg); cỡ
trung (≤ 4 tấn); cỡ lớn (≤ 15 tấn); cỡ nặng (≤400 tấn); về truyền động kết cấu
máy này có loại có trục vít me, có loại không có trục vít me.
-Máy tiện chép hình : đƣợc trang bị các cơ cấu chép hình để gia công những
chi tiết có hình dáng đặc biệt. Loại này truyền động chỉ có trục trơn.
-Máy tiện chuyên dùng : chỉ để gia công một vài loại chi tiết nhất định nhƣ:
máy tiện ren chính xác, máy tiện hớt lƣng, máy tiện trục khuỷu, máy tiện bánh
xe lửa…

-Máy tiện cụt : để gia công các chi tiết nặng có D > L.
-Máy tiện đứng : cơ trục chính thẳng đứng : Gia công các chi tiết nặng phức tạp.
-Máy tiện nhiều dao : là loại máy tiện có nhiều dao chuyển động độc lập, để
cùng một lúc có thể gia công chi tiết với nhiều dao cắt.
-Máy tiện revolver : dùng để gia công hàng loạt những chi tiết tròn xoay với
nhiều nguyên công khác nhau. Toàn bộ dao cắt cần thiết đƣợc lắp trên một bàn
dao

- 14 -


đặc biệt gọi là đầu revolver, có trục quay đứng hoặc nằm ngang.

Hình 1.3 Máy tiện Rơvônve
-Máy tiện tự động và nửa tự động.
-Máy tiện CNC

Hình 1.4 Máy tiện CNC

Hình 1.5 Máy tiện đứng CNC

- 15 -


*Dao tiện:là dụng cụ cắt sử dụng trong tiện,tùy theo yêu cầu sử dụng mà có
nhiều loại dao khác nhau,kết cấu dao tiện đƣợc chỉ ra trong hình vẽ:

Hình 1.6 : Kết cấu của dao tiện
*Chế độ cắt khi tiện:
Nguyên tắc chọn chế độ cắt:chế độ cắt chọn theo trình tự t, s, v.Chỉ tiến hành

chế độ cắt khi sau khi đã chọn đƣợc dao,máy và các đồ gá một cách thích hợp
-chọn chiều sâu cắt t (mm)
Chọn t nếu độ cứng vững của phôi lớn (L/D<4 ) và công suất máy đủ lớn thì nên
chọn t = h
ở đây: h là lƣợng dƣ gia công của nguyên công đó:
L -chiều dài phôi
- 16 -


D -đƣờng kính phôi
S -bƣớc tiến dao (mm/vòng)
Bƣớc tiến dao S ảnh hƣởng đến quá trình cắt,độ nhám bề mặt,độ bền của dao
Ta thƣờng chọn S theo độ bóng bề mặt của chi tiết và theo các công thức kinh
nghiệm:
khi gia công thép H=( 0.21.S2)/r0.65
khi gia công gang H=0.89S1.1/r
trong đó H là chiều cao lớp nhấp nhô bề mặt
r là bán kính mũi dao
-Tốc độ cắt v (m/phút)
Tốc độ cắt ảnh hƣởng tới chất lƣợng gia công, năng suất, độ bền của dao và giá
thành sản phẩm , vì thế đây là một thông số quan trọng.
Công thức để tính tốc độ cắt nhƣ sau:
V=

.K

là hệ số ảnh hƣởng của kiểu tiện
T – tuổi bền của dao
– các số mũ chỉ mức độ ảnh hƣởng

M,

K - hệ số chỉ ảnh hƣởng của tính chất vật liệu gia công, góc dao, độ mài mòn
dao, kiểu dao, dung dịch trơn-nguội, tình trạng lớp mặt ngoài
-T-Thời gian máy

(phút)

-T-Thời gian máy

(phút) là thời gian cần thiết để hoàn thành việc cắt gọt trên

máy bao gồm thời gian cần thiết máy phải thực hiện chuyển động chính và phụ
=
ở đây L là chiều dài chi tiết gia công
h – lƣợng dƣ gia công

S – bƣớc tiến dao

n – số vòng quay phôi

t – chiều sâu cắt

- 17 -


*Các chi tiết gia công trên máy tiện
Các chi tiết máy tròn xoay dạng đối xứng nhƣ trục,bánh răng ,puli thƣờng đƣợc
gia công trên máy tiện với các loại dao khác nhau nhƣ các loại dao tiện, mũi
khoan mũi khoét, taro, mũi doa.

Trên máy tiện có thể gia công đƣợc các chi tiết hình côn,mặt hình phẳng, mặt
phẳng, mặt ren, vát cạnh, vẽ góc lƣợn
* Chuyển động cơ bản khi gia công và quá trình tạo phoi trong gia công cắt
gọt
*Chuyển động cơ bản khi gia công tiện:
- Chuyển động cắt chính: chuyển động xoay tròn của mâm cặp
- Chuyển động chạy dao là chuyển động của bàn dao gồm chuyển động dọc và
chuyển động ngang.
*. Quá trình tạo phoi trong gia công cắt gọt
Các chi tiết đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp cắt gọt từ phôi là một khối
vật liệu để thay đổi hình dáng, kích thƣớc, chất lƣợng bề mặt và tính chất vật
liệu gia công.Lớp vật liệu cần phải lấy đi trên phôi trong quá trình cắt gọt gọi là
lƣơng dƣ gia công, phần vật liệu bị hớt bỏ đi đƣợc gọi là phoi.
Lƣợng dƣ gia công càng lớn thì thời gian cần thiết để cắt gọt càng nhiều,
do đó để chế tạo ra một chi tiết dùng đƣợc bằng phƣơng pháp cắt gọt thì lƣợng
dƣ cũng nhƣ thời gian gia công phải đủ. Lƣợng dƣ gia công thƣờng không đƣợc
cắt hết một lần mà phải sau vài lần cắt ( chạy dao ), ngƣời ta thƣờng chia quá
trình gia công cắt gọt thành hai giai đoạn chạy dao: Giai đoạn thứ nhất là gia
công thô, tức là lấy đi phần cơ bản của lƣợng dƣ gia công, giai đoạn này ngƣời
ta ít chú ý đến sai số về hình dáng,kích thƣớc, cũng nhƣ chất lƣợng bề mặt gia
công; giai đoạn hai gồm các bƣớc gia công bán tinh, gia công tinh hớt bỏ đi một
lƣợng nhỏ lƣợng dƣ gia công còn lại để đạt đƣợc độ chính xác về hình dáng,
kích thƣớc và chất lƣợng bề mặt gia công theo yêu cầu kỹ thuật của bản vẽ chi
tiết.

- 18 -


* Quá trình hình thành phoi
Nhƣ đã nói ở trên thì quá trình gia công cắt gọt là quá trình lấy đi khỏi

phôi một lƣợng vật liệu không nguyên khối đƣợc gọi là phoi để nhận đƣợc chi
tiết có hình dáng, kích thƣớc, chất lƣợng bề mặt theo yêu cầu kỹ thuật.
Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng : Quá trìng cắt gọt là
sự trƣợt phá của các phần tử vật liệu dƣới tác dụng của lực mà các thành phần
dụng cụ cắt tác dụng vào.
Dƣới tác dụng của lực cắt P (hình 1.7), lớp kim loại ở mặt trƣớc của dao
sẽ bị nén lại, sau đó lớp kim loại bị tách rời bắt đầu bị ép trồi lên dọc theo mặt
trƣớc của dao ( hiện tƣợng này xảy ra cho đến khi nào áp lực của dao chƣa vƣợt
quá lực liên kết giữa các phần tử vật liệu ) cho đến khi áp lực của dao lên vật
liệu vƣợt quá lực liên kết giữa các phần tử vật liệu thì phoi bị nén sẽ trƣợt theo
mặt phẳng, dao tiếp tục nén và các phần tử phoi tiếp theo tiếp tục trƣợt.Các phần
tử vật liệu trƣợt theo mặt trƣợt - nằm nghêng so với bề mặt phôi một góc 1 = 3040o. Bên trong mỗi phần tử vật liệu cũng diễn ra sự xê dịch các tinh thể dƣới một
góc 2 = 60-65o.

Hình 1.7: Quá trình hình thành phoi.
Nhƣ vậy, trong quá trình cắt gọt, đầu tiên trong các phần tử vật liệu
đƣợc cắt xảy ra biến dạng đàn hồi sau đó là biến dạng dẻo, và kết thúc là các
phần tử phoi trƣợt liên tục.
* Các dạng phoi
Tùy theo cơ tính của vật liệu ( khả năng biến dạng đàn hồi và biến dạng
dẻo ) mà trong quá trình cắt gọt tạo ra nhiều dạng phoi khác nhau. Trong thực tế
ngƣời ta chia làm ba dạng phoi: Phoi vụn, phoi xếp và phoi dây.
- 19 -


a. Phoi vụn (hình 1.8.a)
Phoi vụn đƣợc hình thành khi gia công các vật liệu cứng và giòn ví dụ
nhƣ gang, đồng thau, đá, gốm xứ, Ebônít, . . .Nó gồm những mảnh vật liệu rời
rạc có hình dáng khác nhau, các phần tử vật liệu này không liên kết với nhau
hoặc liên kết với nhau rất yếu.

b. Phoi xếp (hình 1.8.b)
Phoi xếp đƣợc tạo thành khi gia công vật liệu có độ cứng vừa phải, có ít
độ dẻo với vận tốc cắt trung bình. Phía bề mặt phoi trƣợt lên mặt trƣớc của dao
là mặt phẳng, còn phía đối diện thì gồ ghề có dạng răng cƣa. Các phần tử vật
liệu trong dạng phoi này liên kết với nhau tƣơng đối bền vững.
c. Phoi dây (hình1.8.c)
Phoi dây đƣợc tạo thành khi gia công các vật liệu có độ dẻo cao, độ
cứng thấp với tốc độ cắt lớn. Phoi dạng này trƣợt ra khỏi dao dƣới dạng dây dài
có độ nhẵn các bề mặt xung quanh tƣơng đối nhƣ nhau, ít thấy răng cƣa

a) Phoi vụn

b) Phoi xếp

c)Phoi dây
dâdâyvụn
a) Phoi
vụnphoi
Hình 1.8 : Các
dạng
a) Phoi vụn

Các dạng phoi trên đây không phải là cố định theo vật liệu, mà nó có thể thay
đổi từ dạng phoi mài sang dạng phoi khác nếu ta thay đổi điều kiện cắt gọt. Ví
- 20 -


dụ nhƣ khi chiều sâu cắt nhỏ và tốc độ cắt cao thì khả năng tạo ra phoi dây cao
hơn.
* Sự co rút của phoi (Hình 1.9)

Do quá trình cắt gọt là quá trình biến dạng của phoi, nên phoi đƣợc tách
ra khỏi chi tiết do bị nén sẽ có chiều dài ngắn hơn chiều dài cắt và theo định luật
biến dạng khối Poisson thì bề dày sẽ dày hơn. Hiện tƣợng đó đƣợc gọi là sự co
rút của phoi, hiện tƣợng này có thể nhận biết bằng cách quan sát hình dáng bên
ngoài của phoi. Hệ số co rút của phoi có thể đƣợc tính theo công thức sau:
K = Lo/L
Trong đó : - Lo là chiều dài cắt trên bề mặt gia công ( quãng đƣờng đi
đƣợc của dao trên phôi ) (mm).
- L là chiều dài thực của phoi (mm).

Hình 1.9 Sự co rút của phoi.
Hệ số co rút của phoi K luôn lớn hơn 1. Hệ số K càng lớn thì phoi biến dạng
càng nhiều, nghĩa là khả năng chống lại sự trƣợt phá của vật liệu giảm ( tƣơng
ứng với khả năng gia công càng tốt, dễ gia công ). Hệ số co rút phoi xác định giá
trị biến dạng dẻo của vật liệu khi cắt gọt, hệ số K cáng lớn thì biến dạng dẻo
càng tăng. Từ hệ số co rút của phoi có thể phần nào đánh giá đƣợc sức bền của
vật liệu trong quá trình cắt gọt ( khả năng gia công ), từ đó rút ra đƣợc những
kết luận cần thiết và áp dụng những biện pháp hợp lý làm cho quá trình cắt đƣợc
dễ dàng
*Lực cắt khi tiện
Ta đã biết, để thực hiện quá trình tạo phoi, khi cắt dụng cụ phải tác động vào vật
liệu gia công một lực nhất định. Lực này làm biến dạng vật liệu và phoi đƣợc
- 21 -


hình thành. Tuy nhiên dụng cụ cắt cũng chịu một phần lực tƣơng tự. Việc nghiên
cứu lực cắt trong quá trình gia công vật liệu có ý nghĩa cả về lý thuyết lẫn thực
tiễn. Trong thực tế, những nhận thức về lực cắt rất quan trọng để thiết kế dụng
cụ cắt, thiết kế đồ gá, tính toán và thiết kế máy móc, thiết bị … Dƣới tác dụng
của lực cắt cũng nhƣ nhiệt cắt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muốn hiểu đƣợc

quy luật mài mòn và phá huỷ thì phải hiểu đƣợc quy luật tác động của lực cắt.
Muốn tính công tiêu hao khi cắt cần phải biết lực cắt. Những nhận thức lý thuyết
về lực cắt tạo khả quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng phải cân bằng.
Điều đó có nghĩa là một mặt lực cản cắt tác dụng lên vật liệu chống lại sự tách
phoi, mặt khác lực cắt do dụng cụ cắt tác dụng lên lớp cắt và bề mặt cắt. Lực cắt
là một hiện tƣợng động lực học, tức là trong chu trình thời gian gia công thì lực
cắt không phải là một hằng số. Lực cắt đƣợc biến đổi theo quãng đƣờng của
dụng cụ. Lúc đầu lực cắt tăng dần cho đến điểm cực đại. Giá trị lực cắt cực đại
đặc trƣng cho thời điểm tách phần tử phoi ra khỏi chi tiết gia công. Sau đó lực
cắt giảm dần song không đạt đến giá trị bằng không bởi vì trƣớc khi kết thúc sự
chuyển dịch phần tử phoi cắt thì đã bắt đầu biến dạng phần tử khác.
1.2. Tổng quan về công nghệ tiện cứng.
1.2.1. Giới thiệu chung.
Tiện cứng (hard turning) chính thức đƣợc giới thiệu ở nƣớc ta vào năm
1988, tuy nhiên công nghệ này chƣa có điều kiện phát triển mạnh. Cho tới
những năm gần đây khi sự đổi mới về khoa học kỹ thuật đang trở thành tất yếu
thì tiện cứng đã phát huy đƣợc vai trò to lớn của nó trong việc gia công tinh các
sản phẩm thép qua tôi cứng.
Từ những năm 1970 các nghiên cứu đã tập trung vào hƣớng công nghệ
mới để đạt đƣợc các mục đích này. Nhƣng phải đến những năm 1990, với sự
phát triển mạnh của các máy công cụ tiên tiến và vật liệu Nitrit Bor lập phƣơng
thì tiện cứng mới đƣợc áp dụng rộng rãi trong chế tạo máy. Tiện cứng đã thực sự
trở thành công nghệ không thể thiếu trong việc gia công tinh các chi tiết qua tôi
cứng. Điều này góp phần không nhỏ cho quá trình lớn mạnh của ngành chế tạo
máy nói riêng và ngành công nghiệp nói chung.
- 22 -


Các chi tiết nhƣ con lăn dùng trong cán thép, vòi phun và những chi tiết của
hệ thống thuỷ lực,... sau khi nhiệt luyện thƣờng phải qua nguyên công mài hoặc

mài khôn. Các nguyên công này thƣờng thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian.
Hơn nữa chi phí dung dịch trơn nguội cho nguyên công mài cũng khá cao. Mặt
khác chất thải khi mài ngày càng là vấn đề của môi trƣờng sống. Những lý do
trên đã thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ
gia công tinh chi tiết.
Qua đó có thể kết luận rằng, việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công tinh
lần cuối đã mang lại những lợi ích sau[10]:
- Giảm thời gian và chu kỳ gia công một sản phẩm.
- Giảm chi phí đầu tƣ thiết bị.
- Tăng độ chính xác gia công.
- Đạt độ nhẵn bề mặt cao hơn.
- Cho phép nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu (từ 2 - 4 lần).
- Gia công đƣợc các contour phức tạp.
- Cho phép thực hiện nhiều bƣớc gia công trong cùng một lần gá.
- Có thể chọn gia công có hoặc không có dụng dich trơn nguội. Gia công
khô giảm chi phí gia công và không có chất thải ra môi trƣờng.
Một lợi thế quan trọng nữa khi tiện cứng đó là việc tạo ra một lớp ứng
suất dƣ nén khi gia công, điều này đặc biệt có lợi với những chi tiết yêu cầu độ
bền mỏi cao. Điều này với mài lại là một bất lợi. Mặc dù vậy tiện cứng cũng có
những nhƣợc điểm cần lƣu ý nhƣ: do chủ yếu cắt khô nên nhiệt rất cao, dụng cụ
có lƣỡi cắt đơn nên quá trình cắt không ổn định, chi phí dụng cụ cắt cao, khi gia
công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằm ngoài vùng cho
phép (trục dài), khi chiều sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới hạn (tmin) thì quá trình
cắt không thể thực hiện đƣợc.
1.2.2. Máy và dụng cụ trong tiện cứng.
Máy sử dụng trong tiện cứng thƣờng là các máy CNC có tốc độ đƣợc điều
chỉnh vô cấp, điều này giúp chọn đƣợc tốc độ tối ƣu khi tiện. Hiện nay trên thị

- 23 -