Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt (v,s,t) đến nhấp nhô bề mặt khi tiện vật liệu c45 trên máy tiện CNC bằng dao thép gió sản xuất tại việt nam

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Mạnh Hùng - Mã số: CB120264;
Học viên cao học lớp: 12B CTM;
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí;
Viện Cơ khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Sau hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc
biệt là sự giúp đỡ của PGS.TS Trần Thế Lục, thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp của
tôi, tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khóa học.
Tôi đã quyết định chon đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt
(V,S,t) đến nhấp nhô bề mặt khi tiện vật liệu C45 trên máy tiện CNC bằng dao
thép gió sản xuất tại Việt nam”
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn của PGS.TS Trần Thế Lục, các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc xuất xứ rõ
ràng, không sao chép dưới mọi hình thức. Nếu có vấn đề gì trong nội dung luận văn
tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2015
Người cam đoan

Nguyễn Mạnh Hùng

i


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .......................................................................... vii
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT .............................................3
1.1. Tổng quan về các công trình nghiên cứu xác lập quan hệ giữa độ nhám bề
mặt với thông số công nghệ. ...................................................................................3

1.2. Các loại vật liệu dụng cụ thường dùng trong ngành chế tạo máy. ..................4
1.2.1. Thép cacbon dụng cụ. ..........................................................................4
1. 2.2. Thép hợp kim dụng cụ. .......................................................................4
1. 2.3. Thép gió...............................................................................................4
1. 2.4. Hợp kim cứng. .....................................................................................8
1. 2.5. Vật liệu sứ. ..........................................................................................8
1.2.6. Vật liệu tổng hợp. .................................................................................9
1.3. Cơ sở vật lý quá trình cắt kim loại. ..................................................................9
1.3.1. Quá trình cắt và tạo phoi. .....................................................................9
1.3.2. Các dạng phoi. ....................................................................................10
1.3.3. Nhiệt cắt .............................................................................................11
1.3.4. Sự co rút phoi và các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi. .........16
1.4. Kết luận chương 1. .........................................................................................24
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT GIA CÔNG CƠ KHÍ .25
2.1. Khái niệm về độ nhám bề mặt. ......................................................................25
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt. ..................................................27
2.2.1. Ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt và chế độ cắt tới độ nhám
bề mặt. ..............................................................................................................27
2.2.2. Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo lớp bề mặt. ....................................29
2.2.3. Ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng của bề
mặt gia công......................................................................................................31
2.3. Ảnh hưởng của nhám bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy. ..........32
2.3.1. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt đến tính chống mòn. ...........................32
2.3.2. Ảnh hưởng của nhám bề mặt đến độ bền mỏi của chi tiết máy ..........34
2.3.3. Ảnh hưởng của nhám bề mặt tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp
bề mặt chi tiết. ..................................................................................................35
2.3.4: Ảnh hưởng của nhám bề mặt đến độ chính xác mối lắp ghép ...............36
2.4. Kết luận chương 2………………………………………………………………………….…37
Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ
ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHẤP NHÔ BỀ MẶT CHI TIẾT SAU GIA CÔNG ..........38

3.1. Thiết bị thực nghiệm ......................................................................................38
3.1.1. Máy tiện CNC CK6240ZX .....................................................................38

ii


3.1.2. Máy đo độ nhám Mitutoyo, ký hiệu 178-954-3E ...................................39
3.1.3. Vật liệu làm dao ......................................................................................41
3.1.4.Vật liệu gia công. .....................................................................................41
3.2. Thiết kế thí nghiệm ........................................................................................42
3.3. Mô hình toán học xác định mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với chế độ cắt.
...............................................................................................................................43
3.4 Tiến hành thực nghiệm. .................................................................................45
3.4.1. Kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm cần xác định tỷ số giữa phương
sai lớn nhất và tổng phương sai. .......................................................................45
3.4.2 Tính các hệ số của phương pháp hồi quy. ...............................................46
3.4.3 . Xây dựng đồ thị : ...................................................................................49
3.5. Kết luận chương 3 ..........................................................................................51
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................52
4.1. Kết luận ..........................................................................................................52
4.2. Kiến nghị. .......................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................54
PHỤ LỤC .................................................................................................................55
MỘT SỐ HÌNH ẢNH MÔ TẢ QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM ........................55

iii


CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ 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

Ra, Rz: độ nhám bề mặt (m)

iv


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

v


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của một số loại thép gió (%)

...................... 5

Bảng 1.2. Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng ... 7
Bảng 1.3. Giá trị của hệ số co rút phoi

........................................................... 17

Bảng 2.1: Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt
.................................................................................................................................. 27
Bảng 3.1. Thông số máy tiện CNC CK6240ZX ...................................................... 39
Bảng 3.2. Thông số máy đo độ nhám ...................................................................... 40
Bảng 3.3. Thành phần hóa học dao cắt. ................................................................... 41
Bảng 3.4. Thông số hình học dao cắt

............................................................. 41

Bảng 3.5. Thành phần hóa học thép C45

........................................................ 41

Bảng 3.6. Bảng tính toán các thông số công nghệ ................................................... 42
Bảng 3.7.Kết quả đo độ nhám với mẫu thực nghiệm thép C45. .............................. 45
Bảng 3.8. Bảng kiểm tra tính đồng nhất của thực nghiệm thép C45 ....................... 45
Bảng 3.9. Hệ số của phương trình hồi quy mẫu thép C45 ....................................... 46

Bảng 3.10. Giá trị hàm số của vật liệu C45 ............................................................ 48

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Hình 1.1. Sơ đồ tôi và ram thép gió

................................................................. 6

Hình 1.2. Sơ đồ hóa miền tạo phoi.

................................................................ 10

Hình 1.3. Các dạng phoi ........................................................................................... 10
Hình 1.4. Các vùng sinh nhiệt……………………………………………………………..12
Hình 1.5. Ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến θ 0C ........................................................... 13

Hình 1.6 . Ảnh hưởng của chiều dày cắt a đến nhiệt cắt

............................... 14

Hình 1.7. Ảnh hưởng của chiều rộng cắt b đến nhiệt cắt

.............................. 14

Hình 1.8. Ảnh hưởng của góc cắt δ đến nhiệt cắt

.......................................... 15

Hình 1.9. Ảnh hưởng của góc  đến nhiệt cắt , v= 100 m/ph, S= 0,5 mm/vòng ... 15
Hình 1.10. Sơ đồ tính toán sự co rút phoi

....................................................... 18

Hình 1.11. a) Ảnh hưởng của góc φ đến hệ số co rút phoi
Hình 1.11. b) Phương thoát phoi khi lưỡi cắt cong

....................................... 19

Hình 1.12. Quan hệ giữa chế độ cắt và hệ số co rút phoi.
Hình 1.13. Dạng lẹo dao

........................... 18

........................... 20

................................................................................... 21

Hình 1.14. Quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao. .................................... 22
Hình 1.15. Quan hệ giữa độ dẻo của vật liệu gia công với chiều cao lẹo dao. ..... 23
Hình 1.16. Quan hệ giữa chiều dày cắt và với tốc độ hình thành và chiều cao lẹo dao .. 23
Hình 1.17. Điều kiện hình thành lẹo dao ............................................................... 24
Hình 2.1. Độ nhám bề mặt ....................................................................................... 25
Hình 2.2. Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi và lượng tiến dao khi tiện .......... 28
Hình 2.3. Biểu thị ảnh hưởng của hình dạng hình học và chế độ cắt tới độ nhám bề
mặt khi tiện

........................................................................................................ 29

Hình 2.4. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz .................... 30
Hình 2.5. Ảnh hưởng của lượng chạy dao s đối với chiều cao nhấp nhô tế vi Rz. .. 31
Hình 2.6. Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết ma sát(tiếp xúc) với nhau. ........ 33
Hình 2.7. Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu (U) và sai lệch profin trung bình Ra. . 34
Hình 2.8. Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết máy.

..................... 35

Hình 3.1. Mô hình máy tiện CNC........................................................................................38
Hình 3.2 . Máy đo độ nhám Mitutoyo, ký hiệu 178-954-3E ...............................................40

vii


Hình 3.3. Dao tiện vai xén phải, phần cắt được làm bằng thép gió ......................... 41
Hình 3.4 . Bản vẽ chi tiết gia công, thép C45. ......................................................... 42
Hình 3.5 . Đồ thị quan hệ giữa Ra – V – t khi gia công thép C45 bằng dao thép gió.
.................................................................................................................................. 49
Hình 3.6 . Đồ thị quan hệ giữa Ra – S – V khi gia công thép C45 bằng dao thép gió.
.................................................................................................................................. 50
Hình 3.7 . Đồ thị quan hệ giữa Ra – S – t khi gia công thép C45 bằng dao thép gió.
.................................................................................................................................. 50

viii


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 đề tài “Nghiên cứu ảnh
hưởng của chế độ cắt (V,S,t) đến nhấp nhô bề mặt khi tiện vật liệu C45 trên

máy tiện CNC bằng dao thép gió sản xuất tại Việt Nam” làm đề tài nghiên cứu.
II. Mục tiêu nghiên cứu .
- Nghiên cứu cơ sở khoa học về ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến
độ nhám bề mặt sau khi gia công .
- Thông qua nghiên cứu thực nghiệm gia công vật liệu thép C45 bằng dao
thép gió sản xuất tại việt nam trên máy Tiện CNC để tìm ra mối quan hệ toán học
giữa độ nhám bề mặt với các yếu tố của chế độ cắt (V,S,t) và để kiểm định tính
đúng đắn của lý thuyết.
III. Nội dung nghiên cứu.
Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn này có nội dung như sau:
- Nghiên cứu lý thuyết về chế độ cắt và ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất
lượng bề mặt.
- Tổng quan về các nghiên cứu độ nhám bề mặt.
- Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của các chế độ cắt (V, S, t) đến độ

nhám bề mặt cuả chi tiết gia công
- Ghi chép kết quả, phân tích, tổng hợp, đưa ra mối liên hệ giữa chế độ cắt và
độ nhấp nhô bề mặt.

1

IV. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là tìm hiểu sự ảnh hưởng của chế độ cắt đối với độ
nhám bề mặt (Chiều cao nhấp nhô bề mặt). Việc nghiên cứu thực nghiệm được tiến
hành với các điều kiện sau:
- Máy thực nghiệm: Máy tiện CNC CK6240ZX
- Vật liệu gia công là Thép C45.
- Vật liệu làm dao là thép gió sản xuất tại Việt Nam.
- Đối tượng gia công là mặt trụ ngoài.
- Thiết bị đo độ nhấp nhô tế vi bề mặt của hãng Mitutoyo, ký hiệu 178–9544E.
V. Phương pháp nghiên cứu
Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt
với độ nhám bề mặt gia công.
- Nghiên cứu thực nghiệm ở các chế độ cắt (v, s, t) 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.
VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
1. Ý nghĩa khoa học.
Bằng cách nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận án cần
đưa được hàm toán học mô tả mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với chế độ cắt làm
cơ sở cho việc tối ưu hóa quá trình cắt cũng như cho các nghiên cứu khác của chế
độ cắt.
2. Ý nghĩa thực tiễn.
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt
hợp lý khi gia công thép C45 bằng dao thép gió sản xuất tại Việt Nam để giảm chi
phí gia công và tăng năng suất, chất lượng của sản phẩm.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT
1.1. Tổng quan về các công trình nghiên cứu xác lập quan hệ giữa độ nhám bề
mặt với thông số công nghệ.
Xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt (đầu ra) với thông số công nghệ
(đầu vào), trên thế giới đã được nghiên cứu từ rất lâu, nhưng các kết quả thực sự
của các công trình nghiên cứu này được người ta bảo mật với mục đích thương mại,
các công bố, báo cáo khoa học được đăng tải chỉ đưa ra các kết quả ngiên cứu mang
tính định hướng. Thực ra những điều đó không có gì khó hiểu bởi vì đa số các Viện
nghiên cứu thực hiện các đề tài nghiên cứu khoa học theo đơn đặt hàng của các tập
đoàn công nghiệp với tính thương mại hóa.
Mục đích chính của công trình nghiên cứu này là tìm ra công thức tổng quát
mối quan hệ giữa độ nhám (Ra) với các thông số công nghệ ( v, s, t ) thông qua các
phương pháp thực nghiệm, khi gia công vật liệu thép C45 bằng dao thép gió sản
xuất tại Việt Nam
Điểm chung của các công trình nghiên cứu này là các nhà nghiên cứu khoa
học đều đưa ra được mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với các thông số công nghệ
thông qua phương trình:
Theo Lyre ta có quan hệ giữa độ nhám với các thông số công nghệ như sau :
Ra= CR.sa.vp.tz

[9]

Trong những đề tài nghiên cứu gần đây, có rất nhiều đề tài trực tiếp nghiên
cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, điều đó chứng tỏ
ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công là rất
quan trọng.
Hầu hết các công trình nghiên cứu đều đi đến kết luận:

-

Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào tính chất hình học dụng cụ cắt và chế độ cắt

-

Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt

-

Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào độ cứng vững hệ thống công nghệ
Từ những đánh giá như trên, dự định đề tài nghiên cứu này sẽ chú trọng giải

quyết các vấn đề sau đây:

3


-

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
-

Độ nhám bề mặt và ảnh hưởng của nó tới khả năng làm việc của chi tiết máy

-

Thực nghiệm và kiểm tra kết quả thực nghiệm

-

Quy hoạch thực nghiệm, sử lý số liệu để tìm ra mối quan hệ

1.2. Các loại vật liệu dụng cụ thường dùng trong ngành chế tạo máy.
Hiện nay, vật liệu phần cắt dụng cụ được sử dụng gồm các loại sau: thép
cacbon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, vật liệu sành sứ,
vật liệu tổng hợp và vật liệu mài.
1.2.1. Thép cacbon dụng cụ.
Thép cacbon dụng cụ phải có đủ độ cứng, tính chịu nhiệt và chịu mài mòn
nên lượng cacbon trong thép không nhỏ hơn 0,7%, thường tử 0,7 ÷ 1,3% và hàm
lượng P, S thấp (P < 0,035%, S < 0,025%). Độ cứng sau khi tôi và ram đạt 60 ÷ 62
HRC. Sau khi ủ độ cứng khoảng 107 ÷ 217 HB nên dễ gia công bằng cắt gọt và gia
công bằng áp lực.
Nhiệt độ làm việc khoảng 2000C ÷ 2500C , vận tốc cắt tối đa 25 m/phút.
Thép cacbon dụng cụ có độ thấm tôi thấp nên được tôi trong nước. Vì vậy nó
thường được dùng làm các dụng cụ gia công bằng tay như dũa, đục,…
1. 2.2. Thép hợp kim dụng cụ.
Thép hợp kim dụng cụ là loại thép có hàm lượng cacbon cao và với một số
nguyên tố hợp kim khoảng 0,5 ÷ 3%.
Các nguyên tố hợp kim Cr, W, Co, V có tác dụng tăng khả năng chịu nhiệt
và tính thấm tôi của thép hợp kim dụng cụ. Nó được tôi trong dầu và chịu được
nhiệt độ đến 3000C ÷ 4000C .
Các loại thép hợp kim dụng cụ hiện nay được dùng chủ yếu để chế tạo các
loại dụng cụ cầm tay và gia công ở tốc độ thấp v < 25 m/phút.
1. 2.3. Thép gió.
Thép gió là loại thép hợp kim có hàm lượng vonfram rất cao. Ngoài ra còn
có các thành phần hợp kim khác như vanadi, coban, crom để tạo nên thép gió với
những tính năng đặc biệt.

4


Thép gió là loại vật liệu dụng cụ được dùng rộng rãi. Thép gió có thể cắt với
tốc độ gấp 2 ÷ 4 lần các loại thép cacbon dụng cụ và hợp kim dụng cụ. Thép gió
làm việc được ở nhiệt độ 550 ÷ 6500C , vận tốc cắt đạt từ 20 m/phút ÷ 50 m/phút
.Thành phần vonfram là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất trong thép gió. Cùng
với crom, vanadi chúng tạo thành với cacbon những cacbit hợp kim phức tạp. Các
cacbit này có đặc điểm là nâng cao tính chịu nhiệt của thép gió.
Tác dụng chủ yếu của Cr là tăng độ thấm tôi, vanadi tạo thành cacbit vanadi
có độ cứng cao, tính chịu mòn cao. Coban không tạo thành cacbit mà hòa tan vào
sắt. Khi thép gió có hàm lượng coban > 5% thì nhiệt độ làm việc của thép gió được
nâng cao.
Nhãn hiệu

C

Cr

W

V

Co

1.Thép gió có năng suất thường
P18

0,7 ÷ 0,8

3,8 ÷ 4,4

17,5 ÷ 19,0

1,0 ÷ 1,4

—

P9

0,85 ÷ 0,95

3,8 ÷ 4,4

8,5 ÷ 10,0

2,0 ÷ 2,6

—

2.Thép gió có năng suất cao
P95

1,4 ÷ 1,5

3,8 ÷ 4,4

0,9 ÷ 10,5

4,3 ÷ 5,1

—

P14 4

1,2 ÷ 1,3

4,0 ÷ 4,6

13,0 ÷ 14,5

3,4 ÷ 4,1

—

P18 2

0,85 ÷ 0,95

3,8 ÷ 4,4

17,5 ÷ 19,0

1,8 ÷ 2,4

—

P9K5

0,9 ÷ 1,0

3,8 ÷ 4,4

0,9 ÷ 10,5

2,0 ÷ 2,6

5,0 ÷ 6,0

P9K10

0,9 ÷ 1,0

3,8 ÷ 4,4

0,9 ÷ 10,5

2,0 ÷ 2,6

9,5 ÷ 10,5

P10K5 5

1,45 ÷ 1,55

4,0 ÷ 4,6

10,0 ÷ 11,5

4,3 ÷ 5,1

5,0 ÷ 6,0

P18K5 2

0,85 ÷ 0,95

3,8 ÷ 4,4

17,5 ÷ 19,0

1,8 ÷ 2,4

5,0 ÷ 6,0

Tất cả các nhãn hiệu thép nói trên đều có hàm lượng tạp chất hạn chế:
Mn < 0,4%, Si < 0,4%, Mo < 0,5%, Ni < 0,4%, P < 0,03%, S < 0,03%

Bảng 1.1. Thành phần hóa học của một số loại thép gió (%)

[1]

Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện. Vì vậy khi
nhiệt luyện thép gió cần chú ý một số điểm sau :
- Không nung nóng thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao (nhiệt độ tôi bằng
13000C) mà phải tăng nhiệt dần dần từ 6500C , vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém.

5

Thông thường thép gió được nung nóng qua 3 lò với nhiệt độ lần lượt là 650 0C,
8500C và 13000C.
- Phải ram sau khi tôi nhiều lần (3 lần) mỗi lần trong 1 giờ. Sau mỗi lần ram
phải để nguội đến nhiệt độ thường để làm mất ứng suất bên trong, khử Otennit dư
và tăng độ cứng ( độ cứng tăng từ 2 – 3 HRC, hiện tượng này gọi là độ cứng thứ 2 ).
oC

T«i 1300
1200
900
600

Ram
850
550

LÇn 1

LÇn 2

LÇn 3

560

560

560

300

% ¤d-

50

15

5

2

HRC

62

64

64,5

65

Hình 1.1. Sơ đồ tôi và ram thép gió

Thêi gian

[1]

- Phạm vi sử dụng thép gió được trình bày trong bảng 1.2.
Ký hiệu các loại thép gió thông dụng
ISO

TCVN

JIS

AISI

OCT

(Vịêt Nam)

(Nhật)

(Mỹ)

(Nga)

Phạm vi sử dụng
Dùng cho tất cả các
loại dụng cụ cắt để

1.3353

80W18Cr4V

SKH2

T1

P18

gia
cacbon,

công
thép

thép
hợp

kim
—

1.3302

T7

P12

Dùng như loại trên
Dùng để chế tạo các

—

—

P9

loại dụng cụ đơn
giản, gia công các

loại thép kết cấu

1.3343

85W6Mo5Cr

SKH51

M2

6

P6M5

Dùng như loại trên,


đặc biệt để chế tạo

4V2

các loiaj dụng cụ cắt
ren và dụng cụ cắt
chịu va đập
Dùng chế tạo các
dụng cụ gia công
tinh (dao tiện định
SG-5-3

M3

PGM53

hình, mũi doa, dao
chuốt, dao phay), gia
công các loại thép
kết cấu hợp kim và
không hợp kim
Dùng chế tạo các

1.3318

P12 3

S12-1-4

dụng cụ gia công
tinh, gia công các
loại thép ostenit dẻo.
Dùng chế tạo các
dụng cụ gia công thô

M4

P18K52

và bán tinh khi cắt
các loại thép và hợp
kim nóng, không rỉ
và sức bền cao.

Dùng chế tạo các
dụng cụ gia công thô

1.3243

S6-5-2-5

M35

P6M5K5

và bán tinh, gia công
các loại thép không
rỉ, thép hợp kim.

Bảng 1.2. Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng

7


1. 2.4. Hợp kim cứng.
Hợp kim cứng là loại vật liệu dụng cụ được chế tạo bằng phương pháp luyện
kim bột (hợp kim bột) nghĩa là loại hợp kim không qua nấu chảy. Hợp kim cứng
được chế tạo từ các loại cacbit hợp kim và bột hợp kim. Các loại bột được trộn theo
các tỷ lệ, sau đó được ép thành các dạng khác nhau và thiêu kết. Hiện nay HKC
được dùng nhiều và phổ biến trong công nghiệp.
So với các loại vật liệu dụng cụ thông thường thì HKC là loại vật liệu có độ
cứng cao (80 ÷ 90 HRA) và chịu được nhiệt độ cao ( 800 ÷ 10000C). Do đó dụng cụ
cắt bằng HKC có thể cắt đến tốc độ Vc > 100m/ph.
Thành phần chủ yếu của các loại HKC là các loại bột mịn: cacbit vonfram

(WC), cacbit titan (TiC), cacbit tantan (TaC) và thành phần coban (Co) làm nhiệm
vụ liên kết.
Độ cứng của HKC phụ thuộc vào lượng cacbit TiC, TaC và coban. Coban
càng nhiều thì độ cứng càng giảm, độ bền và tính dẻo càng lớn. TiC, TaC càng
nhiều thì độ cứng càng cao.
Hợp kim cứng được chế tạo thành các dạng theo tiêu chuẩn (các mảnh HKC).
Các mảnh đó được hàn hoặc kẹp lên thân dụng cụ tiêu chuẩn. Ngày nay các mảnh
HKC được phủ lên một lớp mỏng vài micromet ( µm) bằng các loại cacbit cứng như
TiC, TiC/TiN (cacbit titan, nitrit titan ). Các lớp phủ làm tăng độ cứng, tính chịu
mài mòn và tính chịu nhiệt của HKC ( độ cứng > 90 HRA, chịu được nhiệt độ
khoảng 10000C , ứng với tốc độ cắt Vc > 300 m/ph ).
1. 2.5. Vật liệu sứ.
Vật liệu sứ đã được nghiên cứu từ những năm 1930 và phát triển sau những
năm 1950. Quá trình chế tạo giống như HKC. Đất sét kỹ thuật ( oxit nhôm AL2O3 )
được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1400 ÷ 16000C. Sau đó nghiền nhỏ thành bột
mịn. Bột mịn AL2O3 được ép thành các mảnh dao tiêu chuẩn và được thiêu kết.
Đặc tính chủ yếu của các loại vật liệu sứ là:
- Độ cứng và tính dòn cao do đó tính chịu mòn cao, tính chịu nhiệt cao được
dùng cắt ở tốc độ cao.

8


- Tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơn nguội. Nếu tới dung
dịch trơn nguội dễ gây nứt các mảnh sứ.
- Tính dẻo kém do đó sức bền uốn thấp vì vậy vật liệu sứ không chịu được
rung động, va đập cũng như lực cắt lớn.
- Mài sắc mảnh sứ rất khó và chỉ có thể mài bằng đá mài kim cương.
1.2.6. Vật liệu tổng hợp.
Các loại vật liệu tổng hợp dùng làm vật liệu dụng cụ là kim cương và nitrit

Bo. Các loại vật liệu này thường được gọi là vật liệu siêu cứng: Độ cứng Vicker lớn
hơn 50000 N/mm2 ( tức lớn hơn 50 GPa ).
Kim cương tự nhiên HVm ≈ 100 GPa
Kim cương tổng hợp

HVm ≈ 90 ÷ 100 GPa

Nitrit Bo

HVm ≈ 50 ÷90 GPa

Kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp được sử dụng cho các dụng cụ
gia công tinh để gia công các bề mặt chất lượng cao ( độ bóng và độ chính xác cao )
như dao tiện kim cương, bút sửa đá mài, …
Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphit ở áp suất và nhiệt độ cao
( khoảng 100000 atm và 25000C ).
Đối với loại vật liệu dụng cụ nền là nitrit Bo có độ cứng thấp hơn kim cương
một ít nhưng sức bền nhiệt cao ( khoảng 1200 ÷ 14000C ). Vật liệu dụng cụ nitrit Bo
được dùng để gia công các loại thép tôi với năng suất cao hơn các loại vật liệu dụng
cụ khác.
1.3. Cơ sở vật lý quá trình cắt kim loại.
1.3.1. Quá trình cắt và tạo phoi.
Khi cắt, để có thể tạo ra phoi, lực tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để tạo ra
trong kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công.
Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp
kim loại biến thành phoi chịu một ứng suất như vậy.
Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của
công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc lớn vào quá
trình tạo phoi.

9


b1



B



b

b1
P
c

d

A

P

D
C

b1
b1

b2

b3

I

aI



E

II

0
a2

(a)

a1

a0

(b)
Hình 1.2. Sơ đồ hóa miền tạo phoi.

[4]

Khi cắt do tác dụng của lực P ( hình 1.2.a ), dao bắt đầu nén 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. Có thể nói, quá trình cắt là quá trình nén dẻo
kim loại rồi đứt ra tạo thành phoi.
1.3.2. Các dạng phoi.
Tùy theo vật liệu gia công, thông số hình học của dao và chế độ cắt, phoi cắt
ra có thể có nhiều hình dạng khác nhau.

a). Phoi xếp;

b). Phoi dây.
Hình 1.3. Các dạng phoi

10

c). Phoi vụn
[7]


1.3.2.1. Phoi xếp.
Phoi thu được khi gia công vật liệu dẻo ( thép, đồng thau, …) ở tốc độ cắt
thấp, chiều dày cắt lớn và góc cắt của dao có giá trị tương đối lớn. Phoi kéo dài
thành từng đoạn ngắn mặt đối diện với mặt trước của dao rất bóng, mặt kia có nhiều
gợn nẻ. Nhìn chung phoi có dạng từng đốt xếp lại ( hình 1.3.a ).
Phoi xếp chịu biến dạng rất lớn, do đó vật liệu gia công bị mất tính dẻo và
được hóa bền đến mức là các phần tử của phoi đều bị trượt theo mặt OF. Phoi xếp
thu được khi gia công thép có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2
đến 3 lần. Điều đó chứng tỏ vật liệu bị hóa bền ở mức độ cao.
1.3.2.2. Phoi dây
Phoi thu được khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ cắt cao, chiều dày nhỏ.
Phoi kéo dài liên tục, mặt kề với mặt trước của dao rất bóng, còn mặt đối diện hơi

gợn ( hình 1.3.b ). ở phoi dây ta khó quan sát mặt trượt như phoi xếp. Điều đó
chứng tỏ mức độ biến dạng dẻo khi tạo thành phoi dây ít hơn khi hình thành phoi
xếp.
1.3.2.3. Phoi vụn.
Khi gia công vật liệu giòn ( gang, đồng thau cứng, …) ở tốc độ cắt thấp ta
thường thu được loại phoi này. Khi cắt rap hoi vụn , rung động quá trình cắt lớn,
chất lượng bề mặt gia công giảm.
1.3.3. Nhiệt cắt
1.3.3.1. Nhiệt lượng sinh ra khi cắt
Nhiệt lượng Q sinh ra trong quá trình cắt là do kết quả của :
- Công ma sát trong giữa các phần tử của vật liệu trong quá trình biến dạng
(Nhiệt biến dạn Qbd)
- Công giữa ma sát ngoài giữa phôi và mặt trước của dao: Qmst
- Công ma sát ngoài giữa chi tiết và mặt sau của dao : Qmss
Do phương trình cân bằng nhiệt:
Q = Qbd + Qmst + Qmss
Nếu cho rằng toàn bộ công cơ học khi cắt biến thành nhiệt thì có thể viết :

11


Q

A P.v

(kcalo/ ph)
E
E

[7]

Trong đó :
Q – lượng nhiệt sinh ra (kcalo)
A – công cắt (Kg.m/ph)
P – lực cắt (kG)
v – tốc độ cắt (m/ph)
E – đương lượng nhiệt , E = 427
Trong thực tế không phải toàn bộ công tiêu hao trong quá trình cắt biến
thành nhiệt, nhưng trong tính toán thông thường có thể bỏ qua.
Trong quá trình cắt có thể giả thiết rằng nhiệt cắt sinh ra tại các vùng sau :
- Vùng I : các lớp kim loại trượt và tạo thành phoi. Vùng các lớp kim loại bị biến
dạng dẻo lớn và trượt đứt theo mặt đó : Qbd
- Vùng II : vùng tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao - Qmst
- Vùng III : vùng tiếp xúc giữa mặt sau của dụng cụ và chi tiết gia công - Qmss

Hình 1.4. Các vùng sinh nhiệt

[7]

Mỗi nguồn sinh nhiệt có một phạm vi xác định nhất định. Phần lớn nhiệt
lượng sinh ra do biến dạng truyền vào phoi, một phần nhỏ truyền sang chi tiết gia
công. Nhiệt lượng sinh ra ở vùng ma sát giữa mặt trước của dụng cụ và phoi phần
lớn truyền vào phoi, một phần nhỏ truyền vào dụng cụ (3 ÷ 5%). Nhiệt lượng sunh
ra do ma sát với mặt sau của dao được truyền vào chi tiết và dao.
Lượng nhiệt sinh ra ở 3 vùng sinh nhiệt được truyền vào phoi Qf , truyền vào chi
tiết Q ct , truyền vào dao Qd và một phần nhỏ truyền vào không khí Qkk . Từ đó ta có
thể viết phương trình cân bằng nhiệt khi cắt :
Qbd + Qmst + Qmss = Qf + Q ct + Qd + Qkk

12

[7]


Lượng nhiệt truyền vào phoi, chi tiết và dao trong quá trình cắt luôn thay đổi phụ
thuộc vào điều kiện gia công, chế độ cắt, …
1.3.3.2. Nhiệt độ khi cắt
Nhiệt cắt θoC là nhiệt lượng sinh ra khi làm nung nóng các bộ phận ở vùng
cắt (phoi, chi tiết, dao)
Nhiệt cắt θoC do nhiệt lượng gây ra, đồng thời phụ thuộc vào thể tích của vật thể chứa
nhiệt và khả năng truyền nhiệt của chúng. Trong quá trình cắt nhiệt lượng sinh ra khi cắt Q
sẽ nung nóng phoi, dao và chi tiết gia công với tình trạng nhiệt độ khác nhau . Nhiệt độ
không giống nhau tại các điểm khác nhau trên dao, phoi và chi tiết. Đường đẳng nhiệt
trong phoi nằm song song với mặt trượt còn trong dao hầu như tập trung xung quanh lưỡi
cắt. Đường truyền nhiệt theo hướng vuông góc với đường đẳng nhiệt.
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm chứng tỏ rằng nhiệt độ cao nhất nằm ở vùng
cắt nằm ở giữa khu vực tiếp xúc của phoi và dao (trung tâm áp lực) tại điểm cách
lưỡi cắt một khoảng bằng 0,3 ÷ 0,5 chiều dài tiếp xúc của phoi lên mặt trước l .
1.3.3.3. Ảnh hưởng của các nhân tố đến nhiệt cắt
- Ảnh hưởng của tốc độ cắt v :
Tăng tốc độ cắt v thì nhiệt cắt sinh ra tăng, nhưng tăng chậm hơn tốc độ cắt v
(như hình 1.5 )
Khi tăng tốc độ cắt nhiệt cắt sinh ra do biến dạng giảm nhưng do ma sát lại
tăng nên nhiệt cắt tăng nhưng tăng chậm hơn tốc độ v

Hình 1.5. Ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến θ 0C

13

[7]

- Ảnh hưởng của lượng chay dao S :
Tăng lượng chạy dao S thì nhiệt cắt tăng nhưng không tăng tỷ lệ thuận (Hình 1.6)

Hình 1.6 . Ảnh hưởng của chiều dày cắt a đến nhiệt cắt

[7]

- Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t : chiều sâu cắt ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn lượng
chạy dao (hình 1.7)

Hình 1.7. Ảnh hưởng của chiều rộng cắt b đến nhiệt cắt

[7]

Khi tăng chiều sâu cắt t, chiều dài phần làm việc của lưỡi cắt tăng (b tăng),
truyền nhiệt tốt hơn nên nhiệt cắt thay đổi ít.
Góc trước của dao ảnh hưởng đến nhiệt cắt. Tăng góc cắt  giảm góc trước 
thì nhiệt cắt tăng.

14


Hình 1.8. Ảnh hưởng của góc cắt δ đến nhiệt cắt

[7]

Tăng góc  giảm b, giảm chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt nên nhiệt cắt tăng

Hình 1.9. Ảnh hưởng của góc  đến nhiệt cắt , v= 100 m/ph, S= 0,5 mm/vòng [ 7 ]
Vật liệu làm dao và vật liệu gia công có ảnh hưởng đến nhiệt cắt. Khi cắt vật
liệu giòn nhiệt cắt thấp hơn khi cắt các vật liệu dẻo. Nhiệt cắt phụ thuộc chủ yếu
vào nhiệt dung và tính dẫn nhiệt của vật liệu gia công và vật liệu làm dao.
Vật liệu làm dao có tính dẫn nhiệt tốt, nhiệt cắt sẽ thấp hơn. Kích thước thân
dao cũng ảnh hưởng đến nhiệt cắt do khả năng truyền nhiệt của thân dao. Kích
thước thân dao càng lớn thì nhiệt cắt càng thấp.
Dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng lớn đến nhiệt cắt. Khi dùng dung dịch
trơn nguội thì nhiệt cắt giảm nhanh. Ngoài tác dụng làm nguội, dung dịch trơn

15


nguội còn có tác dụng giảm ma sát giữa phôi với mặt trước và mặt sau của dao làm
giảm nhiệt cắt.
Trên cơ sở thực nghiệm có thể viết công thức tổng quát tính nhiệt cắt như
0C = C vn

sau:

S

y



t x K

0C – Nhiệt độ khi cắt
C - Hệ số ảnh hưởng đến phương pháp gia công

n, y, x - các số mũ chỉ ảnh hưởng của tốc độ cắt v, lượng chạy dao S, chiều
sâu cắt t
v, S, t – Tốc độ cắt (m/ph) , Lượng chạy dao (mm/vg), chiều sâu cắt (mm)
K - hệ số ảnh hưởng của các điều khiện ngoài khác như vật liệu gia công,
vật liệu làm dao, thông số hình học của dao...
Trong công thức thực nghiệm trên x < y < n , có nghĩa là ảnh hưởng lớn
nhất đến nhiệt cắt là tốc độ cắt , ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến nhiệt cắt là nhỏ
nhất.
Như vậy theo kết quả thực nghiệm khi muốn tăng năng suất tức là tăng v, S, t
thì đứng trên quan điểm nhiệt cắt thì ta nên tăng t vì t ít ảnh hưởng đến nhiệt cắt.
[1]
1.3.4. Sự co rút phoi và các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi.
Về mặt hình thức, sự biến dạng dẻo của lớp kim loại bị cắt được biểu hiện:
chiều dài của 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 dày cắt a. Chiều rộng của
phoi bf khi góc λ nhỏ ( λ < 300 ) thay đổi không đáng kể so với chiều rông cắt b.
Sự biến đổi kích thước của lớp kim loại bị cắt, do kết quả của biến dạng dẻo,
được đánh giá bằng hệ số co rút phoi và được ký hiệu là K.
Nếu cho rằng thể tích khối kim loại trước và sau khi biến dạng không đổi và
bf = b thì ta có:
K=

a
L
= f
Lf
a

Trị số của hệ số co rút phoi phụ thuộc vào tất cả các yếu tố có ảnh hưởng đến
sự biến dạng của phoi ( tính chất cơ lý của vật liệu gia công, hình dạng hình học của

16


dao, chế độ cắt và các điều kiện cắt khác ) và có giá trị thay đổi trong một phạm vi
rộng K = 1 ÷ 8.
1.3.4.1. Ảnh hưởng của vật liệu gia công.
Tính chất của vật lệu gia công có ảnh hưởng lớn đến hệ số co rút phoi. Khi
giữ nguyên các điều kiện cắt khác, vật liệu càng dẻo thì sự liên kết giữa các nguyên
tử trong kim loại càng yếu, khiến cho sự sắp xếp của mạng tinh thể kim loại càng dễ
bị phá hủy, do đó khi cắt kim loại sẽ bị biến dạng nhiều hơn.
Bảng 1.3 cho giá trị của hệ số co rút phoi khi cắt các kim loại khác nhau ở
cùng một điều kiện cắt.
Vật liệu gia công

Hệ số co
rút phoi
στ

σb

HB

Độ co tương

(N/mm2)

(N/mm2)

(N/mm2)

đối ( % )

Thép 30KCA

1,9

322

770

2375

0,384

Thép 35

2,84

265

512

1500

0,531

Thép 20X

3,64

235

438

1500

0,464

Đồng

6,5

-

245

726

0,9

Bảng 1.3. Giá trị của hệ số co rút phoi

[5]

Từ bảng 1.3 ta thấy:
- Khi thay đổi vật liệu gia công hệ số co rút phoi thay đổi trong phạm vi rất
rộng.
- Không tồn tại một quan hệ rõ ràng nào giữa hệ số co rút phoi và các thông
số đặc trưng cho tính chất cơ lý của vật liệu gia công.

1.3.4.2. Ảnh hưởng của góc cắt δ.
Xét ( hình 1.10) trong tam giác OCF ta có: CF = OF.Sinθ = a
Trong tam giác OBF ta có: BF = OF.Cos(θ - ) = af
Do đó:
K=

af
a

=

Cos(   )
Sin

Mặt khác  = 900 - δ

17