Nghiên cứu đặc tính cắt của mảnh dao thay thế nhiều cạnh hợp kim cứng chế tạo tại Việt Nam khi gia công thép không gỉ SUS304 trên máy tiện CNC (LA tiến sĩ)

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

NGUYỄN CHÍ CÔNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CẮT CỦA MẢNH DAO THAY THẾ
NHIỀU CẠNH HỢP KIM CỨNG CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM KHI GIA
CÔNG THÉP KHÔNG GỈ SUS304 TRÊN MÁY TIỆN CNC

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội - 2017


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

NGUYỄN CHÍ CÔNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CẮT CỦA MẢNH DAO THAY THẾ
NHIỀU CẠNH HỢP KIM CỨNG CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM KHI GIA
CÔNG THÉP KHÔNG GỈ SUS304 TRÊN MÁY TIỆN CNC

Chuyên ngành:
Mã số:

Kỹ thuật cơ khí
62520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS Bùi Ngọc Tuyên
PGS. TS Trần Thế Lục

Hà Nội - 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong
luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác.
Hà Nội, ngày

tháng 11 năm 2017

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

Nghiên cứu sinh

PGS. TS Bùi Ngọc Tuyên

Nguyễn Chí Công

i


LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian tìm tòi, nghiên cứu dưới sự hướng dẫn tận tình của các thầy PGS. TS
Bùi Ngọc Tuyên và cố PGS.TS Trần Thế Lục tôi đã hoàn thành luận án của mình. Ngoài
sự hướng dẫn, định hướng về mặt khoa học các thầy còn quan tâm, động viên nghiên cứu
sinh trong suốt quá trình nghiên cứu. Đây là động lực tinh thần rất lớn để tôi tự tin và say

mê trong nghiên cứu khoa học. Qua đây tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy
giáo hướng dẫn.
Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Gia công vật liệu
và Dụng cụ công nghiệp - Viện Cơ khí đã đóng góp nhiều ý kiến xác đáng cho tác giả;
Viện Công nghệ, Công ty TNHH MTV Hóa chất 21, Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất
13, Viện Công nghệ - Tổng cục CNQP - Bộ Quốc phòng đã tạo điều kiện tốt nhất về cơ sở
thiết bị thí nghiệm để tác giả hoàn thành công trình nghiên cứu.
Cuối cùng, tác giả gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp ở Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội và gia đình đã luôn ở bên động viên giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình
nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Chí Công

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ................................................................... x
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
Chương 1: ĐẶC ĐIỂM GIA CÔNG THÉP KHÔNG GỈ TRÊN MÁY TIỆN CNC
BẰNG MẢNH DAO HỢP KIM CỨNG ........................................................................ 6
1.1 Đặc điểm tiện CNC ................................................................................................... 6
1.1.1 Prôphin chi tiết trong gia công tiện................................................................................ 6
1.1.2 Đường dụng cụ trong tiện prôphin ................................................................................ 6
1.1.3 Sự thay đổi các góc động khi tiện prôphin .................................................................... 7
1.1.4 Ảnh hưởng của đường dụng cụ trong tiện prôphin đến chất lượng gia công ............ 8

1.2 Đặc điểm dao tiện gắn mảnh HKC .........................................................................10
1.2.1 Cấu tạo cơ bản ............................................................................................................... 10
1.2.2 Vật liệu chế tạo phần cắt dụng cụ ................................................................................ 11
1.2.3 Vật liệu dụng cụ cắt để gia công thép không gỉ SUS304 ............................................ 12
1.2.4 Lớp phủ bề mặt mảnh dao ............................................................................................ 14
1.2.5 Ký hiệu và phương pháp lựa chọn mảnh dao ............................................................. 15
1.2.5.1 Ký hiệu mảnh dao ........................................................................................ 15
1.2.5.2 Phương pháp lựa chọn phù hợp mảnh dao, thân dao ................................... 16
1.3 Độ chính xác hình học chi tiết gia công tiện...........................................................17
1.3.1 Độ nhám bề mặt khi tiện prôphin ................................................................................ 18
1.3.2 Độ chính xác kích thước ................................................................................................ 19
1.4 Cơ sở lý thuyết về động lực học và mòn dụng cụ khi tiện CNC ...........................20
1.4.1 Lực cắt ............................................................................................................................ 20
1.4.1.1 Động lực học quá trình tiện ........................................................................ 20
1.4.1.2 Mô hình lực cắt khi cắt nghiêng ................................................................. 22
1.4.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt .............................................................. 23
1.4.2 Mòn dụng cụ .................................................................................................................. 25
1.4.2.1 Các dạng mòn .............................................................................................. 25
1.4.2.2 Các dạng mòn đặc trưng của mảnh dao HKC (TT10K8) khi tiện prôphin
cong lồi thép không gỉ SUS304 .............................................................................. 28

iii


1.4.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến mòn dụng cụ .................................................... 30
1.5 Đặc điểm gia công thép không gỉ SUS304 ..............................................................30
1.5.1 Đặc điểm thép không gỉ SUS304 .................................................................................. 30
1.5.2 Tính gia công của thép không gỉ SUS304 .................................................................... 32
1.6 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước ...................................................33
Kết luận chương 1 .........................................................................................................39

Chương 2: TƯƠNG QUAN GIỮA PRÔPHIN GIA CÔNG VÀ THIẾT KẾ MẢNH
DAO HỢP KIM CỨNG TT10K8 DÙNG CHO TIỆN PRÔPHIN THÉP KHÔNG GỈ
SUS304 ...........................................................................................................................41
2.1 Nghiên cứu tương quan giữa prôphin gia công với thông số hình học dụng cụ và
chất lượng gia công khi tiện CNC ................................................................................41
2.1.1 Sự biến thiên góc nghiêng chính, góc nghiêng phụ khi tiện prôphin và điều kiện
không cắt lẹm .................................................................................................................................. 41
2.1.2 Sự biến thiên góc sau động khi tiện prôphin ............................................................... 43
2.1.3 Sự biến thiên góc trước động khi tiện prôphin .......................................................... 46
2.2 Sự phụ thuộc của độ nhám và bước tiến dao vào bề mặt gia công khi tiện bằng
mũi dao nhỏ ...................................................................................................................46
2.2.1 Sự phụ thuộc của độ nhám vào bề mặt gia công khi tiện bằng mũi dao nhỏ ........... 46
2.2.2 Sự phụ thuộc của bước tiến dao vào bề mặt gia công ................................................ 47
2.3 Nghiên cứu thực nghiệm thiết kế mảnh dao HKC để gia công thép không gỉ .....48
2.3.1 Phương pháp thực nghiệm Taguchi ............................................................................. 48
2.3.2 Nghiên cứu thiết kế hợp lý phôi mảnh dao HKC ....................................................... 52
2.3.2.1 Chi tiết gia công và yêu cầu kỹ thuật ......................................................... 52
2.3.2.2 Lựa chọn phôi mảnh dao HKC ................................................................... 54
2.3.3 Nghiên cứu thiết kế hợp lý các thông số hình học của mảnh dao HKC ................... 57
2.3.3.1 Thiết kế các thông số hình học của mảnh dao HKC .................................... 57
2.3.3.2 Thực nghiệm lựa chọn tối ưu các thông số hình học mảnh dao HKC ......... 58
2.4 Thực nghiệm chế tạo mảnh dao HKC TT10K8 .....................................................64
2.4.1 Thực nghiệm chế tạo phôi mảnh dao ........................................................................... 64
2.4.2 Kết quả kiểm tra chất lượng HKC TT10K8 chế tạo tại Việt Nam ........................... 68
2.4.3 Thực nghiệm chế tạo mảnh dao hoàn chỉnh ............................................................... 69
2.4.4 Kết quả kiểm tra các thông số hình học mảnh dao HKC .......................................... 71
Kết luận chương 2 .........................................................................................................73

iv

Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐẶC TÍNH CẮT CỦA MẢNH DAO
HỢP KIM CỨNG TT10K8 CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM ...........................................74
3.1 Các phương pháp xác định mối quan hệ thực nghiệm..........................................74
3.1.1 Mô hình hồi quy bậc nhất ............................................................................................. 74
3.1.2 Phương pháp bề mặt chỉ tiêu ........................................................................................ 75
3.2 Xây dựng mô hình thí nghiệm ................................................................................77
3.2.1 Sơ đồ thí nghiệm ............................................................................................................ 77
3.2.2 Các điều kiện đầu vào ................................................................................................... 78
3.2.3 Các đại lượng đầu ra ..................................................................................................... 79
3.2.4 Các đại lượng cố định .................................................................................................... 79
3.2.5 Các đại lượng không điều khiển được (nhiễu) ............................................................ 79
3.3 Điều kiện thực nghiệm ............................................................................................80
3.3.1 Máy tiện CNC ................................................................................................................ 80
3.3.2 Mẫu thí nghiệm .............................................................................................................. 81
3.3.3 Dụng cụ cắt ..................................................................................................................... 81
3.3.4 Các thiết bị đo ................................................................................................................ 82
3.4 Thực nghiệm xác định một số đặc tính cắt của mảnh dao HKC TT10K8 ...................84
3.4.1 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt ................................................... 84
3.4.1.1 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt khi tiện trụ thẳng ....... 84
3.4.1.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt khi tiện prôphin ......... 86
3.4.2 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến độ nhám chi tiết có biên dạng côn ............ 88
3.5 Mô hình thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt gia công,
mòn dao và các thành phần lực cắt khi tiện thép SUS304 trên máy tiện CNC .........93
3.5.1 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và nhám bề mặt ........... 95
3.5.2 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ chế độ cắt và độ sai lệch kích thước ..... 98
3.5.3 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và mòn theo mặt sau
dụng cụ .......................................................................................................................................... 100
3.5.4 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và các thành phần lực cắt
........................................................................................................................................................ 101

3.5.4.1 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và các thành phần lực cắt

Px ........................................................................................................................... 101
3.5.4.2 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và các thành phần lực cắt
Py ........................................................................................................................... 103

v


3.5.4.3 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và các thành phần lực cắt

Pz ........................................................................................................................... 104
Kết luận chương 3 .......................................................................................................106
Chương 4: TỐI ƯU HOÁ CHẾ ĐỘ CẮT KHI TIỆN CNC THÉP KHÔNG GỈ
SUS304 BẰNG MẢNH DAO THAY THẾ NHIỀU CẠNH HKC TT10K8 CHẾ TẠO
TẠI VIỆT NAM...........................................................................................................107
4.1 Chỉ tiêu tối ưu và hàm mục tiêu ...........................................................................107
4.1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................................... 107
4.1.2 Hàm mục tiêu ............................................................................................................... 107
4.1.3 Các hàm ràng buộc ...................................................................................................... 108
4.2 Phương pháp giải bài toán tối ưu .........................................................................113
Kết luận chương 4 .......................................................................................................120
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO...........................................121
Kết luận ........................................................................................................................121
Hướng nghiên cứu tiếp theo........................................................................................122
Tài liệu tham khảo.......................................................................................................124
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .......................133
PHỤ LỤC 1 ..................................................................................................................134
PHỤ LỤC 2 ..................................................................................................................139
PHỤ LỤC 3 ..................................................................................................................142

vi


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
бb
бc
δ
ψ
HV
HRC
ie
Ra
Rz
px
Py
Pz
hs
ΔD
S/N

Diễn giải
Giới hạn bền
Giới hạn chảy
Độ dãn dài
Độ thắt tỷ đối
Độ cứng Vicken
Độ cứng Rocwel
Hệ số tính gia công của vật liệu

Sai lệch số học trung bình của prôphin
Chiều cao nhấp nhô prôfin theo 10 điểm
Thành phần lực cắt dọc trục
Thành phần lực cắt hướng kính
Lực cắt chính
Chiều cao mòn theo mặt sau dụng cụ
Độ sai lệch kích thước theo đường kính
Độ sạch của tín hiệu

Đơn vị
MPa
MPa
%
%
HV
HRC
μm
μm
N
N
N
mm
mm

ANOVA Phân tích phương sai
Tổng bình phương độ lệch
ST






độ
độ
độ

Góc sau
Góc trước
Góc nâng

ε
μ

Góc mũi dao
độ
Lượng biến đổi góc trước, góc sau do ảnh hưởng của chuyển động
độ
chạy dao
r
Bán kính mũi dao
mm
sd
Bước tiến dao dọc
mm/vòng
sn
Bước tiến dao ngang
mm/vòng
δ
Chiều dày mảnh dao

mm
TiC
Các bít Titan
TaC
Các bít Tantan
WC
Các bít Vonfram
Co
Cô ban
HKC
Hợp kim cứng
TT10K8 Một mác hợp kim cứng nhóm 3 các bít theo tiêu chuẩn của Nga
SUS304 Thép không gỉ

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Ký hiệu và ứng dụng của vật liệu hợp kim cứng ................................................. 13
Bảng 1.2 Thành phần hoá học, cơ tính của hợp kim cứng TT10K8 ................................... 14
Bảng 1.3 Dung sai theo hình dạng mảnh dao ..................................................................... 15
Bảng 1.4 Kích thước mảnh dao........................................................................................... 16
Bảng 1.5 Ký hiệu và kích thước chiều dày tiêu chuẩn của mảnh dao ................................ 16
Bảng 1.6 Ký hiệu và kích thước bán kính mũi dao ............................................................. 16
Bảng 1.7 Thành phần hóa học SUS304 (tiêu chuẩn Nhật JIS G4303-91) .......................... 31
Bảng 1.8 Cơ tính của thép SUS304 (theo tiêu chuẩn Nhật JIS G4303-91) ........................ 31
Bảng 1.9 Hệ số tính gia công ic của các nguyên tố hợp kim ............................................... 32
Bảng 1.10 Ảnh hưởng của góc trước đến lực cắt ............................................................... 37
Bảng 2.1 Bảng quy hoạch thực nghiệm Taguchi ................................................................ 50
Bảng 2.2 Đặc tính cắt của các mảnh dao thay thế nhiều cạnh ........................................... 55

Bảng 2.3 Mức thực nghiệm của thông số hình học ............................................................ 59
Bảng 2.4 Kết quả đo độ nhám, kích thước và tỷ số S/N ...................................................... 60
Bảng 2.5 Giá trị Ra trung bình ở các mức của γ, α, r, λ ...................................................... 61
Bảng 2.6 Giá trị ΔD trung bình ở các mức của γ, α, r, λ ................................................... 61
Bảng 2.7 Giá trị S/N trung bình ở các mức của γ, α, r, λ ảnh hưởng đến Ra ...................... 61
Bảng 2.8 Giá trị S/N trung bình ở các mức của γ, α, r, λ ảnh hưởng đến ΔD....................... 61
Bảng 2.9 Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến độ nhám Ra và sai lệch kích thước ΔD .. 62
Bảng 2.10 Thông số hình học tối ưu của mảnh dao............................................................ 63
Bảng 2.11 Mẫu kiểm tra độ bền uốn ................................................................................... 68
Bảng 2.12 Kết quả kiểm tra cơ tính HKC TT10K8 ............................................................. 68
Bảng 2.13 Thông số hình học mảnh dao HKC TT10K8 ..................................................... 71
Bảng 2.14 Thông số hình học mảnh dao khi lắp lên thân dao ............................................ 71
Bảng 2.15 Kết quả kiểm tra thông số hình học mảnh dao HKC ......................................... 71
Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật của máy tiện CNC PLG-42 ..................................................... 80
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của thiết bị đo độ nhám POCKETSURF (Mỹ) ....................... 82
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của thiết bị đo lực 3 chiều MTA-400 Futek (Mỹ) ................... 83
Bảng 3.4 Bảng thiết kế thí nghiệm và kết quả đo độ nhám ................................................. 89
Bảng 3.5 Kết quả tính toán mô hình hồi quy bậc 2 của hàm Ra1 ....................................... 89
Bảng 3.6 Kết quả phân tích phương sai của hàm Ra1 ........................................................ 90

viii


Bảng 3.7 Kết quả phân tích phương sai của hàm Ra 2 ........................................................ 90
Bảng 3.8 Kết quả tìm cực tiểu trung bình của Ra1 ............................................................. 92
Bảng 3.9 Kết quả tìm cực tiểu trung bình của Ra 2 ............................................................. 92
Bảng 3.10 Bảng quy hoạch thực nghiệm ............................................................................ 94
Bảng 3.11 Bảng liệt kê mức thí nghiệm của các thông số chế độ cắt ................................. 96
Bảng 3.12 Kết quả thực nghiệm đo nhám Ra ..................................................................... 96
Bảng 3.13 Bảng ước lượng ảnh hưởng và hệ số của hàm ln Ra ........................................ 96

Bảng 3.14 Bảng phân tích phương sai của hàm ln Ra ....................................................... 97
Bảng 3.15 Bảng phân tích phương sai của hàm ln D ...................................................... 99
Bảng 3.16 Bảng phân tích phương sai của hàm ln hs ..................................................... 100
Bảng 4.1 Dữ liệu tính toán hàm mục tiêu ......................................................................... 117
Bảng 4.2 Giao diện công cụ Solve – Microsoft Excel ....................................................... 117
Bảng 4.3 Dữ liệu tính toán hàm mục tiêu ......................................................................... 118

ix


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Một số dạng đường prôphin chi tiết....................................................................... 6
Hình 1.2 Các đường chạy dao khi tiện thô, bán tinh, tinh .................................................... 6
Hình 1.3 Các đường dụng cụ và dụng cụ cắt tương ứng khi tiện lỗ ..................................... 7
Hình 1.4 Các đường dụng cụ và dụng cụ cắt tương ứng khi tiện ngoài ............................... 7
Hình 1.5 Sự thay đổi các góc động của dụng cụ khi tiện prôphin ........................................ 8
Hình 1.6 Các dạng cơ bản của đường dụng cụ khi tiện ....................................................... 9
Hình 1.7 Cấu tạo dao tiện CNC .......................................................................................... 10
Hình 1.8 Các hình dạng cơ bản của mảnh dao .................................................................. 11
Hình 1.9 Biểu đồ so sánh hiệu suất và khả năng chịu rung động ...................................... 13
Hình 1.10 Biểu đồ so sánh độ cứng tế vi của các lớp phủ .................................................. 14
Hình 1.11 Ký hiệu mảnh dao .............................................................................................. 15
Hình 1.12 Ký hiệu hình dạng mảnh dao ............................................................................. 15
Hình 1.13 Ký hiệu dạng góc sau mảnh dao ........................................................................ 15
Hình 1.14 Ký hiệu hình dạng lắp ghép của mảnh dao ...................................................... 15
Hình 1.15 Quy tắc chọn thân dao theo dạng mảnh dao ..................................................... 17
Hình 1.16 Sơ đồ biểu diễn độ nhám bề mặt Ra .................................................................. 18
Hình 1.17 Độ nhám bề mặt Ra khi tiện .............................................................................. 18
Hình 1.18 Biểu đồ so sánh độ nhám Ra khi dùng mảnh dao có bán kính mũi dao và kiểu
wiper .................................................................................................................................... 19

Hình 1.19 Độ nhám và sóng bề mặt.................................................................................... 20
Hình 1.20 Bề mặt 3D điển hình sau tiện ............................................................................. 20
Hình 1.21 Mô hình lực cắt khi tiện ..................................................................................... 21
Hình 1.22 Các thành phần lực cắt khi tiện quy chiếu theo hệ tọa độ Đề các ..................... 21
Hình 1.23 Các hệ thống lực cắt trong mô hình cắt nghiêng ............................................... 22
Hình 1.24 Các lực cắt N và P trong mô hình cắt nghiêng ................................................. 23
Hình 1.25 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian ............................................................... 26
Hình 1.26 Xác định chiều cao mòn mặt sau hs ................................................................... 26
Hình 1.27 Xác định chiều cao mòn mặt trước KT .............................................................. 27
Hình 1.28 Vết nứt dụng cụ do nhiệt .................................................................................... 27
Hình 1.29 Sơ đồ ảnh hưởng vận tốc cắt đến mòn dụng cụ cắt ........................................... 28
Hình 1.30 Một số dạng mòn của mảnh dao HKC TT10K8 chế tạo tại Việt Nam ............... 30

x


Hình 1.31 Giản đồ Schaeffler về phân loại thép không gỉ theo cấu trúc ............................ 31
Hình 1.32 Sơ đồ thí nghiệm ................................................................................................ 34
Hình 1.33 Đường dụng cụ................................................................................................... 34
Hình 1.34 Vị trí dụng cụ cắt ............................................................................................... 35
Hình 1.35 Mẫu sau thí nghiệm............................................................................................ 35
Hình 1.36 Biến dạng dụng cụ cắt ....................................................................................... 36
Hình 1.37 Ảnh hưởng của góc trước, góc sau đến lực cắt ................................................. 36
Hình 1.38 Ảnh hưởng của góc trước, góc sau đến nhiệt cắt .............................................. 36
Hình 1.39 Bề mặt gia công liên tục và gián đoạn............................................................... 37
Hình 1.40 Tuổi bền dụng cụ khi gia công liên tục và gián đoạn ........................................ 37
Hình 2.1 Ảnh hưởng của biên dạng prôphin đến các góc nghiêng .................................... 41
Hình 2.2 Gia công chi tiết trụ tròn xoay có prôphin cong lồi ............................................ 42
Hình 2.3 Thông số hình học dụng cụ trong quá trình tiện.................................................. 43
Hình 2.4 Sự thay đổi góc trước, góc sau khi có chuyển động chạy dao ngang .................. 44

Hình 2.5 Sự thay đổi góc trước, góc sau khi có chuyển động chạy dao dọc ...................... 44
Hình 2.6 Nhám bề mặt khi gia công bề mặt trụ tròn xoay có prôphin cong lồi ................. 46
Hình 2.7 Gia công bề mặt côn ............................................................................................ 48
Hình 2.8 Một số chi tiết cơ khí điển hình trong quốc phòng .............................................. 53
Hình 2.9 Chi tiết gia công ................................................................................................... 53
Hình 2.10 So sánh đặc tính cắt của các mảnh dao ............................................................. 54
Hình 2.11 Đường dụng cụ của mảnh dao có góc ε = 35o, ε = 55o ..................................... 56
Hình 2.12 Kích thước bao hoàn chỉnh của mảnh dao hợp kim cứng (Hãng Sandvik) ....... 57
Hình 2.13 Kích thước phôi để chế tạo mảnh dao hợp kim cứng tại Việt Nam ................... 57
Hình 2.14 Bán kính mũi dao ............................................................................................... 58
Hình 2.15 Mẫu thép SUS304 sau khi gia công .................................................................. 59
Hình 2.16 Giá trị S/N trung bình của Ra tại các mức của γ, α, r, λ.......................................... 62
Hình 2.17 Giá trị S/N trung bình của ΔD tại các mức của γ, α, r, λ ............................................ 62
Hình 2.18 Đồ thị bề mặt ảnh hưởng của các thông số γ, α, r, λ đến Ra .............................. 63
Hình 2.19 Đồ thị bề mặt ảnh hưởng của các thông số γ, α, r, λ đến ΔD............................. 63
Hình 2.20 Sơ đồ công nghệ chế tạo phôi mảnh dao HKC .................................................. 64
Hình 2.21 Khuôn ép định hình phôi mảnh dao HKC.......................................................... 66
Hình 2.22 Giản đồ thiêu kết phôi mảnh dao HKC.............................................................. 67
Hình 2.23 Phôi hợp kim cứng sau khi chế tạo .................................................................... 67

xi


Hình 2.24 Tổ chức tế vi của hợp kim cứng TT10K8 (1000x).............................................. 68
Hình 2.25 Sơ đồ công nghệ chế tạo hoàn chỉnh mảnh dao ................................................ 69
Hình 2.26 Mài phẳng đạt chiều dày mảnh hợp kim ............................................................ 69
Hình 2.27 Cắt dây lỗ lắp chốt 3,8 và 1/2 biên dạng ngoài .............................................. 70
Hình 2.28 Cắt dây lỗ lắp chốt 3,8 và 1/2 biên dạng ngoài .............................................. 70
Hình 2.29 Mài đạt các kích thước và độ bóng mảnh hợp kim cứng ................................... 70
Hình 2.30 Mảnh dao sau khi chế tạo hoàn chỉnh ............................................................... 71

Hình 3.1 Mô hình quy hoạch thực nghiệm nhiều đầu vào, nhiều đầu ra............................ 75
Hình 3.2 Thiết kế thí nghiệm CCD (a) và Box-Behnken (b) ............................................... 76
Hình 3.3 Sơ đồ nghiên cứu quá trình tiện CNC bằng thực nghiệm .................................... 78
Hình 3.4 Máy tiện CNC PLG-42 của Đài Loan ................................................................. 80
Hình 3.5 Các bước công nghệ gia công chi tiết ................................................................. 81
Hình 3.6 Thiết bị đo nhám bề mặt POCKETSURF (Mỹ).................................................... 82
Hình 3.7 Máy đo phóng hình PH3500 (Nhật Bản) ............................................................. 83
Hình 3.8 Thiết bị đo lực 3 chiều MTA-400 Futek (Mỹ) ...................................................... 83
Hình 3.9 Ảnh hưởng của bước tiến dao đến lực cắt ........................................................... 84
Hình 3.10 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến lực cắt .......................................................... 85
Hình 3.11 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến lực cắt .......................................................... 85
Hình 3.12 Sơ đồ ảnh hưởng của prôphin chi tiết đến lực cắt ............................................. 87
Hình 3.13 Mẫu thí nghiệm có biên dạng trụ côn ................................................................ 88
Hình 3.14 Các biểu đồ đánh giá số dư Ra1 ........................................................................... 91
Hình 3.15 Các biểu đồ đánh giá số dư Ra 2 .......................................................................... 91
Hình 3.16 Đồ thị bề mặt của Ra1 ......................................................................................... 91
Hình 3.17 Đồ thị bề mặt của Ra 2 ......................................................................................... 91
Hình 3.18 Đồ thị quan hệ các thông số công nghệ đến độ nhám Ra ................................ 98
Hình 3.19 Đồ thị quan hệ các thông số công nghệ đến sai lệch kích thước D ............ 100
Hình 3.20 Đồ thị quan hệ các thông số công nghệ đến độ mòn mặt sau hs .................... 101

xii


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Hợp kim cứng (HKC) là một trong những loại vật liệu quan trọng được sử dụng rộng
rãi trong các ngành công nghiệp, với nhiều lĩnh vực khác nhau, như: Chế tạo dụng cụ cắt
gọt, dụng cụ gia công áp lực, dụng cụ khai thác mỏ; chế tạo khuôn mẫu, chi tiết máy.
Trong quân sự, HKC được sử dụng phổ biến để chế tạo các loại đạn xuyên thép, một số chi

tiết có tính năng đặc biệt chịu mài mòn, chịu nhiệt. Nguyên nhân chính của việc sử dụng
phổ biến các loại dụng cụ, chi tiết máy bằng HKC là do vật liệu này có độ cứng, độ bền
vượt trội so với thép dụng cụ thông thường và giữ được độ cứng, độ bền đó trong điều kiện
làm việc ở nhiệt độ cao. Mặt khác, do khả năng chịu mài mòn nên tuổi bền chi tiết, dụng cụ
bằng HKC tăng lên đáng kể so với thép dụng cụ thông thường. Ngoài ra, HKC có hệ số
dãn dài rất nhỏ nên đáp ứng tốt yêu cầu của công nghệ gia công chính xác [1].
Hiện nay, trên thế giới mảnh dao bằng HKC được nghiên cứu, ứng dụng khá phổ biến
nhằm nâng cao chất lượng bề mặt gia công, tuổi bền dụng cụ cắt cũng như năng suất cắt
gọt. Trên thế giới có nhiều hãng sản xuất dụng cụ cắt nổi tiếng như: Sandvik, Seco (Thụy
Điển), Mitsubishi, Kyocera (Nhật Bản)… Các mảnh dao bằng HKC khi đưa ra thị trường
đều có các thông số hình dạng hình học, kích thước, vật liệu chế tạo tiêu chuẩn hóa và có
khuyến cáo phạm vị sử dụng đối với từng loại như: Mảnh dao dùng để gia công vật liệu
thép trước tôi, sau tôi, thép hàn, thép bền nhiệt, thép không gỉ và chống ăn mòn, gia công
gang, hợp kim màu.v.v..
Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng HKC vào thực tế còn hạn chế. Các
đề tài nghiên cứu về HKC trong nước thời gian qua, chủ yếu tập trung vào nghiên cứu, chế
tạo thử nghiệm các mẫu HKC; công nghệ phun phủ bề mặt nhằm nâng cao chất lượng
dụng cụ cắt nền thép hoặc nền HKC; một số nghiên cứu nhằm tối ưu hóa chế độ cắt đối với
các mảnh dao nhập ngoại. Do nhiều nguyên nhân khác nhau, các kết quả nghiên cứu chưa
thể triển khai ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Đặc biệt chưa có đề tài nghiên cứu, thiết kế,
chế tạo mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC cho máy tiện CNC.
Từ những kết quả phân tích trên, nhận thấy đề tài “Nghiên cứu đặc tính cắt của mảnh
dao thay thế nhiều cạnh hợp kim cứng chế tạo tại Việt Nam khi gia công thép không gỉ
SUS304 trên máy tiện CNC” là cần thiết nhằm xây dựng được phương pháp lựa chọn tối
ưu vật liệu, hình dạng hình học mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC cho gia công thép
không gỉ SUS304, đồng thời thực nghiệm chế tạo mảnh dao và tối ưu hóa chế độ cắt đối
với mảnh dao đó.

1

2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC tại Việt Nam để tiện
bề mặt tròn xoay có prôphin cong lồi bằng thép không gỉ SUS304 trên máy CNC, đảm bảo
các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuât.
- Xây dựng mô hình thực nghiệm đánh giá đặc tính cắt của mảnh dao thay thế nhiều
cạnh HKC chế tạo tại Việt Nam.
- Tối ưu hóa chế độ cắt khi tiện prôphin thép không gỉ SUS304 trên máy CNC bằng
mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC chế tạo tại Việt Nam.
b. Đối tượng nghiên cứu
- Mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC được thiết kế, chế tạo mới tại Việt Nam.
- Tiện bề mặt trụ, bề mặt côn và bề mặt tròn xoay có prôphin cong bằng thép không gỉ
SUS304.
- Các chỉ tiêu về độ nhám bề mặt, độ chính xác kích thước, mòn dao, lực cắt để đánh
giá khả năng cắt của mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC chế tạo tại Việt Nam.
c. Phạm vi nghiên cứu
- Vật liệu chế tạo mảnh dao hợp kim cứng: Ký hiệu: TT10K8 theo tiêu chuẩn ΓOCT
3882-74 (tương đương M20 ISO 513-2012) và công nghệ chế tạo mảnh dao thay thế nhiều
cạnh HKC tại Việt Nam.
- Vật liệu gia công: Thép không gỉ SUS304 tiêu chuẩn Nhật JIS G4303-91.
- Giới hạn nghiên cứu về tương quan giữa prôphin chi tiết với các thông số động học,
các thông số hình học của dao như: góc trước, góc sau, góc nghiêng chính, góc nghiêng
phụ. Xây dựng các công thức quan hệ giữa thông số hình học của dao ở trạng thái động
phụ thuộc vào thông số hình học ở trạng thái tĩnh và prôphin chi tiết. Xây dựng công thức
quan hệ giữa độ nhám bề mặt phụ thuộc góc nghiêng, bước tiến dao và prôphin chi tiết, rút
ra điều kiện không cắt lẹm.
- Các thông số hình dạng, hình học của mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC, giới hạn ở
các thông số: Hình dạng mảnh dao, góc mũi dao, bán kính mũi dao, góc trước, góc sau, góc
nâng.

- Quy luật biến đổi của các thành phần lực cắt giới hạn ở bước gia công tinh và bán
tinh bề mặt trụ, bề mặt tròn xoay có prôphin cong lồi, cong lõm.
- Ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt đến chất lượng bề mặt gia công, giới hạn
nghiên cứu ở gia công tinh bề mặt trụ, bề mặt côn, bề mặt tròn xoay có prôphin cong lồi.

2


- Giới hạn nghiên cứu mòn mặt sau dụng cụ khi gia công tinh bề mặt tròn xoay có
prôphin cong lồi.
- Nghiên cứu mô hình tối ưu hóa theo chỉ tiêu năng suất gia công với các điều kiện về
thiết bị, dụng cụ và chất lượng bề mặt gia công, giới hạn ở bước gia công tinh bề mặt tròn
xoay có prôphin cong lồi. Đề xuất phương pháp và tiến hành giải bài toán tối ưu hóa.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
a. Ý nghĩa khoa học
- Phát triển lý thuyết mối quan hệ giữa prôphin chi tiết gia công với các thông số hình
học động của lưỡi cắt khi tiện (Góc trước, góc sau, góc nghiêng chính, nghiêng phụ), giữa
prôphin chi tiết gia công với độ nhám và bước tiến dao. Từ đó đưa ra lý thuyết về điều kiện
không cắt lẹm, bước tiến dao cho phép khi tiện prôphin bất kỳ.
- Xây dựng được mô hình thực nghiệm để lựa chọn tối ưu thông số hình học của mảnh
dao thay thế nhiều cạnh HKC khi tiện chi tiết có prôphin cong lồi
- Sử dụng mô hình thực nghiệm để đánh giá đặc tính cắt của mảnh dao HKC về một số
chỉ tiêu như độ nhám bề mặt, độ chính xác kích thước gia công, mòn dao, lực cắt khi tiện
tinh và bán tinh các prôphin khác nhau.
- Xây dựng mô hình bài toán tối ưu để xác định chế độ cắt tối ưu khi tiện tinh thép
không gỉ SUS304 dạng bề mặt tròn xoay có prôphin cong lồi bằng mảnh dao thay thế
nhiều cạnh HKC chế tạo tại Việt Nam, hàm mục tiêu là năng suất lớn nhất và các điều kiện
biên về máy, dao, chất lượng gia công.
b. Ý nghĩa thực tiễn

- Đưa ra phương pháp lựa chọn vật liệu HKC chế tạo mảnh dao thay thế nhiều cạnh
dùng cho gia công thép không gỉ SUS304.
- Xây dựng được quy trình thực nghiệm chế tạo hoàn chỉnh mảnh dao hợp kim cứng có
nhiều cạnh cắt thay thế tại một số đơn vị trong nước.
- Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng tại các cơ sở sản xuất để tham khảo mức độ
ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, độ chính xác kích thước, lực
cắt, mài mòn dụng cụ khi gia công chi tiết thép không gỉ có prôphin cong lồi.
- Kết quả nghiên cứu có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở đào tạo và
những nghiên cứu tiếp theo.

4. Các đóng góp mới của luận án

3


- Xây dựng được về mặt lý thuyết phương trình quan hệ giữa hình học prôphin chi tiết
với các thông số hình học của dao cắt. Đây là cơ sở cho việc tính toán xác định thông số
hình học mảnh dao phù hợp với nguyên công tiện prôphin trên máy tiện CNC.
- Xây dựng được phương pháp xác định, lựa chọn vật liệu HKC chế tạo mảnh dao thay
thế nhiều cạnh để gia công các vật liệu theo yêu cầu. Xây dựng được mô hình thực nghiệm
lựa chọn tối ưu hình học mảnh dao thay thế nhiều cạnh khi tiện prôphin thép không gỉ trên
máy tiện CNC. Đề xuất phương pháp thiết kế, chế tạo các mảnh dao thay thế HKC dùng
cho máy tiện CNC và thực nghiệm chế tạo mảnh dao trong điều kiện Việt Nam.
- Xây dựng được mô hình thực nghiệm đánh giá đặc tính cắt của mảnh dao HKC. Từ
mô hình thực nghiệm, xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và các
thông số đầu ra như: độ nhám bề mặt, độ chính xác kích thước, lực cắt, mòn dao.
- Tìm được bộ thông số chế độ cắt tối ưu từ mô hình tối ưu hoá chế độ cắt với hàm
mục tiêu là năng suất gia công lớn nhất.

5. Nội dung luận án

Luận án được trình bày trong 123 trang, ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, luận
án gồm 4 chương.
Chương 1: Đặc điểm gia công thép không gỉ trên máy tiện CNC bằng mảnh dao hợp
kim cứng. Chương này đề cập đến đặc điểm về tiện prôphin, các dạng đường prôphin,
đường dụng cụ khi tiện prôphin và ảnh hưởng của chúng đến chất lượng gia công, tổng
hợp lý thuyết liên quan khi tiện prôphin, lý thuyết chung về thép không gỉ, lựa chọn vật
liệu hợp kim cứng để gia công thép không gỉ SUS304. Cuối chương trình bày tóm tắt các
nghiên cứu trong và ngoài nước đã được công bố liên quan đến nghiên cứu của đề tài, phân
tích các tồn tại chưa được giải quyết. Phần kết luận chỉ ra hướng nghiên cứu của luận án.
Chương 2: Tương quan giữa prôphin gia công và thiết kế mảnh dao hợp kim cứng
TT10K8 dùng cho tiện prôphin thép không gỉ SUS304. Nghiên cứu tương quan giữa
prôphin chi tiết đến các thông số hình học của dao cắt và chất lượng gia công khi tiện
CNC, các vấn đề liên quan đến thiết kế hình dạng hình học dụng cụ và thực nghiệm chế tạo
mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC TT10K8 tại Việt Nam.
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính cắt của mảnh dao hợp kim cứng TT10K8
chế tạo tại Việt Nam. Tổng quan về một số phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, xây
dựng mô hình và các điều kiện thực nghiệm, Thực nghiệm đặc tính cắt của mảnh dao thay
thế nhiều cạnh HKC TT10K8 đã chế tạo khi gia công các bề mặt trụ, bề mặt côn, bề mặt
tròn xoay có prôphin cong. Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa chế độ cắt với nhám
bề mặt, độ chính xác kích thước, lực cắt và mòn dụng cụ.

4


Chương 4: Tối ưu hoá chế độ cắt khi tiện CNC thép không gỉ bằng mảnh dao HKC
TT10K8 chế tạo tại Việt Nam. Chương này trinh bày nghiên cứu xây dựng bài toán tối ưu
với hàm mục tiêu là năng suất gia công lớn nhất, các điều kiện ràng buộc về máy, dụng cụ
và chất lượng bề mặt gia công. Đề xuất phương pháp và thực hiện giải bài toán tối ưu.

6. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp tính toán lý thuyết với thực nghiệm kiểm chứng, sử dụng các công
cụ toán học, phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao, phương pháp Taguchi,
phương pháp thiết kế bề mặt chỉ tiêu Box-Behnken và các phần mềm xử lý số liệu thực
nghiệm để xác định ảnh hưởng giữa các yếu tố đầu vào và yếu tố đầu ra.

5


Chương 1: ĐẶC ĐIỂM GIA CÔNG THÉP KHÔNG GỈ TRÊN MÁY TIỆN
CNC BẰNG MẢNH DAO HỢP KIM CỨNG

1.1 Đặc điểm tiện CNC
1.1.1 Prôphin chi tiết trong gia công tiện
Gia công prôphin là một trong những đặc trưng quan trọng để phân biệt tiện CNC và
tiện vạn năng thông thường. Các đường prôphin của chi tiết trong gia công tiện được hiểu
là biên dạng chi tiết trên mặt cắt đi qua đường tâm trục chi tiết, gồm tập hợp của rất nhiều
các đoạn cong, đoạn thẳng nối tiếp, trường hợp đặc biệt thì prôphin có thể là đường thẳng,
cung tròn. Trên mỗi mặt phẳng cắt đi qua tâm chi tiết có 02 đường prôphin chi tiết nằm ở
hai bên đường tâm trục. Trường hợp lý tưởng hai đường prôphin này hoàn toàn đối xứng
tương ứng với phương pháp gia công bằng dụng cụ định hình. Một số dạng đường prôphin
trình bày trong Hình 1.1.
Theo [1][9][11], trong thực tế đối với các dao cắt thông thường khi gia công luôn tồn
tại lượng chạy dao ngang, dao dọc, hợp của hai chuyển động này là đường cong bất kỳ, khi
phôi quay một vòng tương ứng dao dịch chuyển một đoạn nghiêng nhất định, so le với vị
trí ban đầu một đoạn đúng bằng chiều dài bước tiến dao ngang, do đó prôphin chi tiết ở hai
phía tâm trục so le một đoạn bằng bước tiến dao. Đối với trường hợp dao cắt định hình
không có dịch chuyển ngang, nhưng do ảnh hưởng của vật liệu gia công, mòn dụng cụ, độ
không chính xác của máy … nên các prôphin trong mặt cắt qua tâm trục chi tiết cũng
không hoàn toàn đối xứng.

Hình 1.1 Một số dạng đường prôphin chi tiết

1.1.2 Đường dụng cụ trong tiện prôphin
Đường chạy dao
ở bước tiện thô
Đường chạy dao
ở bước tiện bán
tinh, tiện tinh
Hình 1.2 Các đường chạy dao khi tiện thô, bán tinh, tinh

6


Theo [11][101], đường dụng cụ (đường chạy dao) là quỹ đạo mà một điểm trên dụng
cụ được dẫn theo nó trong quá trình gia công. Nếu nguyên công đang thực hiện là gia công
thô thì đường chạy dao sẽ dẫn dụng cụ lấy đi lượng dư gia công. Còn nếu là nguyên công
gia công tinh thì đường chạy dao sẽ dẫn dụng cụ thực hiện quá trình bao hình tạo thành bề
mặt chi tiết. Đường dụng cụ trong gia công tinh prôphin chi tiết có được bằng cách dịch
chuyển (offset) đường cần gia công một lượng nhỏ xấp xỉ bán kính mũi cắt dụng cụ. Một
số dạng đường dụng cụ khi tiện được trình bày trong Hình 1.2, 1.3 và 1.4.

Hình 1.3 Các đường dụng cụ và dụng cụ cắt tương ứng khi tiện lỗ

Hình 1.4 Các đường dụng cụ và dụng cụ cắt tương ứng khi tiện ngoài

Trên Hình 1.3 và 1.4 cho thấy đối với các đường prôphin khác nhau để dụng cụ gia
công được theo prôphin và không xảy ra hiện tượng cắt lẹm thì dụng cụ đó phải có hình
dạng và các thông số hình học thỏa mãn các thông số động học khi gia công. Thông
thường để nâng cao tính linh hoạt cho dụng cụ cắt người ta ít khi dùng dụng cụ định hình,
mà chế tạo các dụng cụ khác nhau, kết hợp với phương pháp lập trình trên máy CNC, mỗi

dụng cụ sẽ đảm nhiệm gia công một hoặc nhiều prôphin khác nhau.
1.1.3 Sự thay đổi các góc động khi tiện prôphin
Theo [1] khi tiện bề mặt trụ hay tiện mặt đầu, đường đi của dụng cụ là đường thẳng, do
vậy vị trí tương đối giữa dao và phôi trong quá trình cắt thường chỉ thay đổi theo một
phương. Xét ở một điều kiện cắt lý tưởng thì các thông số hình học dụng cụ ở trạng thái
động gần như không có sự thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể.
Theo [1][11] khi tiện bề mặt trụ tròn xoay có prôphin là đường cong, đường đi của
dụng cụ không phải là đường thẳng. Xét với máy tiện CNC 3 trục, đường dụng cụ là đường
phối hợp giữa chuyển động ngang và dọc của dụng cụ so với đường tâm chi tiết, prôphin
càng phức tạp thì sự phối hợp chuyển động theo phương dọc và ngang của dụng cụ càng
trở nên phức tạp. Đường đi của dụng cụ là tổng hợp gồm nối tiếp của các đoạn thẳng, cung
cong. Vị trí tương quan giữa dao và phôi tại các điểm khác nhau là khác nhau, do đó các
thông số hình học ở trạng thái động của dụng cụ tại mỗi điểm trên biên dạng là khác nhau.
Nói cách khác khi dụng cụ chuyển động theo biên dạng lập trình thì các thông số hình học

7


ở trạng thái động của dụng cụ thường xuyên thay đổi. Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến
chất lượng gia công, năng suất và các điều kiện về thiết bị, dụng cụ, đồ gá.
Các thông số góc trước và góc sau của dao khi tiện là các góc động khác hoàn toàn với
góc tĩnh (ở trạng thái đứng yên). Khi quỹ đạo thay đổi thì đồng thời góc trước, góc sau, các
góc nghiêng chính, phụ thay đổi tương ứng.

Hình 1.5 Sự thay đổi các góc động của dụng cụ khi tiện prôphin

Trên Hình 1.5 biểu diễn sự thay đổi các góc động (góc trước, góc sau, góc nghiêng
chính, nghiêng phụ) khi tiện prôphin. Xét tại mặt cắt A-A và B-B tương ứng với đường
kính lần lượt là D và D1 trong đó D > D1, μ là lượng biến đổi góc trước, góc sau do ảnh
hưởng chuyển động chạy dao. Ta thấy rằng khi đường kính gia công giảm thì góc sau động

giảm (  '  1 ' ) và góc trước động tăng (  '   1 ' ) và ngược lại. Khi đường kính gia công
giảm đến mức nào đó sẽ xảy ra trường hợp góc sau động âm, lúc này lưỡi cắt của dụng cụ
không cắt vào phôi để tạo phoi mà chủ yếu tỳ, mài mặt sau vào phôi, làm giảm chất lượng
bề mặt gia công. Đối với các góc nghiêng chính và phụ tại thời điểm khác nhau trên
prôphin chi tiết cũng thay đổi tương ứng, nếu các góc này âm sẽ xảy ra hiện tượng cắt lẹm
vào bề mặt chi tiết [1][9].
1.1.4 Ảnh hưởng của đường dụng cụ trong tiện prôphin đến chất lượng gia công
Theo [2] với cùng một dụng cụ cắt, cùng một chế độ cắt nhưng chất lượng bề mặt chi
tiết đạt được sau khi gia công phụ thuộc nhiều vào phương án đường dụng cụ. Như vậy,
với mỗi bề mặt chi tiết cụ thể ta cần có phương án đường dụng cụ phù hợp để chất lượng

8


bề mặt tạo thành đảm bảo theo yêu cầu. Các thông số của đường dụng cụ cũng ảnh hưởng
nhiều đến chất lượng bề mặt và năng suất gia công. Các thông số của đường dụng cụ bao
gồm:
- Hình dạng đường dụng cụ.
- Hướng tiến dao: Cắt thuận, nghịch hay hỗn hợp.
- Khoảng cách giữa hai đường chạy dao liên tiếp (bước tiến ngang).

(a)

(b)

(c)
Hình 1.6 Các dạng cơ bản của đường dụng cụ khi tiện
(a) Dạng đường chạy dao khép kín
(b) Dạng đường chạy dao zíc zắc
(c) Dạng đường chạy dao song song

Trên Hình 1.6 xét trường hợp dụng cụ cắt có khả năng gia công được cả 03 biên dạng
bề mặt (I, II, III) của chi tiết và đảm bảo không xảy ra hiện tượng cắt lẹm, góc nâng λ=0
(tức là không ưu tiên hướng thoát phoi cho trường hợp cắt thuận hay cắt nghịch), thông số
chế độ cắt giống nhau, dao được gá kẹp cân đối đảm bảo góc nghiêng chính và nghiêng
phụ bằng nhau, ta thấy rằng:
- Đối với bề mặt (III) ở cả 03 trường hợp chất lượng bề mặt là tương đối giống nhau do
đường chạy dao giống nhau. Bề mặt (I) và (II) ở trường hợp (b) đường dụng cụ trên 02 bề
mặt này là các đoạn thẳng nối tiếp, khi cắt sẽ để lại vết giao tuyến giữa các đường dụng cụ
nên chất lượng bề mặt không cao.
- Đối với bề mặt (I, II) của trường hợp (a) đường dụng cụ là đường khép kín, khi càng
gần về tâm chi tiết, một phần bề mặt (I, II) của chi tiết được dụng cụ chạy đi, chạy lại nhiều
lần chỉ tiếp xúc mà không cắt phoi, do nhiều nguyên nhân như lẹo dao, biến dạng vật liệu
sẽ làm xây sát bề mặt đã gia công; trường hợp (c) các đường chạy dao luôn song song với

9


nhau nên lượng dư cho đường gia công cuối đồng đều do đó lực cắt ổn định sẽ tạo được bề
mặt có chất lượng tốt nhất trong 03 trường hợp trên.
Tuy nhiên, xét về năng suất gia công, nếu có cùng số lát cắt (ở cả 03 trường hợp trên
đều là 05 lát cắt) phương án gia công nào có đường dụng cụ ngắn nhất sẽ cho năng suất
cao nhất. Thấy rằng trường hợp (b) có đường dụng cụ ngắn nhất sẽ cho năng suất gia công
cao nhất. Để cải thiện chất lượng bề mặt đối với trường hợp cụ thể như (b) người ta có thể
tính toán phương án để lại lượng dư cho gia công tinh lần cuối theo biên dạng chi tiết.

1.2 Đặc điểm dao tiện gắn mảnh HKC
1.2.1 Cấu tạo cơ bản
1- Vít kẹp.
2- Mảnh dao

3- Bạc gá.
4- Tấm đỡ.
5- Thân dao

Hình 1.7 Cấu tạo dao tiện CNC

Theo [1][6][29] cấu tạo dao tiện CNC cơ bản được lắp ghép từ nhiều bộ phận riêng rẽ
như Hình 1.7. Các bộ phận chính của dao tiện là thân dao, các vít kẹp và mảnh dao. Mảnh
dao được định vị lên thân dao thông qua bạc gá, hai cạnh của thân dao và tấm đỡ.
Thân dao được chế tạo từ các loại thép hợp kim các bon thấp đến trung bình, có cơ tính
hài hoà giữa độ cứng, độ dẻo dai, tính chịu mỏi cao. Tuổi thọ trung bình của thân dao cao
hơn nhiều lần so với mảnh dao. Kích thước thân dao lớn tỷ lệ thuận với kích thước mảnh
dao và đặc tính của phương pháp gia công (gia công thô, bán tinh và tinh). Thân dao được
chế tạo tiêu chuẩn để lắp lẫn các mảnh dao, đồng thời phần chuôi dao lắp lẫn được hầu hết
trên các loại máy CNC, đảm bảo vị trí mũi dao luôn ngang tâm chi tiết. Tuy nhiên một số
trường hợp đặc biệt người thao tác vẫn phải căn, đệm để đảm bảo độ cứng vững.
Mảnh dao cắt có tính cứng, dòn do vậy cần chế tạo tấm đỡ bằng thép các bon thấp có
tính mềm, dẻo, có nhiệm vụ hấp thụ một phần các ứng suất đột ngột và rung động trong
quá trình cắt từ phôi truyền vào mảnh dao, đồng thời tránh cho thân dao khỏi bị hư hại khi
mảnh dao bị vỡ.
Bạc gá chỉ sử dụng đối với các loại mảnh dao có lỗ định vị. Bạc gá được chế tạo chính
xác và được tiêu chuẩn hoá, khi lắp lên thân dao thường tạo với pháp tuyến mặt trước của
dao một góc nhỏ từ 0,5o…1o, mục đích khi lắp vít kẹp chặt mảnh dao tạo được góc côn
nêm chặt mảnh dao lên thân dao. Bạc gá cũng có độ cứng vừa phải để không làm sứt vỡ
mảnh dao khi kẹp chặt.

10


Do phải chịu lực cắt lớn khi tiện nên cần thiết phải ổn định mảnh dao trên thân dao. Do

vậy, vít kẹp có tác dụng kẹp chặt và duy trì vị trí mảnh dao nằm chính xác trên thân dao.
Các vít kẹp được chế tạo chính xác và tiêu chuẩn hóa.
Theo [33][38] các mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC ngày càng được sử dụng rộng
rãi trong gia công CNC do tính ổn định và dễ dàng thay thế khi hư hỏng. Mảnh dao còn có
nhiều lưỡi cắt cho phép thay đổi lưỡi cắt khác khi bị hỏng hoặc bị mòn. Do đó, mảnh dao
thường được chế tạo chính xác, đảm bảo khi thay thế các lưỡi cắt trên một mảnh dao hoặc
khi thay thế hai mảnh dao cùng loại, vị trí phần cắt vẫn đảm bảo độ chính xác so với điểm
gốc gia công.
Theo [84] mảnh dao thường được làm từ hợp kim cứng (HKC) hoặc gốm đã qua thiêu
kết. Chúng được sản xuất bằng cách ép bột mịn vật liệu tương ứng rồi đem xử lý nhiệt,
định hình thành các hình dạng khác nhau. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều hãng sản
xuất mảnh dao HKC như: Sandvik, Seco, Nachi, Tungaloy, Koycera, Funamental, … Hình
dạng hình học mảnh dao khác nhau tuỳ theo tính năng, tác dụng và nhu cầu sử dụng. Tuy
nhiên, để đảm bảo tính lắp lẫn hầu hết các mảnh dao được tiêu chuẩn hoá theo hình dáng
cơ bản, góc, lưỡi cắt, dung sai, hệ thống gá hoặc kích thước chính của chúng. Một số hình
dạng cơ bản của mảnh dao được trình bày trong Hình 1.8.

Hình 1.8 Các hình dạng cơ bản của mảnh dao

1.2.2 Vật liệu chế tạo phần cắt dụng cụ
Theo [1][9] vật liệu chế tạo phần cắt của dụng cụ đóng vai trò quan trọng trong ngành
công nghệ chế tạo máy. Đặc tính phần cắt dụng cụ có ảnh hưởng lớn đến năng suất gia
công và chất lượng bề mặt chi tiết. Phần cắt dụng cụ làm việc trong điều kiện cắt khắc
nghiệt vì ngoài áp lực, nhiệt độ cao, phần cắt dụng cụ còn bị mài mòn và rung động trong
quá trình cắt. Do đó, để nâng cao năng suất cắt, chất lượng bề mặt gia công, phần cắt của
dụng cụ không những phải có hình dạng hình học hợp lý mà còn phải được chế tạo từ
những loại vật liệu thích hợp. Vì vậy, vật liệu dụng cụ cắt cần thiết phải đảm bảo những
yêu cầu cơ bản sau đây.
- Vật liệu chế tạo dao phải có độ cứng cao: Về nguyên tắc dao muốn tách được phoi
phải có độ cứng cao hơn độ cứng của chi tiêt gia công, độ cứng đó phải được duy trì ở

11