Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến mòn và tuổi bền của dao phay hợp kim cứng phủ tialn khi phay thép hợp kim đã qua tôi

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRIỆU QUÝ HUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN
MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ TiAlN KHI
PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA TÔI

Chuyên ngành: Kỹ Thuật cơ khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

PHÒNG QLĐT SAU ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Nguyễn Văn Hùng
XÁC NHẬN KHOA CƠ KHÍ

PGS.TS. Nguyễn Văn Dự

Thái Nguyên - 2014


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRIỆU QUÝ HUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN

MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ TiAlN KHI
PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA TÔI

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Mã số: TNU11862504002

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Nguyễn Văn Hùng

Thái Nguyên - 2014


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo TS.
Nguyễn Văn Hùng - Thầy hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề
tài, sự hướng dẫn tận tình của Thầy trong việc tiếp cận và khai thác các tài
liệu cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận
văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Thầy giáo ThS. Đặng Văn Thanh đã tạo
điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi được tiến hành thí nghiệm tại Trung tâm thí
nghiệm của trường ĐHKT Công Nghiệp trong suốt quá trình hoàn thành luận
văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn cán bộ Khoa Sau đại học của trường,
cán bộ phòng thí nghiệm khoa cơ khí – ĐHKTCN đã dành cho tôi những điều
kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cuối cùng tôi
xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã ủng hộ, động viên,
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.

Thái Nguyên, Ngày 26 tháng 02 năm 2014
Học viên

Triệu Quý Huy


MỤC LỤC
Nội dung

Trang 1
Lời cảm ơn

Tran
g
1
2

Mục lục

3

Danh mục các bảng số liệu

7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp.

8

Phần mở đầu

12

1. Tính cấp thiết của đề tài

12

2. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích của đề tài

13

2.2. Đối tượng nghiên cứu

13

2.3. Phương pháp nghiên cứu

14

3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
3.2. Ý nghĩa thực tiễn

14

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG

14
14

15

1.1. Khái niệm về quá trình phay

15

1.2. Các yếu tố cắt của dao phay

16

1.2.1. Chiều sâu cắt ap

17

1.2.2. Lượng chạy dao S

17

1.2.3. Vận tốc cắt khi phay

17

1.2.4. Chiều sâu phay t

18

1.2.5. Chiều rộng phay B

18

1.2.6. Góc tiếp xúc 
19
1.2.7. Chiều dày cắt a khi phay

19

1.3. Các thành phần lực cắt khi phay

20


1.4. Quá trình phay cứng

21

1.5. Kết luận chương 1

23

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT 24
ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN KHI PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA
TÔI BẰNG DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ
2.1. Mòn của dụng cụ khi phay

24

2.1.1. Các dạng mòn của dụng cụ cắt

25

2.1.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt

27

a. Mòn do cào xước

28

b. Mòn do dính

28

c. Mòn do hạt mài

29

d. Mòn do khuếch tán

30

e. Mòn do ôxy hoá

31

f. Mòn do nhiệt

31

2.1.3. Cách xác định mòn dụng cụ cắt

31

2.1.4. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt gia công

33

2.2. Ma sát và mòn của dụng cụ phủ.

34

2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ

34

2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ.

35

2.3. Mòn dao phay cứng

36

2.4. Tuổi bền dụng cụ cắt

37

2.4.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt

37

2.4.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt

39

2.4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dụng cụ cắt

39

2.4.2.2. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ

40

2.5 Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt

42

2.6. Mòn và tuổi bền của dụng cụ khi phay cứng

43

2.6.1. Mòn của dao phay cứng

43


2.6.2. Tuổi bền của dao phay cứng

44

2.7. Kết Luận chương 2

44

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

45

3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.

45

3.1.1. Lý thuyết thực nghiệm.

45

3.1.1.1. Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm

45

a. Nguyên tắc ngẫu nhiên

45

b. Nguyên tắc lặp lại

45

c. Nguyên tắc tạo khối

45

3.1.1.2. Các loại thí nghiệm

46

a. Thí nghiệm sàng lọc

46

b. Thí nghiệm so sánh

46

c. Thí nghiệm tối ưu hóa

46

3.1.1.3. Lựa chọn thiết kế thí nghiệm

47

3.1.2. Cơ sở lý thuyết

47

3.1.2.1. Thực nghiệm tối ưu hoá

47

3.1.2.2. Tiến trình tối ưu hoá

48

3.1.2.3. Mức độ phù hợp của mô hình

48

3.1.2.4. Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu

49

3.1.2.5. Phương pháp đo và tổng hợp kết quả đo

49

3.1.3. Các giới hạn của thí nghiệm.

50

3.1.4. Các thông số đầu vào của thí nghiệm

50

3.1.5. Các hàm mục tiêu

51

3.1.6. Chọn dạng hàm hồi quy

51

3.1.7. Xây dựng ma trận thí nghiệm

52

3.1.8. Trang thiết bị thí nghiệm

53

3.1.8.1. Máy thí nghiệm

53

3.1.8.2. Dụng cụ cắt thí nghiệm

54

3.1.8.3. Phôi

55


3.1.8.4. Dụng cụ đo kiểm

55

3.2. Tiến hành thí nghiệm

56

3.3. Xử lý kết quả thí nghiệm

57

3.3.1. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu lực cắt F.

57

a. Nhập kết quả thí nghiệm

57

b. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và lực cắt

59

c. Phân tích biểu đồ và lời khuyên công nghệ.

60

3.3.2. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu lượng mòn hs.

60

a. Nhập kết quả thí nghiệm

60

b. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và lượng mòn

62

c. Phân tích biểu đồ và lời khuyên công nghệ.

63

3.3.3. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và tuổi bền

64

3.3.4. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu nhám bề mặt.

65

a. Nhập kết quả thí nghiệm

65

b. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và nhám bề mặt

66

c. Phân tích biểu đồ và lời khuyên công nghệ.

66

3.3.5. Mối liên hệ giữa các thành phần lực, lượng mòn, tuổi bền, nhám 67
bề mặt và các thông số chế độ cắt
3.3.6. Thử nghiệm và đánh giá kết quả đã chọn

68

3.4. Kết luận chương 3

69

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Tài liệu tham khảo

80
81


DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
TT

Bảng số

Tran
g

Nội dung
Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt V, S

51

1

Bảng 3.1 cho thực nghiệm

2

Bảng 3.2 Ma trận thí nghiệm

52

3

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy

53

4

Bảng 3.4

5

Bảng 3.5

Thành phần các nguyên tố hoá học thép
CR12MOV
Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác định
tuổi bền của dao

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tnu.edu.vn/

-

55
56


DANH MC CC HèNH V - TH - NH CHP
TT

Hỡnh

Ni dung

Tran
g

1

Hỡnh 1.1

Dao phay trụ răng xoắn

15

2

Hỡnh 1.2

Dao phay mặt đầu

16

Dao phay răng nhọn và dao phay hớt lng

16

Các yếu tố cắt khi phay

16

Tc ct khi phay

17

Gúc tip xỳc khi phay

19

Lc tỏc dng lờn rng dao phay tr rng xon

21

Mũn mt sau

25

Mũn mt trc

26

3

4
5
6
7
8
9

Hỡnh 1.3
Hỡnh 1.4

Hỡnh 1.5
Hỡnh 1.6

Hỡnh 1.7
Hỡnh 2.1

Hỡnh 2.2

10

Hỡnh 2.3

Mũn ng thi mt trc v mt sau

26

11

Hỡnh 2.4

Cựn li ct

26

12

Hỡnh 2.5

nh hng ca vn tc ct n c ch mũn khi 27
ct liờn tc

13

Hỡnh 2.6

nh hng ca vn tc ct n c ch mũn khi 28
ct giỏn on

14

Hỡnh 2.7

Quan h gia mt s dng mũn ca dng c hp 32
kim cng vi th tớch V .t
tớnh
c

0,6

, trong ú V

1

15

Hỡnh 2.8

bng
m/ph; s
t1 tớnh
Cỏc thụng
c bng
trngmm/vg
cho mũn mt trc v

33

mt sau ISO3685
16

Hỡnh 2.9

S 3 vựng ma sỏt ca Shaw,Ber v Mamin.

35

17

Hỡnh 2.10

S th hin 3 giai on mũn mt trc ca 37
dng c thộp giú ph TiN

18

Hỡnh 2.11

V trớ lc ct tỏc dng vo dao.

S húa bi Trung tõm Hc liu

tnu.edu.vn/

-

39


19

Hình 2.12

Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr
Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD

40

20

Hình 2.13.a

21

Hình 2.13.b

22

Hình 2.14

23

Hình 2.15

Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao

42

24

Hình 2.16

Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit)

43

25

Hình 3.1.a

Sơ đồ thí nghiệm 2

26

Hình 3.1.b

4 thí nghiệm dọc trục và 1 thí nghiệm trung tâm

49

27

Hình 3.1.c

Thí nghiệm CCD

49

28

Hình 3.2

Các thông số mảnh dao

54

29

Hình 3.3

Kết cấu thân dao

54

30

Hình 3.4

Sơ đồ gá dao

55

31

Hình 3.5

32

Hình 3.6

33

Hình 3.7

34

Hình 3.8

35

Hình 3.9

theo vận tốc cắt dao tiện
Dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi
cải thiện.
Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của
dao

41
42

49

Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lượng
chạy dao và lực cắt
Biểu đồ đường mức quan hệ giữa vận tốc, lượng
chạy dao và lực cắt
Sơ đồ đo mòn dao theo góc sau
Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lượng
chạy dao và lượng mòn
Biểu đồ đường mức quan hệ giữa vận tốc, lượng
chạy dao và lượng mòn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tnu.edu.vn/

2

41

-

59
59
62
62
63


Đồ thị biểu diễn tuổi bền của dao theo tuổi

36

Hình 3.10

37

Hình 3.11

38

Hình 3.12

39

Hình 3.13

40

Hình 3.14

41

Hình 3.15

42

Hình 3.16

Thiết bị đo lực kết nối với quá trình gia công

70

43

Hình 3.17

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 1

71

44

Hình 3.18

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 2

71

45

Hình 3.19

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 3

72

46

Hình 3.20

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 4

72

47

Hình 3.21

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 5

73

48

Hình 3.22

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 6

73

49

Hình 3.23

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 7

74

50

Hình 3.24

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 8

74

51

Hình 3.25

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 9

75

52

Hình 3.26

53

Hình 3.27

54

Hình 3.28

bền
Biểu đồ đường mức quan hệ giữa vận tốc,
lượng chạy dao theo thời gian
Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lượng
chạy dao và nhám bề mặt
Biểu đồ đường mức quan hệ giữa vận tốc,
lượng chạy dao và nhám bề mặt
Bản vẽ khuôn ép gạch ốp lát
Trung tâm gia công phay CNC và thiết bị đo
đang gá phôi

Xác định các thành phần lực cắt trong quá
trình thí nghiệm 1
Xác định các thành phần lực cắt trong quá
trình thí nghiệm 2

64
66
66
68
70

75

76

Xác định các thành phần lực cắt trong quá 76

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tnu.edu.vn/

64

-


trình thí nghiệm 3
55

Hình 3.29

56

Hình 3.30

57

Hình 3.31

58

Hình 3.32

59

Hình 3.33

60

Hình 3.34

Xác định các thành phần lực cắt trong quá
trình thí nghiệm 4
Xác định các thành phần lực cắt trong quá
trình thí nghiệm 5
Xác định các thành phần lực cắt trong quá
trình thí nghiệm 6
Xác định các thành phần lực cắt trong quá
trình thí nghiệm 7
Xác định các thành phần lực cắt trong quá
trình thí nghiệm 8
Xác định các thành phần lực cắt trong quá
trình thí nghiệm 9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tnu.edu.vn/

-

77
77

78
78

79

79


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
- Phay cứng là gia công các chi tiết đã qua tôi (thường là thép hợp
kim) có độ cứng cao khoảng 45 ÷ 45 HRC. Đây là chi tiết làm việc trong
điều kiện chịu ma sát, chịu mài mòn cao. Phương pháp này có thể sử dụng
để thay thế một số phương pháp gia công khác như mài, gia công bằng
xung điện... Khi chi tiết có hình dạng tương đối phức tạp. Phay cứng cho
năng xuất cao hơn với vốn đầu tư ban đầu thấp hơn nhiều, vật liệu thường
sử dụng làm dao phay cứng là các vật liệu phun phủ như: TiN, TiAlN,
CBN... với vật liệu nền là thép gió hoặc hợp kim cứng để làm tăng khả
năng cắt gọt của chúng, được nghiên cứu và chế tạo nhiều chủng loại dụng
cụ cắt có nhiều tính năng ưu việt góp phần nâng cao năng xuất cắt gọt. Với
những dụng cụ cắt có kết cấu phức tạp, việc chế tạo khó khăn thì ứng dụng
đó là một trong những giải pháp mang tính đột phá. So sánh các lớp phủ để
lựa chọn:
Tính chất lý học
2

Độ cứng (Kg/mm )

TiN

TiCN

TiAlN

2200-2500

2800-3200

2500-300

550

600

800

Nhiệt độ oxy hóa

=> Dao phay phủ TiAlN là một loại dụng cụ có khả năng cắt tốt.
- Phay thép hợp kim đã qua tôi là một trong các phương pháp gia
công tiên tiến được sử dụng khá rộng rãi. Đối với các chi tiết đòi hỏi có độ
cứng, độ chính xác cao nhưng có hình dáng phức tạp, các kích thước kết
cấu có độ chênh lệch lớn với nhau như bàn ép vỉ thuốc, khuôn mẫu... Nếu
ta gia công hoàn thiện rồi đem qua tôi thể tích để đạt độ cứng thì các kích
thước nhỏ trên chi tiết sẽ bị biến dạng, làm sai lệch không đáp ứng yêu cầu.
Mặt khác, để giảm bớt các nguyên công như mài sau nhiệt luyện, đánh
bóng thì người ta thay vào đó là phay cứng để đạt năng suất và hiệu quả
kinh tế hơn. Vì vậy, phương pháp này đặc biệt hiệu quả khi gia công trên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tnu.edu.vn/


vật liệu cứng, chi tiết có kích thước không hợp lý đòi hỏi phải qua tôi và
cho độ chính xác cao.
- Đối với quá trình gia công chi tiết đã qua tôi thì chất lượng bề mặt
rất quan trọng vì đây thường là phay tinh, để thực hiện được cần phải có
dao phay hợp kim cứng có độ cứng và khả năng cắt cao. Những dao phay
này có độ chính xác cao, đắt tiền vì vậy cần nghiên cứu ảnh hưởng của các
thông số đến độ mòn và tuổi bền nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế là vấn đề
hết sức quan trọng.
- Dao phay hợp kim cứng phủ TiAlN là loại dao được dùng nhiều để
nâng cao chất lượng bề mặt và năng suất gia công các chi tiết thép hợp kim
đã qua tôi có độ cứng từ 45 ÷ 55HRC. Do vậy việc tiến hành nghiên cứu
“Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến mòn và tuổi bền của
dao phay hợp kim cứng phủ TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tôi.” là rất
cần thiết.
2. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu được mòn và cơ chế mòn của dao phay hợp kim cứng
phủ TiAlN và xác định được mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dụng
cụ cắt.
- Xác định được chế độ cắt hợp lý nâng cao tuổi bền của dụng cụ và
chất lượng của sản phẩm.
- Làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao phay hợp kim
cứng phủ TiAlN khi gia công các vật liệu thép hợp kim đã qua tôi.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
- Ảnh hưởng của các thông số đến mòn và tuổi bền của dao phay
TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tôi có độ cứng 45 ÷ 55HRC.
2.3. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tnu.edu.vn/


Khảo sát hình học của dụng cụ cắt: Dạng lưỡi cắt, bán kính cong tại
các điểm trên lưỡi cắt có sự thay đổi gì sau mỗi lần thay đổi thông số cắt.
Từ đó so sánh các thông số để lựa chọn được bộ thông số phù hợp nhất.
Nghiên cứu thực nghiệm: Gia công chi tiết trên máy phay CNC, với
phôi thép hợp kim Cr12MoV đã qua tạo hình dáng và tôi đạt độ cứng 45 ÷
55HRC, dụng cụ cắt là dao phay phủ TiAlN hai lưỡi cắt ký hiệu VF4MD
(dao phay ngón) của hãng Mitsubishi –Nhật Bản và sử dụng các kết quả
của phần nghiên cứu lý thuyết.
3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Bằng cách nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài sẽ
làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình gia công
thép hợp kim đã qua tôi.
- Nâng cao độ mòn và tuổi bền cho dao phay TiAlN khi phay thép
hợp kim đã qua tôi.
- Các phương pháp nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công
hiện nay vẫn được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên
cứu. Đề tài sẽ đóng góp một số kết quả vào hướng nghiên cứu này.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số chế độ cắt đến mòn và tuổi bền
của dao phay TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tôi để lựa chọn các
thông số tối ưu khi gia công. Vì thế nghiên cứu này có thể được ứng dụng
để nâng cao độ mòn và tuổi bền của dao phay khi phay tinh trên máy công

cụ CNC.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tnu.edu.vn/


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG
1.1. Khái niệm về quá trình phay
Phay là phương pháp gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn
cấp 4-3 và độ bóng không hơn cấp 6; là một trong những phương pháp gia
công đạt năng suất cao nhất.
Bằng phương pháp phay, người ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định
hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt xoay tròn, trục then hoa, cắt
ren, bánh răng... Dụng cụ để cắt kim loại khi phay goi là dao phay.
Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi nên quá trình cắt ngoài
những đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện còn có những đặc điểm sau:
- Do có một số lưỡi cùng tham gia cắt nên năng suất khi phay cao.
- Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng
thân dao thường lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt.
- Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động
trong quá trình cắt.
- Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động nên khả
năng tồn tại lẹo dao ít.

H×nh 1.1: Dao phay trô r¨ng xo¾n
(MÆt tr•íc 1; mÆt sau 2; c¹nh viÒn 3; l•ng r¨ng 4; l•ìi c¾t xo¾n 5)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tnu.edu.vn/


Hình 1.2: Dao phay mặt đầu

Hình 1.3: Dao phay răng nhọn và dao phay hớt lng

1.2. Cỏc yu t ct ca dao phay

1.2.1. Chiu sõu ct ap

Hình 1.4: Các yếu tố cắt khi phay.

L khong cỏch gia b mt ó gia cụng vi b mt cha gia cụng o theo
phng vuụng gúc vi b mt ó gia cụng sau mt lỏt ct.
S húa bi Trung tõm Hc liu

tnu.edu.vn/


1.2.2. Lượng chạy dao S.
Lượng chạy dao răng Sz (mm/răng): Là lượng chạy dao xác định khi dao
quay được một góc răng.
Lượng chạy dao vòng Sv (mm/vòng): Là lượng chạy dao xác định sau khi
dao quay được một vòng.
Lượng chạy dao phút Sph (mm/phút): Là lượng chạy dao xác định trong
một phút.
Giữa chúng có quan hệ như sau: Sv= Z . Sz
Sph = n . Sv = n . Z . Sz
1.2.3. Vận tốc cắt khi phay

Trong quá trình phay do sự phối hợp của hai chuyển động tạo hình,
chuyển động quay của dao và chuyển động tịnh tiến của chi tiết gia công.
y

Vn

Vc
Chi tiÕt

Vs
s

Hình 1-5: Tốc độ cắt khi phay

Tốc độ cắt khi phay được biểu diễn:
Vc  Vn  Vs
Vc 

2

Vn  V s

2

2 Vn .Vn .Cos(VnVs )

(1-3)

Dấu (+) ứng với trường hợp phay nghịch. Dấu (-) ứng với trường hợp
phay thuận.

Trong đó:

Vn 

Dn
( m / ph)
1000

Vs  S z .Z.n (m / ph)


Thực tế thì giá trị của Vs rất nhỏ so với V n khi tính toán chế độ cắt người
ta thường bỏ qua lượng Vs khi đó công thức (1-3) có dạng:
Vc  Vn 

Dn
( m / ph)
1000

1.2.4. Chiều sâu phay t
Là kích thước lớp kim loại được cắt đi, đo theo phương vuông góc với
lực của dao phay ứng với góc tiếp xúc  .
Khi phay bằng dao phay hình trụ răng thẳng và xoắn, dao phay đĩa, dao
phay định hình, dao phay góc thì chiều sâu phay trùng với chiều sâu cắt t0
Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đường kính
dao, khi phay bề mặt vuông góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt t0
Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì chiều sâu phay t0
được đo ứng với góc tiếp xúc  , còn khi phay đối xứng chiều sâu phay bằng
chiều rộng chi tiết.
1.2.5. Chiều rộng phay B

Là kích thước lớp kim loại được cắt đo theo phương chiều trục của dao
phay. Khi cắt bằng dao phay hình trụ thì chiều rộng phay bằng chiều rộng chi
tiết, khi phay rãnh bằng dao phay đĩa thì chiều rộng phay bằng chiều dày dao
phay (hay chiều rộng rãnh); Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều rộng
phay bằng chiều sâu rãnh, khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì
chiều rộng phay bằng chiều sâu cắt t0 (B = t0).


1.2.6. Góc tiếp xúc 
Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc l giữa dao và chi tiết

O

t

t
2

t

O



t
2

s

s

a)

b)

Hình 1-6: Góc tiếp xúc khi phay: (a) Bằng dao phay trụ; (b) Bằng dao phay mặt đầu

Khi phay bằng dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay định hình
góc tiếp xúc được tính theo công thức sau:
Cos  1 

2t
D

sin 

hay

1  c o s

t
D

(1-5)


2

Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:



2
2t
Sin 

 

1

 

  arcSin(

2t

1)
D

(1-7)

D


2t
 arcSin( 1)
2
D

1.2.7. Chiều dày cắt a khi phay
Chiều dày cắt a khi phay là một trong những yếu tố quan trong của quá

trình phay. Chiều day cắt khi phay là khoảng cách giữa 2 vị trí của quỹ đạo
chuyển động của một điểm trêm lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng Sz.
Ở trên ta coi gần đúng quỹ đạo chuyển động tương đối của lưỡi cắt là
đường tròn, do đó chiều dày cắt a được đo theo phương đường kính của dao.
Trong quá trình phay, chiều dày cắt a biến đổi từ trị số amin đến amax
hoặc từ amax đến amin tùy theo phương pháp phay.
1.3. Các thành phần lực cắt khi phay


- Lực cắt tổng R tác dụng lên một răng dao phay cũng như lực cắt khi
tiện có thể được phân tích những lực thành phần theo các phương xác định.
- Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng ta có: R  Pr  Pz hoặc R  Pd  Pn
Pz -Lực vòng hay còn gọi là lực tiếp tuyến. Nó là lực cắt chính để tạo phoi,

khi thiết kế hay kiểm tra người ta tính toán động lực học của máy theo Pz.
Pr -Lực hướng kính tác dụng vuông góc với phương trục chính của máy

phay. Nó có xu hướng làm võng trục gá dao, đồng thời nó tạo ra một áp lực
trên các ổ của trục chính, do đó gây ra momen ma sát phụ trên ổ. Khi tính
toán sức bền trục gá dao cũng như tính toán ổ trục chính phải dùng lực này.
Pd -Thành phần lực thẳng đứng, tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà

nó có tác dụng đè chi tiết xuống hay nâng chi tiết lên. Qua Pd người ta có thể
tính kết cấu đồ gá kẹp chi tiết và tính áp lực trên bề mặt của sống trượt bàn
máy phay.
Từ hình 2-8, ta có quan hệ sau: Pd  Pz sin  i  Pr

(1-27)

cos i

Dấu (+) khi phay thuận, dấu (-) khi phay nghịch.
Pn -Thành phần lực nằm ngang hay là lực chạy dao vì nó có phương trùng

với phương chạy dao. Tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác
dụng tăng hay khử độ giơ của cơ cấu truyền động vít me đai ốc. Tính toán cơ
cấu chạy dao cũng như đồ gá kẹp chi tiết tiến hành theo lực này ta có:
Pn  Pz cos i  Pr sin  i
(1-28)
Dấu (+) khi phay nghịch, dấu (-) khi phay thuận.
Mối quan hệ giữa các lực trên trong điều kiện tiêu chuẩn có giá trị gần
đúng đối với dao phay trụ răng thẳng và xoắn.
Pr  (0,6 
Pn  (0,8 
Khi phay thuận:
Khi phay nghịch:

Pd  (0,7  0,9)Pz

0,8)Pz ;

0,9)Pz ;

Pr  (0,6 
0,8)Pz ;

Pn  (1,0 
1,2)Pz ;

Pd  (0,2  0,3)Pz

Ps
P0
Ps
P0

Pr

R

P

tnu.edu.vn/

R

Q

http://w w w.lrc-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
Pz

N


(a)

(b)

Hình 1-7: Lực tác dụng lên răng dao phay trụ răng xoắn

Nếu ta ký hiệu Q là lực tổng tác dụng lên răng xoắn thì nó có thể được
biểu diễn như sau: Q  R  P0 hay Q  PN  Pz (1-29)
R -Thành phần lực tác dụng trong mặt phẳng vuông góc với trục dao
theo hình 1-9a, giống như dao răng thẳng ta có: R  Pr  Pz
PN -Thành phần lực tác dụng vuông góc với lưỡi cắt.
Ps - Thành phần lực dọc trục theo lưỡi cắt được tạo ra do ma sát của

phôi trên mặt trước dao theo phương xoắn vít, do đó gây ra sự co rút phoi
theo chiều rộng lớp cắt.
P0 -Lực chiều trục.

Các thành phần lực trên phụ thuộc góc xoắn  và phương răng, giữa
P0, Pz và Ps có quan hệ như sau: P0 = 0,28Pztg 
(130) Ps = 0,28Pzsin 
(1-31)
Chiều của lực P0 và Ps phụ thuộc phương của rãnh xoắn. Độ lớn của
chúng ngoài phụ thuộc vào Pz còn phụ thuộc vào góc 
1.4. Quá trình phay cứng
Phay cứng là nguyên công phay các chi tiết đã qua tôi (thường là thép
hợp kim) có độ cứng cao khoảng từ 40 ÷ 65 HRC được sử dụng rộng rãi trong
công nghiệp ô tô, chế tạo bánh răng, vòng ổ, dụng cụ, khuôn mẫu vv… phay
cứng được sử dụng thay mài khi gia công chính xác các chi tiết máy, khuôn
mẫu có tỉ số kích thước nhỏ, các chi tiết có hình dáng phức tạp và đạt năng
suất cao.
Phay cứng cho độ chính xác và nhám bề mặt tương đương với mài
nhưng phay cứng có khả năng tạo nên lớp bề mặt có ứng suất dư nén làm tăng
tuổi thọ về mỏi của chi tiết máy trong các tiếp xúc lăn khi sử dụng, cho năng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tnu.edu.vn/


suất cao hơn mài với đầu tư ban đầu thấp hơn nhiều. Phay cứng thường dùng
trong nguyên công phay tinh với độ chính xác ngang mài, ở một số gia công
khuôn mẫu không sử dụng được mài mà chỉ sử dụng phương pháp phay tinh
nên các yêu cầu về độ chính xác, độ cứng vững của hệ thống công nghệ rất
khắt khe.
Vật liệu thường sử dụng phun phủ làm dao phay cứng là TiN, TiCN,
TiAlN, CrN. Đây là loại vật liệu tổng hợp sử dụng các hợp chất ceramics có
tác dụng làm giảm ma sát giữa vật liệu gia công và các bề mặt của dụng cụ,
dẫn đến nâng cao chất lượng bề mặt.
Khi sử dụng mảnh dao với vật liệu phủ có độ cứng không phù hợp (độ
cứng thấp), mòn xuất hiện trên cả mặt trước và sau với ba cơ chế mòn khác
nhau là mòn do dính, mòn do cào xước và mòn do nhiệt, trong đó mòn do
nhiệt là cơ chế mòn chính. Mòn ảnh hưởng trực tiếp đến nhám bề mặt chi tiết
gia công, do vậy nó phải được nghiên cứu để nắm vững và điều khiển nhằm
giảm tác động của nó và nâng cao chất lượng của quá trình cắt gọt. Mòn của
dụng cụ cắt là hiện tượng lý hoá phức tạp trong quá trình gia công cắt gọt các
vật liệu. Cũng như mòn của các chi tiết máy, mòn của dụng cụ làm thay đổi
các thông số hình học dụng cụ và giảm tuổi bền cũng như khả năng làm việc
của dụng cụ. Mòn của dụng cụ còn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ
chính xác của bề mặt gia công. Đối với quá trình gia công loạt lớn và tự động
hoá, độ mòn và tuổi bền của dụng cụ lại càng được quan tâm và chú ý hơn do
các ảnh hưởng của nó tới năng suất và chất lượng của sản phẩm chế tạo. Do
vậy, việc nghiên cứu quá trình mòn khi phay cứng để nâng cao khả năng làm
việc, nâng cao chất lượng bề mặt gia công là cần thiết đối với ngành cơ khí.

Khi phay thép nhiệt luyện bằng dao TiAlN xuất hiện lực cắt đơn vị lớn, do đó
ở vùng tiếp xúc nhiệt độ cắt tăng cao, gây ảnh hưởng đến tuổi bền của dao và
chất lượng lớp bề mặt của chi tiết gia công. Xét về mặt mài mòn của dụng cụ
cắt cần quan tâm tới nhiệt độ lớn nhất trên mặt trước và mặt sau, sự phân bố
nhiệt trên các bề mặt này. Nhưng việc xác định nhiệt độ lớn nhất này rất khó


khăn. Mặt khác nhiệt độ cắt chịu ảnh hưởng của vận tốc cắt lớn hơn so với
lượng chạy dao. Khi phay tinh, chiều sâu cắt nhỏ, vận tốc cắt lớn, áp lực lên
dao nhỏ, nhiệt độ tập trung ở vùng mũi dao cao nên làm dao bị mềm ra và cùn
nhanh.
1.5. Kết luận chương 1
Phay truyền thống trên máy vạn năng và gia công thông thường là một
phương pháp cho năng suất cao nhưng chất lượng bề mặt không cao. Do vậy
phương pháp này thường dùng cho gia công thô và bán tinh.
Hiện nay với sự phát triển của kỹ thuật CNC và các dụng cụ cắt phủ cho
năng suất và chất lượng cao. Phay cứng là một phương pháp phay tiên tiến
cho năng suất và chất lượng cao thường được sử dụng phay tinh các bề mặt
sau khi tôi. Do vậy chọn hướng nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng
của các thông số chế độ cắt đến mòn và tuổi bền của dao phay hợp kim cứng
phủ TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tôi” là rất cần thiết và phát triển ứng
dụng vào thực tiễn Việt Nam.