Đánh giá năng suất bóc vật liệu khi tiện kim loại màu bằng dao hợp kim có lớp phủ và dao hợp kim không có lớp phủ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ
YYY*ZZZ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Đánh giá năng suất bóc vật liệu khi tiện kim loại màu bằng dao hợp
kim có lớp phủ và dao hợp kim không có lớp phủ

CHUYÊN NGÀNH: Chế tạo máy
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
HVTH:Lý Chánh Trung
MSHV: 00404093
LỚP :CHCTM 15

TP.Hồ Chí Minh, 07 /2006

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

1

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Lời nói đầu
Sự phát triển khoa học và kỹ thuật trong tương lai, hầu như không có điểm dừng,
cùng với sự phát triển đó ngành cơ khí chế tạo máy cũng đóng vai trò rất quan trọng vào việc
cải thiện năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm và tăng chất lượng.
Kéo theo sự phát triển của ngành chế tạo máy là một phần nhỏ trong lónh vực dụng
cụ cắt. Tuy không được sử dụng nhiều, xong nó quyết định đến chất lượng và năng suất của
các nhà chế tạo máy. Nhu cầu sản phẩm ngày một tăng cho nên chất lượng của dụng cụ cắt
phải tăng theo để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Trong khi đó những vật liệu dụng cụ
cũ không đáp ứng được điều đó và nó được thay thế bằng các vật liệu dụng cụ mới. Các vật
liệu dụng cụ mới đã mang lại hiệu quả cao và đang được phát triển mạnh mẽ.
Tiêu biểu trong sự phát triển của vật liệu dụng cụ cắt mới có vật liệu dụng cụ có lớp
phủ. Vật liệu dụng cụ cắt có lớp phủ phát triển khá hoàn thiện và hiệu quả mang lại rất cao,
đặc biệt giảm chi phí sản xuất tối đa và cải thiện năng suất trong quá trình gia công cắt gọt.
Nhưng hiện tại thì chưa có tài liệu trong cũng như ngoài nước để tra chế độ cắt của dụng cụ
cắt gọt có lớp phủ và không có lớp phủ đến tuổi bền và năng suất gia công khi tiện, mà chủ
yếu phụ thuộc vào tập đoàn chế tạo dụng cụ cắt, điều đó dẫn đến một sự độc quyền trong sản
xuất và chế tạo dụng cụ cắt. Do đó chúng ta dễ bị động khi sử dụng dụng cụ cắt gọt có lớp
phủ và không có lớp phủ. Vì vậy luận văn này góp một phần nào đó giải quyết vấn đề trên.
Trong quá trình thực hiện luận văn chắc chắn có rất nhiều sai sót, rất mong được sự
đóng góp ý kiến của các Thầy (Cô) và bạn đọc để luận văn này được hoàn thiện.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS-TS Trần Doãn Sơn đã nhiệt tình
hướng dẫn tôi để hoàn thành luận văn này.

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

2

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập -Tự Do -Hạnh Phúc
♥♥ ♥♥
♥♥♥ ♥♥♥

NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Lý Chánh Trung
Phái: Nam
Sinh ngày 20 tháng 06 năm 1974
Nơi sinh: Long An
Chuyên ngành: Cơ khí chế tạo máy
Mã số:
I. Tên đề tài: Đánh giá năng suất bóc vật liệu khi tiện kim loại màu bằng dao hợp kim có
lớp phủ và dao hợp kim không có lớp phủ.
II. Nhiệm vụ và nội dung
1/ Phần lý thuyết
-Cấu tạo của vật liệu có lớp phủ
-Quy trình chế tạo vật liệu nền và công nghệ phủ
-Thiết bị CVD và PVD

-Ứng dụng
2/ Phần thí nghiệm
-Tìm mối quan hệ giữa tuổi bền của dao (T) và chế độ cắt (t,s,v) bằng phương pháp
quy hoạch thực nghiệm bậc nhất và phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc hai của Box
và Hunter đối với dao hợp kim cứng có lớp phủ kim cương trên nền cemented carbide.
-Đánh giá năng suất bóc vật liệu khi tiện kim loại màu bằng dao hợp kim có lớp
phủ kim cương trên nền cemented carbide và dao hợp kim không có lớp phủ nền cemented
carbide.
III. Ngày giao nhiệm vụ: ngày
tháng
năm2006
IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ngày tháng năm2006
V. Họ và tên cán bộ hướng dẫn
VI. Họ và tên cán bộ chấm nhận xét 1:
VII. Họ và tên cán bộ chấm nhận xét 2:
Cán bộ hướng dẫn

Cán bộ chấm nhận xét 1

Cán bộ chấm nhận xét 2

PGS TS Trần Doãn Sơn
Nội dung và đề cương của luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Ngày tháng năm 2006
CHỦ NHIỆM NGÀNH

PGS TS Đoàn Thị Minh Trinh
***********************************

HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

3

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
♥♥♥♥♥ ♥♥♥♥♥

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Trần Doãn Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấn nhận xét 2:

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

tháng

4

năm 2006

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong những năm gần đây, nền công nghiệp Việt Nam phát triển mạnh đạt
được tốc độ tăng trưởng về mặt sản xuất và xuất khẩu. Sau khi nước ta gia nhập
AFTA đầu năm 2005 và đặc biệt chúng ta đang xúc tiến nhanh chóng gia nhập
WTO. Khi đó sự cạnh tranh giữa các sản phẩm rất gay gắt. Nền công nghiệp phát
triển thì phải đi đôi với thiết bị phải phát triển, với thiết bị ngày càng hiện đại thì
dụng cụ cắt đảm bảo cho thiết bị ngày càng được cải tiến để đảm bảo yêu cầu chất
lượng chi tiết gia công, nâng suất và giá thành sản phẩm.
Trong đại hội Đảng toàn quốc lần thứ X. Chúng ta luôn nhấn mạnh “Công
nghiệp hóa và hiện đại hóa”, mà trong đó ngành cơ khí giữ vai trò nền tảng. Ngày
nay thiết bị sử dụng cho việc gia công cắt gọt phát triển mạnh mẽ, mà cụ thể là thiết
bị điều khiển chương trình số. Do thiết bị phát triển kéo theo dụng cụ cắt phát triển.
Chính vì những yêu cầu này mà ngành dụng cụ cắt đã tạo ra một bước đột phá trong
những năm gần đây, tiên phong trong bước đột phá này chính là dụng cụ cắt có lớp
phủ. Mặc dù nó chưa được hoàn thiện như mong đợi nhưng nó đã mang lại một năng
suất rất lớn trong gia công cắt gọt.
Luận văn này giải quyết 2 vấn đề chính:

1/ Tìm hiểu qui trình công nghệ sản xuất vật liệu dụng cụ có lớp phủ.
2/ Tìm mối quan hệ giữa tuổi bền của dụng cụ cắt (T) và chế độ cắt (t,s,v)
bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc nhất và phương pháp quy hoạch thực
nghiệm bậc hai của Box và Hunter đối với dao hợp kim cứng có lớp phủ kim cương
trên nền cemented carbide. Đánh giá năng suất bóc vật liệu khi tiện kim loại màu
bằng dao hợp kim có lớp phủ kim cương trên nền cemented carbide và dao hợp kim
không có lớp phủ nền cemented carbide.
Thật khó đánh giá cụ thể từng yếu tố cắt trong từng điều kiện gia công cụ
thể. Vì thời gian cũng như điều kiện thí nghiệm còn nhiều hạn chế nên kết quả đạt
được chỉ ở mức hẹp (cụ thể là chỉ nghiên cứu với nhôm đúc và nhôm cán).

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

5

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

ABSTRACT
Recently years, the base of industry Vietnam has developed strong to
achieve economic growth speed about production and export. In early 2005, after
our country joined AFTA organization and specially our are promoting to join WTO
organization quickly. At that time between products have heated competition. The
base of developmental industry must go together with developmental equipment.

More and more modern equipment is cutting tools to makesure less and less to be
improve machining quality of party, productivity and cost price of product.
In the Tenth Party Congress. We always emphasized “industrialization and
modernization”, in there engineering branch hold important role. Today equipment
uses to machining strong development, specifically equipment controls digital
program. Due to developmental equipment brings about developmental cutting
tools. From these demands, recently years Cutting Tool branch has created a
breakthrough step, pioneer in breakthrough step is coated cutting tools. Even
though it perfect not yet as expectation, but it bring the productivity very large in
cutting process.
This essay solve two main problems:
1/ To study technological process makes coated cutting tool material
2/ Find the relation between tool life (T) and cutting condition (t,s,v) by full
of experimental planning method and experimental planning method of Box and
Hunter for coated tool with a diamond layer on cemented carbide substrate.Then
appreciation of cutting non-ferrous material productivity by coated tool with a
diamond layer on cemented carbide substrate and uncoated tool on cemented
carbide substrate.
Really difficult to evaluate every factor in each specific machining condition
. Due to limited time as well as condition experiment on more retricted. So the
result of experiment achieves narrow range (specifically experiment on rolling
aluminium and cast aluminium).

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

6

*******************
Lớp:CHCTM 15

LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

MỤC LỤC
Lời nói đầu
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ DỤNG CỤ CẮT
1.1/ Thực trạng về sử dụng cụ cắt ở Việt Nam
1.2/ Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ
1.2.1/ Độ cứng
1.2.2/ Độ bền cơ học
1.2.3/ Tính chịu nhiệt
1.2.4/ Tính chịu mài mòn
1.2.5/ Tính công nghệ
1.3/ Các vật liệu dụng cụ
1.3.1/ Thép cacbon dụng cụ
1.3.2/ Thép hợp kim dụng cụ
1.3.3/ Thép cắt tốc độ cao
1.3.4/ Hợp kim cứng
1.3.5/ Vật liệu sứ
1.3.6/ Vật liệu tổng hợp
1.3.7/ Vật liệu mài
1.3.8/ Vật liệu dụng cụ cắt có lớp phủ
Chương 2
VẬT LIỆU DỤNG CẮT CÓ LỚP PHỦ
2.1/ Giới thiệu về vật liệu dụng cụ cắt có lớp phủ
2.2/ Cấu tạo

2.2.1/ Đặc điểm và công dụng của từng lớp phủ
2.2.2/ Hiện tại các vật liệu đang được dùng để phủ
2.3/ Quy trình chế tạo
2.3.1/ Quy trình sản xuất vật liệu nền
a/ Chế tạo bột
b/ Sự nén
c/ Sự thiêu kết
2.3.2/ Công nghệ phủ
a/ Hóa hơi lắng đọng hóa học
b/ Hóa hơi lắng đọng vật lý

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

7

trang 10

trang 10

trang 11

trang 19

trang 19

trang 29

*******************
Lớp:CHCTM 15

LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

2.4/ Thiết bị sản xuất
2.4.1/ Thiết bị phủ hóa hơi lắng đọng hóa học
2.4.2/ Thiết bị phủ hóa hơi lắng đọng vật lý
2.5/ Ứng dụng của vật liệu có lớp phủ
Chương 3
NHÔM VÀ HP KIM NHÔM

trang 41

trang 45
trang 48

3.1/ Cấu tạo
3.2/ Tính chất vật lý và tính chất cơ học
3.3/ Tính có thể cắt gọt được (machinability)
Chương 4
trang 53
MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU CÓ LỚP PHỦ
4.1/ Dụng cụ cắt của hãng Sandvik
4.2/ Dụng cụ cắt của hãng Seco
4.3/ Dụng cụ cắt của hãng Ceratizit
4.4/ Dụng cụ cắt của hãng Mitsubishi
Chương 5
trang 61

ĐÁNH GIÁ NĂNG SUẤT KHI TIỆN KIM LOẠI MÀU BẰNG DAO HP KIM
CÓ LỚP PHỦ VÀ KHÔNG CÓ LỚP PHỦ
5.1/ Phương pháp qui hoạch thực nghiệm
trang 61
5.1.1/ Phương pháp thực nghiệm bậc nhất
5.1.2/ Phương pháp thực nghiệm bậc hai (Phương án quay bậc hai của Box và
Hunter)
5.2/ Kết quả thực nghiệm đối với các mãnh dao hợp kim có lớp phủ kim cương nền
cemented carbide khi tiện nhôm cán.
trang70
5.3/ Kết quả thực nghiệm đối với các mãnh dao hợp kim có lớp phủ kim cương nền
cemented carbide khi tiện nhôm đúc.
trang 77
5.4/ Tìm mối quan hệ giữa tuổi bền T và chế độ cắt (t,s,v) đối với dao hợp kim
không có lớp phủ nền cemented carbide bằng phương pháp đồ thị.
5.4.1/ Tìm mối quan hệ giữa tuổi bền T và chế độ cắt (t,s,v) đối với mãnh dao
không có lớp phủ nền cemented carbide.
5.4.2/ Đối với nhôm cán
*Cắt thô
5.4.3/ Đối với nhôm đúc
*Cắt thô
5.5/ So sánh năng suất mang lại
***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

8

*******************
Lớp:CHCTM 15

LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

5.6/ Năng suất từ thí nghiệm
5.6.1/ So sánh năng suất qua thí nghiệm nhôm cán
5.6.2/ So sánh năng suất qua thí nghiệm nhôm đúc
5.7/ Đánh giá về thời gian ngắn nhất.
Chương 6
KẾT LUẬN

trang 95

trang 98

6.1/ Những vấn đề đạt được
6.1.1/ Về phần lý thuyết
6.1.2/ Về phần thực nghiệm
6.2/ Kiến nghị về hướng phát triển của đề tài
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

trang 100
trang 103

9

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Chương 1 : TỔNG

QUAN VỀ DỤNG CỤ CẮT

1.1/ THỰC TRẠNG VỀ VIỆC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG DỤNG CỤ CẮT TRONG
NƯỚC

-Trong những năm gần đây, nền công nghiệp Việt Nam phát triển mạnh đạt
được tốc độ tăng trưởng về mặt sản xuất và xuất khẩu. Sau khi nước ta gia nhập
AFTA đầu năm 2005 và đặc biệt chúng ta đang xúc tiến nhanh chóng gia nhập
WTO. Khi đó sự cạnh tranh giữa các sản phẩm rất gay gắt. Nền công nghiệp phát
triển thì phải đi đôi với thiết bị phải phát triển, với thiết bị ngày càng hiện đại thì
dụng cụ cắt đảm bảo cho thiết bị ngày càng được cải tiến để đảm bảo yêu cầu chất
lượng chi tiết gia công, nâng suất và giá thành sản phẩm.
-Trong đại hội Đảng toàn quốc lần thứ X. Chúng ta luôn nhấn mạnh “Công
nghiệp hóa và hiện đại hóa”, mà trong đó ngành cơ khí giữ vai trò nền tảng. Ngày
nay thiết bị sử dụng cho việc gia công cắt gọt phát triển mạnh mẽ, mà cụ thể là thiết
bị điều khiển chương trình số. Do thiết bị phát triển kéo theo dụng cụ cắt phát triển.
Trong khi đó hiện tại ở Việt Nam chỉ có một cơ sở duy nhất chế tạo dụng cụ cắt là
nhà máy chế tạo dụng cụ cắt Hà Nội, nhưng chỉ dừng lại ở dụng cụ cắt tương đương
thép gió, chưa có hợp kim cứng và hợp kim cứng có lớp phủ.

-Với việc sử dụng dụng cụ cắt hiện nay ở nước ta, thì chắc chắn rằng sản
phẩm của chúng ta khó mà có đủ sức cạnh tranh với sản phẩm của các nước khác
như: Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia, Đài Loan…Vì hiện nay những thiết bị gia
công cắt gọt và dụng cụ cắt có độ cứng cao đều phải nhập khẩu từ nước ngoài. Nước
ta chưa chú trọng nhiều đến ngành dụng cụ cắt, vì vậy muốn chế tạo được máy thì
phải có dụng cụ gia công cắt gọt tốt. Mặc khác chúng ta đã biết giá dụng cụ cắt của
các công ty nước ngoài chế tạo không phải rẽ.
-Từ khó khăn ở trên mà nhu cầu cấp thiết bây giờ chúng ta cần phải đẩy
mạnh vào việc nghiên cứu đổi mới dụng cụ cắt gọt để đảm bảo yêu cầu gia công.
Đồng thời đẩy mạnh sự cạnh tranh của các sản phẩm trong nước với các nước trong
khu vực ASEAN, Trung Quốc,…Nếu chúng ta không nổ lực phấn đấu nghiên cứu
thiết kế chế tạo dụng cụ cắt cho ngành cơ khí thì đất nước chúng ta không thể tiến
đến con đường “Công nghiệp hóa và hiện đại hóa” được mà đó chỉ là một lời nói
suông, không có thực trong hiện tại.
1.2/ ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU DỤNG CỤ

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

10

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

1.2.1/ Độ cứng : Muốn cắt được kim loại, vật liệu làm dao phải có độ cứng lớn hơn

vật liệu gia công.
- Thông thường độ cứng của vật liệu phần cắt là 62 ÷ 65HRC
- Nếu gia công các loại thép cứng như thép không rỉ, thép chịu nóng, độ
cứng của dao phải lớn hơn 65HRC.
1.2.2/ Độ bền cơ học : Trong quá trình cắt, mặt trước của dao luôn chịu một áp lực
rất lớn (có thể lên tới 2000 ÷3000 KG ) làm cho đầu dao luôn chịu uốn, nén, xoắn,
va đập gây hiện tượng sứt mẻ đầu dao nên vật liệu làm phần cắt cần phải có độ bền.
Vật liệu dụng cụ có sức bền cơ học càng cao thì tính năng sử dụng của chúng càng
tốt.
1.2.3/ Tính chịu mài mòn : Trong quá trình cắt, mặt trước của dao chịu ma sát của
phôi khi thoát ra, mặt sau tiếp xúc với chi tiết gia công do đó dao chóng mòn. Sự
mòn xảy ra rất mãnh liệt khi nhiệt cao, khuynh hướng mòn tập trung trên dao vì sự
tiếp xúc giữa dao và vật gia công tồn tại trong suốt quá trình cắt.
1.2.4/ Tính chịu nhiệt : Khi gia công, nhiệt ở vùng trung tâm áp lực trên dao
có thể lên tới 1000o C. Nếu nhiệt truyền vào dao vượt quá khả năng chịu nhiệt của
vật liệu làm dao thì độ cứng, độ bền, độ chịu mòn đều giảm xuống rõ rệt. Do đó, độ
chịu nhiệt là yêu cầu chủ yếu của vật liệu làm dao.
1.2.5/ Tính công nghệ : Vật liệu làm dao phải dễ chế tạo, dễ nhiệt luyện, dễ cắt gọt
v…v…Ngoài ra, vật liệu còn phải đảm bảo tính kinh tế.
1.3/ CÁC VẬT LIỆU DỤNG CỤ
1.3.1/ Thép cácbon dụng cụ : thép cácbon dụng cụ là loại thép có hàm lượng
cácbon từ 0,7% đến 1,5%. Ngoài ra, còn một số hợp kim khác như : Mangan, Silic,
Vônpham, Crôm, Lưu huỳnh,…
Đặc điểm :
- Sau khi nhiệt luyện, thép cácbon dụng cụ đạt độ cứng 60 ÷ 63 HRC
- Độ chịu nhiệt từ 200 ÷ 250iC
- Các yêu cầu khác thấp.
Do đó, thép cácbon dụng cụ dùng để chế tạo dụng cụ làm việc với tốc độ thấp,
cắt kim loại mềm. Cần chú ý khi hàm lượng cacbon tăng độ cứng và độ chịu mòn
tăng nhưng độ bền giảm. Độ thấm tôi của thép thấp nên sau khi tôi trong nước dụng

cụ thường bị nứt vở vì vậy không dùng để làm các dụng cụ có kích thước lớn.
***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

11

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

1.3.2/ Thép hợp kim dụng cụ : Thép hợp kim dụng cụ là thép cacbon dụng cụ một
số nguyên tố hợp kim để khắc phục nhược điểm của thép cacbon dụng cụ.
Đặc điểm :
- Sau khi nhiệt luyện, thép hợp kim dụng cụ đạt độ cứng 62 ÷ 66 HRC.
- Độ chịu nhiệt từ 350oC – 400oC.
- Các yêu cầu khác nói chung cao hơn thép cacbon dụng cụ, tốc độ cắt cao hơn
thép cacbon dụng cụ 20 lần.
- Độ thấm tôi của thép hợp kim dụng cụ sâu hơn thép cacbon dụng cụ vì hàm
lượng cacbon lớn, lượng tạp chất ít nên mức biến dạng của thép hợp kim nhỏ hơn,
dùng để cắt gọt những loại vật liệu có độ cứng trung bình và tốc độ cắt thấp
1.3.3/ Thép gió:
Thép cắt tốc độ cao chia làm hai loại: loại M (theo tiêu chuẩn của Mỹ), loại
thứ hai là T (Theo tiêu chuẩn của Nga). Thép gió là thép hợp kim dụng cụ nhưng
hàm lượng wonfram cao (W) nên tính chịu nhiệt và chịu mòn tăng rất cao, thành
phần tạp chất ít. Ngoài ra còn có các thành phần khác như: vanadi, coban, crom để
tạo nên thép tốc độ cao với tính năng đặc biệt.

Đặc điểm:
-Sau khi nhiệt luyện, thép gió đạt độ cứng 66-68HRC
-Độ chịu nhiệt to=600oC
-Độ bền gấp 8 -15 lần so với thép dụng cụ , tốc độ cắt cũng cao hơn từ 2-4 lần
Thành phần hóa học của một số loại thép gió trình bày ở bảng dưới:
Nhãn hiệu
C
Cr
W
V
Co
1. Thép có năng suất thường
P18
0,7-0,8
3,8-4,4
17,5-19
1-1,4
P9
0,85-0,95
3,8-4,4
8,5-10
2,0-2,6
2. Thép có năng suất cao
P9φ5
1,4-1,5
3,8-4,4
0,9-10,5
4,3-5,11
P14φ4
1,2-1,3

4,0-4,6
13-14,5
3,4-4,1
P18φ2
0,85-0,95
3,8-4,4
17,5-19
1,8-2,4
P9K5
0,9-1
3,8-4,4
9-10,5
2-2,6
5-6
P9K10
0,9-1,0
3,8-4,4
9-10,5
2,0-2,6
9,5-10,5
P10K5φ5 1,45-1,55
4,0-4,6
10,0-11,5
4,3-5,1
5-6
P18K5φ2 0,85-0,95
3,8-4,4
17,5-19
1,8-2,4
5-6

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

1.3.4/ Hợp kim cứng

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

12

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Hợp kim cứng là loại vật liệu dụng cụ được chế tạo bằng phương pháp luyện
kim bột nghóa là loại hợp kim không qua nóng chảy. Hợp kim cứng được chế tạo từ
các loại cacbit hợp kim và bột hợp kim, các loại bột được trộn theo tỷ lệ, sau đó
được ép thành các dạng khác nhau và thiêu kết. Hiện nay hợp kim cứng được dùng
nhiều và phổ biến trong công nghiệp.
Thành phần chủ yếu của hợp kim cứng là các loại bột mịn: Cacbit vonfram
(WC), cacbit titan (TiC), cacbit tantan (TaC), và thành phần coban làm nhiệm vụ
liên kết.
Hợp kim cứng được chế tạo qua các giai đoạn chủ yếu sau:
+Tạo bột vonfram, titan, tantan nguyên chất.
+Tạo ra các cacbit tương ứng từ các bột nguyên chất W, Ti, Ta.
+Trộn bột cacbit với bột coban theo các thành phần tương ứng với các loại

hợp kim cứng.
+p hỗn hợp dưới áp suất lớn (100-140 MN/mm2), nung sơ bộ ở nhiệt độ
900oC trong khoảng 1 giờ.
+Tạo hình theo các dạng yêu cầu.
+Thiêu kết lần cuối ở nhiệt độ 1400-1500oC trong 1 đến 3 giờ tạo thành hợp
kim cứng.
Đặc điểm:
+Độ cứng cao HRA=80 – 90
+Độ chịu nhiệt: 800oC – 1000oC
+Cắt với tốc độ VC > 100 m/ph
1.3.5/ Vật liệu sứ
Là loại vật liệu làm dao có tính chịu nóng và chịu mòn cao là vật liệu sứ
(Al2O3). Nhưng nhược điểm chủ yếu của sứ là dòn, dễ vỡ.
Đặc điểm:
+Độ cứng 86-96HRC
+Độ chịu nhiệt: 1200oC
+Độ chịu mòn cao gấp 8 lần hợp kim cứng
+Tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơn nguội. Nếu dùng dung
dịch trơn nguội dễ gây ra nứt mãnh sành sứ.
+Tính dẻo kém do đó sức bền uốn thấp vì vậy vật liệu sứ không chịu được sự
rung động, va đập cũng như lực cắt lớn.
1.3.6 vật liệu tổng hợp
***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

13

*******************
Lớp:CHCTM 15

LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Các loại vật liệu tổng hợp dùng làm vật liệu dụng cụ là kim cương và nitrit
bo. Các loại vật liệu này thường gọi là vật liệu siêu cứng: độ cứng Vicker lớn hơn
50.000N/mm2 (50GPa).
Kim cương tự nhiên ∼HVm 100GPa
Kim cương nhân tạo ∼HVm 90-100GPa
Nitrit Bo ∼ HVm 50-90GPa
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 có chất lượng cao như : dao tiện kim cương, bút
sửa đá …
Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphit ở áp suất và nhiệt cao (≈
100.000 atm, ≈2500oC ).
Kim cương tổng hợp được dùng chủ yếu để chế tạo đá mài (đá mài kim cương
) dùng mài sắc dụng cụ, chi tiết có độ cứng cao, độ chính xác và độ bóng bề mặt
cao.
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 (1200-1400oC). Nó dùng gia công thép tôi với năng
suất cao hơn các loại vật liệu dụng cụ khác.
1.3.7/ Vật liệu mài
Vật liệu mài (hạt mài và bột mài) được chế tạo từ vật liệu thiên nhiên hoặc
nhân tạo có độ cứng cao, bột mài và hạt mài được trộn với chất kết dính tạo thành
các dụng cụ mài (đá mài, thanh mài, bột nhào…). Các dụng cụ mài có hình dáng
không xác định.
Loại vật liệu

Thành phần hóa

học

Korun thiên nhiên

Al2O3 + Fe2O3
Dạng tinh thể 90-98%
Al2O3
(60%) Al2O3

9

Mài thép có tính dẻo cao

8

(92-95%) Al2O3

9

Mài các loại thép, chế tạo
giấy nhám
Mài thép, gang, gỗ, giấy
nhám.
Mài thép, gang và mài sắc
cạnh dụng cụ thép gió.

Cacborun

Độ cứng (theo
Mohs)

Korun điện thường
(Oxít nhôm điện)
Korun điện trắng
(oxít nhôm điện
trắng)
Cacbit silic đen
Cacbit silic xanh
Cacbit bo
Nitrit bo

(98-99%) Al2O3

9

(97-98%) Al2O3
(98-99%) Al2O3
B4C
BN

>9
>9
>9
>9

Kim cương thiên
nhiên nhân tạo

(tổng hợp dạng tinh
thể)

10

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

14

Công dụng

Mài gang cứng, thép gió.
Mài HKC
Mài thép cứng và bột mài
Mài thép lò xo, gang xám
và gang cứng
Mài sắc dụng cụ và mài
tinh xác

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

1.3.8/ Vật liêu dụng cụ cắt có lớp phủ
Ngày nay vật liệu dụng cụ cắt có lớp phủ đã được phát triển mạnh mẽ cả
chủng loại lẫn chất lượng. Khi gia công gang hoặc thép với tốc độ cắt cao, các lớp
phủ góp phần nâng cao độ bền các miếng hợp kim không cần mài lại.

Hình 1.3.1: Các loại dao phay

Hình 1.3.2: Các loại dao khoan

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

15

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Hình 1.3.3: Các loại dao phay và các inserts

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

16

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Hình 1.3.4: Các loại dao phay, dao tiện, mũi khoan

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

17

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

18

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Chương 2: VẬT LIỆU DỤNG CẮT CÓ LỚP PHỦ
2.1 GIỚI THIỆU VỀ DỤNG CỤ CẮT CÓ LỚP PHỦ

Vật liệu dụng cụ cắt ngày một phát triển mạnh mẽ. Vật liệu dụng cụ để cắt
được nghiên cứu ra chủ yếu bởi các nhà thực hành. Những thay đổi công nghệ và
cạnh tranh kinh tế đã đặt ra những yêu cầu cao và chặt chẽ trong việc lựa chọn dụng
cụ cắt gọt. Để thỏa mãn nhu cầu đó người ta tiến hành tìm kiếm những dụng cụ vật
liệu mới, muốn vậy người ta đã thử nghiệm rất nhiều vật liệu khác nhau. Quá trình
này có các đặc điểm tiến hóa tương tự như sự tiến hóa trong sinh học. Những vật
liệu dụng cụ cắt mới đã được phát hiện trong quá trình thí nghiệm là kết quả nổ lực
kiện trì liên tục của hàng nghìn thợ lành nghề, của các nhà sáng chế, các nhà công
nghệ và của cả những người thợ rèn, các kỹ sư, các nhà luyện kim, các nhà hóa học.
Ngày nay đã có vật liệu dụng cụ cắt dùng để tối ưu hóa mọi công đoạn cắt
kim loại trên một chi tiết nhất định với từng điều kiện nhất định và nó đã mang lại
một năng suất rất cao. Sự phát hiện và phát triển không ngừng các vật liệu cứng
thực sự cải tiến việc cắt gọt kim loại trong những năm gần đây.
Không thể trình bày cặn kẻ lịch sử phát triển dụng cụ vì khó mà thu thập đủ
tài liệu. Dưới đây xin đưa ra biểu đồ phát triển dụng cụ cắt gọt.

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

19

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Hình 2.1.1: Sơ đồ biểu diễn quan hệ giữa sự phát triển dụng cụ cắt với thời gian
gia công.
Từ biểu đồ ta thấy, việc gia công một chi tiết vào năm 1900 mất 100 phút thì
bây giờ chỉ cần 1 phút. Đây không phải là sự phóng đại khi nói rằng sự cải tiến vật
liệu dụng cụ là một trong những nhân tố góp phần tạo nên một nền công nghiệp
hiện đại và hiệu quả.
Một trong những đột phá trong sự phát triển của dụng cụ cắt vào những năm
1960, sự giới thiệu về Carbide thiêu kết với một lớp phủ mỏng là titanium carbide,
lớp phủ này chỉ vài μm nhưng đã thay đổi hoàn toàn đặc tính của dụng cụ cắt. So
với vật liệu không có lớp phủ thì các mãnh dao có lớp phủ tăng lên một cách đáng
kể về vận tốc cắt, tuổi thọ của dụng cụ.
Ngày nay, gần như hầu hết toàn bộ sự lựa chọn carbide thiêu kết để tiện là
loại phủ. Carbide thiêu kết phủ chiếm đến ¾ lượng tiêu thụ mũi dao dùng để gia
công cắt gọt trên máy hiện đại. Các loại carbide phủ hiện đại đã thực hiện từ lâu và
độ tin cậy được biết đến từ lần đầu sử dụng. Trong những năm gần đây, các cấp bậc
phủ được phát triển và sử dụng rông rãi cho các dụng cụ như : khoan, tarô, phay
trong gia công nhôm, các hợp kim màu, thép, gang….
***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

20

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Vật liệu phủ chính là Carbide titanium (TiC), Titanium nitride (TiN), Oxyt
nhôm (Al2O3), Titanium carbide nitride (TiCN), Polycrystalline diamond (PCD) là
các vật liệu rất cứng, có độ chóng ăn mòn và độ trơ hóa học cao, cung cấp một rào
cản rất tốt giữa dụng cụ và phoi.

Hình 2.1.2: Các insert tiện nhôm, gang, thép
2.2/ Cấu tạo
Sự cải tiến về sự liên kết giữa các lớp phủ và vật liệu nền khác nhau đã đưa
đến một thế hệ mới của carbide thiêu kết phủ. Chúng là một, hai, ba thậm chí còn
nhiều lớp hơn. Mỗi lớp phủ đều có tính chất công dụng nhất định.

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

21

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Hình 2.2.1: Cấu tạo của mãnh hợp kim cứng có 3 lớp phủ
+Lớp đầu tiên là TiN
+Lớp thứ 2 là Al2O3

+Lớp thứ 3 là TiCN
+Lớp thứ 4 là lớp nền giàu Co
+Lớp thứ 5 là lớp nền

Hình 2.2.2: Cấu tạo của mãnh hợp kim cứng có 3 lớp phủ
+Lớp trên cùng là TiN
+Lớp thứ 2 là TiN / Al2O3
+Lớp thứ 3 là: TiCN
+Lớp cuối cùng là carbide thiêu kết.

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

22

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Hình 2.2.2: Cấu tạo của mãnh hợp kim cứng có 3 lớp phủ
+Lớp trên cùng là TiN
+Lớp thứ 2 là alumina
+Lớp thứ 3 là Ti(C,N)
+Lớp cuối cùng là vật liệu nền carbide thiêu kết

Hình 2.2.3: Cấu tạo của mãnh hợp kim cứng có 3 lớp phủ

+Lớp đầu là bề mặt trơn nhẳn
+Lớp thứ 2 là Al2O3
+Lớp thứ 3 là TiCN (MT-CVD)
+Lớp cuối cùng là lớp nền Carbide thiêu kết

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

23

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Hình 2.2.4: Cấu tạo của mãnh hợp kim cứng có 3 lớp phủ

+Lớp đầu là hợp chất Ti
+Lớp thứ 2 là Al2O3
+Lớp thứ 3 là TiCN
+Lớp cuối cùng là lớp nền, carbide thiêu kết

Hình 2.2.5: Cấu tạo của mãnh hợp kim cứng có 1 lớp phủ
+Lớp đầu là lớp phủ kim cương nhân tạo
+Lớp nền là carbide thiêu kết

***********************************

HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

24

*******************
Lớp:CHCTM 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD:PGS-TS Trần Doãn Sơn
**************************************************************************************

Hình 2.2.6: Cấu tạo của mãnh hợp kim cứng có 4 lớp phủ

+Lớp đầu tiên là TiN
+Lớp thứ 2 là Ti(C,N)
+Lớp thứ 3 là Al2O3
+Lớp thứ 4 là Ti(C,N)
2.3/ Đặc điểm và công dụng của từng lớp phủ
+Titan-Nitride(TiN): Đây là loại vật liệu thường dùng nhất, quen thuộc với
lớp phủ màu vàng nó thường phủ lên thép gió hoặc carbide dụng cụ. TiN lắng đọng
cho cả 2 quá trình (CVD và PVD). TiN có độ cứng cao, hệ số ma sát nhỏ, giảm được
xói mòn, mài mòn cũng như dính vật liệu trong quá trìng gia công. Đặc biệt với lớp
phủ này màu vàng nên dễ nhận biết lưỡi cắt bị mài mòn.
+Titanium-Carbide-Nitride (TiCN): Có lớp phủ màu xanh xám và cứng hơn
TiN. Nó cải tiến sự mài mòn của bề mặt khi cắt thép carbon, gang và thép hợp kim
dụng cụ.
+Titanium-Alumium-Nitride (TiAlN): Cải tiến sự cứng nóng và chóng lại sự
oxit hóa khi phản ứng với TiN. Nó có màu tía xám, tính dẫn nhiệt kém nhưng rất
cứng. Lớp phủ này đang được nghiên cứu và phát triển. Giải pháp để thực hiện

TiAlN là người ta phủ một lớp oxit nhôm vào bề mặt nền sau đó phủ một lớp nhôm
và sau cùng là TiAlN. Quá trình này thực hiện rất phức tạp nhưng chất lượng mang
lại rất cao.
+Alumium-Oxit (Al2O3):Al2O3 đang trở thành dụng cụ cắt có lớp phủ đang
được sử dụng rộng rải. Vật liệu có độ cứng cao, bảo vệ được bề mặt, an toàn khi cắt

***********************************
HVTH:Lý Chánh Trung (MSHV:00404093)

25

*******************
Lớp:CHCTM 15