Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích thép gió sản xuất tại Việt Nam.pdf

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
MỤC LỤC


Lời cảm ơn

Mục lục 1

Danh mục các bảng 4

Danh mục các hình và đồ thị 5
Phần mở đầu
8
Chƣơng 1. Tổng quan những nghiên cứu về mòn và tuổi bền
dụng cụ cắt

10
1.1 Tổng quan về một số vật liệu dụng cụ cắt 10
1.1.1 Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ 10
1.1.1.1 Tính năng cắt 10
1.1.1.2 Tính công nghệ 13
1.1.1.3 Tính kinh tế 13
1.1.2 Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu tới
mòn và tuổi bền dụng cụ

13

1.1.2.1 Thép cacbon dụng cụ. 16
1.1.2.2 Thép hợp kim dụng cụ 17
1.1.2.3 Thép gió 19
1.1.2.4 Hợp kim cứng 24
1.1.2.5 Vât liệu sứ 27
1.1.2.6 Kim cương 28
1.1.2.7 Nitritbo lập phương 29
1.2 Mòn dụng cụ cắt 29
1.2.1 Các dạng mòn của dụng cụ cắt 29
1.2.1.1 Mòn theo hình học 29
1.2.1.2 Mài mòn theo mặt sau 30
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
1.2.1.3 Mài mòn theo mặt trước 31
1.2.1.4 Mài mòn đồng thời mặt trước và mặt sau - Mài mòn lưỡi cắt 32
1.2.2 Chỉ tiêu đánh giá sự mòn dụng cụ cắt 34
1.2.2.1 Chỉ tiêu mài mòn mặt sau 34
1.2.2.2 Chỉ tiêu mòn mặt trước 34
1.2.3 Cơ chế mòn của dụng cụ cắt 35
1.2.3.1 Mòn do cào xước 35
1.2.3.2 Mòn do dính 36
1.2.3.3 Mòn do nhiệt 36
1.2.3.4 Mòn do khuếch tán 37
1.2.3.5 Mòn do ôxy hoá 37
1.2.3.6 Mòn điện hoá 37
1.3 Mòn của dao phay lăn răng 39

1.4 Kết luận chương 1 39

Chƣơng 2. Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt
40
2.1 Các nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt 40
2.2 Tuổi bền của dụng cụ cắt 46
2.2.1 Khái niệm về tuổi bền dụng cụ 46
2.2.2 Xác định tuổi bền của dụng cụ khi cắt 46
2.2.2.1 Tuổi bền năng suất (T
ns
) 48
2.2.2.2 Tuổi bền kinh tế (Tkt) 49
2.2.3 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến tuổi bền T 50
2.2.3.1 Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt 51
2.2.3.2 Ảnh hưởng của vận tốc cắt, lượng chạy dao, thông số hình học 52
2.2.3.3 Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới tuổi bền dụng cụ cắt 53
2.2.3.4 Ảnh hưởng của thông số hình học phần cắt tới tuổi bền dụng cụ cắt 54
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
2.2.3.5 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội 54
2.2.3.6 Tác động của lớp phủ đến mòn và tuổi bền của dụng cắt 56
2.2.3.7 Mòn và tuổi bền của các loại dụng cụ phủ (TiN) khi phay 57
2.2.3.8 Mòn và tuổi bền dụng cụ gia công răng 58
2.3 Mòn và tuổi bền dao phay lăn răng đĩa xích 59
2.4 Kết luận chương 2 59
Chƣơng 3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm mòn và tuổi bền của

dao phay lăn răng đĩa xích

61
3.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm 61
3.1.1 Máy gia công 61
3.1.2 Dao phay lăn răng đĩa xích 62
3.1.3 Vật liệu thí nghiệm 63
3.1.4 Thiết bị đo, kiểm tra 65
3.2 Quá trình thực nghiệm 67
3.2.1 Mô tả thí nghiệm 67
3.2.2 Xác định mòn của dao phay lăn đĩa xích 68
3.2.2.1 Các dạng mòn của dao phay lăn đĩa xích 68
3.2.2.2 Xác định mòn trên máy CMM-C544 69

Chƣơng 4. Kết quả thí nghiệm - Thảo luận
74
4.1 Kết quả thí nghiệm đo mòn dụng cụ cắt 74
4.2 Xác định mòn tuổi bền của dao phay đĩa xích 77
4.3 Chất lượng bề mặt gia công đĩa xích 80
4.3.1 Xây dựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với thời gian cắt 80
4.3.2 Xây dựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với vận tốc cắt 81
Chƣơng 5. Kết luận
83
Tài liệu tham khảo
84
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
Phụ lục
86
Tóm tắt luận văn
87

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ 14
Bảng 1.2 Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ (%) 18
Bảng 1.3 Thành phần hoá học của một số loại thép gió (%) 21
Bảng 1.4 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng 23
Bảng 1.5 Thành phần hóa học của Nhóm ba cacbit 25
Bảng 2.1 Tuổi bền của dụng cụ cắt 44
Bảng 3.1 Thành phần hoá học thép C45 63
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của máy CMM - C544 65
Bảng 3.3 Chế độ gia công thí nghiệm 68
Bảng 4.1 Kết quả đo mòn dao phay lăn răng đĩa xích 75
Bảng 4.2 Bảng xác định tuổi bền của dụng cụ cắt 77

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5



DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Tính chất vật liệu dụng cụ 15
Hình1.2 Sơ đồ tôi và ram thép gió

22
Hình 1.3 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ 30
Hình 1.4 Mòn mặt sau của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau 30
Hình 1.5 Các thông số mòn phần cắt của dao tiện 31
Hình 1.6 Mòn mặt trước của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau

31
Hình 1.7
Mòn bán kính lưỡi cắt khi gia công thép
32
Hình 1.8 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công 33
Hình 1.9 Các chỉ tiệu đánh giá lượng mài mòn mặt sau, mặt trước 35
Hình 1.10 Mòn do cào xước mặt trướ 36
Hình 1.11 Sơ đồ các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 38
Hình 2.1 Mô hình mòn dụng cụ cắt [1] 40
Hình 2.2 Đồ thị mòn theo thời gian 41
Hình 2.3 Quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt V 42

Hình 2.4 Phạm vi sử dụng của mô hình tuổi bền T = C
v
.V
k
43
Hình 2.5 Quá trình mòn theo thời gian 43
Hình 2.6 Ảnh hưởng V tới tuổi bền T 44
Hình 2.7 Ảnh hưởng S tới tuổi bền T 44
Hình 2.8 Mài mòn do khuếch tán 54
Hình 2.9 Mài mòn do chảy dẻo 54
Hình 2.10 Sự hình thành các vết nứt mảnh dao 54
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
Hình 2.11 Quan hệ giữa tuổi bền và vận tốc cắt. 46
Hình 2.12 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 47
Hình 2.13 Ảnh hưởng của vật liệu dung cụ cắt tới tuổi bền 51
Hình 2.14 Đồ thị mòn mặt sau (tuổi bền) phụ thuộc vào vận tốc cắt khi cắt
thép bằng HKC WC+TiC, t = 1mm; s = 0,3 mm; v= 145m/phút

52
Hình 2.15 Đồ thị mòn mặt sau phụ thuộc vào lượng chạy dao khi cắt thép
bằng HKC WC + TiC; V= 155m/ phút , t=1mm

53
Hình 2.16
Đồ thị mòn mặt sau phụ thuộc vào góc nghiêng chính khi cắt

thép bằng dao HKC WC + TiC

54
Hình 2.17 Tuổi bền khi phay vật liệu thép rèn với mảnh phủ, không phủ 58
Hình 3.1 Máy Phay lăn răng 5K32 61
Hình 3.2 Dao Phay lăn răng đĩa xích 62
Hình 3.3 Bản vẽ đĩa xích 64
Hình 3.4 Máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544 65
Hình 3.5 Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ – 201 66
Hình 3.6 Giao diện phần mềm GEOPAK 69
Hình 3.7 Hiệu chuẩn đầu đo 70
Hình 3.8 Thiết lập các thông số đo 72
Hình 3.9 Dữ liệu đo biên dạng răng 72
Hình 4.1 Kết quả đo trên máy CMM - C544 74
Hình 4.2 Đồ thị mòn hs dao phay lăn răng đĩa xích theo thời gian cắt 76
Hình 4.3 Ảnh hưởng của vận tốc V tới tuổi bền T 77
Hình 4.4 Phạm vi tuổi bền cho phép ứng với vận tốc V 78
Hình 4.5 Quan hệ Logarit giữa tuổi bền T và vận tốc V 79
Hình 4.6 Nhám bề mặt theo thời gian gia công 80
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
Hình 4.7 Quan hệ giữa vận tốc với nhám bề mặt gia công 81
Hình 4.8 Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V
1
=15.14(m/ph 81
Hình 4.9 Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V

3
=24.03(m/ph) 82
Hình 4.10 Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V
4
=30.04(m/ph) 82























Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8



PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật thì các sản
phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, độ chính xác gia
công và đặc biệt là phải giảm chi phí sản xuất để hạ giá thành sản phẩm.
Phay lăn răng là một phương pháp gia công răng đạt năng xuất và độ chính xác
cao, vì vậy nó vẫn được ứng dụng nhiều để gia công hầu hết các loại bánh răng trụ răng
thẳng, răng nghiêng, bánh vít, trục vít, bánh xích và đĩa xích...Trước đây việc gia công
răng đều phải mua các loại dao từ nước ngoài với giá cao, điều đó làm tăng chi phí sản
xuất và tăng giá thành sản phẩm, tại Việt Nam hiện nay đã có nhiều cơ sở sản xuất và
chế tạo dụng cụ cắt chuyên dùng, mà chế độ gia công cắt gọt cho các loại dụng dao này
vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, đặc biệt là nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng
cụ cắt. Vì vậy sau khi được sự định hướng và giúp đỡ của thầy TS. Nguyễn Văn Hùng,
tác giả đã chọn đề tài "Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích
thép gió sản xuất tại Việt Nam" là rất cấp thiết nhằm nâng cao hiệu qủa về kinh tế và
kỹ thuật khi ứng dụng các sản phẩm chế tạo trong nước vào thực tế sản xuất.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu được mòn và cơ chế mòn của dao
phay lăn răng đĩa xích 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 lăn răng sản xuất tại

Việt Nam.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
3. Nội dung nghiên cứu
Để đạt mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nội dung nghiên cứu gồm các phần sau:
- Tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của đề tài
- Xây dựng mô hình nghiên cứu và hệ thực nghiệm
- Thực nghiệm và phân tích dữ liệu
- Xác định mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích bằng
thép gió sản xuất tại Việt Nam
- Phân tích kết quả nghiên cứu và bàn luận
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và phân tích các công trình nghiên cứu liên
quan đến lĩnh vực của đề tài, kết hợp với thực nghiệm để xác định mòn và tuổi bền của
dụng cụ cắt, đề tài này sử dụng phương pháp nghiên cứu suy diễn lý thuyết kết hợp với
với phương pháp thực nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học.
Nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của các thông số và chế độ công nghệ đến quá
trình mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích, từ kết quả nghiên cứu và thực
nghiệm có thể đánh giá được tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích sản xuất tại Việt
Nam
5.2. Ý nghĩa thực tiễn.
Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần phát
triển ngành công nghiệp chế tạo dụng cụ cắt tại Việt Nam, nâng cao năng xuất, chất
lượng sản phẩm và hạ giá thành sản phẩm.

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10





CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ MÒN DỤNG CỤ CẮT
1.1. Tổng quan về một số vật liệu dụng cụ cắt
1.1.1. Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ
Đặc tính phần dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến năng suất gia công và chất
lượng bề mặt chi tiết. Khả năng giữ được tính cắt của dụng cụ góp phần quyết định
năng suất gia công của dụng cụ. Dụng cụ làm việc trong điều kiện cắt khó khăn vì
ngoài áp lực, nhiệt độ cao, dụng cụ cắt còn bị mài mòn và rung động trong quá trình
cắt.
Trong quá trình gia công, phần cắt của dụng cụ trực tiếp làm nhiệm vụ cắt để
tạo phoi. Để nâng cao năng suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia công, phần cắt của
dụng cụ không những phải có hình dáng 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.
1.1.1.1. Tính năng cắt

Trong quá trình cắt, ở phần lưỡi cắt trên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt
thường xuất hiện ứng suất tiếp xúc rất lớn, khoảng 4000 5000 N/mm
2
, đồng thời áp
lực riêng lớn gấp 100 200 lần so với áp lực cho phép của chi tiết máy. Nhiệt độ tập
trung trên vùng cắt lên tới 600 900
o
C. Trong điều kiện như vậy, việc cắt chỉ thực
hiện có hiệu quả khi dụng cụ cắt có khả năng giữ được tính cắt trong khoảng thời gian
dài. Điều đó đòi hỏi vật liệu dụng cụ cắt cần phải có đầy đủ những tính chất cơ lý cần
thiết như độ cứng, độ bền nhiệt, độ chịu mòn, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt...
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
- Độ cứng: Độ cứng là một trong những chỉ tiêu quan trọng của vật liệu dụng cụ cắt.
Muốn cắt được, vật liệu phần cắt của dụng cụ cắt thường phải có độ cứng lớn hơn vật
liệu gia công khoảng HRC25. Độ cứng phần cắt của dụng cụ cắt thường đạt trong
khoảng HRC60 65. Nâng cao độ cứng phần cắt của dụng cụ cắt cho phép tăng khả
năng chịu mòn và tăng tốc độ cắt.
Trong quá trình cắt, cần quan tâm nhiều đến độ cứng nhiệt của lưỡi cắt tức là độ
cứng xét trong trạng thái lưỡi cắt bị nung nóng. Vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng
cắt của dao.
- Độ bền cơ học: Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt thường chịu những lực và những
xung lực rất lớn. Mặt khác, dụng cụ cắt còn chịu rung động do hệ thống máy - dao - đồ
gá - chi tiết không đủ độ cứng vững hoặc do dao làm việc trong điều kiện tải trọng
động lớn hoặc do sự thay đổi liên tục cuả lực cắt. Do đó dẫn đến tình trạng lưỡi cắt dễ
bị phá hỏng sớm do mẻ, vỡ, tróc, mòn, ... Vì vậy để nâng cao tính năng cắt và tuổi bền

của dao, vật liệu dụng cụ cắt cần phải có độ bền cơ học cao.
Việc nâng cao độ bền cơ học của vật liệu dụng cụ cắt, nhất là đối với hợp kim
cứng và vật liệu sứ là một trong những hướng chính trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo
dụng cụ cắt.
- Độ bền nhiệt: Độ bền nhiệt là khả năng giữ được độ cứng cao và các tính năng cắt
khác ở nhiệt độ cao trong khoảng thời gian dài. Độ bền nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt
độ giới hạn mà khi nung liên tục vật liệu dụng cụ cắt trong khoảng thời gian nhất định
(khoảng 3 giờ) thì đến nhiệt độ đó độ cứng của nó cũng không giảm quá mức qui định
(khoảng HRC60).
Độ bền nhiệt là tính năng quan trọng nhất của vật liệu dụng cụ cắt. Nó quyết
định việc duy trì khả năng cắt của dao trong điều kiện nhiệt độ và áp lực rất lớn ở vùng
cắt.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
Độ bền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim như
vomfram, crôm, vanađi, môlipđen, côban... Trong đó Vonfram là thành phần hợp kim
cơ bản làm cho thép có độ bền nhiệt. Độ bền nhiệt được nâng cao khi tăng hàm lượng
vanađi. nếu độ bền nhiệt của thép gió P18 là 600
o
C thì khi nâng cao hàm lượng vanađi
đến 5% và vonfram đến 10%, độ bền nhiệt sẽ tăng đến 630
o
C. Nguyên tố côban cũng
ảnh hưởng lớn đến độ bền nhiệt. Khi thép gió có 18% vonfram và 10% côban thì độ
bền nhiệt lên tới 650
o

C.
Ngoài ra, chế độ nhiệt luyện cũng ảnh hưởng nhiều đến độ bền nhiệt của vật liệu
dụng cụ cắt.
- Độ dẫn nhiệt: Độ dẫn nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt càng cao thì nhiệt lượng được
truyền khỏi lưỡi cắt càng nhanh. Do đó giảm sự tập trung nhiệt độ trên vùng cắt, tăng
độ bền mòn cho dụng cụ cắt. Mặt khác, cho phép nâng cao tốc độ cắt. Chính vì kim
cương có độ dẫn nhiệt lớn hơn hẳn so với các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nên cho
phép dao kim cương cắt với tốc độ rất cao.
- Tính chịu mòn: Độ bền mòn của vật liệu dụng cụ cắt được đặc trưng bởi khả năng
giữ vững hình dáng và thông số hình học phần cắt trong quá trình gia công.
Trong quá trình cắt, mặt trước dụng cụ tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với
mặt đang gia công chi tiết với tốc độ trượt lớn, nên vật liệu dụng cụ phải có tính chịu
mòn cao. Phần cắt của dụng cụ, khi đủ sức bền cơ học, thì dạng hỏng chủ yếu là dụng
cụ bị mài mòn. Thực tế chỉ rõ rằng khi độ cứng càng cao thì tính chịu mòn vật liệu
càng cao. Tính chịu mòn vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng.
Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra mòn dao là hiện tượng dính chảy
của vật liệu làm dao. Tính chảy dính của vật liệu làm dao được đặc trưng bởi nhiệt độ
chảy dính giữa hai vật liệu tiếp xúc với nhau… Vật liệu làm dao tốt là loại vật liệu có
nhiệt độ chảy dính cao. Qua nghiên cứu thực nghiệm, nhiệt độ chảy dính của các loại
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
hợp kim cứng có cacbit vonfram ( WC), cacbit titan (TiC) với thép (1000
0
C ) cao hơn
các hợp kim coban với thép (675
0

C)

1.1.1.2. Tính công nghệ
Dụng cụ cắt thường có hình dáng hình học phức tạp, đòi hỏi những yêu cầu kỹ
thuật khá cao về độ chính xác hình dáng kích thước, độ nhẵn bề mặt. Vì vậy, vật liệu
dụng cụ cắt cần phải có tính công nghệ tốt.
Tính công nghệ tốt là khả năng của vật liệu cho phép gia công hợp lý, dễ dàng
bằng các phương pháp gia công khác nhau như hàn, gia công bằng áp lực, bằng cắt,
bằng nhiệt luyện, bằng hóa nhiệt...
Tính công nghệ của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần hóa
học, cấu trúc tế vi, kích thước hạt, độ cứng, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt...
1.1.1.3. Tính kinh tế
Khi chọn vật liệu dụng cụ cắt, ngoài việc chú ý đến tính năng cắt, tính công
nghệ, còn cần phải chú ý đến giá thành của chúng nữa. Vật liệu dụng cụ cắt thường đắt
tiền. Chi phí vật liệu thường chiếm một tỷ lệ cao trong giá thành chế tạo dụng cụ cắt.
Do đó cần phải chọn vật liệu dụng cụ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dao, của chi
tiết gia công, nhằm giảm chi phí chế tạo dao cho một đơn vị chi tiết gia công.
1.1.2. Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hƣởng của các yếu tố vật liệu tới mòn và
tuổi bền dụng cụ
Vật liệu dụng cụ cắt được hình thành và phát triển theo nhu cầu phát triển của
khoa học kỹ thuật và của sản xuất. Chúng được chia thành các loại sau: Thép cacbon
dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, vật liệu sứ, kim cương,
nitriítbo lập phương.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
Lịch sử phát triển và sử dụng các loại vật liệu dụng cụ và đặc tính của chúng

được trình bày trong bảng 1.1 và tính chất của chúng được trình bày trên biểu đồ 1.1

Bảng 1.1. Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ
Năm Vật liệu dụng cụ V
c
60m/ph Nhiệt độ giới hạn
đặc tính cắt
0
C
Độ cứng
HRC
1894 Thép cacbon dụng cụ 5 200 -300 60
1900 Thép hợp kim dụng cụ 8 300 – 500 60
1900 Thép gió 12
1908 Thép gió cải tiến 15 – 20 500 – 600 60 - 64
1913 Thép gió (tăng Co và W) 20 – 30 600 – 650 -
1931 Hợp kim cứng cacbit
vonfram
200 1000 – 1200 91
1934 Hợp kim cứng WC và
TiC
300 1000 – 1200 91 - 92
1955 Kim cương nhân tạo 800 100000
HV
1957 Sành sứ 300 – 500 1500 92 - 94
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
1965 Nitrit Bo 100 – 200
Thép tôi
1600 8000 HV
1970 Hợp kim cứng phủ (TiC) 300 1000 18000 HV
Qua sự phát triển của vật liệu dụng cụ cắt, có thể thấy rằng phần vật liệu cứng
trong vật liệu dụng cụ cắt tăng lên, do đó tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng, tăng
tuổi bền dụng cụ và tăng được tốc độ cắt, phần vật liệu cứng trong các loại vật liệu
dụng cụ có thể được đánh giá theo %
Ví dụ : Thép dụng cụ 5 – 10%
Thép gió 20 – 30%
Hợp kim cứng 85 – 97%
Sành sứ 80 – 100%
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
1. Thép dụng cụ
2. Thép hợp kim dụng cụ
3. Thép gió
4. Thép Stellite
5. Hợp kim cứng thông
dụng
6. Hợp kim cứng đặc biệt
7. Sành sứ
8. Vật liệu cắt siêu cứng

Hình 1.1 Tính chất vật liệu dụng cụ

1.1.2.1. Thép cacbon dụng cụ.
Để bảo đảm cho thép cacbon dụng cụ có đủ độ cứng và có tính chịu mòn cao,
hàm lượng cacbon chứa trong thép thường vào khoảng 0,65 1,35%.
Sau khi nhiệt luyện, độ cứng bề mặt đạt được HRC 60 65, còn trong lõi chỉ
đạt khoảng HRC 40. Vì độ thấm tôi thấp nên phải tôi trong nước hoặc trong hỗn hợp
nước và muối. Do tốc độ nguội nhanh nên trong khi tôi thường bị biến dạng, nứt, vỡ.
Mặt khác thép cácbon dụng cụ rất nhạy cảm với sự quá nhiệt. Khi quá nhiệt, kích
thước hạt tăng nhanh làm độ giòn tăng và dễ gẫy, mẻ.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
Độ bền nhiệt của thép cácbon dụng cụ thấp, vào khoảng 200
o
250
o
C, độ chịu
mòn kém, tính năng cắt thấp. Do đó thép cac bon dụng cụ chỉ được dùng để chế tạo
dụng cụ cắt làm việc với tốc độ cắt thấp để cắt vật liệu mềm.Thường chỉ cắt với tốc độ
V = 4 10 m/ph.
Ưu điểm của thép cacbon dụng cụ là dễ mài sắc, dễ đạt độ nhẵn bề mặt cao và
giá thành rẻ.
Hiện đang sử dụng một số mác thép cacbon dụng cụ sau: CD70A, CD80A,
CD90A, CD100A, CD110A, CD120A và CD130A (tương đương với mác thép của
Nga là: Y7A, Y8A, Y9A, Y10A, Y11A, Y12A, Y13A). CD là ký hiệu của thép cacbon
dụng cụ. Các chỉ số 70, 80, 90... 130 là số phần vạn cacbon chứa trong thép. A là loại

thép tốt (có hàm lượng S < 0,02% và P < 0,03%).
Thép CD70A có độ dẻo và độ dai tốt, chịu được va đập nên thường dùng để chế
tạo các dụng cụ rèn, nguội như đục, mũi núng... Thép CD80A, CD90A dùng để chế tạo
các dụng cụ gia công gỗ như dao phay, mũi khoét, lưỡi cưa dọc, lưỡi cưa đĩa... Thép
CD100A, CD110A, CD120A, CD130A thường dùng để chế tạo mũi doa, bàn ren, tarô,
giũa...

1.1.2.2. Thép hợp kim dụng cụ
Để tăng tính cắt, có thể pha thêm vào thép cacbon dụng cụ một số nguyên tố
hợp kim như Vonfram, Crôm, vanađi... với hàm lượng khoảng 0,5 3% và nhận được
thép hợp kim dụng cụ. Vonfram có tác dụng làm tăng độ bền nhiệt, độ chịu mòn.
Crôm để tăng độ thấm tôi và độ cứng. Vanađi tạo ra cacbít có độ hạt nhỏ nên có độ
cứng và độ bền cao.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
Thép hợp kim dụng cụ tôi ở nhiệt độ 820
o
C 850
o
C trong dầu. Sau khi nhiệt
luyện, đạt độ cứng HRC 62 66. Tuy không cứng hơn thép cacbon dụng cụ bao nhiêu,
nhưng độ bền nhiệt của thép hợp kim dụng cụ khá hơn, khoảng 350
o
C 400
o
C. Do đó

cho phép nâng cao tốc độ cắt lên gấp 1,2 1,4 lần so với dao làm bằng thép cacbon
dụng cụ (V = 12 15m/ph).
Để chế tạo dụng cụ cắt, thường dùng các loại thép hợp kim dụng cụ sau: 90 CrSi
(9XC), 100 CrWMn (XB ), 130 Cr12V1 (X12 1), 110 Cr6WV (X6B ). Trong đó
thép 90CrSi được sử dụng rộng rãi nhất vì có những ưu điểm sau:
- Rẻ tiền so với các mác thép hợp kim dụng cụ khác.
- Độ thấm tôi và tính tôi tốt nên sau khi tôi có thể làm nguội trong dầu. Dụng cụ
cắt sau khi tôi ít bị biến dạng, cong vênh.
- Phân bố các bít đồng đều nên độ bền nhiệt cao, cho phép nâng cao tốc độ cắt.
Tuy vậy thép 90 CrSi còn một số nhược điểm sau:
+ Độ cứng ở trạng thái ủ vẫn cao (HB217 235) do đó khó gia công.
+ Khi nhiệt luyện dễ sinh ra lớp thoát cacbon do đó ảnh hưởng xấu đến độ cứng
tại những chỗ mỏng trên phần cắt của dao. Thép 90 CrSi được dùng để chế tạo các
dụng cụ cắt có biên dạng không mài sau nhiệt luyện, các dụng cụ có kích thước lớn,
các dụng cụ gia công ren đặc biệt là bàn ren có bước nhỏ.
Thép hợp kim 100 CrWMn có độ thấm tôi tốt, có thể tôi trong dầu và rất ít bị
biến dạng sau khi nhiệt luyện. Do đó thường dùng để chế tạo dao chuốt nhất là dao
chuốt có chiều dài lớn và kích thước tiết diện ngang nhỏ. Ví dụ như dao chuốt rãnh
then. Nhược điểm của thép 100CrWMn là dễ tạo ra các lưới cacbit do đó làm cho lưỡi
dao dễ bị mẻ. Vì vậy không nên dùng để chế tạo dao làm việc trong điều kiện tải trọng
động lớn.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
Tính chất cơ lý và thành phần hoá học của một số thép hợp kim dụng cụ thông
dụng được trình bày ở bảng 1.2
Bảng 1.2 Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ (%)

Nhóm Nhãn hiệu C Mn Si Cr W V
I Thép Cr05 1.25-1.10 0.20-0.40 < 0.35 0.04-0.60 - -
Thép 85CrV 0.80-0.90 0.30-0.60 < 0.35 0.45-0.70 - 0.15-
0.30
II Thép Cr 0.95-1.1 < 0.4 < 0.35 1.3-1.6 - -
Thép 9CrSi 0.85-0.95 0.3-0.6 1.2-1.6 0.95-1.25 - -
III

Thép CrMn 1.3-1.5 0.45-0.7 < 0.35 1.3-1.6 - -
Thép
CrWMn
0.9-1.0 0.8-1.0 0.15-
0.35
0.9-1.2 1.2-
1.6
-
IV Thép CrW5 1.25-1.5 < 0.3 < 0.3 0.4-0.7 4.5-
5.5
0.15-
0.30

1.1.2.3. Thép gió
Thép gió còn được gọi là thép cao tốc. Đó là loại thép hợp kim có hàm lượng
hợp kim cao, nhất là vomfram (khoảng 6 19%) và crôm (khoảng 3 4,6%). Sau khi
nhiệt luyện, độ cứng đạt HRC62 65. Thép gió có độ thấm tôi lớn, độ bền mòn và độ
bền cơ học cao. Độ bền nhiệt khoảng 600
o
C. Vì vậy dao thép gió có thể cắt với tốc độ
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20
lớn gấp 3 4 lần dao thép cácbon dụng cụ. Tốc độ cắt lớn nhất của dao thép gió V
max
=
50m/ph.
Thép gió được chia làm hai loại:
Thép gió có năng suất thường, gồm các mác: P18, P12, P9, P6M5.
Thép gió có năng suất cao, gồm các mác: P18 2, P9 5, P14 4, P9K5, P9K10,
P18K5 2, P10K5 5.
Chữ P - ký hiệu của thép gió; - Vanađi (V) ; K - côban (C
o
) ;
M - môlíp đen (M
o
).
Các chỉ số đứng sau chữ P, , K, M biểu thị hàm lượng tính theo phần trăm của
vonfram, vanađi, côban, môlíp đen.
Thép gió P18 và P9 được sử dụng phổ biến. Chúng có độ bền nhiệt và tính năng
cắt như nhau. Do đó tuổi bền khi cắt ở vùng tốc độ cao là như nhau. Còn khi cắt ở vùng
tốc độ thấp (dao chuốt), dao thép gió P18 có tuổi bền cao hơn dao thép gió P9 vì độ
chịu mòn ở trạng thái nguội của thép gió P18 cao hơn P9.
Thép gió P9 có hàm lượng vanađi cao hơn nên cứng hơn, khó mài hơn. Khi mài
sắc dễ sinh hiện tượng cháy bề mặt làm độ cứng giảm. Thép gió P9 có hàm lượng
vonfram ít hơn nên rẻ hơn. Mặt khác do ít vonfram nên lượng cacbít dư ít và có sự
phân bố cacbít đồng đều hơn nên có tính gia công tốt ở trạng thái nóng, dễ rèn, dễ cán.
Điều đó quan trọng đối với dụng cụ cắt có phôi được tạo nên bằng phương pháp biến
dạng dẻo (mũi khoan xoắn).

Nhược điểm lớn nhất của thép gió là sự phân bố không đồng nhất của cacbit
sinh ra trong quá trình biến cứng của thép đúc. Do dó làm giảm chất lượng và cơ tính
của thép gió dẫn đến lưỡi cắt dễ bị mẻ gẫy, làm giảm tuổi bền của dao. Vì vậy trước
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
khi gia công cơ, phôi thép gió cần được rèn đi rèn lại nhiều lần để phân bố lại cacbít
cho đồng đều.
Đối với dụng cụ cắt có hình dáng đơn giản (dao tiện, dao phay, mũi khoét...)
làm việc ở vùng tốc độ cao nên làm bằng thép gió P9. Còn đối với các loại dao định
hình phức tạp (dao cắt ren, cắt răng... cũng như đối với các dụng cụ cắt làm việc ở
vùng tốc độ thấp (dao chuốt, mũi doa, mũi khoét nhỏ...) nên chế tạo bằng thép gió
P18.
Thép gió có năng suất cao được chế tạo theo hai hướng:
+ Thêm côban: Như thép gió P9K5, P9K10, P10K5 5, P18K5 2. Côban làm
tăng độ chịu nhiệt, độ cứng do đó làm tăng tính cắt của thép gió. Nhưng nếu tăng
côban quá nhiều sẽ làm tăng dộ giòn, giảm độ bền. Mặt khác côban đắt tiền nên loại
thép gió này chỉ dùng để gia công những vật liệu khó cắt như thép chịu nhiệt, thép
không gỉ...
+ Thêm vanađi: Như thép gió P9 9, P14 4, P18 2, P10K5 5, P18K5 2. Thép
gió vanađi có độ bền nhiệt và nhất là độ cứng, độ chịu mòn cao hơn thép gió P18.
Nhưng nhược điểm của chúng là khó rèn, khó mài sắc. Do đó chỉ dùng để chế tạo các
loại dao gia công tinh và dao có lưỡi cắt mỏng (dao chuốt, mũi doa, dao cà răng...).
Thép gió thường có hàm lượng molip đen khoảng 0,3'%. Để giảm lượng
vonfram, có thể tăng môlíp đen theo định mức: 1% môlíp đen thay thế cho 2%
vonfram và nhận được loại thép gió môlíp đen. Khi đó mác thép được ghi thêm chữ M.
Ví dụ: P18M và P9M. Hàm lượng môlíp đen trong thép gió P18M cho phép đến 1%,

trong thép gió P9M cho phép đến 0,6%. Nói chung tính năng cắt của hai nhóm thép gió
vonfram và thép gió môlíp đen tương đương nhau. Thép gió môlip đen có độ không
đồng nhất cacbít nhỏ hơn thép gió vonfram. Song nhược điểm cơ bản của thép gió
môlip đen là làm giảm nhiệt độ tôi và tăng sự thoát cacbon bề mặt khi tăng hàm lượng
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
môlip đen. Vì vậy để tránh làm hỏng lớp bề mặt của dao cần tiến hành tôi trong lò có
môi trưòng bảo vệ.
Bảng 1.3 Thành phần hoá học của một số loại thép gió (%)
Nhãn hiệu C Cr W V Co
1. Thép có năng xuất thường
P18 0.7 -0.8 3.8 – 4.4 17.5 – 19.0 1.0 – 1.4 -
P9 0.85 – 0.95 3.8 – 4.4 8.5 – 10.0 2.0 – 2.6 -
2. Thép gió có năng suất cao
P9 5
1.4 – 1.5 3.8 – 4.4 0.9 – 10.5 4.3 – 5.1 -
P14 4
1.2 – 1.3 4.0 – 4.6 13.0 – 14.5 3.4 – 4.1 -
P18 2
0.85 – 0.95 3.8 – 4.4 17.5 – 19.0 1.8 – 2.4 -
P9K5 0.9 – 1.0 3.8 – 4.4 9.0 – 10.5 2.0 – 2.6 5.0 – 6.0
P9K10 0.9 – 1.0 3.8 – 4.4 9.0 – 10.5 2.0 – 2.6 9.5 – 10.5
P10K5 5
1.45 – 1.55 4.0 – 4.6 10.0 – 11.5 4.3 – 5.1 5.0 – 6.0
P18K5 2
0.85 – 0.95 3.8 – 4.4 17.5 – 19.0 1.8 – 2.4 5.0 – 6.0

Tất cả các nhãn hiệu thép nói trên đều có lượng tạp chất hạn chế:
Mn < 0.4%; Si < 0.4%; Mo <0.5%; Ni < 0.4%; P <0.03%; S < 0.03%
Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện. Vì vậy khi nhiệt
luyện thép gió cần chú ý một số điểm chủ yếu sau :
- Không nung nóng thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao ( nhiệt độ tôi bằng
1300
0
C) mà phải tăng nhiệt độ dần dần từ 650
0
C, vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

23
Thông thường thép gió được nung nóng qua 3 lò với nhiệt độ lần lượt 650
0
C, 850
0
C và
1300
0
C
- Phải ram sau khi tôi nhiều lần (3 lần) mỗi lần trong 1 giờ. Sau mỗi lần ram phải
để nguội đến nhiệt độ thường.

Hình1.2. Sơ đồ tôi và ram thép gió

Ở Mỹ, thép gió được chia làm hai nhóm: Thép gió môlíp đen và thép gió

vonfram. Theo hệ tiêu chuẩn AISI thép gió môlip đen gồm các mác sau: M1, M2, M3,
M4, M6, M7, M10, M30, M33, M34, M36, M41, M42, M43, M44, M46, M47. NHóm
thép gió vonfram gồm các mác sau: T1, T2, T4, T5, T6, T8, T15. Ở Nhật nhóm thép
gió vonfram có các mác: SKH2, SKH3, SKH4, SKH10.
Nhóm thép gió môlip đen - Vonfram có các mác: SKH51, SKH52, SKH53,
SKH54, SKH55, SKH56, SKH57, SKH58, SKH59.
Các mác thép gió tương đương của các nước được giới thiệu ở bảng sau:
Bảng 1.4 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng
Ký hiệu các loại thép gió thông dụng Phạm vi sử dụng
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

24
I SO OCT
DIN
AISI AFNOR
1.3353 P18
S18-
0-2
T1 Z80W18
Dùng cho tất cả các loại dụng cụ
cắt để gia công thép các bon,
thép hợp kim.
1.3302 P12 - T7 - Dùng như loại trên
- P9 - - -
Dùng để chế tạo các loại dụng cụ
dơn giản, gia công các loại thép
kết cấu.

1.3343 P6M5
S6-
5-2
M2
Z85WDV
06-05-02
Dùng như loại trên, đặc biệt để
chế tạo dụng cụ cắt ren và dụng
cụ cắt chịu va đập.
- PGM5 3
SG-
5- 3
M3
Z130WDV
06-05- 04
Dùng để chế tạo các loại dụng cụ
gia công tinh (dao tiện định
hình, mũi doa, dao chuốt, dao
phay) gia công các loại thép kết
cấu hợp kim và không hợp kim .
- P18K5 2 - T4
Z85WK18-05


Dùng để chế tạo các dụng cụ gia
công thô và bán tinh khi cắt các
loại thép và hợp kim chịu nóng,
thép không gỉ.
1.3243
P6M5K5

S6-
5-2
M35
Z80WDV
06-05-02
Dùng chế tạo các dụng cụ gia
công thô và bán tinh, gia công
các loại thép không gỉ, thép hợp
kim

1.1.2.4. Hợp kim cứng
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

25
Hợp kim cứng được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột. Thành phần chủ
yếu của hợp kim cứng là cacbit vonfram, một số loại còn có cacbít titan, cacbít tantan.
Hợp kim cứng có độ cứng lớn: HRA87 92 (lớn hơn HRC70). Độ bền nhiệt cao:
1000
o
C. Độ bền mòn cao hơn hẳn thép gió. Vì vậy dao hợp kim cứng có thể cắt với tốc
độ cắt rất lớn, khoảng 100 500 m/ph. Năng suất cắt tăng gấp 2 3 lần so với dao
thép gió.
Nhược điểm cơ bản của hợp kim cứng là độ bền uốn kém, độ dẻo thấp. Do đó
dao hợp kim cứng cần làm việc trong điều kiện không có va đập, tránh tải trọng thay
đổi và hệ thống công nghệ cần bảo đảm cứng vững.
Hợp kim cứng được chia thành ba nhóm:
- Nhóm một cacbít: Còn gọi là hợp kim cứng vonfram, ký hiệu: BK. Nhóm này được

tạo thành bởi cacbít vonfram và dung dịch đặc của nó trong côban. Hợp kim cứng
vonfram có các mác sau: BK2, BK3, BK4, BK6, BK6M, BK8, BK8B, BK10, BK11,
BK15, Chỉ số ghi sau chữ K là số phần trăm côban, còn lại là cacbít vonfram. Chữ M
ghi ở cuối chỉ loại cacbít hạt nhỏ. Chữ B ghi ở cuối chỉ loại cacbít hạt lớn.
Hợp kim cứng BK2, BK3, BK4, BK6, BK6M, BK8 được dùng để gia công cắt
kim loại. Trong đó BK8 là loại được dùng phổ biến nhất. Hợp kim cứng BK4 có tính
cắt cao hơn BK8, tốc độ cắt lớn hơn 30 70% và tuổi bền cao hơn từ 2 5 lần tùy theo
điều kiện gia công. Hợp kim cứng BK6M có độ hạt rất nhỏ và độ xốp rất thấp, thường
dùng để gia công gang đặc biệt cứng, thép không gỉ.
Nói chung hợp kim cứng nhóm một các bít thường dùng để gia công gang hoặc
các loại thép cứng vì chúng có độ dẻo cao, chịu được va đập lớn.
- Nhóm hai cacbit: Còn gọi là hợp kim cứng titan-vonfram, ký hiệu: TK. Nhóm này
được tạo thành bởi cacbít vonfram, cacbít titan và dung dịch đặc của chúng trong