Lập công thức taylor khi tiện thép kết cấu bằng dụng cụ phủ titanium nitrit (TIN)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-------------------------

HỒ PHI ANH

LẬP CÔNG THỨC TAYLOR KHI TIỆN THÉP KẾT CẤU
BẰNG DỤNG CỤ PHỦ TITANIUM NITRIT (TIN)
Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy 2011
Mã số học viên: 11044520

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh, 06 - 2013


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------

HỒ PHI ANH

Đề tài:
LẬP CÔNG THỨC TAYLOR KHI TIỆN THÉP KẾT CẤU
BẰNG DỤNG CỤ PHỦ TITANIUM NITRIT (TIN)
Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy 2011
Mã số học viên: 11044520

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013


Luận văn thạc sĩ

Trang i

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

Cán bộ chấm nhận xét 1 :................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
TP. HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ............................................................
2. ............................................................
3. ............................................................
4. ............................................................
5. ............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

CBHD: PGS.TS. Trần Dỗn Sơn

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

HVTH: Hồ Phi Anh

Luận văn thạc sĩ

Trang ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Hồ Phi Anh

MSHV: 11044520

Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1974

Nơi sinh: Hà Tĩnh

Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy

Mã số: 605204

I- TÊN ĐỀ TÀI: Lập công thức Taylor khi tiện thép kết cấu bằng dụng cụ phủ
Titanium Nitrit (TiN)
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:


Nghiên cứu tổng quan về quá trình cắt kim loại



Tìm hiểu về sự ảnh hưởng chế độ cắt đến tuổi bền dao



Xác định các hệ số của phương trình Taylor bằng thực nghiệm



Xác định các hệ số trong phương trình Taylor mở rộng



Xác định mối quan hệ, điều kiện cắt và tuổi bền dao

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Trần Doãn Sơn
Tp.HCM, ngày
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

tháng

năm 2013

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)

CBHD: PGS.TS. Trần Dỗn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang iii

LỜI CẢM ƠN

Với vai trò của một người bắt đầu chập chững bước vào con đường
nghiên cứu khoa học, mọi thứ đối với em đều quá mới mẽ, đơi khi gặp khơng ít
khó khăn vất vả. Tuy nhiên với sự uyên bác về kiến thức chuyên môn và sự tận
tâm của một người thầy, thầy giáo PGS.TS. Trần Dỗn Sơn, đã dìu dắt em từng
bước, từng bước để vượt qua tất cả mọi khó khăn, cho đến ngày hơm nay em đã
hồn thành được luận văn của mình. Lúc này em muốn gửi lời tri ân sâu sắc
nhất đến với thầy, và em cầu mong cho thầy ln ln dồi dào sức khỏe, để dìu
dắt cho những thế hệ học trò tiếp theo như chúng em trở thành những người có
ích cho xã hội.
Đồng thời em gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô giáo, cũng như các anh chị lớp
cao học chế tạo máy 2011ở khoa cơ khí trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, đã
hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn.
Bên cạnh đó em muốn gửi lời cảm ơn tới thầy giáo Bùi Phương Tùng, thầy

giáo Bùi Quang Khải, thuộc khoa cơ khí trường Cao Đẳng Cơng Nghệ Thủ Đức. và
anh Thái Hồng Kỳ thuộc trung tâm kiểm định 3 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về
trang thiết bị để em hoàn thành được nghiên cứu này.
Trân trọng cảm ơn !

TP. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 06 năm 2013
Học viên thực hiện

Hồ Phi Anh

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn này nghiên cứu về mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt đến
tuổi bền dao. Thiết kế thực nghiệm, đưa ra các giá trị điều kiện cắt với tốc độ
cắt v = 290 ÷ 390 (m/phút); lượng chạy dao s = 0.11÷ 0.25 (mm/vịng); chiều
sâu cắt t = 0.3 ÷ 0.9 (mm) dựa trên cơ sở sổ tay của nhà sản xuất. Chọn mơ hình
quy hoạch hỗn hợp dạng B, tiến hành 8 thực nghiệm tại nhân và mỗi thực
nghiệm lặp lại 4 lần.
Thực nghiệm thực hiện trên máy tiện CNC JG – 100, kiểm tra độ bóng
bằng máy SJ-301, đo kích thước dùng Panme đo trục. Tiến hành gia cơng và đo
đồng thời cả độ bóng bề mặt và lượng tăng kích thước đường kính. Khi giá trị

độ búng Ra t t 1 ữ 1.25 (àm) hoc lng tăng đường kính gia cơng δ ≤ 60
(µm), dừng thực nghiệm và có giá trị tuổi bền dao T(phút) tương ứng. Sau khi
hoàn thành tất cả thực nghiệm, tiến hành xử lý số liệu để tìm quan hệ giữa các
yếu tố chế độ cắt (s,v,t) đến tuổi bền dao (T), kết quả đạt được:
Khi chỉ xét đến sự thay đổi của vận tốc còn các yếu tố khác giữ nguyên
tác giả thu được phương trình Taylor.
V.T0.272 = 855
Khi xét đến sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố, thu được phương trình
Taylor mở rộng.
T.V4.04.s0.575.t0.3389 = 87719925130
Bổ sung thêm thực nghiệm tại các điểm sao, của quy hoạch hỗn hợp đối
xứng bậc hai, thu được phương trình quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền dao:
T = 29.164 – 9.337
5.07

)(

) +12.835(

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

) – 25.11

) –

4.587

) +

)2

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang v

ABSTRACT

This paper studies the relationship between the cutting element to the old regime
durable cutting tools. Author experimental design, given the value of the cutting conditions
with cutting speed v = 290 ÷ 390 (m / min); quality toolpath s = 0.11÷ 0.25 (mm / rev),
depth of cut t = 0.3 ÷ 0.9 (mm) based on the manufacturer's handbook. Choose model B
mixture planning, conducting experiments in center and 8 each experiment repeated 4
times.
The experiment is performed on CNC lathes JG - 100, gloss testing machine SJ301, measured using micrometer to measure the shaft size. Carry out machining and
simultaneous measurement of surface finish and increase the size of the diameter.
When the value of gloss (Ra) is 1 ÷ 1:25 (µm) in diameter or increase the amount of δ ≤
60 (micrometers), stop experimentation and durable cutting tools value T (min),
respectively. After completion of all experiments, conducted data analysis to find the
relationship between these factors cut mode (s, v, t) to the stable age range (T).
The results are:
When considering only the change of velocity also other factors remain the authors
obtained Taylor equation.

V.T0.272 = 855
When it comes to the influence of many factors, obtained extended Taylor
equation.

T.V4.04.s0.575.t0.3389 = 87719925130
Adding to the experience at the stars, the planning symmetric quadratic
mixture,

obtained

T = 29.164 – 9.337
+12.835(

equation

between

) – 25.11

cutting
) – 4.587

condition

and

) + 5.07

tool

life:

)(

)

)2

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang vi

LỜI CAM KẾT

Tôi cam đoan rằng luận văn thạc sỹ “ Lập công thức Taylor khi tiện thép kết
cấu bằng dụng cụ phủ Titanium Nitrit (TiN) ” là cơng trình nghiên cứu của riêng
tơi.
Những thơng tin, số liệu sử dụng được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh mục
tài liệu tham khảo. Kết quả nghiên cứu này chưa được cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nghiên cứu nào từ trước đến nay.
Nếu có gì khơng đúng sự thật tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm
TP. HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2013

Hồ Phi Anh

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh

Luận văn thạc sĩ

Trang vii

MỤC LỤC

Trang
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CỦA LUẬN VĂN .......................................................1
1.1. Giới thiệu về quá trình phát triển dụng cụ cắt ..................................................1
1.2. Dụng cụ cắt có lớp phủ .....................................................................................2
1.2.1. Cấu tạo và đặc điểm của dụng cụ cắt có lớp phủ.......................................2
1.2.2. Quy trình phủ .............................................................................................3
1.2.2.1. Phương pháp phủ bay hơi vật lý( PVD) .............................................3
1.2.2.2. Phương pháp phủ bay hơi hố học (CVD).........................................4
1.2.2.3. Tóm tắt quy trình chế tạo mảnh dao tiện (Insert)...............................5
1.2.3. Các loại dụng cụ cắt có lớp phủ thơng dụng .............................................8
1.2.4. Các cơng trình nghiên cứu về vật liệu phủ có liên quan đến luận văn ....10
1.2.4.1. Cơng trình của N.H.KIM,J.S.CHUN “Nghiên cứu tuổi bền của dao
có nền các bít vơnfram và vật liệu lớp phủ các bít ti tan và nhơm oxít” ......10
1.2.4.2. “Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích thép
gió có lớp phủ sản xuất tại Việt Nam", luận văn thạc sĩ, trường đại học thái
nguyên. ..........................................................................................................13
1.3. Tính Cấp Thiết Của Đề Tài ............................................................................14
1.4. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài .................................14
1.5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài...........................................15
1.7. Kết luận ..........................................................................................................15
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC CỦA Q TRÌNH CẮT KIM LOẠI
...................................................................................................................................17
2.1. Q trình hình thành phoi ...............................................................................17

2.1.1. Các giai đoạn hình thành phoi theo mơ hình cắt trực giao ..........................17
2.1.2. Q trình tạo phoi thực sự .......................................................................20
2.1.3. Các dạng phoi. .........................................................................................21
2.1.3.1. Phoi dây............................................................................................22
2.1.3.2. Phoi lẹo dao ......................................................................................22
CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang viii

2.1.3.3. Phoi xếp ............................................................................................24
2.1.3.4. Phoi vụn ...........................................................................................24
2.1.3.5. Phoi phân tố .....................................................................................24
2.2. Lực cắt ............................................................................................................25
2.2.1. Lực cắt trong mơ hình trực giao ..............................................................25
2.2.2. Lực cắt khi tiện và các yếu tố ảnh hưởng ................................................26
2.2.2.1. Các thành phần lực cắt khi tiện ........................................................26
2.2.2.2. Các yếu ảnh hưởng đến các thành phần lực cắt khi tiện ..................28
2.4. Kết luận ..........................................................................................................31
CHƯƠNG 3: DAO TIỆN GẮN MẢNH INSERT....................................................32
3.1. Dao tiện truyền thống .....................................................................................32
3.2. Dao tiện sử dụng trên máy CNC ....................................................................33
3.2.1. Cấu tạo hình dáng và ký hiệu mãnh Insert ..............................................33
3.2.1.1. Cấu tạo .............................................................................................33
3.2.1.2. Hình dáng .........................................................................................34
3.2.1.3. Ký hiệu .............................................................................................34

3.2.2. Cán dao tiện ngoài ...................................................................................39
3.3. kết luận ...........................................................................................................44
Dụng cụ cắt sử dụng trên máy CNC ngày càng phổ biến, để khai thác hiệu quả
phải hiểu rõ kết cấu, ký hiệu, ưu nhược điểm của từng loại. ................................44
Trong luận văn này chỉ tìm hiểu một loại dao tiện ngồi có lớp phủ Titanium
Nitrit (TiN) ............................................................................................................44
CHƯƠNG 4: THÉP KẾT CẤU ...............................................................................45
4.1. Giới thiệu về vật liệu kim loại ........................................................................45
4.1.1. Khái niệm.................................................................................................45
4.1.2. Cấu trúc mạng tinh thể .............................................................................45
4.2. Giới thiệu về thép cácbon kết cấu ..................................................................47
4.2.1. Thành phần hoá học .................................................................................47
4.2.2. Tổ chức tế vi ............................................................................................47
4.2.3. Tính chất, ký hiệu và cơng dụng ..............................................................48
CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang ix

4.2.3.1. Tính chất...........................................................................................48
4.2.3.2. Ký hiệu .............................................................................................48
4.2.3.3. Công dụng ........................................................................................49
4.2.4. Ưu và nhược điểm ...................................................................................49
4.3. Tổng kết ..........................................................................................................50
CHƯƠNG 5: MỊN VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ CẮT CĨ LỚP PHỦ KHI TIỆN
THÉP KẾT CẤU.......................................................................................................51

5.1. Bản chất vật lý của sự mài mịn dụng cụ cắt ..................................................51
5.2. Q trình mài mòn dụng cụ cắt ......................................................................53
5.3. Các dạng mòn của dụng cụ cắt. ......................................................................54
5.3.1. Mài mòn mặt trước ..................................................................................55
5.3.2. Mài mòn mặt sau .....................................................................................56
5.4. Chỉ tiêu đánh giá sự mài mòn của dụng cụ cắt ...............................................57
5.4.1. Chỉ tiêu đánh giá mòn mặt sau ................................................................57
5.4.2. Chỉ tiêu đánh giá mòn mặt trước .............................................................59
5.5. Tuổi bền dao và phương trình Taylor về tuổi bền dao. ..................................60
5.5.1. Khái niệm tuổi bền dao ............................................................................60
5.5.2. Phương trình Taylor về tuổi bền dao .......................................................61
5.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi bền dao...................................................62
5.5.3.1. Ảnh hưởng của chi tiết gia công ......................................................62
5.5.3.2. Ảnh hưởng của vận tốc cắt...............................................................62
5.6. Kết luận ..........................................................................................................64
CHƯƠNG 6. XÁC ĐỊNH CÁC HỆ SỐ TRONG PHƯƠNG TRÌNH TAYLOR
KHI TIỆN THÉP S45C BẰNG DAO PHỦ TITANIUM NITRIT(TIN) .................65
6.1. Cơ sở và phương pháp nghiên cứu .................................................................65
6.2. Nhám bề mặt trong gia công. .........................................................................65
6.2.1. Khái niệm ....................................................................................................65
6.2.3. Chiều cao nhấp nhô profin theo mười điểm Rz. ......................................66
6.2.4. Phương pháp kiểm tra chất lượng bề mặt chi tiết máy ............................67
6.2.5. Các giá trị nhám bề mặt có thể đạt được trong gia công cắt gọt .............67
CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang x

6.3. Lựa chọn mơ hình quy hoạch. ........................................................................68
6.3.1. Lựa chọn giá trị chế độ cắt.......................................................................69
6.3.2. Phương pháp định mòn tới hạn ................................................................70
6.4. Trang thiết bị thực nghiệm .............................................................................72
6.4.1. Máy tiện CNC ..........................................................................................72
6.4.2. Dụng cụ cắt ..............................................................................................73
6.4.3. Chi tiết gia cơng .......................................................................................74
6.4.4. Dụng cụ đo trong thí nghiệm ...................................................................75
6.4.4.1. Thiết bị đo độ bóng bề mặt. .............................................................75
6.4.4.2. Dụng cụ đo kích thước. ....................................................................75
6.4.5. Phần mềm mơ phỏng và chương trình gia cơng ......................................76
6.5. Quy trình thực nghiệm....................................................................................77
6.5.1. Chuẩn bị và kiểm tra mơ hình thực nghiệm ............................................77
6.5.2. Xây dựng phương trình Taylor về tuổi bền dao khi chỉ xét đến ảnh hưởng
của vận tốc cắt....................................................................................................79
6.5.3. Thực nghiệm xây dựng phương trình Taylor mở rộng khi xét ảnh hưởng
của nhiều yếu tố đến tuổi bền dao .....................................................................83
6.5.3.1. Cơ sở thiết kế thực nghiệm ..............................................................83
6.5.3.2. Xác định số thí nghiệm lặp ..............................................................86
6.5.3.3. Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu ..............................................86
6.5.3.4. Xác định các hệ số n, m, k, C trong phương trình Taylor mở rộng .93
6.5.4. Xác định mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt đến tuổi bền dao ........95
6.6. Kết luận ..........................................................................................................98
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI.......................99
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................100

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang
Hình 1. 1 Sự phát triển các thế hệ dụng cụ ................................................................1
Hình 1.2 Cấu tạo dụng cụ cắt có lớp phủ a) Một lớp phủ

b) Nhiều lớp phủ .........2

Hình 1.3 Mơ tả ngun lý phủ bay hơi lắng đọng vật lý (PVC) ................................3
Hình 1.4 Mô tả nguyên lý phủ bay hơi lắng đọng hố học .........................................5
Hình 1.5 Mơ tả q trình trộn ngun vật liệu ............................................................6
Hình 1. 6 Quá trình định hình dạng mảnh dao ............................................................6
Hình 1. 7 Sơ đồ mơ tả q trình thiêu kết ...................................................................7
Hình 1. 8 Sơ đồ cấu trúc thiết bị thiêu kết xung điện Plasma .....................................7
Hình 1. 9 Mảnh dao được mài tinh sau khi thiêu kết ..................................................8
Hình 1. 10 Sơ đồ và thiết bị phủ mảnh dao .................................................................8
Hình 1. 11 Một số dụng cụ cắt có lớp phủ thơng dụng ...............................................9
Hình 1. 12 Sơ đồ cơ chế mịn dụng cụ cắt ................................................................13
Hình 2. 1 Mơ hình tạo phoi theo thuyết M. E. Merchant ..........................................17
Hình 2. 2 Hình học dụng cụ trong mơ hình cắt trực giao .........................................18
Hình 2. 3 Sơ đồ minh hoạ cơ chế quá trình tạo phoi.................................................19
Hình 2. 4 Sơ đồ mơ tả q trình tạo phoi với dạng cắt tự do ....................................21
Hình 2. 5 Các dạng phoi trong mơ hình cắt trực giao ...............................................22

Hình 2. 6 Các dạng phoi khi tiện a) Phoi phân tố b) Phoi xếp ................................23
Hình 2. 7 Lực cắt trong mơ hình cắt trực giao [26] ..................................................25
Hình 2. 8 Sơ đồ các thành phần lực cắt khi tiện........................................................27
Hình 2. 9 Tác dụng của nhiệt phoi bị đổi màu(nguồn SANDVIK) ..........................29
Hình 2. 10 Trường nhiệt phân bố trong vùng cắt(oC) ...............................................30
Hình 3. 1 Dao tiện thép gió phần cắt liền thân ..........................................................32
Hình 3. 2 Dao tiện mãnh hợp kim cứng được hàn khí. .............................................32
Hình 3. 3 Cấu tạo mảnh dao tiện Insert. ...................................................................34
Hình 3. 4 Hình dáng bên ngồi của một số loại mãnh Insert ....................................34
Hình 3.5 Hình dạng bên ngồi của mảnh ..................................................................35
CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang xii

Hình 3.6 Hình biểu diễn góc sau ...............................................................................35
Hình 3. 7 Ký hiệu dung sai........................................................................................36
Hình 3. 8 Kết cấu bẻ phoi..........................................................................................36
Hình 3. 9 Dữ liệu kích thước mảnh ...........................................................................37
Hình 3. 10 Dữ liệu chiều dày mảnh ..........................................................................37
Hình 3. 11 Dữ liệu bán kính mũi dao ........................................................................38
Hình 3. 12 Dữ liệu góc sắc dao .................................................................................38
Hình 3. 13 Mơ tả hướng dao .....................................................................................39
Hình 3. 14 Một số kiểu dao theo tiêu chuẩn ISO (nguồn SANDVIK) ....................39
Hình 3. 15 Một số kiểu kẹp trong dao tiện ngồi (nguồn SANDVIK) ....................40
Hình 3. 16 Một số kiểu thân dao trong dao tiện ngồi (nguồn SANDVIK) ............41

Hình 3. 17 Các kiểu ký hiệu có góc sau chính khác nhau trong dao tiện ngồi
(nguồn SANDVIK) ...................................................................................................41
Hình 3. 18 Các kiểu ký hiệu hướng cắt trong dao tiện ngồi (nguồn SANDVIK) ...42
Hình 3. 19 Mơ tả chiều cao thân dao (nguồn SANDVIK) .......................................42
Hình 3. 20 Mơ tả chiều rộng thân dao (nguồn SANDVIK) .....................................42
Hình 3. 21 Mơ tả chiều dài thân dao (nguồn SANDVIK) .......................................43
Hình 3. 22 Mơ tả chiều dài đoạn lưỡi cắt ..................................................................43
Hình 3. 23 Sơ đồ ký hiệu chỉ cách chọn thân dao và đầu dao. .................................44
Hình 4. 1 Ơ cơ sở mạng lập phương tâm khối (a,b,c) ...............................................45
Hình 4. 2 Ơ cơ sở mạng lập phương tâm mặt ...........................................................46
Hình 4. 3 Ô cơ sở mạng sáu phương xếp chặt ..........................................................47
Hình 4. 4 Tổ chức tế vi của peclit x500, a) Peclit dạng tấm. b) Peclit dạng hạt .....48
Hình 5. 1 Sự tiếp xúc và ma sát giữa phoi và mặt trước của dao..............................51
Hình 5. 2 Mơ tả khối lẹo dao trong q trình cắt ......................................................52
Hình 5. 3 Mơ tả khối q trình khuếch tán vật liệu ..................................................53
Hình 5. 4 Đồ thị mơ tả q trình mài mịn dao qua các giai đoạn ............................53
Hình 5. 5 Các dạng mài mịn dụng cụ cắt; ................................................................54
Hình 5. 6 Mơ tả hai dạng mịn đặc trưng trên dao tiện; a) Các vùng mịn; ..............55
Hình 5. 7 Mơ tả mịn mặt trước trên dao tiện, a) mơ hình 3D; b) hình chụp tế vi ...56
CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang xiii

Hình 5. 8 Mơ tả mịn mặt sau trên dao tiện. ..............................................................57
Hình 5. 9 Mặt cắt mịn mặt sau trên dao tiện [28] ....................................................58

Hình 5. 10 Mặt cắt mịn mặt trước trên dao tiện [29]. ..............................................60
Hình 5. 11 Ảnh hưởng cấu trúc tế vi đến tuổi bền khi tiện a) gang; b) thép ...........62
Hình 5. 12 Mô tả sự phụ thuộc giữa vận tốc cắt và tuổi bền dao theo độ mòn mặt
sau VB cho trước [23] ...............................................................................................63
Hình 5. 13 Quan hệ vận tốc cắt, tuổi bền dạng đồ thị Lơgarit [29]. .........................63
Hình 6.1 Mơ tả nhám bề mặt xác định Ra .................................................................66
Hình 6. 2: Mơ tả nhám bề mặt khi xác định Rz .........................................................66
Hình 6.3 Mơ hình ngun lý đo profin bề mặt [16] ..................................................67
Hình 6.4 Ảnh hưởng bán kính mũi dao và lượng chạy dao đến độ nhấp nhơ bề mặt
...................................................................................................................................68
Hình 6.5 Mơ tả quan hệ giữa mịn dao và sai số gia cơng ........................................71
Hình 6.6 Máy tiện CNC sử dụng trong thực nghiệm ................................................72
Hình 6.7 Cán và lưỡi dao sử dụng trong thực nghiệm ..............................................73
Hình 6.8 Máy đo độ bóng bề mặt SJ - 301 sử dụng trong thực nghiệm ...................75
Hình 6.9 Dụng cụ đo kích thước sử dụng trong thực nghiệm ...................................76
Hình 6.10 Mơ phỏng thực nghiệm bằng phần mềm MTS ........................................76
Hình 6.11 Mơ hình gia cơng thực nghiệm ................................................................78
Hình 6.12 Calip lại thiết bị đo độ bóng bề mặt và kiểm tra phơi trước lúc thực
nghiệm .......................................................................................................................78
Hình 6.13 Đồ thị mặt ba chiều yếu tố chế độ cắt ảnh hưởng đến tuổi bền dao ........83
Hình 6.14 Đồ thị Lơgarit quan hệ giữa vận tốc cắt và tuổi bền dao .........................83
Hình 6.15 Mơ tả sơ đồ thực nghiệm..........................................................................86
Hình 6.16 Đồ thị dạng 3D quan hệ s,v đến tuổi bền .................................................94
Hình 6.17 Đồ thị đường mức với t giữ ở mức thấp ..................................................94
Hình 6.18 Đồ thị quan hệ giữa vận tốc cắt và tuổi bền .............................................94

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh

Luận văn thạc sĩ

Trang xiv

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang
Bảng 1. 1. Chế độ cắt làm thực nghiệm ....................................................................10
Bảng 1. 2 Tuổi bền dụng cụ cắt carbide khơng có lớp phủ......................................11
Bảng 1. 3 Tuổi bền dụng cụ cắt có lớp phủ TiC .......................................................11
Bảng 1. 4 Tuổi bền dụng cụ cắt có lớp phủ TiC +Al2O3 ..........................................12
Bảng 3.1 Ký hiệu mảnh dao Insert ............................................................................35
Bảng 3.2 Ví dụ ký hiệu cán dao ..............................................................................40
Bảng 5. 1 Lượng mòn mặt sau cho phép theo tiêu chuẩn ΓOCT [2] ........................58
Bảng 5. 2 Lượng mòn mặt sau cho phép theo tiêu chuẩn AISI/SAE [2] ..................59
Bảng 5. 3 Giá trị hệ số n và C trong phương trình Taylor [23]. ...............................61
Bảng 6. 1 Miền giá trị các nhân tố đầu vào...............................................................70
Bảng 6. 2 Thông số cơ bản của máy tiện CNC JG – 100 Đài Loan .........................72
Bảng 6. 3 Thơng số kích thước mảnh Insert .............................................................73
Bảng 6. 4. Thơng số kích thước cán dao ...................................................................74
Bảng 6. 5 Thành phần hố học trong phơi làm thực nghiệm ....................................74
Bảng 6. 6 Kết quả thực nghiệm .................................................................................80
Bảng 6. 7 Ma trận quy hoạch, kết quả ......................................................................81
Bảng 6. 8 Ma trận thực nghiệm và giá trị mã hoá tương ứng ..................................85
Bảng 6. 9 Kết quả thực nghiệm ...............................................................................87
Bảng 6. 10

Phương sai các thí nghiệm lặp .............................................................90

Bảng 6. 11 Các giá trị thu từ phương trình hồi quy ..................................................92
Bảng 6. 12: Kết quả ma trận quy hoạch thực nghiệm ...............................................95

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang xv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ


Chử viết tắt

Nghĩa tiếng anh

Nghĩa tiếng việt

CAD

Computer Aided Design

Thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính

CAM

Computer Aided Manufacturing

Chế tạo với sự hỗ trợ của máy tính

HSS

Hight Speed Stell

Thép gió

PVD

Physical Vapour Deposition

Bay hơi ngưng tụ vật lý

CVD

Chemical Vapour Deposition

Bay hơi ngưng tụ hoá học

HRC

Hardness Rockwell C

Thang đo độ cứng Rockwell

ISO

International Standardization Orgnization

Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế

DIN

Deutsche Industrie Norm ( tiếng Đức)

Tiêu chuẩn công nghiệp Đức

ANSI

American National Standards Institute

Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ

JIS

Japan Industry Standard

Tiêu chuẩn nhật

LCD

Liquid Crystal Display

Màn tinh thể lỏng

TCVN

Tiêu Chuẩn Việt Nam

TNHH

Trách Nhiệm Hữu Hạn

ISO 3685

Tool-life testing with single-point turning tools

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang xvi

LỜI MỞ ĐẦU
Nghiên cứu quá trình gia cơng là một lĩnh vực rộng, đã có nhiều cơng
trình nghiên cứu, như khảo sát lực cắt, nhiệt cắt, góc độ và hình dáng hình học
của dao. Tuy nhiên những tìm hiểu về ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền
dao cịn ít, đặc biệt đối với các loại dụng cụ cắt có lớp phủ, càng mới mẽ.
Đối với nhóm vật liệu dụng cụ này nếu hiểu rõ, sẽ mang lại hiệu quả kinh
tế gia công rất cao.
Phương trình Taylor về tuổi bền dao tuy đã được sử dụng hàng trăm năm
nhưng chỉ áp dụng cho thép gió, hợp kim cứng, gốm, kim cương….Về vật liệu
phủ chưa có cơng trình nào nghiên cứu và cơng bố rộng rãi, đặc biệt nhóm vật
liệu phủ Titanium Nitrit (TiN) chiếm số lượng rất lớn trên thị trường nhưng
chưa ai ngiên cứu.

Gia cơng cơ khí đã có những phát triển vượt bậc, từ khi con người biết áp
dụng máy tính điện tử hỗ trợ cho q trình thiết kế và gia cơng. Cho đến ngày
nay với những máy CNC có thể gia cơng với số vịng quay hàng chục ngàn
vịng/phút. Tuy nhiên, để khai thác hiệu quả trang thiết bị, dụng cụ cắt phải chịu
đựng được môi trường khắc nghiệt.
Với xu thế chun mơn hố, chế tạo dụng cụ cắt đã có các tập đoàn lớn cung
cấp, nên trong nghiên cứu này khơng đi sâu quy trình chế tạo, chỉ nghiên cứu ứng
dụng hiệu quả. Đưa ra tốc độ cắt hợp lý ứng với một tuổi bền cho trước.

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CỦA LUẬN VĂN
1.1. Giới thiệu về quá trình phát triển dụng cụ cắt
Quá trình phát triển vật liệu dụng cụ cắt đã trải qua các giai đoạn vô cùng
mạnh mẽ. Ngay từ khi thép gió (HSS) ra đời đã cải thiện tốc độ cắt đáng kể so
với các loại vật liệu trước đó, tiếp sau đó các nhóm vật liệu hợp kim cứng, vật
liệu gốm có thể cho vận tốc cắt tới hơn hàng ngàn mét/phút, giúp phát triển q
trình gia cơng như tăng năng suất, cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
Sự phát triển về khoa hoc và công nghệ kết hợp với việc cạnh tranh kinh
tế đã đặt ra những yêu cầu cao hơn trong việc lựa chọn dụng cụ cắt. Để thỏa
mãn nhu cầu đó người ta tiến hành tìm kiếm những dụng cụ vật liệu mới bằng
cách thử nghiệm rất nhiều vật liệu khác nhau. Những vật liệu dụng cụ cắt mới
đã được phát minh ra trong q trình thí nghiệm là kết quả nỗ lực liên tục của

hàng nghìn thợ lành nghề, của các nhà sáng chế, các nhà công nghệ, các kỹ sư…
Sự phát triển ấy được ví như q trình tiến hóa trong sinh học.

Hình 1. 1 Sự phát triển các thế hệ dụng cụ

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang 2

Từ biểu đồ ta thấy, việc gia công một chi tiết vào năm 1900 mất quá
nhiều thời gian so với bây giờ. Nguyên nhân là do việc cải tiến vật liệu dụng cụ
là nhân tố góp phần tạo nên hiệu quả và năng suất.
Với sự cạnh tranh khốc liệt của thị trường hàng hoá như đã biết ở trên.
Điều đó dẫn đến các nhà sản xuất luôn phải áp dụng các công nghệ mới nhằm
tăng năng suất, hạ giá thành sản phẩm. Trong đó cải tiến và lựa chọn dụng cụ
cắt thích hợp là tiêu chí được các doanh nghiệp ưu tiên hàng đầu. Xuất phát từ
nhu cầu thực tiễn nên vật liệu phủ ra đời và phát triển không ngừng về chủng
loại cũng như chất lượng.
Ngày nay trên thị trường có nhiều loại dụng cụ phủ khác nhau về vật liệu
nền (thép gió, hợp kim cứng) và khác nhau về vật liệu lớp phủ như (TiC, TiN,
Mo2N, Al2O3…), khác nhau về một lớp phủ và nhiều lớp phủ. Trong đó dụng cụ
cắt có lớp phủ TiN được sử dụng rộng rãi nhất.
1.2. Dụng cụ cắt có lớp phủ
1.2.1. Cấu tạo và đặc điểm của dụng cụ cắt có lớp phủ
Dụng cụ cắt có lớp phủ, phần cắt gọt được cấu tạo bởi hai phần chính

(hình1.2).
+ Phần nền - Phổ biến là hai loại vật liệu dụng cụ cắt truyền thống, thép
gió và hợp kim cứng.
+ Phần phủ - Bao gồm các loại vật liệu như: Titanium nitrit (TiN),
Titanium carbide (TiC), Titanium carbonitrit (TiCN), Titanium aluminium nitrit
(TiAlN)

Hình 1.2 Cấu tạo dụng cụ cắt có lớp phủ
a) Một lớp phủ
CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

b) Nhiều lớp phủ
HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang 3

Lớp phủ là lớp vật liệu rất mỏng khoảng 0,002 ÷ 0,01mm với độ cứng rất
cao [1], hệ số ma sát nhỏ nên lực ma sát giữa dịng phoi và mặt trước của dao
giảm,vì vậy trong q trình gia cơng phoi thốt ra q nhanh khơng đủ thời gian
truyền nhiệt từ phoi vào dao, làm tăng tuổi bền của dao.
Tùy vào chiến lược kinh doanh nhà sản xuất dụng cụ sẽ quyết định sản
xuất ra loại một lớp phủ hay nhiều lớp phủ. Khi phủ nhiều lớp ta sẽ tận dụng
được ưu thế của các lớp phủ khác nhau, nhằm tạo ra chất lượng dụng cụ cao
hơn. Tuy nhiên quy trình phủ sẽ phức tạp và dẫn đến giá thành sản phấm sẽ cao.
1.2.2. Quy trình phủ
1.2.2.1. Phương pháp phủ bay hơi vật lý( PVD)
Phủ bằng phương pháp bay hơi vật lý (PVD) được thực hiện trong buồng

kín chứa khí trơ với áp suất thấp khoảng dưới 10-2 bar ở nhiệt độ từ 400oC –
600oC [17]. Sau khi phủ xong sẽ tạo nên một lớp màng mỏng trên bề mặt vật
liệu nền, kỹ thuật tạo lớp phủ bằng phương pháp vật lý có thể phân loại ra nhiều
hướng theo cơ chế tạo nguồn hơi từ vật rắn: phương pháp bốc bay bằng cách sử
dụng các nguồn nhiệt, hồ quang, plasma, chùm điện tử; phương pháp phún xạ.
Tuy nhiên có hai phương pháp (PVD) thơng dụng là phương pháp bốc bay bằng
nhiệt điện trở và phương pháp phún xạ magnetron phẳng.

a)

b)

Hình 1.3 Mơ tả ngun lý phủ bay hơi lắng đọng vật lý (PVC)
a) Sơ đồ nguyên lý b) Cấu trúc tế vi lớp phủ

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang 4

Với nhiệt độ của quá trình phủ như trên, phủ PVD thích hợp cho các dụng
cụ thép gió. Do nhiệt độ thấp các ngun tử khí và kim loại khi bay hơi phải
được ion hoá và kéo về bề mặt cần phủ nhờ một điện thế âm đặt vào đó. Q
trình bắn phá bề mặt phủ bằng các ion của khí trơ được thực hiện trước khi phủ
để làm tăng độ dính kết của vật liệu phủ với nền.
1.2.2.2. Phương pháp phủ bay hơi hoá học (CVD)

Phủ bay hơi hoá học CVD dùng để phủ lên bề mặt làm việc của dụng cụ
các lớp mỏng ceramics như TiC, TiN, TiCN, Al2O3 và kim cương nhân
tạo…Với chiều dy 5àm ữ 10àm. Chi tit ph c t v nung nóng trong
buồng kín chứa khí H2 (dưới áp suất khí quyển hoặc nhỏ hơn). Các hợp chất
bay hơi được đưa vào buồng để tạo ra các thành phần của lớp phủ thơng qua các
phản ứng hố học. Nhiệt độ của quá trình từ 900o đến 1100o và chu kỳ nung nóng
diễn ra vài giờ.
Với nhiệt độ phủ như vậy đã vượt quá ngưỡng bền nhiệt, của các loại thép
dụng cụ, đồng thời biến dạng nhiệt lớn sẽ tác động xấu đến dung sai kích thước
dụng cụ. Vì vậy phương pháp này không áp dung được các loại thép dụng cụ, chỉ
thích hợp khi phủ vật liệu nền là hợp kim cứng [24]
Cụ thể khi phủ mảnh Insert nền hợp kim cứng, lớp phủ Titanium nitrit
(TiN) thực hiện được bằng cả hai phương pháp (PVC) và (CVD). Cơ bản dựa
trên phản ứng hoá học giữa Titan clorua (TiCl 4), Nitơ và Hydro, với phương
trình phản ứng như sau:
2TiCl4 + N2 + 4H2 → 2TiN + 8HCL

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

(1.1). [17]

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang 5

Hình 1.4 Mơ tả ngun lý phủ bay hơi lắng đọng hoá học
Đặc trưng lớp phủ này có màu vàng, hệ số ma sát nhỏ độ cứng nóng cao,

khả năng bám dính tốt với nền. Dụng cụ cắt có lớp phủ này chịu được tốc độ cắt
và lượng chạy dao lớn. Độ mài mòn mặt sau nhỏ và có thể mài lại được. Tuy
nhiên khi cắt ở tốc độ thấp phoi bị bám vào nhiều, bị mài mịn nhiều hơn so với
dụng cụ khơng có lớp phủ [2].
1.2.2.3. Tóm tắt quy trình chế tạo mảnh dao tiện (Insert)
Bước 1: Chuẩn bị các loại nguyên vật liệu
Bột cô ban, bột cacbit vônfram, các thành phần phụ như cacbit titan,
cacbit tangtan… Sau khi chọn đúng những loại vật liệu cần thiết, tiến hành trộn
đều bằng bồn trộn.

CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang 6

Hình 1.5 Mơ tả q trình trộn nguyên vật liệu
Bước 2: Tạo hình các mảnh dao
Sau khi các loại vật liệu được chọn và trộn đều ở bước 1, tiếp theo ép tạo
thành hình dáng, kích thước theo tiêu chuẩn và kiểm tra trước lúc chuyển qua
bước kế tiếp.

Hình 1. 6 Quá trình định hình dạng mảnh dao
Bước 3: Thiêu kết mảnh dao
Sau khi thiêu kết kích thước mảnh dao sẽ bị giảm thể tích xuống cịn 50%
so với trước lúc thiêu kết

CBHD: PGS.TS. Trần Dỗn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh


Luận văn thạc sĩ

Trang 7

Hình 1. 7 Sơ đồ mơ tả quá trình thiêu kết
Ngày nay kỹ thuật thiêu kết xung điện plasma được ứng dụng nhiều. Là
một kỹ thuật tương đối mới, cho phép chuẩn bị mẫu vật liệu có mật độ (tỷ trọng)
lý tưởng, tại nhiệt độ thiêu kết tuơng đối thấp và khoảng thời gian giữ nhiệt
ngắn hơn so với các phuơng pháp thiêu kết truyền thống (như thiêu kết thường,
ép nóng, là các phương pháp thiêu kết đòi hỏi thời gian giữ nhiệt kéo dài hàng
giờ ở nhiệt độ cao).

Hình 1. 8 Sơ đồ cấu trúc thiết bị thiêu kết xung điện Plasma
Bước 4: Mài lại mảnh dao
Sau khi thiêu kết xong tiến hành mài lại kích thước mảnh Insert đúng
kích thước theo yêu cầu.
CBHD: PGS.TS. Trần Doãn Sơn

HVTH: Hồ Phi Anh