Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o §¹i häc th¸i nguyªn Tr­êng ®¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp -------------------------------------------------------- trÇn ngäc giang Nghiªn cøu mèi quan hÖ gi÷a mßn vµ tuæi bÒn cña dao g¾n m¶nh PCbn theo chÕ ®é c¾t khi tiÖn thÐp 9xc qua t«i Chuyªn ngµnh: C«ng nghÖ ChÕ t¹o m¸y LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt Người hướng dẫn khoa học PGS.TS. Phan Quang ThÕ Th¸i nguy ªn - 2008 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn PGS.TS Phan Quang Thế - Thày hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn tận tình của thày trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận văn. Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn tới khoa Sau đại học, khoa Cơ khí, Bộ môn Cơ học vật liệu, lãnh đạo Trung tâm thí nghiệm đã ủng hộ về tinh thần và tạo điều kiện cho tôi về thời gian để tôi có thể hoàn thành bản luận văn của mình. Tôi xin cảm ơn thày giáo TS. Nguyễn Văn Hùng, ThS. Lê Viết Bảo về sự tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này. Tôi cũng muốn cảm ơn tới ông Trưởn g phòng kỹ thuật, các cán bộ, nhân viên phòng kế hoạch và Xưởng cơ khí Nhà máy Z159 - Thái Nguyên, các cán bộ phụ trách Phòng thí nghiệm Quang phổ, khoa vật lý trường ĐHSP Thái Nguyên, Phòng thí nghiệm Kim loại học, đại học Bách khoa Hà Nội đã dành cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cho tôi được gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, nhân viên Xưởng Cơ khí nơi tôi tiến hành thực nghiệm. Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, người thân, các bạn bè đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Tác giả Trần Ngọc Giang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MỤC LỤC Lời nói đầu Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Trang Danh mục các hình vẽ và đồ thị Danh mục các bảng biểu Mở đầu 1 1. Giới thiệu về công nghệ tiện cứng 1 2. Tính cấp thiết của đề tài 5 2.1. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 6 2.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 6 2.3. Phương pháp nghiên cứu 7 Chương 1 8 Bản chất vật lý của quá trình cắt thép có độ cứng cao 1.1. Qúa trình cắt và tạo phoi 8 1.2. Lực cắt 12 1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt 12 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện 14 1.3. Nhiệt cắt 16 1.3.1. Khái niệm chung 16 1.3.2. Quá trình phát sinh nhiệt 20 1.4. Kết luận 24 Chương 2 25 Chất lượng bề mặt khi tiện cứng 2.1. Khái niệm chung về lớp bề mặt 25 2.2. Bản chất của lớp bề mặt 26 2.3. Tính chất lý hoá của lớp bề mặt 26 2.3.1. Lớp biến dạng 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2.3.2. Lớp Beilbly 27 2.3.3. Lớp tương tác hóa học 27 2.3.4. Lớp hấp thụ hoá học 28 2.3.5. Lớp hấp thụ vật lý 28 2.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện cứng 29 2.4.1. Độ nhám bề mặt và các phương pháp đánh giá 29 2.4.1.1. Độ nhám bề mặt 29 2.4.1.2. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 32 2.4.2. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ 32 2.4.2.1. Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt 32 2.4.2.2.Ứng suất dư trong lớp bề mặt 35 2.4.2.3. Đánh giá mức độ, chiều sâu lớp biến cứng và ứng suất dư 39 2.5. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi tiện cứng 40 2.5.1. Ảnh hưởng của các thông số hình học dụng cụ cắt 40 2.5.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt 41 2.5.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao 42 2.5.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 43 2.5.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia công 43 2.5.6. Ảnh hưởng của rung động trong hệ thống công nghệ 44 2.6. Kết luận 44 Chương 3 46 Mòn và tuổi bền dụng cụ khi tiện cứng 3.1. Mòn dụng cụ cắt 46 3.1.1. Khái niệm chung 46 3.1.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 47 3.1.2.1. Mòn do dính 48 3.1.2.2. Mòn do hạt mài 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.1.2.3. Mòn do khuếch tán 49 3.1.2.4. Mòn do ôxi hoá 50 3.1.3. Mòn dụng cụ cắt và cách xác định 51 3.1.3.1. Mòn dụng cụ cắt 51 3.1.3.2. Cách xác định 53 3.1.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá sự mài mòn của dụng cụ cắt 54 * Chỉ tiêu mòn tối ưu 54 * Chỉ tiêu mòn công nghệ 55 3.1.4. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt khi tiện cứng 55 3.1.5. Kết luận 55 3.2. Tuổi bền của dụng cụ cắt 55 3.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 55 3.2.2. Các nhân t ố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 57 3.2.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt 57 3.2.2.2. Ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt 59 3.2.3. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 60 3.2.4. Tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 62 Chương 4 63 Nghiên cứu thực nghiệm mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi 4.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 63 4.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 63 4.2.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm 63 4.2.2. Mô hình thí nghiệm 64 4.2.3. Thiết bị thí nghiệm 65 4.2.3.1. Máy 65 4.2.3.2. Dao 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4.2.3.3. Phôi 66 4.2.3.4. Chế độ cắt 67 4.3. Thiết bị đo khác 67 4.3.1. Máy đo độ nhám bề mặt 67 4.3.2. Kính hiển vi điện tử 68 4.4. Thí nghi ệm xác định quan hệ mòn của mảnh dao theo chế độ cắt 68 4.4.1. Quy trình tiến hành thí nghiệm 68 4.4.2. Xử lý kết quả thí nghiệm 69 4.4.2.1. Xác định thời gian cắt cơ bản trong các lần cắt 69 4.4.2.2. Xây d ựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với thời gian cắt 70 4.4.2.3. Các hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử về mòn mảnh dao 71 4.4.2.4. Phân tích cơ chế mòn mảnh dao PCBN 76 4.4.2.5. Phân tích nhám bề mặt gia công 78 4.4.2.6. Phân tích kết quả và thảo luận 78 4.4.2.7. Kết luận 80 4.5. Nghiên cứu mối quan hệ giữa tuổi bền mảnh dao PCBN theo chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC qua tôi 82 4.5.1. Quá trình cắt thép 9XC bằng dao PCBN 82 4.5.2. Lựa chọn chế độ cắt cho nghiên cứu và tìm hàm quan hệ 83 4.6. Phần kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 88 4.6.1. Phần kết luận chung 88 4.6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 88 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ap: chiều dày phoi Kbd: mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi Kms: mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao Kf: mức độ biến dạng của phoi θ: góc trượt γ (hay γn) góc trước của dao Pz (hay Pc): lực tiếp tuyến khi tiện Py (hay Pp): lực hướng kính khi tiện Px: lực chiều trục khi tiện S: lượng chạy dao (mm/vòng) t: chiều sâu cắt (mm) V: vận tốc cắt (m/phút) Q: là tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt QAB = Q1: nhiệt sinh ra trên mặt phẳng trượt QAC = Q2: nhiệt sinh ra trên mặt trước QAD = Q2: nhiệt sinh ra trên mặt sau Qphoi: nhiệt truyền vào phoi Qdao: nhiệt truyền vào dao Qphôi: nhiệt truyền vào phôi Qmôi trường: nhiệt truyền vào môi trường kAB: ứng suất cắt trung bình trong miền biến dạng thứ nhất AS: diện tích của mặt phẳng cắt VS: vận tốc của vật liệu cắt trên mặt phẳng cắt kt: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu gia công Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên β: hệ số phân bố nhiệt từ mặt phẳng trượt vào phôi và phoi c: nhiệt dung riêng ρ: tỷ trọng của vật liệu RT: hệ số nhiệt khi cắt Φ: góc tạo phoi γ mt: tốc độ biến dạng của các lớp phoi gần mặt trước δt: chiều dày của vùng biến dạng thứ hai K: hệ số thẩm nhiệt ∆Fc, ∆Ft: áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trền vùng mòn mặt sau Fcf, Ftf: lực cắt tiếp tuyến và pháp tuyến đo khi mòn dao VBave: chiều cao trung bình của vùng mòn mặt sau τf: ứng suất tiếp trên vùng mòn mặt sau Kc, Kt: các hệ số thực nghiệm µ: hệ số ma sát trên vùng ma sát thông thường của mặt trước µf: hệ số ma sát trên mặt sau b: hệ số truyền nhiệt Hv: độ biến cứng (N/mm2); S: diện tích bề mặt đầu đo kim cương ấn xuống (mm2) P: lực tác dụng của đầu kim cương (N) r: bán kính mũi dao hmin: chiều dày phoi nhỏ nhất φ1 Vw: thể tích mòn mặt sau Vcr: thể tích mòn mặt trước KF, KB, KT: các kích thước vùng mòn mặt trước hs: độ mòn giới hạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên T: thời gian cắt – tuổi bền của dụng cụ cắt (phút) ti: thời gian cắt cơ bản p: số các yếu tố thay đổi Ra, Rz: độ nhám bề mặt khi tiện n: số lần mài lại cho phép VLGC: vật liệu gia công VLDC: vật liệu dụng cụ HKC: hợp kim cứng xi: các ký hiệu mã hoá N: số thí nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình vẽ 1.1. Máy và quá trình cắt khô trong tiện cứng 2 Hình vẽ 1.2. Ký hiệu một số mảnh CBN dùng trong tiện cứng 3 Hình vẽ 1.3. Sơ đồ miền tạo phoi 8 Hình vẽ 1.4. Miền tạo phoi 10 Hình vẽ 1.5. Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau 11 Hình vẽ 1.6. Tính góc trượt θ 11 Hình vẽ 1.7. Hệ thống lực cắt khi tiện 13 Hình vẽ 1.8. Ảnh hưởng của góc ϕ tới lực cắt 15 Hình vẽ 1.9. Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao tới lực cắt 16 Hình vẽ 1.10. (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại 19 Hình vẽ 1.11. Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường phụ thuộc vào vận tốc cắt 20 Hình vẽ 1.12. Đường cong thực nghiệm của Boothroyd để xác định tỷ lệ nhiệt (β) truyền vào phôi 21 Hình vẽ 1.13. Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn 23 Hình vẽ 2.1. Chi tiết bề mặt vật rắn 26 Hình vẽ 2.2. Độ nhám bề mặt 29 Hình vẽ 2.3. Quan hệ giữa bán kính mũi dao và chiều sâu lớp biến cứng với các lượng chạy dao khác nhau (khi dao chua mòn) 34 Hình vẽ 2.4. Quan hệ giữa vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng ứng với các lượng mòn mặt sau khác nhau của dao tiện 35 Hình vẽ 2.5. Quan hệ giữa bán kính mũi dao, chiều sâu cắt và ứng suất dư lớp bề mặt 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình vẽ 2.6. Ảnh hưởng của thông số hình học của dao tiện tới nhám bề mặt khi gia công thép 41 Hình vẽ 2.7. Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia công thép 41 Hình vẽ 2.8. Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt 43 Hình vẽ 3.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục (a) và khi cắt gián đoạn (b) 48 Hình vẽ 3.2. Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện 51 Hình vẽ 3.3. Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng với thể tích 0,6c 1V .t 52 Hình vẽ 3.4. Các thông số đặc trưn g cho mòn mặt trước và mặt sau - ISO3685 53 Hình vẽ 3.5. Vùng mài lại của dụng cụ cắt 54 Hình vẽ 3.5. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau của dao thép gió S 12-1-4-5 dùng tiện thép AISI C1050, với t = 2mm. Thông số hình học của dụng cụ: α=80, γ=100, λ=40, χ=900, ε= 600, r=1mm, thời gian cắt T =30 phút. 57 Hình vẽ 3.6. Tuổi bền dụng cụ tính theo thể tích phoi được bóc tách 58 Hình vẽ 3.7. Tuổi bền dụng cụ tính bằng phút 59 Hình vẽ 3.8. Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh PCBN với góc trước γn 60 Hình vẽ 3.9. Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 60 Hình vẽ 3.10. Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 61 Hình vẽ 3.11. Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 61 Hình vẽ 4.1. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 64 Hình vẽ 4.2. Mô hình thí nghiệm 64 Hình vẽ 4.3. Máy tiện CNC- HTC2050 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình vẽ 4.4. Mảnh dao TPGN, 160308 T2001 66 Hình vẽ 4.5. Thân dao MTENN 2020K16-N (hãng CANELA) 66 Hình vẽ 4.6. (a), Phôi thép 9XC qua tôi cứng, (b,c) Ảnh quang học cấu trúc tế vi thép 9XC theo hai phương song song và vuông góc với trục 67 Hình vẽ 4.7. Đồ thị quan hệ giữa thời gian cắt và nhám Ra, Rz 71 Hình vẽ 4.8. 1(a,b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 1 sau 2,61 phút cắt; 1(c,d) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 1 được phóng to với các vết biến dạng dẻo bề mặt;1(e) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1;1(f) Hình ảnh mặt sau mảnh số 1được phóng to. 72 Hình vẽ 4.9. 2(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 2 sau 5,19 phút cắt; 2(b,c,d) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 2 được to;3(a,b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 3 sau 7,69 phút cắt; 3(c,d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 3. 73 Hình vẽ 4.10. 4(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 4 sau 10,09 phút cắt; 4(b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 4 được to;4(c,d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 4 ; 4(e,f) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 4 được phóng to. 74 Hìnhvẽ 4.11. 5(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 5 sau 12,36 phút cắt; 5(b,c) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 5 được to;5(d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 5 ; 5(e,f) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 5 được phóng to; 5(b) Hình ảnh cơ chế mòn mặt trước với sự bóc tách của lớp vật liệu dụng cụ. 75 Hình vẽ 4.12. 1(a) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1 sau 2,61 phút cắt; 3(b) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 3 sau 7,69 phút cắt;4(c) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 4 sau 10,09 phút cắt ; 5(d) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 5 sau 12,36 phút cắt. 76 Hình vẽ 4.13. Quy hoạch thực nghiệm theo khối lập phương 84 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ cắt 17 Bảng 1.2. Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ cắt 18 Bảng 1.3. Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ phủ 18 Bảng 2.1. Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt 31 Bảng 2.2. Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia công cơ 33 Bảng 3.1. Các thông số chế độ cắt khác nhau của Dawson và Thomas 58 Bảng 4.1. Thành phần các nguyên tố hoá học thép 9XC 67 Bảng 4.2. Chế độ cắt và các thông số nhám 69 Bảng 4.3. Thời gian cắt và các thông số nhám 70 Bảng 4.4. Bộ thông số chế độ cắt 83 Bảng 4.5. Ma trận thí nghiệm 85 Bảng 4.6. Ma trận 6 thí nghiệm thứ nhất 86 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =1= Mở đầu CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1. Giới thiệu về công nghệ tiện cứng Tiện cứng (hard turning) chính thức được giới thiệu ở nước ta vào năm 1988, tuy nhiên công nghệ này chưa có điều kiện phát triển mạnh. Cho tới những năm gần đây khi sự đổi mới về khoa học kỹ thuật đang trở thành tất yếu thì tiện cứng đã phát huy được vai trò to lớn của nó trong việc gia công tinh các sản phẩm thép qua tôi cứng. Các chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun và những chi tiết của hệ thống thuỷ lực,... sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc mài khôn. Các nguyên công này thường thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian. Hơn nữa chi phí dung dịch trơn nguội cho nguyên công mài cũng khá cao. Mặt khác chất thải khi mài ngày càng là vấn đề của môi trường sống. Những lý do trên đã thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công tinh chi tiết. Phương án tối ưu cho việc thay thế này chính là tiện cứng. Tiện cứng là một cách sử dụng dao bằng mảnh vật liệu siêu cứng CBN (Cubic boron nitride), PCBN, PCD hoặc Ceramic tổng hợp nhằm thay thế cho mài trong gia công thép qua tôi (thường ≥ 45HRC). Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá. Cấp chính xác khi tiện cứng có thể đạt IT5-7, nhám bề mặt Rz = 2 - 4 mµ , rõ ràng với chất lượng đạt được như vậy, tiện cứng hoàn toàn thay thế được cho mài trong hầu hết các trường hợp gia công công tinh các sản phẩm. Các sản phẩm trong tiện cứng khá linh hoạt, từ các chi tiết dạng trục trơn (các trục ngắn), con lăn,.. tới các chi tiết có biên dạng phức tạp hơn,.. Để áp dụng công nghệ này hệ thống máy, dao, đồ gá phải đảm bảo các yêu cầu như: Máy tiện đủ độ cứng vững, đủ tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp. Các máy tiện NC, CNC được khuyến cáo thực hiện công việc này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =2= Các máy tiện điều khiển bằng tay có thể được dùng nếu đáp ứng được các yêu cầu này. Đồ gá trong tiện cứng phụ thuộc vào biên dạng các sản phẩm yêu cầu. Nhìn chung các chi tiết gia công đều được cắt mà ít sử dụng đồ gá phụ vì lý do độ cứng vững cần có trong tiện cứng. Hơn nữa với các máy điều khiển số thì điều này không còn nhiều ý nghĩa. Các đồ gá phụ thường kèm theo các máy khi sản xuất. Dao tiện thường sử dụng là các mảnh lắp ghép với thân theo tiêu chuẩn của từng máy. Các mảnh có nhiều loại theo hình dạng, phần trăm lượng CBN, chất kết dính,..Khi hết tuổi bền các mảnh không thể mài lại như các dao thông thường. Chúng được thay ra hoặc xoay đi dùng lưỡi cắt mới (với mảnh nhiều lưỡi). Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là TPGN, CNMA, DNMA, TNG,..Các mảnh hợp kim cương thường là CCMT, CPGM,..nói chung hàm lượng CBN phụ thuộc vào nhà sản xuất. Người ta phân ra làm ba loại, hàm lượng cao (nhiều hơn 90% CBN), trung bình ( khoảng 72% CBN) và thấp (nhỏ hơn 60% CBN). Các mảnh có hàm lượng cao thường sử dụng cho tiện truyền thống để gia công các vật liệu mềm hơn như kim loại bột, gang và một số hợp kim đặc biệt. So với các mảnh carbide thì các mảnh CBN có giá thành cao hơn đáng kể ( từ 4 - 5 lần), song dao CBN lại có tuổi bền lớn hơn rất nhiều. Chi phí dao cụ Hình vẽ 1. Máy Emco Turn 332 Mcplus và Quá trình cắt khô trong tiện cứng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =3= sẽ không là trở ngại khi đã loại bỏ công đoạn mài tinh. Nhiều xưởng sản xuất còn nhận thấy việc giảm chi phí dung dịch trơn nguội do cắt khô đã bù đắp lượng chi phí cao hơn về dao. Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim cứng bề mặt stellites. Việc hợp kim stellites có thể gia công bằng tiện cứng đã mở rộng khả năng của tiện cứng kể cả trong công việc sửa chữa. Vật liệu điển hình được tiện cứng là các thép hợp kim qua tôi cứng. Hình vẽ 2. Ký hiệu một số mảnh CBN dùng trong tiện cứng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =4= Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ cắt thấp hơn quy định thì mảnh CBN sẽ bị mòn nhanh và hư hỏng. Thông thường chế độ cắt khuyến cáo là: với tiện tinh độ cứng vật liệu từ 55 - 67HRC, V = 80 - 160 (m/ph), S = 0,04 - 0,08 (mm/vg); t = 0,1 - 0,5mm với tiện chính xác độ cứng vật liệu từ 45 - 60HRC, V= 120 - 180 (m/ph), S = 0,02 - 0,04 (mm/vg), t = 0,02 - 0,3mm [ ]1 . Nhiều nhà máy chế tạo ổ đỡ, bánh răng, con lăn và trục bằng thép đã tôi sử dụng chế độ cắt này. Họ có thể đạt dung sai kích thước đến mm01,0± hoặc cao hơn nếu thời gian chế tạo lâu hơn và nhám bề mặt rất nhỏ. Ngoài ra giá thành máy mài có thể đắt gấp 2-3 lần máy tiện. Trong nhiều phân xưởng hiện nay họ đã thay thế tiện cứng cho mài truyền thống. Đồng thời khi sử dụng tiện cứng thời gian chu kỳ và điều chỉnh ngắn hơn nhiều so với mài. Qua đó có thể kết luận rằng, việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công tinh lần cuối đã mang lại những lợi ích sau: - Giảm thời gian và chu kỳ gia công một sản phẩm. - Giảm chi phí đầu tư thiết bị. - Tăng độ chính xác gia công. - Đạt độ nhẵn bề mặt cao hơn. - Cho phép nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu (từ 2 - 4 lần). - Gia công được các contour phức tạp. - Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá. - Có thể chọn gia công có hoặc không có dụng dich trơn nguội. Gia công khô giảm chi phí gia công và không có chất thải ra môi trường. Một lợi thế quan trọng nữa khi tiện cứng đó là việc tạo ra một lớp ứng suất dư nén khi gia công, điều này đặc biệt có lợi với những chi tiết yêu cầu độ bền mỏi cao. Điều này với mài lại là một bất lợi. Mặc dù vậy tiện cứng cũng có những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ yếu cắt khô nên nhiệt rất cao, dụng cụ có lưỡi cắt đơn nên quá trình cắt không ổn định, chi phí dụng cụ cắt cao, khi gia công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =5= ngoài vùng cho phép (trục dài), khi chiều sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới hạn (tmin) thì quá trình cắt không thể thực hiện được. Từ những năm 1970 các nghiên cứu đã tập trung vào hướng công nghệ mới để đạt được các mục đích này. Nhưng phải đến những năm 1990, với sự phát triển mạnh của các máy công cụ tiên tiến và vật liệu Nitrit Bor lập phương thì tiện cứng mới được áp dụng rộng rãi trong chế tạo máy. Tiện cứng đã thực sự trở thành công nghệ không thể thiếu trong việc gia công tinh các chi tiết qua tôi cứng. Điều này góp phần không nhỏ cho quá trình lớn mạnh của ngành chế tạo máy nói riêng và ngành công nghiệp nói chung. 2. Tính cấp thiết của đề tài Qua phần giới thiệu về công nghệ tiện cứng có thể thấy rằng, việc nghiên cứu về tiện cứng, phân tích các quá trình lý, hóa trong tiện cứng đã và đang được quan tâm, tiến hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu cũng như các trường đại học trên thế giới. Tuy nhiên từ những công bố trên các tạp chí khoa học cho thấy các kết quả nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình tiện cứng thép ổ lăn AISI 52100 (tiêu chuẩn Mỹ). Đồng thời các nghiên cứu này chưa đề cập nhiều về vấn đề mòn và tuổi bền của các mảnh dao, đặc biệt với loại thép 9XC, mặt khác việc ứng dụng công nghệ này ở nước ta còn mang nhiều tính kinh nghiệm. Đưa ra được một lý thuyết góp phần cải thiện và nâng cao hiệu quả sản xuất là một tất yếu của các nhà chuyên môn. Ta lại biết rằng tiện cứng chủ yếu dùng trong gia công tinh, mảnh dao thường có giá thành cao, vì vậy tuổi bền của mảnh dao càng trở nên quan trọng bởi trong quá trình cắt nếu phải thay dao nhiều sẽ tăng sai số, thời gian máy,.. ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi tiện cứng đến mòn và tuổi bền mảnh dao là cần thiết đối với công đoạn gia công tinh. Đặc biệt khi công nghệ này được áp dụng tại các cơ sở sản xuất ở nước ta. Việc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =6= tìm ra một hàm số mô tả quan hệ giữa tuổi bền và chế độ cắt ứng với một khoảng giá trị độ cứng trên cơ sở đó sẽ tối ưu hoá được tuổi bền là vấn đề có tính ứng dụng cao. Tác giả đã chọn loại vật liệu, chế độ cắt và độ cứng gia công tại một xưởng sản xuất ở Thái Nguyên để làm cơ sở thực nghiệm. Do vậy đề tài "Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi " là cần thiết và có tính ứng dụng trực tiếp. 2.1. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tóm lược một lý thuyết cơ bản về gia công cắt gọt nói chung, tiện cứng nói riêng và tìm ra cơ chế gây mòn các mảnh dao PCBN, đồng thời xác định mối quan hệ giữa tuổi bền của mảnh dao theo chế độ cắt (S,V,t) khi tiện tinh thép 9XC qua tôi đạt độ cứng 56-58 HRC. Qua đó có thể đưa ra một bộ thông số chế độ cắt khi tiện cứng loại thép này đạt tuổi bền cao nhất trong khi vẫn đạt chất lượng bề mặt yêu cầu. 2.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Về mặt khoa học, đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học và công nghệ trong nước cũng như khu vực và thế giới. Nghiên cứu và kiểm nghiệm các kết quả gần đây về cơ chế gây mòn dao PCBN trong tiện cứng nói chung. Xây dựng được quan hệ giữa các thông số của chế độ cắt đến tuổi bền khi tiện cứng dưới dạng hàm thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ưu hoá quá trình tiện. Đồng thời cũng góp phần đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC qua tôi. Về mặt thực tiễn sẽ áp dụng kết quả khi nghiên cứu thép 9XC vào một cơ sở Sản xuất ở Thái Nguyên. Qua đó nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường và thúc đẩy các nghiên cứu mới trên các khía cạnh khác nhau về tiện cứng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =7= 2.3. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm về ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn và tuổi bền thông qua hàm thực nghiệm. Đo nhám bề mặt theo từng điều kiện cắt nhằm xác định tuổi bền mảnh dao theo chỉ tiêu mòn công nghệ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =8= Chương 1 BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÉP CÓ ĐỘ CỨNG CAO 1.1. Quá trình cắt và tạo phoi Qúa trình cắt kim loại là quá trì nh lấy đi một lớp phoi trên bề mặt gia công để có chi tiết đạt hình dạng, kích thước và độ nhám bề mặt theo yêu cầu. Để thực hiện một quá trình cắt cần thiết phải có hai chuyển động: - Chuyển động cắt chính (chuyển động làm việc): với tiện đó là chuyển động quay tròn của phôi. - Chuyển động chạy dao: đó là chuyển động để đảm bảo duy trì sự tạo phoi liên tục trong suốt quá trình cắt. Với tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc của dao khi tiện mặt trụ [1]. Khi cắt, để có thể tạo ra phoi, lực tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công. Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy. Nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào quá trình tạo phoi. (Hình vẽ 1.2) Hình vẽ 1.3. Sơ đồ miền tạo phoi a, b, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =9= Quá trình tạo phoi được phân tích kỹ trong vùng tác động, bao gồm: * Vùng biến dạng thứ nhất là vùng vật liệu phôi nằm trước mũi dao được giới hạn giữa vùng vật liệu phoi và vùng vật liệu phôi. Dưới tác dụng của lực tác động trước hết trong vùng này xuất hiện biến dạng dẻo. Khi ứng suất do lực tác động gây ra vượt quá giới hạn bền của kim loại thì xuất hiện hiện tượng trượt và phoi được hình thành (vùng AOE). Trong quá trình cắt, vùng phoi một luôn di chuyển cùng với dao. * Vùng ma sát thứ nhất là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trước của dao. * Vùng ma sát thứ hai là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của dao. * Vùng tách là vùng bắt đầu quá trình tách kim loại khỏi phôi để hình thành phoi. Vật liệu dòn khác biệt vật liệu dẻo ở vùng biến dạng thứ nhất, do tổ chức hạt là khác nhau nên ở vùng này biến dạng dẻo hầu như là không xảy ra. Quá trình bóc tách phoi diễn ra gần như đồng thời với lực tác động. Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào quá trình tạo phoi. Khi cắt do tác dụng của lực P (hình vẽ 1.3), dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước. Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày ap được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trước của dao. Việc nghiên cứu kim loại trong miền tạo phoi chứng tỏ rằng trước khi biến thành phoi, lớp cắt kim loại bị cắt đã trải qua một giai đoạn biến dạng nhất định, nghĩa là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi có một khu vực biến dạng. Khu vực này được gọi là miền tạo phoi (hình vẽ 1.4). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =10= Trong miền này (như sơ đồ hoá hình vẽ 1.3) có những mặt trượt OA, OB, OC, OD, OE. Vật liệu gia công trượt theo những mặt đó (là những mặt có ứng suất tiếp có giá trị cực đại). Miền tạo phoi được giới hạn bởi đường OA, dọc theo đường đó phát sinh những biến dạng dẻo đầu tiên, và đường OE - đường kết thúc biến dạng dẻo và đường AE - đường nối liền khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi. Ngoài ra lớp kim loại bị cắt, sau khi đã bị biến dạng trong miền tạo phoi, khi di chuyển thành phoi còn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao. Những lớp kim loại phía dưới của phoi, kề với mặt trước của dao (hình vẽ 1.3) chịu biến dạng phụ thêm nhiều hơn các lớp phía trên. Mức độ biến dạng của chúng thường lớn đến mức là các hạt tinh thể trong chúng bị kéo dài ra theo một hướng nhất định, tạo thành têchtua. Như vậy phoi cắt ra chịu biến dạng không đều. Mức độ biến dạng của phoi: Kf = Kbd + Kms (1-1) Ở đây: Kbd: mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi. Kms: mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao. Hình vẽ 1.4. Miền tạo phoi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =11= Vì biến dạng dẻo của phoi có tính lan truyền, do đó lớp kim loại nằm phía dưới đường cắt ON (hình 1.3a) cũng sẽ chịu biến dạng dẻo. Chiều rộng của miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công và điều kiện cắt (thông số hình học của dao, chế độ cắt,…) Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến chiều rộng miền tạo phoi. Tăng tốc độ cắt miền tạo phoi sẽ co hẹp lại. Hiện tượng đó có thể được giải thích như sau: Khi tăng tốc độ cắt, vật liệu gia công sẽ chuyển qua miền tạo phoi với tốc độ nhanh hơn. Khi di chuyển với tốc độ lớn như vậy, vật liệu gia công sẽ đi ngang qua đường OA nhanh đến mức sự biến dạng dẻo không kịp xảy ra theo đường OA mà chậm đi một thời gian - theo đường OA’ (hình vẽ 1.5). Tương tự như vậy, nơi kết thúc quá trình biến dạng trong miền tạo phoi sẽ là đường OE’ chậm hơn so với OE. Như vậy ở tốc độ cắt cao miền tạo phoi sẽ là A’OE’ ; A’OE’ quay đi một góc theo chiều quay của kim đồng hồ và khi đó chiều dày cắt giảm đi so với trước (a1’< a1) vì biến dạng dẻo giảm đi. Khi tốc độ cắt rất lớn miền tạo phoi co hẹp đến mức mà chiều rộng của nó chỉ vào khoảng vài phần trăm milimet. Trong trường hợp đó sự biến dạng Hình vẽ 1.5. Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau Hình vẽ 1.6. Tính góc trượt θ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =12= của vật liệu gia công có thể xem như nằm lân cận mặt OF. Do đó để cho đơn giản, ta có thể xem một cách gần đúng quá trình biến dạng dẻo khi cắ t xảy ra ngay trên mặt phẳng OF đi qua lưỡi cắt và làm với phương chuyển động của dao một góc bằng θ. Mặt OF được gọi là mặt trượt quy ước, còn góc θ gọi là góc trượt. Góc trượt là một thông số đặc trưng cho hướng và giá trị của biến dạng dẻo trong miền tạo phoi. Theo hình vẽ 1.5 nếu chiều dày lớp kim loại bị cắt là a, chiều dày của phoi là a1 ta có: )cos( sin )cos(. sin. 1 γθ θ γθ θ − = − == OC OC a ar (1-2) Và do đó có thể tính θ theo công thức: γ γθ sin.1 cos. r rtg − = (1-3) và nếu._. đặt r K 1= thì ta có công thức sau: γ γθ sin cos − = K tg (1- 4) Như vậy góc trượt θ phụ thuộc vào γ và tỷ số K. Trong tiện cứng, quá trình biến dạng trong vùng tạo phoi diễn ra rất phức tạp, chủ yếu do độ cứng của vật liệu gia công (sau khi tôi) nên giải pháp tốt nhất vẫn là sử dụng mảnh dao có độ cứng, khả năng chịu nhiệt,… đặc biệt cao. Tiêu biểu cho nhóm này là các mảnh CBN, PCBN,… 1.2. Lực cắt 1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt Như đã trình bày ở trên, để thực hiện quá trình tạo phoi, khi cắt dụng cụ phải tác động vào vật liệu gia công một lực nhất định. Lực này làm biến dạng vật liệu và phoi được hình thành. Tuy nhiên dụng cụ cắt cũng chịu một phản lực tương tự. Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình gia công vật liệu có ý Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =13= nghĩa cả về lý thuyết lẫn thực tiễn. Trong thực tế, những nhận thức về lực cắt rất quan trọng để thiết kế dụng cụ cắt, thiết kế đồ gá, tính toán và thiết kế máy móc, thiết bị, v.v… Dưới tác dụng của lực cắt cũng như nhiệt cắt dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muốn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ thì phải hiểu được quy luật tác động của lực cắt. Muốn tính công tiêu hao khi cắt cần phải biết lực cắt. Những nhận thức lý thuyết về lực cắt tạo khả năng chính xác hoá lý thuyết quá trình cắt. Trong trạng thái cân bằng năng lượng của quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng phải cân bằng. Điều đó có nghĩa là một mặt lực cản cắt tác dụng lên vật liệu chống lại sự tách phoi, mặt khác lực cắt do dụng cụ cắt tác dụng lên lớp cắt và bề mặt cắt [1], [7]. Lực cắt là một hiện tượng động lực học, tức là trong chu trình thời gian gia công thì lực cắt không phải là một hằng số. Lực cắt được biến đổi theo quãng đường của dụng cụ. Lúc đầu lực cắt tăng dần cho đến điểm cực đại. Giá trị lực cắt cực đại đặc trưng cho thời điểm tách phần tử phoi ra khỏi chi tiết gia công. Sau đó lực cắt giảm dần song không đạt đến giá trị bằng không bởi vì trước khi kết thúc sự chuyển dịch phần tử phoi cắt thì đã bắt đầu biến dạng phần tử khác [1], [7]. Hệ thống lực cắt khi tiện được mô tả sơ bộ trên hình 1.7. Lực tổng hợp P được phân tích thành ba thành phần lực bao gồm: lực tiếp tuyến Pz (hay Pc), lực hướng kính Py (hay Pp) và lực chiều trục (lực ngược với hướng chuyển động chạy dao) Px. Hình vẽ 1.7. Hệ thống lực cắt khi tiện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =14= Thành phần lực Pz là lực cắt chính. Giá trị của nó cần thiết để tính toán công suất của chuyển động chính, tính độ bền của dao, của chi tiết cơ cấu chuyển động chính và của các chi tiết khác của máy công cụ. Thành phần lực hướng kính Py có tác dụng làm cong chi tiết, ảnh hưởng đến độ chính xác gia công, độ cứng vững của máy và dụng cụ cắt. Thành phần Px tác dụng ngược hướng chạy dao, nó dùng để tính độ bền của chi tiết trong chuyển động phụ, độ bền của dao cắt và công suất tiêu hao của cơ cấu chạy dao. Lực cắt tổng cộng được xác định: 2 2 2x y zP= P +P +P (1-5) Trường hợp tổng quát các thành phần lực này không thuần nhất. Trị số của Pz là hình chiếu chính, xác định bằng lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước của dao. Còn lại Px, Py phụ thuộc vào độ lớn và hướng của lực ma sát. Bởi vậy các thành phần lực này thay đổi khi thay đổi vật liệu gia công, thông số hình học dụng cụ cắt và chế độ cắt,... 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện 1.2.2.1. Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy đối với tất cả các thành phần lực cắt Px, Py và Pz ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt có thể tính bằng công thức chung sau: pp yxP StCP ..= (1- 6) Hệ số PC và các số mũ px , py phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, các thông số hình học của dao, dung dịch trơn nguội,... Ví dụ công thức thực nghiệm xác định các thành phần lực cắt khi tiện thép bằng dao hợp kim cứng: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =15= 4,05,0 ... −= VStCP xx 3,06,09,0 ... −= VStCP yy (1-7) 15,075,0 ... −= VStCP zz 1.2.2.2. Ảnh hưởng của vật liệu gia công Trong thực nghiệm người ta tìm được thành phần ),( HBfP bz σ= qua các công thức gần đúng sau: qBVz CP σ.= qVz HBCP .= (1- 8) Khi gia công thép có HB ≤ 170 lấy q= 0,35, HB > 170 lấy q= 0,75. Với gang lấy q = 0,55. Nói cách khác, độ cứng và độ bền vật liệu gia công càng cao, lực cắt càng lớn. Quan hệ phụ thuộc này có thể được biểu thị bằng công thức tỷ lệ, nếu 'HB tương ứng 'P , còn ''HB tương ứng ''P ta có: q HB HB P P       = ' '' '' ' hay q HB HBPP       = ' '' ''' (1-9) Như vậy theo công thức trên có thể xác định lực cắt khi gia công thép có ''HB nếu biết lực cắt 'P khi gia công thép có 'HB . 1.2.2.3. Ảnh hưởng của góc nghiêng chính ϕ và bán kính đỉnh dao r Khi gia công gang nếu tăng góc ϕ , lực zP giảm. Còn khi gia công thép lúc đầu lực zP giảm, sau đó khi 050=ϕ thì lực zP lại tăng. Hiện tượng này là do khi tăng ϕ làm bề rộng cắt b giảm và chiều dày cắt a tăng, mặc dù trong trường hợp này chiều sâu cắt và lượng chạy dao không thay đổi. Sự thay đổi của a và b làm lực cắt zP giảm. Hình vẽ 1.8 )( ),(, KG P zyx 0ϕ )(thepPz )(gangPz xP yP o Hình vẽ 1.8. Ảnh hưởng của góc ϕ tới lực cắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =16= Ngoài ra góc ϕ tăng còn do chiều dày của phần cong lưỡi cắt chính, làm cho điều kiện cắt thêm phức tạp do vậy lực zP tăng. Ảnh hưởng của góc ϕ đến lực cắt yP , xP được giải thích bằng tương quan lực tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang. Ta thấy khi ϕ tăng, lực xP tăng, còn yP sẽ giảm. Trường hợp 090=ϕ thì lực 0=yP . Khi tăng bán kính đỉnh dao r làm điều kiện cắt thay đổi cũng như giảm góc nghiêng chính ϕ . Hình vẽ 1.9. Trong đó đường 1 có công thức 1,0.rCP zz = đường 2 có công thức 25,0.rCP yy = (1-10) đường 3 có công thức 25,0. −= rCP xx Từ các công thức này ta thấy rằng, bán kính r tăng sẽ làm thành phần yP , zP tăng còn xP giảm, trong đó yP tăng mạnh hơn so với zP . Tuy nhiên trong gia công tinh người ta cố gắng chọn dao có r nhỏ để vừa giảm lực cắt đồng thời tăng được chất lượng bề mặt gia công. 1.3. Nhiệt cắt 1.3.1. Khái niệm chung Nhiệt trong quá trình cắt đóng vai trò rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới cơ chế tạo phoi, lẹo dao, hiện tượng co rút phoi, lực cắt và cấu trúc tế vi lớp bề mặt. Đồng thời nhiệt cắt còn là nguyên chính gây mòn dụng )( ),(, KG P zyx 3 1 2 o Hình vẽ 1.9. Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao tới lực cắt r(mm) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =17= cụ cắt, ảnh hưởng lớn đến tuổi bền dụng cụ, đặc biệt trong tiện cứng vì giá thành các mảnh dao thường khá cao. Nói chung sự toả nhiệt khi cắt là do có một công A (kG.m) sinh ra trong quá trình hớt phoi. Nó xác định bởi công thức: 321 AAAA ++= (1-11) trong đó: 1A - công sinh ra làm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo 2A - công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước dao 3A - công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau dao Ngoài ra công A có thể tính bởi công thức khác: LPA z .= (1-12) trong đó: zP - lực theo phương cắt chính (kG) L - chiều dài cắt (m) Trong tiện cứng ta thấy vật liệu phôi cứng hơn nhiều so với tiện thông thường, vì vậy nhiệt sinh ra trong vùng cắt là rất lớn, để thoả mãn khả năng chịu nhiệt này hàng loạt các loại vật liệu dụng cụ mới được ra đời, thông qua bảng 1.1. [ ]1 Bảng 1.1. Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ cắt Năm Vật liệu dụng cụ Vận tốc cắt (m/ph) Nhiệt độ giới hạn đặc tính cắt (0C) 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 WC) 20-30 600-650 - 1931 Hợp kim cứng cácbit vonfram 200 1000-1200 91 1934 Hợp kim cứng WC và TiC 300 1000-1200 91-92 1955 Kim cương nhân tạo 800 100000HV 1957 Gốm 300-500 1500 92-94 1965 Nitrit Bo 100-200 (thép tôi) 1600 8000HV 1970 Hợp kim cứng phủ (TiC) 300 1600 18000HV Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =18= Ta thấy rằng phần vật liệu cứng trong dụng cụ cắt tăng lên, do đó tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng, tăng tuổi bền dụng cụ và do đó tăng được tốc độ cắt. Khả năng cắt của vật liệu Nitrit Bo trong bảng là rất cao và đang được ứng dụng khá phổ biến trong gia công vật liệu có độ cứng cao cũng như trong tiện cứng. Cacbit Vonfram Gốm sứ nhân tạo CBN Kim cương nhân tạo Khối lượng riêng (g/cm3) 6.0-15.0 3.8-7.0 3.4-4.3 3.5-4.2 Độ cứng (HV 30) 1300-1700 1400-2400 3000-4500 4000-7000 Modul đàn hồi (GPa) 430-630 300-400 580-680 680-890 Giới hạn bền (Mpam1/2) 8-18 2-7 6.7 8.89 Độ bền nhiệt (°C) 800-1200 1300-1800 1500 600 Hệ số truyền nhiệt (W/mK) 100 30-40 40-200 560 Hệ số giãn nở vì nhiệt (10-6K-1) 5.0-7.5 7.4-9.0 3.6-4.9 0.8 TiN TiCN TiAlN Diamond Độ cứng 2400 3500 3300 800 Khả năng dẫn nhiệt (kW/mK) 0,07 0,1 0,05 lớn Điệntrở )( cmΩ−µ 25 68 1.1022 nhỏ Hệ số ma sát 0,4 0,25 0,3 Nhiệt sử dụng )(0C <500 <400 <800 Mật độ ( )3/ cmg 5,2 4,93 5,1 3,5 Mô đun đàn hồi E ( )/ 2mmkN 256 350 - 800 Màu vàng nâu xanh đen nâu Bảng 1.2. Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ Lớp phủ Thông số Bảng 1.3. Tính chất cơ - nhiệt của một số vật liệu dụng cụ phủ Vật liệu Thông số Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =19= Cụ thể Nitrit Bo lập phương đa tinh thể (PCBN) được coi là vật liệu có độ cứng cao nhất chỉ sau kim cương nhưng lại có độ bền nhiệt cao hơn kim cương (15000C) [25]. Bảng 1.1 và 1.2 thể hiện tính chất cơ - nhiệt của vật liệu dụng cụ CBN so với một số loại vật liệu dụng cụ có tính năng cắt cao khác (Cacbit Vonfram, gốm sứ nhân tạo và kim cương nhân tạo). Các nghiên cứu đã chứng tỏ rằng khoảng 98% - 99% công suất cắt biến thành nhiệt từ ba nguồn nhiệt: vùng tạo phoi (quanh mặt phẳng trượt AB), mặt trước (AC) và mặt sau (AD) như trên hình 1.10a. Các nguồn nhiệt này truyền vào dao, phoi, phôi và môi trường với tỷ lệ khác nhau phụ thuộc vào chế độ cắt và tính chất nhiệt của hệ thống dao, phoi, phôi và môi trường [1], [6]. Thực tế vận tốc cắt là nhân tố ảnh hưởng lớn nhất đến tỷ lệ này, khi cắt với vận tốc cắt đủ lớn phần lớn nhiệt cắt truyền vào phoi (hình vẽ 1.10.b) [1]. Gọi Q là tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt: Q = Qmặt phẳng cắt + Qmặt trước + Qmặt sau (1-13) Hình vẽ 1.10. (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =20= Theo định luật bảo toàn năng lượng thì lượng nhiệt này sẽ truyền vào hệ thống phoi, dao, phôi và vào môi trường theo công thức sau: Q = Qphoi + Qdao + Qphôi +Qmôi trường (1-14) Với lưu ý rằng tốc độ truyền nhiệt vào môi trường có thể coi như không đáng kể trong tính toán khi môi trường cắt là không khí. Như vậy trong tiện cứng sử dụng dao PCBN do tốc độ cắt cho phép là rất cao (thường từ 100÷220 m/phút) nên nhiệt cắt sinh ra trong quá trình chủ yếu truyền vào phoi khoảng 68-85%, nhiệt cắt truyền vào dao là không đáng kể (khoảng 10%) (hình 1.11). Điều đó đặc biệt có lợi cho quá trình gia công. 1.3.2. Quá trình phát sinh nhiệt 1.3.2.1. Nhiệt sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất Theo Trent thì phần lớn công suất sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất biến thành nhiệt [5]. Tốc độ nhiệt trong vùng biến dạng thứ nhất có thể tính gần đúng trên mặt phẳng cắt theo công thức: 1 . .AB S S dW Q k A V dt = = (1-15) Trong đó: Qphoi Qphôi Qdao Qmôi trường Hình vẽ 1.11. Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường phụ thuộc vào vận tốc cắt [1] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =21= - kAB là ứng suất cắt trung bình trong miền biến dạng thứ nhất - AS là diện tích của mặt phẳng cắt, 1 . sinS t bA = Φ - VS là vận tốc của vật liệu cắt trên mặt phẳng cắt os os( - )S C cV V c γ γ = Φ Tuy nhiên chỉ một phần nhiệt β.Q1 truyền vào phôi, phần còn lại (1-β)Q1 truyền vào thể tích AS.Vn của phoi tạo ra sự tăng nhiệt độ ∆T trong vùng biến dạng thứ nhất. β có thể lớn đến 50% khi tốc độ thoát phoi thể tích thấp, vật liệu cắt có hệ số dẫn nhiệt cao. Khi tốc độ thoát phoi thể tích cao thì β được xác định bằng đồ thị thực nghiệm của Boothroyd thông qua hệ số nhi ệt 1. . .c T t cV tR k ρ = như trên hình 1.12. Trong đó k t là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu gia công. t 1 . ( os -F sin ) os(1 ) (1 ) . . .c.t os( - ) AB S C n k V F c cT cV bc γ β β ρ ρ γ Φ Φ ∆ = − = − Φ (1-16) Phần lớn nhiệt sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất truyền vào phôi và bị mang đi theo phoi mà không truyền vào dụng cụ do nhiệt độ trên mặt trước cao hơn hẳn nhiệt độ trong vùng tạo phoi [5]. Hình vẽ 1.12. Đường cong thực nghiệm của Boothroyd để xác định tỷ lệ nhiệt (β) truyền vào phôi [5] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =22= 1.3.2.2. Nhiệt sinh trên mặt trước (QAC) Qua các công trình nghiên cứu [5], [20], [22], [21] cho thấy rằng nhiệt sinh ra trên mặt trước của dụng cụ do ma sát giữa phoi , mặt trước và biến dạng dẻo của các lớp phoi sát mặt trước (vùng biến dạng thứ hai) sinh ra. Theo Jun và Smith [23] thì nhiệt sinh ra trên mặt trước chỉ vào khoảng 20% tổng số nhiệt sinh ra trong quá trình cắt, nhưng khoảng 50% lượng nhiệt này truyền vào dao và có ảnh hưởng quyết định đến tuổi bền của nó. Cho đến nay bản chất tương tác ma sát trên mặt trước và quy luật chuyển động của lớp phoi dưới cùng còn có nhiều tranh cãi nên chưa có một công thức duy nhất để tính tốc độ sinh nhiệt trên mặt trước [3]. Ví dụ, theo Trent thì nhiệt sinh ra do ma sát trượt của phoi với mặt trước là không đáng kể, mà biến dạng dẻo với mức độ lớn và tốc độ cao của các lớp phoi gần mặt trước là nguồn nhiệt chính sinh ra nhiệt độ cao trong dao [5]. Ông đã đưa ra công thức để tính nhiệt độ phân bố trên mặt trước theo phương thoát phoi như sau: 2/1 ... ..2)0,(        = p tms VK x c xT πρ δγτ (1-17) Nhưng Tay, Li và các đồng nghiệp lại cho rằng phần nhiệt sinh ra do ma sát của phoi trên mặt trước là đáng kể và đưa ra các công thức tính tốc độ sinh nhiệt riêng (q2) khác nhau dựa trên các mô hình khác nhau về mô hình ứng suất và phân bố vận tốc của lớp phoi dưới cùng trên mặt trước [24], [21]. 1.3.2.3. Nhiệt sinh trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công (QAD) Nhiệt sinh ra trên mặt sau của dụng cụ chỉ có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ phát triển trong dao khi lượng mòn mặt sau đủ lớn. Do bề mặt mòn mặt sau được coi là phẳng nên ứng suất trên mặt tiếp xúc coi như phân bố đều. Haris đã xác định được quan hệ của ∆Fc và ∆Ft trong mặt cắt trực giao và được đề cập trong công trình của Li như sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =23= c cf c avec c c ΔF F -F VB= =K F F t t tf t avet t t ΔF F -F VB= =K F F t (1-18) Hình vẽ 1.13. Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn Trong đó: ∆Fc và ∆Ft là lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến với mặt sau, Fcf và Ftf là lực cắt khi dao mòn, VBave là chiều cao mòn trung bình, t là chiều sâu cắt (hình vẽ 1.13). Hệ số ma sát trên mặt sau được xác định bằng công thức: c cf t t K F μ = . K F (1-19) Với Kc và Kt là các hệ số thực nghiệm. Tốc độ sinh nhiệt q3 trên mặt sau là: 3 c c 1q =0,0671.V .F t.b (1-20) Nhiệt từ ba nguồn trên là nguyên nhân làm tăng nhiệt độ trong dao, giảm độ cứng nóng của vật liệu gia công vì thế xác định trường nhiệt độ trong dụng cụ có ý nghĩa rất quan trọng. Có thể xác định trường nhiệt độ này bằng thực nghiệm hoặc lý thuyết [3]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =24= 1.4. Kết luận Quá trình cắt trong tiện cứng là tổng hợp của nhiều yếu tố công nghệ. Chủ yếu do nhiệt cắt, lực cắt dẫn tới mòn dụng cụ nhanh chóng, ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm. Để có thể đáp ứng được yêu cầu trên, lần lượt các vật liệu dụng cụ mới ra đời như các dao thép gió, các mảnh HKC, kim cương nhân tạo, đặc biệt là mảnh Nitrit Bo. Đặc trưng là các mảnh CBN, chúng làm cho quá trình vật lý diễn ra trong quá trình cắt thép có độ cứng cao trở lên đơn giản hơn, thậm chí hầu hết không cần tới dung dịch trơn nguội. Vậy bản chất vật lý của tiện cứng không khác nhiều tiện thông thường. Tuy nhiên người ta cố gắng chế tạo vật liệu dao, kết cấu mảnh, thông số hình học,...phù hợp nhất để giải phóng càng nhiều nhiệt cắt khỏi vùng cắt càng có lợi cho tiện cứng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =25= Chương 2 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN CỨNG 2.1. Khái niệm chung về lớp bề mặt Chất lượng bề mặt là tập hợp nhiều tính chất quan trọng của lớp bề mặt, như hình dáng lớp bề mặt, trạng thái, tính chất cơ lý của lớp bề mặt và khả năng phản ứng của chúng đối với môi trường làm việc. Chất lượng chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ thể. Chất lượng bề mặt là mục tiêu chủ yếu cần đạt ở bước gia công tinh các bề mặt chi tiết máy. Lớp bề mặt chi tiết máy khác với lớp lõi về cấu trúc kim loại, về tính chất cắt gọt và trạng thái biến cứng. Nguyên nhân của hiện tượng này là do quá trình biến dạng dẻo lớp bề mặt. Mức độ và chiều sâu biến cứng bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, các yếu tố này cũng ảnh hưởng tới lực cắt và nhiệt cắt. Đối với các bề mặt chịu tải trọng lớn cần đặc biệt chú ý tới tính cơ lý của lớp bề mặt. Bề mặt là mặt phân cách giữa hai môi trường khác nhau. Bề mặt kim loại có thể được tạo thành bằng các phương pháp gia công khác nhau nên có cấu trúc và đặc tính khác nhau. Để xác định đặc trưng của bề mặt ta cần biết mô hình và định luật kim loại nguyên chất – không có tương tác với các môi trường khác và sự khác nhau về sự sắp xếp các nguyên tử, tác dụng của lực trên bề mặt so với bên trong. Sau đó nghiên cứu sự thay đổi của lớp bề mặt do tác dụng của môi trường để thiết lập khái niệm mô hình bề mặt thực. Nhiều tính chất khối của vật liệu có quan hệ đến bề mặt ở mức độ khác nhau. Thường các tính chất lý, hóa của các lớp bề mặt là quan trọng, tuy nhiên các đặc trưng cơ học như độ c ứng và phân bố ứng suất trong lớp này cũng cần được quan tâm [3]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =26= 2.2. Bản chất của lớp bề mặt Bề mặt vật rắn hay chính xác là một mặt phân cách rắn - khí hay rắn - lỏng, có cấu trúc và tính chất phức tạp phụ thuộc vào bản chất của chất rắn, phương pháp tạo nên bề mặt đó và tương tác giữa bề mặt đó với môi trường xung quanh. Các tính chất của bề mặt vật rắn rất quan trọng đối với tương tác bề mặt, bởi vì các tính chất bề mặt ảnh hưởng trực tiếp tới diện tích tiếp xúc thực, ma sát, mòn và bôi trơn. Hơn nữa các tính chất bề mặt còn đóng vai trò quang trọng trong các ứng dụng khác nhau như: quang học, điện, nhiệt, sơn và trang trí... Bề mặt vật rắn, bản thân nó bao gồm vài vùng có tính chất cơ, lý khác nhau với vật liệu khối bên trong đó là lớp hấp thụ vật lý, hoá học, lớp tương tác hoá học, lớp Beilbly, lớp biến dạng khốc liệt, lớp biến dạng nhẹ và cuối cùng là lớp vật liệu nền [3]. Hình vẽ 2.1. Chi tiết bề mặt vật rắn 2.3. Tính chất lý hoá của lớp bề mặt 2.3.1. Lớp biến dạng Dưới tác động của quá trình tạo hình các tính chất của lớp bề mặt kim loại, hợp kim hay ceramics có thể thay đổi đáng kể so với vật liệu khối bên trong. Ví dụ trong quá trình ma sát giữa hai bề mặt sau khi gia công c ơ, các lớp bề mặt dưới tác động của lực và nhiệt độ sẽ bị biến dạng dẻo, lớp biến Líp hÊp thô vËt lý (0,3÷3nm) Líp hÊp thô ho¸ häc (0,3nm) Líp ph¶n øng ho¸ häc (10÷100nm) Líp Beilbly (1÷100nm) Líp biÕn d¹ng khèc liÖt (1÷10µm) Líp biÕn d¹ng Ýt(1÷10µm) VËt liÖu c¬ b¶n Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =27= dạng này còn gọi là lớp biến dạng cứng là một bộ phận quan trọng của vùng bề mặt. Ứng suất dư trong lớp biến dạng dẻo có thể có thể ảnh hưởng tới sự làm việc ổn định cũng như kích thước chi tiết. Chiều dày của lớp biến dạng dẻo phụ thuộc vào hai yếu tố: công hoặc năng lượng của quá trình biến dạng và bản chất của vật liệu. Chiều dày của lớp này thường từ 1 - 100µm tuỳ theo mức độ biến dạng cũng như tốc độ biến dạng. Kích thước hạt trong các lớp biến dạng dẻo này thường rất nhỏ do bị biến dạng với tốc độ cao kèm theo quá trình kết tinh lại. Hơn nữa các tinh thể và hạt tại bề mặt tiếp xúc chung tự định hướng lại trong quá trình trượt giữa hai bề mặt [3]. 2.3.2. Lớp Beilbly Lớp Beilbly trên bề mặt kim loại là hợp kim được tạo nên do sự chảy và biến dạng dẻo bề mặt, do biến dạng và tốc độ biến dạng lớn của các lớp phân tử bề mặt trong quá trình gia công cơ, sau đó cứng lên nhờ quá trình tôi do nền vật liệu khối có nhiệt độ thấp. Lớp Beilbly có cấu trúc vô định hình hoặc đa tinh thể với chi ều dày từ 1 - 100µm. Các nguyên công gia công như mài nghiền, đánh bóng có thể giảm chiều dày của lớp này. 2.3.3. Lớp tương tác hóa học Trừ một số các kim loại hiếm như vàng và bạch kim, tất cả các kim loại đều phản ứng với ôxy để tạo nên oxides trong không khí. Trong các môi trường khác chúng có thể tạo nên các lớp nitrides sulfides hay chlorides. Lớp ôxy hóa có thể tạo thành trong quá trình gia công cơ hay ma sát. Nhiệt sinh ra trong các quá trình tạo hình hoặc ma sát làm tăng tốc độ ôxy hóa và tạo nên nhiều loại ôxit khác nhau. Khi cặp đôi ma sát hoạt động trong không khí phản ứng có thể xảy ra giữa các lớp ôxit của hai bề mặt. Sự tồn tại của chất bôi trơn và chất phụ gia có thể tạo nên các lớp ôxits bảo vệ bề mặt quan trọng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =28= Lớp ôxy hóa có thể gồm một hay nhiều lớp thành phần. Sắt có thể tạo thành ôxít sắt với hỗn hợp các ôxít Fe3O4, Fe2O3 và lớp FeO trong cùng. Với hợp kim, lớp ôxít bề mặt có thể là hỗn hợp của một vài ôxít, một số ôxít có tác dụng bảo vệ không cho quá trình ôxy hóa tiếp tục xảy ra như trên bề mặt của nhôm và titan. 2.3.4. Lớp hấp thụ hóa học Bên ngoài lớp tương tác hoá học, các lớp hấp thụ có thể hình thành trên cả bề mặt kim loại và á kim. Lớp hấp thụ hoá học được hình thành trên cơ sở sử dụng chung các electrons, hoặc trao đổi các electrons giữa các lớp hấp thụ và bề mặt vật rắn. Trong lớp này tồn tại liên kết rất mạnh giữa bề mặt chất rắn và chất hấp thụ thông qua liên kết cộng hoá trị, vì thế để làm sạch lớp này cần có một năng lượng tương ứng với năng lượng tạo nên liên kết hoá học (10 ÷ 100 Kcal/mol). Năng lượng này phụ thuộc vào cả tính chất hoá học của bề mặt vật rắn và các tính chất hấp thụ. 2.3.5. Lớp hấp thụ vật lý Bên ngoài lớp hấp thụ hoá học là lớp hấp thụ vật lý, chủ yếu là các phần tử hơi nước, oxy và hyđrô cacbon trong không khí tồn tại dưới dạng đơn hoặc đa phân tử với chiều dày khoảng 3nm. Các lớp màng dầu mỡ trên bề mặt cũng thuộc loại lớp hấp thụ vật lý. Ở đây không tồn tại việc dùng chung hoặc trao đổi electrons giữa các phân tử vật rắn và chất hấp thụ. Quá trình hấp thụ vật lý liên quan đến lực Vander Woals. Các lực này rất yếu so với lực tương tác trong không khí trơ ở trạng thái lỏng. Để làm sạch các lớp hấp thụ này cần rất ít năng lượng (1 ÷ 2 Kcal/mol) hơn nữa trong môi tr ường chân không cao (khoảng 10-8 Pa) lớp này không tồn tại trên các bề mặt các chất rắn. Có bốn tiêu chuẩn để phân biệt lớp hấp thụ hoá học và vật lý là: lượng nhiệt cần cho hấp thụ, khoảng nhiệt độ cần thiết cho hấp thụ, năng lượng hoạt tính, tính chất và chiều dày của lớp hấp thụ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =29= 2.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện cứng 2.4.1. Độ nhám bề mặt và phương pháp đánh giá 2.4.1.1. Độ nhám bề mặt Độ nhám bề mặt hay còn gọi là nhấp nhô tế vi là tập hợp tất cả những bề mặt lồi, lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trong một phạm vi chiều dài chuẩn rất ngắn (l). Chiều dài chuẩn l là chiều dài dùng để đánh giá các thông số của độ nhám bề mặt (với l = 0,01 đến 25mm). Độ nhám bề mặt gia công đã được phóng đại lên nhiều lần thể hiện trên hình 2.2. Theo TCVN 2511 – 1995 thì nhám bề mặt được đánh giá thông qua bảy chỉ tiêu. Thông thường người ta thường sử dụng hai chỉ tiêu đó là Ra và Rz, trong đó: Hình vẽ 2.2. Độ nhám bề mặt - Ra: Sai lệch trung bình số học của prôfin là trung bình số học các giá trị tuyệt đối của sai lệch prôfin (y) trong khoảng chiều dài chuẩn. Sai lệch prôfin (y) là khoảng cách từ các điểm trên prôfin đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình. Đường trung bình m là đường chia prôfin bề mặt sao cho trong phạm vi chi ều dài chuẩn l tổng diện tích ở hai phía của đường chuẩn bằng nhau. Ra được xác định bằng công thức: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =30= 10 1 1. l n a x x i i R y d y l l = = = ∑∫ (2-1) - Rz: Chiều cao mấp mô prôfin theo mười điểm là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao năm đỉnh cao nhất và chiều sâu của năm đáy thấp nhất của prôfin trong khoảng chiều dài chuẩn. Rz được xác định theo công thức: 5 5 1 1 5 pmi vmi i i z y y R = = + = ∑ ∑ (2-2) Ngoài ra độ nhám bề mặt còn được đánh giá qua chiều cao nhấp nhô lớn nhất Rmax. Chiều cao nhấp nhô Rmax là khoảng cách giữa hai đỉnh cao nhất và thấp nhất của độ nhám (prôfin bề mặt trong giới hạn chiều dài chuẩn l). Cũng theo TCVN 2511 – 1995 thì độ nhám bề mặt được chia thành 14 cấp, từ cấp 1 đến cấp 14 ứng với các giá trị Ra và Rz. Trị số nhám càng bé thì bề mặt càng nhẵn và ngược lại. Độ nhám bề mặt thấp nhất (hay độ nhẵn bề mặt cao nhất) ứng với cấp 14 (tương ứng với Ra ≤ 0,01 µm và Rz ≤ 0,05 µm). Việc chọn chỉ tiêu Ra hay Rz là tuỳ thuộc vào chất lượng yêu cầu của bề mặt. Chỉ tiêu Ra được gọi là thông số ưu tiên và được sử dụng phổ biến nhất do nó cho phép ta đánh giá chính xác hơn và thu ận lợi hơn những bề mặt có yêu cầu nhám trung bình ( độ nhám từ cấp 6 đến cấp 12). Đối với những bề mặt có độ nhám quá thô (độ nhám từ cấp 1 đến cấp 5) và rất tinh (cấp 13, cấp 14) thì dùng chỉ tiêu Rz sẽ cho ta khả năng đánh giá chính xác hơn khi dùng Ra (bảng 2.1). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =31= Cấp độ nhám bề mặt Loại Thông số nhám (µm) Chiều dài chuẩn (mm) Ra Rz 1 - - từ 320 đến 160 8,0 2 - - < 160 – 80 3 - - < 80 – 40 4 - - < 40 – 20 2,5 5 - - < 20 – 10 6 a từ 2,5 đến 2,0 0,8 b < 2,0 – 1,6 c < 1,6 – 1,25 7 a < 1,25 – 1,00 b < 1,00 – 0,80 c < 0,80 – 0,63 8 a < 0,63 – 0,50 b < 0,50 – 0,40 c < 0,40 – 0,32 9 a < 0,32 – 0,25 0,25 b < 0,25 – 0,20 c < 0,20 – 0,16 10 a < 0,160 – 0,125 b < 0,125 – 0,100 c < 0,100 – 0,080 11 a < 0,080 – 0,063 b < 0,063 – 0,050 c < 0,050 – 0,040 12 a < 0,040 – 0,032 b < 0,032 – 0,025 c < 0,025 – 0,020 13 a từ 0,100 đến 0,080 0,08 b < 0,080 – 0,063 c < 0,063 – 0,050 14 a < 0,050 – 0,040 b < 0,040 – 0,032 c < 0,032 – 0,025 Bảng 2.1. Các giá trị Ra , Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =32= Trong thực tế sản xuất nhiều khi người ta đánh giá độ nhám theo các mức độ: thô (cấp 1 ÷ 4), bán tinh (cấp 5 ÷ 7), tinh (cấp 8 ÷ 11) và siêu tinh (cấp 12 ÷ 14). Theo Bana [25], tiện cứng chính xác được cấp chính xác dung sai IT thông thường là cấp 5 - 7, với độ nhám bề mặt là Rz = 2 - 4 µm. Trong điều kiện gia công tốt thì cấp chính xác dung sai IT có thể đạt được là cấp 3 - 5, và có thể đạt được độ nhám bề mặt Rz ≤ 1,5 µm. 2.4.1.2. Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt Để đánh giá độ nhám bề mặt người ta thường dùng các phương pháp sau đây: a) Phương pháp quang học (dùng kính hiển vi Linich). Phương pháp này đo được bề mặt có độ nhẵn bóng cao (độ nhám thấp) thường từ cấp 10 đến cấp 14. b) Phương pháp đo độ nhám R a, Rz, Rmax v.v… bằng máy đo prôfin. Phương pháp này sử dụng mũi dò để đo prô fin lớp bề mặt có cấp độ nhẵn tới cấp 11. Tuy nhiên đối với các bề mặt lỗ thường phải in bằng chất dẻo bề mặt chi tiết rồi mới đo bản in trên các máy đo độ nhám bề mặt. c) Phương pháp so sánh, có thể làm theo hai cách: - So sánh bằng mắt: Trong các phân xưởng sản xuất người ta mang vật mẫu so sánh với bề mặt gia công và kết luận xem bề mặt gia công đạt cấp độ nhám nào. Tuy nhiên phương pháp này chỉ cho phép xác định được cấp độ nhám từ cấp 3 đến cấp 7 và có độ chính xác thấp, phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người thực hiện. - So sánh bằng kính hiển vi quang học. 2.4.2. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ (cũng như sau tiện cứng) 2.4.2.1. Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =33= Phương pháp gia công Mức độ biến cứng (%) Chiều sâu lớp biến cứng (µm) Tiện thô 120 ÷ 150 30 ÷ 50 Tiện tinh 140 ÷ 180 20 ÷ 60 Phay bằng dao phay mặt đầu 140 ÷ 160 40 ÷ 100 Phay bằng dao phay trụ 120 ÷ 140 40 ÷ 80 Khoan và khoét 160 ÷ 170 180 ÷ 200 Doa 150 ÷ 160 150 ÷ 200 Chuốt 150 ÷ 200 20 ÷75 Phay lăn răng và xọc răng 160 ÷ 200 120 ÷ 200 Cà răng 120 ÷ 180 80 ÷ 100 Mài tròn thép chưa nhiệt luyện 140 ÷ 160 30 ÷ 60 Mài tròn thép ít cacbon 160 ÷ 200 30 ÷ 60 Mài tròn ngoài các thép sau nhiệt luyện 125 ÷ 130 20 ÷ 40 Mài phẳng 150 16 ÷ 25 Bảng 2.2. Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia công cơ Trong quá trình gia công cơ dưới tác dụng của lực cắt, mạng tinh thể của lớp kim loại bề mặt bị xô lệch và gây biến dạng dẻo ở vùng trước và vùng sau lưỡi cắt. Phoi được tạo ra do biến dạng dẻo của các hạt kim loại tro._.ng tuổi bền của dụng cụ có thể giảm vận tốc cắt đồng thời kết hợp tăng lượng chạy dao. Bởi năng suất cắt quan hệ tuyến tính với cả vận tốc cắt và lượng chạy dao. Khi giảm vận tốc cắt đi một nửa đồng thời tăng lượng chạy dao nên gấp đôi thì năng suất vẫn được duy trì [27]. Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến tuổi bền thông qua các cơ chế mòn diễn ra ở chế độ cắt đã cho phụ thuộc nhiều hay ít vào nhiệt độ. Do đó việc áp dụng công thức Taylor cần phải cân nhắc trong từng trường hợp cụ thể [3]. 3.2.2.2. Ảnh hưởng của thông số hình học đến tuổi bền của dụng cụ cắt Thông số hình học của dụng cụ cắt có ảnh hưởng rất lớn đến tuổi bền của dụng cụ, đặc biệt là góc trước γn. Nghiên cứu của Zhou, Walter và các đồng nghiệp [26] khi tiện cứng thép ổ lăn 100Cr6 bằng dao gắn mảnh PCBN Các bộ thông số thí nghiệm Tu ổi b ề d ( hú t) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =60= cho thấy khi góc trước γn tăng dẫn đến tăng lực cắt, đồng thời góc trước γn có quan hệ với tuổi bền của dụng cụ như đồ thị hình 3.8. Hình vẽ 3.8. Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh PCBN với góc trước γn Như vậy trong tiện cứng sử dụng dao gắn mảnh PCBN nên sử dụng dao có góc trước γ trong khoảng 10 ÷ 200, điều này sẽ có lợi là làm giảm lượng mòn của dao cũng như tăng tuổi thọ của dụng cụ. 3.2.3. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố của quá trình căt đến tuổi bền T bằng phương pháp thực nghiệm đo độ mòn cho phép mặt sau [hs]. Với các kết quả thực nghiệm, các đồ thị quan hệ giữa độ mòn, tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng được xác lập. Trên cơ sở đó xác định được quan hệ giữa tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng. Hình vẽ 3.9. Quan hệ giữa thời gian cắt, tốc độ cắt và độ mòn của dao Góc trước γn (độ) Góc trước γn (độ) Tu ổi b ề ( hú ) L ư µm ) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =61= Quan hệ giữa tốc độ, độ mòn và thời gian được biểu thị trên hình vẽ 3.9. Với độ mòn cho phép [hs] đã xác định được thời gian làm việc của dụng cụ với các tốc độ khác nhau (t1 với V1; t2, t3 với V2, V3 với V1 <V2 <V3 <V4; t1, t2, t3, t4 chính là tuổi bền T của dụng cụ ứng với tốc độ V1, V2, V3, V4…) khi các yếu tố cắt khác được cố định. Trên cơ sở đó lập được đồ thị quan hệ giữa tốc độ cắt và tuổi bền ở hình vẽ 3.10 và chuyển sang đồ thị lôgarit ở hình vẽ 3.11. Hình vẽ 3.10. Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao Qua đồ thị quan hệ V-T ta thiết lập được công thức liên hệ giữa tốc độ và tuổi bền: lg lg lgV A m T= − ⇒ lg lg lg A Vm T − = ⇒ m AV T = (3-8) . onstmV T c= ⇒ m AT V = (3-9) Hình vẽ 3.11. Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =62= 3.2.4. Tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng Khi nghiên cứu tuổi bền dụng cụ cắt trong tiện cứng do chủ yếu sử dụng các mảnh HKC hay các mảnh CBN nên tuổi bền được xác định khá đơn giản. Sau các lần cắt có thể dựa vào chỉ tiêu mòn công nghệ kết luận dụng cụ cắt đã bị hỏng, không thể tiếp tục làm việc theo chất lượng yêu cầu, do vậy ta có được tổng thời gian gia công tính bằng T(phút). Hoặc dựa vào chiều cao mòn cho phép ở mặt sau dụng cụ để xác định tuổi bền. Trong thực tế điều này là không khả thi vì sự phức tạp của nó, nên chỉ tiêu mòn công nghệ hay được dùng hơn. Ví dụ khi cắt thép có độ cứng từ 62-65 HRC, với một điều kiện cắt nhất định, tuổi bền T thể hiện hình vẽ 3.7. [ ]27 . Vấn đề ở đây là giải pháp nào có thể nâng cao tuổi bền trong điều kiện gia công cụ thể, với một chế độ cắt cụ thể,..là nhiệm vụ của các nhà chuyên môn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =63= Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MỐI QUAN HỆ GIỮA MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO GẮN MẢNH PCBN THEO CHẾ ĐỘ CẮT KHI TIỆN TINH THÉP 9XC QUA TÔI 4.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Phương pháp thực nghiệm đóng một vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu. Chỉ có thực nghiệm mới cho ta kết quả chính xác để khẳng định chân lý khoa học. Thực nghiệm được coi như một hệ thống có tác động nhằm thu nhận những thông tin chính xác về đối tượng nghiên cứu. Phương pháp thực nghiệm bao gồm một loạt các thí nghiệm được lặp lại nhiều lần trong những điều kiện nhất định để có khả năng ghi nhận kết quả. Điều kiện thí nghiệm xác định bằng các yếu tố (hoặc các biến số không phụ thuộc) kxxx ,.., 21 , mà người ta giả thiết chúng ảnh hưởng tới đối tượng nghiên cứu. Với kết quả của thí nghiệm, người ta có thể nhận được hàm số phụ thuộc y đã giả thiết phụ thuộc vào các yếu tố kxxx ,.., 21 . Qua đó cho phép ta xây dựng hàm số quan hệ y = f(x) hay tìm ra các quy luật dựa vào những đồ thị dựng được bằng thực nghiệm. 4.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 4.2.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm Trong nghiên cứu khoa học việc xây dựng hệ thống thí nghiệm cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau: - Đáp ứng được yêu cầu của vấn đề lý thuyết cần nghiên cứu. - Đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và độ ổn định. - Đảm bảo việc thu thập và xử lý các số liệu thí nghiệm thuận lợi. - Đảm bảo tính khả thi. - Đảm bảo tính kinh tế. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =64= Hệ thống thí nghiệm được trình bày dưới đây nhằm phục vụ cho đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi”. Hệ thống thiết bị được đặt tại Xưởng Cơ khí của thầy giáo ThS. Lê Viết Bảo - Khoa Cơ khí. 4.2.2. Mô hình thí nghiệm Mô hình thí nghiệm đã sử dụng thể hiện trên hình vẽ 4.2 t S n L D 1 2 3 4 Lcắt Hình vẽ 4.1. Hệ thống thiết bị thí nghiệm Hình vẽ 4.2. Mô hình thí nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =65= 1. Mâm cặp 2. Chi tiết gia công 3. Mũi chống tâm 4. Dao 4.2.3. Thiết bị thí nghiệm 4.2.3.1. Máy Sử dụng máy tiện CNC- HTC 2050 (Trung Quốc), hình vẽ 4.3 4.2.3.2. Dao * Mảnh dao: mảnh dao PCBN: TPGN 160308 T2001, EB28X (hình vẽ 4.4) Các thông số cơ bản (tra theo Catalog PCD/PCBN Cutting Tools của EHWA Diamond Industrial Co., LTD) γ = 110; λ = -110 (góc tạo thành khi đã gá mảnh lên thân dao) L = 16 mm; I.C = 9,25 mm; T = 3,18 mm; R = 0,8 mm. Hàm lượng CBN: 50%; chất dính kết TiC; cỡ hạt: 2µm. (T- mảnh tam giác, P - góc sau 110, G - cấp dung sai của mảnh, N - kiểu cơ cấu bẻ phoi, L=16mm, 03≈ chiều dày mmT 18,3= ; R = 0,8mm) Hình vẽ 4.3. Máy tiện CNC- HTC2050 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =66= Hình vẽ 4.5. Thân dao MTENN 2020K16-N (hãng CANELA) * Thân dao: sử dụng thân dao: MTENN 2020 K16 -N (hãng CANELA) (hình vẽ 4.5). 4.2.3.3. Phôi Thép hợp kim 9XC, L = 300mm, ∅62, tôi thể tích đạt độ cứng 56-58 HRC- (thực hiện tại Xưởng Cơ khí của thày giáo ThS. Lê Viết Bảo, thành phần hoá học qua phân tích (tại Nhà máy Z159 - Thái Nguyên) được kết quả như trong bảng 4.1.Cấu trúc tế vi theo hai phương dọc trục và vuông góc với trục ở hình vẽ 4.6. cho thấy các hạt các bít (FeCr)3C có đường kính tới 3µm. mảnh dao PCBN Hình vẽ 4.4. Mảnh dao TPGN, 160308 T2001 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =67= 4.2.3.4. Chế độ cắt Các bộ thông số V, S, t được lựa chọn, sử dụng tuỳ thuộc vào yêu cầu thí nghiệm, đồng thời thay đổi theo mô hình nghiên cứu. 4.3. Thiết bị đo khác 4.3.1. Máy đo độ nhám bề mặt Sử dụng máy đo độ nhám Mitutoyo SJ - 201 (Nhật Bản). Các thông số kỹ thuật cơ bản: - Hiển thị LCD. Tiêu chuẩn DIN, ISO, JIS, ANSI. Bảng 4.1. Thành phần các nguyên tố hoá học thép 9XC Hình vẽ 4.6. (a), Phôi thép 9XC qua tôi cứng, (b,c) Ảnh quang học cấu trúc tế vi thép 9XC theo hai phương song song và vuông góc với trục Phôi thép 9XC, L = 300mm b, c, a, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =68= - Thông số đo được: Ra, Rz, Rt, Rq, Rp, Ry, Pc, S, Sm. - Độ phân giải: 0,03µm/300µm; 0,08µm/75µm; 0,04µm/9,4µm. - Bộ chuyển đổi A/D: RS232. - Phần mềm điều khiển và xử lý số liệu MSTATW324.0. 4.3.2. Kính hiển vi điện tử Sử dụng kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi, Nhật Bản, có độ phóng đại 10000 lần (Khoa vật lý Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên). 4.4. Thí nghiệm xác định quan hệ mòn của mảnh dao theo chế độ cắt 4.4.1. Quy trình tiến hành thí nghiệm Máy, dao và mô hình thí nghiệm được thể hiện như ở trên. Chế độ cắt được chọn sao cho phù hợp với công suất máy, điều kiện gia công tinh, khả năng cắt của mảnh CBN và cố định trong tất cả các lần cắt. Nhằm tìm ra quy luật mòn theo thời gian (chiều dài cắt), tác giả sử dụng chế độ cắt và số lần cắt như Bảng 4.2. Quá trình thí nghiệm tiến hành như sau: - Làm sạch, lau khô bằng cồn và đánh số thứ tự các mảnh dao từ số 1→số 5. - Gá phôi vào chấu cặp sao cho đảm bảo độ đồng tâm cao (do quá trình tạo chuẩn thô trên máy khi tiện thô phôi thép về 60φ ). )1(→ Gá mảnh dao số 1 vào thân dao trên máy, kẹp chặt, chọn điểm chuẩn phôi, dao và chế độ cắt trên màn hình điều khiển. Thứ nhất cho dao chạy hết chiều dài ứng với một lần cắt L1 = 250mm. Dừng máy tiến hành đo nhám bề mặt (chi tiết vẫn phải kẹp chặt trên chấu cặp). Ở đây nhám được đo theo phương đường sinh và tại 3 vị trí khác nhau trên phôi, lấy giá trị trung bình của 3 lần đo ta được trị số Ra, Rz. Tháo mảnh dao và dùng dụng cụ gắp mảnh dao đặt vào vị trí đã đánh dấu trước đó. )2(→ Gá mảnh dao số 2 vào thân dao trên máy, quá trình lặp lại tương tự, chỉ khác số lần cắt tăng gấp 2 ứng với L2 = 500mm,..đo nhám tương tự lần 1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =69= Bảng 4.2. Chế độ cắt và các thông số nhám ....... Cứ tiến hành theo quy luật này tới mảnh dao số 5 ta sẽ được các thông số đặc trưng cho nhám và lập thành bảng sau: 4.4.2. Xử lý kết quả thí nghiệm 4.4.2.1. Xác định thời gian cắt cơ bản trong các lần cắt Ứng với mỗi mảnh dao ta có thời gian cắt )51( ÷=iti xác định như sau: )(61,2 955.1,0 1.250 . . 1 phnS iLt i === )(69,7 4,974.1,0 3.250 . . 3 phnS iLt i === )(19,5 6,962.1,0 2.250 . . 2 phnS iLt i === )(09,10 6,990.1,0 4.250 . . 4 phnS iLt i === )(36,12 1011.1,0 5.250 . . 5 phnS iLt i === Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =70= Bảng 4.3. Thời gian cắt và các thông số nhám Sau khi tính toán lập được bảng dưới đây: 4.4.2.2. Xây dựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với thời gian cắt Lượng mòn mảnh dao tăng dần khi một thông số chất lượng bề mặt giảm dần, thể hiện qua nhám Ra (Rz) tăng. Các hình ảnh về lượng mòn mặt sau, mặt trước được chụp bằng kính hiển vi điện tử và xác định ở phần sau. Bằng phần mềm Excel, lấy thông số trên bảng 4.3 ta xây dựng được đồ thị sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =71= 4.4.2.3. Các hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử về mòn mảnh dao Hình vẽ 4.7. Đồ thị quan hệ giữa thời gian cắt và nhám Ra, Rz 0 1 2 3 4 5 0 5 10 15 (t ) Phút R a, R z Series1 Series2 [ ]mµ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =72= Hình vẽ 4.8. 1(a,b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 1 sau 2,61 phút cắt; 1(c,d) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 1 được phóng to với các vết biến dạng dẻo bề mặt;1(e) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1;1(f) Hình ảnh mặt sau mảnh số 1được phóng to. 1(a) 1(b) 1(c) 1(d) 1(e) 1(f) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =73= Hình vẽ 4.9. 2(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 2 sau 5,19 phút cắt; 2(b,c,d) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 2 được to;3(a,b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 3 sau 7,69 phút cắt; 3(c,d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 3. 2(a) 2(b) 2(c) 2(d) 3(a) 3(b) 3(c) 3(d) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =74= 4(a) 4(b) 4(e) 4(d) 4(c) 4(f) Hình vẽ 4.10. 4(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 4 sau 10,09 phút cắt; 4(b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 4 được to;4(c,d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 4 ; 4(e,f) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 4 được phóng to. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =75= Hình vẽ 4.11. 5(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 5 sau 12,36 phút cắt; 5(b,c) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 5 được to;5(d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 5 ; 5(e,f) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 5 được phóng to;5(b) Hình ảnh cơ chế mòn mặt trước với sự bóc tách của lớp vật liệu dụng cụ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =76= 5(a) 5(b) 5(c) 5(e) 5(f) 5(d) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =77= Hình vẽ 4.12. 1(a) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1 sau 2,61 phút cắt; 3(b) Hình vẽ 4.12. 1(a) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1 sau 2,61 phút cắt; 3(b) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 3 sau 7,69 phút cắt;4(c) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 4 sau 10,09 phút cắt ; 5(d) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 5 sau 12,36 phút cắt. 4.4.2.4. Phân tích cơ chế mòn mảnh dao PCBN Kết quả quan sát các mảnh dao trên kính hiển vi điện tử cho thấy (Phần trên) chúng đều bị mòn cả mặt trước và mặt sau. Sau 2,61 phút cắt, tương ứng với chiều dài cắt 250 mm, dọc theo lưỡi cắt chính xuất hiện vòng cung mòn (hình 1.d) với chiều rộng xấp xỉ mµ10 . Trên vùng mòn mặt trước này không nhìn thấy hình ảnh các hạt CBN như vùng chưa bị mòn. Đấy là hình ảnh mòn vật liệu dòn theo cơ chế "biến dạng dẻo bề mặt do hạt cứng cày trên bề mặt dưới tác dụng của ứng suất pháp rất lớn gây ra" . 1(a) 3(b) 4(c) 5(d) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =78= Sau 5,19 phút cắt, tương ứng với chiều dài cắt là 500 mm, bản chất mòn trên mặt trước không thay đổi tuy chiều dài cung mòn trên lưỡi cắt chính tăng lên nhưng bề rộng của vùng mòn vẫn giữ không đổi khoảng mµ10 .(hình 2.d) Sau 7,69 phút cắt, tương ứng với chiều dài cắt là 750 mm, vùng mòn trên luỡi cắt chính lan rộng gần tới đỉnh nhưng vẫn giữ nguyên bề rộng khoảng mµ10 (hình 3.b). Sau 10,09 phút cắt, tương ứng với chiều dài cắt là 1000 mm, vùng mòn mặt trước phát triển đến cung tròn của lưỡi cắt và lúc này bề rộng vùng cắt đạt tới mµ20 . Cuối cùng khi gian cắt đạt 12,36 phút, tương ứng với chiều dài cắt là 1250 mm, hiện tượng mòn mặt trước thay đổi căn bản như (hình 5.a) với bề rộng vùng mòn khoảng mµ120 , không còn hiện tượng dính của VLGC trên bề mặt vùng mòn mà chỉ có vùng mòn gồ ghề. Từ (hình 5.b) ta thấy rằng những mảnh vật liệu dụng cụ bong ra khỏi bề mặt theo cơ chế mòn dính hoặc dính kết hợp với mỏi. Mòn mặt sau thể hiện trên hình vẽ 4.12; 1(a) sau 2,61 phút cắt; 3(b) sau 7,69 phút cắt; 4(c) sau 10,09 phút cắt và 5(d) sau 12,36 phút cắt. Kết quả quan sát cho thấy, vùng mòn mặt sau phát triển chậm từ khi bắt đầu cắt tới 7,69 phút, đạt chiều cao mòn mặt sau mhs µ50≈ với bề mặt khá bằng phẳng và VLGC dính nhẹ trên bề mặt mòn sau. Sau 10,09 phút cắt thì chiều cao này cũng chỉ đạt mhs µ60≈ . Hình ảnh VLGC dính trên vùng mòn mặt sau thể hiện ở hình 4(c). Tuy nhiên trên mặt sau lại xuất hiện hai mảng dạng vảy nằm ngay phía dưới vùng giao của cạnh tự do của phoi khi thoát khỏi mặt trước với các lưỡi cắt. Hình ảnh phóng to của khối bên trái trên hình 4(e). Đến 12,36 phút gia công thì trên toàn mặt sau của dụng cụ bị biến dạng theo một kiểu đặc biệt với các mảng VLDC dạng vảy, hình 5(e) và 5(d). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =79= VLDC bị dồn nén tạo các mảng vảy nhẵn, rộng với chiều cao vùng mòn mặt sau mhs µ750≈ và VLGC dính trên bề mặt mòn là không đáng kể. 4.4.2.5. Phân tích nhám bề mặt gia công Kết quả đo nhám bề mặt gia công trong mặt phẳng đứng chứa đường tâm của phôi và dọc theo một đường sinh của mặt trụ cho trong bảng 4.3. Giá trị Ra sau 10,09 phút cắt tăng 23% so với sau khi cắt 7,69 phút và tương ứng là sự gia tăng 15% giá trị Rz. Sự tăng đột biến của độ nhám sau 10,09 phút cắt liên quan đến sự phát triển của chiều rộng vùng mòn mặt trước đến 50% và chiều cao vùng mòn mặt sau tới 20% với sự xuất hiện của hai mảng dạng vảy trên vùng mặt sau. Đồ thị quan hệ giữa nhám bề mặt gia công với thời gian cắt thể hiện trên hình vẽ 4.7. 4.4.2.6. Phân tích kết quả và thảo luận Khi gia công bằng dao CBN hiện tượng biến dạng lưỡi cắt không xảy ra, mòn mặt trước và mặt sau đồng thời tồn tại, vùng mòn mặt trước rất gần lưỡi cắt. Trong nghiên cứu này, mòn xuất hiện trên cả hai mặt chỉ sau 2,61 phút cắt. Tuy nhiên vùng mòn mặt trước không nằm gần lưỡi cắt mà phát triển từ lưỡi cắt tạo thành bề mặt tương đối phẳng và phát triển dần theo hướng thoát phoi như trên hình 2(a), 3(a) và 4(a). Trên vùng mòn nhiều hạt CBN bị tách khỏi bề mặt do tương tác của VLGC làm yếu pha thứ hai của VLDC theo như kết quả nghiên cứu của Kenvin và đồng nghiệp [ ]5 , điểm khác biệt ở nghiên cứu này là cơ chế mòn do khuếch tán kết hợp với cào xước do Polachon và đồng nghiệp [ ]32 đề xuất dường như không còn phù hợp với kết quả vừa tìm được. Hình ảnh các rãnh biến dạng dẻo bề mặt do các hạt cứng các bít (FeCr)3C và các ôxít khác trong thép 9XC dưới tác dụng của ứng suất pháp rất lớn ở vùng gần lưỡi cắt gây nên là cơ chế mòn trên mặt trước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =80= Sau thời gian cắt đủ lớn, khi mòn phát triển dần vào phía trong vùng mặt trước theo hướng thoát phoi, ứng suất pháp giảm đi nhanh chóng, hiện tượng dính trở nên phổ biến ở vùng phoi thoát khỏi mặt trước thì cơ chế mòn do mỏi kết hợp với dính là nguyên nhân của mòn ở vùng này gây bóc tách từng mảnh VLDC ra khỏi vùng bề mặt như trên hình 5(d). Đây chính là phát hiện mới về cơ chế mòn mặt trước trong tiện tinh cứng. Hơn nữa từ hình 5(a) có thể thấy khi mòn mặt trước phát triển trên hầu hết diện tích tiếp xúc giữa phoi và mặt trước thì cơ chế mòn do bóc tách các mảnh vật liệu trở nên chiếm ưu thế, thay cho cơ chế mòn do cào xước làm cho mòn mặt trước phát triển với tốc độ cao hơn. Bề mặt vùng mòn trở nên gồ ghề và không nhẵn như bề mặt vùng mòn mặt trước thông thường. Điều này có thể giải thích do cơ tính của PCBN ít bị suy giảm bởi nhiệt độ cao trong vùng cắt, tuy nhiên tác dụng có chu kỳ của các hạt cứng trong thép lên bề mặt kết hợp với dính đã làm cho bề mặt của dụng cụ bị phá huỷ theo cơ chế dính mỏi kết hợp sau một thời gian gia công nhất định. Mòn mặt sau cũng phát triển theo quy luật thông thường trong cắt kim loại cho đến 7,69 phút, hình 3(c,d). Cơ chế mòn mặt sau tương đối phù hợp với kết quả nghiên cứu của Kenvin như trên hình 3(d). Nhưng sau 10,09 phút gia công trên bề mặt sau lại xuất hiện hai mảng dạng vảy cục bộ, hình 4(c). Đây là vùng tương ứng với các rãnh mòn sâu trên dụng cụ khi cắt các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao và theo Shaw [ ]33 , các rãnh mòn sâu trên mặt trước và sau ở vùng này có liên quan đến tác dụng truyền nhiệt mạnh ở hai bên rìa của phoi vào bề mặt dụng cụ cắt và đó là hiện tượng mòn phức tạp liên quan đến nhiệt. Theo Trent [ ]35 nhiệt độ cao kết hợp với biến cứng của phoi, tác dụng của ôxi trong môi trường cắt đã tạo nên các rãnh mòn sâu ở vùng này trên dao tiện cácbít khi tiện thép. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =81= Khi thời gian cắt tăng lên 12,36 phút các mảng dạng vảy này phát triển trên toàn mặt sau và một số mảng bong ra tạo nên mòn. Đây cũng là một phát hiện mới về cơ chế mòn mặt sau trong tiện tinh cứng. Từ các kết quả đo nhám bề mặt nhận thấy rằng cho tới 7,69 phút cắt, Ra gần như không thay đổi Ra = 0,53 - 0,60 mµ , nhưng khi thời gian cắt đạt tới 10,09 phút có sự thay đổi đột ngột về nhám bề mặt, Ra tăng xấp xỉ 23%, sau đó thay đổi không nhiều tới 12,36 phút cắt. Nhám bề mặt tăng nhanh khi mòn mặt trước và mặt sau đạt tới một mức nào đó và sau đó giữ gần như không đổi. Điều này có thể liên quan trực tiếp tới sự phát triển giới hạn bề rộng của vùng mòn trên mặt trước tới 20 mµ và sự xuất hiện các mảng dạng vảy trên mặt sau như đã phân tích ở trên. Có thể thấy rằng nếu như mòn trên mặt trước và sau phát triển theo cơ chế khuếch tán, suy yếu pha thứ hai dẫn đến bóc tách các hạt CBN như các nghiên cứu mới đây thì tuổi bền của các mảnh dao CBN có thể sẽ cao hơn nhiều lần so với thực tế. Hiện tượng bong từng mảng VLDC trên mặt trước, tạo thành dạng vảy và bong VLDC ở mặt sau là nguyên nhân cơ bản rút ngắn tuổi bền của dụng cụ cắt. Các cơ chớ mòn này có thể liên quan đến nhiệt, số chu kỳ cào xước của hạt cứng trong VLGC đồng thời dính trên bề mặt tiếp xúc của mặt trước và mặt sau cũng như sự kết hợp với tác dụng ôxi hoá từ môi trường. 4.4.2.7. Kết luận Các kết quả của nghiên cứu cho thấy khi tiện tinh thép 9XC qua tôi cứng bằng dao PCBN mòn xảy ra chủ yếu ở mặt trước và mặt sau. Giai đoạn đầu, cơ chế mòn mặt trước chủ yếu là biến dạng dẻo do tác dụng cào xước của các hạt cứng trong thép và sự tách ra khỏi bề mặt của các hạt CBN. Cơ chế mòn mặt sau là quá trình bóc tách của các hạt CBN do pha thứ hai của VLGC bị yếu đi khi tương tác với VLGC. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =82= Ở giai đoạn sau, cơ chế mòn mặt trước là do mỏi dính với sự bóc tách của từng mảng vật liệu trên mặt trước. Cơ chế mòn này có thể liên quan tới nhiệt, số chu kỳ cào xước của hạt cứng và dính kết hợp với tác dụng ôxy hoá từ môi trường tạo nên các mảng dạng vảy và bong ra khỏi mặt sau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =83= 4.5. Nghiên cứu mối quan hệ giữa tuổi bền mảnh dao PCBN theo chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC qua tôi 4.5.1. Quá trình cắt thép 9XC bằng dao PCBN Ta biết rằng cơ chế gia công trong tiện cứng là rất phức tạp và đặc biệt, bởi lẽ nhiệt trong quá trình cắt chủ yếu truyền vào phoi (70 - 85%), tuy nhiên sự thay đổi tính chất cơ lý của vật liệu gia công, cấu trúc lớp cắt, thông số hình học phần cắt và các yếu tố khác đều có ảnh hưởng đến tuổi bền dụng cụ cắt. Vật liệu dụng cụ cắt không đồng nhất, phương pháp nhiệt luyện và cách mài dao, bán kính đỉnh dao, sự thay đổi độ cứng vững có liên quan đến chế độ hoạt động của máy - tất cả những yếu tố này có ảnh hưởng đến năng suất gia công. Vì vậy cần có phương pháp nghiên cứu thích hợp tìm ra mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố. Trên cơ sở đó đưa ra giải pháp nâng cao tuổi bền dụng cụ cắt, tức nâng cao năng suất gia công và hạ giá thành sản phẩm. Mối quan hệ giữa các yếu tố được nghiên cứu bằng thực nghiệm với sự thay đổi đồng thời nhiều yếu tố nhằm giảm thời gian và hạn chế các chi phí phụ. Một trong những phương pháp đó là quy hoạch thực nghiệm. Dùng phương pháp này có thể xác định được mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố, đồng thời nếu dùng phần mềm có thể dễ dàng tối ưu hoá được hàm số lựa chọn. Trường hợp vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt được sử dụng như là các thông số độc lập thì mô hình tuổi bền cho quá trình tiện có dạng: 0 1 2 3LnT b b lnV b lnS b ln t= + + + (4-1) Các thí nghiệm được thực hiện trên cơ sở phân tích các yếu tố, có nghĩa là cả 3 thông số V, S, t cùng đồng thời thay đổi. Ở đây ta cần xác định các hệ số 3210 ,,, bbbb . Mỗi yếu tố thay đổi theo hai mức, tức là p2 (p là số các yếu tố thay đổi, p = 3). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =84= Đặt: 321 ln;ln;ln; xtxSxVyLnT ==== Ta nhận được hàm 3322110 xbxbxbby +++= (4-2) 4.5.2. Lựa chọn chế độ cắt cho nghiên cứu và tìm hàm quan hệ Chú ý tới khả năng của máy, mảnh dao và điều kiện gia công tinh sử dụng trong Xưởng thực nghiệm ta chọn được bộ thông số chế độ cắt như sau. Bảng 4.4 Các mức biến đổi này được mã hoá nhờ các phương trình chuyển đổi để mức cao tương ứng (+1), còn mức thấp tương ứng (-1); Từ đó có hệ sau: ( )( ) 1140ln180ln 180lnln2 1 +− − = Vx ( )( ) 107,0ln15,0ln 15,0lnln2 2 +− − = Sx (4-3) ( )( ) 108,0ln14,0ln 14,0lnln2 3 +− − = tx Bảng 4.4. Bộ thông số chế độ cắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =85= Để đơn giản hoá việc tính toán các thí nghiệm, người ta sử dụng khối lập phương với gốc toạ độ nằm ở tâm của khối lập phương. Các điểm thí nghiệm là các đỉnh khối lập phương (4 đỉnh là các vòng tròn to) và 2 thí nghiệm bổ sung để kiểm tra tính đồng nhất các thí nghiệm (các thí nghiệm 9,10 ở tâm khối lập phương). Nếu giả thiết về tính đồng nhất của các thí nghiệm không được chấp nhận cần phải tiến hành thêm 6 thí nghiệm (4 ở đỉnh, 2 ở tâm). Các thí nghiệm với chế độ cắt được ghi ở đỉnh và tâm khối lập phương. Số liệu cho trong bảng 4.5. 1 3 8 2 5 V = 140 S = 0,07 t = 0,08 1 V = 180 S = 0,07 t = 0,08 V = 140 S = 0,15 t = 0,08 4 V = 180 S = 0,15 t = 0,08 V = 140 S = 0,07 t = 0,14 6 V = 180 S = 0,07 t = 0,14 7 V = 140 S = 0,15 t = 0,14 V = 180 S = 0,15 t = 0,14 9 10 11 12 V = 160 S = 0,11 t = 0,11 )(1 Vx )(2 Sx )(3 tx Hình vẽ 4.13. Quy hoạch thực nghiệm theo khối lập phương Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =86= Các phôi thí nghiệm được chọn là loạt chi tiết con lăn đang được sản xuất hàng loạt tại Xưởng thực nghiệm, chiều dài l = 27,5 mm, Dmax= 49 mm, Dmin= 30 mm, độ cứng đạt 56-58 HRC, chỉ tiêu để xác định tuổi bền là theo chỉ tiêu mòn công nghệ. Khi nhám bề mặt lớn hơn yêu cầu nhám khi tiện tinh ≥ Cấp 7b { }mRa µ18,0 −= thì dừng quá trình cắt và lấy tổng thời gian đã cắt làm tuổi bền mảnh dao. Sau lần bù bán kính mũi dao đầu tiên, cứ sau một loạt 3 chi tiết tiến hành đo nhám chi tiết gia công để xác định thời điểm thay dao. Trên cơ sở 6 thí nghiệm thứ nhất ta xác định các hệ số của phương trình 3322110 xbxbxbby +++= bằng phương pháp cực tiểu. Ma trận của các biến số x của 6 thí nghiệm thứ nhất được thể hiện trong bảng 4.6 Bảng 4.5. Ma trận thí nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =87= Theo phương pháp cực tiểu thì tổng bình phương của các giá trị sai lệch y từ các sai lệch theo phương trình (4-2) phải nhỏ nhất, tức là: ( ) Minxbxbxbby =−−−−∑ 23322110 (4-4) Vế trái của (4-4) được ký hiệu bằng các chữ f (hàm số của biến số 3210 ,,, bbbb ). Cực tiểu hàm số này được tính theo các phương trình sau: ;0;0;0;0 3210 = ∂ ∂ = ∂ ∂ = ∂ ∂ = ∂ ∂ b f b f b f b f (4-5) Sau khi khai triển theo (4-5), biến đổi và rút gọn ta nhận được: ∑∑∑∑ +++= 3322110 xbxbxbNby 313212211101 xxbxxbxbxbyx ∑∑∑∑∑ +++= (4-6) 323222211202 xxbxbxxbxbyx ∑∑∑∑∑ +++= 322233311303 xxbxbxxbxbyx ∑∑∑∑∑ +++= Ở đây: + N y b ∑=0 với N =6; Bảng 4.6. Ma trận 6 thí nghiệm thứ nhất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =88= + ∑ ∑= 2 1 1 1 x yx b + ∑ ∑ = 2 2 2 2 x yx b + ∑ ∑= 2 3 3 3 x yx b ; chú ý rằng: ∑ 21x =∑ 22x =∑ 23x = 4; Cách tính ib , ví dụ ( ) ( )8532181513121 4 1 4 1 yyyyxyxyxyxyb +−−=+++= Thay các trị số iy (i = 2-8) vào hệ trên nhận được: ( ) ( ) 27,309,300,348,208,414,483,2 6 1 6 1 6543210 =++++++++++=→ yyyyyyb ( ) ( ) 73,048,208,414,483,2 4 1 4 1 85321 −=+−−=+−−=→ yyyyb ( ) ( ) 07,048,208,414,483,2 4 1 4 1 85322 −=+−+−=+−+−=→ yyyyb ( ) ( ) 10,048,208,414,483,2 4 1 4 1 85323 −=++−−=++−−=→ yyyyb Thay các hệ số trên vào (4.2) nhận được: 321 1,007,073,027,3 xxxLnTy −−−== (4-7) Hệ (3) có thể viết dưới dạng: ( )( ) 52,40ln81140ln180ln 180lnln2 1 −=+− − = VVx ( )( ) 6ln63,2107,0ln15,0ln 15,0lnln2 2 +=+− − = SSx (4-8) ( )( ) 04,8ln57,3108,0ln14,0ln 14,0lnln2 3 +=+− − = ttx Cuối cùng thay (8) vào (7) nhận được: tSVLnTy ln57,0ln18,0ln84,563,31 −−−== (4-9) Hàm (9) hoàn toàn tương hợp với mô hình toán học dạng logarit bậc nhất mà lý thuyết đã đưa ra. Vậy mối quan hệ giữa tuổi bền mảnh dao PCBN có quan hệ bậc nhất dạng logarít với chế độ cắt khi tiện cứng thép 9XC. Từ mô hình này ta có thể tối ưu hoá các thông số khác khá dễ dàng, bằng tính toán đại số hay phần mềm Matlap. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =89= 4.6. PHẦN KẾT LUẬN CHUNG VÀ H ƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 4.6.1. Phần k ết luận chung Qua nội dung đã thực hiện của Luận văn, tác giả rút ra được các kết luận sau: - Đánh giá tổng quan các nghiên cứu gần đây trong lĩnh vực tiện nói chung và tiện cứng nói riêng trên các khía cạnh về lý, hoá, nhiệt, chất lượng bề mặt, mòn và tuổi bền,... - Giới thiệu các nguyên nhân gây mòn trong tiện cứng đồng thời kiểm nghiệm và phát hiện những vấn đề mới về mòn mảnh dao CBN. Đặc biệt với loại thép hợp kim điển hình ở Việt Nam là 9XC. - Trên cơ sở nghiên cứu tìm được sẽ đề xuất các biện pháp c ông nghệ nâng cao tuổi bền mảnh dao CBN, nâng cao hiệu quả trong gia công cắt gọt. - Tìm được bản chất tương tác ma sát trên mặt trước của dụng cụ. - Tìm được công thức biểu diễn quan hệ giữa chế độ cắt với tuổi bền mảnh dao CBN thông qua hàm hồi quy thực nghiệm. Từ hàm này có thể tối ưu hoá dễ dàng để đạt mục tiêu là Tmax. - Ứng dụng trực tiếp vào một cơ sở sản xuất tại nơi làm thực nghiệm đề tài. 4.6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài chỉ dừng ở một chế độ công nghệ, một kiểu mảnh dao, một loại vật liệu và khoảng độ cứng nhất định. Vì vậy cần tiến hành thí nghiệm một cách tổng quan hơn để tìm ra các quy luật rộng hơn trong cơ chế gây mòn mảnh CBN nói chung. Hàm hồi quy tìm được là hàm logarit bậc một, có thể tối ưu nhằm đạt được hàm mục tiêu yêu cầu. Tuy nhiên trong một điều kiện nhất định nào đó tác giả vẫn khuyến cáo nên dùng hàm logarit bậc hai để nhận được các ảnh hưởng tới tuổi bền toàn diện hơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =90= Việc tối ưu hoá vấn đề nhiệt cắt, lực cắt, thông số hình học của dao và đặc biệt là có nên hay không việc sử dụng biện pháp bôi trơn tối thiểu trong vùng cắt khi tiện cứng ? Những gợi mở trên giúp các nhà nghiên cứu có thêm nhiều dữ liệu để kiểm tra, đánh giá và phát hiện mới về lĩnh vực tiện nói riêng và tiện cứng nói chung. ._.