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

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 MỤC LỤC Lời cảm ơn Mục lục 1 Danh mục các bảng 4 Danh mục các hình và đồ thị 5 Phần mở đầu 8 Chƣơng 1. Tổng quan những nghiên cứu về mòn và tuổi bền dụng cụ cắt 10 1.1 Tổng quan về một số vật liệu dụng cụ cắt 10 1.1.1 Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ 10 1.1.1.1 Tính năng cắt 10 1.1.1.2 Tính công nghệ 13 1.1.1.3 Tính kinh tế 13 1.1.2 Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu tới mòn và tuổi bền dụng cụ 13 1.1.2.1 Thép cacbon dụng cụ. 16 1.1.2.2 Thép hợp kim dụng cụ 17 1.1.2.3 Thép gió 19 1.1.2.4 Hợp kim cứng 24 1.1.2.5 Vât liệu sứ 27 1.1.2.6 Kim cương 28 1.1.2.7 Nitritbo lập phương 29 1.2 Mòn dụng cụ cắt 29 1.2.1 Các dạng mòn của dụng cụ cắt 29 1.2.1.1 Mòn theo hình học 29 1.2.1.2 Mài mòn theo mặt sau 30 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 1.2.1.3 Mài mòn theo mặt trước 31 1.2.1.4 Mài mòn đồng thời mặt trước và mặt sau - Mài mòn lưỡi cắt 32 1.2.2 Chỉ tiêu đánh giá sự mòn dụng cụ cắt 34 1.2.2.1 Chỉ tiêu mài mòn mặt sau 34 1.2.2.2 Chỉ tiêu mòn mặt trước 34 1.2.3 Cơ chế mòn của dụng cụ cắt 35 1.2.3.1 Mòn do cào xước 35 1.2.3.2 Mòn do dính 36 1.2.3.3 Mòn do nhiệt 36 1.2.3.4 Mòn do khuếch tán 37 1.2.3.5 Mòn do ôxy hoá 37 1.2.3.6 Mòn điện hoá 37 1.3 Mòn của dao phay lăn răng 39 1.4 Kết luận chương 1 39 Chƣơng 2. Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt 40 2.1 Các nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt 40 2.2 Tuổi bền của dụng cụ cắt 46 2.2.1 Khái niệm về tuổi bền dụng cụ 46 2.2.2 Xác định tuổi bền của dụng cụ khi cắt 46 2.2.2.1 Tuổi bền năng suất (Tns) 48 2.2.2.2 Tuổi bền kinh tế (Tkt) 49 2.2.3 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến tuổi bền T 50 2.2.3.1 Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt 51 2.2.3.2 Ảnh hưởng của vận tốc cắt, lượng chạy dao, thông số hình học 52 2.2.3.3 Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới tuổi bền dụng cụ cắt 53 2.2.3.4 Ảnh hưởng của thông số hình học phần cắt tới tuổi bền dụng cụ cắt 54 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 2.2.3.5 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội 54 2.2.3.6 Tác động của lớp phủ đến mòn và tuổi bền của dụng cắt 56 2.2.3.7 Mòn và tuổi bền của các loại dụng cụ phủ (TiN) khi phay 57 2.2.3.8 Mòn và tuổi bền dụng cụ gia công răng 58 2.3 Mòn và tuổi bền dao phay lăn răng đĩa xích 59 2.4 Kết luận chương 2 59 Chƣơng 3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích 61 3.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm 61 3.1.1 Máy gia công 61 3.1.2 Dao phay lăn răng đĩa xích 62 3.1.3 Vật liệu thí nghiệm 63 3.1.4 Thiết bị đo, kiểm tra 65 3.2 Quá trình thực nghiệm 67 3.2.1 Mô tả thí nghiệm 67 3.2.2 Xác định mòn của dao phay lăn đĩa xích 68 3.2.2.1 Các dạng mòn của dao phay lăn đĩa xích 68 3.2.2.2 Xác định mòn trên máy CMM-C544 69 Chƣơng 4. Kết quả thí nghiệm - Thảo luận 74 4.1 Kết quả thí nghiệm đo mòn dụng cụ cắt 74 4.2 Xác định mòn tuổi bền của dao phay đĩa xích 77 4.3 Chất lượng bề mặt gia công đĩa xích 80 4.3.1 Xây dựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với thời gian cắt 80 4.3.2 Xây dựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với vận tốc cắt 81 Chƣơng 5. Kết luận 83 Tài liệu tham khảo 84 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 Phụ lục 86 Tóm tắt luận văn 87 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ 14 Bảng 1.2 Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ (%) 18 Bảng 1.3 Thành phần hoá học của một số loại thép gió (%) 21 Bảng 1.4 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng 23 Bảng 1.5 Thành phần hóa học của Nhóm ba cacbit 25 Bảng 2.1 Tuổi bền của dụng cụ cắt 44 Bảng 3.1 Thành phần hoá học thép C45 63 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của máy CMM - C544 65 Bảng 3.3 Chế độ gia công thí nghiệm 68 Bảng 4.1 Kết quả đo mòn dao phay lăn răng đĩa xích 75 Bảng 4.2 Bảng xác định tuổi bền của dụng cụ cắt 77 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tính chất vật liệu dụng cụ 15 Hình1.2 Sơ đồ tôi và ram thép gió 22 Hình 1.3 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ 30 Hình 1.4 Mòn mặt sau của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau 30 Hình 1.5 Các thông số mòn phần cắt của dao tiện 31 Hình 1.6 Mòn mặt trước của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau 31 Hình 1.7 Mòn bán kính lưỡi cắt khi gia công thép 32 Hình 1.8 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công 33 Hình 1.9 Các chỉ tiệu đánh giá lượng mài mòn mặt sau, mặt trước 35 Hình 1.10 Mòn do cào xước mặt trướ 36 Hình 1.11 Sơ đồ các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 38 Hình 2.1 Mô hình mòn dụng cụ cắt [1] 40 Hình 2.2 Đồ thị mòn theo thời gian 41 Hình 2.3 Quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt V 42 Hình 2.4 Phạm vi sử dụng của mô hình tuổi bền T = Cv.V k 43 Hình 2.5 Quá trình mòn theo thời gian 43 Hình 2.6 Ảnh hưởng V tới tuổi bền T 44 Hình 2.7 Ảnh hưởng S tới tuổi bền T 44 Hình 2.8 Mài mòn do khuếch tán 54 Hình 2.9 Mài mòn do chảy dẻo 54 Hình 2.10 Sự hình thành các vết nứt mảnh dao 54 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 Hình 2.11 Quan hệ giữa tuổi bền và vận tốc cắt. 46 Hình 2.12 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 47 Hình 2.13 Ảnh hưởng của vật liệu dung cụ cắt tới tuổi bền 51 Hình 2.14 Đồ thị mòn mặt sau (tuổi bền) phụ thuộc vào vận tốc cắt khi cắt thép bằng HKC WC+TiC, t = 1mm; s = 0,3 mm; v= 145m/phút 52 Hình 2.15 Đồ thị mòn mặt sau phụ thuộc vào lượng chạy dao khi cắt thép bằng HKC WC + TiC; V= 155m/ phút , t=1mm 53 Hình 2.16 Đồ thị mòn mặt sau phụ thuộc vào góc nghiêng chính khi cắt thép bằng dao HKC WC + TiC 54 Hình 2.17 Tuổi bền khi phay vật liệu thép rèn với mảnh phủ, không phủ 58 Hình 3.1 Máy Phay lăn răng 5K32 61 Hình 3.2 Dao Phay lăn răng đĩa xích 62 Hình 3.3 Bản vẽ đĩa xích 64 Hình 3.4 Máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544 65 Hình 3.5 Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ – 201 66 Hình 3.6 Giao diện phần mềm GEOPAK 69 Hình 3.7 Hiệu chuẩn đầu đo 70 Hình 3.8 Thiết lập các thông số đo 72 Hình 3.9 Dữ liệu đo biên dạng răng 72 Hình 4.1 Kết quả đo trên máy CMM - C544 74 Hình 4.2 Đồ thị mòn hs dao phay lăn răng đĩa xích theo thời gian cắt 76 Hình 4.3 Ảnh hưởng của vận tốc V tới tuổi bền T 77 Hình 4.4 Phạm vi tuổi bền cho phép ứng với vận tốc V 78 Hình 4.5 Quan hệ Logarit giữa tuổi bền T và vận tốc V 79 Hình 4.6 Nhám bề mặt theo thời gian gia công 80 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 Hình 4.7 Quan hệ giữa vận tốc với nhám bề mặt gia công 81 Hình 4.8 Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V1=15.14(m/ph 81 Hình 4.9 Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V3=24.03(m/ph) 82 Hình 4.10 Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V4=30.04(m/ph) 82 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật thì các sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, độ chính xác gia công và đặc biệt là phải giảm chi phí sản xuất để hạ giá thành sản phẩm. Phay lăn răng là một phương pháp gia công răng đạt năng xuất và độ chính xác cao, vì vậy nó vẫn được ứng dụng nhiều để gia công hầu hết các loại bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng, bánh vít, trục vít, bánh xích và đĩa xích...Trước đây việc gia công răng đều phải mua các loại dao từ nước ngoài với giá cao, điều đó làm tăng chi phí sản xuất và tăng giá thành sản phẩm, tại Việt Nam hiện nay đã có nhiều cơ sở sản xuất và chế tạo dụng cụ cắt chuyên dùng, mà chế độ gia công cắt gọt cho các loại dụng dao này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, đặc biệt là nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Vì vậy sau khi được sự định hướng và giúp đỡ của thầy TS. Nguyễn Văn Hùng, tác giả đã chọn đề tài "Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích thép gió sản xuất tại Việt Nam" là rất cấp thiết nhằm nâng cao hiệu qủa về kinh tế và kỹ thuật khi ứng dụng các sản phẩm chế tạo trong nước vào thực tế sản xuất. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu được mòn và cơ chế mòn của dao phay lăn răng đĩa xích và xác định được mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt - Xác định được chế độ cắt hợp lý nâng cao tuổi bền của dụng cụ và chất lượng của sản phẩm - Làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao phay lăn răng sản xuất tại Việt Nam. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 3. Nội dung nghiên cứu Để đạt mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nội dung nghiên cứu gồm các phần sau: - Tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của đề tài - Xây dựng mô hình nghiên cứu và hệ thực nghiệm - Thực nghiệm và phân tích dữ liệu - Xác định mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích bằng thép gió sản xuất tại Việt Nam - Phân tích kết quả nghiên cứu và bàn luận 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và phân tích các công trình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của đề tài, kết hợp với thực nghiệm để xác định mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt, đề tài này sử dụng phương pháp nghiên cứu suy diễn lý thuyết kết hợp với với phương pháp thực nghiệm. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5.1. Ý nghĩa khoa học. Nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của các thông số và chế độ công nghệ đến quá trình mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích, từ kết quả nghiên cứu và thực nghiệm có thể đánh giá được tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích sản xuất tại Việt Nam 5.2. Ý nghĩa thực tiễn. Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần phát triển ngành công nghiệp chế tạo dụng cụ cắt tại Việt Nam, nâng cao năng xuất, chất lượng sản phẩm và hạ giá thành sản phẩm. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ MÒN DỤNG CỤ CẮT 1.1. Tổng quan về một số vật liệu dụng cụ cắt 1.1.1. Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ Đặc tính phần dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến năng suất gia công và chất lượng bề mặt chi tiết. Khả năng giữ được tính cắt của dụng cụ góp phần quyết định năng suất gia công của dụng cụ. Dụng cụ làm việc trong điều kiện cắt khó khăn vì ngoài áp lực, nhiệt độ cao, dụng cụ cắt còn bị mài mòn và rung động trong quá trình cắt. Trong quá trình gia công, phần cắt của dụng cụ trực tiếp làm nhiệm vụ cắt để tạo phoi. Để nâng cao năng suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia công, phần cắt của dụng cụ không những phải có hình dáng hình học hợp lý mà còn phải được chế tạo từ những loại vật liệu thích hợp. Vì vậy vật liệu dụng cụ cắt cần thiết phải đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau đây. 1.1.1.1. Tính năng cắt Trong quá trình cắt, ở phần lưỡi cắt trên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt thường xuất hiện ứng suất tiếp xúc rất lớn, khoảng 4000 5000 N/mm2, đồng thời áp lực riêng lớn gấp 100 200 lần so với áp lực cho phép của chi tiết máy. Nhiệt độ tập trung trên vùng cắt lên tới 600 900oC. Trong điều kiện như vậy, việc cắt chỉ thực hiện có hiệu quả khi dụng cụ cắt có khả năng giữ được tính cắt trong khoảng thời gian dài. Điều đó đòi hỏi vật liệu dụng cụ cắt cần phải có đầy đủ những tính chất cơ lý cần thiết như độ cứng, độ bền nhiệt, độ chịu mòn, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt... Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 - Độ cứng: Độ cứng là một trong những chỉ tiêu quan trọng của vật liệu dụng cụ cắt. Muốn cắt được, vật liệu phần cắt của dụng cụ cắt thường phải có độ cứng lớn hơn vật liệu gia công khoảng HRC25. Độ cứng phần cắt của dụng cụ cắt thường đạt trong khoảng HRC60 65. Nâng cao độ cứng phần cắt của dụng cụ cắt cho phép tăng khả năng chịu mòn và tăng tốc độ cắt. Trong quá trình cắt, cần quan tâm nhiều đến độ cứng nhiệt của lưỡi cắt tức là độ cứng xét trong trạng thái lưỡi cắt bị nung nóng. Vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng cắt của dao. - Độ bền cơ học: Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt thường chịu những lực và những xung lực rất lớn. Mặt khác, dụng cụ cắt còn chịu rung động do hệ thống máy - dao - đồ gá - chi tiết không đủ độ cứng vững hoặc do dao làm việc trong điều kiện tải trọng động lớn hoặc do sự thay đổi liên tục cuả lực cắt. Do đó dẫn đến tình trạng lưỡi cắt dễ bị phá hỏng sớm do mẻ, vỡ, tróc, mòn, ... Vì vậy để nâng cao tính năng cắt và tuổi bền của dao, vật liệu dụng cụ cắt cần phải có độ bền cơ học cao. Việc nâng cao độ bền cơ học của vật liệu dụng cụ cắt, nhất là đối với hợp kim cứng và vật liệu sứ là một trong những hướng chính trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo dụng cụ cắt. - Độ bền nhiệt: Độ bền nhiệt là khả năng giữ được độ cứng cao và các tính năng cắt khác ở nhiệt độ cao trong khoảng thời gian dài. Độ bền nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt độ giới hạn mà khi nung liên tục vật liệu dụng cụ cắt trong khoảng thời gian nhất định (khoảng 3 giờ) thì đến nhiệt độ đó độ cứng của nó cũng không giảm quá mức qui định (khoảng HRC60). Độ bền nhiệt là tính năng quan trọng nhất của vật liệu dụng cụ cắt. Nó quyết định việc duy trì khả năng cắt của dao trong điều kiện nhiệt độ và áp lực rất lớn ở vùng cắt. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 Độ bền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim như vomfram, crôm, vanađi, môlipđen, côban... Trong đó Vonfram là thành phần hợp kim cơ bản làm cho thép có độ bền nhiệt. Độ bền nhiệt được nâng cao khi tăng hàm lượng vanađi. nếu độ bền nhiệt của thép gió P18 là 600oC thì khi nâng cao hàm lượng vanađi đến 5% và vonfram đến 10%, độ bền nhiệt sẽ tăng đến 630oC. Nguyên tố côban cũng ảnh hưởng lớn đến độ bền nhiệt. Khi thép gió có 18% vonfram và 10% côban thì độ bền nhiệt lên tới 650oC. Ngoài ra, chế độ nhiệt luyện cũng ảnh hưởng nhiều đến độ bền nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt. - Độ dẫn nhiệt: Độ dẫn nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt càng cao thì nhiệt lượng được truyền khỏi lưỡi cắt càng nhanh. Do đó giảm sự tập trung nhiệt độ trên vùng cắt, tăng độ bền mòn cho dụng cụ cắt. Mặt khác, cho phép nâng cao tốc độ cắt. Chính vì kim cương có độ dẫn nhiệt lớn hơn hẳn so với các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nên cho phép dao kim cương cắt với tốc độ rất cao. - Tính chịu mòn: Độ bền mòn của vật liệu dụng cụ cắt được đặc trưng bởi khả năng giữ vững hình dáng và thông số hình học phần cắt trong quá trình gia công. Trong quá trình cắt, mặt trước dụng cụ tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với mặt đang gia công chi tiết với tốc độ trượt lớn, nên vật liệu dụng cụ phải có tính chịu mòn cao. Phần cắt của dụng cụ, khi đủ sức bền cơ học, thì dạng hỏng chủ yếu là dụng cụ bị mài mòn. Thực tế chỉ rõ rằng khi độ cứng càng cao thì tính chịu mòn vật liệu càng cao. Tính chịu mòn vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng. Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra mòn dao là hiện tượng dính chảy của vật liệu làm dao. Tính chảy dính của vật liệu làm dao được đặc trưng bởi nhiệt độ chảy dính giữa hai vật liệu tiếp xúc với nhau… Vật liệu làm dao tốt là loại vật liệu có nhiệt độ chảy dính cao. Qua nghiên cứu thực nghiệm, nhiệt độ chảy dính của các loại Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 hợp kim cứng có cacbit vonfram ( WC), cacbit titan (TiC) với thép (10000C ) cao hơn các hợp kim coban với thép (6750C) 1.1.1.2. Tính công nghệ Dụng cụ cắt thường có hình dáng hình học phức tạp, đòi hỏi những yêu cầu kỹ thuật khá cao về độ chính xác hình dáng kích thước, độ nhẵn bề mặt. Vì vậy, vật liệu dụng cụ cắt cần phải có tính công nghệ tốt. Tính công nghệ tốt là khả năng của vật liệu cho phép gia công hợp lý, dễ dàng bằng các phương pháp gia công khác nhau như hàn, gia công bằng áp lực, bằng cắt, bằng nhiệt luyện, bằng hóa nhiệt... Tính công nghệ của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần hóa học, cấu trúc tế vi, kích thước hạt, độ cứng, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt... 1.1.1.3. Tính kinh tế Khi chọn vật liệu dụng cụ cắt, ngoài việc chú ý đến tính năng cắt, tính công nghệ, còn cần phải chú ý đến giá thành của chúng nữa. Vật liệu dụng cụ cắt thường đắt tiền. Chi phí vật liệu thường chiếm một tỷ lệ cao trong giá thành chế tạo dụng cụ cắt. Do đó cần phải chọn vật liệu dụng cụ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dao, của chi tiết gia công, nhằm giảm chi phí chế tạo dao cho một đơn vị chi tiết gia công. 1.1.2. Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hƣởng của các yếu tố vật liệu tới mòn và tuổi bền dụng cụ Vật liệu dụng cụ cắt được hình thành và phát triển theo nhu cầu phát triển của khoa học kỹ thuật và của sản xuất. Chúng được chia thành các loại sau: Thép cacbon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, vật liệu sứ, kim cương, nitriítbo lập phương. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 Lịch sử phát triển và sử dụng các loại vật liệu dụng cụ và đặc tính của chúng được trình bày trong bảng 1.1 và tính chất của chúng được trình bày trên biểu đồ 1.1 Bảng 1.1. Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ Năm Vật liệu dụng cụ Vc 60m/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 W) 20 – 30 600 – 650 - 1931 Hợp kim cứng cacbit vonfram 200 1000 – 1200 91 1934 Hợp kim cứng WC và TiC 300 1000 – 1200 91 - 92 1955 Kim cương nhân tạo 800 100000 HV 1957 Sành sứ 300 – 500 1500 92 - 94 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 1965 Nitrit Bo 100 – 200 Thép tôi 1600 8000 HV 1970 Hợp kim cứng phủ (TiC) 300 1000 18000 HV Qua sự phát triển của vật liệu dụng cụ cắt, có thể thấy rằng phần vật liệu cứng trong vật liệu dụng cụ cắt tăng lên, do đó tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng, tăng tuổi bền dụng cụ và tăng được tốc độ cắt, phần vật liệu cứng trong các loại vật liệu dụng cụ có thể được đánh giá theo % Ví dụ : Thép dụng cụ 5 – 10% Thép gió 20 – 30% Hợp kim cứng 85 – 97% Sành sứ 80 – 100% Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 1. Thép dụng cụ 2. Thép hợp kim dụng cụ 3. Thép gió 4. Thép Stellite 5. Hợp kim cứng thông dụng 6. Hợp kim cứng đặc biệt 7. Sành sứ 8. Vật liệu cắt siêu cứng Hình 1.1 Tính chất vật liệu dụng cụ 1.1.2.1. Thép cacbon dụng cụ. Để bảo đảm cho thép cacbon dụng cụ có đủ độ cứng và có tính chịu mòn cao, hàm lượng cacbon chứa trong thép thường vào khoảng 0,65 1,35%. Sau khi nhiệt luyện, độ cứng bề mặt đạt được HRC 60 65, còn trong lõi chỉ đạt khoảng HRC 40. Vì độ thấm tôi thấp nên phải tôi trong nước hoặc trong hỗn hợp nước và muối. Do tốc độ nguội nhanh nên trong khi tôi thường bị biến dạng, nứt, vỡ. Mặt khác thép cácbon dụng cụ rất nhạy cảm với sự quá nhiệt. Khi quá nhiệt, kích thước hạt tăng nhanh làm độ giòn tăng và dễ gẫy, mẻ. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 Độ bền nhiệt của thép cácbon dụng cụ thấp, vào khoảng 200o 250oC, độ chịu mòn kém, tính năng cắt thấp. Do đó thép cac bon dụng cụ chỉ được dùng để chế tạo dụng cụ cắt làm việc với tốc độ cắt thấp để cắt vật liệu mềm.Thường chỉ cắt với tốc độ V = 4 10 m/ph. Ưu điểm của thép cacbon dụng cụ là dễ mài sắc, dễ đạt độ nhẵn bề mặt cao và giá thành rẻ. Hiện đang sử dụng một số mác thép cacbon dụng cụ sau: CD70A, CD80A, CD90A, CD100A, CD110A, CD120A và CD130A (tương đương với mác thép của Nga là: Y7A, Y8A, Y9A, Y10A, Y11A, Y12A, Y13A). CD là ký hiệu của thép cacbon dụng cụ. Các chỉ số 70, 80, 90... 130 là số phần vạn cacbon chứa trong thép. A là loại thép tốt (có hàm lượng S < 0,02% và P < 0,03%). Thép CD70A có độ dẻo và độ dai tốt, chịu được va đập nên thường dùng để chế tạo các dụng cụ rèn, nguội như đục, mũi núng... Thép CD80A, CD90A dùng để chế tạo các dụng cụ gia công gỗ như dao phay, mũi khoét, lưỡi cưa dọc, lưỡi cưa đĩa... Thép CD100A, CD110A, CD120A, CD130A thường dùng để chế tạo mũi doa, bàn ren, tarô, giũa... 1.1.2.2. Thép hợp kim dụng cụ Để tăng tính cắt, có thể pha thêm vào thép cacbon dụng cụ một số nguyên tố hợp kim như Vonfram, Crôm, vanađi... với hàm lượng khoảng 0,5 3% và nhận được thép hợp kim dụng cụ. Vonfram có tác dụng làm tăng độ bền nhiệt, độ chịu mòn. Crôm để tăng độ thấm tôi và độ cứng. Vanađi tạo ra cacbít có độ hạt nhỏ nên có độ cứng và độ bền cao. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 Thép hợp kim dụng cụ tôi ở nhiệt độ 820oC 850oC trong dầu. Sau khi nhiệt luyện, đạt độ cứng HRC 62 66. Tuy không cứng hơn thép cacbon dụng cụ bao nhiêu, nhưng độ bền nhiệt của thép hợp kim dụng cụ khá hơn, khoảng 350oC 400oC. Do đó cho phép nâng cao tốc độ cắt lên gấp 1,2 1,4 lần so với dao làm bằng thép cacbon dụng cụ (V = 12 15m/ph). Để chế tạo dụng cụ cắt, thường dùng các loại thép hợp kim dụng cụ sau: 90 CrSi (9XC), 100 CrWMn (XB ), 130 Cr12V1 (X12 1), 110 Cr6WV (X6B ). Trong đó thép 90CrSi được sử dụng rộng rãi nhất vì có những ưu điểm sau: - Rẻ tiền so với các mác thép hợp kim dụng cụ khác. - Độ thấm tôi và tính tôi tốt nên sau khi tôi có thể làm nguội trong dầu. Dụng cụ cắt sau khi tôi ít bị biến dạng, cong vênh. - Phân bố các bít đồng đều nên độ bền nhiệt cao, cho phép nâng cao tốc độ cắt. Tuy vậy thép 90 CrSi còn một số nhược điểm sau: + Độ cứng ở trạng thái ủ vẫn cao (HB217 235) do đó khó gia công. + Khi nhiệt luyện dễ sinh ra lớp thoát cacbon do đó ảnh hưởng xấu đến độ cứng tại những chỗ mỏng trên phần cắt của dao. Thép 90 CrSi được dùng để chế tạo các dụng cụ cắt có biên dạng không mài sau nhiệt luyện, các dụng cụ có kích thước lớn, các dụng cụ gia công ren đặc biệt là bàn ren có bước nhỏ. Thép hợp kim 100 CrWMn có độ thấm tôi tốt, có thể tôi trong dầu và rất ít bị biến dạng sau khi nhiệt luyện. Do đó thường dùng để chế tạo dao chuốt nhất là dao chuốt có chiều dài lớn và kích thước tiết diện ngang nhỏ. Ví dụ như dao chuốt rãnh then. Nhược điểm của thép 100CrWMn là dễ tạo ra các lưới cacbit do đó làm cho lưỡi dao dễ bị mẻ. Vì vậy không nên dùng để chế tạo dao làm việc trong điều kiện tải trọng động lớn. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 Tính chất cơ lý và thành phần hoá học của một số thép hợp kim dụng cụ thông dụng được trình bày ở bảng 1.2 Bảng 1.2 Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ (%) Nhóm Nhãn hiệu C Mn Si Cr W V I Thép Cr05 1.25-1.10 0.20-0.40 < 0.35 0.04-0.60 - - Thép 85CrV 0.80-0.90 0.30-0.60 < 0.35 0.45-0.70 - 0.15- 0.30 II Thép Cr 0.95-1.1 < 0.4 < 0.35 1.3-1.6 - - Thép 9CrSi 0.85-0.95 0.3-0.6 1.2-1.6 0.95-1.25 - - III Thép CrMn 1.3-1.5 0.45-0.7 < 0.35 1.3-1.6 - - Thép CrWMn 0.9-1.0 0.8-1.0 0.15- 0.35 0.9-1.2 1.2- 1.6 - IV Thép CrW5 1.25-1.5 < 0.3 < 0.3 0.4-0.7 4.5- 5.5 0.15- 0.30 1.1.2.3. Thép gió Thép gió còn được gọi là thép cao tốc. Đó là loại thép hợp kim có hàm lượng hợp kim cao, nhất là vomfram (khoảng 6 19%) và crôm (khoảng 3 4,6%). Sau khi nhiệt luyện, độ cứng đạt HRC62 65. Thép gió có độ thấm tôi lớn, độ bền mòn và độ bền cơ học cao. Độ bền nhiệt khoảng 600oC. Vì vậy dao thép gió có thể cắt với tốc độ Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 lớn gấp 3 4 lần dao thép cácbon dụng cụ. Tốc độ cắt lớn nhất của dao thép gió Vmax = 50m/ph. Thép gió được chia làm hai loại: Thép gió có năng suất thường, gồm các mác: P18, P12, P9, P6M5. Thép gió có năng suất cao, gồm các mác: P18 2, P9 5, P14 4, P9K5, P9K10, P18K5 2, P10K5 5. Chữ P - ký hiệu của thép gió; - Vanađi (V) ; K - côban (Co) ; M - môlíp đen (Mo). Các chỉ số đứng sau chữ P, , K, M biểu thị hàm lượng tính theo phần trăm của vonfram, vanađi, côban, môlíp đen. Thép gió P18 và P9 được sử dụng phổ biến. Chúng có độ bền nhiệt và tính năng cắt như nhau. Do đó tuổi bền khi cắt ở vùng tốc độ cao là như nhau. Còn khi cắt ở vùng tốc độ thấp (dao chuốt), dao thép gió P18 có tuổi bền cao hơn dao thép gió P9 vì độ chịu mòn ở trạng thái nguội của thép gió P18 cao hơn P9. Thép gió P9 có hàm lượng vanađi cao hơn nên cứng hơn, khó mài hơn. Khi mài sắc dễ sinh hiện tượng cháy bề mặt làm độ cứng giảm. Thép gió P9 có hàm lượng vonfram ít hơn nên rẻ hơn. Mặt khác do ít vonfram nên lượng cacbít dư ít và có sự phân bố cacbít đồng đều hơn nên có tính gia công tốt ở trạng thái nóng, dễ rèn, dễ cán. Điều đó quan trọng đối với dụng cụ cắt có phôi được tạo nên bằng phương pháp biến dạng dẻo (mũi khoan xoắn). Nhược điểm lớn nhất của thép gió là sự phân bố không đồng nhất của cacbit sinh ra trong quá trình biến cứng của thép đúc. Do dó làm giảm chất lượng và cơ tính của thép gió dẫn đến lưỡi cắt dễ bị mẻ gẫy, làm giảm tuổi bền của dao. Vì vậy trước Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 khi gia công cơ, phôi thép gió cần được rèn đi rèn lại nhiều lần để phân bố lại cacbít cho đồng đều. Đối với dụng cụ cắt có hình dáng đơn giản (dao tiện, dao phay, mũi khoét...) làm việc ở vùng tốc độ cao nên làm bằng thép gió P9. Còn đối với các loại dao định hình phức tạp (dao cắt ren, cắt răng... cũng như đối với các dụng cụ cắt làm việc ở vùng tốc độ thấp (dao chuốt, mũi doa, mũi khoét nhỏ...) nên chế tạo bằng thép gió P18. Thép gió có năng suất cao được chế tạo theo hai hướng: + Thêm côban: Như thép gió P9K5, P9K10, P10K5 5, P18K5 2. Côban làm tăng độ chịu nhiệt, độ cứng do đó làm tăng tính cắt của thép gió. Nhưng nếu tăng côban quá nhiều sẽ làm tăng dộ giòn, giảm độ bền. Mặt khác côban đắt tiền nên loại thép gió này chỉ dùng để gia công những vật liệu khó cắt như thép chịu nhiệt, thép không gỉ... + Thêm vanađi: Như thép gió P9 9, P14 4, P18 2, P10K5 5, P18K5 2. Thép gió vanađi có độ bền nhiệt và nhất là độ cứng, độ chịu mòn cao hơn thép gió P18. Nhưng nhược điểm của chúng là khó rèn, khó mài sắc. Do đó chỉ dùng để chế tạo các loại dao gia công tinh và dao có lưỡi cắt mỏng (dao chuốt, mũi doa, dao cà răng...). Thép gió thường có hàm lượng molip đen khoảng 0,3'%. Để giảm lượng vonfram, có thể tăng môlíp đen theo định mức: 1% môlíp đen thay thế cho 2% vonfram và nhận được loại thép gió môlíp đen. Khi đó mác thép được ghi thêm chữ M. Ví dụ: P18M và P9M. Hàm lượng môlíp đen trong thép gió P18M cho phép đến 1%, trong thép gió P9M cho phép đến 0,6%. Nói chung tính năng cắt của hai nhóm thép gió vonfram và thép gió môlíp đen tương đương nhau. Thép gió môlip đen có độ không đồng nhất cacbít nhỏ hơn thép gió vonfram. Song nhược điểm cơ bản của thép gió môlip đen là làm giảm nhiệt độ tôi và tăng sự thoát cacbon bề mặt khi tăng hàm lượng Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 môlip đen. Vì vậy để tránh làm hỏng lớp bề mặt của dao cần tiến hành tôi trong lò có môi trưòng bảo vệ. Bảng 1.3 Thành phần hoá học của một số loại thép gió (%) Nhãn hiệu C Cr W V Co 1. Thép có năng xuất thường P18 0.7 -0.8 3.8 – 4.4 17.5 – 19.0 1.0 – 1.4 - P9 0.85 – 0.95 3.8 – 4.4 8.5 – 10.0 2.0 – 2.6 - 2. Thép gió có năng suất cao P9 5 1.4 – 1.5 3.8 – 4.4 0.9 – 10.5 4.3 – 5.1 - P14 4 1.2 – 1.3 4.0 – 4.6 13.0 – 14.5 3.4 – 4.1 - P18 2 0.85 – 0.95 3.8 – 4.4 17.5 – 19.0 1.8 – 2.4 - P9K5 0.9 – 1.0 3.8 – 4.4 9.0 – 10.5 2.0 – 2.6 5.0 – 6.0 P9K10 0.9 – 1.0 3.8 – 4.4 9.0 – 10.5 2.0 – 2.6 9.5 – 10.5 P10K5 5 1.45 – 1.55 4.0 – 4.6 10.0 – 11.5 4.3 – 5.1 5.0 – 6.0 P18K5 2 0.85 – 0.95 3.8 – 4.4 17.5 – 19.0 1.8 – 2.4 5.0 – 6.0 Tất cả các nhãn hiệu thép nói trên đều có lượng tạp chất hạn chế: Mn < 0.4%; Si < 0.4%; Mo <0.5%; Ni < 0.4%; P <0.03%; S < 0.03% Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện. Vì vậy khi nhiệt luyện thép gió cần chú ý một số điểm chủ yếu sau : - Không nung nóng thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao ( nhiệt độ tôi bằng 1300 0 C) mà phải tăng nhiệt độ dần dần từ 6500C, vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 Thông thường thép gió được nung nóng qua 3 lò với nhiệt độ lần lượt 6500C, 8500C và 1300 0 C - Phải ram sau khi tôi nhiều lần (3 lần) mỗi lần trong 1 giờ. Sau mỗi lần ram phải để nguội đến nhiệt độ thường. Hình1.2. Sơ đồ tôi và ram thép gió Ở Mỹ, thép gió được chia làm hai nhóm: Thép gió môlíp đen và thép gió vonfram. Theo hệ tiêu chuẩn AISI thép gió môlip đen gồm các mác sau: M1, M2, M3, M4, M6, M7, M10, M30, M33, M34, M36, M41, M42, M43, M44, M46, M47. NHóm thép gió vonfram gồm các mác sau: T1, T2, T4, T5, T6, T8, T15. Ở Nhật nhóm thép gió vonfram có các mác: SKH2, SKH3, SKH4, SKH10. Nhóm thép gió môlip đen - Vonfram có các mác: SKH51, SKH52, SKH53, SKH54, SKH55, SKH56, SKH57, SKH58, SKH59. Các mác thép gió tương đương của các nước được giới thiệu ở bảng sau: Bảng 1.4 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng Ký hiệu các loại thép gió thông dụng Phạm vi sử dụng Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngu._.yên 24 I SO OCT DIN AISI AFNOR 1.3353 P18 S18- 0-2 T1 Z80W18 Dùng cho tất cả các loại dụng cụ cắt để gia công thép các bon, thép hợp kim. 1.3302 P12 - T7 - Dùng như loại trên - P9 - - - Dùng để chế tạo các loại dụng cụ dơn giản, gia công các loại thép kết cấu. 1.3343 P6M5 S6- 5-2 M2 Z85WDV 06-05-02 Dùng như loại trên, đặc biệt để chế tạo dụng cụ cắt ren và dụng cụ cắt chịu va đập. - PGM5 3 SG- 5- 3 M3 Z130WDV 06-05- 04 Dùng để chế tạo các loại dụng cụ gia công tinh (dao tiện định hình, mũi doa, dao chuốt, dao phay) gia công các loại thép kết cấu hợp kim và không hợp kim . - P18K5 2 - T4 Z85WK18-05 Dùng để chế tạo các dụng cụ gia công thô và bán tinh khi cắt các loại thép và hợp kim chịu nóng, thép không gỉ. 1.3243 P6M5K5 S6- 5-2 M35 Z80WDV 06-05-02 Dùng chế tạo các dụng cụ gia công thô và bán tinh, gia công các loại thép không gỉ, thép hợp kim 1.1.2.4. Hợp kim cứng Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 Hợp kim cứng được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột. Thành phần chủ yếu của hợp kim cứng là cacbit vonfram, một số loại còn có cacbít titan, cacbít tantan. Hợp kim cứng có độ cứng lớn: HRA87 92 (lớn hơn HRC70). Độ bền nhiệt cao: 1000 oC. Độ bền mòn cao hơn hẳn thép gió. Vì vậy dao hợp kim cứng có thể cắt với tốc độ cắt rất lớn, khoảng 100 500 m/ph. Năng suất cắt tăng gấp 2 3 lần so với dao thép gió. Nhược điểm cơ bản của hợp kim cứng là độ bền uốn kém, độ dẻo thấp. Do đó dao hợp kim cứng cần làm việc trong điều kiện không có va đập, tránh tải trọng thay đổi và hệ thống công nghệ cần bảo đảm cứng vững. Hợp kim cứng được chia thành ba nhóm: - Nhóm một cacbít: Còn gọi là hợp kim cứng vonfram, ký hiệu: BK. Nhóm này được tạo thành bởi cacbít vonfram và dung dịch đặc của nó trong côban. Hợp kim cứng vonfram có các mác sau: BK2, BK3, BK4, BK6, BK6M, BK8, BK8B, BK10, BK11, BK15, Chỉ số ghi sau chữ K là số phần trăm côban, còn lại là cacbít vonfram. Chữ M ghi ở cuối chỉ loại cacbít hạt nhỏ. Chữ B ghi ở cuối chỉ loại cacbít hạt lớn. Hợp kim cứng BK2, BK3, BK4, BK6, BK6M, BK8 được dùng để gia công cắt kim loại. Trong đó BK8 là loại được dùng phổ biến nhất. Hợp kim cứng BK4 có tính cắt cao hơn BK8, tốc độ cắt lớn hơn 30 70% và tuổi bền cao hơn từ 2 5 lần tùy theo điều kiện gia công. Hợp kim cứng BK6M có độ hạt rất nhỏ và độ xốp rất thấp, thường dùng để gia công gang đặc biệt cứng, thép không gỉ. Nói chung hợp kim cứng nhóm một các bít thường dùng để gia công gang hoặc các loại thép cứng vì chúng có độ dẻo cao, chịu được va đập lớn. - Nhóm hai cacbit: Còn gọi là hợp kim cứng titan-vonfram, ký hiệu: TK. Nhóm này được tạo thành bởi cacbít vonfram, cacbít titan và dung dịch đặc của chúng trong Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 côban. Hợp kim cứng titan-vonfram có các mác sau: T5K10, T14K8, T15K6, T15K6T, T30K4, T60K6. Chỉ số ghi sau chữ K là số phần trăm côban. Chỉ số ghi sau chữ T là số phần trăm cacbít titan, còn lại là cacbit vonfram. Hợp kim cứng T15K6T được chế tạo theo phương pháp công nghệ đặc biệt. Do đó khả năng chịu mòn tốt hơn loại T15K6 (khi tiện với tốc độ cắt V > 60m/ph chịu mòn tốt hơn 2 3 lần). Nói chung hợp kim cứng nhóm hai cacbít được dùng để gia công thép ở tốc độ cắt cao vì chúng có độ bền nhiệt cao, độ cứng cao và tính hàn dính thấp. Hợp kim cứng T15K10 có độ bền cao nhưng tính chịu mòn thấp nên được dùng để gia công thô thép khi cắt gián đoạn với lượng chạy dao lớn và tiết diện phoi không đều. Hợp kim cứng T14K8 và T15K6 có độ bền thấp hơn và khả năng chịu mòn cao hơn T15K10 được dùng để gia công tinh thép với lượng chạy dao trung bình và tiết diện phoi tương đối đều khi cắt liên tục. Hợp kim cứng T30K4 và T60K6 có khả năng chịu mòn tốt nhưng độ giòn lớn, nên được dùng để gia công tinh thép với lượng chạy dao nhỏ và cắt liên tục với tốc độ cắt cao. - Nhóm ba cacbit: Còn gọi là hợp kim cứng titan, tantan - vonfram, ký hiệu: TTK. Nhóm này được tạo thành bởi cacbít vonfram, cacbít titan, cacbít tantan và dung dịch đặc của chúng trong côban. Chúng bao gồm các mác sau: TT7K12, TT7K15, TT10K8, TT20K9. Thành phần hóa học của chúng cho trong bảng sau (tính theo %). Bảng 1.5. Thành phần hóa học của Nhóm ba cacbit Mác hợp kim cứng Côban Cacbit titan Cacbit tantan Cacbít vonfram (1) (2) (3) (4) (5) Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 TT7K12 12 4 3 81 (1) (2) (3) (4) (5) TT7K15 15 4 3 78 TT10K8 8 3 7 82 TT20K9 9 8 12 71 Cho thêm nguyên tố tantan vào hợp kim cứng sẽ đem lại các ưu điểm sau: - Tăng độ bền uốn vì cacbit tantan bù lại sự giảm độ bền do titan gây nên. - Tăng độ hạt nhỏ của cấu trúc tinh thể nên làm tăng độ chịu mòn. - Giảm xu hướng bị cháy dao do tính dẫn nhiệt tăng. - Mở rộng khả năng gia công của hợp kim cứng. Tuy vậy, tantan là nguyên tố hiếm, đắt gấp mấy lần vonfram nên hợp kim cứng nhóm ba cacbít có phạm vi sử dụng hẹp, thường chỉ dùng để gia công các loại thép cứng và hợp kim bền nhiệt (không có lớp vỏ cứng và không có va đập). Theo tiêu chuẩn ISO, hợp kim cứng được phân loại theo lĩnh vực sử dụng và chia thành ba nhóm cơ bản: P, K và M. - Nhóm K: Dùng để gia công gang xám, gang biến trắng, kim loại màu và những hợp kim của chúng, vật liệu phi kim loại. Chúng gồm có các mác sau: K01, K05, K10, K20, K30, K40 và K50. Hợp kim cứng nhóm K có màu đỏ, độ cứng khoảng HRA87,5 93,8. - Nhóm P: Dùng để gia công thép dẻo và các vật liệu khi cắt có phoi dây. Chúng bao gồm cac mác sau: P01, P10, P15, P20, P25, P30, P40 và P50. Hợp kim cứng nhóm P có màu xanh, độ cứng khoảng HRA88,5 96,5. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 - NhómM: Dùng để gia công gang hợp kim rèn, thép và hợp kim bền nhiệt, thép không gỉ và các vật liệu khó gia công. Chúng bao gồm các mác sau: M05, M10, M20, M30, M40 và M50. Hợp kim cứng nhóm M có màu vàng, độ cứng khoảng HRA91,8 93,6. 1.1.2.5.Vât liệu sứ Vật liệu sứ được chế tạo từ đất sét kỹ thuật (hỗn hợp giữa Al203 và Al203). Để hoàn toàn chuyển Al203 sang Al203 , đem nung đất sét kỹ thuật đến nhiệt độ 1400 o 1600 oC. Sản phẩm thu được mang nghiền nhỏ đạt kích thước hạt vào khoảng 1 K, hạt lớn nhất có kích thước không quá 2 K. Bột Al203 được đem ép thành mảnh dao có kích thước qui định và mang đi thiêu kết, Vật liệu sứ có những đặc tính sau: - Có độ cứng cao: HRA89 95. - Độ bền nhiệt cao: 1100oC 1200oC. Nên có thể dùng để gia công thép có độ cứng cao. - Độ chịu mòn cao nên được dùng với dụng cụ cắt yêu cầu tuổi bền kích thước cao. Khi tiện thép 45, tuổi bền của dao sứ tăng gấp 8 lần so với dao hợp kim cứng T15K6. - Vật liệu sứ ít giống tính chất của kim loại nên ít có xu hướng dính kết với vật liệu gia công. Khả năng hình thành lẹo dao ít. Chất lượng gia công tốt nên cho phép sử dụng để cắt thép và hợp kim khó gia công. - Có tính kinh tế cao vì sứ là loại vật liệu rẻ tiền, giá thành của vật liệu sứ chỉ bằng khoảng 1/1000 giá thành của hợp kim cứng. - Giới hạn bền nén cao: n = 1000 MN/m 2 - Giới hạn bền uốn thấp: u = 350 400 MN/m 2 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 - Độ dẫn nhiệt thấp: 0,042 cm.gy.oC cal Khuyết điểm chủ yếu của vật liệu sứ là giòn, giới hạn bền uốn thấp, độ dai va đập thấp. Do đó khi gia công thô và đặc biệt khi có lượng dư không đều thì không nên dùng dao sứ. Khi gia công bằng dao sứ cần phải bảo đảm độ cứng vững đầy đủ của hệ thống công nghệ. Một trong những biện pháp nâng cao chất lượng của vật liệu sứ là nâng cao giới hạn bền uốn bằng cách pha thêm vào các nguyên tố hợp kim như vonfram, môlip đen, bo, titan, niken... để được loại vật liệu gọi là kim loại sứ. Hiện nay loại vật liệu sứ có tính năng cắt cao nhất và thường dùng nhất là ЦM- 332. Ngoài ra còn sử dụng loại vật liệu sứ có cơ tính cao như B-3, BOK- 60, BOK-63. 1.1.2.6. Kim cƣơng Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphít ở áp suất lớn (100.000 atm) và nhiệt độ cao (2500oC). Kim cương nhân tạo đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực cắt kim loại. Việc sử dụng kim cương nhân tạo đặc biệt có hiệu quả khi gia công hợp kim cứng và các loại vật liệu khó gia công khác. Độ cứng tế vi của kim cương là 106.000 MN/m2, lớn gấp 5 6 lần hợp kim cứng. Độ dẫn nhiệt rất lớn: 0,35 cm.gy.oC cal , lớn gấp 1,5 2,5 lần hợp kim cứng. Chính vì vậy dao kim cương có thể cắt với tốc độ cắt rất cao trong khi độ bền nhiệt của kim cương chỉ vào khoảng 800o 1000oC. Do độ cứng cao, độ chịu mòn cao và hệ số ma sát rất nhỏ nên kim cương thường chỉ dùng để gia công tinh. Kim cương được sử dụng để chế tạo đá mài hoặc bột mài mịn dùng cho các nguyên công mài, mài sắc, mài nghiền để gia công các dụng cụ cắt và chi tiết bằng hợp kim cứng. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 Dao tiện kim cương đựơc sử dụng chủ yếu để gia công tinh các kim loại màu và còn dùng để gia công vật liệu phi kim loại như chất dẻo, êbônít, cao su cứng... Khi gia công chất dẻo, tuổi bền của dao tiện kim cương lớn gấp hàng trăm lần dao hợp kim cứng. Kim cương gắn trên mũi khoan để khoan kính và khoan các lớp đá đặc biệt cứng. Đặc biệt kim cương còn được dùng để gia công các vật liệu cứng như germani, silic, corun, chất bán dẫn các dạng vật liệu sứ đặc biệt. 1.1.2.7. Nitritbo lập phƣơng Còn được gọi là enbo hoặc bôradôn. Đó là loại vật liệu tổng hợp mới rất có triển vọng, bao gồm 40% Bo và 50% nitơ. Nitritbo lập phương có độ cứng tương tự như kim cương nhưng độ chịu nhiệt cao hơn rất nhiều, có thể đạt tới 2000oC. Tuy vậy tính giòn vẫn chưa khắc phục được. Hiện nay nitritbo lập phương đã được sử dụng để làm đá mài, thanh mài và những dụng cụ mài khác với những chất dính kết khác nhau. Chúng được dùng để mài tinh các loại thép thông thường. Khi đó bề mặt gia công đạt độ nhẵn từ cấp 9 10, độ mòn của đá mài giảm 50%, hiệu suất mài tăng 25 30% Nhiều công trình thử nghiệm đã sử dụng có hiệu quả nitritbo lập phương vào việc mài vật liệu và hợp kim khó gia công. 1.2. Mòn dụng cụ cắt Trong quá trình cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dao gây nên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ. Mài mòn dụng cụ là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công. Khi bị mài mòn, dạng và thông số hình học phần cắt của dụng cụ thay đổi và gây nên các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt, rung động...) làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công, đến tuổi bền của dụng cụ cắt từ đó làm giảm năng xuất và tăng giá thành của sản phẩm. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 1.2.1. Các dạng mòn của dụng cụ cắt 1.2.1.1. Mòn theo hình học: Phần cắt dụng cụ trong quá trình gia công thường bị mài mòn theo các dạng sau: a) Mòn theo mặt sau b) Mòn theo mặt trước c) Mòn cả mặt trước và mặt sau d) Mòn tù ở lưỡi cắt Hình 1.3. Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ 1.2.1.2. Mài mòn theo mặt sau: Dạng mài mòn này được đặc trưng bởi một lớp vật liệu dụng cụ bị tách khỏi mặt sau trong quá trình gia công và được đánh giá bởi chiều cao mòn hs (hình 1.3a). Trị số mòn hs được đo trong mặt cắt theo phương vuông góc với lưỡi cắt từ lưỡi cắt thực tế đến điểm mòn tương ứng (hình 1.5). Mài mòn theo mặt sau thường xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ (a < 0.1mm) đối với các loại vật liệu giòn (gang...) hình 1.4 mô tả sự mòn mặt sau của thép gió và HKC khi gia công thép. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 Hình 1.4. Mòn mặt sau của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau 1.2.1.3. Mài mòn theo mặt trƣớc: Trong quá trình cắt, do phoi trượt trên mặt trước hình thành một trung tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng nhất định nên mặt trước bị mòn theo dạng lưỡi liềm.Vết lõm lưỡi liềm đó trên mặt trước do vật liệu dụng cụ bị bóc theo phoi trong quá trình chuyển động.Vết lõm thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt và được đánh giá bởi chiều rộng lưỡi liềm B, chiều sâu ht và khoảng cách từ lưỡi dao tới rãnh Kt đo theo mặt trước (hình 1.5) Hình 1.5. Các thông số mòn phần cắt của dao tiện Mài mòn theo mặt trước thường xảy ra khi cắt các loại vật liệu dẻo với chiều dày cắt lớn (a > 0,6mm). Trong trường hợp đó nhiệt cắt ở mặt trước cao hơn ở mặt sau. Mòn theo mặt trước còn xảy ra khi gia công kim loại có điểm nóng chảy cao với chiều dày cắt lớn và tốc độ cắt cao, lúc này áp lực và nhiệt độ trong vùng tiếp xúc giữa phoi và mặt trước cao hơn mặt sau của dụng cụ. Mòn mặt trước có nguyên nhân bởi sự khuếch tán và hoà tan, sự mài mòn của vật liệu dụng cụ vào vật liệu gia công, ở trong vùng nhiệt độ max trên mặt trướcdụng cụ (Subramanian - 1993) hình 2.4 mô tả sự mòn mặt trước của các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nhau. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 a) Dao thép gió khi gia công thép b) Dao Hợp kim phủ PVD khi cắt thép Hình 1.6. Mòn mặt trước của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau 1.2.1.4. Mài mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau - Mài mòn lƣỡi cắt. Dụng cụ bị mòn mặt trước và mặt sau tạo thành lưỡi cắt mới (lưỡi cắt từ điểm O đến điểm 1- hình 1.3c; hình 1.5 chiều rộng vát trên mặt trước giảm dần từ hai phía và do đó độ bền lưỡi cắt giảm.Trường hợp này thường gặp khi gia công vật liệu dẻo với chiều dày cắt a = (0,1 0,5 mm). Trường hợp này,dụng cụ bị mòn dọc theo lưỡi cắt tạo thành dạng cung hình trụ. Bán kính của cung đó được đo trong bề mặt vuông góc với lưỡi cắt. Dạng này thường gặp khi gia công những các vật liệu có tính dẫn nhiệt kém. Đặc biệt khi gia công các chấtdẻo. Do nhiệt cắt tập trung ở phần mũi dao nên dao bị tù nhanh. Hình 1.7. Mòn bán kính lưỡi cắt khi gia công thép Trong các dạng mài mòn trên thì mài mòn theo mặt sau (hs) là quan trọng và dễ xác định nhất. Chiều cao mòn hs được dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá lượng mài Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 mòn. Lượng mài mòn cho phép (hs) được xác định phụ thuộc vào yêu cầu độ bóng và độ chính xác chi tiết gia công.Qúa trình mài mòn dụng cụ cắt theo thời gian cũng giống như quá trình mài mòn các chi tiết máy khi làm việc (hình 1.8). Giai đoạn 1 - đoạn OA, dao bị mòn nhanh. Giai đoạn 2 - đoạn AB,dao mòn ở tốc độ bình thường và đều (quá trình làm việc) Giai đoạn 3 - đoạn BC là giai đoạn mòn kịch liệt. Giai đoạn này dụng cụ cắt không làm việc được nữa. Hình 1.8. Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công - Giai đoạn 1 mòn ban đầu khá nhanh do áp lực đơn vị trong vùng tiếp xúc trên mặt trước và sau dụng cụ rất lớn do vậy các nhấp nhô tiếp xúc ban đầu trên bề mặt dụng cụ nhanh chóng bị san phẳng nên tốc độ mòn giai đoạn này lớn - Giai đoạn 2 ứng với các điều kiện mòn ổn định như diện tích tiếp xúc lớn, áp lực đơn vị nhỏ hơn giai đoạn 1, hệ số ma sát ổn định .... Do vậy tốc độ mòn của dụng cụ tương đối đều và chậm, điểm B thường ứng với lượng mòn hợp lý hs của dụng cụ và thời gian ứng với nó được chọn để xác định tuổi bền dụng cụ. - Giai đoạn 3 là giai đoạn ứng với các điều kiện cắt bất hợp lý (các thông số hình học dụng cụ cắt thay đổi lớn và không hợp lý - góc sau âm), dẫn tới lực cắt và lực ma Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 sát tăng, hệ số ma sát tăng. Do vậy tốc độ mòn của dụng cụ rất nhanh, nó phá huỷ dụng cụ nếu tiếp tục cắt. Dụng cụ không có khả năng làm việc được nữa, muốn tiếp tục dụng cụ phải được mài sắc lại. Quá trình mài mòn dụng cụ cắt rất phức tạp và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, đặc biệt là vật liệu dụng cụ và thông số hình học phần cắt, khi cùng một loại vật liệu dụng cụ thì thông số hình học phần cắt ảnh hưởng lớn lượng mòn dụng cụ. Thông số hình học phần cắt đảm bảo lượng mòn ít nhất là thông số hình học hợp lý của phần cắt dụng cụ. 1.2.2. Chỉ tiêu đánh giá sự mòn dụng cụ cắt Lượng mòn ở mặt trước và mặt sau của dụng cụ được đánh giá bởi các chỉ tiêu mòn tiêu chuẩn cho phép. Khi dụng cụ mòn đến giá trị cho phép thì dụng cụ không làm việc được, muốn tiếp tục thì phải mài lại. 1.2.2.1. Chỉ tiêu mài mòn mặt sau Lượng mòn ở mặt sau thường được đánh giá bởi chỉ tiêu chiều cao mòn hs (hình 1.5) Chỉ tiêu mài mòn mặt sau hs được xác định chủ yếu vào phương pháp gia công(thô, tinh),vật liệu làm dao và vật liệu gia công.Khi gia công thô bằng dụng cụ hợp kim cứng,[hs] =(0,8 1mm) đối với thép và [hs] =(0,8 1,4mm) đối với gang.Khi gia công tinh thép [hs] = (0,2 0,25mm). 1.2.2.2. Chỉ tiêu mòn mặt trƣớc Vì mặt trước bị mài mòn theo dạng lưỡi liềm(phoi trượt và có trung tâm áp lực) nên lượng mòn theo mặt trước được đánh giá bằng hệ số mài mòn K. K= f B ht 2 . Hệ số mài mòn tương đối K là tỷ số giữa chiều sâu rãnh và chiều rộng rãnh. Các thành phần của công thức (hình 1.5). [K] = 0,4 đối với dụng cụ bằng hợp kim cứng, với dụng cụ bằng thép gió, có thể chọn [K] lớn hơn. Tuỳ thuộc vào điều kiện cắt, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 giá trị [K] có thể đạt trước hoặc sau [hs]. Trong một số nguyên công đặc biệt chỉ tiêu đánh giá lượng mòn cho phép của dụng cụ phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác gia công và độ nhấp nhô bề mặt. Trong các trường hợp đó chỉ tiêu đánh giá lượng mòn được xác định theo phương pháp tuyến với bề mặt gia công (lượng mòn hướng kính). Chỉ tiêu này được gọi là chỉ tiêu mòn kích thước (hình 1.9). a) Mòn theo mặt sau chính b) Mòn theo mặt trước c) Mòn cả mặt trước và mặt sau d) Mòn mặt sau phụ Hình 1.9. Các chỉ tiệu đánh giá lượng mài mòn mặt sau, mặt trước 1.2.3. Cơ chế mòn của dụng cụ cắt Cơ chế mòn của dụng cụ cắt rất phức tạp, mòn của dụng cụ có thể là do: Cào xước, dính bám, khuyếch tán, nhiệt, điện hoá.... nó phụ thuộc vào điều kiện của quá trình cắt gọt. 1.2.3.1. Mòn do cào xƣớc Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Bản chất của mòn do cào xước là các hạt cứng của vật liệu gia công cứng của vật liệu gia công và phoi cào xước vào các bề mặt tiếp xúc của dụng cụ. Qúa trình này như các hạt nhỏ mài cắt vào các bề mặt dụng cụ trong quá trình làm việc. Khi độ cứng của bề mặt tiếp xúc với dụng cụ càng lớn thì dụng cụ bị mòn càng nhiều. Đặc biệt khi có hiện tượng lẹo dao trên mặt trước, một số phần tử nhỏ của lẹo dao gây ra vết mòn do cào xước trên mặt sau của dụng cụ. Khi cắt ở tốc độ cắt thấp, nhiệt cắt thấp, cơ chế mài mòn hạt mài (cào xước) là chính. Hình 1.10. Mòn do cào xước mặt trước Các tạp chất có độ cứng cao trong vật liệu gia công, khi chuyển động, cào xước các bề mặt tiếp xúc của dụng cụ (hình 1.10.) tạo thành các vết song song với phương thoát phoi. Như vậy trong cơ chế mòn do cào xước, ảnh hưởng của độ cứng vật liệu dụng cụ là rất đáng chú ý. 1.2.3.2. Mòn do dính Nguyên nhân của mòn do dính là do khi cắt, phoi trượt và thoát ra trên mặt trước của dụng cụ, vật liệu dụng cụ dính bám vào phoi hay chi tiết gia công và bị dứt đi từng mảnh nhỏ (Moore -1975). Mòn do dính có thể xảy ra ở mặt sau khi cắt ở tốc độ thấp và nhiệt độ tiếp xúc không cao. Các mảnh nhỏ bị dứt đi bao gồm ôxýt của bề mặt Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 dụng cụ, hoặc do tác động hoá học của môi trường không khí xung quanh và bị dời đi do tác động cơ học khi cắt 1.2.3.3. Mòn do nhiệt Khi cắt ở vận tốc cao,nhiệt cắt thường rất lớn, dẫn tới giảm độ cứng giảm sức bền liên kết của các phần tử vật liệu dụng cụ cắt. Ví dụ với nhiệt độ trên 7000C tác động cuả nhiệt độ đối với độ mòn cuả hợp kim cứng mạnh hơn.Khi đó độ cứng của HKC ở nhiệt độ cao giảm xuống, do vậy nó mềm dẻo hơn và ở nhiệt độ 700 8000C độ dẻo và chịu va chạm cuả HKC tăng lên 2 3 lần so với nhiệt độ 400 6000C và quá trình mòn sẽ ổn định hơn. Nhưng nhiệt độ cắt tiếp tục tăng,cơ tính của HKC giảm rõ rệt, do vậy mức độ mòn tăng nhanh. 1.2.3.4. Mòn do khuếch tán Đặc trưng của quá trình mòn do khuếch tán là sự mất vật liệu do sự khuếch tán các nguyên tử dụng cụ vào bề mặt vật liệu chi tiết gia công và phoi khi cắt. Khi cắt ở nhiệt độ cao, biến dạng dẻo lớn nên xảy ra hiện tượng hoà tan lẫn nhau giữa vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu gia công. Kết quả là một phần vật liệu dụng cụ khuếch tán trong quá trình cắt. Phoi và vật liệu gia công cùng mang theo một phần vật liệu dụng cụ. Trong quá trình cắt, lượng vật liệu dụng cụ khuếch tán vào chi tiết và phoi vài nghìn lần lớn hơn so với trường hợp hai vật tiếp xúc với nhau ở trạng thái tĩnh. Khi cắt bằng dụng cụ HKC ở tốc độ cao, nhiệt cắt khoảng 10000C thì dao thường bị mòn vì khuyếch tán. Mòn khuyếch tán xảy ra còn phụ thuộc vào thành phần vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công. Khi gia công các loại thép hợp kim chịu nóng, mòn khuếch tán có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn 8000C vì có sự tương tác hoá học giữa vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ. Thành phàn hoá học của vật liệu gia công cũng là thành phần của vật liệu dụng cụ HKC (TiC, TaC) nên dụng cụ bị mòn nhanh. 1.2.3.5. Mòn do ôxy hoá Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 Trong môi trường không khí hay dụng dịch trơn nguội, bề mặt dụng cụ có thể bị ôxy hoá ở mức độ thấp và lớp ôxýt đó có thể bị phá huỷ khi cắt, nó gây ra mòn ôxy hoá ở nhiệt độ thấp. Khi nhiệt cắt và tốc độ cắt cao trong môi trường không khí hay dung dịch trơn nguội, bề mặt dụng cụ bị ôxy hoá khá mạnh. Lớp này rất giòn dễ bị phá huỷ dưới tác dụng của lực trong khi cắt, nó gây ra mòn bề mặt dụng cụ. 1.2.3.6. Mòn điện hoá Mòn điện hoá là do sự phát sinh của nguồn nhiệt điện ở mối tiếp giáp giữa phoi và dụng cụ tạo ra dòng điện trong mạch. Kết quả là có sự chuyển ion từ bề mặt dụng cụ vào phoi và vật liệu chi tiết gia công, gây ra mòn.Dòng nhiệt điện tạo ra ở tiếp xúc giữa phoi và vết lõm mặt trước,tiếp xúc giữa mặt sau và chi tiết gia công,mật độ của dòng điện tìm thấy cao khoảng 5A với dụng cụ là cực âm (Opitz-1975). Mòn điện hoá càng được thúc đẩy nhanh khi cắt trong môi trường dung dịch trơn nguội có tính chất như một dung dịch điện môi. DÝnh b¸m Mµi mßn «xy ho¸ KhuyÕch t¸n NhiÖt c¾t M ßn Hình 1.11. Sơ đồ các cơ chế mòn của dụng cụ cắt Hình 1.11.cho thấy sơ đồ của cơ chế mòn dụng cụ xuất hiện ở các tốc độ cắt khác nhau tương ứng với tốc độ cắt và lượng chạy dao.Trong thực tế của quá trình cắt các dạng mòn và cơ chế mòn thường khó phân định được rõ ràng và chúng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Việc phân định và nghiên cứu các cơ chế mòn chỉ mang tính tương đối. Trong thực tế có thể xảy ra đồng thời nhiều cơ chế mòn trong quá trình mòn Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 của dụng cụ và có thể có một cơ chế mòn nào đó có thể trội hơn hẳn,nó phụ thuộc vào điều kiện gia công. Nghiên cứu cơ chế mòn của quá trình mòn dụng cụ cho ta nắm được bản chất cuả quá trình mòn dụng cụ, từ đó lựa chọn các nhân tố ảnh hưởng hợp lý (các thông số chế độ cắt,vật liệu dụng cụ và các thông số hình học...) để điều khiển quá trình mòn theo hướng có lợi nhất. Một hướng khác là ứng dụng các kỹ thuật và đã mang lại nhiều hiệu quả cho quá trình cắt như: Bôi trơn làm nguội khi cắt và nâng cao chất lượng bề mặt bằng phủ trên bề mặt dụng cụ một lớp màng mỏng vật liệu có độ cứng cao có tác dụng chống mòn cao. Bôi trơn và làm nguội quá trình cắt là một kỹ thuật được ứng dụng trong nhiều năm và mang lại hiệu quả rất lớn cho quá trình cắt. Bôi trơn làm giảm ma sát tiếp xúc của các bề mặt dụng cụ như: Ma sát giữa phoi và mặt trước, ma sát giữa chi tiết gia công và mặt sau, dẫn tới giảm dính bám, giảm nhiệt do ma sát và mòn cuả các bề mặt dụng cụ. Làm nguội có tác dụng truyền dẫn nhiệt ra khỏi vùng cắt, dãn tới giảm nhiệt cắt vùng cắt từ đó làm giảm các tác động của nhiệt cắt tới mòn. Nâng cao chất lượng bề mặt bằng công nghệ phủ một lớp màng mỏng có độ cứng cao trên nền dụng cụ được sử dụng để tăng khả năng chống mòn cho dụng cụ cắt,trong đó lớp phủ TiN là lớp phủ được ứng dụng rộng rãi nhất. Hiệu quả của nó đối với việc giảm mòn và tăng bền cho dụng cụ trong qúa trình cắt sẽ được làm rõ ở những phần tiếp theo. 1.3. Mòn của dao phay lăn răng Dao phay lăn răng là loại dụng cụ gia công răng theo phương pháp bao hình các chuyển động cắt khá phức tạp, điều kiện cắt khó khăn. Mòn của dao phay lăn răng về cơ bản cũng dựa trên các nghiên cứu cơ bản về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Nhưng do điều kiện cắt và quá trình gia công phức tạp, vì vậy cần có những nghiên cứu cụ thể trong điều kiện cắt nhất định. Dao phay lăn răng đĩa xích là loại dao phay lăn, cắt với tiếp xúc biên dạng lớn, chế độ cắt nặng nề, do vậy quá trình mòn khá phức Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 tạp, cần phải có những nghiên cứu thực nghiệm về mòn để đánh giá ảnh hưởng của mòn tới tuổi bền dụng cụ và chất lượng cũng như độ chính xác gia công. 1.4. Kết luận chƣơng 1 Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về mòn của dụng cụ cắt cũng như mòn của dao phay lăn răng.Tác giả thấy rằng nghiên cứu mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt là rất cần thiết để nâng cao chất lượng và độ chính xác của quá trình gia công sản phẩm. Do vậy định hướng nghiên cứu của đề tài là: “Nghiên cứu mòn và tuổi bền dao phay lăn răng đĩa xích thép gió sản xuất tại Việt Nam” CHƢƠNG 2 NGHIÊN CỨU MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT 2.1. Các nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt Mài mòn dụng cụ là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công. Khi bị mài mòn, dạng và thông số hình học phần cắt của dụng cụ thay đổi và gây nên các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt, rung động...) làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công, ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt từ đó làm giảm năng xuất và tăng giá thành của sản phẩm. Để đưa ra những định hướng nghiên cứu phù hợp với mục tiêu của đề tài, ta nghiên cứu và khảo sát một số mô hình và kết quả nghiên cứu đã được công bố về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Các hiện tượng mòn xuất hiện ở dụng cụ cắt như hình 2-1 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 Hình 2.1. Mô hình mòn dụng cụ cắt [1] - a: Mòn do khuếch tán. - b: Mòn do cào xước. - c: Mòn do kim loại bị ôxi hoá ở to 800oC. - d: Mòn do dính bám dẫn tới hiện tượng tróc lớp bề mặt. Chiều cao vết mòn mặt sau hs của dụng cụ cắt được dùng làm chỉ tiêu đánh giá quá trình mòn. Lượng mòn mặt sau hs của dao được xác định theo công thức: 2 1 C Chs (2-1) Trong đó: - là thời gian cắt, C1 là hệ số: 543 ...01 CCC tSVCC (2-2) Với C0, C3, C4, C5 là các hệ số và số mũ phụ thuộc vào các điều kiện gia công cụ thể và được xác định bằng thực nghiệm. Quá trình mòn phụ thuộc chủ yếu vào thời gian cắt và tốc độ cắt v (hình 2.2) Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 Hình 2.2. Đồ thị mòn theo thời gian Khi lượng mòn dao hs = [hs] (lượng mòn dao cho phép) thì = T (tuổi bền của dao). Người ta cũng có thể biểu diễn tuổi bền T dưới các dạng sau: T = A1.v A2 (2-3) T = A3.v A2 .S A4 (2-4) T = A5.v A2 .S A4 .t A6 (2-5) Trong đó A1 A6 là các hệ số và số mũ phụ thuộc vào các điều kiện gia công cụ thể và được xác định bằng thực nghiệm. Khi cắt kim loại luôn luôn có: A1, A3, A5 > 0 A2, A4, A6 < 0 642 AAA Biểu thức (2-3) cho thấy tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất tới tuổi bền T như hình 2.3. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Hình 2.3. Quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt V Biểu thức (2-5) phản ánh đầy đủ ảnh hưởng của bước tiến dao và chiều sâu cắt tới tuổi bền của dụng cụ. Tuy nhiên số mũ A6 thường rất nhỏ (A6 0) do đó t A6 1 cho nên khi tính toán người ta bỏ qua ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới tuổi bền của dao và thường lấy T theo biểu thức (2-4). Hệ số A3 được biểu diễn như sau: A3 = A30.A31.A32…A3pp (2-6) Trong đó A3i là các hệ số xét đến ảnh hưởng của các yếu tố đặc trưng cho các điều kiện cắt cụ thể tới tuổi bền T, ở đây đặc biệt chú ý tới ảnh hưởng của cặp vật liệu gia công - vật liệu dụng cụ cắt. A3pp là hệ số đặc trưng cho ảnh hưởng của phương pháp gia công tới tuổi bền T và được xác định bằng thực nghiệm. Biểu thức (2-3) có dạng hàm số mũ và là phương trình tính gần đúng của tuổi bền xác định bằng thực nghiệm. Mặt khác từ kết quả xác định bằng thực nghiệm như hình 2.3 ta thấy hệ toạ độ logarit quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt Vc là quan hệ tuyến tính, từ đồ thị ta có: CV VKCLogT log.log TCLogV KTc loglog 1 Do đó: T = CV.VC K (2-7) Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp._.