Lựa chọn chế độ cắt nhằm tăng tuổi bền của dao phay ngón phủ PVD-TiN sử dụng phay khuôn ép đúc áp lực SKD61

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY L ƯA CH ỌN PHẠM VĂN PHONG THÁI NGUYÊN 2007 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ CẮT NHẰM TĂNG TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY NGÓN PHỦ PVD-TiN SỬ DỤNG PHAY KHUÔN ÉP ĐÚC ÁP LỰC SKD61 Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số:23. Học Viên: TRỊNH MẠNH HÀ Người HD Khoa học : PGS.T

pdf100 trang | Chia sẻ: huyen82 | Lượt xem: 1803 | Lượt tải: 2download
Tóm tắt tài liệu Lựa chọn chế độ cắt nhằm tăng tuổi bền của dao phay ngón phủ PVD-TiN sử dụng phay khuôn ép đúc áp lực SKD61, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
S. PHAN QUANG THẾ THÁI NGUYÊN 2009 Công trình được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phan Quang Thế Phản biện 1: PGS.TS. Trần Thế Lục Phản biện 2: TS. Trần Minh Đức Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn họp tại: Phòng học Cao học số 3, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Vào hồi 9 giờ 30 phút ngày 21 tháng 5 năm 2009 Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu Đại học Thái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Qua nghiên cứu thực tế quá trình gia công khuôn đúc áp lực, vật liệu chế tạo khuôn là SKD61: - Gia công được trên trung tâm phay VMC - 85S. - Phôi rèn được ủ đạt độ cứng (220 - 250HB). - Dụng cụ: Dao phay ngón, dụng cụ phủ TiAlN (xuất xứ Đài Loan). Quá trình gia công ở trên tồn tại hạn chế là: - Dụng cụ mòn nhanh do việc lựa chọn chế độ cắt dựa trên kinh nghiệm, chưa có cơ sở khoa học thực tế. - Tiêu tốn nhiều dụng cụ (12 con dao). Thay đổi chọn nghiên cứu dụng cụ phủ PVD-TiN thử nghiệm. Các bước thực hiện, nội dung chính và kết quả của luận văn: 1. Thu thập các tài liệu tham khảo. 2. Nghiên cứu lý thuyết phủ PVD, các dạng mòn, tuổi bền của dụng cụ và cách xác định. 3. Làm thực nghiệm: - Cắt các đường cắt thử (là các đường thẳng) lấy kết quả để đánh giá lựa chọn chế độ cắt dùng gia công khuôn. V = 40m/ph. S = 170mm/ph (thay đổi S = 200mm/ph để so sánh). t = 5mm (thay đổi t = 7,5mm để so sánh). - Dùng bộ chế độ cắt lựa chọn lần lượt gia công các phần tử của khuôn để so sánh. - Gia công xong 1 phần tử ta thay dụng cụ để gia công phần tử khác. Dùng máy cắt dây cắt dụng cụ, chiều dài cắt bằng chiều dày phoi (trong thí nghiệm tác giả cắt chiêu dài 3mm), rửa sạch bằng cồn, dùng máy nén khí thổi sạch bụi bẩn, dầu mỡ dính trên bề mặt dụng cụ, chụp ảnh SEM để nghiên cứu. Phân tích thành phần vật liệu trên vùng mòn dụng cụ để đánh giá, kết luận chính xác hơn. 4. Đánh giá kết quả, đưa ra cơ chế mòn dụng cụ phủ PVD- TiN khi gia công vật liệu SKD61: Dụng cụ mòn do dính mỏi. * Kết luận: - Khi cắt thép SKD61 với tốc độ cắt lựa chọn, lượng chạy dao thay đổi khi gia công các hốc S = 170 và 200mm/phút, chiều dày phoi a = 2mm, chiều sâu cắt t = 5 và 7,5mm. Dụng cụ mòn nhưng vẫn trong giới hạn cho phép. - Mũi dao bị phá huỷ mạnh do nhiệt cắt tại mũi dao lớn nhất, ở vùng gần mũi dao mòn ít hơn và phát triển mạnh dần đến vị trí cách mũi cắt khoảng 2mm (bằng chiều dày phoi) thì dụng cụ mòn nhiều nhất, các vết nứt trên bề mặt xuất hiện nhiều nhất. * Cơ chế mòn: - Với lớp phủ: VLGC bám dính lên bề mặt, khi vượt qua giới hạn mỏi lớp phủ bị phá huy và bong ra cùng VLGC (cơ chế dính mỏi). Vùng mòn phát triển từ lưỡi cắt, sau đó phát triển rộng dần. - Với vật liệu nền: Xuất hiện các vết chảy, nứt theo biên giới hạt rồi bong ra từng mảng vật liệu làm xuất hiện các lỗ sâu trên bề mặt, cứ như vậy dụng cụ bị bào mòn đến khi dụng cụ không còn khả năng cắt. * Phương hướng nghiên cứu tiếp theo: - Tiếp tục nghiên cứu để lựa chọn chế độ cắt tối ưu cho dụng cụ đặc biệt khi phay các cung tròn. - Tiếp tục nghiên cứu nhiệt phát sinh trong quá trình cắt, đo lực cắt để làm sáng tỏ hơn cơ chế phá huỷ của lớp phủ khi phay thép SKD61. - Tiếp tục nghiên cứu cơ chế phá huỷ mũi dao, nghiên cứu mòn mặt trước của dụng cụ do các nguyên nhân khác nhau. - Tiếp tục nghiên cứu mòn dụng cụ khi phay thép SKD61 đã qua tôi kết hợp biện pháp làm mát phù hợp để có khái niệm đầy đủ hơn qua đó khai thác, sử dụng dụng cụ cắt phủ PVD-TiN một cách hiệu quả hơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Qua nghiên cứu thực tế quá trình gia công khuôn đúc áp lực mà sản phẩm là van đóng mở bình ga, vật liệu chế tạo khuôn là SKD61, quá trình gia công đƣợc thực hiện trên trung tâm phay VMC - 85S. Từ phôi rèn đƣợc ủ đạt độ cứng nhất định (35 - 37HRC), quá trình gia công thực hiện bằng dao phay ngón đƣờng kính 2, 6, 8, 10, 16mm, vật liệu dụng cụ TiAlN (xuất xứ Đài Loan) có thể gia công vật liệu có độ cứng 55HRC. Giá thành mua dao: Dao 2: 180.000đ/con dao; dao 6: 310.000đ/con dao; dao 8: 340.000đ/con dao; dao 10: 520.000đ/con dao; dao 16: 1.700.000đ/con dao. Một bộ khuôn gia công gồm 6 phần tử (khuôn đúc đƣợc 6 chi tiết/lần). Thời gian gia công 12 ngày đêm, tốn 12 con dao. Quá trình gia công đƣợc chia làm 3 bƣớc: Bƣớc 1: Phay thô bằng dao đƣờng kính 10, 16mm. Bƣớc 2: Phay bán tinh bằng dao phay đƣờng kính 8mm. Bƣớc 3: Gia công tinh bằng dao phay đầu cầu đƣờng kính 2, 6mm. Sau khi gia công xong, kiểm tra đảm bảo độ chính xác kích thƣớc, mang đúc thử 1.000 lần để khuôn ổn định, đảm bảo không bị biến dạng, cong vênh, nứt nẻ, sau đó đánh bóng và thấm Nitơ hoàn thiện. Khi nghiên cứu quá trình gia công trên, tác giả nhận thấy: Thời gian gia công và tiêu tốn dụng cụ lớn (tuổi bền dụng cụ thấp). Chế độ cắt đƣợc chọn nhƣ sau: Tốc độ cắt: 2.500 vòng/phút (VC = 63m/phút). Lƣợng chạy dao: 80 - 100 mm/phút. Chiều sâu cắt thay đổi từ 0,8 - 1,2 mm. Việc lựa chọn chế độ cắt ở trên chủ yếu là dựa vào kinh nghiệm, chƣa đƣợc qua nghiên cứu, thử nghiệm, không có căn cứ khoa học cụ thể do đó tuổi bền dụng cụ đạt thấp. Hạn chế của quá trình gia công ở trên là: Dụng cụ mòn nhanh, tiêu tốn nhiều dụng cụ (12 con dao), tác giả thay đổi chọn nghiên cứu dụng cụ phủ PVD-TiN thử Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghiệm để lựa chọn vùng chế độ cắt phù hợp, làm tăng tuổi bền của dụng cụ. Vì vậy, tác giả chọn đề tài: “Lựa chọn chế độ cắt nhằm tăng tuổi bền của dao phay ngón phủ PVD-TiN sử dụng phay khuôn ép đúc áp lực SKD61” với mục đích ứng dụng vào thực tế sản xuất là rất cấp bách và cần thiết. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: - Ý nghĩa khoa học: Tổng quát hoá ảnh hƣởng của các yếu tố chế độ cắt đến mòn, tuổi bền của dao phay ngón phủ PVD-TiN khi gia công thép SKD61. - Về mặt thực tiễn: Là kiến thức thực tế, giúp ngƣời kỹ sƣ lập trình lựa chọn các thông số của chế độ cắt phù hợp, làm giảm mòn, tăng tuổi bền, tiết kiệm kinh phí gia công, hạ giá thành sản phẩm khi gia công vật liệu SKD61. 3. Lựa chọn phương pháp và phương tiện nghiên cứu: - Lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu làm thực nghiệm để chứng minh. - Phƣơng tiện nghiên cứu: Máy phay VMC - 85S, máy chụp tế vi, máy đo nhám, kính hiển vi điện tử. 4. Tổ chức nghiên cứu: a. Xác định nhân tố quan hệ: Nhân tố quan hệ nhân quả với tuổi bền của dụng cụ là các yếu tố của chế độ cắt. b. Chọn đại lượng đặc trưng và thông số hoá thí nghiệm: - Chọn đại lƣợng đặc trƣng cho tuổi bền của dụng cụ: + Mòn mặt trƣớc. + Mòn mặt sau. + Các vết nứt tế vi, các vết cào xƣớc trên bề mặt. - Đại lƣợng đặc trƣng cho mối quan hệ: + Chọn biến độc lập: Các yếu tố của chế độ cắt. + Thông số phụ thuộc: Mòn mặt trƣớc, mòn mặt sau, các vết nứt, vết cào xƣớc. - Xây dựng mô hình thí nghiệm: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Thông số đầu vào là hệ thống công nghệ Các đại lượng xuất hiện trong quá trình gia công Thông số đầu ra là chỉ tiêu về kỹ thuật và kinh tế - Trung tâm gia công VMC-85S CNC. - Vật liệu chi tiết gia công SKD61. - Dụng cụ cắt (thông số hình học dụng cụ cắt, vật liệu dụng cụ cắt). - Chế độ công cắt (s, v, t) - Lực cắt. - Nhiệt cắt. - Rung động. - Mòn và cơ chế mòn. 1. Sai số: - Kích thƣớc. - Hình dáng hình học. - Vị trí tƣơng quan. 2. Chất lƣợng bề mặt. - Nhám bề mặt. - Cơ lý bề mặt. 3. Kinh tế: - Thời gian gia công. - Năng suất. - Giá thành sản phẩm. 4. Tuổi bền dụng cụ Trong giới hạn của đề tài, tác giả chỉ nghiên cứu đại lƣợng xuất hiện trong quá trình gia công là mòn và cơ chế mòn, thông số đầu ra là tuổi bền của dụng cụ. c. Điều kiện biên của thí nghiệm: - Trung tâm gia công CNC: VMC - 85S. - Dụng cụ là dao phay ngón phủ PVD-TiN. - Vật liệu gia công SKD61. d. Tiến hành thí nghiệm cắt thử: - Chuẩn bị phôi, dụng cụ gia công. Đo độ cứng, xác định thành phần của phôi. - Tiến hành cắt thử các đƣờng cắt, đo nhám, so sánh mòn dụng cụ, lựa chọn chế độ cắt để tiến hành gia công khuôn (gia công các hốc). - Sau khi lựa chọn đƣợc chế độ cắt, tiến hành gia công các hốc. Sau khi cắt tiến hành chụp ảnh SEM các dụng cụ, xử lý và phân tích số liệu. Thông số đầu vào Nghiên cứu quá trình gia công Thông số đầu ra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5. Nội dung nghiên cứu: Chƣơng 1: Phủ PVD và ứng dụng trong cắt kim loại. Chƣơng 2: Vấn đề chung về gia công các bề mặt bằng dao phay phủ bay hơi. Chƣơng 3: Nghiên cứu về mòn dao phay phủ PVD-TiN khi gia công thép SKD61. Chƣơng 4: Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến mòn dao phay phủ PVD-TiN khi gia công thép SKD61. Chƣơng 5: Kết luận và phƣơng hƣớng nghiên cứu. Nội dung của luận văn đƣa ra các kết quả nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt, so sánh kết quả với thí nghiệm đã tiến hành trƣớc đó. Phân tích các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn dụng cụ khi gia công với các chế độ cắt khác nhau, từ đó đƣa ra các biện pháp khắc phục trong quá trình gia công nhằm tăng năng suất và tuổi bền của dụng cụ. Các nội dung trong luận văn đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS. Phan Quang Thế, sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo công tác tại Phòng Thí nghiệm Cơ khí và Động lực trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Với bản thân đã có nhiều nỗ lực phấn đấu tuy nhiên trong nội dung luân văn chắc chắn còn nhiều thiếu sót, rất mong đƣợc các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp đóng góp ý kiến và giúp đỡ để nội dung nghiên cứu đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin trân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 4 năm 2009 HỌC VIÊN THỰC HIỆN Trịnh Mạnh Hà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1]. GS.TSKH. Bành Tiến Long, PGS.TS. Trần Sỹ Tuý, PGS.TS. Trần Thế Lục (2001), Nguyên Lý gia công vật liệu, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [2]. GS.TS. Trần Văn Địch (2006), Nguyên Lý cắt kim loại, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [3]. Ph.A.Barơbasôp (1984), Kỹ thuật phay (người dịch: Trần Văn Địch), Nhà xuất bản công nhân kỹ thuật, Hà Nội. [4]. Phạm Quang Lê (1979), Kỹ thuật phay, Nhà xuất bản công nhân kỹ thuật, Hà Nội. [5]. Phan Quang Thế (2002), “Nghiên cứu khả năng làm việc của dụng cụ thép gió phủ dùng cắt thép các bon trung bình”, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội. Tiếng Anh [6]. T.L.Banh, Q.T.Phan and D.B.Nguyen (2005), Wear Mechanisms of PVD Coated HSS Endmills Used to Machine 1045 Hardened Steel, AZo-OARS. [7]. W.Y.H Liew, W.L.Teh and X.Ding (2006), Wear of Nano-Coated Carbide Tools in End Milling of Stainless Steel, Centre of Materials and Minerals, school of Engineering and Information Technology, Universiti Malaysia Sabah, Locked Bag 2073, Kota Kinabalu, Sabah, Malaysia. [8]. Dr. Deepak G. Bhat (2000), Application of CVD and PVD Technologies to Cutting Tools, and Evaluation of Tool Failure Modes, Manager, TechnologyMraketing and Commercialization UES, Inc., OH 45432, USA. [9]. Norihiro TAKANASHI, Hideki MORIGUCHI, Kazuo YAMAGATA, Keiichi TSUDA, Yasuo TSUKIMORI, Yoshio FUKUYASU, Shinya IMAMURA and Masafumi NIGOSHI (2002), Development of the “ACE COAT ACZ330” PVD- Coated Insert for Steel Milling, Sei technical review, number 54, Japan. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MỤC LỤC Trang Chƣơng 1 - PHỦ PVD VÀ ỨNG DỤNG TRONG CẮT KIM LOẠI 1 1.1. Phủ bay hơi hoá học CVD (Chemical Vapour Deposition) - Phủ bay hơi lý học PVD (Physical Vapour Deposition) 1 1.1.1. Khái niệm phủ PVD 1 1.1.2. Khái niệm phủ CVD 4 1.1.3. Tại sao phải sử dụng CVD hoặc PVD 5 1.1.4. Phủ PVD và CVD nâng cao tuổi thọ và hiệu suất dụng cụ 5 1.1.5. Múc độ nâng cao tuổi thọ dụng cụ sau khi phủ PVD và CVD 5 1.1.6. Phƣơng pháp nào phủ tốt hơn, PVD hay CVD 5 1.2. Ứng dụng phủ PVD 6 Chƣơng 2 - VẤN ĐỀ CHUNG VỀ GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT BẰNG DAO PHAY PHỦ BAY HƠI 11 2.1. Quá trình phay và phay rãnh 11 2.1.1. Khái niệm chung 11 2.1.2. Sự tạo thành bề mặt và các dạng bề mặt gia công 13 2.1.3. Những hiện tƣợng xảy ra trong quá trình cắt 14 2.1.4. Các chuyển động cơ bản khi phay 21 2.1.5. Các thành phần của bề mặt bị cắt khi phay 21 2.1.6. Các thành phần lực cắt và công suất cắt khi phay 25 2.1.7. Phay bậc và phay rãnh bằng dao phay ngón 26 2.2. Ảnh hƣởng của lớp phủ cứng đến tƣơng tác ma sát 27 2.2.1. Ảnh hƣởng của lớp phủ cứng đến tƣơng tác ma sát trƣợt 27 2.2.2. Ảnh hƣởng của lớp phủ đến tƣơng tác ma sát trong cắt kim loại 29 2.2.3. Ảnh hƣởng của tạp chất trong thép đến tƣơng tác ma sát trong cắt kim loại 30 2.3. Chất lƣợng bề mặt sau gia công cơ 31 2.3.1. Khái niệm chung về lớp bề mặt 31 2.3.2. Bản chất của lớp bề mặt 32 2.3.3. Tính chất lý hoá của lớp bề mặt 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2.3.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng bề mặt sau gia công cơ 34 2.3.4.1. Độ nhám bề mặt và phƣơng pháp đánh giá 35 2.3.4.2. Độ sóng bề mặt 35 2.3.4.3. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ 35 2.3.5. Các nhân tố ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt khi gia công cơ 40 2.3.5.1. Ảnh hƣởng của thông số hình học của dụng cụ cắt 40 2.3.5.2. Ảnh hƣởng của tốc độ cắt 41 2.3.5.3. Ảnh hƣởng cảu lƣợng chạy dao 42 2.3.5.4. Ảnh hƣởng của chiều sâu cắt 43 2.3.5.5. Ảnh hƣởng của vật liệu gia công 43 2.3.5.6. Ảnh hƣởng của rung động hệ thống công nghệ 43 2.4. Mòn và tuổi bền của dụng cụ 43 2.4.1. Bản chất vật lý của quá trình cắt 43 2.4.1.1. Cơ chế tạo phoi 43 2.4.1.2. Ma sát trong quá trình cắt kim loại 44 2.4.1.3. Lực tác dụng lên mặt trƣớc và mặt sau của dụng cụ 45 2.4.2. Mòn dụng cụ 46 2.4.2.1. Khái niệm chung về mòn 46 2.4.2.2. Cơ chế mòn của hai bề mặt trƣợt tƣơng đối 47 2.4.2.3. Vai trò của lớp phủ cứng trong giảm mòn 52 2.4.2.4. Mòn dụng cụ và cách xác định 54 2.4.3. Tuổi bền của dụng cụ 59 2.4.3.1. Khái niệm 59 2.4.3.2. Các nhân tố ảnh hƣởng tới tuổi bền 60 2.4.3.3. Cách xác định tuổi bền của dụng cụ cắt 62 Chƣơng 3 - NGHIÊN CỨU VỀ MÒN DAO PHAY PHỦ PVD-TiN KHI GIA CÔNG THÉP SKD61 64 3.1. Thí nghiệm 64 3.1.1. Dao 64 3.1.2. Phôi 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.1.3. Máy 66 3.1.4. Chế độ cắt 66 3.2. Kết quả thí nghiệm 67 3.2.1. Nhám bề mặt 67 3.2.2. Thời gian gia công 68 3.2.3. Phân tích kết quả 68 3.2.4. Kết luận 68 Chƣơng 4 - ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN MÒN DAO PHAY PHỦ PVD-TiN KHI GIA CÔNG THÉP SKD61 70 4.1. Ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao 70 4.1.1. Kết quả thí nghiệm 70 4.1.2. Phân tích kết quả 70 4.2. Ảnh hƣởng của tốc độ cắt 71 4.2.1. Kết quả thí nghiệm 71 4.2.2. Phân tích kết quả 71 4.3. Cơ chế mòn dao phay phủ PVD 71 4.4. Hiệu quả sử dụng dao phay phủ PVD 84 4.4.1. Kết quả đo nhám và mòn dụng cụ 84 4.4.2. Nhận xét và kết luận 84 Chƣơng 5 - KẾT LUẬN VÀ PHƢƠNG HƢỚNG NGHIÊN CỨU 85 5.1. Kết luận 85 5.2. Phƣơng hƣớng nghiên cứu 86 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CAM ĐOAN Tên em là: Trịnh Mạnh Hà. Sinh ngày : 28 tháng 6 năm 1977. Học viên lớp CH-K9 chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Đơn vị công tác : Trƣờng Trung học Kinh tế - Kỹ thuật Tuyên Quang. Em xin cam đoan : Đề tài "Lựa chọn chế độ cắt nhằm tăng tuổi bền của dao phay ngón phủ PVD-TiN khi gia công khuôn ép chịu áp lực SKD61" do thầy giáo PGS.TS. Phan Quang Thế hƣớng dẫn. Đây là công trình của riêng em. Tất cả tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng. Em xin cam đoan tất cả các nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội dung trong đề cƣơng và yêu cầu cảu giáo viên hƣớng dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội dung của luận văn thì em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình. Thái Nguyên, ngày 20 tháng 4 năm 2009 HỌC VIÊN Trịnh Mạnh Hà - 1 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chƣơng 1 - PHỦ PVD VÀ ỨNG DỤNG TRONG CẮT KIM LOẠI 1.1. Phủ bay hơi hoá học CVD (Chemical Vapour Deposition) - Phủ bay hơi lý học PVD (Physical Vapour Deposition) Sự ra đời của nhiều loại vật liệu mới cho khả năng cắt với vận tốc cắt tới vài trăm m/phút cũng không làm mất đi vị trí quan trọng của thép gió trong cắt kim loại vì thép gió có tính ưu việt: Khả năng dễ gia công, tạo hình được các dụng cụ có hình dáng phức tạp, độ dai va đập cao (Khoảng 2,5 lần so với hợp kim cứng), độ cứng nóng đáp ứng được các chế độ công nghệ trung bình và thấp, giá thành thấp. Thép gió được dùng làm dụng cụ cho các nguyên công như: Khoan, khoét, doa, phay rãnh…nói chung là các nguyên công gia công lần cuối. Điều kiện thoát phoi và nhiệt ở đó thường khó khăn hơn so với tiện vì thế việc nâng cao chế độ công nghệ và tuổi bền cho dao thép gió bằng phủ có ý nghĩa vô cùng quan trọng để nâng cao năng suất và chất lượng gia công. Loại dụng cụ Tổng giá trị Phủ PVD Phủ CVD Không phủ Dụng cụ thép gió 4 tỷ USD 23% 0% 77% Dụng cụ hợp kim cứng 6 tỷ USD 10% 60% 30% Dụng cụ tạo hình 8 tỷ USD 3% 5% 92% Tổng số 18 tỷ USD 10% 22% 68% Bảng 1: Dữ liệu thị trường thế giới về phủ bay hơi cho dụng cụ trong lĩnh vực tạo hình và cắt vật liệu. Thống kê số liệu thị trường thế giới về dụng cụ phủ cho thấy rằng chỉ sau 15 năm, phủ PVD được ứng dụng trong ngành dụng cụ thì có đến 23% các dụng cụ thép gió, 3% dụng cụ tao hình và 10% dụng cụ hợp kim cứng được phủ bằng phương pháp này. Nhu cầu phủ PVD cho thép gió cao gấp hơn 2 lần hợp kim cứng cho thấy ý nghĩa quan trọng của phủ đối với thép gió trong công nghiệp. Người ta dự đoán tốc độ sử dụng dụng cụ phủ hàng năm sẽ tăng đến 10% trong tương lai. 1.1.1. Khái niệm phủ PVD Phủ PVD được thực hiện trong buồng kín chứa khí trơ với áp suất thấp khoảng dưới 10-2 bar ở nhiệt độ từ 400oC - 500oC. Với nhiệt độ của quá trình như thế phủ - 2 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên PVD thích hợp cho các dụng cụ thép gió. Do nhiệt độ tháp các nguyên tử khí và kim loại khi bay hơi phải được ion hoá và kéo về bề mặt cần phủ nhờ một điện thế âm đặt vào đó. Quá trình bắn phá bề mặt phủ bằng các ion của khí trơ được thực hiện trước khi phủ để làm tăng độ dính kết của vật liệu phủ với nền. Hình 1: Cấu trúc lớp phủ Hình 2: Bột phủ PVD Theo nguyên tắc bay hơi, phủ PVD có 4 dạng cơ bản: - Sử dụng dòng điện tử có điện thế thấp. - Dòng điện tử có điện thế cao. - Hồ quang. - Phát xạ từ lệch. Vật liệu phủ thông dụng hiện nay cho PVD là TiN, TiCN, TiAlN và CrN. Ứng suất dư trong lớp phủ là ứng suất dư nén. Chiều dày lớp phủ thường bị hạn chế dưới 5 m để tránh sự tạo nên ứng suất dư có cường độ cao trong lớp phủ. - 3 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Từ khi công nghệ phủ ngoài PVD - TiN lần đầu tiên được giới thiệu vào đầu những năm 1980, phủ PVD đã trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp. Hơn 30 năm qua, phủ PVD đã mở rộng bao gồm: TiN, TiCN, TiAlN, CrN… Đối với hầu hết các ứng dụng gia công khuôn đúc, phủ PVD - TiAlN đã được sử dụng rộng rãi nhất cho các công cụ cắt. Bảng 2: Các dạng phủ PVD Gần đây, phủ PVD đã mở rộng thành phủ ngoài nhiều lớp, phủ ngoài hybrid được phân loại như phủ ngoài ma sát thấp. Những công nghệ phủ này cung cấp một giải pháp gia công không thể thay thế được trong những vật liệu đòi hỏi tốc độ cắt thấp và độ mài mòn cao. Phủ PVD là thành phần quan trọng của gia công tốc độ cao vì khi tốc độ cắt tăng lên, lượng nhiệt sinh ra trong quá trình gia công sẽ tăng lên nhiều. Quản lý hiệu quả sự tăng nhiệt này sẽ tạo ra sự hoàn thiện bề mặt tốt hơn, hình học chi tiết chính xác hơn và quan trọng hơn cả là sự tăng năng suất thông qua sự tăng tuổi thọ công cụ. Điều này có thể được đánh giá theo hai cách: 1. Tăng tuổi thọ dao cụ dẫn đến chi phí gia công mỗi lỗ hổng hay lõi sẽ thấp hơn. 2. Tăng tuổi thọ dao cụ sẽ dẫn đến tăng năng suất. Điều này có thể sẽ giữ nguyên mức chi phí gia công nhưng sẽ tăng năng suất của xưởng sản xuất bằng cách tăng các thông số của chế độ cắt. Với hệ số ma sát và tốc độ mài mòn thấp, phủ PVD giúp cho mọi quá trình gia công hiệu quả hơn. Ứng dụng phù hợp công nghệ phủ vào các quá trình sản xuất có thể giúp giảm chi phí, tăng năng suất hay cả hai. - 4 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bảng 3: Khả năng gia công của vật liệu phủ Với hệ số ma sát và tốc độ mài mòn thấp, phủ PVD giúp cho mọi quá trình gia công hiệu quả hơn. Tốc độ cắt sẽ tiếp tục tăng lên và nhiều nhiệt hơn sẽ được sinh ra. Quản lý hiệu quả sự tăng nhiệt này rất quan trọng để theo kịp các xu hướng sản xuất trong tương lai. Các nhà sản xuất hiện nay vẫn không ngừng tìm kiếm những biện pháp duy trì khả năng cạnh tranh trong một thị trường cạnh tranh cao đồng thời để tăng lợi nhuận. Thường thì các nhà sản xuất phải đối mặt với việc mua thiết bị mới hay thuê thêm nhân viên để đạt được mục tiêu này. Tuy nhiên, bằng cách phân tích quá trình gia công và ứng dụng một số công nghệ phủ ngoài hiện đại, các xưởng gia công có thể tìm ra một giải pháp chi phí thấp nhằm làm tăng năng suất, tăng lợi nhuận hay cả hai. 1.1.2. Khái niệm phủ CVD Phủ bay hơi hoá học CVD dùng để phủ lên bề mặt làm việc của dụng cụ các lớp mỏng ceramics như TiC, TiN, TiCN, Al2O3 và kim cương nhân tạo…với chiều dày 5 m ÷ 10 m. Chi tiết phủ được đặt và nung nóng trong buồng kín chứa khí H2 (dưới áp suất khí quyển hoặc nhỏ hơn). Các hợp chất bay hơi được đưa vào buồng này để tạo ra các thành phần của lớp phủ thông qua các phản ứng hoá học. Nhiệt độ của quá trình từ 800o đến 1050o và chu kỳ nung nóng diễn ra vài giờ. - 5 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1.1.3. Tại sao phải sử dụng phủ PVD hoặc CVD Chưa quan tâm tới các ứng dụng cụ thể, lý do chính để sử dụng PVD hoặc CVD hết sức đơn giản, đó là bài toán kinh tế: Làm giảm chi phí trên mỗi sản phẩm. Bài toán tiết kiệm chi phí được xác định dễ dàng như sau: Giảm thời gian gia công, thời gian thay dụng cụ + Tăng tốc độ gia công = Tiết kiệm. 1.1.4. Phủ PVD và CVD nâng cao tuổi thọ và hiệu suất dụng cụ Mặc dù mỗi phương pháp phủ khác nhau có những đặc tính khác nhau, để đánh giá hiệu quả đối với mỗi ứng dụng riêng thì có 2 đặc trưng chính được chọn làm cơ sở, đó là: độ cứng và ma sát. Vật liệu Thép dụng cụ HSS Hợp kim cứng PVD & CVD Độ cứng (HRC) 58 - 62 62 - 65 70 - 76 > 80 Bảng 4: Độ cứng của các kim loại, hợp kim và vật liệu phủ So với dụng cụ có nền không phủ thì việc phủ có hệ số ma sát nhỏ hơn nhiều. Đối với các dụng cụ tạo hình biến dạng, hệ số ma sát thấp cũng có nghĩa là sẽ làm giảm áp lực tác dụng. Trong ứng dụng các dụng cụ cắt, giảm hệ số ma sát sẽ làm giảm sự phát sinh nhiệt trong quá trình gia công, do đó làm chậm quá trình phá hủy lưỡi cắt. Còn trong các ứng dụng có ma sát trượt, lớp phủ có xu hướng làm giảm sự bám dính của vật liệu cho phép quá trình di chuyển tương đối ít bị hạn chế hơn. 1.1.5. Mức độ nâng cao tuổi thọ dụng cụ sau khi phủ PVD và CVD Theo các đánh giá sơ bộ, tuổi thọ dụng cụ khi phủ thường gấp từ 2 -3 lần so với khi không phủ. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, ứng dụng cụ thể còn cho thấy tuổi thọ có thế tăng gấp 10 lần. 1.1.6. Phương pháp phủ nào tốt hơn, PVD hay CVD Có nhiều vấn đề khác nhau cần phải tính toán khi trả lời câu hỏi này như ứng dụng, vật liệu nền và dung sai dụng cụ. Đơn giản là khi dung sai và vật liệu cho phép, CVD sẽ có ưu thế hơn trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong các ứng dụng tạo hình biến dạng kim loại có ứng - 6 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên suất cao. Các quá trình phủ CVD tạo ra các liên kết kiểu khuếch tán giữa lớp phủ và nền, liên kết này lớn hơn nhiều so với liên kết được tạo ra trong PVD. Quá trình phủ CVD được thực hiện ở nhiệt độ cao, khoảng 800oC đến 1050o. Đặc điểm này có thể làm hạn chế cho việc phủ CVD trong một số trường hợp. Quá trình phủ PVD thực hiện được trên một diện rộng hơn, với nhiều nền và ứng dụng khác nhau. Đó là vì được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn (400oC đến 500 o C) với độ dày trung bình 2 - 5 m. Với đặc tính này thì rất lý tưởng cho việc phủ PVD cho các dụng cụ cắt thép gió (HSS), hợp kim cứng cũng như các chi tiết đòi hỏi dung sai chặt chẽ như các chi tiết khuôn mẫu... Hơn nữa, nhiệt độ quá trình thấp nghĩa là sai lệch về điểm “0” sẽ được tiến hành trên hầu hết các vật liệu, miễn là nhiệt độ rút ra chính xác vẫn được duy trì. 1.2. Ứng dụng phủ PVD: Phủ PVD có 4 dạng cơ bản: - Sử dụng dòng điện tử có điện thế thấp - Dòng điện tử có điện thế cao - Hồ quang - Phương pháp phát xạ từ lệch Vật liệu phủ thông dụng hiện nay cho PVD là TiN, TiCN, TiAlN và CrN. Ứng suất dư trong lớp phủ là ứng suất dư nén. Chiều dày lớp phủ thường bị hạn chế dưới 5 m để tránh sự tạo nên ứng suất dư có cường độ cao trong lớp phủ. Phương pháp dùng dòng điện tử có điện thế thấp như hình 3 (a) dùng để phủ TiN và TiCN sử dụng dòng điện tử 100V để bay hơi Ti. Mức độ ion hoá của kim loại bay hơi và khí phản ứng cao, tuy nhiên hệ thống này chỉ phủ các chi tiết có kích thước không lớn. Tốc độ phủ thấp. Các dụng cụ có kích thước lớn thường được phủ bằng dòng điện tử có điện thế cao như hình 3 (b). Tốc độ phủ cao, tuy nhiên điện thế 10000V làm giảm khả năng ion hoá của dòng kim loại bay hơi và phản ứng vì thế người ta sử dụng một hệ ba cực để tăng mức độ ion hoá cho hệ thống. Hệ thống này chỉ phủ được TiN và TiCN. - 7 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3: Sơ đồ 4 phương pháp phủ PVD cơ bản (a) Dòng điện tử có điện thế thấp (b) Dòng điện tử có điện thế cao (c) Hồ quang (d) Phát xạ từ lệch Sơ đồ bay hơi bằng hồ quang được dùng để phủ TiAlN hình 3(c). Tuy nhiên hợp kim TiAl để bay hơi phải ở thể rắn nguyên khối. Hệ thống này có thể tạo ra lớp phủ mỏng đến 2000A và tạo nên lớp khuếch tán giữa nền và lớp phủ. Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là sự tạo thành các hạt Ti trên bề mặt lớp phủ, tuy nhiên nhược điểm này có thể khắc phục được nhờ lưới lọc. Phương pháp phát xạ từ lệch có thể tạo nên bất kỳ lớp phủ nào hình 3 (d). Các điện cực âm tạo nên một plasma của các ion khí trơ làm bật các nguyên tử của kim loại bay hơi ra khỏi bề mặt, tạo thành lớp phủ trên bề mặt chi tiết sau khi tác dụng với khí phản ứng. Nam châm vòng ngoài của các điện cực âm phát xạ được chế tạo mạnh hơn (lệch) so với bên trong để tạo nên một plasma ở vùng chi tiết phủ. - 8 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phủ PVD đã mở rộng phạm vi sử dụng của thép gió. Ví dụ: Dao phay lăn răng thép gió phủ PVD trong một số trường hợp tỏ ra tốt hơn dao gắn mảnh các bít. Hơn nữa phủ PVD còn có thể phủ được ở trạng thái không cân bằng nhiệt mà CVD không thể thực hiện được. Ví dụ: Phủ hợp chất kim cương nhân tạo với các hạt các bít siêu nhỏ WC/C. Ưu điểm của phủ PVD là cơ sở cho việc phủ các lớp bôi trơn cùng với các lớp phủ cứng như MoS2 và WC/C. Chẳng hạn các lưỡi cắt của mũi khoan cần được bảo vệ bằng các lớp phủ cứng nhưng các bề mặt rãnh thoát phoi cần được phủ bằng lớp giảm ma sát. Điều này mở ra một triển vọng mới về ứng dụng của phủ PVD cho các dụng cụ ép, dập và các chi tiết máy chính xác. Hình 4: Hình ảnh một số thiết bị phủ và sơ đồ thiết bị phủ PVD - 9 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 5: Các dụng cụ được ứng dụng phủ PVD Bảng 5: Ứng dụng của phủ PVD - 10 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bảng 6: Giới thiệu các dạng phủ PVD - 11 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chƣơng 2 - VẤN ĐỀ CHUNG VỀ GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT BẰNG DAO PHAY PHỦ BAY HƠI 2.1. Quá trình phay và phay rãnh 2.1.1. Khái niệm chung Quá trình cắt khi phay phức tạp hơn khi tiện. Khi tiện, dao tiện dao luôn tiếp xúc với chi tiết và cắt phoi với tiết diện không thay đổi. Trong tất cả các trường hợp phay, phoi được cắt rời từng mảnh có chiều dày thay đổi. Ngoài ra khi phay, ở mỗi vòng quay của dao, mỗi răng của dao phay lúc vào chỉ tiếp xúc với chi tiết gia công còn lúc ra thì không tiếp xúc. Lúc răng ăn vào chi tiết gia công có xảy ra hiện tượng va đập. Như vậy, điều kiện làm việc của dao phay nặng hơn rất nhiều so với điều kiện làm việc của dao tiện. Cho nên cần phải biết các quy luật cơ bản của quá trình phay để trong trường hợp cụ thể khi điều kiện gia công tốt nhất thì đạt được năng suất cao nhất. Phay là một phương pháp gia công cắt gọt kim loại. Đó là quá trình cắt đi một lớp kim loại (hay còn gọi là lượng dư gia công để tạo thành phoi) trên bề mặt của phôi để được chi tiết có hình dáng, kích thước, độ chính xác, độ bóng theo yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ. Quá trình đó được thực hiện trên các máy phay (gọi chung là máy công cụ hay máy cắt kim loại) bằng các loại dao phay, mũi khoan…gọi chung là dụng cụ gia công cắt gọt. Phay là phương pháp gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn cấp 3-4 và độ bóng không hơn cấp 6, là một trong những phương pháp gia công đạt năng suất cao nhất. Bằng phương pháp phay người ta có thể gia công mặt phẳng, định hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt tròn xoay, trục then hoa, cắt ren, bánh răng… Phay có thể dùng để gia công tinh, gia công lần cuối để đạt được độ bóng, độ chính xác cao, dễ cơ khí hoá, tự động hoá, cho năng suất cao, dùng trong sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và hàng khối. Số lượng nguyên công gia công cắt gọt đạt tới 60% - 70% công việc gia công cơ khí thì nguyên công phay cũng chiếm một - 12 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên tỷ lệ lớn. Máy phay có số lượng nhiều, chiếm tỷ lệ lớn và giữ một vị trí quan trọng trong các nhà máy, phân xưởng cơ khí. - 13 - Số hóa bởi T._.rung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 6: Hình ảnh các dạng dao phay ngón Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi, trong quá trình cắt ngoài những đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện, còn có những đặc điểm sau: - Dao có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt, nên năng suất cắt khi phay cao hơn khi bào. - Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng thân dao phay thường lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt. - Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động trong quá trình cắt. - Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả năng tồn tại lẹo dao ít. 2.1.2. Sự tạo thành bề mặt và các dạng bề mặt gia công Hình dạng bề mặt các chi tiết, dụng cụ gia công cơ khí rất đa dạng. Khi một điểm chuyển động tạo thành một đường, khi một đoạn thẳng (gọi là đường sinh) chuyển động liên tục dựa trên một đường khác (gọi là đường chuẩn) tạo thành một mặt. Đó là quỹ đạo của một điểm hay một đường. - 14 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 7: Quỹ đạo của một điểm (a) và một đoạn thẳng (b) Hình 7 Giới thiệu một số ví dụ tạo hình các bề mặt điển hình: mặt phẳng, mặt nón, mặt trụ, mặt cầu, mặt thân khai, mặt khai triển… Chuyển động tương đối giữa đường sinh và đường chuẩn gọi là chuyển động tạo hình bề mặt gia công, đó là chuyển động tương đối giữa dao và phôi để hình thành nên bề mặt gia công, chúng có thể là chuyển động đơn giản hoặc phức tạp theo các phương pháp chép hình, bao hình, quỹ tích (theo vết) và phương pháp tiếp xúc. Hình 8: Các dạng bề mặt chi tiết gia công 2.1.3. Những hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt: Quá trình cắt kim loại khi phay về nguyên tắc không khác quá trình cắt khi tiện. Ở đây tập trung nghiên cứu một số hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt. Lớp kim loại được cắt gọi là phoi, có thể có nhiều dạng khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện gia công. Theo giáo sư I. A. Timê thì phoi có các dạng sau đây: Phoi dây, phoi xếp và phoi vụn. A A’ A’’ (a) A A’ A’’ B B’ B’’ (b) - 15 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Hiện tượng lẹo dao Khi gia công vật liệu dẻo, trong một số trường hợp ở mặt trước của dao hình thành lẹo dao. Đó là một mẩu vật liệu gia công có hình dạng chêm gắn chặt vào mặt trước của dao, nó bị biến dạng mạnh nên có độ cứng cao. Mảnh kim loại này liên tục được tách ra cùng với phoi rồi lại được tạo thành. Thực ra nó là phần cắt của dụng cụ và bảo vệ lưỡi cắt khỏi bị mòn. Tuy vậy, nếu mặt trước của dao hình thành lẹo dao thì chất lượng bề mặt gia công sẽ giảm. Vì thế khi gia công tinh cũng như khi cắt ren, lẹo dao là một hiện tượng xấu. Để khử lẹo dao, cần phải mài bóng mặt trước của dao thật cẩn thận hoặc thay đổi tốc độ cắt (thường thường tăng tới 30m/phút hoặc cao hơn), đồng thời cũng có thể sử dụng dung dịch trơn nguội trong từng điều kiện gia công cụ thể. - Sự co rút phoi Trong quá trình cắt phoi bị biến dạng và ngắn hơn so với phần chi tiết được cắt ra. Hiện tượng phoi bị ngắn theo chiều dài được gọi là sự co rút của phoi theo chiều dài. Thể tích của kim loại khi bị biến dạng thực tế không thay đổi. Vì vậy, trong khi chiều dài của phoi giảm thì diện tích tiết diện ngang của phoi tăng. Diện tích tiết diện ngang của phoi tăng được gọi là sự co rút của phoi theo chiều ngang. - Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt Trong quá trình cắt chi tiết gia công, dụng cụ cắt và phoi bị nung nóng. Khi tăng tốc độ cắt, đặc biệt là khi cắt các phoi mỏng, nhiệt độ trong vùng cắt sẽ tăng tới 600 o C. Nếu tốc độ cắt tiếp tục tăng, trong nhiều trường hợp phoi cắt sẽ bị nung nóng tới 900oC (màu đỏ sáng). Trong trường hợp này, trên bề mặt gia công của vật liệu thép có thể thấy nhiều màu sắc biến đổi chứng tỏ nhiệt độ ở lớp bề mặt của chi tiết trong thời gian tiếp xúc với mặt sau của dụng cụ lên rất cao. Nhiệt độ ở vùng cắt tăng là do có hiện tượng cơ năng chuyển thành nhiệt năng trong quá trình cắt. Uxachôp đã chứng minh rằng, nhiệt độ ở phoi chiếm 60-80% toàn bộ nhiệt tạo thành khi cắt, ở dụng cụ 10-40%, còn ở chi tiết gia công 3-10%, nhiệt phân bố không đều trên cả phoi và dụng cụ cắt. Ở dụng cụ cắt, khi làm việc liên tục thì nhiệt hầu như cố định sau mấy phút làm việc. Thực tế thì nhiệt trong chi tiết được cân - 16 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên bằng ngay sau khi gia công xong. Nhiệt trong vùng cắt ảnh hưởng lớn tới toàn bộ quá trình cắt gọt và các hiện tượng sinh ra trong quá trình đó (như lẹo dao, mòn dao…) Vì thế hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt phải được chú ý thích đáng. Hình 9: Trường nhiệt độ trong dụng cụ gia công, phoi và vật liệu Tạo phoi trong quá trình cắt và thoát phoi khỏi vùng cắt làm xuất hiện một hiện tượng nhiệt nhất định. Nhiệt cắt xuất hiện bằng sự chuyển đổi từ công cắt, gần như tất cả công cần thiết trong quá cắt đều biến thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi và công kín (tổng của hai loại công này nhỏ, không vượt quá 5%). Trong trường hợp hệ thống công nghệ cứng vững thì công biến dạng đàn hồi và công kín cực đại là 2% của công cắt, phần còn lại chuyển thành nhiệt trong quá trình cắt. Các nghiên cứu cũng đã chứng tỏ rằng khoảng 97 - 98% công suất cắt biến thành nhiệt từ ba nguồn nhiệt: vùng tạo phoi (qua mặt trượt AB), mặt trước AC và mặt sau AD (nhiệt độ sinh ra tại vùng cắt có thể đến 13000C), thể hiện trên hình 9. Nhiệt từ ba nguồn này truyền vào phoi, phôi, dao 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. Gọi Q là tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt: Q = Qmặt phẳng trượt + Qmặt trước + Qmặt sau Theo định luật bảo toàn năng lượng thì nhiệt lượng này sẽ truyền vào hệ thống dao, phoi, phôi và môi trường theo công thức sau: Q = Qdao + Qphoi + Qphôi + Qmt - 17 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 10: Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong quá trình cắt Biến dạng dẻo của vật liệu gia công trong vùng tạo phoi, ma sát giữa vật liệu gia công với các mặt của dụng cụ trong quá trình cắt sinh nhiệt làm tăng nhiệt độ ở vùng gần lưỡi cắt dẫn đến giảm sức bền của dao ở vùng này gây phá huỷ bộ phận đến hoàn toàn khả năng làm việc của lưỡi cắt. Nhiệt cắt và nhiệt độ trong dụng cụ cắt tăng khi cắt với vận tốc cắt cao và lượng chạy dao lớn. Hình 11: Mối quan hệ giữa tốc độ cắt, lượng mòn mặt sau đến nhiệt độ trên mặt trước dụng cụ cắt - 18 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nhiệt của phoi tại thời điểm cụ thể ở khoảng khắc tức thời có thể coi là kết quả tác động của hai nguồn: nguồn nhiệt trên mặt cắt (mặt trượt) biến dạng đàn hồi bậc nhất và nguồn ma sát trên mặt trước. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết của trường nhiệt độ khi gia công đã rút ra một số kết luận: - Trường nhiệt độ khi gia công là không ổn định. - Nhiệt độ của môt điểm xác định (x, y, z) phụ thuộc vào các yếu tố sau: + Tính chất vật lý của vật liệu dụng cụ và chi tiết. + Điều kiện cắt. + Phương pháp gia công (khoan, tiện, phay, mài). + Môi trường cắt. Từ quan điểm ứng dụng thực tiễn chúng ta quan tâm trước tiên đến trường nhiệt độ của dụng cụ (vì lý do kinh tế) và trường nhiệt độ của chi tiết gia công (vì lý do chất lượng). Trường nhiệt độ và nhiệt độ trung bình của chi tiết gia công có ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước và trạng thái lớp bề mặt của chi tiết gia công (biến cứng và ứng suất dư). n = 63 vòng/phút s = 0,057mm/răng h = 3mm n = 63 vòng/phút s = 0,112mm/răng h = 3mm n = 90 vòng/phút s = 0,112mm/răng h = 3mm Hình 12: Trường nhiệt độ chi tiết khi phay với các chế độ cắt khác nhau Trên hình 12 là ảnh hưởng của chiều dày phoi (lượng chạy dao Sz) đến sự phân bố nhiệt độ trong chi tiết khi phay. Khi tăng chiều dày thì tăng thì tăng nhiệt độ trung bình của chi tiết gia công và chiều sâu đẳng nhiệt với > 20oC dưới bề mặt cắt. Trường hợp đặc biệt trường nhiệt độ ở chiều dày phoi cắt nhỏ, gần với lát cắt - 19 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (ăn khớp) tối thiểu, ngược lại khi giảm chiều dày thì dẫn đến tăng nhiệt độ của chi tiết gia công. Ở các loại dụng cụ làm việc không liên tục (khi phay) và khả năng dẫn nhiệt kém thì những sự va đập và sự chênh lệch nhiệt lớn có thể dẫn đến việc xuất hiện những vết nứt, rạn dụng cụ. n = 63vg/ph, s = 112mm/ph, h = 3mm n = 90vg/ph, s = 40mm/ph, h = 2mm n = 90vg/ph, s = 40mm/ph, h = 1mm n = 90vg/ph, s = 40mm/ph, h = 3mm Hình 13: Ảnh hưởng của chế độ cắt đến trường nhiệt độ của dao phay Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trường nhiệt độ của dụng cụ không những cho biết một cách tổng quát về sự phân bố đẳng nhiệt ở lưỡi cắt mà còn có khả năng đánh giá ảnh hưởng của điều kiện cắt đến trường nhiệt độ của dụng cụ. Trường nhiệt độ của dụng cụ, trước hết nhiệt độ của các lớp bề mặt mà chúng được xác định do tác động của phoi và bề mặt cắt, có ảnh hưởng đến khả năng tổng thể của dụng cụ chống lại mài mòn. Tăng nhiệt độ của lớp bề mặt thì phần lớn có hậu quả là tăng cường độ biến cứng của tất cả các dạng mài mòn. Nhiệt độ của của các lớp bề mặt trước và sau có ảnh hưởng rõ nét đến trạng thái của những lớp bề mặt này, đến đặc tính của sự tác động tương hỗ của chúng với vật liệu của chi tiết gia công và đến cả bản chất và cường độ mài mòn dụng cụ. Xét về - 20 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên mặt mài mòn của dụng cụ thì chúng ta quan tâm đến nhiệt độ cực đại trên mặt trước và mặt sau và cả sự phân bố nhiệt trên các bề mặt này. Ví dụ: xác định nhiệt độ trung bình của toàn bộ bề mặt tiếp xúc của dụng cụ với phoi và chi tiết gia công tức là của các phần hoạt động của mặt trước và mặt sau cùng đồng thời. Đương nhiên nhiệt độ trung bình thấp hơn nhiệt độ cực đại trên lưỡi cắt nhưng nó có ưu điểm là có thể xác định một cách dễ dàng hơn. Từ quan điểm thực tiễn kỹ thuật thì nhiệt cắt trung bình các điểm tiếp xúc của vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ cắt là có ý nghĩa nhất. Nhiệt độ này có ảnh hưởng quyết định đến tính chất cơ học và vật lý của các lớp bề mặt tiếp xúc, tức là ảnh hưởng đến quá trình mài mòn của dụng cụ. Độ chính xác của chi tiết gia công bị ảnh hưởng bởi sự nung nóng nó trong quá trình cắt. Độ nung nóng của chi tiết được đặc trưng bằng nhiệt độ trung bình. Dụng cụ bị mài mòn làm thay đổi hình học của phần cắt và làm cho nhiệt cắt thay đổi. Sự thay đổi nhiệt cắt phụ thuộc và đặc tính mài mòn của dụng cụ cắt. Khi tăng rãnh lõm trên mặt trước thì nhiệt độ tại điểm tiếp xúc trên mặt trước có phần giảm đi, bởi vì giảm góc cắt. Đó là nguyên nhân dẫn tới chiều dày cắt trung bình có cả mòn mặt trước và mặt sau làm nhiệt cắt tăng dần với sự mài mòn lưỡi cắt nhưng tăng chậm hơn ở các loại phoi có chiều dày cắt nhỏ khi mài mòn chỉ diễn ra ở mặt sau. Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì thông thường nhiệt độ cắt giảm nhanh vì ngoài tác dụng làm nguội, dung dịch còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát trong quá trình cắt. Hiệu quả làm nguội càng lớn thì nhiệt cắt càng giảm nhiều. Đặc thù của quá trình gia công cũng ảnh hưởng đến nhiệt cắt. Ví dụ khoan lỗ sâu, tiện lỗ trong, tiện cắt đứt…thì nhiệt cắt sẽ lớn hơn. Sử dụng dung dịch trơn nguội trong trường hợp này có hiệu quả lớn đến tuổi bền của dụng cụ. Trong nghiên cứu này tác giả không sử dụng dung dịch trơn nguội mà sử dụng luồng khí để thổi phoi khỏi cùng cắt, tạo điều kiện phoi thoát ra được dễ dàng, không ảnh hưởng đến dụng cụ gia công. - 21 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2.1.4. Các chuyển động cơ bản khi phay Chuyển động cơ bản là các chuyển động để thực hiện quá trình cắt gọt, hình thành các bề mặt chi tiết gia công, bao gồm: - Chuyển động chính (chuyển động cắt): là chuyển động chủ yếu thực hiện quá trình cắt tạo ra phoi, ký hiệu là V hoặc n. Chuyển động chính khi phay là chuyển động quay tròn của dao phay được truyền dẫn qua trục chính. - Chuyển động chạy dao S là chuyển động để thực hiện quá trình cắt tiếp tục và cắt hết chiều dài chi tiết. Đó là chuyển động dọc, ngang hoặc thẳng đứng của bàn máy phay có gá phôi. Chúng thường vuông góc với trục dao. 2.1.5. Các thành phần của lớp bề mặt bị cắt khi phay Các thông số của yếu tố cắt và chế độ cắt khi phay bao gồm chiều sâu lớp cắt to, lượng chạy dao S, vận tốc cắt V, chiều sâu phay t, chiều rộng phay B, chiều dày cắt a. Khi phay các yếu tố này ảnh hưởng đến tuổi bền của dao, chất lượng bề mặt gia công, công suất cắt và năng suất cắt. - Chiều sâu cắt to Chiều sâu cắt là kích thước lớp kim loại được cắt đi ứng với một lần chuyển dao, đo theo phương vuông góc với bề mặt gia công (mm). - Lượng chạy dao S Được phân làm 3 loại: + Lượng chạy dao răng Sz: là lượng dịch chuyển của bàn máy (mang chi tiết gia công) sau khi dao quay được một góc răng (mm/răng). + Lượng chạy dao vòng Sv: là lượng dịch chuyển của bàn máy khi dao quay được một vòng (mm/vòng). Sv = Sz.Z + Lượng chạy dao phút Sph: là lượng dịch chuyển của bàn máy sau thời gian 1phút (mm/phút). Sph = Sz.Zn - Tốc độ cắt Tốc độ cắt khi phay được biểu diễn: snc VVV  - 22 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên )cos(2 22 snsnsnc VVVVVVV (2-1) Dấu (+) ứng với trường hợp phay nghịch, dấu (-) ứng với trường hợp phay thuận. Trong đó: Vn = .D.n/1000 (m/phút) Vs = SzZn (mm/phút) Thực tế giá trị Vs rất nhỏ so với Vn khi tính toán chế độ cắt người ta thường bỏ qua lượng Vs, khi đó công thức 2-1 có dạng: Vc = Vn = .D.n/1000 (m/phút) Và quỹ đạo của lưỡi cắt là vòng tròn có phương trình sau: x = RSin y = R(1 - cos ) - Chiều sâu phay t Chiều sâu phay là kích thước lớp kim loại được cắt đi, đo theo phương vuông góc với trục của dao phay ứng với góc tiếp xúc . Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đường kính dao, khi phay bề mặt vuông góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt to. - Chiều rộng phay B Chiều rộng phay là kích thước lớp kim loại được cắt theo phương chiều trục của dao phay. Khi phay bằng dao phay ngón thì chiều rộng phay bằng chiều sâu rãnh, khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì chiều rộng phay bằng chiều sâu cắt to (B = to). - Góc tiếp xúc Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc t giữa dao và chi tiết. Khi phay bằng dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay định hình góc tiếp xúc được tính theo công thức sau: Cos = 1 - 2t/D hay Sin = D t 2 cos1 (2-3) (2-2) - 23 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 14: Góc tiếp xúc khi phay bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì: Sin 2 = D t (2-4) Khi phay không đối xứng bằng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón thì: = 2 + Sin = D t2 - 1 (2-5) = 2 + arsin( D t2 - 1) (2-6) Hình 15: Phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón - Chiều dày cắt a khi phay Chiều dày cắt khi phay là một trong những yếu tố quan trọng của quá trình phay. Chiều dày cắt khi phay là khoảng cách giữa hai vị trí kế tiếp của quỹ đạo chuyển động của một điểm trên lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng Sz. Ở trên ta coi gần đúng quỹ đạo chuyển động tương đối của lưỡi cắt là đường tròn, do đó chiều dày cắt a được đo theo phương đường kính của dao. Trong qúa trình phay, chiều dày cắt a biến đổi từ trị số amin đến amax hoặc từ amax đến amin tuỳ theo phương pháp phay. Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón, dao phay mặt đầu: - 24 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 16: Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón, dao phay mặt đầu Từ hình 16 cho sơ đồ tính toán chiều dày cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu. Sau khi bàn máy dịch chuyển một đoạn Sz thì quỹ đạo của lưỡi cắt dịch chuyển từ vị trí 1 đến vị trí 2 và lưỡi dao cắt một lớp kim loại có chiều dày là aM thay đổi phụ thuộc vào vị trí của điểm M (nghĩa là phụ thuộc vào vị trí của góc ) Theo hình 16, ta có: aM = nsin (2-7) Trong đó: là góc nghiêng chính Ta có thể coi tam giác CMN là tam giác vuông với góc CMN = 900 do đó: n = Szcos (2-8) Thay (2-8) vào (2-7) ta có: aM = Szcos sin (2-9) Công thức trên biểu diễn mối quan hệ giữa chiều dày cắt aM với góc xác định vị trí tức thời của một răng khi đang cắt. - Chiều rộng của lớp cắt khi phay Khi phay bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón, chiều rộng lớp cắt giống như khi tiện là một lượng không đổi. Trường hợp = 0 thì b = sin b (2-10) Trường hợp 0 thì b = cossin b (2-11) - 25 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Đối với dao phay trụ răng thẳng thì b = B - Diện tích cắt khi phay Diện tích cắt do n răng đồng thời tham gia cắt là: F = SzB n i i 1 sin (2-12) Từ công thức (2-12), ta thấy diện tích cắt là một lượng thay đổi. Diện tích cắt thay đổi làm cho lực cắt thay đổi trong giới hạn Fmax và Fmin. Song trong thực tế không phải bao giờ ta cũng cần đến lực cắt tức thời mà nhiều lúc phải tính lực cắt trung bình. Do đó ta cần xác định diện tích cắt trung bình: Ftb = atbbn (2-13) Từ công thức n = Z 360 ta có atb = D tSz2 (mm) Từ atb = D tSz2 ta có n = Z 360 và b = B Thay thế các đại lượng trên vào (2-13) ta có: Ftb = D zBtS z (2-14) 2.1.6. Các thành phần lực cắt và công suất cắt khi phay - Lực cắt tổng R tác dụng lên một răng dao phay cũng như lực cắt khi tiện có thể được phân thành những lực thành phần theo các phương xác định. Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng ta có: zr PPR  hoặc nd PPR  Trong đó: Pz: lực vòng hay còn gọi là lực tiếp tuyến, là lực chính để tạo phoi. Pr: lực hướng kính tác dụng vuông góc với trục chính, có xu hướng làm võng trục gá dao, đồng thời tạo ra một áp lực trên các ổ của trục chính. Pd: thành phần lực thẳng đứng, tuỳ theo phay thuận hay nghịch mà nó tác dụng đè chi tiết xuống hay nâng chi tiết lên. Ta có quan hệ sau: Pd = Pzsin i Prcos i (dấu + khi phay thuận và ngược lại) (2-15) - 26 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Pn là thành phần lực nằm ngang hay là lực chạy dao vì nó có phương trùng với phương chạy dao. Tuỳ theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác dụng làm tăng hay giảm độ dơ cơ cấu truyền động chạy dao. Tính toán cơ cấu chạy dao cũng như đồ gá kẹp chi tiết ta có: Pd = Pzcos i Prsin i (dấu + khi phay nghịch và ngược lại) (2-16) - Công suất cắt hiệu dụng Ne: là công suất cần thiết để thực hiện quá trình cắt gọt (không kể hệ số có ích của máy). Nó bằng tích giữa lực Pz và tốc độ cắt v. Trong trường hợp này công thức để tính công suất có dạng: Ne = Pz.v/6120 (kW) (2-17) Dựa theo lực Pz, ta xác định mômen xoắn M: M = Pz.D/2 (kGm) (2-18) 2.1.7. Phay bậc và phay rãnh bằng dao phay ngón Bậc và rãnh được gia công bằng dao phay ngón trên các máy phay ngang và máy phay đứng. Dao phay ngón được chế tạo với răng trung bình và răng lớn. Dao phay răng trung bình để gia công tinh và bán tinh, còn dao phay răng lớn dùng gia công thô. Hình 17: Phay lỗ chữ nhật trên phôi hộp, phay bậc bằng dao phay ngón Độ chính xác của rãnh theo chiều rộng khi gia công bằng dao định kích thước (phay đĩa và dao phay ngón) phụ thuộc vào độ chính xác của dao, độ chính xác và độ cứng vững của máy, độ đảo của dao khi kẹp trên trục chính. Nhược điểm của dao định kích thước là kích thước giảm khi dao bị mòn và sau khi mài sắc lại. Để đạt kích thước chính xác theo chiều rộng của rãnh có thể phay làm hai bước: thô và tinh. Khi phay tinh, dao phay chỉ cắt rãnh theo chiều rộng và như vậy kích thước đảm bảo trong thời gian dài. - 27 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trong quá trình gia công rãnh bằng dao phay ngón, phoi phải được thoát lên phía trên theo các rãnh thoát để bề mặt gia công không bị phá hoại và các răng của dao không bị gãy. Tuy nhiên thành phần lực cắt hướng trục Px có hướng từ trên xuống dưới và có xu thế kéo dao ra khỏi trục chính. Vì vậy, khi phay rãnh cần phải kẹp dao vững hơn khi gia công các bề mặt hở. Hình 18: Phay rãnh then bằng dao phay ngón Cũng trong trường hợp gia công bằng dao phay trụ và dao phay mặt đầu, chiều quay của dao và hướng của rãnh xoắn cần phải ngược nhau, vì trong trường hợp đó thành phần lực cắt hướng trục sẽ hướng vào trục chính và siết chặt dao hơn. Các công dụng khác của dao phay ngón: ngoài việc gia công bậc và rãnh, dao phay ngón còn được sử dụng để gia công các bề mặt khác nhau trên máy phay đứng và máy phay ngang. Ví dụ: dao phay ngón để gia công các mặt hở nằm ngang, đứng và nghiêng. 2.2. Ảnh hƣởng của lớp phủ cứng đến tƣơng tác ma sát 2.2.1. Ảnh hưởng của lớp phủ đến tương tác ma sát trượt Theo Arnell cả ma sát và mòn đều phục thuộc vào kiểu biến dạng tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô, tức là phục thuộc vào chỉ số biến dạng dẻo hoặc độ cứng hoặc mô đun đàn hồi. Lớp phủ có thể làm thay đổi cả kiểu và mức độ biến dạng ở chỗ tiếp xúc vì lớp phủ và nền đã tạo nên một hệ composite. Điều này tạo ra những thay đổi vô cùng quan trọng trong hệ thống ma sát, mòn và bôi trơn. Komvopoulos và đồng nghiệp đã tiến hành thí nghiệm về mòn của đầu phủ TiN và đĩa, họ thấy rằng biến dạng tại chỗ tiếp xúc trượt chủ yếu là đàn hồi khi lớp phủ chưa bị vỡ và mòn hầu như bằng không. Holmberg cho rằng tỷ số độ cứng của lớp phủ và nền là một thông số rất quan trọng ảnh hưởng tính chất ma sát của bề mặt phủ với bề mặt đối tiếp. - 28 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Theo công thức: Lực ma sát : F = Ar . = o W. ; Hệ số ma sát trượt: f = W F = o = o o Để giảm F thì cả Ar và đều phải nhỏ, nghĩa là nền phải cứng và lớp phủ phải mềm. Lớp phủ có độ cứng cao sẽ không có tác dụng giảm ma sát trừ khi một lớp màng mỏng có sức bền cắt thấp hình thành trên bề mặt của lớp phủ, hoặc trên đỉnh các nhấp nhô. Theo các nghiên cứu trước, lớp màng mỏng trên bề mặt lớp phủ có thể hình thành do tương tác hoá học với thép trong điều kiện nhiệt độ tương đối cao và cao. Hệ số ma sát trượt giữa TiN và thép thay đổi trong khoảng 0,01 đến 0,6 có thể giải thích sự tạo thành và không tạo thành lớp màng mỏng trên bề mặt tiếp xúc chung. Lớp màng mỏng Fe2O3 và TiO2 đã được phát hiện trong các nghiên cứu của Holmberg khi quan sát đầu thép trượt trên đĩa thép phủ TiN. Hendenqvist và Olsson đã phát hiện lớp màng mỏng Silica tạo thành trên bề mặt lớp phủ khi dùng đầu thép trượt trên đĩa thép phủ TiN. Holmgerg cho rằng, lớp phủ cứng có khả năng ngăn cản các nhấp nhô bề mặt đâm sâu vào nhau và cào xước lên nhau dẫn đến giảm ma sát và mòn. Tuy nhiên, Van Stappen cho rằng lớp phủ chỉ có khả năng giảm thành phần cào xước của lực ma sát nếu như các hạt cứng trong vật liệu đối tiếp nhỏ đáng kể so với chiều dày của lớp phủ. Độ cứng cao của lớp phủ còn có tác dụng giảm thành phần biến dạng của lực ma sát. Ví dụ: Độ cứng của TiN là 2200-2500kg/mm2; của TiCN là 2800-3200kg/mm2 cao hơn rất nhiều so với độ cứng của thép ở trạng thái ủ. Vận tốc trượt tương đối giữa hai bề mặt có ảnh hưởng lớn đến tương tác ma sát của hệ phủ. Các thí nghiệm về ma sát giữa thép và một số lớp phủ PVD của Konig và Kammerleier cho thấy rằng khi tăng vận tốc trượt tương đối hệ số ma sát giảm đối với tất cả các hệ. Nguyên nhân là do nhiệt độ cao sinh ra ở chỗ tiếp xúc khi tăng vận tốc trượt tương đối làm giảm sức bền của thép ở vùng bề mặt. - 29 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Ví dụ: Khi vận tốc trượt nhỏ (khoảng 7m/s) hệ số ma sát của thép với TiAlN là lớn nhất trong ba hệ phủ TiAlN, TiN và TiCN do cấu trúc bề mặt của TiAlN không mịn như TiN và TiCN nên thành phần cào xước của lực ma sát chiếm ưu thế. Nhưng khi tăng vận tốc trượt thì hệ số ma sát của TiAlN với thép trở nên nhỏ nhất. Có thể thấy rằng lớp phủ cứng có tác dụng giảm ma sát do độ cứng cao của lớp phủ làm giảm các thành phần cào xước và biến dạng dẻo của lực ma sát, hơn nữa tương tác hoá học giữa hai bề mặt đối tiếp tạo nên một lớp màng tiếp xúc có sức bền cắt thấp là nguyên nhân làm giảm ma sát gữa hai bề mặt. 2.2.2. Ảnh hưởng của lớp phủ đến tương tác ma sát trong cắt kim loại Lớp phủ trên bề mặt dụng cụ có tác dụng làm giảm ma sát giữa phoi và mặt trước, chủ yếu là giảm dính do độ cứng cao và tính trơ hoá học cao của lớp phủ làm tăng góc tạo phoi dẫn tới giảm kích thước lẹo dao và loại trừ lẹo dao ở tốc độ cắt thấp hơn như hình 19. Hình 19: a. So sánh quá trình tạo phoi khi cắt bằng dao phủ TiN và dao không phủ b. Đồ thị biểu diễn thể tích của lẹo dao khi cắt thép 1045 Từ hình 19 có thể thấy rằng lớp phủ cứng làm giảm ma sát giữa phoi và mặt trước, chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trước, chiều dày của phoi dẫn đến tăng góc tạo phoi và làm cho vùng tiếp xúc trên mặt trước tiến gần lưỡi cắt hơn. Hình 19 cho thấy TiN có khả năng loại trừ lẹo dao tốt nhất so với TiC và oxide. Ở vận tốc cắt trên 50 m/phút lẹo dao hầu như bị loại trừ. Nghiên cứu của Konig chỉ ra rằng tính chất nhiệt của lớp phủ có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo phoi. Nhiệt độ cao trên mặt trước và khả năng dẫn nhiệt kém - 30 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên của lớp phủ sẽ làm giảm sức bền cắt của thép các bon. Ở trạng thái như thế biến dạng dẻo xảy ra trước, làm phoi tách ra khỏi phôi dễ hơn dẫn đến tăng góc tạo phoi và giảm chiều dày của phoi. Ngược lại khi lớp phủ có hệ số dẫn nhiệt cao sẽ làm cho quá trình tạo phoi khó khăn hơn. Ví dụ: TiCN có hệ số dẫn nhiệt 36W-1.K-1 lớn hơn hệ số dẫn nhiệt của TiN (19W -1 .K -1 ) sẽ làm giảm góc tạo phoi và tăng chiều dày của phoi. Nguyên nhân là do nhiệt thoát nhanh từ mặt trước vào dụng cụ làm giảm nhiệt độ ở mặt dưới của phoi làm cho quá trình thoát phoi trở lên khó khăn hơn. Trong thí nghiệm của Konig chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trước tăng từ dao phủ TiAlN đến TiN đến TiCN tương ứng với sự tăng của lực cắt lên 20% của dao phủ TiN và 33% của dao phủ TiCN so với dao phủ TiAlN. Sau này Konig và Kêmmrmeier cho rằng hệ số thẩm nhiệt thấp của lớp phủ xác định theo công thức: b2 = c. . (b: hệ số thẩm nhiệt, c: nhiệt dung riêng, : tỷ trọng, : hệ số dẫn nhiệt) mới là yếu tố làm tăng góc tạo phoi và giảm chiều dày của phoi. Có thể thấy rằng tính trơ hoá học và tính chất nhiệt đặc biệt của vật liệu phủ có ảnh hưởng rất lớn đến tương tác ma sát trên mặt trước và quá trình tạo phoi. 2.2.3. Ảnh hưởng của tạp chất trong thép đến tương tác ma sát trong cắt kim loại Các tạp chất phi kim loại trong thép có ảnh hưởng rất lớn đến tính gia công với mức độ khác nhau phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, sự phân bố và tỷ trọng của chúng. Các nguyên tố như lưu huỳnh, silíc, phốt pho vv… có ảnh hưởng lớn đến hình dạng, kích thước và đặc tính của các tạp chất làm thay đổi tính gia công. Phốt pho và lưu huỳnh có tác dụng tăng tính gia công, silíc làm giảm tính gia công. Các nguyên tố khác như các bon và mangan có tác dụng làm tăng sức bền của thép và làm giảm tính gia công. Theo Trent, Optiz và Kankaanpaa, tạp chất trong thép có tác dụng tạo ra lớp đọng MnS và silicate như một lớp bôi trơn giữa phoi và mặt trước của dụng cụ có tác dụng giảm mòn. Ngược lại, Liesling và Shaw lại cho rằng tạp chất (như MnS) không đóng vai trò là chất bôi trơn theo cách nghĩ thông thường bởi vì hàm lượng lưu huỳnh càng cao thì hệ số ma sát trung bình trên mặt trước càng lớn. Kiesling - 31 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên cũng phát hiện các tạp chất MnS nhỏ có tác dụng làm tăng ma sát trên mặt trước của dụng cụ, bởi vì các tạp chất nhỏ thường có khuynh hướng khó bị biến dạng hơn các tạp chất lớn và do đó không có khả năng tạo nên những vùng dễ biến dạng dẻo trong vùng biến dạng thứ hai. Theo ông thì MnS có hai tác dụng đó là giảm biến dạng trong vùng mặt phẳng trượt (tác dụng khối) và tăng ma sát trên mặt trước (tác dụng bề mặt). Trong các điều kiện cắt thông thường tác dụng thứ nhất chiếm ưu thế, tuy nhiên khi vận tốc cắt thấp và lượng chạy dao nhỏ thì tác dụng thứ hai chiếm ưu thế. Cho đến nay một số nghiên cứu đã phát hiện được sự tồn tại của lớp đọng tạp chất trên mặt trước của dao và ảnh hưởng của nó tới tuổi bền. Milovic đã quan sát được lớp đọng MnS trên mặt trước của dao thép gió phủ TiN dùng cắt thép các bon dễ gia công với tốc độ cắt 75m/phút. Lớp đọng này làm giảm ma sát giữa phoi và mặt trước và có tác dụng tăng tuổi bền của dao. Palmai cũng khẳng định được sự hình thành lớp đọng trên mặt trước với thành phần hoá học gồm MnS và silicate khi cắt thép C45 bằng dao thép gió M2 phủ TiN với tốc độ cắt 45m/phút có tác dụng tăng tuổi bền. Kankaanpaa đã tìm thấy lớp đọng chứa các nguyên tố như Mangan, silic, lưu huỳnh và canxi trên mặt trước của dụng cụ thép gió phủ TiN khi cắt thép khử ôxy bằng calcium. Sự tồn tại của lớp đọng này làm tăng tuổi bền của dụng cụ. Tóm lại việc hình thành lớp đọng phi kim loại trên mặt trước của dao hợp kim cứng, ceramic và phủ làm thay đổi tương tác ma sát trên mặt trước dẫn đến tăng hoặc giảm tuổi bền của dụng cụ. 2.3. Chất lƣợng bề mặt sau gia công cơ 2.3.1. Khái niệm chung về 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 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 - 32 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 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. 2.3.2. Bản chất củ._.ưởng đến tuổi bền * Chế độ cắt Hình 41: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau của dao thép gió S12-1-4-5 dùng tiện thép (AISI C1045) t = 2mm. Thông số hình học của dụng cụ cắt: = 80, = 100, = 900, = 600, r = 1mm, thời gian cắt T = 30 phút. Chế độ cắt đặc biệt là vận tốc cắt và lượng chạy dao là tác nhân ảnh hưởng tới tuổi bền mạnh nhất. Hình 41 là một trong những kết quả thí nghiệm của Opitz và Konig được Trent đưa ra. * Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ Sự hình thành lớp phủ trên bề mặt chi tiết nhằm nâng cao một số tính chất khác của vật liệu đặc biệt là độ cứng, nhân tố quan trọng đối với các đặc tính có lợi khác như khả năng chống mòn. Có thể thấy rằng lớp phủ cứng có tác dụng giảm ma sát trên mặt trước, giảm nhiệt độ cực đại và sự phát triển của trường nhiệt độ trong dụng cụ dẫn đến giảm mòn do nhiệt và tăng tuổi bền cho dụng cụ. Hơn nữa lớp phủ cứng tạo nên một lớp phân cách giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công với khả năng chống dính, chống cào xước cơ học cao do tính trơ hoá học và độ cứng cao của nó là nguyên - 61 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nhân giảm mòn và tăng tuổi bền. Ngoài ra tính chất nhiệt đặc biệt của lớp phủ còn làm thay đổi tỷ lệ truyền nhiệt vào phoi và dao là nhân tố quan trọng làm tăng tuổi bền của dụng cụ phủ khi cắt với chế độ cắt cao. Tuy nhiên vai trò nâng cao tuổi bền của dụng cụ phủ khác nhau thay đổi theo điều kiện gia công cụ thể. Vai trò nâng cao tuổi bền của dụng cụ khi sử dụng vật liệu phủ khác nhau thay đổi theo điều kiện gia công, hình 42 chỉ ra mối quan hệ tuổi bền của dao tiện và dao phay mặt đầu thép gió phủ TiN, TiCN, TiAlN dùng để cắt thép các bon SAE4340 theo vận tốc cắt cho cả cắt liên tục hình 42 (a), và không liên tục hình 42 (b). Hình 42: Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt: (a) dao tiện; (b) dao phay mặt đầu dùng cắt thép các bon tôi cải thiện Từ hai đồ thị trên cho thấy trong cắt liên tục (tiện) TiAlN có tác dụng nâng cao tuổi bền của dao thép gió tốt nhất sau đó đến TiN và cuối cùng là TiCN. Trái lại trong cắt và đập (phay) TiCN lại có tác dụng nâng cao tuổi bền tốt nhất sau đó đến TiN và TiAlN. Như vậy mỗi loại vật liệu đều có khả năng nâng cao tuổi bền của dụng cụ khác nhau tuỳ theo điều kiện cắt trong đó dụng cụ được sử dụng. * Ảnh hưởng của các yếu tố đến tuổi bền của dao phay Tuổi bền của dao phay phụ thuộc vào 3 thông số vật lý: tốc độ cắt V, chiều dày cắt a, chiều rộng cắt b. Sự phụ thuộc được biểu thị bằng công thức: T = 111 yxm T baV C Trong đó: CT là hệ số không đổi phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liêu gia công, vật liệu dụng cụ cắt và các điều kiện khác. - 62 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên m1, x1, y1 các số mũ của V, a, b. Trong quá tình cắt, mức độ ảnh hưởng của các thông số vật lý tới tuổi bền của dao được xác định bằng các số mũ theo công thức trên. Số mũ của thông số nào càng cao thì ảnh hưởng của nó càng lớn, theo nhiều kết quả thì số mũ m = 5. Nếu lấy sô mũ x = 1, y = 0,3 [3] khi tiện và phay thép 45 bằng dụng cụ hợp kim cứng T15K6 thì công thức trên có dạng: T = 3,05 baV CT Nếu tăng tốc độ cắt, chiều dày cắt và chiều rộng cắt thì tuổi bền của dụng cụ giảm, các thông số này lại ảnh hưởng khác nhau tới tuổi bền của dụng cụ, trong đó tốc độ cắt ảnh hưởng tới tuổi bền nhiều nhất. Tuổi bền của dao tỷ lệ nghịch với chiều dày cắt, nếu tăng lượng chạy dao khi tiện hoặc tăng lượng chạy dao khi phay lên hai lần (do đó tăng chiều dày cắt lên hai lần) thì tuổi bền giảm xuống 2 lần. Chiều rộng ảnh hưởng tới tuổi bền ít hơn, điều đó có nghĩa là chiều sâu cắt khi tiện và phay bằng dao phay mặt đầu, hoặc chiều rộng cắt phay bằng dao phay trụ không ảnh hưởng nhiều tới tuổi bền của dao, công thức trên chỉ đúng cho một số giá trị nhất định của T, nếu tăng T thì m giảm trong cùng điều kiện như nhau (tốc độ cắt, chiều dày cắt, chiều rộng cắt…) tuổi bền của răng dao phay nhỏ hơn tuổi bền của dao tiện từ 7 đến 10 lần, điều đó có thể giải thích bằng sự cắt gián đoạn và tiết diện cắt thay đổi khi phay. 2.4.3.3. Cách xác đinh tuổi bền của dụng cụ cắt Hình 43: Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao - 63 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nghiên cứu ảnh hưởng các nguyên tố của quá trình cắt đến tuổi bền bằng phương pháp thực nghiệm đo mòn cho phép mặt sau hình 43, 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. Quan hệ giữa tốc độ, độ mòn và thời gian được thể hiện trên hình 43, với độ mòn cho phép [h] đã xác định được thời gian làm việc của dụng cụ với các tốc độ khác nhau (T1 với V1, T2 với V2, T3 với V3,… với V1< V2< V3…) 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 và chuyển sang đồ thị lôga hình 44. Hình 44: Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôga) Qua đồ thị quan hệ V-T thiết lập công thức liên hệ giữa tốc độ và tuổi bền: V = A/T m - 64 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chƣơng 3 - NGHIÊN CỨU VỀ MÒN DAO PHAY PHỦ PVD-TiN KHI GIA CÔNG THÉP SKD61 3.1. Thí nghiệm Thí nghiệm được tiến hành tại Phòng Thí nghiệm Cơ khí và Động lực - Khoa Cơ khí trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Mục đích của thí nghiệm nhằm lựa chọn chế độ cắt phù hợp cho dao phay ngón thép gió phủ PVD - TiN khi gia công vật liệu chế tạo khuôn ép đúc áp lực SKD61. Qua thí nghiệm lựa chọn được chế độ cắt để gia công vật liệu chế tạo khuôn mẫu (Gia công nửa khuôn dưới của bộ khuôn ép nắp bình ga, số lượng 6 phần tử dạng hốc) đảm bảo tăng tuổi bền của dụng cụ. Tác giả sử dụng máy đo độ bóng bề mặt SJ-201 của hãng Mitutoyo - Nhật Bản để đo độ bóng của các đường gia công thử. Hình 45: Hình ảnh hốc trong thì nghiệm được thiết kế trên phần mềm CATIA 3.1.1. Dao Sử dụng dao phay ngón thép gió 2 me cắt 10 phủ PVD-TiN của hãng Mitsubishi Nhật Bản cung cấp (ký hiệu: 10 G-2MS U8) với chiều dày lớp phủ 2 m (theo số liệu của nhà sản xuất) được sử dụng để gia công thép SKD61. Dao có - 65 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên độ cứng phần chuôi (52-55HRC) và phần cắt (62-65HRC). Thông số hình học của dao cho trên bảng sau: Góc xoắn Góc trước chính Góc sau trên cạnh viền Góc sau trên lưỡi cắt chính Góc sau phụ trên lưỡi cắt chính Chiều rộng cạnh viền 30 0 15 0 3 0 5 0 30 0 0,5mm Bảng 8: Các thông số hình học của dao phay ngón 10 phủ PVD - TiN 3.1.2. Phôi Phôi thép SKD61 thí nghiệm được rèn, sau đó ủ trong lò giảm độ cứng đến 225 - 235HB. Sau đó được phay thành khối 300x210x30 bằng dao phay gắn mảnh hợp kim cứng. Thành phần hoá học của phôi được xác định bằng phương pháp phân tích quang phổ chỉ ra trên bảng: % C Mn Si S P Ni Cr Mo Cu V Ti Al W SKD61 0,371 0,339 0,930 0,0083 0,021 0,103 5,220 1,169 0,106 0,853 0,0082 0,019 0,044 Bảng 8: Thành phần hoá học của thép SKD61 Sử dụng kính hiển vi quang học AXOVOC-1000 của Nhật tại phòng thì nghiệm vật liệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội để chụp cấu trúc kim tương của thép SKD61. Hình 46: Cấu trúc kim tương của thép SKD61 thí nghiệm chụp trên tiết diện dọc phôi tỷ lệ phóng đại 500 và 1000 lần. - 66 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 47: Cấu trúc kim tương của thép SKD61 thí nghiệm chụp trên tiết diện ngang phôi tỷ lệ phóng đại 500 và 1000 lần 3.1.3. Máy Trung tâm gia công VMC - 85S do hãng Maximart sản xuất năm 2003 với hệ điều khiển Fanuc OMD, máy có khả năng tích hợp CAD/CAM qua cổng RS 232. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy Thông số Đơn vị Kích thƣớc Kích thước bàn làm việc mm 515 x 1050 Hành trình theo trục X mm 850 Hành trình theo trục Y mm 560 Hành trình theo trục Z mm 520 Đường kính trục chính mm 65 Tốc độ cắt (chạy dao) mm/ph 1 - 5000 Tốc độ dịch chuyển nhanh theo X, Y mm/ph 12000 Tốc độ dịch chuyển nhanh theo Z mm/ph 10000 Công suất động cơ chính Kw 3.7 - 5.5 Động cơ secvo X, Y, Z Kw 0.5 - 3.5 Trọng lượng Kg 4200 Tốc độ quay trục chính Vg/ph 60 - 8000 Số đầu dao 16 BT 40 Kích thước tổng thể mm 3500 x 3020 x 2520 Bảng 9: Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy - 67 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.1.4. Chế độ cắt Tác giả sử dụng dải tốc độ cắt 20, 30 và 40m/phút (tương ứng với vận tốc trục chính 637, 995 và 1274 vòng/phút), lượng chạy dao từ 100 đến 260mm/phút. Chiều dầy phoi cắt được lựa chọn a = 2mm = const, chiều sâu cắt t = 10mm. Chiều dài mỗi rãnh cắt l = 210mm, dạng phay là phay nghịch trong môi trường không khí (cắt khô). Dao 10 S (mm/phút) V (m/phút) Tình trạng dao sau 3 rãnh cắt 1 100 20 Tốt 2 100 30 Tốt 3 100 40 Tốt 4 140 20 Tốt 5 140 30 Tốt 6 140 40 Tốt 7 170 20 Tốt 8 170 30 Tốt 9 170 40 Tốt 10 200 20 Tốt 11 200 30 Tốt 12 200 40 Tốt 13 230 20 Tốt 14 230 30 Tốt 15 230 40 Tốt 16 260 20 Tốt 17 260 30 Tốt 18 260 40 Tốt 19 170 50 Bề mặt dao có màu tím nhạt 20 200 50 Bề mặt dao có màu tím nhạt Bảng 10: Các chế độ cắt sử dụng để cắt thử với dao 10 phủ PVD-TiN phay đoạn thẳng trên vật liệu SKD61 - 68 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.2. Kết quả thí nghiệm 3.2.1. Nhám bề mặt Tiến hành gia công, quan sát đo và ghi chép kết quả thí nghiệm. Đo các đường cắt, giá trị Ra và Rz là trung bình cộng của ba lần đo tại ba vị trí khác nhau của đường gia công. Chiều dài cắt là 210mm, sau ba đường cắt thay dao khác để tiếp tục gia công ở chế độ cắt khác. TT a (mm) t (mm) S (mm/phút) V (m/phút) Ra ( m) Rz ( m) 1. 2 10 140 20 2,14 7,12 2. 2 10 140 30 1,52 6,05 3. 2 10 140 40 1,3 5,03 4. 2 10 170 20 2,88 8,32 5. 2 10 170 30 2,63 7,47 6. 2 10 170 40 1,76 6,4 7. 2 10 200 20 1,75 5,35 8. 2 10 200 30 1,03 4,54 9. 2 10 200 40 0,88 3,98 10. 2 10 230 20 6,11 20,4 11. 2 10 230 30 4,43 19,68 12. 2 10 230 40 3,88 19,52 13. 2 10 260 20 2,15 9,08 14. 2 10 260 30 1,56 7,24 15. 2 10 260 40 1,67 7,02 Bảng 10: Bảng tổng hợp dữ liệu gia công 3.2.2. Thời gian gia công Tổng hợp thời gian gia công ứng với các lượng chạy dao khác nhau theo bảng 11 (thời gian tính cho một đường cắt): S(mm/phút) 100 140 170 200 230 260 T (phút) 2,2 1,5 1,03 0,98 0,95 0,82 Bảng 11: Thời gian gia công với lượng chạy dao khác nhau - 69 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Kết quả sau khi gia công ba đường cắt dụng cụ vẫn làm việc tốt. Tác giả cũng thử với tốc độ cắt 50m/phút, lượng chạy dao lần lượt là 170mm/phút, 200mm/phút dụng cụ vẫn làm việc bình thường, tuy nhiên phoi có màu tím hung chứng tỏ nhiệt độ phát sinh trong quá tình cắt cao. Kiểm tra các đường cắt với tốc độ V = 40m/phút, S = 170mm/phút, S = 200mm/phút cho độ bóng bề mặt cao. Qua kiểm tra dụng cụ cắt: bề mặt dụng cụ bình thường. 3.2.3. Phân tích kết quả Qua các đường cắt thử có thể thấy, với ba đường cắt thì dụng cụ mòn không đáng kể, bề mặt gia công độ bóng bề mặt đạt cao. Trong quá trình gia công tác giả nhận thấy: phoi sau khi gia công bị cuốn vào vùng cắt, ảnh hưởng đến quá trình làm việc của dụng cụ, vì vậy tác giả sử dụng khí để đẩy phoi ra khỏi vùng cắt, tạo điều kiện cho dao làm việc tốt hơn. 3.2.4. Kết luận Với mục đích đặt ra của đề tài nhằm tăng tuổi bền của dụng cụ, tác giả chọn tốc độ cắt và lượng chạy dao trung bình để tăng tuổi bền cho dụng cụ. Chế độ cắt đó cũng phù hợp với kết quả thí nghiệm qua các lần cắt thử, chọn bộ chế độ cắt để gia công các hốc: V = 40m/phút. S = 200mm/phút. (thay đổi lượng chạy dao để so sánh S = 170mm/phút) a = 2mm = const. t = 5mm. (thay đổi chiều sâu cắt để so sánh t = 7,5mm) - 70 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chƣơng 4 – ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN MÒN DAO PHAY PHỦ PVD-TiN KHI GIA CÔNG THÉP SKD61 4.1. Ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao 4.1.1. Kết quả thí nghiệm Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến mòn được khảo sát trên dao phay ngón phủ PVD-TiN dùng cắt thép SKD61 sử dụng bộ chế độ cắt 9, 12 và 15 để gia công ba đường cắt thử và sử dụng bộ chế độ cắt 9 và 12 để gia công hoàn thiện một hốc. Các dao sau khi gia công được cắt trên máy cắt dây phần cắt của dao (mũi dao), làm sạch bằng cồn, dùng máy nén khí để làm sạch các vết bẩn. Thông số mòn mặt sau, hình ảnh mòn dụng cụ được chụp trên kính hiển vi điện tử (ảnh SEM). Kết qủa thể hiện trên bảng 12 và 13: Lượng chạy dao (mm/phút) 170 230 260 hs (mm) 0,05 0,07 0,06 Bảng 12: Thông số mòn theo lượng chạy dao khi gia công ba đường cắt Lượng chạy dao (mm/phút) 170 200 hs (mm) 0,14 0,18 Bảng 13: Thông số mòn theo lượng chạy dao khi gia công hốc Khi gia công với thay đổi lượng chạy dao tốc độ cắt giữ cố định V = 40m/phút. Kết quả cho thấy lượng mòn hầu như không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể. Khi gia công ở hốc lượng mòn mặt sau chênh lệch 0,04mm (40 m), như vậy với lượng chạy dao cao cho kết quả tốc độ mòn mặt sau nhanh hơn. 4.1.2. Phân tích kết quả Thay đổi lượng chạy dao khi đó thời gian gia công thay đổi, với lượng chạy dao S = 200mm/phút thời gian gia công nhanh hơn so với lượng chạy dao S = 170mm/phút (nhanh hơn 15 phút 12 giây). Qua kết quả ở trên, khi gia công khuôn (khi gia công các đường cong) nên chọn lượng chạy dao trung bình 170mm/phút. Tuy nhiên không nên chọn lượng chạy dao quá thấp vì khi đó lực cắt giảm đi nhưng ma sát giữa dao và chi tiết gia công tăng lên làm tăng mòn dụng cụ. - 71 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Khi chụp trên kính hiển vi điện tử đã thấy những vết hỏng trên lưỡi cắt chính dù khi đó cắt ở lượng chạy dao S = 170mm/phút. 4.2. Ảnh hƣởng của tốc độ cắt 4.2.1. Kết quả thí nghiệm Các dao được sử dụng gia công ba đường cắt với bộ chế độ cắt 11 và 12, kết quả thể hiện trên bảng 14: Tốc độ cắt (m/phút) 30 40 hs (mm) 0,3 0,05 Bảng 14: Thông số mòn theo tốc độ cắt Với lượng chạy dao thấp dụng cụ mòn rất nhanh 6 lần. Chiều cao mòn mặt sau hs = 0,3mm chỉ sau 3 đường cắt (Sau 2,94 phút) 4.2.2. Phân tích kết quả Từ kết quả trên ta thấy, khi gia công với tốc độ thấp lượng mòn mặt sau rất lớn tuy chỉ sau ba đường cắt, với lượng chạy dao V = 40m/phút (tốc độ cắt tác giả lựa chọn để gia công các hốc) cho thấy lượng mòn rất nhỏ. Tuy nhiên cũng không nên tăng tốc độ cắt quá lớn (lớn hơn 40 - 50m/phút) vì khi cắt thử với tốc độ cắt V = 50m/phút nhiệt sinh ra rất lớn, qua quan sát dụng cụ đã thấy trên bề mặt có dấu hiệu bị cháy đặc biệt là ở vùng lưỡi cắt chính. 4.3. Cơ chế mòn dao phay phủ PVD-TiN Dao phay ngón thép gió phủ trong nghiên cứu được phủ PVD-TiN trên toàn bộ dao, sau khi cắt được mài lại mặt sau. Trong nghiên cứu của tác giả Phan Quang Thế [5], đã đưa ra kết luận hiệu quả của dụng cụ phủ nằm ở mặt trước của lưỡi cắt chính chứ không phải trên mặt sau. Qua nghiên cứu thấy mòn bắt đầu xuất hiện khi một phần của lớp phủ bị phá huỷ, tạo nên vùng mòn ở trung tâm của vùng nhiệt. Trên hình 48, 49 và 50 là một số hình ảnh chụp dụng cụ khi gia công các đường cắt thử. Mỗi dao thực hiện ba đường cắt, sau mỗi lần sử dụng dao, tiến hành cắt ngắn bằng chiều sâu cắt và mài lại. - 72 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (a) (b) (c) (e) (d) (f) - 73 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 48: Ảnh SEM của dụng cụ với chế độ cắt S = 30m/phút, S = 200mm/phút, thời gian cắt t = 2 phút 56 giây. Hình (a): Ảnh mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 200 lần. Hình (b): Ảnh mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 500 lần. Hình (c): Ảnh mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 1000 lần. Hình (d): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 200 lần. Hình (e): Ảnh chụp vùng tiếp giáp mũi dao với độ phóng đại 400 lần. Hình (f): Ảnh chụp giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau (ở mặt đầu) với độ phóng đại 500 lần. Hình (g): Ảnh chụp phần nứt trên mặt sau của dụng cụ. Hình (h): Ảnh chụp phần nứt trên mặt sau của dụng cụ. Hình (i): Ảnh chụp phần giao tuyến trên mặt sau giữa vùng mòn và không mòn Qua hình ảnh ta thấy rất rõ khi một phần của lớp phủ bị mòn, vùng mòn xuất hiện và lớn dần, vùng mòn chủ yếu ở mặt sau, bề mặt dụng cụ bị cào xước mạnh do các hạt mài mòn. Vùng mầu sáng là vật liệu nền dụng cụ, vùng mầu sẫm là vùng vật liệu phủ. Ở hình 48 (a), (b), (c) lưỡi dụng cụ bị sứt mẻ, không thẳng do dụng cụ bị yếu và va chạm phải các hạt mài khi gia công. Nhiệt phát sinh trong quá trình gia công lớn dẫn đến hiện tượng vật liệu chảy dính bám trên bề mặt của dụng cụ (hình b). Các vết nứt đã xuất hiện trong lớp phủ (hình c), điều này khẳng định lại đúng cơ chế phá huỷ của vật liệu phủ. Mũi dụng cụ bị phá huỷ nghiêm trọng, mũi dụng cụ bị cùn, xuất hiện các vết nứt trên bề mặt dụng cụ (hình 48 f, g) vết nứt lớn dần bong ra khỏi lớp vật liệu nền, bị bóc đi cả mảng vật liệu nền, làm xuất hiện các lỗ sâu trên bề mặt (hình d, e), lưỡi (f) (g) (h) - 74 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên cắt phần giao tuyến mặt trước và mặt sau cũng bị cùn (hình f). Điều này làm giảm khả năng cắt gọt của dụng cụ. Hình 49: Ảnh SEM của dụng cụ với chế độ cắt S = 40m/phút, S = 260mm/phút, thời gian cắt t = 2 phút 28 giây. (a) (b) (c) (d) (e) (f) - 75 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình (a): Ảnh mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 500 lần. Hình (b): Ảnh mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 2000 lần. Hình (c): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 200 lần. Hình (d): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 500 lần. Hình (e): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 1000 lần. Hình (f): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 2000 lần. Tương tự như kết quả ở trên, những với tốc độ và lượng chạy dao lớn hơn, nhiệt độ sinh ra cao, xuất hiện lớp vật liệu nền bị vỡ (hình b). Vật liệu nóng chảy bám dính lên mũi dụng cụ (hình e, f). Trên mặt sau của dụng cụ vật liệu gia công bám dính trên bề mặt (hình b), Tại mũi dụng cụ cắt cũng xuất hiện hiện tượng này (hình e, f). Hình 50: Ảnh SEM của dụng cụ với chế độ cắt S = 40m/phút, S = 230mm/phút, thời gian cắt t = 2 phút 51 giây. Hình (a): Ảnh chụp mũi dao và một phần mặt sau với độ phóng đại 500 lần Hình (b): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 2000 lần. Khi giảm lượng chạy dao từ 260mm/phút còn S = 230mm/phút, (hình 49 d và hình 50 a) ta thấy mũi dụng cụ mòn ít hơn, nhưng vẫn xảy ra hiện tượng bám dính của vật liệu gia công lên bề mặt dụng cụ. Tiếp tục giảm lượng chạy dao xuống còn S = 170mm/phút (trên hình 51), hiện tượng bám dính vẫn xảy ra. Bắt đầu xuất hiện hiện tượng chảy dính của vật liệu gia công trên bề mặt dụng cụ. (a) (b) - 76 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 51: Ảnh SEM của dụng cụ với chế độ cắt S = 40m/phút, S = 170mm/phút, thời gian cắt t = 3 phút 5 giây. Hình (a): Ảnh mặt trước mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 500 lần. Hình (b): Ảnh mặt trước mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 2000 lần. Hình (c): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 500 lần. Hình (d): Ảnh chụp phần sát mũi dao trên mặt sau với độ phóng đại 2000 lần. Với tốc độ cắt V = 40m/phút, thay đổi lượng chạy dao, khi lượng chạy dao giảm (S = 170mm/phút), thấy xuất hiện hiện tượng lớp phủ bị nứt, xảy ra hiện tượng vật liệu gia công bị chảy dính trên lưỡi cắt (hình 50 c), vùng tiếp giáp lưỡi mũi cắt trên mặt sau với độ phóng đại 2000 lần (hình d) thấy rõ cơ chế đó, mũi dao bị cùn mạnh. Qua các hình ảnh cho thấy rất rõ cơ chế phá huỷ dao phay ngón phủ: Sau khi bị mòn một phần lớp phủ TiN lớp vật liệu nền (thép gió) bị phá huỷ rất nhanh. Ở các chế độ cắt khác nhau lớp vật liệu nền có thể bị bóc từng mảng, sứt mẻ, bị nứt hoặc bị chảy dính lên trên bề mặt dụng cụ. (a) (b) (c) (d) - 77 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Ứng dụng chế độ cắt khi gia công thử các đường cắt, phân tích và so sánh ở trên, lựa chọn chế độ cắt V = 40m/phút, S = 170mm/phút, S = 200mm/phút để gia công các hốc. Kết quả thể hiện qua chụp ảnh SEM ở hình 52 và 53. Hình 52: Ảnh SEM của dụng cụ khi phay hốc với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 200mm/phút, thời gian cắt t = 35 phút 18 giây. (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (k) (l) (m) - 78 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình (a): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 200 lần. Hình (b): Ảnh chụp lưỡi cắt giao tuyến mặt trước và mặt sau (mặt đầu) với độ phóng đại 500 lần. Hình (c): Ảnh chụp lưỡi cắt giao tuyến mặt trước và mặt sau (mặt đầu) vùng tiếp giáp với mũi dao với độ phóng đại 1500 lần. Hình (d): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 500 lần. Hình (e): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 500 lần. Hình (f): Ảnh chụp mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 200 lần. Hình (g): Ảnh chụp mặt sau trên cạnh viền (phần mòn nhiều nhất) với độ phóng đại 500 lần. Hình (h): Ảnh chụp mặt sau trên cạnh viền (phần mòn nhiều nhất) với độ phóng đại 500 lần. Hình (i): Ảnh chụp mặt sau trên cạnh viền (phần mòn nhiều nhất) với độ phóng đại 2000 lần. Hình (k, l, m): Ảnh chụp các vết nứt trên cạnh viền Hình 53: Ảnh SEM của dụng cụ khi phay hốc với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 170mm/phút, thời gian cắt t = 20 phút 6 giây. (a) (b) (c) (d) (e) (f) - 79 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình (a): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 100 lần. Hình (b): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 200 lần. Hình (c): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 200 lần. Hình (d): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 500 lần. Hình (e): Ảnh mặt sau trên cạnh viền (phần mòn nhiều nhất) với độ phóng đại 200 lần. Hình (f): Ảnh mặt sau trên cạnh viền (phần mòn nhiều nhất) với độ phóng đại 300 lần. Qua hình ảnh trên cho thấy khi cắt với lượng chạy dao S = 200mm/phút dao bị mòn ít hơn, đặc biệt là mức độ cào xước trên bề mặt. Hiện tượng bám dính vật liệu gia công xảy ra ít hơn. Có thể thấy mặt trước hầu như không bị mòn, chủ yếu là mòn mặt sau. Mũi dao cùn mạnh ảnh hưởng đến khả năng gia công của dụng cụ, với lượng chạy dao S = 170mm/phút ở đầu mũi dao bị phá huỷ mạnh, với lượng chạy dao S = 200mm/phút vẫn xảy ra hiện tượng chảy dính vật liệu (hình 52 c). Khi cắt với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 200mm/phút xuất hiện nhiều vết nứt trên cạnh viền, đặc biệt là vùng cách mũi dụng cụ bằng chiều dày phoi cắt (a = 2mm) đây cũng là vùng mòn nhiều nhất trên cạnh viền. Thành phần hoá học tại vùng mòn mặt sau của dụng cụ được phân tích trên máy S-4800 do hãng Hitachi sản xuất tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Hình 54: Các điểm phân tích thành phần hoá học trên mặt sau với chế độ cắt V = 30m/phút, S = 200mm/phút - 80 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 55: Phổ thu được ứng với các điểm D1, D2, D3, D4 trên hình 54. (hình a: D1, hình b: D2, hình c: D3, hình d: D4) Kết quả cụ thể cho trên bảng 15: Điểm C N O Si Ti Cr Fe Mo Co W 1 5,24 25,44 11,04 0,18 37,32 1,17 15,54 0,85 - 1,22 2 4,42 22,71 23,43 0,30 29,24 1,31 16,27 0,72 - 1,59 3 5,35 0,22(Al) 32,45 0,70 16,13 2,70 38,45 0,79 - 3,21(Co) 4 5,53 1,21(Ge) 6,46 1,35 1,23(V) 4,38 61,38 3,93 4,72 9,80 Bảng 15: Thành phần hoá học đo tại các điểm D1, D2, D3, D4 trên hình 54. Từ bảng 15 Tại vùng mòn nhiều nhất và vùng mòn ít nhất (lớp phủ chưa bị mòn) ngoài thành phần lớp phủ (gồm Ti và N) còn xuất hiện các thành phần hoá học khác, điều này chứng tỏ xảy ra hiện tượng khuếch tán. Đó cũng là nguyên nhân làm cho lớp phủ yếu đi làm mòn dụng cụ. (a) (b) (c) (d) - 81 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 56: Các điểm phân tích thành phần hoá học trên mặt sau với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 260mm/phút Hình 57: Phổ thu được ứng với các điểm D1, D2, D3, D4 trên hình 56. (hình a: D1, hình b: D2, hình c: D3, hình d: D4) Điểm C N O Si Ti Cr Fe Mo Co W 1 2,52 40,55 - 0,18 56,09 0,24 0,42 - - - 2 2,64 37,77 - - 58,65 - 0,94 - - - 3 9,09 0,31 (P) 12,08 1,77 1,11 (V) 2,96 37,04 9,67 5,63 18,86 4 54,81 - 29,17 - - - 16,02 - - - Bảng 16: Thành phần hoá học đo tại các điểm D1, D2, D3, D4 trên hình 56. (a) (b) (c) (d) - 82 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tương tự như trên, cũng xảy ra hiện tượng khuếch tán trên mặt sau dụng cụ, tuy nhiên ở chế độ cắt này hiện tượng khuếch tán xảy ra ít hơn. Điều này cũng phù hợp với kết quả đo mòn mặt sau dụng cụ. Khi cắt ở tốc độ cắt V = 30m/phút thì lượng mòn mặt sau lớn hơn. Hình 58: Các điểm phân tích thành phần hoá học trên mặt sau khi phay hốc với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 170mm/phút Hình 59: Phổ thu được ứng với các điểm D1, D2, D3 trên hình 58. (hình a: D1, hình b: D2, hình c: D3) (a) (b) (c) - 83 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Điểm C N O Si Ti Cr Fe Mo Co W 1 2,07 - 50,96 0,58 18,82 1,56 24,14 - 1,88 - 2 3,46 - 40,52 0,77 9,96 2,16 39,43 0,69 3,01 - 3 2,97 0,67(Al) 22,44 2,28 1,43 4,49 51,40 4,47 4,99 3,67 Bảng 17: Thành phần hoá học đo tại các điểm D1, D2, D3 trên hình 58. Hình 60: Các điểm phân tích thành phần hoá học trên mặt sau khi phay hốc với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 200mm/phút Hình 57: Phổ thu được ứng với các điểm D1, D2, D3 trên hình 60. (hình a: D1, hình b: D2, hình c: D3) (a) (b) (c) - 84 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Điểm C N O Si Ti Cr Fe Mo Co W 1 1,86 12,93 40,18 - 36,87 0,42 7,05 0,69(Ta) - - 2 2,53 19,06 37,85 2,57 28,54 1,01 5,17 1,36 0,70 1,20(V) 3 8,41 1,17 (Ge) 8,95 1,87 1,01(V) 3,72 45,13 7,94 5,90 15,55 Bảng 18: Thành phần hoá học đo tại các điểm D1, D2, D3 trên hình 60. Khi gia công hốc, tốc độ cắt giữ không đổi, tiến hành thay đổi lượng chạy dao, tăng lượng chạy dao từ S = 170mm/phút đến S = 200mm/phút kết quả cho thấy hiện tượng khuếch tán xảy ra chậm hơn. 4.4. Hiệu quả sử dụng dao phay ngón phủ PVD-TiN 4.4.1. Kết quả đo nhám và mòn dụng cụ Kết quả đo nhám ở bảng 10 và hình ảnh mòn dụng cụ qua các ảnh trên cho thấy hiệu quả rất lớn khi sử dụng dao phay ngón phủ PVD-TiN để gia công vật liệu SKD61, với cùng tốc độ cắt tăng lượng chạy dao thì mòn thay đổi rất nhỏ, nếu giữ cùng lượng chạy dao thay đổi tốc độ cắt thì mòn thay đổi lớn (khi tăng tốc độ cắt từ 30m/phút đến 40m/phút chiều cao mòn mặt sau giảm 5 lần). 4.4.2. Nhận xét và kết luận Khi gia công vật liệu SKD61 (cụ thể là gia công các hốc) chiều cao mòn mặt sau lớn nhất hs = 0,125mm (ứng với bộ chế độ cắt V = 40m/phút, S = 170mm/phút) vẫn nằm trong giới hạn [hs] cho phép, thể tích phoi bóc đi Vphoi = 34,73cm 3 . So sánh với nghiên cứu gia công trước (tiêu tốn 12 con dao) thì trong nghiên cứu của tác giả chỉ tốn 4 con dao. Tuy nhiên với bốn con dao tác giả sử dụng nghiên cứu vẫn có thể tiếp tục sử dụng để gia công. Như vậy hiệu quả sử dụng dao phay ngón thép gió phủ PVD-TiN so với sử dụng dụng cụ trong nghiên cứu trước đã rất rõ ràng. - 85 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chƣơng 5 - KẾT LUẬN VÀ PHƢƠNG HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 5.1. Kết luận Khi cắt thép SKD61 với tốc độ cắt lựa chọn, lượng chạy dao thay đổi khi gia công các hốc S = 170 và 200mm/phút, chiều dày phoi a = 2mm, chiều sâu cắt t = 5 và 7,5mm khi đó thời gian gia công giảm xuống. Dụng cụ bị mòn những vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Mũi dao bị phá huỷ mạnh do nhiệt cắt tại mũi dao lớn nhất, ở vùng gần mũi dao dụng cụ mòn ít hơn và phất triển mạnh dần đến vị trí cách mũi cắt khoảng 2mm (bằng chiều dày phoi) thì dụng cụ mòn nhiều nhất, các vết nứt trên bề mặt xuất hiện nhiều nhất. Bề mặt trước của dụng cụ mòn hầu như không đáng kể như hình 52 (b), do ma sát giữa phoi và mặt trước, một phần mặt trước tính từ lưỡi cắt dường như bề mặt nhẵn hơn. Không thấy xuất hiện các vết cào xước trên bề mặt. Ở mặt sau hiện tượng cào xước xảy ra mạnh hơn, các vết cào xước xuất hiện cùng chiều chuyển động của dao. Khi cắt với bộ chế độ cắt (V = 40m/phút, S = 200mm/phút) hiện tượng này ít hơn so với khi cắt với bộ chế độ cắt (V = 40m/phút, S = 170mm/phút). Với tốc độ cắt V = 40m/phút không hình thành lẹo dao. Cơ chế mòn dụng cụ rất rõ ràng, với lớp phủ: lớp phủ ở phần giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau mòn, sau đó phát triển rộng dần, lớp phủ có xuất hiện các vết nứt, chảy rồi bong ra từng mảng. Với vật liệu nền cũng xuất hiện các vết chảy, bong ra từng mảng vật liệu làm xuất hiện các lỗ sâu trên bề mặt, cứ như vậy dụng cụ bị bào mòn đến khi dụng cụ không còn khả năng cắt. Sự phá huỷ của mũi cắt rất lớn, sau khi gia công một hốc mũi dụng cụ bị mòn và phát triển dần về phía lưỡi cắt. Nhám bề mặt đo được sau các lần cắt Rz = 3,98 đến 19,68 m, Ra = 0,88 đến 6,11 m. Tuổi bền của dụng cụ cắt tính theo thể tích phoi bóc đi đúng bằng thể tích hốc, thể tích hốc tính toán trên phần mềm: Vphoi = 34,73cm 3 ứng với hs = 0,125mm. - 86 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5.2. Phƣơng hƣớng nghiên cứu tiếp theo Hạn chế của nghiên cứu này chỉ dừng lại ở việc lựa chọn chế độ cắt phù hợp để gia công vật liệu chế tạo khuôn đúc áp lực SKD61. Tiếp tục nghiên cứu để lựa chọn chế độ cắt tối ưu cho dụng cụ đặc biệt khi phay các cung tròn, tương tự như khi phay hốc. Tiếp tục nghiên cứu nhiệt phát sinh trong quá trình cắt, đo lực cắt để làm sáng tỏ hơn cơ chế phá huỷ của lớp phủ khi phay thép SKD61. Tiếp tục nghiên cứu cơ chế phá huỷ mũi dao, nghiên cứu mòn mặt trước của dụng cụ do các nguyên nhân khác nhau. Tiếp tục nghiên cứu mòn dụng cụ khi phay thép SKD61 đã qua tôi kết hợp biện pháp làm mát phù hợp để có khái niệm đầy đủ hơn qua đó khai thác, sử dụng dụng cụ cắt phủ PVD-TiN một cách hiệu quả hơn. ._.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfLA9129.pdf