Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Quốc Tuấn. Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Người thực hiện Phạm Văn Hiển Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 MỤC LỤC Nội dung Trang Trang 1 1 Lời cam đoan 2 Mục lục 3 Danh mục các bảng số liệu 7 Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp. 10 Phần mở đầu 15 1. Tính cấp thiết của đề tài 16 2. Mục đích nghiên cứu 16 3. Đối tƣợng nghiên cứu 16 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 16 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài 5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 16 CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ DAO PHAY CẦU 17 1.1. Khả năng ứng dụng của dao phay cầu. 17 1.2. Nhám bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu 18 1.3. Các dạng dao phay cầu 19 1.3.1. Dao phay cầu liền khối 19 1.3.1.1. Dao phay cầu liền khối không phủ 20 1.3.1.2. Dao phay cầu liền khối phủ 20 a. Dạng 1: Dao có lƣỡi cắt trên cả phần trụ và phần cầu. 20 b. Dạng 2: Dao chỉ có lƣỡi cắt trên phần cầu 25 1.3.2. Dao cầu ghép mảnh 26 1.4. Thông số hình học của dao phay cầu. 35 1.5. Đặc điểm quá trình cắt của dao phay cầu 35 1.5.1. Vận tốc cắt khi phay 35 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 1.5.2. Điều kiện để tránh cắt ở đỉnh dao 37 1.5.3. Sự hình thành phoi và thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu 39 1.6. Kết luận chƣơng 1 41 CHƢƠNG 2: MÒN VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ CẮT 43 2.1. Mòn dụng cụ cắt 43 2.1.1. Khái niệm chung về mòn 43 2.1.2. Mòn dụng cụ cắt: 44 2.1.2.1. Các dạng mòn của dụng cụ cắt 45 a. Mòn mặt sau 45 b. Mòn mặt trƣớc 45 c. Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau 46 d. Cùn lƣỡi cắt 46 2.1.2.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 46 a. Mòn do cào xƣớc 47 b. Mòn do dính 48 c. Mòn do hạt mài 48 d. Mòn do khuếch tán 49 e. Mòn do ôxy hoá 50 f. Mòn do nhiệt 50 2.1.3. Mòn của dụng cụ phủ bay hơi 50 2.1.4. Cách xác định mòn dụng cụ cắt 51 2.1.5. Ảnh hƣởng của mòn dụng cụ đến chất lƣợng bề mặt gia công 53 2.1.6. Mòn của dao phay cầu phủ 53 2.2. Tuổi bền dụng cụ cắt 54 2.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 54 2.2.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 55 2.2.2.1. Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dụng cụ cắt 55 2.2.2.2. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ 56 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 2.2.3. Phƣơng pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 58 2.2.4. Tuổi bền của dao phay cầu phủ 60 2.3. Kết Luận chƣơng 2 61 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY CẦU 10 PHỦ TiAlN KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM CR12MOV 3.1. Sơ lƣợc về thép hợp kim 62 3.2. Cơ sở xác định tuổi bền của dao bằng thực nghiệm. 64 3.2.1. Lựa chọn chỉ tiêu xác định tuổi bền của dao 64 3.2.2. Độ nhám bề mặt và phƣơng pháp đánh giá 65 3.2.2.1. Độ nhám bề mặt 66 3.2.2.2. Phƣơng pháp đánh giá độ nhám bề mặt 67 3.3. Thiết kế thí nghiệm. 68 3.3.1. Các giới hạn của thí nghiệm 68 3.3.2. Mô hình thí nghiệm 69 3.3.3. Mô hình toán học 69 3.3.4. Điều kiện thí nghiệm 70 3.3.4.1.Máy. 70 3.3.4.2. Dao. 71 3.3.4.3. Phôi. 71 3.3.4.4. Dụng cụ đo kiểm. 72 3.4. Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay cầu 10 phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV. 72 3.4.1. Nội dung: 72 3.4.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm: 72 3.4.3. Thực nghiệm xác định tuổi bền: 73 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 3.4.3.1. Tính các hệ số của phƣơng trình hồi quy 75 3.4.3.2. Kiểm định các tham số aj 76 3.4.3.3. Kiểm định sự phù hợp của mô hình 77 3.4.3.4. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa v, s và tuổi bền dao khi t = 0,5 mm 78 3.4.3.5. Một số hình ảnh chụp lƣỡi cắt của dao khi gia công. 78 3.5. Kết luận chƣơng 3 85 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 86 4.1. Kết luận 86 4.2. Một số kiến nghị. 86 Tài liệu tham khảo 88 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU TT Bảng số Nội dung Trang 1 Bảng 1.1 Trích bảng thông số kích thƣớc của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản 22 2 Bảng 1.2 Trích bảng thông số kích thƣớc của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu GLB2000SF hãng Sumitomo - Nhật Bản 23 3 Bảng 1.3 Trích bảng thông số kích thƣớc của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu VC-2XLB hãng Missubishi 24 4 Bảng 1.4 Trích bảng thông số kích thƣớc của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu GSBN 2 hãng Sumitomo - Nhật Bản 25 5 Bảng 1.5 Trích bảng thông số kích thƣớc của dao chỉ có lƣỡi cắt trên phần cầu ký kiệu BNBP 2 R hãng Sumitomo - Nhật Bản 27 6 Bảng 1.6 Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW ghép một mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản 28 7 Bảng 1.7 Trích bảng thông số kích thƣớc mảnh dao ký hiệu SRFT vật liệu VP10MF, VP15TF dùng cho dao một mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản 29 8 Bảng 1.8 Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký hiệu WBMF 1000 ghép một mảnh cắt hãng Sumitomo - Nhật Bản 30 9 Bảng 1.9 Trích bảng thông số kích thƣớc mảnh dao ký hiệu ZPGU vật liệu ACZ 120 dùng cho dao một mảnh cắt hãng Sumitomo-Nhật Bản 30 10 Bảng 1.10 Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký 31 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 hiệu TRM4 ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản 11 Bảng 1.11 Trích bảng thông số kích thƣớc mảnh dao ký hiệu UPE45, UPE50, UPM40, UPM50, UPM50P0, UPM40P1, UPM50P1 vật liệu VP15TF, GP20M, AP20M dùng cho dao nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi -Nhật Bản 32 12 Bảng 1.12 Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký hiệu BES ghép nhiều mảnh cắt hãng Sumitomo - Nhật Bản 33 13 Bảng 1.13 Trích bảng thông số kích thƣớc mảnh dao ký hiệu BEST dùng cho dao nhiều mảnh cắt hãng Sumitomo -Nhật Bản 33 14 Bảng 1.14 Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký hiệu SRM ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản 35 15 Bảng 1.15 Trích bảng thông số kích thƣớc mảnh dao ký hiệu SRG40C, SRG50C, SRG50E, SRG50E, APMT1604PDER-M2, APMT1604PDER-H2 dùng cho dao nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản 35 16 Bảng 3.1 Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt 67 17 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy 71 18 Bảng 3.3 Thành phần các nguyên tố hoá học thép CR12MOV 72 19 Bảng 3.4 Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v,s cho thực nghiệm 74 20 Bảng 3.5 Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác 74 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 định tuổi bền của dao 21 Bảng 3.6 Bảng kết quả đo độ nhám theo thời gian và chế độ cắt 75 22 Bảng 3.7 Bảng kết quả tính toán giá trị (yi- i yˆ ) 2 78 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP TT Hình Nội dung Trang 1 Hình 1.1 Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu 19 2 Hình 1.2 Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu 20 3 Hình 1.3. (a) Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản 22 4 Hình 1.3. (b) Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu BLG2000SF hãng Sumitomo - Nhật Bản 23 5 Hình 1.4. (a) Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu kiểu 2 ký kiệu VC-2XLB hãng Missubishi - Nhật 24 6 Hình 1.4. (b) Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu kiểu 2 ký kiệu GSBN 2 hãng Sumitomo - Nhật Bản 25 7 Hình 1.5 Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao chỉ có lƣỡi lƣỡi cắt trên phần cầu ký hiệu BNBP 2 R của hãng SUMITOMO - Nhật Bản 26 8 Hình 1.6. (a) Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW và mảnh ghép ký hiệu SRFT vật liệu VP10MF, VP15TF của dao một mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản 28 9 Hình 1.6. (b) Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu WBMF 1000 và mảnh ghép ký hiệu ZPGU vật liệu ACZ 120 của dao một mảnh cắt hãng Sumitomo- Nhật Bản 29 10 Hình 1.6. (c) Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu TRM4 và mảnh ghép ký hiệu UPE45,UPE50, 31 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 UPM40, UPM50, UPM50P0, UPM40P1, UPM50P1 vật liệu VP15TF, GP20M, AP20M của dao ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản 11 Hình 1.6. (d) Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu BES và mảnh ghép ký hiệu BEST của dao 2 mảnh cắt hãng Sumitomo - Nhật Bản 32 12 Hình 1.6. (e) Hình dạng của thân dao ký hiệu SRMdùng để ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản 33 13 Hình 1.6. (f) Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu SRM và mảnh ghép ký hiệu SRG40C, SRG50C, SRG50E, SRG50E, APMT1604PDER-M2, APMT1604PDER-H2 của dao nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản 34 15 Hình 1.7 Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu 36 16 Hình 1.8 Thông số tính vận tốc cắt của dao phay cầu 37 17 Hình 1.9. a Phƣơng thức chuyển dao khi phay bằng dao phay cầu chuyển dao từ dƣới lên. 39 18 Hình 1.9. b Phƣơng thức chuyển dao khi phay bằng dao phay cầu chuyển dao từ trên xuống. 39 19 Hình 1.10. a Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến lên với một số giá trị θy (0 o , 15 o , 30 o , 45 o , 60 o , 75 o ) 39 20 Hình 1.10. b Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến xuống với một số giá trị θy (0 o , 15 o , 30 o , 45 o , 60 o , 75 o ) 40 21 Hình 1.11 Cơ chế tạo phoi 41 22 Hình 1.12 Thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu 41 23 Hình 1.13 Tiết diện của phoi phụ thuộc vào góc 42 24 Hình 1.14 Hình ảnh của phoi khi không có biến dạng 42 25 Hình 2.1 Mòn mặt sau 46 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 26 Hình 2.2 Mòn mặt trƣớc 46 27 Hình 2.3 Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau 47 28 Hình 2.4 Cùn lƣỡi cắt 47 29 Hình 2.5 Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục 48 30 Hình 2.6 Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt gián đoạn 48 31 Hình 2.7 Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trƣớc của dụng cụ thép gió phủ TiN 52 32 Hình 2.8 Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng với thể tích 0,6 c 1 V .t , trong đó V tính bằng m/ph; t1 tính bằng mm/vg 53 33 Hình 2.9 Các thông số đặc trƣng cho mòn mặt trƣớc và mặt sau – ISO3685 54 34 Hình 2.10 Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trƣớc và mặt sau của dao thép gió S 12-1-4-5 dùng tiện thép AISI C1050, với t = 2mm. Thông số hình học của dụng cụ: =80, =100, =40, =900, = 600, r=1mm, thời gian cắt T =30 phút [4]. 57 35 Hình 2.11 Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr bằng dao T15K6 với hs = 0,6 mm.(1) s = 0,037 mm/v: (2) s = 0,3 mm/v (3) s = 0,1 mm/v; (4) s = 0,5 mm/v. 58 36 Hình 2.12 (a) Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt dao tiện dùng để phay thép cácbon tôi cải thiện. 59 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 37 Hình 2.12 (b) Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi cải thiện. 59 38 Hình 2.13 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 60 39 Hình 2.14 Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 60 40 Hình 2.15 Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 61 41 Hình 3.1 Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lƣợng mòn và thời gian 65 42 Hình 3.2 Độ nhám bề mặt 66 43 Hình 3.3 Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa vận tốc cắt v, lƣợng chạy dao s với tuổi bền của dao phay cầu 10 phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC khi chiều sâu cắt không đổi t = 0,5 mm. 79 44 Hình 3.4 Hình ảnh đỉnh dao khi chƣa gia công 79 45 Hình 3.5. a Hình ảnh đỉnh dao sau 3 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), s = 0,1(mm/ răng) 80 46 Hình 3.5.b Hình ảnh đỉnh dao sau 6,0 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), s = 0,1(mm/ răng) 80 47 Hình 3.6.a Hình ảnh đỉnh dao sau 3,5 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), s = 0,1(mm/ răng) 81 47 Hình 3.6.b Hình ảnh đỉnh dao sau 4,5 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), s = 0,1(mm/ răng) 81 48 Hình 3.6.b Hình ảnh đỉnh dao sau 4,5 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), s = 0,1(mm/ răng) 82 49 Hình 3.7.a Hình ảnh đỉnh dao sau 4,0 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng) 82 50 Hình 3.7.b Hình ảnh đỉnh dao sau 5,0 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng) 83 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 51 Hình 3.8.a Hình ảnh đỉnh dao sau 3,0 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng) 83 52 Hình 3.8.b Hình ảnh đỉnh dao sau 4,1 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng) 83 53 Hình 3.9.a Hình ảnh đỉnh dao sau 6,1 phút khi gia công với v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng) 84 54 Hình 3.9.b Hình ảnh đỉnh dao sau 6,0phút khi gia công với v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng) 79 55 Hình 3.10 Hình ảnh phôi sau khi gia công Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và đặc biệt là công nghệ vật liệu nói riêng. Đã góp phần vào việc nghiên cứu và chế tạo nhiều chủng loại dụng cụ cắt với vật vùng cắt có nhiều tính năng ưu việt. Một trong những ứng dụng mang tính phổ biến trong lĩnh vực gia công cắt gọt đó là vật liệu dụng cụ được phun, phủ để làm tăng khả năng cắt gọt của chúng. Với những dụng cụ cắt có kết cấu phức tạp, việc chế tạo khó khăn thì ứng dụng đó là một trong những giải pháp mang tính đột phá. Dao phay đầu cầu phủ TiAlN là một loại dụng cụ như vậy. Có thể nói rằng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ khuôn, mẫu đã góp phần tạo nên sự linh hoạt và hiệu quả trong lĩnh vực cơ khí chế tạo. Trong việc chế tạo khuôn thì thép hợp kim CR12MOV là một trong những loại vật liệu điển hình. Ngoài ra vật liệu này còn được dùng để chế tạo nhiều dạng chi tiết khác nhau phục vụ trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội. Thực tế việc gia công thép hợp kim CR12MOV bằng dao phay đầu cầu phủ TiAlN là một giải pháp đang được rất nhiều nhà máy, cơ sở sản xuất áp dụng để gia công nhiều dạng bề mặt phức tạp. Trước đây những bề mặt phức tạp này được gia công bằng các phương pháp không truyền thống như là: Gia công bằng điện hoá, gia công bằng xung điện, gia công bằng siêu âm nhưng những phương pháp này có một số nhược điểm: Giá thành đầu tư cao, năng suất gia công thấp. Quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất phức tạp vì lưỡi cắt của dao phay được bố trí trên mặt cầu. Trong đó có thể nhận thấy rằng đỉnh dao là nơi có điều kiện cắt gọt khốc liệt nhất, cơ chế cắt gọt phức tạp nhất, mòn dao diễn ra nhanh nhất. Nhưng trong nhiều trường hợp không thể tránh được hiện tượng đỉnh dao tham ra cắt. Vì vậy, một trong nhưng vấn đề cần được nghiên cứu để có thể khai thác hiệu quả hơn nữa việc sử dụng dao phay đầu cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 CR12MOV đó là: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao tại đỉnh dao. 2. Mục đích nghiên cứu Đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu Ø10 phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV. Trên cơ sở đó có thể sử dụng dụng cụ cắt một cách hợp lý. 3. Đối tượng nghiên cứu Xác định mối quan hệ giữa chế độ cắt và góc nghiêng của phôi với tuổi bền của dụng cụ cắt khi cắt ở đỉnh dao. Vật liệu gia công là thép hợp kim CR12MOV. Dao phay đầu cầu Ø10 phủ TiAlN hãng MITSUBISHI - Nhật Bản 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu bằng thực nghiệm. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài Về mặt khoa học, đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học và công nghệ trong nước cũng như khu vực và thế giới. Xây dựng được quan hệ giữa các thông số của chế độ cắt với tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi cắt ở đỉnh dao để gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRCdưới dạng các hàm thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ưu quá trình phay. Đồng thời cũng góp phần đánh giá khả năng cắt của mảnh dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể dùng làm cơ sở cho việc lựu chọn bộ thông số v, s với t = 0,5 khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC bằng dao phay cầu phủ TiAlN trong những yêu cầu cụ thể. 6. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu bằng thực nghiệm. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ DAO PHAY CẦU 1.1. Khả năng ứng dụng của dao phay cầu. Trong ngành chế tạo máy và ngành công nghiệp khuôn mẫu nhiều chi tiết có bề mặt cong phức tạp được sử dụng, không những là bề mặt phức tạp mà những bề mặt này còn làm bằng vật liệu khó gia công như thép hợp kim có độ bền cao, thép chịu nhiệt, thép không gỉ, thép đã tôi...Hiện nay, việc gia công những bề mặt phức tạp này có một số phương pháp như: Gia công bằng điện hoá, gia công bằng siêu âm, gia công bằng tia lửa điện [11]. Những phương pháp gia công này tồn tại một số nhược điểm đó là: Giá thành đầu tư cao, năng suất gia công thấp dẫn đến giá thành của chi tiết gia công cao. Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và lĩnh vực máy cắt kim loại nói riêng. Sự xuất hiện và khả năng ứng dụng của các máy công cụ CNC đã ngày càng được khẳng định. Đặc biệt hơn là khả năng gia công với độ chính xác, năng xuất cao và ngày càng được cải thiện. Song song với sự phát triển đó là một lĩnh vực không thể tách rời. Đó là lĩnh vực dụng cụ cắt trên máy CNC để có thể đáp ứng những yêu cầu cao hơn như: Khả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công, tuổi bền cao và ổn định với chế độ cắt lựa chọn. Sự đa dạng của dụng cụ cắt về chủng loại, kết cấu và hơn nữa là sự xuất hiện của nhiều loại dụng cụ cắt với vật liệu vùng cắt có khả năng cắt cao hơn, chất lượng và hiệu quả gia công cao hơn đã góp phần tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành cơ khí. Việc chế tạo ra Dao phay cầu, đặc biệt là sử dụng Dao phay cầu phủ các vật liệu CBN, TiAlN, TiN...trên các máy CNC nhiều trục cho phép gia công các bề mặt phức tạp, với năng suất gia công cao hơn rất nhiều so với các phương pháp gia công không truyền thống. Quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất phức tạp vì lưỡi cắt của dao phay được bố trí trên mặt cầu. Khi gia công bề mặt phức tạp bằng dao phay cầu, bề mặt gia công được hình thành như ở hình 1.1. Dao phay được quay với tốc độ của trục chính là n, chuyển động tiến của dao có thể được thực hiện theo hai trục liên tục với lượng chạy dao và một trục gián đoạn, có thể thực hiện theo ba trục. Nhưng lưỡi cắt của dao được xác định trên chỏm cầu vì thế trên Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 bề mặt gia công sẽ còn một dải kim loại không cắt được tạo nên giữa hai đường chuyển dao. Hình 1.1. Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu 1.2. Nhám bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu Một trong những nhược điểm khi gia công bằng dao phay cầu đó là nhám bề mặt lớn. Bởi vì ngoài việc chịu ảnh hưởng của những yếu tố: Như độ cứng vững của hệ thống công nghệ, quá trình mòn của dao….độ nhám bề mặt chi tiết gia công còn phụ thuộc vào chiều cao phần kim loại bị bỏ lại sau mỗi lần chuyển dao hth và do kết cấu của đầu dao. Bằng phương pháp phân tích hình học 2 đường chuyển dao liên tiếp với lượng dịch chuyển là ae khi gia công mặt phẳng có thể biết được giá trị của hth như hình 1.2. Dao phay cầu Bề mặt chưa gia công Chiều sâu cắt Lượng dịch dao ngang Bề mặt mong muốn Phôi Đường chạy dao trước Đỉnh nhấp nhô Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 ae h t h De/2 R D ap Hình 1.2. Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu hth = R - 2 4 22 eaR (1 - 1) Trong đó: hth là chiều cao nhấp nhô bề mặt ae là lượng dịch dao ngang R là bán kính của dao Có thể nhận thấy rằng R > 2 4 22 eaR vì thế giá trị của hth > 0 Nếu như xét cho trường hợp gia công mặt cong phức tạp bất kỳ thì công thức (1-1) vẫn đúng khi xét tại từng tiết diện vuông góc với hướng tiến của dao. Vì vậy có thể khẳng định rằng khi gia công bằng dao phay cầu muốn giảm giá trị hth thì có thể áp dụng một hoặc đồng thời hai giải pháp:  Sử dụng dao có bán kính lớn nhất trong điều kiện có thể  Giảm lượng dịch chuyển dao ngang ae 1.3. Các dạng dao phay cầu 1.3.1. Dao phay cầu liền khối Khi đường kính dao nhỏ (Ddao < 10 mm) thì hầu hết dao cầu được chế tạo liền khối. Để thuận lợi cho việc chế tạo và hạ giá thành của dao, với dạng dao này thì kết cấu đầu dao về cơ bản là giống nhau còn phần thân dao được chế tạo với kết cấu phù hợp với mục đích sử dụng. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 1.3.1.1. Dao phay cầu liền khối không phủ Thực tế dao phay cầu liền khối không phủ được các hãng sản xuất chế tạo bằng những chủng loại vật liệu làm dao phổ biến như thép gió thường, thép gió chịu nhiệt, hợp him cứng….để gia công những chi tiết được làm từ những loại vật liệu có độ cứng thấp như đồng, thép chưa tôi, nhôm hợp kim… hoặc được làm từ vật liệu phi kim loại như nhựa cứng, gỗ… 1.3.1.2. Dao phay cầu liền khối phủ Có thể nhận thấy rằng dao phay cầu liền khối không phủ vẫn còn có những hạn chế như chỉ gia công được những vật liệu có độ cứng thấp, tuổi bền của dao ngắn, năng suất gia công thấp,… Nhưng khi những dụng cụ này được phủ CBN, TiAlN, TiN...thì chúng có nhiều ưu điểm hơn so với dao phay cầu liền khối không phủ thông thường đó là:  Tuổi thọ cao hơn.  Cải tiến được độ bền.  Cải tiến được cơ chế thoát phoi.  Ngăn chặn vỡ dao.  Làm chậm quá trình mòn dao.  Tăng tính chịu nhiệt.  Tăng độ chính xác và độ bóng của chi tiết gia công. a. Dạng 1: Dao có lƣỡi cắt trên cả phần trụ và phần cầu. Đặc điểm của dạng dao này là cả phần lưỡi cắt cầu và trụ đều có thể tham gia cắt đồng thời. Nhưng tuỳ theo mục đích sử dụng mà phần thân dao được chế tạo theo một trong hai kiểu sau:  Kiểu 1: Dao có đường kính danh nghĩa phần cắt và phần chuôi bằng nhau như hình 1.3. a, b Đây là dạng dao có ưu điểm trong gia công mặt cong lồi và hốc sâu vì kết cấu dao không ảnh hưởng đến việc tiến sâu của dao. Nhưng độ cứng vững của dao sẽ kém nếu gá dao quá dài, đặc biệt với những dao có đường kính gia công nhỏ. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 Hình 1.3. a. Hình dạng - kích thước chế tạo của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản [6]. Bảng 1.1. Trích bảng thông số kích thước của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu BZD25G hãng Missubishi (hình 1.3. a) [7]. Số hiệu dao R D1 ap L1 D4 Số me cắt N BSD2004SG 0.2 0.4 0.8 40 3 2 2005SG 0.25 0.5 1.0 40 3 2 2006SG 0.3 0.6 1.2 40 3 2 2008SG 0.4 0.8 1.6 40 3 2 2010SG 0.5 1.0 2.5 45 4 2 2015SG 0.75 1.5 4.0 45 4 2 2020SG 1.0 2.0 6.0 60 6 2 2025SG 1.25 2.5 6.0 60 6 2 2030SG 1.5 3.0 8.0 60 6 2 2040SG 2.0 4.0 8.0 60 6 2 2050SG 2.5 5.0 12 60 6 2 2060SG 3.0 5.0 12 80 6 2 2070SG 3.5 7.0 14 90 8 2 2080SG 4.0 8.0 14 90 8 2 2090SG 4.5 9.0 18 100 10 2 2100SG 5.0 10 18 100 10 2 2110SG 5.5 11 22 110 12 2 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 Hình 1.3. b. Hình dạng - kích thước chế tạo của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu BLG2000SF hãng Sumitomo - Nhật Bản [6]. Bảng 1.2. Trích bảng thông số kích thước của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu GLB2000SF hãng Sumitomo - Nhật Bản (hình 1.3.b) [6]. Số hiệu dao R D ap L1 R GLB2010SF 0.5 1.0 2 50 4 GLB2015SF 0.75 1.5 3 50 4 GLB2020SF 1.0 2.0 4 60 6 GLB2025SF 1.25 2.5 5 60 6 GLB2030SF 1.5 3.0 6 60 6 GLB2040SF 2.0 4.0 8 70 6 GLB2050SF 2.5 5.0 10 80 6 GLB2060SF 3.0 6.0 - 80 6 GLB2080SF 4.0 8.0 - 90 8 GLB2100SF 5.0 10.0 - 100 10 GLB2120SF 6.0 12.0 - 110 12  Kiểu 2: Dao có đường kính danh nghĩa phần cắt nhỏ hơn phần chuôi như hình 1.4. a, b Đây là kiểu dao có ưu điểm trong gia công rãnh hẹp và sâu. Nếu gia công hốc thì sẽ bị hạn chế độ sâu theo kích thước chiều dài phần trụ có lưỡi cắt của dao. Nhưng đối với dao có đường kính gia công nhỏ thì kết cấu của dao sẽ giúp tăng độ cứng vững khi gia công. (Chỉ ápdụng cho dao đƣờng kính 5mm) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 Hình 1.4. a. Hình dạng - kích thước chế tạo của dao phay cầu kiểu 2 ký kiệu VC- 2XLB hãng Missubishi - Nhật Bản [7]. Bảng 1.3. Trích bảng thông số kích thước của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu VC- 2XLB hãng Missubishi (hình 1.4. a) [7]. Số hiệu dao R D1 ap L3 D5 B2 L1 D4 Số me cắt N VC2XLBR0030N040 0.3 0.6 0.9 4 0.56 9.3 0 50 4 2 R0030N060 0.3 0.6 0.9 6 0.56 7.9 0 50 4 2 R0040N040 0.4 0.8 1.2 4 0.76 9.2 0 50 4 2 R0040N060 0.4 0.8 1.2 6 0.76 7.7 0 50 4 2 R0040N080 0.4 0.8 1.2 8 0.76 6.6 0 50 4 2 R0050N040 0.5 1 1.5 4 0.94 8.9 0 50 4 2 R0050N060 0.5 1 1.5 6 0.94 7.4 0 50 4 2 R0050N080 0.5 1 1.5 8 0.94 6.3 0 50 4 2 R0050N120 0.5 1 1.5 12 0.94 4.9 0 50 4 2 R0060N080 0.6 1.2 1.2 8 1.14 6.1 0 50 4 2 R0060N120 0.6 1.2 1.2 12 1.14 4.7 0 50 4 2 R0070N120 0.7 1.4 1.4 12 1.34 4.5 0 50 4 2 R0075N060 0.75 1.5 1.5 6 1.44 6.9 0 50 4 2 R0075N080 0.75 1.5 1.5 8 1.44 5.8 0 50 4 2 R0075N120 0.75 1.5 1.5 12 1.44 4.4 0 50 4 2 R0100N100 1 2 2 10 1.9 4.3 0 50 4 2 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 Hình 1.4. b. Hình dạng - kích thước chế tạo của dao phay cầu kiểu 2 ký kiệu GSBN 2 hãng Sumitomo - Nhật Bản [6]. Bảng 1.4. Trích bảng thông số kích thước của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu GSBN 2 hãng Sumitomo - Nhật Bản (hình 1.4. b) [6]. Số hiệu dao R D L1 l L d1 d GSBN2 0010 0054 0.10 0.2 0.5 0.2 45 0.18 4 GSBN2 0010 0104 0.10 0.2 1.0 0.2 45 0.18 4 GSBN2 0010 0154 0.10 0.2 1.5 0.2 45 0.18 4 GSBN2 0010 0204 0.10 0.2 2.0 0.2 45 0.18 4 GSBN2 0010 0254 0.10 0.2 2.5 0.2 45 0.18 4 GSBN2 0010 0304 0.10 0.2 3.0 0.2 45 0.18 4 GSBN2 0015 0104 0.15 0.3 1.0 0.3 45 0.28 4 GSBN2 0015 0154 0.15 0.3 1.5 0.3 45 0.28 4 GSBN2 0015 0204 0.15 0.3 2.0 0.3 45 0.28 4 GSBN2 0015 0254 0.15 0.3 2.5 0.3 45 0.28 4 GSBN2 0015 0304 0.15 0.3 3.0 0.3 45 0.28 4 GSBN2 0020 0104 0.20 0.4 1.0 0.4 45 0.37 4 GSBN2 0020 0154 0.20 0.4 1.5 0.4 45 0.37 4 GSBN2 0020 0204 0.20 0.4 2.0 0.4 45 0.37 4 GSBN2 0020 0254 0.20 0.4 2.5 0.4 45 0.37 4 GSBN2 0020 0304 0.20 0.4 3.0 0.4 45 0.37 4 GSBN2 0020 0404 0.20 0.4 4.0 0.4 45 0.37 4 GSBN2 0020 0504 0.20 0.4 5.0 0.4 45 0.37 4 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 b. Dạng 2: Dao chỉ có lƣỡi cắt trên phần cầu Nếu như xét đến tính chuyên dùng khi gia công các mặt cong phức tạp, các mặt cong chuyển tiếp…. thì chỉ có phần lưỡi cắt trên phần cầu của dao là tham ra cắt. Vì thế các hãng sản xuất dao đã chế tạo loại dao cầu chỉ có lưỡi cắt trên mặt cầu. Kết cấu thân dao dạng này cũng gồm hai kiểu như dạng 1như hình 1.5. Hình 1.5. Hình dạng - kích thước chế tạo của dao chỉ có lưỡi lưỡi cắt trên phần cầu ký hiệu BNBP 2 R của hãng SUMITOMO - Nhật Bản [6]. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 Bảng 1.5. Trích bảng thông số kích thước của dao chỉ có lưỡi cắt trên phần cầu ký kiệu BNBP 2 R hãng Sumitomo (hình 1.5) [6]. Số hiệu dao R D L d1 d l1 l2 BNBP2R020-0124 0.2 0.4 50 0.37 4 0.3 1.2 BNBP2R030-0154 0.3 0.6 50 0.57 4 0.4 1.5 BNBP2R050-0254 0.5 1.0 50 0.97 4 0.6 2.5 BNBP2R075-0404 0.75 1.5 50 1.47 4 0.9 4.0 BNBP2R100-0554 1.0 2.0 50 1.97 4 1.4 5.5 BNBP2R020-0126 0.2 0.4 50 0.37 6 0.3 1.2 BNBP2R030-0156 0.3 0.6 50 0.57 6 0.4 1.5 BNBP2R050-0256 0.5 1.0 50 0.97 6 0.6 2.5 1.3.2. Dao cầu ghép mảnh Một trong những dạng hỏng chủ yếu của dao cầu khi gia công là mòn, vỡ lưỡi dao, mẻ dao….. Nếu như gia công theo chế độ cắt hợp lý thì có thể khẳng định rằng đa phần là dao bị hỏng do mòn, mẻ. Vì vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng người ta chế tạo dao phay cầu ghép mảnh. Ưu điểm của dao phay cầu ghép mảnh là phần cán dao cố định còn phần lưỡi cắt sẽ được thay thế khi mòn, hỏng,….. Nhưng hạn chế của giải pháp này là khó áp dụng đối với dao có đường kính nhỏ. Hầu hết các mảnh dao cầu đều được làm từ những vật liệu có tính năng cắt tốt, hoặc được phủ để tăng tuổi bền và khả năng cắt gọt. Thân dao ngoài việc được chế tạo bằng nhũng loại vật liệu có độ bền cao chúng còn được tăng bền như thấm Nitơ, phủ TiN, TiAlN….. để tăng tuổi thọ của cán dao. Dao ghép mảnh có thể được phân ra:  Dao ghép một mảnh cắt, dạng dao này thường chỉ có lưỡi cắt trên phần cầu như hình 1.16. a, b. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 Hình 1.6. a. Hình dạng - kích thước chế tạo của thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW và mảnh ghép ký hiệu SRFT vật liệu VP10MF, VP15TF của dao một mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7]. Bảng 1.6. Trích bảng thông số kích thước thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW ghép một mảnh cắt hãng Mitssubishi-Nhật Bản (hình 1.6.a) [7]. Số hiệu thân dao R D1 D4 L1 D5 L2 L3 SRFH10S10MW 5 10 10 110 9.5 40 18 12S12MW 6 12 12 120 11.5 50 20 16S16MW 8 16 16 130 15.5 50 25 20S20MW 10 20 20 180 19.5 80 32 25S25MW 12.5 25 25 200 24.5 100 38 30S32MW 15 30 32 230 29.5 130 35 16 32 32 231 29.5 131 36 SRFH10S10LW 5 10 10 150 9.5 60 13 12S12LW 6 12 12 160 11.5 70 15 16S16LW 8 16 16 160 15.5 70 20 16S16EW 8 16 16 200 15.5 110 20 20S20LW 10 20 20 250 19.5 150 24 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 Bảng 1.7. Trích bảng thông số kích thước mảnh dao ký hiệu SRFT vật liệu VP10MF, VP15TF dùng cho dao một mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản (hình 1.6.a) [7]. số hiệu mảnh dao D1 R L1 F1 S1 SRFT 10 10 5 8.5 0.5 2.6 12 12 6 10 0.5 3 16 16 8 12 0.5 4 20 20 10 15 1 5 25 25 12.5 18.5 1 6 30 30 15 22.5 1 7 32 32 16 23.5 1 7 Hình 1.6. b. Hình dạng - kích thước chế tạo của thân dao ký hiệu WBMF 1000 và mảnh ghép ký hiệu ZPGU vật liệu ACZ 120 của dao một mảnh cắt hãng Sumitomo- Nhật Bản [6]. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 Bảng 1.8. Trích bảng thông số kích thước thân dao ký hiệu WBMF 1000 ghép một mảnh cắt hãng Sumitomo - Nhật Bản (hình 1.6.b) [6]. Số hiệu thân dao D d l1 l2 l3 l4 L WBMF 1100S 10 16 9 30 70 17 100 WBMF 1100M 10 16 9 35 95 07 130 WBMF 1100L 10 16 9 50 130 17 180 WBMF 1120S 12 16 10.5 40 70 19.5 110 WBMF1120M 12 16 10.5 40 110 19.5 150 WBMF1120L 12 16 10.5 60 140 19.5 200 WBMF1160S 16 20 12 50 80 25.5 130 WBMF1160M 16 20 12 50 130 25.5 180 WBMF1160L 16 20 12 70 150 25.5 220 WBMF1200S 20 25 15 60 80 32 140 WBMF1200M 20 25 15 60 140 32 200 Bảng 1.9. Trích bảng thông số kích thước mảnh dao ký hiệu ZPGU vật liệu ACZ 120 dùng cho dao một mảnh cắt hãng Sumitomo-Nhật Bản (hình 1.6.b) [7]. số hiệu mảnh dao D L l T R ZPGU1551055 10 15.6 9 5.1 5.0 ZPGU18561060 12 18 10.5 5.6 6.0 ZPGU2061080 12 20.5 12 6.1 8.0 ZPGU2471100 20 24.5 15 7.1 10.0 ZPGU2876125 25 28.5 18.5 7.6 12.5 ZPGU3486150 30 34.4 22.5 8.6 15.0 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30  Dao ghép nhiều mảnh cắt, đây là dạng dao mà các mảnh dao có thể được sử dụng nhiều lần do kết cấu của mảnh ghép và thân dao có thể đổi lưỡi cắt khi mảnh dao bị mòn như hình 1.16. c, d, e, f PUE UPM40, UPM50 UPM50P0 UPM40P1, UPM50P1 Hình 1.6. c. Hình dạng - kích thước chế tạo của thân dao ký hiệu TRM4 và mảnh ghép ký hiệu UPE45,UPE50, UPM40, UPM50, UPM50P0, UPM40P1, UPM50P1 vật liệu VP15TF, GP20M, AP20M của dao ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7]. Bảng 1.10. Trích bảng thông số kích thước thân dao ký hiệu TRM4 ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản (hình 1.6.c) [7]. Số hiệu dao R D1 L1 D4 L2 L3 ap B2 TRM4400SL 20 40 200 50.8 120 100 45 3 0 05 ’ TRM4500SL 25 50 200 50.8 120 100 56 0005’ TRM4400SF 20 40 250 50.8 170 150 45 2005’ TRM4500SF 25 50 250 50.8 170 150 56 10 apmax (chiều sâu cắt lớn nhất) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 Bảng 1.11. Trích bảng thông số kích thước mảnh dao ký hiệu UPE45, UPE50, UPM40, UPM50, UPM50P0, UPM40P1, UPM50P1 vật liệu VP15TF, GP20M, AP20M dùng cho dao nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi -Nhật Bản (hình 1.6.c) [7]. Số hiệu dao L1 S1 R UPE40 13.2 4.8 20 UPE50 16.5 6 25 UPM40 13.2 4.8 20 UPM50 16.5 6 25 UPM50P0 16.5 5.5 25 UPM40P1 13.2 4.4 20 UPM50P1 16.5 5.5 25 Hình 1.6. d. Hình dạng - kích thước chế tạo của thân dao ký hiệu BES và mảnh ghép ký hiệu BEST của dao 2 mảnh cắt hãng Sumitomo - Nhật Bản [6]. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 Bảng 1.12. Trích bảng thông số kích thước thân dao ký hiệu BES ghép nhiều mảnh cắt hãng Sumitomo - Nhật Bản (hình 1.6.c) [6]. Số hiệu dao R D l l1 l2 L d BES16S 8 16 10 50 60 110 20 BES200S 10 20 13 60 80 140 25 BES250S 12.5 25 15.5 70 80 150 32 BES300S 15 30 18 80 80 160 32 Bảng 1.13. Trích bảng thông số kích thước mảnh dao ký hiệu BEST dùng cho dao nhiều mảnh cắt hãng Sumitomo -Nhật Bản (hình 1.6.c) [6]. Số hiệu mảnh dao R l A B T BEST160S 8 10 13 6.8 3.5 BEST160L 8 13 13 6.8 3.5 BEST200S 10 13 20 8.5 4.5 BEST200L 10 20 20 8.5 4.5 BEST250S 12.5 15.5 22.5 10.5 5.0 BEST250L 12.5 22.5 22.5 10.5 5.0 BEST300S 15 18 25 12.0 6.0 BEST300L 15 25 25 12.0 6.0 Hình 1.6. e. Hình dạng của thân dao ký hiệu SRMdùng để ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7]. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 Hình 1.6. f. Hình dạng - kích thước chế tạo của thân dao ký hiệu SRM và mảnh ghép ký hiệu SRG40C, SRG50C, SRG50E, SRG50E, APMT1604PDER-M2, APMT1604PDER-H2 của dao nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7]. ap (Chiều sâu cắt lớn nhất) SRG40C, SRG50C SRG50E, SRG50E APMT1604PDER-M2 APMT1604PDER-H2 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 Bảng 1.14. Trích bảng thông số kích thước thân dao ký hiệu SRM ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản (hình 1.6.e) [7]. Số hiệu thân dao R D1 D4 L1 L2 ap SRM2400WNLS 20 40 50.8 200 120 54 SRM2500WNLS 25 50 50.8 200 120 63 SRM2400WNLM 20 40 50.8 250 170 54 SRM2500WNLM 25 50 50.8 250 170 63 SRM2500WNLL 25 50 50.8 300 220 63 SRM2500WNLX 25 50 50.8 300 270 63 Bảng 1.15. Trích bảng thông số kích thước mảnh dao ký hiệu SRG40C, SRG50C, SRG50E, SRG50E, APMT1604PDER-M2, APMT1604PDER-H2 dùng cho dao nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi -Nhật Bản (hình 1.6.e) [7]. Số hiệu thân dao R L1 L2 S1 F1 Re SRG40C 20 36 20.5 8.0 - - SRG50C 25 40 26 8.5 - - SRG40E 20 32 16.6 8.0 - - SRG50E 25 35.8 20 8.5 - - APMT1604PDER-M2 - 16.5 9.525 4.76 1.4 0.8 APMT1604PDER-H2 - 16.5 9.525 4.76 1.4 0.8 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 N MPCB MPCG N'N' MPCGMPCB N 1.4. Thông số hình học của dao phay cầu. Góc trước và góc sau của dao phay cầu phủ thường được chọn như sau: [5] = 0 o 5 o ; = 3 o 7 o Hình 1.7. Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu 1.5. Đặc điểm quá trình cắt của dao phay cầu 1.5.1. Vận tốc cắt khi phay Dao phay cầu với đặc điểm lưỡi cắt xác định trên mặt cầu. Vì thực tế khi phay với một chiều sâu cắt cụ thể thì vận tốc cắt được tính toán theo phần đường kính thực tham gia và quá trình cắt gọt. Đường kính đó phụ thuộc vào chiều sâu cắt ap và đường kính lớn nhất của dao [6]. Vì vậy để tính toán lựa chọn vận tốc cắt cần xác định đường kính cắt thực: De = 2. )( pp aDa (1- 2) Trong đó: De là đường kính gia công ứng với chiều sâu cắt ap ap là chiều sâu cắt D là đường kính của dao Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Tuỳ thuộc vào vị trí của phần lưỡi cắt của dao tham ra vào quá trình cắt gọt mà vận tốc được xác định tương ứng như hình 1.8.  Với kiểu cắt dùng lưỡi cắt bên để cắt, tính toán tốc độ cắt ở điểm P ta có: V = 1000 .sin.. nD (m/ph) (1- 3) Trong đó: De là đường kính gia công ứng với chiều sâu cắt ap (mm) ap là chiều sâu cắt (mm) D là đường kính của dao (mm) Hình 1.8. Thông số tính n là số vòng quay của dao (vòng/ph) vận tốc cắt của dao phay cầu = cos -1 . ) 2 ( D aD p + 90-α (1 - 4)  Với kiểu cắt dùng đỉnh dao cắt, tính toán chế độ cắt cho điểm Q ta có: V = 1000 )(..2 pp aDan (m/ph) (1 - 5) Trong đó: D1 là đường kính gia công ứng với chiều sâu cắt ap (mm) ap là chiều sâu cắt (mm) D là đường kính của dao (mm) n là số vòng quay của dao (vòng/ph) Như vậy, nếu với cùng một số vòng quay của trục chính thì khi vị trí cắt thay đổi tốc độ cắt cũng thay đổi, để tốc độ cắt không thay đổi thì phải thay đổi số vòng quay của trục chính. Trong quá trình cắt gọt tốc độ cắt tại đỉnh dụng cụ luôn bằng không [1]. Đây là lý do tại sao khi gia công bề mặt bằng đỉnh dao cầu thì dụng cụ cắt nhanh mòn và khi gia công tinh sử dụng máy phay CNC ba trục thì vị trí tương quan giữa trục dụng cụ và bề mặt gia công là rất quan trọng để đạt được chất lượng bề mặt tối ưu, tuổi thọ dụng cụ lớn nhất. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 1.5.2. Điều kiện để tránh cắt ở đỉnh dao Dao phay cầu được sử dụng để gia công hoàn thiện các bề mặt cong phức tạp trong công nghệ sản xuất vỏ máy bay, khuôn đúc…. Quá trình cắt gọt của phần bán cầu trên dao là rất phức tạp. Bởi vì lưỡi cắt được xác định trên mặt cầu. Khi gia công bề mặt cong thì tuổi thọ của dao phụ thuộc vào dạng của bề mặt (vì dạng của bề mặt sẽ quyết định vị trí tham ra cắt thực – nơi xẩy ra quá trình phá huỷ). Khi xem xét khả năng cắt của phần đầu cầu trên dao có thể nhận thấy rằng vị trí đỉnh dao là nơi quá trình cắt diễn ra rất phức tạp, là nơi quá trình mòn dao diễn ra nhanh nhất, là vùng có tuổi bền thấp nhất. Chính vì vậy mà trong quá trình gia công người ta cần hạn chế đến mức cao nhất sự tham ra của khu vực này vào quá trình cắt gọt. Như trên đã nói, đoạn lưỡi cắt của dao phay cầu tham gia cắt phụ thuộc vào vị trí tương quan giữa trục dao và bề mặt gia công. Để xác định điều kiện tránh cắt ở đỉnh dao, bằng phương pháp phân tích hình học khi xem xét trường hợp dao gia công mặt nghiêng như sơ đồ cắt hình 1.9. Theo sơ đồ này vị trí của dao phay được xác định trong hệ toạ đề các theo tiêu chuẩn ISO R-841-1968 đối với máy phay CNC, gốc toạ độ là tâm của chỏm cầu. Vị trí tương quan giữa dao và phôi được xác định thông qua góc nghiêng y là góc hợp bởi bề mặt pháp tuyến với bề mặt gia công và trục dao phay (quay quanh trục Y). + Khi chuyển dao từ dưới lên y > arcsin ) 2 ( R ae (1 - 6) + Khi chuyển dao từ trên xuống y > arccos )( R aR e (1 - 7) Ngược lại dao sẽ cắt ở đỉnh nếu: + Khi tiến dao lên y arcsin ( R ae 2 ) (1 - 8) + Khi tiến dao xuống y arccos ( R aR e ) (1 - 9) Trong đó: y là góc hợp bởi đường tâm dao và pháp tuyến của bề mặt gia công tại vị trí xét ae là bước tiến dao ngang; R là bán kính của dao ap là chiều sâu cắt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 Hình 1.9. Phương thức chuyển dao khi phay bằng dao phay cầu a) Chuyển dao từ dưới lên. b) Chuyển dao từ trên xuống. Sự thay đổi giá trị của góc θy sẽ dẫn đến hình dạng và kích thước của phoi thay đổi. Xét trường hợp gia công với cùng một bộ thông số ae = 0.8mm, ap = 0.8mm, Ddao = 4mm fz = 0,1mm/răng nhưng thay đổi giá trị góc θy (0 o , 15 o , 30 o , 45 o , 60 o , 75 o ) khi chiếu xuống mặt phẳng XOY phoi được xác định như hình 1.8. (a), (b). [7] Hình 1.10. (a) Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến lên với một số giá trị θy (0 o , 15 o , 30 o , 45 o , 60 o , 75 o ) Lƣỡi cắt Bán kính dao Phoi Đỉnh dao Chiều quay của dao Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 Hình 1.10. (b) Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến xuống với một số giá trị θy (0 o , 15 o , 30 o , 45 o , 60 o , 75 o ) Từ xem xét trên càng khẳng định rằng đỉnh dao là nơi quá trình cắt gọt diễn ra khó khăn, nặng nhọc nhất và đây là nơi tuổi bền thấp nhất. Nhưng trong thực tế thì không thể tránh hoàn toàn được việc đỉnh dao tham ra vào quá trình cắt gọt. Do kết cấu của chi tiết gia công có thể có phần chuyển tiếp (đáy khuôn, đáy hốc…). Vì thế việc khảo sát tuổi thọ của dao tại đỉnh cầu cũng là một nhiệm vụ cần thiết tuổi thọ của dao phay cầu. Như vậy có thể kết luận rằng dạng của bề mặt gia công cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của dao. 1.5.3. Sự hình thành phoi và thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu Bằng phương pháp phân tích hình học khi gắn hệ trục toạ độ OXYZ vào đỉnh dao (với điều kiện coi như phoi không biến dạng). Hình dáng, kích thước của phoi được xác định theo góc tiếp xúc, lượng dịch dao ngang, đường kính làm việc của dao và hướng tiến của dao đựơc phân tích trên hình 1.9 [7]. Lƣỡi cắt Bán kính dao Phoi Đỉnh dao Chiều quay của dao Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 ae/2 ae ae h th f z De X Y De/2 R D Z a p Hình vẽ thể hiện trường hợp gia công mặt phẳng bằng dao phay cầu với đường kính D (mm), chiều sâu cắt dọc trục ap (mm), lượng tiến dao fz (mm/răng), lượng dịch dao ngang ae. Xét sự hình thành phoi ở đường cắt thứ 2: Mảnh phoi sẽ được tạo ra sau khi lưỡi cắt của dao quay được một góc và tiến đựơc một lượng fz (mm). Nhưng chiều sâu cắt dọc trục ap sẽ quyết định đường kính gia công thực của dao De đó cũng là một trong những yếu tố quyết định thông số hình học của phoi. Từ phân tích trên nếu như coi phoi không có biến dạng thì thông số hình học của phoi được thể hiện trên hình 1.10. Hình 1.11. Cơ chế tạo phoi Hình 1.12. Thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu (không biến dạng) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 Hình 1.13. Tiết diện của phoi phụ thuộc vào góc Hình 1.14. Hình ảnh của phoi khi không có biến dạng 1.6. Kết luận chƣơng 1  Dao phay cầu là một dụng cắt có tính ứng dụng cao trong việc gia công các mặt cong phức tạp.  Khi gia công bằng dao phay cầu giữa hai đường chuyển dao cũng còn lại một lượng kim loại với chiều cao hth theo công thức (1 - 1).  Hiện tại các hãng chế tạo dao trên thế giới đã nghiên cứu và chế tạo nhiều chủng loại dao phay cầu đa dạng cả về kết cấu và vật liệu vùng cắt. Dao phay cầu ghép mảnh phủ đang là một giải pháp có nhiều ưu điểm trong việc gia công. Đặc biệt là trong sản xuất linh hoạt.  Cơ chế cắt gọt của dao cầu là rất phức tạp.  Vận tốc cắt phụ thuộc vào vị trí cắt của lưỡi cắt. Đỉnh dao phay cầu là vị trí có vận tốc cắt bằng không, là nơi quá trình diễn ra quá trình cắt gọt diễn ra phức tạp nhất, điều kiện cắt khốc liệt nhất, quá trình mòn diễn ra nhanh nhất.  Thông số hình học của phoi phụ thuộc vào nhiều yếu tố (θy , ae, ap, De, fz, ψ)  Trong quá trình cắt gọt, tuỳ theo vị trí cắt. Sự phân bố tải trọng dọc theo lưỡi cắt của dao phay cầu là khác nhau. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42  Để tránh hiện tượng cắt ở đỉnh dao thì góc nghiêng của phôi phải thoả mãn công thức (1- 3) và (1 - 4). Nhưng trong thực tế nhiều trường hợp không thể tránh được hiện tượng đỉnh dao tham gia vào quá trình cắt gọt.  Trong thực tế việc nghiên cứu tuổi bền của dao phay cầu khi cắt ở đỉnh dao đối với từng chủng loại dao đối với những điều kiện gia công cụ thể còn chưa có nhiều nghiên cứu. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 CHƢƠNG 2: MÒN VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ CẮT 2.1. Mòn dụng cụ cắt 2.1.1. Khái niệm chung về mòn Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt và sự tách vật liệu từ một hoặc cả hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau. Eyre và Davis định nghĩa mòn liên quan đến sự hao hụt về khối lượng hoặc thể tích, dẫn đến sự thay đổi vượt quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của bề mặt. Nói chung mòn xảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt. Trong quá trình chuyển động tương đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào tách ra, sau đó vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành những hạt mài rời. Trong trường hợp vật liệu chỉ dính từ bề mặt này sang bề mặt khác, thể tích hay khối lượng mòn ở vùng tiếp xúc chung bằng không mặc dù một bề mặt vẫn bị mòn. Định nghĩa mòn nói chung dựa trên sự mất mát của vật liệu, nhưng sự phá huỷ của vật liệu do biến dạng mà không kèm theo sự thay đổi về khối lượng hoặc thể tích của vật liệu cũng là một dạng mòn. Giống như ma sát, mòn không phải là do tính chất của vật liệu mà là sự phản ứng của một hệ thống, các điều kiện vận hành sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến mòn ở bề mặt tiếp xúc chung. Sai lầm đôi khi cho rằng ma sát lớn trên bề mặt tiếp xúc chung là nguyên nhân mòn với tốc độ cao. Mòn bao gồm sáu hiện tượng chính tương đối khác nhau và có chung một kết quả là sự tách vật liệu từ các bề mặt trượt đó là: dính - mỏi bề mặt - va chạm - hoá ăn mòn và điện. Theo thống kê khoảng 2/3 mòn xảy ra trong công nghiệp là do các cơ chế dính, trừ mòn do mỏi, mòn do các cơ chế khác là một hiện tượng xảy ra từ từ. Trong thực tế, mòn xảy ra do một hoặc nhiều cơ chế. Trong nhiều trường hợp mòn sinh ra do một cơ chế nhưng có thể phát triển do sự kết hợp với các cơ chế Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 khác làm phức tạp hoá sự phân tích hỏng do mòn. Phân tích bề mặt các chi tiết bị hỏng do mòn chỉ xác định được các cơ chế mòn ở giai đoạn cuối. Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ giảm dần đến một lúc nào đó dụng cụ sẽ không tiếp tục cắt được do mòn hoặc hỏng hoàn toàn. Mòn dụng cụ là chỉ tiêu đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ bởi vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế của quá trình gia công. Sự phát triển và tìm kiếm những vật liệu dụng cụ mới cũng như các biện pháp công nghệ mới để tăng bền bề mặt chính là nhằm mục đích làm tăng khả năng chống mòn của dụng cụ [3]. 2.1.2. Mòn dụng cụ cắt: Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ giảm dần đến một lúc nào đó dụng cụ sẽ không tiếp tục cắt được do mòn hoặc hỏng hoàn toàn. Mòn dụng cụ là chỉ tiêu chính đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ bởi vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế của quá trình gia công. Sự phát triển và tìm kiếm những vật liệu dụng cụ mới cũng như biện pháp công nghệ mới để tăng khả năng bền của bề mặt như phủ các vật liệu TiN, TiAlN, CBN,… chính là nhằm tăng khả năng chống mòn của dụng cụ. Định nghĩa mòn liên quan đến sự hao hụt về khối lượng hoặc thể tích, dẫn đến sự thay đổi vượt quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của bề mặt. Trong một số trường hợp vết mòn còn xuất hiện dưới dạng là hậu quả của biến dạng dẻo. “mòn là sự phá huỷ một bề mặt gây ra bởi chuyển động tương đối của nó đối với một bề mặt khác” [4] Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt hay sự tách vật liệu từ 1 hoặc cả 2 bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau. Nói chung mòn sảy ra do sự tương tác của các mấp mô bề mặt. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 Trong quá trình chuyển động tương đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các mấp mô vượt quá giới hạn bền dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ bị tách ra. Sau đó vật liệu bị tách ra từ một bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành những hạt mòn rời. Trong quá trình gia công phoi trượt liên tục trên mặt trước và phôi trượt liên tục trên mặt sau của dao. Những vật liệu bị tách ra do mòn liên tục bị phoi và phôi liên tục cuốn đi... do đó dao bị mòn khốc liệt. Tuỳ thuộc vào điều kiện cắt, vật liệu gia công và vật liệu dao mà dao bị mòn theo các dạng khác nhau. Bên cạnh đó cơ chế mòn của dao rất phức tạp. 2.1.2.1. Các dạng mòn của dụng cụ cắt a. Mòn mặt sau: (hình 1.5) Dạng mòn này được đặc trưng bởi lớp vật liệu dụng cụ bị tách khỏi mặt sau trong quá trình gia công và được đánh giá bởi chiều cao mòn B. Lượng mòn thường xảy ra khi cắt với chiều dày cắt nhỏ (t ≤ 0.1mm) hoặc khi gia công vật liệu giòn. Hình 2.1. Mòn mặt sau b. Mòn mặt trƣớc: (hình 2.2). Trong quá trình cắt do phoi trượt trên mặt trước hình thành một trung tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng nào đó có 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 U và chiều sâu Bt và khoảng cắt từ lưỡi cắt đến vết mòn. Hiện tượng mòn này xảy ra khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn (t > 0.6mm). Hình 2.2. Mòn mặt trước Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 c. Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau: (hình 2.3). Dụng cụ bị mòn mặt trước, mặt sau và tạo thành lưỡi cắt mới. Trường hợp này thường gặp khi gia công vật liệu dẻo với chiều dày cắt (t = 0,1 0,5mm). Hình 2.3. Mòn đồng thời mặt trước và mặt sau d. Cùn lƣỡi cắt: (hình 2.4) Ở dạng dụng cụ bị mòn dọc theo lưỡi cắt, tạo thành cung hình trụ. Bán kính của cung đó được đo trong bề mặt vuông góc với lưỡi cắt. Dạng mòn này thường gặp khi gia công các loại vật liệu dẫn nhiệt kém, đặc biệt khi gia công các chất dẻo. Do nhiệt tập trung ở mũi dao nên dao bị cùn nhanh. Hình 2.4. Cùn lưỡi cắt Cơ chế mòn của dao rất phức tạp và chúng có thể bị mài mòn theo các cơ chế sau đây: 2.1.2.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt Theo Shaw mòn dụng cụ có thể do dính, hạt mài, khuếch tán, ôxy hóa và mỏi. Các cơ chế mòn này xảy ra đồng thời trong quá trình cắt tuy nhiên tùy theo điều kiện cắt cụ thể mà một cơ chế nào đó chiếm ưu thế. Ngoài ra dụng cụ còn bị phá hủy do mẻ dăm, nứt và biến dạng dẻo [4]. Theo Loffer trong cắt kim loại nhiệt độ cắt hay vận tốc cắt là nhân tố có ảnh hưởng mạnh nhất đến sự tồn tại của các cơ chế mòn phá hủy. Ở dải vận tốc cắt thấp và trung bình, cơ chế mòn do dính và do hạt mài chiếm ưu thế khi cắt liên tục và gián đoạn. Khi tăng vận tốc cắt, mòn do hạt mài và hóa lý trở lên chiếm ưu thế đối với cắt liên tục và tạo nên vùng mòn mặt trước. Sự hình thành các vết nứt do ứng suất nhiệt biến đổi theo chu kỳ là cơ chế mòn chủ yếu dẫn đến vỡ lưỡi cắt khi cắt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 không liên tục [4].. Hình 2.5., 2.6. thể hiện mối quan hệ giữa vận tốc cắt và cơ chế mòn khi cắt liên tục và gián đoạn. Hình 2.5: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục Hình 2.6: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt gián đoạn a. Mòn do cào xƣớc Khi cắt ở tốc độ thấp, nhiệt cắt thấp, cơ chế mài mòn hạt mài là chính. 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 tạo thành các vết song song với phương thoát phoi. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 b. Mòn do dính Khi hai bề mặt rắn, phẳng trượt so với nhau mòn do dính xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô dưới tác dụng của tải trọng pháp tuyến. Khi sự trượt xảy ra vật liệu ở vùng này bị trượt (biến dạng dẻo) dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời, một số mảnh mòn còn được sinh ra do quá trình mòn do mỏi ở đỉnh các nhấp nhô. Giả thuyết đầu tiên về mòn do trượt sự trượt cắt có thể xảy ra ở bề mặt tiếp xúc chung hoặc về phía vùng yếu nhất của hai vật liệu tại chỗ tiếp xúc. Có giả thuyết, nếu sức bền dính đủ lớn để cản trở chuyển động trượt tương đối, một vùng của vật liệu sẽ bị biến dạng dưới tác dụng của ứng suất nén và tiếp và sự trượt xảy ra mạnh dọc theo các mặt phẳng trượt này tạo thành các mảnh mòn dạng lá mỏng. Nếu biến dạng dẻo xảy ra trên diện rộng ở vùng tiếp xúc đôi khi mảnh mòn sinh ra có dạng như hình nêm và dính sang bề mặt đối tiếp. Đối với dụng cụ cắt mòn do dính phát triển mạnh đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao. Các vùng dính bị trượt cắt và tái tạo liên tục theo chu kỳ thậm chí trong khoảng thời gian cắt ngắn, hiện tượng mòn có thể gọi là dính mỏi. Khả năng chống mòn dính mỏi phụ thuộc vào sức bền tế vi của các lớp bề mặt dụng cụ và cường độ dính của nó đối với bề mặt gia công. Cường độ này được đặc trưng bởi hệ số cường độ dính Ka là tỷ số giữa lực dính riêng và sức bền của vật liệu gia công tại một nhiệt độ xác định. Với đa số các cặp vật liệu thì Ka tăng từ 0,25 đến 1 trong khoảng nhiệt độ từ 9000C 13000C. Bản chất phá hủy vật liệu ở các lớp bề mặt do dính mỏi là cả dẻo và dòn. Độ cứng của mặt dụng cụ đóng vai trong rất quan trọng trong có chế mòn do dính. Khi tăng tỷ số độ cứng giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công từ 1,47 đến 4,3 thì mòn do dính giảm đi khoảng 300 lần. c. Mòn do hạt mài Trong nhiều trường hợp mòn bắt đầu do dính tạo nên các hạt mòn ở vùng tiếp xúc chung, các hạt mòn này sau đó bị ôxy hoá biến cứng và tích tụ lại là nguyên nhân tạo nên mòn hạt cứng ba vật. Trong một số trường hợp hạt cứng sinh ra và đưa vào hệ thống trượt từ môi trường. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 Theo Loladze, mòn dụng cụ cắt do hạt mài có nguồn gốc từ các tạp chất cứng trong vật liệu gia công như oxides và nitrides hoặc những hạt các bít của vật liệu gia công trong vùng tiếp xúc giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công tạo nên các vết cào xước trên bề mặt dụng cụ. Môi trường xung quanh có ảnh hưởng lớn đến cường độ của mòn do hạt mài. Ví dụ khi gia công cắt trong môi trường có tính hoá học mạnh. lớp bề mặt bị yếu đi và các hạt mài có thể cắm sâu hơn ở vùng tiếp xúc và tăng tốc độ mòn. Armarego cho rằng khả năng chống mòn do hạt mài tỷ lệ thuận với các tính chất đàn hồi và độ cứng của hai bề mặt ở chỗ tiếp xúc [3]. d. Mòn do khuếch tán Nhiệt độ cao phát triển trong dụng cụ đặc biệt là trên mặt trước khi cắt tạo phoi dây là điều kiện thuận lợi cho hiện tượng khuếch tán giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công. Colwell đã đưa ra nghiên cứu của Takeyama cho rằng có sự tăng đột ngột của tốc độ mòn tại nhiệt độ 9300C khi cắt bằng dao hợp kim cứng. Điều này liên quan đến một cơ chế mòn khác đó là hiện tượng mòn do khuếch tán, ôxy hoá hoặc sự phân rã hoá học của vật liệu dụng cụ ở các lớp bề mặt. Theo Brierley và Siekmann hiện nay mòn do khuếch tán đã được chấp nhận rộng rãi như một dạng mòn quan trọng ở tốc độ cắt cao, họ chỉ ra các quan sát của Opitz cho thấy trong cấu trúc tế vi của các lớp dưới của phoi thép cắt bằng dao hợp kim cứng chứa nhiều cacbon hơn so với phôi. Điều đó chứng tỏ rằng cacbon từ cacbit volfram đã hợp kim hoá hoặc khuếch tán và phoi làm tăng thành phần cacbon của các lớp này. Trent cho rằng do dính hiện tượng khuếch tán xảy ra qua mặt tiếp xúc chung của dụng cụ và vật liệu gia công là hoàn toàn có khả năng. Dụng cụ bị mòn do các nguyên tử cacbon và hợp kim khuyếch tán vào phoi và bị cuốn đi. Khuyếch tán là một dạng của ăn mòn hoá học trên bề mặt dụng cụ nó phụ thuộc vào tính linh động của các nguyên tố liên quan. Tốc độ mòn do khuyếch tán không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ cao mà còn phụ thuộc và tốc độ của dòng vật liệu gần bề mặt dụng cụ có tác dụng cuốn các nguyên tử vật liệu dụng cụ đi. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 Khi cắt thép và gang Ekemar cho rằng tương tác giữa vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ có thể xảy ra. Thành phần chính của các lớp phoi tiếp xúc với dụng cụ là austenite với thành phần cacbon thấp khi nhiệt độ vùng tiếp xúc đủ cao. Austenite này hoà tan một số các nguyên tố hợp kim của dụng cụ trong quá trình cắt. e. Mòn do ôxy hoá Dưới tác dụng của tải trọng nhỏ các vết mòn kim loại trông nhẵn và sáng, mòn xảy ra với tốc độ mòn thấp và các hạt mòn oxits nhỏ được hình thành. Bản chất của cơ chế mòn này là sự bong ra của các lớp ôxy hoá khi đỉnh các nhấp nhô trượt lên nhau. Sau khi lớp ôxy hoá bị bong ra thì lớp khác lại được hình thành theo một quá trình kế tiếp nhau liên tục. Tuy nhiên theo Halling thì lớp màng oxit và các sản phẩm tương tác hoá học với môi trường trên bề mặt tiếp xúc có khả năng ngăn ngừa hiện tượng dính của đỉnh các nhấp nhô. Khi đôi ma sát trượt làm việc trong môi trường chân không thì mòn do dính xảy ra mạnh do lớp màng oxits không thể hình thành được. f. Mòn do nhiệt Thể tích vật liệu tại lưỡi cắt là rất nhỏ nên khi cắt nhiệt độ cao tập trung tại vị trí lưỡi cắt, do đó sẽ xảy ra hiện tượng quá nhiệt của vật liệu dao dẫn đến phá huỷ lưỡi cắt do nhiệt. 2.1.3. Mòn của dụng cụ phủ bay hơi Để nâng cao khả năng sử dụng của dụng cụ bởi sự kết hợp độc đáo của lớp phủ với nền, độ cứng nóng của lớp phủ cao và khả năng cải thiện điều kiện tiếp xúc ở vùng lưỡi cắt. Lớp phủ có ưu điểm nổi bật như giảm ma sát, giảm dính và khuyếch tán giữa vật liệu gia công và các bề mặt dụng cụ. Có hai cơ chế mòn chính xảy ra trên dụng cụ phủ khi cắt thép đó là nứt, vỡ và bong ra của các mảnh TiN và mòn vật liệu nền. Khi sử dụng dao tiện T15 cắt thép 1045 với vận tốc cắt 100 m/phút đã phát hiện cơ chế mòn chủ yếu là sự gãy, vỡ của lớp phủ khi nền thép gió bị giảm độ cứng do nhiệt độ cao. Mòn liên tục của lớp phủ ở gần vùng mòn mặt trước hầu như không đáng kể, điều đó nói nên rằng khả năng chống mòn do hạt mài và mòn hoá học của TiN là rất cao.Sự gãy vỡ của lớp phủ trên mặt trước là do nhiệt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 độ cao phát triển và làm giảm độ cứng của nền. Quá trình gẫy vỡ sẩy ra theo 3 giai đoạn như hình 2. 7. Hình 2.7. Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trước của dụng cụ thép gió phủ TiN  Giai đoạn 1: Ma sát giữa phoi và lớp phủ sinh ra nhiệt và truyền vào dụng cụ.  Giai đoạn 2: Dưới tác dụng của ứng suất pháp và tiếp cùng nhiệt độ cao dưới lớp phủ, nền bị biến dạng dẻo làm cho lớp phủ bị nứt, vỡ cục bộ sau đó bị cuốn đi cùng với dòng phoi làm cho nền bị lộ ra. Ma sát và nhiệt độ của vùng này tiếp tục tăng lên.  Giai đoạn 3: Vùng mòn mặt trước xuất hiện. Nền của lớp phủ gần vùng mòn tiếp tục bị giảm độ cứng làm cho lớp phủ tiếp tục bị nứt, vỡ và cuốn đi theo phoi. Vùng mòn mặt trước phát triển rộng dần làm giảm khả năng cắt gọt của dụng cụ [4]. 2.1.4. Cách xác định mòn dụng cụ cắt Xác định mòn là một trong những cơ sở để đưa ra giới hạn tuổi bền của dụng cụ. Với những dụng cụ làm từ những vật liệu thông thường thì lượng giới hạn lượng mòn lớn nên xác định đơn giản hơn những dụng cụ phủ vì giới hạn lượng mòn rất nhỏ. Mòn mặt trước và mặt sau là hai dạng mòn thường gặp trong cắt kim loại. Công thức của Opitz về quan hệ tương đối giữa dạng mòn dao hợp kim cứng với vận tốc cắt và chiều sâu cắt đã được Shaw đưa ra như trên hình 2.8. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 Hình 2.8: Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng với thể tích 0,6 c 1 V .t , trong đó V tính bằng m/ph; t1 tính bằng mm/vg Loladze cho rằng cơ chế hình thành vùng mòn mặt trước của dao hợp kim cứng khác so với dao thép gió. Bởi theo ông do hợp kim cứng có độ cứng nóng cao đến hàng nghìn độ C nên hiện tượng khuếch tán ở trạng thái rắn gây mòn với tốc độ cao xảy ra trên mặt trước từ vùng có nhiệt độ cao nhất. Như vậy mòn mặt trước đều có nguồn gốc do nhiệt. Boothroyd cho rằng mòn mặt sau xảy ra do tương tác giữa mặt sau của dụng cụ với bề mặt gia công và bề mặt mòn song song với phương của vận tốc cắt. Trent cho rằng, mòn mặt sau xảy ra trong hầu hết các quá trình cắt kim loại và không đều trên suốt chiều dài lưỡi cắt. Cơ chế mòn mặt sau của dụng cụ hợp kim cứng ở tốc độ cắt thấp là sự tách ra của các hạt cacbit tạo nên bề mặt mòn không bằng phẳng, khi cắt ở tốc độ cắt cao thì vùng mòn mặt sau nhẵn và trơn. Trong điều kiện hình thành lẹo dao, lượng mòn mặt sau tỷ lệ nghịch với lượng mòn mặt trước. Khi mòn mặt trước xuất hiện sẽ làm tăng góc trước thực, thúc đẩy sự hình thành và ổn định của lẹo dao có tác dụng bảo vệ mặt sau khỏi bị mòn. Trái lại khi mòn mặt trước không xuất hiện, dạng của lẹo dao sẽ thay đổi theo xu hướng không có tác dụng bảo vệ mặt sau khỏi mòn, dẫn đến thúc đẩy sự phát triển của mòn mặt sau. a a/2 w w d (a) Mòn trơn mũi dao: 0,6 c 1 V .t 11 (b) Mòn mặt trước tại lưỡi cắt: 0,6 c 1 11 V .t 17 (c) Mòn mặt sau: 0,6 c 1 17 V .t 30 (d) Mòn mặt trước: 0,6 c 1 V .t 30 (e) Biến dạng dẻo lưỡi cắt: 0,6 c 1 V .t 30 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 Theo thì mòn mặt trước và mặt sau có thể tính toán gần đúng như sau: Thể tích mòn mặt sau: 2 W . 2 aveVB b tgV (2- 1) Trong đó: VBave là chiều cao trung bình của vùng mòn Thể tích mòn mặt trước: cr 2 ( ) 3 b KB KF KT V (2- 2) Hình 2.9: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau – ISO3685 Các kích thước dùng để xác định mòn chỉ ra trên hình 2.9. có thể đo bằng kính hiển vi dụng cụ hoặc thiết bị quang học khác, hoặc bằng phương pháp chụp ảnh. Ngoài ra người ta còn đo khối lượng dụng cụ và sử dụng phương pháp đo radiotracer (phương pháp đồng vị phóng xạ) để xác định. 2.1.5. Ảnh hƣởng của mòn dụng cụ đến chất lƣợng bề mặt gia công Khi mòn sẽ làm cho hình dạng và thông số hình học phần cắt của dụng cụ thay đổi dẫn đến các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt thay đổi (như nhiệt cắt, lực cắt…) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công [2]. 2.1.6. Mòn của dao phay cầu phủ Các dạng mòn và cơ chế mòn của dao phay cầu cũng giống như các dạng và cơ chế mòn của dụng cụ cắt nói chung. Nhưng về cơ bản dao sẽ có hai cơ chế mòn chính là nứt, vỡ và bong ra của các mảnh TiAlN và mòn vật liệu nền. Do đặc điểm vận tốc cắt gọt tại các điểm trên lưỡi cắt của dao cầu là khác nhau dẫn đến tại các vùng trên lưỡi cắt của dao cầu sẽ có hiện tượng và lượng mòn khác nhau. Vì vậy Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 việc nghiên cứu quá trình mòn - Tuổi bền của dao tại các khu vực khác nhau trên lưỡi cắt của dao cầu là một yêu cầu của thực tế. Đặc biệt là đỉnh dao khi cắt gọt quá trình mòn sẽ diễn ra nhanh nhất. Vì thế việc nghiên cứu chọn ra một chế độ cắt phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng dao (tuổi bền dao lớn nhất) khi dùng đỉnh dao gia công một loại vật liệu trong một điều kiện cụ thể là rất cần thiết và đem lại hiệu quả cho quá trình gia công. Đó cũng chính là cơ sở để tác giả lựa chọn nội dung: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim X12M qua tôi”. Để tăng hiệu quả sử dụng dao trong sản xuất. 2.2. Tuổi bền dụng cụ cắt 2.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt Tuổi bền của dụng cụ là thời gian làm việc liên tục của dụng cụ giữa hai lần mài sắc, hay nói cách khác tuổi bền của dụng cụ là thời gian làm việc liên tục của dụng cụ cho đến khi bị mòn đến độ mòn giới hạn (hs) [2]. Tuổi bền là nhân tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến năng suất và tính kinh tế trong gia công cắt. Tuổi bền của dụng cụ phụ thuộc vào chính yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công. Vì thế phương pháp dự đoán tuổi bền cơ bản có ý nghĩa cho mục đích so sánh [4]. Phương trình cơ bản của tuổi bền là phương trình Taylor: n t V.T C (2- 3) Trong đó: - T là thời gian (phút) - V là vận tốc cắt (m/phút) - Ct là hằng số thực nghiệm Phương trình Taylor mở rộng bao gồm cả ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt được viết như sau [1]. T = 2.1 A VA (2- 4) T = 2.3 A VA . 4AS . (2- 5) T = 2.5 A VA . 4AS . 6At (2- 6) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 Các mô hình toán học khai triển bậc nhất và bậc hai loga của tuổi bền dường như phù hợp hơn với các dữ liệu cho dao composite. Khác với các phương trình tổng quát (2 - 3), (2 - 4), (2 - 5), (2 - 6) các mô hình toán học này hạn chế trong một giải với các điều kiện dùng để tạo nên các dữ liệu thực nghiệm. Trong trường hợp vận tốc cắt, lượng chạy dao chiều sâu cắt được sử dụng như là các thông số độc lập, mô hình toán học bậc nhất có dạng như sau: LnT = bo + b1lnV + b2lnS + b3lnt (2 - 7) Mô hình bậc 2 có dạng: LnT = bo + b1lnV + b2lnS + b3lnt + b11(lnV) 2 + b22(lnS) 2 + b33(lnt) 2 + + b12.(lnV)(lnS) + b13(lnV)(lnt) + b23(lnt) (2 - 8) Trong thực tế tuổi bền của dụng cụ thường bị phân tán vì các lý do sau đây: - Sự thay đổi độ cứng, cấu trúc tế vi, thành phần hoá học và các đặc tính bề mặt của phôi. - Sự thay đổi của vật liệu dụng cụ, thông số hình học và phương pháp mài. - Sự dao động của hệ thống máy, dao, công nghệ. 2.2.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 2.2.2.1. Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dụng cụ cắt Chế độ cắt đặc biệt là vận tốc cắt và lượng chạy dao là tác nhân ảnh hưởng mạnh nhất tới tuổi bền. Kết quả thí nghiệm của Opitz và Konig được Trent đưa ra trên hình 2.10. Với mòn mặt trước quy luật mòn tương đối đơn giản, mòn tăng chậm cho tới vận tốc cắt tới hạn mà tại đó tốc độ mòn tăng vọt. Lượng chạy dao càng lớn thì vận tốc cắt giới hạn càng nhỏ. Với mòn mặt sau tốc độ mòn cũng tăng nhanh từ vận tốc cắt và lượng chạy dao giới hạn như mòn mặt trước vì từ tốc độ này các cơ chế mòn phụ thuộc nhiệt độ quyết định tuổi bền. Tuy nhiên ở dưới dải tốc độ này tốc độ mòn mặt sau tăng, giảm liên tục vì ở đây các cơ chế mòn không phụ thuộc vào nhiệt độ. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 Hình 2.10: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau của dao thép gió S 12-1-4-5 dùng tiện thép AISI C1050, với t = 2mm. Thông số hình học của dụng cụ: =80, =100, =40, =900, = 600, r=1mm, thời gian cắt T =30 phút [4]. Tuổi bền cho mỗi cặp dụng cụ và vật liệu gia công được xác định trong dải vận tốc cắt cao. Và đường cong Taylor của tuổi bền chỉ có ý nghĩa trong điều kiện cắt ở dải vận tốc cắt cao, vì khi đó tuổi bền của dụng cụ bị chi phối bởi các cơ chế mòn phụ thuộc nhiệt độ cao liên quan đến biến dạng, khuếch tán và ôxy hoá. 2.2.2.2. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ Một số thông số quan trọng khi nghiên cứu tuổi bền của dụng cụ cắt là chiều dài của hành trình cắt là V.T[m] và diện tích cắt là V.T.a[m2] là các hàm số của vận tốc cắt hay nhiệt độ. Khi tăng vận tốc cắt (nhiệt cắt) từ giá trị vận tốc thấp thì cả V.T và V.T.a đều tăng và đạt cực đại ở một giá trị xác định. Sau đó tiếp tục tăng vận tốc thì cả V.T và V.T.a đều giảm. Điều này thể hiện rõ trên hình 2.11 [4]. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 Hình 2.11: Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr bằng dao T15K6 với hs = 0,6 mm.(1) s = 0,037 mm/v: (2) s = 0,3 mm/v (3) s = 0,1 mm/v; (4) s = 0,5 mm/v. Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến tuổi bền thông qua các cơ chế mòn diễn ra ở chế độ cắt đã cho phụ thuộc nhiều hay ít vào nhiệt độ. Do đó việc ứng dụng công thức Taylor phải cân nhắc trong từng trường hợp cụ thể. 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 VLGC và VLDC với khả năng chống dính, chống cào xước cơ học cao do tính trơ hoá học và độ cứng cao của nó là nguyên nhân giảm mòn và tăng tuổi bền. Ngoài ra tính chất nhiệt đặc biệt của lớp phủ còn làm giảm 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. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 Tuy nhiên vai trò nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt khi sử dụng vật liệu phủ khác nhau thay đổi theo điều kiện gia công cụ thể. Hình 1.15 chỉ ra mối quan hệ giữa tuổi bền của dao tiện và phay mặt đầu thép gió phủ TiN, TiCN và TiAlN dùng để cắt thép cácbon SAE 4340 theo vận tốc cắt cho cả cắt liên tục (hình 2.12a) và cắt không liên tục (hình 2.12 b). Từ hai đồ thị có thể thấy rằng 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 va đập (phay) TiN lại có tác dụng nâng cao tuổi bền tốt nhất sau đó đến TiN và TiAlN. Như vậy mỗi loại vật liệu phủ đều có khả năng nâng cao tuổi bền của dụng cụ khác nhau tuỳ thuộc vào các điều kiện cắt trong đó dụng cụ được sử dụng [4]. Hình 2.12: (a) Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt dao tiện (b) dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi cải thiện. 2.2.3. Phƣơng pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố của quá trình cắt đến tuổi bền T bằng phương pháp thực nghiệm đo độ mòn cho phép mặt sau [hs]. Với các kết quả thực nghiệm, các đồ thị quan hệ giữa độ mòn, tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng được Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 xác lập. Trên cơ sở đó xác định được quan hệ giữa tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng. Hình 2.13: Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao Quan hệ giữa tốc độ, độ mòn và thời gian được biểu thị trên hình 2.13. Với độ mòn cho phép [hs] đã xác định được thời gian làm việc của dụng cụ với các tốc độ khác nhau (t1 với V1; t2, t3 với V2, V3 với V1 <V2 <V3 <V4; t1, t2, t3, t4 chính là tuổi bền T của dụng cụ ứng với tốc độ V1, V2, V3, V4…) khi các yếu tố cắt khác được cố định. Trên cơ sở đó lập được đồ thị quan hệ giữa tốc độ và tuổi bền V-T hình 2.14 và chuyển sang đồ thị lôgarit hình 2.15. Hình 2.14: Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 Qua đồ thị quan hệ V-T ta thiết lập được công thức liên hệ giữa tốc độ và tuổi bền: lg lg lgV A m T (2- 9) lg lg lg A V m T m A V T . onstmV T c m A T V (2- 10) Hình 2.15: Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 2.2.4. Tuổi bền của dao phay cầu phủ Dụng cụ phủ với đặc điểm lớp phủ rất mỏng thường chỉ vào khoảng vài m đến vài chục m. Mà đặc trưng của dụng cụ phủ là khả năng cắt gọt sẽ giảm đi đáng kể khi lớp phủ trên bề mặt bị mài mòn, bị nứt, bị bong cục bộ. Chính vì vậy có thể coi dụng cụ phủ có tuổi bền bằng tuổi thọ. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 Đối với dao phay cầu phủ tuổi thọ sẽ được xét riêng cho từng vùng của lưỡi cắt (cung trên lưỡi cắt có quá trình cắt gọt diễn ra gần giống nhau). Vì cơ chế cắt gọt phụ thuộc vào đường kính thực tham ra cắt. Nếu xét một cách tổng thể theo quá trình mòn thì tuổi thọ của dao cầu sẽ là tổng tuổi thọ của các cung trên lưỡi cắt có quá trình cắt gọt diễn ra gần giống nhau. Tuổi thọ của dụng cụ phủ thường được xác định như sau: - Theo chất lượng bề mặt gia công - Xác định theo độ chính xác kích thước của chi tiết gia công - Xác định theo lượng mòn mặt sau hs - Xác định theo lực, nhiệt độ cắt - Xác định theo khối lượng……. 2.3. Kết Luận chƣơng 2 Những nghiên cứu bản chất của quá trình mòn dụng cụ cắt cho thấy: Mòn, tuổi bền của dụng cụ cắt nói chung và của dụng cụ phủ nói riêng như là:  Các dạng mòn, cơ chế mòn và cách xác định mòn của dụng cụ cắt nói chung.  Mòn của dụng cụ phủ.  Tuổi bền của dụng cụ cắt, cách xác định tuổi bền của dụng cụ cắt.  Tuổi bền của dụng cụ phủ.  Các nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY CẦU 10 PHỦ TiAlN KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM CR12MOV Để có thể chọn được chế độ cắt hợp lý khi gia công thép hợp kim CR12MOV bằng dao phay cầu 10 phủ TiAlN thì ở chương này ta tiến hành việc thực nghiệm bằng cách dùng dao phay cầu phủ TiAlN để phay thép hợp kim CR12MOV với các chế độ cắt khác nhau. Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của đồng thời các thông số chế độ cắt (S,V,t) đến tuổi bền của dao thông qua việc đánh giá độ nhám bề mặt khi thay đổi chế độ cắt khác nhau và lựu chọn được chế độ cắt hợp lí. 3.1. Sơ lƣợc về thép hợp kim Thép hợp kim là loại thép mà ngoài sắt, cacbon và các tạp chất ra, người ta còn cố ý đưa vào các nguyên tố đặc biệt với một lượng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép cho hợp với yêu cầu sử dụng. Các nguyên tố được dựa vào một cách cố ý như vậy được gọi là nguyên tố hợp kim. Các nguyên tố hợp kim thường gặp là:Cr, Ni, Mn, Si,W, V, Mo, Ti, Nb, Zr, Cu, B, N…và ranh giới về lượng để phân biệt tạp chất và nguyên tố hợp kim là như sau: Mn: 0,8 - 1,0%; Si:0,5-0,8%; Cr:0,2-0,8%; Ni:0,2-0,6%;W:0,1-0,6%; Mo; 0,05-0,2%; Ti, V, Nb, Zr, Cu>0,1%; B>0,002%. Ví dụ: Thép chứa 0,7% Mn vẫn chỉ được coi là thép cacbon (nghĩa là Mn vẫn chỉ là tạp chất), chỉ khi lượng Mn≥1,0% mới đươc coi là thép hợp kim. Trong khi đó chỉ cần có≥0,1%Ti (hoặc V, Cu, Zr…) đã được coi là thép hợp kim. Trong thép hợp kim, lượng chứa các tạp chất có hại như P.S và các khí oxy, hyđro, nitơ là rất thấp so với thép cacbon. Do việc khử tạp chất triệt để hơn và nhất là do phải cho vào các nguyên tố hợp kim, nên nói chung thép hợp kim đắt tiền hơn so với thép cacbon nhưng bù lại, thép hợp kim có những đặc điểm nổi trội hơn hẳn so với thép cacbon, hay nói khác đi, mục đích của việc hợp kim hóa như sau:  Về cơ tính: Thép hợp kim nói chung có độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon, thể hiện đặc điểm rõ ràng sau khi nhiệt luyện (tôi và ram), do độ Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 thấm tôi của thép hợp kim được cải thiện rất nhiều so với thép cacbon, thép hợp kim càng cao, ưu việt này càng rõ. Tuy nhiên cần thấy rằng:  Ở trạng thái không nhiệt luyện, ví dụ: trạng thái ủ, độ bền của thép hợp kim không cao hơn nhiều so với thép cacbon.  Sau nhiệt luyện, thép hợp kim có thể đạt được độ bền rất cao, nhưng cùng với sự tăng độ bền, độ dẻo và độ dai lại giảm đi, do vậy phải chú ý tới mối quan hệ này để xác định cơ tính thích hợp.  Cùng với sự tăng mức độ hợp kim hóa, tính công nghệ của thép sẽ xấu đi.  Về tính chịu nhiệt (tính cứng nóng và tính bền nóng): Thép cacbon có độ cứng cao sau khi tôi, nhưng không giữ được khi làm việc ở nhiệt độ cao hơn 200ºC, do mectenxit bị phân hủy và xêmentit kết tụ. Nhiệt độ cao hơn, thép bị biến dạng do hiện tượng dão và bị oxy hóa mạnh… Các nguyên tố hợp kim cản trở khả năng khuếch tán của cacbon, làm mactenxit phân hóa và cacbit kết tụ ở nhiệt độ cao hơn, vì thế nó giữ đươc độ cứng cao của trang thái tôi và tính chống dão tới 600ºC, tính chống sự oxy hóa tới 800-1000ºC. Dĩ nhiên muốn đạt được trạng thái này, thép cần được hợp kim hóa bởi một số lượng tương đối cao. Ưu việt này của thép hợp kim được ứng dụng trong thép dụng cụ và thép bền nóng.  Về các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt: Như đã biết, thép cacbon bị gỉ trong không khí, bị ăn mòn mạnh trong các môi trường axit, bazơ và muối… Nhờ hợp kim hóa mà có thể tạo ra thép không gỉ, thép có tính giãn nở và đàn hồi đặc biệt, thép có từ tính cao và thép không có từ tính….Trong những trường hợp như vậy, phải dùng những loại thép hợp kim đặc biệt, với thành phần được khống chế chặt chẽ (và dĩ nhiên là đắt tiền). Như vậy có thể nói rằng, nguyên tố hợp kim có tác dụng rất tốt, thép hợp kim là vật liệu không thể thiếu được trong chế tạo máy, dụng cụ, thiết bị nhiệt điện, công nghiệp hóa học…. Nó thường được làm các chi tiết quan trọng nhất trong điều kiện làm việc nặng, chịu mài mòn, va đập. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 3.2. Cơ sở xác định tuổi bền của dao bằng thực nghiệm. 3.2.1. Lựa chọn chỉ tiêu xác định tuổi bền của dao Tuổi bền của dao phay cầu được xác định bắt đầu từ khi dao bắt đầu cắt cho đến khi bắt đầu diễn ra giai đoạn phá huỷ ứng với mỗi chế độ cắt xác định. Trong điều kiện gia công tinh thì chất lượng bề mặt trong đó nhám bề mặt là thông số có ý nghĩa đến chất lượng sản phẩm. Để có thể đánh giá tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN để gia công thép hợp kim CR12MOV có thể thực hiện theo phương pháp: Dùng chỉ tiêu chất lượng bề mặt để xác định giới hạn tuổi bền của dao. Cụ thể là khi tiến hành gia công ứng với mỗi chế độ cắt sẽ tiến hành kiểm tra chất lượng bề mặt theo chỉ tiêu độ nhám bề mặt. Giới hạn tuổi bền của dao được xác định là thời điểm giá trị độ nhám của bề mặt gia công thay đổi đột ngột. Hình 3.1. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn và thời gian Trong quá trình gia công dụng cụ cắt sẽ trải qua 3 giai đoạn mòn. Để xác định giới hạn tuổi bền của dụng cụ cần phải xác định thời gian từ khi bắt đầu cắt đến thời điểm cuối cùng của giai đoạn mòn thứ 2. Như hình 3.1 là thời điểm ứng với điểm B. Thực chất quá trình mòn của dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt gia công và được thể hiện rõ qua sự thay đổi về độ nhám bề mặt. Chính vì vậy có thể khẳng định rằng khi dao tiến đến giai đoạn mòn khốc liệt là lúc giá trị độ nhám bề mặt có sự thay đổi lớn. Đó là một trong những cơ sở để xác định tuổi bền của dụng cụ. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 3.2.2. Độ nhám bề mặt và phƣơng pháp đánh giá 3.2.2.1. Độ nhám bề mặt Độ nhám bề mặt hay còn gọi là nhấp nhô tế vi là tập hợp tất cả những bề lồi, lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trong một phạm vi chiều dài chuẩn rất ngắn (l). Chiều dài chuẩn l là chiều dài dùng để đánh giá các thông số của độ nhám bề mặt (với l = 0,01 đến 25mm). Độ nhám bề mặt gia công đã được phóng đại lên nhiều lần thể hiện trên hình 3.2. Theo TCVN 2511 – 1995 thì nhám bề mặt được đánh giá thông qua bảy chỉ tiêu. Thông thường người ta thường sử dụng hai chỉ tiêu đó là Ra và Rz, trong đó: Hình 3.2: Độ nhám bề mặt - Ra: Sai lệch trung bình số học của prôfin là trung bình số học các giá trị tuyệt đối của sai lệch prôfin (y) trong khoảng chiều dài chuẩn. Sai lệch prôfin (y) là khoảng cách từ các điểm trên prôfin đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình. Đường trung bình m là đường chia prôfin bề mặt sao cho trong phạm vi chiều dài chuẩn l tổng diện tích ở hai phía của đường chuẩn bằng nhau. Ra được xác định bằng công thức: 10 1 1 . l n a x x i i R y d y l l     (3-1) - Rz: Chiều cao mấp mô prôfin theo mười điểm là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao năm đỉnh cao nhất và chiều sâu của năm đáy thấp nhất của prôfin trong khoảng chiều dài chuẩn. Rz được xác định theo công thức: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 5 5 1 1 5 pmi vmi i i z y y R       (3-2) Ngoài ra độ nhám bề mặt còn được đánh giá qua chiều cao nhấp nhô lớn nhất Rmax. Chiều cao nhấp nhô Rmax là khoảng cách giữa hai đỉnh cao nhất và thấp nhấ của độ nhám (prôfin bề mặt trong giới hạn chiều dài chuẩn l). Cũng theo TCVN 2511 – 1995 thì độ nhám bề mặt được chia thành 14 cấp, từ cấp 1 đến cấp 14 ứng với các giá trị Ra và Rz. Trị số nhám càng bé thì bề mặt càng nhẵn và ngược lại. Độ nhám bề mặt thấp nhất (hay độ nhẵn bề mặt cao nhất) ứng với cấp 14 (tương ứng với Ra  0,01 m và Rz  0,05 m). Việc chọn chỉ tiêu Ra hay Rz là tuỳ thuộc vào chất lượng yêu cầu của bể mặt. Chỉ tiêu Ra được gọi là thông số ưu tiên và được sử dụng phổ biến nhất do nó cho phép ta đánh giá chính xác hơn và thuận lợi hơn những bề mặt có yêu cầu nhám trung bình (độ nhám từ cấp 6 đến cấp 12). Đối với những bề mặt có độ nhám quá thô (độ nhám từ cấp 1 đến cấp 5) và rất tinh (cấp 13, cấp 14) thì dùng chỉ tiêu Rz sẽ cho ta khả năng đánh giá chính xác hơn khi dùng Ra (bảng 3.1). Bảng 3.1: Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt Cấp độ nhám bề mặt Loại Thông số nhám (m) Chiều dài chuẩn (mm) Ra Rz 1 - - từ 320 đến 160 8,0 2 - - < 160 – 80 3 - - < 80 – 40 4 - - < 40 – 20 2,5 5 - - < 20 – 10 6 a từ 2,5 đến 2,0 0,8 b < 2,0 – 1,6 c < 1,6 – 1,25 7 a < 1,25 – 1,00 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 b < 1,00 – 0,80 c < 0,80 – 0,63 8 a < 0,63 – 0,50 b < 0,50 – 0,40 c < 0,40 – 0,32 9 a < 0,32 – 0,25 0,25 b < 0,25 – 0,20 c < 0,20 – 0,16 10 a < 0,160 – 0,125 b < 0,125 – 0,100 c < 0,100 – 0,080 11 a < 0,080 – 0,063 b < 0,063 – 0,050 c < 0,050 – 0,040 12 a < 0,040 – 0,032 b < 0,032 – 0,025 c < 0,025 – 0,020 13 a từ 0,100 đến 0,080 0,08 b < 0,080 – 0,063 c < 0,063 – 0,050 14 a < 0,050 – 0,040 b < 0,040 – 0,032 c < 0,032 – 0,025 Trong thực tế sản xuất nhiều khi người ta đánh giá độ nhám theo các mức độ: thô (cấp 1  4), bán tinh (cấp 5  7), tinh (cấp 8  11) và siêu tinh (cấp 12  14). 3.2.2.2. Phƣơng pháp đánh giá độ nhám bề mặt Để đánh giá độ nhám bề mặt người ta thường dùng các phương pháp sau đây: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 a) Phƣơng pháp quang học (dùng kính hiển vi Linich). Phương pháp này đo được bề mặt có độ nhẵn bóng cao (độ nhám thấp) thường từ cấp 10 đến cấp 14. b) Phƣơng pháp đo độ nhám Ra, Rz, Rmax v.v… bằng máy đo prôfin. Phương pháp này sử dụng mũi dò để đo prôfin lớp bề mặt có cấp độ nhẵn tói cấp 11. Đây chính là phương pháp được tác giả sử dụng để đánh giá độ nhám bề mặt sau khi tiện cứng. Tuy nhiên đối với các bề mặt lỗ thường phải in bằng chất dẻo bề mặt chi tiết rồi mới đo bản in trên các máy đo độ nhám bề mặt. c) Phƣơng pháp so sánh, có thể so sánh theo hai cách - So sánh bằng mắt: Trong các phân xưởng sản xuất người ta mang vật mẫu so sánh với bề mặt gia công và kết luận xem bề mặt gia công đạt cấp độ bóng nào. Tuy nhiên phương pháp này chỉ cho phép xác định được cấp độ bóng từ cấp 3 đến cấp 7 và có độ chính xác thấp, phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người thực hiện. - So sánh bằng kính hiển vi quang học. 3.3. Thiết kế thí nghiệm. Mục đích: - Thông qua thực nghiệm khi tiến hành dùng dao phay cầu phủ TiAlN phay thép hợp kim CR12MOV (phay rãnh trên mặt phẳng) với các chế độ cắt khác nhau rồi đưa ra nhận xét và kết luận tương ứng. - Xác định giới hạn tuổi bền của dao theo các thông số chế độ cắt khác nhau. Từ đó đưa ra mối quan hệ giữa chúng. Các cơ sở sản xuất có thể dùng kết quả đó cho việc gia công với các điều kiện tương tự. - Mục tiêu của việc xây dựng thí nghiệm là nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thông số chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép CR12MOV. 3.3.1. Các giới hạn của thí nghiệm . - Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép CR12MOV. - Vận tốc cắt v = 50  110 (m/phút). Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 - Luượng chạy dao s = 0,1  0,3 (mm/răng). - Chiều sâu cắt không đổi t= 0,5 (mm). - Nghiên cứu tuổi bền của dao tại đỉnh của dao ứng với chiều sâu cắt t = 0,5. - Tổng hợp các nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công là ổn định. - Độ cứng của phôi ổn định trong suốt quá trình gia công khoảng 40 - 45 HRC. - Gia công tưới tràn với dung dịch Emusil: Mira EM40 5%. 3.3.2. Mô hình thí nghiệm 3.3.3. Mô hình toán học Mô hình toán học khi xác định tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV trong nghiên cứu này được lựa chọn trên cơ sở phương trình cơ bản tuổi bền của Taylor: n t V.T C Trong đó: - T là thời gian (phút) - V là vận tốc cắt (m/phút) - Ct là hằng số thực nghiệm Phương trình Taylor mở rộng bao gồm cả Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt được viết như sau phương trình (2 - 4), (2 – 5), (2 - 6) như sau: T = 2.1 A VA T = 2.3 A VA . 4AS . T = 2.5 A VA . 4AS . 6At Các mô hình toán học khai triển bậc nhất và bậc hai loga của tuổi bền dường như phù hợp hơn với các dữ liệu cho dao composite. Khác với các phương trình tổng quát (2- 3), (2- 4), (2-5), (2- 6) các mô hình toán học này hạn chế trong một Quá trình gia công Vận tốc cắt, bước tiến dao Tuổi bền của dụng cụ Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 giải với các điều kiện dùng để tạo nên các dữ liệu thực nghiệm. Trong trường hợp vận tốc cắt, lượng chạy dao chiều sâu cắt được sử dụng như là các thông số độc lập, mô hình toán học bậc nhất có dạng như sau: LnT = ao + a1lnV + a2lnS + a3lnt Đây là mô hình toán học được lựa chọn để xác định tuổi bền của dao. 3.3.4. Điều kiện thí nghiệm 3.3.4.1.Máy. Thực nghiệm được tiến hành tại 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 của Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Thái Nguyên Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy Thông số Đơn vị Kích thước 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 16 đầu dao BT 40 Kích thước tổng thể mm 3500 x 3020 x 2520 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 3.3.4.2. Dao. - Mảnh dao phay cầu phủ TiAlN hai lưỡi cắt ký hiệu VP15TF của hãng Mitsubishi -Nhật Bản có thông số như sau: + Độ cứng của mảnh dao 91.5 HRA + Độ bền nén 2.5 GPa + Đường kính mảnh dao: 10 mm + Chiều dài phần cắt: 8.5 mm + Số lưỡi cắt: z = 2. + Góc độ: Góc trước  = 0; góc sau  = 5 - Thân dao ký hiệu SRFH10S12M của hãng Mitsubishi - Nhật Bản có thông số như sau: + Đường kính chuôi dao: 12h6 mm + Chiều dài thân dao: 120 mm 3.3.4.3. Phôi. Thép hợp kim CR12MOV đã qua tạo hình dáng và tôi Độ cứng: 44 – 45 HRC Kích thước: 300 x 150 x 40 Thành phần hoá học: Bảng 3.3: Thành phần các nguyên tố hoá học thép CR12MOV. Nguyên tố hoá học C Si P Mn Cu V Cr Mo Hàm lượng % 1.57 0.29 0.020 0.25 0.19 0.19 11.46 0.44 3.3.4.4. Dụng cụ đo kiểm. Máy đo nhám bề mặt SJ 201 của Mitutoyo, kính hiển vi điện tử. 3.4. Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay cầu 10 phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV. 3.4.1. Nội dung:  Chuẩn bị trước khi gia công gồm: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72  Tạo phôi: Bao gồm việc xác định mác thép hợp kim CR12MOV, gia công chuẩn bị phôi, do độ cứng trước khi gia công.  Chuẩn bị đồ gá, phương tiện đo kiểm theo phương án gia công, chọn máy, lập phương trình gia công chi tiết trên máy trên máy CNC theo bộ thông số S, V, t dùng để khảo sát.  Tiến hành gia công và kiểm tra kết quả:  Dùng dao phay cầu 10 phủ TiAlN để gia công, quan sát, ghi chép kết quả.  Tiến hành đo lấy kết quả.  Sử lý số liệu sau gia công, rút ra kết luận tương ứng chỉ dẫn cần thiết, dùng làm tài liệu cho các nhà sản xuất có quan tâm về lĩnh vực này. 3.4.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm: Gọi x1, x2, x3 Là các biến tương đương vói các thông số: Vận tốc dài v, lượng chạy dao s, chiều sâu cắt t. Trên cơ sở các điều kiện biên, kết quả các thí nghiệm sơ bộ trước đó với chủ ý nhằm tìm ra chế độ cắt tối ưu với tuổi bền tối ưu khi gia công thép hợp kim CR12MOV bằng dao phay cầu phủ TiAlN. vimax = 110 (m/phút) simax = 0,3(mm/răng) vimin = 50 (m/phút) simin = 0,1 (mm/răng) Các yếu tố xi thực nghiệm là: Mức trên : xi (t) = x imax Mức dưới : xi (d) = x imin Mức cơ sở xi (0) = 1/2 (x i max + x i min) Khoảng biến thiên: i = 1/2( x i max - x i min) Bảng 3.4: Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v, s cho thực nghiệm: Các yếu tố x1 x2 Mức trên 110 0.3 Mức dưới 50 0.1 Mức cơ sở 80 0.2 Khoảng biến thiên 30 0.1 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 3.4.3. Thực nghiệm xác định tuổi bền: Trên cơ sở điều kiện thí nghiệm mô hình toán học được lựu chọn nhu sau: LnT = ao + a1lnv +a2lns (3- 1) Đặt: y = ln(T); x1 = ln(vi); x2 = ln(si); Ta sẽ được phương trình mới: y = a0 + a1 x1 + a2 x2 (3- 2) Dạng tổng quát: y = a0 + a1 x1 + a2 x2 +.........+ anxn (3- 3) Bài toán trở thành xác định hàm hồi quy thực nghiệm n biến số. Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu. Bố trí thí nghiệm sao cho có tính chất của ma trận trực giao cấp 1. Với thực nghiệm có hai biến đầu vào (chiều sâu cắt chon cố định t = 0,5 mm). Vì vậy số thí nghiệm cần làm là N = 22 = 4 thí nghiệm tại các đỉnh đơn hình đều và 2 thí nghiệm ở trung tâm, ta lập bảng quy hoạch và tiến hành làm thực nghiệm sau: Bảng 3.5: Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác định tuổi bền của dao. STT Biến thực nghiệm Tuổi bền x1 x2 n( v/p) s(mm/p) T (phút) 1 -1 -1 3652 731 7,2 2 +1 -1 7956 1591 4,5 3 -1 +1 3652 2191 5,2 4 +1 +1 7956 4774 4,0 5 0 0 5843 2337 6,0 6 0 0 5843 2337 6,1 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 Bảng 3.6: Bảng kết quả đo độ nhám theo phương chuyển động chạy dao với thời gian và chế độ cắt khác nhau. Thời gian (Phút) v = 50(m/p) s = 0,1(mm/răng) Thời gian (Phút) v = 110(m/p) s = 0,1(mm/răng) Ra(m) Rz(m) Ra(m) Rz(m) 0,5 1,12 4,17 0,5 0,76 2,15 1,5 1,21 4,29 1,5 0,85 2,57 3,0 1,36 4,57 2,5 0,98 3,02 5,0 1,78 5,27 3,0 1,12 3,67 6,0 1,85 6,89 3,5 1,29 4,43 7,0 2,18 7,45 4,0 1,48 5,74 7,2 2,31 8,12 4,5 1,86 7,08 7,5 3,35 13,06 4,8 3,32 13,54 Thời gian (Phút) v = 50(m/p) s = 0,3(mm/răng) Thời gian (Phút) (m) v = 110(m/p) s = 0,3(mm/răng) Ra(m) Rz(m) Ra(m) Rz(m) 0,5 5,67 24,76 0,5 1,67 7,79 1,0 5,76 25,17 1,0 1,85 8,37 2,0 6,03 25,75 2,0 2,09 9,74 3,0 6,31 26,21 2,5 2,45 11,07 4,5 6,78 27,56 3,0 2,84 13,11 5,0 7,15 28,71 3,5 3,68 15,21 5,2 8,09 29,87 4,0 5,39 17,28 5,5 13,12 37,68 4,1 8,74 25,75 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 Thời gian (Phút) v = 80(m/p) s = 0,2(mm/răng) Thời gian (Phút) V = 80(m/p) s = 0,2(mm/răng) Ra(m) Rz(m) Ra(m) Rz(m) 0,5 0,57 4,52 0,5 0,58 4,54 1,5 0,81 4,87 1,5 0,85 4,88 2,5 1,26 5,46 2,5 1,29 5,49 3,5 1,84 6,75 3,5 1,91 6,79 4,5 2,67 7,84 4,5 2,67 7,94 5,0 3,08 9,05 5,0 3,08 9,15 6,1 3,85 10,67 6,0 3,85 10,87 6,2 7,68 18,58 6,1 7,71 19,53 3.4.3.1. Tính các hệ số của phƣơng trình hồi quy Áp dụng tính chất của quy hoạch trực giao cấp 1 ta tính các hệ số theo công thức (3.16) [25]. Ta có: a0 =   N 1i i y N 1 = 4 1 (7,2 + 4,5 + 5,2 + 4,0) = 5,225 a0= 5,225 a1 =   N 1i i1i yx N 1 = 4 1 (-7,2+ 4,5 – 5,2 + 4,0) = -0,975 a1= -0,995 a2 =   N 1i i2i yx N 1 = 4 1 (=-7,2 - 4,5 + 5,2 + 4,0) = -0,625 a2= -0,625 Thay vào phương trình (3 - 2) ta được: yˆ = 5,225 – 0,975x1 - 0,625x2 (3 - 4) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 3.4.3.2. Kiểm định các tham số aj * Kiểm định aj = 0 (có nghĩa) Ta có 2 thí nghiệm lặp lại ở tâm với kết quả như sau: 1 0 y = 6,1; 2 0y = 6,0 0 y = 2 1 (6,1+ 6,0) = 6,15 Phương sai tái sinh s2ts 2 ts s =     n 1i 0 i 0 0 )yy( 1n 1 2 2 ts s =  22 )15,60,6()15,61,6( 12 1   = 0,005 sts= 005,0 = 0,071 2 ai s = 2 ts s {c -1 }jj sai= 4 071,0  N sts = 0,0355 tai = ai i s a ta0 = ai 0 s a = 0355,0 5,225 = 147,2 ta1 = ai 1 s a = 0355,0 0,975- = -27,5 ta2 = ai 2 s a = 0355,0 0,625  = -17,6 Ta chọn mức độ có nghĩa  = 0,05 cho các bảng thống kê. Với  = 0,05, bậc tự do n0 = 2 tra bảng Student ta được t = 9,31. So sánh |tai| đều lớn hơn t nên mọi ai đều có nghĩa. Do đó các hệ số của phương trình hồi quy (3 - 4) đều có nghĩa. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77   5625,0140625,0140625,0140625,00,1406252 dus 3.4.3.3. Kiểm định sự phù hợp của mô hình Sau khi xây dựng được mô hình yˆ , ta tính phương sai dư. 2 n 1i ii 2 du )yˆy( )1k(n 1 s      2 4 1 2 )ˆ( )12(4 1      i iidu yys 2 4 1 2 )ˆ(   i iidu yys Bảng 3.7. Bảng kết quả tính toán giá trị (yi- i yˆ ) 2 TT yi x1 x2 a0 a1 a2 i yˆ (yi- i yˆ ) 2 1 7,2 -1 -1 5,875 -0,975 -0,625 6,825 0,140625 2 4,5 1 -1 5,875 -0,975 -0,625 4,875 0,140625 3 5,2 -1 1 5,875 -0,975 -0,625 5,575 0,140625 4 4,0 1 1 5,875 -0,975 -0,625 3,625 0,140625 Ta có: 2 du s = 0,5625> 2 ts s = 0,0713 5,112 005,0 5625,0ˆ 2 2  ts du s s F Với bậc tử m1 = N - (k+1) =1 bậc mẫu n0 - 1 = 1 Chọn mức ý nghĩa  = 0,05, tra bảng Fisher ta được f = 4052  Fˆ < f. vậy mô hình là phù hợp. yˆ = 5,225 – 0,975x1 - 0,625x2 Thay vào ta được: T = e 5,225 .v -0,975 .s -0,625 ( phút) (3 - 5) Là phương trình hồi quy thực nghiệm. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 50 60 70 80 90 100 110 0.1 0.2 0.3 0 5 10 15 3.4.3.4. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa v, s và tuổi bền dao khi t = 0,5 mm Hình 3.3: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa vận tốc cắt v, lượng chạy dao s với tuổi bền của dao phay cầu 10 phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC khi chiều sâu cắt không đổi t = 0,5 mm. 3.4.3.5. Một số hình ảnh chụp phôi, lƣỡi cắt của dao khi gia công. Hình 3.4. Hình ảnh đỉnh dao khi chưa gia công T u o i b e n T ( p h u t) Van toc cat v(m/ph) Luong chay dao s (mm/r) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 Hình 3.5. a. Hình ảnh đỉnh dao sau 3 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), s = 0,1(mm/ răng) Hình 3.5.b. Hình ảnh đỉnh dao sau 6,0 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), s = 0,1(mm/ răng) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 Hình 3.6.a. Hình ảnh đỉnh dao sau 3,5 phút khi g