Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt, góc ghiêng của bề mặt gia công đến tuổi bền của dao phay đầu cầu phủ tiain khi gia công khuôn thép r12mov qua tôi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ************ BÙI ĐỨC HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT, GÓC GHIÊNG CỦA BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY ĐẦU CẦU PHỦ TIAIN KHI GIA CÔNG KHUÔN THÉP R12MOV QUA TÔI CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HD KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN Thái Nguyên – 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc ********** THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT, GÓC GHIÊNG CỦA BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY ĐẦU CẦU PHỦ TIAIN KHI GIA CÔNG KHUÔN THÉP R12MOV QUA TÔI NGƯỜI HD KHOA HỌC : PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN HỌC VIÊN : BÙI ĐỨC HÙNG LỚP : CHK10 CHUYÊN NGÀNH : CHẾ TẠO MÁY MÃ NGÀNH : 111207CTM007 NGÀY GIAO ĐỀ TÀI : NGÀY HOÀN THÀNH : KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN Thái Nguyên – 2009 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 13 1. Tính cấp thiết của đề tài 13 2. Mục đích nghiên cứu 13 3. Đối tƣợng nghiên cứu 14 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 15 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 6. Phƣơng pháp nghiên cứu 15 15 CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ DAO PHAY CẦU 18 1.1. Ứng dụng của dao phay cầu. 18 1.2. Sự hình thành bề mặt gia công và thông số hình học của dao phay cầu 19 1.2.1. Sự hình thành bề mặt gia công. 21 1.2.2. Các bề mặt hình thành trên phần cắt của dao phay cầu. 23 1.3. Các yếu tố cắt của dao phay cầu 1.3.1. Chiều sâu cắt ap 25 1.3.2. Lƣợng chạy dao S. 1.3.3. Vận tốc cắt khi phay 25 1.3.4.Ảnh hƣởng góc nghiêng θy của phôi đến điều kiện cắt gọt của dao phay cầu. 27 1.3.5. Chiều dày cắt. 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 4 1.3.6. Chiều rộng cắt. 31 1.3.7. Sự hình thành phoi và thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu 32 1.4. Các dạng dao phay cầu 1.4.1. Dao phay cầu liền khối 1.4.2. Dao phay cầu liền khối không phủ 34 1.4.3. Dao phay cầu liền khối phủ 1.4.4. Dao cầu ghép mảnh 35 1.5. Kết luận chƣơng 1 36 CHƢƠNG 2: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT GỌT BẰNG DỤNG CỤ PHỦ 2.1. Đặc điểm của dụng cụ cắt phủ. 38 2.2. Ma sát và mòn của dụng cụ phủ. 2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ 40 2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ. 41 2.3. Độ mòn dao. 42 2.3.1. Các dạng mòn của dụng cụ cắt 43 a. Mòn mặt sau 44 b. Mòn mặt trƣớc 44 c. Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau 44 c. Cùn lƣỡi cắt 44 2.3.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 45 a. Mòn do cào xƣớc 46 b. Mòn do dính 46 c. Mòn do hạt mài 47 d. Mòn do khuếch tán 47 e. Mòn do ôxy hoá 48 f. Mòn do nhiệt 49 2.3.3. Mòn của dụng cụ phủ bay hơi 49 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 2.3.4. Cách xác định mòn dụng cụ cắt 50 2.3.5. Ảnh hƣởng của mòn dụng cụ đến chất lƣợng bề mặt gia công 52 2.3.6. Mòn của dao phay cầu phủ 2.4. Tuổi bền dụng cụ cắt 2.4.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 52 2.4.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 2.4.2.1. Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dụng cụ cắt 54 2.4.2.2. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ 54 2.5 Phƣơng pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 56 2.6. Tuổi bền của dao phay cầu phủ 58 2.7. Kết Luận chƣơng 2 59 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ,GÓC NGHIÊNG BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY CẦU 10 PHỦ TiAlN KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM CR12MOV 60 3.1. Sơ lƣợc về thép hợp kim 60 3.2. Cơ sở xác định tuổi bền của dao bằng thực nghiệm. 61 3.2.1. Lựa chọn chỉ tiêu xác định tuổi bền của dao 62 3.2.2. Độ nhám bề mặt và phƣơng pháp đánh giá 62 3.2.2.1. Độ nhám bề mặt 62 3.2.2.2. Phƣơng pháp đánh giá độ nhám bề mặt 65 3.3. Thiết kế thí nghiệm. 66 3.3.1. Các giới hạn của thí nghiệm 66 3.3.2. Mô hình thí nghiệm 67 3.3.3. Mô hình toán học 67 3.3.4. Điều kiện thí nghiệm 68 3.3.4.1.Máy. 68 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 3.3.4.2. Dao. 69 3.3.4.3. Phôi. 69 3.3.4.4. Dụng cụ đo kiểm. 69 3.4. Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay cầu 10 phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV. 69 3.4.1. Nội dung: 69 3.4.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm: 69 3.4.3. Thực nghiệm xác định tuổi bền: 71 3.4.3.1. Tính các hệ số của phƣơng trình hồi quy 74 3.4.3.2. Kiểm định các tham số aj 74 3.4.3.3. Kiểm định sự phù hợp của mô hình 76 3.4.3.4 .Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa v, s và tuổi bền dao khi t = 0,5 mm 77 3.4.3.5. Một số hình ảnh chụp lƣỡi cắt của dao khi gia công. 78 3.4.3.6. Phân tích kết quả thí nghiệm. 82 3.5. Kết luận chương 3 82 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 84 4.1. Kết luận 84 4.2. Một số kiến nghị. 84 Tài liệu tham khảo 86 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 3.1 Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt 64 2 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy 68 3 Bảng 3.3 Thành phần các nguyên tố hoá học thép CR12MOV 69 4 Bảng 3.4 Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v,s cho thực nghiệm 71 5 Bảng 3.5 Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác định tuổi bền của dao 72 6 Bảng 3.6 Bảng kết quả đo độ nhám theo thời gian và chế độ cắt 72 7 Bảng 3.7 Bảng kết quả tính toán giá trị (yi- i yˆ ) 2 76 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 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP TT Hình Nội dung Trang 1 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý gia công bằng siêu âm có hạt mài. 18 2 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý gia công bằng điện hoá 19 3 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công bằng xung điện. 19 4 Hình 1.4 Phƣơng dịch chuyển dao khi phay mặt cong bằng dao phay cầu. 20 5 Hình 1.5 Gia công khuôn mẫu bằng dao phay cầu trên máy CNC. 21 6 Hình 1.6 Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu 22 7 Hình 1.7 Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu 22 8 Hình 1.8 Các bề mặt đƣợc hình thành trên phần cắt của dao phay cầu 24 9 Hình 1.9 Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu 24 10 Hình 1.10 Thông số tính vận tốc cắt của dao phay cầu 26 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 11 Hình 1.11 Vị trí lực cắt tác dụng vào dao. 27 12 Hình 1.12.a Phƣơng thức chuyển dao khi phay bằng dao phay cầu chuyển dao từ dƣới lên. 28 13 Hình 1.12.b Phƣơng thức chuyển dao khi phay bằng dao phay cầu chuyển dao từ trên xuống. 28 15 Hình 1.13.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 ) 29 16 Hình 1.13.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 ) 30 17 Hình 1.14 Biểu diễn lớp cắt sau mỗi lần chạy dao 31 18 Hình 1.15 Chiều rộng lớp cắt. 32 19 Hình 1.16 Cơ chế tạo phoi 33 20 Hình 1.17 Thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu 33 21 Hình 1.18 Tiết diện của phoi phụ thuộc vào góc  34 22 Hình 1.19 Hình ảnh của phoi khi không có biến dạng 34 23 Hình 1.20 Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu phủ ký kiệu BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản [6]. 35 24 Hình 1.21 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 [7]. 36 25 Hình 2.1 Phủ bằng phƣơng pháp CVD nhiều lớp lên dụng cụ cắt hợp kim cứng. 40 26 Hình 2.3 Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Mamin. 41 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 27 Hình 2.3 Hình 2.4 Mòn mặt sau Mòn mặt trƣớc 44 28 Hình 2.5 Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau 44 29 Hình 2.6 Cùn lƣỡi cắt 44 30 Hình 2.7 Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục 46 31 Hình 2.8 Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt gián đoạn 48 32 Hình 2.9 Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trƣớc của dụng cụ thép gió phủ TiN 49 33 Hình 2.10 Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng với thể tích, trong đó V tính bằng m/ph; t1 tính bằng mm/vg. 50 34 Hình 2.11 Các thông số đặc trƣng cho mòn mặt trƣớc và mặt sau – ISO3685 51 34 Hình 2.12 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]. 54 35 Hình 2.13 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. 55 36 Hình 2.14 (a) Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt dao tiện dùng để phay thép các bon tôi 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 11 cải thiện. 37 Hình 2.14 (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. 56 38 Hình 2.15 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 57 39 Hình 2.16 Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 57 40 Hình 2.17 Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 58 41 Hình 3.1 Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lƣợng mòn và thời gian 62 42 Hình 3.2 Độ nhám bề mặt 63 43 Hình 3.3 Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa vận tốc cắt v, góc nghiêng phôi θy 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. 77 44 Hình 3.4 Máy phay CNC-VMC-85S 78 45 Hình 3.5 Máy đo độ nhám SJ.201 79 46 Hình 3.6 Hình ảnh phôi đang gia công 79 47 Hình 3.6.a Hình ảnh mặt sau của dao sau 6,4 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), θy=10 0 79 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 47 Hình 3.6.b Hình ảnh mặt sau của dao sau 9,2 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), θy=10 0 80 48 Hình 3.6.c Hình ảnh mặt sau của dao sau 14,5 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), θy=75 0 80 49 Hình 3.6.d Hình ảnh mặt sau của dao sau 16,2 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), θy=75 0 81 50 Hình 3.6.e Hình ảnh mặt sau của dao sau 21,4 phút khi gia công với v = 80 (m/phút), θy=42,5 0 81 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 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Phay cứng là gia công các chi tiết đã qua tôi (thường là thép hợp kim) có độ cứng cao khoảng 40 ÷ 45 HRC. Đây là chi tiết làm việc trong điều kiện chịu ma sát, chịu mài mòn cao. Phương pháp này có thể sử dụng để thay thế một số phương pháp gia công khác như mài, gia công bằng xung điện. . . Khi chi tiết có hình dạng tương đối phức tạp. Phay cứng cho năng xuất cao hơn với vốn đầu tư ban đầu thấp hơn nhiều, vật liệu thường sử dụng làm dao phay cứng là các vật liệu phun phủ như: TiN, TiAlN, CBN...với vật liệu nền là thép gió hoặc hợp kim cứng để làm tăng khả năng cắt gọt của chúng, được nghiên cứu và chế tạo nhiều chủng loại dụng cụ cắt có nhiều tính năng ưu việt góp phần nâng cao năng xuất cắt gọt. 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. Ngày nay nền kinh tế đang trên đà tăng trưởng mạnh. Hệ thống các máy công cụ CNC 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 những loại vật liệu thường dùng. Thực tế việc gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi cứng 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 trên các loại khuôn dập, khuôn ép nhựa...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. Vì vậy sử dụng dao phay cầu để gia công tinh khuôn thép CR12MOV qua tôi là một giải pháp tối ưu. Nhưng quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất phức tạp trên các cung nối tiếp vì lưỡi cắt của dao phay cầu được bố trí trên 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 14 cầu. Trong đó có thể nhận thấy rằng trên toàn bộ biên dạng lưỡi cắt có điều kiện cắt gọt, cơ chế cắt gọt ở các vị trí trên lưỡi cắt cũng khác nhau. Các vị trí đó phụ thuộc vào góc nghiêng của phôi, độ mòn dao diễn ra khác nhau dẫn đến tuổi bền trên lưỡi cắt khác nhau. Hiện nay dao phay cầu đã được một số nhà nghiên cứu trong và ngoài nước quan tâm nhằm nâng cao khả năng sử dụng của dao phay cầu như: Nghiên cứu ảnh hưởng bước tiến đến sự hình thành phoi của dao phay cầu gia công trên máy phay CNC [7]. Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng đến chất lượng bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu [8]. Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình học của dao phay cầu đến độ nhám bề mặt khi gia công thép [9]. Nghiên cứu ảnh hưởng của lực cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiN khi gia công thép CR12MOV [10]. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép CR12MOV [11]... Tuy nhiên ảnh hưởng chế độ cắt và góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công vật liệu CR12MOV qua tôi chưa có tài liệu nói đến. 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 CR12MOV đó là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt, góc nghiêng của bề mặt gia công đến tuổi bền của dao phay đầu cầu phủ TiAlN khi gia công khuôn thép CR12MOV qua tôi” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục đích nghiên cứu Đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt và góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi. Trên cơ sở đó đưa ra chế độ cắt một cách hợp lý. 3. Đối tượng nghiên cứu Xác định mối quan hệ giữa chế độ cắt và góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN. Vật liệu gia công là thép hợp kim CR12MOV. Dao phay đầu cầu Ø10 phủ TiAlN hãng MITSUBISHI - Nhật Bản Bề mặt gia công là mặt định hình. 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 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 Xây dựng được quan hệ giữa các thông số của chế độ cắt, góc nghiêng của phôi với tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi cắt trên toàn biên dạng dao để gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 ÷ 45 HRC dưới 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 lựa chọn bộ thông số v, θy với t = 0,5 mm và s = 0.2 mm/răng khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 ÷ 45 HRC bằng dao phay cầu phủ TiAlN trong những điều kiện gia công 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 18 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ PHAY BẰNG DAO PHAY CẦU 1.1. Ứng dụng của dao phay cầu Bề mặt của khuôn mẫu thường là những mặt cong phức tạp. Bề mặt gia công 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 siêu âm (hình 1.1), gia công bằng điện hoá (hình 1.2), gia công bằng xung điện (hình 1.3) [11]. Những phương pháp gia công này tồn tại một số nhược điểm như: Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý gia công bằng siêu âm. Rung động siêu âm Tải trọng tĩnh Hạt mài Phôi Dụng cụ Dung dịch sệt chứa hạt mài 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 Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý gia công bằng điện hoá Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công bằng xung điện. - Giá thành đầu tư cao. - Năng suất gia công thấp dẫn đến giá thành của chi tiết gia công cao. Dung dịch điện phân Dụng cụ Phôi Dụng cụ Phôi Dụng cụ (katốt) Dung dịch điện môi Dung dịch bị ôxy hoá Phôi (anốt) 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 Hình 1.4. Phương dịch chuyển dao khi phay mặt cong bằng dao phay cầu. Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và lĩnh vực dụng cụ cắt kim loại nói riêng. Xuất hiện nhiều loại vật liệu dụng cụ cắt mới và khả năng ứng dụng của chúng trên 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 cắt có khả năng cắt với tốc độ cao, chất lượng và hiệu quả gia công cao hơn đã góp phần tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành cơ khí. Hình 1.5. Gia công khuôn mẫu bằng dao phay cầu trên máy CNC. Hướng cắt ngang Hướng cắt dọc 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 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 1.4. 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 bề mặt gia công sẽ còn một dải kim loại không cắt được tạo nên giữa hai đường chuyển dao (hình 1.6) 1.2. Sự hình thành bề mặt gia công và thông số hình học của dao phay cầu. 1.2.1. Sự hình thành bề mặt gia công. Khi phay bằng dao phay cầu trên máy phay CNC quá trình cắt diễn ra là rất phức tạp và khó khăn việc xác định được mô hinh cắt gọt rất cần thiết. Vì vậy để thể hiện rõ các bề mặt được hình thành người ta xây dựng trên mô hình 3D-CAD. Quá trình cắt khi gia công bề mặt cong góc nghiêng của phôi thay đổi và chiều rộng của lưỡi cắt cũng thay đổi theo. 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. Bề mặt gia công được hình thành như (hình 1.7) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 ae h t h De/2 R D ap Hình 1.6. Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu 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 1.7) Hình 1.7. Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu 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 23 Khi đó đường kính của dao phay sẽ thay đổi trong quá trình làm việc tại các vị trí cắt diện tích lớp phoi sẽ thay đổi phụ thuộc vào đường kính, góc nghiêng phôi và bước tiến của dao. Đường kính gia công của dao được tính theo công thức: De = 2. )( pp aDa  (1 - 1) Chiều cao nhấp nhô bề mặt phụ thuộc vào bán kính dao và lượng dịch dao ngang để lại được tính theo công thức: hth = R - 2 4 22 eaR  (1 - 2) Trong đó: ap là chiều sâu cắt. 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 (1-2) 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 1.2.2. Các bề mặt hình thành trên phần cắt của dao phay cầu. Hiện nay có rất nhiều loại dụng cụ cắt. Chúng có hình dáng kết cấu khác nhau. Nhưng nói chung kết cấu phần cắt của chúng đều được hình thành theo những quy luật chung. Có thể nói bất kỳ dụng cụ cắt có kết cấu phức tạp đến mức độ nào phần cắt của chúng cũng đều có kết cấu cơ bản giống như dao tiện ngoài. Mỗi răng của chúng được coi như một con dao tiện ngoài. Đối với dao phay cầu lưỡi cắt cũng được hình thành bởi mặt trước và mặt sau của dao như hình vẽ 1.8 [12] 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 N MPCB MPCG  N'N' MPCGMPCB N    Để khảo sát chúng ta gắn hệ toạ độ đề các oxyz trên phần đỉnh của mũi dao. Trục x theo phương nằm ngang // bàn máy dọc. Trục y theo phương nằm ngang // bàn máy ngang. Trục Z theo phương thẳng đứng // với trục dao. Hình 1.8. Các bề mặt được hình thành trên phần cắt của dao phay cầu Góc trước và góc sau của dao phay cầu phủ thường được chọn như sau: [5]  = 0o 5o;  = 3o 7o Hình 1.9. Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu Lưỡi cắt Mặt sau Lưỡi cắt Mặt trước Mặt sau 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 1.3. Các yếu tố cắt của dao phay cầu 1.3.1. Chiều sâu cắt ap Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công với bề mặt chưa gia công đo theo phương vuông góc với bề mặt đã gia công sau một lát cắt. 1.3.2. Lƣợng chạy dao S. Lượng chạy dao răng Sz (mm/răng): Là lượng chạy dao xác định khi dao quay được một góc răng. Lượng chạy dao vòng Sv (mm/vòng): Là lượng chạy dao xác định sau khi dao quay được một vòng. Lượng chạy dao phút Sph (mm/phút): Là lượng chạy dao xác định trong một phút. Giữa chúng có quan hệ như sau: Sv= Z . Sz Sph =n . Sv = n . Z . Sz 1.3.3. 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 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 1.10.  Với kiểu cắt dùng lưỡi 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 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 1.10. Thông số tính vận tốc cắt của dao phay cầu. n là số vòng quay của dao (vòng/ph)  = 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 27 1.3.4.Ảnh hƣởng góc nghiêng θy của phôi đến điều kiện cắt gọt của dao phay cầu. Góc nghiêng của phôi ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi bền của dao phay cầu khi gia công các bề mặt phức tạp vị trí của điểm bắt đầu vào cắt cũng đóng một vai trò rất quan trọng bởi vì khi đầu dao tiến vào cắt tiếp xúc với bề mặt nghiêng của phôi lực cắt tăng lớn nhất dẫn đến chất lượng bề mặt tại vị trí đó giảm. Dao phay cầu được dùng để gia công các bề mặt cong phức tạp. 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 của khu vực này vào quá trình cắt gọt. Hình 1.11. Vị trí lực cắt tác dụng vào dao. Dao cắt Lưỡi cắt Lưỡi cắt Mặt cơ sở Phôi 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 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 1.12. 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 Hình 1.12. Phương thức chuyển dao khi phay bằng dao phay cầu 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 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 1.13. (a), (b). [7] Khi góc nghiêng θy thay đổi dẫn đến sự thay đổi của hệ số co rút phoi phức tạp. khi tăng góc θy chiều dày cắt tăng lên hệ số co rút phoi giảm, nhưng khi tăng vượt quá giá trị 60o ÷ 70o thì hệ số co rút phoi tăng lên vì chiều dày của lưỡi cắt tham gia làm việc tăng lên. Ngoài ra chiều dày cắt lúc này thay đổi dọc theo đoạn cong của lưỡi cắt và có giá tri nhỏ hơn chiều dày cắt so với lưỡi cắt là thẳng do đó phoi sẽ biến dạng nhiều hơn được thể hiện dưới hình vẽ sau: Hình 1.13. (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 30 Hình 1.13. (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 hình vẽ trên càng khẳng định rằng sự thay đổi tốc cắt dẫn đến tuổi bền của dao thay đổi phụ thuộc vào góc nghiêng θy của phôi.Như vậy góc nghiêng θy ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hình thành phoi và tuổi bền của dao, 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 theo góc nghiêng của phôi để xác chế độ cắt hợp lí cũng là một nhiệm vụ cần thiết khi nghiên cứu tuổi thọ của dao phay cầu. Như vậy có thể kết luận rằng bề mặt gia công nghiêng cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của dao. 1.3.5. Chiều dày cắt. 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 31 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay cầu là khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp của quỹ đạo chuyển động cắt tương đối của một điểm trên lưỡi cắt đo theo phương vuông góc với lưỡi cắt chính ứng với lượng chạy dao răng Sz. Vì quỹ đạo chuyển động cắt tương đối là đường tròn nên chiều chiều dày cắt khi phay được đo theo phương hướng kính của dao. Hình 1.14. Biểu diễn lớp cắt sau mỗi lần chạy dao 1.3.6. Chiều rộng cắt. Chiều rộng cắt là khoảng cách giữa bề mặt chưa gia công với bề mặt đã gia công đo theo lưỡi cắt. Chiều rộng cắt chính là chiều dài của đoạn lưỡi cắt tham gia cắt hay là chiều dài đoạn tiếp xúc giữa lưỡi cắt với bề mặt đang gia công. Mặt cắt A-A 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 Trên hình vẽ thể hiện chiều rộng phay bằng dao phay cầu chính là chiều dài cung BD. Hình 1.15. Chiều rộng lớp cắt. 1.3.7. 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 1.16 [7]. 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 Biên dạng phoi Phôi nd Hướng tiến 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 33 ae/2 ae ae h th f z De X Y De/2 R D Z a p  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 1.17. Hình 1.16. Cơ chế tạo phoi Điểm mũi dao Mặt phẳng Mặt cầu Mặt Trụ 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 Hình 1.17. Thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu (không biến dạng) Hình 1.18. Tiết diện của phoi phụ thuộc vào góc  Hình 1.19. Hình ảnh của phoi khi không có biến dạng Từ các hình ảnh của phoi chúng ta nhận thấy biên dang phoi ở vị trí góc nghiêng phôi khác nhau có tiết diện khác nhau. Có thể khẳng định rằng với góc nghiêng nhỏ quá trình cắt gọt khó khăn dẫn đến tuổi bền của dao giảm. Để làm sáng tỏ điều này khi làm thí nghiệm tác giả cho biến là góc nghiêng phôi thay đổi và đưa ra được thông số công nghệ với chế độ cắt tối ưu khi gia công trên máy CNC. 1.4. Các dạng dao phay cầu 1.4.1. 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. 1.4.2. 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 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 độ cứng thấp như đồng, thép chưa tôi, nhôm hợp kim… hoặc được làm từ vật liệu phi kim loại như nhựa cứng, gỗ… 1.4.3. 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. Hình 1.20. Hình dạng - kích thước chế tạo của dao phay cầu phủ ký kiệu BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản [6]. 1.4.4. 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 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 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 những 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 1.21) Hình 1.21. 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]. 1.5. Kết luận chƣơng 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 37  Dao phay cầu là một dụng cắt có tính ứng dụng cao trong việc gia công các mặt cong phức tạp trên máy phay CNC.  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 - 2).  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 từng điểm cắt của lưỡi cắt  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.  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.  Tuổi bền của dao phay cầu phụ thuộc vào góc nghiêng của phôi. 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 CHƢƠNG 2: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT GỌT BẰNG DỤNG CỤ PHỦ 2.1. Đặc điểm của dụng cụ cắt phủ. Để nâng cao hơn nữa chất lượng lớp bề mặt, khả năng cắt gọt cho các loại dụng cụ cắt thông thường như thép gió hoặc hợp kim cứng, hiện nay người ta phủ lên bề mặt của dụng cụ cắt có vật liệu nền là vật liệu truyền thống (Thép gió, hợp kim cứng) một hoặc nhiều lớp vật liệu có độ cứng rất cao, độ chịu mài mòn tốt, độ bền nhiệt cao, hệ số dẫn nhiệt thấp và có khả năng bám dính với vật liệu nền như:TiN, TiAlN, TiC, Al2O3, CBN..., có thể lên tới 10 lớp mỗi lớp dày 0.2 μm với thành phần khác nhau có giá trị sử dụng cao nhằm: - Cải thiện tính chất ma sát, nâng cao khả năng chống mài mòn. - Có độ cứng bề mặt, độ chịu nhiệt, độ chịu mài mòn được nâng cao rất nhiều so với vật liệu nền. - Có tính trơ hoá học rất tốt với vật liệu gia công (giảm mòn do khuyếch tán ở nhiệt độ cao) - Đa số vật liệu phủ có hệ số dẫn nhiệt thấp do đó độ cứng, độ bền của vật liệu nền được giữ trong quá trình gia công. - Hệ số ma sát nhỏ với vật liệu của chi tiết gia công làm giảm lực cắt, nhiệt cắt. - Giảm hiện tượng lẹo dao => chất lượng gia công cao. - Dụng cụ cắt phủ cho tốc độ cắt rất cao và tuổi bền có thể tăng gấp 10 lần so với dụng cắt không phủ. Thông thường vật liệu nền là thép gió hoặc hợp kim cứng còn vật liệu phủ là: TiN, TiAlN, TiC, Al2O3, CBN... - TiN là vật liệu thông dụng nhất để phủ dụng cụ cắt. Lớp phủ có độ cứng cao, độ bền nhiệt cao. Lớp phủ có màu vàng, độ cứng tế vi 2000 ÷ 2500kg/mm2, tính trơ hoá học cao, hệ số ma sát với vật liệu chi tiết gia công thấp, dính bám tốt với vật liệu nền là hợp kim cứng hay thép gió... 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 - CBN là vật liệu phủ có độ cứng, độ chịu mài mòn, tính dẫn nhiệt cao, tính trơ hoá học cao. - Vật liệu phủ các bít: TiC, WC, CrC có khả năng chịu mài mòn rất cao, dính bám tốt với vật liệu nền, sử dụng rất tốt khi gia công vật liệu có tính mài mòn cao. - Vật liệu phủ Ceramic Al2O3. Có khả nămg chịu nhiệt rất cao, tính trơ hoá học tốt, độ cứng và khả năng chịu mài mòn rất cao. Tuy nhiên có nhược điểm là liên kết yếu với vật liệu nền vì nó rất bền vững. - Phủ kim cương có thể phủ một lớp mỏng lên vật liệu nền thông thường là hợp kim cứng bằng phương pháp phủ CVD hoặc PVD. Kim cương có độ cứng rất cao, hệ số ma sát thấp. Dụng cụ cắt phủ kim cương có hiệu quả đặc biệt trong gia công những vật liệu có tính mài mòn cao ( thép có thành phần silic), vật liệu composit cốt sợi kim loại. - Phủ Titan cacbon nitrit (TiCN) có thêm phần tử các bon trong mạng, vì vậy so với TiN, TiCN có độ cứng cao hơn. Hiệu quả tốt khi gia công thép chịu nhiệt, thép không gỉ. - Phủ Titan Aluminium nitrit (TiAlN) có độ cứng cao và hệ số ma sát thấp tính dẫn nhiệt rất thấp do đó dụng cụ cắt có lớp phủ bằng TiAlN có thể làm việc với tốc độ cắt cao hơn từ 20 ÷ 52% so với dụng cụ cắt có lớp phủ TiN. - Phủ nhiều lớp: Những đặc điểm của lớp phủ kể trên có thể được tổ hợp và tối ưu bằng cách phủ nhiều pha. + Lớp đầu tiên phải dính kết tốt với vật liệu nền (TiC). + Lớp ngoài cùng có khả năng chịu mài mòn tốt, hệ số dẫn nhiệt thấp (TiN). + Các lớp trung gian phải có khả năng liên kết tốt với các vật liệu phủ. + Các lớp phủ phải có hệ số dãn nở nhiệt tương đối giống nhau, nếu không sẽ ảnh hưởng xấu tới tính chất của lớp phủ dưới tác động của nhiệt cắt ( Xuất hiện ứng suất dư, bong tróc các lớp phủ...) 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 Hình 2.1: Phủ bằng phương pháp CVD nhiều lớp lên dụng cụ cắt hợp kim cứng 2.2. Ma sát và mòn của dụng cụ phủ. 2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ Ma sát giữa vật liệu dụng cụ phủ và vật liệu chi tiết gia công được quan tâm rất nhiều. Ma sát trong cắt kim loại là ma sát trượt tuy nhiên đặc điểm của tương tác ma sát khác hẳn với ma sát thông thường trong kỹ thuật là lực ma sát phụ thuộc vào áp lực pháp tuyến theo công thức Fm= f.N Hệ số ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc phụ thuộc vào ứng suất pháp tuyến tại chỗ tiếp xúc hay tỷ số giữa diện tích tiếp xúc thực và diện tích tiếp xúc danh nghĩa Ar/A Kết quả nghiên cứu của Shaw, Ber và Bamin [4] chỉ ra sụ phụ thuộc này trên hình vẽ với 3 vùng ma sát. Vùng I tương ứng với tiếp xúc mà Ar<<A là vùng mà định luật ma sát trượt khô của Amonton nghiệm đúng nghĩa là f = τ/σ =const. Vùng III là vùng dưới tác dụng của ứng suất cắt tới hạn vật liệu vẫn không bị phá huỷ (không thấy vết nứt tế vi trong lòng vật liệu) khi này Ar/A=1 và τ độc lập vớiσ. Vùng II là vùng chuyển tiếp giữa vùng I và vùng III. Trong vùng II hệ số ma sát f giảm khi tăng tải trọng pháp tuyến. Vùng II là vùng tương tác ma sát giữa VLGC và VLDC trên các bề mặt của dụng cụ trong cắt kim loại.Theo Phan Quang Thế [3] đã chỉ ra mô hình ba vùng tiếp xúc ma sát trên mặt trước khi tiện vật liệu mềm bằng dao saphia và tiện thép các bon trung bình bằng dao thép gió phủ PVD- 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 TiN. Theo mô hình này thì nhiệt độ cao xuất hiện trên mặt trước thuộc vùng 3 là vùng phoi trượt trên mặt trước và mòn mặt trước bắt đầu phát triển từ vùng này. Đây là vùng vật liệu gia công dính nhiều nhất trên mặt trước của dụng cụ phủ PVD sau khi lớp một phần lớp phủ bị phá vỡ. τ o σ Hình 2.2. Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Mamin. 2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ. 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 Vùng II với Ar<A Vùng III với Ar<<A Vùng III với Ar=A Định luật Amontons về ma sát trượt khô 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 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 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]. 2.3. Độ mòn dao. Độ mòn dao là đại lượng xuất hiện trong quá trình cắt khi phay. Độ mòn của dao ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của chi tiết gia công. Khi dao mòn lưỡi cắt thường bị vê tròn dẫn đến cơ chế quá trình cắt bị ảnh hưởng, lớp bề mặt bị biến dạng nhiều hơn, do đó không chỉ chiều chiều cao nhấp nhô của lớp bề mặt mà cơ tính lớp bề mặt cũng thay đổi. Điều này làm cho lực cắt trong quá trình gia công thay đổi gây ra rung động nhiều hơn, các rung động này lại ảnh hưởng ngược lại đến lực cắt và nhiệt cắt. Vì vậy để đánh gia độ mòn dao thông qua việc xác định chất lượng lớp bề mặt chi tiết gia công.Thông thường khi gia công, chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt thay đổi đột ngột thì cần phải thay đổi dụng cụ gia công. Do đó 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 phải mô hình hoá quá trình mòn khi phay,việc xây dựng mô hình quá trình mòn dao khi phay chẳng những xây dựng được cơ sở cho việc giải bài toán tối ưu khi phay mà còn làm sáng tỏ các vấn đề liên quan đến việc tự điều chỉnh dao và thay dao tự động thông qua tuổi bền của dao. 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. 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. 2.3.1. Các dạng mòn 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 44 a. Mòn mặt sau: (hình 2.3) 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 2.3. Mòn mặt sau b. Mòn mặt trƣớc: (hình 2.4). 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 2.4. Mòn mặt trước c. Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau: (hình 2.5). 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 2.5. Mòn đồng thời mặt trước và mặt sau d. Cùn lƣỡi cắt: (hình 2.6) Ở dạng dụng cụ bị mòn dọc theo lưỡi cắt, tạo thành cung hình trụ. Bán kính  của cung đó Hình 2.6. Cùn lưỡi 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 45 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. Cơ chế mòn của dao rất phức tạp và chúng có thể bị mài mòn theo các cơ chế sau đây: 2.3.2. 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 không liên tục [4].. Hình 2.7, 2.8. thể hiện mối quan hệ giữa vận tốc cắt và cơ chế mòn khi cắt liên tục và gián đoạn. Hình 2.7. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục 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 Hình 2.8. 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. 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. 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 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. 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 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 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. 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 ôxits 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. 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 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. 2.3.3. 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 độ cao phát triển và làm giảm độ cứng của nền. Quá trình gẫy vỡ sẩy ra theo 3 giai đoạn như hình 2.9. Hình 2.9. 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 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 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]. 2.3.4. 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 2.10. Hình 2.10. 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 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 51 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. 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 2.11. Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau – ISO3685 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 Các kích thước dùng để xác định mòn chỉ ra trên hình 2.11. 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. 2.3.5. 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]. 2.3.6. 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 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, góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi”. Để tăng hiệu quả sử dụng dao trong sản xuất. 2.4. Tuổi bền dụng cụ cắt 2.4.1. 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 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 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) 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. 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 2.4.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 2.4.2.1. 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 2.12. 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. Hình 2.12. 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. 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 2.4.2.2. 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 2.13 [4]. Hình 2.13. 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 = 0,5mm/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 vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ 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 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 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. 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 1.14 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 2.14a) và cắt không liên tục (hình 2.14 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 2.14. (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. 2.5 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 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 nghiệm, các đồ thị quan hệ giữa độ mòn, tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng được xác lập. Trên cơ sở đó xác định được quan hệ giữa tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng. Hình 2.15. 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 2.15. 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 2.16 và chuyển sang đồ thị lôgarit hình 2.17. Hình 2.16: 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 58 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 2.17. Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 2.6. 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 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 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. 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… 2.7. Kết Luận chƣơng 2 Nghiên cứu bản chất vật lý của quá trình cắt gọt bằng dụng cụ phủ 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 60 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ GÓC NGHIÊNG CỦA PHÔI 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 và góc nghiêng của phôi khác nhau. Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của đồng thời các thông số chế độ cắt (S,V,t,θy) 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 phù 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 61 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 chảy nhão 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 được độ cứng cao của trang thái tôi và tính chống nhão 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. 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. 3.2. Cơ sở xác định tuổi bền của dao 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 62 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. 3.2.2. Độ nhám bề mặt và phƣơng pháp đánh giá 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 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 64 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 nhất của độ nhám (prôfin bề mặt trong giới hạn chiều dài chuẩn l). Cũng theo TCVN 2511 – 1995 thì độ nhám bề mặt được chia thành 14 cấp, từ cấp 1 đến cấp 14 ứng với các giá trị Ra và Rz. Trị số nhám càng bé thì bề mặt càng nhẵn và ngược lại. Độ nhám bề mặt thấp nhất (hay độ nhẵn bề mặt cao nhất) ứng với cấp 14 (tương ứng với Ra  0,01 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 65 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 66 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 tới cấp 11. Đây chính là phương pháp được tác giả sử dụng để đánh giá độ nhám bề mặt sau khi phay 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 trên mặt nghiêng) 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 và góc nghiêng của phôi 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 góc nghiêng của phôi đến tuổi bền 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 67 - Lượng chạy dao không đổi s = 0.2 (mm/răng). - Chiều sâu cắt không đổi t = 0,5 (mm). - Góc nghiêng của phôi θy=10 0 ÷75 0 - 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. Gócnghiêng phôi θy 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 68 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, góc nghiêng phôi được sử dụng như là các thông số độc lập, mô hình toán học bậc hai có dạng như sau: LnT = bo + b1lnv + b2lnθy + b12lnvlnθy +b11 (lnv) 2 + b22 (lnθy) 2 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 69 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 70  Tạo phôi: Bao gồm việc xác định mác thép hợp kim CR12MOV, gia công chuẩn bị phôi, đo 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, θy 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, x4 Là các biến tương đương với các thông số: Vận tốc dài v, góc nghiêng phôi θy, lượng chạy dao s và chiều sâu cắt t. Trên cơ sở các điều kiện biên và xác định chính xác góc nghiêng của phôi ảnh hưởng đến tuổi bền. Giá trị chế độ cắt tối ưu được nhà sản xuất MITSUBISHI MATERIALS cung cấp khi gia công thép hợp kim CR12MOV bằng dao phay cầu phủ TiAlN. Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm tại mỗi thí nghiệm các thông số đầu vào có giá trị được chọn theo giá trị nhất định. Giá trị của thông số đầu vào được lấy 2 giá trị: lớn nhất và nhỏ nhất (thông thường giá trị mã hoá được ký hiệu +1; -1). Các giá trị này phụ thuộc vào các điều kiện gia công cụ thể. vimax = 110 (m/phút) s = 0,2 (mm/răng) t = 0.5 mm vimin = 50 (m/phút) θymin = 10 o, θymax = 75 o Mã hoá các biến ở trên các phần tử của ma trận X là +1 và -1.Nhưng khoảng biến thiên của các biến mà ta nghiên cứu nói chung là khác với [-1,+1] vậy bố trí thí nghiệm sao cho X trực giao đơn giản nhất là lấy các giá trị xj = ± 1. Bằng cách gọi các biến thực tế là Zj, j= k,1 , ta thu 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 71 2 ZZ Z jj0 j   ; 2 ZZ Z jj j   ; j 0 jj j Z ZZ x    ; Zj = jZ  xj = -1; Zj = jZ  xj = +1, Zj = 0 j Z  xj = 0 Giá trị được mã hoá trong ma trận thí nghiệm là: 30 80ln 1   V x ; 5,32 5,42ln 2    x ; Bảng 3.4: Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v, θy cho thực nghiệm: Các yếu tố x1 (m/phút) x2 (độ) Mức lớn nhất 110 75 Mức lớn 100 65 Mức trung bình 80 42.5 Mức nhỏ 60 20 Mức nhỏ nhất 50 10 3.4.3. Thực nghiệm xác định tuổi bền: Để xác định tuổi bền cực đại ta phải hồi quy các số liệu thực nghiệm. Trên cơ sở nghiên cứu của Phan Quang Thế [4] được sử dụng làm phương trình hồi qui trong nghiên cứu này của tác giả. LnT = bo + b1lnv + b2lnθy + b12lnv.lnθy+ b11(lnv) 2 + b22(lnθy) 2 (3- 1) Đặt: y = ln(T); x1 = ln(vi); x2 = ln(θyi); Thay vào ta có: y = bo + b1x1 + b2x2 + b12x1x2 + b11(x1) 2 + b22(x2) 2 Đây chính là phương trình hồi quy phi tuyến bậc 2 là phương pháp xây dựng quy trình thí nghiệm và sử lý số liệu dựa trên một số tiêu chí giống như quy hoạch trực giao cấp 1, nhưng ở đây ta sẽ nhận được mô hình hồi quy dạng đa thức bậc 2 đủ, mô tả sự phụ thuộc vào hàm y vào các thông số ảnh hưởng x1,x2 , ...xk. Vấn đề đặt ra: Phải quy hoạch thí nghiệm thế nào để mô hình thống kê y biểu diễn gần đúng tốt nhất yˆ . Xét mô hình bậc 2 đầy đủ như sau: yˆ = bo + b1x1 + b2x2 + b12x1x2 + b11(x1) 2 + b22(x2) 2 (3-2) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 Với thực nghiệm có hai biến đầu vào: Vận tốc cắt v, góc nghiêng phôi θy (chiều sâu cắt chọn cố định t = 0,5 mm và lượng chạy dao s = 0.2 mm/răng). Lúc này số thí nghiệm đầy đủ. Số thí nghiệm với k = 2; N = 2k + n0 + 2k = 9. Ta có n1= 2 2 =4; n0 =1; n2 = 2.2= 4. Điều kiện để k cột cuối trực giao với nhau: α = 12 22.   kkN = Tính xj ’ = xj 2 – )22( 1 2k N = xj 2 – 2/3. 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. N o x0 x1 x2 x1.x2 x1 , x2 , v(m/p) θy(độ) T(phút) 1 + - - + 1/3 1/3 50 10 9.2 2 + + - - 1/3 1/3 110 10 6.4 3 + - + - 1/3 1/3 50 75 16.2 4 + + + + 1/3 1/3 110 75 14.5 5 + 0 0 0 -2/3 -2/3 80 42.5 20 6 + 1 0 0 1/3 -2/3 110 42.5 18.6 7 + -1 0 0 1/3 -2/3 60 42.5 21.4 8 + 0 1 0 -2/3 1/3 80 65 19.5 9 + 0 -1 0 -2/3 1/3 80 20 8.2 Bảng 3.6: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm Thời gian (Phút) v = 50(m/p) θy = 10 o Thời gian (Phút) v = 110(m/p) θy = 10 o Ra(m) Rz(m) Ra(m) Rz(m) 6,0 1,22 5,25 4,5 0,85 4,36 7,0 1,25 5,58 5,0 0,87 4,67 8,0 1,74 5,85 5,5 0,95 4,72 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 8,5 1,87 6,25 5,8 1,15 5,29 8,8 2,25 6,95 6,0 1,35 5,62 9,0 2,29 7,85 6,2 1,50 5,81 9,2 2,35 8,75 6,4 1,75 6,25 9,4 3,85 14,20 6,6 3,65 15,0 Thời gian (Phút) v = 50(m/p) θy = 75 o Thời gian (Phút) (m) v = 110(m/p) θy =75 o Ra(m) Rz(m) Ra(m) Rz(m) 12,0 0,82 3,35 10,0 0,75 3,10 14,0 1,20 4,65 11,0 0,86 4,36 15,0 1,54 5,85 12,0 0,90 3,65 15,6 1,65 5,96 13,0 1,05 4,86 15,8 1,85 6,35 14,0 1,25 5,54 16,0 2,15 6,72 14,3 1,55 5,86 16,2 2,45 8,85 14,5 1,95 6,75 16,4 3,65 12,26 14,7 2,74 12,25 Thời gian (Phút) v = 80(m/p) θy =42,5 o Thời gian (Phút) V = 80(m/p) θy =42,5 o Ra(m) Rz(m) Ra(m) Rz(m) 15,0 0,75 3,15 15,0 0,73 3,12 17,0 1,15 5,28 17,0 1,14 5,29 18,0 1,45 5,76 18,8 1,45 5,81 19,0 1,60 5,85 20,0 1,65 5,87 19,5 1,85 6,35 20,4 1,84 6,34 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 19,8 2,0 6,47 20,6 2,1 6,46 20,0 2,25 7,15 20,8 2,25 7,15 20,2 3,35 11,8 20,9 3,34 11,5 3.4.3.1. Tính các hệ số của phƣơng trình hồi quy Áp dụng tính chất của quy hoạch trực giao cấp 2 ta tính các hệ số theo công thức (3.1.3) [25]. Ta có: b0=   N u uy N 1 1 , bj =     N u uj N u uuj x yx 1 2 1 . với các số hạng bậc nhất kj ,1 bij =     N u ujui N u uujui xx yxx 1 2 1 )( ).( với các số hạng chéo. bjj =     N u uj N u uui x yx 1 2, 1 , )( với các số hạng bậc 2. Dựa vào công thức (3.1.3) tính được các hệ số bj: b0 = 14,8 b1 = -1,2 b2 = 4,35 b12 = 0,18 b11= -1,35 b22 = -7,7 Thay vào phương trình (3 - 2) ta được: yˆ = 14,8 – 1,2 x1 + 4,35 x2 + 0,18 x1x2 – 1,35(x1) 2 – 7,7(x2) 2 (3- 4) 3.4.3.2. Kiểm định các tham số bj * Kiểm định bj = 0 hay không thì phải tính các phương sai. Ta có 2 thí nghiệm lặp lại ở tâm với kết quả như sau: 1 0y = 20,0; 2 0y = 20,8; Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 0 y = 2 1 (20,0+20,8) =20,4 Phương sai tái sinh s2ts 2 ts s =     n 1i 0 i 0 0 )yy( 1n 1 2 2 ts s =  22 )4,208,20()4,200,20( 12 1   = 0,32 sts= 32,0 = 0,56 2 bis = 2 ts s {c -1 }jj 2 0bs = 9 32,02  N s ts = 0,035 => 0bs = 0,59 2 bjs = 6 32,0 1 2 2    N u uj ts x s =0,053 => bjs = 0,23 2 bijs = 4 32,0 )( 1 2 2    N u ujui ts xx s = 0,08 => bijs = 0,28 2 bjjs = 2 32,0 )( 1 2, 2    N u ui ts x s = 0,16 => bjjs = 0,4 tbi = bi i s b tb0 = 0 0 bs b = 59,0 8,14 = 25,0 tb1 = bis b1 = 23,0 1,2- = -5,2 tb2 = bis b2 = 23,0 4,35 = 18,9 t12 = ijs b12 = 28,0 0,18 = 0,64 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 t11 = jjs b11 = 4,0 1,35- = 3,37 t22 = jjs b22 = 4,0 7,7- = 19,25 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 = 0,142. So sánh |tbi| đều lớn hơn t nên mọi ai đều có nghĩa. Do đó phương trình hồi quy có dạng. yˆ = 14,8 – 1,2 x1 + 4,35 x2 + 0,18 x1x2 – 1,35(x1) 2 – 7,7(x2) 2 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 1 2 )ˆ( )1( 1      N i iidu yy kN s 2 9 1 2 )ˆ( )12(9 1      i iidu yys Bảng 3.7. Bảng kết quả tính toán giá trị (yi- i yˆ ) 2 T T yi x1 x2 b0 b1 b2 b12 b11 b22 i yˆ (yi- i yˆ ) 2 1 9,2 - - 14,8 -1,2 4,35 0,18 -1,35 -7,7 10,8 2,5 2 6,4 + - 14,8 -1,2 4,35 0,18 -1,35 -7,7 8,0 2,5 3 16,2 - + 14,8 -1,2 4,35 0,18 -1,3