NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU THÉP CACBON C45 TRÊN MÁY PHAY CNC”

Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Thanh Bình,người đã hướng dẫn và giúp đỡ lựa chọn đề tài, nghiên cứu, thực nghiệm để hoànchỉnh luận văn.Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Ban Giám hiệu, Khoa Cơ Khí Chế Tạo TrườngĐại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh, Thầy giáo Th.S Nguyễn Thanh Sơn đã tạo điềukiện thuận lợi về mọi mặt để nghiên cứu và thí nghiệm để hoàn thành đề tài này

Lịch sử nghiên cứu

Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công thực chất là xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt (đầu ra) với thông số công nghệ (đầu vào) sau đó các nhà công nghệ dựa vào mối quan hệ đó để điều khiển chế độ cắt phù hợp cho máy trong quá trình gia công đạt được yêu cầu chất lượng bề mặt

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Khoa Cơ Khí Chế Tạo

Nguyễn Thái Hà 9 Luận văn Thạc sĩ

Việt Nam có xu hướng sử dụng máy CNC ngày càng nhiều, do yêu cầu cấp thiết của thực tế sản xuất, nên những đề tài nghiên cứu ứng dụng nhằm khai thác hiệu quả máy CNC là khá lớn trong các đề tài nghiên cứu khoa học: Đỗ Tùng Linh , Xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với các thông số công nghệ khi gia công vật liệu có tính dẻo cao trên máy tiện CNC, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK-HN (2010);

Nguyễn Chí Công, Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy khi gia công vật liệu Nhôm và hợp kim Nhôm trên máy phay CNC, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK-HN (2012); Nguyễn Anh Tuấn : Điều khiển các công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt khi gia công các vật liệu thép các bon thông thường trên máy phay CNC, Luận văn Thạc sỹ ĐHBKHN (2010); Ngô Xuân Hồi : Điều khiển các công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt khi gia công các vật liệu thép các bon thông thường trên máy Tiện CNC, Luận văn Thạc sĩ ĐHBKHN (2012); Nguyễn Thanh Bình: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến một số thông số đặc trưng khi gia công cao tốc trên mặt khuôn, Luận án Tiến sĩ ĐHBKHN (2016) Trong nhóm đề tài trên có nhiều đề tài trực tiếp nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, điều đó chứng tỏ việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy là rất quan trọng.

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu là: Đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công thép cacbon C45 trên máy phay CNC Vcenter- 85 (Hãng sx Victor Taichung Đài Loan), từ đó xác lập mối quan hệ giữa các thông số độ nhám bề mặt với chế độ cắt để người làm công nghệ điều khiển máy gia công với chế độ cắt phù hợp theo độ nhám yêu cầu

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:

- Chất lượng bề mặt khi gia công thép cacbon C45 trên máy phay CNC

- Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công khi gia công vật liệu thép cacbon C45 trên máy phay CNC

- Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy gồm nhiều yếu tố như thông số chế độ cắt, thông số hình học của dao Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tìm ra mối quan hệ của chất lượng bề mặt chi tiết máy Ra với các thông số chế độ cắt V, t, S khi phay vật liệu thép cacbon C45 trên máy CNC

- Máy thực nghiệm: là máy phay CNC Vcenter- 85 (Hãng sx Victor Taichung Đài Loan)

- Vật liệu gia công là thép cacbon C45

- Vật liệu làm dao là mảnh hợp kim của Misubitshi - Nhật Bản

- Đối tượng gia công là phay phẳng mặt đầu

- Thiết bị đo độ nhấp nhô tế vi bề mặt của hãng Mitutoyo - Nhật Bản

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm

- Phân tích và đánh giá kết quả

CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIÉT MÁY

CÁC YẾU TỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT

Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của lớp bề mặt Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt chi tiết máy bao gồm:

-Hình dáng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám )

-Trạng thái và tính chất cơ lý lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu lớp biến cứng, ứng suất dư )

-Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc (tính chống mòn, khả năng chống xâm thực hoá học, độ bền mỏi )

-Chất lượng bề mặt chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ thể Chất lượng bề mặt là mục tiêu chủ yếu cần đạt được ở bước gia công tinh của các chi tiết máy Lớp bề mặt chi tiết máy khác với lớp lõi về cấu trúc của kim loại, về tính chất cắt gọt và trạng thái biến cứng Nguyên nhân chính của sự khác nhau là sự biến dạng dẻo lớp bề mặt Mức độ và chiều sâu của lớp biên cứng phụ thuộc vào lực cắt và nhiệt cắt

1.1 Chất lượng hình học của bề mặt gia công

Bề mặt sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà có những nhấp mô Những nhấp mô này là do qúa trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết khi gia công cắt gọt và vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt gia công, là ảnh hưởng của chấn động khi cắt và nhiều nguyên nhân khác

Không phải tất cả các nhấp nhô trên bề mặt đều là nhám bề mặt, mà nó là tập hợp những nhấp nhô có bước tương đối nhỏ và được xét trong giới hạn dài chuẩn (hình 1.1)

-Những nhấp nhô có tỷ số giữa bước nhấp nhô (p) và chiều dài nhấp nhô (h) bé hơn hoặc bằng 50 (p/h ≤ 50) thì thuộc về nhám bề mặt

-Những nhấp nhô mà (50 0,15 mm/vòng Đường cong 2 biểu thị mối quan hệ thực nghiệm, kể cả phạm vi giá trị lượng chạy dao S nhỏ hơn (S < 0,1 mm/vòng) Từ đường cong 2 có thể xác định được mối quan hệ giữa R z , S và r, h min đối với bước tiện tinh và biểu thị bằng đường cong 3

Nếu lượng chạy dao quá nhỏ (S < 0,03 mm/vòng) thì Rz tăng do có hiện tượng trượt dao

Hình 1.3 - Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô và lượng tiến dao khi tiện

Hình 1.4 - Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến nhấp nhô bề mặt khi tiện

Từ hình 1.4.a, ta thấy rằng khi lượng chạy dao là S 1 , dao di chuyển từ vị trí 1 đến vị trí 2 sẽ để lại lượng m không thể cắt được từ đó sinh ra độ nhám Rz’, khi giảm lượng chạy dao (S 2 < Si) thì m sẽ nhỏ và sinh ra độ nhám nhỏ (R z ” < R z ’) hình 1.4.b

Khi giảm góc nghiêng chính () và góc nghiêng phụ ( 1 ) thì R z cũng sẽ giảm (hình 1.4.c)

Hình 1.4.f cho thấy chiều sâu cắt hầu như không ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

Góc trước của dao Y và độ mòn dụng cụ cũng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt, khi góc trước tăng thì Rz giảm, còn khi độ mòn dụng cụ tăng thì Rz giảm Đối với chiều sâu biến cứng, khi lượng chạy dao nằm trong khoảng 0,3-0,5 mm/vg, người ta xác địng được quan hệ với S theo công thức 1.6 tc = C.S x (àm) (1.6)

C, x phụ thuộc vào vật liệu gia công (ví dụ, vật liệu thép 35 thì c = 134 ; x 0,35 Khi vật liệu là thép 60 thì c = 52 ; x = 0,22)

Hình 1.5 - Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đối với chiều sâu biến cứng t c , tùy theo loại vật liệu gia công và vật liệu làm dụng cụ cắt a, Cắt thép C35, dao thép gió HS10, V = 400m/ph b, Cắt thép C35, dao kêramic (gốm), V `0m/ph c, Cắt thép C60, dao thép gió HS10, V = 400m/ph d, Cắt thép C60, dao kêramic (gốm), V `0m/ph b) Các nguyên nhân phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt đến R z

Khi vật liệu lớp bề mặt chi tiết máy bị biến dạng dẻo mạnh, các cấu trúc tinh thể biến thành cấu trúc sợi làm thay đổi hình dạng và trị số nhấp nhô tế vi Ở kim loại giòn, các hạt tinh thể cá biệt bị bóc rời ra cũng làm thay đổi hình dạng nhấp nhô tế vi và làm tăng kích thước nhấp nhô tế vi Đối với vận tốc cắt v, khi gia công thép, vận tốc khoảng (15 ÷ 20) m/ph thì R z

Nguyễn Thái Hà 20 Luận văn Thạc sĩ tăng vì ở trong khoảng vận tốc này có xuất hiện lẹo dao Nếu vận tốc cắt tiếp tục tăng đến khoảng (30 ÷ 60) m/ph thì lực ma sát giữa phôi và lẹo dao lớn hơn lực bám dính của lẹo dao trên mặt dao, làm cho Rz giảm dần Nếu vận tốc lớn hơn 100 m/ph thì lẹo dao không thể hình thành nên độ nhám bề mặt ổn định (hình 1.6)

Hình 1.6 - Ảnh hưởng của vận tốc cắt (V) đến chiều cao nhấp nhô tế vi (Rz)

Khi gia công kim loại giòn (gang), các mãnh vỡ kim loại sẽ trượt lộn xộn lên bề mặt chi tiết làm tăng độ nhám Nếu cắt với vận tốc cao thì sẽ giảm được hiện tượng vỡ vụn của phoi nên sẽ giảm được độ nhám bề mặt

Lượng chạy dao ngoài ảnh hưởng mang tính hình học, còn có ảnh hưởng lớn đến biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công Độ nhám bề mặt khá ổn định khi S nằm trong khoảng (0,02 ÷ 0,15) mm/vòng Nếu S < 0,02 mm/vòng thì độ nhám bề mặt tăng do có hiện tượng trượt dao gây biến dạng dẻo lớn, nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vòng thì ảnh hưởng của S mang yếu tố hình học lớn hơn yếu tố biến dạng nên độ nhám bề mặt sẽ tăng do vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt chi tiết Ảnh hưởng của các góc của dao:

Ví dụ : Khi bào vì a + β + γ = const → a tăng, γ tăng → β giảm → dao sắc thoát phoi dễ→R z giảm Khi a tăng→ma sát giữa phôi và dao giảm→P giảm

→Rz giảm Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội :

Tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt để giảm nhiệt, bôi trơn bề mặt gia công, giảm ma sát, giảm mòn dao và thoát phoi dễ →R z giảm c) Nguyên nhân do rung động của hệ thống công nghệ đến R z

Nguyên nhân gây rung động là do lực cắt không đều Rung động sẽ tạo ra chuyển động tương đối giữa phôi và dao dẫn đến độ nhám và độ sóng bề mặt tăng Có thể giảm rung bằng cách tăng độ cứng vững cho hệ thống công nghệ, điều chỉnh máy tốt, nâng cao độ chính xác của các cơ cấu truyền động, thay đổi hình dáng hình học của dao sao cho lực cắt giảm theo hướng có rung

2.2 Các nguyên nhân ảnh hưởng đến độ biến cứng lớp bề mặt

Khi thay đổi chế độ cắt bằng cách tăng lực cắt và mức độ biến dạng dẻo thì mức độ biến cứng bề mặt tăng Nếu kéo dài sự tác dụng của lực cắt trên bề mặt kim loại sẽ làm tăng chiều sâu lớp biến cứng bề mặt Khi tiện mức độ biến cứng bề mặt chi tiết gia công sẽ tăng nếu tăng lượng tiến dao S và bán kính mũi dao r Nếu tăng góc trước từ giá trị âm đến giá trị dương thì khả năng thoát phoi dễ nên mức độ biến dạng dẻo giảm dẫn đến mức độ và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt chi tiết giảm Vận tốc cắt có tác dụng rút ngắn thời gian tác động của lực cắt lên bề mặt chi tiết, vì vậy khi tăng lực cắt thì chiều sâu và mức độ biến cứng sẽ giảm

Hình 1.8 - Ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và bán kính lưỡi cắt (r) đến độ biến cứng bề mặt

1 Với lượng tiến dao S= 0,12 mm/vòng

2 Với lượng tiến dao S=0,25mm/vòng

3 Với lượng tiến dao S=0,50mm/vòng

4 Với lượng tiến dao S=0,76 mm/vòng

Hình 1.9 Ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt

Nguyên nhân gây ra ứng suất dư bề mặt là do: biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi, biến đổi nhiệt, chuyển pha trong cấu trúc kim loại

PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT

Để đảm bảo chất lượng bề mặt gia công, trước hết phải chuẩn bị hệ thống công nghệ tốt Ở đây đưa ra phương pháp đảm bảo về độ nhẵn bề mặt, chiều sâu và mức độ biến cứng bề mặt và ứng suất dư bề mặt

3.1 Phương pháp đạt độ nhẵn bề mặt

Có thể chọn phương pháp gia công với chế độ cắt hợp lý để tạo ra độ nhẵn (độ nhám) đạt giá trị yêu cầu Bảng 1.2 cho biết các phương pháp gia công cắt gọt có khả năng tạo ra cấp độ nhẵn tương ứng

Bảng 1.2 Cấp độ nhẵn ứng với các phương pháp gia công

Phương pháp gia công Cấp nhẵn bóng

Mài siêu tinh xác 10÷14 Đánh bóng bằng bột mài 11 ÷13 Đánh bằng vải 12÷14

3.2 Phương pháp đạt độ cứng bề mặt

Chiều sâu và mức độ biến cứng bề mặt phụ thuộc vào phương pháp gia công

Bảng 1.3 Cấp độ nhẵn ứng với các phương pháp gia công

Phương pháp gia công Mức độ biến cứng

Phay bằng dao phay mặt đầu 140 ÷160 40 ÷ 100

Phay bằng dao phay trụ 120 ÷140 40÷ 80

Phay lăn răng và xọc răng 160÷ 200 120 ÷150

Mài tròn thép chưa nhiệt luyện 140 ÷160 30 ÷60

Mài tròn thép ít nhiệt luyện 160÷ 200 30÷ 60

Mài tròn thép nhiệt luyện 125 ÷130 20÷ 40

3.3 phương pháp đạt ứng suất dư bề mặt

Khi gia công bằng dụng cụ cắt có lưỡi thì ứng suất dư phụ thộc vào biến dạng đàn hồi của vật liệu gia công và dụng cụ cắt, đồng thời cũng phụ thuộc vào chế độ cắt thông số hình học của dao và dung dịch trơn nguội

Các thành phần khác nhau trên bề mặt gia công thường có ứng suất dư khác nhau về trị số và dấu, nên ảnh hưởng của chế độ cắt, của thông số hình học dụng cụ cắt, của dung dịch trơn nguội đối với ứng suất dư cũng khác nhau

Dựa vào những kết quả nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến ứng suất dư lớp bề mặt của chi tiết gia công có thể kết luận sơ bộ như sau:

- Tăng vận tốc cắt (v) hoặc tăng lượng chạy dao (S) có thể tăng hoặc giảm ứng suất dư bề mặt chi tiết máy

- Tăng lượng chạy dao làm tăng chiều sâu có ứng suất dư

- Góc trước âm gây ra ứng suất dư nén

- Gia công vật liệu giòn bằng dụng cụ cắt có lưỡi gây ra ứng suất dư nén, còn gia công vật liệu dẻo thường gây ra ứng suất dư kéo

- Gia công bằng đá mài thường gây ra ứng suất dư kéo, còn gia công bằng đai mài thường gây ra ứng suất dư nén.

NHẬN XÉT

Chất lượng bề mặt bao gồm nhiều yếu tố, do nhiều thông số tác động với các

Nguyễn Thái Hà 25 Luận văn Thạc sĩ mức độ khác nhau, như các thông số công nghệ, vật liệu, dụng cụ cắt Do hạn chế về thời gian và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn nên đề tài chỉ tập trung vào việc tìm hiểu sự ảnh hưỏng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi phay trên máy CNC, vật liệu gia công là thép để điều khiển các thông số đó

Các yếu tố của chất lượng bề mặt có ảnh hưởng đến chức năng làm việc của chi tiết theo từng mức độ nhất định Độ biến cứng và chiều sâu biến cứng chủ yếu là do biến dạng dẻo sinh ra, đối với thép cacbon thông thường là thép cứng nên độ biến dạng dẻo thấp Do đó khi gia công hai loại vật liệu này thì chất lượng bề mặt cần quan tâm đó là độ nhám bề mặt Vì vậy tìm hiểu và khống chế độ nhám bề mặt khi gia công thép cacbon thông thường là một yêu cầu tất yếu của quá trình gia công

Trong các thông số tác động đến độ nhám bề mặt thì các thông số về chế độ cắt ảnh hưởng rõ nét nhất Mặt khác đây là đề tài nghiên cứu ứng dụng để sử dụng máy CNC có hiệu quả, các thông số về dao cụ, về dung dịch trơn nguội đã được nhiều công trình nghiên cứu và đã được cụ thể bằng các con dao tiêu chuẩn, bằng các loại dung dịch trơn nguội đã được pha chế sẵn

Do vậy nội dung của đề chỉ còn là việc xác định các thông số công nghệ ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công thép cacbon thông thường trên máy phay CNC Cụ thể là tìm mối liên hệ toán học giữa độ nhám bề mặt với các chế độ cắt.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CNC

KHÁI QUÁT VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC

1.1 Lịch sử phát triên của máy công cụ CNC Ý tưởng về điều khiển máy bằng các lệnh nhớ, như ngày nay ở các máy CNC đã xuất hiện từ thế kỷ 14 và nó được phát triển và hoàn thiện dần cho đến ngày nay

- 1807 Joseph M Jacquard đã dùng bìa tôn đục lỗ để điều khiển các máy dệt Những năm sau đó công nghiệp dầu mỏ và hóa chất cũng đã sử dụng nguyên lý này

- 1938 Clause Shannon bảo vệ luận án tiến sỹ ở viện công nghệ MIT nội dung tính toán chuyển giao dữ liệu dạng nhị phân

- 1947 tiến sỹ John Parsons của công ty Parsons có trụ sở ở Traverse City, Michigan (Mỹ), Ông đã sử dụng thành công nguyên lý xấp xỉ toán học (nguyên lý nội suy) để cắt gọt biên dạng cánh máy bay trực thăng vào tháng 12 năm 1948

- 1949 Parsons đã liên kết với phòng thí nghiệm Servomechanisms của viện công nghệ (Masachusetts Insutute of Technology - MIT) phát triển máy tự dộng điều khiển số đầu tiên

- Chế tạo máy công cụ với 4 luận điểm:

+ Lưu trữ các vị trí đã tính toán ở bìa đục lỗ

+ Các bìa đục lỗ đọc tự động trên máy

+ Các vị trí đọc phải thông báo liên tục và các giá trị trung gian bổ sung phải được tính toán

+ Sử dụng các động cơ SERVO điều khiển chuyển động cho các trục

- 1954 Bendix đã mua bản quyền của Pasons và chế tạo ra bộ điều khiển NC hoàn chỉnh đầu tiên có sử dụng các bóng điện tử

- Năm 1954 phát triển ngôn ngữ biểu trưng được gọi là ngôn ngữ lập trình tự động ATP

- 1957 Không quân Mỹ trang bị máy CNC đầu tiên ở xưởng chế tạo

- 1960 Kỹ thuật bán dẫn thay thế cho hệ thống điều khiển xung rowle, đèn điện

Nguyễn Thái Hà 27 Luận văn Thạc sĩ tử

-1965 Giải pháp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Changer)

-1968 Kỹ thuật mạch tích hợp IC ra đời có độ tin cậy cao hơn

-1972 Hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt máy tính nhỏ

-1979 Hình thành khớp nối liên hoàn CAD/CAM - CNC

Ngày nay các máy công cụ CNC đã hoàn thiện hơn với tính năng vượt trội có thể gia công hoàn chỉnh một chi tiết trên một máy gia công hay trung tâm gia công với số lần gá đặt ít nhất Đặc biệt chúng có thể gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp

1.2 Đặc điêm của máy công cụ CNC

1.2.1 Những nét cơ bản về máy công cụ và máy CNC

- về cơ bản máy công cụ vạn năng và máy công cụ điều khiển số đều có kết cấu khung giống nhau, đó là:

+ Thân máy + Đế máy + Bàn trượt + Đầu trục chính

STT Nội dung Máy công cụ vạn năng

1 Nguồn động lực - Động cơ 3 pha thường

- Động cơ DC điều khiển vô cấp hoặc

AC biến tần điều khiển vô cấp

- Động cơ bước và động cơ thủy lực

2 Tốc độ truyền dẫn - Phân cấp - Vô cấp

3 Truyền động - Kiểu nối tiếp

(thông qua hộp số) - Độc lập

- Vít me, đai ốc thường

- Thanh răng, bánh răng yêu cầu có cơ cấu kẹp khử khe hở

- Vít me, đai ốc bi

5 Điều khiển - Bằng tay (công tắc, tay gạt cơ khí)

- Bằng máy tính với hệ điều khiển số (bảng điều khiển và màn hình điều khiển)

6 Tính điển hình của xích động

- Dài, thông qua nhiều cơ cấu

-Ngắn hơn rất nhiều -không phải thông qua nhiều cơ cấu, mềm, linh hoạt

- Những ưu điểm nổi bật của máy CNC so với máy thông thường khi sản xuất loạt

Nguyễn Thái Hà 28 Luận văn Thạc sĩ vừa và nhỏ:

+ Gia công được những chi tiết phức tạp, độ chính xác gia công ổn định

+ Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao, giảm thời gian phụ và tăng được thời gian sản xuất

+ Tính linh hoạt và quy hoạch thời gian sản xuất cao

+ Chi phí kiểm tra và chi phí cho phế phẩm giảm

+ Hiệu suất cao và tăng năng lực sản xuất

+ Do có khả năng tự động hóa cao nên rất thích hợp trên các dây chuyền sản xuất linh hoạt

1.2.2 Kết cấu của máy công cụ CNC

Gồm 2 phần chính đó là:

+ Phần cơ khí: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục mít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng Ở Việt Nam hiện nay chưa thể chế tạo ra 2 bộ phận quan trọng của máy là: cụm trục chính và băng dẫn hướng mà mới chỉ chế tạo được những cơ cấu đơn giản là: thân máy, bàn máy, bàn xoay.+ Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm

Hình 2.1 Cấu tạo máy phay CNC ổ tích đế máy bảng điều khiển bàn máy trục cính

Hình 2.1 Máy phay CNC a) Thân máy:

Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang có độ bền nén cao gấp

10 lần so với thép và đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết tật đúc Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống khác

*Yêu cầu: - Phải có độ cứng vững cao, phải có các thiết bị chống rung động và phải có độ ổn định về nhiệt

*Muc đích: - Đảm bảo độ chính xác cao khi gia công, đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy b) Bàn máy:

Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá Nhờ có sự chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tăng lên rất cao, có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp Đa số trên các máy CNC hay trung tâm gia công hiện đại thì bàn máy đều là dạng bàn máy xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy Nó làm tăng tính vạn năng cho máy CNC

*Yêu cầu của bàn máy: Phải có độ ổn định, cứng vững , được điều khiển chuyển động một cách chính xác

*Hình ảnh về bàn xoay:

Hình 2.2 Cấu tạo bàn xoay trên máy CNC

* Lâp trình gia công với bàn xoay CNC

Bàn xoay thường được lắp trên các máy phay CNC hoặc trung tâm gia công Đối với loại bàn xoay không nghiêng thì nó có vai trò như trục thứ 4 của máy Đối với loại bàn xoay nghiêng thì nó đóng vai trò như trục thứ 4 và thứ 5 của máy CNC Tùy theo định nghĩa của nhà sản xuất mà các trục này có thể có tên là A và B như hình 2.3

Khi lập trình gia công cho máy CNC có sử dụng bàn xoay ta sử dụng câu lệnh có cú pháp như sau:

Câu lệnh này sẽ hướng dẫn trục A hoặc B của bàn xoay quay quay đi một góc nào đó Ví dụ:

G90 G00 A90.0: trục A của bàn xoay quay nhanh đến vị trí góc 90 độ theo chiều kim đồng hồ trong hệ tọa độ tuyệt đối

G91 G00 B-180.0: trục B của bàn xoay quay ngược chiều kim đồng hồ từ vị trí hiện tại (Theo tọa độ tương đối)

* Ứng dụng của bàn xoay

Bàn xoay CNC có tác dụng làm tăng thêm tính vạn năng cho máy CNC Đối với các bàn xoay 2 trục, nhờ khả năng nghiêng bàn xoay đi một góc nào đó, nên cho phép máy CNC 3 trục gia công được các bề mặt phức tạp như cánh tua bin, cánh chân vịt tàu thủy Nói chung chúng có phạm vi sử dụng rất rộng, nhưng chủ yếu là dùng để gia công các chi tiết có các dạng bề mặt sau:

+ Mặt phẳng, các bề mặt định hình (như bề mặt cam, cối dập, khuôn ép )

+ Cắt ren vít trong và ngoài

+ Gia công bánh răng và dao cắt nhiều lưỡi có răng thẳng hoặc xoắn

+ Cắt rãnh thẳng và xoắn

+ Các bề mặt nghiêng Đối với bàn xoay nhiều trục, có thể tiến hành gia công cùng một lúc nhiều chi tiết Điều này làm:

+ Tăng khả năng công nghệ của máy,

+ Tăng năng suất gia công

+ Giảm thời tháo lắp và điều khiển dụng cụ, thời gian gia công co bản c) Cụm trục chính

Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công

Hình 2.4 Cụm trục chính máy phay CNC d) Băng dẫn hướng

Hệ thống thanh rượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của bàn theo X,Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của trục chính Yêu cầu của hệ thống thanh trượt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng vững tốt, không có

Nguyễn Thái Hà 32 Luận văn Thạc sĩ hiện tượng dính, trơn khi trượt

Hình 2.4 Băng máy e) Trục vít me đai ốc bi CNC

Trong máy công cụ điều khiển số người ta sử dụng hai dạng vit me cơ bản đó là:

- Vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi

+ Vít me đai ốc thường: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt + Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn

*Ưu điểm của Vít me đai ốc bi:

- Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần bằng 0.9

- Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát gần như không phụ thuộc vào tốc độ

- Có thể loại trừ khe hở và tạo sức căng ban đầu đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao

- Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài

Hình 2.6 Kết cấu cụm vít me đai ốc bi f) Ổ tích dụng cụ

Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia công Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau

Do đó quá trình gia công nhanh hơn và mang tính tự động hóa cao

- Ưu điểm so với thao tác bằng tay

* Rút ngắn được thời gian đổi dụng cụ

* Tránh được rủi ro tai nạn

* Có khả năng tự động hóa ở cấp độ cao

* Nhu cầu đầu tư bổ sung

* Tăng chi phí cho lắp đặt

+ Cơ cấu thay dao tự động

Cùng với ổ tích dao cơ cấu thay dao tự động giúp cho việc thay dao được chính xác và nhanh gọn, nâng cao tính tự động hóa Trong quá trình gia công khi cần chuyển sang nguyên công cắt gọt khác cần phải thay dao thì ta không phải dừng máy để thay dao bằng tay mà hệ thống sẽ tự động thay dao theo chương trình ta đã lập trình sẵn

Hình 2.7 Cơ cấu thay dao

KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC

2.1 Khái niệm hệ điều khiển số

Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là những tín hiệu số nhị phân, chúng được đưa vào hệ điều khiển dưới dạng một chương trình điều khiển có hệ thống Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho điều khiển máy công cụ, các đại lượng đầu vào là những thông tin, dữ liệu hay số liệu nạp vào

2.2 Các dạng điều khiển số

Khi gia công các chi tiết khác nhau thì các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi sự chuyển động khác nhau giữa dao và chi tiết Qũy đạo của các chuyển động này được xác định chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển Tuỳ dạng chuyển động của điểm đầu, điểm cuối và quãng đường dịch chuyển mà ta có các dạng điều khiển khác nhau Các dạng điều khiển đó được phân ra thành: điều khiển điểm, điều khiển đoạn hay đường thẳng và điểu khiển biên dạng phi tuyến

2.3 Hệ điều khiển CNC( Computer Numerical Control) a) Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC

- Điều khiển NC (Numberical Control) Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình hoá các mối quan liên hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển

Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng

- Điều khiển CNC (Computerized Numerical Control) Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ Nó bao gồm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý (microprocessor) kèm theo các bộ nhớ ngoại vi Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thông qua phần mềm nghĩa

Nguyễn Thái Hà 35 Luận văn Thạc sĩ là các chương trình làm việc có thể được thiết lập trước

Nhờ các chương trình hệ thống CNC mà các máy tính có thể sử dụng để thực hiện những chức năng điều khiển theo yêu cầu

Do các hệ điều khiển hiện đại có nguyên lý cấu trúc và xử lý dữ liệu theo dạng điều khiển CNC b) Đặc trưng cơ bản của điều khiển CNC

- Nâng cao tính tự động

Các máy công cụ được trang bị bộ điều khiển CNC có tốc độ dịch chuyển lớn

Do đó tăng được năng suất cắt gọt, giảm tối đa thời gian phụ Khi so sánh một máy công cụ không được trang bị bộ điều khiển CNC với máy được trang bị người ta nhận thấy năng suất tăng gấp 3 lần

- Nâng cao tính linh hoạt

Máy CNC có khả năng thích nghi nhanh với chương trình gia công với các chi tiết khác nhau Do nguyên lý hoạt động và cấu trúc của nó đã tạo điều kiện giảm thời gian gia công và hiệu chỉnh công nghệ kỹ thuật

- Nâng cao tính tập trung nguyên công

Các máy công cụ CNC có khả năng thực hiện nhiều bước công nghệ hoặc nhiều bước nguyên công khác nhau trong một lần gá đặt phôi

- Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công

Trong quá trình gia công độ chính xác luôn được đảm bảo ổn định Ngoài ra máy CNC còn có khả năng mô phỏng quá trình cắt gọt nên người vận hành có thể quan sát tổng thể trực tiếp các giai đoạn gia công, phát hiện kịp thời sai sót

- Nâng cao hiệu quả kinh tế

Máy CNC vừa có khảm năng điều khiển trực tiếp trên máy vừa có khả năng lập trình trên phần mềm nên máy CNC hữu dụng kinh tế ngay cả với xí nghiệp có quy mô trung bình và nhỏ Ngoài ra CNC có khả năng thay đổi một cách nhanh chóng công nghệ sản xuất nên nó đáp ứng kịp thởi với nhu cầu của thị trường c) Một số hệ điều hành

Hiện nay trên thế giới đang sử dụng chủ yếu một số hệ điều hành cho các máy CNC: Fanuc, Fagor, Heidenhain, Siemens, Trong đó một số nước đứng đầu phải kể

Nguyễn Thái Hà 36 Luận văn Thạc sĩ đến Đức, Đài Loan và Trung Quốc

MÁY PHAY CNC - ĐẶC ĐIỂM, KẾT CẤU

3.1 Sơ lược về máy phay CNC

Ngày nay, với kích thước máy tới cỡ vừa, không thể phân định rõ giữa máy phay và trung tâm gia công Nhiều hang chế tạo máy trang bị cho các máy phay những bộ phận tự động hoá như: ổ tích dụng cụ với tay tóm dụng cụ, cơ cấu thay đổi phôi, chi tiết gia công, trục chính nằm ngang và trục chính thẳng đứng

Các máy phay ngày nay được trang bị hệ thống điều khiển theo biên dạng (quỹ đạo) với ít nhất là 3 đến 5 trục điều khiển, với phép nội suy (interpolation) không gian cho mọi trục điều khiển Khâu chương trình gia công (programming), do vậy được thực hiện nhờ hệ thống lập trình có máy tính trợ giúp và các hệ xử lý thích nghi (hậu xử lý) phù hợp với máy

3.2 Phân loại máy phay CNC

Việc phân loại máy phay CNC chỉ mang tính tương đối Tuỳ thuộc vào tính vạn năng, số dao có thể tích trong ổ dao (Tool magazine) ta chia máy phay CNC thành các loại cơ bản sau: a) Máy phay CNC (CNC Milling Machine)

Máy phay CNC thường được dùng để chỉ các máy phay có một hoặc một vài dao trong ổ tích dao, thông thường ổ tích dao không chứa quá 12 dao và có dạng mâm xoay (turret) b) Trung tâm phay CNC (Milling Center)

Là loại máy phay có tính vạn năng cao hơn, thông thường số dao có thể tích trong ổ tích dao từ 12 đến hàng trăm dao ồ tích dao (Tool magazine) thường có dạng xích quay, dao được thay tự động hoặc dùng Robot cấp dao c) Trung tâm phay - tiện CNC (Milling - Turning Center)

Là trung tâm phay CNC có tích hợp và có khả năng làm việc như máy tiện CNC Loại máy này có tính vạn năng rất cao Tuy nhiên kết cấu phức tạp và đắt tiền.

THÉP CACBON VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ

NHỮNG ĐẶC TÍNH CỦA THÉP CACBON

Thép các-bon là hợp kim của sắt và các-bon (lượng C < 2,14%), Có ảnh hưởng quyết định dến tính chất của thép Nhìn chung nếu hàm lượng cacbon nhiều sẽ làm cho thép bền cứng, nhưng khi lượng cacbon vượt quá 0.9% thì sức bền, độ dẻo dai giảm nên tính gia công, cắt gọt khó khăn hơn ngoài ra còn chứa một lượng nhất định các nguyên tố:

- Lưu huỳnh (S < 0,05%) và các nguyên tố khác với lượng ít

Sở dĩ chúng có ở trong thép là do điều kiện của luyện thép không cho phép khử hết (như P và S) hoặc là do chúng có lợi cho việc khử ôxy và cơ tính của thép, nên người ta cho thêm vào (như Si, Mn)

Các nguyên tố này với lượng ít như vậy không ảnh hưởng gì đến dạng của giản đồ trạng thái Fe - C và chúng ta cũng có thể dùng nó để nghiên cứu về thép các- bon, do đó người ta còn coi những nguyên tố đó là tạp chất

Thép thường được luyện từ gang lỏng, gang thỏi hoặc thép vụn và từ các phế liệu

So với gang thì thép có cơ tính cao hơn, đặc biệt là tính chịu nén, chịu kéo cao, tính chịu va đập tốt, tính đàn hồi cao Thép có thể gia công áp lực dễ dàng Nhưng thép có nhược điểm là tính đúc kém

- Độ bền cao nên khả năng chịu uốn, xoắn, rất tốt

- Độ dẻo khá nên khả năng chịu va đập tốt, nhất là loại thép ít cacbon

- Độ cứng tương đối cao sau khi nhiệt luyện

- Khả năng chống mài mòn, ăn mòn tốt nhất là sau khi tôi cứng, gia công cắt gọt, hàn nối dễ

- Khó đúc hơn gang vì nhiệt độ nóng chảy cao, tính lưu động thấp

Thép cacbon là thép thông thường, ngoài cacbon ra còn chứa một số nguyên tố với hàm lượng giới hạn mà trong thép nào cũng có, chúng được gọi là tạp chất thường có hay chất lẫn vì không phải do cố ý đưa vào, trong đó có một số có lợi và một số có hại a) Tạp chất có lợi: mangan và silic

Mọi loại thép đều có Mn và Si với lượng không vượt quá 1%, là do:

- Quặng sắt có lẫn các hợp chất (khoáng vật) như ôxit mangan, ôxit Silic, trong quá trình luyện gang chúng bị hoàn nguyên (MnO > Mn, SiO 2 > Si) đi vào gang rồi vào thép

- Khi luyện thép phải dùng ferômangan và ferôsilic để khử ôxy, phần không tác dụng hết với ôxy sẽ đi vào thành phần của thép

Trong quá trình luyện thông thường, các thép đều có chứa < 0,80% Mn, < 0,4%Si Chúng là các nguyên tố có ích, tác dụng tốt đến cơ tính: nâng cao độ cứng, độ bền (cũng làm giảm độ dẻo, dai) b) Tạp chất có hại: phốt pho và lưu huỳnh

Nó có lẫn trong quặng sắt và nhiên liệu (than khi luyện gang), làm cho thép giòn do đó phải được khử bỏ đến giới hạn cho phép, không được vượt quá 0,05% (cho mỗi nguyên tố)

Vậy với mọi loại thép đều chứa:

C < 2,14%; Mn < 0,80%; Si < 0,40%; P < 0,05%; S < 0,05% Đó là thành phần cơ bản của thép cacbon hay thép thường

Nguyễn Thái Hà 39 Luận văn Thạc sĩ c) Các tạp chất khác

Ngoài P, S trong thép luôn chứa các nguyên tố H, O, N do chúng hoà tan vào thép lỏng từ khí quyển của lò luyện Chúng đặc biệt có hại vì làm thép không đồng nhất về tổ chức (gây tập trung ứng suất) và giòn song với lượng chứa quá nhỏ (như 0,006 ÷ 0,008% với O 2 ) nên rất khó phân tích - gọi là tạp chất ẩn

Công nghiệp luyện kim hiện đại sử dụng lại (tái chế) thép, gang và hợp kim phế liệu, nên trong đó có chứa lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim: Crôm, Niken, Cu

< 0,30%; Vonfram, Môlipđen, Titan < 0,050% Chúng được coi là tạp chất vì không cố ý đưa vào, không ảnh hưởng đáng kể đến tổ chức, cơ tính (với lượng quá nhỏ) của hợp kim Fe - C

Hình 3.1 Ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép thường

1.4 Ảnh hưởng của cacbon đến tính chất và công dụng của thép thường

Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến tổ chức, tính chất (cơ tính), công dụng của thép (cả thép cacbon và thép hợp kim thấp)

- Cacbon có ảnh hưởng bậc nhất (theo quan hệ đường thẳng) đến độ cứng HB

- Về mặt định lượng cứ tăng 0,1%C độ cứng HB sẽ tăng them khoảng 25 đơn vị

- Đầu tiên cacbon làm giảm rất mạnh độ dẻo (δ,Ψ) và độ dai va đập làm cho các chỉ tiêu này giảm đi nhanh chóng, song càng về sau mức giảm này càng nhỏ đi Ảnh hưởng của cacbon đến giới hạn bền δb không đơn giản như đối với độ cứng Thấy rằng cứ tăng 0,1%C trong khoảng 0,1 + 0,5%C giới hạn bền tăng δ b tăng 70 +

90MPa, trong khoảng 0,6 + 0,8%C δ b tăng rất chậm và đạt đến giá trị cực đại trong

Nguyễn Thái Hà 40 Luận văn Thạc sĩ khoảng 0,8 + 1,0%C, khi vượt quá giới hạn này δ b lại giảm đi a) Vai trò của cacbon Công dụng của thép theo thành phần cacbon:

Do cacbon có ảnh hưởng lớn đến cơ tính nên nó quyết định phần lớn công dụng của thép

-Thép C thấp (< 0,25%) có độ dẻo, dai cao nhưng độ bền, độ cứng lại thấp, hiệu quả nhiệt tôi + ram không cao (muốn cao phải qua thấm C), được dùng làm kết cấu xây dựng, tấm lá dập nguội

- Thép C trung bình (0,30 ÷ 0,50%) có độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai đều khá cao, hiệu quả tôi + ram tốt, tóm lại có cơ tính tổng hợp cao nên dùng chủ yếu làm các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập cao

- Thép C tương đối cao (0,55 ÷ 0,65%), độ cứng tương đối cao, giới hạn đàn hồi cao nhất, được dùng làm các chi tiết đàn hồi

- Thép có C cao (> 0,70%), độ cứng và tính chống mài mòn đều cao, dùng làm các công cụ như dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo b) Tính công nghệ:

- Thép càng có %C ít thì tính hàn và khả năng dập nguội, dập sâu của thép càng dễ

- Thép có %C cao thì cứng khó gia công cắt, song nếu %C quá thấp, thép mềm dẻo cũng khó gia công cắt

- Nói chung tính đúc của thép không cao

1.5 Ảnh hưởng của các tạp chất

- Mangan: Được cho vào mọi thép dưới dạng ferô Mn để khử ôxy thép ở trạng thái lỏng tức là loại trừ FeO rất có hại:

PHÂN LOẠI THÉP CACBON

2.1 Phân loại theo chất lượng:

- Theo chất lượng: Theo chất lượng luyện kim tức là mức độ đồng nhất của thành phần hoá học, tổ chức, tính chất của thép, nhất là mức độ chứa các chất có hại như P, S ta có:

+Thép chất lượng thường, có thể có tới < 0.06% S, < 0.07% P

+Thép chất lượng tốt, chứa không quá 0.04% S và 0.035% P

+Thép chất lượng cao chứa không quá 0.025% mỗi nguyên tố

+Thép chất lượng đặc biệt cao, chứa không quá 0.015% S và 0.025% P

- Theo phương pháp khử ô xy:

+ Thép sôi: Là thép khử ô xy chưa triệt để, vẫn còn FeO nên có thể phản ứng với C tạo thành khí CO 2 bay lên khi thép lỏng, giống như bị sôi

+ Thép lặng: Là thép đã được khử ô xy triệt để, lượng FeO còn rất ít trong thép lỏng, mặt thép lỏng phẳng lặng

+ Thép nửa lặng: Là loại thép trung gian giữa hai loại trên

Nguyễn Thái Hà 42 Luận văn Thạc sĩ Đây là cách phân loại thường dùng nhất Gồm có bốn loại chính

+ Thép cán nóng thông dụng (Thép C vật liệu thường) loại này chủ yếu dùng trong xây dựng, nói chung không qua nhiệt luyện

+ Thép kết cấu (Thép cacbon vật liệu tốt) chủ yếu được làm các chi tiết máy, thường phải qua nhiệt luyện

+ Thép dụng cụ, chủ yếu làm dụng cụ cắt gọt, dụng cụ đo lường, thường bắt buộc phải qua nhiệt luyện

2.2 Phân loại theo thành phần cacbon a) Phân loại theo phương pháp luyện:

- Thép luyện trong lò Mactanh có chất lượng tương đối tốt, giá thành không cao lắm, gọi là thép Mactanh

- Thép luyện trong lò chuyển Betxme- Tômat có chất lượng thấp hơn thép Mactanh

- Thép luyện trong lò điện có chất lượng tốt nhất b) Phân loại theo hàm lượng Cacbon:

- Thép Cacbon thấp (C< 0,3%) Loại này có độ dẻo cao, nhưng độ bền thấp, được dùng làm các chi tiết bằng phương pháp dập hoặc các chi tiết để thấm cacbon

- Thép cacbon trung bình (C= 0,3 - 0,5%), loại này có cơ tính tổng hợp tốt, thường được dùng làm các chi tiết máy, như: trục, bánh răng

- Thép có hàm lượng Cacbon tương đối cao( C= 0,55 - 0,65%),loại này có độ cứng và tính đàn hồi cao, được dùng làm lò xo, nhíp

- Thép cacbon cao(C= 0,7- 1,3%), loại này có độ cứng và tính chống mài mòn cao, thường được dùng làm dụng cụ cắt gọt c) Phân loại theo công dụng:

- Thép cacbon kết cấu, gồm 2 loại:

+ Thép cacbon kết cấu chất lượng thường ( chứa nhiều P,S)

+ Thép cacbon kết cấu chất lượng tốt ( chứa ít P,S)

- Thép cacbon dụng cụ (C = 0,7 - 1,3%), thường được dùng để chế tạo các dụng cụ d) phân loại theo giản đồ trạng thái Fe-C:

Giản đồ trạng thái Fe-C là cơ sở để nghiên cứu quá trình nhiệt luyện các hợp kim Sắt và Cacbon (như: Gang, thép )

Giản đồ trạng thái Fe-C mô tả trạng thái của hợp kim tương ứng với các giá trị của hàm lượng cacbon và nhiệt độ của hợp kim

Trục tung của giản đồ biểu thị nhiệt độ của hợp kim ( 0 C), trục hoành biểu thị hàm lượng cacbon có trong hợp kim (%)

- Các đường trên giản đồ:

+ Đường ABCD là đường lỏng: ở phía trên đường này là vùng tồn tại của hợp kim ở thể lỏng

+ Đường AHJECF là đường đặc: ở phía trên đường này là vùng tồn tại của hợp kim ở thể đặc, còn phía dưới là vùng tồn tại của hợp kim ở thể rắn

+ Đường GS( kí hiệu là A 3 ) đánh dấu sự chuyển biến từ otennit sang pherit khi làm nguội, và phe rit sang otennit khi nung nóng

+ Đường PSK (kí hiệu A 1 ) đánh dấu sự chuyển biến từ Otennit sang Xe khi làm nguội, và từ Xe sang Otennit khi nung nóng

- Các tổ chức của hợp kim Fe-C: Ở trạng thái rắn, hệ hợp kim Fe-C tồn tại các tổ chức một pha và hai pha gồm: + Tổ chức Xementit(Xe) là hợp chất hoá học của Fe và C ( C%=6,67%) Đây là một tổ chức có độ cứng cao, tính công nghệ kém, độ giòn lớn nhưng chịu mài mòn tốt

+ Tổ chức ostenit (γ, Os ) là dung dịch đặc xen kẽ của C trong Feγ (sắt ostenit) Lượng hòa tan C tối đa là 2,14% ở 1147 o C Tại 727 o C, lượng hoà tan C là 0,8% Ostenit là pha dẻo và dai rất dễ biến dạng Vì nó tồn tại riêng biệt chia nhiệt độ trên 727 o C nên không quyết định tính chất cơ học khi kim loại chịu tải mà chỉ có ý nghĩa khi gia công áp lực nóng và nhiệt luyện

+ Ferit (α, F) là dung dịch đặc xen kẻ của C hòa tan trong Feα Lượng hòa tan các bon trong ferit nhỏ ở 727 o C hòa tan 0,02% C Nhiệt độ càng giảm, lượng hòa tan càng giảm nên có thể coi ferit là sắt nguyên chất Ferit rất dẻo, mềm và có độ bền thấp

+ Peclit (P) là một tổ chức gồm hai pha Nó là hỗn hợp cơ học của ferit và

Nguyễn Thái Hà 44 Luận văn Thạc sĩ xementit, khi hạ nhiệt độ xuống 727 o C, cả ferit và xementit cùng kết tinh ở thể rắn taọ nên cùng tinh peclit có số lượng lớn nhất Tính chất cơ học của peclit tùy thuộc vào lượng ferit và xementit và phụ thuộc vào hình dạng của xementit (dạng hạt hoặc tấm)

+ Ledeburit ( Le) là hồn hợp cơ học cùng tinh của ostennit và xementit Tại

1147 o C và 4,43% C cùng tinh ledeburit hình thành, ledeburit có độ cứng cao, giòn

Hinh 3.2: Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe 3 C)

TIÊU CHUẨN THÉP CACBON

Tiêu chuẩn Việt Nam đã quy định những loại thép cacbon chính TCVN 1765-75 Quy định các mác thép kết cấu cacbon chất lượng thường để làm các kết cấu xây dựng, được sử dụng ở trạng thái cung cấp, không qua nhiệt luyện Do yêu cầu chất lượng không cao nên lượng P, S cho phép khá lớn: P~0,040 ÷ 0,070%, S ~ 0,050 ÷ 0,060%

Mác thép được ký hiệu bằng CT(với ý nghĩa là thép cacbon chất lượng thường) với các chữ số ở sau cùng: s chỉ thép sôi, n chỉ thép nửa nặng, nếu không có chữ gì là thép lặng

Quy định thép chia làm ba phân nhóm A, B và C:

- Nhóm A (nhóm chủ yếu): Là thép được bảo đảm về cơ tính, bao gồm giới hạn chảy, độ giãn dài và khả năng uốn gập Nó được ký hiệu bằng chữ “CTxx” và số đằng sau chỉ thứ tự qui ước

Phân nhóm A có các số hiệu sau:

CT0, CT1, CT2, CT3, CT4, CT5, CT6 và CT7 Đây là phân nhóm quan trọng nhất và được sử dụng nhiều

Bảng 3.1: Bảng cơ tính của các loại thép phân nhóm A

Chỉ quy định cơ tính (không quy định thành phần hoá học) theo giới hạn bền kéo tối thiểu (Usb min) đạt được tính theo đơn vị kG/mm 2

Về cơ bản giữ nguyên như ký hiệu như ở phân nhóm song phần ký hiệu tương ứng có thêm chữ B và chữ C (BCTxx, CCTxx).Là thép được đảm bảo cả cơ tính lẫn thành phần hóa học Có các số hiệu sau:

BCT2, BCT3, BCT4, BCT5, chúng được bảo đảm các đặc tính sau:

- Thành phần C, Mn, Si xác định theo nhóm B

* Thép cácbon chất lượng tốt (Thép cơ khí):

Là loại thép các-bon chất lượng tốt (ít P và S) dùng để chế tạo các máy móc hay còn gọi là thép kết cấu các-bon Khác với thép trên, nó được sử dụng ở trạng thái sau khi nhiệt luyện Loại thép này được ký hiệu theo số phần vạn các-bon trung bình có các số hiệu sau: 10, 15, 20, 25, 30, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85

Thí dụ thép 45 thì lượng C trung bình : 0,45%C

Các số hiệu thép này được chế tạo thành các thỏi đúc, thỏi cán, dây thép, tấm thép, ống thép tuỳ theo công dụng của chúng Bảng 3.2 Thành phần hóa học và cơ tính của các số hiệu thép các-bon tốt

Như đã nói ở trên, tính chất của thép phụ thuộc chủ yếu vào thành phần các- bon Các-bon càng nhiều thép càng cứng và bền, nhưng lại kém dẻo Do đó thép với thành phần các-bon khác nhau sẽ được dùng vào các mục đích khác nhau

Tất cả các số hiệu thép đều chứa 0,17 + 0,37% Si, < 0,04% P, < 0,04% S, <

TCVN 1766-75 Quy định các mác thép kết cấu cacbon chất lượng tốt để chế tạo máy qua nhiệt luyện, do vậy phải đảm bảo cả thành phần hoá học và cơ tính Mác thép được ký hiệu bằng chữ C và số phần vạn cacbon trung bình Cxx

Về thành phần hóa học và cơ tính nó cũng tương đương với mác thép trên ta có thể tra bảng (3.2)

Ví dụ: C45 có khoảng 0,40%C (0,42 đến 0,50%); Si= 0,17-0,37%; Mn= 0,50- 0,80%; P, S< 0,040%; Cr, Ni= 0,25% và các tạp chất trong giới hạn Do chất lượng tốt nên P và S là < 0,040% cho mỗi nguyên tố, nếu mác có chất lượng cao (P, S < 0,030%) thì ở cuối ký hiệu có thêm chữ A

Bảng 3.2: Bảng cơ tính của các loại thép

Thép cán Thép ủ δ b kéo (MN/ m 2 ) δ 0.2 (MN/ m 2 ) δ %  % a k (KJ/ m 2 )

3.2 Tiêu chuân các nước a) Nga: - ΓOCT 380 ký hiệu các thép thông dụng bằng C T (X là số thứ tự từ 0 đến 6) Với TCVN có sự tương đương 31-0; 33-1; 34-2; 38-3; 42-4; 51-5; 61-6 + Thép cũng được chia ra làm 3 phân nhóm:

- Phân nhóm A đảm bảo về cơ tính (CT3 - CT38)

- Phân nhóm ỳ đảm bảo về thành phần hoá học

Phân nhóm C đảm bảo cả cơ tính lẫn thành phần hoá học Được kí hiệu là CT và được đánh số thứ tự từ CT0 đến CT7 Con số từ 0 - 7 chỉ hàm lượng cacbon tăng dần từ thấp lên cao

Bảng 3.3 Trình bày cơ tính của thép cacbon thường loại A của Việt Nam và Nga

(TCVN 1765 - 75 và tiêu chuẩn Nga 380 - 71)

Bảng 3.4: Thành phần hoá học của thép loại B

Nga VN Sôi nửa lặng lặng

CT6 BCT61 0.38-0.49 0.50-0.80 - 0.05-0.17 0.15-0.35 0.05 0.04 Đây là thép cacbon chất lượng tốt, S < 0.04%; P < 0.035% được quy định về thành phần hoá học và cơ tính Được dùng nhiều trong chế tạo máy b) Hoa kỳ:

Sử dụng nhiều tiêu chuẩn cho thép cacbon, ASTM thường dùng cho thép xây dựng, AISI và SAE cho các thép chế tạo máy và dụng cụ

AISI/SAE: thép C ký hiệu 10xx, thép C có Mn cao la 15xx, trong đó xx chỉ cacbon phần vạn c) Nhât bản: JIS quy định

Thép két cấu chất lượng thường: SSxxx hay SMxxx, trong đó xxx là các chỉ số giới hạn bền kéo tối thiểu tính bằng Mpa

Thép cacbon chất lượng tốt: SxxC trong đó xx là số chỉ lượng cacbon phần vạn

Bảng 3.5: Thành phần hóa học thép cacbon tốt của Nhật

Ký hiệu Thành phần hóa học

S15C 0.13~0.18 0.15~0.35 0.30~0.60 0.030max 0.035max 150~180 - S20C 0.18~0.23 0.15~0.35 0.30~0.60 0.030max 0.035max 150~180 - S25C 0.22~0.28 0.15~0.35 0.30~0.60 0.030max 0.035max 150~180 - S30C 0.27~0.33 0.15~0.35 0.60~0.90 0.030max 0.035max 150~180 46 S35C 0.32~0.38 0.15~0.35 0.60~0.90 0.030max 0.035max 160~240 53 S40C 0.37~0.43 0.15~0.35 0.60~0.90 0.030max 0.035max 160~240 53 S45C 0.42~0.48 0.15~0.35 0.60~0.90 0.030max 0.035max 170~240 53 S50C 0.47~0.53 0.15~0.35 0.60~0.90 0.030max 0.035max 180~260 55 S55C 0.52~0.58 0.15~0.35 0.60~0.90 0.030max 0.035max 180~260 55

3.3 Thép cacbon C45 (vật liệu thí nghiệm)

Mác thép Hàm lượng của các nguyên tố, % cacbon silic mangan Phot pho lưu huỳnh crom niken

+ Thép cacbon trung bình (C= 0,3 - 0,5%) có cơ tính tốt, C45: 0,42 – 0,50 %C + Thép cacbon chất lượng tốt, S < 0.04%; P < 0.035% ; Si= 0,17-0,37%; Mn 0,50-0,80%; Cr, Ni= 0,25%

Thép cacbon C45 Là loại thép các-bon chất lượng tốt (ít P và S) dùng để chế tạo các máy móc hay còn gọi là thép kết cấu các-bon Khác với thép trên, nó được sử dụng ở trạng thái sau khi nhiệt luyện.

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU THÉP CÁC BON C45 TRÊN MÁY PHAY CNC

Định dạng
Số trang	69
Dung lượng	5,34 MB