Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn dao và độ chính xác gia công khi phay mặt cong lõm trên vật liệu SKD61 bằng dao phay cầu Cacbit phủ tin

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --- NGUYỄN THÁI BÌNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN MÒN DAO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY MẶT CONG LÕM TRÊN VẬT LI

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

NGUYỄN THÁI BÌNH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN MÒN DAO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY MẶT CONG LÕM TRÊN VẬT LIỆU SKD61 BẰNG DAO PHAY CẦU

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân thực hiện dưới

sự hướng dẫn của TS Nguyễn Văn Hùng, chưa được sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác Theo hiểu biết cá nhân, chưa có tài liệu khoa học nào tương tự được công bố, trừ những thông tin tham khảo được trích dẫn

Tháng 5 năm 2013

Nguyễn Thái Bình

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn khoa học

của tôi, TS Nguyễn Văn Hùng, người đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ

cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp

Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí và Bộ môn Chế tạo máy Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện để tôi được tham gia và hoàn thành khóa học này

Lòng biết ơn chân thành tôi xin bày tỏ gia đình tôi, vì tất cả những gì mà mọi người đã dành cho tôi Mọi người đã chăm sóc, động viên tôi trong suốt thời gian tôi sống, học tập và làm luận văn

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo, các bạn bè, đồng nghiệp trong trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã hỗ trợ và giúp đỡ trong thời gian học tập của tôi

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 6

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU 10

PHẦN I: MỞ ĐẦU 11

1 Tính cấp thiết của đề tài 11

2 Đôi tượng nghiên cứu 12

3 Mục đích nghiên cứu 12

4 Nội dung nghiên cứu 12

5 Phương pháp nghiên cứu 12

6 Ý nghĩa của đề tài 13

6.1 Ý nghĩa khoa học 13

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 13

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 14

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DAO PHAY CẦU 14

1.1 Khả năng ứng dụng của dao phay cầu 14

1.2 Kết cấu và thông số hình học của dao phay cầu 16

1.2.1 Các dạng kết cấu của dao phay cầu 16

1.2.1.1 Dao phay cầu liền khối 16

1.2.1.2 Dao cầu ghép mảnh 17

1.2.2 Thông số hình học của dao phay cầu 20

1.3 Đặc điểm quá trình cắt của dao phay cầu 21

1.3.1 Cơ chế cắt của dao phay cầu 21

1.3.2 Kết cấu phần cắt của dao phay cầu 22

1.3.3 Sự hình thành bề mặt gia công 25

1.3.4 Xác định chiều cao nhấp nhô hth 26

1.3.5 Vận tốc cắt khi phay 27

1.3.6 Sự hình thành phoi và thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu 28

1.4 Nghiên cứu về dao phay cầu trước đây 29

1.4.1 Điều kiện để tránh cắt ở đỉnh dao 29

1.4.2 Giá trị đánh giá quá trình cắt 32

1.5 Kết luận chương 33

CHƯƠNG 2: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY CẦU 34

2.1 Mòn và tuổi bền dao phay cầu 34

2.1.1 Mòn dụng cụ cắt 34

2.1.1.1 Khái niệm chung về mòn 34

2.1.1.2 Mòn dụng cụ cắt: 35

2.1.1.3 Mòn dụng cụ phủ bay hơi 40

2.1.2.4 Cách xác định mòn dụng cụ cắt 41

2.1.2.5 Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt gia công 43

2.1.1.6 Mòn của dao phay cầu phủ 44

2.1.2 Tuổi bền dụng cụ cắt 44

2.1.2.1 Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 44

2.1.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 45

2.1.2.3 Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 48

2.1.2.4 Tuổi bền của dao phay cầu phủ 50

2.2 Cơ sở vật lý quá trình cắt bằng dao phay cầu 51

2.2.1 Biến dạng và quá trình hình thành phoi 51

2.2.2 Các thành phần lực cắt 52

2.3 Kết luận chương 54

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN MÒN DAO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY MẶT CONG LÕM TRÊN VẬT LIỆU SKD61 BẰNG DAO PHAY CẦU CACBIT PHỦ TiN 55

3.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 55

3.1.1 Cơ sở lý thuyết 55

3.1.1.1 Thực nghiệm tối ưu hoá 55

3.1.1.2 Tiến trình tối ưu hoá 55

3.1.1.3 Mức độ phù hợp của mô hình 56

3.1.1.4 Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu 56

3.1.1.5 Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm 57

3.1.1.6 Phương pháp đo và tổng hợp kết quả đo 58

3.1.2 Thiết kế thí nghiệm 59

3.1.2.1.Máy thí nghiệm 59

3.1.2.2 Dụng cụ cắt thí nghiệm 59

3.1.2.3 Phôi 60

3.1.2.4.Dụng cụ đo kiểm 61

3.1.3 Điều kiện biên 61

3.2 Thực nghiệm để xác định quan hệ giữa tuổi bền và chế độ cắt khi gia công thép hợp kim SKD61 bằng dao phay cầu phủ TiN 61

3.2.1 Nộidung: 61

3.2.2 Các thông số đầu vào của thí nghiệm 62

3.2.3 Các hàm mục tiêu khi gia công thép hợp kim SKD61 bằng dao phay đầu cầu phủ TiN 63

3.2.4 Chọn dạng hàm hồi quy 63

3.2.5 Xây dựng ma trận thí nghiệm 63

3.2.6 Tiến hành thí nghiệm 64

3.3 Xử lý kết quả thực nghiệm 71

3.3.1 Phân tích và đánh giá các thành phần lực cắt 71

3.3.2 Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu lượng mòn Hs 73

3.3.3 Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu độ chính xác  77

3.4 Kết luận chương 3 80

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 81

PHỤ LỤC 84

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

TT

hình

1.2 Hình dạng - kích thước chế tạo của dao phay cầu liền khối 17 1.3 Hình dạng - kích thước chế tạo của thân dao ký hiệu SRFHSMW,

1.4 Hình dạng của thân dao ký hiệu SRM dùng để ghép nhiều mảnh cắt 18

1.5 Hình dạng - kích thước chế tạo của thân dao ký hiệu SRM và mảnh

1.7 Sơ đồ chạy dao: a- Sơ đồ chạy dao ngang; b- Sơ đồ chạy dao đứng 21

1.8 Mòn của dao cầu các bit phủ TiAlN khi gia công thép HPM1

1.9 Các bề mặt được hình thành trên phần cắt của dao phay cầu 22 1.10 Phương pháp 3D-CAD mô phỏng lưỡi cắt của dao phay đầu cầu 23

1.15 Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô hth khi gia công bằng dao phay

1.17 Thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu 28

1.18 Tiết diện của phoi phụ thuộc vào góc  28

1.20 Phương thức chuyển dao khi phay bằng dao phay cầu 30 1.21 Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến với một số giá trị θy 30

2.22 Quan hệ giữa giá trị đánh giá Ed và góc quay của lưỡi cắt trong

2.11 (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 47

2.12 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 48 2.13 Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 48

3.1 Sơ đồ thí nghiệm K= 22

; (b) 4 thí nghiệm dọc trục và 1 thí nghiệm

3.4 Xác định sai số bề mặt gia công trên CMM-C544 64

3.6 Xác định các thành phần lực cắt trong quá trình gia công 65 3.7 Sơ đồ các thành phần lực cắt tác dụng lên lƣỡi cắt 70

3.14 Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao với sai số gia

3.15 Biểu đồ đường mức quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao với sai số

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

1.1 Trích bảng thông số kích thước của dao phay cầu kiểu ký kiệu

1.2 Trích bảng thông số kích thước thân dao ký hiệu SRFHSMW,

SRFHSLW ghép một mảnh cắt hãng Mitssubishi 18 1.3 Trích bảng thông số kích thước thân dao ký hiệu SRM ghép

3.6 Kết quả đo lượng mòn trên mặt sau dụng cụ cắt 67 3.7 Kết quả đo độ chính xác gia công  theo chiều dài gia công 68 3.8 Kết quả độ nhám Ra theo chiều dài gia công 69 3.9 Giá trị trung bình các thành phần lực cắt tại các điểm thí nghiệm 71

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và đặc biệt là công nghệ vật liệu nói riêng đã góp phần vào việc nghiên cứu và chế tạo nhiều chủng loại dụng cụ cắt với vật vùng cắt có nhiều tính năng ưu việt Một trong những ứng dụng mang tính phổ biến trong lĩnh vực gia công cắt gọt đó là vật liệu dụng cụ được phun phủ để làm tăng khả năng cắt gọt của chúng Với những dụng cụ cắt có kết cấu phức tạp, việc chế tạo khó khăn thì ứng dụng đó là một trong những giải pháp mang tính đột phá Dao phay đầu cầu phủ TiN là một loại dụng cụ như vậy

Có thể nói rằng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ khuôn, mẫu đã góp phần tạo nên sự linh hoạt và hiệu quả trong lĩnh vực cơ khí chế tạo Trong việc chế tạo khuôn thì thép hợp kim SKD61 là một trong những loại vật liệu điển hình Ngoài ra vật liệu này còn được dùng để chế tạo nhiều dạng chi tiết khác nhau phục vụ trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội Thực tế việc gia công thép hợp kim SKD61 bằng dao phay đầu cầu phủ TiN là một giải pháp đang được rất nhiều nhà máy, cơ

sở sản xuất áp dụng để gia công nhiều dạng bề mặt phức tạp Trước đây những bề mặt phức tạp này được gia công bằng các phương pháp không truyền thống như là: Gia công bằng điện hoá, gia công bằng xung điện, gia công bằng siêu âm nhưng những phương pháp này có một số nhược điểm: Giá thành đầu tư cao, năng suất gia công thấp Quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất phức tạp vì lưỡi cắt của dao phay được bố trí trên mặt cầu Trong đó có thể nhận thấy rằng đỉnh dao

là nơi có điều kiện cắt gọt khốc liệt nhất, cơ chế cắt gọt phức tạp nhất, mòn dao diễn

ra nhanh nhất Nhưng trong nhiều trường hợp không thể tránh được hiện tượng đỉnh dao tham ra cắt Vì vậy, một trong nhưng vấn đề cần được nghiên cứu để có thể khai thác hiệu quả hơn nữa việc sử dụng dao phay đầu cầu phủ TiN khi gia công

thép hợp kim SKD61 đó là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến mòn dao và độ chính xác gia công khi phay mặt cong lõm trên vật liệu SKD61 bằng dao phay cầu hợp kim phủ TiN”

2 Đôi tượng nghiên cứu

- Các thông số công nghệ quá trình phay thép SKD61 bằng dao phay cầu

- Vật liệu gia công là thép hợp kim SKD61 độ cứng 40÷50 HRC

- Dao phay cầu hợp kim phủ TiN

3 Mục đích nghiên cứu

- Đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu hợp kim phủ TiN, độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt khi gia công thép hợp kim SKD61

- Đưa ra các chỉ dẫn công nghệ cho người sử dụng dao phay cầu hợp kim phủ

TiN

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tông quan về quá trình cắt của dao phay cầu

- Nghiên cứu lý thuyết cơ sở vật lý quá trình cắt của dao phay cầu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến mòn của phần cắt dao phay cầu hợp kim phủ TiN khi gia công thép SKD61

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về quá trình cắt của dao phay cầu

- Tiến hành thực nghiệm

- Phân tích số liệu thực nghiệm

- Xử lý số liệu và xây dựng các mô hình hồi quy

- Phân tích kết quả

6 Ý nghĩa của đề tài

sở khoa học cho việc tối ưu quá trình phay

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Dao phay cầu làm dụng cụ thường được sử dụng trong quá trình gia công khuôn mẫu đặc biệt là các bề mặt 3D phức tạp Chính vì vậy : kết quả nghiên cứu với mác thép SKD61 có thể áp dụng trực tiếp hoặc dùng để tham khảo khi mài các mác thép hợp kim cao, không gỉ, có độ bền cao (bền hóa, bền nhiệt) như: SKD4, SKD5, SKD8, SKD11, SKD62

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DAO PHAY CẦU 1.1 Khả năng ứng dụng của dao phay cầu

Trong ngành chế tạo máy và ngành công nghiệp khuôn mẫu, nhiều chi tiết có bề mặt cong phức tạp được sử dụng, không những là bề mặt phức tạp mà những bề mặt này còn làm bằng vật liệu khó gia công như thép hợp kim có độ bền cao, thép chịu nhiệt, thép không gỉ, thép đã tôi Hiện nay, việc gia công những bề mặt phức tạp này có một số phương pháp như: Gia công bằng điện hoá, gia công bằng siêu âm, gia công bằng tia lửa điện [1] Những phương pháp gia công này tồn tại một số nhược điểm đó là: Giá thành đầu tư cao, năng suất gia công thấp dẫn đến giá thành của chi tiết gia công cao

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung

và lĩnh vực máy cắt kim loại nói riêng, sự xuất hiện và khả năng ứng dụng của các máy công cụ CNC đã ngày càng được khẳng định Đặc biệt hơn là khả năng gia công với độ chính xác, năng xuất cao và ngày càng được cải thiện Song song với

sự phát triển đó là một lĩnh vực không thể tách rời Đó là lĩnh vực dụng cụ cắt trên máy CNC để có thể đáp ứng những yêu cầu cao hơn như: Khả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công, tuổi bền cao và ổn định với chế độ cắt lựa chọn, có thể gia công được các bề mặt phức tạp Dao phay đầu cầu là loại dụng cụ cắt rất hữu ích

để gia công những hình dáng phức tạp như bề mặt của khuôn mẫu[1] Hiện nay dao phay cầu được phát triển có rất nhiều loại kết cấu, kích thước và làm bằng những vật liệu khác nhau có sẵn trên thị trường[2] Gần đây, do sự phát triển của kỹ thuật phủ dụng cụ có thể phay được thép đã được tôi cứng [3,4] Vì thế, tầm quan trọng của dao phay đầu cầu được tăng lên Sự đa dạng của dụng cụ cắt về chủng loại, kết cấu và hơn nữa là sự xuất hiện của nhiều loại dụng cụ cắt với vật liệu vùng cắt có khả năng cắt cao hơn, chất lượng và hiệu quả gia công cao hơn đã góp phần tạo ra

một cuộc cách mạng trong ngành cơ khí

Việc chế tạo ra dao phay cầu, đặc biệt là sử dụng dao phay cầu phủ các vật liệu CBN, TiAlN, TiN trên các máy CNC nhiều trục cho phép gia công các bề mặt phức tạp, với năng suất gia công cao hơn rất nhiều so với các phương pháp gia công không truyền thống Dụng cụ cắt phủ TiN có độ cứng 3000 - 4000 Kg/mm2 [7] tương đương với độ cứng hạt mài, Có độ cứng cao hơn TiN, có hiệu quả tốt khi gia công thép chịu nhiệt, thép không gỉ và có thể gia công được thép đã tôi Việc gia công thép hợp kim SKD61 bằng dao phay đầu cầu cacbit phủ TiN 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 của các loại khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, khuôn đùn ép .vì cho năng suất cao hơn và giá thành hạ hơn so với các phương pháp gia công không truyền thống [1]

Nhưng quá trình phay bằng dao phay đầu cầu rất phức tạp bởi vì quá trình cắt gián đoạn và chiều dầy cắt thay đổi trong suốt quá trình cắt Mặc dù cơ chế cắt bằng dao phay đầu cầu đầu cầu được rất nhiều bài báo như : Điều khiển lực cắt không đổi cho quá trình gia công khuôn mẫu bằng dao phay đầu cầu[9], Đo lực cắt

và độ chính xác gia công bằng dao phay đầu cầu [10], Tạo hình bề mặt gia công khi phay bằng dao phay đầu cầu [11], Rung động khi cắt bằng dao phay đầu cầu [12]

Hình 1.1 Sơ đồ làm việc của dao phay cầu (a) Trường hợp cắt ở đỉnh dao, (b) Trường hợp tránh cắt ở đỉnh dao

Quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất phức tạp vì lưỡi cắt của dao phay được bố trí trên mặt cầu Khi gia công bề mặt phức tạp bằng dao phay cầu, bề mặt gia công được hình thành như ở hình 1.1 Dao phay được quay với tốc độ của trục chính là n, chuyển động tiến của dao có thể được thực hiện theo hai trục liên tục với lượng chạy dao và một trục gián đoạn, có thể thực hiện theo ba trục Nhưng lưỡi cắt của dao được xác định trên chỏm cầu vì thế trên bề mặt gia công sẽ còn một dải kim loại không cắt được tạo nên giữa hai đường chuyển dao

1.2 Kết cấu và thông số hình học của dao phay cầu

1.2.1 Các dạng kết cấu của dao phay cầu

1.2.1.1 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

a 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 kim cứng….để gia công những chi tiết được làm từ những loại vật liệu có

độ cứng thấp như đồng, thép chưa tôi, nhôm hợp kim… hoặc được làm từ vật liệu phi kim loại như nhựa cứng, gỗ…

b 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

Dao có lưỡi cắt trên cả phần trụ và phần cầu

Đặc điểm của dạng dao này là cả phần lưỡi cắt cầu và trụ đều có thể tham gia cắt đồng thời Dao có đường kính danh nghĩa phần cắt và phần chuôi bằng nhau như hình 1.2 Đây là dạng dao có ưu điểm trong gia công mặt cong lồi và hốc sâu vì kết cấu dao không ảnh hưởng đến việc tiến sâu của dao Nhưng độ cứng vững của dao

sẽ kém nếu gá dao quá dài, đặc biệt với những dao có đường kính gia công nhỏ

Hình 1.2 Hình dạng - kích thước chế tạo của dao phay cầu liền khối ký kiệu BZD25G hãng

Một trong những dạng hỏng chủ yếu của dao cầu khi gia công là mòn, vỡ lưỡi dao,

mẻ dao Nếu như gia công theo chế độ cắt hợp lý thì có thể khẳng định rằng đa phần

là dao bị hỏng do mòn, mẻ Vì vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng người ta chế tạo dao phay cầu ghép mảnh Ưu điểm của dao phay cầu ghép mảnh là phần cán dao cố

định còn phần lưỡi cắt sẽ được thay thế khi mòn, hỏng Nhưng hạn chế của giải pháp này là khó áp dụng đối với dao có đường kính nhỏ Hầu hết các mảnh dao cầu đều được làm từ những vật liệu có tính năng cắt tốt, hoặc được phủ để tăng tuổi bền

và khả năng cắt gọt Thân dao ngoài việc được chế tạo bằng nhũng loại vật liệu có

độ bền cao chúng còn được tăng bền như thấm Nitơ, phủ TiN, TiAlN… để tăng tuổi thọ của cán dao Dao ghép mảnh có thể được phân ra:

Dao ghép một mảnh

Hình 1.3 Hình dạng - kích thước chế tạo của thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW và mảnh

ghép ký hiệu SRFT vật liệu VP10MF của dao một mảnh [7]

Bảng 1.2 Trích bảng thông số kích thước thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW ghép một

Hình 1.4 Hình dạng của thân dao ký hiệu SRMdùng để ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi -

Nhật Bản

Hình 1.5 Hình dạng - kích thước chế tạo của thân dao ký hiệu SRM và mảnh ghép ký hiệu

SRG40C, SRG50C, SRG50E, SRG50E, APMT1604PDER-M2, APMT1604PDER-H2 của dao nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7]

Bảng 1.3 Trích bảng thông số kích thước thân dao ký hiệu SRM ghép nhiều mảnh

cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản (hình 1.5b) [7]

Số hiệu thân dao R D1 D4 L1 L2 ap

Góc trước của dao phay cầu thường được đo

ở tiết diện chính N-N Góc trước và góc sau

của dao phay cầu phủ thường được chọn:

 = 0o 5o Đối với dao phay cầu liền khối lưỡi

cắt bao gồm cả phần đầu dao và phần trụ

Góc trước đo ở tiết diện chính tại một điểm A

bất kỳ trên lưỡi cắt được xác định tương tự như

trên mũi khoan theo công thức sau:

.

D

tg D

tg AN  A

Trong đó:

Hình 1.6 Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu

DA: đường kính xét tại điểm A(mm)

D :đường kính dao phay cầu(mm)

ω : góc xoắn của rãnh xoắn(o)

φ : góc nghiêng chính(o)

Góc sau :

Góc sau của dao phay cầu thường được chọn:  = 3o7o

1.3 Đặc điểm quá trình cắt của dao phay cầu

1.3.1 Cơ chế cắt của dao phay cầu

Để tạo hình bề mặt của chi tiết gia công, dao phay đầu cầu có thể thực hiện cắt gọt theo 2 sơ đồ hình 1.7 a,b

Hình 1.7: a- Sơ đồ chạy dao ngang, b- Sơ đồ chạy dao đứng

Theo hướng đường đi của dụng cụ cắt ta có các đồ cắt như sau:

- Chạy dao ngang hướng chuyển dao lên trên

- Chạy dao ngang hướng chuyển dao xuống dưới

- Chạy dao đứng xuống dưới

- Chạy dao đứng lên trên

Hướng đường đi của dụng cụ cắt rất quan trọng để đạt được bề mặt mong muốn [4], vì nó ảnh hưởng diện tích phoi cắt, biến dạng của phoi, lực cắt, nhiệt cắt, rung động Tất cả các nhân tố này ảnh hưởng tới tuổi bền của dụng cắt, năng suất

gia công, giá thành gia công và chất lượng bề mặt gia công Thông thường được sử dụng theo sơ đồ hình 1.7a

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 vì tại đỉnh dao tốc độ cắt bằng không Hình 1.8 là tình trạng mòn của dao phôi được gá nghiêng

100, cho thấy càng gần đỉnh dao mòn mặt sau càng nhiều, vì càng gần đỉnh tốc độ cắt càng tiến dần tới không Chính vì vậy mà trong quá trình gia công người ta cần hạn chế đến mức cao nhất sự tham ra của khu vực này vào quá trình cắt gọt Khi gia công trên máy CNC-3D vị trí tương đối giữa dụng cụ cắt là rất quan trọng để đạt được chất lượng bề mặt tối ưu và tuổi thọ của dụng cụ cắt lớn nhất

Hình1.8: Mòn của dao cầu các bit phủ TiAlN khi gia công thép HPM1

độ cứng HRC 38-42 [13]

1.3.2 Kết cấu phần cắt của dao phay cầu

Hình 1.9 là kết cấu phần cắt của dao phay đầu cầu, gồm có các bề mặt: Mặt trước, mặt sau, giao tuyến giữa chúng hình thành lên lưỡi cắt Lưỡi cắt được bố trí trên chỏm cầu và có dạng xoắn vít

Hình 1.9 Các bề mặt được hình thành trên phần cắt của dao phay cầu

* Mô phỏng quá trình hình thành phần cắt trên phần mềm 3D-CAD V6):

(CATIA-Hình 1.10 là mô phỏng của dao phay cầu đường kính D = 20mm với lưỡi cắt và mặt trước sử dụng 3D-CAD (CATIA-V5), được xây dựng như sau:

Hình 1.10: Phương pháp 3D-CAD mô phỏng lưỡi cắt của dao phay đầu cầu

Quá trình cắt được thực hiện theo hướng trục X của phôi ở điều kiện chiều sâu cắt theo phương hướng hình là 0.1mm Pf là lượng chạy dao, hình 1.8 mô tả quá trình cắt chuyển động chạy dao từ trên xuống dưới theo bề mặt nghiêng Gốc tọa độ

O là tâm chỏm cầu của dụng cụ, đường nét đứt thể hiện lưỡi cắt của dụng cụ Phần abcd ở hình 3 là thể tích của phoi chưa biến dạng được bóc đi trong quá trình cắt, thể tích này bao gồm 2 phần của mặt phẳng nghiêng bcd và adc, 2 phần của chỏm cầu bad và bac Tọa độ một điểm bất kỳ trên lưỡi cắt Pc(Xc,Yc) phần chỏm cầu có thể xác định theo công thức (1.1) Giả sử điểm giao của đường qua điểm Pc và mặt phẳng X-Y là P‟0 và góc P0OP‟0 là , ta có:



cos ) / (

c c c

X   (1.1)



sin ) / (

Hình1.11: Mô tả quá trình cắt Hình 1.12: Biên dạng của lưỡi cắt

Trên hình 1.12 so sánh hình dáng của lưỡi cắt của dao phay đầu cầu chiếu lên mặt phẳng X-Y bằng phương pháp tính toán và phương pháp đo trực tiếp bằng kính hiển vi số (Keyence VH-630), cho thấy hình dáng của lưỡi cắt xác định bằng 2 phương pháp hầu hết là trùng nhau và sai số góc quay của dụng cụ cắt c ở mỗi điểm trên lưỡi cắt ít hơn ± 3.70 Như vậy, việc kiểm tra cho thấy phương pháp xác định hình dạng của lưỡi cắt bằng tính toán là hợp lý

1.3.3 Sự hình thành bề mặt gia công

Hình 1.13 mô tả quá trình cắt gọt hình thành nên bề mặt của chi tiết gia công

Để tạo hình bề mặt gia công dao có các chuyển động sau:

- Chuyển động quay tròn của dao tạo ra tốc độ cắt chính

- Chuyển động chạy dao với lượng chạy dao Sz

- Chuyển động dịch dao với lượng dịch dao ae

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 Hình 1.14 là ảnh chụp bề mặt chi tiết gia công được gia công bằng dao phay cầu

Hình 1.13: Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu

hth

D e /2

RD

Hình 1.14 Ảnh chụp bề mặt chi tiết gia công

1.3.4 Xác định chiều cao nhấp nhô h th

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 1.15

Có thể nhận thấy rằng R >

2

4R2 a2e

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 R lớn nhất trong điều kiện có thể

 Giảm lượng dịch chuyển dao ngang ae

1.3.5 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 [4] Vì vậy để tính toán lựa chọn vận tốc cắt cần xác định đường kính cắt thực:

De = 2 a p(Da p) (1.3) 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



(m/ph) (1.4) 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) Hình 1.16 Sơ đồ tính

n là số vòng quay của dao (vòng/ph) vận tốc cắt của dao phay cầu

.

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 [5] 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

1.3.6 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 1.14 [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 chuyển ngang ae Xét sự hình thành phoi ở đường cắt thứ hai Mảnh phoi sẽ được tạo ra khi lưỡi cắt của dao quay được một góc  và tiến được một lượng bằng fz(mm) Nhưng chiều sâu dọc trục sẽ quyết định thông số hình học của phoi Từ phân tích trên nếu coi như phoi không có biến dạng thì thông số hình học của phoi được thể hiện như trên hình 1.17

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

1.4 Nghiên cứu về dao phay cầu trước đây

1.4.1 Điều kiện để tránh cắt ở đỉnh dao

Dao phay cầu được sử dụng để gia công hoàn thiện các bề mặt cong phức tạp trong công nghệ sản xuất vỏ máy bay, khuôn đúc… Quá trình cắt gọt của phần bán cầu trên dao là rất phức tạp Bởi vì lưỡi cắt được xác định trên mặt cầu Khi gia công bề mặt cong thì tuổi thọ của dao phụ thuộc vào dạng của bề mặt (vì dạng của

bề mặt sẽ quyết định vị trí tham ra cắt thực – nơi xẩy ra quá trình phá huỷ) Khi xem xét khả năng cắt của phần đầu cầu trên dao có thể nhận thấy rằng vị trí đỉnh dao là nơi quá trình cắt diễn ra rất phức tạp, là nơi quá trình mòn dao diễn ra nhanh nhất, là

vùng có tuổi bền thấp nhất Chính vì vậy mà trong quá trình gia công người ta cần hạn chế đến mức cao nhất sự tham ra của khu vực này vào quá trình cắt gọt Như trên đã nói, đoạn lưỡi cắt của dao phay cầu tham gia cắt phụ thuộc vào vị trí tương quan giữa trục dao và bề mặt gia công Để xác định điều kiện tránh cắt ở đỉnh dao, bằng phương pháp phân tích hình học khi xem xét trường hợp dao gia công mặt nghiêng như sơ đồ cắt hình 1.8 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)

Ngược lại dao sẽ cắt ở đỉnh nếu:

Hình 1.20 Phương thức chuyển dao khi phay bằng dao phay cầu

a) Chuyển dao từ dưới lên

b) Chuyển dao từ trên xuống

Sự thay đổi giá trị của góc θy sẽ dẫn đến hình dạng và kích thước của phoi thay đổi Xét trường hợp gia công với cùng một bộ thông số ae = 0.8mm, ap = 0.8mm,

Ddao = 4mm, fz = 0,1mm/răng nhưng thay đổi giá trị góc θy (0o, 15o, 30o, 45o, 60o,

75o) khi chiếu xuống mặt phẳng XOY phoi được xác định như hình 1.21 (a), (b) [7]

Hình 1.21a Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến lên với một số giá trị θy (0o, 15o, 30o,

45o, 60o, 75o)

Hình 1.21b Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến xuống với một số giá trị θy (0o, 15o, 30o,

45o, 60o, 75o)

1.4.2 Giá trị đánh giá quá trình cắt

Quá trình cắt bằng dao phay đầu cầu, nếu điểm đặt của lực cắt lớn nhất tương ứng với diện tích max đã mô tả ở trên gần trục chính, mô men cắt sẽ được điều khiển để cải thiện việc thực hiện quá trình cắt Thừa nhận lực cắt sẽ tác động bởi lực tập trung ở trọng tâm G của diện tích phoi, giá trị đánh giá Ed được xác định bởi công thức (2.3) Ở đây A là diện tích phoi và LG là khoảng cách từ trục chính đến trọng tâm G Giá trị Ed phù hợp với mô men cắt khi thực hiện một quá trình cắt Thừa nhận rằng thành phần lực cắt tiếp tuyến tăng khi diện tích phoi tăng, vì vậy giá trị Ed

phù hợp để có thể đánh giá quá trình cắt

Ed = A.LG (1.3) Hình 1.22a là kết quả xác định khi chạy dao lên và hình 1.22b là kết quả xác định khi chạy dao xuống Từ hình 1.22 cho thấy những thay đổi của giá trị đánh giá Ed về

cơ bản giống như hình 1.23, nhưng giá trị Ed tăng khi tăng góc nghiêng α vì kích thước LG tăng cùng với sự tăng của góc nghiêng

Hình 1.22: Quan hệ giữa giá trị đánh giá E d và góc quay của lưỡi cắt

trong trường hợp phay thuận

Hình 1.23 cho thấy quan hệ giữa giá trị đánh giá lớn nhất Ed max và góc nghiêng θ, giá trị Edmax nhỏ nhất trong trường hợp trường hợp chạy dao xuống khi θ = 200 Điều này có nghĩa là đối với phay bề mặt nghiêng, quá trình cắt tối ưu để cho mô men cắt nhỏ nhất sẽ có được khi thực hiện quá trình cắt chạy dao xuống trục chính của dao nghiêng góc 700 với bề mặt của chi tiết gia công Và do đó với điều kiện cắt này sẽ dẫn đến hiệu quả cao khi gia công thô ở tốc độ cao.

Hình 1.23: Quan hệ giữa góc nghiêng phôi và giá trị đánh giá E dmax

1.5 Kết luận chương

- Nghiên cứu tổng quan ở trên cho thấy dao phay đầu cầu là loại dụng cụ cắt rất hữu ích để gia công những hình dáng phức tạp như bề mặt của khuôn mẫu Hiện nay dao phay cầu được phát triển có rất nhiều loại kết cấu, kích thước và làm bằng những vật liệu khác nhau có sẵn trên thị trường Qua nghiên cứu tổng quan ta thấy đối với dao phay cầu còn một số vấn đề tồn tại sau đây:

- Thông số hình học tại các điểm trên lưỡi cắt thay đổi

- Thông số hình học của lớp cắt thay đổi và phụ thuộc vào nhiều yếu tố(θy , ae,

ap, De, fz, ψ)

- Vận tốc cắt tại các điểm khác nhau trên lưỡi cắt thay đổi, vào càng gần tâm vận tốc cắt giảm dần

- Cơ chế cắt gọt của dao cầu là rất phức tạp, tải trọng tác dụng lên lưỡi cắt không đều, biến dạng phoi, hiện tượng chèn ép phoi

 Lưỡi cắt mòn không đều Giảm độ chính xác gia công

Từ việc phân tích đặc điểm quá trình cắt bằng dao phay cầu và các nghiên cứu trước đây về dao phay cầu cũng như xu hướng sử dụng dao phay cầu trên các trung tâm gia công 5 trục để gia công chính xác các bề mặt phức tạp Đã đặt ra vấn

đề cần tập trung nghiên cứu đó là cơ chế cắt và quá trình vật lý khi gia công bằng

dao phay cầu Chính vì vậy việc “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến mòn dao và độ chính xác gia công khi phay mặt cong lõm trên vật liệu SKD61 bằng dao phay cầu hợp kim phủ TiN” là cần thiết để áp dụng vào sản

xuất tại Việt Nam nhằm cải thiện chất lượng quá trình cắt

CHƯƠNG 2: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY CẦU

2.1 Mòn và tuổi bền dao phay cầu

2.1.1 Mòn dụng cụ cắt

2.1.1.1 Khái niệm chung về mòn

Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt và sự tách vật liệu từ một hoặc cả hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau Eyre và Davis định nghĩa mòn liên quan đến sự hao hụt về khối lượng hoặc thể tích, dẫn đến sự thay đổi vượt quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của bề mặt Nói chung mòn xảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt Trong quá trình chuyển động tương đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào tách ra, sau đó vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành những hạt mài rời Trong trường hợp vật liệu chỉ dính từ

bề mặt này sang bề mặt khác, thể tích hay khối lượng mòn ở vùng tiếp xúc chung bằng không mặc dù một bề mặt vẫn bị mòn Định nghĩa mòn nói chung dựa trên sự mất mát của vật liệu, nhưng sự phá huỷ của vật liệu do biến dạng mà không kèm theo sự thay đổi về khối lượng hoặc thể tích của vật liệu cũng là một dạng mòn Giống như ma sát, mòn không phải là do tính chất của vật liệu mà là sự phản ứng của một hệ thống, các điều kiện vận hành sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến mòn ở bề mặt tiếp xúc chung Sai lầm đôi khi cho rằng ma sát lớn trên bề mặt tiếp xúc chung là nguyên nhân mòn với tốc độ cao Mòn bao gồm sáu hiện tượng chính tương đối khác nhau và có chung một kết quả là sự tách vật liệu từ các bề mặt trượt đó là: dính

- mỏi bề mặt - va chạm – hoá ăn mòn và điện Theo thống kê khoảng 2/3 mòn xảy

ra trong công nghiệp là do các cơ chế dính, trừ mòn do mỏi, mòn do các cơ chế khác là một hiện tượng xảy ra từ từ Trong thực tế, mòn xảy ra do một hoặc nhiều

cơ chế Trong nhiều trường hợp mòn sinh ra do một cơ chế nhưng có thể phát triển

do sự kết hợp với các cơ chế khác làm phức tạp hoá sự phân tích hỏng do mòn Phân tích bề mặt các chi tiết bị hỏng do mòn chỉ xác định được các cơ chế mòn ở giai đoạn cuối Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ

sẽ giảm dần đến một lúc nào đó dụng cụ sẽ không tiếp tục cắt được do mòn hoặc hỏng hoàn toàn Mòn dụng cụ là chỉ tiêu đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ bởi vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế của quá trình gia công Sự phát triển và tìm kiếm những vật liệu dụng cụ mới cũng như các biện pháp công nghệ mới để tăng bền bề mặt chính là nhằm mục đích làm tăng khả năng chống mòn của dụng cụ [3]

2.1.1.2 Mòn dụng cụ cắt:

Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ giảm dần đến một lúc nào đó dụng cụ sẽ không tiếp tục cắt được do mòn hoặc hỏng hoàn toàn Mòn dụng cụ là chỉ tiêu chính đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ bởi vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế của quá trình gia công Sự phát triển và tìm kiếm những vật liệu dụng cụ mới cũng như biện pháp công nghệ

mới để tăng khả năng bền của bề mặt như phủ các vật liệu TiN, TiAlN, CBN,… chính là nhằm tăng khả năng chống mòn của dụng cụ Định nghĩa mòn liên quan đến sự hao hụt về khối lượng hoặc thể tích, dẫn đến sự thay đổi vượt quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của bề mặt Trong một số trường hợp vết mòn còn xuất hiện dưới dạng là hậu quả của biến dạng dẻo “mòn là sự phá huỷ một

bề mặt gây ra bởi chuyển động tương đối của nó đối với một bề mặt khác” [4] Mòn

là hiện tượng phá huỷ bề mặt hay sự tách vật liệu từ 1 hoặc cả 2 bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau Nói chung mòn xảy 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 vậtliệu 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

 Các dạng mòn của dụng cụ cắt

a Mòn mặt sau: (hình 2.1)

Dạng mòn này được đặc trưng bởi

lớp vật liệu dụng cụ bị tách khỏi

mặt sau trong quá trình gia công và

được đánh giá bởi chiều cao mòn

B.Lượng mòn thường xảy ra khi

cắt với chiều dày cắt nhỏ (t ≤

0.1mm) hoặc khi gia công vật liệu

giòn

Hình 2.1 Mòn mặt sau

b Mòn mặt trước: (hình 2.2)

Trong quá trình cắt do phoi trượt trên mặt

trước hình thành một trung tâm áp lực cách

lưỡi cắt một khoảng nào đó có dạng lưỡi

liềm Vết lõm lưỡi liềm đó trên mặt trước

do vật liệu dụng cụ bị bóc theo phoi trong

quá trình chuyển động.Vết lõm thường xảy

ra dọc theo lưỡi cắt và được đánh giá bởi

chiều rộng U và chiều sâu Bt và khoảng cắt

Ở dạng dụng cụ bị mòn dọc theo lưỡi cắt,tạo

thành cung hình trụ Bán kính  của cung đó

được đo trong bề mặt vuông góc với lưỡi cắt

Dạng mòn này thường gặp khi gia công các

loại vật liệu dẫn nhiệt kém, đặc biệt khi gia

công các chất dẻo Do nhiệt tập trung ở mũi

dao nên dao bị cùn nhanh

Cơ chế mòn của dao rất phức tạp và chúng có thể bị mài mòn theo các cơ chế sau đây:

Hình 2.2 Mòn mặt trước

Hình 2.3 Mòn cả mặt sau và mặt trước

Hình 2.4 Mòn mũi dao

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 2.5 thể hiện mối quan hệ giữa vận tốc cắt và cơ chế mòn khi cắt

a Mòn do cào xước

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

Hình 2.5: Mô hình mòn dụng cụ cắt

bề mặt tiếp xúc chung hoặc về phía vùng yếu nhất của hai vật liệu tại chỗ tiếp xúc

Có giả thuyết, nếu sức bền dính đủ lớn để cản trở chuyển động trượt tương đối, một vùng của vật liệu sẽ bị biến dạng dưới tác dụng của ứng suất nén và tiếp và sự trượt xảy ra mạnh dọc theo các mặt phẳng trượt này tạo thành các mảnh mòn dạng lá mỏng Nếu biến dạng dẻo xảy ra trên diện rộng ở vùng tiếp xúc đôi khi mảnh mòn sinh ra có dạng như hình nêm và dính sang bề mặt đối tiếp Đối với dụng cụ cắt mòn do dính phát triển mạnh đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao Các vùng dính bị trượt cắt và tái tạo liên tục theo chu kỳ thậm chí trong khoảng thời gian cắt ngắn, hiện tượng mòn có thể gọi là dính mỏi Khả năng chống mòn dính mỏi phụ thuộc vào sức bền tế vi của các lớp bề mặt dụng cụ và cường độ dính của nó đối với bề mặt gia công Cường độ này được đặc trưng bởi hệ số cường độ dính Ka là tỷ số giữa lực dính riêng và sức bền của vật liệu gia công tại một nhiệt độ xác định Với

đa số các cặp vật liệu thì Ka tăng từ 0,25 đến 1 trong khoảng nhiệt độ từ 900o

C ÷

1300oC 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 khuếch tán

Nhiệt độ cao phát triển trong dụng cụ đặc biệt là trên mặt trước khi cắt tạo phoi dây

là điều kiện thuận lợi cho hiện tượng khuếch tán giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công Colwell đã đưa ra nghiên cứu của Takeyama cho rằng có sự tăng đột ngột của tốc độ mòn tại nhiệt độ 930oC 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