nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dụng cụ phủ tialn khi tiện tinh thép không gỉ sus 201

Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện Lực cắt trong quá trình gia công nói chung và khi tiện nói riêng đều chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khác nhau như: vật liệu gia công, th

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH

THÉP KHÔNG GỈ SUS 201

23

HOÀNG VĂN VINH

THÁI NGUYÊN - 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH

THÉP KHÔNG GỈ SUS 201

Người HD Khoa học : PGS.TS NGUYỄN QUỐC TUẤN

THÁI NGUYÊN – 2010

NGHIỆP



Độc lập - Tự do - Hạnh phúc



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Người HD khoa học : PGS TS NGUYỄN QUỐC TUẤN

Người hướng dẫn khoa học

PGS TS NGUYỄN QUỐC TUẤN

Học viên

HOÀNG VĂN VINH

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các kết quả, số liệu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Hoàng Văn Vinh

LỜI CẢM ƠN

Tác giả chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS TS Nguyễn Quốc Tuấn trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo Khoa

Cơ khí trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tận tình trong việc nghiên cứu đề tài

Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Ban giám

hiệu, Khoa Sau Đại học trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để tá c giả hoàn thành bản luận văn này

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích 1

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài 2

4 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2

Chương 1 1.1 Quá trình cắt và tạo phoi 3

1.2 Lực cắt khi tiện 6

1.2.1 Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt 6

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện 8

1.3 Nhiệt cắt 11

1.3.1 Khái niệm chung 11

1.3.2 Các nguồn nhiệt trong cắt kim loại 14

1.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt sau gia công cơ 17

1.4.1 Độ nhám bề mặt và phương pháp đánh giá 17

1.4.2 Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ 21

1.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công cơ 26

1.5.1 Ảnh hưởng của các thông hình học của dụng cụ cắt 26

1.5.2 Ảnh hưởng của tốc độ cắt 27

1.5.3 Ảnh hưởng của lượng chạy dao 28

1.5.4 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 29

1.5.5 Ảnh hưởng của vật liệu gia công 29

1.5.6 Ảnh hưởng của rung động hệ thống công nghệ 29

1.6 Kết luận chương 1 30

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ DAO PHUN PHỦ 2.1 Khái niệm về phun phủ 31

Phủ bay hơi lý học PVD (Physical Vapour Deposition) 31

2.1.2 Phủ PVD và CVD nâng cao tuổi thọ và hiệu suất dụng cụ 35

2.1.3 So sánh phủ PVD và CVD 36

2.2 Cấu tạo dụng cụ cắt có lớp phủ 37

2.3.1 Vật liệu nền 37

2.3.2 Vật liệu phủ 38

2.3 Ứng dụng phủ: 39

2.4 Kết luận chương 2 43

MÒN VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ CẮT 3.1 Mòn dụng cụ cắt 45

3.1.1 Khái niệm chung về mòn 45

3.1.2 Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt: 46

3.1.3 Mòn dụng cụ và cách xác định 50

3.2 Tuổi bền của dụng cụ cắt 53

3.2.1 Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 53

3.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 54

3.2.3 Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 58

3.3 Kết luận chương 3 59

Chương 4 NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH THÉP KHÔNG GỈ SUS 201 4.1 Thép không gỉ 60

4.1.1 Sơ lược về thép không gỉ 60

4.1.2 Thép không gỉ SUS 201: 62

4.2 Thiết kế thí nghiệm 63

4.2.1 Các giới hạn của thí nghiệm 63

4.3 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 65

4.3.1 Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm 65

4.3.2 Mô hình thí nghiệm 65

4.3.3 Điều kiện thí nghiệm 66

4.4 Thực nghiệm để xác định tuổi bền dụng cụ phủ TiAlN khi tiện thép không gỉ SUS 201 68

4.4.1 Nội dung: 68

4.3.2 Các thông số đầu vào của thí nghiệm: 69

4.3.3 Thực nghiệm xác định tuổi bền: 69

4.5 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền T 76

4.6 So sánh tuổi bền với hợp kim thông dụng 76

4.6.1 Tính toán tuổi bền dụng cụ hợp kim T15K6 76

4.6.2 So sánh: 78

4.7 Một số hình ảnh dụng cụ sau khi gia công: 78

4.8 Kết luận chương 4 83

Chương 5 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂNVÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận chung 84

5.2 Hướng nghiên cứu trong tương lai 84

Hình 1.1: Sơ đồ hoá miền tạo phoi 3

Hình 1.2: Miền tạo phoi 5

Hình 1.3: Miền tạo phoi với các vận tốc cắt khác nhau 5

Hình 1.4: Hệ thống lực cắt khi tiện 7

Hình 1.5: (a) Quan hệ giữa lực cắt và góc trước n 9

(b) Ảnh hưởng của góc trước đến ứng suất n trên dụng cụ cắt 9

Hình 1.6a: Ảnh hưởng của lượng chạy dao và độ cứng phôi đến lực cắt 9

Hình 1.6b,c: Ảnh hưởng bán kính mũi dao (b) và góc trước đến lực cắt (c) 10 Hình 1.7:- (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt 13

- (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại 13

Hình 1.8: Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường phụ thuộc vào vận tốc cắt [1] 14

Hình 1.9 Đường cong thực nghiệm của Boothroyd để xác định tỷ lệ nhiệt () truyền vào phôi [5] 15

Hình 1.10: Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn 16

Hình 1.11: Độ nhám bề mặt 18

Hình 1.12: Ảnh hưởng của thông số hình học của dao tiện tới độ nhám bề mặt 26

Hình 1.13: Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia công thép 27

Hình 1.14: Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt 28

Hình 2.1: Cấu trúc lớp phủ 32

Hình 2.2: Bột phủ PVD 32

Hình 2.3 Một số dụng cụ phủ 39

Hình 2.4: Sơ đồ 4 phương pháp phủ PVD cơ bản 40

Hình 2.5: Hình ảnh một số thiết bị phủ và sơ đồ thiết bị phủ PVD 42

Hình 2.6: Các dụng cụ được ứng dụng phủ PVD 43

và khi cắt gián đoạn (b) 47

Hình 3.2: Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ 51

Hình 3.3: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau – ISO3685 52 Hình 3.4: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau 55

Hình 3.5: Tuổi bền dụng cụ tính theo thể tích phoi được bóc tách [27] 56

Hình 3.6: Tuổi bền dụng cụ tính bằng phút [27] 56

Hình 3.7: Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh PCBN với góc trước n 57

Hình 3.8: Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 58

Hình 3.9: Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 58

Hình 3.10: Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 59

Hình 4.1: Mô hình hệ thống thí nghiệm 65

Hình 4.2: Thí nghiệm trên máy tiện 66

Hình 4.3: Máy tiện thực hiện thí nghiệm (PRIMERO – PL 1840) 67

Hình 4.4: Dao tiện 68

Hình 4.5:Vật liệu đang cắt trên máy 69

Hình 4.6: Đồ thị biểu diển ảnh hưởng của V, S đến tuổi bền khi t=0.3 mm 76 Hình 4.7: Ảnh SEM mẫu dao tiện khi chưa gia công 78

Hình 4.8: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 42 phút với V = 180(m/p), s = 0,05(mm/vòng), t=0.45 mm 79

Hình 4.9: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 42 phút với V = 180(m/p), s = 0,15(mm/vòng), t=0.15 mm 80

Hình 4.10: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 49 phút với V = 95(m/p), s = 0,15(mm/vòng), t=0.45 mm 82

Hình 4.11: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 58.5 phút với V = 95(m/p), s = 0,05(mm/vòng), t=0.15 mm 83

Bảng 1-1: Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ 11

Bảng 1-2: Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ cắt 12

Bảng 1-3: Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp nhám bề mặt 19

Bảng 1-4: Chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia công cơ 21

Bảng 2-1: Dữ liệu thị trường thế giới về phủ bay hơi cho dụng cụ trong lĩnh vực tạo hình và cắt vật liệu 31

Bảng 2-2: Các dạng phủ PVD 33

Bảng 2-3: Khả năng gia công của vật liệu phủ 34

Bảng 2-4: Độ cứng của các kim loại, hợp kim và vật liệu phủ 35

Bảng 3-1: Các thông số chế độ cắt khác nhau của Dawson và Thomas [27] 55 Bảng 4-1 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy 66

Bảng 4-2: Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v, s, t cho thực nghiệm: 69

Bảng 4-3: Bảng quy hoạch các thông số đầu vào thí nghiệm 70

Bảng 4-4: Bảng kết quả các thí nghiệm 70

Bảng 4-5: Bảng thống kê kết quả đo tuổi bền với chế độ cắt khác nhau 72

Bảng 4-6: Bảng tính toán các giá trị Logarit 72

Bảng 4-7: Các giá trị tính toán độ tin cậy 74

ap: Chiều dày phoi

Kbd: Mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi

Kms: Mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao

Kf: Mức độ biến dạng của phoi

Fc, Ft : Áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trên vòng tròn mặt sau

µ : Hệ số ma sát trên vùng ma sát thông thường của mặt trước

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong lĩnh vực gia công cơ khí, nhu cầu tăng năng suất, tăng độ chính xác và nâng cao chất lượng bề mặt gia công càng ngày tăng Nhiều biện pháp

đã và đang được thực hiện mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu này, một trong những đối tượng được nghiên cứu để giải quyết nhu cầu này là dụng cụ cắt Cho đến nay việc sử dụng dụng cụ phun phủ đã khá phổ biến trong gia công

cơ khí, các đề tài nghiên cứu các loại vật liệu cắt gọt cũng như phương pháp tạo dụng cụ cắt mới khá nhiều tuy nhiên giá thành của loại dụng cụ này trên thị trường hiện nay vẫn rất cao, trong khi đó việc nghiên cứu để sử dụng tối

ưu một loại dụng cụ khi gia công một loại vật liệu cụ thể vẫn còn chưa phổ biến

Gia công tiện là một phương pháp gia công được sử dụng rất phổ biến vì vậy việc tìm được một tính tối ưu trong gia công có một ý nghĩa rất lớn Hiện nay các loại chi tiết chế tạo từ loại vật liệu thép không gỉ được dùng nhiều và yêu cầu ngày càng cao cho chất lượng và giá thành sản phẩm Việc tiện thép không gỉ tại Việt Nam hiện nay còn gặp nhiều khó khăn do đây là loại vật liệu dẻo dẫn nhiệt kém hay tạo dính làm cho dụng cụ chóng mòn Vì vậy một trong những vấn đề cần được nghiên cứu để có thể khai thác hiệu quả hơn nữa việc sử dụng dụng cụ phun phủ khi gia công thép không gỉ hiện nay

là: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dụng cụ phủ

TiAlN khi tiện tinh thép không gỉ SUS 201”

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài

- Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể dùng cho việc lựa chọn bộ thông

số chế độ cắt tối ưu của v, s và t khi gia công thép không gỉ SUS 201 bằng dụng cụ phủ TiALN Kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho việc tăng tuổi bền dụng cụ, tiết kiện chi phí gia công, hạ giá thành sản phẩm

4 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số chế độ cắt, mối quan hệ của chúng với tuổi bền

Dao tiện ngoài phủ TiALN

Vật liệu gia công thép không gỉ SUS 201

Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

Chương 1

BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI,

CHẤT LƢỢNG LỚP BỀ MẶT SAU GIA CÔNG CƠ

1.1 Quá trình cắt và tạo phoi

Theo [1] quá trình cắt kim loại là quá trình lấy đi một lớp phoi trên bề mặt gia công để có chi tiết đạt hình dạng, kích thước và độ bóng bề mặt theo yêu cầu Để thực hiện một quá trình cắt cần thiết phải có hai chuyển động:

- Chuyển động cắt chính (chuyển động làm việc): khi tiện đó là chuyển động quay tròn của phôi

- Chuyển động chạy dao: đó là chuyển động để đảm bảo duy trì sự tạo phoi liên tục trong suốt quá trình cắt Khi tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc của dao khi tiện mặt trụ

Khi cắt, để có thể tạo ra phoi, lực tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công

Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy

a b

Hình 1.1: Sơ đồ hoá miền tạo phoi

Nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào quá trình tạo phoi

Khi cắt do tác dụng của lực P (hình 1.1), dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày ap được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trước của dao

Việc nghiên cứu kim tương khu vực tạo phoi chứng tỏ rằng trước khi biến thành phoi, lớp cắt kim loại bị cắt đã trải qua một giai đoạn biến dạng nhất định, nghĩa là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi có một khu vực biến dạng Khu vực này được gọi là miền tạo phoi (hình 1.2)

Trong miền này (như sơ đồ hoá hình 1.1) có những mặt trượt OA, OB,

OC, OD, OE Vật liệu gia công trượt theo những mặt đó (là những mặt có ứng suất tiếp có giá trị cực đại)

Miền tạo phoi được giới hạn bởi đường OA, dọc theo đường đó phát sinh những biến dạng dẻo đầu tiên, và đường OE - đường kết thúc biến dạng dẻo

và đường AE - đường nối liền khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi Trong quá trình cắt, miền tạo phoi AOE di chuyển cùng với dao

Ngoài ra lớp kim loại bị cắt, sau khi đã bị biến dạng trong miền tạo phoi, khi di chuyển thành phoi còn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao

Những lớp kim loại phía dưới của phoi, kề với mặt trước của dao (hình 1.1) chịu biến dạng phụ thêm nhiều hơn các lớp phía trên Mức độ biến dạng của chúng thường lớn đến mức là các hạt tinh thể trong chúng bị kéo dài ra theo một hướng nhất định, tạo thành têchtua

Như vậy phoi cắt ra chịu biến dạng không đều

Mức độ biến dạng của phoi:

Ở đây: Kbd: mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi

Kms: mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao

Vì biến dạng dẻo của phoi có tính lan truyền, do đó lớp kim loại nằm phía dưới đường cắt ON (hình 1.1a) cũng sẽ chịu biến dạng dẻo

Hình 1.2: Miền tạo phoi

Chiều rộng của miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công

và điều kiện cắt (thông số hình học của dao, chế độ cắt,…)

Hình 1.3: Miền tạo phoi với các vận tốc cắt khác nhau

Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến chiều rộng miền tạo phoi Tăng tốc độ cắt miền tạo phoi sẽ co hẹp lại Hiện tượng đó có thể được giải thích như sau:

Khi tăng tốc độ cắt, vật liệu gia công sẽ chuyển qua miền tạo phoi với tốc độ nhanh hơn Khi di chuyển với tốc độ lớn như vậy vật liệu gia công sẽ

đi ngang qua đường OA nhanh đến mức sự biến dạng dẻo không kịp xảy ra theo đường OA mà chậm đi một thời gian - theo đường OA’ (hình 1.3)

Tương tự như vậy, nơi kết thúc quá trình biến dạng trong miền tạo phoi sẽ là đường OE’ chậm hơn so với OE

Như vậy ở tốc độ cắt cao miền tạo phoi sẽ là A’OE’ A’OE’ quay đi một góc theo chiều quay của kim đồng hồ và khi đó chiều dày cắt giảm đi so với trước (a1’<a1) vì biến dạng dẻo giảm đi

Khi tốc độ cắt rất lớn miền tạo phoi co hẹp đến mức mà chiều rộng của

nó chỉ vào khoảng vài phần trăm milimet Trong trường hợp đó sự biến dạng của vật liệu gia công có thể xem như nằm lân cận mặt OF Do đó để cho đơn giản, ta có thể xem một cách gần đúng quá trình biến dạng dẻo khi cắt xảy ra ngay trên mặt phẳng OF đi qua lưỡi và làm với phương chuyển động của dao một góc bằng 

Mặt OF được gọi là mặt trượt quy ước còn góc  là góc trượt

Góc trượt là một thông số đặc trưng cho hướng và giá trị của biến dạng dẻo trong miền tạo phoi

Theo hình 1.4 nếu chiều dày lớp kim loại bị cắt là a, chiều dày của phoi

là a1 ta có:

) cos(

sin )

cos(

.

sin

cos

r

r tg

Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình gia công vật liệu có ý nghĩa cả về

lý thuyết lẫn thực tiễn Trong thực tế, những nhận thức về lực cắt rất quan

trọng để thiết kế dụng cụ cắt, thiết kế đồ gá, tính toán và thiết kế máy móc thiết bị, v.v… Dưới tác dụng của lực cắt cũng như nhiệt cắt dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ Muốn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ thì phải hiểu

được quy luật tác động của lực cắt Muốn tính công tiêu hao khi cắt cần phải

biết lực cắt Những nhận thức lý thuyết về lực cắt tạo khả năng chính xác hoá

lý thuyết quá trình cắt Trong trạng thái cân bằng năng lượng của quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng phải cân bằng Điều đó có nghĩa là một mặt lực cản cắt tác dụng lên vật liệu chống lại sự tách phoi, mặt khác lực cắt do dụng cụ cắt tác dụng lên lớp cắt và bề mặt cắt [1], [7]

Lực cắt là một hiện tượng động lực học, tức là trong chu trình thời gian gia công thì lực cắt không phải là một hằng số Lực cắt được biến đổi theo quãng đường của dụng cụ Lúc đầu lực cắt tăng dần cho đến điểm cực đại Giá trị lực cắt cực đại đặc trưng cho thời điểm tách phần tử phoi ra khỏi chi tiết gia công Sau đó lực cắt giảm dần song không đạt đến giá trị bằng không bởi vì trước khi kết thúc sự chuyển dịch phần tử phoi cắt thì đã bắt đầu biến dạng phần tử khác [1], [7]

Hệ thống lực cắt khi tiện được mô tả sơ bộ trên hình 1.4 Lực tổng hợp P được phân tích thành ba thành phần lực bao gồm: lực tiếp tuyến Pz (hay Pc), lực hướng kính Py (hay Pp) và lực chiều trục (lực ngược với hướng chuyển động chạy dao) Px

Hình 1.4: Hệ thống lực cắt khi tiện

Thành phần lực Pz là lực cắt chính Giá trị của nó cần thiết để tính toán công suất của chuyển động chính, tính độ bền của dao, của chi tiết cơ cấu chuyển động chính và của các chi tiết khác của máy công cụ

Thành phần lực hướng kính Py có tác dụng làm cong chi tiết ảnh hưởng đến độ chính xác gia công, độ cứng vững của máy và dụng cụ cắt

Lực cắt tổng cộng được xác định:

2 2 2

x y z

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện

Lực cắt trong quá trình gia công nói chung và khi tiện nói riêng đều chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khác nhau như: vật liệu gia công, thông số hình học của dụng cụ cắt, chế độ cắt, v.v…

Abdullah và Ulvi [16] đã chỉ ra rằng, trong tiện cứng thép ổ lăn AISI

52100 (độ cứng 60HRC) thì góc trước của dao PCBN n có ảnh hưởng lớn đến lực cắt chính FC và lực hướng kính FP.

Qua hình 1.5a ta thấy rằng khi góc trước n (xét về giá trị tuyệt đối, bởi góc trước n <0) tăng thì lực cắt chính và lực hướng kính đều tăng, đặc biệt là lực hướng tâm Tuy nhiên, qua đồ thị quan hệ giữa ứng suất và góc trước thì

ta thấy rằng ứng suất trên dụng cụ cắt đạt giá trị nhỏ nhất khi n = 300, đồng thời ứng suất tương đương trên dụng cụ đạt giá trị lớn nhất khi n = 200

a

Jiang Hua và các đồng nghiệp [19] cũng đã thí nghiệm tiện cứng với

thép ổ lăn AISI 5210 và chỉ ra rằng, độ cứng của vật liệu phôi, lượng chạy dao, góc trước và bán kính mũi dao cũng ảnh hưởng đến lực cắt (hình 1.5) Như vậy, lực cắt tăng biến thiên theo lượng chạy dao và bán kính mũi dao,

cũng như độ cứng của vật liệu gia công Qua hình 1.6a thì ta thấy rằng lượng chạy dao có ảnh hưởng lớn hơn so với độ cứng của phôi đến lực cắt Cụ thể ở lượng chạy dao 0,14 mm/vòng thì khi độ cứng phôi tăng từ 62 lên 66HRC thì lực cắt chỉ tăng từ 200,9 lên 212,8N Trong khi đó, lực cắt tăng từ 200.9 lên 370,65N khi thay đổi lượng chạy dao từ 0,14 lên 0,28mm/vòng Còn khi tăng bán kính mũi dao và góc trước thì lực cắt đều tăng nhưng không đáng kể (hình 1.6b,c)

Hình 1.6b,c: Ảnh hưởng bán kính mũi dao (b) và góc trước đến lực cắt (c)

(b): t=0,35mm; S=0.28mm/vòng; HRC=56; n =20 0 (c): t=0,35mm; S=0.28mm/vòng; HRC=56; r=0,1mm [19]

1.3 Nhiệt cắt

1.3.1 Khái niệm chung

Biến dạng dẻo của vật liệu gia công trong vùng tạo phoi, vùng biến dạng thứ hai và ma sát giữa vật liệu gia công với các mặt của dụng cụ trong quá trình cắt sinh nhiệt làm tăng nhiệt độ ở vùng gần lưỡi cắt dẫn đến làm giảm sức bền của dao ở vùng này gây phá huỷ bộ phận đến toàn bộ khả năng làm việc của lưỡi cắt Nhiệt cắt và nhiệt độ trong dụng cụ tăng khi cắt với vận tốc cao và lượng chạy dao lớn hoặc vật liệu gia công có nhiệt độ nóng chảy cao là nguyên nhân làm giảm năng suất cắt gọt [5]

Lịch sử phát triển và sử dụng các loại vật liệu dụng cụ và đặc tính của chúng thể hiện trong bảng 1.1 Ta thấy rằng phần vật liệu cứng trong dụng cụ cắt tăng lên, do đó tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng, tăng tuổi bền dụng

cụ và tăng được tốc độ cắt [1]

Bảng 1-1: Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ

Năm Vật liệu dụng cụ

Vận tốc cắt (m/ph)

Nhiệt độ giới hạn đặc tính cắt (0C)

Độ cứng (HRC)

Bảng 1-2: Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ cắt

Cacbit Vonfra

m

Gốm sứ nhân tạo

CBN Kim cương

nhân tạo Khối lượng riêng (g/cm3

Cụ thể Nitrit Bo lập phương đa tinh thể (PCBN) được coi là vật liệu có

độ cứng cao nhất chi sau kim cương nhưng lại có độ bền nhiệt cao hơn kim cương (15000C) [b] Bảng 1.2 thể hiện tính chất cơ - nhiệt của vật liệu dụng

cụ CBN so với một số loại vật liệu dụng cụ có tính năng cắt cao khác (Cacbit Vonfram, gốm sứ nhân tạo và kim cương nhân tạo)

Các nghiên cứu đã chứng tỏ rằng khoảng 98% - 99% công suất cắt biến thành nhiệt từ ba nguồn nhiệt, vùng tạo phoi (quanh mặt phẳng trượt AB), mặt trước (AC) và mặt sau (AD) như trên hình 1.7

Hình 1.7: - (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt

- (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại

Nhiệt từ ba nguồn này truyền vào dao, phoi, phôi và môi trường với tỷ lệ khác nhau phụ thuộc vào chế độ cắt và tính chất nhiệt của hệ thống dao, phoi, phôi và môi trường [1], [6] Thực tế vận tốc cắt là nhân tố ảnh hưởng lớn nhất đến tỷ lệ này, khi cắt với vận tốc cắt đủ lớn phần lớn nhiệt cắt truyền vào phoi (hình 1.7b) [1]

Gọi Q là tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt:

Q = Qmặt phẳng cắt + Qmặt trước + Qmặt sau (1-6) Theo định luật bảo toàn năng lượng thì lượng nhiệt này sẽ truyền vào hệ thống phoi, dao, phôi và vào môi trường theo công thức sau:

Q = Qphoi + Qdao + Qphôi +Qmôi trường (1-7) Tốc độ truyền nhiệt vào môi trường có thể coi như không đáng kể trong tính toán khi môi trường cắt là không khí

Hình 1.8: Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường phụ thuộc

vào vận tốc cắt [1]

1.3.2 Các nguồn nhiệt trong cắt kim loại

1.3.2.1 Nhiệt sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất

Theo Trent thì phần lớn công suất sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất biến thành nhiệt [5] Tốc độ nhiệt trong vùng biến dạng thứ nhất có thể tính gần đúng trên mặt phẳng cắt theo công thức:

Tuy nhiên chỉ một phần nhiệt .Q1 truyền vào phôi, phần còn lại (1-)Q1

truyền vào thể tích AS.Vn của phoi tạo ra sự tăng nhiệt độ T trong vùng biến dạng thứ nhất  có thể lớn đến 50% khi tốc độ thoát phoi thể tích thấp, vật liệu cắt có hệ số dẫn nhiệt cao Khi tốc độ thoát phoi thể tích cao thì  được xác định bằng đồ thị thực nghiệm của Boothroyd thông qua hệ số nhiệt

Phần lớn nhiệt sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất truyền vào phôi và

bị mang đi theo phoi mà không truyền vào dụng cụ do nhiệt độ trên mặt trước cao hơn hẳn nhiệt độ trong vùng tạo phoi [5]

Hình 1.9 Đường cong thực nghiệm của Boothroyd để xác định tỷ lệ nhiệt ()

truyền vào phôi [5]

1.3.2.2 Nhiệt sinh trên mặt trước (Q AC )

Qua các công trình nghiên cứu [5], [20], [22], [21] cho thấy rằng nhiệt sinh ra trên mặt trước của dụng cụ do ma sát giữa phoi và mặt trước và biến dạng dẻo của các lớp phoi sát mặt trước (vùng biến dạng thứ hai) sinh ra Theo Jun và Smith [23] thì nhiệt sinh ra trên mặt trước chỉ vào khoảng 20% tổng số nhiệt sinh ra trong quá trình cắt, nhưng khoảng 50% lượng nhiệt này truyền vào dao và có ảnh hưởng quyết định đến tuổi bền của nó

Cho đến nay bản chất tương tác ma sát trên mặt trước và quy luật chuyển động của lớp phoi dưới cùng còn có nhiều tranh cãi nên chưa có một công thức duy nhất để tính tốc độ sinh nhiệt trên mặt trước [3] Ví dụ, theo Trent thì nhiệt sinh ra do ma sát trượt của phoi với mặt trước là không đáng kể, mà

biến dạng dẻo với mức độ lớn và tốc độ cao của các lớp phoi gần mặt trước là nguồn nhiệt chính sinh ra nhiệt độ cao trong dao [5] Ông đã đưa ra công thức

để tính nhiệt độ phân bố trên mặt trước theo phương thoát phoi như sau:

2 / 1

.

2 ) 0 ,

V K

x c

x T

1.3.2.3 Nhiệt sinh trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công (Q AD )

Nhiệt sinh ra trên mặt sau của dụng cụ chỉ có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ phát triển trong dao khi lượng mòn mặt sau đủ lớn Do bề mặt mòn mặt sau được coi là phẳng nên ứng suất trên mặt tiếp xúc coi như phân bố đều Haris đã xác định được quan hệ của Fc và Ft trong mặt cắt trực giao và được đề cập trong công trình của Li như sau:

Trong đó: Fc và Ft là lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến với mặt sau, Fcf

và Ftf là lực cắt khi dao mòn, VBave là chiều cao mòn trung bình, t là chiều sâu cắt (hình 1.10)

Hệ số ma sát trên mặt sau được xác định bằng công thức:

Với Kc và Kt là các hệ số thực nghiệm

Tốc độ sinh nhiệt q3 trên mặt sau là:

q =0,0671.V F3 c c 1

Nhiệt từ ba nguồn trên là nguyên nhân làm tăng nhiệt độ trong dao, giảm

độ cứng nóng của vật liệu gia công vì thế xác định trường nhiệt độ trong dụng

cụ có ý nghĩa rất quan trọng Có thể xác định trường nhiệt độ này bằng thực nghiệm hoặc lý thuyết [3]

1.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng bề mặt sau gia công cơ

1.4.1 Độ nhám bề mặt và phương pháp đánh giá

1.4.1.1 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

Hình 1.11: 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:

1 0

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 bề 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 1.3)

Bảng 1-3: Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp nhám bề mặt

Theo Bana [25], tiện cứng chính xác được cấp chính xác dung sai IT thông thường là cấp 5 - 7, với độ nhám bề mặt là Rz = 2-4 m Trong điều kiện gia công tốt thì cấp chính xác dung sai IT có thể đạt được là cấp 3 - 5, và

có thể đạt được độ nhám bề mặt Rz 1,5 m

1.4.1.2 Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt

Để đánh giá độ nhám bề mặt người ta thường dùng các phương pháp sau đây:

a) Phương 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) Phương 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 tiện cứng

Tuy nhiên đối với các bề mặt lỗ thường phải in bằng chất dẻo bề mặt chi tiết rồi mới đo bản in trên các máy đo độ nhám bề mặt

c) Phương 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

1.4.2 Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ

1.4.2.1 Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt

Bảng 1-4: Chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia công cơ

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

Trong quá trình gia công cơ dưới tác dụng của lực cắt, mạng tinh thể của lớp kim loại bề mặt bị xô lệch và gây biến dạng dẻo ở vùng trước và vùng sau lưỡi cắt Phoi được tạo ra do biến dạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng trượt Trong vùng cắt, thể tích riêng của kim loại tăng còn mật độ kim loại giảm làm xuất hiện ứng suất Khi đó nhiều tính chất của lớp bề mặt thay đổi như giới hạn bền, độ cứng, độ giòn được nâng cao, ngược lại tính dẻo dai lại giảm v.v… Kết quả là lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội và có độ cứng tế vi rất cao Mức độ biến cứng và chiều sâu của lớp biến cứng phụ thuộc vào các phương pháp gia công và các thông số hình học của dao Cụ thể là phụ thuộc vào lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và nhiệt độ trong vùng cắt Lực cắt làm cho mức độ biến dạng dẻo tăng, kết quả là mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt tăng Nhiệt sinh ra ở vùng cắt sẽ hạn chế hiện tượng biến cứng bề mặt Như vậy mức độ biến cứng của lớp bề mặt phụ thuộc vào tỷ lệ tác động giữa hai yếu tố lực cắt và nhiệt sinh ra trong vùng cắt Khả năng tạo ra mức độ và chiều sâu biến cứng của lớp bề mặt của các phương pháp gia công khác nhau được thể hiện trong bảng 1.4

Bề mặt bị biến cứng có thể tăng độ bền mỏi của chi tiết khoảng 20%, tăng độ chống mòn lên khoảng 2 đến 3 lần Mức độ biến cứng và chiều sâu của nó có khả năng hạn chế gây ra các vết nứt tế vi làm phá hỏng chi tiết Tuy nhiên bề mặt quá cứng lại làm giảm độ bền mỏi của chi tiết

1.4.2.2 Ứng suất dư trong lớp bề mặt

Quá trình hình thành ứng suất dư bề mặt sau gia công cơ phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và hiện tượng chuyển pha trong cấu trúc kim loại Quá trình này diễn ra phức tạp Ứng suất dư lớp bề mặt được đặc trưng bởi trị số, dấu và chiều sâu phân bố ứng suất dư Trị số và dấu phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi của vật liệu gia công, chế độ cắt, thông

số hình học của dụng cụ cắt và dung dịch trơn nguội

 Các nguyên nhân chủ yếu gây ra ứng suất dư là:

- Khi gia công trường lực xuất hiện gây biến dạng dẻo không đều trong lớp bề mặt Khi trường lực mất đi biết dạng dẻo gây ra ứng suất dư trong lớp

- Trong quá trình cắt thể tích kim loại có sự thay đổi do kim loại bị chuyển pha và nhiệt sinh ra ở vùng cắt làm thay đổi cấu trúc vật liệu Lớp kim loại nào hình thành cấu trúc có thể tích riêng lớn sẽ sinh ra ứng suất dư nén và ngược lại sẽ sinh ra ứng suất dư kéo để cân bằng

 Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất dư trong lớp bề mặt của chi tiết sau gia công cơ như sau:

- Tăng tốc độ cắt V hoặc tăng lượng chạy dao S có thể làm tăng hoặc giảm ứng suất dư

- Lượng chạy dao S làm tăng chiều sâu của ứng suất dư

- Góc trước  âm gây ra ứng suất dư nén - ứng suất dư có lợi

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

Ứng suất dư nén trong lớp bề mặt làm tăng độ bền mỏi của chi tiết, còn ứng suất dư kéo lại làm giảm độ bền mỏi Ví dụ: độ bền mỏi của chi tiết được làm từ thép khi trên bề mặt có ứng suất dư nén có thể tăng lên 50%, còn khi

có ứng suất dư kéo thì giảm 30%

Qua nghiên cứu về tiện cứng (thép AISI 52100, 62HRC), của Patrik Dahlman và các đồng nghiệp [17] đã chỉ ra rằng: thông số hình học của dụng

cụ cắt cũng như chế độ cắt đều ảnh hưởng đến ứng suất dư, cụ thể như sau:

- Góc trước (< 0) của dụng cụ càng lớn thì sẽ tạo ra ứng suất dư nén lớn (có lợi) trên bề mặt gia công Nếu tăng góc trước thì vị trí của ứng suất dư cực đại sẽ năm sâu hơn trong lớp bề mặt

- Chiều sâu cắt không ảnh hưởng đến ứng suất dư

- Tăng lượng chạy dao sẽ làm tăng ứng suất dư nén

- Bằng cách điều khiển lượng chạy dao cũng như góc trước của dụng cụ

có thể khống chế được ứng suất dư trên bề mặt chi tiết gia công cả về trị số cũng như chiều sâu của lớp chịu ứng suất

- Tất cả các thí nghiệm đều cho thấy rằng ứng suất dư nén được sinh ra dưới lớp bề mặt gia công

Meng Liu và các đồng nghiệp [18] cũng cho rằng, bán kính mũi dao và mòn dao có ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất dư trong tiện cứng Các ông đã

có các kết luận như sau:

- Tăng bán kính mũi dao sẽ dẫn đến tăng lực cắt cũng như tỷ số của lực cắt Py/Pz cũng như Px/Pz

- Bán kính của mũi dao có ảnh hưởng mạnh đến ứng suất dư

- Khi dụng cụ cắt bị mòn nhiều dẫn đến tăng cả ứng suất dư kéo cũng như ứng suất dư nén, nhưng ứng suất dư nén thì tăng nhiều hơn Sự phân bố ứng suất dư do ảnh hưởng của bán kính mũi dao sẽ rõ ràng và mạnh hơn khi lượng mòn của dao tăng

1.4.2.3 Đánh giá mức độ, chiều sâu lớp biến cứng và ứng suất dư

 Đánh giá mức độ và chiều sâu lớp biến cứng

Để đánh giá mức độ và chiều sâu lớp biến cứng người ta chuẩn bị một mẫu kim cương rồi đưa mẫu này lên kiểm tra ở máy đo độ cứng

Nguyên lý kiểm tra như sau: dùng đầu kim cương tác động lên bề mặt mẫu lực P, sau đó xác định diện tích bề mặt mẫu đo đầu kim cương ấn xuống

Độ biến cứng được xác định theo công thức:

S

Trong đó: Hv là độ biến cứng (N/mm2);

P là lực tác dụng của đầu kim cương (N);

S là diện tích bề mặt đầu đo kim cương ấn xuống (mm2

)

Để đo chiều sâu biến cứng, người ta dùng đầu kim cương tác động lần lượt xuống bề mặt mẫu từ ngoài vào trong Sau mỗi lần tác động lại xác định diện tích bị lún S cho đến khi diện tích S không thay đổi thì dừng lại và đo được chiều sâu biến cứng

 Đánh giá ứng suất dư

Để đánh giá (xác định) ứng suất dư người ta thường sử dụng các phương pháp sau đây:

1) Phương pháp tia Rơnghen: dùng tia Rơnghen kích thích trên bề mặt mẫu một lớp dày 5  10 m và sau mỗi lần kích thích ta chụp ảnh đồ thị Rơnghen Phương pháp này cho phép đo được cả chiều sâu biến cứng Tuy nhiên, phương pháp này rất phức tạp và tốn nhiều thời gian cho việc điều chỉnh đồ thị Rơnghen (mất khoảng 10 giờ cho một lần đo)

2) Phương pháp tính toán lượng biến dạng: Sau khi hớt từng lớp mỏng kim loại bằng phương pháp hoá học và điện cơ khí ta tính toán khối lượng biến dạng của chi tiết mẫu Dựa vào lượng biến dạng này ta xác định được ứng suất dư Cũng có thể dùng tia Rơnghen để đo khoảng cách giữa các phần

tử trong lớp kim loại biến dạng và không biến dạng, với khoảng cách này có thể xác định được ứng suất dư

1.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công cơ

1.5.1 Ảnh hưởng của các thông hình học của dụng cụ cắt

Đối với phương pháp tiện, qua thực nghiệm người ta đã xác định được mối quan hệ giữa các thông số độ nhám Rz, lượng chạy dao S, bán kính mũi dao r và chiều dày phoi nhỏ nhất hmin

Sự hình thành độ nhám bề mặt khi gia công bằng các loại dao tiện khác nhau được mô tả ở hình 1.12

Hình 1.12: Ảnh hưởng của thông số hình học của dao tiện tới độ nhám bề mặt

Ta thấy rằng rõ ràng hình dáng và giá trị của nhám bề mặt phụ thuộc vào lượng chạy dao S1 và hình dáng của lưỡi cắt:

- Ảnh hưởng của góc nghiêng chính φ: khi φ tăng thì Rz tăng

- Ảnh hưởng của gó c nghiêng phụ φ1 : khi φ1 tăng thì Rz tăng

- Ảnh hưởng của bán kính mũi dao r : khi r tăng thì Rz giảm

- Ảnh hưởng của lượng chạy dao S : khi S tăng thì Rz tăng

Trebưsep đã đưa ra công thức biểu thị mối quan hệ giữa Rz với S, r và

hmin như sau:

Ở đây hmin phụ thuộc vào bán kính mũi dao r

Tuy nhiên, khi lượng chạy dao quá nhỏ (S < 0,03 mm/vòng) thì trị số của

Rz lại tăng Nguyên nhân do S nhỏ hơn bán kính mũi dao nên xảy hiện tượng trượt của mũi dao trên bề mặt gia công Vì thế khi tiện tinh nếu sử dụng S quá nhỏ sẽ không có ý nghĩa cải thiện chất lượng bề mặt [4], [7], [1]

1.5.2 Ảnh hưởng của tốc độ cắt

Tốc độ cắt có ảnh hưởng rất lớn đến độ nhám bề mặt (hình 1.13)

Hình 1.13: Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia công thép

Theo [4], khi cắt thép cacbon (kim loại dẻo) ở tốc độ thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách dễ, biến dạng của lớp kim loại không nhiều, vì vậy độ nhám bề mặt thấp Khi tăng tốc độ cắt lên khoảng 15  20 m/phút thì nhiệt cắt và lực căt đều tăng gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau của dao kim loại bị chảy dẻo Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao

Lẹo dao làm tăng độ nhám bề mặt gia công Nếu tiếp tục tăng tốc độ cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại bị phá hủy, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi (lẹo dao bị biến mất ứng với tốc độ cắt trong khoảng 30  60 m/phút) Với tốc độ cắt lớn (lớn hơn 60 m/phút) thì lẹo dao không hình thành được nên độ nhám bề mặt gia công giảm

Trong tiện cứng sử dụng mảnh PCBN thường gia công với tốc độ cắt 100

 250 m/phút Trong khoảng tốc độ cắt này thì lẹo dao rất khó có thể hình thành vì thế tiện cứng cho phép giảm độ nhám bề mặt bằng cách tăng tốc độ cắt

1.5.3 Ảnh hưởng của lượng chạy dao

Lượng chạy dao ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học còn ảnh hưởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công làm cho độ nhám thay đổi Hình 1.14 biểu diễn mối quan hệ giữa lượng chạy dao

S với chiều cao nhấp nhô tế vi Rz khi gia công thép cacbon

Hình 1.14: Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt

Khi gia công với lượng chạy dao 0,02  0,15 mm/vòng thì bề mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi giảm Nếu S < 0,02 mm/vòng thì độ nhấp nhô tế vi

sẽ tăng lên (tức là độ nhẵn bóng sẽ giảm xuống) vì ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học Nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vòng thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành các nhấp nhô