nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của mũi khoan 12 phủ tin sau khi mài lại sau mặt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3 Phương pháp xác định tuổi bền của dụng cụ cắt 55 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DỤNG CẮT PHỦ

1.1.3.1 Ảnh hưởng của lớp phủ đến tương tác ma sát 19 1.1.3.2 Ảnh hưởng của lớp phủ đến tương tác ma sát trong cắt kim loại 21

Trang 2

1.4.1 Đặc tính của mũi khoan phủ 26

1.4.3 Các cơ chế tác động đến mũi khoan phủ trong quá trình cắt 30

Trang 3

2.3 Phương pháp xác định tuổi bền của dụng cụ cắt 55

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN CỦA MŨI KHOAN 12 PHỦ TiN KHI MÀI LẠI MẶT SAU

3.1 Cơ sở lý thuyết xác định tuổi bền của dao 59 3.1.1 Cơ sở xác định tuổi bền của dao bằng thực nghiệm 59 3.1.2 Lựa chọn chỉ tiêu xác định tuổi bền của dao 59

3.3 Thực nghiệm mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của mũi khoan

Trang 4

3.3.3.1 Tính các hệ số của phương trình hồi quy 66

3.3.3.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa v, s và T khi t = 12 69 3.3.3.4 So sánh tuổi bền khi vẫn còn lớp phủ trên mặt sau và khi đã mài sắc

3.3.3.5 Một số hình ảnh của dao và phôi trong quá trình thực nghiệm 70

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Trang 5

6 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy

7 Bảng 3.2 Thành phần hoá học của thép 45

8 Bảng 3.3 Giá trị tính toán thông số chế độ cắt v, s cho thực

nghiệm

9 Bảng 3.4 Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác định

tuổi bền của dao

10 Bảng 3.5 Bảng kết quả đo lực

11 Bảng 3.6 Các giá trị logarit

12 Bảng 3.7 Bảng kết quả tính toán giá trị (yi-yˆi)2

Trang 6

2 Hình 1.2 Quan hệ của ứng suất dư theo chiều sâu 17

3 Hình 1.3 Phủ bằng phương pháp CVD nhiều lớp lên dụng cụ

cắt hợp kim cứng

19

4 Hình 1.4 Mô hình cắt gọt của dao phủ và không phủ 21

6 Hình 1.6 Phân tích EDAX của phoi thép các bon trung bình 31

7 Hình 1.7 Sự nâng lên của lưỡi cắt và phân tích EDAX lưỡi

cắt của mũi khoan phủ TiAlN

32

11 Hình 1.9 Sự phá huỷ và cơ chế mài mòn cơ học 33

12 Hình 1.10 Sự mòn khốc liệt do chảy dính trên bề mặt 33

13 Hình 1.11 Ảnh SEM của sự mài mòn trên bề mặt mũi khoan

phủ TiN

34

14 Hình 1.12 Đỉnh các nhấp nhô bị san bằng và ép chặt trên bề

mặt bị mòn của của mũi khoan phủ TiN

34

15 Hình 1.13 Ảnh SEM của cơ chế mòn dính trên mũi khoan phủ

TiN

35

16 Hình 1.13(a) Giai đoạn đầu của quá trình khoan

17 Hình 1.13(b) Dạng của lớp chuyển tiếp

18 Hình 1.13(c) Dạng đa lớp

20 Hình 1.14(a) Mũi khoan phủ TiAlN

21 Hình 1.14(b) Mũi khoan phủ TiCN

22 Hình 1.14(c) Mũi khoan phủ TiN

23 Hình 1.15 Phân tích EDAX trên vùng tiếp xúc 36

24 Hình 1.15(a) Ảnh SEM của vùng tiếp xúc

25 Hình 1.15(b) Hàm phổ EDAX

Trang 7

lớp phủ

33 Hình 2.4 Quan hệ mòn và thời gian cắt của phủ đa lớp 44

34 Hình 2.5 Quan hệ mòn và thời gian cắt của phủ đa lớp khi gia

41 Hình 2.12 Quan hệ giữa chiều sâu mòn và hệ số λ 47

42 Hình 2.13 Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trước của dụng

Trang 8

48 Hình 2.18 Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 56

49 Hình 2.19 Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 57

50 Hình 3.1 Đồ thị quan hệ giữa lƣợng mòn và thời gian 59

52 Hình 3.3 Máy, dao, phôi và thiết bị đo lực 70

Trang 9

- Các lớp phủ thường có chiều dày 1-4μm

- Có các loại vật liệu phủ sau: TiN, TiCN, TiAlN, CrN …

TiN là vật liệu phủ thông dụng cho dụng cụ cắt TiN có độ cứng cao, bền nhiệt cao và hệ số ma sát nhỏ Đối với nguyên công khoan hiện nay loại mũi khoan thông dụng được sử dụng trong thực tế là mũi khoan phủ TiN

Mặt khác khi gia công, chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến tuổi bền của dụng

cụ cắt Đặc biệt với các nguyên công gia công lỗ thì mũi khoan chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như: chế độ cắt, chế độ bôi trơn, thoát phoi v.v Việc nghiên cứu các ảnh hưởng này tới tuổi bền của mũi khoan là rất quan trọng vì như vậy sẽ đưa ra được các điều kiện gia công hợp lý để tăng tuổi bền của mũi khoan

Đối với mũi khoan trong quá trình sử dụng phải mài sắc lại theo mặt sau Khi mài lại lớp phủ ở mặt sau không còn, chỉ còn lớp phủ ở mặt trước Dẫn đến tuổi bền của mũi khoan sẽ thay đổi Việc nghiên cứu tuổi bền của các loại dụng cụ đa lưỡi có phủ đã được nghiên cứu nhiều nhưng chưa có những nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ cắt tới tuổi bền của dụng cụ sau khi mài lại mặt sau chỉ còn lớp phủ trên mặt trước Vậy đối với mũi khoan phủ TiN sau khi mài lại chế độ cắt ảnh hưởng đến tuổi bền như thế nào?

Với ý tưởng như vậy tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ

cắt và tuổi bền của mũi khoan Φ12 phủ TiN sau khi mài lại mặt sau”

Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở để đưa ra được chế độ cắt hợp lý cho mũi khoan phủ TiN sau khi mài lại mặt sau nhằm nâng cao tuổi bền Việc nâng cao được tuổi bền của các dụng cụ cắt sau khi hết lớp phủ ban đầu rất có ý nghĩa Khi tuổi bền tăng thì đồng thời giảm được thời gian phụ, tiết kiệm vật liệu dụng cụ và giảm giá thành sản phẩm

2 Mục đích nghiên cứu đề tài

Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của mũi khoan phủ TiN Φ12 sau khi mài lại mặt sau

Trang 10

- Gia công lỗ trên phôi thép 45

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

* Ý nghĩa khoa học của đề tài: Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông

số của chế độ cắt và tuổi bền của mũi khoan phủ TiN sau khi mài lại mặt sau dưới dạng các hàm thực nghiệm Kết quả của đề tài dùng làm cơ sở để tối ưu hóa quá trình cắt

* Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả của đề tài được dùng làm cơ sở để chọn bộ thông số s, v với t = 12 của quá trình khoan trong các điều kiện cụ thể

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm

Trang 11

Thép kết cấu, thép các bon?

Thép hợp kim AlSi

Thép có độ bền cao

Thép kết cấu, thép các bon

Thép hợp kim AlSi

Thép có độ bền cao

Thép kết cấu, thép các bon

Đúng Chế độ cắt

(2)

(3)

(S) 1660 24 HA (S) 1180 24 HE

(F) 2477 25 HA (F) 2469 25 HE

(S) 1702 24 DZ (S) 1659 25 HA (F) 2475 25 HA

(S) 1242 25 DZ (S) 1673 25 HA

(F) 2473 25 DZ (F) 2480 25 HA

(S) 1663 27 HA (S) 1183 27 HE

(F) 2479 27 HA (F) 2471 27 HE

(S) 1242 25 DZ (S) 1673 25 HA

(F) 2473 25 DZ (F) 2480 25 HA (F) 2712 27 HA

Trong đó:

(S): mũi khoan phủ TiN (F): mũi khoan có lớp phủ chịu nhiệt ( ): mũi khoan không phủ

(*): mũi khoan đặc (**): mũi khoan có lỗ làm mát trong thân

Trang 12

Bảng 1.5 Trích bảng thông số kích thước của mũi khoan phủ chuôi trụ hãng Guhring

1.4.3 Các cơ chế tác động đến mũi khoan phủ trong quá trình cắt

Trong giai đoạn đầu của quá trình khoan phoi (thép các bon trung bình) có dạng phoi dây Sau đó khi số lỗ tăng lên phoi thay đổi thành dạng cuộn đây là kết quả của việc lưỡi cắt nâng cao lên của mũi khoan (hình 1.5) vào đoạn cuối của tuổi bền phoi được cắt với kích thước nhỏ và màu của chúng thay đổi vì sự tăng nhiệt độ cắt của quá trình khoan Khi nhiệt độ từ 9600

C-10000C màu của phoi thay đổi từ

Trang 13

hết và không thể dò vết bằng phân tích EDX (Nhiệt độ nóng chảy của Mn và P là khoảng 12460

C và 44,10C) [12]

Hình 1.5 Sự nâng lên của lưỡi cắt mũi khoan phủ TiN [12]

Hình 1.6 Phân tích EDAX của phoi thép các bon trung bình

1.4.3.1 Cơ chế mòn

Trong trường hợp chung, tất cả các mũi khoan đều có cơ chế chịu mòn cơ học biến đổi của một hỗn hợp các yếu tố khác nhau và sự gây mòn khác như số lỗ khoan hoặc việc tăng vận tốc cắt Đối với mũi khoan không phủ, điều đó được thể

Trang 14

hiện khi quan sát thấy sự nâng cao biên dạng lưỡi cắt sau 12 lỗ khoan Hình 1.7 cho thấy sự hình thành của việc nâng cao lưỡi cắt Phân tích EDAX thấy rằng thành phần của lưỡi cắt bao gồm cả các phân tử phủ (Ti, Al, N) và phân tử phôi (Fe) Ở đây quan sát thấy lớp phủ vẫn nguyên, các phân tử Fe trên lưỡi cắt bị khuyếch tán sang từ phôi

Tiếp theo quá trình khoan, xuất hiện các vảy có sự thâm nhập của vật liệu vào bề mặt bị hỏng ở đầu mũi khoan (Hình 1.8) Phân tích EDAX thấy rằng xuất hiện sự hỏng của lớp phủ, chiếu vào vật liệu lớp nền của mũi khoan Chúng bao gồm các thành phần có độ nóng chảy cao hơn (Fe, W, V, Mo, Cr)

Hình 1.7 Sự nâng lên của lưỡi cắt và Phân tích EDAX lưỡi cắt của mũi

khoan phủ TiAlN

Hình 1.8 Cơ chế kiểu lớp vảy: (a) Hình thái trên SEM (b) Hàm phổ EDAX

lẹo dao

Trang 15

Hình 1.9 Sự phá huỷ và cơ chế mài mòn cơ học [12]

Hình 1.10 Sự mòn khốc liệt do chảy dính trên bề mặt [12]

Ở giai đoạn cuối của tuổi thọ mũi khoan quan sát được rằng biên dạng lưỡi cắt bị cùn đi, một phần vật liệu của bề mặt mũi khoan bị phá huỷ (hình 1.9) Sự mài mòn của quá trình gia công được tìm thấy trong giai đoạn này Cuối cùng, mũi khoan không thể ăn sâu hơn nữa vào phôi là do sự mài mòn khốc liệt của mặt sau được nhìn thấy như trên hình 1.10

1.4.3.2 Cơ chế mài mòn

Nói chung, kỹ thuật bề mặt chính là độ nhám trên lớp vảy tế vi và có các đỉnh và các đáy nhấp nhô Trong giai đoạn đầu của quá trình khoan Các đỉnh nhấp nhô và các rãnh trên lưỡi cắt có lớp phủ chất lượng tố tở trên các bề mặt như hình 1.11 Sự xuất hiện của mài mòn cơ học là một phần tất yếu của quá trình khoan Khi

đó các đỉnh nhấp nhô bị cắt đứt và cùn đi như thấy ở trên hình 1.12 Quá trình mài mòn cơ học được tìm thấy trong khi kiểm nghiệm đặc tính của quá trình khoan

Hình 1.11 Ảnh SEM sự mài mòn cơ học trên bề mặt của mũi khoan phủ TiN [12] Hình 1.12 Đỉnh các nhấp nhô bị san bằng và ép chặt trên mặt bị mòn của mũi khoan phủ TiN

Trang 16

N, Cr) và vật liệu của phôi (Fe, Mn, Cr) như trong bảng 2 Đây là một quá trình đã biết như là sự hợp kim hoá của lớp chuyển tiếp đã được quan sát thấy trong các nghiên cứu khác của Chen và Rigney [12]

Sự hình thành các lớp chuyển tiếp là sự nén chặt, sự dính và trượt của các mảnh vụn mòn và các mảnh vụn mới hình thành trong quá trình khoan Khi phoi cắt

bị tác động có đủ độ bền liên kết với nhau thành các màng mỏng, các lớp mỏng này bao phủ lên cả hai bề mặt trượt Sau quá trình trượt, một vài hỗn hợp của lớp chuyển tiếp bị tách ra thành những mảnh vụn mòn, nhưng tất cả những phần đó là phần dư của lớp mỏng chuyển tiếp Những lớp mỏng này tiếp tục bị mài mòn và cắt trên các bề mặt trượt, bao phủ các bề mặt bị hỏng và nói chung cuối cùng sự liên kết của các lớp trên bề mặt như hình 1.13(c)

Trang 17

Hình 1.13 Ảnh SEM của cơ chế mòn dính trên mũi khoan phủ TiN [12]

a Giai đoạn đầu của quá trình khoan; b Dạng của lớp chuyển tiếp; c Dạng đa lớp

Hình 1.14 Ảnh SEM trên vùng mòn: (a) mũi khoan phủ TiAlN, (b) mũi khoan phủ TiCN và (c) mũi khoan phủ TiN [12]

Trang 18

1.4.3.4 Cơ chế mòn nhiệt

Trong quá trình khoan nhiệt phát sinh là kết quả của ma sát trượt giữa mũi khoan và phôi nhất là khi lớp phủ mỏng bị lấy đi khỏi bề mặt của mũi khoan Việc tích nhiệt là bởi vì nhiệt độ tăng cao ở vùng tiếp xúc, do áp lực cao và nhiệt sinh ra cao hơn nhiệt ở vùng đó Kết quả của hiện tượng này là làm tập trung giãn nở nhiệt Phân tích EDAX [12] thấy rằng các thành phần ferum và các bon chỉ bị mất đi một phần nhỏ trong kim loại Chúng có điểm nóng chảy 15380C và 50000C, tương ứng trong khi đó các thành phần khác có điểm nóng chảy thấp như là Mn (12460C), P (44,10C), Ni (14530C) bị thoát ra và sẽ không thể phát hiện được bằng EDAX như trong hình 1.15

Hình 1.16(a) cho thấy rằng giãn nở nhiệt tập trung ở vị trí điểm cao hơn trên các bề mặt mòn và chúng trở thành vùng tiếp xúc của quá trình khoan Các vùng tiếp xúc nhỏ đó trở thành vùng chịu áp lực cao Chúng chính là vùng chịu tải trọng cao Nhiệt độ được duy trì tăng dần trong quá trình khoan cho đến khi ở vùng tiếp xúc một vài nguyên tố bắt đầu bị bay hơi (hình 1.16b)

Hình 1.15 Phân tích EDAX trên vùng tiếp xúc: (a) Ảnh SEM của vùng tiếp xúc (b) Hàm phổ EDAX

Nhiệt độ vùng tiếp xúc tăng lên mở đầu cho các ứng suất nhiệt Trong đó có thể thêm vào ứng suất cơ và làm cho tổng ứng suất tiếp xúc tăng lên Kết quả phát sinh các vết nứt nhiệt tế vi ở trên vùng tiếp xúc Trong quá trình khoan các vết nứt

tế vi nhiệt lớn lên, lan truyền và cuối cùng liên kết với nhau tạo thành tổ hợp các vết nứt nhiệt tế vi như trên hình 1.16(c)

Trang 19

Hình 1.16 Ảnh SEM của các vết nứt nhiệt tế vi sinh ra trên lớp phủ TiAlN (a) Vùng tiếp xúc bị giãn nở nhiệt

(b) Bước ban đầu của các vết nứt tế vi

(c) Sự phát sinh tổ hợp của các vết nứt tế vi do nhiệt

1.5 Mũi khoan sau khi mài sắc lại

Đối với nguyên công khoan chế độ thoát phoi khó khăn, nhiệt cắt lớn Trong quá trình cắt lớp phủ trên bề mặt có tác dụng giảm lực cắt, lực ma sát và biến dạng vật liệu gia công Do đó công tiêu hao cho quá trình cắt giảm dẫn tới nhiệt giảm, mặt khác tính dẫn nhiệt của vật liệu lớp phủ (TiN …) thường kém so với vật liệu nền chúng có tác dụng như một lớp ngăn cách nhiệt truyền vào nền vật liệu dụng cụ Dụng cụ phủ có nhiệt cắt thường thấp hơn dụng cụ không phủ trong cùng một điều kiện cắt gọt

Lớp phủ cứng có tác dụng chống mòn do hạt mài Các nhà nghiên cứu kết luận rằng lớp phủ PVD-TiN giúp cho dụng cụ phủ chống lại mòn do hạt mài, dính, mỏi và ôxy hoá Cơ chế phá huỷ của TiN do dính phụ thuộc vào vật liệu đối tiếp Hendenqvist và Olsson đã phát hiện ra rằng khi đầu thép gió phủ TiN trượt trên đĩa thép tôi và ram lớp phủ bị phá huỷ từ bên trong Khi trượt trên thép trắng TiN bị bóc ra thành mảnh do cơ chế nứt tách tại biên giới lớp phủ và nền Khi đầu thép các bon trung bình trượt trên đĩa thép gió phủ TiN lớp phủ bị vỡ, gãy và cuốn đi do nền thép gió bị giảm độ cứng vì nhiệt độ cao phát triển dưới lớp phủ

Việc sử dụng lớp phủ cứng trên nền dụng cụ cắt thường cho bề mặt chi tiết gia công tốt hơn, tính chất của dụng cụ được nâng cao như tính chống nhiệt, chống mòn,… Tuy nhiên khả năng làm việc của dụng cụ có thể giảm sau khi mài sắc lại Mũi khoan phủ sau khi mài sắc lại trên mặt sau không còn lớp phủ do đó tuổi bền của chúng sẽ bị ảnh hưởng do nhiệt cắt thâm nhập theo mặt sau vào nền dụng cụ

Trang 20

làm cho nhiệt trong dụng cụ tăng lên Ngoài ra do không còn lớp phủ trên mặt sau nên sự mòn trên mặt sau sẽ phát triển nhanh hơn cũng là nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền của mũi khoan

Trang 21

 Vật liệu phủ đa dạng, có thể thay đổi theo từng điều kiện cụ thể của quá trình gia công Đối với dụng cụ cắt nói riêng ứng dụng chủ yếu là chống mòn, ăn mòn, mài mòn và mòn do nhiệt

 Tuổi bền của mũi khoan phủ trong quá trình cắt chịu ảnh hưởng của tổng hợp các yếu tố mài mòn, mòn do bám dính, mòn do nhiệt

 Mũi khoan phủ sau khi mài sắc lại trên mặt sau không còn lớp phủ, điều này sẽ ảnh hưởng tới tuổi bền của mũi khoan Do vậy việc nghiên cứu tuổi bền của mũi khoan sau khi mài lại là rất cần thiết

Trang 22

2.1 Mòn dụng cụ cắt phủ

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,

Trang 23

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” [3]

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

do sự tương tác của các mấp mô bề mặt

Trong quá trình chuyển động tương đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các mấp mô vượt quá giới hạn bền dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ bị tách ra Sau đó vật liệu bị tách ra từ một bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành những hạt mòn rời Trong quá trình gia công phoi trượt liên tục trên mặt trước và phôi trượt liên tục trên mặt sau của dao Những vật liệu bị tách ra do mòn liên tục bị phoi và phôi liên tục cuốn đi do đó dao bị mòn khốc liệt Tuỳ thuộc vào điều kiện cắt, vật liệu gia công và vật liệu dao mà dao bị mòn theo các dạng khác nhau Bên cạnh đó cơ chế mòn của dao rất phức tạp

2.1.1.2 Quá trình mòn của dụng cụ cắt

Quá trình mòn dao theo thời gian nói chung được chia thành ba giai đoạn Giai đoan đầu (OA) dao bị mòn nhanh vì sau khi mài lưỡi và mặt dao không phẳng tuyệt

Trang 24

xúc giữa dao và chi tiết là tiếp xúc đường hoặc tiếp xúc mặt Tốc độ mòn tăng rất chậm theo thời gian

Giai đoạn cuối (BC) giai đoạn này mòn xảy ra khốc liệt Vì lúc này ma sát tăng lên

mạnh, nhiệt độ cao tổ chức kim loại bị thay đổi, độ cứng giảm xuống Qua trình mòn xảy ra nhanh Khi bị mài mòn đến trị số hs nhất định dao không thể tiếp tục làm việc được nữa

2.1.1.3 Cách xác định mòn dụng cụ cắt

Xác định mòn là một trong những cơ sở để đưa ra giới hạn tuổi bền của dụng cụ Với những dụng cụ làm từ những vật liệu thông thường thì lượng giới hạn lượng mòn lớn nên xác định đơn giản hơn những dụng cụ phủ vì giới hạn lượng mòn rất nhỏ Mòn mặt trước và mặt sau là hai dạng mòn thường gặp trong cắt kim loại Công thức của Opitz về quan hệ tương đối giữa dạng mòn dao hợp kim cứng với vận tốc cắt và chiều sâu cắt đã được Shaw đưa ra như trên hình 2.1

Hình 2.1: Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng với thể tích

0,6

c 1

V t , trong đó V tính bằng m/ph; t1 tính bằng mm/vg Loladze cho rằng cơ chế hình thành vùng mòn mặt trước của dao hợp kim cứng khác so với dao thép gió Bởi theo ông do hợp kim cứng có độ cứng nóng cao đến hàng nghìn độ C nên hiện tượng khuếch tán ở trạng thái rắn gây mòn với tốc độ cao xảy ra trên mặt trước từ vùng có nhiệt độ cao nhất Như vậy mòn mặt trước đều có nguồn gốc do nhiệt

a a/2

Trang 25

hình thành và ổn định của lẹo dao có tác dụng bảo vệ mặt sau khỏi bị mòn Trái lại khi mòn mặt trước không xuất hiện, dạng của lẹo dao sẽ thay đổi theo xu hướng không có tác dụng bảo vệ mặt sau khỏi mòn, dẫn đến thúc đẩy sự phát triển của mòn mặt sau Theo thì mòn mặt trước và mặt sau có thể tính toán gần đúng như sau:

ra người ta còn đo khối lượng dụng cụ và sử dụng phương pháp đo radiotracer (phương pháp đồng vị phóng xạ) để xác định

2.1.1.4 Mòn dụng cụ cắt phủ

Trang 26

cứu của M Dubar và các đồng nghiệp [18] các ông đưa các số liệu liên hệ giữa độ

mòn và số lỗ gia công như hình dưới

Hình 2.3 Quan hệ giữa độ mòn và số lỗ gia công của các loại lớp phủ

Hình 2.4 Quan hệ mòn và thời gian cắt của phủ đa lớp khi gia công thép Các bon

Trang 27

Hình 2.5 Quan hệ mòn và thời gian cắt của phủ đa lớp khi gia công thép gió

2.1.2 Các dạng mòn

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 [3] Hình 2.6, 2.7 thể hiện mối quan hệ giữa vận tốc cắt và cơ chế mòn khi cắt liên tục

và gián đoạn

Hình 2.6 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục

Thời gian cắt

Trang 28

Hình 2.7 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt gián đoạn

Tùy theo điều kiện cắt, tính chất của vật liêu gia công và vật liệu làm dao dụng

cụ cắt có thể bị mài mòn theo các dạng sau:

a Mài mòn theo mặt sau

Mài mòn theo mặt sau thường gặp khi vật liêu

giòn với chiều dày bé (a < 0,1mm), phoi cắt ra dạng

phoi vụn, ma sát chủ yếu xảy ra ở mặt sau của dao và

chi tiết gia công Góc sau giảm thì ma sát lại càng

tăng Sự trượt của mặt sau trên bề mặt chi tiết cũng

gây ra mòn cào xước và mòn dính Trị số mòn hs

được đo trong mặt cắt theo phương vuông góc với

lưỡi cắt thực tế đến điểm mòn tương ứng

Hình 2.8 Mòn mặt sau

b Mài mòn theo mặt trước

Trong quá trình cắt do phoi trượt trên mặt

trước hình thành một trung tâm áp lực cách lưỡi cắt

một khoảng nên mặt trước bị mòn theo dạng lưỡi liềm

hoặc miệng núi lửa Vết lõm đó do vật liệu dụng cụ bị

bóc theo phoi trong quá trình chuyển động Mài mòn

theo mặt trước thường xảy ra khi cắt vật liệu dẻo với

chiều dày cắt lớn (a > 0,6mm) Các yếu tố ảnh hưởng

đến mài mòn mặt trước là nhiệt dộ ở giao diện dao-

Hình 2.9 Mòn mặt trước

Trang 29

giảm Trường hợp này xảy ra khi cắt vật liệu dẻo với

tốc độ cắt không lớn, chiều dày cắt a = (0,1 – 0,5)

mm

Hình 2.10 Mòn đồng thời mặt trước và mặt sau

d Mòn tù lƣỡi cắt

Ở dạng này dụng cụ bị mòn dọc theo lưỡi cắt tạo thành cung hình trụ Bán kính cong của

lưỡi cắt ρ tăng lên Dạng mòn này thường xảy ra khi

gia công vật liệu có tính dẫn nhiệt kém, đặc biệt khi

gia công chất dẻo Do nhiệt cắt tập trung ở mũi dao

nên dao bị tù nhanh

Định dạng
Số trang	59
Dung lượng	2,93 MB