tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ tin trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu s45c

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY LĂN ĐĨA XÍCH PHỦ TiN TRƯỚC VÀ SAU KHI MÀI SẮC LẠI KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU S45C

Trang 1

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY LĂN ĐĨA XÍCH PHỦ TiN TRƯỚC VÀ SAU KHI MÀI SẮC LẠI KHI GIA

Trang 2

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY LĂN ĐĨA XÍCH PHỦ TiN TRƯỚC VÀ SAU KHI MÀI SẮC LẠI KHI GIA CÔNG

VẬT LIỆU S45C

HỌC VIÊN: TRẦN VIỆT CƯỜNG

CHUYÊN NGÀNG: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HD KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN QUỐC TUẤN

Trang 3

THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNG: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỀ TÀI:

TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY LĂN ĐĨA XÍCH PHỦ TiN TRƯỚC

VÀ SAU KHI MÀI SẮC LẠI KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU S45C

Trang 4

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp TN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam toàn bộ nội dung luận văn này do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn

Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luận theo quy định

Học viên

Trần Việt Cường

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình tôi từ việc định hướng đề tài, khai thác tài liệu, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn thành luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Thầy giáo TS.Nguyễn Văn Hùng – Giám đốc Cty TNHH Thuận Phát đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi được tiến hành thí nghiệm tại xưởng sản xuất của quý công ty

Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn Ban lãnh đạo, cán bộ giáo viên phòng Dung sai và đo lường Trường CĐ Kinh tế - Kỹ thuật Thái Nguyên; Ban lãnh đạo, cán bộ giáo viên Trung tâm thực nghiệm Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên; các nhà khoa học của Viện Khoa học Vật liệu Hà Nội; cán bộ, công nhân viên Cty TNHH Thuận Phát đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn của mình

Tác giả cũng bày tỏ lòng cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Do năng lực bản thân và thời gian còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sự sai sót Tác giả rất mong được sự động viên và đóng góp

ý kiến của các Thầy cô giáo, các nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp để cho luận văn hoàn thiện hơn Tôi xin chân thành cảm ơn

Thái Nguyên, … tháng 10 năm 2011

Học viên

Trang 6

MỤC LỤC

Trang Lời cam đoan

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CỦA PHỦ

TRONG CẮT KIM LOẠI

4

1.1 Phủ bay hơi lý học (Physical Vapuor Deposition) - PVD và phủ

bay hơi hóa học (Chemical Vapuor Deposition ) – CVD

Trang 7

1.1.5 Mức độ nâng cao tuổi thọ dụng cụ sau khi phủ PVD và CVD 12

1.2 Ứng dụng phủ PVD và CVD trong cắt kim loại 13

2.1.1.3 Lực tác dụng lên mặt trước và mặt sau của dụng cụ 21

Trang 8

2.1.6 Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt gia công 35

c Đo gián tiếp lượng mòn dụng cụ cắt thông qua đường kính gia

công

39

2.2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến tuổi bền dụng cụ cắt 43

2.2.2.4 Ảnh hưởng của thông số hình học phần cắt 46

Trang 9

Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TUỔI BỀN

CỦA DAO PHAY LĂN ĐĨA XÍCH PHỦ TiN TRƯỚC VÀ

SAU KHI MÀI SẮC LẠI KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU

3.4 Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích

phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C

63

Trang 10

3.4.2 Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích

phủ TiN trước khi mài sắc khi gia công vật liệu S45C

66

3.4.2.1 Tính các hệ số của phương trình hồi quy 69

3.4.3 Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích

phủ TiN sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C

74

3.4.4 Tuổi bền của dao phay đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài

sắc lại khi gia công vật liệu S45C Ảnh hưởng của chế độ cắt

đến tuổi bền của dao phay đĩa xích

77

3.4.5 Lượng mòn mặt sau hs của dao phay đĩa xích trước và sau khi

được mài sắc lại

Trang 11

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TiN Titanium Nitride Vật liệu Nitrit Titan TiCN Titanium Cacbon Nitride Vật liệu Nitrit Cacbon Titan

TiAlN Titanium Aluminum Nitride Vật liệu Titanium Aluminum

Nitride

PVD Physical Vapuor Deposition Phủ bay hơi lý học CVD Chemical Vapuor Deposition Phủ bay hơi hóa học CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo tọa độ 3 chiều SEM Scanning electron microscope Kính hiển vi điện tử quét

Trang 12

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

1 Bảng 1.1 Độ cứng của các kim loại, hợp kim và vật liệu phủ 11

2 Bảng 1.2 Giới thiệu các dạng phủ PVD phổ biến 14

3 Bảng 1.3 Hình dạng và kích thước của mảnh ghép của Hãnh

Misubishi( Nhật Bản)

15

4 Bảng 1.4 Chế độ cắt ưu tiên của dao SRFH32S32M khi gia

công các loại vật liệu khác nhau

16

5 Bảng 1.5 Tiêu chuẩn lựa chọn cho dụng cụ cắt phủ 17

6 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy phay lăn răng

53A80

53

7 Bảng 3.2 Thành phần nguyên tố hóa học của vật liệu S45C 56

8 Bảng 3.3 Ký hiệu tương đương mác thép S45C của các nước 56

9 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy CMM-C544 57

10 Bảng 3.5 Miền giới hạn chế độ cắt thí nghiệm ( lý thuyết) 64

11 Bảng 3.6 Miền giới hạn chế độ cắt thí nghiệm ( thực tế ) 64

13 Bảng 3.8 Kết quả đo độ nhám và lượng mòn mặt sau ở 6 chế

độ cắt thí nghiệm trước khi dao mài sắc lại

66

Trang 13

14 Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm xác định tuổi bền của dao

trước khi mài sắc

69

15 Bảng 3.10 Bảng kết quả thống kê tính toán (yi - 𝑦 i)2 72

16 Bảng 3.11 Kết quả đo độ nhám và lượng mòn mặt sau ở 4 chế

độ cắt thí nghiệm sau khi dao được mài sắc lại

74

17 Bảng 3.12 Kết quả thí nghiệm xác định tuổi bền của dao sau

khi mài sắc lại

76

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP

1 Hình 1.1 Dữ liệu thị trường Mỹ và thế giới về dụng cụ cắt năm

7 Hình 1.7 Phủ CVD nhiều lớp lên dụng cụ cắt hợp kim cứng 10

8 Hình 1.8 Thiết bị và sơ đồ thiết bị phủ PVD 13

Trang 14

mảnh khác

13 Hình 2.1 Mô hình vùng tác động trong quá trình tạo phoi 19

14 Hình 2.2 Vùng tiếp xúc ma sát giữa dao và chi tiết gia công 20

15 Hình 2.3 Lực tác dụng lên mặt trước và mặt sau của dụng cụ 21

25 Hình 2.13 Sơ đồ thể hiện các khả năng tương tác của hạt mài

với bề mặt của vật liệu, vết mòn và mặt cắt ngang của nó

Trang 15

28 Hình 2.16 Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặtsau 35

29 Hình 2.17 Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt đến tuổi bền (Số

liệu của SUMITOMO)

44

30 Hình 2.18 Đồ thị mòn mặt sau (tuổi bền) phụ thuộc vào vận tốc

cắt khi cắt thép bằng bằng hợp kim cứng WC+TiC, t=1mm, S=0,3mm, V=145m/phút

45

31 Hình 2.19 Đồ thị mòn mặt sau (tuổi bền) phụ thuộc vào lượng

chạy dao khi cắt thép bằng bằng hợp kim cứng WC+TiC t=1mm, V=145m/phút

46

32 Hình 2.20 Đồ thị mòn mặt sau (tuổi bền) phụ thuộc vào góc

nghiêng chính  khi cắt thép bằng bằng hợp kim cứng WC+TiC t=1mm, S=0,3mm/vòng

V=145m/phút

47

33 Hình 2.21 Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận

tốc cắt của dao tiện

48

34 Hình 2.22 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và đồ mòn của dao 49

35 Hình 2.23 Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 50

36 Hình 2.24 Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao ( đồ

thị lôgarit )

50

37 Hình 3.1 Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn và thời gian 52

43 Hình 3.7 Sơ đồ độ nhám bề mặt chuẩn trước khi đo của 59

Trang 16

Mitutoyo SJ-301

44 Hình 3.8 Các thông số hình học của dao phay đĩa xích 59

45 Hình 3.9 Phương pháp đo trị số mòn dao hướng kính bằng

48 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc cắt V,

lượng chạy dao S với tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C khi chiều sâu cắt không đổi t = 6,84mm

73

49 Hình 3.13 Đồ thị quan hệ giữa lượng mòn mặt sau hs và thời

gian gia công trước và sau khi dao được mài sắc lại tại chế độ cắt 01

78

79

80

53 Hình 3.17 Đồ thị quan hệ giữa nhám bề mặt Ra, Rz và thời gian 81

Trang 17

gia công trước và sau khi dao được mài sắc lại tại chế độ cắt 01

54 Hình 3.18 Đồ thị quan hệ giữa nhám bề mặt Ra, Rz và thời gian

81

82

Trang 18

64 Hình 3.28 Sơ đồ nhám bề mặt đĩa xích sau khi dao mài sắc (chế

67 Hình 3.31 Ảnh SEM bề mặt răng đĩa xích được gia công bằng

dao phay đĩa xích trước khi mài sắc ( v = 20,10m/ph;

s = 1,18mm/vg; t = 6,84mm )

86

dao phay đĩa xích sau khi mài sắc lại ( v = 20,10m/ph; s = 1,18mm/vg; t = 6,84mm )

86

dao phay đĩa xích trước khi mài sắc ( v = 31,40m/ph;

s = 1,85mm/vg; t = 6,84mm )

87

dao phay đĩa xích sau khi mài sắc lại ( v = 31,40m/ph; s = 1,85mm/vg; t = 6,84mm )

87

Trang 19

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật và công nghệ trên tất các các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, độ chính xác và nâng cao chất lượng bề mặt gia công Vì vậy, nhiều biện pháp đã và đang được thực hiện một cách mạnh

mẽ nhằm đáp ứng các nhu cầu trên Một trong các ngành công nghiệp mũi nhọn là ngành công nghệ vật liệu đã phát triển không ngừng, nó góp phần vào việc nghiên cứu và chế tạo ra nhiều chủng loại dụng cụ cắt có tính năng cắt ưu việt

Để tăng độ bền cho dao một trong các ứng dụng mang tính phổ biến trong lĩnh vực gia công cắt gọt đó là vật liệu dụng cụ cắt được phun phủ Lớp phủ sẽ nâng cao tính chống mòn, giảm lực cắt và nhiệt cắt trên lưỡi cắt vì thế

sẽ giảm tác động trực tiếp đến biến dạng và rạn nứt của dụng cụ cắt Với những dụng cắt có kết cấu phức tạp, việc chế tạo khó khăn, giá thành cao thì

Trang 20

ứng dụng đó càng có ý nghĩa quan trọng Dao phay lăn răng đĩa xích phủ TiN (Titanium Nitride) là một dụng cụ cắt như vậy

Phay lăn răng là một phương pháp gia công răng đạt được năng suất và

độ chính xác cao Cho nên trong hầu hết các xưởng cơ khí chế tạo, nó vẫn được ứng dụng nhiều để gia công các loại bánh răng thẳng, răng nghiêng, bánh vít, đĩa xích

Trước đây đã có một số nghiên cứu ảnh hưởng độ mòn của dao phay lăn răng đến chất lượng bề mặt biên dạng prôfin răng của bánh răng trụ [1] Ngoài ra còn có nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích thép gió sản xuất tại Việt Nam [2], sau khi mòn thường phải mài sắc lại mặt trước

Xuất phát từ thực tế tại nhiều nhà máy chế tạo đĩa xích xe máy( C.ty

CP phụ tùng máy số 1 Thái Nguyên, Công ty TNHH Cơ khí Thuận Phát Thái Nguyên…) đang sử dụng dao phay đĩa xích phủ TiN (Sản xuất tại Trung Quốc, Hàn Quốc; giá thành khoảng 3÷5triệu đồng/dao, năng suất 1dao/32.000 đĩa xích; tiêu thụ khoảng 50÷60 dao/năm) sau khi mòn thường phải mài sắc lại theo mặt trước nhiều lần Nhưng trong thực tế lại chưa có nghiên cứu về tuổi bền của dao phay đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại Sau khi được sự định hướng của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quốc

Tuấn tác giả đã chọn đề tài “Tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C” là cần thiết và có

ý nghĩa thực tiễn cao

2 Mục đích nghiên cứu

- Xác định được chế độ cắt hợp lý để nâng cao tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C

Trang 21

- Có thể làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao phay lăn đĩa xích phủ TiN

3 Đối tượng nghiên cứu

- Dao phay lăn răng đĩa xích phủ TiN kiểu liền (t=12,7; d1=8,51)

- Nghiên cứu tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm nhưng chủ yếu là thực nghiệm

5 Nội dung nghiên cứu

Chương I Tổng quan về ứng dụng của phủ trong cắt kim loại

Chương II Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt

Chương III Nghiên cứu thực nghiệm tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C

Chương IV Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

6.1 Ý nghĩa khoa học

Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt với tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C Kết quả nghiên cứu và thực nghiệm sẽ là cơ sở khoa học cho tối ưu quá trình phay đĩa xích, đồng thời góp phần đánh giá khả năng cắt của

dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Trang 22

Đề tài này mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề tài có thể dùng làm cơ sở cho việc lựa chọn bộ thông số chế độ cắt khi gia công vật liệu S45C Đồng thời nó sẽ góp phần nâng làm cao năng suất, chất lượng và

cụ cắt có vật liệu là vật liệu truyền thống( như thép gió, hợp kim cứng) một hoặc nhiều lớp vật liệu có độ cứng rất cao, độ bền nhiệt cao, hệ số dẫn nhiệt thấp và có khả năng bám dính với vật liệu nền như TiN, TiAlN, TiC, Al2O3, CBN…có thể lên tới 12 lớp, mỗi lớp dày khoảng 2÷15m

Phủ bay hơi được chia làm hai nhóm chính là bay hơi hóa học (Chemical Vapuor Deposition ) - CVD và bay hơi lý học (Physical Vapuor Deposition)- PVD Mỗi loại có nhiều phương pháp phủ khác nhau sử dụng

Trang 23

nguyên tắc dịch chuyển khối từ một hoặc nhiều nguồn tới bề mặt cần phủ Sự kết hợp những đặc tính đặc trưng của một vài quá trình khác nhau tạo nên tính vạn năng cao hơn trong cả quá trình khai thác sử dụng sản phẩm

1.1 Phủ bay hơi lý học (Physical Vapuor Deposition) - PVD và phủ bay hơi hóa học (Chemical Vapuor Deposition ) – CVD

Hình 1.1 Dữ liệu thị trường Mỹ và thế giới về dụng cụ cắt năm 1998 và 2005

Trang 24

Theo nguyên tắc bay hơi phủ PVD có 4 dạng cơ bản sau: Sử dụng dòng điện tử có điện thế thấp, dòng điện tử có điện thế cao, hồ quang và phương pháp phát xạ từ lệch chỉ trên hình 1.4

Vật liệu phủ thông dụng hiện nay cho PVD là TiN, TiCN, TiAlN và CrN Ứng suất dư trong lớp phủ là ứng suất nén Chiều dày lớp phủ thường bị hạn chế dưới 5m để tránh sự tạo nên ứng suất dư có cường độ cao trong lớp phủ

Hình1.2.Cấu trúc lớp phủ PVD

Hình1.3 Bột phủ PVD

Trang 25

Phương pháp dùng dòng điện tử có điện thế thấp như hình 1.4.a dùng

để phủ TiN và TiCN sử dụng dòng điện tử 100V để bay hơi Ti Mức độ ion hóa của kim loại bay hơi và khí phản ứng cao tuy nhiên hệ thống này chỉ dùng phủ các chi tiết có kích thước không lớn, tốc độ phủ thấp

Hình 1.4 Sơ đồ bốn phương pháp phủ PVD cơ bản (a) dòng điện tử có điện thế thấp; (b) dòng điện tử có điện thế cao;

(c) hồ quang; (d) phát xạ từ lệch

Trang 26

Các dụng cụ có kích thước lớn thường được phủ bằng dòng điện tử có điện thế cao như hình 1.4.b Tốc độ phủ cao, tuy nhiên điện thế 10000V làm giảm khả năng ion hóa của dòng kim loại bay hơi và khí phản ứng vì thế người ta sử dụng một hệ ba cực để tăng mức độ ion hóa cho hệ thống Hệ thống này chỉ phủ được TiN và TiCN

Sơ đồ bay hơi bằng hồ quang được dùng để phủ TiAlN hình 1.4.c Tuy nhiên hợp kim TiAl để bay hơi phải ở thể rắn nguyên khối Hệ thống này có thể tạo ra lớp phủ mỏng đến 200A0

và tạo nên lớp khuyếch tán giữa nền và lớp phủ Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là sự tạo thành các hạt Ti trên bề mặt lớp phủ, tuy nhiên nhược điểm này có thể khắc phục được nhờ lưới lọc

Phương pháp phát xạ từ lệch có thể tạo nên bất kỳ lớp phủ nào hình 1.4.d Các điện cực âm tạo nên một plasma của các ion khí trơ làm bật các nguyên tử kim loại bay hơi ra khỏi bề mặt, tạo thành lớp phủ trên bề mặt chi tiết sau khi tác dụng với khí phản ứng Nam châm vòng ngoài của các điện cực âm phát xạ được chế tạo mạnh hơn (lệch) so với bên trong để tạo nên một plasma ở vùng chi tiết phủ

1.1.2 Nguyên lý phủ CVD

CVD là một công nghệ trong đó một hỗn hợp khí tương tác với bề mặt của nền ở nhiệt độ tương đối cao làm cho một vài thành phần trong hỗn hợp khí bị phân tích và phản ứng với nhau tạo thành một màng cứng của một kim loại hay một hợp chất trên bề mặt nền

Trang 27

Chi tiết phủ được đặt và nung nóng trong buồng khí chứa H2( áp suất khí quyển hoặc nhỏ hơn) Các hợp chất bay hơi được đưa vào buồng này để tham gia vào thành phần của lớp phủ thông qua các phản ứng hóa học( hình 1.6) Nhiệt độ của quá trình từ 9000C÷20000C phụ thuộc vào chu kỳ nung nóng diễn ra vài giờ tùy thuộc vào yêu cầu về tính chất và chiều dày lớp phủ

Hệ thống phủ CVD yêu cầu nguồn khí dẫn, buồng phản ứng nâng nhiệt và hệ thống xử lý khí thải Các khí dẫn gồm khí trơ như N và Ar, khí khử H và khí

có hoạt tính như Methane, CO2, hơi nước, ammonia…Một số khí ở dưới dạng dung dịch khí áp suất cao như TiCl4, SiCl4, CH3SiCl3 Những chất này được nâng nhiệt tới nhiệt độ trung bình (dưới 600C) và hơi được chuyển đến buồng phản ứng bằng cách cho bọt khí mang (H và Ar) đi qua dung dịch lỏng Một

số khí dẫn được tạo thành cách biến một kim loại rắn hay hợp chất thành hơi như AlCl3 nhờ phản ứng của Al với Cl hoặc HCl Các khí phản ứng sau đó được đưa vào các thiết bị để trung hòa các chất có hoạt tính cao trong khí thải, tách chất rắn, làm nguội khí trước khi thải ra môi trường

Hình1.5.Cấu trúc lớp phủ CVD

Trang 28

Kỹ thuật CVD được sử dụng để phủ các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao Chất dẫn để phủ kim loại và phần lớn hợp chất là kim loại nhóm halôgen tương ứng Vì nhiệt độ phân tích của các chất này thường cao nên trong nhiều trường hợp các hợp chất hữu cơ kim loại được sử dụng như mêtan acetylacetonates, các hợp chất methyl hoặc ethyl hoặc metal carbonyls cũng được sử dụng để phủ Cu, Pb, Fe, Co, Ni… và kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao như W, Mo

CVD cho phép phủ đa lớp ( đến 12 lớp) và phủ xen kẽ Nitride, Carbide

và Alumina Dạng phủ này hiện đang được áp dụng phổ biến nhằm tạo nên lớp phủ có cơ tính cao hơn nhờ kết hợp các tính chất cơ lý của từng lớp Ví dụ: lớp phủ TiC – TiCN – TiN khai thác được khả năng bám với nền của TiC,

độ cứng của TiCN, tính trơ hóa học cao và chống dính tốt của TiN ( Hình 1.7)

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý phủ CVD và sơ đồ vùng bề mặt

sau khi phủ CVD

Trang 29

Một ứng dụng rất quan trọng của CVD là tạo bột và sợi vật liệu có độ nóng chảy cao Các sợi này có thể tạo ra nhờ phủ CVD ví dụ như SiN4, TiC Các hợp chất phủ CVD dạng sợi như Al2O3, TiC, TiN, SiC,Cr2C3…

Ưu điểm nổi bật của CVD là lớp phủ có độ bám dính cao với nền, do quá trình phủ diễn ra ở nhiệt độ cao tạo điều kiện cho quá trình khuyếch tán của vật liệu phủ vào nền Phủ CVD có thể tạo nên lớp phủ có chiều dày đồng đều hơn so với phủ PVD, đặc biệt khi phủ các chi tiết máy có hình dạng phức tạp

Tuy nhiên trong quá trình phủ CVD trên nền hợp kim cứng các nguyên

tử cácbon và côban di chuyển khỏi lớp bề mặt để phản ứng với khí và các nguyên tố phủ tạo nên một lớp thiếu cácbon gọi là pha Eta ( CO6W6C ) tại biên giới giữa nền và lớp phủ Hơn nữa hệ số giãn nở nhiệt của lớp phủ thường cao hơn vật liệu nền nên trong quá trình làm nguội tạo nên ứng suất kéo trong lớp phủ làm giảm độ dai va đập và độ bền mỏi của dụng cụ Vì

Hình 1.7 Phủ CVD nhiều lớp lên dụng cụ cắt hợp kim cứng

Trang 30

nhiệt độ của quá trình lớn hơn 8000C cao hơn cả ram cao thép gió, nên phủ CVD hầu như chỉ dùng phủ cho dụng cụ hợp kim cứng

1.1.3 Mục đích sử dụng phủ PVD hoặc CVD

Chưa quan tâm tới các ứng dụng cụ thể, lý do chính để sử dụng PVD hoặc CVD hết sức đơn giản đó là bài toán kinh tế Làm giảm chi phí trên mỗi sản phẩm Bài toán tiết kiệm chi phí được xác định dễ dàng như sau:

Giảm thời gian gia công, thời gian thay dụng cụ+ Tăng tốc độ gia công = Tiết kiệm

1.1.4 Phủ PVD & CVD nâng cao tuổi thọ và hiệu suất dụng cụ

Mặc dù mỗi phương pháp phủ khác nhau có những đặc tính khác nhau,

để đánh giá hiệu quả đối với mỗi ứng dụng riêng thì có hai đặc trưng chính được chọn làm cơ sở, đó là: Độ cứng và ma sát

là sẽ làm giảm áp lực tác dụng Trong các ứng dụng các dụng cụ cắt, giảm hệ

số ma sát sẽ làm giảm sự phát sinh nhiệt trong quá trình gia công, do đó sẽ làm chậm quá trình phá hủy lưỡi cắt Còn trong các ứng dụng có ma sát trượt, lớp phủ có xu hướng làm giảm sự bám dính của vật liệu cho phép quá trình di chuyển tương đối ít bị hạn chế hơn

Bảng 1.1 Độ cứng của các kim loại, hợp kim và vật liệu phủ

Trang 31

1.1.5 Mức độ nâng cao tuổi thọ dụng cụ sau khi phủ PVD và CVD

Theo các đánh giá sơ bộ, tuổi thọ dụng cụ khi phủ thường gấp từ 2÷3 lần so với khi không phủ Tuy nhiên trong nhiều trường hợp ứng dụng cụ thể còn cho thấy tuổi thọ có thể tăng gấp 10 lần

1.1.6 Phương pháp nào phủ tốt hơn PVD hay CVD

Có nhiều vấn đề khác nhau cần phải tính toán khi trả lời câu hỏi này như ứng dụng, vật liệu nền và dung sai dụng cụ Đơn giản là khi dung sai và vật liệu cho phép, CVD sẽ có ưu thế hơn trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong các ứng dụng tạo hình biến dạng kim loại có ứng suất cao Các quá trình phủ CVD tạo ra các liên kết kiểu khuyếch tán giữa lớp phủ và nền, liên kết này lớn hơn nhiều so với liên kết được tạo ra trong PVD

Quá trình phủ CVD được thực hiện ở nhiệt độ cao khoảng

9000C÷20000C Đặc điểm này có thể làm hạn chế cho việc phủ CVD trong một số trường hợp Quá trình phủ PVD thực hiện trên một diện rộng hơn, với nhiều nền và ứng dụng khác nhau Đó là vì được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn từ 4000

C÷5000C, với độ dày trung bình khoảng 2÷5m Với đặc tính này thì rất lý tưởng cho việc phủ PVD cho các dụng cụ cắt thép gió (HSS), hợp kim cứng cũng như các chi tiết đòi hỏi dung sai chặt chẽ như các chi tiết khuôn mẫu… Hơn nữa, nhiệt độ quá trình thấp nghĩa là sai lệch về điểm “0”

sẽ được tiến hành trên hầu hết các vật liệu, miễn là nhiệt độ rút ra chính xác vẫn được duy trì

1.1.7 Độ dày trung bình lớp phủ

Độ dày trung bình lớp phủ PVD là 2÷5m và của phủ CVD là 5÷10m

Trang 32

1.1.8 Thời gian phủ PVD và CVD

Chu kỳ phủ trung bình của PVD là từ 3÷5 ngày, còn phủ CVD là từ 5÷7 ngày Với một số loại phủ vật liệu hiếm như DLC, Al2O3 thì thời gian phủ có thể

ngắn hơn

1.2 Ứng dụng phủ PVD và CVD trong cắt kim loại

1.2.1 Ứng dụng phủ PVD trong cắt kim loại

Phủ PVD đã mở rộng phạm vi sử dụng của thép gió Ví dụ: dao phay lăn răng thép gió phủ PVD trong một số trường hợp tỏ ra tốt hơn dao gắn mảng cácbít Hơn nữa phủ PVD còn có thể phủ được ở trạng thái không cân bằng nhiệt mà CVD không thể thực hiện được Ví dụ: Phủ hợp chất kim cương nhân tạo với các hạt cácbít siêu nhỏ WC/C

Ưu điểm của phủ PVD là cơ sở cho việc phủ các lớp bôi trơn cùng với các lớp phủ cứng như MoS2 và WC/C Chẳng hạn, các lưỡi cắt của mũi khoan cần được bảo vệ bằng các lớp phủ cứng nhưng bề mặt rãnh thoát phoi cần được phủ bằng lớp giảm ma sát Điều này mở ra một triển vọng mới về ứng dụng phủ PVD cho các dụng cụ ép, dập và các chi tiết máy chính xác

Trang 33

Vật liệu

lớp phủ

Độ cứng (HV)

Hệ số

ma sát

Nội ứng suất

Nhiệt độ gia công

Độ dày lớp phủ (m)

Màu sắc của lớp phủ

TiN 2000÷2400 0,4 -0,2 600 0,1÷4 Vàng TiC 2300÷2700 > 0,1 400 1÷4 Xám TiCN 2200÷2700 0,35 -4 400 1÷4 Xanh xám CrN 1700÷2100 0,3 -1,5 700 1÷5 Xám bạc TiAlN 2400÷2800 0,4 -1,5 800 1÷5 Tím xám

Hình 1.8 Thiết bị và sơ đồ thiết bị phủ PVD

Bảng 1.2 Giới thiệu các dạng phủ PVD phổ biến

Trang 34

Ứng dụng của phủ PVD vào một số dụng cụ cắt [13]

Hình 1.9 Các dụng cụ được ứng dụng phủ TiN

Hình 1.10 Hình dạng và kích thước của dao phay đầu cầu ghép

mảnh của Hãnh Misubishi( Nhật Bản)

Trang 35

0,5 0,5 0,5

Trang 36

(mm/răng)

Chiều sâu cắt

55HRC VP10MF 80(60÷120) 0,2(0,1÷0,3) 0,01D1

1.2.2 Ứng dụng phủ CVD trong cắt kim loại

Phủ CVD được ứng dụng rộng rãi để chống mòn, chống ôxy hoá, chóng ăn mòn, yêu cầu cao về điện, quang và tribology Các đặc tính của lớp phủ sẽ thay đổi nhờ điều chỉnh các thông số quá trình và thiết bị Tính tinh khiết của lớp phủ đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng điện và quang Trái lại, phủ CVD dùng trong các ứng dụng chống mòn hoặc tribology sự không tinh khiết không cần đặt ra Các tạp chất điển hình bao gồm O, Cl, H và các Bảng 1.4 Chế độ cắt ưu tiên của dao SRFH32S32M khi gia công các loại

vật liệu khác nhau

Trang 37

halides trong khí lò Các tạp chất kim loại như Fe, Cr, Ni, C từ chất dẫn và Al,

Si, Ca, Mg vv từ vật liệu cách nhiệt

Trang 38

1.3 Kết luận chương 1

 Lớp phủ đóng vai trò như là một rào cản nhiệt và hóa học giữa dụng cụ

và chi tiết gia công

 Chúng nâng cao độ bền mòn của dụng cụ

 Ngăn ngừa các phản ứng hóa học giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công, làm yếu đi khả năng tạo thành lẹo dao

 Giảm ma sát giữa dụng cụ và phoi hoặc giữa dụng cụ và vật liệu gia công

 Ngăn ngừa sự biến dạng của lưỡi cắt vì sự quá nhiệt

 Tận dụng được tối đa những tính năng cắt tốt của vật liệu nền

 Do đó dụng cụ có thể được sử dụng ở vận tốc cắt cao hơn và cho tuổi bền cao hơn so với dụng cụ không phủ

Chương 2 NGHIÊN CỨU MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT 2.1 Mòn dụng cụ cắt

2.1.1 Bản chất vật lý của quá trình cắt

2.1.1.1 Cơ chế tạo phoi

Hình1.12 So sánh lượng mòn mặt sau của mảnh US905 và mảnh khác

Trang 39

Quá trình cắt kim loại thực chất là sử dụng dụng cụ hình chêm để hớt đi một lớp kim loại từ phôi Tác dụng lực cắt sinh ra từ dụng cụ sẽ tạo ra bề mặt gia công và phoi

Quá trình tạo phoi được phân tích bao gồm:

- Vùng 1: Vùng biến dạng thứ nhất là vùng vật liệu nằm trước mũi dao được giới hạn giữa vùng vật liệu phoi và vật liệu phôi Dưới tác dụng của lực tác động trong vùng này xuất hiện biến dạng dẻo ( còn gọi là vùng biến dạng thứ nhất) Khi ứng suất do lực tác động gây ra vượt quá giới hạn bền của kim loại thì xuất hiện hiện tượng trượt và phoi được hình thành Trong quá trình cắt, vùng tạo phoi 1 luôn di chuyển cùng với dao

- Vùng 2: Vùng ma sát thứ nhất là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trước của dao

- Vùng 3: Vùng ma sát thứ hai là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt sau của dao

- Vùng 4: vùng tách là vùng bắt đầu quá trình tách kim loại khỏi phôi để thành phoi

Hình 2.1 Mô hình vùng tác động trong quá trình tạo phoi

Trang 40

Muốn tạo ra phoi phải tác động lên phôi thông qua dụng cụ cắt một lực chủ động nhằm:

- Tạo ra trong kim loại ở vùng biến dạng dẻo thứ nhất ứng suất vượt quá giới hạn bền của vật liệu gia công

- Thắng được lực cản ma sát xuất hiện do sự biến dạng của bản thân vật liệu cũng như giữa vật liệu với các mặt phẳng của dao

2.1.1.2 Ma sát trong quá trình cắt kim loại

Lực ma sát xuất hiện trong mặt phẳng trượt do sự trượt của lớp vật liệu tách ra để tạo thành phoi Lực ma sát xuất hiện do sự chuyển động tương đối giữa lớp vật liệu mặt sau của phoi với mặt trước của dao cũng như dao ma sát tiếp xúc giữa vật liệu phôi với mặt sau của dao trong mặt phẳng cắt

Đặc tính tiếp xúc của cặp ma sát dao với phoi và dao với phôi là cặp

ma sát của hai bề mặt luôn luôn mới Ta biết rằng, trong gia công cắt gọt thì phoi và bề mặt gia công liên tục được tạo ra và chúng trượt lên mặt trước và mặt sau của dao Do vậy, dạng tiếp xúc trong vùng tạo phoi luôn ổn định

2.1.1.3 Lực tác dụng lên mặt trước và mặt sau của dụng cụ

Khi cắt phoi tác dụng lên mặt trước sinh ra lực pháp tuyến N, phoi chuyển động trên mặt trước sinh ra lực ma sát: F1 = 1.N1 (2.1)

Hình 2.2 Vùng tiếp xúc ma sát giữa dao và chi tiết gia công

Tiêu đề	Tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ tin trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu s45c
Tác giả	Trần Việt Cường
Người hướng dẫn	PGS.TS. Nguyễn Quốc Tuấn
Trường học	Đại Học Thái Nguyên
Chuyên ngành	Công Nghệ Chế Tạo Máy
Thể loại	Luận văn
Năm xuất bản	2011
Thành phố	Thái Nguyên

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	3,54 MB

tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ tin trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu s45c

Khái niệm chung về mòn

Cách xác định tuổi bền dụng cụ cắt