Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết bằng thép hợp kim khi gia công trên máy phay CNC

Việc lựa chọn chế ñộ cắt hợp lý là một bài toán phức tạp vì nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: vật liệu chi tiết, vật liệu dao, ñiều kiện bôi trơn, làm mát, yếu tố môi trường, ñặc t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðH NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

NGUYỄN THÀNH NHÂN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT ðẾN ðỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT BẰNG THÉP HỢP KIM KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA

NÔNG – LÂM NGHIỆP

Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: 1 TS LÊ THƯỢNG HIỀN (HDC)

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trình bày trong bản luận văn này là trung thực và chưa ñược công

bố trong bất kỳ công trình khoa học nào trước ñó

Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong bản luận văn của tôi ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

NGUYỄN THÀNH NHÂN

Lời cảm ơn

Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Lê Thượng Hiền và PGS.TS Phan Chí Chính - Người Thầy ñã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội; Viện ñào tạo sau ñại học; Khoa Cơ ñiện và bộ môn Cơ khí ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này

Tôi xin cảm ơn gia ñình, bạn bè và ñồng nghiệp ñã ñộng viên giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian qua

Xin trân trọng cảm ơn!

Người thực hiện

NGUYỄN THÀNH NHÂN

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ðẦU 1

1 Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài 1

2 Mục tiêu của ñề tài: 1

II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ……… 1

III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ……… 2

IV KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ……… 3

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHAY CNC ……… 4

1.1 Tổng quan về phay CNC 4

1.1.1 ðặc ñiểm chung 4

1.1.2 Những nét cơ bản về máy công cụ và máy phay CNC 5

1.1.3 Kết cấu cơ bản của máy phay CNC 6

1.2 Các dạng dao phay 7

1.3 Các phương pháp phay 9

1.3.1 Phay thuận 9

1.3.2 Phay nghịch 10

1.4 Các dạng ñiều khiển trên máy phay CNC 11

1.4.1 ðiều khiển ñoạn thẳng 11

1.4.2 ðiều khiển ñường 12

1.4.3 ðiều khiển 2D 12

1.4.4 ðiều khiển 3D 12

1.4.5 ðiều khiển 2D 2 1 .13

1.4.6 ðiều khiển 4D, 5D 13

1.5 Qui trình công nghệ gia công trên máy CNC 14

1.5.1 Lập tiến trình công nghệ 15

1.5.2 Thiết kế nguyên công 15

1.5.3 Lập trình gia công 15

1.6 Các sơ ñồ phay trên máy phay CNC 15

1.6.1 Phay contour 15

1.6.2 Phay mặt phẳng 16

1.6.3 Phay thể tích 16

1.7 Quá trình hình thành phoi 17

1.7.1 Khái niệm và phân loại phoi 17

1.7.2 Sự co rút phoi 19

1.8 Lực cắt gọt 20

1.8.1 Cơ sở lý thuyết của lực cắt 20

1.8.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ñến lực cắt 21

1.9 Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt 22

1.9.1 Nhiệt cắt 22

1.9.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ñến nhiệt cắt 25

1.10 Lượng mòn dao 25

1.10.1 Sự mài mòn dao 25

1.10.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao 26

1.10.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt 29

1.11 Dung dịch bôi trơn làm nguội khi phay 30

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ……….32

CHƯƠNG 2 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT ðẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY CNC ……….33

2.1 ðộ nhám bề mặt chi tiết gia công 33

2.1.1 Chất lượng bề mặt chi tiết gia công 33

2.1.2 Các thông số ñánh giá hình học lớp bề mặt 34

2.1.2.1 Sóng bề mặt 34

2.1.2.2 Nhám bề mặt 34

2.1.3.Thông số cơ lý của bề mặt gia công 37

2.1.3.1 Sự biến cứng bề mặt 37

2.1.3.2 Ứng suất dư 38

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt 39

2.2.2 Ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt 42

2.2.2.1 Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt 42

2.2.2.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao 43

2.2.2.3 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 43

2.2.3 Ảnh hưởng của vật liệu gia công 43

2.2.4 Ảnh hưởng của ñộ cứng vững của hệ thống công nghệ và rung ñộng ñến ñộ nhấp nhô bề mặt 44

2.2.4 Ảnh hưởng của mòn dụng cụ gia công 44

2.3 Phương pháp ñánh giá ñộ nhám bề mặt ……… 44

2.3.1 Phương pháp quang học 44

2.3.2 Phương pháp ño ñộ nhám Ra, Rz, bằng máy ño prôfin 45

2.3.3 Phương pháp so sánh 45

2.4 Thép hợp kim 45

2.4.1.Khái niệm 45

2.4.2 Mục ñích cho nguyên tố hợp kim vào trong thép 45

2.4.3 Phân loại thép hợp kim 45

2.4.4 Ký hiệu thép hợp kim 46

2.4.5 Các loại thép hợp kim 46

2.4.5.1 Thép hợp kim kết cấu 46

2.4.5.2 Thép hợp kim dụng cụ thấp 47

2.4.5.3 Thép hợp kim dụng cụ cao (thép gió) 47

2.4.5.4 Thép ổ lăn 48

2.4.5.5 Thép lò xo 48

2.4.5.6 Thép không gỉ 49

2.4.6 ðặc ñiểm khi gia công thép hợp kim 49

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ………54

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM PHAY TINH CHI TIẾT THÉP HỢP KIM BẰNG DAO PHAY NGÓN MẢNH CẮT QUAY ……….55

3.1 Thiết kế thí nghiệm 55

3.2 Mô hình thí nghiệm 55

3.3 Các thông số cơ bản của hệ thống thí nghiệm 56

3.3.1.Máy thí nghiệm 56

3.3.2 Dụng cụ gia công dùng trong thí nghiệm 56

3.3.3 Vật liệu phôi dùng trong thí nghiệm 57

3.3.4 Dụng cụ ño ñộ nhám bề mặt 58

3.3.5 Chế ñộ cắt 58

3.3.6 ðồ gá và dung dịch trơn nguội dùng trong thí nghiệm 58

3.4 Nội dung thí nghiệm 59

3.5 Tính toán xử lý kết quả ño 59

3.6 ðồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với t, s, v 65

3.7 Thảo luận kết quả 72

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ………73

KẾT LUẬN CHUNG 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……….76

PHỤ LỤC ……… 78

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

giúp của máy tính

máy tính

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Sự khác nhau cơ bản giữa máy CNC và máy công cụ vạn năng 6

Bảng 2.1 : Bảng thông số nhám 37

Bảng 2.2 Tên và ký hiệu các nguyên tố hợp kim 46

Bảng 2.3 Mô hình quá trình cắt khi phay 50

Bảng 3.1 Sơ ñồ thí nghiệm phay CNC 55

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy 56

Bảng 3.3 Thành phần các nguyên tố hoá học thép 40Cr (40X) 58

Bảng 3.4 Thông số v và s cho mảnh dao APMT1135DER-M2 59

Bảng 3.5 ðiều kiện thí nghiệm ñược chọn 60

Bảng 3.6 Giá trị các biến mã hóa 60

Bảng 3.7 Bảng giá trị các thông số khi phay 61

Bảng 3.8 Kết quả ño ñộ nhám Ra và giá trị Y 62

Bảng 3.9 Các hệ số của phương trình hồi quy 63

Bảng 3.10 Giá trị phương sai tái sinh 2 ts s ñộ lệch chuẩns bj 63

Bảng 3.11 Các hệ số yˆ của phương sai dư i 64

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ

Hình 1.1 Kết cấu cơ bản của máy phay CNC 7

Hình 1.2 Các loại dao phay 9

Hình 1.3 a Phương pháp phay thuận 10

Hình 1.3 b Phương pháp phay nghịch 11

Hình 1.4 ðiều khiển ñoạn thẳng 11

Hình 1.5 ðiều khiển 2D trên máy phay 12

Hình 1.6 Phay trên máy phay 3D 13

Hình 1.7 ðiều khiển 2D 2 1 13

Hình 1.8 ðiều khiển 4D và 5D 14

Hình 1.9 Sơ ñồ các bước khi phay 17

Hình 1.10 Sơ ñồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo 18

Hình 1.11 Các loại phoi 19

Hình 1.12 Sơ ñồ co rút phoi 19

Hình 1.13 Sơ ñồ xác ñịnh hệ số co rút phoi 20

Hình 1.14 Sơ ñồ tác dụng của lực khi cắt tự do 20

Hình 1.15 Sơ ñồ hình thành và lan toả nhiệt 24

Hình 1.16 Các dạng mòn của dụng cụ cắt 25

Hình 1.17 Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt 26

Hình 1.18.Mô hình mòn dụng cụ cắt 27

Hình 1.19 Mài mòn do khuếch tán 28

Hình 1.20 Mài mòn do chảy dẻo 28

Hình 1.21 Quan hệ giữa ñộ mòn và thời gian làm việc của dao 29

Hình 2.1 - ðộ sóng bề mặt 34

Hình 2.2 - Prophin bề mặt chi tiết gia công 35

Hình 2.3 Sự phân bố lớp ứng suất dư và lớp hóa bền (biến cứng) trên bề mặt chi tiết .39

Hình 2.4 Diện tích cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi r ≈ 0 41

Hình 2.5 Diện tích cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi dao r ≠ 0 41

Hình 2.6 Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt ñến nhám bề mặt khi gia công thép 42

Hình 2.7 Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới ñộ nhám bề mặt 43

Hình 3.1 Thông số của mảnh dao APMT1135DER-M2 hãng Mitsubishi 57

Hình 3.2 Mẫu chi tiết gia công với các chế ñộ cắt ñược chọn 61

Hình 3.3: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và v lên Ra khi s = 0.05 (mm/răng) 66

Hình 3.4: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và v ñến Ra khi s = 0.1 (mm/răng) 67

Hình 3.5: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và s lên Ra khi v = 100m/phút 68

Hình 3.6: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và s lên Ra khi v = 160m/phút 69

Hình 3.7: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của s và v ñến Ra khi t=0.8 (mm) 70

Hình 3.8: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của s và v ñến Ra khi t=0.3 (mm) 71

Chất lượng bề mặt của chi tiết ñược hình thành trong quá trình thực tiễn các nguyên công, tuy nhiên quan trọng nhất là các nguyên công gia công tinh, bởi vì ở các nguyên công này thì các ñặc tính, chất lượng của lớp bề mặt ñược hình thành rõ nét ðiều này nói lên tầm quan trọng của các phương pháp gia công tinh trong qui trình công nghệ và sự cần thiết phải xác ñịnh phương pháp gia công hợp lý với chế

ñộ cắt tối ưu

ðối với chi tiết thì chất lượng bề mặt ảnh hưởng ñến ñộ bền, ñộ tin cậy và tính

ổn ñịnh của toàn bộ thiết bị trong quá trình làm việc ðể ñạt ñược chất lượng bề mặt theo yêu cầu thì chế ñộ cắt gọt trong quá trình gia công là yếu tố quan trọng nhất mà chúng ta phải quan tâm Việc lựa chọn chế ñộ cắt hợp lý là một bài toán phức tạp vì

nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: vật liệu chi tiết, vật liệu dao, ñiều kiện bôi trơn, làm mát, yếu tố môi trường, ñặc tính của máy gia công,v.v…

- Tính thực tiễn:

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt chi tiết máy trên máy phay CNC 3 trục cho phép tạo ra ñược một cơ sở dữ liệu nhằm trợ giúp cho người vận hành, ñiều khiển máy gia công ñược các chi tiết ñạt chất lượng cao và ñảm bảo yêu cầu kỹ thuật

2 Mục tiêu của ñề tài:

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ cắt: vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt ñến ñộ nhám bề mặt của chi tiết máy sẽ tìm ra ñược phương pháp gia công hợp lý ñể ñạt ñược ñược chất lượng tốt nhất ñối với chi tiết làm bằng thép hợp kim Trên cơ sở nghiên cứu của ñề tài giúp xây dựng cơ sở dữ liệu gia công trên máy phay CNC cho một loại mác thép hợp kim thường dùng ñể nâng cao chất lượng của chi tiết, giảm giá thành và tăng năng suất

II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Về lý thuyết:

+ Xây dựng và nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt chi tiết

- Về thực nghiệm:

+ Xử lý các số liệu của chế ñộ cắt: vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt ñể ñưa vào lập trình gia công mặt phẳng của chi tiết làm bằng thép hợp kim trên máy CNC 3 trục theo chế ñộ tính toán

+ Máy phay CNC MCV300 do hãng LONG CHANG MACHINERRY sản xuất năm 2005 với hệ ñiều khiển Fanuc 21

+ Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt quay (Mảnh dao APMT1135DER-M2 hãng Mitsubishi-Nhật Bản)

+ Vật liệu gia công: Thép hợp kim 40X (40Cr)

III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Thu thập, thống kê số liệu phục vụ cho luận án:

+ Các số liệu về máy, chi tiết gia công

+ Các số liệu về dao cụ và dụng cụ cắt

- Nghiên cứu tổng quan:

Tính chất sử dụng của chi tiết không chỉ phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu, mà còn phụ thuộc vào trạng thái của lớp bề mặt và phương pháp gia công

ðể ñảm bảo chất lượng bề mặt của chi tiết máy trong quá trình gia công ñược tốt nhất thì phải xác ñịnh ñược các yếu tố ảnh hưởng ñến nó, trong ñó phụ thuộc rất nhiều chế ñộ cắt gọt Xác ñịnh ñược chế ñộ cắt hợp lý thì khi gia công sẽ ñem lại ñược chi tiết có chất lượng cao

lượng của bề mặt chi tiết khác nhau Máy CNC hiện nay ñang ñược sử dụng rất rộng rãi và hiệu quả nó ñem lại khi gia công so với các máy cơ truyền thống là rất lớn Việc khai thác và sử dụng nó ñể ñem lại hiệu quả cao trong sản xuất là một vấn

ñề quan trọng

- Nghiên cứu của tác giả:

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ cắt: vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt ñến chất lượng bề mặt của chi tiết máy làm bằng thép hợp kim khi gia công mặt

phẳng của chi tiết trên máy phay CNC

+ Xử lý các số liệu về chế ñộ cắt ñã tính toán ñể ñưa vào lập trình gia công mặt phẳng của chi tiết làm thép hợp kim ðưa ra chế ñộ cắt hợp lý và tạo cơ sở dữ liệu trợ giúp cho người vận hành, ñiều khiển máy gia công ñược chi tiết ñạt chất lượng cao

IV KẾ HOẠCH THỰC HIỆN

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan về phay CNC

Chương 2 Ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt chi tiết khi phay CNC Chương 3 Xây dựng mô hình thực nghiệm phay tinh chi tiết thép hợp kim bằng

dao phay ngón mảnh cắt quay

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHAY CNC

1.1 Tổng quan về phay CNC

1.1.1 đặc ựiểm chung

- Phay là một phương pháp gia công cắt gọt kim loại đó là quá trình cắt ựi một lớp kim loại (hay còn gọi là lượng dư gia công ựể tạo thành phoi) trên bề mặt của phôi ựể ựược chi tiết có hình dáng, kắch thước, ựộ chắnh xác, ựộ bóng theo yêu cầu

kỹ thuật trên bản vẽ Quá trình ựó ựược thực hiện trên các máy phay (gọi chung là máy công cụ hay máy cắt kim loại) bằng các loại dao phay, mũi khoanẦgọi chung

là dụng cụ gia công cắt gọt

- Quá trình cắt khi phay phức tạp hơn khi tiện Khi tiện, dao tiện dao luôn tiếp xúc với chi tiết và cắt phoi với tiết diện không thay ựổi Trong tất cả các trường hợp phay, phoi ựược cắt rời từng mảnh có chiều dày thay ựổi Ngoài ra khi phay, ở mỗi vòng quay của dao, mỗi răng của dao phay lúc vào chỉ tiếp xúc với chi tiết gia công còn lúc ra thì không tiếp xúc Lúc răng ăn vào chi tiết gia công có xảy ra hiện tượng

- Phay có thể dùng ựể gia công tinh, gia công lần cuối ựể ựạt ựược ựộ bóng, ựộ chắnh xác cao, dễ cơ khắ hoá, tự ựộng hoá, cho năng suất cao, dùng trong sản xuất ựơn chiếc, sản xuất hàng loạt và hàng khối Số lượng nguyên công gia công cắt gọt ựạt tới 60% - 70% công việc gia công cơ khắ thì nguyên công phay cũng chiếm một

tỷ lệ lớn Máy phay có số lượng nhiều, chiếm tỷ lệ lớn và giữ một vị trắ quan trọng trong các nhà máy, phân xưởng cơ khắ

- Nói chung, dao phay là dụng cụ nhiều lưỡi cắt nên quá trình cắt ngoài những ựặc ựiểm của phương pháp tiện, còn có những ựặc ựiểm sau ựây:

+ Năng suất phay cao hơn bào nhiều lần do có ựồng thời nhiều lưỡi cắt

+ Lưỡi cắt của dao phay không làm việc liên tục, mặt khác khối lượng thân dao

+ Diện tích cắt khi phay thay ñổi do ñó lực cắt thay ñổi gây rung ñộng trong quá trình cắt

+ Khả năng tồn tại lẹo dao ít do lưỡi cắt làm việc gián ñoạn gây va ñập và rung ñộng

1.1.2 Những nét cơ bản về máy công cụ và máy phay CNC

- Về cơ bản máy công cụ vạn năng và máy công cụ ñiều khiển số ñều có kết cấu khung giống nhau, ñó là:

+ Thân máy

+ ðế máy

+ Bàn trượt

+ ðầu trục chính

Ngoài ra chúng còn có một số ñiểm khác nhau như trong bảng 1.1

- Những ưu ñiểm nổi bật của máy CNC so với máy thông thường khi sản xuất loạt vừa và nhỏ:

+ Gia công ñược những chi tiết phức tạp, ñộ chính xác gia công ổn ñịnh

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

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

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

+ Hiệu suất cao và tăng năng lực sản xuất

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

Bảng 1.1 Sự khác nhau cơ bản giữa máy CNC và máy công cụ vạn năng

TT Nội dung Máy công cụ vạn năng Máy CNC

1 Nguồn ñộng

lực

hoặc AC biến tần ñiều khiển vô cấp

- ðộng cơ bước và ñộng cơ thủy lực

- ðộc lập

4 Bộ truyền dẫn - Thanh răng/ bánh răng

thường

- Vít me/ ñai ốc thường

- Thanh răng/ bánh răng yêu cầu

- Mềm dẻo, linh hoạt cao

1.1.3 Kết cấu cơ bản của máy phay CNC

+ Phần ñiều khiển: các loại ñộng cơ, các hệ thống ñiều khiển và máy tính

Hình 1.2: Các loại dao phay

Hình 1.2 a Dao phay ñĩa

Hình 1.2 b Dao phay rãnh

Hình 1.2 c Dao phay trụ

Hình 1.2 d Dao phay mặt ñầu

Hình 1.2 e Dao phay góc ñơn

Hình 1.2 f Dao phay góc kép

Hình 1.2 g Dao phay bán nguyệt lồi và lõm

Hình 1.2 h Dao phay ngón

Hình 1.2 q Dao phay rãnh chữ T

Hình 1.2 k Dao phay khuôn mẫu

Hình 1.2 j Dao phay cắt

Hình 1.2 m Dao phay modul

Hình 1.2 n Dao phay lăn răng

Hình 1.3 a Phương pháp phay thuận

- Ưu ñiểm: Chiều dày thay ñổi từ amax ñến amin, do ñó ở thời ñiểm lưỡi cắt tiếp xúc với chi tiết gia công không xảy ra sự trượt, vì vậy dao ñỡ mòn và tuổi bền của dao ñược nâng cao Khi gia công thành phần lực cắt có chiều cùng với chiều của lực kẹp chi tiết gia công nên tăng ñộ cứng vững của hệ thống công nghệ, do ñó giảm rung ñộng khi phay

- Nhược ñiểm: Tại thời ñiểm khi chạm dao vào bề mặt chi tiết gia công thì chiều

Lực cắt ñẩy chi tiết theo chiều chuyển ñộng chạy dao S nên sự tiếp xúc giữa bề mặt ren của vít me truyền lực và ñai ốc có thể không liên tục ðiều này làm cho máy chuyển ñộng giật cục, do ñó phát sinh rung ñộng dễ gây mẻ, vỡ dao

Nếu ta cắt với chiều dày cắt a thật mỏng thì lực va ñập và thành phần Py nhỏ,

do ñó ảnh hưởng rung ñộng không ñáng kể Mặt khác vì không có hiện tượng trượt dao do ñó tăng ñược ñộ bóng bề mặt chi tiết gia công và tuổi thọ dao

Trong thực tế dùng phương pháp phay thuận khi gia công tinh

1.3.2 Phay nghịch

Phay nghịch là phương pháp phay trong ñó véc tơ tốc ñộ cắt V của dao ở ñiểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt ñã gia công ngược chiều với chiều chuyển ñộng của bàn máy mang chi tiết gia công (hình 1.3 b)

Hình 1.3 b Phương pháp phay nghịch

- Ưu ñiểm: Khe hở của vít me và ñai ốc bị dồn về một phía nên bàn máy di chuyển

êm, do ñó giảm ñược ñáng kể rung ñộng

- Nhược ñiểm: Tại thời ñiểm lưỡi cắt bắt ñầu tiếp xúc với chi tiết, chiều dày cắt a =

0 nên xảy ra sự trượt giữa lưỡi cắt và bề mặt gia công do ñó giảm ñộ bóng bề mặt

và tuổi thọ của dao.Dưới tác dụng của lực cắt có xu hướng nâng chi tiết gia công nên gây ra rung ñộng, vì vậy ñòi hỏi lực kẹp lớn hơn so với phay thuận

Trong thực tế dùng phương pháp phay thuận khi gia công thô và máy có ñộ rơ

1.4 Các dạng ñiều khiển trên máy phay CNC

1.4.1 ðiều khiển ñoạn thẳng

Ngoài chức năng dịch chuyển nhanh theo các trục tọa ñộ như ở ñiều khiển ñiểm, còn có thể thực hiện việc gia công trong quá trình dịch chuyển theo các trục này ðiều ñó có nghĩa là dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển ñộng cắt gọt trong quá trình dịch chuyển song song theo các trục tọa ñộ Ví dụ khi phay các bề mặt song song với các trục toạ ñộ hoặc khi tiện các chi tiết mà dụng cụ cắt thực hiện các chuyển ñộng cắt gọt theo phương trục Z và trục X

Hình 1.4 ðiều khiển ñoạn thẳng

1.4.2 ðiều khiển ñường

Ngoài các chức năng như ñiều khiển ñiểm và ñiều khiển ñoạn thẳng, người ta còn có thể ñiều khiển ñược dụng cụ chuyển ñộng theo các ñường bất kỳ trong mặt phẳng hoặc trong không gian có thực hiện gia công cắt gọt Tùy thuộc vào ñường ñược ñiều khiển là phẳng hay không gian mà người ta có thể bố trí số trục ñược ñiều khiển ñồng thời là khác nhau Từ ñó cũng xuất hiện thuật ngữ máy 2 trục, máy

3, 4, 5 trục ( tức có số trục ñược ñiều khiển ñồng thời theo quan hệ ràng buộc) ðể chuẩn hóa việc sử dụng thuật ngữ, người ta thường sử dụng thuật ngữ máy ñiều khiển 2D, 2D

Cho phép dịch chuyển dụng cụ trong một mặt phẳng nhất ñịnh nào ñó Thí dụ

như trên máy tiện, dụng cụ sẽ dịch chuyển trong mặt phẳng xoz ñể tạo nên ñường

sinh khi tiện các bề mặt, trên các máy phay 2D, dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển

ñộng trong mặt phẳng xoy ñể tạo nên các ñường rãnh hay các mặt bậc có biên dạng

bất kỳ

1.4.4 ðiều khiển 3D

Cho phép dịch chuyển dụng cụ trong 3 mặt phẳng ñồng thời ñể tạo nên một ñường cong hay một mặt cong không gian bất kỳ ðiều này cũng tương ứng với quá trình ñiều khiển ñồng thời cả 3 trục của máy theo một quan hệ ràng buộc nào ñó tại từng thời ñiểm ñể tạo nên vết quỹ ñạo của dụng cụ theo yêu cầu

Hình 1.6 Phay trên máy phay 3D

1.4.5 ðiều khiển 2D

2 1

Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 2 trục ñồng thời ñể tạo nên một ñường cong phẳng, còn trục thứ 3 ñược ñiều khiển chuyển ñộng ñộc lập ðiều khác biệt của phương pháp ñiều khiển này so với ñiều khiển 2D là ở chổ 2 trục ñược ñiều khiển ñồng thời có thể ñược ñổi vị trí cho nhau: Có nghĩa là hoặc trong mặt phẳng

xoy hoặc xoz hoặc yoz

Hình 1.7 ðiều khiển 2D

2 1

1.4.6 ðiều khiển 4D, 5D

Trên cơ sở của ñiều khiển 3D, người ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm 1 chuyển ñộng quay (hoặc 2 chuyển ñộng quay) xung quanh 1 trục nào ñó theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển ñộng trên các trục khác của máy 3D Với khả năng như vậy, các bề mặt phức tạp hay các bề mặt có trục quay có thể ñược thực hiện dễ dàng hơn so với khi gia công trên máy 3D Mặt khác, vì lý do công nghệ nên có những bề mặt không thể thực hiện ñược việc gia công bằng 3D vì

có thể tốc ñộ cắt sẽ khác nhau hoặc sẽ có những ñiểm có tốc ñộ cắt bằng không (như tại ñỉnh của dao phay ñầu cầu) hay lưỡi cắt của dụng cụ không thể thực hiện việc gia công theo mong muốn (ví dụ như góc cắt không thuận lợi hay có thể bị vướng thân dao vào các phần khác của chi tiết )

Tóm lại, tùy thuộc vào yêu cầu bề mặt gia công cụ thể mà có thể lựa chọn máy thích hợp vì máy càng phức tạp thì giá thành máy càng cao và cần phải bổ sung thêm nhiều công cụ khác như các phần mềm CAD/CAM hỗ trợ lập trình

Hơn thế nữa, máy càng phức tạp (càng nhiều trục ñiều khiển) thì tính an toàn trong quá trình vận hành và sử dụng máy càng thấp (dễ bị va chạm dao vào phôi và máy) Vì thế ñể sử dụng ñược các máy này, người ñiều khiển trước hết ñã sử dụng rất thành thạo các máy ñiều khiển theo chương trình số 2D và 3D Cũng dễ thấy là máy phức tạp hơn có thể hoàn toàn ñảm nhiệm ñược vai trò của máy ñơn giản hơn,

ví dụ như máy 3D có thể ñảm nhiệm cho máy 2D và 2D

2 1

Hình 1.8 ðiều khiển 4D và 5D

1.5 Qui trình công nghệ gia công trên máy CNC

Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC ñược chia thành các bước, nhưng các bước lại chia thành các lớp cắt và mỗi lớp cắt ñược thực hiện sau mỗi quỹ ñạo dịch chuyển của dụng cụ cắt

Chương trình ñiều khiển là tập hợp tất cả các lệnh dịch chuyển và các ñiều khiển công nghệ do bộ ñiều khiển của máy cung cấp

Lập chương trình ñiều khiển cho máy phay CNC là một nhiệm vụ chuẩn bị công nghệ

Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết trên máy CNC bao gồm 3 giai ñoạn sau ñây

1.5.1 Lập tiến trình công nghệ

Nhiệm vụ của lập tiến trình công nghệ bao gồm:

- đánh giá khả năng gia công chi tiết trên máy phay CNC theo kết cấu công nghệ và theo ựiều kiện sản xuất

- Chọn phôi, qui trình công nghệ, dụng cụ cắt, ựồ gá và cấu trúc các nguyên công

- Nghiên cứu tắnh công nghệ của chi tiết và tiêu chuẩn hóa các thông số như chuẩn kắch thước hoặc bán kắnh

- Xác ựịnh yêu cầu về lượng dư và các kắch thước chắnh ựối với mặt chuẩn, lập chế

ựộ cắt phù hợp

- Lập tiến trình gia công chi tiết (phân các bề mặt theo loại ựể chọn máy gia công)

1.5.2 Thiết kế nguyên công

Nhiệm vụ của thiết kế nguyên công bao gồm:

- Xác ựịnh nội dung nguyên công, chia nguyên công ra các bước và vị trắ, cụ thể hóa các phương pháp kẹp chặt chi tiết

- Chia ra các lớp cắt, chọn dụng cụ cắt, chuẩn bị phương pháp ựiều chỉnh máy và ựiều chỉnh dao

1.5.3 Lập trình gia công

- Tắnh toán các quĩ ựạo chuyển ựộng của dao sau khi xác ựịnh tọa ựộ của các ựiểm

- Lập trình và ghi vào bộ nhớ của bộ ựiều khiển máy

- Kiểm tra chương trình, sửa lỗi chương trình, chạy thử và gia công thử chi tiết

1.6 Các sơ ựồ phay trên máy phay CNC

Gia công contour là quá trình di chuyển của dao theo biên dạng chi tiết Trong phần lượn theo contour hướng chuyển ựộng của dao có thể thay ựổi ựột ngột, do ựó gây ra sai số contour (do biến dạng ựàn hồi của dao trong quá trình cắt và sai số

ñộng lực học của cơ cấu chạy dao) ðể giảm sai số contour ta cần giảm lượng chạy dao, giảm lượng dư hoặc thay ñổi kích thước dao

Rời xa contour là quá trình di chuyển của dao từ bề mặt gia công ra khỏi vùng gia công Sự rời xa contour cũng ñược thực hiện theo quĩ ñạo tương tự như sự lại gần contour

1.6.2 Phay mặt phẳng

Phay mặt phẳng hở ñược thực hiện theo sơ ñồ chạy dao ziczắc (hình 1.9 a không ăn dọc theo contour, hình 1.9b ăn dao dọc theo contour ở bước cuối cùng, hình 1.9c ăn dao sơ bộ dọc theo contour), còn phay các mặt phẳng nửa hở ñược thực hiện theo sơ ñồ răng lược (hình 1.9 f,g,h) ðể phay các mặt phẳng kín ñược giới hạn bằng ñường tròn người ta dùng sơ ñồ chạy dao theo ñường xoắn ốc (hình 1.9 d,e)

1.6.3 Phay thể tích

Khi phay thể tích quỹ ñạo dịch chuyển của dao phay diễn ra ñồng thời ít nhất theo 3 trục Thông thường ñể phay thể tích người ta dùng dao phay với bán kính cầu

Việc lập trình phay thể tích rất phức tạp, do ñó ñể nâng cao năng suất và ñộ chính xác người ta lập trình với sự trợ giúp của máy tính Tuy nhiên phương pháp phay thể tích với quĩ ñạo dịch chuyển của dao theo 4 hoặc 5 tọa ñộ chỉ ñược dùng cho một số loại chi tiết hạn chế

Hình 1.9 Sơ ñồ các bước khi phay

1.7 Quá trình hình thành phoi

1.7.1 Khái niệm và phân loại phoi

Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc ñầu bị nén ñàn hồi (hình 1.10a),

sau ñó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho ñến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại Ở thời ñiểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần

tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.10b) Hiện tượng tương tự cũng xảy ra ñối với các phần tử tiếp theo từ 1÷5 (hình 1.10c)

.Hình 1.10 Sơ ñồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo

Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng ñược giới hạn bằng góc Ψ, góc này ñược gọi

Quá trình hình thành phoi trên ñây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và góc cắt δ nhỏ

Hình 1.11 là các loại phoi ñược hình thành trong quá trình gia công các loại vật liệu

Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước γ lớn thì

phoi vụn (hình 1.11d) có hình dạng không giống nhau ñược hình thành

Hình 1.11 Các loại phoi

1.7.2 Sự co rút phoi

chiều dày cắt a (hình 1.12) Nhưng trong trường hợp này có sự thay ñổi về hình

dáng, còn thể tích vẫn ñược giữ nguyên, cho nên chiều dài phoi L sẽ ngắn hơn

chiều dài và lớn lên theo bề dày ñược gọi là sự co rút phoi K:

1.8.1 Cơ sở lý thuyết của lực cắt

Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực Các lực này tác

dụng lên phôi và lưỡi cắt Hình 1.14a là sơ ñồ lực tác ñộng lên phôi khi cắt tự do

Hình 1.14 Sơ ñồ tác dụng của lực khi cắt tự do Mặt trước của dao chịu tác dụng của lực R0, lực R0 là tổng hợp lực pháp tuyến

dao (gần lưỡi cắt) chịu tác dụng của lực pháp tuyến N’ và lực ma sát lên mặt sau của dao F0’ Tổng của hai lực N’ và F0’ là R1 Vì góc sau α nhỏ và có ñộ mòn ở mặt sau của dao, cho nên ta có thể tính lực như trên hình 1.14b, có nghĩa là phương của

trạng thái cân bằng của dao thì từ ngoài phải có một lực tác dụng lên dao

R = R0 + R 1 (hình 1.14c)

Phân tích lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần:

của dao và ta gọi Pz là lực tiếp tuyến

kính Khi chiếu các lực lên phương của trục y và trục z ta ñược:

m: số mũ của K (phụ thuộc vào vật liệu gia công)

Ngoài hai thành phần lực Pz và Py còn có thêm thành phần lực Px (lực tác dụng theo phương trục chi tiết)

Tương quan của các thành phần lực này trong ñiều kiện gia công bình thường có thể ñược tính như sau :

Px = (0,2÷0,3)Pz

Py = (0,3÷0,4)Pz

1.8.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ñến lực cắt

Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm lực cắt

xuống 30%, thậm chí xuống 45% khi cắt ren bằng tarô

Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt phải càng giảm rõ rệt nếu vật liệu gia công càng có ñộ dẻo cao ðiều này ñược giải thích như sau: trong trường hợp này lực ma sát giữa dao và phoi tăng, do ñó hiệu quả của việc sử dụng dung dịch trơn nguội càng phải cao

Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên không nên sử dụng dung dịch trơn nguội khi gia công với tốc ñộ cắt lớn Ví dụ khi gia công thép với tốc ñộ cắt

hợp gia công không có dung dịch trơn nguội

Mặc dù có lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trường hợp (kể cả gia công tốc ñộ cao) vẫn có ưu ñiểm vì khi có dung dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn, ngoài ra ñộ chính xác và ñộ nhám bề mặt cũng ñược cải thiện ñáng kể

1.9 Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt

1.9.1 Nhiệt cắt

Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt ñóng vai trò rất quan trọng, bởi vì nó ảnh hưởng ñến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề mặt Ngoài ra, nhiệt cắt còn ảnh hưởng rất lớn ñến cường ñộ mòn và tuổi bền dao

Sự tỏa nhiệt khi cắt là do một công A (kGm) sinh ra trong quá trình hớt phoi Công A ñược xác ñịnh theo công thức:

A = A1 + A2 + A3 (1)

Trong ñó:

A1: công sinh ra biến dạng ñàn hồi và biến dạng dẻo;

A2: công sinh ra ñể thắng lực ma sát ở mặt trước của dao;

A3: công sinh ra ñể thắng lực ma sát ở mặt sau của dao

Mặt khác, công A ñược tính theo công thức:

A2 =35%, A3 = 10% Nếu lấy quãng ñường mà dụng cụ ñi qua trong một phút, ta có công thức trong một phút:

F: lực ma sát ở mặt trước của dao (kG);

F1: lực ma sát ở mặt sau của dao (kG);

A

Nhiệt cắt Q ñược tính bằng kcal/phút

Nhiệt trong quá trình cắt lan tỏa từ ñiểm có nhiệt ñộ cao nhất ñến ñiểm có nhiệt

ñộ thấp nhất Nhiệt trong quá trình cắt chủ yếu tập trung ở phoi và một phần ở dụng

cụ Nhiệt do ma sát ở mặt trước và mặt sau sẽ tập trung ở mặt trước III và mặt sau

IV, ở phoi II và chi tiết gia công I (hình 1.15) Có một phần nhỏ nhiệt tỏa ra vào

môi trường xung quanh

Hình 1.15 Sơ ñồ hình thành và lan toả nhiệt Khi biết lượng nhiệt sinh ra trong quá trình cắt lan tỏa giữa phoi, chi tiết gia công và dụng cụ, có thể viết phương trình nhiệt như sau:

Q = Q1 + Q2 + Q3 = Qp + Qd + Qc + Qm

Trong ñó:

Q1, Q2, Q3: là nhiệt ứng với các công ở công thức 1;

Qp, Qd, Qc, Qm: là nhiệt ở phoi, ở dụng cụ, ở chi tiết và ở môi trường xung quanh

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khi gia công với tốc ñộ cắt không lớn (30 ÷ 40 m/phút) tỉ lệ nhiệt như sau: Qp≈ 60÷ 70%; Qd≈ 3%; Qc≈ 30÷ 40%; Qm≈ 1÷ 2% Khi tốc ñộ cắt tăng, tỉ lệ nhiệt vào phoi tăng Ví dụ, khi tốc ñộ cắt V = 400÷

ñịnh rằng tính dẫn nhiệt của chi tiết gia công càng nhỏ thì nhiệt tỏa vào dụng cụ càng lớn

Khi cắt với tốc ñộ V = 10 m/phút, nhiệt ñộ lớn nhất trên mặt trước của dao

Khi gia công vật liệu có tính dẫn nhiệt thấp, ví dụ hợp kim Titan BT2 thì nhiệt ñộ vào dao lớn hơn khi gia công các vật liệu thông thường khác

Khi nói về nhiệt ñộ cắt, cần nhớ rằng nó có giá trị không như nhau ở các ñiểm khác nhau của vùng cắt Ở các ñiểm khác nhau của bề mặt dụng cụ và phoi có nhiệt

ñộ khác nhau Ngoài ra, tại mỗi ñiểm nhiệt ñộ có thể thay ñổi theo thời gian Nhiệt

ñộ cao nhất tồn tại ở tâm áp lực của phoi xuống dao và ở lưỡi cắt chính

1.9.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ñến nhiệt cắt

Dung dịch trơn nguội xâm nhập vào vùng cắt có tác dụng làm mát và tải nhiệt

ra khỏi vùng cắt, do ñó làm nhiệt ñộ vùng cắt giảm xuống

1.10 Lượng mòn dao

1.10.1 Sự mài mòn dao

Trong quá trình phay, phoi ñược hình thành và trượt lên mặt trước và mặt sau của dao phay khi chuyển ñộng luôn luôn tiếp xúc với chi tiết gia công gây nên hiện tượng mòn dụng cụ cắt Mòn dụng cụ cắt là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ cắt gia công Khi bị mài mòn, dạng và thông số hình học phần cắt dụng cụ thay ñổi, gây nên các hiện tượng vật lý trong quá trình cắt ( lực cắt, nhiệt cắt,…) và ảnh hưởng xấu ñến chất lượng bề mặt chi tiết gia công

Do áp lực, nhiệt ñộ và tốc ñộ cắt, các bề mặt tiếp xúc của dao trong quá trình sử dụng bị mài mòn Tất cả các loại dụng cụ ñều bị mài mòn: theo mặt sau (dạng mài mòn thứ nhất) hoặc theo mặt sau và mặt trước (dạng mòn thứ hai) Cả hai loại mòn này ñều tồn tại khi gia công với mọi chế ñộ cắt ñược dùng trong sản xuất

Khi mòn theo dạng thứ nhất (hình 1.16a) ở mặt sau của dao tạo thành tiết diện

mòn có bề rộng là δ Dọc theo lưỡi cắt chính bề rộng của tiết diện mòn nhìn chung rất nhỏ

Về nguyên tắc, bề rộng lớn nhất của tiết diện mòn tồn tại ở mặt sau của dao

hoặc ở chỗ chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ (hình 1.17a) Trong một

số trường hợp ở ñiểm của lưỡi cắt chính tương ứng với bề mặt gia công tồn tại mòn

cục bộ có hình dạng như cái lưỡi (hình 1.17b)

Hình 1.16 Các dạng mòn của dụng cụ cắt

Hình 1.17 Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt Khi mòn theo dạng thứ hai thì ngoài mặt sau bị mòn, mặt trước cũng bị mòn

(hình 1.16.b) Mòn mặt trước có hình dạng ñặc thù riêng Dưới tác dụng của phoi ở

mặt trước của dao tồn tại một vết lõm có bề rộng l và chiều sâu δ1 (hình 1.16b)

Cạnh ngoài của vết lõm nằm gần song song với lưỡi cắt chính, còn chiều dài b của vết lõm bằng chiều dài làm việc của lưỡi cắt chính Tùy thuộc vào tốc ñộ cắt và khoảng cách giữa cạnh ngoài vết lõm và lưỡi cắt chính có thể thay ñổi Khi gia công thép với tốc ñộ cắt thấp và trung bình bằng dao thép gió, lưỡi cắt chính và cạnh ngoài của vết lõm tồn tại khoảng cách f (gọi là ñoạn nối ngang), ñoạn f này giảm dần theo chiều tăng của diện tích vết lõm ðiều này có liên quan ñến lẹo dao, lẹo dao giữ cho mặt trước không bị phoi cọ sát nhiều Khi gia công thép với tốc ñộ cắt lớn bằng dao hợp kim cứng không tồn tại lẹo dao cho nên cạnh ngoài của vết lõm

trùng với mặt sau của dao, do ñó mặt trước của dao chỉ tồn tại vết lõm (hình 1.16c)

Dạng mòn của dụng cụ cắt phụ thuộc vào vật liệu gia công, chiều dày cắt a và tốc ñộ cắt v Khi gia công các vật liệu dẻo (thép) mòn dao xảy ra theo dạng thứ nhất

và dạng thứ hai Khi gia công các vật liệu giòn (gang) mòn dao xảy ra theo dạng thứ nhất nhiều hơn dạng thứ hai

Chiều dày lớp cắt và tốc ñộ cắt có ảnh hưởng như nhau ñến dạng mòn của dụng

cụ Khi cắt với chiều dày cắt nhỏ (< 0,1 mm) và tốc ñộ cắt thấp, dao mòn theo mặt sau (dạng mòn thứ nhất) Khi tăng chiều dày cắt và tốc ñộ cắt ngoài mặt sau ra, mặt trước của dao cũng bị mòn (dạng mòn thứ hai) Hơn nữa, chiều dày cắt a và tốc ñộ cắt v càng tăng thì mặt trước càng mòn nhanh hơn mặt sau

Góc trước γ và dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng không ñáng kể ñến dạng mòn của dao

1.10.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao

Mặc dù mài mòn của dụng cụ cắt là chỉ tiêu quan trọng của khả năng làm việc của dụng cụ, nhưng bản chất vật lý của mài mòn vẫn chưa ñược nghiên cứu sâu do

giả thuyết giải thích bản chất vật lý của sự mài mòn dụng cụ

Hình 1.18.Mô hình mòn dụng cụ cắt

Các hiện tượng mòn xuất hiện ở dụng cụ cắt như hình 1.18

Vùng a: Mòn do khuếch tán

Vùng b: Mòn do cào xước

Vùng c: Mòn do kim loại bị ôxi hoá ở t ≥ 8000C

Vùng d: Mòn do dính bám dẫn tới hiện tượng tróc lớp bề mặt

Dưới ñây ta phân tích từng trường hợp cụ thể:

- Mòn hạt mài: khi có ma sát của phôi với mặt sau và ma sát của phoi với mặt trước của dao, các hạt tinh thể cứng của vật liệu gia công làm xước vật liệu dao và dần dần phá hủy mặt dao Cường ñộ mòn hạt mài tăng khi hàm lượng silic (Si ≤ 3.5%) trong gang (vật liệu gia công) vượt quá giới hạn Lẹo dao có thể làm xước bề mặt dụng cụ nhanh hơn cả vật liệu gia công bởi ñộ cứng của lẹo dao cao hơn nhiều so với ñộ cứng của vật liệu gia công Mòn hạt mài của dụng cụ bằng thép dụng cụ và thép gió nhanh hơn so với dụng cụ bằng hợp kim cứng, bởi vì dao hợp kim cứng có

ñộ cứng rất cao

- Mòn tiếp xúc: bề mặt của phoi và mặt trước của dao không phải là các bề mặt có

ñộ nhẵn bóng tuyệt ñối, vì vậy chúng chỉ tiếp xúc với nhau theo các ñỉnh nhấp nhô ðiều này gây ra áp lực lớn phá vỡ các màng bị oxi hóa, do ñó xảy ra hiện tượng hàn nguội giữa vật liệu phoi và bề mặt dụng cụ ở các ñiểm tiếp xúc thực tế

Sự hàn nguội này xảy ra với xác suất lớn hơn khi nhiệt ñộ cắt cao Khi phoi dịch chuyển theo bề mặt dao, tại các chỗ tiếp xúc xuất hiện ứng suất cắt và kết quả các hạt kim loại ở mặt trước của dao bị bóc tách, có nghĩa là bị mài mòn

- Mòn khuyếch tán: nhiệt ñộ và biến dạng dẻo ở bề mặt tiếp xúc gây ra quá trình khuyếch tán ở vật liệu dao và vật liệu gia công Trong trường hợp này khuyếch tán không xảy ra ñối với các phân tử của liên kết hóa học, mà khuyếch tán chỉ xảy ra ñối với các phân tử riêng biệt của liên kết này Ví dụ, các phân tử Cácbon, Vônfram, Titan, Côban có trong thành phần của hợp kim cứng dụng cụ

- Mòn oxy hóa: giả thuyết về mòn oxy hóa ñược ñưa ra trên cơ sở ăn mòn của các hợp kim cứng khi chúng bị nung nóng trong môi trường Oxy và sự không thay ñổi tính chất của lớp bề mặt hợp kim cứng khi chúng bị nung nóng trong các loại khí

Oxy của không khí tham gia vào phản ứng hóa học với pha của Côban trong hợp

nên quá trình oxy hóa không chỉ xảy ra trên các lớp bề mặt tiếp xúc của dụng cụ mà còn ở các hạt vật liệu (hợp kim cứng) nằm sâu dưới lớp bề mặt Sản phẩm oxy hóa của Côban là các ôxít Co3O4, CoO và cácbít WO3, TiO2 ðộ cứng của các sản phẩm oxy hóa thấp hơn ñộ cứng của hợp kim cứng khoảng (40 ÷ 60) lần ðiều này tạo ñiều kiện thuận lợi cho lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao san phẳng các hạt cácbít và mài mòn các bề mặt này Khi lượng Côban trong hợp kim cứng tăng thì tốc ñộ oxy hóa tăng, do ñó bề mặt dụng cụ bị mài mòn tăng Khi cắt trong môi trường khí Acgôn, Gheli và Nitơ có thể giảm ñược cường ñộ mòn của dụng cụ

1.10.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt

Hình 1.21 Quan hệ giữa ñộ mòn và thời gian làm việc của dao

Hình 1.21 là quan hệ phụ thuộc giữa ñộ mòn δ của dụng cụ cắt và thời gian làm

việc của nó τ (gọi là ñường cong mòn)

ðường cong mòn có thể chia làm ba phần:

- Phần 1: Mòn ban ñầu với khoảng thời gian không lớn Trong giai ñoạn này,

mòn xảy ra với cường ñộ rất lớn do sự mài mòn các ñỉnh nhấp nhô trên bề mặt dụng

cụ

- Phần 2: Mòn bình thường Giai ñoạn này bắt ñầu từ thời ñiểm khi mà chiều

cao nhấp nhô có giá trị rất nhỏ Ở giai ñoạn này, ñộ mòn gần như tăng tỉ lệ tuyến tính với thời gian làm việc của dụng cụ ðây là giai ñoạn có thời gian làm việc lớn nhất của dụng cụ

- Phần 3: mòn kịch liệt Ở giai ñoạn này dao có thể bị xước lưỡi cắt hoặc bị

gãy ñầu dao Mòn ở giai ñoạn này không cho phép dao tiếp tục làm việc, có nghĩa là cần phải mài lại dao hoặc thay dao mới