Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật khảo sát chất lượng bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng

Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài phay cứng ngày càng đượccác nhà sản xuất yêu thích hơn.Tuy nhiên phay cứng cũng có những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ yếu là cắ

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Phay cứng được hiểu là phay các chi tiết có độ cứng cao (45  70 HRC), có thểtiến hành với điều kiện cắt khô (dry – không sử dụng dung dịch trơn nguội) hoặc gầngiống như cắt khô và phổ biến sử dụng dao gắn mảnh Nitrit Bo lập phương đa tinh thể(PCBN – Polycrystalline Cubic Boron Nitride, hay vẫn thường được gọi là CBN –Cubic Boron Nitride) Người ta cho rằng, sự ra đời và phát triển của vật liệu dụng cụ cắtCBN như là một giải pháp tối ưu cho phay cứng Bởi vật liệu CBN có độ cứng rất caochỉ thấp hơn so với kim cương, nhưng không giống như kim cương CBN có tính ổnđịnh và bền nhiệt cao (hơn 10000C) Mặt khác, CBN có thể tạo hình với các hình dạng

và kích thước khác nhau…

Công nghệ phay cứng đã và đang phát triển đầy tiềm năng với những ưu điểm cóthể so sánh (trong nhiều trường hợp có thể thay thế cho mài) với công nghệ mài – mộtphương pháp gia công tinh lần cuối mang tính truyền thống đối các thép có độ cứngcao

Việc áp dụng công nghệ phay cứng để gia công lần cuối các chi tiết so với côngnghệ mài có các ưu điểm nổi bật sau:

- Giảm thời gian chu kỳ gia công một sản phẩm

- Giảm chi phí đầu tư thiết bị

-Tăng độ chính xác

- Đạt độ bóng bề mặt cao

- Cho phép nâng cao tốc độ bóc vật liệu (từ 2 - 4 lần), nâng cao năng suất gia công

- Gia công được các contour phức tạp

- Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá

- Phay cứng có khả năng tạo ra lớp bề mặt có ứng suất dư nén (lớp bề mặt này có tác dụng nâng cao sức bền mỏi của chi tiết máy)

Hơn nữa, thông thường như trước đây những chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun,bánh răng, cam và những chi tiết của hệ thống thủy lực v.v… sau khi nhiệt luyện phảiqua công đoạn mài, mài khôn Những công đoạn này thiếu tính linh hoạt và tốn nhiềuthời gian Một hạn chế nữa là chi phí cho dung dịch trơn nguội của các công đoạn màikhá cao Những lý do trên làm tăng chi phí cho các công đoạn gia công chính xác Mặtkhác chất thải ra khi mài gây ô nhiễm môi trường, thúc đẩy các nhà sản xuất loại dầnkhâu mài trong quy trình công nghệ gia công chi tiết

Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài phay cứng ngày càng đượccác nhà sản xuất yêu thích hơn.

Tuy nhiên phay cứng cũng có những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ yếu là cắtkhô nên nhiệt của quá trình rất cao, chi phí dụng cụ cắt cao (mảnh CBN đắt hơn so vớimảnh cacbide khoảng 4-5 lần), khi gia công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai chếtạo có thể nằm ngoài vùng cho phép, khi chiều sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới hạn(tmin) thì quá trình cắt không thể thực hiện được

Việc áp dụng phay cứng thay cho mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới bởinhững ưu điểm nổi bật của nó, nhất là hiện nay vấn đề môi trường đang được sự quantâm đặc biệt của toàn thế giới Ở nước ta, phay cứng đã và đang được áp dụng và pháttriển khá mạnh, các chi tiết như con lăn trong các dây truyền cán thép, chày cối dậpthuốc, vòng ổ v.v… cũng đã được gia công lần cuối bằng tiện cứng thay cho mài

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố đến quá trình phay cứng, phân tích cácquá trình vật lý trong phay cứng đã và đang được quan tâm, tiến hành tại nhiều trungtâm, viện nghiên cứu cũng như các trường đại học trên thế giới

Chất lượng bề mặt gia công là một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối vớichi tiết máy vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, độ bền, độ bền mòn cũngnhư tuổi thọ của chi tiết máy Quá trình tạo lớp bề mặt gia công có chất lượng bằngphương pháp gia công cơ chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố công nghệ Việc nghiên cứuảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi phay cứng đến chất lượng bề mặt gia công làcần thiết đối với ngành cơ khí

Chế độ cắt có ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng bề mặt khi phay thép làmkhuôn đã qua tôi ( SKD11 hoặc SKD61) Việc tìm ra bộ chế độ cắt tối ưu để đạt chấtlượng bề mặt tốt nhất cho quá trình này đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuất

Từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu “Khảo sát chất lượng bề mặt

của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng”

2 Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

2.1 Mục đích của đề tài

- Xác định được độ ảnh hưởng các yếu tố của chế độ cắt (t, s, v) đến độ nhám bềmặt thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng

- Xác định được chế độ cắt đáp ứng theo chỉ tiêu độ nhám bề mặt gia công

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám lớp bề mặt thép làm khuôn SKD11 đã quatôi khi phay cứng bằng dao phay gắn mảnh CBN

2.3 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiện cứu:

+ Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

Khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt ( v, s, t ) đến độ nhám bề mặt của thép làmkhuôn đã qua tôi khi phay cứng có sự thay đổi gì sau mỗi lần thay đổi thông số cắt Từ

đó so sánh các thông số để lựa chọn được bộ thông số phù hợp nhất

Nghiên cứu thực nghiệm: Gia công chi tiết trên máy phay CNC, với phôi théphợp kim SKD11 đã qua tạo hình dáng và tôi đạt độ cứng 45 ÷ 50HRC, dụng cụ cắt làdao phay CBN hai lưỡi cắt ký hiệu VP15TF (dao phay mặt đầu) của hãng Mitsubishi –Nhật Bản

3 Ý nghĩa của đề tài

Phay là phương pháp gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn cấp 4 - 3

và độ bóng không hơn cấp 6; là một trong những phương pháp gia công đạt năng suấtcao nhất

Bằng phương pháp phay, người ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình phứctạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt xoay tròn, trục then hoa, cắt ren, bánh răng Dụng

cụ để cắt kim loại khi phay goi là dao phay

Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi nên quá trình cắt ngoài những đặcđiểm giống quá trình cắt khi tiện còn có những đặc điểm sau:

- Do có một số lưỡi cùng tham gia cắt nên năng suất khi phay cao

- Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng thân dao thườnglớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt.

- Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động trong quá trình cắt

- Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động nên khả năng tồn tại lẹo dao ít

Hình Dao phay trụ răng xoắn( Mặt trước 1; mặt sau 2; cạnh viền 3; lưng rang 4; lưỡi cắt xoắn 5 )

Hình Dao phay mặt đầu

Hình Dao phay răng nhọn và dao phay hớt lưng

1.2 Các yếu tố cắt của dao phay

Hình Các yếu tố cắt khi phay

1.2.1 Chiều sâu cắt ap

Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công với bề mặt chưa gia công đo theo phươngvuông góc với bề mặt đã gia công sau một lát cắt

1.2.2 Lượng chạy dao S

Lượng chạy dao răng Sz (mm/răng): Là lượng chạy dao xác định khi dao quay đượcmột góc răng

Lượng chạy dao vòng Sv (mm/vòng): Là lượng chạy dao xác định sau khi dao quayđược một vòng

Lượng chạy dao phút Sph (mm/phút): Là lượng chạy dao xác định trong một phút.Giữa chúng có quan hệ như sau: Sv= Z Sz (1 – 1)

) ( 2 2 2

s n n

n c

s n c

V V Cos V V s

n V

V V V

Thực tế thì giá trị của V s rất nhỏ so với V n khi tính toán chế độ cắt người ta thường

bỏ qua lượng V s khi đó công thức (1-3) có dạng:

( / )

1000 m ph

Dn V

1.2.4 Chiều sâu phay t

Là kích thước lớp kim loại được cắt đi, đo theo phương vuông góc với lực của dao phay ứng với góc tiếp xúc 

Khi phay bằng dao phay hình trụ răng thẳng và xoắn, dao phay đĩa, dao phay địnhhình, dao phay góc thì chiều sâu phay trùng với chiều sâu cắt t0

Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đường kính dao, khiphay bề mặt vuông góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt t0

Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì chiều sâu phay t0 được đoứng với góc tiếp xúc  , còn khi phay đối xứng chiều sâu phay bằng chiều rộng chi tiết

1.2.5 Chiều rộng phay B

Là kích thước lớp kim loại được cắt đo theo phương chiều trục của dao phay Khicắt bằng dao phay hình trụ thì chiều rộng phay bằng chiều rộng chi tiết, khi phay rãnhbằng dao phay đĩa thì chiều rộng phay bằng chiều dày dao phay (hay chiều rộng rãnh);Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều rộng phay bằng chiều sâu rãnh, khi phaymặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì chiều rộng phay bằng chiều sâu cắt t0 (B = t0)

1.2.6 Góc tiếp xúc 

Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc l giữa dao và chi tiết

Hình 1.6: Góc tiếp xúc khi phay: (a) Bằng dao phay trụ; (b) Bằng dao phay mặt đầu

Khi phay bằng dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay định hình góctiếp xúc được tính theo công thức sau:

D

t Cos  1 2 hay    D t

2

cos 1

Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:

) 1 2 ( 2

) 1

2 ( 1

2 2

D

t arcSin D

t Sin

1.2.7 Chiều dày cắt a khi phay

Chiều dày cắt a khi phay là một trong những yếu tố quan trong của quá trìnhphay Chiều day cắt khi phay là khoảng cách giữa 2 vị trí của quỹ đạo chuyển động củamột điểm trêm lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng Sz

Ở trên ta coi gần đúng quỹ đạo chuyển động tương đối của lưỡi cắt là đường tròn,

do đó chiều dày cắt a được đo theo phương đường kính của dao

Trong quá trình phay, chiều dày cắt a biến đổi từ trị số amin đến amax hoặc từ amaxđến amin tùy theo phương pháp phay

1.3 Các thành phần lực cắt khi phay

- Lực cắt tổng R tác dụng lên một răng dao phay cũng như lực cắt khi tiện có thểđược phân tích những lực thành phần theo các phương xác định

- Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng ta có:RP r P z hoặc RP d P n

P z -Lực vòng hay còn gọi là lực tiếp tuyến Nó là lực cắt chính để tạo phoi, khi thiết

kế hay kiểm tra người ta tính toán động lực học của máy theo Pz

P r -Lực hướng kính tác dụng vuông góc với phương trục chính của máy phay Nó có

xu hướng làm võng trục gá dao, đồng thời nó tạo ra một áp lực trên các ổ của trục chính,

do đó gây ra momen ma sát phụ trên ổ Khi tính toán sức bền trục gá dao cũng như tínhtoán ổ trục chính phải dùng lực này

P d -Thành phần lực thẳng đứng, tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tácdụng đè chi tiết xuống hay nâng chi tiết lên Qua Pd người ta có thể tính kết cấu đồ gákẹp chi tiết và tính áp lực trên bề mặt của sống trượt bàn máy phay

Từ hình 1.7, ta có quan hệ sau: P d P zsin i P rcos i (1-9)

Dấu (+) khi phay thuận, dấu (-) khi phay nghịch

P n -Thành phần lực nằm ngang hay là lực chạy dao vì nó có phương trùng vớiphương chạy dao Tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác dụng tăng hay

khử độ giơ của cơ cấu truyền động vít me đai ốc Tính toán cơ cấu chạy dao cũng như

đồ gá kẹp chi tiết tiến hành theo lực này ta có:

P n P zcos i P rsin i (1-10)

Dấu (+) khi phay nghịch, dấu (-) khi phay thuận

Mối quan hệ giữa các lực trên trong điều kiện tiêu chuẩn có giá trị gần đúng đốivới dao phay trụ răng thẳng và xoắn

Khi phay thuận: P r  ( 0 , 6  0 , 8 )P z; P n  ( 0 , 8  0 , 9 )P z; P d  ( 0 , 7  0 , 9 )P z

Khi phay nghịch: P r  ( 0 , 6  0 , 8 )P z; P n  ( 1 , 0  1 , 2 )P z; P d  ( 0 , 2  0 , 3 )P z

Hình 1.7: Lực tác dụng lên răng dao phay trụ răng xoắnNếu ta ký hiệu Q là lực tổng tác dụng lên răng xoắn thì nó có thể được biểu diễnnhư sau: QRP0 hay QP N P z (1-11)

R-Thành phần lực tác dụng trong mặt phẳng vuông góc với trục dao theo hình 9a, giống như dao răng thẳng ta có: RP r P z

Các thành phần lực trên phụ thuộc góc xoắn  và phương răng, giữa P0, Pz và Ps

có quan hệ như sau:

điện…Khi chi tiết có hình dạng tương đối phức tạp Phay cứng cho năng suất cao vớivốn đầu tư ban đầu thấp hơn nhiều, vật liệu làm dao phay cứng là các vật liệu phun phủnhư: TiN, TiAlN, CBN (Cubic Boron Nitride )… với vật liệu nền là thép gió hoặc théphợp kim cứng để làm tăng khả năng cắt gọt của chúng.

Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần

gá Cấp chính xác khi phay cứng đạt IT6 và độ bóng bề mặt (Rz = 2 - 4 μm), có thể som), có thể sosánh với chất lượng khi mài Khi gia công thép đã tôi, người ta thường gia công khôhoàn toàn Để thực hiện phay cứng thì máy phay phải cứng vững, dụng cụ cắt bằng vậtliệu siêu cứng, tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp Máy phay CNC được lựachọn để thực hiện công việc phay cứng

Hình: Máy phay CNCCác mảnh hợp kim thường sử dụng cho phay cứng là: CBN, CNGA, DNGA, VNGA Vật liệu phun phủ như: TiAl, TiN…

Hình: Hình dạng – kích thước chế tạo của thân dao kí hiệu TRM4 và mảnh ghép hãng

Mitssubishi- Nhật Bản [2]

Hình: Dao phay rãnh có gắn mảnh ghép hãng Sandvik Việc áp dụng công nghệ phay cứng để gia công tinh các chi tiết mang lại những lợi ích sau:

- Giảm chi phí đầu tư thiết bị

- Giảm chu kì gia công một sản phẩm

- Tăng độ chính xác

- Đạt độ bóng bề mặt cao

Phay tinh thép hợp kim qua tôi (phay cứng) là một phương pháp gia công cơ có thểđạt được chất lượng bề mặt cao và được sử dụng tương đối phổ biến để thay thế cho màitrong trường hợp:

- Nguyên công mài không thể hoặc khó có thể thực hiện được do đặc điểm của bềmặt gia công (bề mặt phức tạp, kích thước dọc trục của bề mặt gia công quá nhỏ )

- Nhược điểm cơ bản của phương pháp mài là ảnh hưởng của nhiệt cắt tới chấtlượng lớp bề mặt lớn và tạo ra trong lớp bề mặt ứng suất dư kéo làm giảm độ bền mỏicủa chi tiết máy Do đó với những chi tiết có yêu cầu cao về độ bền mỏi thì tiện cứng cónhiều ưu điểm hơn

1.5 Kết luận chương 1

Phay truyền thống trên máy vạn năng và gia công thông thường là một phương phápcho năng suất cao nhưng chất lượng bề mặt không cao Do vậy phương pháp nàythường dùng cho gia công thô và bán tinh

Ngày nay, việc mở rộng khả năng công nghệ của phương pháp gia công bằng phay

là một hướng nghiên cứu trong gia công vật liệu do sự phát triển của công nghệ vật liệuđang tạo ra nhiều loại vật liệu dụng cụ mới cùng với các biện pháp công nghệ bề mặttiên tiến

Chế độ cắt khi gia công có ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng bề mặt của chi tiếtgia công cũng như năng suất và giá thành của sản phẩm Do vậy, đề tài tập trung nghiên

cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt của chi tiết gia công khi phay cứngthép làm khuôn đã qua tôi SKD11, từ đó đưa ra chế độ cắt tối ưu cho quá trình này.

Từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu “Khảo sát chất lượng bề mặtcủa thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng ”

CHƯƠNG 2: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT 2.1 Mòn của dụng cụ khi phay

Độ mòn dao là đại lượng xuất hiện trong quá trình cắt khi phay Độ mòn của daoảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của chi tiết gia công Khi dao mòn lưỡi cắt thường

bị vê tròn dẫn đến cơ chế quá trình cắt bị ảnh hưởng, lớp bề mặt bị biến dạng nhiều hơn,

do đó không chỉ chiều chiều cao nhấp nhô của lớp bề mặt mà cơ tính lớp bề mặt cũngthay đổi Điều này làm cho lực cắt trong quá trình gia công thay đổi gây ra rung độngnhiều hơn, các rung động này lại ảnh hưởng ngược lại đến lực cắt và nhiệt cắt Vì vậy

để đánh giá độ mòn dao thông qua việc xác định chất lượng lớp bề mặt chi tiết gia công.Thông thường khi gia công, chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt thay đổi đột ngột thì cầnphải thay đổi dụng cụ gia công Do đó phải mô hình hoá quá trình mòn khi phay, việcxây dựng mô hình quá trình mòn dao khi phay chẳng những xây dựng được cơ sở choviệc giải bài toán tối ưu khi phay mà còn làm sáng tỏ các vấn đề liên quan đến việc tựđiều chỉnh dao và thay dao tự động thông qua tuổi bền của dao

Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ giảm dần đếnmột lúc nào đó dụng cụ sẽ không tiếp tục cắt được do mòn hoặc hỏng hoàn toàn Mòndụng cụ là chỉ tiêu chính đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ bởi vì nó hạn chế tuổibền của dụng cụ Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chấtlượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế của quá trình gia công Sự phát triển và tìmkiếm những vật liệu dụng cụ mới cũng như biện pháp công nghệ mới để tăng khả năngbền của bề mặt như phủ các vật liệu TiN, TiAlN, CBN,… chính là nhằm tăng khả năngchống mòn của dụng cụ

Định nghĩa mòn liên quan đến sự hao hụt về khối lượng hoặc thể tích, dẫn đến sự thayđổi vượt quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của bề mặt Trong một sốtrường hợp vết mòn còn xuất hiện dưới dạng là hậu quả của biến dạng dẻo “mòn là sự pháhuỷ một bề mặt gây ra bởi chuyển động tương đối của nó đối với một bề mặt khác”

Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt hay sự tách vật liệu từ 1 hoặc cả 2 bề mặt trongchuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau Nói chung mòn sảy ra do sựtương tác của các mấp mô bề mặt

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

2.2 Ma sát và mòn của dụng cụ phủ

2.2.1 Ma sát của dụng cụ phủ

Ma sát giữa vật liệu dụng cụ phủ và vật liệu chi tiết gia công được quan tâm rất nhiều

Ma sát trong cắt kim loại là ma sát trượt tuy nhiên đặc điểm của tương tác ma sát khác hẳnvới ma sát thông thường trong kỹ thuật là lực ma sát phụ thuộc vào áp lực pháp tuyếntheo công thức Fm= f.N

Hệ số ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc phụ thuộc vào ứng suất pháp tuyến tại chỗtiếp xúc hay tỷ số giữa diện tích tiếp xúc thực và diện tích tiếp xúc danh nghĩa Ar/A Kếtquả nghiên cứu của Shaw, Ber và Bamin [4] chỉ ra sự phụ thuộc này trên hình vẽ với 3vùng ma sát Vùng I tương ứng với tiếp xúc mà Ar << A là vùng mà định luật ma sáttrượt khô của Amonton nghiệm đúng nghĩa là f = τ/σ =const

Vùng III là vùng dưới tác dụng của ứng suất cắt tới hạn vật liệu vẫn không bị phá huỷ(không thấy vết nứt tế vi trong lòng vật liệu) khi này Ar/A=1 và τ độc lập với σ

Vùng II là vùng chuyển tiếp giữa vùng I và vùng III Trong vùng II hệ số ma sát fgiảm khi tăng tải trọng pháp tuyến Vùng II là vùng tương tác ma sát giữa VLGC vàVLDC trên các bề mặt của dụng cụ trong cắt kim loại Theo Phan Quang Thế [2] đã chỉ

ra mô hình ba vùng tiếp xúc ma sát trên mặt trước khi tiện vật liệu mềm bằng dao saphia

và tiện thép các bon trung bình bằng dao thép gió phủ PVD-TiN Theo mô hình này thìnhiệt độ cao xuất hiện trên mặt trước thuộc vùng 3 là vùng phoi trượt trên mặt trước vàmòn mặt trước bắt đầu phát triển từ vùng này Đây là vùng vật liệu gia công dính nhiềunhất trên mặt trước của dụng cụ phủ PVD sau khi lớp một phần lớp phủ bị phá vỡ

2.2.2 Mòn của dụng cụ phủ

Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt và sự tách vật liệu từ một hoặc cả hai bề mặt trongchuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau Eyre và Davis định nghĩa mòn liênquan 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 rấtnhỏ hoặc không một chút vật liệu nào tách ra, sau đó vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính sang bềmặt đối tiếp hoặc tách ra thành những hạt mài rời Trong trường hợp vật liệu chỉ dính từ bề mặtnày sang bề mặt khác, thể tích hay khối lượng mòn ở vùng tiếp xúc chung bằng không mặc dùmột bề mặt vẫn bị mòn Định nghĩa mòn nói chung dựa trên sự mất mát của vật liệu, nhưng sựphá huỷ của vật liệu do biến dạng mà không kèm theo sự thay đổi về khối lượng hoặc thể tíchcủa vật liệu cũng là một dạng mòn

Trong thực tế, mòn xảy ra do một hoặc nhiều cơ chế Trong nhiều trường hợp mònsinh ra do một cơ chế nhưng có thể phát triển do sự kết hợp với các cơ chế khác làm phứctạp hoá sự phân tích hỏng do mòn Phân tích bề mặt các chi tiết bị hỏng do mòn chỉ xác địnhđược 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 mộtlúc nào đó dụng cụ sẽ không tiếp tục cắt được do mòn hoặc hỏng hoàn toàn Mòn dụng cụ làchỉ tiêu đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ bởi vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ.Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộkhía cạnh kinh tế của quá trình gia công Sự phát triển và tìm kiếm những vật liệu dụng cụmới cũng như các biện pháp công nghệ mới để tăng bền bề mặt chính là nhằm mục đích làmtăng khả năng chống mòn của dụng cụ

2.3 Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt

Theo Shaw mòn dụng cụ có thể do dính, hạt mài, khuếch tán, ôxy hóa và mỏi Các

cơ chế mòn này xảy ra đồng thời trong quá trình cắt tuy nhiên tùy theo điều kiện cắt cụthể mà một cơ chế nào đó chiếm ưu thế Ngoài ra dụng cụ còn bị phá hủy do mẻ dăm,nứt và biến dạng dẻo

Theo Loffer trong cắt kim loại nhiệt độ cắt hay vận tốc cắt là nhân tố có ảnh hưởngmạnh nhất đến sự tồn tại của các cơ chế mòn phá hủy Ở dải vận tốc cắt thấp và trungbình, cơ chế mòn do dính và do hạt mài chiếm ưu thế khi cắt liên tục và gián đoạn Khităng vận tốc cắt, mòn do hạt mài và hóa lý trở lên chiếm ưu thế đối với cắt liên tục vàtạo nên vùng mòn mặt trước Sự hình thành các vết nứt do ứng suất nhiệt biến đổi theochu kỳ là cơ chế mòn chủ yếu dẫn đến vỡ lưỡi cắt khi cắt không liên tục

2.4 Mòn dao khi phay cứng

Để nâng cao khả năng sử dụng của dụng cụ bởi sự kết hợp độc đáo của lớp phủvới nền, độ cứng nóng của lớp phủ cao và khả năng cải thiện điều kiện tiếp xúc ở vùnglưỡi cắt Lớp phủ có ưu điểm nổi bật như giảm ma sát, giảm dính và khuyếch tán giữa

vật liệu gia công và các bề mặt dụng cụ Có hai cơ chế mòn chính xảy ra trên dụng cụphủ khi cắt thép đó là nứt, vỡ và bong ra của các mảnh TiAlN và mòn vật liệu nền Quátrình gẫy vỡ sẩy ra theo 3 giai đoạn như hình 2.10.

- Giai đoạn 1: Ma sát giữa phoi và lớp phủ sinh ra nhiệt và truyền vào dụng cụ

- Giai đoạn 2: Dưới tác dụng của ứng suất pháp và tiếp cùng nhiệt độ cao dưới lớpphủ, nền bị biến dạng dẻo làm cho lớp phủ bị nứt, vỡ cục bộ sau đó bị cuốn đi cùng vớidòng phoi làm cho nền bị lộ ra Ma sát và nhiệt độ của vùng này tiếp tục tăng lên

- Giai đoạn 3: Vùng mòn mặt trước xuất hiện Nền của lớp phủ gần vùng mòn tiếptục bị giảm độ cứng làm cho lớp phủ tiếp tục bị nứt, vỡ và cuốn đi theo phoi Vùng mònmặt trước phát triển rộng dần làm giảm khả năng cắt gọt của dụng cụ [10]

2.5 Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ

Một số thông số quan trọng khi nghiên cứu tuổi bền của dụng cụ cắt là chiều dàicủa hành trình cắt là V.T[m] và diện tích cắt là V.T.a[m2] là các hàm số của vận tốc cắthay nhiệt độ Khi tăng vận tốc cắt (nhiệt cắt) từ giá trị vận tốc thấp thì cả V.T và V.T.ađều tăng và đạt cực đại ở một giá trị xác định Sau đó tiếp tục tăng vận tốc thì cả V.T vàV.T.a đều giảm Điều này thể hiện rõ trên hình 2.13 [10]

Hình: Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40CrẢnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến tuổi bền thông qua các cơ chếmòn diễn ra ở chế độ cắt đã cho phụ thuộc nhiều hay ít vào nhiệt độ Do đó việc ứngdụng công thức Taylor phải cân nhắc trong từng trường hợp cụ thể

Có thể thấy rằng lớp phủ cứng có tác dụng giảm ma sát trên mặt trước, giảm nhiệt

độ cực đại và sự phát triển của trường nhiệt độ trong dụng cụ dẫn đến giảm mòn do nhiệt

và tăng tuổi bền cho dụng cụ Hơn nữa lớp phủ cứng tạo nên một lớp phân cách giữa vậtliệu gia công và vật liệu dụng cụ với khả năng chống dính, chống cào xước cơ học cao dotính trơ hoá học và độ cứng cao của nó là nguyên nhân giảm mòn và tăng tuổi bền Ngoài

ra tính chất nhiệt đặc biệt của lớp phủ còn làm giảm tỷ lệ truyền nhiệt vào phoi và dao lànhân tố quan trọng làm tăng tuổi bền của dụng cụ phủ khi cắt với chế độ cắt cao.

2.5 Mòn và tuổi bền của dụng cụ khi phay cứng

2.5.1 Mòn của dao khi phay cứng

Các dạng mòn và cơ chế mòn của dao phay cứng cũng giống như các dạng và cơchế mòn của dụng cụ cắt nói chung Nhưng về cơ bản dao sẽ có hai cơ chế mòn chính lànứt, vỡ và bong ra của các mảnh TiAlN và mòn vật liệu nền Do đặc điểm vận tốc cắtgọt, lượng chạy dao là khác nhau dẫn đến sẽ có hiện tượng và lượng mòn khác nhau Vìvậy việc nghiên cứu quá trình mòn - Tuổi bền của dao tại vận tốc tốc, lượng chạy daokhác nhau của dao phay cứng là một yêu cầu của thực tế Vì thế việc nghiên cứu chọn ramột chế độ cắt phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng dao (tuổi bền dao lớn nhất) khi dùngdao phay cứng gia công một loại vật liệu trong một điều kiện cụ thể là rất cần thiết vàđem lại hiệu quả cho quá trình gia công Đó cũng chính là cơ sở để tác giả lựa chọn đềtài này để tăng hiệu quả sử dụng dao trong sản xuất

2.5.2 Tuổi bền của dao khi phay cứng

Dao phay cứng với đặc điểm lớp phủ rất mỏng thường chỉ vào khoảng vài mđến vài chục m Mà đặc trưng của dao phay cứng là khả năng cắt gọt sẽ giảm đi đáng

kể khi lớp phủ trên bề mặt bị mài mòn, bị nứt, bong cục bộ Chính vì vậy có thể coi daophay cứng có tuổi bền bằng tuổi thọ

Tuổi thọ của dao phay cứng thường được xác định như sau:

- Theo chất lượng bề mặt gia công

- Xác định theo độ chính xác kích thước của chi tiết gia công

- Xác định theo lượng mòn mặt sau hs

Mòn và tuổi bền của dụng cụ khi phay cứng có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng bềmặt và độ chính xác khi phay Do vậy cần được nghiên cứu để điều khiển quá trìnhphay đạt được yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả gia công

CHƯƠNG 3 : CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG 3.1 Khái niệm về chất lượng bề mặt gia công

3.1.1 Khái niệm

 Chất lượng của lớp kim loại bề mặt ( CLBM) chịu ảnh hưởng bởi vật liệu giacông, phương pháp gia công cơ và chế độ công nghệ gia công

 CLBM ảnh hưởng rất lớn đến tính chất sử dụng của chi tiết máy

 Nội dung nghiên cứu: Khái niệm về CLBM → ảnh hưởng của CLBM đến tínhchất sử dụng của CTM → Các yếu tố ảnh hưởng đến đến CLB → Phương pháp đánhgiá CLBM →Phương pháp đảm bảo CLBM

3.1.2 Cơ lý tính lớp bề mặt

a Nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt hay còn gọi là nhấp nhô tế vi của lớp bề mặt (H1.2) là tập hợpcác bề mặt lồi lõm với bước cực nhỏ và quan sát được trong 1 phạm vi chiều dài chuẩnrất ngắn Chiều dài chuẩn là chiều dài để đánh giá các thông số của độ nhám bề mặt(l=0,01÷25mm)

Để đánh giá độ nhấp nhô bề mặt người ta dùng hai chỉ tiêu đó là Ra, Rz (μm), có thể som)

* Sai lệch trung bình số học của prôfin Ra

Ra là sai lệch trung bình số học các khoảng cách từ những điểm của profil đo được đếnđường trung bình ox đo theo phương vuông góc với đường trung bình của độ nhấp nhô

tế vi trên chiều dài chuẩn L

z

N P

P

Q 

* Chiều cao nhấp nhô tế vi Rz

Chiều cao nhấp nhô tế vi trên chiều dài chuẩn L với giá trị trung bình cộng của cácgiá trị tuyệt đối của chiều cao 5 đỉnh cao nhất h1, h3, h5 , h7, h9 và chiều sâu của 5 đáythấp nhất là trị số trung bình của 5 khoảng cách từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhấth2, h4, h6 , h8, h10, của profil trong khoảng chiều dài chuẩn L

Công thức

TCVN 2511-95 cũng như ISO quy định 14 cấp độ nhám bề mặt Phay cứng chínhxác được cấp chính xác dung sai IT thông thường là cấp (5÷7), với độ nhám bề mặt là

Rz = (2 ÷ 4) μm), có thể som

Bảng3.1 Các giá trị và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt Ra, Rz

b Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt

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

+ Phương pháp quang học (dùng kính hiển vi Linich)

+ Phương pháp đo độ nhám …bằng máy đo profin Ra, Rz, Rzmax

+ Phương pháp so sánh, có thể so sánh theo hai cách:

3.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến nhám bề mặt khi phay cứng

a Ảnh hưởng của các thông số hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt Ảnh hưởng củagóc nghiêng chính φ: φ tăng → Rz tăng - Ảnh hưởng của góc nghiêng phụ φ1 : φ1 tăng

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

b Ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớp bề mặt

BDD lớp bề mặt ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt Biến dạng dẻo lớp bề mặt tănglàm tăng nhám bề mặt Vì vậy, tất cả các nguyên nhân làm tăng biến dạng dẻo lớp bềmặt đều làm tăng nhám bề mặt

+ Ảnh hưởng của tốc độ cắt

Khi tốc độ cắt v thấp, nhiệt cắt không cao, biến dạng dẻo lớp bề măt nhỏ vì vậy nhám bềmặt Rz khá nhỏ

+ Ảnh hưởng của lượng chạy dao

Khi gia công với lượng chạy dao S = (0,02÷0,15) mm/vòng thì bề mặt gia công có Rznhỏ Nếu gia công với S < 0,02mm/vòng Rz sẽ tăng lên vì ảnh hưởng của biến dạng dẻolớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học Nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vòng thìbiến dạng dẻo tăng kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học, làm Rz tăng

+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt

Chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng, do đó Rz tăng

+ Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Vật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon), càng dễ biến dạng dẻo sẽ làm cho Rz tăng Vật liệucàng cứng, càng khó biến dạng dẻo và độ hạt càng nhỏ thì Rz giảm

+ Ảnh hưởng của rung động của hệ thống công nghệ

Nếu rung động có tần số lớn, biên độ nhỏ sẽ gây ra nhám bề mặt

+ Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội

Dung dịch trơn nguội làm giảm ma sát trong vùng gia công, giảm nhiệt cắt, giảm lựccắt, giảm biến dạng dẻo bề mặt do đó làm giảm Rz

+ Ngoài ra độ nhám bề mặt còn phụ thuộc vào: ảnh hưởng của góc nghiêng giữa dao vàphôi, ảnh hưởng của tì dao lên bề mặt gia công…

3.3 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết máy

Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng ma sát và độ mòn của chi tiết máy phụthuộc vào chiều cao và hình dáng của các mấp mô

+ Ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn

Nhám bề mặt còn ảnh hưởng rất lớn đến tính chống ăn mòn hóa học của lớp bềmặt chi tiết Độ nhám bề mặt càng cao và bán kính đáy các mấp mô càng lớn thì càngtăng khả năng chống ăn mòn Có thể chống ăn mòn hóa học bằng phương pháp bảo vệ

bề mặt khác như mạ (mạ rôm, mạ niken), sơn phủ bề mặt v.v

+ Ảnh hưởng đến độ bền mỏi

Nhám bề mặt ảnh hưởng rất lớn đến độ bền mỏi của chi tiết, đặc biệt là các chitiết chịu tải trọng va đập và đổi dấu Vì tại đáy các mấp mô là nơi tập trung ứng suất vớitrị số rất lớn, tại đó sẽ xuất hiện các vết nứt tế vi - đó chính là nguyên nhân phá hỏng chitiết Vì vậy, nếu độ nhám bề mặt tăng, bán kính đáy các mấp mô lớn thì sẽ nâng cao độbền mỏi của chi tiết Ví dụ: bề mặt vật liêu thép được đánh bóng có độ bền mỏi cao hơn40% so với bề mặt không được đánh bóng