NGHIÊN cứu mòn của DAO KHI TIỆN THÉP DỤNG cụ hợp KIM CỨNG đã NHIỆT LUYỆN

Nhìn chung các chi tiết gia công đều được cắt mà ít sử dụng đồ gá phụ vì lý do độ cứng vững cần có trong tiện cứng.. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Phạm vi nghiên

TRỊNH TIẾN AN

NGHIÊN CỨU MÒN CỦA DAO KHI TIỆN THÉP DỤNG CỤ

HỢP KIM CỨNG ĐÃ NHIỆT LUYỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội - Năm 2015

TRỊNH TIẾN AN

NGHIÊN CỨU MÒN CỦA DAO KHI TIỆN THÉP DỤNG CỤ

HỢP KIM CỨNG ĐÃ NHIỆT LUYỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã số: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS TRẦN VỆ QUỐC

2 TS TRỊNH TIẾN KHỎE

Hà Nội - Năm 2015

Tiến Khỏe – 2 thày hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự

hướng dẫn tận tình của thày trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu thamkhảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viếtluận văn

Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn tới khoa Sau đại học, khoa Cơ khí, đã nhiệttình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và hoàn thànhluận văn

Xin trân trọng cám ơn các thầy giáo, cô giáo trong Hội đồng bảo vệ Đềcương luận văn đã góp ý, chỉnh sửa và phê duyệt đề cương luận văn của tôiđược hoàn thành với nội dung tốt nhất

Tôi cũng muốn cảm ơn tới ông Trưởng phòng, các cán bộ, nhân viênphòng Kỹ thuật sản xuất, phòng KCS công ty Cổ phần chế tạo máyVinacomin, Viện Cơ khí năng lượng và mỏ - Vinacomin đã dành cho tôinhững điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình Cho tôi được gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, nhân viên Xưởng Cơ khí 2 nơitôi tiến hành thực nghiệm

Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy côgiáo, người thân, các bạn bè đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trongsuốt thời gian thực hiện luận văn này

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và

chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác, trừ những phầntham khảo đã được ghi rõ trong luận văn

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CNC Computer Numberical Control – Điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính

NC Numberical Control – Điều khiển số

Ra Độ nhấp nhô tế vi bề mặt

T Tuổi bền dụng cụ cắt

τ Thời gian gia công

α Góc sau chính của dao

[hs] Lượng mòn cho phép của dao

[T] Tuổi bền cho phép của dao

[Ra] Độ nhấp nhô tế vi bề mặt cho phép

Giá trị trung bình thực nghiệm Giá trị theo hàm quy hồi thực nghiệm

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu về công nghệ tiện cứng

Tiện cứng (hard turning) chính thức được giới thiệu ở nước ta vào năm

1988 Tuy nhiên công nghệ này chưa có điều kiện phát triển mạnh Cho tớinhững năm gần đây khi sự đổi mới về khoa học kỹ thuật đang trở thành tấtyếu thì tiện cứng đã phát huy được vai trò to lớn của nó trong việc gia côngtinh các sản phẩm thép qua tôi cứng

Các chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun và những chi tiết của hệ thống thuỷlực, sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc mài khôn.Các nguyên công này thường thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian Hơn nữachi phí dung dịch trơn nguội cho nguyên công mài cũng khá cao Mặt khácchất thải khi mài ngày càng là vấn đề của môi trường sống Những lý do trên

đã thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ giacông tinh chi tiết

Phương án tối ưu cho việc thay thế này chính là tiện cứng Tiện cứng làmột cách sử dụng dao bằng mảnh vật liệu siêu cứng mảnh carbide, CBN(Cubic boron nitride), PCBN, PCD hoặc Ceramic tổng hợp nhằm thay thế chomài trong gia công thép qua tôi (thường ≥ 45HRC) Phương pháp này có thểgia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá Cấp chính xác khitiện cứng có thể đạt IT5-7, nhám bề mặt Rz = 2 - 4µm , rõ ràng với chất lượngđạt được như vậy, tiện cứng hoàn toàn thay thế được cho mài trong hầu hếtcác trường hợp gia công công tinh các sản phẩm

Các sản phẩm trong tiện cứng khá linh hoạt, từ các chi tiết dạng trục trơn(các trục ngắn), con lăn cho tới các chi tiết có biên dạng phức tạp hơn

Để áp dụng công nghệ này hệ thống máy, dao, đồ gá phải đảm bảo các yêucầu như: Máy tiện đủ độ cứng vững, đủ tốc độ quay trục chính và công suấtphù hợp CNC được khuyến cáo thực hiện công việc này

Hình a Máy tiện Hyundai WIA E160LA và quá trình tiện cứng

Các máy tiện điều khiển bằng tay có thể được dùng nếu đáp ứng được cácyêu cầu này

Đồ gá trong tiện cứng phụ thuộc vào biên dạng các sản phẩm yêu cầu Nhìn chung các chi tiết gia công đều được cắt mà ít sử dụng đồ gá phụ vì lý

do độ cứng vững cần có trong tiện cứng Hơn nữa với các máy điều khiển sốthì điều này không còn nhiều ý nghĩa Các đồ gá phụ thường kèm theo cácmáy khi sản xuất

Dao tiện thường sử dụng là các mảnh lắp ghép với thân theo tiêu chuẩncủa từng máy Các mảnh có nhiều loại theo hình dạng, phần trăm lượngCBN, chất kết dính, Khi hết tuổi bền các mảnh không thể mài lại như cácdao thông thường Chúng được thay ra hoặc xoay đi dùng lưỡi cắt mới (vớimảnh nhiều lưỡi)

Các mảnh hợp kim carbide thường sử dụng cho tiện cứng là TPGN,CNMA, DNMA, TNG, Các mảnh hợp kim cương thường là CCMT,CPGM, nói chung hàm lượng CBN phụ thuộc vào nhà sản xuất Người taphân ra làm ba loại, hàm lượng cao (nhiều hơn 90% CBN), trung bình( khoảng 72% CBN) và thấp (nhỏ hơn 60% CBN) Các mảnh có hàm lượngcao thường sử dụng cho tiện truyền thống để gia công các vật liệu mềm hơnnhư kim loại bột, gang và một số hợp kim đặc biệt

Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối vớithép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim cứng bề mặt stellites Việc hợp kimstellites có thể gia công bằng tiện cứng đã mở rộng khả năng của tiện cứng

kể cả trong công việc sửa chữa Vật liệu điển hình được tiện cứng là các théphợp kim qua tôi cứng

Hình b Ký hiệu một số mảnh cắt dùng trong tiện cứng

Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ cắt thấp hơn quy định thì mảnh Carbide sẽ

bị mòn nhanh và hư hỏng Thông thường chế độ cắt khuyến cáo là:t = 0,1 0,5mm với tiện chính xác độ cứng vật liệu từ 48 - 54HRC, V= 120 - 180(m/ph), S = 0,02 - 0,04 (mm/vg), t = 0,02 - 0,3mm [1]

Trong quá trình chế tạo khuôn dập nóng bằng thép đã tôi sử dụng chế độ cắtnày Dung sai kích thước đến ± 0,01mm hoặc cao hơn nếu thời gian chế tạolâu hơn và nhám bề mặt rất nhỏ Ngoài ra, giá thành máy mài có thể đắt gấp2-3 lần máy tiện Trong nhiều phân xưởng hiện nay họ đã thay thế tiện cứngcho mài truyền thống Đồng thời khi sử dụng tiện cứng thời gian chu kỳ vàđiều chỉnh ngắn hơn nhiều so với mài

Qua đó có thể kết luận rằng, việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia côngtinh lần cuối đã mang lại những lợi ích sau:

- Giảm thời gian và chu kỳ gia công một sản phẩm

- Giảm chi phí đầu tư thiết bị

- Tăng độ chính xác gia công

- Đạt độ nhẵn bề mặt cao hơn

- Cho phép nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu (từ 2 - 4 lần)

- Gia công được các contour phức tạp

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

- Có thể chọn gia công có hoặc không có dụng dich trơn nguội Gia công khô giảm chi phí gia công và không có chất thải ra môi trường

Một lợi thế quan trọng nữa khi tiện cứng đó là việc tạo ra một lớp ứngsuất dư nén khi gia công, điều này đặc biệt có lợi với những chi tiết yêu cầu

độ bền mỏi cao Điều này với mài lại là một bất lợi Mặc dù vậy tiện cứngcũng có những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ yếu cắt khô nên nhiệt rấtcao, dụng cụ có lưỡi cắt đơn nên quá trình cắt không ổn định, chi phí dụng cụ

cắt cao, khi gia công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằmngoài vùng cho phép (trục dài), khi chiều sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới

hạn (t min) thì quá trình cắt không thể thực hiện được

2 Tính cấp thiết của đề tài

Qua phần giới thiệu về công nghệ tiện cứng có thể thấy rằng, việc nghiêncứu về tiện cứng, phân tích các quá trình lý, hóa trong tiện cứng đã và đangđược quan tâm, tiến hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu cũng như cáctrường đại học trên thế giới Tuy nhiên từ những công bố trên các tạp chí khoahọc cho thấy các kết quả nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình tiện cứngthép ổ lăn AISI 52100 (tiêu chuẩn Mỹ) Đồng thời các nghiên cứu này chưa

đề cập nhiều về vấn đề mòn và tuổi bền của các mảnh dao, đặc biệt với loạithép 50CrNiMo, mặt khác việc ứng dụng công nghệ này ở nước ta còn mangnhiều tính kinh nghiệm Đưa ra được một lý thuyết góp phần cải thiện và nângcao hiệu quả sản xuất là một tất yếu của các nhà chuyên môn

Ta lại biết rằng tiện cứng chủ yếu dùng trong gia công tinh, mảnh daothường có giá thành cao, vì vậy tuổi bền của mảnh dao càng trở nên quantrọng bởi trong quá trình cắt nếu phải thay dao nhiều sẽ tăng sai số, thời gianmáy ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi tiện cứng đếnmòn và tuổi bền mảnh dao là cần thiết đối với công đoạn gia công tinh Đặcbiệt khi công nghệ này được áp dụng tại các cơ sở sản xuất ở nước ta Việctìm ra một hàm số mô tả quan hệ giữa tuổi bền và chế độ cắt ứng với mộtkhoảng giá trị độ cứng trên cơ sở đó sẽ tối ưu hoá được tuổi bền là vấn đề cótính ứng dụng cao Tác giả đã chọn loại vật liệu, chế độ cắt và độ cứng giacông tại một xưởng sản xuất ở Hà Nội để làm cơ sở thực nghiệm

Do vậy đề tài "Nghiên cứu mòn của dao khi tiện thép dụng cụ hợp kim

cứng đã nhiệt luyện " là cần thiết và có tính ứng dụng trực tiếp

3 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tóm lược một lý thuyết cơ bản về gia côngcắt gọt nói chung, tiện cứng nói riêng và tìm ra cơ chế gây mòn các mảnh daoDMNG, đồng thời xác định mối quan hệ giữa tuổi bền của mảnh dao theo chế

độ cắt (S,V,t) khi tiện tinh thép 50CrNiMo qua tôi đạt độ cứng 50-54 HRC.Qua đó có thể đưa ra một bộ thông số chế độ cắt khi tiện cứng loại thép này đạttuổi bền cao nhất trong khi vẫn đạt chất lượng bề mặt yêu cầu

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Về mặt khoa học, đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học và côngnghệ trong nước cũng như khu vực và thế giới

Nghiên cứu và kiểm nghiệm các kết quả gần đây về cơ chế gây mòn daoDMNG trong tiện cứng nói chung

Xây dựng được quan hệ giữa các thông số của chế độ cắt đến tuổi bền khitiện cứng dưới dạng hàm thực nghiệm Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoahọc cho việc tối ưu hoá quá trình tiện Đồng thời cũng góp phần đánh giá chấtlượng bề mặt khi tiện tinh thép 50CrNiMo qua tôi

Về mặt thực tiễn sẽ áp dụng kết quả khi nghiên cứu thép 50CrNiMo vào

một cơ sở sản xuất ở Hà Nội Qua đó nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường

và thúc đẩy các nghiên cứu mới trên các khía cạnh khác nhau về tiện cứng

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm về ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn và tuổi bền thông qua hàm thực nghiệm

Đo nhám bề mặt theo từng điều kiện cắt nhằm xác định tuổi bền mảnh dao theo chỉ tiêu mòn công nghệ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TIỆN CNC

VÀ DỤNG CỤ CẮT BẰNG CARBIDE 1.1 Tổng quan về công nghệ gia công tiện CNC

1.1.1 Sự ra đời và phát triển của máy CNC

Mẫu đầu tiên của máy công cụ điều khiển số (gọi là máy NC – NumbericalControl) do viện công nghệ Masschusetts (MIT) – Mỹ thiết kế và chế tạo vàonăm 1949 theo đặt hàng của không lực Hoa Kì để sản xuất và chế tạo các chitiết phức tạp và chính xác cho máy bay

Trước đó, các chi tiết máy hoặc khuôn mẫu phức tạp thường được chiathành các phần đơn giản Ngay sau đó, một phương án chế tạo máy NC côngnghiệp được đề nghị với 3 nguyên tắc sau:

- Sử dụng máy tính để tính toán đường chạy dao và lưu trữ vào bìa đục lỗ

- Dùng thiết bị đọc tại nhà máy để đọc dữ liệu từ bìa

- Hệ điều khiển có nhiệm vụ xử lý và liên tục đưa ra thông tin điều khiểnđộng cơ gắn lên trục vít me

Năm 1952, máy phay 3 trục điều khiển số của hãng Cincinanati Hydrotelđược trưng bày tại MIT Như vậy, ý tưởng dùng nguyên lý điểu khiển số vàomáy công cụ xuất hiện do nhu cầu của quân đội Mãi khoảng giữa thập kỉ 60.máy NC mới được sản xuất và sử dụng trong công nghiệp [2]

Tuy nhiên, các bộ điều khiển dùng đèn tín hiệu nên tốc độ xử lý chậm, cồngkềnh và tốn nhiều năng lượng Việc sử dụng chúng cũng rất khó khăn nhưchương trình chưa trong băng đục lỗ khó hiểu và không sửa chữa được Giaotiếp giữa người và máy khó khăn do không có màn hình, bàn phím Sau khicác linh kiện bán dẫn được sử dụng phổ biến trong công nghiệp (khoảng năm1960) thì máy gọn hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn và tốn ít năng lượng hơn, các

băng đục lỗ sau này được thay băng đĩa từ… Nhưng nói chung, tính năng củamáy NC không được thay đổi nhiều cho đến khi máy tính xuất hiện.

Sự xuất hiện IC (1959), LSI (1965), vi xử lí (1974) và các tiến bộ kĩ thuật vềlưu trữ dữ liệu đã thay đổi hẳn kĩ thuật điều khiển của máy công cụ Các bộ điềukhiển số trên máy công cụ được tích hợp trên máy tính và thuật ngữ CNC (viết tắtcủa Computer Numberical Control) được sử dụng từ đầu thập kỉ 1970

Máy CNC ưu việt hơn máy NC về mọi mặt: tốc độ xử lí nhanh, kết cấu gọnnhẹ… nhưng tính năng quan trọng nhất của chúng là sử dụng, giao diện vớingười dùng và các thiết bị ngoại vi khác

Các máy CNC ngày nay có màn hình, bàn phím và các thiết bị khác để traođổi thông tin với người dùng Nhờ màn hình, người dùng được thông báo liêntục về tình trạng của máy, cảnh báo lỗi và nguy hiểm có thể xảy ra, có thể môphỏng và kiểm tra trước quá trình gia công

Máy CNC có thể làm việc đồng bộ với các thiết bị như robot, băng tải, thiết

bị đo… trong hệ thông sản xuất Chúng có thể trao đổi thông tin trong mạngmáy tính các loại từ mạng nội bộ đến internet

Ngoài kĩ thuật điều khiển tự động, sự phát triển của máy CNC và côngnghệ gia công trên chúng còn gắn liền với các lĩnh vực của công nghệ thôngtin, thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD/CAM) Đó là lĩnh vực ứngdụng máy tính vào công tác thiết kế, tính toán kết cấu, chuẩn bị công nghệ, tổchức sản xuất và hạch toán kinh tế [2]

Quá trình xuất hiện, phát triển của máy CNC và các lĩnh vực liên quan làCAD/CAM , CIM được tóm tắt trong hình 1.1

Hình 1.1 Lịch sử phát triển của CNC

1.1.2 Nguyên lí gia công điều khiển số CNC.

Máy gia công CNC là thiết bị cơ điện tử phức tạp hoặt động theo nguyên lí

cơ khí và vật lí kĩ thuật (gia công tiện, phay, mài, laser, tia lửa điện, đolường…) và được điều khiển bằng chương trình số (NC program) với hệ CNC Gia công chi tiết cơ khí trên máy CNC có những đặc điểm sau:

- Mức độ tự động hóa cao, toàn bộ hoạt động của máy để gia công chi tiết domáy tính điều khiển

- Tốc độ dịch chuyển của bàn máy cao

- Tốc độ quay của trục chính cao và có thể điểu khiển vô cấp

- Độ chính xác gia công cao (sai lệch kích thước có thể nhỏ hơn 0,001 mm)

- Nâng suất gia công cao (có thể gấp 3 lần máy gia cơ)

- Tính linh hoạt cao, thích nghi nhanh với sự thay đổi về hình dáng của sảnphẩm

- Mức độ tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt trong 1 lần gá)

- Có thể gia công được những bề mặt phức tạp mà các máy vạn năng khóhoặc không thể thực hiện được (các dạng mặt 3D)

- Khả năng thực hiện lại các công việc gia công (chương trình sử dụng nhiều lần).

- Chuẩn bị gia công trên máy CNC khác với máy thông thường là phải lậptrình NC để điều khiển máy gia công theo ngôn ngữ phù hợp với máy và tùythuộc hệ điều khiển (FANUC, HEIDENHAIN, MITSUBISHI…)

- Mức độ tự động hóa cao nên vận hành đơn giản nhưng bảo dưỡng và sửachữa phức tạp

- Không thích hợp với trình độ sản xuất thấp

- Giá thành cao nên mức khấu hao lớn

* Một máy gia công CNC (hay còn gọi là một hệ thống gia công) theonguyên lý điều khiển số có ba thành phần cơ bản sau:

1 Chương trình gia công NC (NC program):

Được viết theo ngôn ngữ lập trình của máy thể hiện dưới các dạng số vàcác chữ cái quy ước Hệ CNC có chức năng tạo lập các tín hiệu điều khiểncần thiết cho quá trình gia công như điều khiển trục chính quay, bàn dao dịchchuyển trong quá trình cắt theo đường thẳng, cung tròn, chu trình… phù hợpvới biên dạng gia công Ngoài ra, hệ CNC còn phải tạo lập các lệnh NC đểthực hiện các chức năng khác như thay dụng cụ cắt, đóng mở chất làm mát…

2 Thiết bị nạp chương trình (Program input divice):

Thiết bị nạp chương trình vào máy thông thường là bàn phím gắn theomáy, Các máy gia công hiện đại có thể cho phép nạp chương trình có sẵn vàomáy theo đường cáp dữ liệu, usb hoặc đĩa mềm…

3 Hệ điều khiển máy (MCU = Machine Control Unit):

Hệ điều khiển máy hoạt động dựa trên cơ sở phần cứng (Hardware) và phầnmềm (Software) Phần cứng ở đây là hệ điểu khiển và lập trình CNC do cáchãng cung cấp như (FANUC, HEIDENHAIN, MITSUBISHI… Phần mềmđiều khiển gia công gồm ba khối chính đó là: Phần mềm vận hành, phần mềmgiao diện và phần mềm ứng dụng

Phần mềm vận hành bao gồm 4 chương trình sau:

+ Chương trình giám sát hay còn gọi là chương trình vận hành hoặc dẫn dắt

để quản trị khâu vận hành, khởi động các phần mềm khác và tạo điều kiệntruyền thông (communication) tới các thiết bị xuất - nhập

+ Chương trình logic thường được coi là chương trình điều khiển để giải mã

và nội suy các chỉ dẫn NC nhằm tạo lập các tín hiệu điều khiển dịch chuyểncho từng trục điều khiển

+ Chương trình biên tập hay còn gọi là chương trình vận hành Nó chophép người vận hành nhập, xuất, sửa đổi hay xóa chương trình gia công chitiết và hiển thị chương trình trên màn hình

+ Chương trình chẩn đoán bao gồm các chương trình con khác nhau đểphát hiện lỗi có trong hệ CNC, số hiệu của lỗi và thống báo lỗi được hiển thịtrên màn hình

Sau khi máy công cụ được trang bị hệ điều khiển NC, đã xuất hiện rấtnhiều kiểu, loại máy gia công theo định hướng NC Các trung tâm gia công,

các máy đột dập, các máy cắt laser, máy hàn, các máy gia công bằng tia lửađiện như máy xung, máy cắt dây là những ví dụ ứng dụng NC Sau đó là xuhướng phát triển các máy có thể thực hiện tối đa nhiều phương pháp gia côngtrên một phôi trong một lần gá Hệ thay dung cụ, hệ thay bệ phiến gá phôi tựđộng và hệ thống giám sát phối hợp với nhau nâng mực độ tự động hóa củamáy Các bộ truyền, các hệ làm mát và các ổ đỡ trục mới ngăn ngừa biếnđộng về độ chính xác do biến dạng nhiệt của công nghệ Các đương trượt và

bộ truyền vít-me đai ốc bi có chuỗi các viên bi cầu tuần hoàn trên đường ren

có độ chính xác cao, không có khe hở Cuối cùng, máy phải có độ cứng vững

và động tương ứng với giá trị gia tốc và và tải trọng lớn

1.2 TỔNG QUAN VỀ DỤNG CỤ CẮT BẰNG CARBIDE

1.2.1 Sơ lược về vật liệu Carbide

1.2.1.1 Sự ra đời của vật liệu Carbide:

Carbides lần đầu tiên được sử dụng làm dụng cụ cắt gọt ở Đức trong chiếntranh thế giới thứ nhất để thay cho kim cương Trong những năm 1930 nhiềuphụ gia đã được phát hiện và nói chung đã cải thiện chất lượng và hiệu suấtcủa dụng cụ carbides Từ thời gian đó, các kiểu carbides liên kết (thiêu kết)khác nhau đã được phát triển để phù hợp các vật liệu khác nhau và cácnguyên công khác nhau Các carbides liên kết có vẻ ngoài tương tự thép,nhưng có độ cứng rất cao Chúng được chấp nhận rộng rãi trong công nghiệp

do có tính chống mài mòn cao và có thể vận hành một cách hiệu quả ở tốc độcắt từ 46 đến 366 m/phút (150-1200 ft vuông/min) Các dụng cụ carbides cóthể gia công kim loại ở tốc độ đủ gây ra sự nóng đỏ ở lưỡi cắt nhưng độ sắc

và độ cứng vẫn không bị giảm

1.2.1.2 Cách chế tạo carbides liên kết:

Các carbides liên kết là những sản phẩm của quy trình luyện kim bột,chúng chủ yêu gồm các hạt mịn wolfram và carbon được gắn kết với nhau

bằng kim loại, có nhiệt độ nóng cháy thấp, dưới tác dụng của nhiệt, thường làcobalt Các kim loại bột chẳng hạn Ti, Ta, Nb, cũng được dùng trong sảnxuất carbides liên kết để có các dụng cụ cắt với các đặc tính khác nhau Toàn

bộ quy trình chế tạo sản phẩm carbides liên kết được nêu trên Hình 1.2

Hình 1.2 quy trình chế tạo sản phẩm carbides liên kết 1.2.1.2.1 Sự hòa trộn

Năm loại bột được dùng trong chế tạo các dụng cụ carbides liên kết,carbides wolfram, carbides tantal carbides niob, carbides titan và co-balt Mộtloại bột carbides hoặc tổ hợp các bột carbides đó với cobalt (chất kết dính)được hòa trộn theo các tỷ lệ khác nhau tùy theo cấp loại carbides mong muốn.Bột này được pha trộn trong cồn, quá trình hòa trộn trong khoảng 24 đến 190giờ Sau khi bột và cồn đã được hòa trộn đều, cồn được xả ra và paraffin được

bổ sung để đơn giản hóa quá trình nén ép

1.2.1.2.2 Sự nén ép

Sau khi hỗn hợp bột đã được trộn đều, chúng phải được nén ép theo hìnhdạng và kích thước mong muốn Năm phương pháp có thể được sử dụng đểnén ép bột theo hình dạng (Hình 1.3) quá trình đùn ép, sự ép nóng, nén épđẳng tĩnh, nén ép thỏi, hoặc nén ép thanh Khối nén ép tươi (ngay sau khi nénép) tương đối mềm cần phải thiêu kết sơ bộ để phân hủy paraffin và tạo liênkết ban đầu cho các hạt

Hình 1.3 Quá trình nén ép tạo khối carbide

1.2.1.2.3 Thiêu kết sơ bộ

Các khối nén ép tươi được nung nóng đến 820°C (1500°F) trong lò có khíhydro bảo vệ Sau nguyên công này, các khối carbides có độ cứng cỡ phấnviết bảng và có thể được gia công đến hình dạng mong muốn và kích thướclớn hơn kích thước chuẩn khoảng 40% để bù cho sự co xảy ra trong khi thiêukết hoàn tất

1.2.1.2.4 Thiêu kết

Thiêu kết là bước cuối cùng trong quy trình, chuyển các khối carbides đãthiêu kết so bộ và được gia công để trở thành carbieds liên kết Sụ thiêu kếtđược thực hiện trong môi trường khí hydro hoặc chân không, tùy theo cấp loại

carbides được sản xuất, ở nhiệt độ khoảng 2550- 2730°F (1400-1500°C).Trong quá trình thiêu kết, chất kết dính (cobalt) sẽ liên kết bột carbides thànhcấu trúc chặt chẽ gồm các tinh thể carbides rất cứng.

1.2.1.2.5 Công dụng của carbides liên kết

Do các tính chất chống mài mòn tốt và độ cứng rất cao của carbides liênkết, các carbides này chủ yếu được sử dụng rộng rãi để chế tạo các dụng cụcắt Các mũi khoan, dao chuốt, dao phay, dao tiện… là một số ứng dụng củacarbides liên kết Các dụng cụ này có thể có các mảnh carbides, được hànhoặc gắn một cách cơ học, trên phần lưỡi cắt

Các carbides liên kết đầu tiên được sử dụng thành công trên các dao tiện.Phần lớn các dụng cụ carbides liên kết được sử dụng là loại dụng cụ cắt mộtđiểm được dùng trên các máy tiện và máy phay

1.2.2 Các kiểu dao tiện bằng carbides

Dao tiện bằng carbides có hai loại chính: loại được hàn bằng đồng thau lêncán dao và loại lắp theo chỉ số

1.2.2.1 Dao tiện carbides hàn thau

Các mảnh carbideliên kết có thể được hàn bằng đồng thau lên cán thép, cónhiều kiểu và kích cỡ khác nhau (Hình 1.4) Các dao tiện carbides hàn thautương đối cứng vững và nói chung được dùng cho các nguyên công tiện

Hình 1.4 Dao tiện carbide han thau

1.2.2.2 Dao tiện carbide theo chỉ số

Các mảnh carbides theo chỉ số (Hình 1.5) được chế tạo với nhiều hình dạngkhác nhau, chẳng hạn hình tam giác, vuông, thoi, hoặc hình tròn Các mảnhnày được lắp một cách cơ học trên cán dao (Hình 1.6) Khi một lưỡi cắt bịcùn, có thể nhanh chóng điều chỉnh hoặc quay mảnh carbide trên cán dao để

có lưỡi cắt mới Mảnh tam giác có ba lưỡi cắt ở bề mặt trên và ba ở mặt dưới,tổng cộng là 6 lưỡi cắt Khi cả 6 lưỡi cắt đều bị cùn, nói chung mảnh đó bịloại bỏ và thay mảnh mới

Hình 1.5 Các dạng carbide lắp trên dao tiện

Hình 1.6 Mảnh carbide lắp trên dao tiện

Các mảnh carbide theo chỉ số thông dụng hơn loại hàn thau bởi vì:

- Tốn ít thời gian hơn để thay lưỡi cắt mới

- Thời gian dừng máy được rút ngắn rõ rệt, và năng suất lao động cao hơn

- Không tốn thời gian để mài dụng cụ cắt

- Có thể sử dụng tốc độ cắt cao hơn và lượng ăn dao lớn hơn

- Không cần mài, do đó không tốn chi phí mài lưỡi cắt

- Các mảnh carbides lắp theo chỉ số rẻ hơn so với loại hàn thau

1.2.2.3 Sự nhận biết các mảnh carbides liên kết

Hiệp hội tiêu chuẩn Hoa Kỳ đã phát triển một hệ thống để nhận biết nhanh

và chính xác các mảnh carbides lắp theo chỉ số (Bảng 1.1) Hệ thống nàyđược các nhà chế tạo carbides liên kết chấp nhận rộng rãi

Bảng 1.1 nhận biết nhanh và chính xác các mảnh carbides lắp theo chỉ số

1.2.2.4 Các cấp loại carbides liên kết

Có hai nhóm carbide chính từ đó nhiều cấp loại có thể được chọn: các cấploại thuần túy carbide wolfram, các cấp loại có chứa titan và hoặc tantal Các cấp loại thuần túy Carbide wolfram, chỉ chứa carbide wolfram, vàcobalt, là cứng nhất và chống mài mòn cao nhất Nói chung chúng được sửdụng để gia công gang và phi kim loại Các cấp loại Carbide wolfram nóichung không thích hợp để gia công thép do cố xu hướng bị mẻ dao

Kích cỡ các hạt Carbide wolfram và số phần trăm cobalt được dùng sẽ xácđịnh chất lượng dụng cụ carbide wolfram

- Các hạt càng mịn, độ dai va đập càng thấp

- Các hạt càng mịn, độ cứng càng cao

- Độ cứng càng cao, tính chống mài mòn càng cao

- Hàm lượng cobalt càng thấp, độ cứng càng cao

Để đạt tuổi bền tối đa, nên chọn cấp loại carbide wolfram với hàm lượngcobalt thấp nhất và kích cỡ hạt mịn nhất có thể được để có hiệu suất theo yêucầu

Các cấp loại chống mẻ cao có chứa TiC và TaC bổ sung cho thành phần chínhgồm carbide wolfram và cobalt Các cấp loại này được dùng để gia công hầuhết các loại thép

Sự bổ sung TiC và/hoặc TaC cung cấp cho dụng cụ cắt nhiều đăc tính khácnhau:

- Làm tăng tính chống mẻ hoặc gãy cho dụng cụ cắt Hàm lượng TiC càngcao, tính chống gãy, mẻ càng cao.

- Khi tăng hàm lượng TiC, độ dai của dụng cụ giảm

- Khi tăng hàm lượng TiC, tính chống mài mòn ở lưỡi cắt bị giảm

- Hàm lượng TaC có tác dụng tương tự carbide wolfram về độ bển và tínhchống gãy, mẻ

- Carbide tantal làm tăng tính chống mẻ và không ảnh hưởng đến tính chốngmài mòn

- Sự bổ sung TaC làm tăng tính chống biến dạng của dụng cụ cắt

Các mảnh carbide lắp theo chỉ số được phân loại theo tiêu chuẩn ANSI để

dễ dàng lựa chọn mảnh carbide từ các nhà sản xuất khác nhau Mỗi nhà sảnxuất đểu có các biến thể so với hệ thống tiêu chuẩn ANSI Bạn hãy tuân theohướng dẫn của nhà sản xuất về kiểu và cấp loại của carbide đối với từng ứngdụng Vài quy tắc chung chọn cấp loại Carbide thích hợp

- Luôn luôn sử dụng cấp loại với hàm lượng cobalt thấp nhất và cấp hạtmịn nhất (đủ bền để không bị mẻ hoặc gãy)

- Nếu chỉ cần chống mài mòn cao cần chọn các cấp loại carbide wolframthuần túy

- Nếu cần chống gãy, mẻ, bị dính, hoặc bị lệch chọn các cấp loại có chứaTiC

- Nếu cần chống gãy, mẻ, và chống mài mòn cao chọn các cấp loại có chứaTaC.

- Hàm lượng cobalt càng thấp, độ dai va đập càng thấp

- Đối với cắt gọt thép, khi nhiệt và áp suất có thể gây biến dạng lưỡi cắtdùng cấp loại có chứa TaC

1.2.2.5 Các mảnh carbide có lớp thấm

Sự phát triển gần đây trong tìm kiến dụng cụ cắt tốt hơn là tráng phủ hoặcthấm nitride titan cho dụng cụ cắt carbide Các mảnh carbide có lớp thấm nóichung có tuổi bển dài hơn, năng suất cao hơn, và phoi thoát ra dễ dàng hơn.Lớp tráng phủ tác động như một chất bôi trơn lâu dài, làm giảm rõ rệt các lựccắt, nhiệt phát sinh, và sự mài mòn Điều này cho phép sử dụng các tốc độ cắtcao hơn khi gia công, đặc biệt khi cần có độ bóng cao Tính bôi trơn và cácđặc tính chống dính của lớp tráng phủ làm giảm mạnh lượng nhiệt và ứng suấtphát sinh khi cắt gọt

Việc sử dụng các lớp thấm tráng phủ bằng carbide, nitride và oxide cho cácmảnh carbide có tác dụng cải thiện rõ rệt hiệu suất của dụng cụ carbide Cácmảnh carbide khả dụng với tổ hợp hai hoặc ba vật liệu trong lớp tráng phủ để

có các chất lượng đặc biệt Carbide titan chống mài mòn cao tạo ra lớp trongcùng Lớp này được tiếp theo bằng lớp oxitde nhôm dày, làm tăng độ dai vađập, tính chống va đập cao, tính ổn định hóa học ở nhiệt độ cao Lớp thứ barất mỏng chứa nitride titan được áp dụng trên lớp oxide nhôm Lớp này làmgiảm ma sát và giảm mạnh sự hình thành biên tích tụ ở đầu lưỡi cắt

Các lớp tráng phủ làm tăng tuổi bền dụng cụ cắt và năng suất lao động,đồng thời chi phí gia công Các lớp tráng phủ thành công trên dụng cụcarbides liên kết bao gồm:

- Carbide titan chống mài mòn cao ở tốc độ trung bình, được dùng để giacông thô và gia côngtinh

- Nitride titan lớp tráng phủ rất cứng có các tính chất bôi trơn rất tốt.Nitride titan có tính chốngmài mòn cao, giảm mạnh sự hình thành biên tích tụ.Các mảnh carbide titan nói chung được dùng để cắt gọt thô với lượng ăn daolớn ở tốc độ cao

- Oxide nhôm tính ổn định hóa học cao và duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao,nói chung được dùng để gia công thô và gia công tinh ở các tốc độ cao

1.2.2.6 Dạng hình học của dụng cụ

Dạng hình học của dụng cụ cắt chủ yếu là các góc và các khoảng hởđược gia công hoặc được mài trẽn các mặt dụng cụ Tuy các thuật ngữ và cácđịnh nghĩa về dụng cụ cắt một điểm nói chung chưa hoàn toàn thống nhất,nhưng các định nghĩa được hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ (ASME) chấp nhận

và đang sử dụng rộng rãi được minh họa trên Hình 1.7

Hình 1.7 Các dạng hình học của dụng cụ

a, Góc sau hoặc khoảng hở sau:

Góc này (Hình 1.7) cho phép đấu dụng cụ cắt ăn sâu vào chi tiết gia công.Góc hoặc khoảng hở phải đủ lớn để dụng cụ không bị chà xát, tuy nhiên nếugóc này quá lớn sẽ làm giảm khả năng chịu lực ở mũi dụng cụ do đó làm chodụng cụ mau bị hư hỏng

b, Góc phụ hoặc khoảng hở phụ

Góc phụ hoặc góc bên (Hình 1.7), cho phép măt bên của dụng cụ tiến vàochi tiết Góc này quá nhỏ sẽ ngăn cản sự cắt gọt của dụng cụ và lượng nhiệtphát sinh sẽ tăng lên, góc quá lớn sẽ làm yếu lưỡi cắt

c, Góc lưỡi cắt phụ

Góc lưỡi cắt tiếp xúc chi tiết gia công có thể là dương hoặc âm Góc âm (Hình1.7) thường được sử dụng do có khả năng bảo vệ đỉnh dụng cụ khi bắt đẩu và kếtthúc cắt gọt, điều này đặc biệt hữu dụng đối với chi tiết có độ cứng cao

d, Bán kính mũi

Bán kính mũi làm tăng độ bền ở đỉnh dụng cụ và cải thiện độ bóng bề mặttrên chi tiết gia công Bán kính mũi của hấu hết dụng cụ cắt phải gần gấp đỏilượng ăn dao/vòng quay Bán kính quá lớn có thể gây vấp dao, bán kính quánhỏ sẽ làm yếu phần đỉnh dụng cụ cắt

Để đạt được hiệu suất tối đa với các dụng cụ Carbide, cần giữ bán kính này

ở mức nhỏ nhất cho phép Bảng 1.1 để tra bán kính thích hợp cho chiểu sâucắt và lượng ăn dao được sử dụng tham khảo

Bảng 1.2 tra bán kính thích hợp cho chiểu sâu cắt và lượng ăn dao được sử

dụng tham khảo.

d, Góc thoát phụ

Góc thoát phụ cần ở mức lớn nhất cho phép, mà không làm yếu lưỡi cắt đểphoi dễ dàng thoát ra (Hình 1.8A) Góc thoát phụ được xác định bằng kiểu vàcấp loại dụng cụ cắt, kiểu vật liệu được cắt gọt, lượng ăn dao/vòng quay Góctổng hợp gần góc thoát phụ và khoảng hở phụ được gọi là góc thoát chính.Góc này thay đổi tủy theo vật liệu được cắt gọt Đối với các kim loại khó cắtgọt, có thể dùng góc thoát phụ nhỏ thậm chí cả góc âm (Hình 1.12B) Hình1.12 nêu ra các góc thoát phụ dùng cho nhiều loại vật liệu

Hình 1.8A Hình 1.8B

Hình 1.8 Góc thoát phụ

e, Góc thoát ngược:

Góc thoát ngược là góc tạo ra giữa mặt trên của dụng cụ và mặt trên của

‘cán dụng cụ cắt Góc này có thể là dương, âm hoặc cân bằng Khỉ dụng cụ cógóc thoát âm, mặt trên của dụng cụ dốc lên tính từ đỉnh (Hình 1.9A) Gócthoát âm bảo vệ đỉnh dụng cụ đối với áp suất cắt và tác động mài mòn của vậtliệu cứng Khi dụng cụ có góc thoát dương (Hình 1.9B), mặt trên của dụng cụdốc xuống tính từ đỉnh Điều này cho phép phoi dễ dàng thoát ra xa lưỡi cắt

Các góc thoát phụ nên dùng cho

các vật liệu gia công

(A) Góc thoát ngược âm (B) Góc thoát ngược dương

- Vật liệu chi tiết gia công

- Kiểu nguyên công cắt gọt

Bảng liệt kê các góc và khoảng hở dụng cụ cắt đối với nhiều vật liệu Các góc này có thể thay đổi đôi chút để thích hợp với các điều kiện cụ thể trong quá trình gia công

Vật liệu Góc sau Góc phụ

Góc thoátphụ

Góc thoátngược Góc chínhNhôm 5o – 10o 5o – 10o 10o – 20o 0o – 10o 60o – 74o

Đồng thanh,

đồng thau 5o – 8o 5o – 8o +8o – -5o 0o – -5o 76o – 87oGang 5o – 8o 5o – 8o +5o - -7o 0o – -7o 79o – 89oThép kết cấu 5o – 8o 5o – 10o +5o - -7o 0o – -7o 79o – 87oThép dụng cụ 5o – 8o 5o – 8o +5o - -7o 0o – -7o 79o – 89oThép không rỉ 5o – 8o 5o – 8o +5o - -7o 0o – -7o 79o – 89o

Hợp kim

Titan 5o – 8o 6o – 8o +6o - -5o 0o – -5o 79o – 87o

Bảng 1.3 Bảng liệt kê các góc và khoản hở với dụng cụ với nhiều vật liệu

Dùng giá trị nhỏ trên bảng này cho các kim loại khó gia công và các cắt gọt gián đoạn

f, Tốc độ cắt và lượng ăn dao

Nhiều biến số ảnh hưởng đến tốc độ, lượng ăn dao, chiều sâu cắt được sửdụng trên dụng cụ carbide liên kết Một số yếu tố quan trọng nhất bao gồm:

- Kiểu và độ cứng của vật liệu gia công

- Cấp loại và hinh dạng dụng cụ cắt

- Độ cứng vững của dụng cụ cắt

- Độ cứng vững của chi tiết và máy

- Công suất của máy.

1 2.2.7 Gia công với dụng cụ carbide

Để đạt được hiệu suất tối đa với các dựng cụ cắt carbide liên kết, một sốchú ý trong xác lập máy và gia công cắt gọt cần được xem xét Máy được sửdụng phải cứng vững, không bị rung, được trang bị các bánh răng đã nhiệtluyện, và có đủ công suất để duy trì tốc độ cắt không đổi Chi tiết và dụng cụcắt phải được định vị chắc chắn để tránh rung động

Các dụng cụ cắt carbide một điểm nói chung được dùng nhiều trên máy tiện,

do đó các xác lập và các chú ý cho máy tiện sẽ được trình bày tóm tắt Cácxác lập và chú ý cơ bản đó cũng được áp dụng khi dụng cụ carbide được dùngtrên các máy khác

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH CẮT GỌT

KIM LOẠI 2.1 Quá trình cắt và tạo phoi

Quá trình cắt kim loại là quá trình lấy đi một lớp phoi trên bề mặt giacông để có chi tiết đạt hình dạng, kích thước và độ nhám bề mặt theo yêu cầu

Để thực hiện một quá trình cắt cần thiết phải có hai chuyển động:

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

Chuyển động chạy dao: đó là chuyển động để đảm bảo duy trì sự tạophoi liên tục trong suốt quá trình cắt Với tiện đó là chuyển động tịnh tiếndọc của dao khi tiện mặt trụ

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

a

b

bị gia công Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng

tỏ rằng lớp kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy

Nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị sốcủa công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõrệt vào quá trình tạo phoi (Hình vẽ 2.1)

Hình 2.1: Sơ đồ miền tạo phoi

Quá trình tạo phoi được phân tích kỹ trong vùng tác động, bao gồm:

* Vùng biến dạng thứ nhất là vùng vật liệu phôi nằm trước mũi dao đượcgiới hạn giữa vùng vật liệu phoi và vùng vật liệu phôi Dưới tác dụng của lựctác động trước hết trong vùng này xuất hiện biến dạng dẻo Khi ứng suất dolực tác động gây ra vượt quá giới hạn bền của kim loại thì xuất hiện hiệntượng trượt và phoi được hình thành (vùng AOE) Trong quá trình cắt, vùngphoi một luôn di chuyển cùng với dao

* Vùng ma sát thứ nhất là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trước củadao

* Vùng ma sát thứ hai là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của dao

* Vùng tách là vùng bắt đầu quá trình tách kim loại khỏi phôi để hìnhthành phoi

Vật liệu dòn khác biệt vật liệu dẻo ở vùng biến dạng thứ nhất, do tổ chứchạt là khác nhau nên ở vùng này biến dạng dẻo hầu như là không xảy ra Quátrình bóc tách phoi diễn ra gần như đồng thời với lực tác động

Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị sốcủa công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệtvào quá trình tạo phoi

Khi cắt do tác dụng của lực P (hình vẽ 2.1), dao bắt đầu nén vật liệu giacông theo mặt trước Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia côngphát sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang trạng

thái biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày a p được hình thành từ lớp

kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trước của dao Việc

nghiên cứu kim loại trong miền tạo phoi chứng tỏ rằng trước khi biến thànhphoi, lớp cắt kim loại bị cắt đã trải qua một giai đoạn biến dạng nhất định,nghĩa là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi có một khu vực biến dạng Khu vựcnày được gọi là miền tạo phoi (hình vẽ 2.2)

Hình 2.2 Miền tạo phoi

Trong miền này (như sơ đồ hoá hình vẽ 2.1) có những mặt trượt OA, OB,

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

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

và đường AE - đường nối liền khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi.Ngoài ra lớp kim loại bị cắt, sau khi đã bị biến dạng trong miền tạo phoi, khi

di chuyển thành phoi còn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt trướccủa dao

Những lớp kim loại phía dưới của phoi, kề với mặt trước của dao (hình vẽ2.2) chịu biến dạng phụ thêm nhiều hơn các lớp phía trên Mức độ biến dạngcủa chúng thường lớn đến mức là các hạt tinh thể trong chúng bị kéo dài ratheo một hướng nhất định, tạo thành têchtua

Như vậy phoi cắt ra chịu biến dạng không đều

Mức độ biến dạng của phoi:

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

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

Vì biến dạng dẻo của phoi có tính lan truyền, do đó lớp kim loại nằm phíadưới đường cắt ON (hình 2.3) cũng sẽ chịu biến dạng dẻo

Chiều rộng của miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công vàđiều kiện cắt (thông số hình học của dao, chế độ cắt,…)

Hình 2.3 Miền tạo phoi

Hình 2.4 Tính góc trượt θ ứng với tốc độ cắt khác nhau

Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến chiều rộng miền tạo phoi Tăng tốc độcắt miền tạo phoi sẽ co hẹp lại Hiện tượng đó có thể được giải thích như sau: Khi tăng tốc độ cắt, vật liệu gia công sẽ chuyển qua miền tạo phoi với tốc

độ nhanh hơn Khi di chuyển với tốc độ lớn như vậy, vật liệu gia công sẽ đingang qua đường OA nhanh đến mức sự biến dạng dẻo không kịp xảy ra theođường OA mà chậm đi một thời gian - theo đường OA’ (hình vẽ 1.5) Tương

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

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

Khi tốc độ cắt rất lớn miền tạo phoi co hẹp đến mức mà chiều rộng của nóchỉ vào khoảng vài phần trăm milimet Trong trường hợp đó sự biến dạng củavật liệu gia công có thể xem như nằm lân cận mặt OF Do đó để cho đơn giản,

ta có thể xem một cách gần đúng quá trình biến dạng dẻo khi cắt xảy ra ngaytrên mặt phẳng OF đi qua lưỡi cắt và làm với phương chuyển động của daomột góc bằng θ

Mặt OF được gọi là mặt trượt quy ước, còn góc θ gọi là góc trượt

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

Theo hình vẽ 2.3 nếu chiều dày lớp kim loại bị cắt là a, chiều dày của phoi

là a 1 ta có:

r = = = (1-2)

Do đó, có thể tính θ theo công thức:

tgθ= (1-3)

và nếu đặt K = thì ta có công thức sau:

tgθ= (1- 4) Như vậy góc trượt θ phụ thuộc vào γ và tỷ số K Trong tiện cứng, quátrình biến dạng trong vùng tạo phoi diễn ra rất phức tạp, chủ yếu do độ cứngcủa vật liệu gia công (sau khi tôi) nên giải pháp tốt nhất vẫn là sử dụng mảnhdao có độ cứng, khả năng chịu nhiệt… đặc biệt cao Tiêu biểu cho nhóm này

bị mòn, bị phá huỷ Muốn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ thì phảihiểu được quy luật tác động của lực cắt Muốn tính công tiêu hao khi cắt cầnphải biết lực cắt Những nhận thức lý thuyết về lực cắt tạo khả năng chính xáchoá lý thuyết quá trình cắt

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

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

Hệ thống lực cắt khi tiện được mô tả sơ bộ trên hình 2.5 Lực tổng hợp Pđược phân tích thành ba thành phần lực bao gồm: lực tiếp tuyến Pz (hay Pc),lực hướng kính Py (hay Pp) và lực chiều trục (lực ngược với hướng chuyểnđộng chạy dao) Px

Hình 2.5 Hệ thống lực cắt khi tiện

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