Phần thuyết minh nhóm 15

Để giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức cơ bản của môn học, trongchương trình đào tạo, Bài tập lớn môn Công nghệ xử lý vật liệu là không thểthiếu được đối với sinh viên chuyên ngành côn

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay trong các ngành kinh tế nói chung và đặc biệt là ngành cơ khí đòihỏi kĩ sư cơ khí và cán bộ kĩ thuật cơ khí được đào tạo ra phải có kiến thức cơbản vững chắc và tương đối rộng đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức

đó để giải quyết những vấn đề thường gặp trong sản xuất

Môn học Công nghệ xử lý vật liệu có vị trí quan trọng trong chương trìnhđào tạo kĩ sư và cán bộ kĩ thuật về thiết kế, chế tạo các thiết bị cơ khí trong nềnkinh tế quốc dân

Để giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức cơ bản của môn học, trongchương trình đào tạo, Bài tập lớn môn Công nghệ xử lý vật liệu là không thểthiếu được đối với sinh viên chuyên ngành công nghệ chế tạo máy

Hà Nội, năm 2020Nhóm 15

3 Đặc điểm và điều kiện làm việc của chi tiết máy, dụng cụ, xác định cơ

tính cần nhiệt luyện.

3.1 Đặc điểm và điều kiện làm việc của chi tiết.

Kết cấu của mũi khoan chưa hoàn thiện : Đó là việc có quá nhiều lưới cắtcùng tham gia cắt , các thông số hình học của mũi khoan có trị số thay đổi theotừng vị trí lưỡi cắt Ngoài ra các sai số do chế tạo mũi khoan sinh ra như độkhông đồng tâm giữa phần cất và phân chuối sẽ làm cho lễ gia công bị lay rộng

ra Do đó để làm giảm những sai số chế tạo trong quá trình thiết kế ta cần phảitìm hiểu tỷ mỷ nguyên lý về thiết kế lập quy trình công nghệ và yêu cầu kỹ thuậtchế tạo mũi khoan Song ở đây mũi khoan được chế tạo là một loại dụng cụ cắt ,chính vì vậy mà việc thiết kế quy trình công nghệ có những nét riêng bởi vì yêucầu kỹ thuật, hình dáng , kích thước cao hơn so với các chi tiết bình thường Ngoài ra nó còn có thêm những lưỡi cắt , góc cắt đòi hỏi phải gia công chính xác, cụ thể :

+ Giao tuyến giữa các bề mặt tạo hình yêu cầu khắt khe , mặt sau so với rãnhxoăn tạo thành lưỡi cắt chính , hai lưỡi cắt chính phải đối xứng qua trục của mũikhoan

+ Giao tuyến giữa hai mặt sau tạo thành lưỡi cắt ngang và đi qua trục mũi khoan.+ Giao tuyến giữa hai mặt trước và hai cạnh viền tạo thành hai lưỡi cắt phụ vàcũng phải đối xứng nhau qua trục mũi khoan

+ Độ cứng cao ở phần làm việc HRC 62  65 nhưng lại không cao ở phần chuốiHRC 30  45

+ Vật liệu chế tạo là 140CRW5 , nhiệt luyện phức tạp , phải tôi và ram nhiều lầntheo yêu cầu Như vậy quá trình nhiệt luyện càng trở lên khắt khe và phức tạphơn mới theo yêu cầu Như vậy quá trình nhiệt luyện càng trở lên khắt khe vàphức tạp hơn mới có thể đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật dể ra , tránh cong vênh ,nứt nẻ

+ Trang thiết bị sử dụng phải hợp lý cho từng nguyên công , tính năng công dụngthích hợp , đồng thời phải đảm bảo tính kinh tế

+ Việc chọn phôi phải đảm bảo các yêu cầu đề ra , phôi phải có tính đồng nhất ,không rõ , không nứt , thành phần hoá học phải đúng , hình dáng và kích thướcphôi phải hợp lý

+ Việc sắp xếp các nguyên công cũng như các bước công nghệ theo thứ tự hợp

lý đặc biệt là các nguyên công gia công lần cuối

+ Khi chọn chuẩn , phương pháp định vị và kẹp chặt phải phù hợp với chi tiết giacông

- Kết cấu mũi khoan được chia làm 2 phần :

+ Phân chuôi dao

+ Phần làm việc

3.1.1 Phần chuôi dao :

- Chuôi dao dùng để định vị mũi khoan vào trục chính của máy hole các do gi ,

để truyền chuyển động và mô men xoắn khi cất

- Với mũi khoan có đường kính 10 ( mm) thường dùng chuôi dao dạng tru.Dạng này có ưu điểm là để chế tạo

3.1.2 Phần làm việc

Phần làm việc bao gồm phần định hướng và phần cắt

- Phần định hướng : Có tác dụng định hướng cho mũi khoan khi làm việc ,

nó còn là phần dự trữ để mài lại khi phần cắt bị mòn

- Đường kính phân định hướng giảm dần về phía cán dao , có tác dụng giảm

ma sát , ngăn ngừa kẹt lỗ Độ côn ngược lấy từ ( 0 , 04 : 0 , 08 ) trên 100 (

mm ) chiều dài Đối với mũi khoan 6 10 ta chọn độ côn ngược trên đườngkính ngoài là 0 , 08 trên 100 ( mm ) chiều dài phần làm việc của mũikhoan

- Trên phần định hướng có 2 rãnh xoắn có tác dụng thoát phoi với góc xoăn

0 = 30° , bước xoắn được tính theo công thức :

Mô đun của rãnh xoan tương ứng với đường kính ngoài của mũi khoan là

2 dải cạnh viên làm nhiệm vụ định hướng mũi khoan khi làm việc , đồng thờigiảm ma sát giữa mũi khoan và chi tiết gia công

+ Chiều rộng cạnh viền:

f = (0,3  2,6) mm  chọn f = 1,6 (mm)+ Chiều cao cạnh viền:

h = (0,1  1,2) mm  chọn h = 0,6 (mm)

Phân kim loại giữa hai rãnh xoắn là lõi mũi khoan Đường kính lõi mũikhoan thường được lấy lớn dần về phía chuối , lượng tăng dần thường lấy từ(1,41,8) mm Trên 100 mm chiều dài

d0

90

+ Lưỡi cắt phụ : Là đường xoắn chạy dọc cạnh viên mũi khoan , nó là giao củamặt sau với cạnh viển

+ Lưỡi cắt ngang : Là giao của hai mặt sau : Mặt sau của mũi khoan là 1 hìnhbao của lững vị trí lối lượt tiếp xúc với mũi khoan của một phảng đá mài tươngđối với mũi khoan đó

Trong thực tế ta gặp một số phương pháp mài sắc : Mài sắc theo mặt côn, theomặt trụ , theo mặt xoắn vít , theo 2 mặt phẳng Ta xét phương pháp màu sắc theomặt côn vì phương pháp này dùng phổ biến hơi cả trong công nghiệp Mặt saucủa mũi khoan là một phần của một côn gới góc côn  , mặt công này trong thực

tế không tồn tại nó được hình thành là động học và kết cấu của máy

3.2 Xác định cơ tính cần nhiệt luyện

Do một số yếu tố mà chủ yếu là do tính thấm tôi cao hơn nên thép hợp kim

có độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon, điều này thể hiện đặc biệt rõ ràng ởthép sau khi tôi + ram Khi tận dụng ưu điểm này cần chú ý đến đến các hệ quảsau đây:

– Ở trạng thái không tôi + ram (ví dụ ở trạng thái ủ), độ bền của thép hợp kimkhông cao hơn thép cacbon bao nhiêu Cho nên đã dùng thép hợp kim thì phảiqua nhiệt luyện tôi + ram Nếu dùng thép hợp kim ở trạng thái cung cấp (sau cánnóng, gần như thường hóa) hay ủ là sự lãng phí lớn về độ bền

– Ưu việt về độ bền cao của thép hợp kim càng rõ khi tiết diện của thép càng lớn

và lượng hợp kim đủ để bảo đảm tôi thấu Khi tiết diện nhỏ (≤ 20mm) ưu việtnày của thép hợp kim không thể hiện được (vì với tiết diện nhỏ như vậy thépcacbon cũng được tôi thấu)

– Do tính thấm tôi tốt, dùng môi trường tôi chậm (dầu) nên khi tôi ít biến dạng

và nứt hơn so với thép cacbon luôn phải tôi nước Do vậy các chi tiết có hìnhdạng phức tạp phải qua tôi (do đòi hỏi về độ bền) đều phải làm bằng thép hợpkim

– Khi tăng mức độ hợp kim hóa làm tăng được độ thấm tôi làm tăng độ cứng, độbền song thường làm giảm độ dẻo, độ dai nên lượng hợp kim cần thiết chỉ cầnvừa đủ bảo đảm tôi thấu tiết diện đã cho là đủ, không nên dùng thừa (dùng théphợp kim quá cao vừa đắt vừa khó gia công lại dễ bị phá hủy do tính giòn hơn)

Do vậy có nguyên tắc là chọn mác thép hợp kim cao hay thấp là phụ thuộc kíchthước (tiết diện)

– Tuy đạt độ bền cao hơn nhưng thường có độ dẻo, độ dai thấp hơn Do vậy phảichú ý đến mối quan hệ ngược này để có xử lý thích hợp (bằng ram)

Mặc dầu có ưu điểm về độ bền, nói chung thép hợp kim có tính công nghệ kémhơn thép cacbon (trừ tính thấm tôi)

4 Đặc điểm, tính chất của vật liệu đã chọn.

4.1 Tổng quan về thép làm chi tiết, dụng cụ.

Vật liệu dụng cụ cắt được hình thành và phát triển theo nhu cầu phát triểncủa khoa học kỹ thuật và của sản xuất Với mũi khoan các loại vật liệu thườngđược chế tạo là: Thép các bon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kimcứng

Để có được loai vật liệu thích hợp nhất cho quá trình chế tạo mũi khoan ta đitim hiểu và nghiên cứu bốn loại vật liệu trên từ đó tìm hiêu những ưu nhược điểmcủa từng loại từ đó đưa ra loại vật liệu thích hợp cho quá trình chế tạo

CD100A, Y7A, Y8A, Y9A, Y10A, Y11A, Y11A.

Công dụng: là những dao cắt nhỏ có năng suất thấp, những dụng cụ cầm tay cóhình dạng đơn giản như dũa, ta rô, bàn ren

b) Thép hợp kim dụng cụ.

Thép hợp kim dụng cụ là thép có pha thêm một số nguyên tố hợp kim như:Vonfram ,Crôm,Vanadi…với hàm lượng khoảng 0,5  3%

- Ưu điểm : + Tính chịu nóng cao hơn so với thép các bon dụng cụ khoảng

350  400°C Do đó cho phép nâng cao tốc độ cắt gấp 1,2 1,4 lần so với daolàm bằng thép các bon

+ Phân bố cácbit đồng đều nên độ bền nhiệt cao cho phép nângcao tốc độ cắt

- Nhược điểm:+Độ cứng ở trạng thái ủ cao HB=217  235 khó gia công +Khi nhiệt luyện dễ sinh ra lớp thoát các bon do đó ảnh hưởngxấu đến độ cứng tại chỗ mỏng trên phần cắt của dao

Sau khi nhiệt luỵên độ cứng đạt HRC6265 Thép gió có độ thấm tôi lớn,

độ bền mòn tính mòn tốt hơn và độ bền cơ học cao với tốc độ lớn gấp 3  4 lần

so với dao thép các bon dụng cụ

Trong công nghệ chế tạo mũi khoan vật liệu chế tạo nhiều nhất là P18, P9 Nói chung khả năng cắt và tuổi bền khi làm việc ở tốc độ cao của thép gióP9, P18 là tương đương nhau Khi làm việc ở tốc độ thấp thì nhân tố quyết định

độ bền của dao không phải là độ bền nhiệt mà là khả năng mài mòn ở trạng tháinguội

Trong trường hợp này tuổi bền của dao P18 lớn hơn gấp 2 lần tuổi bền củadao P9 Vì hàm lượng Vanađi cao hơn P9 (90w9Cr4V2) nên P9 cứng hơn, khómài hơn P18 (75w18Cr4V)

Khi mài sắc dao P9 dễ gây ra hiện tượng cháy bề mặt, do đó mà độ cứng giảm.Thép P9 có hàm lượng các bít ít nên dễ gia công ở trạng thái nóng, điều nàyquan trọng đối với các loại dao mà phải gia công được ở thời điểm biến dạngdẻo

Nhược điểm: Cơ bản của thép gió dẫn nhiệt kém, tôi và ram phức tạp.

P9: Sai số cho phép của nhiệt độ tôi không qúa 200C

P18: Sai số cho phép của nhiệt độ tôi không qúa 100C

- Nếu nhiệt độ tôi qúa thấp thì độ hạt lớn nên làm cho cơ tính giảm Nếu qúacao thì sẽ gây ra cháy bề mặt làm giảm độ cứng

Tuy vậy dao hợp kim cứng có độ bền uốn kém, độ dẻo kém Do vậy nó cầnlàm việc ở điều kiện không có va đập, lượng dư gia công phân bố đồng đều, độcứng vững của hệ thống công nghệ cao.

Loại này có độ cứng cao, thường dùng để gia công thép gió

+ Nhóm 3 các bít WC + Tic + TaC Kí hiệu TTK

Thường được dùng gia công vật liệu có độ cứng và độ bền cao

Ngoài một số vật liệu kể trên ngày nay người ta còn sử dụng vật liệu gốm

để làm dụng cụ cắt cho năng xuất cao

4.2 Đặc điểm của vật liệu đã chọn:(140CrW5)

4.2.1 Đặc điểm thành phần

Vật liệu thép 140CrW5 hay cũng được biết đến là CrW5 được sử dụng kháphổ biến để làm mũi khoan có thành phần 1,25-1,50%C , 0,40-0,70% Cr , 4,5-5,5% W Do có cacbon và nhiều vonfram là nguyên tố tạo thành cacbit mạnh nêntrong thép tồn tại một lượng lớn cacbit làm tăng rất mạnh tính chống mài mòn.Thép có tính thấm tôi thấp ( do ít crôm và nhiều cacbit thúc đẩy chuyển biến thànhhỗn hợp ferit – cacbit) nên môi trường tôi là nước Độ cứng HRC sau khi tôi( 800-820 oC) ram (150oC) đạt tới 66-68, nên được dùng làm dao khoan

Nhược điểm : Tính cứng nóng thấp

Trong quá trình gia công phần cắt của dao trực tiếp làm nhiệm vụ cắt để tạo

ra phoi và tạo hình Để nâng cao năng suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia

công phần cắt của dao không những phải có hình dáng hình học hợp lý mà phảiđược chế tạo từ những vật liệu thích hợp.

4.2.2 Đặc điểm cơ tính :

Trong quá trình cắt ở phần lưỡi cắt trên mặt trước và mặt sau của daothường xuất hiện ứng xuất tiếp xúc rất lớn, khoảng 4000  5000N/ mm2 đồngthời áp lực riêng lớn gấp 100  200 lần so với áp lực cho phép của chi tiết máynhiệt độ tập trung lên vùng cắt lên tới 600900oC Trong điều kiện làm việc nhưvậy việc cắt chỉ thực hiện có hiệu quả khi dao có khả năng giữ được tính cắttrong khoảng thời gian dài Điều đó đòi hỏi vật liệu dụng cụ cắt phải có đầy đủnhững tính chất cơ lý cần thiết như độ cứng ,độ bền nhiệt, độ bền cơ học , độ bềnmòn , độ dẫn nhiệt

+ Độ cứng: là một trong những chỉ tiêu quan trọng của vật liệu dụng cụcắt Muốn cắt được vật liệu, phần cắt phải có độ cứng lớn hơn vật liệu gia côngkhoảng 25HRC nó thường đạt trong khoảng 62  65HRC

+ Độ bền nhiệt: Là khả năng giữ được độ cứng cao và các tính năng cắtkhác ơ nhiệt độ cao trong khoảng thời gian dài

Nó là tính năng quan trọng nhất của vật liệu dụng cụ cắt Nó quyết dịnhviệc duy trì khả năng cắt của dao trong diều kiện nhiệt độ và áp lực rất lớn ởvùng cắt

+ Độ bền cơ học: Là khả năng chịu được những va đập và rung động mạnh

mà vẫn đảm bảo điều kiện cắt gọt của dụng cụ cắt

Để nâng cao được tính năng cắt, tuổi bền của dao thì vật liệu dụng cụ cắtphải có độ bền cơ học cao, chịu được những lực và xung lực lớn

+ Độ bền mòn: Nó được đặc trưng bởi khả năng giữ vững hình dáng vàthông số hình học phần cắt trong quá trình gia công

+ Độ dẫn nhiệt: Độ dẫn nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt càng cao thì nhiệtlượng được truyền ra khỏi lưỡi cắt càng nhanh.

- Công Dụng: Dùng để chết tạo các loại dao cắt như: Dao tiện, dao phay, bào,khoan, doa ; chế tạo các dụng cụ đo

5 Xây dựng quy trình xử lý nhiệt.

Vì thành phần các bon có trong vật liệu cao nên ta chọn phương pháp tạo phôiban đầu là đúc phôi

Quy trình công nghệ nhiệt luyện

Chọn phôi đúc → Ủ không hoàn toàn → Gia công cắt gọt → Tôi bộ phận→ Ram thấp → Kiểm tra.

Theo thành phần hóa học của thép ở trên ta có %C =1,25 (thép sau cùng tích)nên ta phải Ủ không hoàn toàn trước khi gia công cơ khí Bởi vì : Loại thép này

có độ cứng cao nên phải ủ không hoàn toàn để giảm độ cứng dễ gia công cắt gọt.Bước tiếp theo là chi tiết được đem đi gia công cắt gọt

Chi tiết sau khi gia công cắt gọt ta đem chi tiết vào quá trình nhiệt luyện: Tôichi tiết, chi tiết sau tôi sẽ có độ cứng cao dòn không phù hợp với yêu cầu làmviệc của chày dập

Để đạt được độ cứng HRC theo yêu cầu ta tiến hành ram cao để độ cứng củachi tiết sau tôi giảm đạt yêu cầu, độ dẻo dai tăng

Bước cuối cùng là đem chi tiết kiểm tra

5.1 Ủ không hoàn toàn:

Khi tiến hành ủ không hoàn toàn, thì ở nhiệt độ nung do đạt được tổ chức

 và các phần tử XeII chưa tan hết nên khi làm nguội, các phần tử này như là

những mầm giúp cho tạo nên P hạt Sau khi ủ không hoàn toàn, thép có tổ chức

P hạt với độ cứng thấp hơn (khoảng 200HB) nên đảm bảo cắt gọt tốt hơn

và thoát cacbon ở bề mặt Khi tôi không hoàn toàn thép này, ở trạng thái nungthép có tổ chức austenit với lượng C khoảng 1.2%C và Xe II, khi làm nguộiđược M chứa 1.2%C có thể tích riêng không quá lớn do vậy lương austenit dưkhông quá nhiều Tổ chức nhận được sau khi tôi gồm M + Xe II + ít austenit dư,

có độ cứng chung cao nhất khoảng 62-65HRC Ở đây, Xe II cỏn có độ cứng caohơn M chút ít, hơn nữa Xe II do chưa hòa tan hết vào austenit nên tồn tại ở dạnghạt nhỏ phân bố đều lại làm tăng tính chống mài mòn

Nhiệt độ tôi ảnh hưởng rất nhạy đến chất lượng của thép tôi Ví dụ, nhiệt

độ tôi thấp sẽ làm thép không đạt độ cứng (như thép trước cùng tích tôi ở nhiệt

độ dưới Ac3), nhiệt độ tôi cao quá làm hạt lớn, dòn, thoát cacbon ở bề mặt Vìvậy phải kiểm tả chạt chẽ nhiệt độ nung nóng khi tôi

Đối với thép hợp kim thấp (tổng lượng nguyên tố hợp kim khoảng 1 – 2%)

có tổ chức tế vi cơ bản vẫn giống giản đồ trạng thái Fe – C nên nhiệt độ tôi giốngnhư thép cacbon có hàm lượng cacbon tương đương

Chọn cách tôi:

Ta chọn tôi chi tiết trong môi trường nước hoặc dầu

- Môi trường nước:

Nhúng nước rất dễ nứt (chỉ làm khi chi tiết đặc, ko có nhiều góc cạnh, nhiều lỗkhoan v v).Nhưng chi tiết của ta la khuôn dập nhỏ với hình dáng chi tiết đơngiản

Ưu điểm của tôi trong môi trường này là rẻ,làm nguội nhanh ở cả hai nhiệt độ

Dễ đạt được đọ cứng cao

- Chọn môi trường tôi:

Nước: Chi tiết sau tôi được làm nguội ở môi trường mạnh, độ cứng đạt trên 60HRC

Khả năng chống mài mòn tốt

5.3 Ram thấp

Là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng chi tiết đã tôi đến nhiệt độ thấphơn nhiệt độ tới hạn Ac1 sau đó giữ nhiệt một thời gian cần thiết để mactenxit vàaustenit dư phân hóa thành các tổ chức thích hợp rồi làm nguội

Mục đích:

- Khử bỏ hoàn toàn ứng suất bên trong

- Giảm ứng suất bên trong đến mức không làm thép quá giòn

- Điều chỉnh cơ tính cho phù hợp với điều kiện làm việc cụ thể của chi tiết vàdụng cụ

Thường ram là nguyên công sau cùng để điều chỉnh tổ chức và cơ tính théptôi theo ý muốn sử dụng