Tài liệu Dụng cụ cắt trên máy điều khiển số P1 pptx

Máy công cụ điều khiển theo chương trình số M-CNC là thế hệ máy công cụ có chương trình điều khiển được viết bằng mã ký tự số, chữ cái và các ký tự chuyên dụng khác, trong đó hệ điều khi

§¹i häc th¸I nguyªn

§¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp

Dông cô c¾t trªn m¸y ®iÒu khiÓn sè

Biªn So¹n : TS NguyÔn V¨n Hïng

Bé m«n : Dông cô c¾t vËt liÖu kü thuËt

Th¸i Nguyªn – 2006

Phần I

tổng quan về máy điều khiển số CNC và các dụng cụ

cắt cho máy CNC

1.1.Khái niệm về máy điều khiển số CNC

Máy công cụ điều khiển theo chương trình số (M-CNC) là thế hệ máy công cụ có chương trình điều khiển được viết bằng mã ký tự số, chữ cái và các ký tự chuyên dụng khác, trong đó hệ điều khiển số có cài đặt các bộ vi sử lý àP (microprocessor) làm việc với các chu

kỳ thời gian từ 1đến 20 às và có bộ nhớ tối thiểu 4KByte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trình điều khiển số như tính toán toạ độ trên các trục điều khiển theo thời gian thực, giám sát các tình trạng của máy, tính toán các giá trị chỉnh lý dao cụ, tính toán nội suy trong điều khiển quỹ đạo biên dạng(tuyến tính và phi tuyến,thực hiện so sánh các cặp giá trị hiện có với các giá trị lý thuyết khi lập trình)

Các nét đặc trưng cơ bản của máy công cụ điều khiển theo chương trình số CNC:

- Khả năng tự động hoá cao

- Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay lớn ( > 103 m/phút)

- Độ chính xác cao (sai lệch kích thước gia công đạt tới àm)

- Năng suất gia công cao, tính linh hoạt, khả năng tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt trên chi tiết trong một lần gá)

Việc chuẩn bị công nghệ để gia công chi tiết khác với máy công cụ thông thường là phải lập chương trình NC để điều khiển máy theo ngôn ngữ mà hãng chế tạo máy đã cài đặt cho hệ điều khiển

Với các đặc trưng cơ bản trên, máy công cụ CNC có những ưu việt so với các máy thông thường ở những điểm sau:

- Gia công được các chi tiết phức tạp hơn

- Quy hoạch thời hạn sản xuất tốt hơn Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao và giảm thời gian phụ

- Độ lớn loạt tối ưu nhỏ hơn, độ chính xác gia công cao, ổn định Chi phí kiểm tra giảm, chi phí do phế phẩm giảm Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất, một công nhân có thể vận hành nhiều máy đồng thời Hiệu suất cao hơn, tăng năng lực sản suất, có khả năng tích hợp trong hệ thống gia công linh hoạt

1.2 Hệ thống máy điều khiển số - phân loại

Các máy công cụ CNC có thể được phân loại một cách tổng quát theo các đặc điểm sau:

- Theo kiểu dẫn động có: Thuỷ lực, khí và điện

- Theo phương pháp điều khiển máy công cụ có: Điều khiển điểm-điểm, cắt thẳng và

đường

- Theo chức năng mà các máy thực hiện

Theo chức năng mà các máy thực hiện thì các máy công cụ CNC có thể được chia thành các nhóm sau:

- Nhóm máy tiện: Thực hiện các công việc tiện trong, tiện ngoài, cắt ren trong, ren ngoài

- Nhóm máy khoan doa để khoan, doa các phôi

-Nhóm máy phay để phay các bộ phận có cấu tạo phức tạp, đa dạng, tạo ra các bề mặt và các góc đa dạng, cũng có thể khoan, phay và doa Khi được trang bị những bộ thay dao điều khiển số, mỗi máy trong nhóm trên có thể hoàn thành các công việc gia công đa dạng trên cùng một phôi mà không phải chuyển nó sang một máy khác

- Nhóm trung tâm gia công khoan, phay, tiện, doa

Theo phương pháp thay dao, các máy công cụ CNC có thể chia thành 3 nhóm: Thay

dao bằng tay, thay dao tự động bằng đầu rêvônve và thay dao tự động bằng một trống dao (Tooldrum)

Các máy công cụ CNC có thể được cấp phôi và tháo phôi bằng tay người thợ hoặc tự

động bởi rôbốt

Các đặc điểm cơ bản của máy công cụ CNC thường được nêu theo các chỉ tiêu sau:

- Đường kính lớn nhất của phôi tiện trên máy tiện; đường kính khoan lớn nhất của máy khoan; đường kính trục doa của máy doa; chiều rộng bàn máy phay

- Kích thước khuôn khổ và trọng lượng máy

- Số trục phối hợp có thể diều khiển và số trục có thể điều khiển đồng thời

- ổ chứa dụng cụ (đài chứa dao); thiết bị cấp tháo phôi tự động của máy

- Hệ thống điều khiển của một máy

1.3 Dụng cụ cắt trên máy công cụ CNC

Như trên đã trình bày, khác với các máy vạn năng truyền thống,máy công cụ CNC do những đặc điểm :

- Khả năng tự động hoá cao

- Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay lớn ( >103 m/phút )

- Độ chính xác cao (sai lệch kích thước gia công đạt tới àm)

- Năng suất gia công, tính linh hoạt, khả năng tập trung nguyên công cao vì vậy gia công trên máy CNC, dao cắt phải làm việc trong điều kiện rất khốc liệt của nhiệt độ, lực cắt, tải trọng va đập, tốc độ mòn lớn xuất hiện trong vùng cắt Trong những điều kiện như vậy dụng cụ cắt trên máy CNC phải có những đặc tính hơn hẳn dao cắt truyền thống nhờ các đặc

điểm:

- Vật liệu làm dao được sử dụng trên cơ sở thành tựu khoa học của vật liệu mới, ví dụ như vật liệu là thép gió hay hợp kim cứng phủ CVD (Chemical Vapour Deposition), PVD (Physical Vapour Deposition), như thép gió phủ TiN, TiAlN

- Kết cấu phần cắt, thân dao, phần chuôi được chế tạo với tính tiêu chuẩn hoá cao (phạm vi quốc tế) nhằm đảm bảo khả năng lắp lẫn, tự động hoá trong việc lắp mới và thay thế dao mà vẫn đảm bảo chính xác thông số hình học phần cắt, vị trí dao so với biên dạng chi tiết đã lập trình

- Dao cắt được nhận dạng, quản lý bằng hệ thống các ký hiệu, mã hiệu, điều này đặc biệt thuận lợi cho việc lập trình gia công trên máy CNC những chi tiết phức tạp, phải sử dụng nhiều dao

Vì năng suất và độ chính xác gia công trên máy CNC phụ thuộc rất nhiều vào dụng

cụ cắt Do đó dụng cụ cắt trên máy CNC phải đáp ứng được những yêu cầu sau:

Có tính cắt gọt ổn định, có khả năng tạo phoi và thoát phoi tốt

Có tính vạn năng cao để có thể gia công được những bề mặt điển hình của nhiều chi tiết khác nhau trên các máy khác nhau

Có khả năng thay đổi nhanh khi cần gá dao khác để gia công chi tiết khác loại hoặc khi dao bị mòn Có khả năng điều chỉnh kích thước ở ngoài vùng gia công khi sử dụng những dụng cụ phụ

Như vậy trong nhiều trường hợp không thể dùng những dụng cụ cắt thông thường để gia công trên các máy điều khiển số CNC Hiện nay để gia công trên máy CNC người ta thiết kế những loại dao đặc biệt và một số loại dao tiêu chuẩn

1.3.1 Dụng cụ tiện trên máy tiện CNC

Tất cả dao tiện trên máy CNC đều có phần cắt là những mảnh hợp kim cứng lắp ghép Ngoài ra các dao tiện này phải đáp ứng được những yêu cầu sau:

- Phải đảm bảo việc sử dụng với thời gian lâu nhất các mảnh hợp kim không mài lại

để đảm bảo cho các thông số hình học của dao cố định trong quá trình sử dụng

- Hình dáng của các mảnh hợp kim phải hợp lý để nâng cao tính vạn năng, có nghĩa

là cho phép bằng một dao có thể gia công được nhiều bề mặt khác nhau

- Các dao có góc cắt khác nhau phải có cùng một toạ độ để tạo điều kiện thuận lợi cho lập trình gia công Có khả năng làm việc bình thường khi gá ở những vị trí khác nhau

Đảm bảo độ chính xác cao

- Có khả năng tạo phoi và thoát phoi tốt ( đưa phoi ra khỏi vùng gia công thuận tiện) Kết cấu dao tiện dùng cho máy CNC rất đa dạng và phụ thuộc vào chủ yếu vào bề mặt gia công, hình 1.1 mô tả một số loại dao tiện cơ bản dùng trên các máy CNC

Các loại dụng cụ cắt trên máy tiện CNC có thể được chia thành hai kiểu cơ bản: Kiểu1 là loại có kết cấu lắp ghép giữa mảnh cắt và thân dao cắt nhờ cơ cấu kẹp tương ứng

Kiểu 2 là loại mà phần lưỡi cắt và thân dao được hàn (ví dụ mảnh carbide được hàn đồng với thân dao)

Hình 1.1.Dao tiện trên máy CNC

1.3.2 Dụng cụ cắt trên máy phay CNC

Phần lớn dụng cụ cắt trên máy phay CNC đều có phần cắt là những mảnh hợp kim cứng lắp ghép Các dao phay này phải đáp ứng được những yêu cầu sau:

Phải đảm bảo việc sử dụng với thời gian lâu nhất các mảnh hợp kim không mài lại để

đảm bảo cho các thông số hình học của dao cố định trong quá trình sử dụng

Trong mọi trường hợp cố gắng sử dụng mảnh dụng cụ cắt đã phủ lớp bề mặt

Hình dáng của các mảnh hợp kim phải hợp lý để nâng cao tính vạn năng, có nghĩa là cho phép bằng một dao có thể gia công được nhiều bề mặt khác nhau Có thể chia các loại dụng cụ cắt trên máy phay CNC thành hai kiểu cơ bản:

Kiểu1 là loại có kết cấu lắp ghép giữa mảnh dụng cụ cắt và thân dao cắt nhờ cơ cấu kẹp tương ứng Hình 1.2 giới thiệu một số dao phay có kết cấu lắp ghép giữa mảnh dụng cụ cắt và thân dao bằng cơ cấu kẹp cơ khí

Kiểu 2 là loại mà phần lưỡi cắt và thân dao làm bằng cùng một kim loại dụng cụ cắt (như dao thép gió đường kính nhỏ) hoặc giữa lưỡi cắt và thân dao được hàn (ví dụ mảnh carbide được hàn đồng với thân dao)

Hình 1.2.Dao phay trên máy CNC

Phần II

vật liệu dụng cụ cắt

sử dụng trên máy điều khiển số CNC

Đặc tính phần cắt dụng cụ có ảnh hưởng lớn tới năng suất gia công và chất lượng bề mặt chi tiết Khả năng giữ được tính cắt của dụng cụ góp phần quyết định năng suất gia công của dụng cụ Trên máy CNC, dụng cụ làm việc trong điều kiện cắt vô cùng khốc liệt, khác hẳn với điều kiện cắt khi gia công trên máy công cụ thông thường vì tốc độ cắt rất cao (>103 m/ph), lượng chạy dao lớn, sự can thiệp của con người vào quá trình gia công rất khó khăn (đều thông qua chương trình khi lập trình) Khi cắt, ngoài áp lực, nhiệt độ cao dụng cụ cắt còn bị mài mòn và chịu rung động Mặt khác sản phẩm được gia công trên máy CNC phải

có độ chính xác rất cao, vì vậy dụng cụ cắt trên máy CNC phải có khả năng chống mài mòn tốt nhất do đó vật liệu dụng cụ cần phải có những tính chất đảm bảo cho dụng cụ cắt có khả năng làm việc trong một thời gian dài

Với vật liệu dụng cụ cắt trên máy CNC, ngoài những phấm chất đặc biệt trên cơ sở áp dụng những thành tựu về “Kỹ thuật phủ lớp bề mặt” vật liệu dụng cụ cắt, chúng vẫn phải bảo

đảm những yêu cầu chung của vật liệu dụng cụ cắt truyền thống

2.1 Những yêu cầu chung của vật liệu dụng cụ cắt

2.1.1.Tính năng cắt

Để đảm bảo thực hiện gia công cắt gọt trong một thời gian dài mà không làm thay

đổi tính chất vật liệu dụng cụ,đáp ứng yêu cầu về độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công, dụng cụ cắt cần phải đảm bảo các yêu cầu cụ thể sau :

2.2.1 Các vật liệu dụng cụ cắt mới

Nghiên cứu các loại vật liệu dụng cụ cắt ở trên ta thấy: Khi tính năng cắt của vật liệu dụng cụ tăng (hợp kim cứng, sứ, kim cương ) thì độ giòn tăng và độ dẻo dai giảm Đó là một vấn đề mà các nhà nghiên cứu vật liệu dụng cụ cắt cần khắc phục khi đưa ra các loại vật liệu mới, để đáp ứng đòi hỏi của nhu cầu thực tế sản xuất, nhất là việc gia công với diều kiện

cắt khốc liệt trên máy công cụ CNC ở các nước công nghiệp phát triển, đã áp dụng và phát triển mạnh mẽ một nghành kỹ thuật mới, đó là “kỹ thuật bề mặt”, nó mang lại hiệu quả to lớn trong việc tạo ra một lớp bề mặt có khả năng chống lại ăn mòn hoá học và mài mòn cơ học cao Kỹ thuật bề mặt với các biện pháp công nghệ hiện đại tạo ra một lớp màng mỏng trên nền vật liệu của chi tiết máy, chúng kết hợp với nhau tạo thành một hợp thể có tính chất

mà riêng lớp phủ hay nền không tạo ra được Bằng việc ứng dụng kỹ thuật bề mặt, người ta

đã nâng tuổi

thọ, độ tin cậy của dụng cụ cắt lên rất nhiều lần, mang lại hiệu qủa kinh tế cao

Trong lĩnh vực vật liệu dụng cụ cắt, việc ứng dụng kỹ thuật bề mặt thực sự là cuộc

đột phá nó mang lại hiệu quả to lớn là nâng cao tính năng cắt, tuổi bền dụng cụ mà không một vật liệu truyền thống nào có thể sánh được Kỹ thuật bề mặt tạo ra trên bề mặt dụng cụ một lớp màng mỏng có độ cứng cao, khả năng ổn định nhiệt và hoá cao, giảm ma sát tốt khi gia công đồng thời có khả năng dính bám với nền tốt Một vật liệu lớp phủ như vậy kết hợp với vật liệu nền dụng cụ có độ dẻo dai và độ bền cao sẽ nâng cao khả năng làm việc cuả dụng cụ lên rất nhiều Các loại vật liệu lớp phủ được sử dụng rộng rãi đó là các loại nitơrit, cacbít, ôxýt, kim cương… Công nghệ phủ lớp bề được thực hiện theo nhiều phương pháp, nhưng hiện đại và ưu điểm hơn cả là phương pháp phủ kim loại,hợp kim theo nguyên lý phủ

bay hơi hoá học CVD ( Chemical Vapour Deposition ) và phủ bay hơi lý học PVD

(Physical Vapour Depositions)

2.2.2.Vật liệu lớp phun phủ

2.2.2.1.Tổng quan về vật liệu lớp phun phủ

Như phần trên đã trình bày, kỹ thuật bề mặt thực chất là tạo ra một hợp thể ( lớp phủ + nền ) với mục đích làm tăng khả năng chống mòn và mài mòn của lớp bề mặt các chi tiết,đặc biệt là các chi tiết máy Tuỳ theo từng điều kiện làm việc cụ thể mà ngươì ta sử dụng các loại vật liệu phủ khác nhau Khi nghiên cứu chúng, người ta thường quan tâm tới các vấn đề như : tính chất cơ lý của lớp phủ, một số cơ chế lý hoá trong quá trình tiếp xúc với mặt đối tiếp của lớp phủ

Nói chung tác động ma sát của lớp phủ ảnh hưởng do các nguyên nhân sau:

-Điều kiện tiếp xúc: Như tải trọng, tốc độ, hình dáng hình học, nhiệt độ môi trường

Các điều kiện tiếp xúc thực tế rất khác nhau

-Vật liệu tiếp xúc: bao gồm các thông số về tính chất lý học,hóa học của lớp phủ, nền

và bề mặt tiếp xúc đối tiếp

- Cấu trúc vi mô của lớp phủ: Gồm các thông số như cỡ hạt, tỷ trọng và độ xốp

những tham số đó có ảnh hưởng bởi các phương pháp phủ khác nhau như phủ CVD hay phương pháp phủ PVD

-Hệ thống hợp thể lớp phủ và nền bao gồm các thông số: Độ cứng, độ đàn hồi của lớp

phủ và nền, độ nhám bề mặt và khả năng tương thích nhiệt và hoá của chúng Một tính chất quan trọng nữa là khả năng dính kết giữa lớp phủ và nền

Do yêu cầu của thực tế, vật liệu lớp phủ được chia làm hai nhóm chính,đó là:

Vật liệu lớp phủ mềm và vật liệu lớp phủ cứng Dưới đây trình bày một số loại vật liệu phủ cứng điển hình, thường dùng cho dụng cụ cắt kim loại

2.2.2.2 Lớp phủ cứng

Lớp phủ cứng có khả năng chống mài mòn và ăn mòn rất tốt khi chịu tác động của các tác động do các nguyên nhân cơ,hoá, nhiệt Do vậy chúng được áp dụng cho các bề mặt cần có khả năng chống ăn mòn và mài mòn.Nó sẽ làm tăng tuổi bền, nâng cao tính năng cắt cũng như tuổi bền của dụng cụ cắt,do đó nó đã và đang được áp dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực này và đã đem lại nhiều hiệu quả cho quá trình cắt gọt

Các tính chất khác của lớp phủ như:độ cứng tế vi,độ dính kết với nền,độ nhám bề mặt,hệ số ma sát khi tiếp xúc,độ ổn định nhiệt và hoá phụ thuộc nhiều vào:thành phần vật liệu của lớp phủ,công nghệ phun phủ

Vật liệu lớp phủ cứng có rất nhiều loại các hợp chất như: các nitơrít,các loại cácbít và các ôxýt hay một số hợp chất khác mà chúng được áp dụng với những ứng dụng phù hợp

a)Lớp phủ Nitơrít Titan (TiN)

Lớp phủ Nitơrít Titan (TiN) được áp dụng phổ biến nhất Nó được tạo bởi công nghệ phủ hoá học CVD và phủ bay hơi lý học PVD

Lớp phủ TiN được nghiên cứu trong một hệ thống tỷ mỷ và chi tiết cùng với các lớp phủ cứng khác.Từ đó người ta đã đánh giá và có sự so sánh chính xác hơn về tính chất ma sát của lớp phủ TiN như: độ cứng cao của lớp phủ, độ dính bám với nền, sự ổn định trạng thái hoá học

* Độ dính bám với nền: Độ dính bám với nền có thể coi là độ bền cuả sự liên kết hoá

học giữa lớp phủ và nền, nó phụ thuộc vào nhiều nhân tố như: trạng thái bề mặt nền, vật liệu nền và vật liệu lớp phủ thông qua cơ lý tính cuả chúng,ứng suất cuả lớp tiếp giáp, công nghệ phủ

* Khả năng chống mòn do mài mòn:Khả năng chống mòn và mài mòn của lớp phủ

TiN trên nền thép được cải thiện đáng kể với chiều dày lớp phủ khoảng 4-6àm trên nền Độ nhám bề mặt lớp phủ lúc ban đầu cũng ảnh hưởng đến khả năng chống mòn, lớp bề mặt càng

nhẵn thì nó càng ít bị mài mòn hơn

* Khả năng chịu tác động tải trọng của hệ thống lớp phủ trên nền: là rất quan trọng

Dạng hỏng khi mài mòn của lớp phủ được xác định từ sự tách ra của các lớp mỏng cuả quá trình mài mòn.Từ đó ta có kết luận về khả năng chịu mòn thực tế cuả lớp phủ.Hình 2.5 mô tả khả năng chịu tải trọng cuả lớp phủ cứng trên nền mềm hơn

Chiều dày lớp phủ có khả năng chống lại sự tác dụng của ứng suất tiếp xúc khi biến dạng với biến dạng nhỏ hoặc không biến dạng của lớp nền nằm dưới Chiều dày lớp phủ bị hỏng chủ yếu là do cơ chế dính gãy Khả năng chống mòn của lớp phủ TiN có thể hoàn thiện hơn nếu đưa thêm Titanium vào như một lớp xen giữa trong kích thước bao của lớp phủ và

điều đó có thể cải thiện tốt độ bám dính của lớp phủ (Matthews-1980) Với ứng suất thấp, sự

có mặt của titanium có thể cho kết quả có lợi, làm giảm ứng suất và tăng độ bền

Hình 2.1 Miêu tả khả năng chịu tải trọng của lớp phủ cứng trên nền mềm hơn

a)Biến dạng dẻo với lớp phủ mỏng; b)Không biến dạng dẻo với lớp phủ dày

Tóm tắt về lớp phủ TiN:

Do những đặc tính ma sát ưu việt của nó như độ cứng cao, khả năng bám dính với nền tốt, độ ổn định nhiệt và hoá tốt cải thiện tốt điều kiện tiếp xúc với các vật liệu, đồng thời dễ dàng thực hiện các công nghệ phủ CVD, PVD và có thể điều khiển được các thông

số của quá trình phủ để đạt được các thông số tối ưu của lớp phủ Do vậy lớp phủ TiN có tính ứng dụng rất cao trong kỹ thuật bề mặt Đặc biệt đối với bề mặt dụng cụ cắt

b)Các loại vật liệu phủ cứng khác

1) Các lớp phủ nitơrít khác

Một số loại lớp phủ nitơrít đặc trưng khác như: (Ti,Al)N, (ZrN) và các lớp phủ

nhiều hợp chất nitơ rit như: Ti(B,N), Ti(C,N) chúng cũng có những tính chất ma sát tương

tự như lớp phủ TiN nhưng nói chung vẫn còn những hạn chế cần tiếp tục nghiên cứu và hoàn

thiện Do vậy chúng được áp dụng trong những ứng dụng thích hợp

2) Các lớp phủ cácbít

Cácbít kim loại nói chung rất cứng, nhiệt độ nóng chảy cao và có đặc tính ma sát tốt

Hệ số ma sát khi chúng trượt lên nhau là thấp vào khoảng 0,2.Nó bằng khoảng 1/3 giá trị hệ

số ma sát khi thép trượt trên thép.Rất nhiều loại cacbít đã được dùng làm vật liệu lớp phủ Nói chung chúng có hệ số ma sát thấp khi tiếp xúc thường vào khoảng 0,15 đến 0,4 và có khả năng chống mòn tốt Sau lớp phủ TiN là lớp phủ TiC, là lớp phủ được nghiên cứu rộng rãi nhất.Còn rất nhiều lớp phủ đáng chú ý khác như WC, cacbít Crôm (CrC).Nói chung các cácbít đều có khả năng chống mòn rất tốt vì chúng có độ cứng cao ngoài ra chúng còn có khả năng chống trượt, chống lăn rất tốt,do vậy chúng được sử dụng rộng rãi làm vật liệu phủ chống mòn,đặc biệt trên bề mặt vật liệu dụng cụ cắt

3) Lớp phủ ôxýt

Lớp phủ ôxýt có thể tạo bởi một số kỹ thuật và có thể cải thiện được tính chống mòn

và ma sát Một trong những lớp phủ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đó là lớp phủ cứng mỏng dùng Al2O3 Lớp phủ có chiều dày vài àm có khả năng giảm ma sát giữa mặt trước và phoi, chống lại lực và nhiệt độ cao và cải thiện tuổi bền cho dụng cụ cắt Hiện nay, lớp phủ ôxýt, đặc biệt là lớp phủ Al2O3 tiếp tục được nghiên cứu và hoàn thiện để nâng cao khả năng sử dụng

4) Lớp phủ borit

Borít nói chung là loại vật liệu rất cứng, nó dùng chủ yếu trong ứng dụng ma sát học

ở việc chống mài mòn tốt Hệ số ma sát trong tiếp xúc nói chung khá cao.Người ta quan tâm tới lớp phủ borít Titan (TiB2) vì nó có độ mòn rất thấp trong tiếp xúc trượt và lớp phủ Borít thép (FeB), (FeB) có thể sử dụng như một loại vật liệu hãm, bởi vì đặc tính ma sát học đặc biệt của nó là mòn rất thấp

5) Lớp phủ kim cương và giống như kim cương

Được đặc biệt quan tâm vào những năm 1980 Việc phủ một lớp màng mỏng kim

cương đã có từ những năm 1950 nhưng những nghiên cứu thực sự bùng nổ vào những năm

1980, khi tốc độ lắng đọng tạo ra ở cấp 1àm/h Trong ứng dụng ma sát học, khả năng chống trượt tốt của lớp phủ kim cương được áp dụng khi gia công kim loại màu Khi hai bề mặt kim cương nhẵn trượt lên nhau, hệ số ma sát thường rất thấp,khoảng 0,05ữ0,15 và tốc độ mòn rất thấp Trong nhiệt độ cao, trong không khí hệ số ma sát thực chất thấp hơn trong chân không Sự giảm đó rất quan trọng vì nói chung quá trình ôxy hoá kết hợp với nhiệt độ cao và trượt gây ra bởi sự chuyển pha của kim cương thành graphic Khi đó hệ số ma sát khi

tiếp xúc giảm nhưng độ cứng lớp phủ cũng giảm xuống

6) Lớp phủ nhiều hợp chất

Lớp phủ nhiều hợp chất được thực hiện bởi các phương pháp phủ bay hơi CVD, PVD

trong lớp phủ đó có sự pha trộn của một vài hợp chất vật liệu, sự tập trung điện tử thay đổi và bởi vậy dẫn đến kết quả làm thay đổi tính chất cơ học và tính chất lý học của lớp phủ Lớp phủ nhiều hợp chất rất cứng, với khả năng chống mài mòn và được phát triển bởi Kontek cùng các tác giả khác-1990 Có rất nhiều lớp phủ nhiều hợp chất như Ti-B-C với chiều dày của lớp phủ khoảng 6ữ25àm trên nền cácbít cêmentít và thép gió, nó cải thiện điều kiện chống mòn rất tốt, ngoài ra còn một số lớp phủ nhiều hợp chất khác như TiAlN và (Ti,Al,)C, phủ trên nền các bít của mảnh dao tiện, chúng có độ dính bám với nền tốt, ổn định nhiệt cao

và nâng cao tuổi bền của dụng cụ Nhưng do cấu tạo của lớp phủ gồm nhiều hợp chất, do đó tính chất của lớp phủ thay đổi nhiều theo bề dày lớp phủ từ bề mặt tới nền Đó cũng là nhược

điểm cần khắc phục của lớp phủ nhiều hợp chất

7) Lớp phủ nhiều lớp

Có ba nguyên nhân chính tạo ra sự có lợi khi dùng lớp phủ nhiều lớp

1 Nhiều lớp ngăn cách, điều đó làm tăng và cải thiện độ dính bám của lớp phủ và nền và chắc chắn tạo ra sự chuyển tiếp tốt hơn tính chất của lớp phủ đến lớp nền ở ranh giới giữa lớp phủ và nền

2 Lớp phủ lặp lại với số lớn với tính chất cơ học riêng biệt ở trên mỗi lớp khác nhau như sự tập trung ứng suất trong các vùng bề mặt do vậy điều kiện để lan truyền rạn nứt có thể thay đổi

3 Sự đa dạng tính chất của nhiều lớp phủ: Các tính chất cuả bề mặt có thể được cải thiện bởi

sự lắng đọng các lớp của lớp phủ.Kết quả là trên bề mặt,có nhiều lớp có những khả

năng tốt như chống xói mòn, chống mòn,sự cách nhiệt,tính dẫn nhiệt sự cản trở lan truyền biến dạng,độ dính bám với nền Người ta đã thực hiện phủ các lớp phủ nhiều lớp như TiC/TiB2,TiN/TC, trên nền vật liệu dụng cụ cắt và chúng đã tạo ra sự phối hợp giữa các lớp vật liệu khác nhau Đem lại nhiều kết quả khả quan trong đó khả năng chống mòn và tăng tuổi bền dụng cụ là đáng kể Tuy nhiên tính chất của lớp phủ nhiều lớp tại mỗi lớp có sự khác nhau,đặc biệt là tính chất dãn nở vì nhiệt của mỗi lớp trong lớp phủ vì nó có thể làm tăng ứng suất tại tiếp giáp giữa các lớp khi có tác động của nhiệt Do vậy người ta cần phải quan tâm đến sự phối hợp vật liệu giữa các lớp trong lớp phủ nhiều lớp Cấu trúc lớp phủ nhiều lớp có thể theo dõi (hình 2.7) Một ứng dụng rất quan trọng của việc phủ nhiều lớp là tạo bột và sợi (Whiskers) vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao Đây là tiềm năng đặc biệt quan trọng trong sự phát triển của composite Sự bổ xung các sợi có kích thước rất nhỏ (àm) vào ceramics làm nâng cao đáng kể độ dai va đập của composite này Các sợi này có thể tạo ra nhờ phủ CVD ví dụ như SiN4, TiC Các hợp chất phủ CVD ở dạng sợi như Al2O3 , TiN, TiC việc thiết kế lớp phủ nhiều lớp tối ưu cho phép nâng cao cơ tính và tính năng cắt của lớp phủ rất nhiều

Hình 2.2 Cấu trúc vật liệu có phủ bề mặt

Phần IIi

Dao tiện trên máy CNC

Tiện là phương pháp gia công đã xuất hiện từ rất lâu Hiện nay gia công bằng tiện vẫn chiếm một tỉ lệ lớn trong các nhà máy cơ khí ( khoảng 50 đến 60% tổng số máy cắt)

Dao tiện cũng rất đa dạng được phân loại theo nhiều cách:

Theo công dụng người ta có thể chia thành:

- Dao tiện trong

- Dao tiện ngoài

- Dao tiện ren

- Dao tiện định hình…

Theo hình dáng của đầu dao có thể chia thành:

- Dao đầu thẳng

- Dao đầu cong…

Với các dao tiện CNC hiện nay, thường sử dụng dao tiện gắn mảnh dao, khi đó dao tiện có thể phân loại theo phương pháp kẹp mảnh dao

- Theo phương pháp kẹp cơ khí

- Theo phương pháp hàn

Tuy có rất nhiều phương pháp phân loại, nhưng phân loại theo công dụng cua rdao tiện vẫn chiếm ưu thế Sau đây la một số kiểu dao tiện đã được phân loại theo công dụng: 3.1 dao tiện ngoài trên máy CNC

Loại dao tiện này dùng để gia công phá, gia công tinh mặt ngoài, để xén mặt đầu Hình 2.1.1 Giới thiệu một số loại dao tiện ngoài gắn mảnh hợp kim cứng của hãng Sandvik

Từ hình 2.1.1 thấy tất cả các dao tiện ngoài tên máy CNC đều là dao gắn mảnh dao đầu dao

và mảnh dao được chế tạo rời nhau, được gắn với nhau theo phương pháp kẹp cơ khí hoặc theo phương pháp hàn Với những ưu điển lớn của phương pháp kẹp cơ khí như dế dàng thay

đổi mảnh dao khi bị mòn, hỏng, không gây biến dạng mảnh dao do nhiệt độ, không ảnh hưởng tới chất lượng của lớp phủ… Vì vậy phần lớn dao tiện ngoài trên máy CNC thường

được gắn mảnh hợp kim cứngbằng phương pháp kẹp cơ khí Để có thể hiểu kĩ hơn, ta đi vào nghiên cứu kết cấu của một số loại mảnh dao, thân dao tiện ngoài như sau:

3.1.1 kết cấu mảnh dao tiện ngoài

3.1.1.1.kí hiệu

- Mảnh dao của dao tiện trên máy CNC đều được chế tạo theo tiêu chuẩn và có một kí mã hiệu riêng Việc kí mã hiệu các mảnh dao theo tiêu chuẩn sẽ mang lại rất nhiều ưu điểm như:

+)Dễ dàng chon được mảnh dao phù hợp với đầu dao chế tạo theo tiêu chuẩn

+)Dễ dàng chọn được mảnh dao phù hợp với điều kiện gia công, vật liệu cần gia công

+) Dễ dàng thay thế khi mảnh dao bị vỡ, bị mòn, hỏng trong quá trình gia công, giảm

đến tối đa thời gian cơ bản của máy

+) Đảm bảo cho việc khai báo các thông số của dao khi lập trình tên máy CNC được thuận lợi và nhanh chóng…

Hình 3.1: Dao tiện ngoài có gắn mảnh hợp kim cứng của Sandvik

- Mảnh dao có thể được kí hiệu theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau:

+) Kí hiệu theo tiêu chuẩn của từng hãng sản xuất ( ví dụ theo tiêu chuẩn của hãng Misubishi, Sanvik, Sumitomo…)

+) Kí hiệu mảnh theo tiêu chuẩn DIN

+) Kí hiệu mảnh theo tiêu chuẩn ISO…

Tuy vậy với su thế toàn cầu hóa, tất cả các hãng sản xuất mảnh dao lớn đều kí hiệu sản phẩm của mình theo một tiêu chuẩn chung, trong đó tiêu chuẩn ISO là tiêu chuẩn chung

được nhiều hãng sản xuất mảnh dao trên thế giới sử dụng nhất Trong khuôn khổ của đề tài chỉ nghiên cứu về kí hiệu của mảnh dao theo tiêu chuẩn ISO của hãng SANDVIK

Kí hiệu của mỗi mảnh dao là tập hợp của 8 đến 10 chữ cái và chữ số Mỗi chữ cái, chữ số mang một nôi dung riêng thể hiện về hình dáng, kết cấu, kích thước và dung sai… của mảnh

t n M g 11 03 04 t r -15

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Vị trí 1: chữ cái thể hiện hình dáng tổng quát của mảnh(insert shape), đó là chứ cái

đầu tiên trong từ Tiếng Anh chỉ hính dáng của mảnh: Ví dụ: Mảnh hình vuông (S-square), mảnh hình tròn (R-round), mảnh tam giác đều (T-triangle), mảnh hình thoi có góc nhọn ở

đỉnh =55o(D), 75o(E), 80o(C)

Vị trí 2: Chữ cái chỉ rõ góc sau ở tiết diện chính có giá trị là bao nhiêu Mỗi chữ cái khác nhau ở vị trí thứ 2 cho ta một giá trị của góc sau tại thiết diện chính Ví dụ : N⇔0o,C⇔7o,P⇔11o Riêng chữ O (other) chỉ mảnh có góc sau phi tiêu chuẩn, được chế tạo theo đơn đặt hàng

Vị trí 3: một chữ cái chỉ các cấp dung sai của các kích thước của mảnh Mỗi cấp dung khác nhau được kí hiệu ứng với một chữ cái Khi muốn biết dung sai 1 kích thước nào

đó của mảnh cần căn cứ vào chữ cái kí hiệu và tra theo bảng đối chiếu có sẵn

Hinh 3.2 -Sơ đồ lựa chọn mảnh hợp kim cứng theo ký hiệu tiêu chuẩn ISO

Vị trí 4: một chữ cái thể hiện kết cấu bẻ phoi của mảnh và mặt cắt của mảnh (cho ta biết mảnh có lỗ gá kẹp hay không), mảnh thiết kế để sử dụng 1 mặt hay có thể sử dụng trên

cả 2 mặt (single side or double side) Có 6 kiểu kết cấu thông thường và 1 kiểu có kết cấu

đặc biệt (X: kí hiệu này chỉ mảnh có thiết kế đặc biệt và các cạnh không bằng nhau)

Vị trí 5: một chữ số chỉ kích thước của mảnh (mm) Mảnh tròn ghi theo kích thước

đường kính, mảnh đa giác ghi kích thước cạnh cắt, riêng mảnh có cấu tạo các cạnh không

đều thì ghi chiều dài đoạn lưỡi cắt trên cạnh cắt (thường chiều dài đoạn lưỡi cắt này chỉ chiếm 1 phần cạnh cắt của mảnh)

Vị trí 6: ghi kích thước chiều dày của mảnh, kích thước này được tính từ mũi dao

đến mặt đáy của mảnh Vị trí 6 gồm 2 chữ số từ 01-09 mỗi chữ số ứng với một chiều dày.Ví

N (Neutral) dao cắt trên 2 lưỡi đồng thời, thường áp dung với mảnh tiện ren, tiện cắt đứt)

Vị trí 10: số hiệu chỉnh sửa của nhà sản xuất Số hiệu này thường đặt sau dấu gạch ngang

3.1.1.2 phân loại mảnh dao

Ta có thể phân loại Mảnh hợp kim cứng phân loại theo rất nhiều cách:

- Phân loại theo hình dáng của mảnh ( Mảnh tròn, mảnh vuông, mảnh chứ nhật…)

- Theo vật liệu chế tạo mảnh dao

- Theo vật liệu gia công

- Theo phương pháp kẹp mảnh ( kẹp bằng vít kẹp, bằng đòn bẩy…)…

Tuy vậy theo Sanvik mảnh thường được phân loại theo phương pháp kẹp mảnh và phân loại theo vật liệu cần gia công khi đó mỗi mảnh đã được phân loại có một kết cấu riêng

Khi phân loại mảnh dao theo phương pháp kẹp cơ khí, có thể chia thành:

- Mảnh T-MAX P ( loại mảnh dao này được kẹp lên đầu dao tiện theo phương pháp

đòn bảy )

- Mảnh T-MAX U ( Loại mảnh dao này được kẹp lên đầu dao theo phương pháp sử

dụng vít kẹp)

- Mảnh T-MAX S ( Loại mảnh dao này được kẹp lên đầu dao theo phương pháp sử

dụng mỏ kẹp kẹp trực tiếp lên mảnh dao)

- Mảnh T-MAX ( Loại mảnh này được kẹp lên đầu dao theo phương pháp sử dụng lực

của mỏ kẹp, kẹp dán tiếp lên mảnh dao thông qua một miếng đệm )

3.1.1.3 kết cấu của mảnh dao tiện ngoài

Theo Sandvik, từ việc phân loại mảnh dao tiện ngoài theo phương pháp kẹp mảnh dao người ta chế tạo ra các loại mảnh dao có kết cấu phù hợp dựa vào việc phân loại này