luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi phay cao tốc thép skd61 đã nhiệt luyện

Có rất nhiều ph°¢ng pháp khác nhau trong quá trình gia công các vÃt liệu có ß căng cao nh°: Phay, tiện, chuát, khoét, doa, … Mßt trong những ph°¢ng pháp có tÿ lệ sử dÿng lán và có khÁ nă

LâI CÀM ¡N

Tôi xin gửi lãi cÁm ¢n chân thành và biết ¢n sâu sắc tái tÃp thể h°áng dÁn khoa hác PGS.TS Ph¿m Văn Báng và PGS.TS Hoàng Tiến Dũng ã luôn theo sát và tÃn tình h°áng dÁn tôi trong suát quá trình nghiên cău và hoàn thiện luÃn án

Tôi xin trân tráng cÁm ¢n ĐÁng āy, Ban Giám hiệu, Phòng Đào t¿o, Khoa C¢ khí, Trung tâm ào t¿o sau ¿i hác - Tr°ãng Đ¿i hác Công nghiệp Hà Nßi ã t¿o mái iều kiện giúp ỡ tôi trong suát quá trình hác tÃp, nghiên cău và hoàn thành LuÃn án

Xin cám ¢n tÃp thể các nhà khoa hác trong lĩnh vực C¢ khí chế t¿o máy t¿i tr°ãng Đ¿i hác Công nghiệp Hà Nßi, tr°ãng Đ¿i hác Bách khoa Hà Nßi, tr°ãng Đ¿i hác s° ph¿m kā thuÃt H°ng yên, tr°ãng Đ¿i hác kā thuÃt Công nghiệp Thái nguyên, tr°ãng Đ¿i hác Giao thông vÃn tÁi, Hác viện kā thuÃt Quân sự ã giúp ỡ và có nhiều ý kiến óng góp cho tôi hoàn thành luÃn án này

Tôi cũng xin °ợc gửi lãi cÁm ¢n ến Viện khoa hác vÃt liệu, Viện vũ khí, Công ty TNHH KEYENCE Việt Nam, Công ty TNHH HITACHI Việt Nam ã hỗ trợ tôi trong quá trình thực nghiệm

Cuái cùng xin °ợc gửi lãi cÁm ¢n ến gia ình, bá, mẹ, vợ, con, anh, chß, em là ngußn ßng viên và truyền nhiệt huyết ể tôi hoàn thành luÃn án

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023

NGHIÊN CĄU SINH

Lê Th¿ H°ng

LâI CAM ĐOAN

Tôi xin cam oan nßi dung luÃn án là công trình nghiên cău cāa riêng tôi d°ái sự h°áng dÁn cāa PGS.TS Ph¿m Văn Báng và PGS.TS Hoàng Tiến Dũng Kết quÁ nêu trong luÃn án là trung thực và ch°a từng °ợc công bá trong bất kỳ công trình nghiên cău nào khác

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023

LÊ TH¾ H¯NG

MĀC LĀC

LâI CÀM ¡N IIILâI CAM ĐOAN IVDANH MĀC CÁC KÝ HIàU VÀ CHĀ VI¾T TÀT VIIIDANH MĀC CÁC HÌNH XDANH MĀC CÁC BÀNG BIÂU XIV

Mä ĐÄU 1

1 Lý do chán đÁ tài 1

2 Māc tiêu nghiên cąu 2

3 Đßi t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu 3

4 Nßi dung nghiên cąu 4

6 Ý ngh*a khoa hác và thăc tißn căa đÁ tài 5

6.1 Ý ngh*a khoa hác 5

6.2 Ý ngh*a thăc tißn 5

7 Nhāng đóng góp mái căa đÁ tài 6

8 CÃu trúc căa lu¿n án 6

CH¯¡NG 1 TÞNG QUAN VÀ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG V¾T LIàU CÓ ĐÞ CĄNG CAO 7

1.1 Tßng quan vÁ v¿t liáu có đß cąng cao 7

1.1.1 Khái niám và phân lo¿i vÁ v¿t liáu có đß cąng cao 7

1.1.2 Đ¿c điÃm căa v¿t liáu có đß cąng cao 8

1.1.3 Ąng dāng căa các lo¿i v¿t liáu có đß cąng cao 10

1.2 Tßng quan vÁ quá trình gia công v¿t liáu có đß cąng cao 11

1.2.1 Đ¿c điÃm quá trình gia công v¿t liáu có đß cąng cao 11

1.2.2 Mßt sß ph°¢ng pháp gia công v¿t liáu có đß cąng cao 12

1.2.3 Dāng cā gia công v¿t liáu có đß cąng cao 16

1.3 Tình hình nghiên cąu vÁ gia công v¿t liáu có đß cąng cao 23

1.3.1 Tình hình nghiên cąu trong n°ác 23

1.3.2 Tình hình nghiên cąu ngoài n°ác 24

CH¯¡NG 2 C¡ Sä LÝ THUY¾T QUÁ TRÌNH PHAY CAO TÞC V¾T LIàU CÓ ĐÞ CĄNG CAO 26

2.1 Khái quát vÁ quá trình phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao 26

2.1.1 Khái quát vÁ quá trình gia công và phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao 26

2.1.2 Quá trình t¿o phoi khi phay cao tßc 28

2.2 Ph°¢ng pháp phay và yêu cÅu căa dāng cā cÁt khi phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao 32

2.2.1 Các ph°¢ng pháp phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao 32

2.2.2 Yêu cÅu căa dāng cā cÁt khi phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao 33

2.3 Đ¿c điÃm và ąng dāng căa phay cao tßc 34

2.3.1 Mßt sß đ¿c điÃm khác căa phay cao tßc so vái phay thông th°ãng 34

2.3.2 Ąng dāng căa ph°¢ng pháp phay cao tßc 34

2.4 Thông sß đ¿c tr°ng cho hiáu quÁ và chÃt l°ÿng trong quá trình phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao 35

2.4.1 Đß nhám bÁ m¿t gia công trong quá trình phay công tßc 35

2.4.2 Nghiên cąu vÁ lăc cÁt và nng l°ÿng bóc tách v¿t liáu trong quá trình phay cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao 39

2.4.3 Nghiên cąu vÁ rung đßng trong quá trình gia công 46

2.4.4 Nghiên cąu vÁ mòn dāng cā cÁt trong quá trình gia công 49

2.5 Nghiên cąu vÁ gia công cao tßc v¿t liáu có đß cąng cao 55

2.5.1 Nghiên cąu căa các tác giÁ trong n°ác 55

2.5.2 Nghiên cąu căa các tác giÁ n°ác ngoài 57

CH¯¡NG 3 THI¾T L¾P THĂC NGHIàM THÉP SKD61 BäI QUY TRÌNH PHAY CAO TÞC 60

3.1 Māc tiêu và nßi dung căa nghiên cąu thăc nghiám 60

3.2.1 Thi¿t l¿p há thßng thăc nghiám 60

3.2.2 Thi¿t l¿p ma tr¿n thăc nghiám và ch¿ đß cÁt 64

3.2.3 Ph°¢ng pháp xÿ lý dā liáu thăc nghiám 67

3.3 K¿t quÁ và phân tích dā liáu thăc nghiám 69

3.3.1 K¿t quÁ phân tích Ánh h°ång căa mßt sß thông sß công nghá đ¿n chÃt l°ÿng bÁ m¿t khi phay cao tßc thép SKD61 đã nhiát luyán 69

3.3.3 K¿t quÁ phân tích Ánh h°ång căa mßt sß thông sß công nghá đ¿n rung

đßng khi phay cao tßc thép SKD61 đã nhiát luyán 80

3.3.4 K¿t quÁ phân tích Ánh h°ång căa mßt sß thông sß công nghá đ¿n mòn dāng cā khi phay cao tßc thép SKD61 đã nhiát luyán 85

CH¯¡NG 4 TÞI ¯U HÓA ĐA MĀC TIÊU VÀ DĂ ĐOÁN MÒN DĀNG CĀ KHI PHAY CAO TÞC THÉP SKD61 Đà NHIàT LUYàN 92

4.1 Xác đßnh māc tiêu trong gia công cao tßc 92

4.3 Xây dāng thu¿t toán FGRA-PSO cho tßi °u đa māc tiêu khi phay cao tßc 95

4.4 Xác đßnh các điÁu kián ràng bußc khi phay cao tßc 98

4.5 Ph°¢ng pháp giÁi bài toán tßi °u đa māc tiêu khi phay cao tßc thép cąng 100

4.6 K¿t quÁ tßi °u đa māc tiêu 103

4.7 Phân tích tín hiáu sóng con và chỉ sß Gini trong dă đoán mòn dāng cā 110

4.7.1 Phân tích tín hiáu lăc cÁt, rung đßng và âm thanh 110

4.7.2 L°ÿng mòn dāng cā theo tỉ lá chỉ sß Gini phân tích sóng con các thành phÅn tín hiáu 117

4.7.3 Mô hình dă đoán l°ÿng mòn dāng cā và đß chính xác dă đoán 121

K¾T LU¾N CHUNG 127

H¯àNG PHÁT TRIÂN CĂA ĐÀ TÀI 130

DANH MĀC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÞ 131

TÀI LIàU THAM KHÀO 132

PHĀ LĀC 1 138

PHĀ LĀC 2 140

DANH MĀC CÁC KÝ HIàU VÀ CHĀ VI¾T TÀT

2 Rz Chiều cao nhấp nhô trung bình cāa bề mặt µm 3 PCBN Polycrystalline Carbon Boron Nitride

4 CBN Carbon Boron Nitride

22 CNC Máy iều khiển sá vái sự hỗ trợ cāa máy tính 23 QTGC Quá trình gia công

24 DAQ Hệ tháng thu thÃp dữ liệu 25 DSS Hệ tháng hỗ trợ ra quyết ßnh 26 S/N Tÿ sá tín t¿p

27 ANOVA Phân tích ph°¢ng sai 28 GRA Phân tích quan hệ xám

29 FGRA Phân tích mái quan hệ mã xám

30 MOP Tái °u hóa a mÿc tiêu 31 PSO Tái °u hóa bầy àn

32 FGRA-PSO Phân tích mái quan hệ mã xám - Tái °u hóa bầy àn 33 GRG Măc quan hệ xám mã

34 GCC Gia công căng

35 FFT Biến ái Fourier nhanh 36 GI Chỉ sá Gini

37 GCCT Gia công cao tác

DANH MĀC CÁC HÌNH

3 Hình 1.3 Tính kinh tế kā thuÃt trong tiện căng 12

5 Hình 1.5 So sánh về năng l°ợng và l°ợng bóc tách vÃt liệu khi tiện

6 Hình 1.6 So sánh về chất l°ợng bề mặt khi tiện căng và mài 14 7 Hình 1.7 Tuái bền dÿng cÿ khi khoan phÿ thußc vào thông sá chế ß cắt 14 8 Hình 1.8 Rút ngắn các b°ác công nghệ khi khoan căng 15

10 Hình 1.10 Mòn mặt sau dÿng cÿ cắt khi phay vÃt liệu căng 16 11 Hình 1.11 Đß bền uán theo ß căng cāa vÃt liệu dÿng cÿ thép tác ß cao 17

13 Hình 1.13 Mßt sá lo¿i mÁnh cắt vÃt liệu gám 20 14 Hình 1.14 Mßt sá lo¿i vÃt liệu tinh thể Carbon Boron Nitride 20 15 Hình 1.15 Các ặc tr°ng và thông sá ầu vào cāa quá trình gia công 22 16 Hình 2.1 Nhiệt ß khi phay cao tác theo dự oán cāa Salomon 26 17 Hình 2.2 Vùng tác ß cắt cho các d¿ng gia công 28

19 Hình 2.4 Mô hình lý thuyết và kết quÁ thực nghiệm quá trình hình

20 Hình 2.5 Phoi sinh ra từ những vÃn tác cắt khác nhau 30 21 Hình 2.6 Hình thái cāa phoi trong vùng gia công thông th°ãng và

22 Hình 2.7 Mặt cắt cāa quá trình hình thành phoi trong gia công 31 23 Hình 2.8 Các ph°¢ng pháp phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao 32 24 Hình 2.9 Mßt sá sÁn ph¿m cāa gia công cao tác 35 25 Hình 2.10 S¢ ß xác ßnh ß nhấp nhô tế vi cāa bề mặt chi tiết máy 36 26 Hình 2.11 Mô hình lực cắt hình hác cāa quá trình cắt ¢n giÁn 40 27 Hình 2.12 Mô hình lực cắt hình hác cāa quá trình cắt xiên 40 28 Hình 2.13 Mô hình quá trình phay mặt phẳng vái góc xoắn bằng không 42

29 Hình 2.14 Mái quan hệ giữa chiều dày phoi và góc cāa dao 42 30 Hình 2.15 Chiều sâu cắt trong tr°ãng hợp phay vái góc xoắn bằng không 42 31 Hình 2.16 Mô hình quá trình phay vái góc xoắn cāa răng cắt 43 32 Hình 2.17 Mô hình ßng lực hác quá trình cắt ¢n giÁn 46 33 Hình 2.18 Mô hình ßng lực hác quá trình phay 47 34 Hình 2.19 S¢ ß khái cāa quy trình dự oán tích hợp cāa lực cắt ßng 48 35 Hình 2.20 Mòn cāa dao phay ngón, từ ISO 8688 49

37 Hình 2.22 Săt mẻ dao khi gia công thép có ß căng 55 HRC 51 38 Hình 2.23 Đß mòn mặt sau liên quan ến thãi gian và tác ß cắt khác

45 Hình 3.4 Thông sá cāa mÁnh cắt TH308 ZCFG200SW-R1.0 62 46 Hình 3.5 Máy o nhám Mitutoyo SURFTEST SJ-210 62 47 Hình 3.6 Thiết bß o lực cắt Kistler Type 9139AA 63 48 Hình 3.7 Đo rung ßng, âm thanh Bruel&Kjaer Đan M¿ch 63 49 Hình 3.8 Kính hiển vi kā thuÃt sá Keyence VHX-7000 64 50 Hình 3.9 Thiết bß thí nghiệm dự oán mòn dÿng cÿ theo ph°¢ng

51 Hình 3.10

Quy trình phân tích và thực nghiệm trong xác ßnh l°ợng mòn dÿng cÿ cắt khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt

54 Hình 3.13 Kết quÁ phân tích ANOVA chất l°ợng bề mặt khi phay °át 71 55 Hình 3.14 Phân tích phay khô theo ANOVA nhám bề mặt 72

56 Hình 3.15 Kết quÁ phân tích FGRA khi phay khô và °át tái nhám bề

57 Hình 3.16 Biểu ß so sánh lực cắt khi phay °át và phay khô 76 58 Hình 3.17 Kết quÁ phân tích ANOVA lực cắt khi phay °át 76 59 Hình 3.18 Kết quÁ phân tích ANOVA lực cắt khi phay khô 77 60 Hình 3.19 Kết quÁ phân tích mái quan hệ xám mã tái lực cắt 79 61 Hình 3.20 Biểu ß so sánh biên ß rung ßng khi phay °át và phay khô 82 62 Hình 3.21 Kết quÁ ANOVA biên ß rung ßng khi phay °át 82 63 Hình 3.22 Kết quÁ ANOVA biên ß rung ßng khi phay khô 82 64 Hình 3.23 Phân tích mái quan hệ xám mã tái rung ßng 84 65 Hình 3.24 Biểu ß so sánh mòn mặt sau khi phay °át và phay khô 86 66 Hình 3.25 Biểu ß so sánh mòn mặt tr°ác khi phay °át và phay khô 86 67 Hình 3.26 Kết quÁ phân tích ANOVA mòn khi phay °át 87 68 Hình 3.27 Kết quÁ phân tích ANOVA mòn khi phay khô 87 69 Hình 3.28 Kết quÁ phân tích mái quan hệ xám mã tái mòn dÿng cÿ

70 Hình 3.29 Kết quÁ phân tích mái quan hệ xám mã tái mòn dÿng cÿ

71 Hình 4.1 Mặt tr°ác Pareto và iểm tái °u Pareto cho bài toán tái °u

73 Hình 4.3 Tín hiệu lực cắt theo miền thãi gian ăng vái các thực

76 Hình 4.6 Phân tích sóng con các tín hiệu rung ßng theo các iều

77 Hình 4.7 Tín hiệu âm thanh theo miền thãi gian ăng vái các thực nghiệm

78 Hình 4.8 Phân tích sóng con các tín hiệu rung ßng theo các iều

79 Hình 4.9 Phân tích d¿ng sóng tín hiệu lực cắt theo thãi gian khi lác

nhiễu theo các iều kiện cắt khác nhau 114

80 Hình 4.10 Phân tích d¿ng sóng tín hiệu rung ßng theo thãi gian khi lác nhiễu theo các iều kiện cắt khác nhau 114 81 Hình 4.11 Phân tích d¿ng sóng tín hiệu âm thanh theo thãi gian khi lác nhiễu theo các iều kiện cắt khác nhau 115

83 Hình 4.13 Miền tần sá cāa tín hiệu rung ßng 116 84 Hình 4.14 Miền tần sá cāa tín hiệu âm thanh 116 85 Hình 4.15 L°ợng mòn và chỉ sá Gini lực cắt theo các iều kiện gia

86 Hình 4.16 L°ợng mòn và tỉ lệ tín hiệu Gini rung ßng theo các iều

87 Hình 4.17 L°ợng mòn và tỉ lệ tín hiệu Gini âm thanh theo các iều

88 Hình 4.18 L°ợng mòn và tỉ lệ tín hiệu Gini lực cắt và rung ßng theo

89 Hình 4.19 L°ợng mòn và chỉ sá tín hiệu Gini lực cắt và rung ßng

theo các iều kiện gia công khác nhau 121 90 Hình 4.20 Dự oán mòn dÿng cÿ theo chỉ sá tín hiệu Gini lực cắt và

rung ßng theo các iều kiện gia công khác nhau 122 91 Hình 4.21 Sai sá dự oán mòn dÿng cÿ theo chỉ sá tín hiệu Gini lực

cắt và rung ßng theo các iều kiện gia công khác nhau 122 92 Hình 4.22 Dự oán mòn dÿng cÿ theo chỉ sá tín hiệu Gini lực cắt và

âm thanh theo các iều kiện gia công khác nhau 123 93 Hình 4.23 Sai sá dự oán mòn dÿng cÿ theo chỉ sá tín hiệu Gini lực

cắt và âm thanh theo các iều kiện gia công khác nhau 123

DANH MĀC CÁC BÀNG BIÂU

1 BÁng 1.1 Mßt sá lo¿i vât liệu hợp kim căng 18 2 BÁng 1.2 Mßt sá lo¿i vÃt liệu kim c°¢ng a tinh thể 21 3 BÁng 2.1 So sánh vÃn tác cắt sử dÿng trong gia công thông

4 BÁng 3.1 Thí nghiệm gia công thép SKD61 ã nhiệt luyện 64 5 BÁng 3.2 Thiết kế thực nghiệm theo ph°¢ng pháp Taguchi L9 65 6 BÁng 3.3 Nhám bề mặt thực nghiệm theo ph°¢ng pháp Taguchi L9 70

9 BÁng 3.6 Kết quÁ biên ß rung ßng theo các iều kiện công nghệ khác nhau khi phay °át 80 10 BÁng 3.7 Kết quÁ biên ß rung ßng theo các iều kiện công nghệ khác nhau khi phay khô 81

11 BÁng 3.8 Kết quÁ o mòn khi phay °át và phay khô 85 12 BÁng 4.1 Kết quÁ thực nghiệm lực cắt, rung ßng, mòn dÿng cÿ và chất l°ợng bề mặt khi phay khô 103 13 BÁng 4.2 Kết quÁ thực nghiệm lực cắt, rung ßng, mòn dÿng cÿ và chất l°ợng bề mặt khi phay °át 104 14 BÁng 4.3 Các giá trßng, mòn và ß nhám bề mặt khi phay khô ß chu¿n hóa và ß lệch cho lực gia công, rung 105 15 BÁng 4.4 Các giá trß chu¿n hóa và ß lệch cho lực gia công, rung ßng, mòn và ß nhám bề mặt khi phay °át 105 16 BÁng 4.5 Hệ sá quan hệ xám mã, cấp quan hệ xám mã cāa Lực, rung ßng, mòn và nhám bề mặt khi phay khô 106 17 BÁng 4.6 Hệ sá quan hệ xám mã, cấp quan hệ xám mã cāa lực, rung ßng, mòn và nhám bề mặt khi phay °át 106 18 BÁng 4.7 BÁng phÁn hßi cho các cấp ß cāa cấp quan hệ xám khi phay khô 107 19 BÁng 4.8 BÁng phÁn hßi cho các cấp ß cāa cấp quan hệ xám khi phay °át 107

20 BÁng 4.9 Kết quÁ thực nghiệm các tham sá cắt °ợc °u tiên và tái °u hóa khi phay khô 108 21 BÁng 4.10 Kết quÁ thực nghiệm các tham sá cắt °ợc °u tiên và tái °u hóa khi phay °át 109 22 BÁng 4.11 Kết quÁ cāa tái °u hóa a mÿc tiêu 109

Mä ĐÄU

1 Lý do chán đÁ tài

Trong ngành chế t¿o máy có rất nhiều chi tiết òi hßi có ß căng cao Thông th°ãng ể thuÃn lợi cho quá trình gia công cắt gát, th°ãng chán vÃt liệu có ß căng thấp, sau khi gia công, tùy theo yêu cầu mà chán ph°¢ng pháp nhiệt luyện hợp lý ể tăng ß căng, áp ăng yêu cầu làm việc cāa chi tiết Tuy nhiên sau nhiệt luyện có mßt sá hiện t°ợng th°ãng xÁy ra nh° hiện t°ợng năt và cong vênh, Ánh h°ång rất lán ến ß bền và tuái thá cāa chi tiết Nhằm h¿n chế bát những Ánh h°ång ó trong thực tế có mßt sá giÁi pháp trong ó có giÁi pháp sử dÿng phôi có ß căng cao theo yêu cầu tr°ác khi gia công cắt gát Đáp ăng vấn ề này là sự ra ãi cāa mßt lo¿t các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao Các lo¿i vÃt liệu này có chung mßt ặc iểm công nghệ là:

- Đß bền c¢ hác cāa vÃt liệu căng °ợc duy trì trong quá trình gia công (QTGC) nhã tính chất bền nhiệt

- Hiện t°ợng biến căng xÁy ra rất nhanh trong QTGC, iều này làm mài mòn dÿng cÿ nhanh

- PhÁn ăng hóa hác giữa vÃt liệu dÿng cÿ cắt và vÃt liệu phôi xÁy ra å nhiệt ß cắt cao, gây ra sự mòn khuếch tán trên dÿng cÿ

- Phoi căng °ợc t¿o thành liên tÿc và cá sát vái bề mặt chi tiết ã gia công làm cho ß nhẵn bóng bề mặt thấp

- Nhiệt sinh ra trong QTGC vÃt liệu căng °ợc thoát qua phoi nhß nên nhiệt ß vùng cắt cao, nhiệt ß t¿i mũi dao lán, ây là nguyên nhân dÁn ến dao bß mài mòn nhanh

Có rất nhiều ph°¢ng pháp khác nhau trong quá trình gia công các vÃt liệu có ß căng cao nh°: Phay, tiện, chuát, khoét, doa, … Mßt trong những ph°¢ng pháp có tÿ lệ sử dÿng lán và có khÁ năng ăng dÿng tát ó là ph°¢ng pháp gia công phay, ặc biệt là phay trên các máy, trung tâm gia công CNC Các máy này có ß căng vững cao nên sẽ cho năng suất và chất l°ợng tát khi ăng dÿng ể gia công các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao Chính vì những lý do trên, gia công cao tác ang là lựa chán phù hợp nhất ể gia công các lo¿i vÃt liệu căng Ngày này, ph°¢ng pháp gia công tác ß cao (High Speed

Machining- HSM) °ợc xem là mßt trong những ph°¢ng pháp gia công chính cāa ngành chế t¿o máy So vái ph°¢ng pháp gia công thông th°ãng, gia công cao tác có thể nâng cao năng suất, ß chính xác và chất l°ợng chi tiết gia công, ßng thãi cũng giÁm chi phí và thãi gian gia công Do vÃy, ph°¢ng pháp này rất thích hợp vái công nghệ gia công khuôn

Các lo¿i dÿng cÿ °ợc sử dÿng ể gia công vÃt liệu có ß căng cao °ợc chế t¿o từ các lo¿i vÃt liệu khác nhau nh°: Hợp kim căng, siêu căng (Cemented Carbides), vÃt liệu gám, vÃt liệu Carbon Boron Nitride, hay vÃt liệu kim c°¢ng a tinh thể, … Trong các lo¿i vÃt liệu trên, thép hợp kim căng và siêu căng th°ãng °ợc sử dÿng rßng rãi nhất vì khÁ năng gia công và chế t¿o tát, khÁ năng truyền nhiệt tát Đßng thãi chi phí sÁn xuất và sử dÿng lo¿i dÿng cÿ chế t¿o bằng dÿng cÿ này khi gia công vÃt liệu có ß căng cao cũng không quá cao so vái các lo¿i vÃt liệu khác

Thép SKD61 sau khi xử lý nhiệt có ß căng rất cao, lo¿i thép này °ợc coi là mßt lo¿i vÃt liệu căng °ợc ăng dÿng rất phá biến trong ngành công nghiệp chế t¿o ặc biệt trong việc chế t¿o khuôn mÁu Tuy nhiên các nghiên cău áp dÿng ph°¢ng pháp phay cao tác trong gia công thép SKD61 sau khi xử lý nhiệt còn khá h¿n chế và ch°a có tính hệ tháng

Để có những nghiên cău sâu h¢n, hệ tháng h¢n về ph°¢ng pháp phay cao tác trong gia công vÃt liệu có ß căng cao (SKD61), ßng thãi ánh giá ầy ā, chi tiết về Ánh h°ång cāa mßt sá thông sá công nghệ ến các ặc tr°ng cāa quá trình phay cao tác nh° chất l°ợng gia công (nhám bề mặt), chi phí năng l°ợng (lực cắt, rung ßng), chi phí dÿng cÿ cắt gát (mòn, tuái bền dÿng cÿ cắt gát), từ ó làm căn că ể xác ßnh các thông sá tái °u cāa chế ß cắt nhằm áp ăng ßng thãi các mÿc tiêu về chất l°ợng và hiệu quÁ cāa QTGC Xuất phát từ những lý do trên, tác giÁ ã ề xuất và thực hiện luÃn án tiến

sĩ: <Nghiên cứu 愃ऀnh hươꄉng c甃ऀa các thông sĀ công ngh⌀ đĀn chĀt lươꄣng b

mòn dụng cụ khi phay cao tĀc thép SKD61 đã nhi⌀t luy⌀n=

2 Māc tiêu nghiên cąu

<Nghiên cău xác ßnh măc ß Ánh h°ång cāa các thông sá công nghệ ến các ặc tr°ng cāa quá trình gia công phay cao tác, phay mặt phẳng thép SKD61 ã nhiệt luyện trong iều kiện phay khô và phay °át Từ kết quÁ thực nghiệm, làm c¢ så ể xây

dựng bài toán tái °u cho quá trình gia công bằng ph°¢ng pháp sử dÿng thuÃt toán FGRA - PSO cho tái °u a mÿc tiêu khi phay cao tác=

- <Xây dựng °ợc mô hình thực nghiệm, xác ßnh °ợc các chỉ tiêu ầu ra và phân tích, ánh giá Ánh h°ång cāa các thông sá công nghệ (V, S, t) ến ß nhám bề mặt, l°ợng mòn mặt sau dÿng cÿ khi phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao=

- <Xây dựng °ợc hàm hßi quy biểu diễn mái quan hệ giữa các thông sá công nghệ (V, S, t) vái ß nhám bề mặt, l°ợng mòn mặt sau dÿng cÿ, rung ßng và lực cắt khi phay cao tác thép SKD61 sau nhiệt luyện trong iều kiện gia công khô và °át=

- <Xác ßnh °ợc tÃp hợp bß thông sá công nghệ tái °u (V, S, t) theo các chỉ tiêu là ß nhám bề mặt, lực cắt, rung ßng và l°ợng mòn mặt sau dÿng cÿ khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt luyện=

- <Xây dựng °ợc mô hình dự oán mòn dÿng cÿ cắt dựa trên phân tích rung ßng, lực cắt và âm thanh cắt khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt luyện=

3 Đßi t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu 3.1 Đßi t°ÿng nghiên cąu

Đề tài tập trung nghiên cứu vào các đối tượng cụ thể như sau:

- Về vật liệu gia công: TÃp trung nghiên cău vào lo¿i thép °ợc sử dÿng rßng rãi

trong công nghệ chế t¿o khuôn mÁu ó là thép SKD61 ã °ợc xử lý nhiệt ¿t ß căng 52.7 ÷ 53.1 HRC

- Về phương pháp gia công: lựa chán ph°¢ng pháp gia công phay cao tác - Về dụng cụ gia công: Nghiên cău sử dÿng lo¿i dÿng cÿ là dao phay ngón có gắn

mÁnh cắt là hợp kim căng

- Về máy gia công: Sử dÿng máy phay CNC cao tác HS Super MC500, tác ß

trÿc chính: 100 ÷ 30000 (vòng/phút), công suất trÿc chính 15KW, tác ß dßch chuyển cāa bàn máy cắt gát: 1 ÷ 30000 (mm/phút), tác ß ch¿y không lán nhất 48000 (mm/phút), hành trình dßch chuyển cāa bàn máy: X x Y x Z= 500 x 400 x 300 (mm)

3.2 Ph¿m vi nghiên cąu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào những nội dung sau:

- <Các thông sá ầu vào (biến sá) cāa quá trình gia công: VÃn tác cắt, chiều sâu cắt, l°ợng tiến dao=

- <Các thông sá ầu ra (hàm mÿc tiêu): Đß nhám bề mặt gia công, lực cắt, rung ßng và l°ợng mòn mặt sau dÿng cÿ trong quá trình gia công=

4 Nßi dung nghiên cąu

Để thực hiện được mục tiêu nghiên cứu đề ra, Nghiên cứu sinh tập trung thực hiện các nội dung chính sau đây:

- <Nghiên cău táng quan về vÃt liệu có ß căng cao, ph°¢ng pháp và dÿng cÿ ể thực hiện gia công vÃt liệu có ß căng cao=

- <Nghiên cău táng quan và mßt sá ặc tr°ng cāa quá trình phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao làm c¢ så cho việc nghiên cău thực nghiệm"

- <Nghiên cău thực nghiệm ể xác ßnh Ánh h°ång cāa mßt sá thông sá công nghệ ến chất l°ợng bề mặt chi tiết, ến lực cắt, rung ßng và l°ợng mòn mặt sau cāa dÿng cÿ cắt khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt luyện=

- <Xây dựng, giÁi bài toán tái °u a mÿc tiêu và dự oán mòn dÿng cÿ ể xác ßnh giá trß tái °u cāa chế ß công nghệ khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt luyện=

5 Ph°¢ng pháp nghiên cąu

Để thực hiện °ợc các nßi dung nghiên cău, luÃn án sử dÿng ba ph°¢ng pháp nghiên cău chính là: Ph°¢ng pháp nghiên cău lý thuyết, ph°¢ng pháp nghiên cău thực nghiệm và ph°¢ng pháp tái °u a mÿc tiêu.

- Ph°¢ng pháp nghiên cąu lý thuy¿t: Ph°¢ng pháp này °ợc ăng dÿng ể thực

hiện hai nßi dung là nßi dung 1 và nßi dung 2 <Để thực hiện °ợc các nßi dung này, tác giÁ ã nghiên cău, tìm hiểu, táng hợp, phân tích các kiến thăc liên quan ến việc gia công các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao, ph°¢ng pháp phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao, về các ph°¢ng pháp tái ău hoá từ các công trình khoa hác trong và ngoài n°ác ã °ợc công bá= Đây là c¢ så cho việc xác ßnh cÿ thể h¢n về vÃt liệu, ph°¢ng pháp gia công, các thông sá ầu vào, ầu ra cāa nghiên cău thực nghiệm, về ph°¢ng pháp tái °u dự kiến sẽ °ợc áp dÿng

- Phương pháp nghiên cứu thực nghi⌀m: Việc phân tích c¢ så lý thuyết °ợc

thực hiện å nßi dung 1 và 2 là căn că quan tráng ể thiết kế các thông sá công nghệ ầu vào cho nghiên cău Thực nghiệm vái hệ tháng trang thiết bß thí nghiệm t°¢ng ái ầy

ā, hiện ¿i t¿i các phòng thực hành, thí nghiệm cāa Tr°ãng Đ¿i hác Công nghiệp Hà Nßi, các thông sá ầu ra ã °ợc phân tích và lựa chán rất a d¿ng và phù hợp vái mÿc tiêu nghiên cău ã ặt ra Từ ó, nghiên cău thực nghiệm °ợc thực hiện ể xác ßnh Ánh h°ång cāa thông sá công nghệ khi phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao ến chất l°ợng bề mặt và l°ợng mòn mặt sau cāa dÿng cÿ cắt

- Phương pháp tĀi ưu đa mục tiêu: Từ các kết quÁ thực nghiệm thu °ợc, bài

toán tái °u a mÿc tiêu sẽ °ợc thiết lÃp và xử lý "Kết quÁ giÁi bài toán tái °u a mÿc tiêu sẽ xác ßnh °ợc bß thông sá công nghệ tái °u áp dÿng trong thực tế quá trình gia công nhằm cÁi thiện năng suất và chất l°ợng quá trình gia công"

6 Ý ngh*a khoa hác và thăc tißn căa đÁ tài 6.1 Ý ngh*a khoa hác

Kết quÁ nghiên cău cāa ề tài sẽ cung cấp và bá sung ầy ā h¢n c¢ så lý thuyết về các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao, ph°¢ng pháp và dÿng cÿ gia công các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao Đặc biệt là bá sung ầy ā h¢n c¢ så lý thuyết về ph°¢ng pháp phay cao tác ăng dÿng trong gia công vÃt liệu có ß căng cao

Kết quÁ nghiên cău cāa ề tài sẽ là c¢ så khoa hác ể thiết lÃp các h°áng dÁn về công nghệ khi phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao, ặc biệt là trong việc giÁi quyết vấn ề tái °u hóa quá trình này Kết quÁ nghiên cău cũng là c¢ så khoa hác ể ăng dÿng công nghệ phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao trong việc chế t¿o các sÁn ph¿m khuôn mÁu, góp phần tăng tính án ßnh và nâng cao hiệu quÁ cāa ph°¢ng pháp gia công tinh vÃt liệu có ß căng cao.

6.2 Ý ngh*a thăc tißn

<Kết quÁ nghiên cău sẽ xác ßnh măc ß Ánh h°ång cāa các thông sá công nghệ khi thực hiện quá trình phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao trong cÁ hai iều kiện gia công °át và gia công khô= Từ ó, làm căn că ể thực hiện việc iều khiển các thông sá công nghệ trong quá trình gia công nhằm Ám bÁo các mÿc tiêu gia công

Kết quÁ nghiên cău cāa ề tài có thể ăng dÿng vào thực tế sÁn xuất cāa các nhà máy sÁn xuất c¢ khí, ặc biệt là chế t¿o các sÁn ph¿m khuôn mÁu chất l°ợng cao Góp phần nâng cao năng suất, h¿ giá thành sÁn ph¿m và phù hợp vái iều kiện sÁn xuất å Việt Nam

7 Nhāng đóng góp mái căa đÁ tài

Đề tài luận án thực hiện thành công sẽ mang lại một số đóng góp mới sau đây:

(1) <LuÃn án ã ánh giá chi tiết Ánh h°ång cāa mßt sá thông sá công nghệ ến ặc tr°ng về ß nhám bề mặt gia công, mòn, lực cắt, rung ßng trong quá trình phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao là thép SKD61 sau xử lý nhiệt trong cÁ 2 iều kiện phay °át và phay khô=

(2) <LuÃn án ã ăng dÿng thành công ph°¢ng pháp tái °u hoá a mÿc tiêu và dự oán mòn dÿng cÿ ể tìm ra ph°¢ng án áp ăng tát nhất ßng thãi các mÿc tiêu trong quá trình phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao là thép SKD61 ã nhiệt luyện=

8 CÃu trúc căa lu¿n án

LuÃn án °ợc cấu trúc ngoài các phần: Må ầu, kết luÃn, h°áng nghiên cău tiếp theo thì nßi dung nghiên cău °ợc trình bày trong 4 ch°¢ng:

Ch°¢ng 1 Táng quan về quá trình gia công vÃt liệu có ß căng cao Ch°¢ng 2 C¢ så lý thuyết quá trình phay cao tác vÃt liệu có ß căng cao Ch°¢ng 3 Thiết lÃp thực nghiệm thép SKD61 båi quy trình phay cao tác

Ch°¢ng 4 Tái °u hóa a mÿc tiêu và dự oán mòn dÿng cÿ khi phay cao tác thép SKD61 ã nhiệt luyện

CH¯¡NG 1 TÞNG QUAN VÀ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG V¾T LIàU CÓ ĐÞ CĄNG CAO

1.1 Tßng quan vÁ v¿t liáu có đß cąng cao

1.1.1 Khái niám và phân lo¿i vÁ v¿t liáu có đß cąng cao

1.1.1.1 Khái ni⌀m vật li⌀u có độ cứng cao

Trong những năm gần ây, việc phát triển mßt lo¿t các vÃt liệu căng cho các ăng dÿng công nghiệp ang thu hút sự chú ý cāa các nhà khoa hác và các doanh nghiệp gia công c¢ khí, ặc biệt là trong gia công chế t¿o khuôn mÁu công nghiệp, trong chế t¿o các lo¿i dÿng cÿ cắt áp ăng yêu cầu gia công hiện nay [1] Rất nhiều các °u iểm cāa vÃt liệu căng °ợc ề cÃp, nghiên cău và ăng dÿng båi vì vÃt liệu căng có khÁ năng cháng mài mòn rất tát, có ß án ßnh bề mặt và hóa hác rất cao [2] Tuy nhiên, việc gia công các lo¿i vÃt liệu căng cũng khó khăn h¢n so vái gia công các lo¿i vÃt liệu thông th°ãng khác

VÃt liệu căng °ợc ề cÃp trong rất nhiều các nghiên cău khác nhau Mỗi nghiên cău ều °a ra những tiêu chu¿n nhất ßnh ể ánh giá vÃt liệu ó là vÃt liệu căng hay không Hầu hết các nghiên cău ều dựa vào mßt chỉ sá là ß căng cāa vÃt liệu ể ánh giá lo¿i vÃt liệu ó có ß căng cao hay không và ều tháng nhất vÃt liệu mà có ß căng ¿t trên 45 HRC °ợc coi là vÃt liệu căng [3]

1.1.1.2 Phân loại vật li⌀u có độ cứng cao

Để phân lo¿i vÃt liệu có ß căng cao, tiêu chu¿n °ợc °a ra ó là căn că vào ß căng cāa các lo¿i vÃt liệu Các ph°¢ng pháp phá biến °ợc sử dÿng ể o ß căng cāa vÃt liệu là ß căng Brinell, ß căng Rockwell, ß căng Vickers, ß căng Knoop, Trên thực tế, việc o ß căng Rockwell có những lợi ích áng kể nh° không cần thiết bß quang hác bá sung ể ghi l¿i giá trß ß căng, sử dÿng ß sâu chênh lệch ể h¿n chế sai sá xÁy ra do sự không hoàn hÁo trên bề mặt, chi phí thấp, ßng thãi gây ra ít thiệt h¿i cho vÃt liệu °ợc o Chính vì vÃy, ß căng Rockwell th°ãng °ợc dùng ể o ß căng và phân lo¿i vÃt liệu có ß căng khác nhau Các phép o ß căng Rockwell sử dÿng bß thang o tiêu chu¿n °ợc ký hiệu bằng mßt chữ cái (A, B, C, D, E, F, … và V) ể ánh giá thang o ß căng cāa vÃt liệu Các chữ cái khác nhau sẽ t°¢ng ăng vái các thang o khác nhau và °ợc sử dÿng ể ghi các giá trß ß căng cāa các vÃt liệu khác nhau

Căn că vào ß căng Rockwell, các nghiên cău ã rút ra mßt sá kết luÃn ái vái vÃt liệu có ß căng cao và việc phân lo¿i các lo¿i vÃt liệu nh° sau:

- VÃt liệu căng là những vÃt liệu có giá trß ß căng o °ợc trên thang Rockwell C phÁi ¿t giá trß > 45 HRC [3]

- VÃt liệu có ß căng cao trung bình: là vÃt liệu có ß căng trên 45 HRC ến 55 HRC [4] - VÃt liệu có ß căng rất cao (rất căng): là vÃt liệu có ß căng >55 HRC [4]

1.1.2 Đ¿c điÃm căa v¿t liáu có đß cąng cao

1.1.2.1 Một sĀ ưu điểm vc nhươꄣc điểm c甃ऀa vật li⌀u có độ cứng cao

VÃt liệu có ß căng cao có rất nhiều °u iểm Nhã những °u iểm này, trong những năm gần ây, các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao ang °ợc nghiên cău và ăng dÿng rßng rãi trong công nghiệp Những °u iểm nái bÃt cāa các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao ó là [3-4]:

 Đß căng , ß bền và ß dai cao, khÁ năng chßu mài mòn tát;

 Tỉ lệ ß bền trên tráng l°ợng cao, ß bền mßi cao, cháng oxy hóa và ăn mòn tát, khÁ năng dÁn iện và dÁn nhiệt tát h¢n, ß căng nóng cao

Tuy nhiên, vÃt liệu có ß căng cao cũng có những h¿n chế [5], cÿ thể là:  KhÁ năng cắt kém Khó t¿o hình sÁn ph¿m;

 Gây ra mòn dÿng cÿ rất lán nên chi phí dÿng cÿ cho quá trình gia công cao;  Máy phÁi có ß căng vững cao mái có thể Ám bÁo ß chính xác gia công;  Chất l°ợng bề mặt giÁm i khá nhanh theo thãi gian do dao mòn nhanh;

 Các <láp trắng= hình thành trên bề mặt cāa QTGC thép căng, theo thãi gian các láp này có thể bong ra Ánh h°áng rất lán ến quá trình làm việc cāa chi tiết

1.1.2.2 Đặc điểm c甃ऀa một sĀ loại vật li⌀u có độ cứng cao phổ biĀn trong gia công a Thép:

Thép là mßt vÃt liệu bao gßm sắt và carbon là thành phần chính Các ặc tính ván có cāa nó là ß bền kéo, mô un àn hßi cao, khÁ năng cháng mßi, cháng mòn cao và giá thành thấp [6] <Thép °ợc xử lý thông qua xử lý nhiệt, trong ó các giai o¿n cāa vÃt liệu sẽ cÁi thiện ß căng, ß bền và khÁ năng cháng mòn= Đßng thãi dÁn ến QTGC

khó khăn <Thép là lo¿i vÃt liệu °ợc sử dÿng phá biến nhất trong gia công c¢ khí nói chung và ặc biệt là trong lĩnh vực gia công chế t¿o khuôn mÁu= Thép có khÁ năng biến căng sau quá trình gia công (Hình 1.1), ặc iểm này ã °ợc tÃn dÿng ể gia công thép ăng dÿng cho nhiều mÿc ích khác nhau

Hình 1.1 Khả năng biến cứng của thép [7]

b Titan và hơꄣp kim c甃ऀa Titan

Là những vÃt liệu °ợc lựa chán cho nhiều chăc năng do lo¿i vÃt liệu này có mßt sá tính chất rất ặc biệt nh°: Tÿ lệ ß bền trên tráng l°ợng rất cao, ß căng cao, khÁ năng giữ ß căng å nhiệt ß cao tát, khÁ năng cháng ăn mòn và cháng mßi rất tát Đặc tính công nghệ gia công Titan và các hợp kim cāa Titan °ợc xếp vào lo¿i vÃt liệu khó cắt do tính chất phÁn ăng hóa hác và tính dÁn nhiệt cāa các lo¿i vÃt liệu này kém [8] Lực hóa hác từ các vÃt liệu này có thể lo¿i bß mßt sá nguyên tá hợp kim quan tráng khßi dÿng cÿ cắt làm cho dÿng cÿ cắt nhanh mòn H¢n nữa, trong QTGC mßt sá phoi t¿o ra có thể dính (gắn) å trên dÿng cÿ làm cho dÿng cÿ bß vỡ, săt mẻ và hßng dÿng cÿ nhanh Tính dÁn nhiệt cāa vÃt liệu thấp nên trong QTGC nhiệt truyền ra ngoài phôi khó khăn, dÁn tái nhiệt tăng nhanh å bề mặt tiếp xúc giữa phôi và dÿng cÿ, iều này Ánh h°ång xấu ến tuái bền và làm giÁm tuái thá cāa dÿng cÿ

c Siêu hơꄣp kim

Siêu hợp kim °ợc biết ến vái ặc tính chßu nhiệt cùng vái ß bền, ß căng và ß dẻo, dai cao Các hợp kim dựa trên nền Niken, Sắt và Coban t¿o nên há siêu hợp kim và °ợc biết ến vái ß bền và ß căng cao å nhiệt ß cao, lực hóa hác thấp và ß khuếch tán nhiệt thấp Các tính chất cāa siêu hợp kim nh° trên dÁn tái khÁ năng gia công

các lo¿i vÃt liệu này rất khó khăn Chính vß vÃy, các ăng dÿng cāa các lo¿i vÃt liệu này cũng còn khá h¿n chế Những thách thăc trong gia công siêu hợp kim °ợc giÁi thích là do mßt sá nguyên nhân sau ây [9]:

- KhÁ năng cháng cắt cao kể cÁ khi å nhiệt ß cao;

- Trong QTGC vÃt liệu trÁi qua quá trình làm căng, iều này sẽ dÁn ến mài mòn rãnh å mũi dÿng cÿ H¢n nữa trong siêu hợp kim, sự hiện diện cāa cacbua mài mòn dÁn ến ß mài mòn cao, Ánh h°ång ến tuái bền dÿng cÿ cắt;

- <Trong QTGC các phoi t¿o ra có thể dính lên bề mặt cāa dÿng cÿ cắt, khi bong ra sẽ mang theo mßt sá phần vÃt liệu cāa dÿng cÿ làm cho dÿng cÿ cắt mòn nhanh h¢n=; - Do nhiệt ß cắt cao, ß dÁn nhiệt thấp và sự mài mòn khuếch tán từ phân hāy hóa chất có thể xÁy ra

<Những lý do trên Ánh h°ång trực tiếp ến tuái bền cāa dao và tính toàn vẹn bề mặt trên các chi tiết °ợc gia công và làm cho quá trình gia công khó khăn h¢n=

1.1.3 Ąng dāng căa các lo¿i v¿t liáu có đß cąng cao

VÃt liệu có ß căng cao °ợc sử dÿng rßng rãi trong các lĩnh vực nh° ô tô, hàng không vũ trÿ Các ăng dÿng bao gßm bánh răng, hßp sá, trÿc, á trÿc, trÿc cam, kháp cardan, bánh răng dÁn ßng, ĩa ly hợp, mặt bích bằng gang, cánh tuabin Trong ó mßt sá lo¿i vÃt liệu căng phá biến và ăng dÿng cāa chúng:

Thép °ợc sử dÿng rßng rãi trong các tòa nhà, kết cấu, máy móc, công cÿ, ăng dÿng hàng hÁi, ô tô, hàng không vũ trÿ, [6]

Titan và hợp kim cāa Titan °ợc ăng dÿng cho nhà máy lác dầu và dầu mß, thiết bß chế biến thực ph¿m và h¿t nhân, hóa chất, tên lửa, cấy ghép phÁu thuÃt dựa trên y sinh, iện tử và các ăng dÿng hàng hÁi [8, 9]

Siêu hợp kim phù hợp n¢i các bß phÃn phÁi chßu nhiệt ß cao Các ăng dÿng bao gßm tuabin khí, cánh qu¿t, hàng không, cấy ghép y tế và ôtô, hàng hÁi, khuôn gia công kim lo¿i, máy móc xử lý hóa chất và hóa dầu [10]

Nh¿n xét: Có thể thấy rằng vÃt liệu có ß căng cao °ợc sử dÿng rất rßng rãi trong

thực tế sÁn xuất, ặc biệt là trong các ngành sÁn xuất công nghiệp Mỗi lo¿i vÃt liệu do có những tính chất khác nhau dó ó cũng °ợc ăng dÿng vào nhiều lĩnh vực khác nhau

Trong các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao, các lo¿i thép th°ãng là mßt trong những lo¿i vÃt liệu căng có ăng dÿng rßng rãi nhất ặc biệt là trong gia công c¢ khí và trong ngành công nghiệp khuôn mÁu

1.2 Tßng quan vÁ quá trình gia công v¿t liáu có đß cąng cao 1.2.1 Đ¿c điÃm quá trình gia công v¿t liáu có đß cąng cao

Gia công căng (GCC) hiểu theo nghĩa gia công vÃt liệu căng là mßt công nghệ mái °ợc áp dÿng ể gia công các vÃt liệu có ß căng trong khoÁng 45 ÷ 75 HRC, sử dÿng các dÿng cÿ có l°ỡi cắt, có hình dáng và thông sá hình hác xác ßnh ể gia công QTGC Niken, Coban, Crom, Vonfram và hợp kim cāa các lo¿i vÃt liệu này có thể °ợc gái là GCC Tuy nhiên, những vÃt liệu này có thể có giá trß ß căng < 45 HRC [3]

<Hiểu theo nghĩa rßng, GCC là gia công các vÃt liệu có ß căng trên 45 HRC Đái t°ợng trong GCC bao gßm các lo¿i hợp kim có ß căng khác nhau nh° thép dÿng cÿ, thép căng, siêu hợp kim, thép thấm nit¢ và các chi tiết °ợc chế t¿o bằng ph°¢ng pháp luyện kim bßt= GCC chā yếu °ợc dùng ể gia công tinh và bán tinh các chi tiết máy nhằm ¿t °ợc ß chính xác về kích th°ác, hình dáng và chất l°ợng bề mặt Thông th°ãng, mài là ph°¢ng pháp GCC °ợc sử dÿng phá biến

Tuy nhiên, có thể dùng ph°¢ng pháp GCC khác nh° tiện căng, phay căng, doa căng.v.v ể thay cho ph°¢ng pháp mài Thép căng là mßt ái t°ợng gia công iển hình trong gia công căng Thép căng °ợc dùng ể chế t¿o bánh răng, các lo¿i trÿc, khuôn mÁu … Đây là các chi tiết yêu cầu phÁi có c¢ tính táng hợp tát, bề mặt phÁi căng và cháng mài mòn tát, nh°ng trong lõi phÁi dẻo, dai ể có khÁ năng chßu va Ãp tát Tuy nhiên gia công cắt gát vÃt liệu căng gặp nhiều khó khăn và có mßt sá ặc iểm sau [3]: - Đß bền c¢ hác cāa vÃt liệu căng °ợc duy trì trong QTGC nhã tính chất bền nhiệt cāa chúng;

- Hiện t°ợng biến căng xÁy ra rất nhanh trong QTGC, iều này làm mài mòn dÿng cÿ nhanh, ßng thãi phÁn ăng hóa hác giữa vÃt liệu dÿng cÿ cắt và vÃt liệu phôi xÁy ra å nhiệt ß cắt cao, gây ra sự mòn khuếch tán trên dÿng cÿ;

- Phoi căng °ợc t¿o thành liên tÿc và cá sát vái bề mặt chi tiết ã gia công làm cho ß nhẵn bóng bề mặt thấp Nhiệt sinh ra cắt gát vÃt liệu căng thoát qua phoi nhß làm nhiệt ß vùng cắt cao, nhiệt ß t¿i mũi dao lán, dÁn ến dao bß mài mòn nhanh

1.2.2 Mßt sß ph°¢ng pháp gia công v¿t liáu có đß cąng cao

1.2.2.1 Ti⌀n vật li⌀u cứng

Khác vái tiện thông th°ãng, tiện căng là mßt quy trình nhằm h¿n chế hoặc thay thế quy trình mài ể gia công các vÃt liệu căng (Hình 1.2 ÷1.6) Tiện căng có khÁ năng t¿o ra bề mặt tinh vái Ra = 0,430,8 µm , ß không tròn = 235 µm và dung sai ± 337 µm [11]

a Tiện cứng b Tiện thông thường

Hình 1.2 Quá trình tiện vật liệu [11]

Mặc dù nhiều nhà nghiên cău ã tuyên bá rằng tiện căng là mßt sự thay thế tiềm năng cho quá trình mài [12] Ngoài ra, tiện căng cũng em l¿i tính kinh tế rõ, v°ợt chßi h¢n so vái các ph°¢ng pháp gia công vÃt liệu căng khác (Hình 1.3) [7]

Hình 1.3 Tính kinh tế kỹ thuật trong tiện cứng [7]

Tỉ lệ bóc tách vÃt liệu trong tiện căng cao h¢n khi mài Nhiều bề mặt và biên d¿ng sẽ mang l¿i sự linh ho¿t h¢n trong quá trình tiện so vái quá trình mài Mặc dù chi phí dÿng cÿ tiện t°¢ng ái cao nh°ng tác ßng tiêu cực này có thể °ợc cân bằng vái

1) Gia công thô (mềm) 1) Tện thô (mềm)2) Biến căng2) Biến căng

3) Màimặt ầu (B) 3) Tiện căng (tinh)

4) Màilỗ (C)5) Mài bên ngoài (A)

6) Màiphần chuyển tiếp (phase), (B2, B2)

sự phát triển mái cāa vÃt liệu dÿng cÿ Đã có mßt sá nghiên cău ã ánh giá, so sánh tính kinh tế, kā thuÃt cāa quá trình tiện căng và mài thể hiện nh° sau (hình 1.4÷ 1.6)

Hình 1.4 So sánh tiện cứng và mài [7]

Mặc dù có ÿ ỡ hỗ trợ các phôi dài, nh°ng áp lực cắt cao h¢n trong quá trình tiện căng gây ra tiếng ßn và sẽ có Ánh h°ång ến QTGC Giái h¿n kā thuÃt liên quan ến tÿ lệ chiều dài trên °ãng kính (L/D) cāa vÃt liệu phôi không °ợc v°ợt quá tÿ lệ 4:1 <Đß chính xác cāa các chi tiết °ợc gia công trong quá trình tiện căng phÿ thußc vào ß căng cāa máy= Có thể ¿t °ợc ß căng và ặc tính giÁm chấn cao h¢n vái mßt vài tính năng bá sung trong hệ tháng máy, chẳng h¿n nh° ế máy °ợc gia cá bằng hỗn hợp nhựa táng hợp, trÿc chính truyền ßng trực tiếp và có thể sử dÿng các giÁm chấn thāy tinh

Hình 1.5 So sánh về năng lượng và lượng bóc tách vật liệu khi tiện cứng và mài [7]

iều khiển Tiêuthÿ năng l°ợng Chi tiết gia

Hình 1.6 So sánh về chất lượng bề mặt khi tiện cứng và mài [7]

1.2.2.2 Khoan vật li⌀u cứng

Ph°¢ng pháp khoan căng °ợc ăng dÿng ể gia công các lỗ cāa các chi tiết °ợc chế t¿o bằng vÃt liệu căng Ăng dÿng ph°¢ng pháp khoan căng có thể rút ngắn các quá trình gia công trong công nghệ chế t¿o máy Khi khoan các vÃt liệu căng vái các chi tiết có chiều dày 0,5-1,5 mm mßt sá khó khăn th°ãng phát sinh là phÁi khoan vái kết cấu căng cũng nh° kết cấu mềm Các nghiên cău chỉ ra rằng, khi vÃn tác cắt và l°ợng ch¿y dao lán sẽ dÁn tái tuái bền dÿng cÿ giÁm dần (hình 1.7)

Hình 1.7 Tuổi bền dụng cụ khi khoan phụ thuộc vào thông số chế độ cắt [7]

Quá trình tÁn nhiệt không thuÃn lợi khi khoan căng Điều này °ợc giÁi thích do mÃt ß phoi tÃp trung cao, bôi tr¢n làm mát trong lỗ khó khăn, khÁ năng thoát nhiệt ra khßi vß trí gia công thấp Vì vÃy, khÁ năng tÁn nhiệt từ mũi khoan gần nh° bß vô hiệu

Gia côngtiện truyền tháng

Gia côngtiện chính xác

VÃt liệu L°ợng tiến dao f L°ợng tiến dao fVÃt liệu

hóa Do ó, dÿng cÿ sẽ nóng lên rất nhiều trong quá trình khoan, nå ra và có thể nóng lên thêm do ma sát cāa thành mũi khoan và nó bß kẹp l¿i, t¿o ra mài mòn lán Do ó, các nghiên cău ã °ợc chăng minh là t¿o ra dÿng cÿ khoan có côn nông hình nón là hợp lý [7]

Hình 1.8 Rút ngắn các bước công nghệ khi khoan cứng [7]

1.2.2.3 Phay vật li⌀u cứng

Công nghệ phay căng ã thu hút sự chú ý áng kể trong việc sÁn xuất khuôn KhÁ năng gia công các hình d¿ng cāa phay căng ể t¿o ra các sÁn ph¿m khuôn vái nhiều ph°¢ng pháp khác nhau và giÁm °ợc phế liệu, cũng nh° thãi gian gia công ã làm cho ph°¢ng pháp phay vÃt liệu căng trå nên hiệu quÁ và °ợc tÃp trung vào nghiên cău, ặc biệt là trong công nghệ gia công khuôn, mÁu (Hình 1.9) [3, 13]

a Dụng cụ cắt b Sản phẩm khuôn mẫu

Hình 1.9 Các quá trình phay vật liệu cứng [13]

1 Ā giÁi phóng ăng suất2 Tiện cÁ hai bên

9 Doalỗ hoặc ta rô lỗ ren

1 Ā giÁi phóng ăng suất2 Tiện cÁ hai bên

Trong gia công vÃt liệu căng, quá trình phay sẽ dÁn ến ß vênh lán và ăng suất xoắn, trong khi tiện chỉ gặp ăng suất uán Các ăng suất cao h¢n sẽ gây ra rung ßng và lệch h°áng, dÁn ến nhanh hßng giá ỡ dÿng cÿ Vì thế, iều kiện dÁn ến thành công cāa phay căng sẽ liên quan ến việc lựa chán vÃt liệu, hình d¿ng cán dao thích hợp, hình d¿ng cāa giá ỡ dÿng cÿ, iều này sẽ cháng l¿i sự uán cong (do chiều dài nhô ra cāa giá ỡ quá dài) và gãy cũng sẽ dÁn ến tÿ lệ tiêu hao năng l°ợng cao Quá trình phay có thể t¿o ra các chi tiết °ợc gia công vái chất l°ợng bề mặt tát, do ó sẽ kéo dài tuái thá mßi h¢n so vái quá trình mài [14] Việc giÁm tuái thá cāa dao là nh°ợc iểm lán trong quá trình phay căng do các nguyên nhân về mòn dÿng cÿ cắt (Hình 1.10) [7, 14] vì nó Ánh h°ång cāa nó ến chất l°ợng bề mặt và khÁ năng gia công

Hình 1.10 Mòn mặt sau dụng cụ cắt khi phay vật liệu cứng [7]

1.2.3 Dāng cā gia công v¿t liáu có đß cąng cao

1.2.3.1 Đặc điểm chung c甃ऀa dụng cụ gia công vật li⌀u có độ cứng cao

Lựa chán dÿng cÿ cắt òi hßi phÁi có kiến thăc về các ặc tính cāa dÿng cÿ và vÃt liệu gia công, hình d¿ng gia công và thông sá hình hác cāa dÿng cÿ, giá ỡ dÿng cÿ, iều kiện cắt (tác ß cắt, tiến dao và chiều sâu cắt), và môi tr°ãng cắt (khô, °át và bôi tr¢n tái thiểu) [15] Hình d¿ng dÿng cÿ cắt là mái quan tâm hàng ầu cāa các ngành công nghiệp cắt kim lo¿i vì nó Ánh h°ång trực tiếp ến việc kiểm soát QTGC, tác ß sÁn xuất, tuái thá cāa dÿng cÿ, h°áng và ß lán cāa lực cắt, tính toàn vẹn bề mặt và ăng suất d° gia công Lựa chán vÃt liệu dÿng cÿ cắt và các iều kiện gia công thích hợp óng mßt vai trò quan tráng trong QTGC Việc lựa chán iều kiện gia công thích hợp sẽ t¿o ra các chi tiết °ợc gia công có chất l°ợng tát h¢n vái chi phí giÁm Mßt sá ặc iểm mong muán cāa vÃt liệu dÿng cÿ cắt °ợc thÁo luÃn trong các nghiên cău Cÿ thể nh° sau:

- KhÁ năng cāa vÃt liệu dÿng cÿ ể giữ °ợc ß bền và ß căng cao å nhiệt ß cao (tăc là ß căng nóng), vÃt liệu nền dÁn nhiệt tát h¢n;

- KhÁ năng cāa vÃt liệu dÿng cÿ chßu sự thay ái ßt ngßt c¢ hác và nhiệt, chßu °ợc lực cắt theo chu kỳ (cháng mßi) và hấp thÿ tái a năng l°ợng tr°ác khi ăt gãy (ß dẻo dai) nhằm h¿n chế săt mẻ và mòn;

- KhÁ năng cháng mài mòn, ăn mòn và oxy hóa ể nâng cao tuái thá dÿng cÿ; - Lực hóa hác thấp ể ngăn chặn phÁn ăng hóa hác có thể xÁy ra å nhiệt ß cao

1.2.3.2 Một sĀ loại vật li⌀u chĀ tạo dụng cụ cắt gia công vật li⌀u cứng

a V¿t liáu thép tßc đß cao (High-Speed Steel HSS)

F W Taylor và M White cāa Công ty thép Bethlehem ã phát triển thép tác ß cao ầu thế kỉ XX Há phát hiện ra rằng khi nhiệt luyện, nhiều lo¿i thép hợp kim không chỉ cÁi thiện ß căng và ß bền mà còn giúp gia công å tác ß cắt cao (Hình 1.11) [16]

Hình 1.11 Độ bền uốn theo độ cứng của vật liệu dụng cụ thép tốc độ cao [16]

Đáng chú ý ß căng cāa HSS có thể °ợc nâng cao ến 75 HRC Các dÿng cÿ HSS °ợc sÁn xuất thông qua các quá trình khác nhau nh° luyện thép, rèn, cán và gia công Sự phát triển công nghệ trong luyện kim bßt ã cho phép ¿t °ợc các ặc tính mong muán vái cấu trúc ßng nhất và không có vấn ề phân tách cacbua Láp phā TiN, TiAlN, TiCN °ợc áp dÿng cho thép tác ß cao sẽ dÁn ến cÁi thiện các ặc tính khÁ năng gia công, giữ °ợc ß căng å nhiệt ß lên ến 500°C Dÿng cÿ HSS ã cho thấy các ăng dÿng tiềm năng trong phay thô còn thực tiễn th°ãng không °ợc °u tiên cho các ph°¢ng pháp GCC do ß căng cāa lo¿i vÃt liệu này thấp

b Vật li⌀u hơꄣp kim cứng và siêu cứng (Cemented Carbides)

Hợp kim siêu căng còn °ợc gái là cacbit thiêu kết hoặc kim lo¿i gám, là hợp kim cāa vonfram, crom và coban Kā thuÃt luyện kim bßt (PM) th°ãng °ợc sử dÿng ể sÁn xuất các dÿng cÿ hợp kim siêu căng trong ó d¿ng bßt cāa cacbua (vonfram hoặc titan) và coban ban ầu °ợc ép trong khuôn và sau ó °ợc thiêu kết ến nhiệt ß khoÁng 1300 - 1600°C [17] Mßt l°ợng nhß cacbua tantali, titanium hoặc vanadium °ợc thêm vào ể tăng c°ãng các ặc tính cÿ thể cāa hợp kim siêu căng Coban °ợc sử dÿng nh° chất kết dính, có tÿ tráng rung ßng trong khoÁng 6 - 12% Cần l°u ý rằng coban nóng chÁy å 1493°C và t¿o thành pha hòa tan vái các h¿t cacbua vonfram å 1275°C Điều này sẽ làm giÁm ß xáp Tÿ lệ % coban tăng lên sẽ cÁi thiện ß dẻo cāa dÿng cÿ, trong khi ß căng và ß bền cāa nó sẽ giÁm

Ngày nay, mßt ph¿m vi sử dÿng rßng rãi cāa vÃt liệu phā TiN, TiAIN, TiCN, MoS2, CrN, Al2O3, WC-C, Hf, Si, Zr và ph°¢ng pháp lắng áng h¢i vÃt lý, lắng áng h¢i hóa hác, sự hỗ trợ cāa plasma và nhiệt ß vừa phÁi có sẵn ể cung cấp những lợi ích áng kể cho tuái thá dÿng cÿ và năng suất cao Mßt sá hình Ánh và các lo¿i vÃt liệu hợp kim căng làm dÿng cÿ phay °ợc mô tÁ å hình 1.12 và å BÁng 1.1

a Dao phay cầu sử dụng mảnh cắt hợp kim cứng b Dao phay ngón

B愃ऀng 1.1 Một số loại vât liệu hợp kim cứng [13]

Những lợi ích áng kể cāa việc phā láp phā trên dÿng cÿ cắt nh°: tăng c°ãng ß căng bề mặt và khÁ năng cháng mài mòn, giÁm thiểu hệ sá ma sát, dễ dàng lo¿i bß phoi, giÁm lực cắt và sinh nhiệt, cÁi thiện khÁ năng cháng ăn mòn và oxy hóa và cuái cùng là cÁi thiện tính toàn vẹn bề mặt cāa các chi tiết °ợc gia công Những nh°ợc iểm chính cāa công nghệ phā là: các dÿng cÿ ắt tiền h¢n và chỉ thích hợp cho các ăng dÿng ¢n lẻ (tăc là các mÁnh cắt)

c V¿t liáu Gßm (Ceramics)

Các dÿng cÿ gám să ã °ợc °a vào từ năm 1950 VÃt liệu cấu thành chính trong gám să bao gßm nhôm oxit (Al2O3) h¿t mßn và °ợc ép ể thu °ợc chất rắn màu xanh lá cây å nhiệt ß th°ãng, °ợc thiêu kết d°ái áp suất và nhiệt ß cao Gám să °ợc phân thành hai lo¿i chính nh° gám trắng (Al2O3 nguyên chất) và gám en (kết hợp Al2O3, TiC và ZrO2) Dÿng cÿ bằng gám să có ß căng và ặc tính cháng mài mòn tát

h¢n, cho phép vÃt liệu chßu °ợc nhiệt ß trên 1500°C (Hình 1.13) [13]

Ngoài ra, dÿng cÿ gám có tính án ßnh hóa hác tát h¢n và sẽ không Ánh h°ång xấu ến khÁ năng gia công (tăc là không bß mòn khuếch tán) Tính toàn vẹn cāa bề mặt khi gia công tinh không bß Ánh h°ång nhiều Tuy nhiên, ß dẻo dai thấp h¢n trong QTGC sẽ h¿n chế ăng dÿng cāa dÿng cÿ gám Đß bền cāa các dÿng cÿ gám ôxít nhôm có thể °ợc cÁi thiện vái hỗn hợp ßng nhất có tÿ lệ thích hợp cāa ôxít crom hoặc zirconi, titan và magiê [17]

a Mảnh cắt b Cấu trúc tế vi

Hình 1.13 Một số loại mảnh cắt vật liệu gốm [13]

Dÿng cÿ gám th°ãng thích hợp nhất ể gia công các lo¿i vÃt liệu kim lo¿i en và siêu hợp kim chính Việc gia công các vÃt liệu mềm (ví dÿ nh° ßng, ßng thau và nhôm) bằng các dÿng cÿ gám să có thể dÁn ến việc hình thành lẹo dao Những phát triển gần ây trong công nghệ nano ã dÁn ến việc gia cá các vÃt liệu gám, t¿o thành d¿ng không ßng nhất và mang l¿i khÁ năng cháng va Ãp, mài mòn tái a Láp phā lên vÃt liệu dÿng cÿ gám th°ãng mang l¿i kết quÁ tát, nh°ng dÁn ến chi phí cao h¢n

d Vật liệu khối đa Tinh thể Nitrit Bo lập phương (Polycrystalline Cubic Boron Nitride - PCBN)

Sau kim c°¢ng, CBN °ợc biết là vÃt liệu táng hợp căng thă 2, °ợc phát triển nhân t¿o ể cắt các vÃt liệu khó cắt [18] Dÿng cÿ CBN cung cấp các ặc tính tát h¢n (c¢ hác, cháng sác nhiệt, ít mài mòn và dÁn nhiệt tát) so vái dÿng cÿ cacbua [19] VÃt liệu boron nitride khái a tinh thể (PCBN) °ợc phát triển ể thực hiện các quá trình tiện và các QTGC khác trong GCC [20] Mßt sá cấu trúc tinh thể ặc tr°ng cāa các lo¿i vÃt liệu này °ợc mô tÁ trên hình 1.14 [13]

Hình 1.14 Một số loại vật liệu tinh thể Cubic Boron Nitride [13]

e Kim c°¢ng đa tinh thà (Polycrystalline Diamond PCD)

PCD là mßt trong những nhóm cấu thành cāa vÃt liệu rất căng nh° mô tÁ å BÁng 1.2 [13] Các dÿng cÿ có kích th°ác h¿t thô có khÁ năng cháng mài mòn cao, °ợc sử dÿng ể gia công các vÃt liệu nhôm silic, graphite, sắt xám, gám, cacbua vonfram và

KhÁ năng cháng mài mòn cao và ß sắc bén cāa c¿nh dao là những ặc iểm chính cāa dÿng cÿ PCD, trong ó chúng phù hợp ể gia công nhôm silicon trung bình thấp, ßng, sợi thāy tinh, carbon, gỗ-ván ép, ván sợi và gỗ căng Các dÿng cÿ kim c°¢ng có kích th°ác h¿t siêu mßn cung cấp ß bền v°ợt trßi so vái l°ỡi cắt cāa mßt dÿng cÿ và °ợc sử dÿng trong gia công nhựa, gỗ, nhôm và ßng Dÿng cÿ PCD så hữu những ặc tính °u việt cāa kim c°¢ng Composite °ợc thiêu kết vái chất kết dính kim lo¿i d°ái tác ßng cāa nhiệt ß và áp suất cao [21] Ngoài ra, dÿng cÿ PCD có thể cung cấp khÁ năng cháng mài mòn lán h¢n khoÁng 500 lần so vái cacbua vonfram Dÿng cÿ PCD thay thế dÿng cÿ có ß căng cao (tungsten carbide phā và không phā, gám và kim c°¢ng tự nhiên) trong gia công sợi carbon và vÃt liệu táng hợp °ợc gia cá bằng ma trÃn kim lo¿i, gỗ, nhựa, gám să,

1.2.4 Thông sß đ¿c tr°ng cho hiáu quÁ và chÃt l°ÿng căa quá trình gia công v¿t liáu có đß cąng cao

Trong các QTGC cắt gát ặc biệt là gia công các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao, các ặc tr°ng về chất l°ợng cāa QTGC và chi phi cho QTGC là những ặc tr°ng °ợc sử dÿng ể ánh giá hiệu quÁ cāa QTGC nh° mô tÁ trên hình 1.15 [11] Mßt sá thông sá ặc tr°ng cho hiệu quÁ cāa QTGC nh°:

- Sai sá trong QTGC, ß nhám bề mặt gia công, tác ß bóc tách vÃt liệu; - Lực cắt, nhiệt cắt và tiêu hao năng l°ợng trong quá trình gia công; - Mòn và tuái bền cāa dÿng cÿ cắt trong quá trình gia công

Các ph°¢ng pháp thông th°ãng trong GCC mang l¿i tÿ lệ lo¿i bß vÃt liệu tát h¢n và mang l¿i tính kinh tế trong sÁn xuất Do ó, các yếu tá sau th°ãng °ợc xem xét khi gia công các vÃt liệu căng ể ¿t °ợc hiệu quÁ tát nhất cāa QTGC (Hình 1.15):

- Đß căng vững cāa hệ tháng máy công cÿ, môi tr°ãng cắt (cắt khô, cắt °át) - Các ặc tính cāa vÃt liệu dÿng cÿ, các thông sá hình hác dÿng cÿ

- Chế ß cắt

Việc lựa chán thích hợp các thông sá ã nêu sẽ dÁn ến tuái thá cāa dÿng cÿ tát h¢n, tác ß lo¿i bß vÃt liệu, tính toàn vẹn bề mặt, ß chính xác về kích th°ác và giÁm chi phí gia công Từ các tài liệu, có thể kết luÃn rằng gia công vÃt liệu căng bằng quy trình gia công thông th°ãng vÁn là mßt giÁi pháp thay thế c¿nh tranh và hấp dÁn so vái các quy trình gia công phi truyền tháng

Hình 1.15 Các đặc trưng và thông số đầu vào của quá trình gia công

Côngsuất tiêu thÿNăng suất và giá thành

Thôngsß căa phôi

Thôngsß điÁu kián cÁtThôngsß dāng cā

1.3 Tình hình nghiên cąu vÁ gia công v¿t liáu có đß cąng cao 1.3.1 Tình hình nghiên cąu trong n°ác

Gia công vÃt liệu căng ã °ợc thực hiện vái mßt sá nghiên cău khác nhau nh°: Mài, tiện, phay, gia công tia lửa iện và mßt sá ph°¢ng pháp gia công khác Các nghiên cău này th°ãng tÃp trung nghiên cău ể nâng cao chất l°ợng bề mặt khi tiến hành gia công các lo¿i vÃt liệu gia công mà có ß căng cao Quá trình gia công các lo¿i vÃt liệu căng ang thu hút °ợc sự quan tâm cāa nhiều nhà nghiên cău [22]

Dÿng cÿ cắt bằng vÃt liệu PCBN °ợc sử dÿng ể tiện thông th°ãng các hợp kim 9XC và X12M sau tôi vái các ß căng khác nhau [22] Trong nghiên cău này, tác giÁ ã chỉ ra rằng lực cắt khi tiện các lo¿i thép này sau nhiệt luyện không lán h¢n giá trß lực cắt khi tiện các lo¿i thép này trong tr°ãng hợp thông th°ãng Nghiên cău cũng chỉ ra rằng, bề mặt sau khi gia công xuất hiện các lußng vÃt liệu biến d¿ng dẻo do kim lo¿i chÁy dẻo t¿o thành ba via dác theo vết tiến dao, làm giÁm chất l°ợng bề mặt, ß căng vÃt liệu tăng thì ß nhám cũng tăng Láp bề mặt không có sự thay ái về cấu trúc tế vi, nh°ng có biến ái về c¢ tính làm tăng ß căng tế vi å láp bề mặt và giÁm nhẹ å láp d°ái bề mặt so vái ß căng ban ầu

Vái vÃt liệu SKD61 sau nhiệt luyện ể làm khuôn, ã có mßt sá nghiên cău °ợc thực hiện ể ánh giá măc ß Ánh h°ång cāa chế ß công nghệ ến nhám bề mặt, tuái bền dÿng cÿ khi tiện thông th°ãng hoặc nghiên cău Ánh h°ång cāa chế ß cắt ến nhám bề mặt khi phay căng bằng dao phay ngón å chế ß phay thông th°ãng Cũng trong chế ß phay thông th°ãng, nghiên cău tái °u hóa quá trình phay vÃt liệu SKD 11 vái các chỉ tiêu là năng suất cắt, mòn dÿng cÿ cắt và ß nhám bề mặt cũng °ợc thực hiện khi phay mặt phẳng bằng dao phay gắn mÁnh cắt [23]

Nh° vÃy, có thể thấy rằng ã có khá nhiều nghiên cău trong n°ác thực hiện việc nghiên cău, ánh giá măc ß Ánh h°ång và tái °u hóa các thông sá công nghệ vái các chỉ tiêu ầu ra cāa QTGC nh° ß nhám bề mặt, l°ợng mòn dÿng cÿ cắt, năng suất gia công hoặc ßng thãi hai trong ba chỉ tiêu trên Tuy nhiên, các nghiên cău chỉ mái tÃp trung å các iều kiện gia công thông th°ãng Từ các tài liệu °ợc tham khÁo cho thấy các nghiên cău về gia công thép SKD61 sau nhiệt luyện trong iều kiện gia công cao tác ch°a °ợc thực hiện

1.3.2 Tình hình nghiên cąu ngoài n°ác

Trong suát những thÃp kÿ qua, ho¿t ßng nghiên cău chuyên sâu ã giÁi quyết các tình huáng ặc biệt cāa việc cắt các vÃt liệu căng [24] Các khÁo sát tÃp trung nghiên cău vào Ánh h°ång cāa các thông sá cắt, hình d¿ng dÿng cÿ cắt ến ß nhám bề mặt, ß mòn cāa dÿng cÿ cắt, tính toàn vẹn cāa bề mặt, sự hình thành láp trắng, lực cắt và nhiệt ß Mßt sá phân tích tÃp trung vào nghiên cău quá trình t¿o phoi cho thấy trong quá trình cắt căng là sự hình thành phoi phân o¿n Hai khái niệm °ợc °a ra giÁi thích cho iều ó: năt do tr°ợt bề mặt và sự mất án ßnh nghiêm tráng d°ái tác dÿng båi tính dẻo cāa vÃt liệu [25]

Các ph°¢ng pháp gia công tinh các lo¿i thép nhiệt luyện trong công nghệ chế t¿o khuôn mÁu °ợc quan tâm ặc biệt ể thay thế cho ph°¢ng pháp mài nhã những °u iểm v°ợt trßi nh° [26]:

- GiÁm thãi gian chu kỳ gia công mßt sÁn ph¿m, giÁm chi phí ầu t° thiết bß - Tăng ß chính xác gia công, nâng cao ß bóng bề mặt và năng suất gia công - Cho phép thực hiện nhiều b°ác gia công trong cùng mßt lần gá, gia công °ợc các bề mặt 3D phăc t¿p, …

Đß nhám bề mặt, ß chính xác kích th°ác gia công và các vấn ề quan tráng mà các nghiên cău về gia công vÃt liệu căng quan tâm [26] Đã có mßt sá nghiên cău °ợc thực hiện ể ánh giá măc ß Ánh h°ång cāa thông sá công nghệ ến nhám bề mặt và tuái bền dÿng cÿ khi khoan hoặc nghiên cău Ánh h°ång cāa chế ß cắt ến ß nhám bề mặt khi tiện [5], gia công tia lửa iện [2], …

Trong nhóm gia công phay các nghiên cău tÃp trung nhiều vào các quá trình phay thông th°ãng vÃt liệu căng sử dÿng các lo¿i dao phay thông th°ãng [14] Mßt sá nghiên cău tÃp trung vào các quá trình phay å chế ß phay thông th°ãng nh°: Nghiên cău Ánh h°ång b°ác tiến ến sự hình thành phoi cāa dao phay cầu gia công trên máy phay CNC [27] Nghiên cău Ánh h°ång cāa góc nghiêng ến chất l°ợng bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu [28] Nghiên cău Ánh h°ång cāa thông sá hình hác cāa dao phay cầu ến ß nhám bề mặt khi gia công thép [29] Nghiên cău Ánh h°ång cāa lực cắt ến tuái bền cāa dao phay cầu phā TiN khi gia công thép CR12MOV [30] Nghiên cău Ánh h°ång

cāa chế ß cắt ến tuái bền cāa dao phay cầu phā TiAlN khi gia công thép CR12MOV [31] Mßt sá ít nghiên cău tÃp trung vào ph°¢ng pháp phay cao tác vÃt liệu căng nh°: Phay cao tác vÃt liệu căng là Titan [19]

Nhận xét: Nh° vÃy, có thể thấy rằng, QTGC vÃt liệu căng °ợc thực hiện bằng

rất nhiều ph°¢ng pháp khác nhau (khoan, tiện, phay, gia công tia lửa iện, mài, chuát, …) Trong các ph°¢ng pháp nêu trên, phay là mßt trong những ph°¢ng pháp gia công °ợc ăng dÿng nhiều nhiều nhất trong gia công c¢ khí Đái vái ph°¢ng pháp phay vÃt liệu có ß căng cao, các nghiên cău hiện nay ang tÃp trung vào gia công å chế ß cắt thông th°ãng, chỉ mßt sá ít các nghiên cău tÃp trung vào quá trình phay cao tác vÃt liệu căng Theo kết quÁ táng hợp từ các nghiên cău, d°ãng nh° ch°a có nghiên cău nào °ợc thực hiện ể ánh giá măc ß Ánh h°ång cāa các thông sá công nghệ ến chất l°ợng bề mặt và mòn dÿng cÿ cắt khi phay cao tác mặt phẳng, thép SKD61 sau xử lý nhiệt Chính vì vÃy, h°áng nghiên cău này là cần thiết và có khÁ năng thực hiện °ợc

K¾T LU¾N CH¯¡NG 1

Từ các nghiên cău táng quan å trên có thể rút ra mßt sá kết luÃn sau ây:

VÃt liệu có ß căng cao là những vÃt liệu có ß căng từ 45 HRC trå lên Do ó, thép SKD61 ã °ợc sử lý nhiệt ¿t ß căng 52.7 ÷ 53.1 HRC là mßt trong những lo¿i vÃt liệu có ß căng cao

Các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao có thể °ợc gia công bằng các ph°¢ng pháp khác nhau, trong ó, ph°¢ng pháp phay là mßt trong những ph°¢ng pháp °ợc dùng phá biến hiện nay

Dÿng cắt ể gia công các lo¿i vÃt liệu có ß căng cao °ợc chế t¿o từ các lo¿i vÃt liệu khác nhau, mßt trong những vÃt liệu °ợc dùng phá biến ó là hợp kim căng