nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dụng cụ phủ tialn khi tiện tinh thép không gỉ sus 201

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH THÉP KHÔNG GỈ SUS 201 23. HOÀNG VĂN VINH THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH THÉP KHÔNG GỈ SUS 201 Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số :……………… 23. Học viên : HOÀNG VĂN VINH Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN THÁI NGUYÊN – 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠ I HỌ C THÁ I NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc  LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Tên đề tài: NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH THÉP KHÔNG GỈ SUS 201 Học viên : HOÀNG VĂN VINH Lớp : K11 - CTM Ngƣời HD khoa học : PGS. TS NGUYỄN QUỐC TUẤN Người hướng dẫn khoa học PGS. TS NGUYỄN QUỐC TUẤN Học viên HOÀNG VĂN VINH Ban giám hiệu Khoa Sau Đại học Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trì nh nghiên cứ u củ a tôi . Các kết quả, số liệ u nêu trong luậ n văn là trung thự c và chưa từ ng đượ c công bố trong bấ t kỳ công trnh nào khác. Tác giả luận văn Hoàng Văn Vinh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜ I CẢ M ƠN Tác giả chân thành cảm ơn s hướng dẫn tậ n tình củ a PGS .TS Nguyễ n Quốc Tuấn trong suố t quá trì nh hoà n thà nh luậ n văn nà y . Tác giả xin chân thành cảm ơn s gip đ của các thy cô giáo Khoa Cơ khí trườ ng Đạ i họ c Kỹ thuật Công nghiệp Thá i Nguyên đã tạ o điề u kiệ n gip đỡ tậ n tì nh trong việ c nghiên cứ u đề tà i . Cuố i cù ng tá c giả xin chân thà nh cả m ơn sự giú p đỡ củ a Ban giá m hiệ u, Khoa Sau Đại học trườ ng Đạ i họ c Kỹ thuật Công nghiệp Thá i Nguyên đã cho phé p và tạ o điề u kiệ n thuậ n lợ i để tá c giả hoà n thà nh bả n luậ n văn nà y . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục đích 1 3. Ý nghĩa khoa học và thc tiến của đề tài 2 4. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2 Chương 1 1.1. Quá trnh cắt và tạo phoi 3 1.2. Lc cắt khi tiện 6 1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt 6 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện 8 1.3. Nhiệt cắt 11 1.3.1. Khái niệm chung 11 1.3.2. Các nguồn nhiệt trong cắt kim loại 14 1.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt sau gia công cơ 17 1.4.1. Độ nhám bề mặt và phương pháp đánh giá 17 1.4.2. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ 21 1.5. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công cơ 26 1.5.1. Ảnh hưởng của các thông hình học của dụng cụ cắt 26 1.5.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt 27 1.5.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao 28 1.5.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 29 1.5.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia công 29 1.5.6. Ảnh hưởng của rung động hệ thống công nghệ 29 1.6. Kết luận chương 1 30 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ DAO PHUN PHỦ 2.1. Khái niệm về phun phủ 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1.1. Phủ bay hơi hoá học CVD (Chemical Vapour Deposition) - Phủ bay hơi lý học PVD (Physical Vapour Deposition) 31 2.1.2. Phủ PVD và CVD nâng cao tuổi thọ và hiệu suất dụng cụ 35 2.1.3. So sánh phủ PVD và CVD. 36 2.2. Cấu tạo dụng cụ cắt có lớp phủ 37 2.3.1. Vật liệu nền 37 2.3.2. Vật liệu phủ 38 2.3. Ứng dụng phủ: 39 2.4. Kết luận chương 2 43 MÒN VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ CẮT 3.1. Mòn dụng cụ cắt 45 3.1.1. Khái niệm chung về mòn 45 3.1.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt: 46 3.1.3. Mòn dụng cụ và cách xác định 50 3.2. Tuổi bền của dụng cụ cắt 53 3.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 53 3.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 54 3.2.3. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 58 3.3. Kết luận chương 3 59 Chương 4 NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH THÉP KHÔNG GỈ SUS 201 4.1. Thép không gỉ. 60 4.1.1. Sơ lược về thép không gỉ. 60 4.1.2. Thép không gỉ SUS 201: 62 4.2. Thiết kế thí nghiệm 63 4.2.1. Các giới hạn của thí nghiệm 63 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.2.2. Mô hình toán học 63 4.3. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 65 4.3.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm 65 4.3.2. Mô hình thí nghiệm 65 4.3.3. Điều kiện thí nghiệm 66 4.4. Thc nghiệm để xác định tuổi bền dụng cụ phủ TiAlN khi tiện thép không gỉ SUS 201 68 4.4.1. Nội dung: 68 4.3.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm: 69 4.3.3. Thực nghiệm xác định tuổi bền: 69 4.5. Đồ thị biểu diễn s ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền T 76 4.6. So sánh tuổi bền với hợp kim thông dụng. 76 4.6.1. Tính toán tuổi bền dụng cụ hợp kim T15K6. 76 4.6.2. So sánh: 78 4.7. Một số hnh ảnh dụng cụ sau khi gia công: 78 4.8. Kết luận chương 4 83 Chương 5 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 5.1. Kết luận chung 84 5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai 84 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ Hnh 1.1: Sơ đồ hoá miền tạo phoi 3 Hnh 1.2: Miền tạo phoi 5 Hnh 1.3: Miền tạo phoi với các vận tốc cắt khác nhau 5 Hnh 1.4: Hệ thống lc cắt khi tiện 7 Hnh 1.5: (a) Quan hệ giữa lc cắt và góc trước n 9 (b) Ảnh hưởng của góc trước đến ứng suất n trên dụng cụ cắt 9 Hình 1.6a: Ảnh hưởng của lượng chạy dao và độ cứng phôi đến lc cắt 9 Hình 1.6b,c: Ảnh hưởng bán kính mũi dao (b) và góc trước đến lc cắt (c) . 10 Hình 1.7:- (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt 13 - (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại 13 Hnh 1.8: Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường phụ thuộc vào vận tốc cắt [1] 14 Hnh 1.9. Đường cong thc nghiệm của Boothroyd để xác định tỷ lệ nhiệt () truyền vào phôi [5] 15 Hnh 1.10: Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn 16 Hnh 1.11: Độ nhám bề mặt 18 Hnh 1.12: Ảnh hưởng của thông số hnh học của dao tiện tới độ nhám bề mặt 26 Hnh 1.13: Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia công thép 27 Hnh 1.14: Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt 28 Hnh 2.1: Cấu trc lớp phủ 32 Hnh 2.2: Bột phủ PVD 32 Hnh 2.3. Một số dụng cụ phủ 39 Hnh 2.4: Sơ đồ 4 phương pháp phủ PVD cơ bản 40 Hnh 2.5: Hnh ảnh một số thiết bị phủ và sơ đồ thiết bị phủ PVD 42 Hnh 2.6: Các dụng cụ được ứng dụng phủ PVD 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hnh 3.1: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục (a) 47 và khi cắt gián đoạn (b) 47 Hnh 3.2: Các dạng mòn phn cắt của dụng cụ 51 Hnh 3.3: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau – ISO3685 52 Hnh 3.4: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau 55 Hnh 3.5: Tuổi bền dụng cụ tính theo thể tích phoi được bóc tách [27] 56 Hnh 3.6: Tuổi bền dụng cụ tính bằng pht [27] 56 Hnh 3.7: Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh PCBN với góc trước n 57 Hnh 3.8: Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 58 Hnh 3.9: Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 58 Hnh 3.10: Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 59 Hnh 4.1: Mô hnh hệ thống thí nghiệm 65 Hnh 4.2: Thí nghiệm trên máy tiện 66 Hnh 4.3: Máy tiện thc hiện thí nghiệm (PRIMERO – PL 1840) 67 Hnh 4.4: Dao tiện 68 Hnh 4.5:Vật liệu đang cắt trên máy 69 Hnh 4.6: Đồ thị biểu diển ảnh hưởng của V, S đến tuổi bền khi t=0.3 mm . 76 Hnh 4.7: Ảnh SEM mẫu dao tiện khi chưa gia công. 78 Hnh 4.8: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 42 pht với V = 180(m/p), s = 0,05(mm/vòng), t=0.45 mm 79 Hnh 4.9: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 42 pht với V = 180(m/p), s = 0,15(mm/vòng), t=0.15 mm 80 Hình 4.10: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 49 pht với V = 95(m/p), s = 0,15(mm/vòng), t=0.45 mm 82 Hnh 4.11: Ảnh SEM mẫu dao tiện sau 58.5 pht với V = 95(m/p), s = 0,05(mm/vòng), t=0.15 mm 83 [...]... không gỉ hiện nay là: Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dụng cụ phủ TiAlN khi tiện tinh thép không gỉ SUS 201 2 Mục đích Xây dựng được mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền dụng cụ khi gia công thép không gỉ bằng dao tiện phủ TiALN Tìm ra cơ sở cho việc tăng tuổi bền dao tiện phủ TiALN khi gia công tinh thép không gỉ SUS 201 Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm... việc của dao tiện phủ khi gia công thép không gỉ - Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể dùng cho việc lựa chọn bộ thông số chế độ cắt tối ưu của v, s và t khi gia công thép không gỉ SUS 201 bằng dụng cụ phủ TiALN Kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho việc tăng tuổi bền dụng cụ, tiết kiện chi phí gia công, hạ giá thành sản phẩm 4 Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: ... văn thạc sĩ kỹ thuật 2 Chuyên ngành công nghệ chế tạo 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài - Ý nghĩa khoa học: Về mặt khoa học đề tài phù hợp với xu thế phát triển của khoa học công nghệ hiện tại Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của chế độ cắt với tuổi bền của dao tiện phủ TiALN khi gia công vật liệu thép không ghỉ SUS 201 Kết quả nghiên cứu sẽ làm cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa,... tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số chế độ cắt, mối quan hệ của chúng với tuổi bền Dao tiện ngoài phủ TiALN Vật liệu gia công thép không gỉ SUS 201 Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3 Chuyên ngành công nghệ chế tạo... nhiều và yêu cầu ngày càng cao cho chất lượng và giá thành sản phẩm Việc tiện thép không gỉ tại Việt Nam hiện nay còn gặp nhiều khó khăn do đây là loại vật liệu dẻo dẫn nhiệt kém hay tạo dính làm cho dụng cụ chóng mòn Vì vậy một trong những vấn đề cần được nghiên cứu để có thể khai thác hiệu quả hơn nữa việc sử dụng dụng cụ phun phủ khi gia công thép không gỉ hiện nay là: Nghiên cứu mối quan hệ giữa. .. Chuyên ngành công nghệ chế tạo Thành phần lực Pz là lực cắt chính Giá trị của nó cần thiết để tính toán công suất của chuyển động chính, tính độ bền của dao, của chi tiết cơ cấu chuyển động chính và của các chi tiết khác của máy công cụ Thành phần lực hướng kính Py có tác dụng làm cong chi tiết ảnh hưởng đến độ chính xác gia công, độ cứng vững của máy và dụng cụ cắt Lực cắt tổng cộng được xác... ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện Lực cắt trong quá trình gia công nói chung và khi tiện nói riêng đều chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khác nhau như: vật liệu gia công, thông số hình học của dụng cụ cắt, chế độ cắt, v.v… Abdullah và Ulvi [16] đã chỉ ra rằng, trong tiện cứng thép ổ lăn AISI 52100 (độ cứng 60HRC) thì góc trước của dao PCBN n có ảnh hưởng lớn đến lực cắt chính FC và lực hướng kính... công nghệ chế tạo b Hình 1.5: (a) Quan hệ giữa lực cắt và góc trước n (b) Ảnh hưởng của góc trước đến ứng suất n trên dụng cụ cắt Hình 1.6a: Ảnh hưởng của lượng chạy dao và độ cứng phôi đến lực cắt (với t=0,35mm; r=0,02mm; n=200) [19] Jiang Hua và các đồng nghiệp [19] cũng đã thí nghiệm tiện cứng với thép ổ lăn AISI 5210 và chỉ ra rằng, độ cứng của vật liệu phôi, lượng chạy dao, góc trước và bán... cứng nguội và có độ cứng tế vi rất cao Mức độ biến cứng và chiều sâu của lớp biến cứng phụ thuộc vào các phương pháp gia công và các thông số hình học của dao Cụ thể là phụ thuộc vào lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và nhiệt độ trong vùng cắt Lực cắt làm cho mức độ biến dạng dẻo tăng, kết quả là mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt tăng Nhiệt sinh ra ở vùng cắt sẽ hạn chế hiện... nghệ chế tạo 11 1.3 Nhiệt cắt 1.3.1 Khái niệm chung Biến dạng dẻo của vật liệu gia công trong vùng tạo phoi, vùng biến dạng thứ hai và ma sát giữa vật liệu gia công với các mặt của dụng cụ trong quá trình cắt sinh nhiệt làm tăng nhiệt độ ở vùng gần lưỡi cắt dẫn đến làm giảm sức bền của dao ở vùng này gây phá huỷ bộ phận đến toàn bộ khả năng làm việc của lưỡi cắt Nhiệt cắt và nhiệt độ trong dụng cụ . Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dụng cụ phủ TiAlN khi tiện tinh thép không gỉ SUS 201 . 2. Mục đích Xây dng được mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền dụng cụ khi gia. CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH THÉP KHÔNG GỈ SUS 201 4.1. Thép không gỉ. 60 4.1.1. Sơ lược về thép không gỉ. 60 4.1.2. Thép không gỉ SUS 201: . NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH THÉP KHÔNG GỈ SUS 201 Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số