xác định chế độ cắt hợp lý khi tiện có va đập thép 45 qua tôi bằng mảnh hợp kim cứng phủ tialn

Ngoài ra, chất lượng bề mặt khi tiện cứng cũng có một số ưu ñiểm so với mài như ảnh hưởng của nhiệt ñến bề mặt gia công nhỏ do chiều dài và thời gian tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi ngắn,

TRƯỜNG ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THANH TÙNG

XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT HỢP LÝ KHI TIỆN CÓ VA ðẬP THÉP 45 QUA TÔI BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ TIALN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN – NĂM 2015

NGUYỄN THANH TÙNG

XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT HỢP LÝ KHI TIỆN CÓ VA ðẬP THÉP 45 QUA TÔI BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ TIALN

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN QUỐC TUẤN

THÁI NGUYÊN – NĂM 2015

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của bản thân thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn Trừ những phần tham khảo ñã ñược ghi rõ trong luận văn, những kết quả, số liệu nêu trong luận văn

là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Người cam ñoan

Nguyễn Thanh Tùng

LỜI CẢM ƠN

Lời ựầu tiên, tôi xin ựược cảm ơn PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn, thầy hướng dẫn khoa học của tôi về sự ựịnh hướng ựề tài, sự hướng dẫn tận tình cùng những ựóng góp quý báu trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận văn

Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ựến các thầy cô giáo Ờ Trường Cao ựẳng Công nghiệp Việt đức, Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp ựã dành những ựiều kiện làm việc tốt nhất cho tôi về cơ sở vật chất, dụng cụ, máy móc, giúp tôi hoàn thành ựược nghiên cứu của mình

Tôi muốn ựược bày tỏ sự biết ơn của mình ựến Ban Giám Hiệu, Khoa đào tạo sau đại học Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp ựã dành những ựiều kiện thuận lợi nhất ựể tôi hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn ựối với gia ựình và bạn bè ựã ủng hộ và ựộng viên tôi trong suốt quá trình làm luận văn này

Tác giả

Nguyễn Thanh Tùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii

PHẦN MỞ ðẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG 4

1.1 ðặc ñiểm quá trình tạo phoi khi tiện cứng 4

1.1.1 Các hình thái phoi khi cắt kim loại 4

1.1.2 Cơ chế hình thành phoi khi tiện cứng 5

1.2 Lực và ứng suất trong cắt kim loại 8

1.2.1 Mô hình tính toán lực cắt 8

1.2.2 Ứng suất trong dụng cụ cắt 10

1.2.3 Sự phân bố ứng suất trong vùng biến dạng 11

1.2.4 Lực cắt khi tiện cứng 13

1.3 Nhiệt cắt trong quá trình tiện cứng 14

1.3.1 Các nguồn nhiệt trong cắt kim loại 14

1.3.2 Các phương pháp ño nhiệt ñộ trong cắt kim loại 15

1.3.3 Nhiệt cắt khi tiện cứng 16

1.4 Kết luận chương 1 17

Chương 2 DỤNG CỤ PHUN PHỦ 18

2.1 Các loại vật liệu dụng cụ cắt dùng trong tiện cứng 18

2.1.1 Vật liệu sứ (ceramics) 18

2.1.2 Nitrit Bo lập phương (CBN) 19

2.1.3 Vật liệu phủ 21

2.2 Mòn dụng cụ 24

2.2.1 Khái niệm chung về mòn 24

2.2.2 Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 26

2.2.3 Mòn dụng cụ cắt và cách xác ñịnh 29

2.2.4 Ảnh hưởng của mòn dụng cụ ñến chất lượng bề mặt khi tiện cứng 32

2.3 Tuổi bền của dụng cụ 32

2.3.1 Các nhân tố ảnh hưởng ñến tuổi bền của dụng cụ khi tiện cứng 33

2.3.2 Phương pháp xác ñịnh tuổi bền dụng cụ cắt 37

2.3.3 Tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 38

2.4 Kết luận chương 2 38

Chương 3 XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT HỢP LÝ KHI TIỆN CÓ VA ðẬP THÉP 45 QUA TÔI BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ TIALN 40

3.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 40

3.1.1 Cơ sở lý thuyết 40

3.1.2 Thiết kế thí nghiệm 44

3.1.3 ðiều kiện biên 48

3.2 Thực nghiệm ñể xác ñịnh chế ñộ cắt hợp lý khi tiện có va ñập thép 45 qua tôi bằng mảnh dao phủ TiAlN 48

3.2.1 Nộidung 48

3.2.2 Các thông số ñầu vào của thí nghiệm 49

3.2.3 Hàm mục tiêu khi tiện có va ñập thép 45 qua tôi 50

3.2.4 Chọn dạng hàm hồi quy 50

3.2.5 Xây dựng kế hoạch thí nghiệm 50

3.2.6 Thực hiện thí nghiệm 51

3.2.7 Phân tích kết quả thí nghiệm 52

3.3 Tuổi bền dụng cụ ở chế ñộ cắt tối ưu 57

3.4 Khảo sát mòn mảnh dao ở chế ñộ cắt tối ưu 58

3.5 Kết luận chương 3 60

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ

Hình 1.3 Sơ ñồ các giai ñoạn của quá trình tạo phoi do trượt cục bộ 6

Hình 1.4 Các giai ñoạn hình thành phoi răng cưa trong gia công thép

Hình 1.5 Vòng tròn lực khi cắt trực giao của Ernst và Merchant 9

Hình 1.6 Biến thiên ứng suất pháp và tiếp trên mặt trước dụng cụ 11

Hình 1.7 Biến thiên ứng suất pháp và tiếp trong mặt phẳng trượt 12

Hình 1.8 Các khu vực biến dạng là nguồn sinh nhiệt 15

Hình 2.1 Cấu trúc tế vi của hai loại mảnh dao BZN6000-92%CBN

(High CBN) và BZN8100-70%CBN (Low CBN) 20

Hình 2.3 Ảnh hưởng của vận tốc cắt ñến cơ chế mòn 26

Hình 2.4 Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện 29

Hình 2.5 Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng

Hình 2.6 Các thông số ñặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau 31

Hình 2.8 Ảnh hưởng của vận tốc cắt ñến mòn mặt trước và mặt sau

Hình 2.9 Tuổi bền dụng cụ tính theo thể tích phoi ñược bóc tách 35

Hình 2.11 Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền với góc trước γn 36

Hình 2.12 Quan hệ giữa thời gian cắt, tốc ñộ cắt và ñộ mòn của dao 37

Hình 2.13 Quan hệ giữa tốc ñộ cắt V và tuổi bền T của dao 37

Hình 2.14 Quan hệ giữa V và T (ñồ thị lôgarit) 38

Hình 3.1 Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu 42

Hình 3.8 Kết quả phân tích số liệu thí nghiệm ñộ nhám Ra 53

Hình 3.12 Số liệu kết quả tối ưu 56 Hình 3.13 Quan hệ giữa nhám bề mặt và thời gian gia công 58

Hình 3.14 Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 10 phút gia công 59

Hình 3.15 Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 20 phút gia công 59

Hình 3.16 Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 30 phút gia công 60

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các thông số chế ñộ cắt khác nhau của Dawson và

Bảng 3.2 Giá trị thông số chế ñộ cắt V, S cho thực nghiệm 49

Bảng 3.4 Kết quả ñộ nhám bề mặt chi tiết gia công 52

Bảng 3.5 ðộ nhám bề mặt gia công ở chế ñộ cắt tối ưu 57

PHẦN MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Chất lượng bề mặt gia công là một trong những yêu cầu quan trọng nhất ñối với chi tiết máy vì nó ảnh hưởng trực tiếp ñến khả năng làm việc, ñộ bền, ñộ bền mòn, ñộ bền mỏi cũng như tuổi thọ của chi tiết máy Nâng cao chất lượng bề mặt là một trong những vấn ñề rất quan trọng của ngành công nghệ chế tạo máy Việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp công nghệ cho phương pháp gia công tinh lần cuối các bề mặt chi tiết máy, ñồng thời tìm ra những biện pháp công nghệ mới hoàn thiện hơn là một nhiệm vụ cấp bách

Tiện cứng (hard turning) là phương pháp tiện sử dụng dao bằng các vật liệu siêu cứng như Carbide phủ CVD, PVD, Nitrit Bo lập phương ña tinh thể hoặc Ceramic tổng hợp ñể thay thế cho nguyên công mài khi gia công các vật liệu có ñộ cứng cao (40 ÷ 70HRC) [18], [21] So với mài, tiện cứng có nhiều

ưu ñiểm vượt trội về khía cạnh kinh tế và sinh thái [29], [32] Ưu ñiểm ñáng

kể nhất của tiện cứng là có thể dùng một dụng cụ mà vẫn gia công ñược nhiều chi tiết có hình dáng khác nhau bằng cách thay ñổi ñường chạy dao Trong khi ñó, muốn mài ñược hình dạng các chi tiết khác nhau thì phải sửa ñá hoặc thay ñá khác ðặc biệt, tiện cứng có thể gia công ñược những biên dạng phức tạp mà mài khó có thể thực hiện ñược Ngoài ra, chất lượng bề mặt khi tiện cứng cũng có một số ưu ñiểm so với mài như ảnh hưởng của nhiệt ñến bề mặt gia công nhỏ do chiều dài và thời gian tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi ngắn, lớp ứng suất dư nén bề mặt có chiều sâu lớn nhưng vẫn giữ ñược ñộ chính xác kích thước, hình dạng và tính nguyên vẹn bề mặt [17], [19], [23], [38] Bên cạnh ñó, tiện cứng còn có thể thực hiện gia công khô, không cần sử dụng dung dịch trơn nguội nên không ảnh hưởng ñến môi trường và sức khỏe người lao ñộng [10], [28] Tuy nhiên, tiện cứng cũng ñòi hỏi máy, hệ thống công nghệ có ñộ cứng vững và ñộ chính xác cao [15]

Mặc dù có những ưu ñiểm nổi bật và ñã ñạt ñược sự tăng trưởng mạnh

mẽ trong những năm gần ñây, tiện cứng vẫn ñang là một công nghệ gia công mới chưa ñược nghiên cứu ñầy ñủ và các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình tiện cứng không có va ñập Trong thực tế có nhiều trường hợp gia công có va ñập như gia công trục bánh răng, trục then hoa, … Vì vậy, việc bổ sung các nghiên cứu tìm hiểu về ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi tiện cứng có va ñập ñến chất lượng bề mặt gia công là cần thiết ñối với ngành cơ khí

Chế ñộ cắt có ảnh hưởng như thế nào ñến chất lượng bề mặt gia công khi tiện có va ñập thép 45 ñã qua tôi (một loại vật liệu ñược sử dụng khá phổ biến ñể chế tạo trục bánh răng, trục then hoa, …)? Việc tìm ra bộ chế ñộ cắt hợp lý ñể ñạt chất lượng bề mặt tốt nhất cho quá trình này ñang là yêu cầu cần

thiết của các nhà sản xuất Do vậy ñề tài “Xác ñịnh chế ñộ cắt hợp lý khi tiện

có va ñập thép 45 qua tôi bằng mảnh hợp kim cứng phủ TiAlN” là cần thiết

và cấp bách

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài là ñánh giá ảnh hưởng của chế ñộ cắt (S, V, t) ñến chất lượng bề mặt (chủ yếu là nhám bề mặt) và tuổi bền dụng cụ khi tiện có va ñập thép 45 sau khi tôi sử dụng mảnh hợp kim cứng phủ TiAlN Qua ñó ñưa ra ñược bộ thông số chế ñộ cắt hợp lý ñể ñạt chất lượng bề gia công theo yêu cầu

3 Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu lý thuyết kết hợp nghiên cứu thực nghiệm Việc tìm hiểu lý thuyết dựa trên sự phân tích và tổng hợp các kết quả ñã công bố, ñưa ra các giả thiết và các tính toán biến ñổi phù hợp ñể xây dựng cơ sở lý thuyết và thiết lập các mô hình thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm ñược tiến hành trên các hệ thống thiết bị thí nghiệm hiện ñại có ñộ tin cậy và ñộ chính xác cao ñể ñánh giá chất lượng bề mặt thông qua kết quả ño nhám và hình chụp topography bề mặt

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

Quá trình ứng dụng các kết quả nghiên cứu sẽ cho phép mở rộng phạm

vi gia công của ngành chế tạo máy nói chung và của công nghệ tiện cứng nói riêng, góp phần tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt, giá thành hạ và nâng cao khả năng ứng dụng vào thực tiễn một phương pháp gia công tinh linh hoạt, thân thiện với môi trường, chi phí ñầu tư thấp, phù hợp với ñiều kiện sản xuất ở Việt Nam

Chương 1 T

1.1 đặc ựiểm quá trình t

1.1.1 Các hình thái phoi khi c

Phoi hình thành trong quá trình c

thành hai dạng cơ bản [

- Dạng phoi dây ổn ựịnh (phoi liền):

bao gồm vùng trượt tập trung gần nh

mảng và vùng trượt mở rộng có biến dạng dẻo b

(hình 1.1) [34]

- Dạng phoi tuần hoàn: Phoi r

phoi tạo thành với lẹo dao

Hình 1.1.

a) Trượt tập trung tr

c) Vùng trư

đôi khi còn có d

là khi cắt kim loại nguy

Khái niệm phoi phân ựoạn

và phoi răng cưa không c

ựược nhận diện Vắ dụ, tần số chu kỳ của phoi l

100Hz trong khi tần số chu kỳ của phoi răng c

phoi lượn sóng không có các ựỉnh sắc nhọn nh

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TIỆ

m quá trình tạo phoi khi tiện cứng 1.1.1 Các hình thái phoi khi cắt kim loại

Phoi hình thành trong quá trình cắt kim loại rất ựa dạng song có thể chia

ản [35]:

ạng phoi dây ổn ựịnh (phoi liền): Với ba loại tùy theo cơ ch

ợt tập trung gần như một mặt phẳng, v

ợt mở rộng có biến dạng dẻo bên dưới bề mặt do m

àn: Phoi rời, phoi lượn sóng, phoi răng c

ới lẹo dao

Hình 1.1 Cơ chế hình thành dạng phoi ổn ựịnh.

ợt tập trung trên mặt phẳng; b) Vùng trượt tạo th c) Vùng trượt mở rộng bên dưới bề mặt gia công

òn có dạng phoi với bề dày thay ựổi không tuần ho

ắt kim loại nguyên chất

ệm phoi phân ựoạn thường ựược dùng ựể mô tả cả phoi l

và phoi răng cưa không còn phù hợp từ khi sự khác biệt giữa hai loại phoi n

ợc nhận diện Vắ dụ, tần số chu kỳ của phoi lượn sóng th

ần số chu kỳ của phoi răng cưa lớn hơn 2ọ4 l

ợn sóng không có các ựỉnh sắc nhọn như phoi răng cưa (h

ới bề mặt gia công [34]

ổi không tuần hoàn, ựặc biệt

ể mô tả cả phoi lượn sóng

ữa hai loại phoi này

ợn sóng thường khoảng

ơn 2ọ4 lần Hơn nữa,

ư phoi răng cưa (hình 1.2) [35]

a)

1.1.2 Cơ chế hình thành phoi khi ti

Sự khác biệt cơ b

thông thường là sự h

hiện vào năm 1954 [

thành phoi răng cưa có th

trượt ñoạn nhiệt ban ñầu, một trạng thái mất ổn ñịnh nhiệ

các vật liệu hạn chế về khả năng biến cứng khi bị biến dạng ở tốc ñộ cao

Hình 1.2 Các dạng phoi phân ñoạn.

a) Phoi lượn sóng; b) Phoi răng cưa [35

ình thành phoi khi tiện cứng

ơ bản của quá trình tạo phoi khi gia công thép cứng v

ự hình thành phoi răng cưa, lần ñầu tiên ñưvào năm 1954 [9] Các lý thuyết khác nhau ñể giải thích về c

thành phoi răng cưa có thể chia thành hai dạng: Dạng thứ nhất dựa tr

ợt ñoạn nhiệt ban ñầu, một trạng thái mất ổn ñịnh nhiệt d

ật liệu hạn chế về khả năng biến cứng khi bị biến dạng ở tốc ñộ cao

42], [43] Dạng thứ hai cho rằng do sự mất ổn ñịnh theo

ự xuất hiện và lan truyền của các vết nứt ở bề mặt tự do của

ểm thứ nhất, sự thay ñổi của tốc ñộ cắt khi gia công các loại

ật liệu khó gia công gây ra sự không ổn ñịnh của quá trình

ệt của vật liệu phôi dưới ñiều kiện cắt gọt Kết quả l

ạng phoi tuần hoàn ñược hình thành Trượt cục bộ làm l

àn và gây ra dao ñộng hoặc va ñập trong quá trình c

ứng vững của hệ thống thấp và nhiệt ñộ trên bề mặt tiếp xúc giữa phoi v

ình thành do trượt cục bộ là dạng phoi ñi

ật liệu có hệ thống trượt hạn chế (cấu trúc tinh thể sáu cạnh

ạng phoi phân ñoạn

35]

ạo phoi khi gia công thép cứng và thép

ên ñược Shaw phát

ết khác nhau ñể giải thích về cơ chế hình

ạng: Dạng thứ nhất dựa trên sự

t dẻo thường thấy ở

ật liệu hạn chế về khả năng biến cứng khi bị biến dạng ở tốc ñộ cao hoặc

ạng thứ hai cho rằng do sự mất ổn ñịnh theo

ề mặt tiếp xúc giữa phoi và

hoi ñiển hình khi gia

ấu trúc tinh thể sáu cạnh), khả

năng dẫn nhiệt kém, ñộ cứng cao nh

siêu hợp kim của titan v

khi gia công các loại vật liệu có hệ thống tr

ñoạn thứ hai là quá trình phá h

phôi khi dụng cụ tiến về phía tr

thành một phân ñoạn phoi [

Hình 1.3 Sơ ñồ các giai ñoạn của quá tr

Quá trình hình thành phoi do tr

thành phoi liền ổn ñịnh (h

ñịnh, hiện tượng biến cứng chiếm

Khi trượt diễn ra dọc theo mặt ph

suất yêu cầu cho biến dạng tiếp theo trở n

chuyển sang mặt phẳng tiếp theo V

theo dẫn ñến một sự phân bố biến dạng ñồng ñều trong phoi

thể Trong trường hợp h

chiếm ưu thế hơn sự biến cứng Khi tr

chính a (hình 1.3), s

phẳng yếu nhất và trư

ẫn nhiệt kém, ñộ cứng cao như các loại thép hợp kim cứng, các loại

ợp kim của titan và niken Trái lại, phoi ổn ñịnh là dạng phoi thích hợp

ại vật liệu có hệ thống trượt mạnh (cấu trúc tinh thể bốn ạnh), tính dẫn nhiệt tốt, ñộ cứng thấp như các loại thép các bon v

3]

ình thành phoi do trượt cục bộ gồm một chuỗi các quá trản: Giai ñoạn thứ nhất là sự trượt không ổn ñịnh ạng cục bộ trong một dải hẹp ở vùng trượt thứ nhất phía tr

à quá trình phá hủy theo ñường nghiêng hình chêm cụng cụ tiến về phía trước với biến dạng không ñáng kể ñể h

ột phân ñoạn phoi [43]

ồ các giai ñoạn của quá trình tạo phoi do tr

Quá trình hình thành phoi do trượt cục bộ khác hẳn với quá tr

ền ổn ñịnh (hình 1.3) Trong trường hợp hình thành phoi liợng biến cứng chiếm ưu thế so với hiện tượng mềm hóa v

ợt diễn ra dọc theo mặt phẳng trượt chính a, do bị biến cứng n

ầu cho biến dạng tiếp theo trở nên lớn hơn và mặt phẳng yếu nhất sẽ

ển sang mặt phẳng tiếp theo Vì vậy, trượt sẽ chuyển sang mặt phẳng tiếp

ẫn ñến một sự phân bố biến dạng ñồng ñều trong phoi

ờng hợp hình thành phoi do trượt cục bộ, sự mềm hóa v

ự biến cứng Khi trượt diễn ra dọc theo mặt phẳng trchính a (hình 1.3), sức bền ở ñây nhỏ hơn nên mặt phẳng n

à trượt tiếp tục diễn ra ở ñây hay nói khác ñi tr

ại thép hợp kim cứng, các loại

ợt thứ nhất phía trước dụng cụ Giai

êng hình chêm của vật liệu

ới biến dạng không ñáng kể ñể hình

ạo phoi do trượt cục bộ [43]

ợt cục bộ khác hẳn với quá trình hình

ình thành phoi liền ổn ợng mềm hóa vì nhiệt

ợt chính a, do bị biến cứng nên ứng

ặt phẳng yếu nhất sẽ

ợt sẽ chuyển sang mặt phẳng tiếp

ẫn ñến một sự phân bố biến dạng ñồng ñều trong phoi ở cấp ñộ tổng

hạn trong một mặt phẳng hẹp V

ñộ tổng thể là không ñ

chỉ là sự cạnh tranh của hai hiện t

nhiệt [42]

Theo quan ñiểm thứ hai, quá tr

ổn ñịnh theo chu kỳ dựa tr

mặt tự do của phoi trải qua các giai ñoạn (h

Hình 1.4 Các giai ño

100Cr6 (760HV), thông s

trường cắt khô, dao PCBN có chất gắn kết ceramic [

Giai ñoạn 1: Khi ứng suất cắt ñạt tới giá trị tới hạn, một vết nứt

xuất hiện và phát triển về phía l

Giai ñoạn 2: Do sự xuất hiện của vết nứt, thể tích phoi giữa vết nứt vcạnh viền lưỡi cắt bị ñẩy l

dụng cụ tiến về phía tr

dần làm chiều dày của phoi giảm Tốc ñộ tr

dụng cụ và ở bề mặt vết nứt lớn ñến nỗi ma sát l

ñiểm chuyển hóa A3 Vì th

ột mặt phẳng hẹp Vì vậy, sự phân bố biến dạng trong phoi

à không ñồng ñều Như vậy, bản chất của cơ ch

ự cạnh tranh của hai hiện tượng cơ nhiệt là biến cứng v

ểm thứ hai, quá trình hình thành phoi răng cưa là do s

ổn ñịnh theo chu kỳ dựa trên sự xuất hiện và lan truyền của các vết nứt ở bề

ặt tự do của phoi trải qua các giai ñoạn (hình 1.4) [27]:

Các giai ñoạn hình thành phoi răng cưa trong gia công thép 100Cr6 (760HV), thông số cắt v = 100m/ph, s = 0,1mm/vg, t = 1mm, môi ờng cắt khô, dao PCBN có chất gắn kết ceramic [27]

ạn 1: Khi ứng suất cắt ñạt tới giá trị tới hạn, một vết nứt

ển về phía lưỡi cắt

ạn 2: Do sự xuất hiện của vết nứt, thể tích phoi giữa vết nứt v

ỡi cắt bị ñẩy lên hầu như không có bất kỳ biến dạng nụng cụ tiến về phía trước, khe hở giữa vết nứt và cạnh viề

ủa phoi giảm Tốc ñộ trượt của phoi tr

ở bề mặt vết nứt lớn ñến nỗi ma sát làm nhiệt ñộ tăng ñến gần

Vì thế, mactensite có thể ñược tạo ra d

ậy, sự phân bố biến dạng trong phoi ở cấp

ơ chế tạo phoi ở ñây

ạn 1: Khi ứng suất cắt ñạt tới giá trị tới hạn, một vết nứt ñột nhiên

ạn 2: Do sự xuất hiện của vết nứt, thể tích phoi giữa vết nứt và

ất kỳ biến dạng nào Khi ạnh viền lưỡi cắt sẽ nhỏ

ợt của phoi trên mặt trước của

ệt ñộ tăng ñến gần

ợc tạo ra dưới dạng các lớp

trắng xung quanh ñoạn phoi vừa hình thành Bên cạnh ñó một lớp trắng tương

tự tồn tại trên bề mặt gia công do ma sát lớn với mặt sau của dụng cụ

Giai ñoạn 3: Chiều rộng của khe hở hẹp ñến mức mà tốc ñộ ñẩy ra và biến dạng dẻo của phoi là rất cao Dưới tác dụng của nhiệt ñộ cao, hai lớp trắng trên phoi hòa nhập với nhau tạo thành phần còn lại của ñoạn phoi Tại ñây, chiều dày phoi rất nhỏ và nó nguội ñi rất nhanh Vì thế, sự chuyển hóa trong vùng này là ñoạn nhiệt

Giai ñoạn 4: Phân ñoạn phoi ñược hình thành và ñiền ñầy vào chỗ trống giữa vết nứt và mặt bên trong của phoi do biến dạng lớn Sự phân bố ứng suất nén mà bị giảm xuống trong giai ñoạn 2 và 3 ñóng vai trò quan trọng trở lại

ñể bắt ñầu một vết nứt mới và các hiện tượng của chu kỳ sẽ ñược lặp lại Dạng phoi tạo thành ñược ñiều khiển bởi sự cân bằng giữa tốc ñộ cắt và

ñộ cứng của phôi thông qua mối liên hệ giữa hai thông số trên là nhiệt cắt [27]

1.2 Lực và ứng suất trong cắt kim loại

1.2.1 Mô hình tính toán lực cắt

Lực cắt cần thiết ñể tạo thành phoi trong cắt kim loại phụ thuộc vào giới hạn trượt của vật liệu phôi và diện tích mặt phẳng trượt Trong khi giới hạn chảy trượt của các kim loại và hợp kim trong cắt kim loại thay ñổi rất ít trong dải rộng tốc ñộ cắt và chiều sâu cắt thông thường thì diện tích mặt phẳng trượt lại thay ñổi nhiều phụ thuộc vào ñiều kiện cắt nên ảnh hưởng của diện tích mặt phẳng trượt tới lực cắt lớn hơn nhiều so với ảnh hưởng của giới hạn chảy trượt trong cắt kim loại [39]

Trong trường hợp cắt trực giao, diện tích mặt phẳng trượt có quan hệ với chiều dày lớp cắt t1, chiều rộng phoi w và góc trượt ø theo biểu thức:

1 w

(1 1) sin

S

t A

φ

Trong quá trình c

rộng phoi (chiều sâu c

thể điều khiển được tr

lớn gấp 5 lần khi gĩc tr

hưởng tới gĩc trượt ø

ðể xây dựng các biểu thức dự đốn định l

trong lý thuyết về cắt kim loại Theo mơ h

phoi FR là một vector tổng hợp của các th

Hình 1.5 Vịng trịn l

Trong quá trình cắt, cĩ thể chủ động điều khiển được các thơng s

u sâu cắt) w và chiều dày cắt (lượng chạy dao) t

c trực tiếp gĩc trượt ø Khi gĩc trượt nhỏ, lực tr

ớn gấp 5 lần khi gĩc trượt lớn nhất Vì vậy việc nghiên cứu các nhân tố ảnh

ø sẽ giúp điều khiển hoặc dự đốn được lực cắt [

ể xây dựng các biểu thức dự đốn định lượng về trạng thái vật liệu phơi

ũng như xác định các nhân tố quyết định chiều d

ực cắt tương ứng, nhiều mơ hình dự đốn lực cắt, ứng suất dđược phát triển như mơ hình của Ernst và Merchant (1941), Lee và Shaffer (1951), Kobayashi và Thomsen (1962), Rowe và Spick (1967), Wright (1982), … Tuy nhiên, cho đến nay vẫn khơng cĩ mơ h

ện cắt [17]

ố các mơ hình đề cập ở trên, khơng mơ hình nào cĩ s

ể so với mơ hình của Ernst và Merchant vẫn là cột mốc quan trọng

ết về cắt kim loại Theo mơ hình này, lực tổng

ột vector tổng hợp của các thành phần lực vuơng gĩc (h

Vịng trịn lực khi cắt trực giao của Ernst và Merchant [

ực cắt, ứng suất dư,

à Merchant (1941), Lee và Shaffer (1951), Kobayashi và Thomsen (1962), Rowe và Spick (1967),

ến nay vẫn khơng cĩ mơ hình nào đúng

ên, khơng mơ hình nào cĩ sự cải tiến

ột mốc quan trọng

ực tổng hợp giữa dao và

ần lực vuơng gĩc (hình 1.5):

à Merchant [17]

F
R =F
S +F
SN =F
F +F
N =F
C+F
T (1 2) −

Trong ñó: FR là lực tổng hợp; FS là lực cắt nằm trong mặt phẳng trượt; FSN là lực vuông góc với mặt phẳng trượt; FF là lực ma sát ở trên mặt trước của dụng cụ; FN là lực pháp tuyến với mặt trước của dụng cụ; FC là lực cắt chính; FT là lực dọc trục

Lực thành phần tác dụng trên mặt phẳng trượt và mặt trước của dụng cụ

có quan hệ với các thành phần lực cắt chính (lực tiếp tuyến FC và lực dọc trục

Trong một quá trình tiện ñơn giản, có hai loại ứng suất chính quan trọng tác dụng lên dụng cụ:

- Ứng suất pháp do lực cắt chính tác dụng lên mặt trước dụng cụ tại vùng tiếp xúc là ứng suất nén, có thể xác ñịnh bằng tỉ số giữa lực cắt chính và diện tích tiếp xúc

- Ứng suất tiếp do lực ăn dao tác dụng lên mặt trước dụng cụ, xác ñịnh bằng tỉ

số giữa lực ăn dao và diện tích tiếp xúc Vì lực ăn dao nhỏ so với lực cắt chính nên ứng suất tiếp nhỏ hơn ứng suất pháp tác dụng trên cùng diện tích tiếp xúc, thường chỉ vào khoảng 30÷60% giá trị trung bình của ứng suất pháp

- Khi dụng cụ mòn, có cả ứng suất pháp và tiếp tác dụng lên mặt sau của dụng

cụ Mặc dù diện tích tiếp xúc trên mặt sau ñôi khi có thể xác ñịnh rõ ràng

nhưng rất khó xác ñịnh giá trị của lực tác dụng tr

không có một ñánh giá ñáng tin cậy n

Ngoài ra, còn có các

ñến cấu trúc chung của dụng cụ v

lắp ñặt khi gia công Tuy nhi

tuổi thọ dụng cụ nên các

1.2.3 Sự phân bố ứng suất trong v

Giá trị của ứng suất trung b

xác ñịnh dựa trên giá tr

Trường phân bố ứng su

trình sinh nhiệt, ảnh hư

ñối với vật liệu dụng c

ất khó xác ñịnh giá trị của lực tác dụng trên nó Cho ñ

ột ñánh giá ñáng tin cậy nào về ứng suất trên mặt sau dụng cụ [Ngoài ra, còn có các ứng suất khác tác dụng lên thân d

ến cấu trúc chung của dụng cụ và ñộ cứng vững kết nối tại n

ắp ñặt khi gia công Tuy nhiên, vì không liên quan ñến quá tr

ên các ứng suất này không ñược xem xét

ự phân bố ứng suất trong vùng biến dạng

ị của ứng suất trung bình trong vùng biến dạng khi gia công có thể

ên giá trị lực ño ñược và diện tích vùng bi

ng suất trong vùng biến dạng có liên quan tr

nh hưởng ñến cơ chế hình thành phoi và xác

ng cụ

ến thiên ứng suất pháp và tiếp trên mặt trước dụng cụ [

ự phân bố ứng suất trên vùng biến dạng khi gia công rất phức tạp Theo

ứu của nhiều tác giả, trên vùng tiếp xúc của phoi với mặt tr

ằng hằng số trên một nửa phần phoi tiếp xúc gần nhất với

ẽ giảm dần ñến 0 trên nửa còn lại, ñạt giá trị bằng 0 tại ñiểm C

ên nó Cho ñến nay, vẫn

ặt sau dụng cụ [39]

ên thân dụng cụ liên quan

ộ cứng vững kết nối tại nơi dụng cụ ñược

ến quá trình tạo phoi và

ợc xem xét

ến dạng khi gia công có thể ùng biến dạng: s

s s

F A

ng có liên quan trực tiếp ñến quá hình thành phoi và xác ñịnh yêu cầu

ớc dụng cụ [33]

ến dạng khi gia công rất phức tạp Theo

ếp xúc của phoi với mặt trước dụng

ột nửa phần phoi tiếp xúc gần nhất với

ại, ñạt giá trị bằng 0 tại ñiểm C

khi phoi rời khỏi bề mặt dụng cụ Ứng suất pháp

nghiệm: n = 19÷22 cho thép các bon thấp [

Ứng suất tiếp biến thi

M

l

l l

τ µ σ

Ứng suất tiếp biến thiên theo quy luật:

τ ( )x = τs với 0 ≤ x ≤ l 1

1

( ) ( )

n s

1 Chiều dài vùng ứng suất trượt bằng h

u dài tiếp xúc khi tăng góc trước α của d

ến thiên ứng suất pháp và tiếp trong mặt phẳng tr

tăng ñơn ñiệu từ ñiểm C

ng hằng số giảm tương

a dụng cụ

ếp trong mặt phẳng trượt [33]

Trạng thái phân bố ứng suất trên mặt phẳng trượt cũng tương tự như trên bề mặt tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ [33] Hình 1.7 ñã biểu diễn sự thay

ñổi của ứng suất tiếp τ s và ứng suất pháp σ s trên mặt phẳng trượt Trong vùng

AE (gần lưỡi cắt nhất) τ s không phụ thuộc vào ứng suất pháp σ s trên mặt phẳng trượt, trong khi trên vùng E’B (gần bề mặt tự do nhất) tỉ số s

1.2.4 Lực cắt khi tiện cứng

Trong quá trình tiện cứng, ñộ cứng cao của phôi cùng với tốc ñộ cắt cao

và ñiều kiện gia công khô ñã làm cho tác dụng của lực cắt có những thay ñổi ñáng kể so với các quá trình gia công thông thường Lực cắt khi gia công các vật liệu cứng không lớn hơn lực cắt khi gia công các vật liệu mềm [25] Góc trượt lớn và sự hình thành phoi răng cưa do ñộ dẻo kém làm giảm lực cắt mặc

dù ñộ bền cao của vật liệu cứng Trường hợp gia công các thép cứng, góc trước âm của dụng cụ càng lớn thì lực dọc trục càng cao và lực cắt tiếp tuyến càng thấp Sự biến thiên của các thành phần lực cắt cũng bị ảnh hưởng bởi sự thay ñổi ñộ cứng vật liệu gia công Strafford và Audy [36] ñã khẳng ñịnh khi tiện cứng thép AISI 4340 có ñộ cứng từ 29÷57HRC bằng dụng cụ gốm ñã có

sự tăng tương ứng lực cắt từ 30÷80% Trong một công bố khác ñã chứng tỏ rằng tốc ñộ cắt càng cao, lực dọc trục và lực cắt riêng càng thấp, không phụ thuộc vào mòn dụng cụ [8]

Ảnh hưởng của ñiều kiện cắt ñến quá trình tiến triển của lực cắt cũng ñã ñược mô hình trong nhiều nghiên cứu Bằng việc tiến hành các thí nghiệm khi gia công thép AISI D2 ở ñộ cứng 62HRC với dụng cụ cắt PCBN, Arsecularatne và cộng sự [8] ñã kết luận có một mối liên hệ chặt chẽ giữa lực cắt và ñiều kiện cắt Huang và Liang [16] trình bày lực cắt tổng cộng là tổng

của các thành phần lực ñể tạo phoi và lực do mòn mặt sau Mô hình này ñược ñánh giá bằng thực nghiệm quá trình tiện cứng chính xác thép AISI 52100 ở

ñộ cứng 62HRC với hai loại dụng cụ PCBN hàm lượng CBN cao và thấp Kết quả cho thấy, lực hướng kính và lực tiếp tuyến có giá trị nhỏ hơn, nhiệt ñộ trên bề mặt tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ có giá trị cao hơn khi sử dụng dao với hàm lượng CBN thấp Chen [11] cũng công bố khi nghiên cứu thực nghiệm tiện cứng thép bằng dụng cụ PCBN, lực hướng kính có giá trị lớn nhất trong ba thành phần lực cắt Ozel và cộng sự [26] cũng kết luận, lực cắt khi gia công bằng dụng cụ PCBN nhạy cảm với sự thay ñổi của các thông số hình học của dụng cụ và mòn dụng cụ Bề mặt của sản phẩm khi gia công bằng dụng cụ PCBN cũng tương ñương như bề mặt ñược mài Thêm nữa, lực cắt cũng như nhám bề mặt còn bị ảnh hưởng bởi thông số hình học của dụng

cụ Dụng cụ với cạnh lưỡi cắt mài tròn sẽ làm giảm lực cắt nhưng làm tăng nhiệt ñộ trên mặt tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ Sử dụng các kết quả từ mô hình cơ nhiệt của mặt phẳng trượt khi cắt trực giao có kể ñến ảnh hưởng của biến dạng, tốc ñộ biến dạng, nhiệt ñộ và ñộ cứng phôi ban ñầu, Yan và cộng

sự [41] kết luận rằng lực theo phương chạy dao có giá trị lớn nổi trội trong các thành phần lực cắt khi tiện cứng chính xác bằng dụng cụ PCBN Lực cắt, ñặc biệt là lực theo phương chạy dao tăng khi tăng lượng chạy dao và bán kính vê tròn cạnh lưỡi cắt

1.3 Nhiệt cắt trong quá trình tiện cứng

1.3.1 Các nguồn nhiệt trong cắt kim loại

Trong quá trình cắt kim loại, năng lượng bị tiêu tốn vào việc tạo phoi và thắng lực ma sát giữa phôi và dụng cụ Hầu hết năng lượng này chuyển hóa thành nhiệt tạo ra nhiệt ñộ cao ở vùng biến dạng và những vùng xung quanh của phoi, dụng cụ với phôi (hình 1.8) [14]

Nhiệt ñộ cắt ñóng vai trò quan trọng quyết ñịnh hiệu quả gia công Nhiệt

ñộ trong vùng biến dạng cơ sở, nơi diễn ra biến dạng lớn ñể hình thành phoi

có ảnh hưởng ñến các thu

các lực cắt Nhiệt ñộ tr

dụng cụ cắt Nhiệt ñộ tr

thiện và cấu trúc kim loại của bề mặt gia công

ứng suất dư trên bề mặt gia công do giảm bớt sự ch

nhiệt ñộ cao có thể dẫn ñến lớp cháy hoặc lớp cứng tr

Hình 1.8 Các khu v

Về cơ bản, trong quá trình c

nhiệt [17]: Vùng trư

mặt tiếp xúc giữa phôi v

xúc giữa phôi và dụng cụ) có thể bỏ qua nếu d

1.3.2 Các phương pháp ño nhi

Nhiệt ñộ trong cắt kim loại bắt ñầu ñ

phương pháp nhiệt ñiện chỉ ño ñ

xúc giữa phoi và dụng cụ, mặt khác cả phôi v

ñiện nên một số dụng cụ nh

gia công các lỗ ñặt cặp ngẫu nhiệt sẽ phá vỡ v

n các thuộc tính cơ học của vật liệu gia công v

ực cắt Nhiệt ñộ trên mặt trước dụng cụ có ảnh hưởng lớn ñến tuổi thọ ụng cụ cắt Nhiệt ñộ trên mặt sau dụng cụ sẽ ảnh hưởng ñến trạng thái ho

ấu trúc kim loại của bề mặt gia công Nhiệt ñộ vừa phải sẽ giảm bớt

ề mặt gia công do giảm bớt sự chênh lệch nhiệt ñộ trong khi

ệt ñộ cao có thể dẫn ñến lớp cháy hoặc lớp cứng trên bề mặt gia công

Các khu vực biến dạng là nguồn sinh nhiệt [

trong quá trình cắt có thể nhận biết ñưVùng trượt cơ sở, mặt tiếp xúc giữa phoi và m

ặt tiếp xúc giữa phôi và mặt sau dụng cụ Nguồn nhiệt sau c

ụng cụ) có thể bỏ qua nếu dùng dụng cụ sắc

1.3.2 Các phương pháp ño nhiệt ñộ trong cắt kim loại

ệt ñộ trong cắt kim loại bắt ñầu ñược quan tâm về mặt ñịnh l

ững năm 1920 Nhiệt ñộ dụng cụ cắt có thể ñược xác ñịnh bằng các ph

ệt ñiện, ngẫu nhiệt, bức xạ hồng ngoại, vẽ bản ñồ sự thay ñổi về

ộ cứng của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt ñộ, xác ñịnh m

ử dụng các vật liệu chỉ thị nhiệt ñộ ñặt vào các bề mặt cần xác ñịnh nhiệt

ộ, … song tất cả các phương pháp ñều chưa cho kết quả chính xác Ví dụ,

ệt ñiện chỉ ño ñược nhiệt ñộ trung bình trên toàn bụng cụ, mặt khác cả phôi và dụng cụ ñều phải l

ột số dụng cụ như gốm không thể áp dụng phương pháp

ỗ ñặt cặp ngẫu nhiệt sẽ phá vỡ và có thể làm thay ñ

ọc của vật liệu gia công và do ñó ñến

ởng lớn ñến tuổi thọ ởng ñến trạng thái hoàn

ệt ñộ vừa phải sẽ giảm bớt ệch nhiệt ñộ trong khi

ương pháp này Việc

àm thay ñổi trường

nhiệt trong cắt kim loại Việc vẽ bản ñồ nhiệt ñộ bằng cách sử dụng cặp ngẫu nhiệt cũng rất rườm rà vì phải dùng nhiều dụng cụ với các cặp ngẫu nhiệt ñặt tại các ñiểm khác nhau Kỹ thuật ño bức xạ thường hạn chế việc tiếp cận vào

bề mặt cần ño Màu thép tôi của phoi phụ thuộc vào chiều dày của lớp ôxy hóa trên bề mặt phoi mà chiều dày này phụ thuộc vào thời gian ở nhiệt ñộ cũng như sự tập trung ôxy và làm cho sự giải thích gặp khó khăn [17]

Sự phát triển gần ñây trong công nghệ phủ cho phép sử dụng một phương pháp mới ñể ño nhiệt ñộ dụng cụ bằng việc dùng các màng cảm biến nhiệt ñiện trở RTDs (Resistance Temperature Detectors) ñặt trực tiếp trên bề mặt dụng cụ Các cảm biến này có ñộ dày ñặc trưng khoảng chừng vài nanomet, ảnh hưởng của nó trong quá trình cắt là không ñáng kể Hơn nữa, với chiều rộng chỉ vài micromet, có thể ñặt nhiều cảm biến cạnh nhau trong vùng tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ Tuy nhiên, trong quá trình phát triển của cảm biến nhiệt ñiện trở, lớp phủ mặt ngoài ñang là một ñiểm bế tắc Tất cả các lớp phủ ñược thử nghiệm ñều bị tróc ngay khi cắt và sau ñó cảm biến bị phá hủy bởi phoi [17]

Như vậy, vẫn không có một phương pháp ñơn giản nào ñược nhận biết

ñể ño ñạc nhiệt ñộ trong phoi, phôi và dụng cụ, thậm chí trong quá trình cắt trực giao Thực tế mới chỉ có một vài nghiên cứu thử nghiệm ño nhiệt ñộ dụng cụ PCBN bằng việc ñặt ngẫu nhiệt hoặc chất chỉ thị nhiệt ñộ bên dưới mảnh dao hay ño bức xạ hồng ngoại [22], [30], [37]

1.3.3 Nhiệt cắt khi tiện cứng

Các nghiên cứu về nhiệt cắt trong quá trình tiện cứng còn chưa nhiều Hiểu biết về quá trình sinh nhiệt và phân bố nhiệt trong dụng cụ cắt khi tiện cứng vẫn còn ở mức rất hạn chế Các nhân tố có ảnh hưởng lớn nhất ñến nhiệt cắt khi tiện cứng là tính chất của vật liệu phôi và dụng cụ, các thông số của ñiều kiện cắt Ngoài ra còn có thể có một số nhân tố khác như chế ñộ làm nguội, kích thước phôi [37] Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy quy luật thay

ñổi nhiệt ñộ trong quá trình tiện cứng không tuân theo lý thuyết cắt kim loại truyền thống Cấu trúc tế vi của vật liệu phôi gia công có ảnh hưởng lớn ñến nhiệt cắt Ví dụ, nhiệt ñộ trong tiện cứng thép ổ lăn GCr15 bằng dụng cụ PCBN tăng khi ñộ cứng phôi tăng ñến 50HRC, vượt qua giá trị này nhiệt cắt

sẽ giảm ðiều này ñược giải thích là do cơ chế tạo phoi thay ñổi, phoi răng cưa xuất hiện ñã làm tăng khả năng dẫn nhiệt ra khỏi vùng biến dạng Trong khoảng ñộ cứng của phôi từ 30÷64HRC, nhiệt cắt tăng cùng với sự tăng của tốc ñộ cắt, lượng chạy dao

Vận tốc cắt có ảnh hưởng lớn nhất tới nhiệt cắt khi khi tiện cứng Chiều sâu cắt và lượng chạy dao có ảnh hưởng ít hơn [37] Cũng có bằng chứng cho thấy nhiệt cắt giảm khi tăng chiều sâu cắt khi tiện cứng ðiều này bởi vì khi tăng chiều sâu cắt sẽ làm góc mặt phẳng trượt tăng và nguồn nhiệt trên vùng trượt cơ sở sẽ có ảnh hưởng ít hơn ñến bề mặt gia công do khoảng cách từ mặt phẳng trượt ñến bề mặt ñược cắt lớn hơn [13]

1.4 Kết luận chương 1

Quá trình cắt trong tiện là tổng hợp của nhiều yếu tố công nghệ, nhiều nguyên nhân tác ñộng ñến quá trình cắt như lực cắt, nhiệt cắt, cơ tính vật liệu,… dẫn ñến dụng cụ cắt mòn nhanh làm thay ñổi ñộ chính xác về kích thước của sản phẩm cũng như nhám bề mặt hoặc làm biến ñổi cơ tính của vật liệu gia công

Mặc dù ñã có nhiều nghiên cứu về tiện cứng ñược tiến hành song các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình gia công không có va ñập Tiện cứng có va ñập còn chưa có nhiều nghiên cứu, vì vậy mà ñề tài sẽ tập trung nghiên cứu về quá trình tiện có va ñập thép 45 qua tôi (một loại vật liệu ñược

sử dụng khá phổ biến ñể chế tạo trục bánh răng, trục then hoa …)

Nội dung tiếp theo của luận văn sẽ ñi tìm hiểu các vật liệu dụng cụ dùng trong tiện cứng, phân tích các cơ chế mòn và dạng mòn dụng cụ, phương pháp xác ñịnh tuổi bền dụng cụ khi tiện cứng

Chương 2 DỤNG CỤ PHUN PHỦ 2.1 Các loại vật liệu dụng cụ cắt dùng trong tiện cứng

2.1.1 Vật liệu sứ (ceramics)

Vật liệu sứ ñã ñược nghiên cứu từ những năm 1930 và phát triển sau năm 1950 Vật liệu sứ ñược chế tạo từ ñất sét kỹ thuật (hỗn hợp giữa γAl2O3 và αAl2O3) ðể hoàn toàn chuyển γAl2O3 sang αAl2O3, ñem nung ñất sét kỹ thuật ñến nhiệt ñộ 14000C÷ 16000C Sản phẩm thu ñược mang nghiền nhỏ ñạt kích thước hạt vào khoảng 1µm, hạt lớn nhất có kích thước không quá 2µm Bột αAl2O3 ñược ñem ép thành mảnh dao

có kích thước quy ñịnh và mang ñi thiêu kết

ðặc tính chủ yếu của vật liệu sứ là:

- ðộ cứng và tính giòn cao do ñó tính chịu mòn cao, tính chịu nhiệt cao ñược dùng cắt ở tốc ñộ cao

- Tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơn nguội Nếu tưới dung dịch trơn nguội dễ gây ra nứt các mảnh sứ

- Tính dẻo kém do ñó sức bền uốn thấp vì vậy vật liệu sứ không chịu ñược rung ñộng, va ñập cũng như lực cắt lớn

- Mài sắc mảnh sứ rất khó và chỉ có thể mài bằng ñá mài kim cương

Trên cơ sở những ñặc tính của vật liệu sứ nên chúng ñược sử dụng với các ñiều kiện sau:

- Tốc ñộ cắt không nhỏ hơn 100m/ph mặc dù tuổi bền có thể không hợp

lý Khi lựa chọn tốc ñộ cắt cần phải chú ý ñến ñộ cứng cũng như sức bền vật liệu gia công

- Vì chịu rung ñộng và va ñập kém nên vật liệu sứ ñược dùng chủ yếu

ñể gia công tinh, lượng chạy dao và chiều sâu cắt tương ñối bé

- Vì tính dẫn nhiệt kém, dễ nứt do biến dạng nhiệt nên nói chung khi gia công bằng vật liệu sứ không sử dụng dung dịch trơn nguội

- Nhờ có tính chống mài mòn tốt nên vật liệu sứ ñược dùng khi gia

công cần ñộ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt cao

- Các mảnh dao sứ thường không mài sắc lại Các mảnh sứ nhiều lưỡi cắt thường ñược kẹp chặt trên thân dao, không hàn

Loại vật liệu sứ có tính năng cắt cao nhất thường dùng nhất là ЦM332 Ngoài ra còn sử dụng loại vật liệu sứ có cơ tính cao như B3, B0K-60, B0K-63

2.1.2 Nitrit Bo lập phương (CBN)

Theo Trent [39] CBN là loại vật liệu không tồn tại trong tự nhiên CBN có các tính chất cơ lý tuyệt diệu ñó là ñộ cứng cao, ñộ bền nóng cao, có khả năng duy trì hình dạng ở nhiệt ñộ cao Một lượng nhỏ kim loại hoặc ceramics ñược trộn với Nitrit Bo tạo nên CBN ðộ cứng của CBN giảm khi nhiệt ñộ tăng nhưng vẫn cao hơn tất cả những vật liệu dụng cụ khác làm cho loại vật liệu này có thể cắt vật liệu có ñộ cứng cao với vận tốc cắt cao kết hợp với khả năng chống mòn do cào xước và khả năng chống tương tác với sắt thép cao Mảnh dao CBN có hai loại:

- Các lớp mỏng với chiều dày < 5 mm ñược gắn trên nền hợp kim cứng

- Cả khối CBN

Các tính chất và khả năng sử dụng của dụng cụ PCBN chủ yếu phụ thuộc vào ñộ cứng rất cao của Nitritbo nhưng pha thứ hai ñóng vai trò quan trọng Hàm lượng pha thứ hai càng cao thì tuổi bền của dụng cụ càng cao ñặc biệt khi gia công tinh với lượng chạy dao và chiều sâu cắt nhỏ Khi gia công thô tuổi bền của dao tăng khi sử dụng mảnh dao với hàm lượng pha thứ hai thấp [27], [39] Có thể chia CBN thành hai nhóm:

- Nhóm có thành phần CBN cao khoảng 90% (CBN – H) sử dụng chất dính kết kim loại

- Nhóm có thành phần CBN thấp khoảng 50 ÷ 70% (CBN – L) sử dụng ceramics làm chất kết dính

Hình 2.1 Cấu trúc tế vi của hai loại mảnh dao BZN6000-92%CBN (High CBN) và BZN8100-70%CBN (Low CBN)

Mặc dù CBN – H có ñộ cứng, khả năng dẫn nhiệt và tính chống mòn cao hơn nhưng CBN – L lại ñạt ñược hiệu quả tốt hơn trong gia công vật liệu cứng cả về phương diện tuổi thọ dụng cụ lẫn chất lượng bề mặt [12]

Hiện tượng này ñược giải thích theo nhiều cách khác nhau: CBN – L có tuổi bền cao hơn là do có sức bền liên kết cao hơn, lớp ñọng trên mặt sau của dao CBN – L có tác dụng bảo vệ mặt sau, CBN – L có hệ số dẫn nhiệt thấp hơn là nguyên nhân tăng nhiệt ñộ trong vùng tạo phoi làm giảm ñộ cứng của vật liệu gia công quanh vùng cắt làm cho quá trình cắt dễ dàng hơn Hơn nữa cấu trúc và tính chất hoá học của mảnh dao CBN có thể quyết ñịnh vấn ñề mòn của dao CBN [12] Dao CBN – L tồn tại pha dính kết ceramics làm tăng tính trơ hoá học của vật liệu dụng cụ dẫn ñến tăng khả năng cắt

Nhờ các tính chất quí giá như ñộ cứng cao, bền nhiệt và ít tương tác hóa học ở nhiệt ñộ cao, dao CBN có thể sử dụng ñể cắt với tốc ñộ cao các hợp kim thép và các vật liệu khó gia công như thép hợp kim tôi cứng ñến 70HRC, thép rèn với ñộ cứng 45 ÷ 68HRC, gang tôi và các loại siêu hợp kim Niken và Côban Tuy nhiên, dù có ñộ cứng rất cao nhưng

ñộ dai va ñập kém nên hạn chế việc sử dụng dụng cụ CBN trong các

quá trình cắt gọt nặng, có va ñập

Nghiên cứu về tính gia công của một số loại thép hợp kim tôi cứng ñến trên 60 HRC cho thấy lực cắt chiều trục Px tăng khi gia công thép có các hạt các bít thô (thép S6-5-2) và lực cắt tiếp tuyến Pz tăng với thép có các hạt các bít mịn và ñồng ñều (thép 16MnCr5E) Từ ñó có thể thấy rằng CBN không thích hợp về mặt kinh tế khi gia công thép có thành phần ferit cao và ñộ cứng dưới 50 HRC [27]

2.1.3 Vật liệu phủ

Kỹ thuật bề mặt tạo ra trên bề mặt dụng cụ một lớp màng mỏng có ñộ cứng cao, khả năng ổn ñịnh nhiệt và hoá cao, giảm ma sát tốt khi gia công, ñồng 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 ñộ dẻo dai và ñộ bền cao sẽ nâng cao khả năng làm việc của dụng cụ lên rất nhiều

Vật liệu phủ có hai nhóm là vật liệu lớp phủ mềm và lớp phủ cứng Lớp phủ mềm có khả năng chống ăn mòn hoá học, có hệ số ma sát nhỏ,

có khả năng tự bôi trơn Do vậy có khả năng giảm ñộ mòn và tăng tuổi bền Chì, bạc, vàng, crôm, niken, pôlime dùng làm vật liệu phủ mềm

Lớp phủ cứng có ñộ cứng tế vi cao, có khả năng chống mài mòn tốt, có

ñộ kết dính với nền tốt, có hệ số ma sát nhỏ khi chuyển dịch trên nhiều loại vật liệu khác, có ñộ bền nhiệt cao Những tính chất này phụ thuộc vào bản chất vật liệu lớp phủ, lớp nền và công nghệ phủ

Vật liệu phủ cứng thường sử dụng là: các nitrit, các loại cacbit, các oxit hay một số hợp chất khác mà chúng ñược áp dụng với những ứng dụng phù hợp

* Titan Nitrit (TiN): Là vật liệu thông dụng nhất ñể phủ dụng cụ cắt Lớp phủ TiN có ñộ cứng cao, ñộ bền nhiệt cao Hợp kim cứng phủ TiN ñược dùng ñể gia công các loại hợp kim thấp và hợp kim cao với tốc ñộ cắt trung bình và cao

* Titan Cacbon Nitrit (TiCN): Có thêm nguyên tử cacbon trong mạng vì vậy

so với TiN, TiCN có ñộ cứng cao hơn TiCN không ñược ñề xuất cho những ứng dụng ở nhiệt ñộ cao do nhiệt ñộ vận hành cực ñại tương ñối thấp Việc gia công ren và một số ứng dụng trong phay là sự phù hợp nhất

* Titan Aluminium Nitrit (TiAlN): Mối quan hệ tối ưu hóa giữa ứng suất nén

và ñộ cứng của lớp phủ TiAlN làm tăng tính ổn ñịnh lưỡi cắt của dụng cụ gia công cắt gọt Sự chống ăn mòn hóa chất và cách nhiệt cho phép cắt khô và cải thiện về ñộ bền uốn ðộ rắn cao của lớp phủ này mang ñến sự bảo vệ vượt trội

thể làm việc với tốc ñộ cao hơn từ 20 ÷ 50% so với dụng cụ cắt có lớp phủ

- Dùng trong gia công thép không gỉ

- Dùng trong gia công thép ñã tôi

* Lớp phủ cacbit: Cacbit kim loại nói chung rất cứng, nhiệt ñộ nóng chảy cao

và có ñặc tính ma sát tốt Hệ số ma sát khi chúng trượt lên nhau là thấp vào khoảng 0,2 Nó bằng 1/3 giá trị hệ số ma sát khi thép trượt trên thép Rất nhiều loại cacbit ñã ñược dùng làm vật liệu phủ Nói chung chúng có hệ số

ma sát thấp khi tiếp xúc, thường vào khoảng 0,15 ÷ 0,4 và có khả năng chống mòn tốt Sau lớp phủ TiN là lớp phủ TiC, lớp phủ ñược nghiên cứu rộng rãi nhất Còn rất nhiều lớp phủ ñáng chú ý khác như WC, CrC Nói chung các cacbit ñều có khả năng chống mòn rất tốt vì chúng có ñộ cứng cao, ngoài ra chúng còn có khả năng chống trượt, chống lăn rất tốt, do vậy chúng ñược sử dụng rộng rãi làm vật liệu phủ chống mòn, ñặc biệt trên bề mặt vật liệu dụng

cụ cắt

* Lớp phủ oxit: Lớp phủ oxit có thể tạo bởi một số kỹ thuật và có thể cải thiện ñược tính chống mòn và ma sát Một trong những lớp phủ ñược sử dụng rộng rãi trong công nghiệp ñó là lớp phủ cứng mỏng dùng Al2O3 Lớp phủ có chiều dày vài µm có khả năng giảm ma sát giữa mặt trước và phoi, chống lại lực và

nhiệt ñộ cao và cải thiện tuổi bền cho dụng cục cắt Hiện nay lớp phủ oxit, ñặc biệt là lớp phủ Al2O3 tiếp tục ñược nghiên cứu và hoàn thiện ñể nâng cao khả năng sử dụng

* Lớp phủ borit: Borit 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 TiB2, vì nó có ñộ mòn rất thấp trong tiếp xúc trượt và lớp phủ FeB, FeB có thể sử dụng như một loại vật liệu hãm, bởi vì ñặc tính ma sát học ñặc biệt của nó là mòn rất thấp

* Lớp phủ kim cương và giống như kim cương: ðược ñặc biệt quan tâm vào những năm 1980 Việc phủ một lớp màng mỏng kim cương ñã có từ những năm 1950 nhưng những nghiên cứu thực sự bùng nổ vào những năm 1980, khi tốc ñộ lắng ñọng tạo ra ở cấp 1µm Trong ứng dụng ma sát học, khả năng chống trượt tốt của lớp phủ kim cương ñược áp dụng khi gia công kim loại màu Khi hai bề mặt kim cương trượt lên nhau, hệ số ma sát thường rất thấp, khoảng 0,05 ÷ 0,15 và tốc ñộ mòn rất thấp Trong nhiệt ñộ cao, trong không khí hệ số ma sát thực chất thấp hơn trong chân không Sự giảm ñó rất quan trọng vì nói chung quá trình oxy hóa kết hợp với nhiệt ñộ cao và trượt gây ra bởi sự chuyển pha của kim cương thành graphít Khi ñó hệ số ma sát khi tiếp xúc giảm nhưng ñộ cứng lớp phủ cũng giảm xuống

* Lớp phủ nhiều hợp chất: Lớp phủ nhiều hợp chất ñược thực hiện bởi các phương pháp phủ bay hơi CVD, PVD trong lớp phủ ñó có sự pha trộn của vài hợp chất vật liệu, sự tập trung ñiện tử thay ñổi và bởi vậy dẫn ñến kết quả làm thay ñổi 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 ñược phát triển bởi Kontek cùng với các tác giả khác Có rất nhiều lớp phủ nhiều hợp chất như Ti-B-C với chiều dày của lớp phủ khoảng 6 ÷ 25µm trên nền carbide và thép gió, nó cải thiện ñiều 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 carbide của mảnh dao tiện,

chúng có ựộ dắnh bám với nền tốt, ổn ựịnh nhiệt cao v

dụng cụ Nhưng do c

của lớp phủ thay ựổi nhiều theo bề d

nhược ựiểm cần khắc p

* Lớp phủ nhiều lớp

và cải thiện ựộ dắnh bám của lớp phủ v

tiếp tốt hơn tắnh chất của lớp phủ ựến lớp nền ở ranh giới giữa lớp phủ v

ộ dắnh bám với nền tốt, ổn ựịnh nhiệt cao và nâng cao tu

ưng do cấu tạo của lớp phủ gồm nhiều hợp chất, do ựó tắnh chất

ủa lớp phủ thay ựổi nhiều theo bề dày lớp phủ từ bề mặt tới nền đó cũng l

ợc ựiểm cần khắc phục của lớp phủ nhiều hợp chất

ớp phủ nhiều lớp: Tạo ra nhiều lớp phủ chồng lên nhau,

ải thiện ựộ dắnh bám của lớp phủ và nền và chắc chắn tạo ra sự chuyển

ất của lớp phủ ựến lớp nền ở ranh giới giữa lớp phủ vương pháp này, có thể tạo ra sự chuyển biến hài hoà v

chung Tránh ựược sự lan truyền của rạn nứt khi xuất hiện trong

ớp phủ nhiều lớp ựã ựược sử dụng như: TiC/TiB

Hình 2.2 Lớp phủ nhiều lớp

ớp phủ nhiều lớp cần quan tâm ựến tắnh chất của các

ẽ khác nhau Hệ số giãn nở không ựồng nhất giữa các lớp sẽ có ởng lớn ựến tắnh chất cả lớp phủ dưới tác ựộng của nhiệt cắt (x

ư, bong tróc các lớp phủ, Ầ)

ệm chung về mòn

à nâng cao tuổi bền của

ấu tạo của lớp phủ gồm nhiều hợp chất, do ựó tắnh chất

Mòn là hiện tượng phá hủy bề mặt và sự tách vật liệu từ một hoặc cả hai

bề mặt trong chuyển ñộng trượt, lăn hoặc va chạm tương ñối với nhau Eyre

và Davis ñịnh nghĩa mòn liên quan ñến sự hao hụt về khối lượng hoặc thể tích, dẫn ñến sự thay ñổi vượt quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của bề mặt Nói chung mòn xảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt Trong quá trình chuyển ñộng tương ñối, ñầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc có thể bị biến dạng do ứng suất ở ñỉnh các nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào tách ra, sau ñó vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính sang bề mặt ñối tiếp hoặc tách

ra thành những hạt mài rời Trong trường hợp vật liệu chỉ dính từ bề mặt này sang bề mặt khác, thể tích hay khối lượng mòn ở vùng tiếp xúc chung bằng không mặc dù một bề mặt vẫn bị mòn ðịnh nghĩa mòn nói chung dựa trên sự mất mát của vật liệu, nhưng sự phá huỷ của vật liệu do biến dạng mà không kèm theo sự thay ñổi về khối lượng hoặc thể tích của vật liệu cũng là một dạng mòn Giống như ma sát, mòn không phải là do tính chất của một vật liệu

mà là sự phản ứng của một hệ thống Các ñiều kiện vận hành sẽ ảnh hưởng trực tiếp ñến mòn ở bề mặt tiếp xúc chung Sai lầm ñôi khi cho rằng ma sát lớn trên bề mặt tiếp xúc chung là nguyên nhân mòn với tốc ñộ cao Mòn bao gồm sáu hiện tượng chính tương ñối khác nhau và có chung một kết quả là sự tách vật liệu từ các bề mặt trượt ñó là: dính - cào xước - mỏi bề mặt - va chạm

- hoá ăn mòn và ñiện Theo thống kê khoảng 2/3 mòn xảy ra trong công nghiệp là do các cơ chế dính, trừ mòn do mỏi, mòn do các cơ chế khác là một hiện tượng xảy ra từ từ Trong thực tế, mòn xảy ra do một hoặc nhiều cơ chế Trong nhiều trường hợp mòn sinh ra do một cơ chế nhưng có thể phát triển do

sự kết hợp với các cơ chế khác làm phức tạp hoá sự phân tích hỏng do mòn Phân tích bề mặt các chi tiết bị hỏng do mòn chỉ xác ñịnh ñược các cơ chế mòn ở giai ñoạn cuối Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ giảm dần ñến một lúc nào ñó dụng cụ sẽ không tiếp tục cắt

ñược do mòn hoặc hỏng ho

năng làm việc của dụng cụ bởi v

cụ ảnh hưởng trực tiếp ñến ñộ chính xác gia công, chất l

bộ khía cạnh kinh tế của quá tr

vật liệu dụng cụ mới cũng nh

mặt chính là nhằm mục ñích l

2.2.2 Các cơ chế mòn c

Theo Shaw mòn d

hóa và mỏi Các cơ ch

nhiên tùy theo ñiều kiện cắt cụ thể m

ra dụng cụ còn bị phá hủy

Theo Loffer trong c

ảnh hưởng mạnh nhất ñến sự tồn tại của các c

tốc cắt thấp và trung bình, c

thế cho cắt liên tục v

lý trở lên chiếm ưu th

hình thành các vết nứt do ứng suất nhiệt biến ñổi theo chu kỳ l

ộ khía cạnh kinh tế của quá trình gia công Sự phát triển v

ật liệu dụng cụ mới cũng như các biện pháp công nghệ mới ñể tăng bền bề

ằm mục ñích làm tăng khả năng chống mòn c

òn của dụng cụ cắt

Theo Shaw mòn dụng cụ cắt có thể do dính, hạt mài, khu

ơ chế mòn này xảy ra ñồng thời trong quá tr

ều kiện cắt cụ thể mà một cơ chế nào ñó chi

ị phá hủy do mẻ dăm, nứt và biến dạng dẻo

Theo Loffer trong cắt kim loại nhiệt ñộ cắt hay vận tốc cắt l

ởng mạnh nhất ñến sự tồn tại của các cơ chế mòn phá h

à trung bình, cơ chế mòn do dính và mòn do h

ục và gián ñoạn Khi tăng vận tốc cắt, mòn do h

ưu thế ñối với cắt liên tục và tạo nên vùng mòn m

ết nứt do ứng suất nhiệt biến ñổi theo chu kỳ lưỡi cắt khi cắt không liên tục

3 Ảnh hưởng của vận tốc cắt ñến cơ ch a) Khi cắt liên tục; b) Khi cắt gián ñoạn.

ài, khuếch tán, ôxy

ảy ra ñồng thời trong quá trình cắt, tuy

ào ñó chiếm ưu thế Ngoài

a) Mòn do dính

Khi hai bề mặt rắn, phẳng trượt so với nhau mòn do dính xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở ñỉnh các nhấp nhô dưới tác dụng của tải trọng pháp tuyến Khi sự trượt xảy ra vật liệu ở vùng này bị trượt (biến dạng dẻo) dính sang bề mặt ñối tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời, một số mảnh mòn còn ñược sinh ra do quá trình mòn do mỏi ở ñỉnh các nhấp nhô

ðối với dụng cụ cắt mòn do dính phát triển mạnh ñặc biệt trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao Các vùng dính bị trượt cắt và tái tạo liên tục theo chu kỳ thậm chí trong khoảng thời gian cắt ngắn, hiện tượng mòn có thể gọi là dính mỏi Khả năng chống mòn dính mỏi phụ thuộc vào sức bền tế vi của các lớp

bề mặt dụng cụ và cường ñộ dính của nó ñối với bề mặt gia công Cường ñộ này ñược ñặc trưng bởi hệ số cường ñộ dính Ka là tỷ số giữa lực dính riêng và sức bền của vật liệu gia công tại một nhiệt ñộ xác ñịnh Với ña số các cặp vật liệu thì Ka tăng từ 0,25 ÷ 1 trong khoảng nhiệt ñộ từ 9000C ÷ 13000C Bản chất phá hủy vật liệu ở các lớp bề mặt do dính mỏi là cả dẻo và dòn ðộ cứng của mặt dụng cụ ñóng vai trò rất quan trọng trong cơ chế mòn do dính Khi tăng tỷ số ñộ cứng giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công từ 1,47 ÷ 4,3 thì mòn do dính giảm ñi khoảng 300 lần

b) Mòn do hạt mài

Trong nhiều trường hợp mòn bắt ñầu do dính tạo nên các hạt mòn ở vùng tiếp xúc chung, các hạt mòn này sau ñó bị ôxy hoá biến cứng và tích tụ lại là nguyên nhân tạo nên mòn hạt cứng ba vật Trong một số trường hợp hạt cứng sinh ra và ñưa vào hệ thống trượt từ môi trường

Môi trường xung quanh có ảnh hưởng lớn ñến cường ñộ của mòn do hạt mài Ví dụ khi gia công cắt trong môi trường có tính hoá học mạnh, lớp bề mặt bị yếu ñi và các hạt mài có thể cắm sâu hơn ở vùng tiếp xúc và tăng tốc

ñộ mòn Armarego cho rằng khả năng chống mòn do hạt mài tỷ lệ thuận với các tính chất ñàn hồi và ñộ cứng của hai bề mặt ở chỗ tiếp xúc [31]

c) Mòn do khuếch tán

Nhiệt ñộ cao phát triển trong dụng cụ ñặc biệt là trên mặt trước khi cắt tạo phoi dây là ñiều kiện thuận lợi cho hiện tượng khuếch tán giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công Colwell ñã ñưa ra nghiên cứu của Takeyama cho rằng có sự tăng ñột ngột của tốc ñộ mòn tại nhiệt ñộ 9300C khi cắt bằng dao hợp kim cứng ðiều này liên quan ñến một cơ chế mòn khác ñó là hiện tượng mòn do khuếch tán, ôxy hoá hoặc sự phân rã hoá học của vật liệu dụng cụ ở các lớp bề mặt Theo Brierley và Siekman hiện nay mòn do khuếch tán ñã ñược chấp nhận rộng rãi như một dạng mòn quan trọng ở tốc ñộ cắt cao, họ chỉ ra các quan sát của Opitz cho thấy trong cấu trúc tế vi của các lớp dưới của phoi thép cắt bằng dao hợp kim cứng chứa nhiều cacbon hơn so với phôi ðiều ñó chứng tỏ rằng cacbon từ cacbit volfram ñã hợp kim hoá hoặc khuếch tán vào phoi làm tăng thành phần cacbon của các lớp này

Khuếch tán là một dạng của ăn mòn hoá học trên bề mặt dụng cụ nó phụ thuộc vào tính linh ñộng của các nguyên tố liên quan Tốc ñộ mòn do khuếch tán không chỉ phụ thuộc vào nhiệt ñộ cao mà còn phụ thuộc và tốc ñộ của dòng vật liệu gần bề mặt dụng cụ có tác dụng cuốn các nguyên tử vật liệu dụng cụ ñi

d) Mòn do ôxy hoá

Dưới tác dụng của tải trọng nhỏ các vết mòn kim loại trông nhẵn và sáng, mòn xảy ra với tốc ñộ mòn thấp và các hạt mòn oxits nhỏ ñược hình thành Bản chất của cơ chế mòn này là sự bong ra của các lớp ôxy hoá khi ñỉnh các nhấp nhô trượt lên nhau Sau khi lớp ôxy hoá bị bong ra thì lớp khác lại ñược hình thành theo một quá trình kế tiếp nhau liên tục Tuy nhiên theo Halling thì lớp màng oxit và các sản phẩm tương tác hoá học với môi trường trên bề mặt tiếp xúc có khả năng ngăn ngừa hiện tượng dính của ñỉnh các nhấp nhô Khi ñôi ma sát trượt làm việc trong môi trường chân không thì mòn

do dính xảy ra mạnh do lớp màng oxits không thể hình thành ñược