tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHẤT LƯỢNG bề mặt GIA CÔNG KHI TIỆN BẰNG MẢNH DAO CBN và mài BẰNG đá mài AL2O3

1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đình Mãn và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê. Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dưới bất cứ hình thức nào, nếu có tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Người cam đoan Nguyễn Xuân Tiến 2 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Đình Mãn - Thầy hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn của thầy trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi viết luận văn. Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo TS. Ngô Cường về sự tư vấn của thầy trong quá trình tôi làm thí nghiệm và viết luận văn. Tôi cũng muốn cảm ơn thầy Dương Văn Oanh – Trưởng bộ môn Cắt gọt - Khoa Đào tạo nghề – Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật cùng các thầy, cô giáo trong bộ môn đã dành cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình làm luận văn này. Tác giả Nguyễn Xuân Tiến 3 MỤC LỤC 4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT A p : Chiều dày phoi K bd : Mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi M ms : Mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao K f : Mức độ biến dạng của phoi θ : Góc trượt γ: Góc trước của dao P X : Lực chiều trục khi tiện P Y : Lực hướng kính khi tiện P Z : Lực tiếp tuyến khi tiện S: Lượng chạy dao (mm/vòng) t : Chiều sâu cắt (mm) v : Vận tốc cắt (m/phút) c: Nhiệt dung riêng Φ: Góc tạo phoi K: Hệ số thẩm nhiệt Ra, Rz: Độ nhám bề mặt V đ : Tốc độ của đá mài t : Chiều sâu khi mài D e : Đường kính tương đương của đá mài a z : Chiều sâu cắt của một hạt mài S d : Lượng chạy dao dọc S sđ : Lượng chạy dao dọc khi sửa đá t sđ : Chiều sâu cắt khi sửa đá λ: Hệ số truyền nhiệt T m : Nhiệt cắt Q: Lưu lượng tưới Φ m : Nồng độ dung dịch 5 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Bảng số Nội dung Trang 1 Bảng 1.1 Các giá trị R a , R z và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt 16 2 Bảng 1.2 Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia công cơ 18 3 Bảng 3.1 Tỷ lệ các nguyên tố của thép SUJ2 47 4 Bảng 3.2 Kí hiệu tương đương mác thép SUJ2 của các nước 47 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 7 TT Hình số Nội dung Trang 1 Hình 1.1 Độ nhám bề mặt. 14 2 Hình 1.2 Quan hệ giữa bán kính mũi dao và chiều sâu lớp biến cứng với các lượng chạy dao khác nhau (khi dao chưa bị mòn) 19 3 Hình 1.3 Quan hệ giữa vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng ứng với các lượng mòn mặt sau khác nhau của dao tiện 20 4 Hình 1.4 Ảnh hưởng của hình dạng lưỡi cắt và lượng chạy dao đến nhám bề mặt (54,7HRC, chiều dài 101,6mm) 24 5 Hình 1.5 Ảnh hưởng của hình dạng lưỡi cắt và lượng chạy dao đến nhám bề mặt (51,3HRC, chiều dài = 101,6mm) 24 6 Hình 1.6 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến nhám bề mặt khi gia công thép 25 7 Hình 1.7 Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt 26 8 Hình 1.8 Ảnh hưởng của độ cứng phôi và hình dạng lưỡi cắt đến nhám bề mặt (lượng chạy dao = 0,2mm/vòng, chiều dài = 03,2mm). 28 9 Hình 2.1 Hệ thống lực cắt khi tiện 32 10 Hình 2.2 Ảnh hưởng của góc trước đến lực cắt và ứng suất dư trên dụng cụ cắt 33 11 Hình 2.3 Ảnh hưởng của lượng chạy dao và độ cứng phôi đến lực cắt. 33 12 Hình 2.4 Ảnh hưởng của bán kính mũi dao (a) và góc trước đến lực cắt 34 13 Hình 2.5 Sự hình thành độ nhám bề mặt gia công khi mài. 36 14 Hình 2.6 Ảnh SEM bề mặt mài 37 15 Hình 3.1 Sơ đồ thí nghiệm tiện cứng 43 16 Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm mài tròn ngoài 44 17 Hình 3.3 Mảnh dao CNGA120408S01030A/CB7025 46 18 Hình 3.4 Thân dao DCLNR 2525M 16 46 19 Hình 3.5 Mẫu thí nghiệm 47 20 Hình 3.6 Ảnh SEM bề mặt thép SUJ2 khi mài bằng đá mài Al 2 0 3 49 21 Hình 3.7 Ảnh SEM bề mặt thép SUJ2 khi tiện cứng bằng mảnh CBN 49 22 Hình 3.8 Độ nhám bề mặt thép SUJ2 khi mài bằng đá Al 2 O 3 51 23 Hình 3.9 Độ nhám bề mặt thép SUJ2 khi tiện cứng bằng mảnh CBN. 51 24 Hình 3.10 Cấu trúc tế vi mẫu thép SU J2 qua nhiệt luyện khi mài bằng đá mài AL 2 O 3 52 25 Hình 3.11 Cấu trúc tế vi mẫu thép SU J2 qua nhiệt luyện khi tiện bằng mảnh CBN 53 8 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền cao là cơ sở cho sự ra đời các loại máy móc, thiết bị hiện đại, có chất lượng cao (độ chính xác, độ tin cậy, độ bền cao…). Phương pháp tiện có một vị trí quan trọng trong gia công cơ khí . Nhờ những khả năng vượt trội như cấu tạo dao cắt đơn giản, chi phí về dao cụ thấp, năng suất cao, đạt chất lượng tương đối cao, hệ thống công nghệ cứng vững. Khi gia công những chi tiết có độ cứng cao, vật liệu đã qua nhiệt luyện thì người ta thường sử dụng phương pháp gia công truyền thống là mài. Tuy nhiên phương pháp mài lại có những nhược điểm như năng suất thấp, thiếu tính linh hoạt và tốn nhiều thời gian. Một hạn chế nữa là chi phí cho dung dịch trơn nguội của các công đoạn mài khá cao. Những lý do trên làm tăng chi phí cho các công đoạn gia công chính xác. Mặc khác chất thải ra khi mài ngày càng gây ô nhiễm môi trường, khó sử lý. Vì vậy các nhà sản xuất đang loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công chi tiết. Gần đây đã có nhiều nghiên cứu về phương pháp tiện cứng và phay cứng bằng vật liệu CBN để gia công tinh các vật liệu khó gia công đã qua nhiệt luyện khi cần độ chính xác không cao lắm. Thuật ngữ Tiện cứng (hard turning) được hiểu là phương pháp gia công bằng tiện các chi tiết có độ cứng cao (có độ cứng lớn hơn 45HRC). Tiện cứng nói chung được tiến hành cắt khô hoặc gần giống như cắt khô và phổ biến 9 sử dụng dao bằng vật liệu siêu cứng như Nitrit Bo lập phương đa tinh thể (PCBN – Polycrystalline Cubic Boron Nitride, thường được gọi là CBN – Cubic Boron Nitride), PCD hoặc Ceramic tổng hợp. Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá. Cấp chính xác khi tiện cứng có thể đạt IT6 và độ bóng bề mặt (Rz = 2 – 4 micromet). Để thực hiện được công việc tiện cứng, máy tiện phải cứng vững, có đủ tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp. Mảnh dao CBN cần tránh nhất là rung động . Nghiên cứu về tiện cứng nhằm tìm ra các thông số gia công thích hợp để tối ưu quá trình gia công, đạt các chỉ tiêu tốt nhất về kỹ thuật cần thiết. Từ đó thấy được những ưu điểm, nhược điểm của tiện cứng so với các phương pháp gia công khác khi gia công tinh các vật liệu đã qua nhiệt luyện. Chất lượng bề mặt gia công là một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối với chi tiết máy vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả làm việc, độ bền, độ bền mòn cũng như tuổi thọ của chi tiết máy. Quá trình tạo lớp bề mặt gia công chất lượng bằng phương pháp gia công cơ chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố công nghệ. Việc khảo sát chất lượng bề mặt gia công là cần thiết đối với ngành cơ khí. Các loại vật liệu mảnh dao tiện thông thường gồm thép gió, hợp kim cứng… Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi tiện bằng dao tiện sử dụng những loại vật liệu này bị hạn chế (đặc biệt khi tiện những vật liệu khó gia công) do sau một thời gian làm việc dao tiện mòn và phải mài sửa. Việc phát minh ra loại vật liệu siêu cứng cubic boron nitride (CBN) đã góp phần cải thiện đáng kể hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp tiện. Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là CNGA, DNGA, VNGA, CNMP và TNG. Nói chung các mảnh hợp kim sử dụng cho tiện cứng chứa khoảng 50% CBN tùy nhà chế tạo. Mặc khác, loại chứa hàm lượng CBN cao hơn sử dụng cho phương pháp tiện truyền thống để gia công các vật liệu mềm hơn như kim loại bột, gang, và một vài hợp kim đặc biệt. Việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công lần cuối các chi tiết mang lại những lợi ích sau: - Giảm thời gian chu kỳ gia công một sản phẩm. - Giảm chi phí đầu tư thiết bị. - Tăng độ chính xác. 10 - Đạt độ bóng bề mặt cao. - Cho phép nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu (từ 2 – 4 lần), nâng cao năng suất gia công. - Gia công được các contour phức tạp. Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá. - Có thể chọn gia công có hoặc không có dung dịch trơn nguội. - Gia công khô tránh được cho phí dung dịch trơn nguội và không có chất thải ra ra môi trường. Hiện nay, ở Việt Nam dao tiện CBN được sử dụng nhiều trong các nhà máy cơ khí nhưng có rất ít công trình nghiên cứu về tiện bằng mảnh dao CBN. Thép hợp kim là loại thép mà ngoài sắt và các bon người ta cố ý đưa thêm vào các nguyên tố có lợi, với số lượng nhất định và đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện tính chất ( cơ, lý, hoá, mà chủ yếu là cơ tính) của chúng. Người ta dựa theo nhiều yếu tố để phân loại ra các loại thép hợp kim khác nhau ( theo tổ chức cân bằng, theo tổ chức thường hoá, theo nguyên tố hợp kim chủ yếu, theo tổng lượng nguyên tố hợp kim, theo công dụng). Theo công dụng chia ra ba loại thép hợp kim: - Thép hợp kim kết cấu. - Thép hợp kim dụng cụ. - Thép hợp kim đặc biệt. Một số loại thép hợp kim hay được sử dụng phổ biến như: 40X(dụng cụ), SUJ1, SUJ2 (thép ổ lăn), 5XHM( thép làm khuôn dập nóng) Gần đây một số đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng, chế độ cắt đến chất lượng bề mặt nhưng chỉ tập trung vào một loại thép như 9XC, X12M. Ở đây đề tài sẽ khảo sát loại thép ổ lăn SUJ2 khi tiện cứng và khi mài bằng đá mài AL 2 O 3 . Thép SUJ2 là mác thép phổ biến nhất của nhóm thép ổ lăn chuyên dùng thường được sử dụng để chế tạo các chi tiết máy có độ chính xác cao như vòng bi, trục chính máy công cụ, trục vít me bi, con lăn, đĩa ma sát … [...]... số chất lượng bề mặt gia công như độ nhám bề mặt, hình thái bề mặt gia công, cấu trúc tế vi của thép SUJ2 nhiệt luyện khi tiện bằng mảnh dao CBN trên máy tiện MA1840, và mài bằng đá mài AL2O3 trên máy mài tròn MYI432x600 3.2 Mục đích nghiên cứu 12 - Mục đích nghiên cứu là: So sánh chất lượng bề mặt gia công khi tiện thép SUJ2 nhiệt luyện bằng mảnh dao CBN trên máy tiện MA1840 với mài bằng đá mài AL2O3. .. tích và đánh giá kết quả 3.4 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về chất lượng bề mặt gia công và các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số đặc trưng cho chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp tiện và phương pháp mài So sánh chất lượng bề mặt gia công về độ nhám bề mặt, hình thái bề mặt, cấu trúc tế vi của thép SUJ2 nhiệt luyện khi tiện bằng mảnh dao CBN trên máy tiện MA1840 với mài bằng đá mài AL2O3. .. thế nào để chọn được phương pháp gia công tối ưu cho mỗi loại vật liệu, mỗi bộ thông số chế độ cắt thích hợp ứng với mỗi khoảng độ cứng nhằm đạt được hàm mục tiêu đã đề ra 28 29 Chương 2 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI TIỆN BẰNG MẢNH DAO CBN VÀ MÀI BẰNG ĐÁ MÀI AL2O3 2.1 Chất lượng bề mặt gia công khi tiện cứng 2.1.1 Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng Trong tiện cứng, quá trình biến dạng trong... riêng thì chất lượng bề mặt gia công rất được quan tâm vì có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc sau này của chi tiết máy Chất lượng bề mặt gia công là kết quả của quá trình tương tác lý, hóa phức tạp giữa các vật liệu trong vùng gia công 2.2.2 Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài 2.2.2.1 Độ nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Độ nhám bề mặt mài hình... cho việc gia công dễ dàng hơn 2.2 Chất lượng bề mặt gia công khi mài 2.2.1 Chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài 2.2.1.1 Đặc điểm của quá trình mài Quá trình mài là quá trình cắt gọt vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao Mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các phương pháp gia công cắt gọt khác: - Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia cắt,... trong gia công cơ khí hiện đại Mặc dù được sử dụng cả trong gia công thô nhưng chỉ trong gia công tinh thì những ưu thế của phương pháp mài mới thực sự được phát huy, vì vậy mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối các bề mặt quan trọng [2] 2.2.1.2 Chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp mài Trong gia công tinh lần cuối nói chung và gia công tinh lần cuối bằng phương pháp mài nói... để tiện mác thép SUJ1 và tham khảo khi tiện các mác thép ổ lăn khác Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên, tác giả chọn đề tài: “So sánh chất lượng bề mặt gia công của thép ổ lăn SUJ2 nhiệt luyện khi gia công tinh lần cuối bằng phương pháp tiện cứng với phương pháp mài bằng đá mài AL2O3 2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học Tiện bằng mảnh dao CBN được nhiều quốc gia. .. Vì vậy đề tài sẽ không đánh giá chất lượng bề mặt thông qua độ sóng bề mặt 1.2.3 Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ 1.2.3.1 Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt Bảng 1.2 Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia công cơ Phương pháp gia công Tiện thô Tiện tinh Phay bằng dao phay mặt đầu Phay bằng dao phay trụ Khoan và khoét Doa Chuốt Phay lăn răng và xọc răng Cà răng Mức độ biến... mài AL2O3 trên máy mài tròn MY1432x600 13 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG CƠ 1.1 Chất lượng bề mặt gia công cơ Bề mặt là mặt phân cách giữa hai môi trường khác nhau Bề mặt kim loại có thể được tạo thành bằng các phương pháp gia công khác nhau nên có cấu trúc và đặc tính khác nhau Để xác định đặc trưng của bề mặt ta cần biết mô hình và định luật kim loại nguyên chất không có tương... chiều cao không bằng nhau (hình 2.5.) Hình 2.5 Sự hình thành độ nhám bề mặt khi gia công khi mài [4] Khi mài bằng đá mài thường thì độ nhám trung bình của bề mặt mài Ra = (0,15÷ 2,5) µm 36 Bằng cách chụp ảnh tế vi bề mặt mài, các nghiên cứu cho thấy độ nhám lý thuyết của bề mặt mài tăng lên do các hiện tượng sau [2]: - Vật liệu bị nén giãn sang hai bên đường cắt - Kim loại dính vào các hạt mài rồi lại . thông số chất lượng bề mặt gia công như độ nhám bề mặt, hình thái bề mặt gia công, cấu trúc tế vi của thép SUJ2 nhiệt luyện khi tiện bằng mảnh dao CBN trên máy tiện MA1840, và mài bằng đá mài AL 2 O 3 . phương pháp tiện và phương pháp mài. So sánh chất lượng bề mặt gia công về độ nhám bề mặt, hình thái bề mặt, cấu trúc tế vi của thép SUJ2 nhiệt luyện khi tiện bằng mảnh dao CBN trên máy tiện MA1840. tiện MA1840 với mài bằng đá mài AL 2 O 3 trên máy mài tròn MY1432x600 . 13 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG CƠ 1.1. Chất lượng bề mặt gia công cơ Bề mặt là mặt phân cách giữa