Nghiên cứu thực nghiệm mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi

Các chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun và những chi tiết của hệ thống thuỷ lực,... sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc mài khôn.

Bộ giáo dục đào tạo Đại học thái nguyên Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp trần ngọc giang Nghiên cứu mối quan hệ mòn tuổi bền dao gắn mảnh PCbn theo chế độ cắt tiện thép 9xc qua Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngi hng dn khoa hc PGS.TS Phan Quang Thế Thá i nguy ên - 2008 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Lời xin cảm ơn PGS.TS Phan Quang Thế - Thày hướng dẫn khoa học định hướng đề tài, hướng dẫn tận tình thày việc tiếp cận khai thác tài liệu tham khảo bảo trình tơi làm thực nghiệm viết luận văn Tơi muốn bày tỏ lòng biết ơn tới khoa Sau đại học, khoa Cơ khí, Bộ mơn Cơ học vật liệu, lãnh đạo Trung tâm thí nghiệm ủng hộ tinh thần tạo điều kiện cho thời gian để tơi hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn thày giáo TS Nguyễn Văn Hùng, ThS Lê Viết Bảo tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình hồn thành luận văn Tơi muốn cảm ơn tới ơng Trưởn g phịng kỹ thuật, cán bộ, nhân viên phịng kế hoạch Xưởng khí Nhà máy Z159 - Thái Nguyên, cán phụ trách Phịng thí nghiệm Quang phổ, khoa vật lý trường ĐHSP Thái Ngun, Pịhng thí nghệi m Kim loại học, đại học Bách khoa Hà Nội dành cho điều kiện thuận lợi nhất, giúp tơi hồn thành nghiên cứu Cho tơi gửi lời cảm ơn tới cán bộ, nhân viên Xưởng Cơ khí nơi tiến hành thực nghiệm Cuối muốn bày tỏ lịng cảm ơn gia đình tơi, thầy cô giáo, người thân, bạn bè đồng nghiệp ủng hộ động viên suốt thời gian thực luận văn Tác giả Trần Ngọc Giang Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục hình vẽ đồ thị Danh mục bảng biểu Mở đầu 1 Giới thiệu công nghệ tiện cứng Tính cấp thiết đề tài 2.1 Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 2.2 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 2.3 Phương pháp nghiên cứu Chương Bản chất vật lý q trình cắt thép có độ cứng cao 1.1 Qúa trình cắt tạo phoi 1.2 Lực cắt 12 1.2.1 Lực cắt tiện thành phần lực cắt 12 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt tiện 14 1.3 Nhiệt cắt 16 1.3.1 Khái niệm chung 16 1.3.2 Quá trình phát sinh nhiệt 20 1.4 Kết luận 24 Chương 25 Chất lượng bề mặt tiện cứng 2.1 Khái niệm chung lớp bề mặt 25 2.2 Bản chất lớp bề mặt 26 2.3 Tính chất lý hố lớp bề mặt 26 2.3.1 Lớp biến dạng 26 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3.2 Lớp Beilbly 27 2.3.3 Lớp tương tác hóa học 27 2.3.4 Lớp hấp thụ hố học 28 2.3.5 Lớp hấp thụ vật lý 28 2.4 Các tiêu đánh giá chất lượng bề mặt tiện cứng 29 2.4.1 Độ nhám bề mặt phương pháp đánh giá 29 2.4.1.1 Độ nhám bề mặt 29 2.4.1.2 Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 32 2.4.2 Tính chất lý lớp bề mặt sau gia công 32 2.4.2.1 Hiện tượng biến cứng lớp bề mặt 32 2.4.2.2.Ứng suất dư lớp bề mặt 35 2.4.2.3 Đánh giá mức độ, chiều sâu lớp biến cứng ứng suất dư 39 2.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt tiện cứng 40 2.5.1 Ảnh hưởng thơng số hình học dụng cụ cắt 40 2.5.2 Ảnh hưởng tốc độ cắt 41 2.5.3 Ảnh hưởng lượng chạy dao 42 2.5.4 Ảnh hưởng chiều sâu cắt 43 2.5.5 Ảnh hưởng vật liệu gia công 43 2.5.6 Ảnh hưởng rung động hệ thống công nghệ 44 2.6 Kết luận 44 Chương 46 Mòn tuổi bền dụng cụ tiện cứng 3.1 Mòn dụng cụ cắt 46 3.1.1 Khái niệm chung 46 3.1.2 Các chế mòn dụng cụ cắt 47 3.1.2.1 Mòn dính 48 3.1.2.2 Mịn hạt mài 49 3.1.2.3 Mịn khuếch tán 49 3.1.2.4 Mịn ơxi hố 50 3.1.3 Mòn dụng cụ cắt cách xác định 51 3.1.3.1 Mòn dụng cụ cắt 51 3.1.3.2 Cách xác định 53 3.1.3.3 Các tiêu đánh giá mài mòn dụng cụ cắt 54 * Chỉ tiêu mòn tối ưu 54 * Chỉ tiêu mịn cơng nghệ 55 3.1.4 Ảnh hưởng mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt tiện cứng 3.1.5 Kết luận 55 3.2 Tuổi bền dụng cụ cắt 55 3.2.1 Khái niệm chung tuổi bền dụng cụ cắt 55 3.2.2 Các nhân t ố ảnh hưởng đến tuổi bền dụng cụ cắt tiện cứng 3.2.2.1 Ảnh hưởng chế độ cắt 57 3.2.2.2 Ảnh hưởng thơng số hình học dụng cụ cắt 59 3.2.3 Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 60 3.2.4 Tuổi bền dụng cụ cắt tiện cứng 62 Chương 55 57 63 Nghiên cứu thực nghiệm mối quan hệ mòn tuổi bền dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt tiện thép 9XC qua 4.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 63 4.2 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 63 4.2.1 Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm 63 4.2.2 Mơ hình thí nghiệm 64 4.2.3 Thiết bị thí nghiệm 65 4.2.3.1 Máy 65 4.2.3.2 Dao 65 4.2.3.3 Phôi 66 4.2.3.4 Chế độ cắt 67 4.3 Thiết bị đo khác 67 4.3.1 Máy đo độ nhám bề mặt 67 4.3.2 Kính hiển vi điện tử 68 4.4 Thí nghi ệm xác định quan hệ mịn mảnh dao theo chế độ cắt 68 4.4.1 Quy trình tiến hành thí nghiệm 68 4.4.2 Xử lý kết thí nghiệm 69 4.4.2.1 Xác định thời gian cắt lần cắt 69 4.4.2.2 Xây d ựng quan hệ thông số nhám bề mặt với thời gian cắt 4.4.2.3 Các hình ảnh chụp kính hiển vi điện tử mòn mảnh dao 4.4.2.4 Phân tích chế mịn mảnh dao PCBN 70 4.4.2.5 Phân tích nhám bề mặt gia cơng 78 4.4.2.6 Phân tích kết thảo luận 78 4.4.2.7 Kết luận 80 4.5 Nghiên cứu mối quan hệ tuổi bền mảnh dao PCBN theo 82 71 76 chế độ cắt tiện tinh thép 9XC qua tơi 4.5.1 Q trình cắt thép 9XC dao PCBN 82 4.5.2 Lựa chọn chế độ cắt cho nghiên cứu tìm hàm quan hệ 83 4.6 Phần kết luận chung hướng nghiên cứu đề tài 88 4.6.1 Phần kết luận chung 88 4.6.2 Hướng nghiên cứu đề tài 88 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ap: chiều dày phoi Kbd: mức độ biến dạng phoi miền tạo phoi Kms: mức độ biến dạng phoi ma sát với mặt trước dao Kf: mức độ biến dạng phoi θ: góc trượt γ (hay γn) góc trước dao Pz (hay Pc): lực tiếp tuyến tiện Py (hay Pp): lực hướng kính tiện Px: lực chiều trục tiện S: lượng chạy dao (mm/vòng) t: chiều sâu cắt (mm) V: vận tốc cắt (m/phút) Q: tổng nhiệt lượng sinh trình cắt QAB = Q1: nhiệt sinh mặt phẳng trượt QAC = Q2: nhiệt sinh mặt trước QAD = Q2: nhiệt sinh mặt sau Qphoi: nhiệt truyền vào phoi Qdao: nhiệt truyền vào dao Qphôi: nhiệt truyền vào phôi Qmôi trường: nhiệt truyền vào môi trường kAB: ứng suất cắt trung bình miền biến dạng thứ AS: diện tích mặt phẳng cắt VS: vận tốc vật liệu cắt mặt phẳng cắt kt: hệ số dẫn nhiệt vật liệu gia công β: hệ số phân bố nhiệt từ mặt phẳng trượt vào phôi phoi c: nhiệt dung riêng ρ: tỷ trọng vật liệu RT: hệ số nhiệt cắt Φ: góc tạo phoi γ mt: tốc độ biến dạng lớp phoi gần mặt trước δt: chiều dày vùng biến dạng thứ hai K: hệ số thẩm nhiệt ∆Fc, ∆Ft: áp lực tiếp tuyến pháp tuyến trền vùng mòn mặt sau Fcf, Ftf: lực cắt tiếp tuyến pháp tuyến đo mịn dao VBave: chiều cao trung bình vùng mòn mặt sau τf: ứng suất tiếp vùng mòn mặt sau Kc, Kt: hệ số thực nghiệm µ: hệ số ma sát vùng ma sát thông thường mặt trước µf: hệ số ma sát mặt sau b: hệ số truyền nhiệt Hv: độ biến cứng (N/mm ); S: diện tích bề mặt đầu đo kim cương ấn xuống (mm ) P: lực tác dụng đầu kim cương (N) r: bán kính mũi dao hmin: chiều dày phoi nhỏ φ1 Vw: thể tích mịn mặt sau Vcr: thể tích mịn mặt trước KF, KB, KT: kích thước vùng mịn mặt trước hs: độ mòn giới hạn T: thời gian cắt – tuổi bền dụng cụ cắt (phút) ti: thời gian cắt p: số yếu tố thay đổi Ra, Rz: độ nhám bề mặt tiện n: số lần mài lại cho phép VLGC: vật liệu gia công VLDC: vật liệu dụng cụ HKC: hợp kim cứng xi: ký hiệu mã hố N: số thí nghiệm DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình vẽ 1.1 Máy q trình cắt khơ tiện cứng Hình vẽ 1.2 Ký hiệu số mảnh CBN dùng tiện cứng Hình vẽ 1.3 Sơ đồ miền tạo phoi Hình vẽ 1.4 Miền tạo phoi 10 Hình vẽ 1.5 Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác 11 Hình vẽ 1.6 Tính góc trượt θ 11 Hình vẽ 1.7 Hệ thống lực cắt tiện 13 Hình vẽ 1.8 Ảnh hưởng góc ϕ tới lực cắt 15 Hình vẽ 1.9 Ảnh hưởng bán kính đỉnh dao tới lực cắt 16 Hình vẽ 1.10 (a) Sơ đồ hướng nguồn nhiệt 19 (b) Ba nguồn nhiệt sơ đồ truyền nhiệt cắt kim loại Hình vẽ 1.11 Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao môi 20 trường phụ thuộc vào vận tốc cắt Hình vẽ 1.12 Đường cong thực nghiệm Boothroyd để xác 21 định tỷ lệ nhiệt (β) truyền vào phơi Hình vẽ 1.13 Sơ đồ phân bố ứng suất mặt sau mòn 23 Hình vẽ 2.1 Chi tiết bề mặt vật rắn 26 Hình vẽ 2.2 Độ nhám bề mặt 29 Hình vẽ 2.3 Quan hệ bán kính mũi dao chiều sâu lớp biến 34 cứng với lượng chạy dao khác (khi dao chua mịn) Hình vẽ 2.4 Quan hệ vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng 35 ứng với lượng mòn mặt sau khác dao tiện Hình vẽ 2.5 Quan hệ bán kính mũi dao, chiều sâu cắt ứng suất dư lớp bề mặt 38 ... 4.5 Nghiên cứu mối quan hệ tuổi bền mảnh dao PCBN theo 82 71 76 chế độ cắt tiện tinh thép 9XC qua tơi 4.5.1 Q trình cắt thép 9XC dao PCBN 82 4.5.2 Lựa chọn chế độ cắt cho nghiên cứu tìm hàm quan. .. mối quan hệ mòn tuổi bền dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt tiện thép 9XC qua 4.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 63 4.2 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 63 4.2.1 Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm. .. cơng cắt gọt nói chung, tiện cứng nói riêng tìm chế gây mịn mảnh dao PCBN, đồng thời xác định mối quan hệ tuổi bền mảnh dao theo chế độ cắt (S,V,t) tiện tinh thép 9XC qua đạt độ cứng 56-58 HRC Qua