Nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng vật liệu gia công (9XC) đến chất lượng bề mặt khi tiện cứng

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - NGUYỄN THỊ THỦY NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘ CỨNG VẬT LIỆU GIA CÔNG (9XC) ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN CỨNG Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Thái Nguyên - 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn PGS.TS Phan Quang Thế tham khảo tài liệu liệt kê Tôi không chép công trình cá nhân khác hình thức Nếu có xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Người cam đoan Nguyễn Thị Thủy Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii LỜI CẢM ƠN Lời xin cảm ơn PGS.TS Phan Quang Thế - Hiệu trưởng trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên - Thầy hướng dẫn khoa học định hướng đề tài, hướng dẫn thầy việc tiếp cận khai thác tài liệu tham khảo bảo trình viết luận văn Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đến thầy (cô) giáo – Khoa Cơ khí chế tạo – Trường Cao đẳng nghề Việt – Đức Vĩnh Phúc, giúp đỡ tận tình thầy, cô trình làm thí nghiệm viết luận văn Tôi muốn bày tỏ lời cảm ơn tới giám đốc, cán công nhân viên công ty trách nhiệm hữu hạn khí xác Việt Nam 1- Vĩnh Phúc dành cho điều kiện thuận lợi nhất, giúp hoàn thành nghiên cứu Cuối muốn bày tỏ lòng cảm ơn gia đình tôi, thầy cô giáo, bạn đồng nghiệp ủng hộ động viên suốt trình làm luận văn Tác giả Nguyễn Thị Thủy Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU x PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Dự kiến kết đạt Phương pháp nghiên cứu Chƣơng TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI 1.1 Đặc điểm trình tạo phoi tiện .3 1.2 Đặc điểm trình tạo phoi tiện cứng 1.2.1 Các hình thái phoi cắt kim loại 1.2.2 Cơ chế hình thành phoi tiện cứng 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công tạo phoi .11 1.3.1 Hiện tượng biến dạng phoi 11 1.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng phoi 12 1.4 Định hướng nghiên cứu 16 Chƣơng II: CHẤT LƢỢNG LỚP BỀ MẶT SAU GIA CÔNG CƠ 17 2.1 Khái niệm chung lớp bề mặt 17 2.2 Bản chất lớp bề mặt .17 2.3 Tính chất lý hoá lớp bề mặt 18 2.3.1 Lớp biến dạng 18 2.3.2 Lớp Beilbly .19 2.3.3 Lớp tương tác hóa học 19 2.3.4 Lớp hấp thụ hóa học 19 2.3.5 Lớp hấp thụ vật lý 20 2.4 Tính chất lý lớp bề mặt gia công 20 2.4.1 Hiện tượng biến cứng lớp bề mặt .20 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 2.4.2 Ứng suất dư lớp bề mặt 21 2.4 Các tiêu đánh giá chất lượng bề mặt tiện cứng 22 2.4.1 Độ nhám bề mặt phương pháp đánh giá .22 2.4.1.1 Độ nhám bề mặt 22 2.4.1.2 Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt .25 2.4.2 Tính chất lý lớp bề mặt sau gia công 26 2.4.2.1 Hiện tượng biến cứng lớp bề mặt 26 2.4.2.2 Ứng suất dư lớp bề mặt .29 2.4.2.3 Đánh giá mức độ, chiều sâu lớp biến cứng ứng suất dư 32 2.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt tiện cứng .33 2.5.1 Ảnh hưởng thông hình học dụng cụ cắt .33 2.5.2 Ảnh hưởng tốc độ cắt .34 2.5.3 Ảnh hưởng lượng chạy dao 35 2.5.4 Ảnh hưởng chiều sâu cắt 36 2.5.5 Ảnh hưởng vật liệu gia công 36 2.5.6 Ảnh hưởng rung động hệ thống công nghệ .36 2.6 Kết luận 37 Chƣơng 3: DỤNG CỤ CẮT PHỦ BAY HƠI 38 3.1 Tổng quan phủ bay 38 3.1.1 Phủ CVD 39 3.1.1.1 Đinh nghĩa .39 3.1.1.2 Đặc trưng phủ CVD .40 3.1.2 Phủ PVD 40 3.2 Vật liệu lớp phun phủ 42 3.3 Kết luận 47 Chƣơng NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG ĐỘ CỨNG THÉP 9XC ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN CỨNG 48 4.1 THÍ NGHIỆM 48 4.1.1 Yêu cầu hệ thống thí nghiệm: .48 4.1.2 Mô hình thí nghiệm 48 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi 4.1.3 Thiết bị thí nghiệm .48 4.1.3.1 Máy 48 4.1.3.2 Dao .50 4.1.3.3 Phôi 50 4.1.3.4 Chế độ cắt .51 4.1.4 Thiết bị đo .51 4.1.4.1 Máy đo độ nhám bề mặt .51 4.1.4.2 Kính hiển vi điện tử 52 4.2 Trình tự thí nghiệm 52 4.2.1 Chuẩn bị 52 4.2.2 Trình tự thí nghiệm 52 4.3 Kết thí nghiệm .53 4.3.1 Bảng thông số nhám bề mặt 53 4.2 Các hình ảnh chụp mòn dao bề mặt phôi sau gia công 54 4.4 Phân tích kết thí nghiệm 58 4.4.1 Phân tích chất lượng bề mặt phôi thép 9XC độ cứng khác lần cắt khác .58 4.4.1.1 Phân tích nhám bề mặt 58 4.4.1.2 Phân tích hình ảnh chụp topography bề mặt 58 4.4.1.3 Kết luận 59 4.4.2 Phân tích chế mòn mảnh dao .59 4.4.2.1 Phân tích thí nghiệm 59 4.4.1.2 Kết thí nghiệm mòn dụng cụ 60 4.4.2.3 Kết luận 62 4.6 Hướng nghiên cứu đề tài 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ap: Chiều dày phoi Kbd: Mức độ biến dạng phoi miền tạo phoi Mms: Mức độ biến dạng phoi ma sát với mặt trƣớc dao Kf: Mức độ biến dạng phoi θ : Góc trượt γ: Góc trước dao PX: Lực chiều trục tiện PY: Lực hướng kính tiện PZ: Lực tiếp tuyến 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 ΔFc, ΔFt: Áp lực tiếp tuyến pháp tuyến vùng mòn mặt sau μ : Hệ số ma sát vùng ma sát thông thường mặt trước r : Bán kính mũi dao hmin: Chiều dày phoi nhỏ Ra, Rz: Độ nhám bề mặt tiện PVD: Phủ bay vật lý CVD: Phủ bay hóa học Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ hóa miền tao phoi Hình 1.2.: Các dạng phoi Hình 1.3: Hiện tượng lẹo dao Hình 1.4 a, Sơ đồ hình thành bề mặt gia công phoi cắt có lẹo dao Hình 1.4 Cơ chế hình thành dạng phoi ổn định: Trượt tập trung mặt phẳng (a), vùng trượt tạo thành mảng (b), vùng trượt mở rộng bên bề mặt gia công (c) .8 Hình 1.5 Các dạng phoi phân đoạn: phoi lượn sóng (a) phoi cưa (b) Hình 1.6 Sơ đồ giai đoạn trình tạo phoi trượt cục 10 cắt kim loại 10 Hình 1.7: Biến dạng phoi 11 Hình 1.8: Quan hệ tốc độ cắt biến dạng phoi 12 Hình 1.9: Quan hệ chiều dày cắt biến dạng phoi 13 Hình1.10: Quan hệ góc trước biến dạng phoi 14 Hình1.10 Quan hệ bán kính mũi dao r biến dạng phoi 14 Hình 1.11: Ảnh hưởng đến biến dạng phoi 15 Hình vẽ 2.1 Chi tiết bề mặt vật rắn 18 Hình vẽ 2.2 Độ nhám bề mặt 22 Bảng 2.1 Các giá trị Ra, Rz chiều dài chuẩn l với cấp độ nhám bề măt .24 Bảng 2.2 Mức độ chiều sâu lớp biến cứng 26 phương pháp gia công .26 Hình vẽ 2.3 Quan hệ bán kính mũi dao chiều sâu lớp biến cứng với lượng chạy dao khác (khi dao chưa bị mòn) [16] 27 Hình vẽ 2.4 Quan hệ vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng ứng với lượng mòn mặt sau khác dao tiện [16] 28 Hình vẽ 2.5 Quan hệ bán kính mũi dao, chiều sâu cắt .31 ứng suất dư lớp bề mặt 31 Hình vẽ 2.6 Ảnh hưởng thông số hình học dao tiện 34 tới độ nhám bề mặt 34 Hình vẽ 2.7 Ảnh hưởng tốc độ cắt tới nhám bề mặt gia công thép .34 Hình vẽ 2.8 Ảnh hưởng tốc độ cắt tới nhám bề mặt gia công thép .35 Hình 3.1 Khả chịu tải trọng lớp phủ cứng mềm 45 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix Hình 4.1 Mô hình thí nghiệm 48 Hình 4.2 Máy tiện CTX - 310 48 Hình 4.3 Hình ảnh thân dao .50 Hình 4.5 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 40 45 HRC) cắt lần thứ chụp trên kính hiển vi điện tử: 54 Hình 4.6 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 40 45 HRC) cắt lần thứ hai chụp trên kính hiển vi điện tử: .54 Hình 4.7 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 50 55 HRC) cắt lần thứ chụp trên kính hiển vi điện tử: 55 Hình 4.8 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 50 55 HRC) cắt lần thứ hai chụp trên kính hiển vi điện tử: .55 Hình 4.9 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 50 55 HRC) cắt lần thứ ba chụp trên kính hiển vi điện tử: 56 Hình 4.10 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 57 60 HRC) cắt lần thứ chụp trên kính hiển vi điện tử: 56 Hình 4.11 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 57 60 HRC) cắt lần thứ hai chụp trên kính hiển vi điện tử: .57 Hình 4.13 Đồ thị quan hệ độ cứng phôi nhám bề mặt 58 lần cắt khác .58 Hình 4.14 Ảnh phân tích EDX (vùngđen) phần cắt dao kính hiển vi điện tử 61 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các giá trị Ra, Rz chiều dài chuẩn l với cấp độ nhám bề măt .24 Bảng 2.2 Mức độ chiều sâu lớp biến cứng 26 phương pháp gia công .26 Bảng 3.1 Dữ liệu thị trường giới phủ bay cho dụng cụ 38 lĩnh vực tạo hình cắt vật liệu .38 Bảng 4.1 Bảng thông số kỹ thuật máy .49 Bảng 4.2 Thành phần hóa học thép 9XC 51 Bảng 4.3 Kết đo nhám bề mặt phôi độ cứng khác 53 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 53 - Ở lần cắt thứ với phôi trên, trình thí nghiệm lặp lại tương tự Dao mẫu phôi đánh số thứ tự: 2, 5, đặt vào vị trí đánh dấu trước - Ở lần cắt thứ với phôi trên, trình thí nghiệm lặp lại tương tự Sau gia công xong dao đặt vào vị trí đánh dấu trước phôi mang cắt lấy mẫu, đánh số thứ tự mẫu phôi dao 3, 6, - mảnh dao mẫu phôi quan sát phân tích kính hiển vi điện tử TM – 1000 để kiểm tra mòn mảnh dao kiểm tra chất lượng bề mặt phôi sau lần cắt khác 4.3 Kết thí nghiệm 4.3.1 Bảng thông số nhám bề mặt Bảng 4.3 Kết đo nhám bề mặt phôi độ cứng khác Phôi số Mảnh dao số Thông số nhám Ra (Rz) Lần đo Lần đo Lần đo Ghi Trung bình 01 0,86 (4,5) 0,86 (5,0) 1,54 (7,9) 1,08 (5,8) (40 45) 0,75 (4,1) 0,71 (4,1) 0,73 (4,0) 0,73(4,06) 0,85 (4,4) 0,88 (4,6) 0,88 (4,7) 0,87(4,56) 0,37 (2,3) 0,4 (2,4) 0,51 (2,1) 0,55 (2,1) 0,60(4,0) 0,55(2,73) 0,55 (2,1) 0,60 (4,0) 0,57(2,1) 0,57(2,73) 03 1,17 (6,9) 0,77 (4,0) 0,73 (4,0) 0,89(4,97) (57 60) 0,55 (2,1) 0,63 (4,0) 0,84 (5,0) 0,67(3,7) 0,87 (4,4) 0,81 (4,3) 0,79 (4,2) 0,82(4,3) 02 (50 55) 0,48 (2,8) 0,41(2,5) 54 4.2 Các hình ảnh chụp mòn dao bề mặt phôi sau gia công c, Hình 4.5 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 40 45 HRC) cắt lần thứ chụp trên kính hiển vi điện tử: a, b: Hình ảnh măt trước mảnh dao; c: Hình ảnh bề mặt phôi Hình 4.6 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 40 45 HRC) cắt lần thứ hai chụp trên kính hiển vi điện tử: a, b: Hình ảnh măt trước mảnh dao; c: Hình ảnh bề mặt phôi 55 Hình 4.7 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 50 55 HRC) cắt lần thứ chụp trên kính hiển vi điện tử: a, b: Hình ảnh mặt trước mảnh dao; c: Hình ảnh bề mặt phôi Hình 4.8 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 50 55 HRC) cắt lần thứ hai chụp trên kính hiển vi điện tử: a, b: Hình ảnh mặt trước mảnh dao; c: Hình ảnh bề mặt phôi 56 Hình 4.9 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 50 55 HRC) cắt lần thứ ba chụp trên kính hiển vi điện tử: a, b: Hình ảnh mặt trước mảnh dao; c: Hình ảnh bề mặt phôi Hình 4.10 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 57 60 HRC) cắt lần thứ chụp trên kính hiển vi điện tử: a, b: Hình ảnh măt trước mảnh dao; c: Hình ảnh bề mặt phôi 57 Hình 4.11 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 57 60 HRC) cắt lần thứ hai chụp trên kính hiển vi điện tử: a, b: Hình ảnh măt trước mảnh dao; c: Hình ảnh bề mặt phôi Hình 4.12 Hình ảnh mảnh dao mẫu phôi (Độ cứng 57 60 HRC) cắt lần thứ ba chụp trên kính hiển vi điện tử: a, b: Hình ảnh măt trước mảnh dao; c: Hình ảnh bề mặt phôi 58 4.4 Phân tích kết thí nghiệm 4.4.1 Phân tích chất lƣợng bề mặt phôi thép 9XC độ cứng khác lần cắt khác 4.4.1.1 Phân tích nhám bề mặt Từ bảng thông số nhám trên, dùng phần mềm excel vẽ đồ thị quan hệ nhám bề mặt độ cứng phôi Hình 4.13 Đồ thị quan hệ độ cứng phôi nhám bề mặt lần cắt khác Từ đồ thị thấy gia công thép 9XC độ cứng khác với chế độ cắt (V = 200 (m/ph), S = 0,12 (mm/vòng) t = 0,15(mm)), mảnh dao phủ TiAlN, nhám bề mặt giảm tăng độ cứng phôi từ 40 đến 55 HRC Khi độ cứng tiếp tục tăng lên (Đến 60 HRC) nhám bề mặt lại tăng 4.4.1.2 Phân tích hình ảnh chụp topography bề mặt Đối với trình gia công tiện (gia công nói chung) chất lượng bề mặt bị ảnh hưởng nhiều tác động trình tạo phoi, lực cắt, nhiệt 59 cắt… Để đánh giá chất lượng bề mặt cách xác đầy đủ ta cần khảo sát cấu trúc lý tính lớp bề mặt Cùng với độ nhám bề mặt, lý tính lớp bề mặt có ảnh hưởng lớn đến khả làm việc bề mặt chi tiết máy Do với việc khảo sát độ nhám nghiên cứu cấu trúc bề mặt cho ta đánh giá xác ảnh hưởng độ cứng phôi đến chất lượng bề mặt Trong hình (4.5c, 4.6c, 4.7c, 4.8c, 4.9c, 4.10c, 4.11c, 4.12c) hình chụp topography bề mặt phôi độ cứng khác sau gia công lần cắt khác 4.4.1.3 Kết luận Các kết nghiên cứu cho thấy tiện tinh thép 9XC mảnh dao phủ TiAlN máy tiện CTX – 310 (Đức), chất lượng bề mặt đạt cao (Khoảng cấp 8), cao gia công phôi độ cứng 50 55 HRC (Khoảng cấp 8) 4.4.2 Phân tích chế mòn mảnh dao 4.4.2.1 Phân tích thí nghiệm Độ cứng vật liệu gia công ảnh hưởng trực tiếp đến quy luật phát triển nhiệt độ vùng cắt (tốc độ mòn mặt trước) Nghiên cứu Liu đồng nghiệp [11] cho thấy thay đổi độ cứng phôi từ 30 HRC đến 64 HRC mòn đạt tốc độ cao độ cứng 50 HRC Ở độ cứng (40 50)HRC mòn lớn nhất, mòn lõm có quy luật tương tự, mòn dụng cụ nhỏ độ cứng phôi lớn nhỏ khoảng từ (40÷50)HRC Quy luật chứng tỏ mòn dụng cụ lớn độ cứng phôi nằm dải từ (40 ÷ 50 HRC) nhiệt độ cao Cơ chế mòn khuyếch tán quan sát mặt trước dụng cụ phủ TiAlN tiện thép cứng bề mặt, lớp phủ bị suy giảm vùng mòn mặt trước TiAlN bị khuyếch tán vào mặt phoi 60 4.4.1.2 Kết thí nghiệm mòn dụng cụ Ở độ cứng phôi 40 - 45 HRC, tiện lần đầu mặt trước dao xuất bám dính vật liệu gia công lên bề mặt với bề rộng xấp xỉ 100 μm (hình 4.5a), cung mòn bắt đầu xuất lưỡi cắt với bề rộng xấp xỉ 30 μm (hình 4.5b) Trên vùng mòn mặt trước không nhìn thấy hình ảnh lớp phủ vùng chưa bị mòn, lớp bề mặt có cấu trúc sóng Vết mòn nguy hiểm dẫn đến phá hủy lưỡi cắt Đây hình ảnh mòn vật liệu dòn theo chế biến dạng dẻo bề mặt hạt cứng cày bề mặt tác dụng ứng suất pháp lớn vùng lưỡi cắt gây Khi tiện lần thứ 2, chiều dài cung mòn mặt trước dao gần không thay đổi (hình 4.6a) Trên mặt trước dao xuất bám dính vật liệu gia công Có thể thấy vật liệu gia công dính tập trung vùng phoi thoát khỏi mặt trước dụng cụ Đến lần cắt thứ 3, chất mòn mặt trước không thay đổi, chiều dài cung mòn lưỡi cắt bề rộng cung mòn gần không thay đổi Khi độ cứng phôi đạt 50 – 55 HRC, lần cắt thứ nhất, vùng mòn mặt trước, chiều dài cung mòn lưỡi cắt không thay đổi đáng kể, dạng mòn không nguy hiểm đảm bảo lưỡi cắt, bám dính vật liệu gia công tập trung vùng phoi thoát khỏi mặt trước dụng cụ gần vùng lưỡi cắt (hình 4.7a) Quan sát hình ảnh phần cắt dao kính hiển vi ta thấy có hai vùng rõ dệt: Vùng đen vùng trắng Sau phân tích EDX (Hình 1.13; hình 1.14) thấy rằng: Vùng đen phần cắt dao có thành phần hóa học chất sau: W: 45,5%; Co: 34,7%; Al:7,9%; Ba: 4,6%; Ti: 4,0% (Hình 4.13) Phân tích EDX cho thấy vùng đen vùng bị mòn không xuất thành phần lớp phủ TiAlN vùng nữa, chất lại lớp EDX phân tích thành phần hóa học vùng trắng phần cắt dao (Hình 1.14) có: Ti = 35,9%; Fe = 28,8%; = 9,8%; N= 9,3 %, Al= 7,3%; Ca = 3,2%; Ba=2,5%; Si=0,9%; Cr = 0,9%; C = 0,2% Kết phân tích cho 61 thấy vùng có thành phần Fe, c, Cr, Si thành phần vật liệu gia công trượt dính lớp phoi vào bề mặt vùng cắt (Hình 1.14) Hình 4.13 Ảnh phân tích EDX vùng đen phần cắt dao kính hiển vi điện tử Hình 4.14 Ảnh phân tích EDX vùng trắng phần cắt dao kính hiển vi điện tử 62 Ở lần cắt thứ hai thứ ba, tượng mòn mặt trước không thay đổi so với lần cắt thứ Khi gia công phôi độ cứng 57 – 60 HRC, tượng mòn mặt trước dụng cụ cắt không thay đổi nhiều so với dụng cụ cắt gia công phôi độ cứng 50 -55 HRC, nhiên su mòn dao độ cứng nguy hiểm Từ kết thí nghiêm thấy mòn mặt trước dụng cụ chia thành ba vùng rõ rệt theo phương thoát phoi thông qua mức độ dính vật liệu gia công với mặt trước Vùng nằm sát lưỡi cắt với vết biến dạng dẻo bề mặt hạt cứng vật liệu gia công gây nên, vùng hai với dính nhẹ vật liệu gia công mặt trước, vùng ba vùng phoi thoát khỏi mặt trước, vật liệu gia công dính nhiều bề mặt Theo kết nghiên cứu Tren [22] vùng vùng sát lưỡi cắt vùng mà lớp vật liệu gia công sát mặt trước dính dừng mặt trước tạo nên vùng biến dạng thứ hai phoi Tuy nhiên, hình ảnh bề mặt cho thấy tượng biến dạng dẻo bề mặt cào xước theo hướng thoát phoi gây mòn tạo nên mặt trước phụ với góc trước phụ âm Vùng hai vùng dính vật liệu gia công với mức độ tăng dần phía vùng thoát phoi khỏi mặt trước Vùng ba vật liệu gia công dính nhiều mặt trước với vết trượt vật liệu phôi, vùng ma sát thông thường với hệ số ma sát f = const phù hợp với mô hình Zorev [12] 4.4.2.3 Kết luận Các kết nghiên cứu cho thấy tiện tinh thép 9XC dao phủ TiAlN xảy mòn mặt trước Cơ chế mòn mặt trước chủ yếu biến dạng dẻo, tác dụng cào xước hạt cứng thép tách khỏi bề mặt lớp phủ mỏi dính với bóc tách mảng vật liệu mặt trước Ba chế mòn tiện cứng thép 9XC qua thay đổi độ cứng phôi mòn dính, mòn cào xước mòn nhiệt Mòn nhiệt dạng 63 mòn dãn nở nhiệt cục lớp vật liệu dụng cụ kết hợp với trình ôxy hoá nhiệt độ cao làm bong mảnh vật liệu dụng cụ khỏi bề mặt Khi độ cứng vật liệu gia công (40-45 HRC) dụng cụ cắt bị mòn nhanh, độ cứng xảy tượng mòn dính: độ cứng thấp, áp lực nhiệt độ, bề mặt tiếp xúc chuyển động liên tục cắt tạo điều kiện thuận lợi cho trình chảy dính, tạo mối liên kết kim loại hàn pha rắn vùng tiếp xúc, trình chuyển động chúng bị bứt lôi Lưỡi cắt mòn nhanh đồng thời nhám bề mặt tăng theo (kết đo nhám bề mặt cho thấy nhám đạt độ cứng có giá trị từ 0,73 ÷ 1,08 μm, tương đương độ nhám cấp 7) Khi tăng độ cứng phôi đến (50 -55HRC), độ cứng bám dính vật liệu gia công gần không còn, bám dính tập trung vùng phoi thoát khỏi mặt trước dụng cụ gần vùng lưỡi cắt nên giữ độ bền lưỡi cắt Nhám bề mặt chi tiết độ cứng đạt giá trị khoảng (0,41 ÷ 0,47 μm) tương đương cấp Khi tiếp tục tăng độ cứng phôi lên 60 HRC, độ cứng cao mòn nhiệt dạng mòn dãn nở nhiệt cục lớp vật liệu dụng cụ mặt sau kết hợp với trình ôxy hoá nhiệt độ cao làm bong mảnh vật liệu dụng cụ khỏi bề mặt Mòn phát triển nhanh vùng lưỡi cắt phụ làm tăng nhám bề mặt phá huỷ lưỡi dao (kết đo nhám bề mặt cho thấy nhám đạt độ cứng từ 0,67 ÷ 0,89 μm, tương đương độ nhám cấp 7) Từ kết nghiên cứu thấy gia công tinh thép 9XC qua chế độ cắt (v = 200m/phút, S = 0,12mm/vòng, t = 0,15mm), dao phủ TiAlN không nên sử dụng phôi có độ cứng thấp độ cứng cao dụng cụ bị phá huỷ nhanh (Mòn dính mòn nhiệt) chất lượng bề mặt phôi không tốt 64 4.5 Kết luận chung Với nội dung “Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng vật liệu gia công (9XC) đến chất lượng bề mặt tiện cứng” qua bốn chương đề tài giải vấn đề sau: - Đề tài đánh giá ảnh hưởng độ cứng vật liệu gia công đến chất lượng bề mặt thép 9XC tiện dao hợp kim cứng phủ TiAlN - Đánh giá ảnh hưởng độ cứng đến mòn mặt trước dụng cụ cắt phủ TiAlN thông qua ảnh chụp mòn dao phân tích EDX kính hiển vi điện tử 4.6 Hƣớng nghiên cứu đề tài Kết nghiên cứu đề tài dừng chế độ công nghệ, loại dụng cụ cắt, loại vật liệu thông số chế độ cắt định Vì cần tiến hành thí nghiệm cách tổng quan để tìm quy luật rộng chế mòn phần cắt dao chất lượng bề mặt phôi Nghiên cứu ảnh hưởng hình dạng lưỡi cắt đến chất lượng bề mặt mòn dụng cụ Nghiên cứu ảnh hưởng lực cắt đến chất lượng bề mặt tuổi bền dụng cụ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), “Cơ sở chất lượng trình cắt”, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên [2] Phan Quang Thế (2002), Luận án Tiến sĩ “Nghiên cứu khả làm việc dụng cụ thép gió phủ dùng cắt thép cacbon trung bình”, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [3] Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2003), “Công nghệ chế tạo máy”, NXB Khoa học kỹ thuật [4] Bành Ti (2001), Nguyên Lý Gia công vật liệu, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Trần Thế Lục (1988) “Giáo trình mòn tuổi bền dụng cụ cắt”, Khoa khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [6] PGS.TS Phan Quang Thế, Th.S Nguyễn Thị Quốc Dung (2008) “Tương tác ma sát phoi mặt trước dao gắn mảnh PCBN tiện tinh thép 9XC qua tôi” Tạp chí khoa học công nghệ trường đại học (60) [7].PGS.TS Phan Quang Thế, Th.S Nguyễn Thị Quốc Dung (2008) “Ảnh hưởng vận tốc cắt đến mòn chế mòn dụng cụ gắn mảnh PCBN tiện tinh thép 9XC qua tôi” Tạp chí khoa học công nghệ trường đại học (62) [8] Nguyễn Mạnh Cường(2007) “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng bề mặt gia công tiện tinh thép X12M qua dao gắn mảnh PCBN” Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên [9] Hoàng Văn Vinh “Nghiên cứu mối quan hệ chế độ cắt tuổi bền dụng cụ phủ TiAlN tiện tinh thép không gỉ SUS201” Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên 66 [10] Nguyễn Thị Quốc Dung (2012), Luận án Tiến sĩ “Nghiên cứu trình tiện tinh thép hợp kim qua dao PCBN” Trường Đại học kỹ thuât công nghiệp Thái Nguyên [11] X.L Liu, D.H Wen, Z.J Li, L.Xiao, F.G Yan Cutting temperature and tool wear of hard turning hardened bearing steel Journal of Materials Processing Technology 129 (2002) 200 – 2006 [12] Zorev N.N (1963), Interrelationship between shear processes occuring along tool face and on shear plane in metal cutting, International research in production engineering, The American Society of mechanical Engineers, New York, pp 48-67 [13] Abdullah Kurt, Ulvi Seker The effect of chamfer angle of polycrystalline cubic boron nitride cutting tool on the cutting forces and the tool stresses in finishing hard turning of AISI 52100 steel Materials and Design 26(2005) 351 – 356 [14].Tug˘rul O¨ zel*, Yig˘it Karpat Predictive modeling of surface roughness and tool wear in hard turning using regression and neural networks International Journal of Machine Tools & Manufacture 45 (2005) 467–479 [15] G Poulachon , A Moisan , I.S.Jawahir Tool-wearmechanisms in hardturning with polycrystalline cubic boronnitride tools Wear 250 (2001) 576–586 [16] Y Kevin Chou , Chris J Evans Cubic boron nitride tool wear in interrupted hard cutting Wear 225–229 (1999) 234–245 [17] Patrik Dahlman, Fredrik Gunnberg, Michael Jacobson, The influence of rake angle, cutting feed and cutting depth on residual stresses in hard turning Journal of Materials Processing Technology 147 (2004) 181 – 184 [18] Meng Liua, Jun – ichiro Takagia, Akira Tsukudab, Effect of tool nose radius and tool wear on residual stress distribution in hard turning of bearing steel, Journal of Materials Processing Technology 150 (2004), 234 – 241 [19] Tugrul Ozel, Tsu-Kong Hsu, Erol Zeren (11August 2004) Effects of 67 cutting edge geometry, workpiece hardness, feed rate and cutting speed on surface roughness and forces in finish turning of hardened AISI H13 steel ORIGINAL ARTICLE [20] H A Kishawy and M A Elbestawi Tool wear and surface integrity during high-speed turning of hardened steel with polycrystalline cubic boron nitride tools Intelligent Machines and Manufacturing Research Centre, McMaster University, Hamilton, Ontario, Canada (755 - 767) [21] Jiang Hua, Rajiv Shivpuri, Xiaomin Cheng, Vikram Bedekar, Yoichi Masumoto, Fukuo Hashimoto, Thomas R Watkins Effect of feed rate, workpiecehardness and cutting edge on subsurface residual stress in the hard turning of bearing steel using chamfer + hone cutting edge geometry Materials Science and Engineering A394 (2005) 238 – 248 [22] Trent E.M and Wright P.K (2000), Metal Cutting, ButterworthHeinemann, USA [...]... cơ khí Nghiên cứu về độ cứng, ảnh hưởng của độ cứng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công (thép 9XC) nhằm tối ưu quá trình gia công, nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công Vì các lý do trên em chọn đề tài nghiên cứu là Nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng vật liệu gia công (9XC) đến chất lượng bề mặt khi tiện cứng 2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của đề tài là với các độ cứng vật liệu 9XC... trình tiện cứng, ảnh hưởng của độ cứng dao đến nhám bề mặt và lực cắt khi tiện Nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng vật liệu (9XC) đến chất lượng bề mặt (Nhám bề mặt) khi gia công tiện cứng, nhằm tìm ra độ cứng phù hợp để chất lượng bề mặt đạt tối ưu sẽ tiếp tục đóng góp thêm các kiến thức vào việc nghiên cứu quá trình tiện cứng Ảnh hưởng của độ cứng là một chỉ tiêu quan trọng trong quá trình gia công cơ... gia công tiện cứng với chế độ cắt cố định, khảo sát ảnh hưởng của độ cứng vật liệu gia công đến chất lượng bề mặt (nhám bề mặt) 3 Dự kiến các kết quả đạt đƣợc Xây dựng được mối quan hệ giữa độ cứng phôi và thông số nhám 4 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của độ cứng vật liệu gia công đến chất lượng bề mặt phôi thép 9XC thông qua kết quả đo nhám và hình chụp topography bề mặt. .. Tính cấp thiết của đề tài Chất lượng bề mặt gia công là yếu tố quan trọng trong quá trình gia công Chất lượng bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, độ bền, độ bền mòn của chi tiết Chất lượng bề mặt là tập hợp nhiều tính chất quan trọng của lớp bề mặt, cụ thể là: Hình dáng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám ) Trạng thái và tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ cứng tế vi, chiều sâu biến cứng, ứng suất... công Ở đề tài này tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu gia công đến chất lượng bề mặt 17 Chƣơng II: CHẤT LƢỢNG LỚP BỀ MẶT SAU GIA CÔNG CƠ 2.1 Khái niệm chung về lớp bề mặt Chất lượng bề mặt là tập hợp nhiều tính chất quan trọng của lớp bề mặt, như hình dáng lớp bề mặt, trạng thái, tính chất cơ lý của lớp bề mặt và khả năng phản ứng của chúng đối với môi trường làm việc Chất lượng chi tiết máy phụ... cắt Khi tăng độ cứng của vật liệu gia công lên trên 50HRC, phoi sẽ chuyển từ phoi dây sang phoi dạng răng cưa và lực cắt tăng lên Khi tăng độ cứng, góc tạo phoi tăng và chiều dày của phoi giảm Khi độ cứng tăng, tồn tại hai yếu tố trái ngược ảnh hưởng đến cơ chế tạo phoi, đó là tăng độ bền của vật liệu gia công do tăng độ cứng và giảm độ bền của vật liệu gia công do tăng nhiệt độ trong vùng tạo phoi Khi. .. khi đó công tiêu hao trong quá trình cắt gọt bé, chất lượng bề mặt của chi tiết gia công cao Do đó các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi tạo phoi cũng chính là những yếu tố ảnh hưởng đến hệ số biến dạng * Ảnh hƣởng của tốc độ cắt Thực nghiệm cho thấy quan hệ giữa hệ số biến dạng K và tốc độ cắt V được biểu diễn như hình 1.8 - Khi Vc tăng từ V1 - V2 K giảm, chất lượng bề mặt. .. LOẠI 1.1 Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện nh lấy đi một lớp phoi trên bề , kích thước và độ bóng bề mặt theo : - Chuyển động cắt chính (chuyển động làm việc): khi tiện đó là chuyển động quay tròn của phôi Khi tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc của dao khi tiện mặt trụ tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công , độ cứng, mức độ biến dạng và cấu... quan tâm [3] 2.2 Bản chất của lớp bề mặt Bề mặt vật rắn hay chính xác là một mặt phân cách rắn - khí hay rắn lỏng, có cấu trúc và tính chất phức tạp phụ thuộc vào bản chất của chất rắn, phương pháp tạo nên bề mặt đó và tương tác giữa bề mặt đó với môi trường 18 xung quanh Các tính chất của bề mặt vật rắn rất quan trọng đối với tương tác bề mặt, bởi vì các tính chất bề mặt ảnh hưởng trực tiếp tới diện... pháp gia công tinh lần cuối đòi hỏi độ chính xác và chất lượng bề mặt cao 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 là cần thiết 2 Những kết quả nghiên cứu được công bố gần đây trên các tạp chí khoa học cho thấy việc nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cắt, chế độ cắt đến ... gia công, nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công Vì lý em chọn đề tài nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng vật liệu gia công (9XC) đến chất lượng bề mặt tiện cứng Mục tiêu nghiên cứu. .. đến nhám bề mặt lực cắt tiện Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng vật liệu (9XC) đến chất lượng bề mặt (Nhám bề mặt) gia công tiện cứng, nhằm tìm độ cứng phù hợp để chất lượng bề mặt đạt tối ưu tiếp tục... tăng độ bền vật liệu gia công tăng độ cứng giảm độ bền vật liệu gia công tăng nhiệt độ vùng tạo phoi Khi độ cứng tiếp tục tăng, vật liệu gia công trở nên giòn yêu cầu lượng cắt nhỏ Khi gia công vật