NGHIÊN cứu CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG THÉP SAU NHIỆT LUYỆN TRÊN máy TIỆN CNC

Nghiên cứu, khảo sát công nghệ tiện cứng tự động tại Phòng thí nghiệm công nghệ cao Học viện KTQS và tại ĐH Công nghiệp Hà Nội, khai thác ứng dụng tiện cứng để tiến hành nghiên cứu các t

NGUYỄN MẠNH THẮNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG THÉP SAU NHIỆT LUYỆN

TRÊN MÁY TIỆN CNC Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2015

NGUYỄN MẠNH THẮNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG THÉP SAU NHIỆT LUYỆN

TRÊN MÁY TIỆN CNC Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Mã số: 60 52 01 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Cán bộ hướng dẫn chính:

Cán bộ hướng dẫn phụ:

`

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰNgày tháng năm 2015

pháp luật Việt Nam Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Mục lục

Tóm tắt luận văn

Danh mục bảng biểu

Danh mục hình vẽ

Tóm tắt luận văn:

Họ và tên học viên: Nguyễn Mạnh Thắng

Lớp : Công nghệ chế tạo máy Khoá: 24

Tóm tắt: Nghiên cứu tổng quan về công nghệ tiện cứng thép sau nhiệt luyện,

nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công, các phương pháp nghiên cứu và đánh giá chất lượng từ đó sơ bộ xác định các tham số công nghệ chính của chế độ cắt (v,s,t) và phạm vi khảo sát, tạo cơ sở cho việc nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu, khảo sát công nghệ tiện cứng tự động tại Phòng thí nghiệm công nghệ cao Học viện KTQS và tại ĐH Công nghiệp Hà Nội, khai thác ứng dụng tiện cứng để tiến hành nghiên cứu các thực ghiệm, khảo sát ảnh hưởng của các tham số công nghệ chính chế độ cắt và độ cứng bề mặt đến chất lượng

bề mặt khi tiện cứng Trên cơ sở phân tích các kết quả thực nghiệm, xác định tham số công nghệ hợp lý và tiến tới tối ưu hóa công nghệ tiện cứng

Máy gia công tự động có sự trợ giúp của máy tính

Kbd Mức độ biến dạng của phoi trong miền

tạo phoi

Kms Mức độ biến dạng của phoi do ma sát

với mặt trước của dao

Rz Chiều cao nhấp nhô prôphin theo mười

MỞ ĐẦU

Từ cuối thập niên 80 của thế kỷ XX đến nay, rất nhiều doanh nghiệp trong nước đã trang bị nhiều loại máy, thiết bị sử dụng kỹ thuật CNC nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm Bên cạnh những kết quả đạt được

về mặt công nghệ thì một số doanh nghiệp cũng gặp khó khăn về hiệu quả kinh tế khi sử dụng các máy và thiết bị này bởi vì các nguyên nhân sau:

-Việc chuyển giao công nghệ chưa đầy đủ

- Đầu tư thiếu đồng bộ, nhập nhiều chủng loại và thế hệ máy, trong đó

có những loại không rõ nguồn gốc

- Giá thành đầu tư lớn nên mức khấu hao cao

- Số lượng sản xuất trên máy thường theo loạt vừa và nhỏ

- Chưa chủ động về bảo dưỡng, bảo trì máy

Vấn đề đặt ra làm thế nào để nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng loại máy này?

Qua tìm hiểu các doanh nghiệp sản xuất cơ khí có sử dụng các máy và thiết bị NC, CNC, xét về mặt xác định chế độ cắt thì thấy có một số vấn đề sau:

- Các doanh nghiệp 100% vốn nước ngoài hoặc liên doanh thì các máy gia công sử dụng kỹ thuật CNC chủ yếu để sản xuất các mặt hàng truyền thống, ổn định Chương trình gia công trên máy được chuyên gia nước ngoài đưa vào nên chế độ công nghệ thiết lập trong chương trình đã được hoàn chỉnh

- Các doanh nghiệp trong nước sử dụng máy CNC thì việc lập trình gia công do người thợ tự lập trình và thực hiện Chế độ công nghệ(v, s, t) được xác định bằng cách tra sổ tay công nghệ như khi thực hiện gia công trên máy truyền thống hoặc bằng cách lấy theo kinh nghiệm

- Ở Việt nam, công nghệ tiện cứng đã bắt đầu được ứng dụng ở một vài

cơ sở nghiên cứu sản xuất trong đó có Học viện Kỹ Thuật Quân Sự Tuy vậy,

do nhiều điều kiện hạn chế, việc nghiên cứu công nghệ tiện cứng ở VN còn có

những hạn chế nhất định Do đó: Đề tài “Nghiên cứu công nghệ tiện cứng thép sau nhiệt luyện” có ý nghĩa thực tiễn sâu sắc, phù hợp với chiến lược

phát triển Khoa học và Công nghệ trong lĩnh vực công nghiệp của đất nước, góp phần quan trọng thúc đẩy việc ứng dụng một phương pháp công nghệ tiên tiến vào sản xuất, nâng cao năng suất lao động, tăng tuổi thọ chi tiết và giảm giá thành sản phẩm

- Với việc sử dụng ngày càng phổ biến của các loại thép hợp kim có độ bền và độ cứng cao trong ngành cơ khí chế tạo, cùng với sự ra đời và phát triển của các loại dụng cụ cắt siêu cứng và các máy gia công tự động, công nghệ tiện cứng đang thu hút được sự quan tâm đặc biệt của các học giả và giới sản xuất trong và ngoài nước

- Đề tài “Nghiên cứu công nghệ tiện cứng thép sau nhiệt luyện”

nhằm khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ chính tới chất lượng bề mặt gia công trong quá trình công nghệ tiện cứng, tạo cơ sở xác định chế độ công nghệ tối ưu, góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ tiện cứng vào nghiên cứu & sản xuất thực tế

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG THÉP

SAU NHIỆT LUYỆN 1.1 Khái niệm về công nghệ tiện cứng

Tiện cứng là phương pháp tiện sử dụng dao bằng các vật liệu siêu cứng như Nitrit Bo, kim cương hoặc gốm tổng hợp để thay thế cho nguyên công mài khi gia công thép tôi có độ cứng từ 45-70HRC[9][11] So với nguyên công mài truyền thống, tiện cứng có nhiều ưu thế vượt trội về khía cạnh kinh

tế và sinh thái Ưu thế đáng kể nhất của tiện cứng là có thể dùng một dụng cụ

mà vẫn gia công được nhiều chi tiết có hình dáng khác nhau bằng cách thay đổi đường chạy dao Trong khi đó, muốn mài được hình dạng chi tiết khác thì phải sửa lại đá hoặc thay đá khác Đặc biệt, tiện cứng có thể gia công được những biên dạng phức tạp mà mài khó có thể thực hiện được Nếu xét về chi phí đầu tư thì một máy tiện CNC chỉ bằng khoảng 1/2 đến 1/10 máy mài CNC[7] Cấp chính xác khi tiện cứng đạt IT5÷7 và nhám bề mặt đạt Rz = 2÷4

µm Ở điều kiện gia công đặc biệt, tiện cứng có thể đạt được độ chính xác IT3÷5 và nhám bề mặt Rz<1,5µm[9] Ngoài ra, chất lượng bề mặt khi tiện cứng cũng có một số ưu điểm so với mài như: Ảnh hưởng nhiệt đến 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 được độ chính xác kích thước, hình dạng và tính nguyên vẹn bề mặt Bên cạnh đó, tiện cứng còn

có thể thực hiện gia công khô, không cần sử dụng dung dịch trơn nguội nên giảm đáng kể ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe người lao động Tuy nhiên tiện cứng cũng đòi hỏi máy, hệ thống công nghệ có độ cứng vững và độ chính xác cao, tuy nhiên dụng cụ cắt chi phí cao điều này làm ảnh hưởng đáng

kể đên việc ứng dụng công nghệ vào sản xuất thực tiễn

Mặc dù có những ưu thế nổi bật và đã đạt được sự tăng trưởng mạnh

mẽ trong trong những năm gần đây, tiện cứng vẫn đang là một công nghệ gia công mới chưa được nghiên cứu đầy đủ Do độ tin cậy của quá trình công nghệ chưa cao, chất lượng gia công thiếu ốn định và chi phí dụng cụ cắt lớn nên phạm vi ứng dụng của công nghệ gia công tiên tiến này còn rất hạn chế

Vì vậy, việc bổ sung các nghiên cứu tìm hiểu về các hiện tượng cơ lý tính của quá trình, nhận biết được các thông số điều khiển để nâng cao hiệu quả quá trình cũng như cải tiến công nghệ chế tạo dụng cụ cắt và máy gia công sẽ mở rộng tiềm năng ứng dụng của công nghệ tiện cứng vào công nghiệp

Tiện cứng thường sử dụng dao bằng vật liệu siêu cứng CBN (Cubic Boron Nitride), PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride), hoặc ceramic tổng hợp Mảnh CBN dạng thiêu kết thường dùng ở dạng vật liệu hỗn hợp của Nitrit Bo lập phương đa tinh thể (PCBN) PCBN có thể được tổng hợp trực tiếp từ HBN (Hexagonal Boron Nitride), hoặc CBN.

Khi tổng hợp từ CBN yêu cầu áp suất nhỏ và nhiệt độ dưới l200oC vì ở nhiệt độ cao hơn cần phải xem xét khuynh hướng chuyển hóa sang HBN Cấu trúc đồng đêu của PCBN đã khắc phục được các nhược điểm của CBN đơn tinh thể như tính có thớ và dị hướng Vật liệu dụng cụ cắt PCBN là sự kết hợp giữa các hạt CBN với chất kết dính được thiêu kết ở nhiệt độ l200oC và áp suất 5,5 GPa Thành phần PCBN có thể bao gồm các hạt CBN với kích thước (1÷30 µm tùy yêu cầu về mật độ) phân bố trong một chất nên chứa carbide kim loại, nitrit hoặc ôxít CBN thường liên kết chặt chẽ với những hợp chất

cơ sở Ti như TiCN Có một vài chất khác được thêm vào để tăng tốc độ thiêu kết và kết hợp với Oxy dư trong quá trình xử lý ở nhiệt độ và áp suất cao Đặc tính của vật liệu PCBN phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng CBN, thành phần chất dính kết và kích cỡ hạt Hàm lượng CBN trong PCBN thay đổi phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ thấp hơn tốc độ giới hạn, tốc độ mòn dao lớn, tuổi bên dụng cụ giảm mạnh, mảnh CBN sẽ mòn nhanh chóng và hư hỏng Nhiệt sinh ra trong vùng cắt gọt khi tiện cứng khá cao, có thể lên đến 950oC Do đó, nếu không dùng dung dịch trơn nguội trong gia công, bê mặt đã gia công có thể bị biến dạng Cấu trúc mạng tinh thể của lớp bê mặt bị thay đổi và tồn tại ứng suất dư kéo trên lớp bê mặt

Tiện cứng thường gia công vật liệu thép làm khuôn như: SKD11, SKD61, 40X, 12KM Khi gia công những chi tiết dạng vật liệu này có yêu cầu về độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt rất cao Để đảm bảo yêu cầu trên

trong quá trình gia công phải chọn máy có độ cững vững và chính xác như máy CNC

1.2.2 Ưu điểm, nhược điểm của công nghệ tiện cứng

Ưu điểm:

- Giá thành : Giá máy tiện thường rẻ hơn so với máy mài

- Tính lưỡng dụng : Có thể tiện cứng hoặc tiện bình thường trên cùng mộtmáy

- Lượng cắt : cao hơn 4÷6 lần so với mài

- Tính linh hoạt : Có thể gia công hàng loạt, chi tiết có biên dạng phức tạp hiệu quả hơn so với máy mài

Nhược điểm:

- Dao cụ : Dao cắt CBN (dùng phổ biến trong tiện cứng) thường đắt gấp 3÷4 lần so với dao carbide Dao ceramic giá ngang với carbide nhưng thường không dùng được với các ứng dụng có phạm vi dung sai nhỏ hơn 0.0254mm Ceramic cũng hoạt động không hiệu quả khi nhiệt độ gia công quá cao, nên thường gia công với tưới nguội

- Hiện tượng “trắng bề mặt”: Bề mặt sau khi tiện cứng thường bị hiện tượng phủ một lớp trắng với độ dầy 1 µm Lớp phủ này không nhìn được bằng mắt thường mà phải kiểm tra bằng thiết bị mới thấy Đây cũng là hiện tượng thường thấy trong các ứng dụng mài

- Đòi hỏi độ cứng vững cao: Từ độ cứng vững của dao cụ, đồ gá cặp đến độ cứng vững của bản thân máy gia công cần có độ cúng vững và chính xác rất cao

- Tiện cứng có nhiều lợi thế so với mài vì tính linh hoạt của nó, lợi thế đáng

kể nhất của tiện cứng là có thể dùng cùng một dụng cụ mà vẫn gia công được nhiều chi tiết có hình dáng khác nhau bằng cách thay đổi đường chạy dao

Trong khi đó muốn mài được hình dạng chi tiết khác nhau thì phải sửa lại đá hoặc thay đá khác.

- Đặc biệt tiện cứng có thể gia công được biên dạng phức tạp mà mài khó

có thể thực hiện được Mảnh PCBN được sử dụng rộng rãi trong gia công thép hợp kim và các vật liệu khó gia công Vật liệu PCBN với hàm lượng CBN thấp (khoảng 50 %) có thể sử dụng để gia công các loại thép tôi và thép

ổ lăn trong khi vật liệu với hàm lượng CBN cao (khoảng 80-90 %) có thể gia công gang đúc ở tốc độ cắt cao Hàm lượng CBN càng cao thì khả năng dẫn nhiệt càng lớn và tính chống mòn càng tăng, cỡ hạt CBN càng lớn thì khả năng chống mòn tăng nhưng chât lượng lưỡi cắt giảm Quá trình tiện cứng có thể thực hiện bằng phương pháp gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá Cấp chính xác khi tiện cứng đạt IT và chiều cao nhấp nhô bề mặt Ra=0,04- 0,06 nó có thể so sánh với chất lượng đạt được khi mài

- Để thực hiện được công việc tiện cứng, máy tiện phải cứng vững, tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp Các mảnh PCBN thường sử dụng cho tiện cứng là EB50, EB51, EB36, EB2S và EB29X (theo tài liệu của hãng EHWA Hàn Quốc) So với mảnh Carbide thì các mảnh PCBN đắt hơn đáng kể (từ 4÷5 lần), nhưng dao PCBN có tuổi bên cao hơn Chi phí dao cụ sẽ không đáng kể khi tính đến việc loại nguyên công mài tinh Nhiều xưởng sản xuât còn nhận thấy rằng việc giảm chi phí dung dịch trơn nguội, bù đắp được lượng chi phí cao hơn về dao Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chê, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió và thép hợp kim Việc thép hợp kim có thể gia công bằng tiện cứng đã mở rộng khả năng của tiện cứng kể cả công việc sửa chữa Tiện cứng gia công được các loại thép: 5120 (62HRC), 1050 (62HRC), 9310 (60HRC) và 4320 (60 - 62HRC)

Ngoài những ưu điểm đã nêu ở trên, việc áp dụng công nghệ tiện cứng

để gia công lần cuối các chi tiết còn mang lại những lợi ích nhất định

1.3 Vai trò, ý nghĩa của tiện cứng trong chế tạo máy

Tiện cứng đóng vai trò rất quan trọng trong công nghiệp sản xuất khuôn mẫu làm giảm thời gian gia công, gia công được nhiều biên dạng phức tạp và nâng cao hiệu quả kinh tế

1.4.Tình hình nghiên cứu công nghệ tiện cứng

1.4.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Từ những năm 1980, công nghệ tiện cứng đã được ứng dụng vào quá trình gia công tinh bề mặt chi tiết của một số cơ cấu máy trong lĩnh vực ô tô máy kéo, một số bộ phận của máy và khuôn mẫu Công nghệ tiện cứng sau đó được áp dụng rộng rãi hơn trong lĩnh vực chế tạo máy vì những ưu điểm nhất định của nó như: dễ đáp ứng với những chi tiết có biên dạng gia công phức tạp, có thể gia công được nhiều dạng chi tiết khác nhau, tiến hành được nhiều bước gia công trên cùng một lần gá, tốc độ bóc phá kim loại nhanh có thể sử dụng hiệu quả trên máy tiện CNC cũng như các máy tiện vạn năng Phoi gia công dễ xử lý và giảm khối lượng chất bôi trơn làm nguội hơn so với các phương pháp gia công khác Bên cạnh đó, trước khi áp dụng phương pháp tiện cứng, người sử dụng cần chú ý, cân nhắc đến một số vấn đề tồn tại của

nó Một trong những yếu tố cần phải cân nhắc là giá thành dụng cụ cắt cao Hơn nữa, cũng như tiện truyền thống, phương pháp tiện cứng không thể thực hiện với một số kích thước và hình dạng của chi tiết gia công Khi tiến hành tiện cứng, hệ thống công nghệ đòi hỏi độ cứng vững và ổn định cao Một vấn

đề cần đặc biệt cân nhắc và hoạch định là phương thức bôi trơn làm nguội khi tiện cứng Ví dụ, nên áp dụng phương thức tiện khô đối với các quá trình gia công có áp lực cắt không liên tục vì sự thay đổi nhiệt đột ngột sẽ làm lưỡi cắt

bị sứt mẻ tế vi dẫn đến các ảnh hưởng kèm theo hiện tượng này là sự biến đổi của lực cắt, chiều cao nhấp nhô bề mặt Mặt khác, khi lực cắt liên tục, nhiệt sinh ra ở đầu lưỡi cắt có thể làm thường hóa vùng lân cận vùng cắt do đó tính

cắt của vật liệu được cải thiện Trong trường hợp này, tăng vận tốc cắt thích hợp sẽ làm tăng hiệu quả quá trình cắt Ngoài ra, tiện cứng cũng không thể loại bỏ được các tồn tại khác như tiện thường: các sự cố đi kèm hiện tượng lẹo dao và hiện tượng xuất hiện lớp bề mặt hư hỏng trên chi tiết gia công Các hiện tượng sinh ra trong quá trình tiện cứng đã đặt ra cho các nhà nghiên cứu về lĩnh vực này nhiều câu hỏi Điều đó đã khiến nhiều nhà khoa học đầu

tư công sức và cơ sở vật chất tập trụng vào nghiên cứu các hiện tượng này nhằm phát huy những ưu điểm và hạn chế tối đa các nhược điểm của quá trình tiện cứng

Cho đến nay, đã có nhiều nhà khoa học công bố kết quả nghiên cứu về công nghệ tiện cứng, tuy nhiên số lượng thành công còn hạn chế Các nghiên cứu tập trung vào một số lĩnh vực như thông số hình học dụng cụ cắt, thông

số chế độ cắt khi tiện, các hiện tượng xảy ra trong quá tình tiện cúng và các

cơ chế bôi trơn đặc trưng cho quá trình tiện cứng

Dựa theo câc kết quả cơ bản từ công trình của Nakayama và các đồng nghiệp (1988)[14], một số vấn đề quan trọng khác được tiệp tục nghiên cứu làm rõ Một số nghiên cứu tập trụng vào chứng minh và so sánh các yếu tố ảnh hưởng đến hình dạng cơ chế hình thành phoi, ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt và vật liệu gia công, vật liệu dụng cụ cắt Một trong những nghiên cứu tiếp theo có đóng góp rất lớn đến lĩnh vực này là công trình của Tonshoff

và các đồng nghiệp (1990)[14][15] Được xem là công trình tiêu điểm nổi bật được đăng trên tạp chí CIRP Annals-Manufacturing Technology Ở đây, Tonshoff đã thống kê tổng hợp lịch sử quá trình gia công vật lệu cứng từ thời điểm sơ khai đến lúc bấy giờ, sau đó phân tích và đề xuất các kết luận bổ ích cho các nghiên cứu tiếp theo Chẳng hạn, biểu đồ kéo-nén của thép cứng được hầu như có quan hệ đường thẳng đến giai đoạn đứt gãy, giai đoạn biến dạng dẻo gần như bị bỏ qua Ngoài ra, ông còn khám phá ra một vấn đề bổ ích đó

là hiện tượng tự hấp thụ nhiệt khi gia công Hiện tượng này xuất hiện khi hệ

số khuếch tán nhiệt cảu vật liệu gia công và của vật liệu dụng cụ cắt thấp do

đó nhiệt cắt tập trung xung quanh vùng cắt, gây nên hiện tượng biến dạng dẻo của vật liệu gia công trong vùng cắt[13]

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt nam, công nghệ tiện cứng đã bắt đầu được ứng dụng ở một vài

cơ sở sản xuất Tuy nhiên, cho đến nay mới có một vài công trình nghiên cứu nào về lĩnh vực công nghệ này đã được công bố Với việc sử dụng ngày

càng phổ biến của các loại thép hợp kim có độ bền và độ cứng cao trong

ngành cơ khí chế tạo, cùng với sự ra đời và phát triển của các loại dụng cụ cắt siêu cứng và các máy gia công tự động, công nghệ tiện cứng đang thu hút được sự quan tâm đặc biệt Vì vậy, việc nghiên cứu bản chất quá trình, xác định các nhân tố ảnh hưởng tới chất lượng và tính ổn định của quá trình gia công nhằm tìm ra các biện pháp nâng cao hiệu quả, mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ tiện cứng ở Việt Nam là cần thiết và cấp bách

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Ở chương một tác giả đã trình bày khái niệm về công nghệ tiện cứng,ưu nhược điểm của công nghệ tiện cứng, tình hình nghiên cứu công nghệ tiện cứng trong và ngoài nước, vai trò của công nghệ tiện cứng thép.

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIỆN CỨNG THÉP SAU NHIỆT LUYỆN 2.1 Ảnh hưởng của độ cứng bề mặt tới quá trình gia công khi tiện cứng 2.1.1.Ảnh hưởng đến độ chống mòn

2.1.1.1 Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc nhau có nhấp nhô tế vi nên trong giai đoạn đầu của quá trình làm việc, hai bề mặt này chỉ tiếp xúc nhau ở một số đỉnh cao nhấp nhô; diện tích tiếp xúc thực chỉ bằng một phần của diện tích tính toán

Hình 1: Mô hình 2 mặt tiếp xúc khi tiệnTại các đỉnh tiếp xúc đó, áp suất rất lớn, thường vượt quá giới hạn chảy, có khi vượt quá cả giới hạn bền của vật liệu Áp suất đó làm cho các điểm tiếp xúc bị nén đàn hổi và làm biến dạng dẻo các nhấp nhô, đó là biến dạng tiếp xúc Khi hai bề mặt có chuyển động tương đối với nhau sẽ xảy ra hiện tượng trượt dẻo ở các đỉnh nhấp nhô; các đỉnh nhấp nhô bị mòn nhanh làm khe hở lắp ghép tăng lên Đó là hiện tượng mòn ban đầu.

Trong điều kiện làm việc nhẹ và vừa, mòn ban đầu có thể làm cho chiều cao nhấp nhô giảm 65 + 75%; lúc đó diện tích tiếp xúc thực tăng lên và

áp suất tiếp xúc giảm đi Sau giai đoạn mòn ban đầu (chạy rà) này, quá trình mài mòn trở nên bình thường và chậm, đó là giai đoạn mòn bình thường (giai đoạn này, chi tiết máy làm việc tốt nhất)

Cuối cùng là giai đoạn mòn kịch liệt, khi đó bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, nghĩa là cấu trúc bề mặt chi tiết máy bị phá hỏng.

Mối quan hệ giữa lượng mòn và thời gian sử dụng của một cặp chi tiết

ma sát vói nhau tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu được biểu thị như sau:

Hình 2.2: Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết

Các đường đặc trưng a, b, c ứng vói ba độ nhám ban đầu khác nhau của các bề mặt tiếp xúc Đường đặc trưng c, cặp chi tiết có độ nhẵn bóng bề mặt ban đầu kém nhất nên giai đoạn mòn ban đầu xảy ra nhanh nhất, cường độ mòn lón nhất ở giai đoạn mòn ban đầu

Thực nghiêm chứng tỏ rằng, nếu giảm hoặc tăng độ nhám tới trị số tối

ưu, ứng vói điều kiên làm viêc của chi tiết máy thì sẽ đạt được lượng mòn ban đầu ít nhất, qua đó, kéo dài tuổi thọ của chi tiết máy

Độ mòn

Hình 2.3: Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu u và sai lệch profin trung bình

cộng Ra(Đường 1 ứng với điều kiện làm viêc nhẹ, đường 2 ứng với điều kiện

làm viêc nặng).

Lượng mòn ban đầu ít nhất ứng với giá trị của Ra tại các điểm Ra1, Ra2;

đó là giá trị tối ưu của Ra Nếu giá trị của Ra nhỏ hơn trị số tối ưu Ra1, Ra2 thì

sẽ bị mòn kịch liệt vì các phần tử kim loại dễ khuếch tán Ngược lại, giá trị của Ra lớn hơn trị số tối ưu Ra1, Ra2 thì lượng mòn tăng lên vì các nhấp nhô bị phá vỡ và cắt đứt

2.1.1.2 Ảnh hưởng của lớp biến cứng bê mặt

Lớp biến cứng bề mặt của chi tiết máy có tác dụng nâng cao tính chống mòn Biến cứng bề mặt làm hạn chế sự khuếch tán ôxy trong không khí vào

bề mặt chi tiết máy để tạo thành các ôxyt kim loại gây ra ăn mòn kim loại Ngoài ra, biến cứng còn hạn chế quá trình biến dạng dẻo toàn phần của chi tiết máy, qua đó hạn chế hiên tượng chảy và hiên tượng mài mòn

Ngoài phương pháp gia công cắt gọt, người ta dùng các phương pháp gia công biến dạng dẻo để biến cứng bề mặt: phun bi, lăn bi, nong ép

2.1.1.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư trong lớp bề mặt

Ứng suất dư ở lớp bề mặt chi tiết máy nói chung không có ảnh hưởng đáng kể tới tính chống mòn nếu chi tiết máy làm viêc trong điều kiện ma sát bình thường

2.1.2 Ảnh hưởng đên độ bền mỏi

2.1.2.1 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất là khi chi tiết máy chịu tải trọng chu kỳ có đổi dấu, tải trọng va đập vì ở đáy các nhấp nhô tế vi có ứng suất tập trung lớn, ứng suất này sẽ gây ra các vết nứt tế

vi và phát triển ở đáy các nhấp nhô, đó là nguồn gốc phá hỏng chi tiết máy do mỏi

Nếu độ nhám thấp thì độ bền, giới hạn mỏi của vật liêu sẽ cao, và ngược lại

2.1.2.2 Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt

Bề mặt bị biến cứng có thể làm tăng độ bền mỏi khoảng 20% Chiều sâu và mức độ biến cứng của lóp bề mặt đều có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy; cụ thể là hạn chế khả năng gây ra các vết nứt tế vi làm phá hỏng chi tiết, nhất là khi bề mặt chi tiết có ứng suất nén.

2.1.2.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư trong lớp bề mặt

Ứng suất dư nén trên lớp bề mặt có tác dụng nâng cao độ bền mỏi, còn ứng suất dư kéo lại hạ thấp độ bền mỏi của chi tiết máy Vì thế, khi chế tạo người ta cố gắng làm cho chi tiết có được ứng suất nén trên bề mặt

2.1.3 Ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết máy

2.1.3.1 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt

Các chỗ lõm trên bề mặt do độ nhám tạo ra là nơi chứa các tạp chất như axit, muối Các tạp chất này có tác dụng ăn mòn hóa học đối vói kim loại Quá trình ăn mòn hóa học trên lóp bề mặt chi tiết theo sườn của nhấp nhô và hình thành các nhấp nhô mói

Như vậy, bề mặt chi tiết máy càng ít nhám thì sẽ càng ít bị ăn mòn hóa học (vì khả năng chứa các tạp chất ít), bán kính đáy các nhấp nhô càng lón khả năng chống ăn mòn hóa học của lóp bề mặt càng cao

Có thể chống ăn mòn hóa học bằng cách phủ lên bề mặt chi tiết máy một lóp bảo vệ bằng phương pháp mạ hoặc bằng phương pháp cơ khí làm chắc lóp

bề mặt

2.1.3.2 Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt

Biến cứng tăng thì tính chống ăn mòn giảm vì biến cứng tăng thì sự thay đổi của các hạt không đổng đều Hạt ferrit biến dạng nhiều hơn hạt peclit, điều đó làm cho năng lượng nâng cao không đều và thế năng điện tích của các hạt thay đổi khác nhau Hạt ferrit biến cứng nhiều hơn sẽ trở thành anốt Hạt peclit bị biến cứng ít hơn sẽ trở thành catốt Lúc này, tạo ra các pin

ăn mòn nên ăn mòn sẽ tăng

2.1.3.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư trong lớp bề mặt

Ứng suất dư hầu như không ảnh hưởng đến tính chống mòn khi làm việc ở nhiệt độ bình thường Còn ở nhiệt độ cao thì sẽ có ảnh hưởng

2.1.4 Ảnh hưởng đến độ chính xác của mối lắp ghép

Trong giai đoạn mòn ban đầu, chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, đối vói mối

ghép lỏng có thể giảm, làm khe hở lắp ghép tăng lên và độ chính xác lắp ghép

giảm đi Để đảm bảo độ ổn định của mối lắp lỏng trong thời gian sử dụng, phải giảm độ nhấp nhô tế vi Giá trị Rz hợp lý được xác định theo độ chính xác của mối lắp tùy theo trị số của dung sai kích thước lắp ghép

Với các mối ghép có độ dôi lớn khi ép hai chi tiết vào nhau để tạo mối

ghép thì nhám bị san phẳng, nhám càng lớn thì lượng san phẳng càng lớn, độ dôi của mối ghép càng giảm, độ bền mối ghép giảm Rz tăng thì độ bền của mối ghép chặt giảm

Tóm lại, độ chính xác các mối lắp ghép trong kết cấu cơ khí phụ thuộc vào chất lượng các bê mặt lắp ghép Độ bên các mối lắp ghép, trong đó độ ổn định của chế độ lắp ghép giữa các chi tiết, phụ thuộc vào độ nhám của các bê mặt lắp ghép

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công khi tiện cứng

2.2.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt V đến độ nhám bề mặt gia công

+ Tốc độ cắt là vận tốc chuyển động tương đối giữa dụng cụ cắt và bề mặt gia công của chi tiết để tạo nên chuyển động chính (chuyển động cắt) + Tùy theo phương pháp gia công mà ta có cách xác định tốc độ cắt tương ứng

+ Tốc độ cắt tối đa phụ thuộc vào vật liệu làm dao và vật liệu chi tiết gia công

+ Do đặc tính của phương pháp gia công nên tốc độ cắt trong gia côngtiện được xác định theo vận tốc quay của chi tiết gia công :

v= π.D.n/1000 ( mét/phút) (2.1)Trong đó : - D: đường kính của chi tiết gia công (mm).

- n : Số vòng quay của trục chính (chi tiết) (vòng /phút)

+ Trong gia công tiện mặt trụ thì tốc độ cắt không đổi trong suốt lượt cắt + Trong gia công tiện mặt đầu và tiện cắt đứt thì tốc độ cắt sẽ thay đổi giảm dần từ ngoài vào trong Do đó khi gia công mặt đầu có đường kính lớn thì người ta phải thay đổi tốc độ cắt cho nhiều khoảng kích thước đường kính gia công

Tốc độ cắt V là yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến độ nhám bề mặt

Khi cắt thép Cacbon ở vận tốc thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách dễ,biến dạng của lớp bề mặt không nhiều, vì vậy độ nhám bề mặt thấp Khi tăng vận tốc cắt đến khoảng V = 15 - 20 m/ph thì nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và có giá trị lớn, gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau dao kim loại bị chảy dẻo Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao Lẹo dao làm tăng

độ nhám bề mặt gia công Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại biến dạng bị phá hủy, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi (lẹo dao biến mất khivận tốc cắt khoảng V = 30 - 60 m/ph Với vận tốc cắt V > 60 m/ph thì lẹo dao không hình thành được nên độ nhám bề mặt gia công giảm, độ nhẵn tăng

Hình 2.4: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhấp nhô tế vi Rz

Khi gia công kim loại giòn (gang), các mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra không có thứ tự làm tăng độ nhấp nhô tế vi bề mặt Tăng vận tốc cắt sẽ giảm được hiện tượng vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ nhẵn bóng của bề mặt gia công.

Nghiên cứu gia công loại thép chịu nhiệt X200Cr12 bằng hai loại dụng

cụ cắt khác nhau, các tác giả M A Yallese, JưF Rigal, K Chaoui and

Boulanouar đã đưa ra rằng: Khi cắt với vận tốc nhỏ thì sự ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt không ổn định và có chiều hướng giảm khi V tăng, còn khi cắt với vận tốc cắt từ 120m/phút÷ 180m/phút thì độ nhám bề mặt tương đối ổn định và mối quan hệ giữa vận tốc cắt với độ nhám bề mặt là một hàm nghịch biến

2.2.2 Ảnh hưởng của lượng tiến dao S đến độ nhám bề mặt gia công

Lượng tiến dao là chuyển động tương đối giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công để tạo điều kiện đưa vùng cắt lan ra toàn bề mặt gia công và tạo hình cho chi tiết, chuyển động chạy dao có thể là liên tục hoặc gián đoạn Lượng tiến dao quan hệ đến năng suất gia công và chất lượng bề mặt gia công

+ Lượng tiến dao lớn thì năng suất gia công tăng nhưng chất lượng bề mặt kém ( độ nhám tăng)

+ Lượng tiến dao nhỏ thì năng suất gia công giảm nhưng chất lượng

nhấp nhô tế vi tăng vì ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học Nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vg thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học làm cho độ nhám bề mặt tăng lên nhiều.

Hình 2.5: Ảnh hưởng của lượng tiến dao đến độ nhấp nhô tế vi Rz

Như vậy, để đảm bảo đạt độ nhẵn bóng bề mặt và năng suất cao nên chọn giá trị lượng tiến dao S = 0,02 - 0,15 mm/vg

2.2.3 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến độ nhám bề mặt gia công

Các kích thước của phôi trong gia công cắt gọt luôn lớn hơn kích thước của chi tiết thành phẩm Lượng vật liệu thừa cần phải hớt bỏ đi khi gia côngđược gọi là lượng dư gia công Lượng dư gia công ít khi nào được lấy hết sau một lần cắt mà phải qua nhiều lượt cắt, lượng dư gia công cho mỗi lượt cắtđược gọi là chiều sâu cắt Nếu biết gia trị của lượng dư gia công toàn bộ ,chiều sâu cắt thì người ta có thể xác định được số lần chạy dao như sau:

Chiều sâu cắt là yếu tố có ảnh hưởng ít nhất đến độ nhấp nhô tế vi lớp bề

mặt khi gia công Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng, khi thay đổi chiều sâu cắt thì lực cắt đơn vị thay đổi Sự thay đổi lực cắt làm ảnh hưởngđến độ cứng vững của hệ thống công nghệ, do đó làm cho chất lượng bề mặt gia công giảm trong đó ảnh hưởng đến chiều cao sóng và bước sóng bề mặt làchủ yếu Cần chú ý rằng, khi cắt với chiều sâu cắt quá bé thì cũng xảy ra hiện tượng trượt dao như khi cắt với lượng tiến dao nhỏ Thực nghiệm cho thấy khicắt với chiều sâu cắt t = 0,02 ÷0,03mm thường xảy ra hiện tượng trượt dao

Khi đó kim loại chủ yếu bị nén chặt làm cho chiều cao nhấp nhô tế vi tăng lênvà lớp bề mặt bị biến cứng, gây khó khăn cho lần gia công tiếp theo

Vì vậy, trong quá trình gia công người ta chọn trước chiều sâu cắt t Nói chung, không nên chọn giá trị chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi đó lưỡi cắt sẽ bị trượt và cắt không liên tục Giá trị chiều sâu cắt t ≥ 0,02 - 0,03 (mm) Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng, do đó độ nhám có thể tăng

2.3 Dụng cụ cắt khi tiện cứng

2.3.1 Dụng cụ cắt

Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là CNGA,

DNGA, VNGA, CNMP và TNG Các mảnh hợp kim cương được sử dụng cho tiện cứng là CCMT, CPGM, và DCMT 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

So với mảnh carbide thì các mảnh CBN đắt hơn đáng kể (từ 4 – 5 lần), nhưng dao CBN chế tạo được nhiều sản phẩm hơn Chi phí dao cụ sẽ không đáng kể khi tính đến việc loại nguyên công mài tinh Nhiều xưởng sản xuất còn nhận thấy rằng việc giảm chi phí dung dịch trơn nguội do cắt khô bù đắp lượng chi phí cao hơn về dao

.Hình 2.6: Cấu trúc tế vi của vật liệu PCBN

Vùng (1)và (2) vùng TiCN nhỏ và lớn; (3) vùng Al2O3 và (4) vùng hỗn hợp của Al2O3 [11]

a b

a bHình 2.7: Mảnh hợp kim có CBN ở mũi (a) và nguyên khối (b)

2.3.2 Vật liệu dụng cụ cắt CBN (cubic boron nitride – Nitrit bo lập phương)

Nitrit bo lập phương là một loại vật liệu hạt mài mới được tổng hợp dưới dạng tinh thể từ nitrit bo sáu cạnh với chất xúc tác kim loại, nhiệt độ khoảng

1.500oC và áp suất khoảng 100.000 kgf/cm2, tạo ra cấu trúc tinh thể bền, cứng, có dạng khối với các góc sắc bén

CBN cứng gần gấp đôi Al2O3 và có khả năng chịu nhiệt đến 1371oC trước khi vỡ vụn Vật liệu này có khả năng cắt thép gió dễ dàng và chính xác, và tốt hơn kim cương trong nhiều ứng dụng CBN dùng để cắt nguội và chịu được hóa chất đối với tất cả các muối vô cơ và hợp chất hữu cơ

Do độ cứng cực cao nên các đá mài được làm bằng CBN có khả năng đạt

độ chính xác rất cao Các đá mài này đòi hỏi sự chỉnh sửa rất ít và có khả năng láy di lượng dư đều đặn mà không cần bù mòn đá Do tác động cắt nguội nên rất ít hoặc không có sự hư hỏng bề mặt chi tiết gia công

Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là CNGA, DNGA, VNGA, CNMP và TNG Các mảnh hợp kim cương được sử dụng cho tiện cứng là CCMT, CPGM và DCMT Nói chung, các mảnh hợp kim sử dụng cho tiện cứng chứa khoảng 50% CBN tùy nhà chế tạo Mặt 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

So với mảnh carbide thì các mảnh CBN đắt hơn đáng kể (từ 4 -5 lần), nhưng dao CBN chế tạo được nhiều sản phẩm hơn Chi phí dao cụ sẽ không đáng kể khi tính đến việc loại nguyên công mài tinh Nhiều xưởng sản xuất còn nhận thấy rằng việc giảm chi phí dung dịch trơn nguội do cắt khô bù đắp lượng chi phí cao hơn về dao

Hình 2.8: Mảnh hợp kim có CBN ở mũi và mảnh CBN nguyên khối.

CBN 100

+kiểu 1: là loại hạt mài không có lớp phủ, đơn tinh thể có màu đen, độ dai

trung bình Mật độ tinh thể là 3,48g/cm3 Thường dùng trong đá mài chất dính kết bằng kim loại Ap dụng để mài trục cam, cam, mài thép và hợp kim của thép, thép dụng cụ và thép gió, mài các chi tiết của động cơ tua bin khí như van, vòi phun, trục…

Hình 2.9: Tinh thể vật liệu Borazon CBN 1000

Hình 2.10: Tinh thể vật liệu Borazon CBN 1200

+ kiểu 2: là loại hạt mài được phủ 60% Ni, có mật độ tinh thể là 5,25 g/cm3

Dùng trong đá mài chất dính kết phenon và nhựa polyimide Lớp phủ Ni làm tăng khả năng bám giữ của hạt mài trên nền nhựa và tải nhiệt Loại này dùng

để mài khô và ướt các chi tiết thép tôi, mài sắc dao phay ngón bằng thép gió

CBN400

Là loại đơn tinh thể (mât độ 3,48g/cm3) với độ dai đứng sau họ CBN500, tuy nhiên hình dáng của nó sắc cạnh hơn, cho phép tiêu hao năng lượng khi mài ít hơn nhiều, tuổi thọ cao Ap dụng cho mài tròn ngoài, tròn trong, mài dụng cụ và khuôn, mài hai đĩa

CBN420

Là loại CBN400 phủ 60% Ni có mât độ 5,34g/cm3, được thiết kế đặc biệt cho hệ thống chất dính kết nhựa Lớp phủ làm tăng khả năng bám giữ trong nền nhựa của hạt mài, tăng tuổi thọ đá và chất lượng bề mặt cao, hiệu suất mài cao

CBN500

Có màu vàng, dai, đơn tinh thể dạng khối, mật độ tinh thể 3,48g/cm3, độ bền đứt gãy cao, tuổi thọ và hiệu suất mài cao Ap dụng để phay thô thép tôi, thép dụng cụ tôi, thép cacbon và thép hợp kim, Ni và vật liệu nền coban Mài

và mài khôn gang, thép tôi và không tôi

Tinh thể màu đen (mật độ 3,48g/cm3), dai hơn loại Type-I, tiêu hao năng lượng ít hơn Loại này được áp dụng để mài cam và trục khuỷu, mài dụng cụ và dao cắt, mài các vật liệu làm các chi tiết trong lĩnh vực không gian, mài bánh răng

Các thông số công nghệ

Bảng 2.1: Tốc độ cắt và lượng chạy dao đề nghị khi gia công bằng dao CBN

Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió, và hợp kim cứng bề mặt stellites Việc hợp kim stellites có thể gia công bằng tiện cứng đã mở rộng khả năng của tiện cứng kể

cả công việc sửa chữa Vật liệu điển hình được tiện cứng là thép 5120 (62HRC), 1050(62HRC), 9310 (60HRC) và 4320 (60-62HRC)

Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ thấp hơn tốc độ quy định, mảnh CBN sẽ mòn nhanh chóng và hư hỏng.

Nhiều nhà máy chế tạo ổ đỡ, bánh răng và trục bằng thép đã tôi sử dụng quá trình này Họ có thể đạt dung sai kích thước đến ±0,01mm hoặc tốt hơn với thời gian chế tạo lâu và độ bóng bề mặt tuyệt vời Hơn nữa, máy mài có thể đắt gấp 2 – 3 lần máy tiện Trong nhiều nhà máy, họ đã thay thế tiện cứng cho mài truyền thống, giá đầu tư thiết bị chỉ bằng khoảng 1/3 Hơn nữa, thời gian chu kỳ và điều chỉnh ngắn hơn nhiều khi sử dụng máy tiện

PCBN

PCBN được tạo thành bằng cách thấm các hạt CBN vào nền carbide liên kết ở nhiệt độ cao (1700 – 1800oC), áp suất 6.900MPa Lớp nền carbide gồm các hạt carbide wolfram nhỏ liên kết chặt chẽ với nhau bằng cobalt Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, cobalt bị chảy lỏng và bao các CBN, liên kết các hạt mài Quá trình này tạo ra một khối đa tinh thể Cấu trúc đa tinh thể của CBN có các tính chất ổn định đẳng hướng, chống được sự mẻ và rạn nứt,

có độ cứng đồng nhất và tính chống mòn cao theo mọi hướng

Các mảnh daolàm bằng PCBN có tính cắt gọt rất tốt Có thể cắt ở tốc độ cao, chiều sâu cắt lớn, gia công được các thép đã tôi cứng và các hợp kim bền nóng (độ cứng trên 35HRC) như inconel 600, rene, stellite, colmonoy…

PCD

PCD được chế tạo tương tự như PCBN và PCD có những tính chất tương

tự như PCBN, tuy nhiên chúng có những ứng dụng khác nhau Sự khác biệt chính là các dụng cụ kim cương không thích hợp cho gia công thép và các vật liệu chứa sắt khác Do kim cương là các bon tinh khiết và thép có ái lực với các bon cao, do đó ở tốc độ cắt cao, nhiệt phát sinh lớn, ái lực của thép và các bon tăng nhanh làm cho các phân tử các bon bị hút vào thép, làm cho lưỡi cắt dụng cụ nhanh chóng bị gãy

Vật liệu dụng cụ cắt PCBN

(Nitrit Bo lập phương đa tinh thể) là vật liệu, kết hợp giữa các hạt Nitrit

Bo lập phương (CBN) với chất kết dính được thiêu kết ở nhiệt độ 12000C và

áp suất 5,5GPa Thành phần PCBN bao gồm các hạt CBN với kích thước vài micromet (1^30^m tùy yêu cầu về mật độ) phân bố trong một chất nền chứa cacbit kim loại, nitrit hoặc ôxit Cấu trúc đồng đều của PCBN đã khắc phục được các nhược điểm của CBN đơn tinh thể như tính có thớ và dị hướng

Hiện nay, chất kết dính gốm kim loại đang được sử dụng rộng rãi vì kết hợp được sự gắn kết dẻo dai của kim loại với độ cứng và bền nhiệt của gốm

CBN là một trong bốn dạng tinh thể của Nitrit Bo (BN) gồm: Hexagonal(HB), Rhombohedral (RBN), Wurtzitic (WBN) và Cubic (CBN) CBN đượctổng hợp thành công lần đầu tiên vào năm 1957 và bắt đầu được đưa ra thị trường dưới dạng dụng cụ cắt và bột mài từ năm 1969 Tính chất ít tương tác hóa học với nhóm hợ kim thép, độ cứng cao và tính ổn định ở nhiệt độ cao,đặc biệt trong điều kiện ô xyhóa đã làm cho vật liệu CBN trở thành loại vật liệu công nghiệp thích hợp hơn so với kim cương Được coi là vật liệu của thế kỷ 20, hiện nay Nitrit Bo đang được ứng dụng rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ như vật liệu kỹ thuật điện tử, vật liệu kỹ thuật hạt nhân, vật liệu dụng cụ cắt, vật liệu bôi trơn và vật liệu chịu lửa

+ Đặc tính của vật liệu PCBN phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng CBN, thành phần chất dính kết và kích cỡ hạt Căn cứ vào hàm lượng CBN mà PCBN được chia thành hai loại: Vật liệu PCBN với hàm lượng CBN thấp, khoảng 50% và vật liệu với hàm lượng CBN cao, khoảng 80-90% Hàm lượng CBNcàng cao thì khả năng dẫn nhiệt càng lớn và tính chống mòn càngtăng Cỡ hạt CBN càng lớn thì khả năng chống mòn tăng nhưng chất lượng lưỡi cắt giảm Trạng thái của vật liệu dụng cụ PCBN trong quá trình gia công bị ảnh hưởngbởi rất nhiềunhân tố bao gồm: thành phần của vật liệu

PCBN, vật liệu phôi,bản chất quá trình gia công, điều kiện cắt cũng như các thông số dụng cụ cắt.Tuy hiệu quả của dụng cụ cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố song các nghiên cứu đến nay cho thấy, với thành phần CBN thấp, dụng cụ cắt PCBN đạt được hiệu quả tốt hơn trong gia công vật liệu cứng cả về phương diện tuổi thọ dụng cụ lẫn chất lượng bề mặt.

Kim cương

Hình 2.11: Dao tiện kim cươngMặc dù kim cương thiên nhiên đã được biết từ lâu và là một trong các loại vật liệu làm dao rất tốt, nhưng do giá thành quá cao nên việc sử dụng bị hạn chế Chỉ từ năm 1958, người ta tổng hợp được kim cương nhân tạo mới

mở ra khả năng sử dụng rộng rãi vật liệu này để chế tạo các dụng cụ cắt

Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphite với áp suất lớn (hàng chục ngàn at) và ở nhiệt độ cao (trên 20000 C)

Kim cương có hệ số ma sát nhỏ, chịu mài mòn tốt, độ cứng cao hơn 3

÷ 4 lần và tính dẫn nhiệt cao hơn 1,5 ÷ 2,5 lần so với hợp kim cứng Nhược điểm chủ yếu của kim cương là giòn và có độ chịu nhiệt không cao (800oC ÷

1000oC)

Hiện nay kim cương dùng nhiều chế tạo đá mài, dao sửa đá mài, dao tiện và các dụng cụ cắt khác để gia công tinh hợp kim cứng, kim loại và hợp kim màu cũng như các vật liệu phi kim với tốc độ rất cao

Kim cương đơn tinh thể được dùng trong các ứng dụng đặc biệt như gia công các mặt đồng của gương quang học chính xác cao Vì kim cương giòn nên hình dạng và độ sắc của dao là quan trọng, góc trước γ=0 để tăng bền cho lưỡi cắt Đặc biệt chú ý phải đặt và định hướng tinh thể cho đúng để khả năng

sử dụng tối đa Sự mài mòn kim cương có thể là do phoi nhỏ và biến đổi cacbon.

Dụng cụ cắt kim cương đa tinh thể đang dần thay thế các dụng cụ đơn tinh Các vật liệu này chứa những tinh thể rất nhỏ được tổng hợp ở nhiệt độ và

áp suất cao có chiều dày 0,5÷1mm, rồi được liên kết với nền cacbit Việc định hướng ngẫu nhiên các tinh thể kim cương cản trở sự lan truyền các vết nứt tế

Kim cương đơn tinh

7000÷8000 HK

2.4 Đặc điểm cơ - nhiệt trong quá trình tiện cứng

2.4.1 Quá trình tạo phoi khi tiện cứng

Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ tiện cứng, tuy nhiên kết quả công bố chưa nhiều Các nghiên cứu tập trung vào một số lĩnh vực như thông số hình học của dụng cụ căt, thông số chế độ cắt khi tiện, các hiện tượng xảy ra trong quá trình tiện cứng và các cơ chế bôi trơn đặc trưng cho quá trình tiện cứng Năm 1988, Nakayama và các đồng nghiệp ở trường Đại học Yokohama, Nhật Bản, đã công bố kết quả nghiên cứu của mình, chứng minh những đặc điểm khác biệt giữa công nghệ gia công truyền thống và công nghệ gia công vật liệu có độ cứng cao Công trình của ông đã có đóng góp rất quan trọng về tầm nhìn khoa học đối với công nghệ gia công vật liệu cứng nói chung và công nghệ tiện cứng nói riêng của các nghiên cứu sau này

Hình 2.12: Quá trình hình thành phoi khi tiện cứngCông trình nghiên cứu nổi bật này đã phát hiện một số điêm mấu chốt như sau:

- Thứ nhất: sự hình thành phoi trong quá trình gia công vật liệu cứng hoàn toàn khác với sự hình thành phoi trong quá trình gia công thường Lý do tạo nên

sự khác biệt này là vì hệ số biến dạng dẻo của vật liệu gia công hoàn toàn khác nhau Vật liệu cứng có hệ số biến dạng dẻo thấp hơn, do đó phoi gia