NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TIỆN THÉP HỢP KIM QUA TÔI BẰNG DAO PCBN

i i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NGUYỄN THỊ QUỐC DUNG NGUYỄN THỊ QUỐC DUNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TIỆN THÉP HỢP KIM QUA TÔI BẰNG DAO PCBN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TIỆN THÉP HỢP KIM QUA TÔI BẰNG DAO PCBN CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ: 62 52 04 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHAN QUANG THẾ Thái nguyên – 2012 Thái nguyên – 2012 i ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin đƣợc cám ơn PGS.TS Phan Quang Thế, Hiệu trƣởng trƣờng Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp, thầy hƣớng dẫn khoa học định hƣớng chiến lƣợc, hƣớng dẫn tận tình đóng góp quý báu thầy trình làm NCS viết luận án Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tập thể cán giảng viên, giáo sƣ, tiến sĩ trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp, đặc biệt môn Kỹ thuật Cơ khí, LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Trừ phần tham khảo đƣợc ghi rõ luận án, kết quả, số liệu nêu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác tình cảm giúp đỡ nhiệt tình mà nhận đƣợc suốt thời gian nghiên cứu Tôi muốn đƣợc cảm ơn giúp đỡ vô tƣ bạn bè, đồng nghiệp phòng thí nghiệm trƣờng ĐHKT Công Nghiệp, trƣờng ĐHSP Thái Nguyên, trƣờng ĐH Khoa học Tự nhiên, trƣờng ĐHBK Hà Nội, viện Khoa học Vật liệu Việt Nam, kỹ sƣ nhà máy cán thép Lƣu Xá, NasteelVina, Việt-Ý, công ty TNHH Cơ khí Vĩnh Thái, trung tâm gia công trƣờng ĐH Công Nghiệp Hà Nội dành Tác giả điều kiện làm việc tốt cho sở vật chất, dụng cụ, máy móc, giúp hoàn thành đƣợc nghiên cứu Tôi muốn đƣợc bày tỏ biết ơn đến Ban Giám Hiệu, khoa Đào tạo sau Đại học, khoa Cơ khí trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp dành điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận án Cuối cùng, muốn đƣợc dành tình cảm biết ơn cho gia đình tình yêu ủng hộ vô bờ họ nghiên cứu Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Quốc Dung iii iv MỤC LỤC 2.2 Ảnh hƣởng độ cứng phôi đến hình thái phoi tiện thép hợp kim qua Trang Lời cam đoan i dao PCBN 26 Lời cảm ơn ii 2.4 Cơ chế hình thành phoi tiện thép hợp kim qua dao PCBN 32 Các chữ viết tắt vi 2.5 Kết luận chƣơng 36 Danh mục thuật ngữ ký hiệu vi Chƣơng NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG VỀ LỰC CẮT KHI TIỆN THÉP Danh mục bảng biểu .x HỢP KIM QUA TÔI BẰNG DAO PCBN 37 Danh mục hình vẽ đồ thị xi 3.1 Biến thiên lực cắt theo chiều dài cắt tiện thép hợp kim qua dao Phần mở đầu PCBN 37 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG 3.2 Ảnh hƣởng tốc độ cắt đến thành phần lực cắt tiện cứng trực giao 1.1 Khái niệm chung thép 9XC dao PCBN 40 1.2 Vật liệu dụng cụ cắt PCBN 3.3 Phân tích ảnh hƣởng điều kiện cắt đến thành phần lực cắt tiện cứng 1.3 Quá trình tạo phoi tiện cứng trực giao thép 9XC dụng cụ PCBN .41 1.3.1 Các hình thái phoi cắt kim loại 3.4 Kết luận chƣơng 43 1.3.2 Cơ chế hình thành phoi tiện cứng 10 Chƣơng XÁC ĐỊNH TRƢỜNG PHÂN BỐ NHIỆT TRONG DỤNG CỤ 1.4 Lực ứng suất cắt kim loại .12 PCBN KHI TIỆN THÉP HỢP KIM QUA TÔI 45 1.4.1 Mô hình tính toán lực cắt 12 4.1 Xác định trƣờng phân bố nhiệt dụng cụ PCBN tiện cứng trực giao 1.4.2 Mô hình tính lực cắt nghiêng 14 phƣơng pháp phần tử hữu hạn (FEM) 45 1.4.3 Ứng suất dụng cụ cắt .15 4.1.1 Mô hình tính nhiệt 45 1.4.4 Sự phân bố ứng suất vùng biến dạng .16 4.1.2 Các thông số xác định từ thực nghiệm 48 1.4.5 Lực cắt tiện cứng .17 4.1.3 Tính toán tốc độ sinh nhiệt riêng 50 1.5 Nhiệt cắt trình tiện cứng 19 4.1.4 Trƣờng phân bố nhiệt dụng cụ PCBN tiện cứng trực giao thép 9XC 1.5.1 Các nguồn nhiệt cắt kim loại 19 dao PCBN xác định phƣơng pháp phần tử hữu hạn 55 1.5.2 Các phƣơng pháp đo đạc nhiệt độ cắt kim loại .19 4.2 Trƣờng phân bố nhiệt dụng cụ PCBN tiện cứng trực giao thép 9CX 1.5.3 Nhiệt cắt tiện cứng dụng cụ PCBN 20 xác định phƣơng pháp thực nghiệm 58 1.6 Mòn tuổi thọ dụng cụ CBN 21 4.2.1 Thiết bị chế độ thí nghiệm 58 1.6.1 Các dạng mòn chế mòn dụng cụ PCBN 21 4.2.2 Trƣờng phân bố nhiệt dụng cụ PCBN 59 1.6.2 Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn dụng cụ PCBN 23 4.3 Kết luận chƣơng 61 1.7 Kết luận chƣơng 24 Chƣơng MÕN DỤNG CỤ PCBN VÀ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN Chƣơng NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG CỦA QUÁ TRÌNH TẠO PHOI KHI THÉP HỢP KIM QUA TÔI 63 TIỆN THÉP HỢP KIM QUA TÔI BẰNG DAO PCBN .26 5.1 Mòn chế mòn dụng cụ PCBN tiện thép hợp kim qua 63 2.1 Phƣơng pháp nghiên cứu hình thành phoi .26 2.3 Ảnh hƣởng vận tốc cắt đến hình thái phoi 29 v vi 5.1.1 Ảnh hƣởng độ cứng vật liệu gia công đến mòn chế mòn dụng cụ CÁC CHỮ VIẾT TẮT PCBN 63 5.1.2 Ảnh hƣởng chế độ cắt đến mòn chế mòn dụng cụ PCBN 68 Ký hiệu Ý nghĩa 5.1.3 Biến thiên chiều cao mòn dụng cụ PCBN theo chiều dài cắt tiện thép hợp PCBN Nitrit Bo lập phƣơng đa tinh thể kim qua .71 CBN Nitrit Bo lập phƣơng 5.2 Chất lƣợng bề mặt gia công tiện thép hợp kim qua dao PCBN .73 BN Nitrit Bo 5.2.1 Nhám bề mặt gia công 73 SEM Kính hiển vi điện tử quét 5.2.2 Luồng vật liệu biến dạng dẻo lớp biến cứng bề mặt gia công 74 QSD Cơ cấu dừng dao nhanh 5.3 Kết luận chƣơng 78 EDX Phân tích nhiễu xạ Rơnghen Chƣơng TỐI ƢU HÓA ĐA MỤC TIÊU CHẾ ĐỘ CẮT KHI TIỆN THÉP RTD Cảm biến nhiệt điện trở HỢP KIM QUA TÔI BẰNG DAO PCBN 80 FEM Phƣơng pháp phần tử hữu hạn 6.1 Xây dựng mô hình toán 80 GA Giải thuật di truyền 6.1.1 Thiết bị chế độ thực nghiệm .81 6.1.2 Xây dựng mô hình hồi qui mô tả nhám bề mặt .82 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ KÝ HIỆU 6.1.3 Xây dựng mô hình hồi qui mô tả mòn dụng cụ 85 6.2 Tối ƣu hóa đa mục tiêu chế độ cắt tiện thép 9XC qua giải thuật di Ký hiệu truyền (GAs) 88  - Biến dạng 6.2.1 Xác định toán 88 0 MPa Giới hạn trƣợt 6.2.2 Kết thực giải thuật di truyền cho toán tối ƣu đơn mục tiêu 90  - Biến dạng trƣợt  1/s Tốc độ biến dạng 6.2.3 Kết thực giải thuật di truyền cho toán tối ƣu đa mục tiêu 90 6.3 Kết luận chƣơng 93 KẾT LUẬN VÀ PHƢƠNG HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .94 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 Đơn vị Ý nghĩa  MPa Ứng suất trƣợt G MPa Mô đun đàn hồi trƣợt  - Hệ số ma sát A mm2 Diện tích tiếp xúc AR mm Diện tích tiếp xúc thực V m/p Vận tốc cắt t1 mm Chiều dày cắt t2 mm Chiều dày phoi  rad Góc trƣợt ,  rad Góc trƣớc dụng cụ y mm Chiều dày vùng biến dạng vii viii Vs m/p Vận tốc trƣợt mặt phẳng trƣợt Ti, Tj, Tk o Vc m/p Vận tốc phoi mặt trƣớc dụng cụ kAB MPa Nhiệt độ điểm nút C Ứng suất cắt mặt phẳng trƣợt ứng suất giới hạn As mm Diện tích mặt phẳng trƣợt - Biến dạng giới hạn  ( x) MPa Ứng suất tiếp mặt trƣớc y 1/s Tốc độ biến dạng giới hạn V(x) m/p Vận tốc lớp phoi dƣới w, b mm Chiều rộng cắt s MPa Giới hạn chảy trƣợt trung bình bề mặt tiếp xúc FC N Lực tiếp tuyến l mm Chiều dài tiếp xúc phoi dụng cụ MPa ứng suất chảy trƣợt vùng biến dạng thứ hai 1/s ky   MPa FT N Lực dọc trục  sec FR N Lực tổng hợp  sec FS N Lực cắt nằm mặt phẳng trƣợt q21 W/mm FSN N Lực vuông góc với mặt phẳng trƣợt q22 W/mm2 FF N Lực ma sát mặt trƣớc dụng cụ FN N Lực pháp tuyến với mặt trƣớc dụng cụ q3 W/mm2 Tốc độ sinh nhiệt mặt tiếp xúc dao phôi Fx, Fy, Fz N Các thành phần lực cắt Kc - Hệ số lực cắt dụng cụ mòn  rad Góc ma sát Ftf,Fcf N Lực cắt dọc trục lực cắt tiếp tuyến dụng cụ mòn  rad Góc nâng lƣỡi cắt y - Hàm hồi qui thực nghiệm  kg/m3 Khối lƣợng riêng vật liệu gia công xj - Các biến mã hóa thông số zj c J/kg.0C Nhiệt dung riêng vật liệu gia công bj - Hệ số hồi qui biến độc lập RT - Hệ số phân phối nhiệt bju - Hệ số hồi qui biến kép kx , k y , kz W/m.0C Hệ số dẫn nhiệt theo ba phƣơng x, y z N - Số thí nghiệm Tốc độ sinh nhiệt riêng thể tích k - Số yếu tố độc lập m - Số thí nghiệm lặp lại tâm XT - Ma trận chuyển vị ma trận kế hoạch q W/m T T T , , x y z Biến thiên nhiệt độ theo phƣơng x, y z Tốc độ biến dạng vùng trƣợt thứ hai Tốc độ sinh nhiệt ma sát phoi mặt trƣớc Tốc độ sinh nhiệt biến dạng dẻo phoi miền biến dạng thứ hai h W/m C Hệ số truyền nhiệt đối lƣu tbj - Chuẩn số Student T o Nhiệt độ xác định theo không gian thời gian t pf - Trị số tra bảng chuẩn số Student T o Nhiệt độ môi trƣờng xung quanh p - Mức có nghĩa mô hình hồi qui lx , l y , lz - Các cosin phƣơng pháp tuyến biên f2 - Bậc tự lặp V mm3 Thể tích vật thể rắn Sb - Độ lệch trung bình phân bố b ux ,uy m/p Thành phần vận tốc vật liệu theo hai phƣơng x y l - Số hệ số có nghĩa phƣơng trình hồi qui ST, Sq, Sh - Các biên phân biệt tạo nên diện tích phần tử khảo sát Sll2 - Phƣơng sai lặp thí nghiệm lặp lại tâm C C ix x - Giá trị thực nghiệm lặp lại thứ a DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU - Trung bình cộng thực nghiệm lặp lại Sd2 - Phƣơng sai dƣ F - Chuẩn số Fisher mô hình hồi qui thực nghiệm Fpf2 f1 - Giá trị tra bảng chuẩn số Fisher f1 - Bậc tự dƣ - Véc tơ hàm mục tiêu fi(x) ya0 y f ( x)  E k Bảng 1.1 So sánh tính chất lý PCBN với số vật liệu dụng cụ có tính cắt cao Bảng 2.1 Thành phần hóa học thép X12M 27 Bảng 2.2 Thành phần hóa học thép 9XC 27 Bảng 3.1 Kết thí nghiệm xác định thành phần lực cắt 42 Bảng 4.1 Thông số mảnh dao PCBN tiện cứng thép 9XC 48 Bảng 4.2 Các thông số tính toán trƣờng nhiệt độ xác định từ thực nghiệm .49 Bảng 4.3 Các thông số tính toán xác định nguồn nhiệt .55 Bảng 4.4 Kim loại phủ điểm nóng chảy tƣơng ứng 58 Bảng 6.1 Giá trị nhám bề mặt điểm thí nghiệm theo quy hoạch 82 Bảng 6.2 Giá trị diện tích bề mặt gia công điểm thí nghiệm theo qui hoạch85 Bảng 6.3.Các giá trị tối ƣu Pareto chế độ cắt tƣơng ứng tìm đƣợc từ trình tối ƣu hóa 91 xi xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 3.5 Ảnh hƣởng bán kính mũi dao chiều sâu cắt đến ực cắt 39 Hình 3.6 Biến thiên thành phần lực cắt theo độ cứng tiện thép X12M Hình 1.1 Cấu trúc tế vi vật liệu PCBN Hình 1.2 Ảnh hƣởng thành phần kích thƣớc hạt CBN đến tính chất vật liệu PCBN Hình 1.3 Các dạng mảnh dao PCBN Hình 1.4 Dạng hình học lƣỡi cắt dụng cụ PCBN .9 Hình 1.5 Cơ chế hình thành dạng phoi ổn định Hình 1.6 Các dạng phoi phân đoạn .10 Hình 1.7 Các giai đoạn trình tạo phoi trƣợt cục cắt kim loại 11 Hình 1.8 Các giai đoạn hình thành phoi cƣa gia công thép 100Cr6 .12 Hình 1.9 Vòng tròn lực cắt trực giao Ernst Merchant 13 Hình 1.10 Sơ đồ mối quan hệ thành phần lực cắt nghiêng 14 Hình 1.11 Biến thiên ứng suất pháp tiếp mặt trƣớc dụng cụ .16 Hình 1.12 Biến thiên ứng suất pháp tiếp mặt phẳng trƣợt 17 Hình 1.13 Các khu vực biến dạng nguồn sinh nhiệt 19 Hình 2.1 Cấu trúc tế vi thép X12M độ cứng khác 27 Hình 2.2 Cấu trúc tế vi thép 9XC độ cứng khác 27 Hình 2.3 Thiết bị sơ đồ thí nghiệm khảo sát mòn chế mòn dao PCBN .28 Hình 2.4 Hình thái phoi tiện thép 9XC độ cứng khác 28 Hình 2.5 Hình thái phoi tiện thép X12M độ cứng khác 28 Hình 2.6 Hình thái phoi tiện thép 9XC ứng với vận tốc cắt khác 29 Hình 2.7 Hình thái phoi tiện thép X12M ứng với vận tốc cắt khác 30 Hình 2.8 Hình thái phoi tiện trực giao thép 9XC với vận tốc cắt khác .31 Hình 2.9 Mặt cắt ngang phoi cắt trực giao cắt nghiêng 31 Hình 2.10 Cấu trúc gốc phoi thép 9XC vận tốc cắt khác .32 Hình 2.11 Phân bố biến dạng phoi dây ổn định phoi cƣa 33 Hình 2.12 Kiểm tra độ cứng vị trí biến dạng khác gốc phoi 33 Hình 2.13 Độ cứng phoi thay đổi theo chế hình thành phoi .34 Hình 2.14 Hình thái phoi thay đổi theo độ cứng vật liệu phôi tốc độ cắt 35 Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm đo lực cắt .37 Hình 3.2 Dữ liệu đo lực cắt tiện cứng thép 9XC X12M .37 Hình 3.3 Đồ thị biến thiên thành phần lực cắt theo chiều dài cắt 38 Hình 3.4 Kiểm tra độ cứng hạt cacbit tổ chức thép X12M 39 ứng với chiều dài cắt khác 40 Hình 3.7 Sơ đồ thí nghiệm tiện cứng trực giao 40 Hình 3.8 Đồ thị biến thiên lực cắt theo vận tốc cắt tiện trực giao thép 9XC .41 Hình 3.9 Biến thiên lực cắt theo vận tốc cắt tiện cứng trực giao thép 9XC 41 Hình 3.10 Ảnh hƣởng nhân tố v s tƣơng tác chúng đến thành phần lực cắt tiện cứng trực giao thép 9XC dụng cụ PCBN .42 Hình 3.11 Mặt hồi qui đồ thị đƣờng mức thành phần lực cắt Fz Fx 43 Hình 4.1 Mô hình toán tính nhiệt điều kiện biên 45 Hình 4.2 Các điều kiện biên sử dụng mô hình nhiệt 46 Hình 4.3 Ảnh SEM chụp mặt cắt gốc phoi vết tiếp xúc bề mặt dụng cụ tiện trực giao thép 9XC .48 Hình 4.4 Biến thiên nhiệt tạo thành mặt tiếp xúc phoi dụng cụ .52 Hình 4.6 Phân bố ứng suất mặt tiếp xúc dao phôi .54 Hình 4.7 Mô hình tính toán trƣờng phân bố nhiệt tiện cứng trực giao 55 Hình 4.8 Sơ đồ tác dụng nguồn nhiệt mô hình tính toán trƣờng phân bố nhiệt 56 Hình 4.9 Trƣờng phân bố nhiệt tiện thép 9XC dao PCBN trƣờng hợp dụng cụ sắc 56 Hình 4.10 Trƣờng phân bố nhiệt tiện thép 9XC dao PCBN trƣờng hợp dụng cụ bị mòn 57 Hình 4.11 Phôi thép 9XC dùng thí nghiệm .58 Hình 4.12 Mảnh ghép PCBN dạng đặc thân dao sử dụng thí nghiệm 58 Hình 4.13 Kính hiển vi điện tử quét Jeol-JSM 5410 LV 58 Hình 4.14 Phân tích EDX thành phần lớp phủ .59 Hình 4.15 Ảnh SEM bề mặt ghép mảnh PCBN đƣợc phủ kim loại 60 Hình 4.16 Các đƣờng đẳng nhiệt dụng cụ PCBN xác định thực nghiệm 60 Hình 5.1 Các dạng hỏng dụng cụ PCBN 63 Hình 5.2 Hình ảnh mòn mặt trƣớc mặt sau dao PCBN 64 Hình 5.3 Các vùng mòn mặt trƣớc dụng cụ PCBN gia công thép X12M 65 Hình 5.4 Vết mòn dạng sóng tác dụng hạt cacbit vật liệu phôi .65 Hình 5.5 Phân tích EDX chất bề mặt dụng cụ 67 xiii Hình 5.6 Ảnh vùng mòn mặt sau mảnh dao PCBN cắt thép 9XC vận tốc khác 68 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hình 5.7 Cấu trúc tế vi tổ chức vật liệu vùng phồng rộp dƣới lƣỡi cắt phụ vùng vật liệu nguyên thủy dụng cụ PCBN 69 lựa chọn hấp dẫn thay cho nguyên công mài ƣu thế: thời gian quay vòng Hình 5.8 Ảnh vùng mòn mặt trƣớc mảnh PCBN .69 ngắn, trình gia công linh hoạt, tuổi thọ làm việc cao, chi phí đầu tƣ thấp tác Hình 5.9 Góc thoát nhiệt mặt sau dƣới lƣỡi cắt phụ .71 Hình 5.10 Ảnh SEM vùng mòn mặt sau mảnh PCBN tiện cứng thép 9XC với động đến môi trƣờng Trong trình tiện cứng, nhờ dụng cụ có lƣỡi cắt đơn nên chiều dài cắt khác .71 Hình 5.11 Ảnh SEM mòn mặt sau mảnh PCBN tiện thép 9XC X12M 72 sản phẩm Mặt khác, số nghiên cứu rằng, ứng suất dƣ gây tiện Hình 5.12 Đồ thị biến thiên chiều cao mòn mặt sau theo chiều dài cắt mảnh PCBN tiện thép 9XC 72 Hình 5.13 Thiết bị đo nhám Mitutoyo SI-201 73 Tiện thép hợp kim qua có độ cứng lớn 45HRC hay tiện cứng, điều chỉnh xác góc cắt đó, dễ dàng gia công bề mặt phức tạp cứng làm cải thiện độ bền mỏi chi tiết gia công Tiện cứng bắt đầu đƣợc ứng dụng nhiều lĩnh vực chế tạo khí từ năm 1980 Với đời phát triển loại dụng cụ cắt siêu cứng PCBN Hình 5.14 Đồ thị biến thiên nhám bề mặt theo chiều dài cắt 73 Hình 5.15 Đồ thị biến thiên nhám bề mặt theo độ cứng tiện thép X12M 74 (Nitrit Bo lập phƣơng đa tinh thể), ứng dụng công nghệ tiện cứng tăng Hình 5.16 Ảnh chụp topography bề mặt tiện thép X12M ứng với độ cứng phôi khác 75 Hình 5.17 Ảnh chụp topgraphy bề mặt tiện thép 9XC độ cứng 52HRC ứng với thiết bị thủy lực, bánh răng, cam, trục chi tiết khí khác vận tốc cắt khác 76 Hình 5.18 Kiểm tra độ cứng tế vi lớp bề mặt gia công tiện thép 9XC X12M lên rõ rệt ngành công nghiệp, đặc biệt công nghiệp chế tạo ô tô, ổ lăn, Mặc dù có ƣu điểm bật nhƣ biện pháp gia công linh hoạt, thân thiện với môi trƣờng, lĩnh vực gia công xác yêu cầu độ xác hình học tới vài micromet, việc ứng dụng tiện cứng bị hạn chế tính độ cứng khác 76 Hình 5.19 Biến thiên độ cứng lớp bề mặt gia công nhận đƣợc tiện thép 9XC X12M độ cứng khác 77 thiếu ổn định liên quan đến chất lƣợng cục độ tin cậy gia công Nhƣợc Hình 5.20 Cấu trúc tế vi lớp bề mặt gia công tiện thép 9XC X12M độ cứng 57HRC với chiều dài cắt khác 78 Hình 6.1 Giá trị nhám bề mặt xác định từ thực nghiêm mô hình hồi qui 84 Hình 6.2 Mặt hồi qui đồ thị đƣờng mức độ nhám Ra theo thông số chế độ cắt 84 PCBN đòi hỏi hệ thống công nghệ có độ cứng vững độ xác cao Hình 6.3 Giá trị diện tích gia công xác định từ thực nghiệm mô hình hồi qui 87 Hình 6.4 Mặt hồi qui đồ thị đƣờng mức diện tích gia công Sc theo thông số chế độ cắt 87 Hình 6.5 Đồ thị mặt biên tối ƣu Pareto giải pháp tối ƣu thỏa hiệp .92 điểm độ cứng chi tiết lớn nên dụng cụ bị mòn nhanh làm tăng chi phí gia công Thêm vào đó, độ giòn cao độ dai va đập thấp vật liệu dụng cụ cắt Mặc dù việc nghiên cứu đặc trƣng hóa lý để nhận biết điều khiển nhân tố ảnh hƣởng tới hiệu trình tiện cứng đƣợc tiến hành nhiều nơi giới, kết công bố cho thấy việc nghiên cứu chƣa đủ sâu sắc triệt để Chính độ ổn định thấp liên quan đến chất lƣợng cục độ tin cậy gia công nên tiện cứng xác chƣa thỏa mãn đƣợc yêu cầu hầu hết ngành công nghiệp Mặt khác, dù có khả thay cho mài gia công bề mặt xác chịu ứng suất cao, động học tiện khác so với trình mài nên cần có nghiên cứu sâu đầy đủ ảnh hƣởng yếu tố công nghệ nhƣ tác động tƣơng quan trình hóa lý xảy tiện cứng Ở Việt nam, công nghệ tiện cứng bắt đầu đƣợc ứng dụng vài sở sản + Xác định tập hợp thông số cắt tối ƣu thỏa mãn hai mục tiêu đối lập nhám xuất Tuy nhiên, chƣa có công trình nghiên cứu lĩnh vực bề mặt tuổi thọ dụng cụ tiện thép hợp kim qua dao PCBN công nghệ đƣợc công bố Với việc sử dụng ngày phổ biến loại PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU thép hợp kim có độ bền độ cứng cao ngành khí chế tạo, với đời phát triển loại dụng cụ cắt siêu cứng máy gia công tự động, công nghệ tiện cứng thu hút đƣợc quan tâm đặc biệt Vì vậy, việc nghiên cứu chất trình, xác định nhân tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng tính ổn định trình gia công nhằm tìm biện pháp nâng cao hiệu quả, mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ tiện cứng Việt Nam cần thiết cấp bách MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm Việc nghiên cứu lý thuyết dựa phân tích tổng hợp kết công bố, đƣa giả thiết tính toán biến đổi phù hợp để xây dựng sở lý thuyết thiết lập mô hình thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm đƣợc tiến hành với hệ thống thiết bị thực nghiệm đƣợc thiết kế, chế tạo có đủ độ tin cậy, sử dụng thiết bị đo đại có độ xác cao nhằm kiểm chứng mô hình lý thuyết, tìm mối quan hệ đối chiếu, Mục đích nghiên cứu kiểm chứng với kết nghiên cứu có Mục tiêu nghiên cứu luận án nghiên cứu đặc trƣng vật lý trình Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI tiện thép hợp kim qua dao PCBN nhƣ: chế hình thành phoi, lực nhiệt cắt, mòn dụng cụ Trên sở nghiên cứu đƣợc tiến hành điều kiện gia Ý nghĩa khoa học công gần với thực tiễn sản xuất, nhận biết số nhân tố ảnh hƣởng tới Các kết nghiên cứu đề tài sở khoa học để thiết lập dẫn hiệu trình tiện cứng tuổi thọ dụng cụ chất lƣợng bề mặt, đề xuất đƣợc công nghệ trình tiện cứng, đặc biệt việc điều khiển, tối ƣu hóa biện pháp nâng cao hiệu trình tiện cứng trình Kết nghiên cứu sở khoa học để ứng dụng công nghệ tiện cứng Bên cạnh đó, nghiên cứu tập trung vào việc tìm kiếm tập hợp thông số cắt tối ƣu thỏa mãn nhiều mục tiêu làm sở cho việc điều khiển trình tiện cứng sau Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu trình tiện thép hợp kim qua dao PCBN hai loại thép hợp kim 9XC thép X12M, đƣợc sử dụng phổ biến ngành khí chế tạo nƣớc ta Đề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu vấn đề sau: + Nghiên cứu tổng quan công nghệ tiện cứng vật liệu dụng cụ PCBN + Nghiên cứu đặc trƣng vật lý tiện cứng hai loại thép hợp kim 9XC X12M dao PCBN bao gồm trình tạo phoi, lực cắt nhiệt cắt + Nghiên cứu tiêu mòn dụng cụ PCBN chất lƣợng bề mặt gia công tiện thép cứng thép hợp kim 9XC X12M chế tạo sản phẩm đòi hỏi bề mặt làm việc có chất lƣợng cao, góp phần tăng tính ổn định độ tin cậy phƣơng pháp gia công tinh sau nhiệt luyện, nâng cao hiệu mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ tiện cứng Ý nghĩa thực tiễn Những kết nghiên cứu đề tài ứng dụng nhà máy, phân xƣởng sản xuất khí gia công sản phẩm, chi tiết đƣợc chế tạo loại thép hợp kim, chủ yếu thép crôm, yêu cầu cao độ bền, độ cứng độ chịu nhiệt ô tô, xe máy, tàu thủy, máy công cụ, động cơ, thiết bị dây chuyền cán thép… nƣớc Quá trình ứng dụng kết nghiên cứu cho phép mở rộng phạm vi gia công ngành chế tạo máy nói chung công nghệ tiện cứng nói riêng, góp phần tạo sản phẩm có chất lƣợng tốt, giá thành hạ nâng cao khả ứng dụng vào thực tiễn phƣơng pháp gia công tinh linh hoạt, thân thiện với môi trƣờng, chi phí đầu tƣ thấp, phù hợp với điều kiện sản xuất Việt Nam 5 NỘI DUNG CÁC VẤN ĐỀ SẼ ĐI SÂU NGHIÊN CỨU Nội dung nghiên cứu sâu vào vấn đề sau: - Nghiên cứu tổng quan công nghệ tiện cứng: Vật liệu dụng cụ cắt PCBN, trình tạo phoi, lực cắt, nhiệt cắt mòn dụng cụ tiện cứng - Làm rõ mối liên hệ hình thái phoi với độ cứng vật liệu vận tốc gia công tiện thép hợp kim 9XC X12M dao PCBN Phân tích hình ảnh gốc phoi Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG 1.1 Khái niệm chung Tiện cứng phƣơng pháp tiện sử dụng dao vật liệu siêu cứng nhƣ Nitrit Bo, kim cƣơng gốm tổng hợp để thay cho nguyên công mài gia công thép có độ cứng từ 4570HRC [47], [58] So với mài, tiện cứng có nhiều để rút nhận định chế hình thành phoi phụ thuộc vào hai trình biến cứng ƣu vƣợt trội khía cạnh kinh tế sinh thái [77], [80] Ƣu đáng kể mềm hóa nhiệt tiện cứng dùng dụng cụ mà gia công đƣợc nhiều chi tiết có hình - Khảo sát biến thiên lực cắt phụ thuộc vào vật liệu gia công, vận tốc cắt chiều dài gia công tiện thép hợp kim qua dao PCBN Nhận biết đƣợc mối liên hệ chế hình thành phoi với lực cắt dáng khác cách thay đổi đƣờng chạy dao Trong đó, muốn mài đƣợc hình dạng chi tiết khác phải sửa lại đá thay đá khác Đặc biệt, tiện cứng gia công đƣợc biên dạng phức tạp mà mài khó thực đƣợc Nếu xét chi phí đầu tƣ máy tiện CNC khoảng 1/2 đến 1/10 máy - Sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn giải toán truyền nhiệt xác định mài CNC [16] Cấp xác tiện cứng đạt IT5÷7 nhám bề mặt đạt Rz = 2÷4 trƣờng phân bố nhiệt cho trình tiện cứng trực giao thép 9XC với hỗ trợ µm Ở điều kiện gia công đặc biệt, tiện cứng đạt đƣợc độ xác IT3÷5 phần mềm ABAQUS Bằng cách phủ kim loại nguyên chất có điểm nóng chảy nhám bề mặt Rz[...]... nhit dng c PCBN bng vic t ngu nhit hoc cht ch th yu ca dao tin PCBN Tuy nhiờn, mũn mt trc dng c PCBN bt u t rt nhit bờn di mnh dao hay o bc x hng ngoi [60], [79], [88] Chớnh vỡ gn li ct [74] v li ct ca mnh dao PCBN khụng b bin dng khi ct [94] vy, cỏc mụ hỡnh phõn tớch d oỏn nhit khi tin thộp hp kim qua tụi bng dng c PCBN cng c quan tõm nghiờn cu 1.5.3 Nhit ct khi tin cng bng dng c PCBN Trong khi... CU C TRNG V LC CT - Dng phoi hỡnh thnh trong quỏ trỡnh tin thộp hp kim qua tụi s dng dao PCBN bao gm phoi ri, phoi dõy n nh v phoi rng ca, trong ú dng phoi KHI TIN THẫP HP KIM QUA TễI BNG DAO PCBN rng ca l dng phoi ch yu, hỡnh thnh trong mt di rng iu kin ct v vt 3.1 Bin thiờn lc ct theo chiu di ct khi tin thộp hp kim qua tụi bng dao PCBN liu gia cụng Phoi ri hỡnh thnh tc ct thp v l cỏc on t ri ca... trỡnh to phoi khi tin thộp hp kim qua tụi bng dao PCBN Lm rừ mi liờn h gia hỡnh thỏi phoi v c ch hỡnh thnh phoi vi cng vt liu v vn tc gia cụng khi tin hai loi thộp hp kim 9XC v X12M - Kho sỏt bin thiờn lc ct ph thuc vo vt liu gia cụng, vn tc ct v chiu di gia cụng Nhn bit quy lut phỏt trin lc ct v cỏc nhõn t nh hng n lc ct khi tin thộp hp kim 9XC v X12M qua tụi bng dao PCBN - S dng phng phỏp phn t hu... nhit v xỏc nh trng phõn b nhit trong quỏ trỡnh tin cng trc giao thộp 9XC bng dao PCBN thụng qua tớnh toỏn bng phn mm ABAQUS Bng cỏch ph cỏc kim loi nguyờn cht cú im núng chy xỏc nh ly thụng tin v nhit , kim 26 Chng 2 27 cho thy t chc NGHIấN CU C TRNG CA QU TRèNH TO PHOI mactenxit xen ln cacbit KHI TIN THẫP HP KIM QUA TễI BNG DAO PCBN nhiu loi nm ri rỏc 2.1 Phng phỏp nghiờn cu s hỡnh thnh phoi Nghiờn cu... 0,0011 Ni 0,0332 Fe 95,447 Cr 1,113 V 0,1499 Mo 0,0192 qua tụi s dng dao PCBN, mt loi thit b dng dao nhanh ỏp dng nguyờn lý ũn by v lũ xo ó c thit k v ch to nh trỡnh by trong phn Ph lc II 2.2 nh hng ca cng phụi n hỡnh thỏi phoi khi tin thộp hp kim qua tụi bng dao PCBN Nghiờn cu thc nghim v nh hng ca cng phụi n hỡnh thỏi phoi c tin hnh vi hai loi thộp hp kim 9XC v X12M Cỏc phụi thộp c nhit luyn t ba cng... - Mnh dao cú mi gn PCBN trờn nn hp kim 1,6; 3,2; 4,76 mm theo tiờu chun ISO/ANSI [17] ct khc nghit, li ct cú th c ln gúc thờm vo vỏt cnh hoc vỏt cnh kộp + Dng phoi dõy n nh (phoi Hỡnh 1.3 Cỏc dng mnh dao PCBN [97]: PCBN mi li ct (a) ; PCBN lp b mt (b) ; PCBN nguyờn khi (c) lin): vi ba loi tựy theo c ch hỡnh thnh bao gm: vựng trt tp trung gn nh mt mt phng, vựng trt cú dng mng v vựng trt mi dao hoc... thộp hp kim qua tụi bng dao PCBN cũn nhiu h gia nhit ct v mũn dng c khớa cnh cn tip tc nghiờn cu lm rừ nh: Nghiờn cu quỏ trỡnh to phoi mi - ng dng gii thut di truyn xỏc nh tp hp cỏc thụng s ct ti u tha c tin hnh mt vi vt liu, cha cú nhiu kt qu ca cỏc nghiờn cu khỏc món mc tiờu nhỏm b mt v tui th dng c khi tin thộp 9XC qua tụi bng dao nhau kim chng v i chiu Nghiờn cu v nhit ct hu ht mi dng ni PCBN. .. giỏ tr nh nht khi vt liu lng chy dao, chiu dy phoi khi cha bin dng tng Vỡ lc ct t l trc tip vi gia cụng cú cng khong 50HRC, tng ng vi s xut hin dng phoi rng ca 44 45 tng Tc gim lc ct cng gim cựng vi s tng ca vn tc ct c bit dao Chng 4 XC NH TRNG PHN B NHIT TRONG DNG C PCBN ng v lc ct sinh ra ln khi tin thộp hp kim qua tụi tc thp (di 50m/ph) KHI TIN THẫP HP KIM QUA TễI - Trong di tc kho sỏt t 18,8m/p471m/ph,... phoi khi ct kim loi cng (Hỡnh 1.3a) - Mnh dao cú lp b mt PCBN gn trờn nn hp kim cng (Hỡnh 1.3b) Phoi hỡnh thnh trong quỏ trỡnh ct kim loi rt a dng song cú th chia thnh - Mnh dao nguyờn khi PCBN (Hỡnh 1.3c) hai dng c bn [83]: Chiu dy lp PCBN c ch to ba mc: Do c s dng ch yu trong quỏ trỡnh gia cụng tinh vi chiu sõu ct v lng chy dao nh nờn quỏ trỡnh ct khi tin cng ch din ra bỏn kớnh bo v li ct khi b... tớnh cht dao nhanh cho thy rừ cỏc di c trng ca b mt mi to thnh nh nhỏm b mt, ng sut d, lp bin cng v trt cc b xut hin trong quỏ lung vt liu bin dng do trờn b mt gia cụng trỡnh hỡnh thnh phoi rng ca v 2.4 C ch hỡnh thnh phoi khi tin thộp hp kim qua tụi bng dao PCBN khụng thy hỡnh nh cỏc vt nt C ch hỡnh thnh phoi khi tin cng c phõn tớch da vo hỡnh nh chp SEM cỏc mu gc phoi thu c nh s dng thit b dng dao nhanh