Nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng thép x12m đã qua tôi đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện cứng

Header Page of 126 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGÔ NGỌC TÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘ CỨNG THÉP X12M ĐÃ QUA TÔI ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT VÀ MÒN DỤNG CỤ KHI TIỆN CỨNG CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC KHOA SAU ĐẠI HỌC PGS.TS PHAN QUANG THẾ 11/2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 -1- LỜI CAM ĐOAN Tôi Ngô Ngọc Tân, học viên lớp Cao học K10 – CN CTM Sau hai năm học tập nghiên cứu, đƣợc giúp đỡ thầy cô giáo đặc biệt giúp đỡ PGS.TS Phan Quang Thế, thầy giáo hƣớng dẫn tốt nghiệp tôi, đến cuối chặng đƣờng để kết thúc khoá học Tôi định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu ảnh hƣởng độ cứng thép X12M qua đến chất lƣợng bề mặt mòn dụng cụ tiện cứng” Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Phan Quang Thế tham khảo tài liệu đƣợc liệt kê Tôi không chép công trình cá nhân khác dƣới hình thức Nếu có xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Ngƣời cam đoan Ngô Ngọc Tân Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 LỜI CẢM ƠN Lời xin đƣợc cảm ơn PGS.TS Phan Quang Thế - Thầy hƣớng dẫn khoa học định hƣớng đề tài, hƣớng dẫn thầy việc tiếp cận khai thác tài liệu tham khảo nhƣ bảo trình viết luận văn Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đến cô giáo ThS Nguyễn Thị Quốc Dung giúp đỡ tận tình cô trình làm thí nghiệm viết luận văn Tôi xin cảm ơn thầy giáo ThS Lê Viết Bảo tạo điều kiện thuận lợi cho trình hoàn thành luận văn Tôi muốn cảm ơn ông giám đốc, cán công nhân viên công ty trách nhiệm hữu hạn Vạn Xuân (Thị xã Sông Công), cán phụ trách phòng thí nghiệm Quang phổ, khoa vật lý trƣờng Đại học Sƣ phạm Thái Nguyên, Khoa khí trƣờng Cao đẳng Khí luyện kim dành cho điều kiện thuận lợi nhất, giúp hoàn thành nghiên cứu Cho đƣợc gửi lờicảm ơn tới cán bộ, nhân viên Xƣởng khí nơi tiến hành thực nghiệm 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 Ngô Ngọc Tân Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 -2- MỤC LỤC Lời cam đoan Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục đồ thị, hình vẽ PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nội dung nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 10 Chƣơng BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KIM 10 LOẠI 1.1 Đặc điểm trình tạo phoi tiện cứng 10 1.2 Lực cắt tiện 11 1.2.1 Lực cắt tiện thành phần lực cắt 11 1.2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến lực cắt tiện 12 1.3 Kết luận 15 Chƣơng CHẤT LƢỢNG LỚP BỀ MẶT SAU GIA CÔNG CƠ 16 2.1 Khái niệm chung lớp bề mặt 16 2.2 Bản chất lớp bề mặt 16 2.3 Tính chất lý, hoá lớp bề mặt 16 2.3.1 Lớp biến dạng 16 2.3.2 Lớp Beilbly 17 2.3.3 Lớp tƣơng tác hoá học 17 2.3.4 Lớp hấp thụ hoá học 18 2.3.5 Lớp hấp thụ vật lý 18 2.4 Các tiêu đánh giá chất lƣợng bề mặt sau gia công 18 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 -3- 2.4.1 Độ nhám bề mặt phƣơng pháp đánh giá 18 2.4.1.1 Độ nhám bề mặt 18 2.4.1.2 Phƣơng pháp đánh giá độ nhám bề mặt 21 2.4.2 Độ sóng bề mặt 22 2.4.3 Tính chất lý lớp bề mặt sau gia công 22 2.4.3.1 Hiện tƣợng biến cứng lớp bề mặt 22 2.4.3.2 Ứng suất dƣ lớp bề mặt 25 2.4.3.3 Đánh giá mức độ, chiều sâu lớp biến cứng ứng suất dƣ 27 2.5 Các nhân tố ảnh hƣởng đến nhám bề mặt gia công 28 2.5.1 Ảnh hƣởng thông số hình học dụng cụ cắt 28 2.5.2 Ảnh hƣởng tốc độ cắt 30 2.5.3 Ảnh hƣởng lƣợng chạy dao 31 2.5.4 Ảnh hƣởng chiều sâu cắt 31 2.5.5 Ảnh hƣởng vật liệu gia công 32 2.5.6 Ảnh hƣởng rung động hệ thống công nghệ 32 2.5.7 Ảnh hƣởng độ cứng vật liệu gia công 32 2.6 Kết luận 33 Chƣơng MÒN DỤNG CỤ CẮT 35 3.1 Khái niệm chung mòn 35 3.2 Mòn dụng cụ 36 3.3 Cơ chế mòn dụng cụ cắt 38 3.3.1 Mòn dính 39 3.3.2 Mòn hạt mài 40 3.3.3 Mòn khuyếch tán 40 3.3.4 Mòn oxy hoá 41 3.4 Mòn dụng cụ CBN 42 3.5 Ảnh hƣởng độ cứng phôi đến mòn dụng cụ tuổi bền dụng 43 cụ 3.6 Kết luận Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 126 49 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 -4- Chƣơng NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘ CỨNG THÉP 50 X12M ĐÃ QUA TÔI ĐẾN CHẤT LƢỢNG LỚP BỀ MẶT VÀ MÒN DỤNG CỤ KHI TIỆN CỨNG 4.1 Thí nghiệm 50 4.2 Trình tự thí nghiệm 54 4.3 Kết thí nghiệm 55 4.3.1 Xây dựng quan hệ thông số nhám bề mặt với độ cứng 55 phôi 4.3.2 Các hình ảnh chụp mòn dao topography bề mặt phôi 58 độ cứng khác lần cắt khác 4.4 Phân tích kết thí nghiệm 64 4.4.1 Mòn dụng cụ CBN 64 4.4.1.1 Phân tích thí nghiệm 64 4.4.1.2.Kết thí nghiệm mòn dụng cụ CBN 64 4.4.1.3 Kết luận 68 4.4.2 Phân tích chất lƣợng bề mặt phôi thép X12M độ cứng 69 khác lần cắt khác 4.4.2.1 Phân tích nhám bề mặt 69 4.4.2.2 Phân tích hình ảnh chụp topography bề mặt 70 4.5 Kết luận 70 4.6 Phần kết luận chung hƣớng nghiên cứu đề tài 72 4.6.1 Phần kết luận chung 72 4.6.2 Hƣớng nghiên cứu đề tài 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 -5- 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 trƣợt γ: Góc trƣớc dao PX: Lực chiều trục tiện PY: Lực hƣớng kính tiện PZ: Lực tiếp tuyến tiện S: Lƣợng 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 ∆Fc, ∆Ft: Áp lực tiếp tuyến pháp tuyến vùng mòn mặt sau μ : Hệ số ma sát vùng ma sát thông thƣờng mặt trƣớc Hv: độ biến cứng (N/mm2) r : Bán kính mũi dao hmin: Chiều dày phoi nhỏ hS: Độ mòn giới hạn T: Thời gian cắt - tuổi bền dụng cụ cắt (phút) Ra, Rz: Độ nhám bề mặt tiện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 -6- DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các giá trị Ra, Rz chiều dài chuẩn l ứng với cấp độ nhám bề mặt Bảng 2.2 Mức độ chiều sâu lớp biến cứng phƣơng pháp gia công Bảng 4.1 Thành phần nguyên tố hoá học thép X12M Bảng 4.3 Độ cứng phôi thông số nhám DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hệ thống lực cắt tiện Hình 1.2 a) Quan hệ lực cắt góc trƣớc γn b) Ảnh hƣởng góc trƣớc đến ứng suất dụng cụ cắt Hình 1.3 Ảnh hƣởng lƣợng chạy dao độ cứng phôi đến lực cắt Hình 1.4 Ảnh hƣởng bán kính mũi dao (a) góc trƣớc đến lực cắt Hình 2.1 Độ nhám bề mặt Hình 2.2 Quan hệ bán kính mũi dao chiều sâu lớp biến cứng với lƣợng chạy dao khác (khi dao chƣa bị mòn) Hình 2.3 Quan hệ vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng ứng với lƣợng mòn mặt sau khác dao tiện Hình 2.4 Ảnh hƣởng hình dạng lƣỡi cắt lƣợng chạy dao đến nhám bề mặt (54,7HRC, chiều dài 101,6mm) Hình 2.5 Ảnh hƣởng hình dạng lƣỡi cắt lƣợng chạy dao đến nhám bề mặt (51,3HRC, chiều dài = 101,6mm) Hình 2.6 Ảnh hƣởng tốc độ cắt đến nhám bề mặt gia công thép Hình 2.7 Ảnh hƣởng lƣợng chạy dao đến độ nhám bề mặt Hình 2.8 Ảnh hƣởng độ cứng phôi hình dạng lƣỡi cắt đến nhám bề mặt (lƣợng chạy dao = 0,2mm/vòng, chiều dài = 203,2mm) Hình 3.1 Các dạng mòn phần cắt dụng cụ Hình 3.2 Quan hệ số dạng mòn dụng cụ hợp kim cứng với thể tích Vc.t10,6, V tính m/ph, t1 tính mm/vòng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 -7- Hình 3.3 Ảnh hƣởng vận tốc cắt đến chế mòn cắt liên tục (a) cắt gián đoạn (b) Hình 3.4 Mòn mặt sau độ cứng khác Hình 3.5 Biểu đồ mòn độ cứng 60HRC Hình 3.6 Biểu đồ mòn dụng cụ độ cứng khác (thời gian gia công phút Hình 3.7 Ảnh h ƣởng độ cứng phôi đ ến lực cắt ( v = 100m/phút; S = 0,1mm/vòng; t = 0,2mm) Hình 3.8 Ảnh hƣởng độ cứng phôi đến nhiệt cắt Hình 3.9 Ảnh hƣởng độ cứng phôi đến góc trƣợt Hình 4.1 Mô hình thí nghiệm Hình 4.2 Máy tiện CNC – HTC 2050 Hình 4.3 Mảnh dao PCBN sử dụng nghiên cứu Hình 4.4 Thân dao MTENN 2020 K16 – N Hình 4.5 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phôi cắt lần đầu chụp kính hiển vi điện tử (độ cứng phôi 45 – 47 HRC) Hình 4.6 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phôi cắt lần thứ ứng với chiều dài cắt L = 750 mm (Độ cứng phôi 45 – 47 HRC) Hình 4.7 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phôi cắt lần thứ ứng với chiều dài cắt L = 750 mm (Độ cứng phôi 45 – 47 HRC) Hình 4.8 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phôi cắt lần th ứ chụp kính hiển vi điện tử (độ cứng phôi 54 – 56 HRC) Hình 4.9 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phôi cắt lần th ứ chụp kính hiển vi điện tử (độ cứng phôi 54 – 56 HRC) Hình 4.10 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phôi cắt lần thứ chụp kính hiển vi điện tử (độ cứng phôi 60 – 62 HRC) Hình 4.11 Mòn mặt sau độ cứng khác ( L = 750 mm) Hình 4.12 Đồ thị quan hệ độ cứng phôi nhám bề mặt lần cắt khác (L = 750 mm) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 10 of 126 -8- PHẦN MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Thuật ngữ tiện cứng (hard turning) đƣợc hiểu phƣơng pháp gia công tiện chi tiết có độ cứng cao (45 ÷ 70 HRC) Tiện cứng nói chung đƣợc tiến hành cắt khô gần giống nhƣ cắt khô phổ biến sử dụng dao vật liệu siêu cứng nhƣ Nitrit Bo lập phƣơng đa tinh thể (PCBN – Polycrystalline Cubic Boron Nitride, thƣờng đƣợc gọi CBN – Cubic Boron Nitride), PCD Ceramic tổng hợp Tiện cứng phƣơng pháp gia công tinh lần cuối đòi hỏi độ xác chất lƣợng bề mặt cao Nghiên cứu tiện cứng nhằm tìm thông số gia công thích hợp để tối ƣu trình gia công, đạt tiêu tốt kỹ thuật cần thiết Chất lƣợng bề mặt gia công mòn dụng cụ hai yếu tố quan trọng trình gia công Chất lƣợng bề mặt ảnh hƣởng trực tiếp đến khả làm việc, độ bền, độ bền mòn chi tiết máy Mòn dụng cụ không làm giảm độ xác hình dạng chi tiết mà làm tăng lực cắt, tăng ma sát nhiệt cách đáng kể dẫn đến phá huỷ bề mặt chi tiết gia công dụng cụ cắt Mòn dụng cụ hàm số tính vât liệu gia công chế độ cắt tiện cứng Độ cứng có ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng bề mặt gia công, bên cạnh ảnh hƣởng đến mòn, chế mòn tốc độ mòn dao Tuy nhiên, kết nghiên cứu đƣợc công bố gần tạp chí khoa học cho thấy việc nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hƣởng thông số cắt, chế độ cắt đến trình tiện cứng, ảnh hƣởng độ cứng phôi đến nhám bề mặt lực cắt tiện thép AISI H13 [6], [9] Nghiên cứu ảnh hƣởng độ cứng phôi đến tính chất bề mặt mòn dụng cụ trình tiện thép X12M qua tiếp tục đóng góp thêm kiến thức vào việc nghiên cứu trình tiện cứng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 10 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 63 of 126 - 61 - a) b) c) d) e) f) Hình 4.8 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phôi cắt lần thứ chụp kính hiển vi điện tử (độ cứng phôi 54 – 56 HRC) a), b) Mặt trƣớc dao c), d) Mặt sau dao e), f) Bề mặt phôi sau lần cắt thứ ứng với chiều dài cắt L = 750 mm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 63 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 64 of 126 - 62 - a) b) c) d) e) f) Hình 4.9 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phôi cắt lần thứ chụp kính hiển vi điện tử (độ cứng phôi 54 – 56 HRC) a), b) Mặt trƣớc dao c), d) Mặt sau dao e), f) Bề mặt phôi sau lần cắt thứ ứng với chiều dài cắt L = 750 mm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 64 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 65 of 126 - 63 - a) b) c) d) e) f) Hình 4.10 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phôi cắt lần thứ chụp kính hiển vi điện tử (độ cứng phôi 60 – 62 HRC) a), b) Mặt trƣớc dao c), d) Mặt sau dao e), f) Bề mặt phôi sau lần cắt thứ ứng với chiều dài cắt L = 750 mm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 65 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 66 of 126 - 64 - 4.4 Phân tích kết thí nghiệm 4.4.1 Mòn dụng cụ CBN 4.4.1.1 Phân tích thí nghiệm Độ cứng vật liệu gia công ảnh hƣởng trực tiếp đến quy luật phát triển nhiệt độ vùng cắt tốc độ mòn mặt sau Nghiên cứu Liu đồng nghiệp [9] cho thấy gia công thép ổ lăn GCr15 (AISI E52100), mòn mặt sau tăng nhanh tăng vận tốc cắt Khi thay đổi độ cứng phôi từ 30 HRC đến 64 HRC mòn đạt tốc độ cao độ cứng 50 HRC Ở độ cứng HRC40, 50 mòn lớn nhất, mòn lõm có quy luật tƣơng tự, mòn dụng cụ nhỏ độ cứng phôi lớn nhỏ khoảng từ 40÷50HRC Quy luật chứng tỏ mòn dụng cụ lớn độ cứng phôi nằm dải từ 40 ÷ 50 HRC nhiệt độ cao Do đó, dụng cụ PCBN không thích hợp để cắt phôi độ cứng giới hạn, cắt vật liệu độ cứng cao sử dụng dụng cụ PCBN thích hợp Các nghiên cứu Kevin đồng nghiệp [14], cho thấy kích cỡ hạt bít thép gia công đóng vai trò định với tốc độ mòn cào xƣớc mặt sau dao Poulachon đồng nghiệp [13] khẳng định chế mòn dụng cụ CBN mòn cào xƣớc hạt bít vật liệu gia công gây Tốc độ mòn càc xƣớc phụ thuộc chủ yếu vào chất hạt bít, cỡ hạt phân bố chúng Cơ chế mòn khuyếch tán quan sát đƣợc mặt trƣớc dụng cụ CBN tiện thép cứng bề mặt, pha CBN bị suy giảm vùng mòn mặt trƣớc CBN bị khuyếch tán vào mặt dƣới phoi Các vấn đề mòn chế mòn mặt trƣớc mặt sau mảnh dao CBN tiện thép X12M qua độ cứng khác đƣợc trình bày dƣới 4.4.1.2.Kết thí nghiệm mòn dụng cụ CBN Kết quan sát mảnh dao kính hiển vi điện tử (phần trên) cho thấy chúng bị mòn mặt trƣớc mặt sau Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 66 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 67 of 126 - 65 - Ở độ cứng phôi 54 – 56 HRC, tiện lần đầu ứng với chiều dài cắt L = 750 mm, mặt trƣớc 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 lƣỡi cắt với bề rộng xấp xỉ 30 μm (hình 4.5b) Trên vùng mòn mặt trƣớc không nhìn thấy hình ảnh hạt CBN nhƣ vùng chƣa bị mòn, lớp bề mặt có cấu trúc sóng Đây hình ảnh mòn vật liệu dòn theo chế biến dạng dẻo bề mặt hạt cứng cày bề mặt dƣới tác dụng ứng suất pháp lớn vùng lƣỡi cắt gây Kết quan sát cho thấy, vật liệu gia công dính vùng mòn mặt sau thành mảng lớn Hình ảnh vật liệu gia công dính vùng mòn mặt sau thể hình 4.5c Chiều cao mòn đạt hs ≈ 15 μm Khi tiện lần thứ ứng với chiều dài cắt L = 750 mm, chiều dài cung mòn mặt trƣớc dao gần nhƣ không thay đổi (hình 4.6a) Trên mặt trƣớc dao xuất bám dính vật liệu gia công Có thể thấy vật liệu gia công dính tập trung vùng phoi thoát khỏi mặt trƣớc dụng cụ Trong vùng này, có mảng nhỏ bám dính vật liệu gia công mà thấy rõ xuất hạt CBN Hiện tƣợng đƣợc giải thích nhƣ sau: phần lớp bám dính vật liệu gia công bị kéo trình gia công kéo theo lớp dính kết hạt CBN Bề rộng cung mòn lƣỡi cắt giữ nguyên không đổi (khoảng 30 μm) thể rõ hình 4.6b Trên mặt sau, vật liệu gia công bám dính thành mảng lớn Chiều cao mòn tăng lên hs ≈ 40 μm Đến lần cắt thứ ứng với chiều dài cắt L = 750 mm, chất mòn mặt trƣớc mặt sau không thay đổi, chiều dài cung mòn lƣỡi cắt bề rộng cung mòn gần nhƣ không thay đổi Vật liệu gia công bám dính hai mặt có xu hƣớng tăng lên Trên mặt sau, bề dầy lớp vật liệu lên đến 60 μm (hình 4.7c, hình 4.7d) Khi độ cứng phôi đạt 54 – 56 HRC, lần cắt thứ nhất, vùng mòn mặt trƣớc, chiều dài cung mòn lƣỡi cắt không thay đổi đáng kể, bám dính vật liệu gia công gần nhƣ không còn, bám dính tập trung vùng phoi thoát khỏi mặt trƣớc dụng cụ gần vùng lƣỡi cắt (hình 4.8a) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 67 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 68 of 126 - 66 - Trên vùng mòn mặt trƣớc không nhìn thấy hình ảnh hạt CBN nhƣ vùng chƣa bị mòn, lớp bề mặt có cấu trúc sóng lớn nhau, khoảng cách hai nhấp nhô liên tiếp 30 μm, chiều cao nhấp nhô khoảng 10 μm hình 4.8a), 4.8b) Hiện tƣợng mòn mặt sau thay đổi nhƣ hình 4.8c), 4.8d), không tƣợng dính vật liệu gia công bề mặt vùng mòn mà có vùng mòn gồ ghề Ở lần cắt thứ hai thứ ba, ứng với chiều dài cắt L = 750, tƣợng mòn mặt trƣớc mặt sau không thay đổi so với lần cắt thứ Trên mặt trƣớc dao gần chỗ thoát phoi có tƣợng bám dính nhẹ vật liệu phôi Bề rộng cung mòn lƣỡi cắt giữ không đổi, xấp xỉ khoảng 30 μm Mòn mặt sau tăng lên chút đỉnh Khi gia công phôi độ cứng 60 – 62 HRC, tƣợng mòn mặt trƣớc mặt sau dụng cụ cắt không thay đổi so với dụng cụ cắt gia công phôi hai độ cứng Từ kết thí nghiêm thấy vùng mặt trƣớc dụng cụ chia thành ba vùng rõ rệt theo phƣơng thoát phoi thông qua mức độ dính vật liệu gia công với mặt trƣớc Vùng nằm sát lƣỡi 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 trƣớc, vùng ba vùng phoi thoát khỏi mặt trƣớc, vật liệu gia công dính nhiều bề mặt Theo kết nghiên cứu Tren [25] vung vùng sát lƣỡi cắt vùng mà lớp vật liệu gia công sát mặt trƣớc dính dừng mặt trƣớc tạo nên vùng biến dạng thứ hai phoi Tuy nhiên, hình ảnh bề mặt cho thấy tƣợng biến dạng dẻo bề mặt cào xƣớc theo hƣớng thoát phoi gây mòn tạo nên mặt trƣớc phụ với góc trƣớc phụ âm Vật liệu gia công vùng gần mặt sau tƣợng tự hãm trƣợt ngƣợc lại tạo nên lớp trắng bề mặt gia công Đây phát chất tƣơng tác vật liệu gia công vật liệu dụng cụ vùng kề lƣỡi cắt cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu Vùng hai vùng dính vật liệu gia công với mức độ tăng dần phía vùng thoát phoi khỏi mặt trƣớc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 68 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 69 of 126 - 67 - Vùng ba vật liệu gia công dính nhiều mặt trƣớc với vết trƣợt vật liệu phôi, vùng ma sát thông thƣờng với hệ số ma sát f = const phù hợp với mô hình Zorev [2] Tuy nhiên mòn không xuất vùng nhƣ kết nghiên cứu gần sử dụng mảnh dao tiện CBN gia công thép hợp kim qua Điều chứng tỏ mòn vật liệu CBN chịu ảnh hƣởng nhiệt độ cao phát sinh vùng ma sát thông thƣờng nghiên cứu Tƣơng tác ma sát bề mặt gia công bề mặt sau dụng cụ tƣơng tác ma sát thông thƣờng kèm theo bám dính vật liệu gia công vết cào xƣớc bề mặt sau dụng cụ Mòn bề mặt mòn dƣới dạng sliding wear Theo Trent Wight [25], gia công dao CBN tƣợng biến dạng lƣỡi cắt không xảy ra, mòn mặt trƣớc mặt sau đồng thời tồn tại, vùng mòn mặt trƣớc gần lƣỡi cắt Trong nghiên cứu mòn dụng cụ xuất hiên mặt trƣớc mặt sau gia công phôi độ cứng khác Tuy nhiên, vùng mòn mặt trƣớc không nằm gần lƣỡi cắt mà phát triển từ lƣỡi cắt tạo thành mặt trƣớc phụ tƣơng đối phẳng phát triển dần theo hƣớng thoát phoi Trên vùng mòn nhiều haạtCBN bị tách khỏi bề mặt tƣơng tác vật liệu gia công làm yếu pha thứ hai vật liệu dụng cụ theo nhƣ kết nghiên cứu Kevin đồng nghiệp [14] Tuy nhiên chế mòn khuyếch tán với cào xƣớc Poulachon đồng nghiệp [13] đề xuất dƣờng nhƣ không phù hợp với kết nghiên cứu Hình ảnh 4.5b), 4.6b), 4.7b), 4.8b), 4.9), 4.10b) khẳng định biến dạng dẻo bề mặt hạt cứng ôxít khác ttrong vật liệu gia công dƣới tác dụng ứng suất pháp lớn vùng gần lƣỡi cắt gây nên chế mòn mặt trƣớc Mòn mặt sau phát triển theo quy luật thông thƣờng cắt kim loại Cơ chế mòn mặt sau tƣơng đối phù hợp với kết nghiên cứu Kevin đồng nghiệp [14] nhƣ hình 4.5c), 4.10c) Quan sát kết thí nghiệm thấy độ cứng phôi tăng mòn mặt sau tăng (hình 4.7c, hình 4.9c, hình 4.10c) Mòn mặt sau đƣợc đo thể hình 4.11 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 69 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 70 of 126 - 68 - 60 Mòn mặt sau (μm) 50 40 30 20 10 45 - 47 54 - 56 60 - 62 ĐỘ cứng (HRC) Hình 4.11 Mòn mặt sau độ cứng khác ( L = 750 mm) Từ đồ thị mòn thấy độ cứng phôi tăng mòn mặt sau tăng theo Kết phù hợp với nghiên cứu Liu [9] Lou [10] Có thể thấy nhƣ mòn mặt trƣớc sau phát triển theo chế khuếch tán, suy yếu pha thứ hai dẫn đến bóc tách hạt CBN nhƣ nghiên cứu tuổi bền mảnh dao CBN cao nhiều lần so với thực tế Hiện tƣợng bong mảng vật liệu dụng cụ mặt trƣớc tạo thành dạng vảy bong vật liệu dụng cụ mặt sau nguyên nhân rút ngắn tuổi bền dụng cụ cắt Các chế mòn liên quan đến nhiệt, số chu kỳ cào xƣớc hạt cứng vật liệu gia công đồng thời dính bề mặt tiếp xúc mặt trƣớc mặt sau nhƣ kết hợp với tác dụng ôxy hoá từ môi trƣờng 4.4.1.3 Kết luận Các kết nghiên cứu cho thấy tiện tinh thép X12M dao CBN, mòn mặt trƣớc mặt sau hai dạng mòn chủ yếu Cơ chế mòn mặt trƣớc chủ yếu biến dạng dẻo tác dụng cào xƣớc hạt cứng thép tách khỏi bề mặt hạt CBN mỏi dính với bóc tách mảng vật liệu mặt trƣớc Cơ chế mòn mặt sau trình bóc tách hạt CBN pha thứ hai vật liệu dụng cụ bị yếu tƣơng tác với vật liệu gia công Cơ chế mòn mặt sau liên quan đến nhiệt, số chu kỳ cào xƣớc hạt cứng dính Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 70 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 71 of 126 - 69 - kết hợp với tác dụng ôxi hoá ôxi từ môi trƣờng tạo nên mảng dạng vẩy bong khỏi mặt sau 4.4.2 Phân tích chất lƣợng bề mặt phôi thép X12M độ cứng khác lần cắt khác 4.4.2.1 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 tƣơng ứng với chiều dài cắt L =750 mm 1.4 1.2 Tiện lần Ra (μm) Ra (μm) Tiện lần 0.8 Tiện lần 0.6 0.4 0.2 45 - 47 54 - 56 60 - 62 Độ cứng Hình 4.12 Đồ thị quan hệ độ cứng phôi nhám bề mặt lần cắt khác (L = 750 mm) Từ đồ thị thấy độ cứng phôi tăng nhám bề mặt tăng theo Tuy nhiên ,mức độ tăng không đồng Ở lần cắt thứ nhất, nhám bề mặt tăng nhanh độ cứng phôi tăng từ 45 HRC đến 54 HRC Khi tăng độ cứng phôi lên 62 HRC, nhám bề mặt tăng nhƣng không tăng nhanh nhƣ trƣớc Ở lần cắt tiếp theo, nhám bề mặt tăng chậm tăng độ cứng lên 54 HRC Tuy nhiên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 71 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 72 of 126 - 70 - nhám bề mặt lại tăng nhanh gia công phôi độ cứng 62 HRC Đến lần cắt thứ nhám bề mặt tăng đồng Sự tăng nhanh nhám bề mặt liên quan đến phát triển chiều rộng vùng mòn mặt trƣớc chiều cao vùng mòn mặt sau xuất mảng dạng vảy vùng mòn mặt sau 4.4.2.2 Phân tích hình ảnh chụp topography bề mặt Đối với trình gia công tiện (gia công nói chung) chất lƣợng bề mặt bị ảnh hƣởng nhiều tác động trình tạo phoi, lực cắt, nhiệt cắt… Để đánh giá chất lƣợng 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 hƣởng 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 hƣởng độ cứng phôi đến chất lƣợng bề mặt Trong hình (4.5e, 4.5f, 4.6e, 4.6f, 4.7e, 4.7f, 4.8e, 4.8f, 4.9e, 4.9f, 4.10e, 4.10f hình chụp topography bề mặt phôi độ cứng khác sau gia công lần cắt khác Trên bề mặt gia công hình thành nhiều nhóm vệt dài nhóm cách khoảng xấp xỉ 0,12mm Các khoảng cách lƣợng chạy chạy dao Sử dụng thông số chế độ cắt (v = 110m/phút, S = 0,12mm/vòng, t = 0,15mm) thấy độ cứng phôi tăng mòn mặt sau tăng đồng thời nhám bề mặt tăng theo Qua kết chụp topography bề mặt ta thấy độ cứng tế vi nhƣ biến dạng lớp bề mặt phụ thuộc vào độ cứng phôi Tuy nhiên biến dạng lớp bề mặt gia công không nhiều, điều có nghĩa chiều sâu lớp biến cứng bề mặt (lớp trắng) không nhiều 4.5 Kết luận Các kết nghiên cứu cho thấy tiện tinh thép X12M dao CBN, mòn mặt trƣớc mặt sau hai dạng mòn chủ yếu Cơ chế mòn mặt trƣớc chủ yếu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 72 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 73 of 126 - 71 - biến dạng dẻo tác dụng cào xƣớc hạt cứng thép tách khỏi bề mặt hạt CBN mỏi dính với bóc tách mảng vật liệu mặt trƣớc Cơ chế mòn mặt sau trình bóc tách hạt CBN pha thứ hai vật liệu dụng cụ bị yếu tƣơng tác với vật liệu gia công Cơ chế mòn mặt sau liên quan đến nhiệt, số chu kỳ cào xƣớc hạt cứng dính kết hợp với tác dụng ôxi hoá ôxi từ môi trƣờng tạo nên mảng dạng vẩy bong khỏi mặt sau Ba chế mòn tiện cứng thép X12M qua thay đổi độ cứng phôi mòn dính, mòn cào xƣớc mòn nhiệt Mòn nhiệt dạng mòn dãn nở nhiệt cục lớp vật liệu dụng cụ mặt sau kết hợp với trình ôxy hoá nhiệt độ cso làm bong mảnh vật liệu dụng cụ khỏi bề mặt Mòn phát triển nhanh vùng dƣới lƣỡi cắt phụ làm tăng nhám bề mặt phá huỷ lƣỡi dao Mòn mặt sau từ lƣỡi cắt mòn dính mòn cào xƣớc gây hạt CBN bị bong từ vật liệu dụng cụ hạt bít vật liệu gia công Tốc độ mòn tỉ lệ với độ cứng vật liệu gia công Khi độ cứng vật liệu gia công tăng mòn dụng cụ cắt tăng đồng thời nhám bề mặt tăng theo Việc bề mặt phôi hình thành nhiều nhóm rãnh dài, cách khoảng 0,12mm đƣợc cho lƣợng chạy dao cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu để tìm chất tƣợng Từ kết nghiên cứu thấy gia công tinh thép X12M qua chế độ cắt (v = 110m/phút, S = 0,12mm/vòng, t = 0,15mm) không nên sử dụng phôi có độ cứng cao độ cứng cao dụng cụ bị phá huỷ nhanh chất lƣợng bề mặt phôi không tốt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 73 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 74 of 126 - 72 - 4.6 PHẦN KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 4.6.1 Phần kết luận chung Qua nội dung thực luận văn, tác giả rút đƣợc kết luận sau: - Đánh giá tổng quan nghiên cứu gần lĩnh vực tiện nói chung tiện cứng nói riêng khía cạnh lý, hoá, nhiệt, chất lƣợng bề mặt, mòn tuổi bền… - Giới thiệu nguyên nhân gây mòn tiện cứng đồng thời kiểm nghiệm phát vấn đề vềmòn mảnh dao CBN - Tìm đƣợc chất tƣơng tác ma sát mặt trƣớc dụng cụ 4.6.2 Hƣớng nghiên cứu đề tài Kết nghiên cứu đề tài dừng chế độ công nghệ, kiểu mảnh dao, 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 mảnh CBN nói chung chất lƣợng bề mặt phôi Nghiên cứu ảnh hƣởng hình dạng lƣỡi cắt đến chất lƣợng bề mặt mòn dụng cụ? Nghiên cứu ảnh hƣởng lực cắt đến chất lƣợng bề mặt tuổi bền dụng cụ Những gợi mở giúp nhà nghiên cứu có thêm liệu để kiểm tra, đánh giá phát lĩnh vực tiện nói chung tiện cứng nói riêng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 74 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 75 of 126 - 73 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Quang Thế (2002), Luận án Tiến sĩ “Nghiên cứu khả làm việc dụng cụ thép gió phủ dùng cắt thép cacbon trung bình”, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội [2] 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 trƣờng đại học (60) [3].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 trƣờng đại học (62) [4] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sĩ Tuý (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 - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội [6] 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 [7] Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), “Cơ sở chất lượng trình cắt”, Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên [8] Nguyễn Mạnh Cƣờng(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 Trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên [9] 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 [10] S.Y Lou, Y.S Liao, Y.Y Tsai Wear characteristics in turning high hardness alloy steel by ceramic and CBN tools Journal of Materials Processing Technology 88 (1999) 114 – 121 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 75 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 76 of 126 - 74 - [11] 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 [12].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 [13] G Poulachon , A Moisan , I.S.Jawahir Tool-wearmechanisms in hardturning with polycrystalline cubic boronnitride tools Wear 250 (2001) 576– 586 [14] Y Kevin Chou , Chris J Evans Cubic boron nitride tool wear in interrupted hard cutting Wear 225–229 (1999) 234–245 [15] Tugrul Ozel, Tsu-Kong Hsu, Erol Zeren (11August 2004) Effects of 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 [16] 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) [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] Jiang Hua, Rajiv Shivpuri, Xiaomin Cheng, Vikram Bedekar, Yoichi Masumoto, Fukuo Hashimoto, Thomas R Watkins Effect of feed rate, workpiece hardness and cutting edge on subsurface residual stress in the hard turning of Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 76 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 77 of 126 - 75 - bearing steel using chamfer + hone cutting edge geometry Materials Science and Engineering A394 (2005) 238 - 248 [20] Dilbag Singh P Venkateswara Rao A surface roughness prediction model for hard turning process ORIGINAL ARTICLE [21] J M Zhou, M Andersson, J E Stahl The monitoring of flank wear on the CBN tool in the hard turning process, ( 27 June 2003) [22] Yong Huang, Steven Y Liang Modelling of CBN tool crater wear in finish hard turning, (16 June 2004) [23] R K Kountanya Optimizing PCBN cutting tool performance in hard turning Applications Development Organization, Diamond Innovations Inc., 6325 Huntley Road, Columbus, OH 43229, USA [24] John E Bringas, Editor (2004) “Handbook of comparative world steel standards” Printed in USA, August 2004 [25] Tren E.M and Wright P.K (2000), Metal Cutting, Butterworth- Heineman, USA [26] Doyle E.D, Horne J.C and Tabor D(1997), Prictional Interaction between Chip and Rake face in Continuous Chip formation, Proceedings of Royal Society London, A.336, pp.173 - 183 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 77 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn ... NGHIÊN CỨU Nghiên cứu ảnh hƣởng độ cứng thép X12M qua đến mòn dụng cụ (cụ thể mảnh CBN )và chất lƣợng bề mặt chi tiết (nhám bề mặt, topography bề mặt) trình tiện cứng, cụ thể tiện thép X12M qua +... đến trình tiện cứng, ảnh hƣởng độ cứng phôi đến nhám bề mặt lực cắt tiện thép AISI H13 [6], [9] Nghiên cứu ảnh hƣởng độ cứng phôi đến tính chất bề mặt mòn dụng cụ trình tiện thép X12M qua tiếp... dụng cụ chậm nhất, nâng cao tuổi bền dụng cụ Vì lý em thấy cần thiết chọn đề tài nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hƣởng độ cứng thép X12M qua đến chất lƣợng lớp bề mặt mòn dụng cụ tiện cứng NỘI DUNG NGHIÊN