Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt của dao phay thép gió sản xuất tại việt nam đến chất lượng bề mặt chi tiết

Để nâng cao năng suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia công, phần cắt của dụng cụ không những phải có hình dáng hình học hợp lý mà còn phải được chế tạo từ những loại vật liệu thích h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Trần Thế Lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẬT LIỆU DỤNG CỤ CẮT

1.1 Tổng quan một số vật liệu dụng cụ cắt

1.1.1 Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ cắt

Đặc tính phần dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến năng suất gia công và chất lượng bề mặt chi tiết Khả năng giữ được tính cắt của dụng cụ góp phần quyết định năng suất gia công của dụng cụ Dụng cụ làm việc trong điều kiện cắt khó khăn vì ngoài áp lực, nhiệt độ cao, dụng cụ cắt còn bị mài mòn và rung động trong quá trình cắt

Trong quá trình gia công, phần cắt của dụng cụ trực tiếp làm nhiệm vụ cắt đề tạo phoi Để nâng cao năng suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia công, phần cắt của dụng cụ không những phải có hình dáng hình học hợp lý mà còn phải được chế tạo từ những loại vật liệu thích hợp Vì vậy, vật liệu dụng cụ cắt cần thiết phải đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau đây

a Tính năng cắt

Trong quá trình cắt, phần lưỡi cắt trên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt

áp lực riêng lớn gấp 100 ÷ 200 lần so với áp lực cho phép của chi tiết máy Nhiệt độ

thực hiện có hiệu quả khi dụng cụ cắt có khả năng giữ được tính cắt trong khoảng thời gian dài Điều đó đòi hỏi vật liệu dụng cụ cắt cần phải có đầy đủ tính chất cơ lý cần thiết như độ cứng, độ chịu mòn, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt

- Độ cứng: Độ cứng là một trong những chỉ tiêu quan trọng của vật liệu dụng

cụ cắt Muốn cắt được, vật liệu phần cắt của dụng cụ cắt thường phải có độ cứng lớn hơn vật liệu gia công khoảng 25 HRC Độ cứng phần cắt của dụng cụ cắt thường phải đạt trong khoảng 60 ÷ 65 HRC Nâng cao độ cứng phần cắt của dụng

cụ cắt cho phép tăng khả năng chịu mòn và tăng tốc độ cắt

Trong quá trình cắt, cần quan tâm nhiều đến độ cứng nhiệt của lưỡi cắt tức là

độ cứng xét trong trạng thái lưỡi cắt bị nung nóng Vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến

- Độ bề cơ học Trong quấ trình cắt, dung cụ cắt thường chịu những lực và những xung lực rất lớn Mặt khác, dung cụ cắt còn chịu rung động do hệ thống máy – dao – đồ gá chi tiết không đủ độ cứng vững hoặc do dao làm việc trong điều kiện tải trọng động lớn hoặc do sự thay đỏi liên tục của lực cắt Do đó dẫn đến tình trạng lưỡi cắt dễ bị phá hủy sớm do mẻ, vỡ, tróc, mòn,… Vì vậy để nâng cao tính năng cắt gọt dụng cụ cắt phải có độ bền cơ học cao

Việc nâng cao độ bền cơ học của vật liệu dụng cụ cắt, nhất là đối với hợp kim cứng và vật liệu sứ là một trong những hướng chính đang được nghiên cứu trong sản xuất dụng cụ cắt

- Độ bền nhiệt Độ bền nhiệt là khả năng giữ được độ cứng cao và các tính năng cắt khác ở nhiệt độ cao trong khoảng thời gian dài Độ bền nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt độ giới hạn mà khi nung liên tục vật liệu dụng cụ cắt trong khoảng thời gian nhất định (khoảng 3h) thì nhiệt độ đó độ cứng không giảm quá mức quy định (khoảng 60HRC)

Độ bền nhiệt là tính năng quan trọng nhất của vật liệu dụng cụ cắt Nó quyết định việc duy trì khả năng cắt của dao trong điều kiện nhiệt độ và áp lực rất lớn ở vùng cắt

Độ bền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim như vonfram, crom, vanadi, moolipden, coban… Trong đó vonfram là thành phần hợp kim cơ bản làm cho thép có độ bền nhiệt Độ bền nh dệt được nâng cao khi tăng

ảnh hưởng đến độ bền nhiệt Khi thép gió có 18% W, 10% Co thì độ bền nhiệt lên

có độ dẫn nhiệt lớn hơn hẳn so với các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nên cho phép cắt ở tốc độ rất cao

- Tính chịu mòn: Độ bền mòn của vật liệu cụng cụ cắt được đặc trưng bởi khả năng giữ vững hình dáng và thông số hình học trong suốt quá trình gia công

Trong quá trình cắt, mặt trước tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với mặt đang gia công của chi tiết với tốc độ trượt lớn, do đó vật liệu phải có tính chịu mòn cao Khi phần cắt của dụng cụ đủ sức bền cơ học, thì dạng hỏng chủ yếu là bị mài mòn Thực tế chỉ rõ rằng, khi độ cứng càng cao thì tính chịu mòn của dụng cụ càng cao Tính chịu mòn tỷ lệ thuận với độ cứng

Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng mòn dao là hiện tượng dính chảy của vật liệu làm dao.Tính chảy dính của vật liệu làm dao được đặc trưng bởi nhiệt độ chảy dính giữa hai vật liệu tiếp xúc nhau… vật liêu chế tạo dao tốt là loại vật liệu có nhiệt độ chảy dính cao Qua thực nghiệm cho thấy, nhiệt độ chảy dính của các loại hợp kim cứng có cacbit vonfram (WC), cacbit Titan (TiC),

b Tính công nghệ

Dụng cụ cắt thường có hình dang hình học phức tạp, đòi hỏi những yêu cầu

kỹ thuật khá cao về độ chính xác về hình dáng, kích thước, độ nhẵn bề mặt Vì vậy vật liệu dụng cụ cắt phải có tính công nghệ tốt

Tính công nghệ tốt là khả năng của vật liệu cho phép gia công hợp lý, dễ dàng bằng các phương pháp gia công khác nhau như; hàn, gia công áp lực, bằng cắt, bằng nhiệt luyện, hóa nhiệt…

Tính công nghệ của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như; Thành phần hóa học, cấu trúc tế vi, kích thước hạt, độ cứng, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt

c Tính kinh tế

Khi chọn vật liệu dụng cụ cắt, ngoài việc chú ý đến tính năng cắt gọt, tính công nghệ còn phải chú ý đến giá thành sản phẩm Vật liệu chế tạo dụng cụ cắt thường đắt tiền Vì vậy chi phí cho vật liệu chế tạo dụng cụ cắt thường chiếm tỷ lệ

cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dao, của chi tiết gia công, nhằm làm giảm chi

phí chế tạo dụng cụ cắt

1.1.2 Các loại vật liệu dụng cụ cắt trong ngành cơ khí

Vật liệu dụng cụ cắt được hình thành, phát triển theo nhu cầu phát triển của

khoa học kỹ thuật và của nhà sản xuất Chúng được chia thành các loại sau: Thép

cacabon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, kim cương, nitơrit

bo lập phương…

chúng được trình bày trong bảng 1.1 và tính chất được trình bày trên biểu đồ 1.1

Bảng 1.1 Lịch sử phát triển và đặc tính của vật liệu dụng cụ cắt [3]

Độ cứng (HRC)

Qua sự phát triển của vật liệu dụng cụ cắt, có thể thấy rằng phần vật liệu

cứng trong các loại vật liệu tăng lên, do đó tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng,

tăng tuổi bền dụng cụ cắt và tăng tốc độ cắt, phần vật liệu cứng trong các loại vật

liệu dụng cụ có thể được đánh giá theo %

6 Hợp kim cứng đặc biệt

7 Sành sứ

8 Vật liệu cắt siêu cứng

Hinh 1.1 Tính chất vật liệu của dụng cụ [3]

a Thép cacbon dụng cụ

hàm lượng Cacbon chứa trong thép thường vào khoảng 0,65 ÷ 1,35%

Sau khi nhiệt luyện, độ cứng bề mặt đạt độ cứng 60 HRC ÷ 65 HRC, còn trong lõi đạt độ cứng khoảng 40HRC Độ thấm tôi của thép Cacbon dụng cụ thấp nên thường được tiến hành tôi trong nước hoặc trong hỗn hợp nước muối Do tốc độ làm nguội nhanh nên trong khi tôi thép cacbon dụng cụ thường bị nứt, vỡ Ngoài ra thép cacbon dụng cụ “nhạy cảm” với nhiệt độ, do đó khi quá nhiệt, kích thước hạt tăng nhanh làm độ giòn tăng dễ bị vỡ, gãy

mòn kém, tính năng cắt thấp Do đó thép cacbon dụng cụ chỉ dùng để chế tạo những loại dụng cụ cắt làm việc với tốc độ thấp cắt các loại vật liệu mềm Thường chỉ cắt với tốc độ cắt 4 ÷ 10 m/ph

Ưu điểm của thép cacbon dụng cụ là dễ mài sắc, dễ đạt độ nhẵn bề mặt cao, giá thành rẻ

Hiện chúng ta đang sử dụng một số mác thép Cacbon dụng cụ sau: CD70A, CD80A, CD90A, CD100A, CD110A, CD120A, CD130A ( Tương đương với mác thép của Nga là Y7A, Y8A, Y9A, Y10A, Y11A, Y12A, Y13A) Trong đó CD là kí hiệu thép cacbon dụng cụ, các chỉ số 70,80,90…130 là số phần vạn Cacbon trong thép A là thép loại tốt (Hàm lượng S < 0,02%, P<0,03%)

Thép CD70A có độ dẻo và độ dai tốt, chịu được va đập nên thường dùng để chế tạo các dụng cụ rèn, nguội như mũi đục, mũi núng… Thép CD80A, CD90A dùng để chế tạo các dụng cụ gia công gỗ như lưỡi cưa dọc, lưỡi cưa đĩa… Thép CD 100A, CD110A, CD120A, CD130A thường dùng để chế tạo mũi doa, bàn ren, taro, giũa…

b Thép hợp kim dụng cụ

Để tăng tính cắt, có thế pha thêm vào thép cacbon dụng cụ một số nguyên tố hợp kim như Vonfram, Crom, Vanađi… với hàm lượng khoảng 0,5 ÷ 3% và nhận

Crom để tăng độ thấm tôi và độ cứng Vanadi tạo ra cacbit có độ hạt nhỏ nên độ cứng cao, độ bền cao

luyện đạt độ cứng 62 ÷ 66 HRC Tuy không cứng hơn thép Cacbon dụng cụ nhưng

phép nâng cao tốc độ cắt lên gấp 1,2 ÷ 1,4 lần so với dao bằng thép cacbon dụng cụ

Để chế tạo dụng cụ cắt, thường dùng các loại mác thép sau: 90CrSi (9XC), 100CrWMn (XBҐ) 130Cr12V1 (X12φ1), 110 Cr6WV (X6Bφ) Trong đó thép 90CrSi được dùng rộng rãi nhất vì có nhiều ưu điểm như

- Rẻ tiền so với các mác thép hợp kim dụng cụ khác

- Độ thấm tôi và tính tôi tốt nên sau khi tôi có thể làm nguội trong dầu Dụng

cụ cắt sau khi tôi ít bị biến dạng, cong vênh

- Phân bố Cacbit đồng đều nên độ bền nhiệt cao, cho phép nâng cao tốc độ cắt

- Tuy vậy thép 90CrSi có các nhược điểm sau;

- Độ cứng ở trạng thái ủ vẫn cao, do đó khó gia công

Khi nhiệt luyện dễ gây ra lớp thoát Cacbon ảnh hưởng xấu đến độ cứng tại những chỗ mỏng trên phần cắt của dao Thép 90CrSi được dùng để chế tạo các loại dụng cụ cắt có biên dạng không mài lại sau nhiệt luyện, các dụng cụ có kích thước lớn, các dụng cụ gia công ren…

Thép hợp kim 100CrWMn có độ thấm tôi tốt, có thể tôi trong dầu và rất ít bị biến dạng sau khi nhiệt luyện Do đó thường dùng để chế tạo dao chuốt nhất là dao chuốt có chiều dài lớn và tiết diện ngang nhỏ Ví dụ như dao chuốt rãnh then Nhược điểm của thép 100CrWMn là dễ tạo ra các lưới cacbit do đó làm cho lưỡi dao dễ bị mẻ Vì vậy không nên để chế tạo dao làm việc trong điều kiện tải trọng động lớn

Tính chất cơ lý và thành phần hóa học của một số thép hợp kim dụng cụ thông dụng được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ [3]

và độ bền cơ học cao Độ bền nhiệt khoảng 6000C Vì vậy, dao thép gió có thể cắt với tốc độ cắt cao gấp 3 đến 4 lần thép cacbon dụng cụ Tốc độc cắt cao nhất của thép gió Vmax = 50m/ph

Thép gió năng suất thường, gồm các mác P18, P12, P9, P6M5

Thép gió năng suất cao, gồm các mác P18φ2, P9φ5, P14φ4, P9K5, P9K10, P18K5φ2, P10K5φ5

Trong đó P chỉ thép gió, φ - Vanađi, K – Côban (Co)

M – Molipđen (M0)

Các chỉ số sau chữ P , φ, K, M biểu thị hàm lượng tính theo phần trăm của Vonfram, Vanađi, Côban, Molipđen

Thép P18 và P9 được sử dụng phổ biến Chúng có độ bền nhiệt và tính năng cắt như nhau Do đó tuổi bền khi cắt ở vùng tốc độ cao như nhau Còn khi cắt ở tốc

độ thấp ( dao chuốt), dao thép gió P18 có tuổi bển cao hơn thép gió P9 vì độ chịu mòn ở trạng thái nguội của thép P18 cao hơn P9

Thép P9 có hàm lượng Vanađi cao hơn nên cứng hơn, khó mài hơn Khi mài sắc dễ sinh hiện tượng cháy bề mặt làm giảm độ cứng Thép P9 có hàm lượng Vonfram ít hơn nên rẻ tiền hơn mặt khác do ít Vonfram nên lượng cacbit dư ít và

có sự phân bố cacbit đồng đều hơn nên có tính gia công tốt ở trạng thái nóng, dễ rèn, dễ cán Điểu đó quan trọng đối với dụng cụ cắt có phôi tạo nên bằng phương pháp biến dạng dẻo ( Mũi khoan…)

Nhược điểm lớn nhất của thép gió là sự phân bố không đồng đều của cácbit sinh ra trong quá trình biến cứng của thép đúc Do đó làm giảm chất lượng và cơ tính của thép gió dẫn đến lưỡi cắt dễ bị mẻ gẫy, làm giảm tuổi bền của dao Vì vậy trước khi gia công cơ, phôi thép gió cần được rèn đi rèn lại nhiều lần để phân bố lại cacbit cho đều

Đối với dụng cụ cắt có hình dáng đơn giản ( Dao tiện, dao phay, mũi khoét…) làm việc ở vùng tốc độ cao nên làm bằng thép gió P9 Còn đối với các loại dao định hình phức tạp ( Dao cắt ren, cắt răng… cũng như đối với các dụng cụ cắt làm việc ở vùng tốc độ thấp ( dao chuốt, mũi doa, mũi khoét nhỏ…) Nên chế tạo bằng thép gió P18

Théo gió có năng xuất cao được chế tạo theo 2 hướng:

+ Thêm Coban: như thép gió P9K5, P9K10, P10K5φ5, P18K5φ2 Coban làm tăng độ chịu nhiệt, độ cứng do đó làm tăng tính cắt của thép gió Nhưng nếu tăng coban quá nhiều sẽ làm tăng độ giòn, giảm độ bền Mặt khác coban đắt tiền nên loại thép gió này chỉ dung để gia công các vật liệu khó cắt như: thép chịu nhiệt, thép không gỉ…

+ Thêm Vanadi: Như thép gió P9φ9, P14φ4, P18φ2, P10K5φ5, P18K5φ2 Thép gió Vanadi có độ bền nhiệt và nhất là độ cứng, độ chịu mòn cao hơn thép gió

công các loại dao gia công tinh và có lưỡi cắt mỏng ( dao chuốt, mũi doa, dao cà răng…)

Thép gió thường có hàm lượng molipden khoảng 0,3% Để giảm lượng Vonfram, có thể tăng molipden theo định mức: 1% molipden thay cho 2% Vonfram

và nhận được loại thép gió molipden Khi đó mác thép được ghi thêm chữ M

Ví dụ: P18M và P9M Hàm lượng molipden trong thép gió P18M cho phép đến 1% trong thép gió P9M cho phép đến 0,6% Nói chung tính năng cắt của hai nhóm thép gió vonfram và molipden tương đương nhau Thép gió molipden có độ không đồng nhất cácbít nhỏ hơn thép gió vonfram Song nhược điểm cơ bản của thép gió molipden là làm giảm nhiệt độ tôi và sự tăng thoát cácbon trên bề mặt khi tăng hàm lượng molipden Vì vậy để tránh làm hỏng lớp bề mặt của dao cần tiến hành tôi trong lò có môi trường bảo vệ

Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vảo nhiệt luyện, vì vậy khi nhiệt luyện thép gió cần chú ý một số điểm sau:

- Ram sau khi tôi nhiều lần ( 3 lần ) Mỗi lần trong 1 giờ Sau mỗi lần ram phải để nguội đến nhiệt độ thường

850 550

Hình 1.2 Sơ đồ tôi và ram thép gió [3]

Ở Mỹ, thép gió được chia làm 2 nhóm: thép gió molipden và thép gió vonfram Theo hệ tiêu chuẩn AISI thép gió molipden gồm các mác sau:

M1, M2, M3, M4, M6, M7, M10, M30, M33, M34, M36, M42, M42, ,43, M44, M46, M47

Nhóm thép gió vonfram gồm các mác sau: T1, T2, T4, T5, T6, T8, T15 Ở Nhật thép gió vonfram có các mác sau: SKH2, SKH3, SKH4, SKH10

Nhóm thép gió molipden – vonfram có các mác: SKH51, SKH52, SKH53, SKH54, SKH55, SKH56, SKH57, SKH58, SKH59

Thời gian Lần 1

Ký hiệu các loại thép gió thông dụng

Dùng cho tất cả các loại dụng cụ cắt để gia công thép cácbon, thép hợp kim

Dùng để chế tạo các loại dụng cụ đơn giản, gia công các loại thép kết cấu

Z85WDV 06-05-02

Dùng như loại trên, đặc biệt để chế tạo dụng cụ cắt ren và dụng

cụ cắt chịu va đập

Z130WDV 06-05-04

Dùng để chế tọa các loại dụng cụ gia công tinh (dao tiện định hình, mui doa, dao chuốt, dao phay) gia công các loại thép kết cấu hợp kim và không hợp kim

18-05

Dùng để chế tạo các dụng cụ gia công thô và bán tinh khi cắt các loại thép và hợp kim chịu nóng, thép không gỉ

Z80WDV 06-05-02

Dùng chế tạo các dụng cụ gia công thô và bán tinh, gia công các loại thép không gỉ, thép hợp kim

d Hợp kim cứng

Hợp kim cứng được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột Thành phần chủ yếu của hợp kim cứng là cacbit vonfram, một số loại còn có cacbit Titan Hợp kim cứng có độ cứng lớn hơn: HRA87 ÷ 92 (lớn hơn HRC70) Độ bền nhiệt cao:

độ cắt rất lớn, khoảng 100 ÷ 500 m/ph Năng suất cắt tăng gấp 2 ÷ 3 lần so với dao thép gió

Nhược điểm cơ bản của hợp kim cứng là độ bền uốn kém, độ dẻo thấp Do

đó dao hợp kim cứng cần làm việc trong điều kiện không có va đập, tránh tải trọng thay đổi và hệ thống công nghệ cần đảm bảo độ cứng vững

Hợp kim cứng được chia làm 3 nhóm:

- Nhóm một cacbit: Còn gọi là hợp kim cứng vonfram, kí hiệu BK Nhóm này được

tạo thành bởi cacbit vonfram và dung dịch đặc của nó trong Coban Hợp kim cứng vonfram có các mác sau: BK2, BK3, BK4, BK6, BK6M, BK8, BK8B, BK10, BK11, BK15 Chỉ số ghi sau chữ K là phần trăm Coban, còn lại là cacbit vonfram Chữ M ở cuối chỉ loại cacbit hạt nhỏ Chữ B ghi ở cuối chỉ loại cacbit hạt lớn

Hợp kim cứng BK2, BK3, BK4, BK6, BK8, BK6M, được dùng để gia công các kim loại Trong đó BK8 được dùng phổ biến nhất Hợp kim cứng BK4 có tính cắt cao hơn BK8, tốc độ cắt lớn hơn 30 ÷ 70% và tuổi bền cao hơn từ 2 ÷ 5 lần tùy theo điều kiện gia công Hợp kim cứng BK6M có độ hạt rất nhỏ và độ xốp rất thấp, thường dùng để gia công Gang đặc biệt cứng, thép không gỉ

Nói chung hợp kim cứng nhóm một cacbit thường dùng để gia công gang hoặc các lại thép cứng vì chúng có độ bền dẻo cao, chịu được va đập lớn

- Nhóm hai cacbit: Còn gọi là hợp kim cứng Titan – Vonfram, kí hiệu: TK Nhóm

này được tạo thành bởi cacbit Vomfram, cacbit Titan và dung dịch đặc của chúng trong coban Hợp kim cứng Titan – Vonfram có các mác sau: T5K10, T14K8, T15K6, T15K6T, T30K4, T60K6

Chỉ số ghi sau chữ K là phần trăm coban Chỉ số ghi sau chữ T là phần trăm

phương pháp công nghệ đặc biệt Do đó khả năng chịu mòn tốt hơn T15K6 (khi tiện với tốc độ cắt v > 60m/ph chịu mài mòn tốt hơn từ 2 ÷ 3 lần)

cắt cao vì chúng có độ bền nhiệt cao, độ cứng cao và tính hàn dính thấp Hợp kim cứng T15K6 có độ bền cao nhưng tính chịu mòn thấp nên được dùng để gia công thô thép khi cắt gián đoạn với lượng chạy dao lớn và tiết diện phoi không đều Hợp kim cứng T14K8 và T15K6 có độ bền thấp hơn và khả năng chịu mòn cao hơn T15K10 được dùng để gia công tinh thép với lượng chạy dao trung bình và tiết diện phoi tương đối đều khi cắt liên tục

Hợp kim cứng T30K4 và T60K6 có khả năng chịu mòn tốt nhưng độ giòn lớn hơn, nên được dùng để gia công tinh thép với lượng chạy dao nhỏ và cắt liên tục với tốc độ cắt cao

- Nhóm ba cacbit: Còn gọi là hợp kim cứng titan, titan – vonfram, ký hiệu: TTK

Nhóm này được tạo thành bởi cacbit vonfram, cacbit titan, cacbit tantan và dung dịch đặc của chúng trong coban Chúng bao gồm các mác sau: TT7K12, TT7K15, TT10K8, TT20K9

Bảng 1.5 Thành phần hóa học của Nhóm ba cacbit [3]

Cho thêm nguyên tố tantan vào hợp kim cứng sẽ đem lại các ưu điểm sau:

- Mở rộng khả năng gia công của hợp kim cứng

cứng nhóm ba cacbit có phạm vi sử dụng hẹp, thường chỉ dùng để gia công các loại thép cứng và hợp kim bền nhiệt (không có lớp vỏ cứng và không có va đập)

Theo tiêu chuẩn ISO, hợp kim cứng được phân loại theo lĩnh vực sử dụng và chia thành ba nhóm cơ bản: P, K và M

- Nhóm K: Dùng để gia công gang xám, gang biến trắng, kim loại màu và những

hợp kim của chúng, vật liệu phi kim loại Chúng gồm có các mác sau: K01, K05, K10, K20, K30, K40 và K50 Hợp kim cứng nhóm K có màu đỏ, độ cứng khoảng HRA87,5 ÷ 93,8

- Nhóm P: Dùng để gia công thép dẻo và các vật liệu khi cắt có phoi dây Chúng

bao gồm các mác sau: P01, P10, P15, P20, P25, P30, P40 và P50 Hợp kim cứng nhóm P có màu xanh, độ cứng khoảng HRA88,5 ÷ 96,5

- Nhóm M: Dùng để gia công gang hợp kim rèn, thép và hợp kim bền nhiệt, thép

không gỉ và các vật liệu khó gia công Chúng bao gồm các mác sau: M05, M10, M20, M30, M40 và M50 Hợp kim cứng nhóm M có màu vàng, độ cứng khoảng HRA91,8 ÷ 93,6

e Vật liệu sứ:

Vật liệu sứ được chế tạo từ đất sét kỹ thuật (hỗn hợp giữa γAl2O3 và αAl2O3)

1µK, hạt lớn nhất có kích thước không quá 2µK Bột αAl2O3 được đem ép thành mảnh dao có kích thước quy định và mang đi thiêu kết Vật liệu sứ có những đặc tính sau:

- Có độ cứng cao: 89 ÷ 95 HRC

cứng cao

- Độ chịu mòn cao nên được dùng với dụng cụ cắt yêu cầu tuổi bền kích thước cao Khi tiện thép 45, tuổi bền của dao sứ tăng gấp 8 lần so với dao hợp kim cứng T15K6

- Vật liệu sứ ít giống tính chất của kim loại nên ít có xu hướng dính kết với vật liệu gia công Khả năng hình thành lẹo dao ít Chất lượng gia công tốt nên cho phép sử dụng để cắt thép và hợp kim khó gia công

- Có tính kinh tế cao vì là loại vật liệu rẻ tiền, giá thành của vật liệu sứ chỉ bằng khoảng 1/1000 giá thành của hợp kim cứng

Một trong những biện pháp nâng cao chất lượng của vật liệu sứ là nâng cao giới hạn bền uốn bằng cách pha thêm vào các nguyên tố hợp kim như vonfram, moolip đen, bo, titan, niken, … để được loại vật liệu gọi là kim loại sứ

Hiện nay loại vật liệu có cơ tính cao như B-3, BOK-60, BOK-63

f Kim cương:

Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphit ở áp suất lớn (100.000 atm) và

cắt kim loại Việc sử dụng kim cương nhân tạo đặc biệt có hiệu quả khi gia công hợp kim cứng và các loại vật liệu khó gia công khác

cứng

Chính vì vậy dao kim cương có thể cắt với tốc độ cắt rất cao trong khi độ bền

cao và hệ số ma sát rất nhỏ nên kim cương thường chỉ dùng để gia công tinh Kim cương được sử dụng để chế tạo đá mài hoặc bột mài mịn dùng cho các nguyên công mài, mài sắc, mài nghiền để gia công các dụng cụ cắt và chi tiết bằng hợp kim cứng

Dao tiện kim cương được sử dụng chủ yếu để gia công tinh các kim loại màu

và còn dùng để gia công vật liệu phi kim loại như chất dẻo, êbônít, cao su cứng,… Khi gia công chất dẻo, tuổi bền của dao tiện kim cương lớn gấp hàng trăm lần dao hợp kim cứng Kim cương gắn trên mũi khoan để khoan kính và khoan các lớp đá đặc biệt cứng Đặc biệt kim cương còn được dùng để gia công các vật liệu cứng như germani, silic, corun, chất bán dẫn các dạng vật liệu sứ đặc biệt

g Nitritbo lập phương

Còn được gọi là enbo hoặc bôrađôn Đó là loại vật liệu tổng hợp mới rất có triển vọng, bao gồm 40% Bo và 50% nit

Nitritbo lập phương có độ cứng tương tự như kim cương nhưng độ chịu nhiệt

được

Hiện nay nitritbo lập phương đã được sử dụng để làm đá mài, thanh mài và những dụng cụ mài khác với những chất dính kết khác nhau Chúng được dùng để mài tinh các loại thép thông thường Khi đó bề mặt gia công đạt độ nhẵn từ cấp 9 ÷

10, độ mòn của đá mài giảm 50%, hiệu suất mài tăng 25 ÷ 30% Nhiều công trình thử nghiệm đã sử dụng có hiệu quả nitritbo lập phương vào việc mài vật liệu và hợp kim khó gia công

1.2 Kết luận:

Qua tổng quan về các loại vật liệu làm dụng cụ cắt kể trên ta thấy vật liệu thép gió vẫn là loại vật liêu dụng cụ cắt phổ biến trong nền cơ khí , nó có độ thấm tôi , độ bền mòn và bền cơ học cao, do đó nó cho phép cắt với vận tốc lớn, giá thành của loại vật liệu này cũng rất hợp lý , chính vì như vậy việc chọn thép gió làm vật liệu dụng cụ cắt là một hướng đúng đắn ,phù hợp với nền cơ khí của nước ta

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT CỦA DAO PHAY THÉP

GIÓ SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY HỢP KIM NHÔM 380

2.1 Tính gia công của vật liệu

2.1.1 Giới thiệu chung về tính gia công

Thuật ngữ “tính gia công” đề cập đến mức độ khó hay dễ gia công của một vật liệu cho trước (hay một nhóm vật liệu) Các yếu tố tác động đến tính gia công được biểu diễn bằng biểu đồ trong H2.1 Một vài thuộc tính của vật liệu phoi ảnh hưởng đến tính gia công Nhân tố quan trọng nhất bao gồm thành phần hoá học, cấu trúc tế vi, cơ tính (tức là độ cứng, độ bền và đặc tính biến cứng) và lý tính (tính dẫn nhiệt và khuyếch tán) Tuy nhiên, tính gia công không phải là một thuộc tính của vật liệu, mà là thuộc tính của hệ thống gia công, thuộc tính của hệ thống gia công bị ảnh hưởng bởi vật liệu phoi, vật liệu dụng cụ, máy, chi tiết, đồ gá, dung dịch trơn nguội và điều kiện cắt Tất cả các thành phần của hệ thống gia công ảnh hưởng đến các quá trình vật lý như mòn dao hay sự hình thành bề mặt, như sẽ được bàn đến ở dưới đây, thường được dùng làm tiêu chí tính gia công Kết quả là, tính gia công phải được đánh giá dựa trên các thử nghiệm bằng gia công, và tính gia công phụ thuộc vào các điều kiện kiểm tra và các tham số được đo để đánh giá kết quả Tính gia công do đó không thể được đánh giá duy nhất bằng định lượng và có thể thay đổi (thậm chí trái ngược nhau) khi các điều kiện khác nhau Ví dụ, vật liệu phôi trong cùng một họ vật liệu có thể đòi hỏi công suất gia công tương tự nhau, nhưng

có thể cho tốc độ mòn dao khác nhau do sự khác nhau trong mức độ tập trung các hạt gây mài mòn trong nền vật liệu Sử dụng tiêu chí về công suất gia công, chúng

có thể được cho là có tính gia công tương tự nhau; tuy nhiên sử dụng tiêu chí về tuổi bền dao chúng thể hiện sự khác nhau đáng kể về tính gia công Khi những nhân

tố này được xem xét, sự không hiệu quả của việc cố gắng định nghĩa một hệ số tính gia công duy nhất hay xây dựng tiêu chí áp dụng cho tất cả các ứng dụng của một

loại vật liệu phôi trở nên rất rõ ràng, do đó hệ thống đánh giá tính gia công định tính phù hợp hơn hệ thống tính gia công định lượng

Thuật ngữ “tính gia công” thường được sử dụng để so sánh hay xếp loại; ví

dụ, một danh sách các vật liệu được lựa chọn để chế tạo chi tiết có thể được xếp loại

từ dễ gia công nhất đến khó gia công nhất Trong các trường hợp này xem xét chủ yếu thường là chi phí gia công tổng cộng, chi phí này phụ thuộc nhiều vào tuổi bền dao

Thông số này có thể nhận được dưới các điều kiện sản xuất được giả định Tính gia công do đó thường được xác định thông qua thí nghiệm về tuổi bền dao, cho dù như sẽ được bàn đến trong phần sau, các phương pháp đánh giá cũng có thể được dù đối với các tính toán về kinh tế hay ước tính chi phí, như tính gia công được chuẩn hoá hay chỉ số hoá dựa trên quan hệ với chi phí gia công cũng có thể được xây dựng cho một vật liệu Hệ số tính gia công cũng thường được xác định từ các kết quả thí nghiệm về tuổi bền dao, nhưng về nguyên tắc có thể xét đến sự khác nhau về công suất yêu cầu, sự kiểm soát phoi và chất lượng về mặt đạt được

Thuật ngữ “tính gia công” cũng được dùng để mô tả chế độ gia công thực tế chấp nhận được của một vật liệu cho trước Dữ liệu về tính gia công thu thập được trong các sổ tay hay cơ sở dữ liệu này tính bao gồm tóc độ cắt, bước tiến, và chiều sâu cắt khuyến nghị cho các vật liệu cụ thể Các giá trị riêng rẽ thường cho đối với các phương pháp gia công và các vật liệu dao khác nhau Dữ liệu về tính gia công thường được tập hợp từ kinh nghiệm sản xuất và các chế độ gai công chấp nhận được dưới điều kiện gia công chung Tốc độ cắt và bước tiến đề nghị chỉ thể hiện các điều kiện ban đầu, các thông số này nên được thay đổi để tối ưu hoá quá trình cắt trong một điều kiện ứng dụng cho trước Do thực tế gia công khác nhau khi có

sự phát triển của vật liệu dụng cụ và khả năng của máy, dữ liệu về tính gia công phải được cập nhật thường xuyên để đảm bảo sự đồng bộ Dữ liệu gia công đồng bộ

mở rộng có ở các phòng thí nghiệm chuyên về thí nghiệm tính gia công và từ các nhà sản xuất dụng cụ cắt ở dạng các lời khuyên của các mác mảnh dao

Bước tiến

Môi trường Dung dịch trơn nguội

Loại hình gia công Rung động

Độ cứng vững Dụng cụ kẹp phôi Công suất

PHƯƠNG PHÁP ĐO, DỤNG CỤ ĐO VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU

ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG

ĐÁNH GIÁ TÍNH GIA CÔNG

TÍNH GIA CÔNG

2.1.2 Sơ đồ hoá nghiên cứu tính gia công

Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu tính gia công [4]

2.1.3 Các quan điểm đánh giá tính gia công

Chúng ta thường định nghĩa tính gia công của một vật liệu là một thuật ngữ

có ba nội dung:

- Chất lượng bề mặt và sự không bị phá huỷ bề mặt của chi tiết gia công

- Tuổi bền dao

- Lực cắt và công suất yêu cầu

Do đó tính gia công tốt chỉ chất lượng bề mặt và mức độ nguyên vẹn bề mặt cao, tuổi bền dao lớn và đòi hỏi về lực và công suất gia công nhỏ Ngoài ra còn có một tham số bổ xung là sự cuộn phoi (vì các phoi dài, mảnh và cuộn, nếu không được bẻ có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình gia công nó gây vướng tại vùng cắt Do đó, loại phoi của một vật liệu khi cắt cũng là một yếu tố của tính gia công)

Vì bản chất phức tạp của các phương pháp gia công, việc thành lập các quan

hệ để xác định một cách định lượng tính gia công của một vật liệu là một việc khó Trong các kế hoạch sản xuất, tuổi bền dao và nhám bề mặt thường được coi là các nhân tố quan trọng nhất trong tính gia công Vì vậy, đánh giá tính gia công vật liệu

là một việc rất quan trọng nên cần có các phương pháp tính toán, thực nghiệm chuẩn xác, căn cứ vào cơ lý tính, thành phần hoá học, chế độ gia công, tình trạng

Xác định tính gia công của vật liệu

ứng dụng (xđcđ cắt)

2.1.3.1 Đánh giá TGCVL từ quan điểm tính chất cơ học của vật liệu:

+ Tính chất cơ lý của vật liệu gia công: được đặc trưng bởi:

- Độ bền (nhiệt, cơ học, hoá )

- Độ cứng

Vật liệu có độ bền, độ cứng càng cao thì sự ảnh hưởng không tốt của nó tới

quá trình gia công là rất lớn Vì vậy ta thấy rằng tính gia công sẽ tỷ lệ nghịch với

tính chất cơ lý của vật liệu gia công

Vật liệu chế tạo máy đều có tính chất cơ lý nhất định nó được xác định theo

các chỉ số như úb( kéo, nén, uốn, xoắn), độ cứng HB, HRC, HV

Dựa trên cơ sở độ bền và độ cứng của vật liệu chuẩn (thép C45, gang xám

C415- 32), dựa theo cơ sở ban đầu người ta so sánh các vật liệu gia công bằng các

hệ số từ đó đánh giá tính gia công thông qua các hệ số đó

Ví dụ: ảnh hưởng của tính gia công tới vật liệu thông qua cơ lý tính vật liệu

Tính tốc độ cắt khi tiện:

CV KV

VC =

Khi gia công theo độ cứng thường được dùng như phép đo tương đối của

tính gia công, vật liệu càng cứng, tính gia công càng kém Tuy nhiên, với hợp kim

nhôm có tính dẻo cao và có xu hướng hình thành lẹo dao với tính gia công thấp hơn

gia công Do đó thành phần hoá học có tính quan trọng tương đương trong ước tính gia công của thép) Ta thấy rằng, ảnh hưởng của cơ lý tính của vật liệu gia công đến tính gia công của vật liệu chế tạo máy rất lớn, đôi khi nó quyết định đến tính gia công của vật liệu

2.1.3.2 Đánh giá TGCVL từ quan điểm biến dạng và hình thành phoi

Khi cắt để có thể tạo phoi, lực tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công

Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy

Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào quá trình tạo phoi

Dưới tác dụng của tải trọng, trong phần lớn kim loại và hợp kim xảy ra ba quá trình nối tiếp nhau là biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ (hình 2-3)

- ở giai đoạn biến dạng đàn hồi, độ dãn dài ∆ tỉ lệ thuận với lực tác động P (nhánh 1 trên đồ thị) Khi bỏ qua lực P kim loại trở về hình dạng ban đầu

- ở giai đoạn biến dạng dẻo khi bỏ lực tác dụng kim loại không trở lại hình dạng ban đầu

- Giai đoạn phá huỷ là quá trình đứt các liên kết trong nội bộ cấu trúc vật liệu Các vết nứt xuất hiện và các phần vật liệu tách rời nhau bị phá huỷ

Trong quá trình cắt kim loại, vật liệu gia công (dưới tác động của lực cắt) cũng bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo rồi bị phá huỷ và phoi được hình thành

Hình 2 3 Quan hệ giữa biến dạng và lực tác động khi kéo kim loại [4]

Dựa trên cơ sở biến dạng vật liệu (đàn hồi, dẻo, phá huỷ) khi có tác động của lực cắt cùng với sự xem xét hình thành phoi, người ta đánh giá tính gia công cho vật liệu khác nhau Đánh giá biến dạng phoi dùng hệ số co giãn phoi:

- Hệ số co giãn phoi theo chiều dọc: KL ≥1

- Hệ số co giãn phoi theo chiều dầy: Ka ≥1

Hệ số co giãn phoi biểu thị mức độ biến dạng dẻo trung bình trong phoi Căn

cứ vào hệ số co giãn phoi, có thể tìm ra các quan hệ ảnh hưởng giữa các yếu tố khi cắt với quá trình biến dạng khi cắt

Tóm lại: Quá trình biến dạng của vật liệu trong vùng tạo phoi ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình cắt Nó còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố song chủ yếu là lực, góc tác động, góc trước, tốc độ cắt và cơ lý tính của vật liệu gia công Nghiên cứu bản chất quá trình biến dạng vật liệu gia công trong vùng tạo phoi cho phép tìm các phương pháp hữu hiệu để thực hiện quá trình cắt sao cho khi cắt vật liệu ít bị biến dạng Điều này cho phép cắt với lực cắt, nhiệt cắt nhỏ và nâng cao được tính gia công

2.1.3.3 Đánh giá TGCVL từ quan điểm lực cắt

Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình gia công vật liệu có ý nghĩa cả lý thuyết lẫn thực tiễn, vì dưới tác dụng của lực và nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá

huỷ Muốn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ thì phải hiểu được quy luật tác động của lực cắt

Trong quá trình cắt, dưới tác dụng của dao, kim loại gia công bị biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Cùng một lúc khi biến dạng lớp cắt, dao chịu tác dụng lên mặt trước và mặt sau các lực tương ứng Đây là một trong những chỉ tiêu để đánh giá tính gia công từ quan điểm lực cắt

Lực cắt chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như tốc độ cắt, vật liệu gia công, vật liệu làm dao, độ mòn dao và dung dịch trơn nguội Chẳng hạn khi ta xem xét sự ảnh hưởng của tốc độ cắt lên quá trình cắt, đây là nguyên nhân của mối quan hệ chức năng không thuần nhất của lực cắt đơn vị đối với vận tốc cắt tại những vùng tốc độ cắt nhỏ và trung bình Khi vận tốc cắt nhỏ thì ảnh hưởng của sự hình thành lẹo dao là chủ yếu Khi vận tốc cắt lớn thì vận tốc cắt ảnh hưởng đến sự giảm nhỏ thể tích vật liệu biến dạng, đến cường độ biến dạng, đến sự gia tăng nhiệt cắt

và điều đó liên quan đến việc giảm giá trị hệ số ma sát

Hoặc ảnh hưởng của vật liệu gia công đến lực cắt như khi tiện gang thì lực cắt nhỏ hơn khi tiện thép từ 1,5-2 lần Đó là vì độ bền của gang thấp hơn thép, các lớp cắt của gang ít biến dạng hơn thép Hay khi ta xét sự ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt, chẳng hạn nếu sử dụng dung dịch dầu mỏ thì lực Pz giảm trung bình 20%, lực Py giảm 30%

Tính gia công phụ thuộc rất nhiều vào lực cắt, lực cắt lớn thì tính gia công sẽ thấp Ngược lại, lực cắt yêu cầu càng nhỏ, vật liệu càng dễ gia công

Đánh giá theo quan điểm lực cắt là vật liệu cắt với lực cắt nhỏ thì có tính gia công tốt (khảo sát tính gia công vật liệu để xác định lực cắt) Khi cắt với các loại vật liệu khác nhau sẽ cho lực cắt khác nhau

2.1.3.4 Đánh giá TGCVL từ quan điểm nhiệt cắt

Nguồn nhiệt phát sinh trong quá trình cắt là do công tiêu hao để lại như: Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo lớp bị cắt và các lớp tiếp xúc giữa bề mặt đã gia công và bề mặt cắt với dao, hay là để khắc phục ma sát trên mặt trước của dao với phoi và mặt sau của dao với phôi Hay nói cách khác, khi gia công bằng cắt gọt nhiệt được sinh ra từ 4 nguồn sau:

- Trong miền tạo phoi Nhiệt sinh ra do công ma sát giữa các phần tử của vật liệu gia công trong quá trình biến dạng Sự chuyển đổi công của vùng biến dạng đàn hồi bậc nhất

- Trên bề mặt tiếp xúc của phoi và mặt trước của dao Nhiệt sinh ra do sự truyền công của biến đạng đàn hồi bậc hai và ma sát ngoài

- Trên bề mặt tiếp xúc với mặt cắt (mặt chi tiết gia công) Nhiệt sinh ra do sự chuyển đổi công ma sát

- Nhiệt sinh ra do công đứt phoi

Đánh giá tính gia công theo quan điểm nhiệt cắt là cắt vật liệu gia công với nhiệt cắt càng nhỏ thì tính gia công của vật liệu đó càng tốt, nhiệt cắt là hệ quả của lực cắt Khảo sát ảnh hưởng của tính gia công vật liệu với nhiệt cắt cũng như với lực cắt

Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt bao gồm:

- Chế độ cắt (S, V, t), khi tăng một hay tất cả các thông số của chế độ cắt như tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt thì nhiệt cắt sẽ tăng và ngược lại Đây là những yếu tố chính làm giảm tính gia công của vật liệu Tuy nhiên đối với thông số

v khi tăng đến một tốc độ nào đó (theo tính toán) thì lại có lợi cho tính gia công Ví

dụ, khi cắt vật liệu 40X, dao tiện HKC:

* ở tốc độ cắt thấp < 50m/ph thì nhiệt vào phoi -> 45%; vào chi tiết -> 50%; nhiệt vào dao -> 2,5%; vào môi trường -> 1,5%

* ở tốc độ cắt cao > 50m/ph thì nhiệt vào phoi ->75%; vào chi tiết -> 22%; nhiệt vào dao -> 1,5%; vào môi trường ->1,5%

- Các thông số hình học phần cắt như góc trước ế (góc cắt ọ), góc nghiêng ử, bán kính mũi dao, ảnh hưởng của vật liệu làm dao, vật liệu gia công, của dung dịch trơn nguội đều ảnh hưởng mạnh đến nhiệt cắt

Kết quả nghiên cứu cho thấy khi cắt thép có độ cứng trung bình bằng dao

Hay ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội nó làm giảm ma sát, kích thích các vết nứt tế vi phát triển làm công cần cho quá trình cắt giảm Dung dịch trơn nguội dẫn nhiệt ra khỏi vùng cắt (nếu sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý có thể giảm 10% - 15% nhiệt độ cắt)

Khi nghiên cứu còn phát hiện: lẹo dao có tác dụng bảo vệ mũi dao, độ dẫn nhiệt, nhiệt dung của vật liệu gia công ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt và cuối cùng ảnh hưởng đến độ lớn của nhiệt cắt

2.1.3.5 Đánh giá TGCVL từ quan điểm mòn và tuổi bền của dụng cụ

Trong quá trình cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dao gây nên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ Mài mòn dụng cụ là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công Khi bị mài mòn, dạng và thông số hình học phần cắt dụng cụ thay đổi, gây nên các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công Trong quá trình cắt, áp lực trên các bề mặt tiếp xúc lớn hơn rất nhiều so với

áp lực làm việc trên các chi tiết máy (15-20 lần) và dụng cụ bị mài mòn theo nhiều dạng khác nhau

Phần cắt dụng cụ trong quá trình gia công thường bị mài mòn theo các dạng sau:

Đánh giá tính gia công của vật liệu theo quan điểm mòn và tuổi bền dụng cụ cắt có nghĩa là xem xét ảnh hưởng của vật liệu gia công tới mòn và tuổi bền dụng cụ cắt, vật liệu cắt cho tuổi bền thấp thì tính gia công thấp

Tuổi bền dụng cụ nói chung thường được coi là lượng thời gian dụng cụ gia công chi tiết với chất lượng bề mặt hoặc dung sai chấp nhận được trong khi không biểu hiện lượng mòn đáng kể để gây hư hỏng nghiêm trọng

Để đánh giá tính gia công người ta đã thử nghiệm tuổi bền và mòn dụng cụ Trong việc xác định tính gia công dựa trên mòn, các thử nghiệm được thực hiện ở một tốc độ trên các vật liệu phôi khác nhau, với một loại vật liệu và thông số hình học dụng cụ cắt Thời gian hay lao động cần để tạo ra một lượng mòn nhất định được tìm ra và các cấp độ về tính gia công được cho dựa trên tuổi bền tương đối của dao với vật liệu tương ứng

Thời gian cắt, ph

Hình 2.4 Quan hệ giữa mòn mặt sau và tốc độ cắt cùng kết quả đánh giá tính gia

công của 3 loại vật liệu

Ví dụ, các vật liệu A, B và C được đánh giá tính gia công bằng dao hợp kim cứng Mòn được tạo ra là hàm của thời gian cho tất cả các vật liệu, các tuổi bền của hs(mm)

Tb(phút)

dụng cụ tương ứng với các vật liệu A, B và C ứng với mòn mặt sau là 0,38mm là

50, 32 và 14 được cho trong hình 2.4

Vật liệu cắt cho tuổi bền thấp thì tính gia công thấp Người ta xem xét và so sánh tính gia công của các loại vật liệu với cùng: chế độ cắt, vật liệu làm dao và điều kiện cắt sau đó dựa vào tuổi bền dụng cụ T = 60 ph để đánh giá

2.1.3.6 Đánh giá TGCVL từ quan điểm vận tốc cắt vật liệu

Đánh giá tính gia công của vật liệu dựa trên quan điểm vận tốc cắt là một trong những quan điểm được sử dụng rộng rãi, vật liệu gia công được cắt với vận tốc cắt cao thì được gọi là có tính gia công tốt

Vận tốc cắt là một trong những yếu tố cơ bản của lực cắt, ta đã biết nếu lực cắt càng lớn thì tính gia công càng thấp (vì rung động tăng, nhiệt phát sinh lớn, mòn tăng ) Vì vậy để đánh giá tính gia công vật liệu trên quan điểm vận tốc cắt có nghĩa là đi xem xét ảnh hưởng của vận tốc cắt tới lực cắt nó được thể hiện qua 4 điểm sau:

- ảnh hưởng đến độ lớn của miền tạo phoi và cường độ biên dạng bậc nhất ( biến dạng trong miền tạo phoi)

- ảnh hưởng đến nhiệt độ của vật liệubiến dạng

- Xác định vận tốc tải trọng vật liệu của chi tiết gia công

- ảnh hưởng đến độ lớn hệ số ma sát trên mặt trước, mặt sau và sự xuất hiện cũng như độ lớn của lẹo dao

Hình 2.5 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt [4]

Ta thấy từ hình 2-5: khi bắt đầu cắt với tốc độ VC > 3-5m/ph, lực cắt giảm

và đạt trị số cực đại Khi VC > 50m/ph, lực cắt lại tiếp tục giảm Khi VC = 500m/ph, quá trình cắt ổn định, giá trị các thành phần lực cắt không thay đổi nhiều

giảm đi bởi vì quá trình tạo phoi được bắt đầu với góc cắt thực tế ọ1 (do lẹo dao) nhỏ hơn góc cắt ọ (do mài sắc và gá đặt)

Tóm lại, ta thấy trị số nhỏ nhất của lực cắt ứng với vùng tốc độ cắt hình thành lẹo dao lớn nhất, còn khi cắt với vận tốc lớn hệ số ma sát µ ít thay đổi, không

có lẹo dao nên hệ số co giãn phoi hầu như không thay đổi

Từ những kết quả trên, nên cắt ở vận tốc cao để phoi ít bị biến dạng, lực cắt, nhiệt cắt sẽ không quá lớn, tạo điều kiện nâng cao tính gia công vật liệu

( )

2.1.3.7 Đánh giá TGCVL từ quan điểm chất lượng bề mặt gia công

Chất lượng bề mặt gia công như là một tiêu chí để đánh giá tính gia công của vật liệu Chất lượng bề mặt càng tốt vật liệu càng dễ gia công Trong thực tế chất lượng bề mặt của chi tiết máy có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng để đảm bảo tuổi thọ của chúng, chất lượng bề mặt chi tiết gia công (chủ yếu là độ nhấp nhô và tính chất cơ lý) quyết định tính chất sử dụng của chi tiết bởi vì các chi tiết thường bị hư hỏng từ lớp bề mặt và do đó phụ thuộc vào các nguyên công cuối

Chỉ tiêu chất lượng bề mặt bao gồm:

- Độ nhám bề mặt hay còn gọi là độ nhấp nhô tế vi được biểu thị bằng một

- Ứng suất dư lớp bề mặt, khi gia công cơ lớp bề mặt chi tiết có ứng suất dư Trị số, dấu và chiều sâu phân bố của ứng suất dư trong lớp bề mặt phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể

Đánh giá tính gia công theo chất lượng bề mặt thường được sử dụng khi gia công tinh (lần cuối) các vật liệu Xem xét chất lượng bề mặt chi tiết gia công như là tiêu chí để đánh giá tính gia công của vật liệu (để đạt chất lượng cao thường sử dụng các phương pháp gia công như: mài thô - mài tinh – mài siêu tinh - đánh

Ví dụ, phương pháp mài siêu tinh tạo ra ứng suất dư nén lớp bề mặt có chiều sâu khoảng 6-7µm và sau lớp ứng suất dư nén là lớp ứng suất dư kéo ổn định Nó cho phép nhận được độ chính xác hình dáng và kích thước cao (0,1 µkm) Nó cho

độ nhám bề mặt từ cấp 11 đến cấp tột đỉnh 14

2.1.3.8 Đánh giá TGCVL từ quan điểm độ chính xác gia công

Độ chính xác gia công của chi tiết là một đặc tính cơ bản của công nghệ chế tạo cơ khí, nhằm đáp ứng các yêu cầu đòi hỏi của máy móc là cần độ chính xác để chịu được tải trọng lớn, tốc độ cao, áp lực và nhiệt độ lớn

Độ chính xác gia công là mức độ đạt được khi gia công các chi tiết thực

so với độ chính xác thiết kế đề ra Trong thực tế độ chính xác gia công được biểu thị bằng sai lệch về kích thước và sai lệch về hình dáng Sai lệch gia công càng lớn tức là độ chính xác gia công càng kém Độ chính xác gia công được biểu thị bởi 3 yếu tố:

- Sai lệch về kích thước (kích thước thẳng, kích thước góc ) được biểu thị bằng dung sai

- Sai lệch về hình dáng hình học (độ tròn, độ trụ, độ côn )

- Sai lệch về vị trí tương quan giữa các yếu tố hình học của chi tiết, ví dụ như độ song song giữa bề mặt của 2 đường tâm, độ thẳng góc giữa mặt đầu và đường tâm

Các loại sai lệch trên không hoàn toàn tách rời nhau mà có liên quan đến nhau Có lúc đạt được độ chính xác về mặt này, nhưng lại có sai lệch về mặt kia

Trong quá trình gia công bằng bất kỳ phương pháp nào đều phải dựa vào hình dạng và kích thước đã thiết kế Trong thực tế khó có thể đạt được yêu cầu lý tưởng Hình dáng kích thước thực so với yêu cầu thiết kế có những sai lệch nhất định, do vậy người ta đánh giá tính gia công trên quan điểm độ chính xác gia công thông qua sai số của quá trình gia công

Kết luận: Tính gia công của vật liệu là một khái niệm hết sức phức tạp, có rất nhiều khái niệm trình bày theo các góc độ khác nhau dựa trên các quan điểm khác

nhau nhưng tuỳ từng quá trình nghiên cứu mà ta lựa chọn quan điểm đánh giá cho phù hợp từ đó ta có phương pháp đánh giá

2.2 Nghiên cứu tính gia công của hợp kim nhôm

2.2.1 Tính chất, đặc điểm của hợp kim nhôm

2.2.1.1 Quy luật tác dụng của nguyên tố hợp kim với nhôm

Việc nghiên cứu khả năng hoà tan của nguyên tố hợp kim (NTHK) vào nhôm chỉ ra rằng không có nguyên tố nào tạo được với nhôm dung dịch rắn hoà tan vô hạn

Độ hoà tan tăng lên theo vị trí sắp xếp nguyên tố gần nhôm trong bảng tuần hoàn Mendeleev

Ở bảng 2.1 trình bày độ hoà tan của một số nguyên tố thường gặp trong nhôm:

Bảng 2.1 Các nguyên tố hợp kim thường gặp trong nhôm [5]

Các nguyên tố Bi, Na, Pb, Cd,…ngay ở trạng thái lỏng cũng hoà tan có hạn

và tạo ra giản đồ dạng đơn tinh

Các nguyên tố kim loại chuyển tiếp Ti, Mo, Zr, W và Cr tạo ra giản đồ dạng bao tinh có hợp chất hoá học

Các nguyên tố còn lại tạo với nhôm giản đồ có phản ứng cùng tinh

2.2.1.2 Tổ chức và tính chất của hợp kim nhôm trong trạng thái đúc

a Vai trò của tổ chức khi đúc đối với tính chất của bán thành phẩm

Tổ chức và tính chất của các bán thành phẩm biến dạng phụ thuộc rất nhiều vào tổ chức thỏi đúc Chất lượng thỏi đúc quyết định bởi hình dáng kích thước hạt

và tổ chức bên trong Hạt trong thỏi đúc có thể thô, to hay mịn Hình dạng của chúng có thể đều trục, kéo dài, … Cấu trúc bên trong hạt được quyết định bởi hình dáng và kích thước nhánh cây kết tinh trước, cũng như bởi kích thước, sự phân bố của các hợp chất hoá học (pha liên kim loại)

Cơ tính của vật liệu chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi cấu trúc bên trong hạt ở trạng thái đúc cũng như sau khi nhiệt luyện Cấu trúc bên trong hạt càng hoàn hảo,

b Đặc điểm của tổ chức hợp kim sau khi đúc

Có những yếu tố ảnh hưởng đến độ lớn của hạt trong thỏi đúc

Tốc độ nguội lớn, nhiệt độ rót khuôn thấp, vật lẫn phi kim loại không tan, tác dụng của biến tính của siêu âm,… Các yếu tố ấy sẽ làm nhỏ hạt khi kết tinh

Nếu như ảnh hưởng đến độ lớn của hạt có nhiều yếu tố khác nhau thì ảnh hưởng đến sự hoàn hảo của cấu trúc bên trong, đến kích thước block (siêu hạt) chủ yếu là tốc độ nguội

Để tăng cơ tính của hợp kim nhôm đúc, cần tạo ra tổ chức hạt nhỏ và siêu hạt mịn

Nghiên cứu đặc điểm phân bố tạp chất và thành phần pha khi đúc hợp kim nhôm, cần dựa vào giản đồ pha Như đã trình bày ở trên, các hợp kim nhôm thông

thường khi kết tinh tuân theo hai dạng giản đồ: cùng tinh và bao tinh

Phụ thuộc vào tốc độ

nguội khi kết tinh, khả năng

khuếch tán trong trạng thái rắn

và lỏng cũng như giản đồ pha,

tổ chức sau khi đúc có các đặc

điểm khác nhau

Để rút ra đặc điểm chung

về tổ chức của hợp kim nhôm khi

kết tinh theo giản đồ dạng cùng

tinh, ta xét hợp kim I, Hình 2.6

Khi đạt điều kiện cân bằng, kết tinh bắt đầu ở nhiệt độ t1 , với sự tiết ra pha rắn α có thành phần c1 Quá trình kết tinh kết thúc ở nhiệt độ t3 với pha α có thành phần c3 đúng bằng thành phần của hợp kim

Trong điều kiện làm nguội khá nhanh khi đúc ứng với thực tế, khuếch tán trong pha rắn không đáng kể Lúc đấy chỉ đáng quan tâm đến quá trình này trong pha lỏng

Tại nhiệt độ t3 ta thấy đồng thời xảy ra hai quá trình sau:

Hình 2.7 Xét kết tinh hợp kim hệ bao tinh [7]

Như vậy trong nội bộ một hạt, ở trung tâm do kết tinh trước sẽ có giàu nhôm,

đi ra phía ngoài, do kết tinh sau, thành phần tạp chất giàu lên, cuối cùng trên biên giới hạt có cùng tinh (α+β) Kiểu tổ chức này đặc trưng đối với mọi hợp kim từ A đến E (Hình 2.7)

Các hợp kim nhôm kết tinh theo giản đồ bao tinh sự phân bố nguyên tố hợp kim trong tổ chức xét trên một hạt sau kết tinh không cân bằng xảy ra theo chiều ngược lại

Ví dụ: Xét hợp kim I trên hình2.8, sản phẩm sau kết tinh là dung dịch rắn α, trong đó nguyên tố hợp kim phân bố giàu nhất ở trung tâm hạt, ở biên giới hàm lượng nguyên tố hợp kim rất nhỏ gần phía nhôm nguyên chất (Hình 2.9) Sự phân bố cấu tử B theo hạt của hợp kim trong hệ thống tạo cùng tinh (Hình 2.7), trong hệ thống tạo dung dịch rắn (Hình 2.9) và có bao tinh (Hình 2.8)

Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10

Các hợp kim bên phải điểm C trên hình 2.7 tương tự hợp kim II

Trong trường hợp kết tinh cân bằng, sau phản ứng bao tinh pha β biến mất, pha lỏng dư tiếp tục kết tinh ra α, tổ chức sau kết tinh là α có thành phần bằng thành phần của hợp kim khi kết tinh không cân bằng, đầu tiên từ pha lỏng tiết ra pha

đến βE Lúc này bắt đầu phản ứng bao tinh: Lc + βE -> αD (1-5)

nhận được tinh thể bên trong đó là β có thành phần thay đổi và bọc bên ngoài là α cũng có thành phần thay đổi (Hình 2.10)

Nếu làm nguội với tốc độ lớn (tôi từ thể lỏng, đúc trong khuôn kim loại), khuếch tán trong pha lỏng không kịp xảy ra thì sẽ nhận được dung dịch rắn quá bão hoà

Tóm lại, trong điều kiện thực, các thỏi đúc từ hợp kim nhôm có tổ chức

Các đặc điểm của tổ chức không cân bằng ấy thể hiện ở những mặt sau:

- Nguyên tố hợp kim và tạp chất phân bố không đồng đều theo thể tích nhánh cây của dung dịch rắn Vùng chu vi của nhánh cây giàu các nguyên tố có hệ số phân

bố nồng độ K < 1 tức là các nguyên tố hạ thấp nhiệt độ chảy của nhôm (Ví dụ Cu,

Zn, Mg, Sn,…) và nghèo các nguyên tố có K > 1, nâng cao nhiệt độ nóng chảy của nhôm (Ví dụ Cr, Zr, Ti,…)

- Trong thỏi đúc có thể tồn tại các pha '' thừa'' nếu do phản ứng cùng tinh thì chúng phân bố theo các nhánh cây, còn nếu tham gia phản ứng bao tinh thì sẽ phân

bố ở bên trong hạt

Ngoài dạng không cân bằng tổ chức thể hiện trong phạm vi hạt tinh thể, hợp kim nhôm thuộc số các kim loại biểu hiện mạnh nhất các loại thiên tính vùng thuận

và vùng nghịch

2.2.1.3 Tổ chức và tính chất hợp kim nhôm sau khi gia công áp lực

Nhôm và đa số các hợp kim nhôm có độ dẻo cao Bằng phương pháp gia công áp lực, trong thực tế người ta chế tạo hầu hết các bán thành phẩm biến dạng như tấm, ống thanh,…

gia công nguội

Như đã biết, biến dạng dẻo không chỉ là gia công tạo hình, nó còn gây biến dạng mạnh về tổ chức và do đó gây ảnh hưởng lớn đến tính chất của nhôm và hợp kim nhôm Dưới đây trình bày một số đặc điểm đặc trưng của tổ chức hợp kim nhôm sau biến dạng

a Đặc trưng hình học của hạt và các phần tử pha thứ hai

Phụ thuộc vào phương pháp gia công và hình dạng chi tiết, các tinh thể sẽ có hình dạng khác nhau Chẳng hạn trong các dây tinh thể có dạng sợi, thớ còn trong các tấm cán nó có dạng vẩy hay dạng tấm Trong các vật dập hạt có dạng phức tạp

Các phần tử pha liên kim loại sẽ phân bố tương ứng với sư đinh hướng của hạt, chúng sắp xếp kéo dài theo phương biến dạng chính