Nâng cao chất lượng đầu dao cắt bánh răng côn xoắn bằng phương pháp nhiệt luyện phun phủ bề mặt

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐẦU DAO CẮT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN BẰNG PHƢƠNG PHÁP HĨA NHIỆT LUYỆN, PHUN PHỦ BỀ MẶT CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Ngành: Mã số: Học viên: HOÀNG VĂN HUYNH Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TSKH BÀNH TIẾN LONG TS NGUYỄN TIẾN ĐÔNG THÁI NGUYÊN, NĂM 2013 Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NAM TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT Độc lập – Tự – Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐẦU DAO CẮT BÁNH RĂNG CƠN XOẮN BẰNG PHƢƠNG PHÁP HĨA NHIỆT LUYỆN, PHUN PHỦ BỀ MẶT Học viên: Hoàng Văn Huynh Lớp: K13 - CNCTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy Ngƣời HD khoa học: GS.TSKH BÀNH TIẾN LONG TS NGUYỄN TIẾN ĐƠNG Ngày giao đề tài: /11/2011 Ngày hồn thành: NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN GS.TSKH BÀNH TIẾN LONG TS NGUYỄN TIẾN ĐƠNG HỒNG VĂN HUYNH DUYỆT BGH KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật công trình tơi tổng hợp nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo nhƣ nêu phần tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn Các kết kết tính tốn, mô đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn GS TSKH Bành Tiến Long T.S Nguyễn Tiến Đông Tác giả Hồng Văn Huynh Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Bằng tất kính trọng em xin chân thành cảm ơn tới GS TSKH Bành Tiến Long T.S Nguyễn Tiến Đơng - người tận tình hướng dẫn em suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn tới Viện nghiên cứu khí Hà Nội, Viện khoa học vật liệu , Công ty cổ phần thiết bị công nghiệp Tùng Linh, Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Ban giám hiệu trường Cao đẳng Kinh tế - kỹ thuật_ Đại Học Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập, nghiên cứu thực luận văn Xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp người thân động viên giúp đỡ suốt thời gian học tập nghiên cứu hoàn thành luận văn E xin chân thành cảm ơn! Tác giả Hoàng Văn Huynh Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC TRANG LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC 3-4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5-6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài 8-9 Mục tiêu đề tài Đối tƣợng nghiên cứucủa đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài 10 Ý nghĩa đề tài 10 Chương 1:TỔNG QUAN VỀ PHUN PHỦ PVD, ĐẶC ĐIỂM VÀ 11 ỨNG DỤNG TRONG CẮT KIM LOẠI 1.1 Phủ bay hoá học CVD (Chemical Vapour Deposition) – Phủ 11-16 bay lý học PVD (Physical Vapour Deposition) 1.2 Cấu tạo dụng cụ cắt có lớp phủ 16-18 1.3 Ứng dụng phủ PVD: 18-20 Chƣơng 2: MÒN, TUỔI BỀN VÀ NHU CẦU PHẢI PHUN PHỦ BỀ 21 MẶT CỦA DỤNG CỤ CẮT BÁNH RĂNG CƠN XOẮN 2.1 Mịn dụng cụ cắt 21-26 2.2 Tuổi bền dụng cụ cắt 26 2.3 Cải thiện dụng cụ cắt bánh côn xoắn lớp phủ bề mặt Chƣơng 3: THẤM NITƠ VÀ PHỦ PVD - TiN Số hóa Trung tâm Học liệu 26-28 29 http://lrc.tnu.edu.vn 3.1 Thấm Nitơ 29-56 3.2 Phủ PVD – TiN 57-71 Chƣơng 4: SO SÁNH TUỔI BỀN CỦA DAO CHƢA PHỦ VÀ DAO 72 CÓ PHỦ TiN KHI CẮT BÁNH RĂNG CƠN XOẮN 4.1 Mục đích thực nghiệm 72 4.2 Chọn phôi 72-73 4.3 Chọn đầu dao 74-75 4.4 Chọn máy 76 4.5 Tiến hành thí nghiệm 76-81 4.6 Kết thí nghiệm 81-92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93-94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95-96 Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hinh1.1 Bột phủ PVD Hình 1.2 Sơ đồ phƣơng pháp phủ PVD Hình 3.1 Giản đồ pha Fe – N Hình 3.2 Tổ chức tế vi lớp thấm Nitơ Hình 3.3 Sơ đồ thiết bị thấm Nitơ thể khí Hình 3.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ thời gian đến chiều sâu lớp thấm Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý tạo thành Plasma Hình 3.6 Quá trình hình thành Nitơ Plasma Hình 3.7 Tổ chức lớp thấm dự báo chiều sâu lớp thấm Hình 3.8 Hình ảnh lị thấm thể khí Hình 3.9 Hình ảnh lị thấm thể lỏng Hình 3.10 Hình ảnh lị thấm Nitơ Plasma Hình 3.11 Hình ảnh lị thấm Nitơ Plasma Đức Mỹ Hình 3.12 Hình ảnh lị thấm Nitơ Plasma viện nghiên cứu khí Việt Nam Hình 3.13 Hình ảnh lị thấm Nitơ Plasma viện nghiên cứu khí Hà Nội Hình 3.14 Hình ảnh trình thấm Nitơ Plasma điều khiển máy tính Hình 3.15 Một số sản phẩm ứng dung cơng nghệ thấm Nitơ Plasma Hình 3.16 Thấm lƣỡi dao phay bánh xoắn Hình 3.17 Hình ảnh lị phủ PVD – TiN Hình 3.18 Một số hình ảnh phủ PVD – TiN Hình 3.19 Hình ảnh phủ lƣỡi dao PVD – TiN Hình 4.1 Bản vẽ chế tạo phơi thí nghiệm Hình 4.2 Bản vẽ kết cấu lƣỡi cắt lƣỡi cắt ngồi Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn Hình 4.3 Bản vẽ kết cấu dụng cụ gia công bánh côn xoắn Hình 4.4 Các vẽ thí nghiệm cắt bánh Hình 4.5 Một số hình ảnh hoạt động sản phẩm Công ty thiết bị công nghiệp Tùng Linh Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Dữ liệu thị trƣờng giới phủ bay cho dụng cụ Bảng Các dạng phủ PVD Bảng Khả gia công vật liệu phủ Bảng Độ cứng kim loại, hợp kim vật liệu phủ Bảng Phƣơng pháp bảo vệ cục thấm Nitơ Bảng Đo độ cứng thô đại Bảng Đo độ cứng tế vi Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Kể từ đất nƣớc chuyển sang kinh tế thị trƣờng, sản xuất công nghiệp nhƣ cơng trình xây dựng khác ghi nhận có tốc độ phát triển nhanh Trên quan điểm phát triển bền vững kinh tế đất nƣớc, cần phải sử dụng nguyên vật liệu nhập nguyên vật liệu nƣớc sản xuất cho phù hợp thích ứng với u cầu riêng Bên cạnh cần tìm giải pháp cơng nghệ xử lý bề mặt để nâng cao tính sử dụng vật liệu Có nhiều biện pháp cơng nghệ Một biện pháp hữu hiệu sử dụng cơng nghệ phun phủ kim loại nhằm để chi tiết chịu nhiệt cao chống ăn mòn, mài mòn, phục hồi chi tiết máy bị mòn Trong ứng dụng dụng cụ cắt, giảm hệ số ma sát làm giảm phát sinh nhiệt trình gia cơng, làm chậm q trình phá hủy lƣỡi cắt Cịn ứng dụng có ma sát trƣợt, lớp phủ có xu hƣớng làm giảm bám dính vật liệu cho phép trình di chuyển tƣơng đối bị hạn chế Khởi đầu từ năm 1985, nghiên cứu lớp phủ cứng phịng thí nghiệm bắt đầu đƣợc hãng sản xuất dụng cụ cắt ý Vào đầu năm 90 kết đƣợc triển khai sang hãng sản xuất thiết bị tạo lớp phủ chân không môi trƣờng lý tƣởng để thực phản ứng liên kết lớp phủ mà không bị lẫn tạp chất Các nƣớc công nghiệp nhƣ Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Thụy Điển, Nga,… cho công nghệ tạo lớp phủ cứng công nghệ ƣu tiên hiệu kinh tế cao đầu tƣ lớn vào cơng nghệ Châu nƣớc nhƣ Ưc, Đài loan, Trung Quốc triển khai công nghệ phủ cứng mạnh mẽ Trong thời gian gần đây, lớp phủ cứng đƣợc quan tâm nghiên cứu số sở nghiên cứu nƣớc nhƣ: Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện ứng dụng cơng nghệ Số hóa Trung tâm Học liệu 10 http://lrc.tnu.edu.vn Lƣỡi dao cắt xong bánh Lƣỡi dao chƣa cắt bánh So sánh lƣỡi dao cắt với lƣỡi dao chƣa cắt lƣỡi cắt ngồi Hình ảnh lƣỡi dao phay bánh côn xoắn chƣa cắt lƣỡi cắt 82 Hình ảnh lƣỡi cắt cắt xong bánh Hình ảnh lƣỡi dao cắt với lƣỡi cắt chƣa phủ Hai lƣỡi cắt hai lƣỡi cắt 83 Một lƣỡi cắt lƣỡi cắt chƣa phủ Bánh cắt lƣỡi dao phủ PVD - TiN Bánh cắt daolƣỡi không phủ Sản phẩm cắt lƣỡi dao chƣa phủ cắt với tốc độ cắt 25 m/ph lƣỡi dao phủ PVD – TiN cắt với tốc độ cắt 105 m/ph 84 So sánh phoi lƣỡi dao chƣa phủ lƣỡi dao có phủ TiN Phoi cắt lƣỡi dao phủ TiN cắt với chiều sâu cắt t = 1,5 mm V = 105 m/ph với lƣỡi dao chƣa phủ cắt với chiều sâu cắt t = 1,5 mm V = 25m/ph Phoi cắt lƣỡi dao phủ TiN cắt với chiều sâu cắt t = 1,5 mm V = 105 m/ph 85 Phoi cắt lƣỡi dao chƣa phủ cắt với chiều sâu cắt t = 1,5 mm V = 25 m/ph Q trình hoạt động cơng ty tthiết bị công nghiệp Tùng Linh 86 87 88 89 Một số sản phẩm công ty thiết bị công nghiệp Tùng Linh 90 91 KẾT LUẬN Qua thực nghiệm cho thấy dụng cụ cắt phủ TiN có ƣu điểm so với dụng cụ cắt chƣa phủ nhƣ sau: - Chất lƣợng lƣỡi dao sau thấm ni tơ với chiều dày từ 0,06 ÷ 0,07 mm phủ TiN vi chiu dy t ữ 2,2 àm tt thể qua bảng đo độ cứng thô đại độ cứng tế vi - Vận tốc cắt tăng lên lần, tuổi thọ tăng lên lần - Q trình nhiệt nhanh bề mặt dụng cụ cắt nên tránh đƣợc tƣợng lẹo dao - Phoi cắt nhỏ nhẵn dụng cụ cắt chƣa phủ - Năng suất chất lƣợng sản phẩm cao dụng cụ cắt chƣa phủ 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Với đề tài đƣợc giao “ Nâng cao chất lƣợng đầu dao cắt bánh côn xoắn phƣơng pháp hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt ” qua chƣơng luận văn tác giả giải vấn đề sau: - Nghiên cứu lý thuyết đời phát triển công nghệ phun phủ - So sánh phƣơng pháp phủ lý học PVD với phƣơng pháp phủ hóa học - Ứng dụng tính chất phƣơng phủ PVD - Xuất phát từ sở lý thuyết ứng suất, biến dạng trình nhiệt cắt tác giả đƣa chế mài mòn dụng cụ cắt khơng có lớp phủ Từ đƣa giải pháp tìm vật liệu mới, tạo lớp phủ cứng chi tiết dụng cụ để chống mòn, tăng tuổi bền cải thiện chất lƣợng bề mặt giải pháp hiệu đƣợc nghiên cứu nhiều nƣớc giới - Để lựa chọn lớp phủ cách hiệu quả, vào mơ hình mịn cào xƣớc mịn hịa tan hóa học mơ hình hỗn hợp đƣợc đƣa để mơ tả q trình mịn dụng cụ cắt có phủ Trong lớp phủ chống mài mịn đƣợc dự đốn theo mơ hình hỗn hợp, Nitrit Titan vật liệu dự đốn có tính chất bền hóa học khả chống mòn cào xƣớc tốt - Quy trình cơng nghệ thấm Nitơ tạo lớp phủ TiN dụng cụ cắt - Kết thực nghiệm thấm Nitơ: Độ cứng dụng cụ cắt đƣợc tăng lên đƣợc thể bảng đo độ cứng thô đại - Kết thực nghiệm phủ PVD – TiN: Lp ph cú chiu dy (2 ữ 2,2) àm độ cứng dụng cụ cắt đƣợc tăng lên thể bảng đo độ cứng tế vi - Nghiên cứu thực nghiệm trình thấm Nitơ phủ PVD – TiN Qua so sánh độ cứng dụng cụ cắt chƣa phủ với dụng cụ cắt phủ - Kết thực nghiệm cho thấy dụng cụ cắt phủ TiN có ƣu điểm so với dụng cụ cắt chƣa phủ nhƣ sau: Chất lƣợng lƣỡi dao tốt thể qua bảng đo độ cứng tế vi, vận tốc cắt tăng lên lần, tuổi thọ tăng lên lần - Q trình nhiệt nhanh bề mặt dụng cụ cắt nên tránh đƣợc tƣợng lẹo dao Do phoi cắt nhỏ nhẵn nên suất chất lƣợng sản phẩm cao dụng cụ cắt chƣa phủ 93 Kiến nghị: Do thời gian làm luận văn ngắn, phƣơng tiện thực nghiệm gặp nhiều hạn chế khó khăn nên luận văn tập trung vào nghiên cứu cắt cặp bánh có vật liệu thép CT45, số Z1 = Z2 = 32 Đề nghị tiếp tục đƣợc nghiên cứu tiếp phủ PVD – TiN với chiều dày lớp phủ lớn hơn, nghiên cứu lực cắt, nhiệt cắt, độ mịn dao cấu q trình tạo phoi cắt bánh côn xoắn khác modun để có kết tổng quát góp phần nâng cao độ xác chế tạo bánh 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO [ 1] Trần Thế Lục, Trịnh Minh Tứ, Bành Tiến Long (chủ biên): Thiết kế Dụng cụ gia công bánh tập I, II, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1987 [2] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sĩ Túy Thiết kế dụng cụ công nghiệp, Nhà xuất KHKT , Hà Nội 2005 [3] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sĩ Túy Nguyên lý gia công vật liệu.Nhà xuất KHKT, Hà Nội 2001 [4] Bành Tiến Long Nghiên cứu công nghệ xử lý bề mặt bao gồm hóa nhiệt luyện, phun phủ kim loại đặc biệt nhằm nâng cao tuổi thọ chi tiết máy dụng cụ công nghiệp, Hà Nội, tháng 12/1999 [5] Lê Thanh Sơn, Nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh cong ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM [6] PGS TS Hồng Tùng _ Công nghệ phun phủ ứng dụng Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội – 2006 [7] V Valvada: Surface & Coating technology 80, 1996 [8] T.L.Banh, Q.T Phan, D.B Nguyen, “Wear of PVD-TiN Coated HSS Endmills Using to Machine 1045 Stell” , Advances in technology of Materials and Materials Processing Journal (Scientific International Jounal), Vol 6, No 2, (2004), pp 244-249 [9] Jeong J.J, Jeong B Y , Kim M.H., Lee C (2002), “Characterization of TiN coatings on the plasma nitride spheroidal graphitic cast iron substrates”, Surf and Coat Technol., 150, pp, 24-30 [10] Le Clair P., Berera G.P., Moodera J.S (2000), “Titanium nitride thin films obtained by a modified physical vapor deposition process” , J Thin Solid films, Vol 376,pp 9-16 95 [11] B.T.Long, N.T.P.Mai (Jan 2002), “Status of magnetron sputering technology coated TiN using in cutting tools”, Proceedings of the International symposium on Eco-Materials Processing & Design, Asan, Korea, pp.22-25 [12] Navinsek B (1985), “Improvement of cutting tools by TiN PVD hard coatings”, Mater Manufact Process, 7(3), pp.2439-2447 [13] Novak S., Komac M (1997), “Wear of cemet cutting tools coated with physically vapour depoisted TiN”, Wear, 205, pp 160-168 [14] Perry A J (2000), “The surface topography of titanium nitride made by mechical vapour deposition”, Surf and Coat Technol., 132, pp 21-25 [15] Nguyễn Thị Phƣơng Mai, Luận văn cao học - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, 1998 [16] Nguyễn Thị Phƣơng Mai, Luận án tiến sỹ kũ thuật - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, 2003 96 ... nghiên cứu ? ?Nâng cao chất lượng đầu dao cắt bánh côn xoắn phương pháp hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt? ?? cần thiết Mục đích đề tài: Xây dựng cơng nghệ phun phủ bề mặt đầu dao (lƣỡi dao) côn xoắn; xác... MÒN, TUỔI BỀN VÀ NHU CẦU PHẢI PHUN PHỦ BỀ 21 MẶT CỦA DỤNG CỤ CẮT BÁNH RĂNG CƠN XOẮN 2.1 Mịn dụng cụ cắt 21-26 2.2 Tuổi bền dụng cụ cắt 26 2.3 Cải thiện dụng cụ cắt bánh côn xoắn lớp phủ bề mặt Chƣơng... hƣởng đầu dao phay cắt bánh côn xoắn sau đầu dao cắt đƣợc hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt, đến suất gia công chất lƣợng sản phẩm đảm bảo theo yêu cầu Đối tƣợng nghiên cứu đề tài: - Đầu dao (6’’,