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

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 khố học Tơi định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu ảnh hƣởng độ cứng thép X12M qua tơi đến chất lƣợng bề mặt mịn dụng cụ tiện cứng” Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân tơi dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Phan Quang Thế tham khảo tài liệu đƣợc liệt kê Tôi không chép cơng trình cá nhân khác dƣới hình thức Nếu có tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Ngƣời cam đoan Ngô Ngọc Tân Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 q trình tơi viết luận văn Tơi muốn bày tỏ lịng biết ơn đến giáo ThS Nguyễn Thị Quốc Dung giúp đỡ tận tình q trình tơi làm thí nghiệm viết luận văn Tôi xin cảm ơn thầy giáo ThS Lê Viết Bảo tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình hồn 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 phịng 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 hồn thành nghiên cứu Cho tơi đƣợc gửi lờicảm ơn tới cán bộ, nhân viên Xƣởng khí nơi tơi tiến hành thực nghiệm Cuối tơi muốn bày tỏ lịng cảm ơn gia đình tôi, thầy cô giáo, bạn đồng nghiệp ủng hộ động viên tơi suốt q trình làm luận văn Tác giả Ngô Ngọc Tân Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -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, hố 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 cơng 18 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 mịn dụng cụ cắt 38 3.3.1 Mịn dính 39 3.3.2 Mòn hạt mài 40 3.3.3 Mòn khuyếch tán 40 3.3.4 Mịn oxy hố 41 3.4 Mòn dụng cụ CBN 42 3.5 Ảnh hƣởng độ cứng phơi đến mịn dụng cụ tuổi bền dụng 43 cụ 3.6 Kết luận Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 http://www.lrc-tnu.edu.vn -4- Chƣơng NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘ CỨNG THÉP 50 X12M ĐÃ QUA TÔI ĐẾN CHẤT LƢỢNG LỚP BỀ MẶT VÀ MỊN 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 mịn dao topography bề mặt phôi 58 độ cứng khác lần cắt khác 4.4 Phân tích kết thí nghiệm 64 4.4.1 Mịn 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 phơi 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 mịn) Hình 2.3 Quan hệ vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng ứng với lƣợng mịn 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 cơng thép Hình 2.7 Ảnh hƣởng lƣợng chạy dao đến độ nhám bề mặt Hình 2.8 Ảnh hƣởng độ cứng phơi hình dạng lƣỡi cắt đến nhám bề mặt (lƣợng chạy dao = 0,2mm/vịng, chiều dài = 203,2mm) Hình 3.1 Các dạng mịn 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/vịng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -7- Hình 3.3 Ảnh hƣởng vận tốc cắt đến chế mòn cắt liên tục (a) cắt gián đoạn (b) Hình 3.4 Mịn mặt sau độ cứng khác Hình 3.5 Biểu đồ mịn độ cứng 60HRC Hình 3.6 Biểu đồ mịn dụng cụ độ cứng khác (thời gian gia cơng phút Hình 3.7 Ảnh h ƣởng độ cứng phôi đ ến lực cắt ( v = 100m/phút; S = 0,1mm/vịng; t = 0,2mm) Hình 3.8 Ảnh hƣởng độ cứng phơi đến nhiệt cắt Hình 3.9 Ảnh hƣởng độ cứng phơi đến góc trƣợt Hình 4.1 Mơ 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 phơi 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 phơi 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 phơi 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 phơi 54 – 56 HRC) Hình 4.10 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phôi cắt lần thứ chụp kính hiển vi điện tử (độ cứng phơi 60 – 62 HRC) Hình 4.11 Mịn 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn -8- PHẦN MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Thuật ngữ tiện cứng (hard turning) đƣợc hiểu phƣơng pháp gia cơng 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 địi hỏi độ xác chất lƣợng bề mặt cao Nghiên cứu tiện cứng nhằm tìm thơng số gia cơng thích hợp để tối ƣu q trình gia cơng, đạt tiêu tốt kỹ thuật cần thiết Chất lƣợng bề mặt gia cơng mịn dụng cụ hai yếu tố quan trọng q trình gia cơng Chất lƣợng bề mặt ảnh hƣởng trực tiếp đến khả làm việc, độ bền, độ bền mòn chi tiết máy Mịn dụng cụ khơng làm giảm độ xác hình dạng chi tiết mà cịn 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 cơng chế độ cắt tiện cứng Độ cứng có ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng bề mặt gia cơng, bên cạnh ảnh hƣởng đến mịn, chế mịn tốc độ mòn dao Tuy nhiên, kết nghiên cứu đƣợc cơng 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 phơi đến tính chất bề mặt mịn dụng cụ q trình tiện thép X12M qua tơi tiếp tục đóng góp thêm kiến thức vào việc nghiên cứu trình tiện cứng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 62 - a) b) c) d) e) f) Hình 4.9 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phơi 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 63 - a) b) c) d) e) f) Hình 4.10 Hình ảnh mảnh dao CBN mẫu phơi 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 64 - 4.4 Phân tích kết thí nghiệm 4.4.1 Mịn 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 mịn đạt tốc độ cao độ cứng 50 HRC Ở độ cứng HRC40, 50 mịn lớn nhất, mịn lõm có quy luật tƣơng tự, mịn dụng cụ nhỏ độ cứng phơi lớn nhỏ khoảng từ 40÷50HRC Quy luật chứng tỏ mòn dụng cụ lớn độ cứng phơi nằm dải từ 40 ÷ 50 HRC nhiệt độ cao Do đó, dụng cụ PCBN khơng thích hợp để cắt phơi 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 cơng đóng vai trị định với tốc độ mòn cào xƣớc mặt sau dao Poulachon đồng nghiệp [13] khẳng định chế mịn dụng cụ CBN mòn cào xƣớc hạt bít vật liệu gia cơng 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 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 mịn bắt đầu xuất lƣỡi cắt với bề rộng xấp xỉ 30 μm (hình 4.5b) Trên vùng mịn mặt trƣớc khơng nhìn thấy hình ảnh hạt CBN nhƣ vùng chƣa bị mịn, lớp bề mặt có cấu trúc sóng Đây hình ảnh mịn vật liệu dịn 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 cơng dính vùng mịn mặt sau thành mảng lớn Hình ảnh vật liệu gia cơng dính vùng mịn 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 khơng thay đổi (hình 4.6a) Trên mặt trƣớc dao xuất bám dính vật liệu gia cơng Có thể thấy vật liệu gia cơng dính tập trung vùng phoi thoát khỏi mặt trƣớc dụng cụ Trong vùng này, có mảng nhỏ khơng có bám dính vật liệu gia cơng mà thấy rõ xuất hạt CBN Hiện tƣợng đƣợc giải thích nhƣ sau: phần lớp bám dính vật liệu gia cơng bị kéo q trình gia cơng kéo theo lớp dính kết hạt CBN Bề rộng cung mịn lƣỡi cắt giữ ngun khơng đổi (khoảng 30 μm) thể rõ hình 4.6b Trên mặt sau, vật liệu gia công bám dính thành mảng lớn Chiều cao mịn tăng lên hs ≈ 40 μm Đến lần cắt thứ ứng với chiều dài cắt L = 750 mm, chất mịn mặt trƣớc mặt sau khơng thay đổi, chiều dài cung mịn lƣỡi cắt bề rộng cung mịn gần nhƣ khơng thay đổi Vật liệu gia cơng 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 phơi đạt 54 – 56 HRC, lần cắt thứ nhất, vùng mòn mặt trƣớc, chiều dài cung mịn lƣỡi cắt khơng thay đổi đáng kể, bám dính vật liệu gia cơng gần nhƣ khơng cịn, bám dính tập trung vùng phoi khỏi mặt trƣớc dụng cụ gần vùng lƣỡi cắt (hình 4.8a) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 66 - Trên vùng mịn mặt trƣớc khơng nhìn thấy hình ảnh hạt CBN nhƣ vùng chƣa bị mịn, 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 mịn mặt sau thay đổi nhƣ hình 4.8c), 4.8d), khơng cịn tƣợng dính vật liệu gia cơng bề mặt vùng mịn mà có vùng mịn gồ ghề Ở lần cắt thứ hai thứ ba, ứng với chiều dài cắt L = 750, tƣợng mịn mặt trƣớc mặt sau khơng thay đổi so với lần cắt thứ Trên mặt trƣớc dao gần chỗ phoi có tƣợng bám dính nhẹ vật liệu phơi Bề rộng cung mịn lƣỡi cắt giữ khơng 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 thơng qua mức độ dính vật liệu gia cơng 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 cơng mặt trƣớc, vùng ba vùng phoi 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 cơng 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 phoi gây mịn tạo nên mặt trƣớc phụ với góc trƣớc phụ âm Vật liệu gia cơng 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 phoi khỏi mặt trƣớc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 67 - Vùng ba vật liệu gia cơng 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 mơ hình Zorev [2] Tuy nhiên mịn khơng xuất vùng nhƣ kết nghiên cứu gần sử dụng mảnh dao tiện CBN gia công thép hợp kim qua tơi Điều chứng tỏ mịn 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 thơng 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 khơng xảy ra, mịn 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 mịn mặt trƣớc khơng nằm gần lƣỡi cắt mà phát triển từ lƣỡi cắt tạo thành mặt trƣớc phụ tƣơng đối phẳng phát triển dần theo hƣớng phoi Trên vùng mịn 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 khơng cịn 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 ơxít khác ttrong vật liệu gia công dƣới tác dụng ứng suất pháp lớn vùng gần lƣỡi cắt gây nên chế mịn mặt trƣớc Mịn 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 phơi tăng mịn mặt sau tăng (hình 4.7c, hình 4.9c, hình 4.10c) Mịn mặt sau đƣợc đo thể hình 4.11 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 68 - 60 Mòn mặt sau (μm) 50 40 30 20 10 45 - 47 54 - 56 60 - 62 ĐỘ cứng (HRC) Hình 4.11 Mịn mặt sau độ cứng khác ( L = 750 mm) Từ đồ thị mịn thấy độ cứng phơi tăng mịn mặt sau tăng theo Kết phù hợp với nghiên cứu Liu [9] Lou [10] Có thể thấy nhƣ mịn 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 ơxy hố từ mơi 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 q trình bóc tách hạt CBN pha thứ hai vật liệu dụng cụ bị yếu tƣơng tác với vật liệu gia cơng Cơ chế mịn mặt sau liên quan đến nhiệt, số chu kỳ cào xƣớc hạt cứng dính Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 69 - kết hợp với tác dụng ơxi hố ơxi từ mơi trƣờng tạo nên mảng dạng vẩy bong khỏi mặt sau 4.4.2 Phân tích chất lƣợng bề mặt phơi 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 phơi 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 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 mịn mặt sau 4.4.2.2 Phân tích hình ảnh chụp topography bề mặt Đối với trình gia cơng tiện (gia cơng 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 cơng 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 phơi tăng mịn 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 mịn mặt trƣớc chủ yếu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 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 q trình bóc tách hạt CBN pha thứ hai vật liệu dụng cụ bị yếu tƣơng tác với vật liệu gia công Cơ chế mịn mặt sau liên quan đến nhiệt, số chu kỳ cào xƣớc hạt cứng dính kết hợp với tác dụng ơxi hố ơxi từ môi trƣờng tạo nên mảng dạng vẩy bong khỏi mặt sau Ba chế mịn tiện cứng thép X12M qua thay đổi độ cứng phơi mịn dính, mịn cào xƣớc mòn nhiệt Mòn nhiệt dạng mòn dãn nở nhiệt cục lớp vật liệu dụng cụ mặt sau kết hợp với trình ơxy hố 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 Mịn mặt sau từ lƣỡi cắt mịn dính mịn cào xƣớc gây hạt CBN bị bong từ vật liệu dụng cụ hạt bít vật liệu gia cơng Tốc độ mịn tỉ lệ với độ cứng vật liệu gia công Khi độ cứng vật liệu gia công tăng mịn dụng cụ cắt tăng đồng thời nhám bề mặt tăng theo Việc bề mặt phơi 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 cơng tinh thép X12M qua chế độ cắt (v = 110m/phút, S = 0,12mm/vịng, t = 0,15mm) khơng nên sử dụng phơi có độ cứng cao độ cứng cao dụng cụ bị phá huỷ nhanh chất lƣợng bề mặt phơi khơng tốt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 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, hố, 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 thơng số chế độ cắt định Vì cần tiến hành thí nghiệm cách tổng quan để tìm quy luật rộng chế mịn mảnh CBN nói chung chất lƣợng bề mặt phơi 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 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 tơi” 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 tơi” Tạp chí khoa học cơng 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 mịn 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 Cơng 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 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].Tugrul Oă zel*, Yigit 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn ... 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 CỨU Nghiên cứu ảnh hƣởng độ cứng thép X12M qua tơi đến mịn dụng cụ (cụ. .. 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 phơi đến tính chất bề mặt mịn dụng cụ q trình tiện thép X12M qua tơi... lực nhỏ [14] Ảnh hƣởng độ cứng tiêu quan trọng trình gia cơng khí Nghiên cứu độ cứng, ảnh hƣởng độ cứng đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công (thép X12M qua tôi) mịn dụng cụ (mảnh CBN) nhằm