Lựa chọn mũi khoan và xác định chế độ cắt hợp lý để nâng cao hiệu quả trong việc gia công lỗ lắp hạt cắt của chóp mũi khoan xoay cầu 246

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ========== ĐỖ QUANG LỰA CHỌN MŨI KHOAN VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT HỢP LÝ ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRONG VIỆC GIA CÔNG LỖ LẮP HẠT CẮT CỦA CHÓP MŨI KHOAN XOAY CẦU 246 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN TRƢỞNG KHOA NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN QUỐC TUẤN PHÕNG ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ========== ĐỖ QUANG LỰA CHỌN MŨI KHOAN VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT HỢP LÝ ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRONG VIỆC GIA CÔNG LỖ LẮP HẠT CẮT CỦA CHÓP MŨI KHOAN XOAY CẦU 246 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN QUỐC TUẤN THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Qua nghiên cứu thực tế sản xuất mũi khoan xoay cầu Công ty TNHH thành viên khí hóa chất 13 phục vụ ngành khai thác khoáng sản, cụ thể mũi khoan xoay cầu 246 với vật liệu chế tạo chóp thép 20XHM Hình Mũi khoan xoay cầu 246 Q trình gia cơng lỗ chóp để lắp hạt cắt HKC đƣợc thực máy khoan đứng; dụng cụ gia công mũi khoan vật liệu thép gió P18, Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn đƣờng kính 10, 13, 14 (tƣơng ứng với lỗ 10, 13, 14 chóp) Sau khoan xong lỗ lắp hạt cắt HKC tiến hành nhiệt luyện chóp để đảm bảo độ cứng theo yêu cầu Số lƣợng lỗ đƣợc phân bổ chóp nhƣ sau: Bảng Bảng số lượng lỗ phân bổ chóp mũi khoan xoay cầu 10 13 14 Chóp 19 46 Chóp 17 45 Chóp 15 44 51 135 Loại lỗ Loại chóp Cộng: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình Chóp mũi khoan xoay cầu Do lỗ lắp hạt cắt HKC đƣợc gia công đạt yêu cầu trƣớc nhiệt luyện, nên sau nhiệt luyện xong có biến động tăng sai số kích thƣớc đƣờng kính, độ cơn, độ van (thực tế 0,030,04mm; chí có lỗ tới 0,05mm) nhám bề mặt lỗ khoan Vì trƣớc tiến hành lắp ép hạt cắt HKC vào lỗ phải đo phân loại lỗ chóp theo nhóm kích thƣớc đƣờng kính, đồng thời hạt cắt HKC phải đƣợc mài theo nhóm kích thƣớc lỗ chóp đƣợc phân loại để đảm bảo độ dôi ép tổng lắp hạt cắt HKC vào chóp mũi khoan (khơng lắp lẫn đƣợc phải lắp chọn nên tốn nhiều thời gian lao động) Sự biến động tăng sai số độ côn, độ ô van nhám bề mặt lỗ lắp hạt cắt làm giảm chất lƣợng mối ghép hạt cắt với lỗ nên dẫn đến tình trạng tụt hạt cắt khoan khai trƣờng (chủ yếu xảy tình trạng tụt hạt cắt loại lỗ khoan 14) Vì làm giảm chất lƣợng nhƣ tuổi thọ mũi khoan xoay cầu Để khắc phục tồn nêu cần phải thực công nghệ khoan lỗ lắp hạt cắt chóp sau nhiệt luyện (hay khoan cứng) để đảm bảo tính ổn định kích thƣớc lỗ gia cơng (giảm sai số kích thƣớc đƣờng kính, độ độ ô van lỗ ≤ 0,02mm) nâng cao chất lƣợng bề mặt lỗ khoan (giảm nhám bề mặt lỗ) Từ đảm bảo chất lƣợng mối ghép kiểm sốt tốt độ dơi ép tổng lắp hạt cắt vào chóp mũi khoan, giảm tối đa khắc phục tình trạng tụt hạt cắt khoan; đảm bảo tính lắp lẫn q trình tổ chức sản xuất +0,1 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình Lỗ gia cơng Hiện nay, với phát triển khoa học kỹ thuật, nhiều vật liệu dụng cụ cắt đời có tính cắt cao [10, 11, 12, 13], có số vật liệu làm mũi khoan gia cơng đƣợc thép tơi có kết cấu cải tiến mũi khoan cho độ xác cao gia công [8, 9, 14, 15] Tuy nhiên, việc áp dụng vào thực tế sản xuất cần phải có nghiên cứu cụ thể Từ ý tƣởng em chọn đề tài: “Lựa chọn mũi khoan xác định chế độ cắt hợp lý để nâng cao hiệu việc gia cơng lỗ lắp hạt cắt chóp mũi khoan xoay cầu 246” Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học: + Lựa chọn đƣợc kết cấu mũi khoan vật liệu mũi khoan hợp lý để gia công thép 20XHM tơi + Tổng qt hố ảnh hƣởng yếu tố chế độ cắt đến mòn, tuổi bền mũi khoan nghiên cứu gia công thép 20XHM - Về mặt thực tiễn: Là kiến thức thực tế, giúp ngƣời kỹ sƣ lựa chọn kết cấu mũi khoan, vật liệu mũi khoan lựa chọn thông số chế độ cắt phù hợp, làm giảm mòn, tăng tuổi bền dụng cụ cắt; đảm bảo độ xác kích thƣớc, hình dáng hình học nâng cao chất lƣợng bề mặt khoan lỗ lắp hạt cắt HKC chóp mũi khoan xoay cầu làm vật liệu 20XHM Lựa chọn phƣơng pháp phƣơng tiện nghiên cứu - Lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với làm thực nghiệm để chứng minh - Phƣơng tiện nghiên cứu: Máy phay CNC: FV - 800, máy chụp tế vi, máy đo nhám, kính hiển vi điện tử, pan me đo lỗ Nội dung đề tài Gồm chƣơng: Chƣơng 1: Nghiên cứu lựa chọn mũi khoan để gia công thép 20XHM Chƣơng 2: Ảnh hƣởng thơng số chế độ cắt đến mịn tuổi bền mũi khoan Chƣơng 3: Thí nghiệm khoan lỗ 14 thép 20XHM kết khoan sản phẩm Chƣơng 4: Đánh giá hiệu nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Tổng kết, đánh giá kết đề xuất hƣớng nghiên cứu Chƣơng NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MŨI KHOAN ĐỂ GIA CÔNG THÉP 20XHM ĐÃ TÔI 1.1 Tổng quan vật liệu dụng cụ cắt: 1.1.1 Đặc tính chung vật liệu dụng cụ Đặc tính phần dụng cụ cắt có ảnh hƣởng lớn đến suất gia công chất lƣợng bề mặt chi tiết Khả giữ đƣợc tính cắt dụng cụ góp phần định suất gia cơng dụng cụ Dụng cụ làm việc điều kiện cắt khó khăn áp lực, nhiệt độ cao, dụng cụ cắt bị mài mòn rung động q trình cắt Trong q trình gia cơng, phần cắt dụng cụ trực tiếp làm nhiệm vụ cắt để tạo phoi Để nâng cao suất cắt, nâng cao chất lƣợng bề mặt gia công, phần cắt dụng cụ khơng phải có hình dáng hình học hợp lý mà phải đƣợc chế tạo từ loại vật liệu thích hợp Vì vật liệu dụng cụ cắt cần thiết phải đảm bảo yêu cầu sau 1.1.2 Tính cắt Trong q trình cắt, phần lƣỡi cắt mặt trƣớc mặt sau dụng cụ cắt thƣờng xuất ứng suất tiếp xúc lớn, khoảng 4000  5000 N/mm2, đồng thời áp lực riêng lớn gấp 100  200 lần so với áp lực cho phép chi tiết máy Nhiệt độ tập trung vùng cắt lên tới 600  9000C Trong điều kiện nhƣ vậy, việc cắt thực có hiệu dụng cụ cắt có khả giữ đƣợc tính cắt khoảng thời gian dài Điều địi hỏi vật liệu dụng cụ cắt cần phải có đầy đủ tính chất lý cần thiết nhƣ độ cứng, độ bền nhiệt, độ chịu mòn, độ bền học, độ dẫn nhiệt - Độ cứng: Độ cứng tiêu quan trọng vật liệu dụng cụ cắt Muốn cắt đƣợc, vật liệu phần cắt dụng cụ cắt thƣờng phải có độ cứng lớn vật liệu gia cơng khoảng HRC25 Độ cứng phần cắt dụng cụ cắt thƣờng đạt khoảng HRC60-65 Nâng cao độ cứng phần cắt dụng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn cụ cắt cho phép tăng khả chịu mòn tăng tốc độ cắt Trong trình cắt, cần quan tâm nhiều đến độ cứng nhiệt lƣỡi cắt tức độ cứng xét trạng thái lƣỡi cắt bị nung nóng Vì ảnh hƣởng trực tiếp tới khả cắt dao - Độ bền học: Trong trình cắt, dụng cụ cắt thƣờng chịu lực xung lực lớn Mặt khác, dụng cụ cắt chịu rung động hệ thống công nghệ: Máy - đồ gá - dao - chi tiết không đủ độ cứng vững dao làm việc điều kiện tải trọng động lớn thay đổi liên tục lực cắt Do dẫn đến tình trạng lƣỡi cắt dễ bị phá hỏng sớm mẻ, vỡ, tróc, mịn, Vì để nâng cao tính cắt tuổi bền dao, vật liệu dụng cụ cắt cần phải có độ bền học cao Việc nâng cao độ bền học vật liệu dụng cụ cắt, hợp kim cứng vật liệu sứ hƣớng lĩnh vực thiết kế chế tạo dụng cụ cắt - Độ bền nhiệt: Độ bền nhiệt khả giữ đƣợc độ cứng cao tính cắt khác nhiệt độ cao khoảng thời gian dài Độ bền nhiệt đƣợc đặc trƣng nhiệt độ giới hạn mà nung liên tục vật liệu dụng cụ cắt khoảng thời gian định (khoảng giờ) đến nhiệt độ độ cứng khơng giảm q mức qui định (khoảng HRC60) Độ bền nhiệt yếu tố quan trọng vật liệu dụng cụ cắt Nó định việc trì khả cắt dao điều kiện nhiệt độ áp lực lớn vùng cắt - Độ dẫn nhiệt: Độ dẫn nhiệt vật liệu dụng cụ cắt cao nhiệt lƣợng đƣợc truyền khỏi lƣỡi cắt nhanh Do giảm tập trung nhiệt độ vùng cắt, tăng độ bền mòn cho dụng cụ cắt Mặt khác, cho phép nâng cao tốc độ cắt Chính kim cƣơng có độ dẫn nhiệt lớn so với loại vật liệu dụng cụ cắt khác nên cho phép dao kim cƣơng cắt với tốc độ cao - Tính chịu mịn: Độ bền mịn vật liệu dụng cụ cắt đƣợc đặc trƣng khả giữ vững hình dáng thơng số hình học phần cắt q trình gia cơng Trong q trình cắt, mặt trƣớc dụng cụ tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với mặt gia công chi tiết với tốc độ trƣợt lớn, nên vật liệu dụng cụ phải có Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn tính chịu mịn cao Phần cắt dụng cụ, đủ sức bền học, dạng hỏng chủ yếu dụng cụ bị mài mòn Thực tế rõ độ cứng cao tính chịu mịn vật liệu cao Tính chịu mịn vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng Một nguyên nhân chủ yếu gây mịn dao tƣợng dính chảy vật liệu làm dao Tính chảy dính vật liệu làm dao đƣợc đặc trƣng nhiệt độ chảy dính hai vật liệu tiếp xúc với Vật liệu làm dao tốt loại vật liệu có nhiệt độ chảy dính cao Qua nghiên cứu thực nghiệm, nhiệt độ chảy dính loại kỹ thuật hợp kim cứng có cacbit vonfram (WC), cacbit titan (TiC) với thép (10000C ) cao hợp kim coban với thép (6750C) 1.1.3 Tính cơng nghệ Dụng cụ cắt thƣờng có hình dáng hình học phức tạp, địi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao độ xác hình dáng kích thƣớc, độ nhẵn bề mặt Vì vậy, vật liệu dụng cụ cắt cần phải có tính cơng nghệ tốt Tính cơng nghệ tốt khả vật liệu cho phép gia công hợp lý, dễ dàng phƣơng pháp gia công khác nhƣ hàn, gia công áp lực, cắt, nhiệt luyện, hóa nhiệt Tính cơng nghệ vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ thành phần hóa học, cấu trúc tế vi, kích thƣớc hạt, độ cứng, độ bền học, độ dẫn nhiệt 1.1.4 Tính kinh tế Khi chọn vật liệu dụng cụ cắt, ngồi việc ý đến tính cắt, tính cơng nghệ, cần phải ý đến giá thành chúng Vật liệu dụng cụ cắt thƣờng đắt tiền Chi phí vật liệu thƣờng chiếm tỷ lệ cao giá thành chế tạo dụng cụ cắt Do cần phải chọn vật liệu dụng cụ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật dao, chi tiết gia cơng, nhằm giảm chi phí chế tạo dao cho đơn vị chi tiết gia công 1.2 Dụng cụ phủ ứng dụng cắt kim loại 1.2.1 Đặc điểm phủ bay lý học (PVD) Phủ PVD đƣợc thực buồng kín chứa khí trơ với áp suất thấp khoảng dƣới 10-2 bar nhiệt độ từ 4000C - 5000C Với nhiệt độ trình nhƣ phủ PVD thích hợp cho dụng cụ thép gió Do nhiệt độ thấp ngun tử khí kim loại bay phải đƣợc ion hoá kéo bề mặt cần Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10 phủ nhờ điện âm đặt vào Q trình bắn phá bề mặt phủ ion khí trơ đƣợc thực trƣớc phủ để làm tăng độ dính kết vật liệu phủ với Theo nguyên tắc bay hơi, phủ PVD có dạng bản: - Sử dụng dịng điện tử có điện thấp - Dịng điện tử có điện cao - Hồ quang - Phát xạ từ lệch Vật liệu phủ thông dụng cho PVD TiN, TiCN, TiAlN CrN Ứng suất dƣ lớp phủ ứng suất dƣ nén Chiều dày lớp phủ thƣờng bị hạn chế dƣới 5m để tránh tạo nên ứng suất dƣ có cƣờng độ cao lớp phủ Phủ PVD dễ tạo ứng suất nén vật liệu Hợp kim có lớp phủ PVD phù hợp cho việc gia công loại vật liệu có độ dẻo cao, phoi dễ bám dính nhƣ loại vật liệu thuộc nhóm Austenitic M, Nhơm N Loại lớp phủ chịu đƣợc thay đổi nhiệt tốt so với lớp phủ CVD Từ công nghệ phủ PVD - TiN lần đƣợc giới thiệu vào đầu năm 1980, phủ PVD trở thành tiêu chuẩn công nghiệp Hơn 30 năm qua, phủ PVD mở rộng bao gồm: TiN, TiCN, TiAlN, CrN… Đối với hầu hết ứng dụng gia công khuôn đúc, phủ PVD - TiAlN đƣợc sử dụng rộng rãi cho công cụ cắt Gần đây, phủ PVD mở rộng thành phủ nhiều lớp, phủ hybrid đƣợc phân loại nhƣ phủ ma sát thấp Những công nghệ phủ cung cấp giải pháp gia công thay đƣợc vật liệu đòi hỏi tốc độ cắt thấp độ mài mòn cao Phủ PVD thành phần quan trọng gia cơng tốc độ cao tốc độ cắt tăng lên, lƣợng nhiệt sinh q trình gia cơng tăng lên nhiều Quản lý hiệu tăng nhiệt tạo hồn thiện bề mặt tốt hơn, hình học chi tiết xác quan trọng tăng suất thông qua tăng tuổi thọ dụng cụ Điều đƣợc đánh giá theo hai cách: Tăng tuổi thọ dao cụ dẫn đến chi phí gia cơng lỗ hổng hay lỗi thấp Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 66 (a ) (b ) (c ) (d ) (e ) (g ) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 67 (h ) Hình 3.15 Ảnh SEM dụng cụ với chế độ cắt V = 70m/phút, S = 0,05mm/vòng, thời gian cắt t = 04 phút 22 giây Hình 3.15 (a): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 1000 lần Hình 3.15 (b): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 2000 lần Hình 3.15 (c): Ảnh chụp lƣỡi cắt với độ phóng đại 500 lần Hình 3.15 (d): Ảnh lƣỡi cắt, mịn mặt sau với độ phóng đại 2000 lần Hình 3.15 (e): Ảnh chụp mịn lƣỡi cắt với độ phóng đại 2000 lần Hình 3.15 (g): Ảnh chụp vùng mịn mặt sau với độ phóng đại 2000 lần Hình 3.15 (h): Ảnh chụp vết nứt vùng mịn với độ phóng đại 2000 lần Tốc độ cắt cao, mòn xảy mạnh hơn, bắt đầu xuất lớp phủ bong mảng (hình 3.15e), tƣợng cào xƣớc, bám dính xảy nhiều (hình 3.15a, b, d) Mũi dụng cụ bị cùn, xuất vết nứt bề mặt dụng cụ (hình 3.15g, h) vết nứt lớn dần bong khỏi lớp vật liệu nền, lƣỡi cắt phần giao tuyến mặt trƣớc mặt sau bị cùn (hình 3.15a, b, d) Điều làm giảm khả cắt gọt dụng cụ Điều hoàn toàn với nghiên cứu trƣớc thực tăng tốc độ cắt làm tăng mòn nhiệt sinh lớn, xuất vết nứt, lớp phủ bong mảng Giai đoạn sau vật liệu bị mịn khốc liệt, dụng cụ khơng cịn khả cắt gọt 3.4.2 Hình ảnh chụp ảnh SEM mảnh dụng cụ cắt - Tốc độ V= 50m/phút Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 68 Kết hình ảnh chụp SEM đƣợc thể hình 3.16 (a ) (c ) (b ) (d ) (e ) Hình 3.16 Ảnh SEM dụng cụ với chế độ cắt V = 50m/phút, S = 0,05mm/vòng, thời gian cắt t = 05 phút 19 giây Hình 3.16 (a): Ảnh chụp lƣỡi cắt với độ phóng đại 2000 lần Hình 3.16 (b): Ảnh chụp vùng tiếp giáp lƣỡi cắt với độ phóng đại 2000 lần Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 69 Hình 3.16 (c): Ảnh lƣỡi cắt, mịn mặt sau với độ phóng đại 1000 lần Hình 3.16 (d): Ảnh lƣỡi mịn mặt sau với độ phóng đại 1000 lần Hình 3.16 (e): Ảnh chụp mịn mặt sau với độ phóng đại 2000 lần Bắt đầu xuất vết cào xƣớc (hình 3.16c, d), tốc độ cắt thấp sinh nhiệt độ cao làm lớp phủ bong mảng, xuất lỗ sâu bề mặt (hình 3.16b, d) - Tốc độ V= 55m/phút Kết hình ảnh chụp SEM đƣợc thể hình 3.17 (a ) (b ) (d (c ) Ảnh SEM dụng cụ với chế độ cắt V)= 55m/phút, Hình 3.17 S = 0,05mm/vịng, thời gian cắt t = 05 phút 02 giây Hình 3.17 (a): Ảnh chụp lƣỡi cắt với độ phóng đại 500 lần Hình 3.17 (b): Ảnh mịn mặt sau với độ phóng đại 2000 lần Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 70 Hình 3.17 (c): Ảnh lƣỡi cắt với độ phóng đại 1000 lần Hình 3.17 (d): Ảnh mịn mặt sau với độ phóng đại 2000 lần Mịn xuất nhiều hơn, vật liệu bám dính bề mặt dụng cụ (hình 3.17a, b, c) Thấy rõ lớp phủ bong mảng vật liệu gia cơng chảy dính, khoan lớp vật liệu bong kéo theo lớp phủ bong theo - Tốc độ V= 60m/phút Kết hình ảnh chụp SEM đƣợc thể hình 3.18 (a ) (b ) (c (d ) ) Hình 3.18 Ảnh SEM dụng cụ với chế độ cắt V = 60m/phút, S = 0,05mm/vòng, thời gian cắt t = 04 phút 46 giây Hình 3.18 (a): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 2000 lần Hình 3.18 (b): Ảnh lƣỡi dao với độ phóng đại 1000 lần Hình 3.18 (c): Ảnh vùng mịn mặt sau với độ phóng đại 2000 lần Hình 3.18 (d): Ảnh mịn mặt sau với độ phóng đại 2000 lần Tƣơng tự nhƣ trên, mịn cào xƣớc, bám dính bong tróc xảy mạnh (hình 3.18c, d) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 71 - Tốc độ V= 65m/phút Kết hình ảnh chụp SEM đƣợc thể hình 3.19 (a ) (b ) (d (c ) ) Hình 3.19 Ảnh SEM dụng cụ với chế độ cắt V = 65m/phút, S = 0,05mm/vòng, thời gian cắt t = 04 phút 33 giây Hình 3.19 (a): Ảnh lƣỡi cắt với độ phóng đại 500 lần Hình 3.19 (b): Ảnh lƣỡi dao với độ phóng đại 1000 lần Hình 3.19 (c): Ảnh mịn mặt sau với độ phóng đại 2000 lần Hình 3.19 (d): Ảnh mũi dao với độ phóng đại 1000 lần Tƣơng tự nhƣ trên, mịn cào xƣớc, bám dính bong tróc xảy mạnh hơn, mũi dụng cụ bị phá hủy mạnh (hình 3.19d) - Tốc độ V= 70m/phút Kết hình ảnh chụp SEM đƣợc thể hình 3.20 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 72 (a ) (b ) (c ) (d ) (e ) cụ với chế độ cắt V = 70m/phút, Hình 3.20 Ảnh SEM dụng S = 0,05mm/vòng, thời gian cắt t = 04 phút 22 giây Hình 3.20 (a): Ảnh lƣỡi cắt với độ phóng đại 1000 lần Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 73 Hình 3.20 (b): Ảnh lƣỡi cắt, mịn mặt sau với độ phóng đại 1000 lần Hình 3.20 (c): Ảnh mịn mặt sau với độ phóng đại 1000 lần Hình 3.20 (d): Ảnh mịn mặt sau với độ phóng đại 2000 lần Hình 3.20 (e): Ảnh vùng mịn với độ phóng đại 2000 lần Mịn, bám dính, bong tróc xảy mạnh, lƣỡi cắt bị bong tróc (hình 3.20a) 3.4.3 Kết đo mịn: Các dao đƣợc sử dụng gia cơng thí nghiệm cắt thử 21 lỗ với chế độ cắt khác kết thể bảng 3.13 Bảng 3.13 Thơng số mịn theo tốc độ cắt lưỡi cắt ngồi (cắt chính) Tốc độ cắt V (m/phút) 50 55 60 65 70 hs (mm) 0,55 0,4 0,7 0,45 0,5 Với lƣợng chạy dao thấp cao chiều cao mòn mặt sau nhiều hơn, với lƣỡi cắt xảy tƣợng tƣơng tự nhiên mịn Với lƣợng chạy dao thấp thời gian phoi tiếp xúc với dụng cụ lớn, ma sát sinh lớn làm nhiệt độ truyền vào dụng cụ lớn dẫn đến tăng tƣợng mòn nhiệt, mòn bám dính Khi tốc độ cắt tăng cao với lƣợng chạy dao lực cắt, nhiệt sinh lớn điều kiện làm việc khốc liệt dẫn đến dụng cụ mòn nhanh làm giảm tuổi bền 3.4.4 Thí nghiệm gia cơng sản phẩm thật (chóp mũi khoan xoay cầu) Với chế độ cắt V= 55 m/phút; S= 0,05mm/vịng tiến hành gia cơng sản phẩm chóp mũi khoan xoay cầu (hình 3.21) đến mảnh chắp mũi khoan hỏng (tiến hành khoan vị trí mảnh hợp kim) gia cơng đến lỗ có kích thƣớc khơng đảm bảo u cầu kỹ thuật Kết cụ thể nhƣ sau: Số lƣợng sản phẩm gia cơng đƣợc đảm bảo u cầu: 12 chóp (540 lỗ khoan) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 74 Hình 3.21 Chóp mũi khoan xoay cầu sau gia cơng lỗ Số liệu kích thƣớc đƣờng kính lỗ; độ ô van, độ côn lỗ đo đƣợc theo bảng 3.14 Bảng 3.14 Kết đo lỗ; sai số hình dáng, hình học khoan sản phẩm chóp MKXC TT Lỗ khoan số Đƣờng kính lỗ (mm) Độ van lỗ (mm) Độ côn lỗ (mm) … … 536 537 538 539 540 541 542 543 … … 536 537 538 539 540 541 542 543 14,09 14,10 14,10 14,09 14,09 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 0,00 0,01 Độ nhám bề mặt (m) 0,46 0,65 0,46 0,49 0,44 14,09 14,08 14,08 14,09 14,08 14,07 14,07 14,06 0,01 0,02 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 0,03 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 0,93 0,94 0,97 0,98 1,06 1,12 1,21 1,24 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 75 Kết đo từ lỗ số 1540: - Dung sai đƣờng kính lỗ: 14,10-14,06 = TD = 0,04m - Độ ô van lỗ: 0,00-0,02 (mm), Dung sai độ ô van: 0,02mm - Độ côn lỗ: 0,00-0,02 (mm), Dung sai độ côn: 0,02mm - Thời gian gia công: 137 phút ( 02 17 phút) Từ lỗ khoan số 541 trở kích thƣớc đƣờng kính lỗ, độ nhám bề mặt đảm bảo, nhƣng sai số độ côn độ ô van đo đƣợc 0,03 nên vƣợt quy định (≤ 0,02) Vì mảnh dụng cụ hỏng (tại vị trí cắt mảnh) khơng sử dụng đƣợc 3.5 Kết luận chƣơng - Để gia công khoan vật liệu 20XHM nhiệt luyện đạt độ cứng 35 - 40 HRC, với dao gắn mảnh hợp kim phủ CVD: TiCN + Al2O3 (+TiN) Phủ PVD: TiCN chế độ cắt V= 55 m/phút; S= 0,05mm/vòng phù hợp, đảm bảo mòn thấp tuổi bền dụng cụ đƣợc tăng lên - Cơ chế mòn dụng cụ chủ yếu cào xƣớc bám dính làm mịn dụng cụ, cắt với tốc độ cắt lớn xảy tƣợng vật liệu gia cơng chảy dính lên bề mặt dụng cụ, bong kéo theo lớp phủ bong theo dẫn đến xuất vết lõm sâu bề mặt, tốc độ cắt tăng tƣợng xảy nhiều - Đánh giá chất lƣợng lỗ sau gia công theo số liệu Bảng 3.14 (Kết đo lỗ; sai số hình dáng, hình học; độ nhám bề mặt lỗ) độ nhám bề mặt lỗ giảm đáng kể, trung bình từ đến lần Dung sai độ côn, dung sai độ ô van lỗ gia cơng dụng cụ phủ giá trị dung sai độ côn, độ ô van đạt từ 00,02 đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề (yêu cầu ≤ 0,02) So với phƣơng pháp gia công trƣớc từ 0,030,04, giảm từ 1,53 lần) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 76 Chƣơng ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NGHIÊN CỨU KẾT LUẬN VÀ PHƢƠNG HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 4.1 Hiệu sử dụng mũi khoan gắn mảnh hợp kim phủ CVD-TiCN + Al2O3 (+TiN) phủ PVD-TiCN 4.1.1 Kết đo nhám mòn dụng cụ Kết đo nhám bảng 11 hình ảnh mòn dụng cụ qua ảnh cho thấy hiệu lớn sử dụng mũi khoan gắn mảnh hợp kim phủ CVDTiCN+Al2O3 (+TiN) PVD-TiCN để gia công vật liệu 20XHM tôi, với lƣợng chạy dao tốc độ cắt tăng mịn tăng, tăng tốc độ cắt lớn dẫn đến mòn tăng nhanh lớp phủ bị bong tróc mảng 4.1.2 Nhận xét Khi gia công vật liệu 20XHM (cụ thể khoan lỗ chóp mũi khoan xoay cầu) gia cơng đƣợc 12 chóp (540 lỗ khoan) ứng với mảnh hợp kim phủ CVD-TiCN+Al2O3 (+TiN) PVD-TiCN (khoan 1/4 vị trí mảnh hợp kim), với chế độ cắt V = 55m/phút, S = 0,05mm/vịng, thể tích phoi bóc Vphoi = 748,14 cm3 So sánh với gia công trƣớc nhiệt luyện (với mũi khoan HHS 14 khoan đƣợc 20 chóp ứng với 900 lỗ khoan mũi khoan hỏng) Tuy nhiên với loại mảnh dụng cụ sử dụng nghiên cứu tiếp tục sử dụng để gia cơng (vì mảnh xoay vị trí để gia cơng) Đánh giá hiệu kinh tế sau: + Đối với gia công khoan lỗ chóp trƣớc nhiệt luyện, dùng mũi khoan HSS 14 với giá thành 145.000 đồng/mũi: Khoan đƣợc 12 chóp (900 lỗ khoan) Chi phí dụng cụ khoan lỗ 14 là: 161,1 đồng/ lỗ khoan + Đối với gia cơng khoan lỗ chóp sau nhiệt luyện sử dụng mũi khoan gắn mảnh hợp kim phủ CVD-TiCN+Al2O3 (+TiN) PVD-TiCN, với giá thành 320.100 đồng/ cặp mảnh (mảnh cắt giá 144.900 đồng/mảnh; mảnh cắt giá 175.200 đồng/mảnh), khoan đƣợc 540 lỗ/ cặp mảnh/ vị trí mảnh x vị trí/mảnh; nên tổng khoan đƣợc 2160 lỗ/1 cặp mảnh Chí phí dụng cụ khoan lỗ 14 là: 148,2 đồng/ lỗ khoan + Khi áp dụng công nghệ khoan lỗ lắp hạt cắt HKC chóp mũi khoan xoay cầu 246 sau nhiệt luyện, mũi khoan xoay cầu 246 đƣợc Công ty TNHH thành viên khí hóa chất 13 (Nhà máy Z113) thử nghiệm khoan công trƣờng khoan Công ty cổ phần than Đèo Nai từ ngày 0324/11/2015, số lƣợng: 05 mũi; công trƣờng khoan Công ty cổ phần than Hà Tu từ ngày 27/1107/12/2015, số lƣợng: 05 mũi (Có biên khoan kiểm tra đánh giá chất lượng kèm theo) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 77 Qua kết khoan, tình trạng MKXC 246 sau khoan thử Nhà máy Z113 đánh giá nhƣ sau: - Mũi khoan xoay cầu 246, theo phƣơng án công nghệ khoan lỗ lắp hạt cắt HKC chóp mũi khoan sau nhiệt luyện qua khoan thử nghiệm khai trƣờng hầu nhƣ không bị rơi tụt hạt cắt HKC, tƣợng rơi tụt hạt cắt HKC xảy (khoảng ~ 1,4%) So sánh với loại mũi khoan xoay cầu 246 trƣớc sản xuất, với công nghệ khoan lỗ lắp hạt cắt HKC chóp mũi khoan trƣớc nhiệt luyện (hiện tƣợng rơi tụt hạt cắt HKC xảy nhiều, tỷ lệ rơi tụt chiếm tới ~ từ 15% đến 37%) - Chất lƣợng mũi khoan xoay cầu 246, theo phƣơng án công nghệ khoan lỗ lắp hạt cắt HKC chóp mũi khoan sau nhiệt luyện đƣợc nâng cao Tuổi thọ mũi khoan đƣợc nâng lên; số lƣợng mét khoan sâu đƣợc cải thiện nhiều, bình quân đạt 1160m địa chất đất đá có độ cứng đến F12 (lƣợng mét khoan sâu tăng lên khoảng ~ 30%) so với loại mũi khoan xoay cầu 246 theo phƣơng án công nghệ khoan lỗ lắp hạt cắt HKC chóp mũi khoan trƣớc nhiệt luyện (bình qn đạt ~ 890m) - Đặc biệt địa chất đất đá vùng mỏ với độ cứng đất đá từ F14F15 trở lên trƣớc khơng sử dụng đƣợc mũi khoan xoay cầu 246 Nhà máy Z113 sản xuất, mà mỏ phải sử dụng loại mũi khoan xoay cầu 246 Nga Mỹ sản xuất Khi áp dụng công nghệ khoan lỗ lắp hạt cắt HKC chóp mũi khoan xoay cầu 246 sau nhiệt luyện, mũi khoan xoay cầu 246 nhà máy khoan đƣợc đất đá có độ cứng F14F15, đạt mét khoan sâu từ 300m453m (theo yêu cầu nhà sử dụng, số lƣợng mét khoan sâu độ cứng đất đá  250m đạt yêu cầu) Đánh giá yêu cầu kỹ thuật chất lượng sản phẩm sau: Đánh giá chất lƣợng lỗ sau gia công theo số liệu Bảng 3.14 (Kết đo lỗ; sai số hình dáng, hình học; độ nhám bề mặt lỗ) độ nhám bề mặt lỗ giảm đáng kể, trung bình từ đến lần Dung sai độ côn, dung sai độ ô van lỗ gia công dụng cụ phủ giá trị dung sai độ côn, độ ô van đạt từ 00,02 đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề (yêu cầu ≤ 0,02) So với phƣơng pháp gia công trƣớc từ 0,030,04, giảm từ 1,53 lần) Nhƣ hiệu sử dụng mũi khoan gắn mảnh hợp kim phủ CVDTiCN+Al2O3 (+TiN) PVD-TiCN so với sử dụng dụng cụ truyền thống nghiên cứu trƣớc rõ ràng 4.2 Kết luận phƣơng hƣớng nghiên cứu 4.2.1 Kết luận Khi gia công vật liệu 20XHM với tốc độ cắt lựa chọn V = 55m/phút, S = 0,05mm/vòng, thời gian gia cơng giảm xuống Dụng cụ bị Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 78 mịn tiếp tục sử dụng Đảm bảo hiệu mặt kinh tế kỹ thuật Bề mặt trƣớc dụng cụ mòn hầu nhƣ không đáng kể nhƣ, ma sát phoi mặt trƣớc, phần mặt trƣớc tính từ lƣỡi cắt dƣờng nhƣ bề mặt nhẵn Thấy xuất vết cào xƣớc bề mặt Ở mặt sau tƣợng cào xƣớc xảy mạnh hơn, vết cào xƣớc xuất chiều chuyển động dao Khi cắt với chế độ cắt (V = 55m/phút, S = 0,05mm/vịng) tƣợng so với cắt với chế độ cắt khác Cơ chế mòn dụng cụ rõ ràng, với lớp phủ: lớp phủ phần giao tuyến mặt trƣớc mặt sau mịn, sau phát triển rộng dần, mịn chủ yếu cào xƣớc bám dính, tốc độ cắt cao lớp phủ có xuất vết nứt, vật liệu chảy dính bong mảng, mịn xảy khốc liệt lớp phủ bị phá hủy, lớp yếu bị mòn nhanh Với vật liệu chƣa thấy xuất vết chảy, chủ yếu vật liệu gia cơng chảy dính lớp phủ, bong kéo theo lớp phủ, vật liệu bong mảng làm xuất lỗ sâu bề mặt, nhƣ dụng cụ bị bào mịn đến dụng cụ khơng cịn khả cắt Sau khoan đến 540 lỗ mũi dao bị phá huỷ mạnh nhiệt cắt mũi dao lớn quan sát mắt thƣờng, phá huỷ mũi cắt lớn, mũi dụng cụ bị mịn phát triển dần phía lƣỡi cắt Khi kiểm tra kích thƣớc, dung sai độ độ ôvan lỗ vƣợt giá trị cho phép Nhám bề mặt đo đƣợc sau lần cắt Rz = 0,44 đến 1,24m đạt yêu cầu kỹ thuật đề Tuổi bền dụng cụ cắt (ứng với vị trí cắt mảnh hợp kim) với chế độ cắt V = 55m/phút, S = 0,05mm/vòng khoan đƣợc 540 lỗ, tính theo thể tích phoi bóc Vphoi = 748,14 cm3 4.2.2 Phƣơng hƣớng nghiên cứu Hạn chế nghiên cứu dừng lại việc lựa chọn chế độ cắt phù hợp để gia công vật liệu 20XHM Tiếp tục nghiên cứu với việc giải toán quy hoạch thực nghiệm để lựa chọn chế độ cắt tối ƣu cho dụng cụ đặc biệt khoan lỗ có đƣờng kính chiều sâu lớn Tiếp tục nghiên cứu nhiệt phát sinh trình cắt, đo lực cắt để làm sáng tỏ chế phá huỷ lớp phủ khoan vật liệu 20XHM Tiếp tục nghiên cứu chế phá huỷ mũi dao, nghiên cứu mòn mặt trƣớc dụng cụ nguyên nhân khác Tiếp tục nghiên cứu mòn dụng cụ khoan vật liệu 20XHM kết hợp biện pháp làm mát phù hợp để có khái niệm đầy đủ qua khai thác, sử dụng dụng cụ cắt phủ PVD-TiCN, phủ CVD-TiCN + Al2O3 (+TiN) cách hiệu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 79 Tài liệu tham khảo [1] GS.TSKH Bành Tiến Long, PGS.TS Trần Sỹ Tuý, PGS.TS Trần Thế Lục (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] GS.TS Trần Văn Địch (2006), Nguyên lý cắt kim loại, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] PGS TS Nguyễn Đăng Bình, PGS TS Phan Quang Thế (2006), Một số vấn đề ma sát, mịn bơi trơn kỹ thuật Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] TS Trần Thế Lục - Giáo trình mòn tuổi bền dụng cụ cắt Đại học Bách Khoa Hà Nội [5] PGS-TS Trần Trọng Bình - Tối ưu hố q trình cắt gọt NXB Giáo dục 2003 [6] J Talib*, M.R.M Toff and H.M Ariff - Wear mechanism of TiN, TiAlN and TiCN coated drills during drilling of carbon steel Malaysia 2007 [7] Standard range 2006 * 9th edition - GUHRING cutting tools [8] MITSUBISHI General catalogue (2008), Turning tools, rotating tools, tooling solutions [9] SUMITOMO General catalogue (2008), Performance cutting tools [10] M Dubar*, A Dubois, L Dubar - Wear analysis of tools in cold forging: PVD vesus CVD TiN coatings [11] Anthony J Perry, James R Treglio, Deepak G Bhat, S Prasad Boppana, Theo Z Kattamis, Kevin Schlichting, Geoff Dearnaley, Daniel E Geits - Effect of ion implantation on the residual street, tribological and machining behavior of CVD and PVD TiN coated cemented carbide cutting tool inserts [12] S.H Yao, W.H Kao, Y.L Su, T.H Liu - On the tribology and microdrilling performance of TiN/AlN nanolayer coating, Taiwan 2004 [13] Li Chen, S.Q.Wang, S.Z Zhou, Jia Li, Y.Z Zhang - Microtructure and machenical properties of Ti(CN) and TiN/Ti(CN) multilayer PVD coatings, China 2007 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 80 [14] WALTER General catalogue (2012, 2013/2014), Turning tools, Drilling tools, Threading tools, milling tools, adaptors [15] NACHI Catalogue structure (2011-2012), cutting tools [16] Lijing Bai a, b, Xiaodong Zhu a, Jiming Xiao b, Jiawen He a, * - Study on thermal stability of CrTiAlN coating for dry drilling a State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China b School of Material science and Engineering, Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China Available online 17 August 2006 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ========== ĐỖ QUANG LỰA CHỌN MŨI KHOAN VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT HỢP LÝ ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRONG VIỆC GIA CÔNG LỖ LẮP HẠT CẮT CỦA CHÓP MŨI KHOAN XOAY CẦU ? ?246 LUẬN VĂN... nghiên cứu cụ thể Từ ý tƣởng em chọn đề tài: ? ?Lựa chọn mũi khoan xác định chế độ cắt hợp lý để nâng cao hiệu việc gia công lỗ lắp hạt cắt chóp mũi khoan xoay cầu ? ?246? ?? Ý nghĩa khoa học thực tiễn... http://www.lrc.tnu.edu.vn 47 gia công lỗ lắp hạt cắt HKC chóp mũi khoan xoay cầu làm vật liệu 20XHM nhiệt luyện Qua thí nghiệm lựa chọn đƣợc chế độ cắt hợp lý để gia cơng sản phẩm thật (chóp mũi khoan xoay cầu) để so