Nghiên cứu chế độ cắt và góc nghiêng của bề mặt gia công ảnh hưởng đến tuổi bền của dao phay đầu cầu phủ TiAIN khi gia công khuôn thép R12MoV qua tôi

Đặc điểm của dụng cụ cắt phủ

- Phủ Titan Aluminium nitrit (TiAlN) có độ cứng cao và hệ số ma sát thấp tính dẫn nhiệt rất thấp do đó dụng cụ cắt có lớp phủ bằng TiAlN có thể làm việc với tốc độ cắt cao hơn từ 20 ÷ 52% so với dụng cụ cắt có lớp phủ TiN. Hệ số ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc phụ thuộc vào ứng suất pháp tuyến tại chỗ tiếp xúc hay tỷ số giữa diện tích tiếp xúc thực và diện tích tiếp xúc danh nghĩa Ar/A Kết quả nghiên cứu của Shaw, Ber và Bamin [4] chỉ ra sụ phụ thuộc này trên hình vẽ với 3 vùng ma sát. Trong quá trình chuyển động tương đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào tách ra, sau đó vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành những hạt mài rời.

Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ giảm dần đến một lúc nào đó dụng cụ sẽ không tiếp tục cắt được do mòn hoặc hỏng hoàn toàn.Mòn dụng cụ là chỉ tiêu đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ bởi vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ.

Độ mòn dao

Có giả thuyết, nếu sức bền dính đủ lớn để cản trở chuyển động trượt tương đối, một vùng của vật liệu sẽ bị biến dạng dưới tác dụng của ứng suất nén và tiếp và sự trượt xảy ra mạnh dọc theo các mặt phẳng trượt này tạo thành các mảnh mòn dạng lá mỏng. Theo Loladze, mòn dụng cụ cắt do hạt mài có nguồn gốc từ các tạp chất cứng trong vật liệu gia công như oxides và nitrides hoặc những hạt các bít của vật liệu gia công trong vùng tiếp xúc giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công tạo nên các vết cào xước trên bề mặt dụng cụ. Theo Brierley và Siekmann hiện nay mòn do khuếch tán đã được chấp nhận rộng rãi như một dạng mòn quan trọng ở tốc độ cắt cao, họ chỉ ra các quan sát của Opitz cho thấy trong cấu trúc tế vi của các lớp dưới của phoi thép cắt bằng dao hợp kim cứng chứa nhiều cacbon hơn so với phôi.

Vì thế việc nghiên cứu chọn ra một chế độ cắt phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng dao (tuổi bền dao lớn nhất) khi dùng đỉnh dao gia công một loại vật liệu trong một điều kiện cụ thể là rất cần thiết và đem lại hiệu quả cho quá trình gia công.

Tuổi bền dụng cụ cắt

• Các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dụng cụ cắt

Khi mòn sẽ làm cho hình dạng và thông số hình học phần cắt của dụng cụ thay đổi dẫn đến các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt thay đổi (như nhiệt cắt, lực cắt…) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công [2]. Và đường cong Taylor của tuổi bền chỉ có ý nghĩa trong điều kiện cắt ở dải vận tốc cắt cao, vì khi đó tuổi bền của dụng cụ bị chi phối bởi các cơ chế mòn phụ thuộc nhiệt độ cao liên quan đến biến dạng, khuếch tán và ôxy hoá. Có thể thấy rằng lớp phủ cứng có tác dụng giảm ma sát trên mặt trước, giảm nhiệt độ cực đại và sự phát triển của trường nhiệt độ trong dụng cụ dẫn đến giảm mòn do nhiệt và tăng tuổi bền cho dụng cụ.

Hơn nữa lớp phủ cứng tạo nên một lớp phân cách giữa vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ với khả năng chống dính, chống cào xước cơ học cao do tính trơ hoá học và độ cứng cao của nó là nguyên nhân giảm mòn và tăng tuổi bền.

Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt

Từ hai đồ thị có thể thấy rằng trong cắt liên tục (tiện) TiAlN có tác dụng nâng cao tuổi bền của dao thép gió tốt nhất sau đó đến TiN và cuối cùng là TiCN. Như vậy mỗi loại vật liệu phủ đều có khả năng nâng cao tuổi bền của dụng cụ khác nhau tuỳ thuộc vào các điều kiện cắt trong đó dụng cụ được sử dụng [4]. Đối với dao phay cầu phủ tuổi thọ sẽ được xét riêng cho từng vùng của lưỡi cắt (cung trên lưỡi cắt có quá trình cắt gọt diễn ra gần giống nhau).

Nếu xét một cách tổng thể theo quá trình mòn thì tuổi thọ của dao cầu sẽ là tổng tuổi thọ của các cung trên lưỡi cắt có quá trình cắt gọt diễn ra gần giống nhau.

Sơ lƣợc về thép hợp kim

 Sau nhiệt luyện, thép hợp kim có thể đạt được độ bền rất cao, nhưng cùng với sự tăng độ bền, độ dẻo và độ dai lại giảm đi, do vậy phải chú ý tới mối quan hệ này để xác định cơ tính thích hợp. Nhiệt độ cao hơn, thép bị biến dạng do hiện tượng chảy nhão và bị oxy hóa mạnh… Các nguyên tố hợp kim cản trở khả năng khuếch tán của cacbon, làm mactenxit phân hóa và cacbit kết tụ ở nhiệt độ cao hơn, vì thế nó giữ được độ cứng cao của trang thái tôi và tính chống nhão tới 600ºC, tính chống sự oxy hóa tới 800-1000ºC. Như đã biết, thép cacbon bị gỉ trong không khí, bị ăn mòn mạnh trong các môi trường axit, bazơ và muối… Nhờ hợp kim hóa mà có thể tạo ra thép không gỉ, thép có tính giãn nở và đàn hồi đặc biệt, thép có từ tính cao và thép không có từ tính….Trong những trường hợp như vậy, phải dùng những loại thép hợp kim đặc biệt, với thành phần được khống chế chặt chẽ.

Như vậy có thể nói rằng, nguyên tố hợp kim có tác dụng rất tốt, thép hợp kim là vật liệu không thể thiếu được trong chế tạo máy, dụng cụ, thiết bị nhiệt điện, công nghiệp hóa học… Nó thường được làm các chi tiết quan trọng nhất trong điều kiện làm việc nặng, chịu mài mòn, va đập.

Cơ sở xác định tuổi bền của dao bằng thực nghiệm

• Độ nhám bề mặt và phương pháp đánh giá

- Rz: Chiều cao mấp mô prôfin theo mười điểm là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao năm đỉnh cao nhất và chiều sâu của năm đáy thấp nhất của prôfin trong khoảng chiều dài chuẩn. Chỉ tiêu Ra được gọi là thông số ưu tiên và được sử dụng phổ biến nhất do nó cho phép ta đánh giá chính xác hơn và thuận lợi hơn những bề mặt có yêu cầu nhám trung bình (độ nhám từ cấp 6 đến cấp 12). Phương pháp này đo được bề mặt có độ nhẵn bóng cao (độ nhám thấp) thường từ cấp 10 đến cấp 14. b) Phương pháp đo độ nhám Ra, Rz, Rmax v.v.bằng máy đo prôfin. Phương pháp này sử dụng mũi dò để đo prôfin lớp bề mặt có cấp độ nhẵn tới cấp 11. Đây chính là phương pháp được tác giả sử dụng để đánh giá độ nhám bề mặt sau khi phay cứng. Tuy nhiên đối với các bề mặt lỗ thường phải in bằng chất dẻo bề mặt chi tiết rồi mới đo bản in trên các máy đo độ nhám bề mặt. c) Phương pháp so sánh, có thể so sánh theo hai cách.

Tuy nhiên phương pháp này chỉ cho phép xác định được cấp độ bóng từ cấp 3 đến cấp 7 và có độ chính xác thấp, phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người thực hiện.

Thiết kế thí nghiệm

• Điều kiện thí nghiệm 1.Máy
• Thực nghiệm xác định tuổi bền

Thực nghiệm được tiến hành tại trung tâm gia công VMC - 85S do hãng Maximart sản xuất năm 2003 với hệ điều khiển Fanuc OMD, máy có khả năng tích hợp CAD/CAM qua cổng RS 232 của Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Thái Nguyên. Đây chính là phương trình hồi quy phi tuyến bậc 2 là phương pháp xây dựng quy trình thí nghiệm và sử lý số liệu dựa trên một số tiêu chí giống như quy hoạch trực giao cấp 1, nhưng ở đây ta sẽ nhận được mô hình hồi quy dạng đa thức bậc 2 đủ, mô tả sự phụ thuộc vào hàm y vào các thông số ảnh hưởng x1,x2 , ..xk. Từ các kết quả thí nghiệm và hình ảnh chụp trên máy SEM tại phòng thí nghiệm Vật lý trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên chúng ta có thể thấy mặt trước của dụng cụ chia thành 3 vựng rừ rệt theo phương thoỏt phoi thụng qua mức độ dớnh của vật liệu gia cụng với mặt trước và mặt sau.

Như chúng ta biết trong vật liệu gia công có những hạt cứng những hạt cứng này khi di chuyển qua vùng ma sát 1 vừa lăn, vừa trượt dưới tác dụng của ứng suất pháp rất lớn ở vùng lưỡi dao là nguyên nhân tạo ra các rãnh biến dạng dẻo do cào xước trên bề mặt của vùng này.