Nghiên cứu thực nghiệm mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi bằng phương pháp Taguchi

Lực cắt

• Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện

Trong thực tế, những nhận thức về lực cắt rất quan trọng để thiết kế dụng cụ cắt, thiết kế đồ gá, tính toán và thiết kế máy móc, thiết bị, v.v… Dưới tác dụng của lực cắt cũng như nhiệt cắt dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy đối với tất cả các thành phần lực cắt Px, Py và Pz ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt có thể tính bằng công thức chung sau: P = CP .tx p .S y p (1- 6).

Nhiệt cắt

• Quá trình phát sinh nhiệt

Trong tiện cứng ta thấy vật liệu phôi cứng hơn nhiều so với tiện thông thường, vì vậy nhiệt sinh ra trong vùng cắt là rất lớn, để thoả mãn khả năng chịu nhiệt này hàng loạt các loại vật liệu dụng cụ mới được ra đời, thông qua bảng 1.1. Nhưng Tay, Li và các đồng nghiệp lại cho rằng phần nhiệt sinh ra do ma sát của phoi trên mặt trước là đáng kể và đưa ra các công thức tính tốc độ sinh nhiệt riêng (q2) khác nhau dựa trên các mô hình khác nhau về mô hình ứng suất và phân bố vận tốc của lớp phoi dưới cùng trên mặt trước [24], [21].

Bản chất của lớp bề mặt

Lớp Beilbly trên bề mặt kim loại là hợp kim được tạo nên do sự chảy và biến dạng dẻo bề mặt, do biến dạng và tốc độ biến dạng lớn của các lớp phân tử bề mặt trong quá trình gia công cơ, sau đó cứng lên nhờ quá trình tôi do nền vật liệu khối có nhiệt độ thấp. Trong lớp này tồn tại liên kết rất mạnh giữa bề mặt chất rắn và chất hấp thụ thông qua liên kết cộng hoá trị, vì thế để làm sạch lớp này cần có một n ăng lượng tương ứng với năng lượng tạo nên liên kết hoá học (10  100 Kcal/mol). Bên ngoài lớp hấp thụ hoá học là lớp hấp thụ vật lý, chủ yếu là các phần tử hơi nước, oxy và hyđrô cacbon trong không khí tồn tại dưới dạng đơn hoặc đa phân tử với chiều dày khoảng 3nm.

Có bốn tiêu chuẩn để phân biệt lớp hấp thụ hoá học và vật lý là: lượng nhiệt cần cho hấp thụ, khoảng nhiệt độ cần thiết cho hấp thụ, năng lượng hoạt tính, tính chất và chiều dày của lớp hấp thụ.

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện cứng 1. Độ nhám bề mặt và phương pháp đánh giá

• Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ (cũng như sau tiện cứng) 1. Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt

Loại Thông số nhám (∝m) Chiều dài. Các giá trị Ra , Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt. Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt. Để đánh giá độ nhám bề mặt người ta thường dùng các phương pháp sau đây:. a) Phương pháp quang học (dùng kính hiển vi Linich). Qua nghiên cứu bằng mô hình nhiệt cắt đồng thời tiến hành thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính mũi dao đến chiều sâu lớp biến cứng (lớp trắng) trong tiện cứng của Kevin Chou và Hui Song [16], [17] kết quả đều cho thấy chiều sâu của lớp biến cứng phụ thuộc vào bán kính mũi dao (hình 2.3). Để đánh giá (xác định) ứng suất dư người ta thường sử dụng các phương pháp sau đây:. 1) Phương pháp tia Rơnghen: dùng tia Rơnghen kích thích trênề mb ặt mẫu một lớp dày 5  10 ∝m và sau mỗi lần kích thích ta chụp ảnh đồ thị Rơnghen.

Tuy nhiên, phương pháp này ấrt phức tạp và tốn nhiều thời gian cho việc điều chỉnh đồ thị Rơnghen (mất khoảng 10 giờ cho một lần đo). 2) Phương pháp tính toán lợưng biến dạng: Sau khi hớt từng lớp mỏng kim loại bằng phương phá p hoá học và điện cơ khí ta tính toán khối lượng biến dạng của chi tiết mẫu.

Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi tiện cứng 1. Ảnh hưởng của các thông hình học của dụng cụ cắt

Theo tài liệu [4], khi cắt thép c ácbon (kim loại dẻo) ở tốc độ thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách dễ, biến dạng của lớp kim loại không nhiều, vì vậy độ nhám bề mặt thấp. Nếu tiếp tục tăng tốc độ cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại bị phá hủy, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi (lẹo dao bị biến mất ứng với tốc độ cắt trong khoảng 30  60 m/phút). Lượng chạy dao ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học (như đã trình bày ở mục 2.5.1) còn ảnh hưởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công làm cho độ nhám thay đổi.

Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công dẫn đến làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên chi tiết gia công.

Tuổi bền của dụng cụ cắt

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

Mòn công nghệ là hiện tượng mòn mà tại đó dụng cụ cắt bị ngừng sử dụng do những hạn chế về công nghệ như: độ nhám bề mặt tăng, kích thước gia công không chính xác, xuất hiện dao động của hệ thống công nghệ, chi tiết bị nung nóng mạnh, dụng cụ cắt bị gẫy,..Chỉ tiêu này chủ yếu được dùng để nghiên cứu dụng cụ cho gia công tinh. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt khi tiện cứng Khi mảnh CBN bị mòn, dạng và thông số hình học phần cắt bị thay đổi dẫn đến các hiện tượng vật lý, hoá học sinh ra trong quá trình ắct thay đổi (như nhiệt cắt, lực cắt, ôxy hoá,…) và điều này sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công khi tiện cứng [26]. Qua các nghiên cứu lý thuyết và bằng các thực nghiệm về xác định mòn dụng cụ cắt trong tiện cứng sử dụng mảnh PCBN, người ta thấy rằng quy luật mài mòn của dao CBN không hoàn toàn giống với quy luật mài mòn thông thường.

Sau các lần cắt có thể dựa vào chỉ tiêu mòn công nghệ kết luận dụng cụ cắt đã bị hỏng, không thể tiếp tục làm việc theo chất lượng yêu cầu, do vậy ta có được tổng thời gian gia công tính bằng T(phút).

Hệ thống thiết bị thí nghiệm

• Thiết bị thí nghiệm 1. Máy

Phương pháp thực nghiệm bao gồm một loạt các thí nghiệm được lặp lại nhiều lần trong những điều kiện nhất định để có khả năng ghi nhận kết quả. Điều kiện thí nghiệm xác định bằng các yếu tố (hoặc các biến số không phụ thuộc) x1 , x2 ,.xk , mà người ta giả thiết chúng ảnh hưởng tới đối tượng nghiên cứu. Lê Viết Bảo, thành phần hoá học qua phân tích (tại Nhà máy Z159 - Thái Nguyên) được kết quả như trong bảng 4.1.C ấu trúc tế vi theo hai phương dọc trục và vuông góc với trục ở hình vẽ 4.6.

(a), Phôi thép 9XC qua tôi cứng, (b,c) Ảnh quang học cấu trúc tế vi thép 9XC theo hai phương song song và vuông góc với trục.

Thiết bị đo khác

Các bộ thông số V, S, t được lựa chọn, sử dụng tuỳ thuộc vào yêu cầu thí nghiệm, đồng thời thay đổi theo mô hình nghiên cứu.

Thí nghiệm xác định quan hệ mòn của mảnh dao theo chế độ cắt 1. Quy trình tiến hành thí nghiệm

• Xử lý kết quả thí nghiệm

Trên vùng mòn nhiều hạt CBN bị tách khỏi bề mặt do tương tác của VLGC làm yếu pha thứ hai của VLDC theo như kết quả nghiên cứu của Kenvin và đồng nghiệp [5] , điểm khác biệt ở nghiên cứu này là cơ chế mòn do khuếch tán kết hợp với cào xước do Polachon và đồng nghiệp [32] đề xuất dường như không còn phù hợp với kết quả vừa tìm được. Sau thời gian cắt đủ lớn, khi mòn phát triển dần vào phía trong vùng mặt trước theo hướng thoát phoi, ứng suất pháp giảm đi nhanh chóng, hiện tượng dính trở nên phổ biến ở vùng phoi thoát khỏi mặt trước thì cơ chế mòn do mỏi kết hợp với dính là nguyên nhân của mòn ở vùng này gây bóc tách từng mảnh VLDC ra khỏi vùng bề mặt như trên hình 5(d). Điều này có thể giải thích do cơ tính của PCBN ít bị suy giảm bởi nhiệt độ cao trong vùng cắt, tuy nhiên tác dụng có chu kỳ của các hạt cứng trong thép lên bề mặt kết hợp với dính đã làm cho bề mặt của dụng cụ bị phá huỷ theo cơ chế dính mỏi kết hợp sau một thời gian gia công nhất định.

Đây là vùng tương ứng với các rãnh mòn sâu trên dụng cụ khi cắt các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao và theo Shaw [33], các rãnh mòn sâu trên mặt trước và sau ở vùng này có liên quan đến tác dụng truyền nhiệt mạnh ở hai bên rìa của phoi vào bề mặt dụng cụ cắt và đó là hiện tượng mòn phức tạp liên quan đến nhiệt.

Nghiên cứu mối quan hệ giữa tuổi bền mảnh dao PCBN theo chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC qua tôi

Chú ý tới khả năng của máy, mảnh dao và điều kiện gia công tinh sử dụng trong Xưởng thực nghiệm ta chọn được bộ thông số chế độ cắt như sau. Các điểm thí nghiệm là các đỉnh khối lập phương (4 đỉnh là các vòng tròn to) và 2 thí nghiệm bổ sung để kiểm tra tính đồng nhất các thí nghiệm (các thí nghiệm 9,10 ở tâm khối lập phương). Nếu giả thiết về tính đồng nhất của các thí nghiệm không được chấp nhận cần phải tiến hành thêm 6 thí nghiệm (4 ở đỉnh, 2 ở tâm).

Sau lần bù bán kính mũi dao đầu tiên, cứ sau một loạt 3 chi tiết tiến hành đo nhám chi tiết gia công để xác định thời điểm thay dao.