Hình 4.4: Dao tiện - tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ t- 123docz.net

Hình 3.6: Tuổi bền dụng cụ tính bằng phút [27]

Trong tiện cứng với dao gắn mảnh CBN Dawson và Thomas đã thí nghiệm với các bộ thông sô khác nhau cho trong bảng 3.1. Kết quả cho thấy rằng tuổi bền của dụng cụ tính theo khôi lượng phoi bóc tách được thể hiện hình 3.5 và tính theo phút được thể hiện trên hình 3.6. Hai ông đã kết luận vận tôc cắt có ảnh hưởng mạnh hơn so với lượng chạy dao đến tuổi bền của dụng cụ. Vì thế để tăng tuổi bền của dụng cụ có thể giảm vận tôc cắt đồng thời kết

Các bộ thông sô thí nghiệm

T uổ i b ền d ụn g cụ (p hú t) Các bộ thông số thí nghiệm T h ể tí ch p h oi ( cm 3 )

hợp tăng lượng chạy dao. Bởi năng suất cắt quan hệ tuyến tính với cả vận tôc cắt và lượng chạy dao. Khi giảm vận tôc cắt đi một nửa đồng thời tăng lượng chạy dao nên gấp đôi thì năng suất vẫn được duy trì [27].

Ảnh hưởng của vận tôc cắt và lượng chạy dao đến tuổi bền thông qua các cơ chế mòn diễn ra ở chế độ cắt đã cho phụ thuộc nhiều hay ít vào nhiệt độ. Do đó việc áp dụng công thức Taylor cần phải cân nhắc trong từng trường hợp cụ thể [3].

3.2.2.2. Ảnh hưởng của thông số hình học đến tuổi bền của dụng cụ cắt

Thông sô hình học của dụng cụ cắt có ảnh hưởng rất lớn đến tuổi bền của dụng cụ đặc biệt là góc trước γn. Nghiên cứu của Zhou, Walter và các đồng nghiệp [26] khi tiện cứng thép ổ lăn 100Cr6 bằng dao gắn mảnh PCBN cho thấy khi góc trước γn tăng dẫn đến tăng lực cắt, đồng thời góc trước γn có quan hệ với tuổi bền của dụng cụ như đồ thị hình 3.7.

Hình 3.7: Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh PCBN với góc trước γn

Như vậy trong tiện cứng sử dụng dao gắn mảnh PCBN nên sử dụng dao có góc trước γ trong khoảng 10÷200, điều này sẽ có lợi là làm giảm lượng mòn của dao cũng như tăng tuổi thọ của dụng cụ

3.2.3. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt

Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tô của quá trình cắt đến tuổi bền T bằng phương pháp thực nghiệm đo độ mòn cho phép mặt sau [hs]. Với các kết quả thực nghiệm, các đồ thị quan hệ giữa độ mòn, tuổi bền và các nhân tô ảnh hưởng được xác lập. Trên cơ sở đó xác định được quan hệ giữa tuổi bền và các nhân tô ảnh hưởng.

Hình 3.8: Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao

Quan hệ giữa tôc độ, độ mòn và thời gian được biểu thị trên hình 3.7. Với độ mòn cho phép [hs] đã xác định được thời gian làm việc của dụng cụ với các tôc độ khác nhau (t1 với V1; t2, t3 với V2, V3 với V1 <V2 <V3 <V4;t1, t2, t3, t4 chính là tuổi bền T của dụng cụ ứng với tôc độ V1, V2, V3, V4…) khi các yếu tô cắt khác được cô định. Trên cơ sở đó lập được đồ thị quan hệ giữa tôc độ và tuổi bền V-T hình 3.8 và chuyển sang đồ thị lôgarit hình 3.9.

Qua đồ thị quan hệ V-T ta thiết lập được công thức liên hệ giứa tôc độ và tuổi bền: lgV =lgA m T− lg ⇒ lg lg lg A V m T − = ⇒ V Am T = (3-7) . m onst V T =c ⇒T Am V = (3-8)

Hình 3.10: Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit)

3.3. Kết luận chương 3

Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẻ giảm dần, đến một lúc nào đó sẽ không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Mòn dụng cụ là một chỉ tiêu đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế của quá trình gia công. Vì vậy việc lựa chọn dụng cụ và xác định điều kiện làm việc là rất quan trọng đôi với tất cả các quá trình gia công.

Chương 4

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH THÉP KHÔNG GỈ

SUS 201 4.1. Thép không gỉ.

4.1.1. Sơ lược về thép không gỉ.

Thép không gỉ bao gồm một họ hợp kim trên cơ sở Fe mà tính chất chủ yếu của nó là bền ăn mòn trong các môi trường khác nhau. Tuy gọi là thép không gỉ, nhưng cần hiểu tương đôi so với thép thường. Thực ra mỗi loại thép không gỉ chỉ có tính chông ăn mòn cao trong một sô môi trường nhất định và ngay cả trong môi trường đó nó vẫn bị ăn mòn với tôc độ nhỏ và được coi là không gỉ. Có thể dựa vào tôc độ ăn mòn (chiều dầy lớp kim loại bị ăn mòn trong đơn vị thời gian- mm/năm) để đánh giá tính “không gỉ”, ví dụ:

+ Trong môi trường ăn mòn yếu (không khí, nước ngọt,…) có các mức sau:

- Nếu tôc độ ăn mòn không lớn hơn 0,01 mm/năm thì thép được coi là hoàn toàn không gỉ;

- Nếu tôc độ ăn mòn không lớn hơn 0,1 mm/năm thép được coi là không gỉ;

- Nếu tôc độ ăn mòn lớn hơn 0,1 mm/năm thì thép bị coi là gỉ.

+ Trong môi trường ăn mòn mạnh (dung dịch axít, muôi,…) có các mức sau:

- Nếu tôc độ ăn mòn không lớn hơn 0,1 mm/năm được coi là chịu axít, muôi tôt;

- Nếu tôc độ ăn mòn không lớn hơn 1 mm/năm được coi là không gỉ (đạt yêu cầu;

Tôc độ ăn mòn còn được đánh giá bằng mức độ giảm khôi lượng trên đơn vị diện tích trong đơn vị thời gian (g/m2h). Trong trường hợp không có hiện tượng ăn mòn cục bộ, giữa hai đại lượng này có môi quan hệ như sau: 1 g/m2h = 0,1222 mm/năm.

Crôm là nguyên tô hợp kim có vai trò quyết định đôi với tính không gỉ của thép. Với lượng chứa không ít hơn 12%Cr, thép sẽ trở nên không gỉ trong môi trường ôxy hoá do tạo ra lớp màng thụ động trên bề mặt của nó. Còn một cách giải thích khác là khi ferit chứa không ít hơn 12%Cr, điện thế điện cực của nó tăng tương đương với điện thế của pha Xêmentit (hay Cacbit nói chung), nâng cao khả năng chông ăn mòn điện hoá một cách rõ rệt làm cho thép trở nên không gỉ.

Khía cạnh chung của thép không gỉ là sự có mặt của ít nhất 11%Cr để cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn và ôxy hoá tuyệt vời, đây là đặc tính chung của các vật liệu này. Tuy vậy, thép không gỉ không phải là một loại vật liệu đơn, dễ xác định mà bao gồm một vài họ hợp kim, mỗi loại có tính chất riêng về cấu trúc tế vi, thành phần hợp kim và các khoảng thuộc tính. Sự khác nhau về thành phần trong mỗi họ có thể cho nhiều hợp kim khác nhau phù hợp với một phạm vi rộng các ứng dụng.

Vì hiện có nhiều loại thép không gỉ, tính gia công của thép không gỉ thay đổi từ thấp đến rất cao, phụ thuộc vào lựa chọn cuôi cùng của hợp kim. Tuy nhiên các loại thép không gỉ được coi là khó gia công hơn các kim loại khác, như nhôm hay thép cacbon thấp. Các loại thép không gỉ được mô tả là có tính dính trong khi cắt, cho thấy xu hướng tạo ra các phoi dài dạng dây, các phoi này bị kẹt hay tạo ra lẹo dao. Điều này có thể dẫn đến giảm tuổi bền của dao và giảm chất lượng bề mặt. Các đặc tính chung này là do các thuộc tính sau đây:

- Độ bền kéo cao

- Độ dai lớn và rất mềm - Tôc độ tôi cao

- Độ dẫn nhiệt thấp

Mặc dù có các thuộc tính này, các loại thép không gỉ có thể được gia công ở dưới các điều kiện phù hợp. Nói chung, cần nhiều năng lượng để gia công thép không gỉ hơn là thép Cacbon, tôc độ cắt thường phải thấp hơn, cần phải duy trì bước tiến dao dương (Positive feed), dao và đồ gá phải cứng vững, cần phải có cơ cấu bẻ phoi trên dao và cần phải quan tâm đến chế độ bội trơn làm nguội trong khi cắt.

4.1.2. Thép không gỉ SUS 201:

Thép không gỉ SUS 201 là loại thép thuộc nhóm Austenitic. Đây là loại thép được ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế vì những ưu điểm sau:

- Tính chông ăn mòn cao, ổn định trong các môi trường như nước, chịu nhiệt cao (900 oC -1000oC) vì vậy chúng được dùng phổ biến trong dụng cụ gia đình, thực phẩm, y tế,...

- Tính dẻo cao dễ gia công cán, dập, gò ở trạng thái nguội nên được dùng nhiều trong các thiết bị hoá học và đồ dùng gia đình.

- Cơ tính đảm bảo, có khả năng chông mài mòn tôt nên thường được dùng làm dụng cụ đo kiểm, khuôn dập,...

Bên cạnh đó nó có một sô những nhược điểm: - Đắt tiền, hàm lượng Ni thấp.

- Khó gia công cắt gọt do dẻo quánh, phoi khó gãy, bề mặt gia công dễ bị biến cứng, dao nóng hơn và có xu hướng tạo ra lẹo dao nhiều hơn. Nói chung, đây là loại khó gia công trong sô các loại thép không gỉ.

- Bị ăn mòn trong một sô trường hợp cụ thể như: ăn mòn theo biên giới hạt ở vùng ảnh hưởng nhiệt của môi hàn hoặc chi tiết phải thường xuyên làm việc ở nhiệt độ 400oC -800oC, ăn mòn tập trung,...

Vì những ưu và nhược điểm ở trên, nên trong nội dung đề tài tác giả đã sử dụng thép không gỉ SUS 201 làm vật liệu để nghiên cứu.

4.2. Thiết kế thí nghiệm

- Thông qua thực nghiệm khi tiến hành dùng dao tiện phủ TiAlN tiện thép không gỉ SUS 201với các chế độ cắt khác nhau rồi đưa ra nhận xét và kết luận tương ứng.

- Xác định giới hạn tuổi bền của dao theo các thông sô chế độ cắt khác nhau, từ đó đưa ra môi quan hệ giữa chúng. Các cơ sở sản xuất có thể dùng kết quả đó cho việc gia công với các điều kiện tương tự.

- Mục tiêu của việc xây dựng thí nghiệm là nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tô thông sô chế độ cắt đến tuổi bền của dao tiện phủ TiAlN khi gia công thép không gỉ SUS 201.

4.2.1. Các giới hạn của thí nghiệm

Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tôc cắt và chiều sâu cắt của dao tiện phủ TiAlN khi gia công thép không gỉ SUS201.

- Vận tôc cắt v = 95 - 180 (m/phút).

- Lượng chạy dao s = 0.05 - 0.15 (mm/vòng). - Chiều sâu cắt t = 0.15 - 0.45 (mm).

- Nghiên cứu tuổi bền của dao tại đỉnh của dao.

- Tổng hợp các nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công là ổn định.

- Độ cứng của phôi ổn định trong suôt quá trình gia công. - Gia công tưới tràn với dung dịch Emusil: Mira EM40 5%.

4.2.2. Mô hình toán học

Mô hình toán học khi xác định tuổi bền của dao tiện phủ TiAlN khi gia công thép không gỉ SUS 201 hợp kim CR12MOV trong nghiên cứu này được lựa chọn trên cơ sở phương trình cơ bản tuổi bền của Taylor:

V*Tn=Ct

Trong đó:

- T là thời gian (phút) - V là vận tôc cắt (m/phút) - Ct là hằng sô thực nghiệm

Phương trình Taylor mở rộng bao gồm cả ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt được viết như sau phương trình (4-1), (4-2), (4-3) như sau:

T = A1*VA2 (4-1) T = A3*VA2 *SA4 (4-2), T = A5*VA2 *SA4*tA6 (4-3)

Các mô hình toán học khai triển bậc nhất và bậc hai logarít của tuổi bền dường như phù hợp hơn với các dữ liệu cho dao composite. Khác với các phương trình tổng quát (3-1), (3-2), (3-3), (3-4) các mô hình toán học này hạn chế trong một giải với các điều kiện dùng để tạo nên các dữ liệu thực nghiệm. Trong trường hợp vận tôc cắt, lượng chạy dao chiều sâu cắt được sử dụng như là các thông sô độc lập, mô hình toán học bậc nhất có dạng như sau:

LnT = ao + a1lnV + a2lnS + a3lnt (4-4)

Đây là mô hình toán học được lựa chọn để xác định tuổi bền của dao. Đặt: y = lnT; x1 = ln(Vi); x2 = ln(Si); x3 = ln(ti).

Ta sẽ được phương trình mới:

y = a0 + a1 x1 + a2 x2 + a3x3 (4.5) Dạng tổng quát: y = a0 + a1 x1 + a2 x2 +...+ anxn. (4-6)

Bài toán trở thành xác định hàm hồi quy thực nghiệm n biến sô. Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu.

4.3. Hệ thống thiết bị thí nghiệm

4.3.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm

Trong nghiên cứu khoa khọc việc xây dựng hệ thông thí nghiệm cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Đáp ứng được yêu cầu của vấn đề lý thuyết cần nghiên cứu. - Đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và độ ổn định.

- Đảm bảo việc thu thập và xử lý các sô liệu thí nghiệm thuận lợi. - Đảm bảo tính khả thi.

- Đảm bảo tính kinh tế.

Hệ thông thí nghiệm được trình bày dưới đây nhằm phục vụ cho đề tài: “Nghiên cứu môi quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dao phủ TiAlN khi tiện thép không gỉ SUS 201”.

4.3.2. Mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm đã sử dụng thể hiện trên hình 4.1

S 1 4 3 2 nct t Hình 4.1: Mô hình hệ thống thí nghiệm 1 – Mâm cặp 2 – Mũi tâm

Hình 4.2: Thí nghiệm trên máy tiện

4.3.3. Điều kiện thí nghiệm

4.3.3.1.Máy.

Thực nghiệm được tiến hành trên máy tiện PRIMERO – PL 1840 do Đài Loan sản xuất, máy có khả năng tích hợp CAD/CAM qua cổng RS 232 của Trường Trung cấp nghề TT Huế.

Bảng 4-1. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy

Thông sô Đơn vị Kích thước

Kích thước băng máy mm 1500

Tôc độ trục chính Vòng/phút 50 - 2500

Trọng lượng Kg 3100

Kích thước tổng thể Dài x

Hình 4.3: Máy tiện thực hiện thí nghiệm (PRIMERO – PL 1840)

4.3.3.2. Dao.

- Mảnh dao tiện phủ TiAlN ký hiệu TNMG 160404-MS 735 của hãng Mitsubishi -Nhật Bản có thông sô như sau:

+ Độ cứng của mảnh dao 92 HRA + Độ bền nén 2.5 GPa

+ Kích thước mảnh dao:

• Chiều rộng: 16 mm

• Chiều dày: 4 mm

• Chiều dài phần cắt 0.5 mm

+ Góc độ: Góc trước γ = 150 ; góc sau α = 100

+ Thân dao ký hiệu PTGNR – 2525 M16 KT:

• Tiết diện: 25x25 mm

Hình 4.4: Dao tiện

4.3.3.3. Phôi.

Thép hợp kim không gỉ SUS201 đã tạo hình dáng , Kích thước: Ø60 x 250 4.3.3.4. Dụng cụ đo kiểm.

Máy đo nhám bề mặt SJ 201 của Mitutoyo, kính hiển vi điện tử.

4.4. Thực nghiệm để xác định tuổi bền dụng cụ phủ TiAlN khi tiện thép không gỉ SUS 201

4.4.1. Nội dung:

* Chuẩn bị trước khi gia công gồm:

- Tạo phôi: Bao gồm việc xác định mác thép SUS 201, gia công chuẩn bị phôi, dụng cụ đo.

- Chuẩn bị đồ gá, phương tiện đo kiểm theo phương án gia công, chọn máy, lập phương trình gia công chi tiết trên máy trên máy CNC theo bộ thông sô S, V, t dùng để khảo sát.

* Tiến hành gia công và kiểm tra kết quả:

- Dùng dao tiện phủ TiAlN để gia công, quan sát, ghi chép kết quả. - Tiến hành đo lấy kết quả.

- Sử lý sô liệu sau gia công, rút ra kết luận tương ứng chỉ dẫn cần thiết, dùng làm tài liệu cho các nhà sản xuất có quan tâm về lĩnh vực này.

Hình 4.5:Vật liệu đang cắt trên máy

4.3.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm:

Các yếu tô xi thực nghiệm là:

Vimax = 180 (m/phút); Smax=0.15; timax = 0.45 (mm) Vimin = 95 (m/phút); Smin=0.05; timin = 0,15 (mm)

Bảng 4-2: Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v, s, t cho thực nghiệm: