6. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
2.4. CÁC PHƢƠNG THỨC MÀI MÒN PHẦN CẮT DỤNG CỤ
2.4.1. Mòn theo mặt sau.
Hình 2.3: Đánh giá độ mòn theo mặt sau
Để đánh giá độ mòn của dụng cụ theo mặt sau có nghĩa là đƣa ra tiêu chuẩn mài mòn cho phép, với tiêu chuẩn đó dụng cụ không tiếp tục làm việc mà phải mài lại.
Đánh giá độ mòn theo mặt sau thƣờng đƣợc đánh giá theo chỉ tiêu hs. chỉ tiêuhs hs đƣợc xác định phụ thuộc vào phƣơng pháp gia công (thô, tinh) và vật liệu làm dao và vật liệu gia công.
VD: Khi gia công thông thƣờng bằng dao HKC cắt thép hs = (0,8÷1,7)mm. Khi gia công tinh (lần cuối) hs = (0,2÷ 0,25)mm.
Đối với dao phay, chỉ tiêu đánh giá lƣợng mài mòn theo mặt sau của răng dao phay hs phụ thuộc vào kiểu dao phay và đƣợc tính gia công, thông thƣờng hs = (0,15÷ 2)mm. Còn dao chuốt đƣợc xác định theo chỉ tiêu đánh giá nhƣ dao tiện. Đối với mũi khoan khi khoan bị mòn theo mặt sau, mặt trƣớc, góc và cạnh viền, lƣợng mòn theo mặt trƣớc và mặt sau của mũi khoan hs và ht tăng dần về phía ngoài (theo đƣờng kính), mũi khoan bị cùn (không làm việc nữa phải mài lại). Khi lƣợng mòn
71
theo mặt sau hs= (1÷2)mm. Đánh giá lƣợng mòn của mũi khoét dao tƣơng tự nhƣ mũi khoan.
2.4.2.Mòn theo mặt trƣớc.
Hình 2.4: Đánh giá độ mòn theo mặt trƣớc
Chỉ tiêu đánh giá theo mặt trƣớc, vì mặt trƣớc mòn theo rãnh lƣỡi liềm (phoi trƣợt trung tâm áp lực) nên độ mòn theo mặt trƣớc đƣợc đánh giá theo hệ số mòn tƣờng đối K. 2 t h K B f
Biểu thị quan hệ tỷ lệ giữa chiều sâu rãnh và chiều rộng rãnh. 2
B f
là khoảng cách từ tâm rãnh đến lƣỡi cắt, ht là chiều sâu rãnh.
Lƣợng mài mòn tƣơng đối cho phép K trên mặt trƣớc đối với giao HKC K = 0,4 đối với thép gió có thể chọn lớn hơn. Thông thƣờng tùy thuộc vào điều kiện cắt K có thể đạt trƣớc hoặc sau hs .
Một số nguyên công đặc biệt chỉ tiêu đánh giá lƣợng mài mòn cho phép dao phải mài lại phụ thuộc vào yêu cầu cho trƣớc về độ chính xác và nhấp nhô bề mặt, trong các trƣờng hợp đó chỉ tiêu đánh giá lƣợng mài mòn đƣợc xác định độ mòn theo phƣơng pháp tuyến với bề mặt gia công (lƣợng mòn hƣớng kính), chỉ tiêu đó gọi là chỉ tiêu mòn kích thƣớc ∆.
72
Kết quả nghiên cứu cho thấy. Ngay từ đầu dụng cụ cắt mòn theo kích thƣớc ∆ sau một thời gian độ mòn ∆ ngƣng lại (khoảng 1/10 hành trình cắt tổng cộng) giai đoạn 3 mòn kịch liệt, giai đoạn 2 tƣơng ứng với độ mòn bình thƣờng của dụng cụ. Xác định độ mòn kích thƣớc tƣơng đối U0 và độ mòn kích thƣớc của dụng cụ trong chu kỳ mài mòn bình thƣờng. 0
2
U U
L
U0 là giá trị mòn kích thƣớc tƣơng đối
U là lƣợng mòn kích thƣớc dao chu kỳ mài mòn bình thƣờng L2 là chiều dài hành trình tƣơng ứng với độ mòn bình thƣờng
Giá trị độ mòn kích thƣớc tƣờng đối U0 phụ thuộc vào nhiều nhân tố (dạng dụng cụ, phƣơng pháp gia công, vật liệu gia công, vật liệu dụng cụ và thông số hình học phần cắt…)
2.4.3. Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau.
Dụng cụ bị mòn mặt trƣớc và mặt sautạo thành lƣỡi cắt mới. Chiều rộng vát trên mặt trƣớc giảm dần từ hai phía và do đó độ bền lƣỡi cắt giảm. Trƣờng hợp này thƣờng gặp khi gia công vật liệu dẻo với chiều dày cắt a = (0,1 ÷ 0,5)mm
73
2.4.4. Mòn tù lƣỡi cắt.
Hình 2.6: Mòn tù lƣỡi cắt
Ở dạng này dụng cụ bị mòn dọc theo lƣỡi cắt tạo thành cung hình trụ. Bán kính của cung đó đƣợc đo trong bề mặt vuông góc với lƣỡi cắt.Dạng mòn này thƣờng gặp khi gia côngcác loại vật liệu có tính dẫn nhiệt kém, đặc biệt là khi gia công chất dẻo.
2.5. CƠ CHẾ MÀI MÒN DỤNG CỤ CẮT
Cơ chế mài mòn dụng cụ cắt đã đƣợc nghiên cứu nhiều khi nghiên cứu về quá trình mòn dụng cụ cắt, những giả thuyết, lý thuyết về mòn ban đầu đƣợc nghiên cứu và đƣa ra trên cơ sở nghiên cứu dụng cụ cắt thép gió và thép dụng cụ sau đó đến HKC, kim cƣơng và các vật liệu dụng cụ khác, các nghiên cứu nhằm giải quyết vấn đề lý thuyết về mòn dụng cụ. Để có thể thiết lập đƣợc một quan hệ thay đổi có quy luật của sự mài mòn cần phải nghiên cứu cơ chế mài mòn (bản chất). Dụng cụ có thể bị mài mòn theo cơ chế sau.
2.5.1. Mài mòn vì chảy dính
Dụng cụ bị mòn do các phân tử nhỏ của vật liêu dụng cụ trong quá trình ma sát giữa dụng cụ và chi tiết gia công bị dính vào chi tiết gia công và phoi. Với áp lực cao và chuyển động liên tục các bề mặt vật liệu gia công đối với các bề mặt dụng cụ rất thuận lợi cho quá trình chảy dính, các vết đặc tính của hiện tƣơng mòn dính có thể quan sát đƣợc bằng kính hiển vi bề mặt tiếp xúc của dụng cụ cắt.
Khi các bề mặt tiếp xúc trƣợt lên nhau trong quá trình cắt (phoi trƣợt trên bề mặt trƣớc, chi tiết và mặt sau) liên tục, xuất hiện các phần tử chảy dính. Bề mặt
74
dụng cụ theo các điểm riêng biệt tiếp xúc thực chịu tác dụng của ứng xuất cắt (lực cắt, trƣợt).
Kết quả các phần tử nhỏ của vật liệu tách ra khỏi bề mặt, thông thƣờng từ các loại vật liệu dẻo dễ bị chảy dính hơn, nhƣng bằng phƣơng pháp đồng vị phóng xạ ngƣời ta xác định đƣợc đồng thời cũng từ các vật liệu cứng. Do đó trong quá trình cắt trên các bề mặt tiếp xúc các phần tử nhỏ chảy dính gắn vào bề mặt, xuất hiện, mất đi, có tính chất chu kỳ trong các phạm vi hẹp trên bề mặt dụng cụ. Kích thƣớc mà các phần tử nhỏ dao động vài phần nghìn mm đến vài phần trăm mm, còn diện tích tiếp xúc chịu lực chảy dính khoảng 10 ÷ 60% diện tích tiếp xúc tiêu chuẩn.
Qua nghiên cứu có thể xác định rằng trên một mét hành trình cắt mỗi điểm tiếp xúc chịu 103 lần tác dụng ứng xuất tách dính. Do đó có thể kết luận. Đặc tính phá hủy của các lớp bề mặt vật liệu dụng cụ liên quan với hiện tƣợng phá hủy, mỗi phần tử tách ra khỏi bề mặt là nguyên nhân tạo nên vết trên bề mặt tiếp xúc của dụng cụ và gây hỏng lớp bề mặt.
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng.Khi cắt ở tốc độ cắt thấp và vật liệu có sức bền lớn, mòn bị dính ở dụng cụ thép gió nhỏ hơn nhiều so với HKC.Khi nghiên cứu hiện tƣợng mòn dính ở dụng cụ trong các điều kiện cắt khác nhau thấy rằng. Kích thƣớc các phần tử chảy dính của vật liệu dụng cụ thay đổi và đăc biệt còn phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ, điều kiện cắt, xác định chiều sâu và diện tích các vết trên bề mặt dụng cụ, tính đƣợc khối lƣợng của các phần tử chảy dính dao động trong khoảng 105 ÷ 1012g.
Các nghiên cứu cũng chỉ rõ rằng.
* Cắt ở tốc độ thấp (nhiệt cắt thấp 5700C ÷ 6700 C). Kích thƣớc và khối lƣợng phần tử chảy dính trên bề mặt dụng cụ cắt HKC lớn hơn nhiều so với thép gió. Điều đó chỉ rõ rằng sức bền tế vi của các lớp cắt bề mặt của thép gió cao hơn
75
nhiều so với HKC, trong trƣờng hợp đó thép gió có độ bền mòn cao, ở nhiệt độ cắt cao và nhiệt cắt lớn thì ngƣợc lại thì độ mòn của HKC cao hơn.
* Lƣợng vật liệu dụng cụ tách ra khỏi bề mặt dụng cụ trên một đơn vị hành trình cắt, phụ thuộc vào nhiều cơ tính vật liệu gia công, lƣợng vật liệu chảy dính đó phụ thuộc tỷ số giới hạn bền và độ cứng tiếp xúc của vật liệu dụng cụ và vật liệu ra công : d c H H Hdlà độ cứng tiếp xúc dụng cụ Hc là độ cứng tiếp xúc chi tiết
càng lớn thì khối lƣợng phần tử chảy dính (lƣợng mòn dính) càng nhỏ.
VD: Dao HKC cắt thép hợp kim 40X, chiều dài hành trình L=1,5m, diện tích cắt 0,044mm2(0,044.10-6M2). Áp dụng công thức: 1190 2, 5 340 d c H H lƣợng mòn 16.10-5g
Cắt thép hợp kim chịu nhiệt Cr77T.
2, 33 d c H H lƣợng mòn 25.10-5g 2,25 g = 35.10-5 Vậy kết luận:
Kích thƣớc và khối lƣợng phân tử chảy dính khỏi bề mặt dụng cụ phụ thuộc chủ yếu không phải vào sức bền và độ cứng của vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công mà vào tỷ số giữa các đại lƣợng đó trong quá trình tiếp xúc.
Khi cắt ở tốc độ thấp thép 18Cr.W.A bằng dụng cụ thép các bon dụng cụ khi tỷ số độ cứng tiếp xúc.
76 560 1, 70 380 d c H H g = 10-5 .Khi cắt đồng bằng dụng cụ đó. 4, 3 d c H H
Khối lƣợng mài mòn dính giảm 300 lần.
Qua nghiên cứu mòn vì dính ta thấy rằng. Một thay đổi nhỏ kích thƣớc của các phần tử tách ra do mòn gây ra một thay đổi lớn cƣờng độ mòn, do vậy giảm mài mòn bằng cách tăng sức bền tế vi của lớp bề mặt dụng cụ là phƣơng hƣớng có lợi nhất để giảm kích thƣớc các phần tử mòn. Để xác định chiều dài hành trình cắt L đến khi dao mòn, qua nghiên cứu lý thuyết ngƣời ta có thể tính công thức sau.
là giới hạn bền của lớp tiếp xúc vật liệu dụng cụ cắt Xa là yếu tố xác suất thay đổi vật liệu vì dính chảy. Xa< 1
m
là thông số cơ học xác suất thay đổi vật liệu. m
< 1
a là chiều dày cắt, là ứng xuất tiếp ở bề mặt trƣợt, klà sức bền đứt ở lớp tiếp xúc của vật liệu gia công, n, x,y,t số mũ n ≥ 1, y < z <1.
Ngoài ra còn có quan hệ giữa sức bền tiếp xúc và giới hạn mỏi, giới hạn bền kéokvà độ cứng H.
2.5.2. Mòn do hạt mài (cào xƣớc)
Một trong những cơ chế mài mòn dụng cụ cắt là mài mòn hạt mài (cào xƣớc), bản chất của mòn hạt mài là các hạt cứng của vật liệu gia công (phoi) cào xƣớc (mài mòn) ăn vào bề mặt tiếp xúc của dụng cụ tác dụng nhƣ một hạt mài nhỏ cắt vào bề mặt dụng cụ. Mài mòn càng lớn thì bề mặt tiếp xúc của dụng cụ trong quá trình cắt không cao, đặc biệt có hiện tƣợng lẹo dao trên mặt
77
trƣớc, một số phân tử nhỏ của lẹo dao gây ra vết mòn do cào xƣớc trên mặt sau, ngoài ra trong quá trình cắt trong quá trình sử dụng các dung dịch hóa học hoạt tính chúng cũng sẽ góp phần gây nên mòn cơ hóa học (ăn mòn hóa học kết hợp với cào xƣớc). Cơ chế mài mòn hóa học thƣờng xảy ra chủ yếu ở mặt sau. Qua nghiên cứu thực nghiệm ta có các kết luận sau.
- Khi gia công HKC các phần tử hóa chất có phần tử hoạt tính của KHC sẽ nâng cao tuổi bền của dụng cụ bởi vì mòn dính giảm, mòn cào xƣớc ít. Khi gia công bằng vật liệu dụng cụ cắt thép gió các phần tử hóa chất có hoạt tính cao làm tăng độ mòn cơ hóa cào xƣớc và giảm tuổi bền của dụng cụ. Từ các phân tích ta thấy các dụng cụ cắt làm việc ở tốc độ thấp, nhiệt cắt thấp bị mòn chủ yếu là mòn bị dính và cào xƣớc.
2.5.3. Mòn do oxy hóa
Dƣới tác dụng của tải trọng nhỏ các vết mòn kim loại trong nhắn và sáng, mòn xảy ra với tốc độ mòn thấp và các hạt mài oxits nhỏ đƣợc hình thành, bản chất của cơ chế này là sự bong ra của các lớp oxy hóa khi đỉnh các nhấp nhô trƣợt lên nhau. Sau khi lớp oxy hóa bị bong lên thì các lớp khác lại tiếp tục hình thành theo một quá trình kế tiếp nhau liên tục. Tuy nhiên theo Halling thì lớp mòn oxits và các sản phẩm tƣơng tác hóa học với môi trƣờng trên bề mặt tiếp xúc có khả năng ngăn ngừa hiện tƣợng dính của các đỉnh nhấp nhô, đôi khi ma sát trƣợt làm việc trong môi trƣờng chân không thì mòn do dính xảy ra mạnh do lớp mòn oxits không thể hình thành đƣợc.
2.5.4. Mòn do khuyếch tán
Nhiệt độ cao phát triển trong dụng cụ đặc biệt là trên mặt trƣớc khi cắt tạo phoi dây tạo điều kiện thuận lợi cho hiện tƣợng khuếch tán giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công. Colwell đã đƣa gia nghiên cứu của Takeyama cho rằng có sự tăng đột ngột của tốc độ mòn tại nhiệt độ 9300C khi cắt bằng dao hợp kim cứng. Điều này liên quan đến một cơ chế mòn khác đó là hiện tƣợng mòn
78
khuếch tán đã đƣợc chấp nhận rộng rãi nhƣ 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 dƣới của phoi thép cắt bằng dao hợp kim cứng chứa nhiều cacbon hơn so với phôi. Điều đó chứng tỏ rằng cacbon từ cacbit volfram đã hợp kim hóa hoặc khuếch tán và phoi làm tăng thành phần cacbon của lớp này.
Trent cho rằng do dính hiện tƣợng khuếch tán xảy ra qua mặt tiếp xúc chung của mặt dụng cụ và vật liệu gia công là hoàn toàn có khả năng, dụng cụ bị mòn do các nguyên tử của cacbon và hợp kim khuếch tán vào phoi và bị cuốn đi. Khuếch tán là một dạng ăn mòn hóa học trên bề mặt dụng cụ nó phụ thuộc vào tính linh động của các nguyên tố liên quan. Tốc độ mòn do khuếch tán không phụ thuộc vào nhiệt độ cao mà phụ thuộc vào tốc độ của dòng vật liệu bề mặt gần dụng cụ có tác dụng cuốn các nguyên tử vật liệu dụng cụ đi.
Khi cắt thép và gang Ekemar cho rằng tƣơng tác giữa vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ có thể xảy ra, thành phần chính của các lớp phoi tiếp xúc với các dụng cụ là astenite với thành phần cacbon thấp với nhiệt độ vùng tiếp xúc cao. Austenite này hòa tan một số các nguyên hợp kim của dụng cụ trong quá trình cắt.
2.6. CHỈ TIÊU MÀI MÒN DỤNG CỤ
Lƣợng mòn theo mặt trƣớc và mặt sau dụng cụ đƣợc đánh giá bởi các chỉ tiêu mòn tiêu chuẩn cho phép. Khi dụng cụ mòn đến giá trị cho phép thì dụng cụ không làm việc tiếp tục đƣợc, muốn tiếp tục thì phải làm mài lại.