V m1 ax 1b y
4.3. Cơ chế mòn dao phay phủ PVD-TiN
Dao phay ngón thép gió phủ trong nghiên cứu được phủ PVD-TiN trên toàn bộ dao, sau khi cắt được mài lại mặt sau. Trong nghiên cứu của tác giả Phan Quang Thế [5], đã đưa ra kết luận hiệu quả của dụng cụ phủ nằm ở mặt trước của lưỡi cắt chính chứ không phải trên mặt sau.
Qua nghiên cứu thấy mòn bắt đầu xuất hiện khi một phần của lớp phủ bị phá huỷ, tạo nên vùng mòn ở trung tâm của vùng nhiệt.
Trên hình 48, 49 và 50 là một số hình ảnh chụp dụng cụ khi gia công các đường cắt thử. Mỗi dao thực hiện ba đường cắt, sau mỗi lần sử dụng dao, tiến hành cắt ngắn bằng chiều sâu cắt và mài lại.
(a) (b)
(c)
(e)
(d)
(f) (g) (h)
Hình 48: Ảnh SEM của dụng cụ với chế độ cắt S = 30m/phút, S = 200mm/phút, thời gian cắt t = 2 phút 56 giây.
Hình (a): Ảnh mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 200 lần. Hình (b): Ảnh mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 500 lần. Hình (c): Ảnh mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 1000 lần. Hình (d): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 200 lần.
Hình (e): Ảnh chụp vùng tiếp giáp mũi dao với độ phóng đại 400 lần.
Hình (f): Ảnh chụp giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau (ở mặt đầu) với độ phóng đại 500 lần.
Hình (g): Ảnh chụp phần nứt trên mặt sau của dụng cụ. Hình (h): Ảnh chụp phần nứt trên mặt sau của dụng cụ.
Hình (i): Ảnh chụp phần giao tuyến trên mặt sau giữa vùng mòn và không mòn Qua hình ảnh ta thấy rất rõ khi một phần của lớp phủ bị mòn, vùng mòn xuất hiện và lớn dần, vùng mòn chủ yếu ở mặt sau, bề mặt dụng cụ bị cào xước mạnh do các hạt mài mòn. Vùng mầu sáng là vật liệu nền dụng cụ, vùng mầu sẫm là vùng vật liệu phủ.
Ở hình 48 (a), (b), (c) lưỡi dụng cụ bị sứt mẻ, không thẳng do dụng cụ bị yếu và va chạm phải các hạt mài khi gia công. Nhiệt phát sinh trong quá trình gia công lớn dẫn đến hiện tượng vật liệu chảy dính bám trên bề mặt của dụng cụ (hình b). Các vết nứt đã xuất hiện trong lớp phủ (hình c), điều này khẳng định lại đúng cơ chế phá huỷ của vật liệu phủ.
Mũi dụng cụ bị phá huỷ nghiêm trọng, mũi dụng cụ bị cùn, xuất hiện các vết nứt trên bề mặt dụng cụ (hình 48 f, g) vết nứt lớn dần bong ra khỏi lớp vật liệu nền, bị bóc đi cả mảng vật liệu nền, làm xuất hiện các lỗ sâu trên bề mặt (hình d, e), lưỡi
cắt phần giao tuyến mặt trước và mặt sau cũng bị cùn (hình f). Điều này làm giảm khả năng cắt gọt của dụng cụ.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Hình 49: Ảnh SEM của dụng cụ với chế độ cắt S = 40m/phút, S = 260mm/phút, thời gian cắt t = 2 phút 28 giây.
Hình (a): Ảnh mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 500 lần. Hình (b): Ảnh mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 2000 lần. Hình (c): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 200 lần.
Hình (d): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 500 lần. Hình (e): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 1000 lần. Hình (f): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 2000 lần.
Tương tự như kết quả ở trên, những với tốc độ và lượng chạy dao lớn hơn, nhiệt độ sinh ra cao, xuất hiện lớp vật liệu nền bị vỡ (hình b). Vật liệu nóng chảy bám dính lên mũi dụng cụ (hình e, f).
Trên mặt sau của dụng cụ vật liệu gia công bám dính trên bề mặt (hình b), Tại mũi dụng cụ cắt cũng xuất hiện hiện tượng này (hình e, f).
(a) (b)
Hình 50: Ảnh SEM của dụng cụ với chế độ cắt S = 40m/phút, S = 230mm/phút, thời gian cắt t = 2 phút 51 giây.
Hình (a): Ảnh chụp mũi dao và một phần mặt sau với độ phóng đại 500 lần Hình (b): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 2000 lần.
Khi giảm lượng chạy dao từ 260mm/phút còn S = 230mm/phút, (hình 49 d và hình 50 a) ta thấy mũi dụng cụ mòn ít hơn, nhưng vẫn xảy ra hiện tượng bám dính của vật liệu gia công lên bề mặt dụng cụ.
Tiếp tục giảm lượng chạy dao xuống còn S = 170mm/phút (trên hình 51), hiện tượng bám dính vẫn xảy ra. Bắt đầu xuất hiện hiện tượng chảy dính của vật liệu gia công trên bề mặt dụng cụ.
(a) (b)
(c) (d)
Hình 51: Ảnh SEM của dụng cụ với chế độ cắt S = 40m/phút, S = 170mm/phút, thời gian cắt t = 3 phút 5 giây.
Hình (a): Ảnh mặt trước mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 500 lần. Hình (b): Ảnh mặt trước mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 2000 lần. Hình (c): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 500 lần.
Hình (d): Ảnh chụp phần sát mũi dao trên mặt sau với độ phóng đại 2000 lần. Với tốc độ cắt V = 40m/phút, thay đổi lượng chạy dao, khi lượng chạy dao giảm
(S = 170mm/phút), thấy xuất hiện hiện tượng lớp phủ bị nứt, xảy ra hiện tượng vật liệu gia công bị chảy dính trên lưỡi cắt (hình 50 c), vùng tiếp giáp lưỡi mũi cắt trên mặt sau với độ phóng đại 2000 lần (hình d) thấy rõ cơ chế đó, mũi dao bị cùn mạnh.
Qua các hình ảnh cho thấy rất rõ cơ chế phá huỷ dao phay ngón phủ: Sau khi bị mòn một phần lớp phủ TiN lớp vật liệu nền (thép gió) bị phá huỷ rất nhanh. Ở các chế độ cắt khác nhau lớp vật liệu nền có thể bị bóc từng mảng, sứt mẻ, bị nứt hoặc bị chảy dính lên trên bề mặt dụng cụ.
Ứng dụng chế độ cắt khi gia công thử các đường cắt, phân tích và so sánh ở trên, lựa chọn chế độ cắt V = 40m/phút, S = 170mm/phút, S = 200mm/phút để gia công các hốc. Kết quả thể hiện qua chụp ảnh SEM ở hình 52 và 53.
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
(g) (h) (i)
(k) (l) (m)
Hình 52: Ảnh SEM của dụng cụ khi phay hốc với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 200mm/phút, thời gian cắt t = 35 phút 18 giây.
Hình (a): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 200 lần.
Hình (b): Ảnh chụp lưỡi cắt giao tuyến mặt trước và mặt sau (mặt đầu) với độ phóng đại 500 lần.
Hình (c): Ảnh chụp lưỡi cắt giao tuyến mặt trước và mặt sau (mặt đầu) vùng tiếp giáp với mũi dao với độ phóng đại 1500 lần.
Hình (d): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 500 lần. Hình (e): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 500 lần.
Hình (f): Ảnh chụp mặt sau trên cạnh viền với độ phóng đại 200 lần.
Hình (g): Ảnh chụp mặt sau trên cạnh viền (phần mòn nhiều nhất) với độ phóng đại 500 lần.
Hình (h): Ảnh chụp mặt sau trên cạnh viền (phần mòn nhiều nhất) với độ phóng đại 500 lần.
Hình (i): Ảnh chụp mặt sau trên cạnh viền (phần mòn nhiều nhất) với độ phóng đại 2000 lần.
Hình (k, l, m): Ảnh chụp các vết nứt trên cạnh viền
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Hình 53: Ảnh SEM của dụng cụ khi phay hốc với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 170mm/phút, thời gian cắt t = 20 phút 6 giây.
Hình (a): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 100 lần. Hình (b): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 200 lần. Hình (c): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 200 lần. Hình (d): Ảnh chụp mũi dao với độ phóng đại 500 lần.
Hình (e): Ảnh mặt sau trên cạnh viền (phần mòn nhiều nhất) với độ phóng đại 200 lần.
Hình (f): Ảnh mặt sau trên cạnh viền (phần mòn nhiều nhất) với độ phóng đại 300 lần.
Qua hình ảnh trên cho thấy khi cắt với lượng chạy dao S = 200mm/phút dao bị mòn ít hơn, đặc biệt là mức độ cào xước trên bề mặt. Hiện tượng bám dính vật liệu gia công xảy ra ít hơn. Có thể thấy mặt trước hầu như không bị mòn, chủ yếu là mòn mặt sau. Mũi dao cùn mạnh ảnh hưởng đến khả năng gia công của dụng cụ, với lượng chạy dao S = 170mm/phút ở đầu mũi dao bị phá huỷ mạnh, với lượng chạy dao S = 200mm/phút vẫn xảy ra hiện tượng chảy dính vật liệu (hình 52 c).
Khi cắt với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 200mm/phút xuất hiện nhiều vết nứt trên cạnh viền, đặc biệt là vùng cách mũi dụng cụ bằng chiều dày phoi cắt (a = 2mm) đây cũng là vùng mòn nhiều nhất trên cạnh viền.
Thành phần hoá học tại vùng mòn mặt sau của dụng cụ được phân tích trên máy S-4800 do hãng Hitachi sản xuất tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Hình 54: Các điểm phân tích thành phần hoá học trên mặt sau với chế độ cắt V = 30m/phút, S = 200mm/phút
(a) (b)
(c) (d)
Hình 55: Phổ thu được ứng với các điểm D1, D2, D3, D4 trên hình 54. (hình a: D1, hình b: D2, hình c: D3, hình d: D4)
Kết quả cụ thể cho trên bảng 15:
Điểm C N O Si Ti Cr Fe Mo Co W
1 5,24 25,44 11,04 0,18 37,32 1,17 15,54 0,85 - 1,222 4,42 22,71 23,43 0,30 29,24 1,31 16,27 0,72 - 1,59 2 4,42 22,71 23,43 0,30 29,24 1,31 16,27 0,72 - 1,59 3 5,35 0,22(Al) 32,45 0,70 16,13 2,70 38,45 0,79 - 3,21(Co)
4 5,53 1,21(Ge) 6,46 1,35 1,23(V) 4,38 61,38 3,93 4,72 9,80
Bảng 15: Thành phần hoá học đo tại các điểm D1, D2, D3, D4 trên hình 54.
Từ bảng 15 Tại vùng mòn nhiều nhất và vùng mòn ít nhất (lớp phủ chưa bị mòn) ngoài thành phần lớp phủ (gồm Ti và N) còn xuất hiện các thành phần hoá học khác, điều này chứng tỏ xảy ra hiện tượng khuếch tán. Đó cũng là nguyên nhân làm cho lớp phủ yếu đi làm mòn dụng cụ.
Hình 56: Các điểm phân tích thành phần hoá học trên mặt sau với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 260mm/phút
(a) (b)
(c) (d)
Hình 57: Phổ thu được ứng với các điểm D1, D2, D3, D4 trên hình 56. (hình a: D1, hình b: D2, hình c: D3, hình d: D4) Điểm C N O Si Ti Cr Fe Mo Co W 1 2,52 40,55 - 0,18 56,09 0,24 0,42 - - - 2 2,64 37,77 - - 58,65 - 0,94 - - - 3 9,09 0,31 (P) 12,08 1,77 1,11 (V) 2,96 37,04 9,67 5,63 18,86 4 54,81 - 29,17 - - - 16,02 - - -
Tương tự như trên, cũng xảy ra hiện tượng khuếch tán trên mặt sau dụng cụ, tuy nhiên ở chế độ cắt này hiện tượng khuếch tán xảy ra ít hơn. Điều này cũng phù hợp với kết quả đo mòn mặt sau dụng cụ. Khi cắt ở tốc độ cắt V = 30m/phút thì lượng
mòn mặt sau lớn hơn.
Hình 58: Các điểm phân tích thành phần hoá học trên mặt sau khi phay hốc với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 170mm/phút
(a) (b)
(c)
Hình 59: Phổ thu được ứng với các điểm D1, D2, D3 trên hình 58. (hình a: D1, hình b: D2, hình c: D3)
Điểm C N O Si Ti Cr Fe Mo Co W 1 2,07 - 50,96 0,58 18,82 1,56 24,14 - 1,88 - 2 3,46 - 40,52 0,77 9,96 2,16 39,43 0,69 3,01 - 3 2,97 0,67(Al) 22,44 2,28 1,43 4,49 51,40 4,47 4,99 3,67
Bảng 17: Thành phần hoá học đo tại các điểm D1, D2, D3 trên hình 58.
Hình 60: Các điểm phân tích thành phần hoá học trên mặt sau khi phay hốc với chế độ cắt V = 40m/phút, S = 200mm/phút
(a) (b)
(c)
Hình 57: Phổ thu được ứng với các điểm D1, D2, D3 trên hình 60. (hình a: D1, hình b: D2, hình c: D3)
Điểm C N O Si Ti Cr Fe Mo Co W 1 1,86 12,93 40,18 - 36,87 0,42 7,05 0,69(Ta) - - 2 2,53 19,06 37,85 2,57 28,54 1,01 5,17 1,36 0,70 1,20(V)
3 8,41 1,17 (Ge) 8,95 1,87 1,01(V) 3,72 45,13 7,94 5,90 15,55
Bảng 18: Thành phần hoá học đo tại các điểm D1, D2, D3 trên hình 60.
Khi gia công hốc, tốc độ cắt giữ không đổi, tiến hành thay đổi lượng chạy dao, tăng lượng chạy dao từ S = 170mm/phút đến S = 200mm/phút kết quả cho thấy hiện tượng khuếch tán xảy ra chậm hơn.