3.2.1.1 Mòn theo hình học
Phần cắt dụng cụ trong quá trình gia công thường bị mài mòn theo các dạng sau:
58
a) Mòn theo mặt sau b) Mòn theo mặt trước
c)Mòncả mặttrướcvà mặtsau d)Mòntùởlưỡicắt
Hình3.3- Cácdạngmàimònphầncắtdụng cụ
3.2.1.2 Mài mòn theo mặt sau
Dạng mài mòn này được đặc trưng bởi một lớp vật liệu dụng cụ bị tách khỏi mặt sau trong quá trình gia công và được đánh giá bởi chiều cao mòn hs (hình 3.3a). Trị số mòn hs được đo trong mặt cắt theo phương vuông góc với lưỡi cắt từ lưỡi cắt thực tế đến điểm mòn tương ứng (hình 3.4). Mài mòn theo mặt sau thường xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ (a < 0.1mm) đối với các loại vật liệu giòn (gang...) hình 3.4 mô tả sự mòn mặt sau của thép gió và HKC khi gia công thép.
59
3.2.1.3 Mài mòn theo mặt trước
Trong quá trình cắt, do phoi trượt trên mặt trước hình thành một trung tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng nhất định nên mặt trước bị mòn theo dạng lưỡi liềm.Vết lõm lưỡi liềm đó trên mặt trước do vật liệu dụng cụ bị bóc theo phoi trong quá trình chuyển động.Vết lõm thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt và được đánh giá bởi chiều rộng lưỡi liềm B, chiều sâu ht và khoảng cách từ lưỡi dao tới rãnh Kt đo theo mặt trước (hình 3.5 )
Hình 3.5 Các thông số mòn phần cắt của dao tiện
Màimòntheomặttrướcthườngxảyrakhicắtcácloạivậtliệudẻovớichiều dàycắtlớn(a>0,6mm).Trongtrườnghợpđónhiệtcắtởmặttrướccaohơnởmặtsau. Mòntheomặttrướccònxảyrakhigiacông kim loạicóđiểmnóng chảycaovớichiều dàycắtlớnvàtốcđộcắtcao,lúcnàyáp lựcvànhiệtđộtrongvùngtiếpxúcgiữaphoi vàmặttrướccaohơnmặtsaucủadụngcụ.Mònmặttrướccónguyên nhânbởisự khuếch tánvàhoàtan,sựmàimòncủavậtliệudụngcụvàovậtliệugiacông,ởtrong vùngnhiệtđộmaxtrênmặttrướcdụngcụ(Subramanian-1993)hình3.6môtảsựmòn mặttrướccủacácloạivậtliệudụngcụcắtkhácnhau.
60
a)Daothépgiókhigiacôngthép b)DaoHợpkimphủPVDkhicắtthép
Hình 3.6. Mòn mặt trước của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau
3.2.1.4 Mài mòn đồng thời mặt trước và mặt sau - Mài mòn lưỡi cắt
Dụng cụ bị mòn mặt trước và mặt sau tạo thành lưỡi cắt mới (lưỡi cắt từ điểm O đến điểm 1- hình 3.3c) ; chiều rộng vát trên mặt trước giảm dần từ hai phía và do đó độ bền lưỡi cắt giảm.Trường hợp này thường gặp khi gia công vật liệu dẻo với chiều dày cắt a = (0,1 - 0,5 mm).
Trong các dạng mài mòn trên thì mài mòn theo mặt sau (hs) là quan trọng và dễ xác định nhất. Chiều cao mòn hs được dùng làm tiêu chuẩn để
đánh giá lượng mài
mòn.Lượngmàimònchophép(hs)đượcxácđịnhphụthuộcvàoyêucầuđộbóngvà độchínhxácchitiếtgiacông.Qúatrìnhmài mòndụngcụ cắttheothờigiancũnggiống nhưquátrìnhmài mòncácchitiếtmáykhilàmviệc(hình3.7). Giaiđoạn1-đoạnOA,daobị mònnhanh. Giaiđoạn2-đoạnAB,daomònởtốcđộbìnhthườngvàđều(quátrìnhlàmviệc). Giaiđoạn3-đoạnBClàgiaiđoạnmònkịchliệt.Giaiđoạnnàydụngcụcắt khônglàmviệcđượcnữa.
61
Hình 3.7 -Quanhệgiữalượngmònvàthờigiangiacông
-Giaiđoạn1mònbanđầukhánhanh doáplựcđơnvị trongvùngtiếpxúctrên mặttrướcvàsaudụngcụrấtlớndovậycácnhấpnhôtiếpxúcbanđầutrênbềmặt
dụngcụnhanhchóngbịsanphẳngnêntốcđộmòngiaiđoạnnàylớn.
-Giaiđoạn2ứngvớicácđiềukiệnmònổnđịnhnhưdiệntíchtiếpxúclớn,áp lựcđơnvịnhỏhơngiaiđoạn1,hệsốmasátổnđịnh...Dovậytốcđộmòncủadụng cụ tươngđốiđều và chậm,điểmB thườngứngvớilượng mònhợplýhscủadụngcụ và thờigianứngvớinóđượcchọnđể xácđịnhtuổibềndụngcụ.
-Giaiđoạn3làgiaiđoạn ứngvớicácđiềukiệncắtbấthợplý(cácthông sốhình họcdụngcụcắtthayđổilớnvàkhônghợplý-gócsauâm),dẫntớilựccắtvàlựcma sát tăng, hệ số ma sát tăng. Do vậy tốc độ mòn của dụng cụ rất nhanh, nó phá huỷ dụng cụ nếu tiếp tục cắt. Dụng cụ không có khả năng làm việc được nữa, muốn tiếp tục dụng cụ phải được mài sắc lại.
Quá trình mài mòn dụng cụ cắt rất phức tạp và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, đặc biệt là vật liệu dụng cụ và thông số hình học phần cắt, khi cùng một loại vật liệu dụng cụ thì thông số hình học phần cắt ảnh hưởng lớn lượng mòn dụng cụ. Thông số hình học phần cắt đảm bảo lượng mòn ít nhất là thông số hình học hợp lý của phần cắt dụng cụ.
62
Lượngmònởmặttrướcvàmặtsaucủadụngcụđược đánhgiábởi cácchỉtiêu mòntiêuchuẩnchophép.Khidụngcụmònđếngiátrị chophépthìdụngcụ khônglàm việcđược,muốntiếptụcthìphảimàilại.
3.2.2.1Chỉtiêu mài mòn mặt trước
Vìmặttrướcbịmàimòntheodạnglưỡiliềm(phoitrượtvàcótrungtâmáplực) nênlượngmòntheomặttrướcđượcđánhgiábằnghệsố mài mònK. ht K B f 2 HệsốmàimòntươngđốiKlàtỷsốgiữachiềusâurãnhvàchiềurộngrãnh.[K]=0, 4đốivớidụngcụbằnghợpkim cứng,vớidụngcụ bằngthépgió,có thểchọn[K]lớnhơn.Tuỳthuộcvàođiềukiệncắt,
giátrị[K]cóthểđạttrướchoặcsau[hs].Trongmộtsốnguyên côngđặcbiệtchỉtiêu đánhgiálượngmònchophépcủadụngcụphụthuộc rấtnhiều vàođộchính xácgia côngvàđộnhấpnhôbềmặt.Trongcáctrường hợpđóchỉtiêuđánhgiálượngmòn đượcxácđịnhtheophương pháptuyếnvớibềmặtgiacông(lượngmònhướngkính). Chỉtiêunàyđượcgọilàchỉtiêumònkíchthước. (hình 3.8).
63
c)Mòncả mặttrướcvà mặtsau d)Mònmặtsauphụ
Hình 3.8- Các chỉ tiêu đánh giá lượng mài mòn mặt sau, mặt trước
3.2.2.2 Chỉ tiêu mài mòn mặt sau
Lượng mòn ở mặt sau thường được đánh giá bởi chỉ tiêu chiều cao mòn hs (hình 3.8). Chỉ tiêu mài mòn mặt sau hs được xác định chủ yếu vào phương pháp gia công(thô, tinh),vật liệu làm dao và vật liệu gia công.Khi gia công thô bằng dụng cụ hợp kim cứng,[hs] =(0,8- 1mm) đối với thép và [hs] =(0,8- 1,4mm) đối với gang. Khi gia công tinh thép [hs] = (0,2 - 0,25mm).
3.2.2.3 Cơ chế mòn dụng cụ cắt
Cơ chế mòn của dụng cụ cắt rất phức tạp, mòn của dụng cụ có thể là do: Cào xước, dính bám, khuyếch tán, nhiệt, điện hoá.... nó phụ thuộc vào điều kiện của quá trình cắt gọt.
a) Mài mòn do cào xước hay hạt mài
Bảnchấtcủamòndocàoxướclàcáchạtcứngcủavậtliệugiacôngcứngcủa
vậtliệugiacông vàphoi càoxướcvàocácbềmặttiếpxúccủadụngcụ.Qúatrìnhnày nhưcáchạt nhỏmàicắtvàocác bềmặtdụngcụtrong quátrìnhlàmviệc.Khiđộcứng củabềmặttiếpxúcvớidụngcụcànglớnthìdụngcụbịmòncàngnhiều.Đặcbiệtkhi cóhiệntượnglẹodaotrênmặttrước,mộtsốphầntửnhỏcủalẹodaogâyravếtmòn docàoxước trênmặtsaucủadụng cụ.Khicắtởtốcđộcắtthấp, nhiệt cắtthấp, cơchế
64
mài mònhạtmài(càoxước)làchính.
Cáctạpchấtcóđộcứngcaotrongvậtliệugiacông,khichuyểnđộng,càoxước
cácbềmặttiếpxúc củadụngcụ(hình3.9.)tạothành cácvếtsongsongvớiphương thoátphoi.
Hình 3.9. Mòn do cào xước mặt trước
Như vậy trong cơ chế mòn do cào xước, ảnh hưởng của độ cứng vật liệu dụng cụ là rất đáng chú ý. b) Mài mòn do nhiệt Khicắtởvậntốccao,nhiệt cắtthườngrấtlớn,dẫntớigiảmđộcứnggiảmsức bềnliênkếtcủacácphầntửvậtliệudụngcụcắt.Vídụvớinhiệtđộtrên7000Ctác độngcuảnhiệtđộđốivớiđộmòncuảhợpkimcứngmạnhhơn.Khi đóđộcứngcủa HKCởnhiệtđộcaogiảmxuống,dovậynómềmdẻohơnvà ởnhiệtđộ 7000C 8000Cthì độ dẻovàchịuvachạmcuảHKCtănglên2 - 3lầnsovớinhiệtđộ4000C- 6000Cvàquá trìnhmònsẽổnđịnhhơn.Nhưngnhiệtđộcắttiếptụctăng,cơtínhcủaHKCgiảmrõ rệt,dovậymứcđộmòntăngnhanh. c) Mài mòn do chảy dính
65
Nguyên nhân của mòn do dính là do khi cắt, phoi trượt và thoát ra trên mặt trước của dụng cụ, vật liệu dụng cụ dính bám vào phoi hay chi tiết gia công và bị dứt đi từng mảnh nhỏ (Moore -1975). Mòn do dính có thể xảy ra ở mặt sau khi cắt ở tốc độ thấp và nhiệt độ tiếp xúc không cao. Các mảnh nhỏ bị dứt đi bao gồm ôxýt của bề mặt dụng cụ, hoặc do tác động hoá học của môi trường không khí xung quanh và bị dời đi do tác động cơ học khi cắt.
d) Mài mòn do khuếch tán
Đặctrưngcủaquátrìnhmòndokhuếch tánlàsựmấtvậtliệudosựkhuếchtán cácnguyên tửdụngcụvàobềmặtvậtliệu chitiếtgiacôngvàphoikhicắt.Khicắtở nhiệtđộcao,biếndạngdẻolớnnênxảy rahiệntượnghoàtanlẫnnhaugiữavậtliệu dụngcụ cắtvà vậtliệu giacông.Kếtquảlàmộtphầnvậtliệudụngcụ khuếchtántrong quá trìnhcắt.Phoivàvậtliệugiacôngcùngmang theomộtphầnvậtliệudụngcụ. Trongquátrìnhcắt,lượngvậtliệudụngcụkhuếchtánvàochitiếtvàphoivàinghìn lầnlớnhơnsovớitrường hợphaivậttiếpxúcvớinhauởtrạngtháitĩnh.Khicắtbằng dụngcụHKCởtốcđộcao,nhiệtcắtkhoảng 10000Cthìdaothườngbịmònvì khuyếchtán.Mònkhuyếchtánxảyracònphụthuộcvàothànhphầnvậtliệudụngcụ vàvậtliệugiacông.Khi giacôngcácloạithép hợpkimchịu nóng,mònkhuếchtáncó thểxảy raởnhiệtđộthấphơn8000Cvìcósựtươngtáchoáhọcgiữavậtliệugiacông vàvậtliệudụng cụ.Thành phàn hoáhọccủavậtliệugiacôngcũnglàthànhphầncủa vậtliệudụngcụHKC(TiC,TaC)nêndụngcụ bị mònnhanh.
e) Mài mòn do oxy hóa
Trong môi trường không khí hay dung dịch trơn nguội, bề mặt dụng cụ có thể bị ôxy hoá ở mức độ thấp và lớp ôxit đó có thể bị phá huỷ khi cắt, nó gây ra mòn ôxy hoá ở nhiệt độ thấp. Khi nhiệt cắt và tốc độ cắt cao trong môi trường không khí hay dung dịch trơn nguội, bề mặt dụng cụ bị ôxy hoá khá
66
mạnh. Lớp này rất giòn dễ bị phá huỷ dưới tác dụng của lực trong khi cắt, nó gây ra mòn bề mặt dụng cụ.
f ) Mài mòn do mỏi
Mảnh cắt khi cắt nằm trong điều kiện thay đổi liên tục và theo chu kỳ về nhiệt độ và lực tác động do vậy dễ gây ra hiện tượng gãy vỡ do mỏi.
Ngoài ra quá trình cắt có lẹo dao cũng gây nên mài mòn đáng kể.
Trong quá trình cắt, tuỳ theo điều kiện cắt cụ thể mà cơ chế mài mòn nào sẽ là chủ yếu làm dao bị mài mòn, nhưng thực tế rất khó phân biệt chính xác các giai đoạn mài mòn do các cơ chế trên.
g ) Mài mòn điện hóa
Mòn điện hoá là do sự phát sinh của nguồn nhiệt điện ở mối tiếp giáp giữa phoi và dụng cụ tạo ra dòng điện trong mạch. Kết quả là có sự chuyển ion từ bề mặt dụng cụ vào phoi và vật liệu chi tiết gia công, gây ra mòn.Dòng nhiệt điện tạo ra ở tiếp xúc giữa phoi và vết lõm mặt trước,tiếp xúc giữa mặt sau và chi tiết gia công,mật độ của dòng điện tìm thấy cao khoảng 5A với dụng cụ là cực âm (Opitz-1975). Mòn điện hoá càng được thúc đẩy nhanh khi cắt trong môi trường dung dịch trơn nguội có tính chất như một dung dịch điện môi.
67
Hình3.10- Sơđồcáccơchếmòncủadụngcụ cắt
Hình vẽ cho thấy sơ đồ của cơ chế mòn dụng cụ xuất hiện ở các tốc độ cắt khác nhau tương ứng với tốc độ cắt và lượng chạy dao.Trong thực tế của quá trình cắt các dạng mòn và cơ chế mòn thường khó phân định được rõ ràng và chúng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Việc phân định và nghiên cứu các cơ chế mòn chỉ mang tính tương đối. Trong thực tế có thể xảy ra đồng thời nhiều cơ chế mòn trong quá trình mòn của dụng cụ và có thể có một cơ chế mòn nào đó có thể trội hơn hẳn, nó phụ thuộc vào điều kiện gia công.
Nghiên cứu cơ chế mòn của quá trình mòn dụng cụ cho ta nắm được bản chất của quá trình mòn dụng cụ, từ đó lựa chọn các nhân tố ảnh hưởng hợp lý (các thông số chế độ cắt, vật liệu dụng cụ và các thông số hình học...) để điều khiển quá trình mòn theo hướng có lợi nhất. Một hướng khác là ứng dụng các kỹ thuật và đã mang lại nhiều hiệu quả cho quá trình cắt như: bôi trơn làm nguội khi cắt và nâng cao chất lượng bề mặt bằng phủ trên bề mặt dụng cụ một lớp màng mỏng vật liệu có độ cứng cao có tác dụng chống mòn cao.
Nâng cao chất lượng bề mặt bằng công nghệ phủ một lớp màng mỏng có độ cứng cao trên nền dụng cụ được sử dụng để tăng khả năng chống mòn cho dụng cụ cắt,trong đó lớp phủ TiN là lớp phủ được ứng dụng rộng rãi nhất.
68