Ứng với mỗi mảnh dao ta cú thời gian cắt ti (i = 1 ữ
5) xỏc định như sau: t1 = i L. S.n i = 0,1.955250.1 = 2,61 ( ph) t4 = L. i S.n i = 0,1.990,6250.4 = 10,09( ph) t2 = L. i S.n i =0,1.962,6250.2 = 5,19 ( ph) t 5 = L . i = S.ni 250.5 0,1.1011 = 12,36( ph) t3 = L. i S.ni = 0,1.974,4250.3 = 7,69 ( ph)
Sau khi tớnh toỏn lập được bảng dưới đõy:
Bảng 4.3. Thời gian cắt và cỏc thụng số nhỏm
4.4.2.2. Xõy dựng quan hệ giữa thụng số nhỏm bề mặt với thời gian cắt
Lượng mũn mảnh dao tăng dần khi một thụng số chất lượng bề mặt giảm dần, thể hiện qua nhỏm Ra (Rz) tăng. Cỏc hỡnh ảnh về lượng mũn mặt sau, mặt trước được chụp bằng kớnh hiển vi điện tử và xỏc định ở phần sau.
Bằng phần mềm Excel, lấy thụng số trờn bảng 4.3 ta xõy dựng được đồ thị sau:
[àm] 5 4 3 Series1 Series2 2 1 0 0 5 10 15 (t ) Phỳt
Hỡnh vẽ 4.7. Đồ thị quan hệ giữa thời gian cắt và nhỏm Ra, Rz
4.4.2.3. Cỏc hỡnh ảnh chụp bằng kớnh hiển vi điện tử về mũn mảnh dao
=94=
R a, R
1(a) 1(b)
1(c) 1(d)
1(e) 1(f)
Hỡnh vẽ 4.8. 1(a,b) Hỡnh ảnh mặt trước mảnh dao số 1 sau 2,61 phỳt cắt; 1(c,d) Hỡnh ảnh mặt trước mảnh dao số 1 được phúng to với cỏc vết biến dạng dẻo bề mặt;1(e) Hỡnh ảnh mặt sau mảnh dao số 1;1(f) Hỡnh ảnh mặt sau mảnh số 1được
2(a) 2(b)
2(c) 2(d)
3(a) 3(b)
3(c) 3(d)
Hỡnh vẽ 4.9. 2(a) Hỡnh ảnh mặt trước mảnh dao số 2 sau 5,19 phỳt cắt; 2(b,c,d) Hỡnh ảnh mặt trước mảnh dao số 2 được to;3(a,b) Hỡnh ảnh mặt trước mảnh dao
4(a) 4(b)
4(c)
4(d)
4(e) 4(f)
Hỡnh vẽ 4.10. 4(a) Hỡnh ảnh mặt trước mảnh dao số 4 sau 10,09 phỳt cắt; 4(b) Hỡnh ảnh mặt trước mảnh dao số 4 được to;4(c,d) Hỡnh ảnh mặt sau mảnh dao số
4
Hỡnh vẽ 4.11. 5(a) Hỡnh ảnh mặt trước mảnh dao số 5 sau 12,36 phỳt cắt; 5(b,c) Hỡnh ảnh mặt trước mảnh dao số 5 được to;5(d) Hỡnh ảnh mặt sau mảnh dao số
5 ; 5(e,f) Hỡnh ảnh mảng mũn mặt sau mảnh dao số 5 được phúng to;5(b) Hỡnh ảnh cơ chế mũn mặt trước với sự búc tỏch của lớp vật liệu dụng cụ.
5(a) 5(b)
5(c) 5(d) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1(a) 3(b)
4(c) 5(d)
Hỡnh vẽ 4.12. 1(a) Hỡnh ảnh mặt sau mảnh dao số 1 sau 2,61 phỳt cắt; 3(b) Hỡnh ảnh mặt sau mảnh dao số 3 sau 7,69 phỳt cắt;4(c) Hỡnh ảnh mặt sau mảnh dao số 4 sau 10,09 phỳt cắt ; 5(d) Hỡnh ảnh mảng mũn mặt sau mảnh
dao số 5 sau 12,36 phỳt cắt.
4.4.2.4. Phõn tớch cơ chế mũn mảnh dao PCBN
Kết quả quan sỏt cỏc mảnh dao trờn kớnh hiển vi điện tử cho thấy (Phần trờn) chỳng đều bị mũn cả mặt trước và mặt sau.
Sau 2,61 phỳt cắt, tương ứng với chiều dài cắt 250 mm, dọc theo lưỡi cắt chớnh xuất hiện vũng cung mũn (hỡnh 1.d) với chiều rộng xấp xỉ 10àm . Trờn vựng mũn mặt trước này khụng nhỡn thấy hỡnh ảnh cỏc hạt CBN như vựng chưa bị mũn. Đấy là hỡnh ảnh mũn vật liệu dũn theo cơ chế "biến dạng dẻo bề mặt do hạt cứng cày trờn bề mặt dưới tỏc dụng của ứng suất phỏp rất lớn gõy ra" .
Sau 5,19 phỳt cắt, tương ứng với chiều dài cắt là 500 mm, bản chất mũn trờn mặt trước khụng thay đổi tuy chiều dài cung mũn trờn lưỡi cắt chớnh tăng lờn nhưng bề rộng của vựng mũn vẫn giữ khụng đổi khoảng 10àm .(hỡnh 2.d)
Sau 7,69 phỳt cắt, tương ứng với chiều dài cắt là 750 mm, vựng mũn trờn luỡi cắt chớnh lan rộng gần tới đỉnh nhưng vẫn giữ nguyờn bề rộng khoảng
10àm (hỡnh 3.b).
Sau 10,09 phỳt cắt, tương ứng với chiều dài cắt là 1000 mm, vựng mũn mặt trước phỏt triển đến cung trũn của lưỡi cắt và lỳc này bề rộng vựng cắt đạt tới 20àm .
Cuối cựng khi gian cắt đạt 12,36 phỳt, tương ứng với chiều dài cắt là 1250 mm, hiện tượng mũn mặt trước thay đổi căn bản như (hỡnh 5.a) với bề rộng vựng mũn khoảng 120àm , khụng cũn hiện tượng dớnh của VLGC trờn bề mặt vựng mũn mà chỉ cú vựng mũn gồ ghề. Từ (hỡnh 5.b) ta thấy rằng những mảnh vật liệu dụng cụ bong ra khỏi bề mặt theo cơ chế mũn dớnh hoặc dớnh kết hợp với mỏi.
Mũn mặt sau thể hiện trờn hỡnh vẽ 4.12; 1(a) sau 2,61 phỳt cắt; 3(b) sau 7,69 phỳt cắt; 4(c) sau 10,09 phỳt cắt và 5(d) sau 12,36 phỳt cắt. Kết quả quan sỏt cho thấy, vựng mũn mặt sau phỏt triển chậm từ khi bắt đầu cắt tới 7,69 phỳt, đạt chiều cao mũn mặt sau hs ≈ 50àm với bề mặt khỏ bằng phẳng và VLGC dớnh nhẹ trờn bề mặt mũn sau. Sau 10,09 phỳt cắt thỡ chiều cao này cũng chỉ đạt
hs ≈ 60àm . Hỡnh ảnh VLGC dớnh trờn vựng mũn mặt sau thể hiện ở hỡnh 4(c). Tuy nhiờn trờn mặt sau lại xuất hiện hai mảng dạng vảy nằm ngay phớa dưới vựng giao của cạnh tự do của phoi khi thoỏt khỏi mặt trước với cỏc lưỡi cắt. Hỡnh ảnh phúng to của khối bờn trỏi trờn hỡnh 4(e).
Đến 12,36 phỳt gia cụng thỡ trờn toàn mặt sau của dụng cụ bị biến dạng theo một kiểu đặc biệt với cỏc mảng VLDC dạng vảy, hỡnh 5(e) và 5(d).
VLDC bị dồn nộn tạo cỏc mảng vảy nhẵn, rộng với chiều cao vựng mũn mặt sau h s ≈ 750àm và VLGC dớnh trờn bề mặt mũn là khụng đỏng kể. 4.4.2.5. Phõn tớch nhỏm bề mặt gia cụng
Kết quả đo nhỏm bề mặt gia cụng trong mặt phẳng đứng chứa đường tõm của phụi và dọc theo một đường sinh của mặt trụ cho trong bảng 4.3. Giỏ trị Ra sau 10,09 phỳt cắt tăng 23% so với sau khi cắt 7,69 phỳt và tương ứng là sự gia tăng 15% giỏ trị Rz.
Sự tăng đột biến của độ nhỏm sau 10,09 phỳt cắt liờn quan đến sự phỏt triển của chiều rộng vựng mũn mặt trước đến 50% và chiều cao vựng mũn mặt sau tới 20% với sự xuất hiện của hai mảng dạng vảy trờn vựng mặt sau. Đồ thị quan hệ giữa nhỏm bề mặt gia cụng với thời gian cắt thể hiện trờn hỡnh vẽ 4.7.
4.4.2.6. Phõn tớch kết quả và thảo luận
Khi gia cụng bằng dao CBN hiện tượng biến dạng lưỡi cắt khụng xảy ra, mũn mặt trước và mặt sau đồng thời tồn tại, vựng mũn mặt trước rất gần lưỡi cắt. Trong nghiờn cứu này, mũn xuất hiện trờn cả hai mặt chỉ sau 2,61 phỳt cắt. Tuy nhiờn vựng mũn mặt trước khụng nằm gần lưỡi cắt mà phỏt triển từ lưỡi cắt tạo thành bề mặt tương đối phẳng và phỏt triển dần theo hướng thoỏt phoi như trờn hỡnh 2(a), 3(a) và 4(a). Trờn vựng mũn nhiều hạt CBN bị tỏch khỏi bề mặt do tương tỏc của VLGC làm yếu pha thứ hai của VLDC theo như kết quả nghiờn cứu của Kenvin và đồng nghiệp [5], điểm khỏc biệt ở nghiờn cứu này là cơ chế mũn do khuếch tỏn kết hợp với cào xước do Polachon và đồng nghiệp [32] đề xuất dường như khụng cũn phự hợp với kết quả vừa tỡm được. Hỡnh ảnh cỏc rónh biến dạng dẻo bề mặt do cỏc hạt cứng cỏc bớt (FeCr)3C và cỏc ụxớt khỏc trong thộp 9XC dưới tỏc dụng của ứng suất phỏp rất lớn ở vựng gần lưỡi cắt gõy nờn là cơ chế mũn trờn mặt trước.
Sau thời gian cắt đủ lớn, khi mũn phỏt triển dần vào phớa trong vựng mặt trước theo hướng thoỏt phoi, ứng suất phỏp giảm đi nhanh chúng, hiện tượng dớnh trở nờn phổ biến ở vựng phoi thoỏt khỏi mặt trước thỡ cơ chế mũn do mỏi kết hợp với dớnh là nguyờn nhõn của mũn ở vựng này gõy búc tỏch từng mảnh VLDC ra khỏi vựng bề mặt như trờn hỡnh 5(d). Đõy chớnh là phỏt hiện mới về cơ chế mũn mặt trước trong tiện tinh cứng. Hơn nữa từ hỡnh 5(a) cú thể thấy khi mũn mặt trước phỏt triển trờn hầu hết diện tớch tiếp xỳc giữa phoi và mặt trước thỡ cơ chế mũn do búc tỏch cỏc mảnh vật liệu trở nờn chiếm ưu thế, thay cho cơ chế mũn do cào xước làm cho mũn mặt trước phỏt triển với tốc độ cao hơn. Bề mặt vựng mũn trở nờn gồ ghề và khụng nhẵn như bề mặt vựng mũn mặt trước thụng thường. Điều này cú thể giải thớch do cơ tớnh của PCBN ớt bị suy giảm bởi nhiệt độ cao trong vựng cắt, tuy nhiờn tỏc dụng cú chu kỳ của cỏc hạt cứng trong thộp lờn bề mặt kết hợp với dớnh đó làm cho bề mặt của dụng cụ bị phỏ huỷ theo cơ chế dớnh mỏi kết hợp sau một thời gian gia cụng nhất định.
Mũn mặt sau cũng phỏt triển theo quy luật thụng thường trong cắt kim loại cho đến 7,69 phỳt, hỡnh 3(c,d). Cơ chế mũn mặt sau tương đối phự hợp với kết quả nghiờn cứu của Kenvin như trờn hỡnh 3(d). Nhưng sau 10,09 phỳt gia cụng trờn bề mặt sau lại xuất hiện hai mảng dạng vảy cục bộ, hỡnh 4(c). Đõy là vựng tương ứng với cỏc rónh mũn sõu trờn dụng cụ khi cắt cỏc hợp kim cú nhiệt độ núng chảy cao và theo Shaw [33], cỏc rónh mũn sõu trờn mặt trước và sau ở vựng này cú liờn quan đến tỏc dụng truyền nhiệt mạnh ở hai bờn rỡa của phoi vào bề mặt dụng cụ cắt và đú là hiện tượng mũn phức tạp liờn quan đến nhiệt. Theo Trent [35] nhiệt độ cao kết hợp với biến cứng của phoi, tỏc dụng của ụxi trong mụi trường cắt đó tạo nờn cỏc rónh mũn sõu ở vựng này trờn dao tiện cỏcbớt khi tiện thộp.
Khi thời gian cắt tăng lờn 12,36 phỳt cỏc mảng dạng vảy này phỏt triển trờn toàn mặt sau và một số mảng bong ra tạo nờn mũn. Đõy cũng là một phỏt hiện mới về cơ chế mũn mặt sau trong tiện tinh cứng.
Từ cỏc kết quả đo nhỏm bề mặt nhận thấy rằng cho tới 7,69 phỳt cắt, Ra gần như khụng thay đổi Ra = 0,53 - 0,60 àm , nhưng khi thời gian cắt đạt tới
10,09 phỳt cú sự thay đổi đột ngột về nhỏm bề mặt, Ra tăng xấp xỉ 23%, sau đú thay đổi khụng nhiều tới 12,36 phỳt cắt. Nhỏm bề mặt tăng nhanh khi mũn mặt trước và mặt sau đạt tới một mức nào đú và sau đú giữ gần như khụng đổi. Điều này cú thể liờn quan trực tiếp tới sự phỏt triển giới hạn bề rộng của vựng mũn trờn mặt trước tới 20 àm và sự xuất hiện cỏc mảng dạng vảy trờn mặt sau như đó phõn tớch ở trờn.
Cú thể thấy rằng nếu như mũn trờn mặt trước và sau phỏt triển theo cơ chế khuếch tỏn, suy yếu pha thứ hai dẫn đến búc tỏch cỏc hạt CBN như cỏc nghiờn cứu mới đõy thỡ tuổi bền của cỏc mảnh dao CBN cú thể sẽ cao hơn nhiều lần so với thực tế.
Hiện tượng bong từng mảng VLDC trờn mặt trước, tạo thành dạng vảy và bong VLDC ở mặt sau là nguyờn nhõn cơ bản rỳt ngắn tuổi bền của dụng cụ cắt. Cỏc cơ chớ mũn này cú thể liờn quan đến nhiệt, số chu kỳ cào xước của hạt cứng trong VLGC đồng thời dớnh trờn bề mặt tiếp xỳc của mặt trước và mặt sau cũng như sự kết hợp với tỏc dụng ụxi hoỏ từ mụi trường.
4.4.2.7. Kết luận
Cỏc kết quả của nghiờn cứu cho thấy khi tiện tinh thộp 9XC qua tụi cứng bằng dao PCBN mũn xảy ra chủ yếu ở mặt trước và mặt sau. Giai đoạn đầu, cơ chế mũn mặt trước chủ yếu là biến dạng dẻo do tỏc dụng cào xước của cỏc hạt cứng trong thộp và sự tỏch ra khỏi bề mặt của cỏc hạt CBN. Cơ chế mũn mặt sau là quỏ trỡnh búc tỏch của cỏc hạt CBN do pha thứ hai của VLGC bị yếu đi khi tương tỏc với VLGC.
=104 = (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở giai đoạn sau, cơ chế mũn mặt trước là do mỏi dớnh với sự búc tỏch của từng mảng vật liệu trờn mặt trước. Cơ chế mũn này cú thể liờn quan tới nhiệt, số chu kỳ cào xước của hạt cứng và dớnh kết hợp với tỏc dụng ụxy hoỏ từ mụi trường tạo nờn cỏc mảng dạng vảy và bong ra khỏi mặt sau.
4.5. Nghiờn cứu mối quan hệ giữa tuổi bền mảnh dao PCBN theo chế độ cắtkhi tiện tinh thộp 9XC qua tụi khi tiện tinh thộp 9XC qua tụi
4.5.1. Quỏ trỡnh cắt thộp 9XC bằng dao PCBN
Ta biết rằng cơ chế gia cụng trong tiện cứng là rất phức tạp và đặc biệt, bởi lẽ nhiệt trong quỏ trỡnh cắt chủ yếu truyền vào phoi (70 - 85%), tuy nhiờn sự thay đổi tớnh chất cơ lý của vật liệu gia cụng, cấu trỳc lớp cắt, thụng số hỡnh học phần cắt và cỏc yếu tố khỏc đều cú ảnh hưởng đến tuổi bền dụng cụ cắt.
Vật liệu dụng cụ cắt khụng đồng nhất, phương phỏp nhiệt luyện và cỏch mài dao, bỏn kớnh đỉnh dao, sự thay đổi độ cứng vững cú liờn quan đến chế độ hoạt động của mỏy - tất cả những yếu tố này cú ảnh hưởng đến năng suất gia cụng. Vỡ vậy cần cú phương phỏp nghiờn cứu thớch hợp tỡm ra mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố. Trờn cơ sở đú đưa ra giải phỏp nõng cao tuổi bền dụng cụ cắt, tức nõng cao năng suất gia cụng và hạ giỏ thành sản phẩm.
Mối quan hệ giữa cỏc yếu tố được nghiờn cứu bằng thực nghiệm với sự thay đổi đồng thời nhiều yếu tố nhằm giảm thời gian và hạn chế cỏc chi phớ phụ. Một trong những phương phỏp đú là quy hoạch thực nghiệm. Dựng phương phỏp này cú thể xỏc định được mụ hỡnh toỏn học mụ tả mối quan hệ giữa cỏc yếu tố, đồng thời nếu dựng phần mềm cú thể dễ dàng tối ưu hoỏ được hàm số lựa chọn.
Trường hợp vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sõu cắt được sử dụng như là cỏc thụng số độc lập thỡ mụ hỡnh tuổi bền cho quỏ trỡnh tiện cú dạng:
LnT = b0 + b1 ln V + b2 ln S + b3 ln t
(4-1)
Cỏc thớ nghiệm được thực hiện trờn cơ sở phõn tớch cỏc yếu tố, cú nghĩa là cả 3 thụng số V, S, t cựng đồng thời thay đổi. Ở đõy ta cần xỏc định cỏc hệ số b0 , b1 , b2 , b3 . Mỗi yếu tố thay đổi theo hai mức, tức
là
2 p (p là số cỏc yếu tố thay đổi, p = 3).
Đặt: LnT = y;lnV = x 1;ln S = x2 ;ln t = x3 Ta nhận được hàm y = b 0 + b1 x1 + b2 x2 + b3 x3 (4-2)
4.5.2. Lựa chọn chế độ cắt cho nghiờn cứu và tỡm hàm quan hệ
Chỳ ý tới khả năng của mỏy, mảnh dao và điều kiện gia cụng tinh sử dụng trong Xưởng thực nghiệm ta chọn được bộ thụng số chế độ cắt như sau.
Bảng 4.4
Bảng 4.4. Bộ thụng số chế độ cắt
Cỏc mức biến đổi này được mó hoỏ nhờ cỏc phương trỡnh chuyển đổi để mức cao tương ứng (+1), cũn mức thấp tương ứng (-1);
Từ đú cú hệ sau: 2(lnV − ln180) x1 = (ln180 − ln140) + 1 2(ln S − ln 0,15) x2 = (ln 0,15 − ln 0,07) + 1 2(ln t − ln 0,14) x3 = (ln 0,14 − ln 0,08) + 1
Để đơn giản hoỏ việc tớnh toỏn cỏc thớ nghiệm, người ta sử dụng khối lập phương với gốc toạ độ nằm ở tõm của khối lập phương. Cỏc điểm thớ nghiệm là cỏc đỉnh khối lập phương (4 đỉnh là cỏc vũng trũn to) và 2 thớ nghiệm bổ sung để kiểm tra tớnh đồng nhất cỏc thớ nghiệm (cỏc thớ nghiệm 9,10 ở tõm khối lập phương). Nếu giả thiết về tớnh đồng nhất của cỏc thớ nghiệm khụng được chấp nhận cần phải tiến hành thờm 6 thớ nghiệm (4 ở đỉnh, 2 ở tõm).
Cỏc thớ nghiệm với chế độ cắt được ghi ở đỉnh và tõm khối lập phương. Số liệu cho trong bảng 4.5.
V = 140 S = 0,15 t = 0,14 7 x2 (S ) V = 180 8 S = 0,15t = 0,14 V = 140 S = 0,15 3 t = 0,08 9 10 V = 160 11 S = 0,11 12 t = 0,11 4 V = 180 S = 0,15 t = 0,08 x1 (V ) V = 140 S = 0,07 t = 0,08 1 x3 (t) 1 5 V = 140 S = 0,07 t = 0,14 2 V = 180 S = 0,07 t = 0,08 V = 180 S = 0,07 t = 0,14
Hỡnh vẽ 4.13. Quy hoạch thực nghiệm theo khối lập phương
Bảng 4.5. Ma trận thớ nghiệm
Cỏc phụi thớ nghiệm được chọn là loạt chi tiết con lăn đang được sản xuất hàng loạt tại Xưởng thực nghiệm, chiều dài l = 27,5 mm, Dmax= 49 mm, Dmin= 30 mm, độ cứng đạt 56-58 HRC, chỉ tiờu để xỏc định tuổi bền là theo chỉ tiờu mũn cụng nghệ. Khi nhỏm bề mặt lớn hơn yờu cầu nhỏm khi tiện tinh ≥ Cấp 7b {Ra = 0,8
− 1àm