Trong đú: Fc và Ft là lực phỏp tuyến và lực tiếp tuyến với mặt sau,
Fcf và Ftf là lực cắt khi dao mũn, VBave là chiều cao mũn trung bỡnh, t là chiều
sõu cắt (hỡnh 1.19).
Hệ ma sỏt trờn mặt sau được xỏc định bằng cụng thức:
∝ = Kc . Fc (1-19)
t Ft
Với Kc và Kt là cỏc hệ số thực nghiệm.
Tốc độ sinh nhiệt q3 trờn mặt sau là:
q3 = 0,0671.Vc .Fc .
1
t.b (1-20)
Nhiệt từ ba nguồn trờn là nguyờn nhõn làm tăng nhiệt độ trong dao, giảm độ cứng núng của vật liệu gia cụng vỡ thế xỏc định trường nhiệt độ trong dụng cụ cú ý nghĩa rất quan trọng. Cú thể xỏc định trường nhiệt độ này bằng
thực nghiệm hoặc lý thuyết [8]
1.3.3.4 Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt cắt và trường nhiệt độ trong dụng cụ
Trong tất cả cỏc yếu tố ảnh hưởng thỡ vận tốc cắt ảnh hưởng tới nhiệt cắt nhiều nhất.
Từ cụng thức Q = PzV
427 Kcl/phỳt (1- 21)
Hỡnh 1.20 : Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt độ cắt
1. Thộp austenit mangan 2. Thộp Cacbon 3. Gang 4. Nhụm
Ta thấy V tăng, Q tăng. Mặt khỏc khi V tăng đến giỏ trị nào đú thỡ V
tăng lực Pz giảm. Do đú V tăng, Q tăng nhưng khụng tỷ lệ với V (ở mức độ
chậm hơn).
Vận tốc cắt càng tăng thỡ thời gian tỏa nhiệt từ phoi vào chi tiết gia cụng và dụng cụ cắt càng giảm nhiệt lượng sinh ra trong quỏ trỡnh cắt phần lớn là đi theo phoi (phoi là nguồn nhiệt chớnh). Nguồn nhiệt làm núng dụng cụ cắt bõy giờ chủ yếu là cụng thắng lực ma sỏt giữa phoi và mặt trước, mặt sau và phụi, nú tăng lờn cựng với việc tăng vận tốc cắt. Nhưng vận tốc cắt càng cao thỡ nhiệt cắt tăng càng chậm (do à giảm) và tiệm cận với đường nhiệt độ núng chảy của vật liệu gia cụng (hỡnh 1.20) vỡ cụng thắng lực ma sỏt khụng tăng nữa.
Thực nghiệm cho thấy quan hệ giữa và V theo cụng thức sau :
o = Cl.Vu (1-22)
o : Nhiệt cắt
Cl : Hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia cụng (vật liệu gia cụ ng, chiều sõu cắt, dung dịch trơn nguội, thụng số hỡnh học dụng cắt… ).
u = 0,26 0,72 chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu gia cụng, phương phỏp
gia cụng ( < u < 1) thể hiện nhiệt cắt tăng chậm hơn V).
1.4. Kết luận
Quỏ trỡnh cắt trong tiện cứng là tổng hợp của nhiều yếu tố cụng nghệ. Chủ yếu do nhiệt cắt, lực cắt dẫn tới mũn dụng cụ nhanh chúng, ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và giỏ thành sản phẩm.
Để cú thể đỏp ứng được yờu cầu trờn, lần lượt cỏc vật liệu dụng cụ mới ra đời như cỏc dao thộp giú, cỏc mảnh HKC, kim cương nhõn tạo, đặc biệt là mảnh Nitrit Bo. Đặc trưng là cỏc mảnh CBN, chỳng làm cho quỏ trỡnh vật lý diễn ra trong quỏ trỡnh cắt thộp cú độ cứng cao trở lờn đơn giản hơn, thậm chớ hầu hết khụng cần tới dung dịch trơn nguội.
Vậy bản chất vật lý của tiện cứng khụng khỏc nhiều tiện thụng thường. Tuy nhiờn người ta cố gắng chế tạo vật liệu dao, kết cấu mảnh, thụng số hỡnh học, … phự hợp nhất để giải phúng càng nhiều nhiệt cắt khỏi vựng cắt càng cú lợi cho tiện cứng.
1.5. Mũn dụng cụ cắt 1.5.1. Dạng mũn
Mũn là hiện tượng phỏ huỷ bề mặt và sự tỏch vật liệu từ một hoặc cả hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau. Eyre và Davis định nghĩa mũn liờn quan đến sự hao hụt về khối lượng hoặc thể tớch, dẫn đến sự thay đổi vượt quỏ giới hạn cho phộp về hỡnh dạng hoặc topography của bề mặt. Núi chung mũn xảy ra do sự tương tỏc của cỏc nhấp nhụ bề mặt. Trong quỏ trỡnh chuyển động tương đối đầu tiờn vật liệu trờn bề mặt tiếp xỳc cú thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh cỏc nhấp nhụ vượt quỏ giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc khụng một chỳt vật liệu nào tỏch ra, sau đú vật liệu bị tỏch ra từ bề mặt dớnh sang bề mặt đối tiếp hoặc tỏch ra thành những hạt mài rời. Trong trường hợp vật liệu chỉ dớnh từ bề mặt này
38
sang bề mặt khỏc, thể tớch hay khối lượng mũn ở vựng tiếp xỳc chung bằng khụng mặc dự một bề mặt vẫn bị mũn. Định nghĩa mũn núi chung dựa trờn sự mất mỏt của vật liệu, nhưng sự phỏ huỷ của vật liệu do biến dạng mà khụng kốm theo sự thay đổi về khối lượng hoặc thể tớch của vật liệu cũng là một dạng mũn.
Giống như ma sỏt, mũn khụng phải là do tớnh chất của vật liệu mà là sự phản ứng của một hệ thống, cỏc điều kiện vận hành sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến mũn ở bề mặt tiếp xỳc chung sai lầm đụi khi cho rằng ma sỏt lớn trờn bề mặt tiếp xỳc chung là nguyờn nhõn mũn với tốc độ cao.
Mũn bao gồm cỏc hiện tượng chớnh tương đối khỏc nhau và cú chung một kết quả là sự tỏch vật liệu từ cỏc bề mặt trượt đú là: dớnh - mỏi bề mặt – va chạm – hoỏ ăn mũn và điện. Theo thống kờ khoảng 2/ 3 mũn xảy ra trong cụng nghiệp là do cỏc cơ chế dớnh, trừ mũn do mỏi, mũn do cỏc cơ chế khỏc là một hiện tượng xảy ra từ từ.
Trong thực tế, mũn xảy ra do một hoặc nhiều cơ chế. Trong nhiều trường hợp mũn sinh ra do một cơ chế nhưng cú thể phỏt triển do sự kết hợp với cỏc cơ chế khỏc làm phức tạp hoỏ sự phõn tớch hỏng do mũn. Phõn tớch bề mặt cỏc chi tiết bị hỏng do mũn chỉ xỏc định được cỏc cơ chế mũn ở giai đoạn cuối.
Trong hầu hết cỏc quỏ trỡnh cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ giảm dần đến một lỳc nào đú dụng cụ sẽ khụng tiếp tục cắt được do mũn hoặc hỏng hoàn toàn.
Mũn dụng cụ là chỉ tiờu đỏnh giỏ khả năng làm việc của dụng cụ bởi vỡ nú hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mũn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chớnh xỏc gia cụng, chất lượng bề mặt và toàn bộ khớa cạnh kinh tế của quỏ trỡnh gia cụng. Sự phỏt triển và tỡm kiếm những vật liệu dụng cụ mới cũng
39
húa bởi Trung tõm Họ 1
như cỏc biện phỏp cụng nghệ mới để tăng bền bề mặt chớnh là nhằm mục đớch làm tăng khả năng chống mũn của dụng cụ [8].
Trong quỏ trỡnh cắt, phoi trượt trờn mặt trước và chi tiết chuyển động tiếp xỳc với mặt sau của dao gõy nờn hiện tượng mũn ở phần cắt dụng cụ. Mũn dụng cụ là một quỏ trỡnh phức tạp xảy ra theo hiện tượng lý hoỏ ở cỏc bề mặt tiếp xỳc phoi và chi tiết với dụng cụ gia cụng. Trong quỏ trỡnh cắt, ỏp lực trờn cỏc bề mặt tiếp xỳc lớn hơn rất nhiều so với ỏp lực làm việc của chi tiết
mỏy ( khoảng 15 20 lần) và dụng cụ bị mũn theo nhiều dạng khỏc nhau hỡnh
1.21 [6].
Hỡnh 1.21: Cỏc dạng mũn phần cắt của dụng cụ khi tiện
Phần cắt dụng cụ trong quỏ trỡnh gia cụng thường bị mũn theo cỏc dạng sau:
- Mũn theo mặt sau hỡnh 1.21a. - Mũn theo mặt trước hỡnh 1.21b.
- Mũn đồng thời cả mặt trước và mặt sau hỡnh 1.21c. - Mũn tự lưỡi cắt hỡnh 1.21d.
(a) Mòn tròn mũi dao Vc.t 0,6 < 11
Số c liệu – Đại học Thỏi Nguyờn htt p :// www .l r c -tnu. e d u. v n
0,6
40
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n
Hỡnh 1.22: Quan hệ giữa một số dạng mũn của dụng cụ
Hỡnh ảnh cấu trỳc của hai loại thộp này được chỉ ra trờn hỡnh 1.12 với chất dớnh kết là Co đối với CBN – H và Co, TiN với CBN – L.
Mặc dự CBN – H cú độ cứng cao hơn và độ dai va đập cao hơn nhưng tuổi bền của CBN – L lại cao hơn và tạo nờn độ búng bề mặt tốt hơn [13].
Hợp kim cứng với tớch Vc . t10,6
Trong đú: V tớnh bằng m/ p và t1 tớnh bằng mm/ v [20]
Mũn mặt trước và sau là hai dạng mũn thường gặp nhất trong cắt kim loại. Cỏc thụng số hỡnh học đặc trưng cho hai vựng mũn này được chỉ ra trờn hỡnh 1.23.
Loladze [21] cho rằng cơ chế hỡnh thành vựng mũn mặt trước của dao hợp kim cứng khỏc so với dao thộp giú. Theo ụng thỡ hợp kim cứng cú độ cứng núng cao đến hàng nghỡn độ C, nờn hiện tượng khuếch tỏn ở trạng thỏi rắn gõy mũn với tốc độ cao xảy ra trờn mặt trước từ vựng cú nhiệt độ cao nhất. Túm lại mũn mặt trước đều cú nguồn gốc do nhiệt.
Boothroyd [22] cho rằng mũn mặt sau xảy ra do tương tỏc giữa mặt sau dụng cụ với bề mặt gia cụng và bề mặt mũn song song với phương của vận tốc cắt. Theo Trent [11] mũn mặt sau xảy ra trong hầu hết cỏc quỏ trỡnh cắt
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n
kim loại và khụng đều trờn suốt chiều dài lưỡi cắt. Cơ chế mũn mặt sau của dụng cụ hợp kim cứng ở tốc độ cắt thấp là sự tỏch ra của cỏc hạt carbides tạo nờn bề mặt mũn khụng bằng phẳng. Cũn ở tốc độ cắt cao vựng mũn mặt sau nhẵn và trơn.
Lượng mũn mặt trước và mặt sau cú thể tớnh toỏn gần đỳng theo [19] như sau:
Thể tớch mũn mặt sau: Vw VB
2 . b . tg〈 = ave
2 (1– 23)
Trong đú: VBave là chiều cao trung bỡnh của vựng mũn
Thể tớch mũn mặt trước. Vcr =2b (KB − KF ) KT 3 (1– 24) Cỏc kớch thước dựng xỏc định mũn chỉ ra trờn hỡnh 1.23. Cú thể đo bằng kớnh hiển vi dụng cụ, bằng thiết bị quang học khỏc, hoặc bằng phương phỏp chụp ảnh. Ngoài ra người ta cũn đo khối lượng dụng cụ và sử dụng phương phỏp radiotracer (phương phỏp đ ồng vị phúng xạ) để xỏc định.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n
Ph â n