Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt

4. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

3.2.3. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt

Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố của quá trình cắt đến tuổi bền T bằng phương pháp thực nghiệm đo độ mòn cho phép mặt sau [hs]. Với các kết quả thực nghiệm, các đồ thị quan hệ giữa độ mòn, tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng được xác lập. Trên cơ sở đó xác định được quan hệ giữa tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng.

Hình 3.8: Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao

Quan hệ giữa tốc độ, độ mòn và thời gian được biểu thị trên hình 3.7. Với độ mòn cho phép [hs] đã xác định được thời gian làm việc của dụng cụ với các tốc độ khác nhau (t1 với V1; t2, t3 với V2, V3 với V1 <V2 <V3 <V4;t1, t2, t3, t4 chính là tuổi bền T của dụng cụ ứng với tốc độ V1, V2, V3, V4…) khi các yếu tố cắt khác được cố định. Trên cơ sở đó lập được đồ thị quan hệ giữa tốc độ và tuổi bền V-T hình 3.8 và chuyển sang đồ thị lôgarit hình 3.9.

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Qua đồ thị quan hệ V-T ta thiết lập được công thức liên hệ giứa tốc độ và tuổi bền: lgV lgA m T lg  lg lg lg A V m T    m A V T  (3-7) V T. m const T Am V  (3-8)

Hình 3.10: Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit)

3.3. Kết luận chƣơng 3

Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẻ giảm dần, đến một lúc nào đó sẽ không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Mòn dụng cụ là một chỉ tiêu đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế của quá trình gia công. Vì vậy việc lựa chọn dụng cụ và xác định điều kiện làm việc là rất quan trọng đối với tất cả các quá trình gia công.

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Chương 4

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ PHỦ TiAlN KHI TIỆN TINH THÉP KHÔNG GỈ

SUS 201

4.1. Thép không gỉ.

4.1.1. Sơ lược về thép không gỉ.

Thép không gỉ bao gồm một họ hợp kim trên cơ sở Fe mà tính chất chủ yếu của nó là bền ăn mòn trong các môi trường khác nhau. Tuy gọi là thép không gỉ, nhưng cần hiểu tương đối so với thép thường. Thực ra mỗi loại thép không gỉ chỉ có tính chống ăn mòn cao trong một số môi trường nhất định và ngay cả trong môi trường đó nó vẫn bị ăn mòn với tốc độ nhỏ và được coi là không gỉ. Có thể dựa vào tốc độ ăn mòn (chiều dầy lớp kim loại bị ăn mòn trong đơn vị thời gian- mm/năm) để đánh giá tính “không gỉ”, ví dụ:

+ Trong môi trường ăn mòn yếu (không khí, nước ngọt,…) có các mức sau:

- Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 0,01 mm/năm thì thép được coi là hoàn toàn không gỉ;

- Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 0,1 mm/năm thép được coi là không gỉ;

- Nếu tốc độ ăn mòn lớn hơn 0,1 mm/năm thì thép bị coi là gỉ.

+ Trong môi trường ăn mòn mạnh (dung dịch axít, muối,…) có các mức sau:

- Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 0,1 mm/năm được coi là chịu axít, muối tốt;

- Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 1 mm/năm được coi là không gỉ (đạt yêu cầu;

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tốc độ ăn mòn còn được đánh giá bằng mức độ giảm khối lượng trên đơn vị diện tích trong đơn vị thời gian (g/m2h). Trong trường hợp không có hiện tượng ăn mòn cục bộ, giữa hai đại lượng này có mối quan hệ như sau: 1 g/m2

h = 0,1222 mm/năm.

Crôm là nguyên tố hợp kim có vai trò quyết định đối với tính không gỉ của thép. Với lượng chứa không ít hơn 12%Cr, thép sẽ trở nên không gỉ trong môi trường ôxy hoá do tạo ra lớp màng thụ động trên bề mặt của nó. Còn một cách giải thích khác là khi ferit chứa không ít hơn 12%Cr, điện thế điện cực của nó tăng tương đương với điện thế của pha Xêmentit (hay Cacbit nói chung), nâng cao khả năng chống ăn mòn điện hoá một cách rõ rệt làm cho thép trở nên không gỉ.

Khía cạnh chung của thép không gỉ là sự có mặt của ít nhất 11%Cr để cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn và ôxy hoá tuyệt vời, đây là đặc tính chung của các vật liệu này. Tuy vậy, thép không gỉ không phải là một loại vật liệu đơn, dễ xác định mà bao gồm một vài họ hợp kim, mỗi loại có tính chất riêng về cấu trúc tế vi, thành phần hợp kim và các khoảng thuộc tính. Sự khác nhau về thành phần trong mỗi họ có thể cho nhiều hợp kim khác nhau phù hợp với một phạm vi rộng các ứng dụng.

Vì hiện có nhiều loại thép không gỉ, tính gia công của thép không gỉ thay đổi từ thấp đến rất cao, phụ thuộc vào lựa chọn cuối cùng của hợp kim. Tuy nhiên các loại thép không gỉ được coi là khó gia công hơn các kim loại khác, như nhôm hay thép cacbon thấp. Các loại thép không gỉ được mô tả là có tính dính trong khi cắt, cho thấy xu hướng tạo ra các phoi dài dạng dây, các phoi này bị kẹt hay tạo ra lẹo dao. Điều này có thể dẫn đến giảm tuổi bền của dao và giảm chất lượng bề mặt. Các đặc tính chung này là do các thuộc tính sau đây:

- Độ bền kéo cao

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Độ dai lớn và rất mềm - Tốc độ tôi cao

- Độ dẫn nhiệt thấp

Mặc dù có các thuộc tính này, các loại thép không gỉ có thể được gia công ở dưới các điều kiện phù hợp. Nói chung, cần nhiều năng lượng để gia công thép không gỉ hơn là thép Cacbon, tốc độ cắt thường phải thấp hơn, cần phải duy trì bước tiến dao dương (Positive feed), dao và đồ gá phải cứng vững, cần phải có cơ cấu bẻ phoi trên dao và cần phải quan tâm đến chế độ bội trơn làm nguội trong khi cắt.

4.1.2. Thép không gỉ SUS 201:

Thép không gỉ SUS 201 là loại thép thuộc nhóm Austenitic. Đây là loại thép được ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế vì những ưu điểm sau:

- Tính chống ăn mòn cao, ổn định trong các môi trường như nước, chịu nhiệt cao (900 o

C -1000oC) vì vậy chúng được dùng phổ biến trong dụng cụ gia đình, thực phẩm, y tế,...

- Tính dẻo cao dễ gia công cán, dập, gò ở trạng thái nguội nên được dùng nhiều trong các thiết bị hoá học và đồ dùng gia đình.

- Cơ tính đảm bảo, có khả năng chống mài mòn tốt nên thường được dùng làm dụng cụ đo kiểm, khuôn dập,...

Bên cạnh đó nó có một số những nhược điểm: - Đắt tiền, hàm lượng Ni thấp.

- Khó gia công cắt gọt do dẻo quánh, phoi khó gãy, bề mặt gia công dễ bị biến cứng, dao nóng hơn và có xu hướng tạo ra lẹo dao nhiều hơn. Nói chung, đây là loại khó gia công trong số các loại thép không gỉ.

- Bị ăn mòn trong một số trường hợp cụ thể như: ăn mòn theo biên giới hạt ở vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn hoặc chi tiết phải thường xuyên làm việc ở nhiệt độ 400o

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Vì những ưu và nhược điểm ở trên, nên trong nội dung đề tài tác giả đã sử dụng thép không gỉ SUS 201 làm vật liệu để nghiên cứu.

4.2. Thiết kế thí nghiệm

- Thông qua thực nghiệm khi tiến hành dùng dao tiện phủ TiAlN tiện thép không gỉ SUS 201với các chế độ cắt khác nhau rồi đưa ra nhận xét và kết luận tương ứng.

- Xác định giới hạn tuổi bền của dao theo các thông số chế độ cắt khác nhau, từ đó đưa ra mối quan hệ giữa chúng. Các cơ sở sản xuất có thể dùng kết quả đó cho việc gia công với các điều kiện tương tự.

- Mục tiêu của việc xây dựng thí nghiệm là nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thông số chế độ cắt đến tuổi bền của dao tiện phủ TiAlN khi gia công thép không gỉ SUS 201.

4.2.1. Các giới hạn của thí nghiệm

Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt và chiều sâu cắt của dao tiện phủ TiAlN khi gia công thép không gỉ SUS201.

- Vận tốc cắt v = 95 - 180 (m/phút).

- Lượng chạy dao s = 0.05 - 0.15 (mm/vòng). - Chiều sâu cắt t = 0.15 - 0.45 (mm).

- Nghiên cứu tuổi bền của dao tại đỉnh của dao.

- Tổng hợp các nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công là ổn định.

- Độ cứng của phôi ổn định trong suốt quá trình gia công. - Gia công tưới tràn với dung dịch Emusil: Mira EM40 5%.

4.2.2. Mô hình toán học

Mô hình toán học khi xác định tuổi bền của dao tiện phủ TiAlN khi gia công thép không gỉ SUS 201 hợp kim CR12MOV trong nghiên cứu này được lựa chọn trên cơ sở phương trình cơ bản tuổi bền của Taylor:

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

V*T =Ct

Trong đó:

- T là thời gian (phút) - V là vận tốc cắt (m/phút) - Ct là hằng số thực nghiệm

Phương trình Taylor mở rộng bao gồm cả ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt được viết như sau phương trình (4-1), (4-2), (4-3) như sau:

T = A1*VA2 (4-1) T = A3*VA2 *SA4 (4-2),

T = A5*VA2 *SA4*tA6 (4-3)

Các mô hình toán học khai triển bậc nhất và bậc hai logarít của tuổi bền dường như phù hợp hơn với các dữ liệu cho dao composite. Khác với các phương trình tổng quát (3-1), (3-2), (3-3), (3-4) các mô hình toán học này hạn chế trong một giải với các điều kiện dùng để tạo nên các dữ liệu thực nghiệm. Trong trường hợp vận tốc cắt, lượng chạy dao chiều sâu cắt được sử dụng như là các thông số độc lập, mô hình toán học bậc nhất có dạng như sau:

LnT = ao + a1lnV + a2lnS + a3lnt (4-4)

Đây là mô hình toán học được lựa chọn để xác định tuổi bền của dao.

Đặt: y = lnT; x1 = ln(Vi); x2 = ln(Si); x3 = ln(ti). Ta sẽ được phương trình mới:

y = a0 + a1 x1 + a2 x2 + a3x3 (4.5) Dạng tổng quát: y = a0 + a1 x1 + a2 x2 +...+ anxn. (4-6)

Bài toán trở thành xác định hàm hồi quy thực nghiệm n biến số. Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu.

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4.3. Hệ thống thiết bị thí nghiệm

4.3.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm

Trong nghiên cứu khoa khọc việc xây dựng hệ thống thí nghiệm cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Đáp ứng được yêu cầu của vấn đề lý thuyết cần nghiên cứu. - Đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và độ ổn định.

- Đảm bảo việc thu thập và xử lý các số liệu thí nghiệm thuận lợi. - Đảm bảo tính khả thi.

- Đảm bảo tính kinh tế.

Hệ thống thí nghiệm được trình bày dưới đây nhằm phục vụ cho đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dao phủ TiAlN khi tiện thép không gỉ SUS 201”.

4.3.2. Mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm đã sử dụng thể hiện trên hình 4.1

S 1 4 3 2 nct t Hình 4.1: Mô hình hệ thống thí nghiệm

1 – Mâm cặp 2 – Mũi tâm

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 4.2: Thí nghiệm trên máy tiện

4.3.3. Điều kiện thí nghiệm

4.3.3.1.Máy.

Thực nghiệm được tiến hành trên máy tiện PRIMERO – PL 1840 do Đài Loan sản xuất, máy có khả năng tích hợp CAD/CAM qua cổng RS

232 của Trường Trung cấp nghề TT Huế.

Bảng 4-1. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy

Thông số Đơn vị Kích thước

Kích thước băng máy mm 1500

Tốc độ trục chính Vòng/phút 50 - 2500

Trọng lượng Kg 3100

Kích thước tổng thể Dài x

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 4.3: Máy tiện thực hiện thí nghiệm (PRIMERO – PL 1840)

4.3.3.2. Dao.

- Mảnh dao tiện phủ TiAlN ký hiệu TNMG 160404-MS 735 của hãng Mitsubishi -Nhật Bản có thông số như sau:

+ Độ cứng của mảnh dao 92 HRA + Độ bền nén 2.5 GPa

+ Kích thước mảnh dao:  Chiều rộng: 16 mm  Chiều dày: 4 mm

 Chiều dài phần cắt 0.5 mm

+ Góc độ: Góc trước  = 150 ; góc sau  = 100 + Thân dao ký hiệu PTGNR – 2525 M16 KT:

 Tiết diện: 25x25 mm  Chiều dài thân: 150 mm

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 4.4: Dao tiện

4.3.3.3. Phôi.

Thép hợp kim không gỉ SUS201 đã tạo hình dáng , Kích thước: Ø60 x 250 4.3.3.4. Dụng cụ đo kiểm.

Máy đo nhám bề mặt SJ 201 của Mitutoyo, kính hiển vi điện tử.

4.4. Thực nghiệm để xác định tuổi bền dụng cụ phủ TiAlN khi tiện thép không gỉ SUS 201

4.4.1. Nội dung:

* Chuẩn bị trước khi gia công gồm: 

- Tạo phôi: Bao gồm việc xác định mác thép SUS 201, gia công chuẩn bị phôi, dụng cụ đo.

- Chuẩn bị đồ gá, phương tiện đo kiểm theo phương án gia công, chọn máy, lập phương trình gia công chi tiết trên máy trên máy CNC theo bộ thông số S, V, t dùng để khảo sát. 

* Tiến hành gia công và kiểm tra kết quả:

- Dùng dao tiện phủ TiAlN để gia công, quan sát, ghi chép kết quả. - Tiến hành đo lấy kết quả.

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Sử lý số liệu sau gia công, rút ra kết luận tương ứng chỉ dẫn cần thiết, dùng làm tài liệu cho các nhà sản xuất có quan tâm về lĩnh vực này.

Hình 4.5:Vật liệu đang cắt trên máy

4.3.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm:

Các yếu tố xi thực nghiệm là:

Vimax = 180 (m/phút); Smax=0.15; timax = 0.45 (mm) Vimin = 95 (m/phút); Smin=0.05; timin = 0,15 (mm)

Bảng 4-2: Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v, s, t cho thực nghiệm:

Các yếu tố X1 X2 X3

Mức trên 180 0.15 0.45

Mức dưới 95 0.05 0.15

Mức cơ sở 137.5 0.1 0.3

Khoảng biến thiên 42.5 0.05 0.15

4.3.3. Thực nghiệm xác định tuổi bền:

Với thực nghiệm có ba biến đầu vào (V, s, t), vì vậy số thí nghiệm cần làm là N = 23 = 8 thí nghiệm tại các đỉnh đơn hình đều và 3 thí nghiệm ở trung tâm, ta lập bảng quy hoạch và tiến hành làm thực nghiệm sau:

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Hoàng Văn Vinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bảng 4-3: Bảng quy hoạch các thông số đầu vào thí nghiệm.

S TT

Biến mã hoá Biến thực nghiệm