- Nhóm P: Dùng để gia công thép dẻo và các vật liệu khi cắt có phoi dây Chúng bao
NGHIÊN CỨU MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT 2.1 Các nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt
2.1. Các nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt
Mài mòn dụng cụ là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công. Khi bị mài mòn, dạng và thông số hình học phần cắt của dụng cụ thay đổi và gây nên các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt, rung động...) làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công, ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt từ đó làm giảm năng xuất và tăng giá thành của sản phẩm. Để đưa ra những định hướng nghiên cứu phù hợp với mục tiêu của đề tài, ta nghiên cứu và khảo sát một số mô hình và kết quả nghiên cứu đã được công bố về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Các hiện tượng mòn xuất hiện ở dụng cụ cắt như hình 2-1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.1. Mô hình mòn dụng cụ cắt [1]
- a: Mòn do khuếch tán. - b: Mòn do cào xước.
- c: Mòn do kim loại bị ôxi hoá ở to 800oC.
- d: Mòn do dính bám dẫn tới hiện tượng tróc lớp bề mặt.
Chiều cao vết mòn mặt sau hs của dụng cụ cắt được dùng làm chỉ tiêu đánh giá quá trình mòn. Lượng mòn mặt sau hs của dao được xác định theo công thức:
2
1
CC C
hs (2-1)
Trong đó: - là thời gian cắt, C1 là hệ số:
54 4 3. . . 0 1 C C C t S V C C (2-2)
Với C0, C3, C4, C5 là các hệ số và số mũ phụ thuộc vào các điều kiện gia công cụ thể và được xác định bằng thực nghiệm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.2. Đồ thị mòn theo thời gian
Khi lượng mòn dao hs = [hs] (lượng mòn dao cho phép) thì = T (tuổi bền của dao). Người ta cũng có thể biểu diễn tuổi bền T dưới các dạng sau:
T = A1.vA2 (2-3)
T = A3.vA2.SA4 (2-4)
T = A5.vA2.SA4.tA6 (2-5)
Trong đó A1 A6 là các hệ số và số mũ phụ thuộc vào các điều kiện gia công cụ thể và được xác định bằng thực nghiệm. Khi cắt kim loại luôn luôn có:
A1, A3, A5 > 0 A2, A4, A6 < 0 6 4 2 A A A
Biểu thức (2-3) cho thấy tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất tới tuổi bền T như hình 2.3.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.3. Quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt V
Biểu thức (2-5) phản ánh đầy đủ ảnh hưởng của bước tiến dao và chiều sâu cắt tới tuổi bền của dụng cụ. Tuy nhiên số mũ A6 thường rất nhỏ (A6 0) do đó tA6
1 cho nên khi tính toán người ta bỏ qua ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới tuổi bền của dao và thường lấy T theo biểu thức (2-4).
Hệ số A3 được biểu diễn như sau:
A3 = A30.A31.A32…A3pp (2-6)
Trong đó A3i là các hệ số xét đến ảnh hưởng của các yếu tố đặc trưng cho các điều kiện cắt cụ thể tới tuổi bền T, ở đây đặc biệt chú ý tới ảnh hưởng của cặp vật liệu gia công - vật liệu dụng cụ cắt.
A3pp là hệ số đặc trưng cho ảnh hưởng của phương pháp gia công tới tuổi bền T và được xác định bằng thực nghiệm.
Biểu thức (2-3) có dạng hàm số mũ và là phương trình tính gần đúng của tuổi bền xác định bằng thực nghiệm. Mặt khác từ kết quả xác định bằng thực nghiệm như hình 2.3 ta thấy hệ toạ độ logarit quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt Vc là quan hệ tuyến tính, từ đồ thị ta có:
C
V K V
C
LogT log .log
TC C
LogVc log T K1log
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hay VC = CT.T1/K (2-8) Với K = -tg Vc , K T C V C 1
Hình 2.4. Phạm vi sử dụng của mô hình tuổi bền T = Cv.Vk
Các mô hình (2-7), (2-8) được xác định trong khoảng Tmin < T < Tmax, Các hệ sốCv, CT và sốmũ k tương ứng với mỗi cặp vật liệu gia công, vật liệu dụng cụ cắt có ý nghĩa rất quan trọng trong việc sử dụng mô hình mài mòn khi tiến hành nghiên cứu tối ưu hoá quá trình cắt gọt.
Theo kết quả nghiên cứu của M. Y. Noordin và các đồng nghiệp nghiên cứu với dụng cụ cắt phủ PVD-TiAlN gia công thép không rỉ ở độ cứng 47-48 HRC với kết quả mòn theo thời gian như hình 2.5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.5. Quá trình mòn theo thời gian Bảng 2.1. Tuổi bền của dụng cụ cắt [12]
Từ đường giới hạn mòn cho phép hình 2.5, nghiên cứu đã xác định được tuổi bền của dụng cụ cắt trong khoảng 2.5 đến 30.56 phút như bảng 2.1, kết quả trên bảng 2.1 cho thấy vận tốc cắt V và lượng chạy dao S càng nhỏ thì tuổi bền của dụng cụ cắt càng cao và được thể hiện chi tiết hơn trên đồ thị mối quan hệ giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao với tuỏi bền của dụng cụ cắt như hình 2.6 và hình 2.7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Kết quả nghiên cứu còn được tác giả phân tích cơ chế mòn của dụng cụ trên ảnh (SEM) như hình 2.8 và 2.9.
Hình 2.8. Mài mòn do khuếch tán Hình 2.9. Mài mòn do chảy dẻo
Khi cắt ở vận tốc cao dưới tác dụng của lực cắt và nhiệt cắt đã gây biến dạng dẻo lớn nên đã xảy ra hiện tượng hoà tan lẫn nhau giữa vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu gia công, kết quả là một phần vật liệu dụng cụ bị khuếch tán lẫn nhau trong quá trình cắt, từ đó hình thành các vết nứt tách rồi phá huỷ lưỡi dao [12] như hình 2.10. Đây là cơ sở khoa học để kiểm nghiệm kết quả của nghiên cứu này.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.10. Sự hình thành các vết nứt mảnh dao
Mô hình và kết quả nghiên cứu này đã xác định được chế độ cắt tối ưu theo chỉ tiêu về tuổi bền của dụng cụ cắt.