12,36 phỳt - nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt- 123docz.net

t 2 nct S 3 Hỡnh 2.1: Mụ hỡnh thớ nghi ệm

Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n

1.Mõm cặp

2. Mũi chống tõm 3. Dao

4. Chi tiết gia cụng

2.1.3. Thiết bị thớ nghiệm 2.1.3.1. Mỏy

Thớ nghiệm được tiến hành trờn mỏy tiện CNC – HTC 2050 (Trung Quốc) hỡnh 2.2

Hỡnh 2.2: Mỏy tiện CNC – HTC 2050

2.1.3.2. Dao

Mảnh dao PCBN hỡnh tam giỏc ký hiệu TPGN 160308 T2001, EB28X chỉ ra trờn hỡnh 2.3 với L = 16 mm, LC = 9,25 mm, T = 3,18mm,

Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n

R = 0,8 mm. Hàm lượng CBN là 50%, chất kết dớnh TiC, cỡ hạt 2 ∝m,

 = - 11o, 〈=22o, = -11o (gúc sau khi đó gỏ mảnh dao lờn thõn dao và thõn

dao lờn mỏy).

(T: mảnh tam giỏc, P: gúc sau 11 o, G: cấp dung sai của mảnh, N:

kiểu cơ cấu bẻ phoi, L = 16mm, 03 ≈ chiều dày, T = 3,18mm, R = 0,8mm)

Sử dụng thõn dao: MTENN 2020 K16 – N (hóngCANELA) hỡnh 2.4

Hỡnh 2.3: Mảnh dao PCBN sử dụng trong nghiờn cứu

Hỡnh 2.4: Thõn dao MTENN 2020 K16 – N

2.1.3.3. Phụi

Thộp 9XC là thộp hợp kim dụng cụ thường sử dụng chế tạo cỏc dụng cụ cắt với vận tốc thấp và cỏc chi tiết cú yờu cầu về khả năng chịu ma sỏt, mũn cao.

Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n

Phụi thộp hợp kim 9XC sử dụng trong thớ nghiệm cú chiều dài:

L = 300mm, đường kớnh:  62, tụi thể tớch đạt độ cứng 54  58 HRC.

Thành phần hoỏ học của phụi được xỏc định bằng phương phỏp phõn tớch quang phổ tại nhà mỏy Z159 trong bảng 2.1. Cấu trỳc kim tương của thộp trờn hỡnh 2.5.

Bảng 2.1: Thành phần hoỏ học của phụi thộp 9XC (%)

Nguyờn tố hoỏ học C Si P Mn Ni Cr Mo Hàm lượng (%) 0,8623 1,2351 0,0241 0,58613 0,03216 1,113 0,01917 Nguyờn tố hoỏ học V Cu W Ti Al Fe Hàm lượng (%) 0,14987 0,28763 0,1768 0,0299 0,0011 95,4722

Hỡnh 2.5: Cấu trỳc kim tương của thộp 9XC sử dụng trong thớ nghiệm. a. Trong mặt cắt song song.

b. Vuụng gúc với trục (x400).

Từ hỡnh 2.5 cú thể thấy trong cấu trỳc kim tương của phụi tồn tại cỏc

hạt cỏc bớt (FeCr)3C với mật độ cao và đường kớnh tới khoảng 3 àm.

2.1.3.4. Chế độ cắt

Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n

2.1.3.5. Thiết bị đo nhỏm bề mặt

Sử dụng mỏy đo nhỏm Mitutoyo SJ – 201 của Nhật Bản. Cỏc thụng số kỹ thuật cơ bản;

- Hiển thị LCD. Tiờu chuẩn DIN, JIS, ANSI.

- Thụng số đo được: Ra, Rs, Rt, Rq, Rp, Ry, Pc, S, Sm.

- Độ phõn giải: 0,03 àm/300 àm, 0,08 àm/75 àm, 0,04 àm/9,4 àm. - Bộ chuyển đổi A/D: RS232.

- Phần mềm điều khiển và sử lý số liệu MSTATW324.0

2.1.3.6. Thiết bị phõn tớch bề mặt và kim tương

Sử dụng kớnh hiển vi điện tử TM -1000 Hitachi, Nhật Bản cú độ phúng đại dến 1000 lần, tại phũng thớ nghiệm Vật lý trường Đại học Sư phạm Thỏi Nguyờn.

Kớnh hiển vi quang học AXOVOC – 1000 của Nhật Bản tại phũng thớ nghiệm vật liệu của trường Đại học Bỏch khoa Hà Nội.

2.2. Trỡnh tự thớ nghiệm

Phụi thộp 9XC sau khi được tiện thụ bằng mảnh dao hợp kim cứng K01 đảm bảo độ cụn khụng vượt quỏ 0,05 mm/ 100 mm chiều dài phụi. Sau đú sử dụng mảnh dao PCBN tiện tinh qua một lượt trước khi tiến hành thớ nghiệm và trước mỗi lần thay mảnh dao mới.

Quỏ trỡnh thớ nghiệm tiến hành như sau:

- Đỏnh số thứ tự cỏc mảnh dao từ số 1 đến số 5.

- Gỏ phụi vào chấu cặp sao cho đảm bảo độ đồng tõm cao (do quỏ trỡnh

tạo chuẩn thụ trờn mỏy khi tiện thụ phụi thộp về 60).

- Gỏ mảnh dao số 1 vào thõn dao trờn mỏy, kẹp chặt, chọn điểm chuẩn phụi, dao và chế độ cắt trờn màn hỡnh điều khiển. Cho dao chạy hết chiều

dài ứng với một lần cắt L1 = 250 mm. Dừng mỏy tiến hành đo nhỏm bề mặt

Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n

tại 4 vị trớ khỏc nhau trờn phụi, lấy giỏ trị trung bỡnh của 4 lần đo ta được trị số

Ra, Rz. Thỏo m ảnh dao và đặt vào vị trớ đó được đỏnh dấu trước.

- Gỏ mảnh dao số 2 vào thõn dao trờn mỏy, quỏ trỡnh lặp lại tương t ự,

chỉ khỏc số lần cắt tăng gấp 2 ứng với L2 = 500 mm,… đo nhỏm tương tự lần

1, và tiếp tục tiến hành theo quy luật này tới mảnh dao số 5.

Năm mảnh dao được sử dụng để tiện tinh phụi thộp 9XC, nhỏm bề mặt được đo sau 5 khoảng thời gian cắt nhất định: 2,61 phỳt; 5,19 phỳt; 7,69 phỳt; 10,09 phỳt; 12,36 phỳt tươngứng với chiều dài cắt trờn phụi: 250mm; 500 mm; 750 mm; 1000 mm; 1250 mm.Sau đú cỏc mảnh dao được thỏo ra, quan sỏt và phõn tớch trờn kớnh hi ển vi điện tử TM – 1000. Bảng 2.2: Vận tốc cắt và cỏc thụng số nhỏm Mảnh dao số Số lần cắt Chiều dài cắt (mm) Vận tốc cắt (m/p) Thụng số nhỏm Ra (Rz) [àm] Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 Lần đo 4 Trung bỡnh 1 1 250 160 0,39 (2,28) 0,41 (2,35) 0,39 (2,28) 0,42 (2,45) 0,40 (2,34) 2 2 500 160 0,38 (2,47) 0,40 (2,23) 0,41 (2,31) 0,37 (2,12) 0,39 (2,28) 3 3 750 140 0,42 (2,41) 0,46 (2,86) 0,46 (2,73) 0,44 (2,70) 0,45 (2,68) 4 4 1000 140 0,72 (3,04) 0,80 (3,57) 0,76 (3,25) 0,79 (3,69) 0,77 (3,39) 5 5 1250 120 0,72 (3,40) 0,70 (3,14) 0,66 (2,80) 0,70 (3,20) 0,70 (3,14) 2.3. Kết quả thớ nghiệm

Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n

Sau khi tiện 2,61 phỳt, trờn mặt trước của dao xuất hiện bỏm dớnh của vật liệu gia cụng trờn bề mặt với bề rộng xấp xỉ 150 àm, cung mũn bắt đầu xuất hiện trờn lưỡi cắt chớnh. Sau khi tiện 5,19 phỳt, vật liệu gia cụng bỏm dớnh trờn mặt trước của dao tăng lờn với bề rộng khoảng 200 àm, cung mũn mặt trước trờn lưỡi cắt chớnh kộo dài về phớa đỉnh cung trũn của lưỡi cắt. Sau 7,69 phỳt cắt, bề rộng của vựng vật liệu gia cụng dớnh trờn mặt trước vẫn giữ khụng đổi khoảng 200 àm, chiều dài cung trũn trờn lưỡi cắt chớnh tăng chỳt ớt. Khi thời gian cắt tăng lờn đến 10,09 phỳt chiều dài cung trũn mặt trước tiến tới đỉnh cung trũn mũi dao, chiều rộng vựng mũn mặt trước giữ khụng đổi xấp xỉ 200 àm. Cú thể thấy vật liệu gia cụng dớnh nhiều nhất trờn vựng phoi tỏch ra khỏi mặt trước.

Hỡnh 2.6: Hỡnh ảnh mặt trước của mảnh dao PCBN khi cắt với vận tốc cắt 180 m/p chụp trờn kớnh hiển vi điện tử

Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n

c. Sau khi tiện 7,69 phỳt d. Sau khi tiện 10,09 phỳt

Hỡnh ảnh vựng mặt trước sau 7,69 và 10,09 phỳt gia cụng được thể hiện trờn hỡnh 2.6a và 2.6b. Cú thể thấy rừ vật liệu gia cụng dớnh tập trung ở vựng phoi thoỏt khỏi mặt trước của dụng cụ chứ khụng p hải vựng gần lưỡi cắt thể hiện rừ trờn hỡnh 2.7(c). Hỡnh 2.7(d) thể hiện bề mặt của vựng mũn trờn lưỡi cắt với cỏc rónh biến dạng dẻo của bề mặt do cào xước của cỏc hạt cứng. Vật liệu dụng cụ trờn vựng này hầu như chỉ cũn pha thứ hai là TiC và Co, cỏc hạt CBN hầu như bị búc tỏch khỏi bề mặt mũn.

Hỡnh 2.7: Hỡnh ảnh phúng to vựng vật liệu gia cụng dớnh trờn mặt trước của dụng cụ khi cắt với vận tốc cắt 180 m/p

a. Sau 7,69 phỳt gia cụng b. Sau 7,69 phỳt gia cụng c. Hỡnh ảnh phúng to của (b)

Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n

Từ cỏc kết quả thớ nghiệm cú thể thấy vựng mặt trước của dụng cụ cú thể chia thành ba vựng rừ rệt theo phương thoỏt phoi thụng qua mức độ dớnh của vật liệu gia cụng với mặt trước. Hỡnh 2.6c và hỡnh 2.7b thể hiện rất rừ mụ hỡnh ba vựng này. Chiều dài tiếp xỳc giữa phoi và mặt trước thay đổi tăng dần từ mũi dao đến vựng tiếp xỳc giữa bề mặt tự do của phoi với mặt trước. Vựng một nằm sỏt lưỡi cắt với những vết biến dạng dẻo bề mặt do cỏc hạt cứng trong vật liệu gia cụng gõy nờn (hỡnh 2.7d), vựng hai tiếp theo với sự dớnh nhẹ của vật liệu gia cụng trờn mặt trước, vựng ba là vựng phoi thoỏt ra khỏi mặt trước, ở đõy vật liệu gia cụng dớnh nhiều trờn bề mặt (hỡnh 2.7b và hỡnh 2.7c).

Theo cỏc kết qủa nghiờn cứu của Tren [11] thỡ vựng một ngay sỏt lưỡi cắt là vựng mà cỏc lớp vật liệu gia cụng sỏt mặt trước dớnh và dừng trờn mặt trước tạo nờn vựng biến dạng thứ hai trờn phoi. Tuy nhiờn, cỏc hỡnh ảnh bề mặt cho thấy hiện tượng biến dạng dẻo bề mặt do cào xước theo hướng thoỏt phoi gõy mũn tạo nờn mặt trước phụ mới với gúc trước phụ õm. Từ cấu trỳc kim tương của thộp 9XC trờn hỡnh 2.5 cú thể thấy rằng trong thộp cú chứa

một hàm lượng lớn cỏc hạt cỏc bớt cứng (Fe Cr)3C. Những hạt cỏc bớt này khi

di chuyển qua vựng ma sỏt một vừa lăn vừa trượt dưới tỏc dụng của ứng suất phỏp rất lớn ở vựng lưỡi dao là nguyờn nhõn tạo nờn cỏc rónh biến dạng dẻo do cào xước trờn bề mặt của vựng này. Sự mũn bề mặt này tạo nờn một mặt trước phụ với gúc trước phụ õm tự nhiờn. Vật liệu gia cụng ở vựng gần mặt sau do hiện tượng tự hóm cú thể bị trượt ngược lại tạo nờn lớp trắng trờn bề mặt gia cụng. Đõy là một phỏt hiện mới về bản chất của tương tỏc giữa vật liệu gia cụng và vật liệu dụng cụ ở vựng kề lưỡi cắt cần tiếp tục nghiờn cứu.

Vựng hai là vựng dớnh ủca vật liệu gia cụng với mức độ tăng dần về phớa vựng phoi thoỏt khỏi mặt trước. Trờn vựng này hệ số ma sỏt giữa vật liệu gia cụng và mặt trước tăng dần phự hợp với cỏc kết quả nghiờn cứu của

Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n

Loladze [24]. Do ứng suất phỏp giảm mạnh trờn vựng này nờn cỏc hạt cứng khụng thể tạo nờn cỏc rónh biến dạng dẻo trờn bề mặt.

Vựng ba vật liệu gia cụng dớnh nhiều trờn mặt trước với cỏc vết trượt của vật liệu phụi đõy là vựng ma sỏt thụng thường với hệ số ma sỏt f = const phự hợp với mụ hỡnh của Zorev [38] và Loladze [24]. Tuy nhiờn, mũn khụng xuất hiện đầu tiờn ở vựng này như trong kết quả của cỏc nghiờn cứu gần đõy khi sử dụng mảnh dao tiện PCBN gia cụng thộp hợp kim qua tụi. Điều này chứng tỏ mũn vật liệu PCBN ớt chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cao phỏt sinh trờn vựng ma sỏt thụng thường trong nghiờn cứu này.

Hỡnh 2.8: Hỡnh ảnh mặt trước của mảnh dao PCBN chụp trờn kớnh hiển vi điện tử

a. Khi cắt với vận tốc cắt 160 m/p sau khi tiện 12,36 phỳtb. Khi cắt với vận tốc cắt 140 m/p sau khi tiện 19,72 phỳt b. Khi cắt với vận tốc cắt 140 m/p sau khi tiện 19,72 phỳt

Khi giảm vận tốc cắt từ 180 m/p xuống 160 m/p,140 m/p, 120 m/p tương tỏc ma sỏt giữa phoi và mặt trước thay đổi khụng nhiều. Vựng tiếp xỳc giữa phoi và mặt trước vẫn chia làm hai vựng rừ rệt: vựng một sỏt lưỡi cắt và vựng hai với sự bỏm dớnh của vật liệu gia cụng. Ở vựng một sỏt lưỡi cắt, vẫn

xuất hiện cỏc vết biến dạng dẻo (hỡnh 2.8), nhưng những vết biến dạng dẻo

Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n

này khụng cú dạng súng rừ rệt như trờn hỡnh 2.7d.

Vựng bỏm dớnh của vật liệu gia cụng trờn mặt trước với mức độ bỏm dớnh nhiều nhất ở vựng phoi tỏch ra khỏi mặt trước khụng thay đổi khi thay đổi vận tốc cắt.

2.3.2. Tương tỏc ma sỏt giữa phụi và mặt sau dụng cụ

Tương tỏc ma sỏt gữi a bề mặt gia cụng và bề mặt sau của dụng cụ là tương tỏc ma sỏt thụng thường kốm theo sự bỏm dớnh của vật liệu gia cụng và cỏc vết cào xước trờn bề mặt sau của dụng cụ. Mũn trờn bề mặt này là mũn dưới dạng sliding wear.

2.3.3. Kết luận

Kết quả nghiờn cứu bản chất tương tỏc ma sỏt giữa vật liệu gia cụng và mặt trước sử dụng dao PCBN tiện tinh thộp 9XC qua tụi cho thấy ma sỏt trờn mặt trước của dụng cụ được chia làm ba vựng rừ rệt: vựng một sỏt lưỡi cắt, tiết theo là vựng chuyển tiếp hai và vựng ma sỏt thụng thường ba. Khi mật độ cỏc hạt cỏc bớt trong thộp tăng đến một mức độ nào đú hiện tượng dớnh - dừng của cỏc lớp vật liệu gia cụng sỏt mặt trước cú thể bị thay đổi bằng hiện tượng trượt. Đõy là nguyờn nhõn gõy mũn do cào xước trờn vựng lưỡi cắt và cú thể là nguyờn nhõn tạo thành lớp trắng trờn bề mặt gia cụng. Mũn mặt trước hầu như khụng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao trong vựng ma sỏt thụng thường.

2.4. Mũn dụng cụ PCBN và nhỏm bề mặt 2.4.1. Phõn tớch thớ nghiệm

Độ cứng của vật liệu gia cụng ảnh hưởng trực tiếp đến quy luật phỏt triển nhiệt độ trong vựng cắt và tốc độ mũn mặt sau. Nghiờn cứu của Lui và đồng nghiệp [35] cho thấy khi tiện tinh thộp vũng bi GCr15 mũn mặt sau tăng nhanh khi tăng vận tốc cắt. Khi thay đổi độ cứng của phụi từ HRC = 30 đến HRC = 64 mũn đạt tốc độ cao nhất ở độ cứng HRC = 50.

Cỏc nghiờn cứu của Kevin và đồng nghiệp [39], cho thấy kớch cỡ của

Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn phtt :// www .l r c -tnu. e d u. v n

cỏc hạt cỏc bớt trong thộp gia cụng đúng vai trũ quyết định với tốc độ mũn do cào xước trờn mặt sau của dao. Poulachon và đồng nghiệp [15,14] khẳng định cơ chế mũn chớnh của dụng cụ PCBN là mũn do cào xước do cỏc hạt cỏc bớt trong vật liệu gia cụng gõy ra. Tốc độ mũn do cào xước phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của cỏc hạt cỏc bớt, cỡ hạt và sự phõn bố của chỳng.

Cơ chế mũn khuếch tỏn được quan sỏt trờn mặt trước của dụng cụ CBN khi tiện thộp tụi cứng bề mặt, pha CBN bị suy giảm trờn vựng mũn mặt trước do CBN bị khuếch tỏn vào mặt dưới của phoi [16].

Cỏc vấn đề về cơ chế mũn mặt trước và sau của mảnh dao PCBN khi tiện thộp hợp kim 9XC qua tụi và ảnh hưởng của mũn dao đến nhỏm bề mặt sẽ được đề cập chi tiết trong nghiờn cứu này.

Tuy nhiờn, cỏc nghiờn cứu mới đõy ch ưa đề cập nhiều đến ảnh hưởng của nhiệt cắt tới mũn và cơ chế mũn dụng cụ. Nghiờn cứu của tỏc giả về vấn