ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC CẮT TỚI CƠ CHẾ MÒN DỤNG CỤ PCBN SỬ DỤNG TIỆNTINH THÉP 9XC QUA TÔI Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số : 11120611008 Học viên : NGUYỄN THỊ THANH VÂN Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS. PHAN QUANG THẾ THÁI NGUYÊN - 2009 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Họ và tên học viên : NGUYỄN THỊ THANH VÂN Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS. PHAN QUANG THẾ Tên đề tài : Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi. Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Ngày giao đề tài : Ngày hoàn thành : Khoa đào tạo sau đại học Ts Nguyễn Văn Hùng Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Phan Quang Thế Học viên KS. Nguyễn Thị Thanh Vân LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo PGS.TS Phan Quang Thế - Thầy hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn tận tình của Thầy trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Thầy giáo ThS. Lê Viết Bảo – Cô giáo ThS. Nguyễn Thị Quốc Dung đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi được tiến hành thí nghiệm tại xưởng sản xuất và trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn c án bộ phụ trách phòng thí nghiệm Quang phổ khoa Vật lý trường ĐHSP Thái Nguyên; cán bộ phòng kỹ thuật và xưởng Nhiệt luyện công ty phụ tùng số 1; cán bộ, nhân viên xưởng cơ khí nơi tôi tiến hành thực nghiệm; cán bộ phòng thí nghiệm khoa cơ khí – ĐHKTCN đã dành cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn Trường Cao đẳng nghề Cơ điện-Luyện kim Thái Nguyên nơi tôi đang công tác đã tạo điều kiện cho tôi được học tập nâng cao trình độ, mở mang kiến thức. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2009 Học viên Nguyễn Thị Thanh Vân MỤC LỤC Lời cảm ơn Mụclục Danh mục các ký hiệu Danh mục các chữ viết tắt Danh mục các hình vẽ và đồ thị Danh mục các bảng biểu PHẦN MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Nội dung nghiên cứu 2 3. Phương pháp nghiên cứu. 3 4. Dự định kết quả 3 CHƯƠNG I : BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUẢ TRÌNH CẮT VÀ MÒN DỤNG CỤ 4 1.1. Bản chất vật lý 4 1.1.1. Quá trình cắt và tạo phoi 4 1.1.2. Đặc điểm quá trình tạo phoi khi tiện cứng 11 1.2. Lực cắt khi tiện 14 1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt 14 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện 18 1.2.2.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt 18 1.2.2.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt 20 1.2.2.3. Ảnh hưởng của vât liệu gia công 20 1.2.2.4. Ảnh hưởng của vật liệu làm dao và đặc điểm của vật liệu CBN khi tiện cứng 21 1.2.2.5. Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao r 23 1.2.2.6. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ cắt 24 1.3. Nhiệt cắt 24 1.3.1. Khái niệm chung 24 1.3.2. Trường nhiệt độ 29 1.3.3. Quá trình phát sinh nhiệt 32 1.3.3.1. Nhiệt trong vùng biến dạng thứ nhất 32 1.3.3.2. Nhiệt trên mặt nước (Q AC ) và trường nhiệt độ 33 1.3.3.3. Nhiệt trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công (Q AD ) và trường nhiệt độ 34 1.3.3.4. Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt cắt và trường nhiệt độ trong dụng cụ 35 1.4. Kết luận 36 1.5. Mòn dụng cụ cắt 37 1.5.1. Dạng mòn 37 1.5.2. Các cơ chế mòn cơ bản của dụng cụ cắt 41 1.5.2.1 Mòn do dính 42 1.5.5.2. Mòn do hạt mài 43 1.5.5.3. Mòn do khuếch tán 44 1.5.2.4. Mòn do ôxy hóa 45 1.6. Mòn dụng cụ PCBN 45 CHƯƠNG II : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ MÒN DỤNG CỤ PCBN VÀ NHÁM BỀ MẶT 54 2.1. Thí nghiệm 54 2.1.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm 54 2.1.2. Mô hình thí nghiệm 54 2.1.3. Thiết bị thí nghiệm 55 2.1.3.1. Máy 55 2.1.3.2. Dao 55 2.1.3.3. Phôi 56 2.1.3.4. Chế độ cắt 57 2.1.3.5. Thiết bị đo nhám bề mặt 58 2.1.3.6. Thiết bị phân tích bề mặt và kim tương 58 2.2. Trình tự thí nghiệm 58 2.3. Kết quả thí nghiệm 59 2.3.1. Tương tác ma sát giữ a phoi và mặt trước 59 2.3.2. Tương tác ma sát giữa phoi và mặt sau dụng cụ 64 2.3.3. Kết luận 64 2.4. Mòn dụng cụ PCBN và nhám bề mặt 64 2.4.1. Phân tích thí nghiệm 64 2.4.2. Kết quả thí nghiệm mòn dụng cụ PCBN 65 2.4.3. Thảo luận kết quả 69 2.4.4. Kết luận 71 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC CẮT ĐẾN CƠ CHẾ MÒN DỤNG CỤ PCBN 72 3.1. Nghiên cứu thực nghiệm 72 3.2. Thí nghiệm 72 3.2.1. Thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo 72 3.2.2. Trình tự thí nghiệm 73 3.3. Kết quả thí nghiệm 73 3.4. Phân tích kết quả thí nghiệm 78 3.5. Phương trình hồi quy 80 3.6. Kết luận 84 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 85 4.1. Kết luận chung 85 4.2. Phương pháp nghiên cứu tiếp theo 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT a: chiều dày lớp kim loại bị cắt a p : chiều dày phoi K f : mức độ biến dạng của phoi K bd : mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi K ms : mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao θ : góc trượt r: bán kính mũi dao γ (hay γ n ) : góc trước của dao P z (hay P c ): lực tiếp tuyến khi tiện P y (hay P p ): lực hướng kính khi tiện P x : lực chiều trục khi tiện S: lượng chạy dao (mm/vòng) t: chiều sâu cắt (mm) V: vận tốc cắt (m/phút) Q: tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt Q AB = Q 1 : nhiệt sinh ra trên mặt phẳng trượt Q AC = Q 2 : nhiệt sinh ra trên mặt trước Q AD = Q 3 : nhiệt sinh ra trên mặt sau Q phoi : nhiệt truyền vào phoi Q dao : nhiệt truyền vào dao Q môi trường : nhiệt truyền vào môi trường Q phôi : nhiệt truyền vào phôi K AB : ứng suất cắt trung bình trong miền biến dạng thứ nhất A s : diện tích của mặt phẳng cắt V s : vận tốc của vật liệu cắt trên mặt phẳng cắt k t : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu gia công β: hệ số phân bố nhiệt từ mặt phẳng trượt vào phôi và phoi c: nhiệt dung riêng ρ: tỷ trọng của vật liệu R T : hệ số nhiệt khi cắt Ф: góc tạo phoi γ m : tốc độ biến dạng của các lớp phoi gần mặt trước δ t : chiều dày của vùng biến dạng thứ hai K: hệ số thẩm nhiệt ΔF c , ΔF t : áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trên vùng mòn mặt sau F cf , F tf : lực cắt tiếp tuyến và pháp tuyến đo khi mòn dao VB ave : chiều cao trung bình của vùng mòn mặt sau τ s : ứng suất tiếp trên vùng mòn mặt sau K c , K t : các hệ số thực nghiệm µ: hệ số ma sát trên vùng ma sát thông thường của mặt trước µ f : hệ số ma sát trên mặt sau b: hệ số truyền nhiệt θ o : nhiệt cắt Cl: hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công u: số mũ biểu thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt φ: góc nghiêng chính φ 1 : góc nghiêng phụ V w : thể tích mòn mặt sau V cr : thể tích mòn mặt trước KB, KF, KT: các kích thước vùng mòn mặt trước h s : độ mòn giới hạn R a , R z : độ nhám bề mặt khi tiện DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ miền tạo phoi 5 Hình 1.2: Miền tạo phoi 6 Hình 1.3: Miền tạo phoi ứng với vận tốc cắt khác nhau 8 Hình 1.4: Tính góc trượt θ Error! Bookmark not defined. Hình 1.5: Quan hệ giữa vận tốc cắt và biến dạng của phoi. Error! Bookmark not defined. Hình 1.6: Quan hệ giữa bán kính mũi dao r và biến dạng của phoi Error! Bookmark not defined. Hình 1.7: Ba giai đoạn hình thành phoi khi tiện thép 100Cr6 với Error! Bookmark not defined. V = 100 m/p; s = 0,1mm/v; t = 1mm; môi trường cắt khô. . Error! Bookmark not defined. Hình 1.8: Dạng của phoi trong mối liên hệ với độ cứng của phôi Error! Bookmark not defined. và vận tốc cắt Error! Bookmark not defined. Hình 1.9: Hệ thống lực cắt khi tiện Error! Bookmark not defined. Hình 1.10: Mối quan hệ giữa lực cắt và chiều dài cắt khi tiện thép thấm Các bon, Ni tơ tôi cứng đến 60 HRC bằng dao PCBN Error! Bookmark not defined. với γ = - 6 o và α = 0 o . Error! Bookmark not defined. Hình 1.11: Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới lực cắt Error! Bookmark not defined. Hình 1.12: Cấu trúc tế vi của hai loại mảnh dao (BZN6000 – 92% CBN – High CBN) và (BZN8100 – 70% CBN – Low CBN) [13]. . Error! Bookmark not defined. Hình 1.13: Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao tới lực cắt Error! Bookmark not defined. Hình 1.14: 28 (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt. 28 (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại. 28 Hình 1.15 : Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường 29 phụ thuộc vào vận tốc cắt [6] 29 Hình 1.16: Trường nhiệt độ khi tiện 30 Đường nét liền: Đường đẳng nhiệt; đường nét đứt: Dòng nhiệt.Dòng nhiệt vuông góc với đường đẳng nhiệt. 30 Hình 1.17: Sự phân bố nhiệt độ khi tiện trên mặt phân cách phoi - dụng cụ 31 Hình 1.18: Đường cong thực nghiệm của Boothroyd Error! Bookmark not defined. để xác định tỷ lệ nhiệt (β) truyền vào phôi [11]. Error! Bookmark not defined. Hình 1.19: Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn Error! Bookmark not defined. Hình 1.20 : Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt độ cắt Error! Bookmark not defined. 1. Thép austenit mangan 2. Thép Cacbon 3. Gang 4. Nhôm Error! Bookmark not defined. Hình 1.21: Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện Error! Bookmark not defined. Hình 1.22: Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ Error! Bookmark not defined. Hình 1.23: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước 41 và mặt sau – ISO3685 [19] 41 Hình 1.24: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn Error! Bookmark not defined. khi cắt liên tục (a) và cắt gián đoạn (b) [23] Error! Bookmark not defined. Hình 1.25: Sơ đồ mòn mặt trước và sau của mảnh dao PCBN Error! Bookmark not defined. [...]... thiết của các nhà sản xuât Do vậy đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi là cần thiết và cấp bách 2 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về bản chất vật lý của quá trình cắt kim loại khi tiện và cơ chế mòn của dụng cụ cắt - Nghiên cứu thực nghiệm về mòn dụng cụ PCBN và ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN sử dụng. .. độ cắt chịu ảnh hưởng của vận tốc cắt lớn hơn so với lượng chạy dao Khi tiện tinh, chiều sâu cắt nhỏ, vận tốc cắt lớn, áp lực lên dao nhỏ, nhiệt độ tập trung ở vùng mũi dao cao nên làm dao bị mềm ra và cùn nhanh Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn như thế nào khi tiện tinh thép hợp kim dụng cụ 9XC qua tôi một loại vật liệu có nhiều ưu điểm được dùng rộng rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc. .. 67 Hình 2.11: 68 (a) Mòn mặt sau của mảnh dao PCBN sau khi tiện 12,36 phút cho thấy hình ảnh gồ ghề của vùng mòn 68 (b) Hình ảnh phóng to của (a) 68 Hình 3.1: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám 73 Hình 3.2 Đồ thị quan hệ giữa vận tốc cắt và nhám Ra, Rz…………………75 Hình 3.3: Ảnh vùng mòn mặt sau của mảnh dao PCBN cắt với vận tốc cắt: 75 (a): v1 = 180 m/p sau 7,69... hiện ra một số cơ chế mòn dụng cụ PCBN mới mối quan hệ giữa mòn, cơ chế mòn và vận tốc cắt Xác định được vận tốc cắt tối ưu trong dải vận tốc cắt sử dụ ng trong nghiên cứu nhằm đạt được nhám bề mặt nhỏ nhất hoặc tuổi bền cao nhất của dụng cụ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 CHƯƠNG I BẢN CHÂT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT VÀ MÒN DỤNG CỤ 1.1 Bản chất vật lý Trong... thép 9XC qua tôi để xác định cơ chế mòn và tuổi bền của dao khi cắt với các vận tốc cắt khác nhau Xác định mối quan hệ giữa vận tốc cắt và nhám bề mặt gia công khi sử dụng các vận tốc cắt khác nhau sau những khoảng thời gian khác nhau Xử lý các số liệu thực nghiệm để tìm vận tốc cắt tối ưu nhằm đạt được chất lượng bề mặt tốt nhất hoặc tuổi bền cao nhất 4 Dự định kết quả : Phát hiện ra một số cơ chế mòn. .. của thép 9XC sử dụng trong thí nghiệm……57 Hình 2.6 Hình ảnh mặt trước của mảnh dao PCBN khi cắt với vận tốc cắt 180m/p chụp trên kính hiển vi điện tử……………………………………… 60 Hình 2.7 Hình ảnh phóng to vùng vật liệu gia công dính trên mặt trước của dụng cụ khi cắt với vận tốc cắt 180m/p………………………………… 61 Hình 2.8: Hình ảnh mặt trước của mảnh dao PCBN chụp trên kính 63 hiển vi điện tử 63 a Khi cắt. .. tinh thép 9XC qua tôi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 3 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên c kết hợp lý thuyết và thực nghi ệm Nghiên ứu cứu tổng quan về các vấn đề liên quan đến tiện cứng từ đó rút ra vấn đề định hướng cho nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ Tiến hành các nghiên cứu và phân tích thực nghiệm sử dụng mảnh dao PCBN tiện tinh thép. .. nhiệt là cơ chế mòn chính Mòn ảnh hưởng trực tiếp đến nhám bề mặt chi tiết gia công, do vậy nó phải được nghiên cúu để nắm vững và điều khiển nhằm giảm tác động của nó và nâng cao chất lượng của quá trình cắt gọt Mòn của dụng cụ cắt là hiện tượng lý hoá phức tạp trong quá trình gia công cắt gọt các vật liệu Cũng như mòn của các chi tiết máy, mòn của dụng cụ làm thay đổi các thông số hình học dụng cụ và... Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 của dụng cụ Mòn của dụng cụ còn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ chính xác của bề mặt gia công Đối với quá trình gia công loạt lớn và tự động hoá, độ mòn và tuổi bền của dụng cụ lại càng được quan tâm và chú ý hơn do các ảnh hưởng của nó tới năng suất và chất lượng của sản phẩm chế tạo Do vậy, việc nghiên cứu quá trình mòn khi tiện cứng để nâng cao khả năng... dụng trong tiện cứng do nhiệt độ ở vùng cắt cao (tới 1700oF) 1.2.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện Lực cắt trong quá trình gia công nói chung và khi tiện nói riêng đều chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khác nhau như vật liệu gia công, thông số hình học của dụng cụ cắt, chế độ cắt v.v… 1.2.2.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt - Khi tăng vận tốc cắt từ V1 ÷ V2 Hiện tượng lẹo dao xuất hiện và tăng . và cơ chế mòn của dụng cụ cắt. - Nghiên cứu thực nghiệm về mòn dụng cụ PCBN và ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi. Số hóa bởi Trung. 1.3.3.4. Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt cắt và trường nhiệt độ trong dụng cụ 35 1.4. Kết luận 36 1.5. Mòn dụng cụ cắt 37 1.5.1. Dạng mòn 37 1.5.2. Các cơ chế mòn cơ bản của dụng cụ cắt. NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC CẮT TỚI CƠ CHẾ MÒN DỤNG CỤ PCBN SỬ DỤNG TIỆNTINH THÉP 9XC QUA TÔI Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã