1 ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THANH TÙNG XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT HỢP LÝ KHI TIỆN CÓ VA ðẬP THÉP 45 QUA TÔI BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ TIALN Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 60520103 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên – Năm 2015 2 Công trình ñược hoàn thành tại: Trường ðại học Kĩ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn Phản biện 1: PGS.TS. Ngô Như Khoa Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm luận văn họp tại: Trường ðại học Kĩ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Vào hồi 7h30 ngày 17 tháng 01 năm 2015. Có thể tìm ñọc luận văn tại: - Trung tâm học liệu ðại học Thái Nguyên - Thư viện trường ðại học kỹ thuật Công Nghiệp 3 PHẦN MỞ ðẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài - Tiện cứng ñang là một lựa chọn hấp dẫn thay cho nguyên công mài bởi các ưu thế vượt trội về khía cạnh kinh tế và sinh thái. - Tiện cứng vẫn ñang là một công nghệ gia công mới chưa ñược nghiên cứu ñầy ñủ và các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình tiện cứng không có va ñập. - Trong thực tế có nhiều trường hợp gia công có va ñập như gia công trục bánh răng, trục then hoa, … Vì vậy, việc bổ sung các nghiên cứu tìm hiểu về ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt và tuổi bền dụng cụ khi gia công có va ñập thép 45 qua tôi (một loại vật liệu ñược sử dụng khá phổ biến ñể chế tạo trục) là cần thiết ñối với ngành cơ khí. 2. Mục tiêu nghiên cứu ðánh giá ảnh hưởng của chế ñộ cắt (S, V, t) ñến chất lượng bề mặt (chủ yếu là nhám bề mặt) và tuổi bền dụng cụ khi tiện có va ñập thép 45 sau khi tôi sử dụng mảnh hợp kim cứng phủ TiAlN. Qua ñó ñưa ra ñược bộ thông số chế ñộ cắt hợp lý ñể ñạt chất lượng bề gia công theo yêu cầu. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học ðề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học và công nghệ gia công kim loại trong nước cũng như khu vực và thế giới. Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho việc ñiều khiển, tối ưu quá trình tiện. 4 ðề tài sẽ bổ sung ñược một số kết quả nghiên cứu cơ bản trong ñiều kiện kỹ thuật và công nghệ cụ thể ở Việt Nam. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Các kết quả nghiên cứu của ñề tài có thể ứng dụng tại các nhà máy, phân xưởng sản xuất cơ khí khi gia công có va ñập thép 45 sau khi tôi trên khía cạnh về chất lượng bề mặt gia công. Quá trình ứng dụng các kết quả nghiên cứu sẽ cho phép mở rộng phạm vi gia công của ngành chế tạo máy nói chung và của công nghệ tiện cứng nói riêng, góp phần tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt, giá thành hạ và nâng cao khả năng ứng dụng vào thực tiễn một phương pháp gia công tinh linh hoạt, thân thiện với môi trường, chi phí ñầu tư thấp, phù hợp với ñiều kiện sản xuất ở Việt Nam. Chương 1. TỔ NG QUAN V 1.1. ðặc ñiểm q uá trình t a) Các hình thái phoi khi c - D ạng phoi dây ổn ñịnh (phoi liền): Với ba loại t thành, bao gồm v ùng trư có dạng mảng v à vùng trư do mòn dao (hình 1.1) [34]. Hình 1.1. C a) Trư ợt tập trung tr c) Vùng trư ợt mở rộng b - Dạng phoi tuần ho àn: Phoi r xếp) và phoi tạo th ành v Hình 1.2. Các d a) Phoi lư 5 NG QUAN V Ề CÔNG NGHỆ TI Ệ uá trình t ạo phoi khi tiện cứng Các hình thái phoi khi c ắt kim loại ạng phoi dây ổn ñịnh (phoi liền): Với ba loại t ùy theo cơ ch ùng trư ợt tập trung gần như m ột mặt phẳng, v à vùng trư ợt mở rộng có biến dạng d ẻo b do mòn dao (hình 1.1) [34]. Hình 1.1. C ơ chế hình thành d ạng phoi ổn ñịnh. ợt tập trung tr ên mặt phẳng; b) Vùng trư ợt tạo th ợt mở rộng b ên dư ới bề mặt gia công [34]. àn: Phoi r ời, phoi lư ợn sóng, phoi răng c ành v ới lẹo dao. Hình 1.2. Các d ạng phoi phân ñoạn. a) Phoi lư ợn sóng; b) Phoi răng c ưa [35]. Ệ N CỨNG ùy theo cơ ch ế hình ột mặt phẳng, v ùng trượt ẻo b ên dưới bề mặt ạng phoi ổn ñịnh. ợt tạo th ành mảng; ới bề mặt gia công [34]. ợn sóng, phoi răng c ưa (phoi ạng phoi phân ñoạn. ưa [35]. 6 b) Cơ chế hình thành phoi khi tiện cứng Sự khác biệt cơ bản của quá trình tạo phoi khi gia công thép cứng và thép thông thường là sự hình thành phoi răng cưa, lần ñầu tiên ñược Shaw phát hiện vào năm 1954 [9]. Các lý thuyết khác nhau ñể giải thích về cơ chế hình thành phoi răng cưa có thể chia thành hai dạng: - Dạng thứ nhất dựa trên sự trượt ñoạn nhiệt ban ñầu, một trạng thái mất ổn ñịnh nhiệt dẻo thường thấy ở các vật liệu hạn chế về khả năng biến cứng khi bị biến dạng ở tốc ñộ cao hoặc biến dạng dẻo lớn [42], [43]. - Dạng thứ hai cho rằng do sự mất ổn ñịnh theo chu kỳ dựa trên sự xuất hiện và lan truyền của các vết nứt ở bề mặt tự do của phoi [9], [34], [35]. 1.2. Lực cắt khi tiện cứng - Trong quá trình tiện cứng, ñộ cứng cao của phôi cùng với tốc ñộ cắt cao và ñiều kiện gia công khô ñã làm cho tác dụng của lực cắt có những thay ñổi ñáng kể so với các quá trình gia công thông thường. - Lực cắt khi gia công các vật liệu cứng không lớn hơn lực cắt khi gia công các vật liệu mềm [25]. Góc trượt lớn và sự hình thành phoi răng cưa do ñộ dẻo kém làm giảm lực cắt mặc dù ñộ bền cao của vật liệu cứng. - Trường hợp gia công các thép cứng, góc trước âm của dụng cụ càng lớn thì lực dọc trục càng cao và lực cắt tiếp tuyến càng thấp. - Sự biến thiên của các thành phần lực cắt cũng bị ảnh hưởng bởi sự thay ñổi ñộ cứng vật liệu gia công. - Trong một công bố ñã chứng tỏ rằng tốc ñộ cắt càng cao thì lực dọc trục và lực cắt riêng càng thấp, không phụ thuộc vào mòn dụng cụ [8]. 7 - Chen [11] công bố khi nghiên cứu thực nghiệm tiện cứng thép bằng dụng cụ PCBN, lực hướng kính có giá trị lớn nhất trong ba thành phần lực cắt. - Ozel và cộng sự [26] cũng kết luận, lực cắt khi gia công bằng dụng cụ PCBN nhạy cảm với sự thay ñổi của các thông số hình học của dụng cụ và mòn dụng cụ. Dụng cụ với cạnh lưỡi cắt mài tròn sẽ làm giảm lực cắt nhưng làm tăng nhiệt ñộ trên mặt tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ. - Yan và cộng sự [41] kết luận rằng lực theo phương chạy dao có giá trị lớn nổi trội trong các thành phần lực cắt khi tiện cứng chính xác bằng dụng cụ PCBN. Lực cắt, ñặc biệt là lực theo phương chạy dao tăng khi tăng lượng chạy dao và bán kính vê tròn cạnh lưỡi cắt. 1.3. Nhiệt cắt khi tiện cứng - Các nhân tố có ảnh hưởng lớn nhất ñến nhiệt cắt khi tiện cứng là tính chất của vật liệu phôi và dụng cụ, các thông số của ñiều kiện cắt. Ngoài ra còn có thể có một số nhân tố khác như chế ñộ làm nguội, kích thước phôi [37]. - Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy quy luật thay ñổi nhiệt ñộ trong quá trình tiện cứng không tuân theo lý thuyết cắt kim loại truyền thống. Cấu trúc tế vi của vật liệu phôi gia công có ảnh hưởng lớn ñến nhiệt cắt. Vận tốc cắt có ảnh hưởng lớn nhất tới nhiệt cắt khi khi tiện cứng. Chiều sâu cắt và lượng chạy dao có ảnh hưởng ít hơn [37]. 1.4. Kết luận chương 1 Quá trình cắt trong tiện là tổng hợp của nhiều yếu tố công nghệ, nhiều nguyên nhân tác ñộng ñến quá trình cắt như lực cắt, nhiệt cắt, cơ tính vật liệu,… dẫn ñến dụng cụ cắt mòn nhanh làm thay ñổi ñộ chính 8 xác về kích thước của sản phẩm cũng như nhám bề mặt hoặc làm biến ñổi cơ tính của vật liệu gia công. Mặc dù ñã có nhiều nghiên cứu về tiện cứng ñược tiến hành song các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình gia công không có va ñập. Tiện cứng có va ñập còn chưa có nhiều nghiên cứu, vì vậy mà ñề tài sẽ tập trung nghiên cứu về quá trình tiện có va ñập thép 45 qua tôi (một loại vật liệu ñược sử dụng khá phổ biến ñể chế tạo trục bánh răng, trục then hoa …). 9 Chương 2. DỤNG CỤ PHUN PHỦ 2.1. Các loại vật liệu dụng cụ cắt dùng trong tiện cứng a) Vật liệu sứ (ceramics) - ðộ cứng và tính giòn cao do ñó tính chịu mòn cao, tính chịu nhiệt cao ñược dùng cắt ở tốc ñộ cao. - Tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơn nguội. Nếu tưới dung dịch trơn nguội dễ gây ra nứt các mảnh sứ. - Tính dẻo kém do ñó sức bền uốn thấp vì vậy vật liệu sứ không chịu ñược rung ñộng, va ñập cũng như lực cắt lớn. - Mài sắc mảnh sứ rất khó và chỉ có thể mài bằng ñá mài kim cương. Trên cơ sở những ñặc tính của vật liệu sứ nên chúng ñược sử dụng với các ñiều kiện sau: - Tốc ñộ cắt không nhỏ hơn 100m/ph mặc dù tuổi bền có thể không hợp lý. Khi lựa chọn tốc ñộ cắt cần phải chú ý ñến ñộ cứng cũng như sức bền vật liệu gia công. - Vì chịu rung ñộng và va ñập kém nên vật liệu sứ ñược dùng chủ yếu ñể gia công tinh, lượng chạy dao và chiều sâu cắt tương ñối bé. - Vì tính dẫn nhiệt kém, dễ nứt do biến dạng nhiệt nên nói chung khi gia công bằng vật liệu sứ không sử dụng dung dịch trơn nguội. - Nhờ có tính chống mài mòn tốt nên vật liệu sứ ñược dùng khi gia công cần ñộ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt cao. - Các mảnh dao sứ thường không mài sắc lại. Các mảnh sứ nhiều lưỡi cắt thường ñược kẹp chặt trên thân dao, không hàn. 10 b) Nitrit Bo lập phương (CBN) Các tính chất và khả năng sử dụng của dụng cụ PCBN chủ yếu phụ thuộc vào ñộ cứng rất cao của Nitritbo nhưng pha thứ hai ñóng vai trò quan trọng. Hàm lượng pha thứ hai càng cao thì tuổi bền của dụng cụ càng cao ñặc biệt khi gia công tinh với lượng chạy dao và chiều sâu cắt nhỏ. Khi gia công thô tuổi bền của dao tăng khi sử dụng mảnh dao với hàm lượng pha thứ hai thấp [27], [39]. Có thể chia CBN thành hai nhóm: - Nhóm có thành phần CBN cao khoảng 90% (CBN – H) sử dụng chất dính kết kim loại. - Nhóm có thành phần CBN thấp khoảng 50 ÷ 70% (CBN – L) sử dụng ceramics làm chất kết dính. Hình 2.1. Cấu trúc tế vi của hai loại mảnh dao BZN6000-92%CBN (High CBN) và BZN8100-70%CBN (Low CBN). Mặc dù CBN – H có ñộ cứng, khả năng dẫn nhiệt và tính chống mòn cao hơn nhưng CBN – L lại ñạt ñược hiệu quả tốt hơn trong gia công vật liệu cứng cả về phương diện tuổi thọ dụng cụ lẫn chất lượng bề mặt [12]. Nhờ các tính chất quí giá như ñộ cứng cao, bền nhiệt và ít tương tác hóa học ở nhiệt ñộ cao, dao CBN có thể sử dụng ñể cắt với tốc ñộ [...]...11 cao các h p kim thép và các v t li u khó gia công như thép h p kim tôi c ng ñ n 70HRC, thép rèn v i ñ c ng 45 ÷ 68HRC, gang tôi và các lo i siêu h p kim Niken và Côban Tuy nhiên, dù có ñ c ng r t cao nhưng ñ dai va ñ p kém nên h n ch vi c s d ng d ng c CBN trong các quá trình c t g t n ng, có va ñ p Nghiên c u v tính gia công c a m t s lo i thép h p kim tôi c ng ñ n trên 60 HRC cho... ng mòn và cách xác ñ nh * Các d ng mòn Ph n c t d ng c trong quá trình gia công thư ng b mòn theo các d ng sau: - Mòn theo m t sau (hình 2.4a) - Mòn theo m t trư c (hình 2.4b) - Mòn ñ ng th i c m t trư c và m t sau (hình 2.4c) - Mòn tù lư i c t (hình 2.4d) Hình 2.4 Các d ng mòn ph n c t c a d ng c khi ti n Mòn m t trư c và m t sau là hai d ng mòn thư ng g p trong c t kim lo i * Cách xác ñ nh Theo Doyle... trình c t thay ñ i (như nhi t c t, l c c t, ôxy hoá,…) ði u này s nh hư ng x u ñ n ñ chính xác và ch t lư ng b m t gia công khi ti n c ng [24] 2.3 Tu i b n c a d ng c c t khi ti n c ng Khi nghiên c u tu i b n d ng c c t trong ti n c ng do ch y u s 15 d ng các m nh h p kim c ng ph hay các m nh CBN nên tu i b n ñư c xác ñ nh khá ñơn gi n Sau các l n c t có th d a vào ch tiêu mòn công ngh k t lu n d ng c... ng trong kho ng 40 ÷ 45 HRC) s d ng m nh carbide ph TiAlN 16 Chương 3 XÁC ð NH CH ð C T H P LÝ KHI TI N CÓ VA ð P THÉP 45 QUA TÔI B NG M NH H P KIM C NG PH TIALN 3.1 Thi t b thí nghi m a) Máy thí nghi m Th c nghi m ñư c ti n hành trên máy ti n CTX 310 eco (Trư ng Cao ñ ng công nghi p Vi t ð c) b) D ng c thí nghi m M nh dao h p kim c ng ph TiAlN kí hi u CNMG120404HQ – PR1125 c a hãng Kyocera c) Phôi... th ñư ng m c 21 Hình 3.11 ð th t i ưu Như v y, ñ nhám b m t Ramin = 0,54 m t i: V = 160,3263 m/ph, S = 0,0493 mm/vg 3.6 Xác ñ nh tu i b n d ng c ch ñ c t t i ưu Tu i b n c a d ng c ñư c xác ñ nh t khi dao b t ñ u c t cho ñ n khi b t ñ u di n ra giai ño n phá hu ng v i m i ch ñ c t xác ñ nh Trong ñi u ki n gia công tinh thì ch t lư ng b m t trong ñó nhám b m t là thông s có ý nghĩa ñ n ch t lư ng s n... ng phương pháp quy ho ch th c nghi m ñã xác ñ nh ñư c nh hư ng c a ch ñ c t ñ n ñ nhám b m t khi ti n có va ñ p thép 45 qua tôi b ng m nh carbide ph TiAlN thông qua hàm h i quy th c nghi m: LnRa = 11,288 – 0,138lnV + 13,723lnS – 0,142lnV.lnS + 95,177(lnS)2 - Xác ñ nh ñư c các thông s V, S t i ưu ñ ñ t ñ nhám Ra nh nh t: V = 160,3263 m/ph, S = 0,0493 mm/vg - Xác ñ nh ñư c tu i b n m nh dao (kho ng 25... gia công c t g t là xác ñ nh các thông s c a quá trình c t nh m ñ t ñư c các m c tiêu c a thông s ñ u ra Th c t , t i ưu hoá ch ñ gia công c t g t là m t bài toán l n và ph c t p, các m c tiêu t i ưu ph thu c vào nhi u thông s xu t hi n trong quá trình gia công như: l c c t, nhi t c t, rung ñ ng, mòn, ñ chính xác c a máy và h th ng công ngh Trong gi i h n nghiên c u v i n i dung: Xác ñ nh ch ñ c t... Do v y ta có ñư c t ng th i gian gia công tính b ng T(phút) ho c d a vào chi u cao mòn cho phép m t sau d ng c ñ xác ñ nh tu i b n Trong th c t ñi u này là không kh thi vì s ph c t p c a nó, nên ch tiêu mòn công ngh hay ñư c dùng hơn 2.4 K t lu n chương 2 Trong h u h t các quá trình c t kim lo i, kh năng c t c a d ng c s gi m d n, ñ n m t lúc nào ñó s không ñ m b o yêu c u k thu t Mòn d ng c là m t... TiAlN khi gia công có va ñ p thép 45 qua tôi có th th c hi n theo phương pháp: Dùng ch tiêu ch t lư ng b m t ñ xác ñ nh gi i h n tu i b n c a dao, c th là khi ti n hành gia công ch ñ c t t i ưu s ti n hành ki m tra ch t lư ng b m t theo ch tiêu ñ nhám b m t Gi i h n tu i b n c a dao ñư c xác ñ nh là th i ñi m giá tr ñ nhám c a b m t gia công thay ñ i ñ t ng t Ti n hành gia công và ño nhám b m t thu... thu t Mòn d ng c là m t ch tiêu ñánh giá kh năng làm vi c c a d ng c vì nó h n ch tu i b n c a d ng c Mòn d ng c nh hư ng tr c ti p ñ n ñ chính xác gia công, ch t lư ng b m t và toàn b khía c nh kinh t c a quá trình gia công Vì v y vi c l a ch n d ng c và xác ñ nh ñi u ki n làm vi c là r t quan tr ng ñ i v i t t c các quá trình gia công ð gia công v t li u có ñ c ng cao có th s d ng nhi u lo i v t . sau khi tôi (ñộ cứng trong khoảng 40 ÷ 45 HRC) sử dụng mảnh carbide phủ TiAlN. 16 Chương 3. XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT HỢP LÝ KHI TIỆN CÓ VA ðẬP THÉP 45 QUA TÔI BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ TIALN 3.1 công khi tiện cứng [24]. 2.3. Tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng Khi nghiên cứu tuổi bền dụng cụ cắt trong tiện cứng do chủ yếu sử 15 dụng các mảnh hợp kim cứng phủ hay các mảnh CBN nên. THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THANH TÙNG XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT HỢP LÝ KHI TIỆN CÓ VA ðẬP THÉP 45 QUA TÔI BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ TIALN Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: