Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Bộ giáo dục và đào tạo Đại học thái nguyên Trường đại học kỹ thuật công nghiệp -------------------------------------------------------- trần ngọc giang Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCbn theo chế độ cắt khi tiện thép 9xc qua tôi Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngi hng dn khoa hc PGS.TS. Phan Quang Thế Thái nguy ên - 2008 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn PGS.TS Phan Quang Thế - Thày hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn tận tình của thày trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận văn. Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn tới khoa Sau đại học, khoa Cơ khí, Bộ môn Cơ học vật liệu, lãnh đạo Trung tâm thí nghiệm đã ủng hộ về tinh thần và tạo điều kiện cho tôi về thời gian để tôi có thể hoàn thành bản luận văn của mình. Tôi xin cảm ơn thày giáo TS. Nguyễn Văn Hùng, ThS. Lê Viết Bảo về sự tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này. Tôi cũng muốn cảm ơn tới ông Trưởn g phòng kỹ thuật, các cán bộ, nhân viên phòng kế hoạch và Xưởng cơ khí Nhà máy Z159 - Thái Nguyên, các cán bộ phụ trách Phòng thí nghiệm Quang phổ, khoa vật lý trường ĐHSP Thái Nguyên, Phòng thí nghiệm Kim loại học, đại học Bách khoa Hà Nội đã dành cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cho tôi được gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, nhân viên Xưởng Cơ khí nơi tôi tiến hành thực nghiệm. Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, người thân, các bạn bè đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Tác giả Trần Ngọc Giang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Lời nói đầu Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Trang Danh mục các hình vẽ và đồ thị Danh mục các bảng biểu Mở đầu 1 1. Giới thiệu về công nghệ tiện cứng 1 2. Tính cấp thiết của đề tài 5 2.1. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 6 2.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 6 2.3. Phương pháp nghiên cứu 7 Chương 1 8 Bản chất vật lý của quá trình cắt thép có độ cứng cao 1.1. Qúa trình cắt và tạo phoi 8 1.2. Lực cắt 12 1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt 12 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện 14 1.3. Nhiệt cắt 16 1.3.1. Khái niệm chung 16 1.3.2. Quá trình phát sinh nhiệt 20 1.4. Kết luận 24 Chương 2 25 Chất lượng bề mặt khi tiện cứng 2.1. Khái niệm chung về lớp bề mặt 25 2.2. Bản chất của lớp bề mặt 26 2.3. Tính chất lý hoá của lớp bề mặt 26 2.3.1. Lớp biến dạng 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3.2. Lớp Beilbly 27 2.3.3. Lớp tương tác hóa học 27 2.3.4. Lớp hấp thụ hoá học 28 2.3.5. Lớp hấp thụ vật lý 28 2.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện cứng 29 2.4.1. Độ nhám bề mặt và các phương pháp đánh giá 29 2.4.1.1. Độ nhám bề mặt 29 2.4.1.2. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 32 2.4.2. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ 32 2.4.2.1. Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt 32 2.4.2.2.Ứng suất dư trong lớp bề mặt 35 2.4.2.3. Đánh giá mức độ, chiều sâu lớp biến cứng và ứng suất dư 39 2.5. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi tiện cứng 40 2.5.1. Ảnh hưởng của các thông số hình học dụng cụ cắt 40 2.5.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt 41 2.5.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao 42 2.5.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 43 2.5.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia công 43 2.5.6. Ảnh hưởng của rung động trong hệ thống công nghệ 44 2.6. Kết luận 44 Chương 3 46 Mòn và tuổi bền dụng cụ khi tiện cứng 3.1. Mòn dụng cụ cắt 46 3.1.1. Khái niệm chung 46 3.1.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 47 3.1.2.1. Mòn do dính 48 3.1.2.2. Mòn do hạt mài 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.1.2.3. Mòn do khuếch tán 49 3.1.2.4. Mòn do ôxi hoá 50 3.1.3. Mòn dụng cụ cắt và cách xác định 51 3.1.3.1. Mòn dụng cụ cắt 51 3.1.3.2. Cách xác định 53 3.1.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá sự mài mòn của dụng cụ cắt 54 * Chỉ tiêu mòn tối ưu 54 * Chỉ tiêu mòn công nghệ 55 3.1.4. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt khi tiện cứng 55 3.1.5. Kết luận 55 3.2. Tuổi bền của dụng cụ cắt 55 3.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 55 3.2.2. Các nhân t ố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 57 3.2.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt 57 3.2.2.2. Ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt 59 3.2.3. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 60 3.2.4. Tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 62 Chương 4 63 Nghiên cứu thực nghiệm mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi 4.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 63 4.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 63 4.2.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm 63 4.2.2. Mô hình thí nghiệm 64 4.2.3. Thiết bị thí nghiệm 65 4.2.3.1. Máy 65 4.2.3.2. Dao 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.2.3.3. Phôi 66 4.2.3.4. Chế độ cắt 67 4.3. Thiết bị đo khác 67 4.3.1. Máy đo độ nhám bề mặt 67 4.3.2. Kính hiển vi điện tử 68 4.4. Thí nghi ệm xác định quan hệ mòn của mảnh dao theo chế độ cắt 68 4.4.1. Quy trình tiến hành thí nghiệm 68 4.4.2. Xử lý kết quả thí nghiệm 69 4.4.2.1. Xác định thời gian cắt cơ bản trong các lần cắt 69 4.4.2.2. Xây d ựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với thời gian cắt 70 4.4.2.3. Các hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử về mòn mảnh dao 71 4.4.2.4. Phân tích cơ chế mòn mảnh dao PCBN 76 4.4.2.5. Phân tích nhám bề mặt gia công 78 4.4.2.6. Phân tích kết quả và thảo luận 78 4.4.2.7. Kết luận 80 4.5. Nghiên cứu mối quan hệ giữa tuổi bền mảnh dao PCBN theo chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC qua tôi 82 4.5.1. Quá trình cắt thép 9XC bằng dao PCBN 82 4.5.2. Lựa chọn chế độ cắt cho nghiên cứu và tìm hàm quan hệ 83 4.6. Phần kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 88 4.6.1. Phần kết luận chung 88 4.6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 88 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ap: chiều dày phoi Kbd: mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi Kms: mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao Kf: mức độ biến dạng của phoi θ: góc trượt γ (hay γn) góc trước của dao Pz (hay Pc): lực tiếp tuyến khi tiện Py (hay Pp): lực hướng kính khi tiện Px: lực chiều trục khi tiện S: lượng chạy dao (mm/vòng) t: chiều sâu cắt (mm) V: vận tốc cắt (m/phút) Q: là tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt QAB = Q1: nhiệt sinh ra trên mặt phẳng trượt QAC = Q2: nhiệt sinh ra trên mặt trước QAD = Q2: nhiệt sinh ra trên mặt sau Qphoi: nhiệt truyền vào phoi Qdao: nhiệt truyền vào dao Qphôi: nhiệt truyền vào phôi Qmôi trường: nhiệt truyền vào môi trường kAB: ứng suất cắt trung bình trong miền biến dạng thứ nhất AS: diện tích của mặt phẳng cắt VS: vận tốc của vật liệu cắt trên mặt phẳng cắt kt: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu gia công Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn β: hệ số phân bố nhiệt từ mặt phẳng trượt vào phôi và phoi c: nhiệt dung riêng ρ: tỷ trọng của vật liệu RT: hệ số nhiệt khi cắt Φ: góc tạo phoi γmt: tốc độ biến dạng của các lớp phoi gần mặt trước δt: chiều dày của vùng biến dạng thứ hai K: hệ số thẩm nhiệt ∆Fc, ∆Ft: áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trền vùng mòn mặt sau Fcf, Ftf: lực cắt tiếp tuyến và pháp tuyến đo khi mòn dao VBave: chiều cao trung bình của vùng mòn mặt sau τf: ứng suất tiếp trên vùng mòn mặt sau Kc, Kt: các hệ số thực nghiệm µ: hệ số ma sát trên vùng ma sát thông thường của mặt trước µf: hệ số ma sát trên mặt sau b: hệ số truyền nhiệt Hv: độ biến cứng (N/mm2); S: diện tích bề mặt đầu đo kim cương ấn xuống (mm2) P: lực tác dụng của đầu kim cương (N) r: bán kính mũi dao hmin: chiều dày phoi nhỏ nhất φ1 Vw: thể tích mòn mặt sau Vcr: thể tích mòn mặt trước KF, KB, KT: các kích thước vùng mòn mặt trước hs: độ mòn giới hạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn T: thời gian cắt – tuổi bền của dụng cụ cắt (phút) ti: thời gian cắt cơ bản p: số các yếu tố thay đổi Ra, Rz: độ nhám bề mặt khi tiện n: số lần mài lại cho phép VLGC: vật liệu gia công VLDC: vật liệu dụng cụ HKC: hợp kim cứng xi: các ký hiệu mã hoá N: số thí nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình vẽ 1.1. Máy và quá trình cắt khô trong tiện cứng 2 Hình vẽ 1.2. Ký hiệu một số mảnh CBN dùng trong tiện cứng 3 Hình vẽ 1.3. Sơ đồ miền tạo phoi 8 Hình vẽ 1.4. Miền tạo phoi 10 Hình vẽ 1.5. Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau 11 Hình vẽ 1.6. Tính góc trượt θ 11 Hình vẽ 1.7. Hệ thống lực cắt khi tiện 13 Hình vẽ 1.8. Ảnh hưởng của góc ϕ tới lực cắt 15 Hình vẽ 1.9. Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao tới lực cắt 16 Hình vẽ 1.10. (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại 19 Hình vẽ 1.11. Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường phụ thuộc vào vận tốc cắt 20 Hình vẽ 1.12. Đường cong thực nghiệm của Boothroyd để xác định tỷ lệ nhiệt (β) truyền vào phôi 21 Hình vẽ 1.13. Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn 23 Hình vẽ 2.1. Chi tiết bề mặt vật rắn 26 Hình vẽ 2.2. Độ nhám bề mặt 29 Hình vẽ 2.3. Quan hệ giữa bán kính mũi dao và chiều sâu lớp biến cứng với các lượng chạy dao khác nhau (khi dao chua mòn) 34 Hình vẽ 2.4. Quan hệ giữa vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng ứng với các lượng mòn mặt sau khác nhau của dao tiện 35 Hình vẽ 2.5. Quan hệ giữa bán kính mũi dao, chiều sâu cắt và ứng suất dư lớp bề mặt 38 [...]... Hình vẽ 3.6 Tuổi bền dụng cụ tính theo thể tích phoi đư ợc bóc tách 58 Hình vẽ 3.7 Tuổi bền dụng cụ tính bằng phút 59 Hình vẽ 3.8 Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh 60 PCBN với góc trước γn Hình vẽ 3.9 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 60 Hình vẽ 3.10 Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 61 Hình vẽ 3.11 Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 61 Hình vẽ 4.1 Hệ thống... liệu, chế độ cắt và độ cứng gia công tại một xưởng sản xuất ở Thái Nguyên để làm cơ sở thực nghiệm Do vậy đề tài "Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi " là cần thiết và có tính ứng dụng trực tiếp 2.1 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tóm lược một lý thuyết cơ bản về gia công cắt. .. nói chung, tiện cứng nói riêng và tìm ra cơ chế gây mòn các mảnh dao PCBN, đồng thời xác định mối quan hệ giữa tuổi bền của mảnh dao theo chế độ cắt (S,V,t) khi tiện tinh thép 9XC qua tôi đạt độ cứng 56-58 HRC Qua đó có thể đưa ra một bộ thông số chế độ cắt khi tiện cứng loại thép này đạt tuổi bền cao nhất trong khi vẫn đạt chất lượng bề mặt yêu cầu 2.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài... hưởng của thông số hình học của dao tiện tới 41 nhám bề mặt khi gia công thép Hình vẽ 2.7 Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia 41 công thép Hình vẽ 2.8 Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt 43 Hình vẽ 3.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt 48 liên tục (a) và khi cắt gián đoạn (b) Hình vẽ 3.2 Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện 51 Hình vẽ 3.3 Quan hệ giữa một... và công nghệ trong nước cũng như khu vực và thế giới Nghiên cứu và kiểm nghiệm các kết quả gần đây về cơ chế gây mòn dao PCBN trong tiện cứng nói chung Xây dựng được quan hệ giữa các thông số của chế độ cắt đến tuổi bền khi tiện cứng dưới dạng hàm thực nghiệm Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ưu hoá quá trình tiện Đồng thời cũng góp phần đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép. .. của dao Còn lại Px, Py phụ thuộc vào độ lớn và hướng của lực ma sát Bởi vậy các thành phần lực này thay đổi khi thay đổi vật liệu gia công, thông số hình học dụng cụ cắt và chế độ cắt, 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện 1.2.2.1 Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy đối với tất cả các thành phần lực cắt Px, Py và Pz ảnh hưởng của lượng chạy dao. .. dạng, kích thước và độ nhám bề mặt theo yêu cầu Để thực hiện một quá trình cắt cần thiết phải có hai chuyển động: - Chuyển động cắt chính (chuyển động làm việc): với tiện đó là chuyển động quay tròn của phôi - Chuyển động chạy dao: đó là chuyển động để đảm bảo duy trì sự tạo phoi liên tục trong suốt quá trình cắt Với tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc của dao khi tiện mặt trụ [1] Khi cắt, để có thể... tố công nghệ khi tiện cứng đến mòn và tuổi bền mảnh dao là cần thiết đối với công đoạn gia công tinh Đặc biệt khi công nghệ này được áp dụng tại các cơ sở sản xuất ở nước ta Việc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn =6= tìm ra một hàm số mô tả quan hệ giữa tuổi bền và chế độ cắt ứng với một khoảng giá trị độ cứng trên cơ sở đó sẽ tối ưu hoá được tuổi bền là vấn... kết hợp với thực nghiệm về ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn và tuổi bền thông qua hàm thực nghiệm Đo nhám bề mặt theo từng điều kiện cắt nhằm xác định tuổi bền mảnh dao theo chỉ tiêu mòn công nghệ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn =8= Chương 1 BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÉP CÓ ĐỘ CỨNG CAO 1.1 Quá trình cắt và tạo phoi Qúa trình c kim loại là quá trì... trình bóc tách phoi diễn ra gần như đồng thời với lực tác động Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào quá trình tạo phoi Khi cắt do tác dụng của lực P (hình vẽ 1.3), dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo m trước Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công ặt phát sinh biến dạng đàn . cắt khi tiện cứng 62 Chương 4 63 Nghiên cứu thực nghiệm mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi. giang Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCbn theo chế độ cắt khi tiện thép 9xc qua tôi Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy