Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV

Cơ chế cắt gọt của dao cầu là rất phức tạp, vị trí của lưỡi cắt tham ra cắt thực thay đổi phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa dao và phôi, quá trình mòn của từng vị trí của lưỡi cắt khác nhau. Vì vậy, để sử dụng hiệu quả dao phay cầu cần xác định mối quan hệ giữa tuổi bền của dao và chế độ cắt cho từng vị trí trên chiều dài của lưỡi cắt.

pdf89 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 18/11/2013 | Lượt xem: 2810 | Lượt tải: 9download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
p xúc đủ cao. Austenite này hoà tan một số các nguyên tố hợp kim của dụng cụ trong quá trình cắt. e. Mòn do ôxy hoá Dưới tác dụng của tải trọng nhỏ các vết mòn kim loại trông nhẵn và sáng, mòn xảy ra với tốc độ mòn thấp và các hạt mòn oxits nhỏ được hình thành. Bản chất của cơ chế mòn này là sự bong ra của các lớp ôxy hoá khi đỉnh các nhấp nhô trượt lên nhau. Sau khi lớp ôxy hoá bị bong ra thì lớp khác lại được hình thành theo một quá trình kế tiếp nhau liên tục. Tuy nhiên theo Halling thì lớp màng oxit và các sản phẩm tương tác hoá học với môi trường trên bề mặt tiếp xúc có khả năng ngăn ngừa hiện tượng dính của đỉnh các nhấp nhô. Khi đôi ma sát trượt làm việc trong môi trường chân không thì mòn do dính xảy ra mạnh do lớp màng oxits không thể hình thành được. f. Mòn do nhiệt Thể tích vật liệu tại lưỡi cắt là rất nhỏ nên khi cắt nhiệt độ cao tập trung tại vị trí lưỡi cắt, do đó sẽ xảy ra hiện tượng quá nhiệt của vật liệu dao dẫn đến phá huỷ lưỡi cắt do nhiệt. 2.1.3. Mòn của dụng cụ phủ bay hơi Để nâng cao khả năng sử dụng của dụng cụ bởi sự kết hợp độc đáo của lớp phủ với nền, độ cứng nóng của lớp phủ cao và khả năng cải thiện điều kiện tiếp xúc ở vùng lưỡi cắt. Lớp phủ có ưu điểm nổi bật như giảm ma sát, giảm dính và khuyếch tán giữa vật liệu gia công và các bề mặt dụng cụ. Có hai cơ chế mòn chính xảy ra trên dụng cụ phủ khi cắt thép đó là nứt, vỡ và bong ra của các mảnh TiN và mòn vật liệu nền. Khi sử dụng dao tiện T15 cắt thép 1045 với vận tốc cắt 100 m/phút đã phát hiện cơ chế mòn chủ yếu là sự gãy, vỡ của lớp phủ khi nền thép gió bị giảm độ cứng do nhiệt độ cao. Mòn liên tục của lớp phủ ở gần vùng mòn mặt trước hầu như không đáng kể, điều đó nói nên rằng khả năng chống mòn do hạt mài và mòn hoá học của TiN là rất cao.Sự gãy vỡ của lớp phủ trên mặt trước là do nhiệt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 độ cao phát triển và làm giảm độ cứng của nền. Quá trình gẫy vỡ sẩy ra theo 3 giai đoạn như hình 2. 7. Hình 2.7. Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trước của dụng cụ thép gió phủ TiN  Giai đoạn 1: Ma sát giữa phoi và lớp phủ sinh ra nhiệt và truyền vào dụng cụ.  Giai đoạn 2: Dưới tác dụng của ứng suất pháp và tiếp cùng nhiệt độ cao dưới lớp phủ, nền bị biến dạng dẻo làm cho lớp phủ bị nứt, vỡ cục bộ sau đó bị cuốn đi cùng với dòng phoi làm cho nền bị lộ ra. Ma sát và nhiệt độ của vùng này tiếp tục tăng lên.  Giai đoạn 3: Vùng mòn mặt trước xuất hiện. Nền của lớp phủ gần vùng mòn tiếp tục bị giảm độ cứng làm cho lớp phủ tiếp tục bị nứt, vỡ và cuốn đi theo phoi. Vùng mòn mặt trước phát triển rộng dần làm giảm khả năng cắt gọt của dụng cụ [4]. 2.1.4. Cách xác định mòn dụng cụ cắt Xác định mòn là một trong những cơ sở để đưa ra giới hạn tuổi bền của dụng cụ. Với những dụng cụ làm từ những vật liệu thông thường thì lượng giới hạn lượng mòn lớn nên xác định đơn giản hơn những dụng cụ phủ vì giới hạn lượng mòn rất nhỏ. Mòn mặt trước và mặt sau là hai dạng mòn thường gặp trong cắt kim loại. Công thức của Opitz về quan hệ tương đối giữa dạng mòn dao hợp kim cứng với vận tốc cắt và chiều sâu cắt đã được Shaw đưa ra như trên hình 2.8. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 Hình 2.8: Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng với thể tích 0,6 c 1 V .t , trong đó V tính bằng m/ph; t1 tính bằng mm/vg Loladze cho rằng cơ chế hình thành vùng mòn mặt trước của dao hợp kim cứng khác so với dao thép gió. Bởi theo ông do hợp kim cứng có độ cứng nóng cao đến hàng nghìn độ C nên hiện tượng khuếch tán ở trạng thái rắn gây mòn với tốc độ cao xảy ra trên mặt trước từ vùng có nhiệt độ cao nhất. Như vậy mòn mặt trước đều có nguồn gốc do nhiệt. Boothroyd cho rằng mòn mặt sau xảy ra do tương tác giữa mặt sau của dụng cụ với bề mặt gia công và bề mặt mòn song song với phương của vận tốc cắt. Trent cho rằng, mòn mặt sau xảy ra trong hầu hết các quá trình cắt kim loại và không đều trên suốt chiều dài lưỡi cắt. Cơ chế mòn mặt sau của dụng cụ hợp kim cứng ở tốc độ cắt thấp là sự tách ra của các hạt cacbit tạo nên bề mặt mòn không bằng phẳng, khi cắt ở tốc độ cắt cao thì vùng mòn mặt sau nhẵn và trơn. Trong điều kiện hình thành lẹo dao, lượng mòn mặt sau tỷ lệ nghịch với lượng mòn mặt trước. Khi mòn mặt trước xuất hiện sẽ làm tăng góc trước thực, thúc đẩy sự hình thành và ổn định của lẹo dao có tác dụng bảo vệ mặt sau khỏi bị mòn. Trái lại khi mòn mặt trước không xuất hiện, dạng của lẹo dao sẽ thay đổi theo xu hướng không có tác dụng bảo vệ mặt sau khỏi mòn, dẫn đến thúc đẩy sự phát triển của mòn mặt sau. a a/2 w w d (a) Mòn trơn mũi dao: 0,6 c 1 V .t 11 (b) Mòn mặt trước tại lưỡi cắt: 0,6 c 1 11 V .t 17 (c) Mòn mặt sau: 0,6 c 1 17 V .t 30 (d) Mòn mặt trước: 0,6 c 1 V .t 30 (e) Biến dạng dẻo lưỡi cắt: 0,6 c 1 V .t 30 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 Theo thì mòn mặt trước và mặt sau có thể tính toán gần đúng như sau: Thể tích mòn mặt sau: 2 W . 2 aveVB b tgV (2- 1) Trong đó: VBave là chiều cao trung bình của vùng mòn Thể tích mòn mặt trước: cr 2 ( ) 3 b KB KF KT V (2- 2) Hình 2.9: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau – ISO3685 Các kích thước dùng để xác định mòn chỉ ra trên hình 2.9. có thể đo bằng kính hiển vi dụng cụ hoặc thiết bị quang học khác, hoặc bằng phương pháp chụp ảnh. Ngoài ra người ta còn đo khối lượng dụng cụ và sử dụng phương pháp đo radiotracer (phương pháp đồng vị phóng xạ) để xác định. 2.1.5. Ảnh hƣởng của mòn dụng cụ đến chất lƣợng bề mặt gia công Khi mòn sẽ làm cho hình dạng và thông số hình học phần cắt của dụng cụ thay đổi dẫn đến các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt thay đổi (như nhiệt cắt, lực cắt…) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công [2]. 2.1.6. Mòn của dao phay cầu phủ Các dạng mòn và cơ chế mòn của dao phay cầu cũng giống như các dạng và cơ chế mòn của dụng cụ cắt nói chung. Nhưng về cơ bản dao sẽ có hai cơ chế mòn chính là nứt, vỡ và bong ra của các mảnh TiAlN và mòn vật liệu nền. Do đặc điểm vận tốc cắt gọt tại các điểm trên lưỡi cắt của dao cầu là khác nhau dẫn đến tại các vùng trên lưỡi cắt của dao cầu sẽ có hiện tượng và lượng mòn khác nhau. Vì vậy Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 việc nghiên cứu quá trình mòn - Tuổi bền của dao tại các khu vực khác nhau trên lưỡi cắt của dao cầu là một yêu cầu của thực tế. Đặc biệt là đỉnh dao khi cắt gọt quá trình mòn sẽ diễn ra nhanh nhất. Vì thế việc nghiên cứu chọn ra một chế độ cắt phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng dao (tuổi bền dao lớn nhất) khi dùng đỉnh dao gia công một loại vật liệu trong một điều kiện cụ thể là rất cần thiết và đem lại hiệu quả cho quá trình gia công. Đó cũng chính là cơ sở để tác giả lựa chọn nội dung: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim X12M qua tôi”. Để tăng hiệu quả sử dụng dao trong sản xuất. 2.2. Tuổi bền dụng cụ cắt 2.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt Tuổi bền của dụng cụ là thời gian làm việc liên tục của dụng cụ giữa hai lần mài sắc, hay nói cách khác tuổi bền của dụng cụ là thời gian làm việc liên tục của dụng cụ cho đến khi bị mòn đến độ mòn giới hạn (hs) [2]. Tuổi bền là nhân tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến năng suất và tính kinh tế trong gia công cắt. Tuổi bền của dụng cụ phụ thuộc vào chính yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công. Vì thế phương pháp dự đoán tuổi bền cơ bản có ý nghĩa cho mục đích so sánh [4]. Phương trình cơ bản của tuổi bền là phương trình Taylor: n t V.T C (2- 3) Trong đó: - T là thời gian (phút) - V là vận tốc cắt (m/phút) - Ct là hằng số thực nghiệm Phương trình Taylor mở rộng bao gồm cả ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt được viết như sau [1]. T = 2.1 A VA (2- 4) T = 2.3 A VA . 4AS . (2- 5) T = 2.5 A VA . 4AS . 6At (2- 6) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 Các mô hình toán học khai triển bậc nhất và bậc hai loga của tuổi bền dường như phù hợp hơn với các dữ liệu cho dao composite. Khác với các phương trình tổng quát (2 - 3), (2 - 4), (2 - 5), (2 - 6) các mô hình toán học này hạn chế trong một giải với các điều kiện dùng để tạo nên các dữ liệu thực nghiệm. Trong trường hợp vận tốc cắt, lượng chạy dao chiều sâu cắt được sử dụng như là các thông số độc lập, mô hình toán học bậc nhất có dạng như sau: LnT = bo + b1lnV + b2lnS + b3lnt (2 - 7) Mô hình bậc 2 có dạng: LnT = bo + b1lnV + b2lnS + b3lnt + b11(lnV) 2 + b22(lnS) 2 + b33(lnt) 2 + + b12.(lnV)(lnS) + b13(lnV)(lnt) + b23(lnt) (2 - 8) Trong thực tế tuổi bền của dụng cụ thường bị phân tán vì các lý do sau đây: - Sự thay đổi độ cứng, cấu trúc tế vi, thành phần hoá học và các đặc tính bề mặt của phôi. - Sự thay đổi của vật liệu dụng cụ, thông số hình học và phương pháp mài. - Sự dao động của hệ thống máy, dao, công nghệ. 2.2.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 2.2.2.1. Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dụng cụ cắt Chế độ cắt đặc biệt là vận tốc cắt và lượng chạy dao là tác nhân ảnh hưởng mạnh nhất tới tuổi bền. Kết quả thí nghiệm của Opitz và Konig được Trent đưa ra trên hình 2.10. Với mòn mặt trước quy luật mòn tương đối đơn giản, mòn tăng chậm cho tới vận tốc cắt tới hạn mà tại đó tốc độ mòn tăng vọt. Lượng chạy dao càng lớn thì vận tốc cắt giới hạn càng nhỏ. Với mòn mặt sau tốc độ mòn cũng tăng nhanh từ vận tốc cắt và lượng chạy dao giới hạn như mòn mặt trước vì từ tốc độ này các cơ chế mòn phụ thuộc nhiệt độ quyết định tuổi bền. Tuy nhiên ở dưới dải tốc độ này tốc độ mòn mặt sau tăng, giảm liên tục vì ở đây các cơ chế mòn không phụ thuộc vào nhiệt độ. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 Hình 2.10: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau của dao thép gió S 12-1-4-5 dùng tiện thép AISI C1050, với t = 2mm. Thông số hình học của dụng cụ: =80, =100, =40, =900, = 600, r=1mm, thời gian cắt T =30 phút [4]. Tuổi bền cho mỗi cặp dụng cụ và vật liệu gia công được xác định trong dải vận tốc cắt cao. Và đường cong Taylor của tuổi bền chỉ có ý nghĩa trong điều kiện cắt ở dải vận tốc cắt cao, vì khi đó tuổi bền của dụng cụ bị chi phối bởi các cơ chế mòn phụ thuộc nhiệt độ cao liên quan đến biến dạng, khuếch tán và ôxy hoá. 2.2.2.2. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ Một số thông số quan trọng khi nghiên cứu tuổi bền của dụng cụ cắt là chiều dài của hành trình cắt là V.T[m] và diện tích cắt là V.T.a[m2] là các hàm số của vận tốc cắt hay nhiệt độ. Khi tăng vận tốc cắt (nhiệt cắt) từ giá trị vận tốc thấp thì cả V.T và V.T.a đều tăng và đạt cực đại ở một giá trị xác định. Sau đó tiếp tục tăng vận tốc thì cả V.T và V.T.a đều giảm. Điều này thể hiện rõ trên hình 2.11 [4]. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 Hình 2.11: Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr bằng dao T15K6 với hs = 0,6 mm.(1) s = 0,037 mm/v: (2) s = 0,3 mm/v (3) s = 0,1 mm/v; (4) s = 0,5 mm/v. Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến tuổi bền thông qua các cơ chế mòn diễn ra ở chế độ cắt đã cho phụ thuộc nhiều hay ít vào nhiệt độ. Do đó việc ứng dụng công thức Taylor phải cân nhắc trong từng trường hợp cụ thể. Có thể thấy rằng lớp phủ cứng có tác dụng giảm ma sát trên mặt trước, giảm nhiệt độ cực đại và sự phát triển của trường nhiệt độ trong dụng cụ dẫn đến giảm mòn do nhiệt và tăng tuổi bền cho dụng cụ. Hơn nữa lớp phủ cứng tạo nên một lớp phân cách giữa VLGC và VLDC với khả năng chống dính, chống cào xước cơ học cao do tính trơ hoá học và độ cứng cao của nó là nguyên nhân giảm mòn và tăng tuổi bền. Ngoài ra tính chất nhiệt đặc biệt của lớp phủ còn làm giảm tỷ lệ truyền nhiệt vào phoi và dao là nhân tố quan trọng làm tăng tuổi bền của dụng cụ phủ khi cắt với chế độ cắt cao. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 Tuy nhiên vai trò nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt khi sử dụng vật liệu phủ khác nhau thay đổi theo điều kiện gia công cụ thể. Hình 1.15 chỉ ra mối quan hệ giữa tuổi bền của dao tiện và phay mặt đầu thép gió phủ TiN, TiCN và TiAlN dùng để cắt thép cácbon SAE 4340 theo vận tốc cắt cho cả cắt liên tục (hình 2.12a) và cắt không liên tục (hình 2.12 b). Từ hai đồ thị có thể thấy rằng trong cắt liên tục (tiện) TiAlN có tác dụng nâng cao tuổi bền của dao thép gió tốt nhất sau đó đến TiN và cuối cùng là TiCN. Trái lại trong cắt va đập (phay) TiN lại có tác dụng nâng cao tuổi bền tốt nhất sau đó đến TiN và TiAlN. Như vậy mỗi loại vật liệu phủ đều có khả năng nâng cao tuổi bền của dụng cụ khác nhau tuỳ thuộc vào các điều kiện cắt trong đó dụng cụ được sử dụng [4]. Hình 2.12: (a) Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt dao tiện (b) dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi cải thiện. 2.2.3. Phƣơng pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố của quá trình cắt đến tuổi bền T bằng phương pháp thực nghiệm đo độ mòn cho phép mặt sau [hs]. Với các kết quả thực nghiệm, các đồ thị quan hệ giữa độ mòn, tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng được Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 xác lập. Trên cơ sở đó xác định được quan hệ giữa tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng. Hình 2.13: Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao Quan hệ giữa tốc độ, độ mòn và thời gian được biểu thị trên hình 2.13. Với độ mòn cho phép [hs] đã xác định được thời gian làm việc của dụng cụ với các tốc độ khác nhau (t1 với V1; t2, t3 với V2, V3 với V1 <V2 <V3 <V4; t1, t2, t3, t4 chính là tuổi bền T của dụng cụ ứng với tốc độ V1, V2, V3, V4…) khi các yếu tố cắt khác được cố định. Trên cơ sở đó lập được đồ thị quan hệ giữa tốc độ và tuổi bền V-T hình 2.14 và chuyển sang đồ thị lôgarit hình 2.15. Hình 2.14: Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 Qua đồ thị quan hệ V-T ta thiết lập được công thức liên hệ giữa tốc độ và tuổi bền: lg lg lgV A m T (2- 9) lg lg lg A V m T m A V T . onstmV T c m A T V (2- 10) Hình 2.15: Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 2.2.4. Tuổi bền của dao phay cầu phủ Dụng cụ phủ với đặc điểm lớp phủ rất mỏng thường chỉ vào khoảng vài m đến vài chục m. Mà đặc trưng của dụng cụ phủ là khả năng cắt gọt sẽ giảm đi đáng kể khi lớp phủ trên bề mặt bị mài mòn, bị nứt, bị bong cục bộ. Chính vì vậy có thể coi dụng cụ phủ có tuổi bền bằng tuổi thọ. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 Đối với dao phay cầu phủ tuổi thọ sẽ được xét riêng cho từng vùng của lưỡi cắt (cung trên lưỡi cắt có quá trình cắt gọt diễn ra gần giống nhau). Vì cơ chế cắt gọt phụ thuộc vào đường kính thực tham ra cắt. Nếu xét một cách tổng thể theo quá trình mòn thì tuổi thọ của dao cầu sẽ là tổng tuổi thọ của các cung trên lưỡi cắt có quá trình cắt gọt diễn ra gần giống nhau. Tuổi thọ của dụng cụ phủ thường được xác định như sau: - Theo chất lượng bề mặt gia công - Xác định theo độ chính xác kích thước của chi tiết gia công - Xác định theo lượng mòn mặt sau hs - Xác định theo lực, nhiệt độ cắt - Xác định theo khối lượng……. 2.3. Kết Luận chƣơng 2 Những nghiên cứu bản chất của quá trình mòn dụng cụ cắt cho thấy: Mòn, tuổi bền của dụng cụ cắt nói chung và của dụng cụ phủ nói riêng như là:  Các dạng mòn, cơ chế mòn và cách xác định mòn của dụng cụ cắt nói chung.  Mòn của dụng cụ phủ.  Tuổi bền của dụng cụ cắt, cách xác định tuổi bền của dụng cụ cắt.  Tuổi bền của dụng cụ phủ.  Các nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY CẦU 10 PHỦ TiAlN KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM CR12MOV Để có thể chọn được chế độ cắt hợp lý khi gia công thép hợp kim CR12MOV bằng dao phay cầu 10 phủ TiAlN thì ở chương này ta tiến hành việc thực nghiệm bằng cách dùng dao phay cầu phủ TiAlN để phay thép hợp kim CR12MOV với các chế độ cắt khác nhau. Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của đồng thời các thông số chế độ cắt (S,V,t) đến tuổi bền của dao thông qua việc đánh giá độ nhám bề mặt khi thay đổi chế độ cắt khác nhau và lựu chọn được chế độ cắt hợp lí. 3.1. Sơ lƣợc về thép hợp kim Thép hợp kim là loại thép mà ngoài sắt, cacbon và các tạp chất ra, người ta còn cố ý đưa vào các nguyên tố đặc biệt với một lượng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép cho hợp với yêu cầu sử dụng. Các nguyên tố được dựa vào một cách cố ý như vậy được gọi là nguyên tố hợp kim. Các nguyên tố hợp kim thường gặp là:Cr, Ni, Mn, Si,W, V, Mo, Ti, Nb, Zr, Cu, B, N…và ranh giới về lượng để phân biệt tạp chất và nguyên tố hợp kim là như sau: Mn: 0,8 - 1,0%; Si:0,5-0,8%; Cr:0,2-0,8%; Ni:0,2-0,6%;W:0,1-0,6%; Mo; 0,05-0,2%; Ti, V, Nb, Zr, Cu>0,1%; B>0,002%. Ví dụ: Thép chứa 0,7% Mn vẫn chỉ được coi là thép cacbon (nghĩa là Mn vẫn chỉ là tạp chất), chỉ khi lượng Mn≥1,0% mới đươc coi là thép hợp kim. Trong khi đó chỉ cần có≥0,1%Ti (hoặc V, Cu, Zr…) đã được coi là thép hợp kim. Trong thép hợp kim, lượng chứa các tạp chất có hại như P.S và các khí oxy, hyđro, nitơ là rất thấp so với thép cacbon. Do việc khử tạp chất triệt để hơn và nhất là do phải cho vào các nguyên tố hợp kim, nên nói chung thép hợp kim đắt tiền hơn so với thép cacbon nhưng bù lại, thép hợp kim có những đặc điểm nổi trội hơn hẳn so với thép cacbon, hay nói khác đi, mục đích của việc hợp kim hóa như sau:  Về cơ tính: Thép hợp kim nói chung có độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon, thể hiện đặc điểm rõ ràng sau khi nhiệt luyện (tôi và ram), do độ Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 thấm tôi của thép hợp kim được cải thiện rất nhiều so với thép cacbon, thép hợp kim càng cao, ưu việt này càng rõ. Tuy nhiên cần thấy rằng:  Ở trạng thái không nhiệt luyện, ví dụ: trạng thái ủ, độ bền của thép hợp kim không cao hơn nhiều so với thép cacbon.  Sau nhiệt luyện, thép hợp kim có thể đạt được độ bền rất cao, nhưng cùng với sự tăng độ bền, độ dẻo và độ dai lại giảm đi, do vậy phải chú ý tới mối quan hệ này để xác định cơ tính thích hợp.  Cùng với sự tăng mức độ hợp kim hóa, tính công nghệ của thép sẽ xấu đi.  Về tính chịu nhiệt (tính cứng nóng và tính bền nóng): Thép cacbon có độ cứng cao sau khi tôi, nhưng không giữ được khi làm việc ở nhiệt độ cao hơn 200ºC, do mectenxit bị phân hủy và xêmentit kết tụ. Nhiệt độ cao hơn, thép bị biến dạng do hiện tượng dão và bị oxy hóa mạnh… Các nguyên tố hợp kim cản trở khả năng khuếch tán của cacbon, làm mactenxit phân hóa và cacbit kết tụ ở nhiệt độ cao hơn, vì thế nó giữ đươc độ cứng cao của trang thái tôi và tính chống dão tới 600ºC, tính chống sự oxy hóa tới 800-1000ºC. Dĩ nhiên muốn đạt được trạng thái này, thép cần được hợp kim hóa bởi một số lượng tương đối cao. Ưu việt này của thép hợp kim được ứng dụng trong thép dụng cụ và thép bền nóng.  Về các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt: Như đã biết, thép cacbon bị gỉ trong không khí, bị ăn mòn mạnh trong các môi trường axit, bazơ và muối… Nhờ hợp kim hóa mà có thể tạo ra thép không gỉ, thép có tính giãn nở và đàn hồi đặc biệt, thép có từ tính cao và thép không có từ tính….Trong những trường hợp như vậy, phải dùng những loại thép hợp kim đặc biệt, với thành phần được khống chế chặt chẽ (và dĩ nhiên là đắt tiền). Như vậy có thể nói rằng, nguyên tố hợp kim có tác dụng rất tốt, thép hợp kim là vật liệu không thể thiếu được trong chế tạo máy, dụng cụ, thiết bị nhiệt điện, công nghiệp hóa học…. Nó thường được làm các chi tiết quan trọng nhất trong điều kiện làm việc nặng, chịu mài mòn, va đập. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 3.2. Cơ sở xác định tuổi bền của dao bằng thực nghiệm. 3.2.1. Lựa chọn chỉ tiêu xác định tuổi bền của dao Tuổi bền của dao phay cầu được xác định bắt đầu từ khi dao bắt đầu cắt cho đến khi bắt đầu diễn ra giai đoạn phá huỷ ứng với mỗi chế độ cắt xác định. Trong điều kiện gia công tinh thì chất lượng bề mặt trong đó nhám bề mặt là thông số có ý nghĩa đến chất lượng sản phẩm. Để có thể đánh giá tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN để gia công thép hợp kim CR12MOV có thể thực hiện theo phương pháp: Dùng chỉ tiêu chất lượng bề mặt để xác định giới hạn tuổi bền của dao. Cụ thể là khi tiến hành gia công ứng với mỗi chế độ cắt sẽ tiến hành kiểm tra chất lượng bề mặt theo chỉ tiêu độ nhám bề mặt. Giới hạn tuổi bền của dao được xác định là thời điểm giá trị độ nhám của bề mặt gia công thay đổi đột ngột. Hình 3.1. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn và thời gian Trong quá trình gia công dụng cụ cắt sẽ trải qua 3 giai đoạn mòn. Để xác định giới hạn tuổi bền của dụng cụ cần phải xác định thời gian từ khi bắt đầu cắt đến thời điểm cuối cùng của giai đoạn mòn thứ 2. Như hình 3.1 là thời điểm ứng với điểm B. Thực chất quá trình mòn của dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt gia công và được thể hiện rõ qua sự thay đổi về độ nhám bề mặt. Chính vì vậy có thể khẳng định rằng khi dao tiến đến giai đoạn mòn khốc liệt là lúc giá trị độ nhám bề mặt có sự thay đổi lớn. Đó là một trong những cơ sở để xác định tuổi bền của dụng cụ. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 3.2.2. Độ nhám bề mặt và phƣơng pháp đánh giá 3.2.2.1. Độ nhám bề mặt Độ nhám bề mặt hay còn gọi là nhấp nhô tế vi là tập hợp tất cả những bề lồi, lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trong một phạm vi chiều dài chuẩn rất ngắn (l). Chiều dài chuẩn l là chiều dài dùng để đánh giá các thông số của độ nhám bề mặt (với l = 0,01 đến 25mm). Độ nhám bề mặt gia công đã được phóng đại lên nhiều lần thể hiện trên hình 3.2. Theo TCVN 2511 – 1995 thì nhám bề mặt được đánh giá thông qua bảy chỉ tiêu. Thông thường người ta thường sử dụng hai chỉ tiêu đó là Ra và Rz, trong đó: Hình 3.2: Độ nhám bề mặt - Ra: Sai lệch trung bình số học của prôfin là trung bình số học các giá trị tuyệt đối của sai lệch prôfin (y) trong khoảng chiều dài chuẩn. Sai lệch prôfin (y) là khoảng cách từ các điểm trên prôfin đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình. Đường trung bình m là đường chia prôfin bề mặt sao cho trong phạm vi chiều dài chuẩn l tổng diện tích ở hai phía của đường chuẩn bằng nhau. Ra được xác định bằng công thức: 10 1 1 . l n a x x i i R y d y l l     (3-1) - Rz: Chiều cao mấp mô prôfin theo mười điểm là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao năm đỉnh cao nhất và chiều sâu của năm đáy thấp nhất của prôfin trong khoảng chiều dài chuẩn. Rz được xác định theo công thức: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 5 5 1 1 5 pmi vmi i i z y y R       (3-2) Ngoài ra độ nhám bề mặt còn được đánh giá qua chiều cao nhấp nhô lớn nhất Rmax. Chiều cao nhấp nhô Rmax là khoảng cách giữa hai đỉnh cao nhất và thấp nhấ của độ nhám (prôfin bề mặt trong giới hạn chiều dài chuẩn l). Cũng theo TCVN 2511 – 1995 thì độ nhám bề mặt được chia thành 14 cấp, từ cấp 1 đến cấp 14 ứng với các giá trị Ra và Rz. Trị số nhám càng bé thì bề mặt càng nhẵn và ngược lại. Độ nhám bề mặt thấp nhất (hay độ nhẵn bề mặt cao nhất) ứng với cấp 14 (tương ứng với Ra  0,01 m và Rz  0,05 m). Việc chọn chỉ tiêu Ra hay Rz là tuỳ thuộc vào chất lượng yêu cầu của bể mặt. Chỉ tiêu Ra được gọi là thông số ưu tiên và được sử dụng phổ biến nhất do nó cho phép ta đánh giá chính xác hơn và thuận lợi hơn những bề mặt có yêu cầu nhám trung bình (độ nhám từ cấp 6 đến cấp 12). Đối với những bề mặt có độ nhám quá thô (độ nhám từ cấp 1 đến cấp 5) và rất tinh (cấp 13, cấp 14) thì dùng chỉ tiêu Rz sẽ cho ta khả năng đánh giá chính xác hơn khi dùng Ra (bảng 3.1). Bảng 3.1: Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt Cấp độ nhám bề mặt Loại Thông số nhám (m) Chiều dài chuẩn (mm) Ra Rz 1 - - từ 320 đến 160 8,0 2 - - < 160 – 80 3 - - < 80 – 40 4 - - < 40 – 20 2,5 5 - - < 20 – 10 6 a từ 2,5 đến 2,0 0,8 b < 2,0 – 1,6 c < 1,6 – 1,25 7 a < 1,25 – 1,00 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 b < 1,00 – 0,80 c < 0,80 – 0,63 8 a < 0,63 – 0,50 b < 0,50 – 0,40 c < 0,40 – 0,32 9 a < 0,32 – 0,25 0,25 b < 0,25 – 0,20 c < 0,20 – 0,16 10 a < 0,160 – 0,125 b < 0,125 – 0,100 c < 0,100 – 0,080 11 a < 0,080 – 0,063 b < 0,063 – 0,050 c < 0,050 – 0,040 12 a < 0,040 – 0,032 b < 0,032 – 0,025 c < 0,025 – 0,020 13 a từ 0,100 đến 0,080 0,08 b < 0,080 – 0,063 c < 0,063 – 0,050 14 a < 0,050 – 0,040 b < 0,040 – 0,032 c < 0,032 – 0,025 Trong thực tế sản xuất nhiều khi người ta đánh giá độ nhám theo các mức độ: thô (cấp 1  4), bán tinh (cấp 5  7), tinh (cấp 8  11) và siêu tinh (cấp 12  14). 3.2.2.2. Phƣơng pháp đánh giá độ nhám bề mặt Để đánh giá độ nhám bề mặt người ta thường dùng các phương pháp sau đây: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 a) Phƣơng pháp quang học (dùng kính hiển vi Linich). Phương pháp này đo được bề mặt có độ nhẵn bóng cao (độ nhám thấp) thường từ cấp 10 đến cấp 14. b) Phƣơng pháp đo độ nhám Ra, Rz, Rmax v.v… bằng máy đo prôfin. Phương pháp này sử dụng mũi dò để đo prôfin lớp bề mặt có cấp độ nhẵn tói cấp 11. Đây chính là phương pháp được tác giả sử dụng để đánh giá độ nhám bề mặt sau khi tiện cứng. Tuy nhiên đối với các bề mặt lỗ thường phải in bằng chất dẻo bề mặt chi tiết rồi mới đo bản in trên các máy đo độ nhám bề mặt. c) Phƣơng pháp so sánh, có thể so sánh theo hai cách - So sánh bằng mắt: Trong các phân xưởng sản xuất người ta mang vật mẫu so sánh với bề mặt gia công và kết luận xem bề mặt gia công đạt cấp độ bóng nào. Tuy nhiên phương pháp này chỉ cho phép xác định được cấp độ bóng từ cấp 3 đến cấp 7 và có độ chính xác thấp, phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người thực hiện. - So sánh bằng kính hiển vi quang học. 3.3. Thiết kế thí nghiệm. Mục đích: - Thông qua thực nghiệm khi tiến hành dùng dao phay cầu phủ TiAlN phay thép hợp kim CR12MOV (phay rãnh trên mặt phẳng) với các chế độ cắt khác nhau rồi đưa ra nhận xét và kết luận tương ứng. - Xác định giới hạn tuổi bền của dao theo các thông số chế độ cắt khác nhau. Từ đó đưa ra mối quan hệ giữa chúng. Các cơ sở sản xuất có thể dùng kết quả đó cho việc gia công với các điều kiện tương tự. - Mục tiêu của việc xây dựng thí nghiệm là nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thông số chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép CR12MOV. 3.3.1. Các giới hạn của thí nghiệm . - Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép CR12MOV. - Vận tốc cắt v = 50  110 (m/phút). Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 - Luượng chạy dao s = 0,1  0,3 (mm/răng). - Chiều sâu cắt không đổi t= 0,5 (mm). - Nghiên cứu tuổi bền của dao tại đỉnh của dao ứng với chiều sâu cắt t = 0,5. - Tổng hợp các nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công là ổn định. - Độ cứng của phôi ổn định trong suốt quá trình gia công khoảng 40 - 45 HRC. - Gia công tưới tràn với dung dịch Emusil: Mira EM40 5%. 3.3.2. Mô hình thí nghiệm 3.3.3. Mô hình toán học Mô hình toán học khi xác định tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV trong nghiên cứu này được lựa chọn trên cơ sở phương trình cơ bản tuổi bền của Taylor: n t V.T C Trong đó: - T là thời gian (phút) - V là vận tốc cắt (m/phút) - Ct là hằng số thực nghiệm Phương trình Taylor mở rộng bao gồm cả Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt được viết như sau phương trình (2 - 4), (2 – 5), (2 - 6) như sau: T = 2.1 A VA T = 2.3 A VA . 4AS . T = 2.5 A VA . 4AS . 6At Các mô hình toán học khai triển bậc nhất và bậc hai loga của tuổi bền dường như phù hợp hơn với các dữ liệu cho dao composite. Khác với các phương trình tổng quát (2- 3), (2- 4), (2-5), (2- 6) các mô hình toán học này hạn chế trong một Quá trình gia công Vận tốc cắt, bước tiến dao Tuổi bền của dụng cụ Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 giải với các điều kiện dùng để tạo nên các dữ liệu thực nghiệm. Trong trường hợp vận tốc cắt, lượng chạy dao chiều sâu cắt được sử dụng như là các thông số độc lập, mô hình toán học bậc nhất có dạng như sau: LnT = ao + a1lnV + a2lnS + a3lnt Đây là mô hình toán học được lựa chọn để xác định tuổi bền của dao. 3.3.4. Điều kiện thí nghiệm 3.3.4.1.Máy. Thực nghiệm được tiến hành tại trung tâm gia công VMC - 85S do hãng Maximart sản xuất năm 2003 với hệ điều khiển Fanuc OMD, máy có khả năng tích hợp CAD/CAM qua cổng RS 232 của Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Thái Nguyên Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy Thông số Đơn vị Kích thước Kích thước bàn làm việc mm 515 x 1050 Hành trình theo trục X mm 850 Hành trình theo trục Y mm 560 Hành trình theo trục Z mm 520 Đường kính trục chính mm 65 Tốc độ cắt (chạy dao) mm/ph 1 - 5000 Tốc độ dịch chuyển nhanh theo X, Y mm/ph 12000 Tốc độ dịch chuyển nhanh theo Z mm/ph 10000 Công suất động cơ chính Kw 3.7 - 5.5 Động cơ secvo X, Y, Z Kw 0.5 - 3.5 Trọng lượng Kg 4200 Tốc độ quay trục chính Vg/ph 60 - 8000 16 đầu dao BT 40 Kích thước tổng thể mm 3500 x 3020 x 2520 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 3.3.4.2. Dao. - Mảnh dao phay cầu phủ TiAlN hai lưỡi cắt ký hiệu VP15TF của hãng Mitsubishi -Nhật Bản có thông số như sau: + Độ cứng của mảnh dao 91.5 HRA + Độ bền nén 2.5 GPa + Đường kính mảnh dao: 10 mm + Chiều dài phần cắt: 8.5 mm + Số lưỡi cắt: z = 2. + Góc độ: Góc trước  = 0; góc sau  = 5 - Thân dao ký hiệu SRFH10S12M của hãng Mitsubishi - Nhật Bản có thông số như sau: + Đường kính chuôi dao: 12h6 mm + Chiều dài thân dao: 120 mm 3.3.4.3. Phôi. Thép hợp kim CR12MOV đã qua tạo hình dáng và tôi Độ cứng: 44 – 45 HRC Kích thước: 300 x 150 x 40 Thành phần hoá học: Bảng 3.3: Thành phần các nguyên tố hoá học thép CR12MOV. Nguyên tố hoá học C Si P Mn Cu V Cr Mo Hàm lượng % 1.57 0.29 0.020 0.25 0.19 0.19 11.46 0.44 3.3.4.4. Dụng cụ đo kiểm. Máy đo nhám bề mặt SJ 201 của Mitutoyo, kính hiển vi điện tử. 3.4. Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay cầu 10 phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV. 3.4.1. Nội dung:  Chuẩn bị trước khi gia công gồm: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72  Tạo phôi: Bao gồm việc xác định mác thép hợp kim CR12MOV, gia công chuẩn bị phôi, do độ cứng trước khi gia công.  Chuẩn bị đồ gá, phương tiện đo kiểm theo phương án gia công, chọn máy, lập phương trình gia công chi tiết trên máy trên máy CNC theo bộ thông số S, V, t dùng để khảo sát.  Tiến hành gia công và kiểm tra kết quả:  Dùng dao phay cầu 10 phủ TiAlN để gia công, quan sát, ghi chép kết quả.  Tiến hành đo lấy kết quả.  Sử lý số liệu sau gia công, rút ra kết luận tương ứng chỉ dẫn cần thiết, dùng làm tài liệu cho các nhà sản xuất có quan tâm về lĩnh vực này. 3.4.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm: Gọi x1, x2, x3 Là các biến tương đương vói các thông số: Vận tốc dài v, lượng chạy dao s, chiều sâu cắt t. Trên cơ sở các điều kiện biên, kết quả các thí nghiệm sơ bộ trước đó với chủ ý nhằm tìm ra chế độ cắt tối ưu với tuổi bền tối ưu khi gia công thép hợp kim CR12MOV bằng dao phay cầu phủ TiAlN. vimax = 110 (m/phút) simax = 0,3(mm/răng) vimin = 50 (m/phút) simin = 0,1 (mm/răng) Các yếu tố xi thực nghiệm là: Mức trên : xi (t) = x imax Mức dưới : xi (d) = x imin Mức cơ sở xi (0) = 1/2 (x i max + x i min) Khoảng biến thiên: i = 1/2( x i max - x i min) Bảng 3.4: Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v, s cho thực nghiệm: Các yếu tố x1 x2 Mức trên 110 0.3 Mức dưới 50 0.1 Mức cơ sở 80 0.2 Khoảng biến thiên 30 0.1 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 3.4.3. Thực nghiệm xác định tuổi bền: Trên cơ sở điều kiện thí nghiệm mô hình toán học được lựu chọn nhu sau: LnT = ao + a1lnv +a2lns (3- 1) Đặt: y = ln(T); x1 = ln(vi); x2 = ln(si); Ta sẽ được phương trình mới: y = a0 + a1 x1 + a2 x2 (3- 2) Dạng tổng quát: y = a0 + a1 x1 + a2 x2 +.........+ anxn (3- 3) Bài toán trở thành xác định hàm hồi quy thực nghiệm n biến số. Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu. Bố trí thí nghiệm sao cho có tính chất của ma trận trực giao cấp 1. Với thực nghiệm có hai biến đầu vào (chiều sâu cắt chon cố định t = 0,5 mm). Vì vậy số thí nghiệm cần làm là N = 22 = 4 thí nghiệm tại các đỉnh đơn hình đều và 2 thí nghiệm ở trung tâm, ta lập bảng quy hoạch và tiến hành làm thực nghiệm sau: Bảng 3.5: Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác định tuổi bền của dao. STT Biến thực nghiệm Tuổi bền x1 x2 n( v/p) s(mm/p) T (phút) 1 -1 -1 3652 731 7,2 2 +1 -1 7956 1591 4,5 3 -1 +1 3652 2191 5,2 4 +1 +1 7956 4774 4,0 5 0 0 5843 2337 6,0 6 0 0 5843 2337 6,1 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 Bảng 3.6: Bảng kết quả đo độ nhám theo phương chuyển động chạy dao với thời gian và chế độ cắt khác nhau. Thời gian (Phút) v = 50(m/p) s = 0,1(mm/răng) Thời gian (Phút) v = 110(m/p) s = 0,1(mm/răng) Ra(m) Rz(m) Ra(m) Rz(m) 0,5 1,12 4,17 0,5 0,76 2,15 1,5 1,21 4,29 1,5 0,85 2,57 3,0 1,36 4,57 2,5 0,98 3,02 5,0 1,78 5,27 3,0 1,12 3,67 6,0 1,85 6,89 3,5 1,29 4,43 7,0 2,18 7,45 4,0 1,48 5,74 7,2 2,31 8,12 4,5 1,86 7,08 7,5 3,35 13,06 4,8 3,32 13,54 Thời gian (Phút) v = 50(m/p) s = 0,3(mm/răng) Thời gian (Phút) (m) v = 110(m/p) s = 0,3(mm/răng) Ra(m) Rz(m) Ra(m) Rz(m) 0,5 5,67 24,76 0,5 1,67 7,79 1,0 5,76 25,17 1,0 1,85 8,37 2,0 6,03 25,75 2,0 2,09 9,74 3,0 6,31 26,21 2,5 2,45 11,07 4,5 6,78 27,56 3,0 2,84 13,11 5,0 7,15 28,71 3,5 3,68 15,21 5,2 8,09 29,87 4,0 5,39 17,28 5,5 13,12 37,68 4,1 8,74 25,75 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 Thời gian (Phút) v = 80(m/p) s = 0,2(mm/răng) Thời gian (Phút) V = 80(m/p) s = 0,2(mm/răng) Ra(m) Rz(m) Ra(m) Rz(m) 0,5 0,57 4,52 0,5 0,58 4,54 1,5 0,81 4,87 1,5 0,85 4,88 2,5 1,26 5,46 2,5 1,29 5,49 3,5 1,84 6,75 3,5 1,91 6,79 4,5 2,67 7,84 4,5 2,67 7,94 5,0 3,08 9,05 5,0 3,08 9,15 6,1 3,85 10,67 6,0 3,85 10,87 6,2 7,68 18,58 6,1 7,71 19,53 3.4.3.1. Tính các hệ số của phƣơng trình hồi quy Áp dụng tính chất của quy hoạch trực giao cấp 1 ta tính các hệ số theo công thức (3.16) [25]. Ta có: a0 =   N 1i i y N 1 = 4 1 (7,2 + 4,5 + 5,2 + 4,0) = 5,225 a0= 5,225 a1 =   N 1i i1i yx N 1 = 4 1 (-7,2+ 4,5 – 5,2 + 4,0) = -0,975 a1= -0,995 a2 =   N 1i i2i yx N 1 = 4 1 (=-7,2 - 4,5 + 5,2 + 4,0) = -0,625 a2= -0,625 Thay vào phương trình (3 - 2) ta được: yˆ = 5,225 – 0,975x1 - 0,625x2 (3 - 4) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 3.4.3.2. Kiểm định các tham số aj * Kiểm định aj = 0 (có nghĩa) Ta có 2 thí nghiệm lặp lại ở tâm với kết quả như sau: 1 0 y = 6,1; 2 0y = 6,0 0 y = 2 1 (6,1+ 6,0) = 6,15 Phương sai tái sinh s2ts 2 ts s =     n 1i 0 i 0 0 )yy( 1n 1 2 2 ts s =  22 )15,60,6()15,61,6( 12 1   = 0,005 sts= 005,0 = 0,071 2 ai s = 2 ts s {c -1 }jj sai= 4 071,0  N sts = 0,0355 tai = ai i s a ta0 = ai 0 s a = 0355,0 5,225 = 147,2 ta1 = ai 1 s a = 0355,0 0,975- = -27,5 ta2 = ai 2 s a = 0355,0 0,625  = -17,6 Ta chọn mức độ có nghĩa  = 0,05 cho các bảng thống kê. Với  = 0,05, bậc tự do n0 = 2 tra bảng Student ta được t = 9,31. So sánh |tai| đều lớn hơn t nên mọi ai đều có nghĩa. Do đó các hệ số của phương trình hồi quy (3 - 4) đều có nghĩa. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77   5625,0140625,0140625,0140625,00,1406252 dus 3.4.3.3. Kiểm định sự phù hợp của mô hình Sau khi xây dựng được mô hình yˆ , ta tính phương sai dư. 2 n 1i ii 2 du )yˆy( )1k(n 1 s      2 4 1 2 )ˆ( )12(4 1      i iidu yys 2 4 1 2 )ˆ(   i iidu yys Bảng 3.7. Bảng kết quả tính toán giá trị (yi- i yˆ ) 2 TT yi x1 x2 a0 a1 a2 i yˆ (yi- i yˆ ) 2 1 7,2 -1 -1 5,875 -0,975 -0,625 6,825 0,140625 2 4,5 1 -1 5,875 -0,975 -0,625 4,875 0,140625 3 5,2 -1 1 5,875 -0,975 -0,625 5,575 0,140625 4 4,0 1 1 5,875 -0,975 -0,625 3,625 0,140625 Ta có: 2 du s = 0,5625> 2 ts s = 0,0713 5,112 005,0 5625,0ˆ 2 2  ts du s s F Với bậc tử m1 = N - (k+1) =1 bậc mẫu n0 - 1 = 1 Chọn mức ý nghĩa  = 0,05, tra bảng Fisher ta được f = 4052  Fˆ < f. vậy mô hình là phù hợp. yˆ = 5,225 – 0,975x1 - 0,625x2 Thay vào ta được: T = e 5,225 .v -0,975 .s -0,625 ( phút) (3 - 5) Là phương trình hồi quy thực nghiệm. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 50 60 70 80 90 100 110 0.1 0.2 0.3 0 5 10 15 3.4.3.4. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa v, s và tuổi bền dao khi t = 0,5 mm Hình 3.3: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa vận tốc cắt v, lượng chạy dao s với tuổi bền của dao phay cầu 10 phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC khi chiều sâu cắt không đổi t = 0,5 mm. 3.4.3.5. Một số hình ảnh chụp phôi, lƣỡi cắt của dao khi gia công. Hình 3.4. Hình ảnh đỉnh dao khi chưa gia công T u o i b e n T ( p h u t) Van toc cat v(m/ph) Luong chay dao s (mm/r) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 Hình 3.5. a. Hình ảnh đỉnh dao sau 3 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), s = 0,1(mm/ răng) Hình 3.5.b. Hình ảnh đỉnh dao sau 6,0 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), s = 0,1(mm/ răng) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 Hình 3.6.a. Hình ảnh đỉnh dao sau 3,5 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), s = 0,1(mm/ răng) Hình 3.6.b. Hình ảnh đỉnh dao sau 4,5 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), s = 0,1(mm/ răng) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 Hình 3.7.a. Hình ảnh đỉnh dao sau 4,0 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng) Hình 3.7.b. Hình ảnh đỉnh dao sau 5,0 phút khi gia công với v = 50 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 Hình 3.8.a. Hình ảnh đỉnh dao sau 3,0 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng) Hình 3.8.b. Hình ảnh đỉnh dao sau 4,1 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 Hình 3.9.a. Hình ảnh đỉnh dao sau 3,0 phút khi gia công với v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng) Hình 3.9.b. Hình ảnh đỉnh dao sau 5,0 phút khi gia công với v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 84 Hình 3.10. Hình ảnh phôi sau khi gia công Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 85 3.5. Kết luận chƣơng 3 Nội dung chính của chương này là tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận tốc cắt v và lượng chạy dao s khi chiều sâu cắt t = 0,5 mm đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khí gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC. Thực hiện trong điều kiện sản xuất thực tế trên máy phay CNC tại trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên. Trong đó tập trung giải quyết được một số vấn đề sau:  Xây dựng được mô hình định tính của quá trình gia công bắt đầu từ các yếu tố đầu vào đến khi thực hiện và kết thúc quá trình.  Đã tiến hành thí nghiệm thành công và thu được kết quả đảm bảo độ tin cậy.  Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ (v, s) khi chiều sâu cắt t = 0,5 mm đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khí gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC cụ thể như sau: T = e 5,225 .v -0,975 .s -0,625 ( phút) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 86 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Kết luận Với nội dung “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV” qua ba chương đề tài đã giải quyết được các vấn đề sau:  Đánh giá được ưu điểm, khả năng ứng dụng của dao phay cầu trong việc gia công các bề mặt phức tạp đồng thời cũng chỉ ra những khó khăn, hạn chế khi sử dụng chúng để gia công.  Cơ chế cắt gọt của dao cầu là rất phức tạp, vị trí của lưỡi cắt tham ra cắt thực thay đổi phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa dao và phôi, quá trình mòn của từng vị trí của lưỡi cắt khác nhau. Vì vậy, để sử dụng hiệu quả dao phay cầu cần xác định mối quan hệ giữa tuổi bền của dao và chế độ cắt cho từng vị trí trên chiều dài của lưỡi cắt.  Xác định được điều kiện để đỉnh dao tham ra vào quá trình cắt gọt.  Đề tài đã xác định được mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi cắt ở đỉnh dao để gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC thông qua các chỉ tiêu về nhám bề mặt, bằng mô hình toán học về mối quan hệ giữa chế độ cắt v, s khi t = 0,5 (mm) và tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC.  Dao phay cầu phủ TiAlN có khả năng gia công được thép đã tôi, vì vậy có thể sử dụng tốt để gia công các bề mặt phức tạp trong lĩnh vực chế tạo máy, đặc biệt là trong lĩnh vực khuôn mẫu khi vật liệu gia công đã được tôi cứng. 4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo.  Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN gia công thép hợp kim CR12MOV và những vật liệu khác khi cắt ở đỉnh dao.  Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN gia công thép hợp kim CR12MOV tại những vị trí khác trên lưỡi căt. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 87  Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV.  Tối ưu hóa các thông số hình học, chế độ cắt của dao phay đầu cầu phủ TiAlN khi gia công khi gia công thép hợp kim CR12MOV đã tôi.  Trên cơ sở nghiên cứu ở trên có thể mở rộng để tối ưu chế độ cắt những loại dao cầu có đường kính, vật liệu khác khi gia công những vật liệu khác nhau. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS, TS. Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hoá quá trình gia công cắt gọt, NXB Giáo dục. [2]. Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sĩ Tuý. (2001), Nguyên Lý Gia Công Vật Liệu, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [3]. PSS. TS. Nguyễn Đăng Bình, PSS. TS. Phan Quang Thế (2006), Một số vấn đề về ma sát, mò và bôi trơn trong kỹ thuật. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [4]. Phan Quang Thế (2002), Luận án Tiến sĩ. “Nghiên cứu khả năng làm việc của dụng cụ thép gió phủ dùng cắt thép cacbon trung bình”, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. [5]. MITSUBISHI General catalogue (2008), Turning tools, rotating tools, tooling solutions. [6]. SUMITOMO General catalogue (2008), Performance cutting tools. [7]. Marius Cosma , Assist. Eng., North University Baia Mare, Dr. V. Babeş 62A street, Romania (2006), Geometrc method of undeformed chip study in ball nose end milling, The international conference of the Carpathian EURO – Region specialists in industrial systems 6 th edition, pp. 49-54. [8]. Marius Cosma, Assist. Eng. North University of Baia Mare, Romania (2007), Horizontal path strategy for 3D-CAD analysis of chip area in 3 – axes ball nose end milling, 7 th International multidisciplinary conference, Baia Mare, Romania, May 17-18, 2007 ISSN-1224-3264, pp115-120. [9]. Hiroyasu Iwabe and Kazufumi Enta (2008), Tool Life of Small Diameter Ball End Mill for High Speed Milling of Hardened Steel – Effects of the Machining Method and the Tool Materials –, Graduate School of Science and Technology, Niigata University 8050, Ikarashi 2-nocho, Nishi-ku, Niigata 950-2181, Japan, pp 425-426. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 89 [10]. Ching – Chih Tai+ and Kuang – hua Fuh+ (1995), Model for cutting forces prediction in ball end milling, Int. J. Mach. Tools Manufact. Vol. 35. No. 4. pp. 511-534.1995. Printed in Great Britain [11]. EE Meng Lim, His – Yung Feng, Chia-Hsiang Menqhi-Hang Lin (1995), The prediction of dimenional error for sculptured surface producctions using the ball end milling process. Part 1: Chip geometry analysis and cutting force prediction, Int. J. Mach. Tools Manufact. Vol. 35. No. 8. pp. 1149-1169.1995 Printed in Great Britain. [12]. EE Meng Lim, His – Yung Feng, Chia-Hsiang Menqhi-Hang Lin (1995), The prediction of dimenional error for sculptured surface producctions using the ball end milling process. Part 2: Surface generration model and exrerimental verification, Vol. 35. No. 8. pp. 1171-1185.1995 Printed in Great Britain. [13]. Trần Thế Lục (1988), Giáo Trình Mòn và Tuổi Bền Của Dụng Cụ Cắt, Khoa Cơ Khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. [14]. Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2003), Công Nghệ Chế Tạo Máy, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [15]. Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng của quá trình cắt, Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp. [16]. Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ chính xác gia công bằng thực nghiệm, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [17]. Nguyễn Doãn Ý (2003), Giáo trình Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [18]. Nguyễn Văn Hùng (2003), Luận án Tiến sỹ: “Nghiên cứu tối ưu các thông số của quá trình mài điện hoá bằng mài kim cương khi gia công hợp kim cứng, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. [19]. Nguyễn Tiến Thọ, Nguyễn Thị Xuân Bẩy, Nguyễn Thị Cẩm Tú (2001), Kỹ thuật đo lường kiểm tra trong chế tạo cơ khí, NXB Giáo dục. [20]. Bùi Công Cường, Bùi Minh Trí, (1997), Giáo trình xác suất và thống kê ứng dụng, NXB Giao thông vận tải. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 90 [21]. Tạ Văn Đĩnh (1998), Phương pháp tính, NXB Giáo dục. [23]. Lê Công Dưỡng (1996), Vật liệu học, NXB Khoa học kỹ thuật. [24]. GS, TSKH. Phan Quốc Khánh - TS. Trần Huệ Nương (2003), Quy hoạch tuyến tính, NXB Giáo dục. [25]. PGS, TS. Bùi Minh Trí (2005), Xác suất thống kê và quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học và kỹ thuật. [26]. Phạm Quang Đồng (2007), Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu đênd độ mòn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngón, Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp. [27]. Nguyễn Mạnh Cường (2007), Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt gia công khi tiện tinh thép X12M qua tôi bằng dao gắn mảnh PCBN, Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfLuận văn- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV.pdf
Luận văn liên quan