MỤC LỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC CẮT TỚI CƠ CHẾ MÒN DỤNG CỤ PCBN SỬ DỤNG TIỆN TINH THÉP 9XC QUA TÔI

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 (QAC) và trường nhiệt độ
33
1.3.3.3. Nhiệt trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công (QAD) 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 ap: chiều dày phoi Kf: mức độ biến dạng của 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 θ: góc trượt r: bán kính mũi dao γ (hayγn) : 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: 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 = Q3: nhiệt sinh ra trên mặt sau Qphoi: nhiệt truyền vào phoi Qdao: nhiệt truyền vào dao Qmôi trường: nhiệt truyền vào môi trường Qphôi: nhiệt truyền vào phôi 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 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 Ф: góc tạo phoi γm: 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 ΔFc, ΔFt: áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trên 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 τs: 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 θo: 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 φ1: góc nghiêng phụ Vw: thể tích mòn mặt sau Vcr: thể tích mòn mặt trước KB, KF, KT: các kích thước vùng mòn mặt trước hs: độ mòn giới hạn Ra, Rz: độ nhám bề mặt khi tiện

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ cắt 26 Bảng 1.2: Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ 27 Bảng 1.3: Tính chất cơ - nhiệt của một số vật liệu phủ 27 Bảng 2.1: Thành phần hoá học của phôi thép 9XC (%) 57
Bảng 2.2: Vận tốc cắt và các thông số nhám 59 Bảng 3.1: Kết quả đo nhám bề mặt tương ứng với các chế độ cắt thiết kế 74

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài : Tiện cứng là nguyên công tiện các chi tiết đã qua tôi (thường là thép hợp kim) có độ cứng cao khoảng từ 40 ÷ 65 HRC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô, chế tạo bánh răng, vòng ổ, dụng cụ, khuôn mẫu vv… Tiện cứng được sử dụng thay mài khi gia công chính xác các chi tiết máy có tỉ số chiều dài trên đường kính nhỏ, các chi tiết có hình dáng phức tạp và không nhất thiết phải sử dụng dung dịch trơn nguội. Tiện cứng cho độ chính xác và nhám bề mặt tương đương với mài nhưng tiện cứng có khả năng tạo nên lớp bề mặt có ứng suất dư nén làm tăng tuổi thọ về mỏi của chi tiết máy trong các tiếp xúc lăn khi sử dụng, cho năng suất cao hơn mài với đầu tư ban đầu thấp hơn nhiều. Tiện cứng thường dùng trong nguyên công tiện tinh với độ chính xác ngang mài nên các yêu cầu về độ chính xác, độ cứng vững của hệ thống công nghệ rất khắt khe. Vật liệu thường sử dụng làm dao tiện cứng là CBN (Cubic nitrit Bo). Đây là loại vật liệu tổng hợp sử dụng các hạt CBN với chất gắn kết là TiC hoặc kim loại như Co.
Khi sử dụng mảnh dao với hàm lượng CBN thấp (CBN – L) và cao (CBN – H), mòn xuất hiện trên cả mặt trước và sau với ba cơ chế mòn khác nhau là mòn do dính, mòn do cào xước và mòn do nhiệt, trong đó mòn do 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 giảm tuổi bền cũng như khả năng làm việc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học 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 làm việc, nâng cao chất lượng bề mặt gia công là cần thiết đối với ngành cơ khí. Khi tiện thép nhiệt luyện bằng dao nitritbo xuất hiện lực cắt đơn vị lớn, do đó ở vùng tiếp xúc nhiệt độ cắt tăng cao, gây ảnh hưởng đến tuổi bền của dao và chất lượng lớp bề mặt của chi tiết gia công. Xét về mặt mài mòn của dụng cụ cắt cần quan tâm tới nhiệt độ lớn nhất trên mặt trước và mặt sau, sự phân bố nhiệt trên các bề mặt này. Nhưng việc xác định nhiệt độ lớn nhất này rất khó khăn. Mặt khác nhiệt 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 thấp nhằm thoả mãn các yêu cầu về khả năng làm việc đang là yêu cầu cần 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 tiện 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 cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm. Nghiên 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 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 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 dụng trong nghiên cứu nhằm đạt được nhám bề mặt nhỏ nhất hoặc tuổi bền cao nhất của dụng cụ.

...........

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 4.1. Kết luận chung Các kết quả của nghiên cứu cho thấy khi tiện tinh thép 9XC bằng dao PCBN mòn mặt trước và mặt sau là hai dạng mòn chủ yếu. trong giai đoạn đầu, cơ chế mòn mặt trước chủ yếu là biến dạng dẻo do tác dụng cào xước của các hạt cứng trong thép và sự tách ra khỏi bề mặt của các hạt CBN. Cơ chế mòn mặt sau là quá trình bóc tách của các hạt CBN do pha thứ hai của vật liệu dụng cụ bị yếu đi khi tương tác với vật liệu gia công. Trong giai đoạn sau, cơ chế mòn mặt trước là do mỏi dính với sự bóc tách của từng mảng vật liệu trên mặt trước. Cơ chế mòn mặt sau có thể liên quan đến nhiệt, số chu kỳ cào xước của hạt cứng và dính kết hợp với tác dụng ôxi hoá của ôxi từ môi trường tạo nên các mảng dạng vẩy và bong ra khỏi mặt sau. Ba cơ chế mòn chính khi tiện cứng thép 9XC qua tôi khi thay đổi vận tốc cắt từ 160 m/p đến 180 m/p là do mòn dính, mòn do cào xước và mòn do nhiệt. Mòn do nhiệt là dạng mòn chính do dãn nở nhiệt cục bộ của lớp vật liệu dụng cụ trên mặt sau kết hợp với quá trình ôxi hoá ở nhiệt độ cao làm bong các mảnh vật liệu dụng cụ ra khỏi bề mặt. Mòn phát triển nhanh hơn ở vùng dưới lưỡi cắt phụ làm tăng nhám bề mặt và phá huỷ mũi dao. Mòn mặt sau từ lưỡi cắt chính là mòn do dính và mòn do cào xước gây ra bởi các hạt PCBN khi bị bong ra từ vật liệ dụng cụ và các hạt các bít trong vật liệu gia công.Tốc độ mòn tỉ lệ thuận với vận tốc cắt. Khi giảm vân tốc cắt tới 140 m/p, cơ chế mòn do nhiệt không tồn tại mà chỉ còn cơ chế mòn do dính trên mặt sau dưới lưỡi cắt phụ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
86
Mòn do nhiệt phát triển rộng hơn và nhanh hơn trên vùng mặt sau dưới lưỡi cắt phụ là vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu để tìm ra bản chất của hiện tượng này. Từ kết quả nghiên cứu có thể thấy khi gia công tinh thép 9XC tôi cứng trên HRC = 50, không nên sử dụng vận tốc cắt ≥ 160 m/p vì ở vận tốc cắt này dụng cụ sẽ bị phá huỷ rất nhanh do nhiệt. 4.2. Phương hướng nghiên cứu tiếp theo Sử dụng phương pháp cắt trực giao để nghiên cứu bản chất tương tác ma sát trong tiện cứng. Nghiên cứu mối quan hệ giữa trường nhiệt độ phát triển ở vùng mũi lưỡi cắt với nhám bề mặt và tuổi bền của dụng cụ. Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc tế vi lớp bề mặt đến nhám bề mặt và tuổi bền của dụng cụ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
87
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Trần Văn Địch (2004), Gia công tinh bề mặt chi tiết máy, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 2.Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2006), Công nghệ chế tạo máy, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 3.Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ chính xác gia công bằng thực nghiệm, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 4.Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng của quá trình cắt, Trường ĐHKTCN Thái Nguyên. 5. 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 ĐHBK Hà Nội. 6. Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 7. Trần Thế Lục (1988), Giáo trình Mòn và Tuổi bền của dụng cụ cắt, Khoa cơ khí - Trường ĐHBK Hà Nội. 8. Phan Quang Thế (2002), Luận án tiến sỹ: “Nghiên cứu khả năng làm việc của dụng cụ thép gió phủ dùng cắt thép các bon trung bình”, Trường ĐHBK Hà Nội. 9. Nguyễn Quốc Tuấn (2005), Cơ sở chất lượng của quá trình cắt, Trường ĐHKTCN Thái Nguyên. 10. Phan Quang Thế, Trần Ngọc Giang (2008), “Nghiên cứu cơ chế mòn dao gắn mảnh PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, tập 2, số 4 (48).