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

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o §¹i häc th¸i nguyªn Tr­êng ®¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp -------------------------------------------------------- trÇn ngäc giang Nghiªn cøu mèi quan hÖ gi÷a mßn vµ tuæi bÒn cña dao g¾n m¶nh PCbn theo chÕ ®é c¾t khi tiÖn thÐp 9xc qua t«i Chuyªn ngµnh: C«ng nghÖ ChÕ t¹o m¸y LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt Người hướng dẫn khoa học PGS.TS. Phan Quang ThÕ Th¸ i nguy ªn - 2008 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, Pòhng thí nghệi m 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 Lời nói đầu  MỤC LỤC  Trang Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 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 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   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   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  82   chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC qua tôi    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   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 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 γ mt: 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 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 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình vẽ 1.1. Máy và quá trình cắt khô trong tiện cứng  Trang 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  19   (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại Hình vẽ 1.11. Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi 20 trường phụ thuộc vào vận tốc cắt Hình vẽ 1.12. Đường cong thực nghiệm của Boothroyd để xác 21 định tỷ lệ nhiệt (β) truyền vào phôi 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 34 cứng với các lượng chạy dao khác nhau (khi dao chua mòn) Hình vẽ 2.4. Quan hệ giữa vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng 35 ứng với các lượng mòn mặt sau khác nhau của dao tiện Hình vẽ 2.5. Quan hệ giữa bán kính mũi dao, chiều sâu cắt và ứng 38 suất dư lớp bề mặt Hình vẽ 2.6. Ảnh 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 số dạng mòn của dụng cụ hợp kim 52 cứng với thể tích V .t 0,6 Hình vẽ 3.4. Các thông số đặc trưn g cho mòn mặt trước và mặt 53 sau - ISO3685 Hình vẽ 3.5. Vùng mài lại của dụng cụ cắt 54 Hình vẽ 3.5. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt 57 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: α=80, γ=100, λ=40, χ=900, ε= 600, r=1mm, thời gian cắt T =30 phút. 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 thiết bị thí nghiệm 64 Hình vẽ 4.2. Mô hình thí nghiệm 64 Hình vẽ 4.3. Máy tiện CNC- HTC2050 65 Hình vẽ 4.4. Mảnh dao TPGN, 160308 T2001 66 Hình vẽ 4.5. Thân dao MTENN 2020K16-N (hãng CANELA) 66 Hình vẽ 4.6. (a), Phôi thép 9XC qua tôi ứcng, (b,c) Ảnh quang 67 học cấu trúc tế vi thép 9XC theo hai phương song song và vuông góc với trục Hình vẽ 4.7. Đồ thị quan hệ giữa thời gian cắt và nhám Ra, Rz 71 Hình vẽ 4.8. 1(a,b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 1 sau 2,61 72 phút cắt; 1(c,d) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 1 được phóng to với các vết biến dạng dẻo bề mặt;1(e) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1;1(f) Hình ảnh mặt sau mảnh số 1được phóng to. Hình vẽ 4.9. 2(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 2 sau 5,19 phút 73 cắt; 2(b,c,d) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 2 được to;3(a,b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 3 sau 7,69 phút cắt; 3(c,d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 3. Hình vẽ 4.10. 4(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 4 sau 10,09 74 phút cắt; 4(b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 4 được to;4(c,d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 4 ; 4(e,f) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 4 được phóng to. Hìnhvẽ 4.11. 5(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 5 sau 12,36 75 phút cắt; 5(b,c) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 5 được to;5(d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 5 ; 5(e,f) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 5 được phóng to; 5(b) Hình ảnh cơ chế mòn mặt trước với sự bóc tách của lớp vật liệu dụng cụ. Hình vẽ 4.12. 1(a) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1 sau 2,61 phút 76 cắt; 3(b) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 3 sau 7,69 phút cắt;4(c) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 4 sau 10,09 phút cắt ; 5(d) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 5 sau 12,36 phút cắt. Hình vẽ 4.13. Quy hoạch thực nghiệm theo khối lập phương 84 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ cắt 17 Bảng 1.2. Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ cắt 18 Bảng 1.3. Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ phủ 18 Bảng 2.1. Các giá trị R a, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp 31 độ nhám bề mặt Bảng 2.2. Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của các phương 33 pháp gia công cơ Bảng 3.1. Các thông số chế độ cắt khác nhau của Dawson và 58 Thomas Bảng 4.1. Thành phần các nguyên tố hoá học thép 9XC 67 Bảng 4.2. Chế độ cắt và các thông số nhám 69 Bảng 4.3. Thời gian cắt và các thông số nhám 70 Bảng 4.4. Bộ thông số chế độ cắt 83 Bảng 4.5. Ma trận thí nghiệm 85 Bảng 4.6. Ma trận 6 thí nghiệm thứ nhất 86 Mở đầu CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1. Giới thiệu về công nghệ tiện cứng Tiện cứng (hard turning) chính thức được giới thiệu ở nước ta vào năm 1988, tuy nhiên công nghệ này chưa có điều kiện phát triển mạnh. Cho tới những năm gần đây khi sự đổi mới về khoa học kỹ thuật đang trở thành tất yếu thì tiện cứng đã phát huy được vai trò to lớn của nó trong việc gia công tinh các sản phẩm thép qua tôi cứng. Các chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun và những chi tiết của hệ thống thuỷ lực,... sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc mài khôn. Các nguyên công này thường thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian. Hơn nữa chi phí dung dịch trơn nguội cho nguyên công mài cũng khá cao. Mặt khác chất thải khi mài ngày càng là vấn đề của môi trường sống. Những lý do trên đã thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công tinh chi tiết. Phương án tối ưu cho việc thay thế này chính là tiện cứng. Tiện cứng là một cách sử dụng dao bằng mảnh vật liệu siêu cứng CBN (Cubic boron nitride), PCBN, PCD hoặc Ceramic tổng hợp nhằm thay thế cho mài trong gia công thép qua tôi (thường ≥ 45HRC). Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá. Cấp chính xác khi tiện cứng có thể đạt IT5-7, nhám bề mặt Rz = 2 - 4 m , rõ ràng với chất lượng đạt được như vậy, tiện cứng hoàn toàn thay thế được cho mài trong hầu hết các trường hợp gia công công tinh các sản phẩm. Các sản phẩm trong tiện cứng khá linh hoạt, từ các chi tiết dạng trục trơn (các trục ngắn), con lăn,.. tới các chi tiết có biên dạng phức tạp hơn,.. Để áp dụng công nghệ này hệ thống máy, dao, đồ gá phải đảm bảo các yêu cầu như: Máy tiện đủ độ cứng vững, đủ tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp. Các máy tiện NC, CNC được khuyến cáo thực hiện công việc này.
Hình vẽ 1. Máy Emco Turn 332 Mcplus và Quá trình cắt khô trong tiện cứng Các máy tiện điều khiển bằng tay có thể được dùng nếu đáp ứng được các yêu cầu này. Đồ gá trong tiện cứng phụ thuộc vào biên dạng các sản phẩm yêu cầu. Nhìn chung các chi tiết gia công đều được cắt mà ít sử dụng đồ gá phụ vì lý do độ cứng vững cần có trong tiện cứng. Hơn nữa với các máy điều khiển số thì điều này không còn nhiều ý nghĩa. Các đồ gá phụ thường kèm theo các máy khi sản xuất. Dao tiện thường sử dụng là các mảnh lắp ghép với thân theo tiêu chuẩn của từng máy. Các mảnh có nhiều loại theo hình dạng, phần trăm lượng CBN, chất kết dính,..Khi hết tuổi bền các mảnh không thể mài lại như các dao thông thường. Chúng được thay ra hoặc xoay đi dùng lưỡi cắt mới (với mảnh nhiều lưỡi). Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là TPGN, CNMA, DNMA, TNG,..Các mảnh hợp kim cương thường là CCMT, CPGM,..nói chung hàm lượng CBN phụ thuộc vào nhà sản xuất. Người ta phân ra làm ba loại, hàm lượng cao (nhiều hơn 90% CBN), trung bình ( khoảng 72% CBN) và thấp (nhỏ hơn 60% CBN). Các mảnh có hàm lượng cao thường sử dụng cho tiện truyền thống để gia công các vật liệu mềm hơn như kim loại bột, gang và một số hợp kim đặc biệt. So với các mảnh carbide thì các mảnh CBN có giá thành cao hơn đáng kể ( từ 4 - 5 lần), song dao CBN lại có tuổi bền lớn hơn rất nhiều. Chi phí dao cụ sẽ không là trở ngại khi đã loại bỏ công đoạn mài tinh. Nhiều xưởng sản xuất còn nhận thấy việc giảm chi phí dung dịch trơn nguội do cắt khô đã bù đắp lượng chi phí cao hơn về dao. Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim cứng bề mặt stellites. Việc hợp kim stellites có thể gia công bằng tiện cứng đã mở rộng khả năng của tiện cứng kể cả trong công việc sửa chữa. Vật liệu điển hình được tiện cứng là các thép hợp kim qua tôi cứng.


Hình vẽ 2. Ký hiệu một số mảnh CBN dùng trong tiện cứng Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ cắt thấp hơn quy định thì mảnh CBN sẽ bị mòn nhanh và hư hỏng. Thông thường chế độ cắt khuyến cáo là: với tiện tinh độ cứng vật liệu từ 55 - 67HRC, V = 80 - 160 (m/ph), S = 0,04 - 0,08 (mm/vg); t = 0,1 - 0,5mm với tiện chính xác độ cứng vật liệu từ 45 - 60HRC, V= 120 - 180 (m/ph), S = 0,02 - 0,04 (mm/vg), t = 0,02 - 0,3mm 1. Nhiều nhà máy chế tạo ổ đỡ, bánh răng, con lăn và trục bằng thép đã tôi sử dụng chế độ cắt này. Họ có thể đạt dung sai kích thước đến  0,01mm hoặc cao hơn nếu thời gian chế tạo lâu hơn và nhám bề mặt rất nhỏ. Ngoài ra giá thành máy mài có thể đắt gấp 2-3 lần máy tiện. Trong nhiều phân xưởng hiện nay họ đã thay thế tiện cứng cho mài truyền thống. Đồng thời khi sử dụng tiện cứng thời gian chu kỳ và điều chỉnh ngắn hơn nhiều so với mài. Qua đó có thể kết luận rằng, việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công tinh lần cuối đã mang lại những lợi ích sau: - Giảm thời gian và chu kỳ gia công một sản phẩm. - Giảm chi phí đầu tư thiết bị. - Tăng độ chính xác gia công. - Đạt độ nhẵn bề mặt cao hơn. - Cho phép nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu (từ 2 - 4 lần). - Gia công được các contour phức tạp. - Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá. - Có thể chọn gia công có hoặc không có dụng dich trơn nguội. Gia công khô giảm chi phí gia công và không có chất thải ra môi trường. Một lợi thế quan trọng nữa khi tiện cứng đó là việc tạo ra một lớp ứng suất dư nén khi gia công, điều này đặc biệt có lợi với những chi tiết yêu cầu độ bền mỏi cao. Điều này với mài lại là một bất lợi. Mặc dù vậy tiện cứng cũng có những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ yếu cắt khô nên nhiệt rất cao, dụng cụ có lưỡi cắt đơn nên quá trình cắt không ổn định, chi phí dụng cụ cắt cao, khi gia công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằm ngoài vùng cho phép (trục dài), khi chiều sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới hạn (tmin) thì quá trình cắt không thể thực hiện được. Từ những năm 1970 các nghiên cứu đã tập trung vào hướng công nghệ mới để đạt được các mục đích này. Nhưng phải đến những năm 1990, với sự phát triển mạnh của các máy công cụ tiên tiến và vật liệu Nitrit Bor lập phương thì tiện cứng mới được áp dụng rộng rãi trong chế tạo máy. Tiện cứng đã thực sự trở thành công nghệ không thể thiếu trong việc gia công tinh các chi tiết qua tôi cứng. Điều này góp phần không nhỏ cho quá trình lớn mạnh của ngành chế tạo máy nói riêng và ngành công nghiệp nói chung. 2. Tính cấp thiết của đề tài Qua phần giới thiệu về công nghệ tiện cứng có thể thấy rằng, việc nghiên cứu về tiện cứng, phân tích các quá trình lý, hóa trong tiện cứng đã và đang được quan tâm, tiến hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu cũng như các trường đại học trên thế giới. Tuy nhiên từ những công bố trên các tạp chí khoa học cho thấy các kết quả nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình tiện cứng thép ổ lăn AISI 5210 0 (tiêu chuẩn Mỹ). Đồng thời các nghiên cứu này chưa đề cập nhiều về vấn đề mòn và tuổi bền của các mảnh dao, đặc biệt với loại thép 9XC, mặt khác việc ứng dụng công nghệ này ở nước ta còn mang nhiều tính kinh nghiệm. Đưa ra được một lý thuyết góp phần cải thiện và nâng cao hiệu quả sản xuất là một tất yếu của các nhà chuyên môn. Ta lại biết rằng tiện cứng chủ yếu dùng trong gia công tinh, mảnh dao thường có giá thành cao, vì vậy tuổi bền của mảnh dao càng trở nên quan trọng bởi trong quá trình cắt nếu phải thay dao nhiều sẽ tăng sai số, thời gian máy,.. ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu 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 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 đề có tính ứng dụng cao. Tác giả đã chọn loại vật 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 gọt 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 Về mặt khoa học, đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học 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 9XC qua tôi. Về mặt thực tiễn sẽ áp dụng kết quả khi nghiên cứu thép 9XC vào một cơ sở Sản xuất ở Thái Nguyên. Qua đó nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường và thúc đẩy các nghiên cứu mới trên các khía cạnh khác nhau về tiện cứng. 2.3. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết 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. 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 cắt kim loại là quá trì nh lấy đi một lớp phoi trên bề mặt gia công để có chi tiết đạt hình 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 tạo ra phoi, lực tác dụng vào da o cần phải đủ lớn để tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công.