Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi

phoi, phôi, dao và môi trường phụ thuộc vào vận tốc cắt [6] Từ hình 1.15 ta thấy nhiệt lượng truyền vào phoi lớn nhất và là một hàm của vận tốc cắt. Càng tăng vận tốc cắt nhiệt lượng truyền vào phoi càng nhiều, nhiệt lượng truyền vào phôi và dụng cụ cắt càng ít. Nhiệt lượng truyền vào dao và phôi càng ít càng có lợi cho quá trình cắt gọt. Như vậy trong tiện cứng sử dụng dao PCBN do vận tốc cắt cho phép là rất cao (thường từ 100 ÷220 m/phút) nên nhiệt cắt sinh ra trong quá trình chủ yếu truyền vào phoi khoảng 68 – 85%, nhiệt cắt truyền vào dao là không đáng kể (khoảng 10%) (hình 1.15). Điều đó đặc biệt có lợi cho quá trình gia công. 1.3.2. Trường nhiệt độ Thông qua trường nhiệt độ trên phôi, dụng cụ cắt, phoi ta biết được vùng nào có nhiệt độ lớn nhất, biết được ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình gia công để tìm các biện pháp làm giảm nhiệt độ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 - Trường nhiệt độ trên phôi giúp ta biết được ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình cắt đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công. - Trường nhiệt độ trên dụng cụ cắt giúp ta giải thích về quá trình mòn dụng cụ cắt. - Trường nhiệt độ trên phoi ít có ý nghĩa. Hình 1.16; 1.17 giúp ta biết được trường nhiệt độ trê n dụng cụ cắt – phoi – phôi khi tiện. Hình 1.16: Trường nhiệt độ khi tiện Đường nét liền: Đường đẳng nhiệt; đường nét đứt: Dòng nhiệt.Dòng nhiệt vuông góc với đường đẳng nhiệt. - Nhiệt lượng tập trung trên phoi lớn nhất, nhưng do độ dẫn nhiệt của vật liệu làm dụng cụ cắt nên nhiệt độ tập trung trên dụng cụ cắt thường lớn hơn nhiệt độ tập trung trên phoi và phôi. - Thí nghiệm cho thấy nhiệt độ lớn nhất nằm ở khu vực tiếp xúc giữa dụng cụ cắt và phoi, cách mũi dao (0,3 ÷ 0,5)l, l là chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trước. Khu vực này có áp lực giữ phoi và mặt trước lớn nhất gọi là trung tâm áp lực. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 Ở mũi dao nhiệt độ tập trung cũng rất lớn. Điều này giải thích tại sao dụng cụ cắt mòn theo rãnh lõm ở mặt trước, mòn ở mũi dao… Trường nhiệt độ trên phôi cho thấy, nhiệt độ trên bề mặt có thể tới 6700K, càng xa mũi dao nhiệt độ giảm dần (vì lớp bề mặt chịu ma sát và biến dạng rất lớn, càng xa bề mặt biến dạng càng giảm). Những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trường nhiệt độ cho thấy: - Trường nhiệt độ khi gia công là không ổn định. - Nhiệt độ tại một điểm xác định θ (x,y,z) phụ thuộc vào các yếu tố: + Vật liệu dụng cụ cắt và chi tiết gia công. + Điều kiện cắt. + Phương pháp gia công. Nghiên cứu quá trình mòn dụng cụ cắt phải xét đến nhiệt độ lớn nhất trên mặt trước và mặt sau, sự phân bố nhiệt trên các bề mặt này, xác định được nhiệt độ lớn nhất này thường rất khó khăn, nhiệt độ trung bình ở mặt phân cách phoi - dụng cụ cắt, dụng cụ cắt – phôi gọi là nhiệt độ cắt gọt, gọi tắt là nhiệt cắt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 Hình 1.17: Sự phân bố nhiệt độ khi tiện trên mặt phân cách phoi - dụng cụ 1.3.3. Quá trình phát sinh nhiệt 1.3.3.1. Nhiệt trong vùng biến dạng thứ nhất Theo Trent thì phần lớn công suất sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất biến thành nhiệt [11]. Tốc độ nhiệt trong vùng biến dạng thứ nhất có thể tính gần đúng trên mặt phẳng cắt theo công thức: SSAB VAkQ d .. dt W 1 == (1-15) Trong đó: kAB là ứng suất cắt trung bình trong miền biến dạng thứ nhất AS là diện tích của mặt phẳng cắt Φ = sin bt 1SA Vs là vận tốc của vật liệu cắt trên mặt phẳng )cos( cos γ γ −Φ = CS VV Tuy nhiên chỉ một phần nhiệt β.Q1 truyền vào phôi, phần còn lại (1-β)Q1truyền vào thể tích As.Vn của phoi tạo ra sự tăng nhiệt độ T trong vùng biến dạng thứ nhất, β có thể lớn đến 50% khi tốc độ thoát phoi thể tích thấp, vật liệu cắt có hệ số dẫn nhiệt cao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 Hình 1.18: Đường cong thực nghiệm của Boothroyd để xác định tỷ lệ nhiệt (β) truyền vào phôi [11]. Khi tốc độ thoát phoi thể tích cao thì β được xác định bằng đồ thị thực nghiệm của Boothroyd thông qua hệ số nhiệt 1 1... k tVcR CT ρ = như trên hình 1.18. Trong đó k t là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu gia công. )1( )cos(.. cos)sincos()1( .. . 1 1 β γρ γβ ρ − −Φ Φ−Φ =−=∆ btc FF Vc VkT C n SAB (1 -16) Phần lớn nhiệt sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất truyền vào phôi và bị mang đi theo phoi mà không truyền vào dụng cụ do nhiệt độ trên mặt trước cao hơn hẳn nhiệt độ trong vùng tạo phoi [11]. 1.3.3.2. Nhiệt trên mặt trước (QAC) và trường nhiệt độ Qua các công trình nghiên cứu [11], [41], [43], [42] cho thấy rằng nhiệt sinh ra trên mặt trước của dụng cụ do ma sát giữa phoi, mặt trước và biến dạng dẻo của lớp phoi sát mặt trước (vùng biến dạng thứ hai) sinh ra. Theo Jun và Smith [44] thì nhiệt sinh ra trên mặt trước chỉ vào khoảng 20% tổng số nhiệt sinh ra trong quá trình cắt, nhưng khoảng 50% lượng nhiệt này truyền vào dao và có ảnh hưởng quyết định đến tuổi bền của nó. Cho đến nay bản chất tương tác ma sát trên mặt trước và quy luật chuyển động của lớp phoi dưới cùng còn có nhiều tranh cãi nên chưa có một công thức duy nhất để tính tốc độ sinh nhiệt trên mặt trước [8]. Ví dụ, theo Trent thì nhiệt sinh ra do ma sát trượt của phoi với mặt trước là không đáng kể, mà biến dạng dẻo với mức độ lớn và tốc độ cao của các lớp phoi gần mặt trước là nguồn nhiệt chính sinh ra nhiệt độ cao trong dao [11]. Ông đã đưa ra công thức để tính nhiệt độ phân bố trên mặt trước theo phương thoát phoi như sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 2/1 1 ... ..2 )0,(         = p mS VK x c xT πρ δγτ (1-17) Nhưng Tay, Li và các đồng nghiệp lại cho rằng phần nhiệt sinh ra do ma sát của phoi trên mặt trước là đáng kể và đưa ra các công thức tính tốc độ sinh nhiệt riêng (q2) khác nhau dựa trên các mô hình khác nhau về mô hình ứng suất và phân bố vận tốc của lớp phoi dưới cùng trên mặt trước [45], [42]. 1.3.3.3. Nhiệt trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công (QAD) và trường nhiệt độ Nhiệt sinh ra trên mặt sau của dụng cụ chỉ có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ phát triển trong dao khi lượng mòn mặt sau đủ lớn. Do bề mặt mòn mặt sau được coi là phẳng nên ứng suất trên mặt tiếp xúc coi như phân bố đều. Haris đã xác định được quan hệ của Fc và Ft trong mặt cắt trực giao và được đề cập trong công trình của Li như sau: t VBK F FF F F ave c e ccf c c = − = ∆ t VBK F FF F F ave t t ttf t t = − = ∆ (1-18) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 Hình 1.19: Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn Trong đó: Fc và Ft là lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến với mặt sau, Fcf và Ftf là lực cắt khi dao mòn, VBave là chiều cao mòn trung bình, t là chiều sâu cắt (hình 1.19). Hệ ma sát trên mặt sau được xác định bằng công thức: t c t c t F F K K .=µ (1-19) Với Kc và Kt là các hệ số thực nghiệm. Tốc độ sinh nhiệt q3 trên mặt sau là: bt FVq cc . 1...0671,03 = (1-20) Nhiệt từ ba nguồn trên là nguyên nhân làm tăng nhiệt độ trong dao, giảm độ cứng nóng của vật liệu gia công vì thế xác định trường nhiệt độ trong dụng cụ có ý nghĩa rất quan trọng. Có thể xác định trường nhiệt độ này bằng thực nghiệm hoặc lý thuyết [8] 1.3.3.4 Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt cắt và trường nhiệt độ trong dụng cụ Trong tất cả các yếu tố ảnh hưởng thì vận tốc cắt ảnh hưởng tới nhiệt cắt nhiều nhất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Từ công thức 427 PzVQ = Kcl/phút (1- 21) θ Hình 1.20 : Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt độ cắt 1. Thép austenit mangan 2. Thép Cacbon 3. Gang 4. Nhôm Ta thấy V tăng, Q tăng. Mặt khác khi V tăng đến giá trị nào đó thì V tăng lực Pz giảm. Do đó V tăng, Q tăng nhưng không tỷ lệ với V (ở mức độ chậm hơn). Vận tốc cắt càng tăng thì thời gian tỏa nhiệt từ phoi vào chi tiết gia công và dụng cụ cắt càng giảm nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt phần lớn là đi theo phoi (phoi là nguồn nhiệt chính). Nguồn nhiệt làm nóng dụng cụ cắt bây giờ chủ yếu là công thắng lực ma sát giữa phoi và mặt trước, mặt sau và phôi, nó tăng lên cùng với việc tăng vận tốc cắt. Nhưng vận tốc cắt càng cao thì nhiệt cắt tăng càng chậm (do µ giảm) và tiệm cận với đường nhiệt độ nóng chảy của vật liệu gia công (hình 1.20) vì công thắng lực ma sát không tăng nữa. Thực nghiệm cho thấy quan hệ giữa θ và V theo công thức sau : θo = Cl.Vu (1-22) θo : Nhiệt cắt Cl : Hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công (vật liệu gia cô ng, chiều sâu cắt, dung dịch trơn nguội, thông số hình học dụng cắt… ). u : số mũ biểu thị ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt cắt θ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 u = 0,26 ÷ 0,72 chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu gia công, phương pháp gia công (θ < u < 1) thể hiện nhiệt cắt tăng chậm hơn V). 1.4. Kết luận Quá trình cắt trong tiện cứng là tổng hợp của nhiều yếu tố công nghệ. Chủ yếu do nhiệt cắt, lực cắt dẫn tới mòn dụng cụ nhanh chóng, ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm. Để có thể đáp ứng được yêu cầu trên, lần lượt các vật liệu dụng cụ mới ra đời như các dao thép gió, các mảnh HKC, kim cương nhân tạo, đặc biệt là mảnh Nitrit Bo. Đặc trưng là các mảnh CBN, chúng làm cho quá trình vật lý diễn ra trong quá trình cắt thép có độ cứng cao trở lên đơn giản hơn, thậm chí hầu hết không cần tới dung dịch trơn nguội. Vậy bản chất vật lý của tiện cứng không khác nhiều tiện thông thường. Tuy nhiên người ta cố gắng chế tạo vật liệu dao, kết cấu mảnh, thông số hình học, … phù hợp nhất để giải phóng càng nhiều nhiệt cắt khỏi vùng cắt càng có lợi cho tiện cứng. 1.5. Mòn dụng cụ cắt 1.5.1. Dạng mòn Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt và sự tách vật liệu từ một hoặc cả hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau. Eyre và Davis định nghĩa mòn liên quan đến sự hao hụt về khối lượng hoặc thể tích, dẫn đến sự thay đổi vượt quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của bề mặt. Nói chung mòn xảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt. Trong quá trình chuyển động tương đối đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào tách ra, sau đó vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành những hạt mài rời. Trong trường hợp vật liệu chỉ dính từ bề mặt này Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 sang bề mặt khác, thể tích hay khối lượng mòn ở vùng tiếp xúc chung bằng không mặc dù một bề mặt vẫn bị mòn. Định nghĩa mòn nói chung dựa trên sự mất mát của vật liệu, nhưng sự phá huỷ của vật liệu do biến dạng mà không kèm theo sự thay đổi về khối lượng hoặc thể tích của vật liệu cũng là một dạng mòn. Giống như ma sát, mòn không phải là do tính chất của vật liệu mà là sự phản ứng của một hệ thống, các điều kiện vận hành sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến mòn ở bề mặt tiếp xúc chung sai lầm đôi khi cho rằng ma sát lớn trên bề mặt tiếp xúc chung là nguyên nhân mòn với tốc độ cao. Mòn bao gồm các hiện tượng chính tương đối khác nhau và có chung một kết quả là sự tách vật liệu từ các bề mặt trượt đó là: dính - mỏi bề mặt – va chạm – hoá ăn mòn và điện. Theo thống kê khoảng 2/ 3 mòn xảy ra trong công nghiệp là do các cơ chế dính, trừ mòn do mỏi, mòn do các cơ chế khác là một hiện tượng xảy ra từ từ. Trong thực tế, mòn xảy ra do một hoặc nhiều cơ chế. Trong nhiều trường hợp mòn sinh ra do một cơ chế nhưng có thể phát triển do sự kết hợp với các cơ chế khác làm phức tạp hoá sự phân tích hỏng do mòn. Phân tích bề mặt các chi tiết bị hỏng do mòn chỉ xác định được các cơ chế mòn ở giai đoạn cuối. Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ giảm dần đến một lúc nào đó dụng cụ sẽ không tiếp tục cắt được do mòn hoặc hỏng hoàn toàn. Mòn dụng cụ là chỉ tiêu đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ bởi vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế của quá trình gia công. Sự phát triển và tìm kiếm những vật liệu dụng cụ mới cũng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 như các biện pháp công nghệ mới để tăng bền bề mặt chính là nhằm mục đích làm tăng khả năng chống mòn của dụng cụ [8]. Trong quá trình cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dao gây nên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ. Mòn dụng cụ là một quá trình phức tạp xảy ra theo hiện tượng lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công. Trong quá trình cắt, áp lực trên các bề mặt tiếp xúc lớn hơn rất nhiều so với áp lực làm việc của chi tiết máy ( khoảng 15 ÷ 20 lần) và dụng cụ bị mòn theo nhiều dạng khác nhau hình 1.21 [6]. Hình 1.21: Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện Phần cắt dụng cụ trong quá trình gia công thường bị mòn theo các dạng sau: - Mòn theo mặt sau hình 1.21a. - Mòn theo mặt trước hình 1.21b. - Mòn đồng thời cả mặt trước và mặt sau hình 1.21c. - Mòn tù lưỡi cắt hình 1.21d. (a) Mßn trßn mòi dao Vc.t10,6 < 11 (b) Mßn mÆt tr­íc t¹i l­ìi c¾t 11 < Vc.t1 0,6 < (c) Mßn mÆt sau 17 < Vc.t10,6 < Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 Hình 1.22: Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ Hình ảnh cấu trúc của hai loại thép này được chỉ ra trên hình 1.12 với chất dính kết là Co đối với CBN – H và Co, TiN với CBN – L. Mặc dù CBN – H có độ cứng cao hơn và độ dai va đập cao hơn nhưng tuổi bền của CBN – L lại cao hơn và tạo nên độ bóng bề mặt tốt hơn [13]. Hợp kim cứng với tích Vc . t10,6 Trong đó: V tính bằng m/ p và t1 tính bằng mm/ v [20] Mòn mặt trước và sau là hai dạng mòn thường gặp nhất trong cắt kim loại. Các thông số hình học đặc trưng cho hai vùng mòn này được chỉ ra trên hình 1.23. Loladze [21] cho rằng cơ chế hình thành vùng mòn mặt trước của dao hợp kim cứng khác so với dao thép gió. Theo ông thì 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. Tóm lại mòn mặt trước đều có nguồn gốc do nhiệt. Boothroyd [22] cho rằng mòn mặt sau xảy ra do tương tác giữa mặt sau dụng cụ với bề mặt gia công và bề mặt mòn song song với phương của vận tốc cắt. Theo Trent [11] mòn mặt sau xảy ra trong hầu hết các quá trình cắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 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 carbides tạo nên bề mặt mòn không bằng phẳng. Còn ở tốc độ cắt cao vùng mòn mặt sau nhẵn và trơn. Lượng mòn mặt trước và mặt sau có thể tính toán gần đúng theo [19] như sau: Thể tích mòn mặt sau: 2 ..2 αtgbVBV avew = (1– 23) Trong đó: VBave là chiều cao trung bình của vùng mòn Thể tích mòn mặt trước. 3 )(2 KTKFKBbVcr − = (1– 24) Các kích thước dùng xác định mòn chỉ ra trên hình 1.23. Có thể đo bằng kính hiển vi dụng cụ, bằng 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 radiotracer (phương pháp đồng vị phóng xạ) để xác định. Hình 1.23: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 và mặt sau – ISO3685 [19] 1.5.2. Các cơ chế mòn cơ bản của dụng cụ cắt Theo Shaw [20] mòn dụng cụ có thể do dính, hạt mài, khuếch tán, ôxy hoá và mỏi. Các cơ chế mòn này xảy ra đồng thời trong quá trình cắt tuy nhiên tuỳ theo điều kiện cắt cụ thể mà một cơ chế nào đó chiếm ưu thế. Ngoài ra dụng cụ còn bị phá huỷ do mẻ dăm, nứt và biến dạng dẻo. Theo Lofer [23] trong cắt kim loại nhiệt độ cắt hay vận tốc cắt là nhân tố ảnh hưởng mạnh nhất đến sự tồn tại của các cơ chế mòn và phá huỷ. Ở dải vận tốc cắt thấp và trung bình, cơ chế mòn do dính và mòn do hạt mài chiếm ưu thế cho cả cắt liên tục và gián đoạn. Khi tăng vận tốc cắt, mòn do hạt mài và hoá lý trở nên chiếm ưu thế đối với cắt liên tục và tạo nên vùng mòn mặt trước. Sự hình thành các vết nứt do ứng suất nhiệt biến đổi theo chu kỳ là cơ chế mòn chủ yếu dẫn đến vỡ lưỡi cắt khi cắt không liên tục (hình 1.24). Hình 1.24: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục (a) và cắt gián đoạn (b) [23] 1.5.2.1. Mòn do dính NhiÖt lµm gi¶m søc bÒn Mßn do dÝnh VËn tèc c¾t VËn tèc c¾t NhiÖt lµm gi¶m søc bÒn øng suÊt uèn Xung Mßn do dÝnh Mßn do h¹t mµi Mßn do h¹t mµi ¤xy ho¸, khuÕch t¸n T­¬ng t¸c ho¸ lý T­¬ng t¸c ho¸ lý Mái bÒ mÆt Mái vËt liÖu Ph ©n b æ cñ a bi Õn d ¹n g vµ m ßn Ph ©n b æ cñ a vì n øt v µ m ßn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 Theo Boothroyd [22] và Loladze [21] mòn do dính sẽ phát triển mạnh, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao, các vùng dính bị trượt cắt và tái tạo liên tục theo chu kỳ thậm chí trong khoảng thời gian cắt ngắn. Hiện tượng mòn có thể gọi là dính mỏi. Khả năng chống mòn dính mỏi phụ thuộc vào sức bền tế vi của các lớp bề mặt dụng cụ và cường độ dính của nó với vật liệu gia công. Cường độ này được đặc trưng bởi hệ số cường độ dính ka là tỉ số giữa lực dính riêng và sức bền của vật liệu gia công tại một nhiệt độ xác định. Với đa số các cặp vật liệu thì ka tăng từ 0,25 đến 1 trong khoảng nhiệt độ từ 900oC ÷ 1300oC. Bản chất phá huỷ vật liệu ở các lớp bề mặt do dính mỏi là cả dẻo và dòn. Loladze [24] cho rằng độ cứng của mặt dao đóng vai trò rất quan trọng trong cơ chế mòn do dính. Khi tăng tỉ số độ cứng giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công từ 1,47 đến 4,3 mòn do dính giảm đi khoảng 300 lần. Trent [1] đã chỉ ra rằng dao thép gió bị biến dạng dẻo mạnh dưới tác dụng của ứng suất tiếp trên vùng mòn mặt trước ở nhiệt độ khoảng 900oC. Khi mặt dưới của phoi dính chặt vào mặt trước thì ứng suất tiếp cần thiết để tạo ra sự trượt của các lớp phoi bị biến cứng cũng đủ để gây ra sự trượt trong các lớp vật liệu dụng cụ trong vùng mòn gây ra mòn do dính. Điều này cũng phù hợp với quan điểm của Loladze [18] cho rằng mức độ biến cứng của các lớp dưới của phoi thép cacbon khi biến dạng dẻo với tốc độ biến dạng cao ít phụ thuộc vào nhiệt độ. 1.5.2.2. Mòn do hạt mài Theo Loladze [21] mòn dụng cắt do hạt mài có nguồn gốc từ các tạp chất cứng trong vật liệu gia công như oxides và nitrides hoặc những hạt cácbít của vật liệu dụng cụ trong vùng tiếp xúc giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công tạo nên các vết cào xước trên bề mặt dụng cụ. Môi trường xung quanh có ảnh hưởng lớn đến cường độ của mòn do hạt mài, ví dụ khi gia công cắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 trong môi trường có tính hoá học mạnh, lớp bề mặt bị yếu đi và các hạt mài có thể cắm sâu hơn ở vùng tiếp xúc và tăng tốc độ mòn, Armarego [25] cho rằng khả năng chống mòn do hạt mài tỷ lệ thuận với các tính chất đàn hồi và độ cứng của hai bề mặt ở chỗ tiếp xúc. Trái lại Trent [11] cho rằng trong điều kiện “ Seizure” các hạt mài riêng rẽ không đóng vai trò quan trọng đối với mòn dụng cụ. Theo ông thì các hạt carbides trong thép gió bị suy yếu do hiện tượng khuếch tán bị tách ra và kéo trên bề mặt tiếp xúc tạo nên các rãnh mòn. Tuy nhiên theo ông khi phoi trượt trên mặt trước của dụng cụ thì mòn do hạt mài sẽ có chiếm ưu thế. 1.5.2.3. Mòn do khuếch tán Nhiệt độ cao phát triển trong dụng cụ đặc biệt là trên mặt trước khi cắt tạo phoi dây là điều kiện thuận lợi cho hiện tượng khuếch tán giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công. Colwel [26] đã đưa ra nghiên cứu của Takeyama cho rằng có sự tăng đột ngột của tốc độ mòn tại nhiệt độ 930oC khi cắt bằng dao hợp kim cứng. Điều này liên quan đến một cơ chế mòn khác đó là hiện tượng mòn do khuếch tán, ôxy hoá hoặc sự phân rã hoá học của vật liệu dụng cụ ở các lớp bề mặt. Theo Brierley và Siekmann [27] hiện nay mòn do khuếch tán được chấp nhận rộng rãi như là một dạng mòn quan trọng ở tốc độ cắt cao. Họ chỉ ra các quan sát của Opitz cho thấy trong cấu trúc tế vi của các lớp dưới của phoi thép cắt bằng dao hợp kim cứng chứa nhiều cácbon hơn so với phôi. Điều đó chứng rỏ rằng cácbon từ các bít volfram đã hợp kim hoá hoặc khuếch tán vào phoi làm tăng thành phần cácbon của các lớp này. Min và Youzhen [28] đã phát hiện hiện tượng khuếch tán khi phay hợp kim Titan bằng dao phay mảnh hợp kim cứng ở vận tốc cắt 200m/p. Họ đã Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 quan sát một lớp giàu cácbon dọc theo mặt tiếp xúc giữa bề mặt dụng cụ và vật liệu gia công. Dưới bề mặt của dụng cụ xuất hiện một lớp thiếu cácbon. Trent [29] cho rằng do dính hiện tượng khuếch tán xảy ra qua mặt tiếp xúc chung của dụng cụ và vật liệu gia công là hoàn toàn có khả năng. Dụng cụ bị mòn do các nguyên tử cácbon và hợp kim khuếch tán vào phoi và bị cuốn đi. Khuếch tán là một dạng của ăn mòn hoá học trên bề mặt dụng cụ nó phụ thuộc vào tính linh động của các nguyên tố liên quan. Tốc độ mòn do khuếch tán không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ cao mà còn phụ thuộc vào tốc độ của dòng vật liệu gần bề mặt dụng cụ có tác dụng cuốn các nguyên tử vật liệu dụng cụ đi. Ekemar [30] cho rằng khi cắt thép và gang tương tác giữa vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ có thể xảy ra. Thành phần chính của các lớp phoi tiếp xúc với dụng cụ là austenite với thành phần cácbon thấp khi nhiệt độ vùng tiếp xúc đủ cao. Austenite này hoà tan một số các nguyên tố hợp kim của dụng cụ trong quá trình cắt. Hau – Bracamonte [31] đã phát hiện ra sự austenite hoá của thép cácbon thấp ở nhiệt độ 750o mặc dù quá trình tiếp xúc của phoi trên mặt trước rất ngắn. Trái với Ahman và đồng nghiệp [32] đã cho rằng khuếch tán không có ảnh hưởng trực tiếp đến mòn. Các kết quả tính toán và thực nghiệm của họ đã chỉ ra rằng ảnh hưởng của khuếch tán đến mòn dụng cụ thép gió ở chế độ cắt thông thường là không đáng kể. 1.5.2.4. 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 hìnht hành. 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 lại được hình thành theo một quá trình kế tiếp nhau liên tục. Tuy nhiên theo Halling thì lớp màng ôxit 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 ôxits không thể hình thành được. 1.6. Mòn dụng cụ PCBN Theo Tren [11], lưỡi cắt của mảnh dao PCBN không bị biến dạng khi cắt. Mòn mặt trước và mặt sau là hai dạng mòn chủ yếu của dao tiện PCBN, mòn mặt trước bắt đầu từ rất gần lưỡi cắt trên vùng cạnh viền do lượng chạy dao nhỏ. Hình 1.25: Sơ đồ mòn mặt trước và sau của mảnh dao PCBN trên mặt cắt ngang [15] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Hình 1.25 minh hoạ về mòn dao CBN khi gia công thép qua tôi. Từ hình 1.25 có thể thấy rằng khi gia công thép hợp kim qua tôi dao CBN bị mòn cả mặt trước và mặt sau [15]. Tuy nhiên theo các kết quả ngh iên cứu Kishawy và Elbestawy [12] khi sử dụng dao tiện PCBN với γ = - 6o và α = 0o cho thấy hiện tượng biến dạng dẻo lưỡi cắt xuất hiện dọc theo lưỡi cắt xuất hiện dọc theo lưỡi cắt (hình 1.26). Khi tăng bán kính lưỡi cắt, mòn mặt sau tăng do tác dụng tăng thành phần lực cắt Py. Trái lại khi giảm bán kính lưỡi dao tuổi bền của dụng cụ tăng lên do tác dụng giảm thành phần lực cắt P y. Mòn mặt sau của dụng cụ với những rãnh trên mặt sau tương ứng với hai cạnh của phoi là dạng mòn chính [12]. Hình 1.26: Hình ảnh biến dạng dẻo lưỡi cắt [12] (V = 250m/p, S = 0,1mm/v, t = 0,125mm, r = 3,2mm, lưỡi cạnh viền) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 Hình 1.27: Hình ảnh mòn mặt sau dao BZN 8100 và BZN6000 [13] Trong nghiên cứu của Kevin và đồng nghiệp [13] sử dụng 2 loại mảnh dao CBN – H với chất liên kết là Co và CBN – L với chất liên kết là TiN và một lượng nhỏ Côban tiện thép AISI 52100 cho thấy mòn mặt sau tăng theo quy luật gần như tuyến tính với chiều dài cắt tuy nhiên tốc độ mòn mặt sau của dao CBN – H cao hơn. Mòn xuất hiện trên cả mặt trước và mặt sau, lớp đọng vật liệu gia công xuất hiện trên vùng mòn mặt sau của cả 2 loại mảnh dao. Lớp này mịn và đồng đều trên mặt sau của dao CBN – L, ráp và kèm theo các rãnh trên mặt sau của dao CBN – H. Hình ảnh các hạt CBN bị tách ra khỏ