Luận văn
Nghiên cứu mòn và tuổi bền của
dao phay lăn răng đĩa xích thép
gió sản xuất tại Việt Nam
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
MỤC LỤC Lời cảm ơn Mục lục
1
Danh mục các bảng
4
Danh mục các hình và đồ thị
5
16
1.1.2.2
Thép hợp kim dụng cụ
17
1.1.2.3
Thép gió
19
1.1.2.4
Hợp kim cứng
24
1.1.2.5
Vât liệu sứ
27
1.1.2.6
Kim cương
28
1.1.2.7
Nitritbo lập phương
29
1.2
Mòn dụng cụ cắt
29
1.2.1
Các dạng mòn của dụng cụ cắt
29
1.2.1.1
Mòn theo hình học
29
1.2.1.2
Mài mòn theo mặt sau
36
1.2.3.3
Mòn do nhiệt
36
1.2.3.4
Mòn do khuếch tán
37
1.2.3.5
Mòn do ôxy hoá
37
1.2.3.6
Mòn điện hoá
37
1.3
Mòn của dao phay lăn răng
39
1.4
Kết luận chương 1
39
Chƣơng 2. Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt
40
2.1
Các nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt
40
2.2
Tuổi bền của dụng cụ cắt
46
2.2.1
Khái niệm về tuổi bền dụng cụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
2.2.3.5
Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội
54
2.2.3.6
Tác động của lớp phủ đến mòn và tuổi bền của dụng cắt
56
2.2.3.7
Mòn và tuổi bền của các loại dụng cụ phủ (TiN) khi phay
57
2.2.3.8
Mòn và tuổi bền dụng cụ gia công răng
58
2.3
Mòn và tuổi bền dao phay lăn răng đĩa xích
59
2.4
Kết luận chương 2
59
Chƣơng 3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm mòn và tuổi bền của
dao phay lăn răng đĩa xích
61
3.1
Xây dựng mô hình thực nghiệm
61
3.1.1
Kết quả thí nghiệm đo mòn dụng cụ cắt
74
4.2
Xác định mòn tuổi bền của dao phay đĩa xích
77
4.3
Chất lượng bề mặt gia công đĩa xích
80
4.3.1
Xây dựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với thời gian cắt
80
4.3.2
Xây dựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với vận tốc cắt
81
Chƣơng 5. Kết luận
83
Tài liệu tham khảo
84
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
Phụ lục
86
68
Bảng 4.1
Kết quả đo mòn dao phay lăn răng đĩa xích
75
Bảng 4.2
Bảng xác định tuổi bền của dụng cụ cắt
77
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1
36
Hình 1.11
Sơ đồ các cơ chế mòn của dụng cụ cắt
38
Hình 2.1
Mô hình mòn dụng cụ cắt [1]
40
Hình 2.2
Đồ thị mòn theo thời gian
41
Hình 2.3
Quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt V
42
Hình 2.4
Phạm vi sử dụng của mô hình tuổi bền T = C
v
.V
k
43
Hình 2.5
Quá trình mòn theo thời gian
43
Hình 2.6
Ảnh hưởng V tới tuổi bền T
44
Hình 2.7
Ảnh hưởng S tới tuổi bền T
44
Hình 2.8
bằng HKC WC + TiC; V= 155m/ phút , t=1mm
53
Hình 2.16
Đồ thị mòn mặt sau phụ thuộc vào góc nghiêng chính khi cắt
thép bằng dao HKC WC + TiC
54
Hình 2.17
Tuổi bền khi phay vật liệu thép rèn với mảnh phủ, không phủ
58
Hình 3.1
Máy Phay lăn răng 5K32
61
Hình 3.2
Dao Phay lăn răng đĩa xích
62
Hình 3.3
Bản vẽ đĩa xích
64
Hình 3.4
Máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544
65
Hình 3.5
Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ – 201
66
Hình 3.6
Giao diện phần mềm GEOPAK
69
Hình 3.7
7
Hình 4.7
Quan hệ giữa vận tốc với nhám bề mặt gia công
81
Hình 4.8
Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V
1
=15.14(m/ph
81
Hình 4.9
Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V
3
=24.03(m/ph)
82
Hình 4.10
Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V
4
=30.04(m/ph)
82
răng đều phải mua các loại dao từ nước ngoài với giá cao, điều đó làm tăng chi phí sản
xuất và tăng giá thành sản phẩm, tại Việt Nam hiện nay đã có nhiều cơ sở sản xuất và
chế tạo dụng cụ cắt chuyên dùng, mà chế độ gia công cắt gọt cho các loại dụng dao này
vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, đặc biệt là nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng
cụ cắt. Vì vậy sau khi được sự định hướng và giúp đỡ của thầy TS. Nguyễn Văn Hùng,
tác giả đã chọn đề tài "Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích
thép gió sản xuất tại Việt Nam" là rất cấp thiết nhằm nâng cao hiệu qủa về kinh tế và
kỹ thuật khi ứng dụng các sản phẩm chế tạo trong nước vào thực tế sản xuất.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu được mòn và cơ chế mòn của dao
phay lăn răng đĩa xích và xác định được mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của
dụng cụ cắt
- Xác định được chế độ cắt hợp lý nâng cao tuổi bền của dụng cụ và chất lượng
của sản phẩm
- Làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao phay lăn răng sản xuất tại
Việt Nam.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9
3. Nội dung nghiên cứu
Để đạt mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nội dung nghiên cứu gồm các phần sau:
- Tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của đề tài
- Xây dựng mô hình nghiên cứu và hệ thực nghiệm
- Thực nghiệm và phân tích dữ liệu
- Xác định mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích bằng
thép gió sản xuất tại Việt Nam
- Phân tích kết quả nghiên cứu và bàn luận
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ MÒN DỤNG CỤ CẮT
1.1. Tổng quan về một số vật liệu dụng cụ cắt
1.1.1. Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ
Đặc tính phần dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến năng suất gia công và chất
lượng bề mặt chi tiết. Khả năng giữ được tính cắt của dụng cụ góp phần quyết định
năng suất gia công của dụng cụ. Dụng cụ làm việc trong điều kiện cắt khó khăn vì
ngoài áp lực, nhiệt độ cao, dụng cụ cắt còn bị mài mòn và rung động trong quá trình
cắt.
Trong quá trình gia công, phần cắt của dụng cụ trực tiếp làm nhiệm vụ cắt để
tạo phoi. Để nâng cao năng suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia công, phần cắt của
dụng cụ không những phải có hình dáng hình học hợp lý mà còn phải được chế tạo từ
những loại vật liệu thích hợp. Vì vậy vật liệu dụng cụ cắt cần thiết phải đảm bảo những
yêu cầu cơ bản sau đây.
1.1.1.1. Tính năng cắt
Trong quá trình cắt, ở phần lưỡi cắt trên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt
thường xuất hiện ứng suất tiếp xúc rất lớn, khoảng 4000 5000 N/mm
2
, đồng thời áp
lực riêng lớn gấp 100 200 lần so với áp lực cho phép của chi tiết máy. Nhiệt độ tập
trung trên vùng cắt lên tới 600 900
o
C. Trong điều kiện như vậy, việc cắt chỉ thực
hiện có hiệu quả khi dụng cụ cắt có khả năng giữ được tính cắt trong khoảng thời gian
dài. Điều đó đòi hỏi vật liệu dụng cụ cắt cần phải có đầy đủ những tính chất cơ lý cần
thiết như độ cứng, độ bền nhiệt, độ chịu mòn, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
Độ bền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim như
vomfram, crôm, vanađi, môlipđen, côban Trong đó Vonfram là thành phần hợp kim
cơ bản làm cho thép có độ bền nhiệt. Độ bền nhiệt được nâng cao khi tăng hàm lượng
vanađi. nếu độ bền nhiệt của thép gió P18 là 600
o
C thì khi nâng cao hàm lượng vanađi
đến 5% và vonfram đến 10%, độ bền nhiệt sẽ tăng đến 630
o
C. Nguyên tố côban cũng
ảnh hưởng lớn đến độ bền nhiệt. Khi thép gió có 18% vonfram và 10% côban thì độ
bền nhiệt lên tới 650
o
C.
Ngoài ra, chế độ nhiệt luyện cũng ảnh hưởng nhiều đến độ bền nhiệt của vật liệu
dụng cụ cắt.
- Độ dẫn nhiệt: Độ dẫn nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt càng cao thì nhiệt lượng được
truyền khỏi lưỡi cắt càng nhanh. Do đó giảm sự tập trung nhiệt độ trên vùng cắt, tăng
độ bền mòn cho dụng cụ cắt. Mặt khác, cho phép nâng cao tốc độ cắt. Chính vì kim
cương có độ dẫn nhiệt lớn hơn hẳn so với các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nên cho
phép dao kim cương cắt với tốc độ rất cao.
- Tính chịu mòn: Độ bền mòn của vật liệu dụng cụ cắt được đặc trưng bởi khả năng
giữ vững hình dáng và thông số hình học phần cắt trong quá trình gia công.
Trong quá trình cắt, mặt trước dụng cụ tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với
mặt đang gia công chi tiết với tốc độ trượt lớn, nên vật liệu dụng cụ phải có tính chịu
mòn cao. Phần cắt của dụng cụ, khi đủ sức bền cơ học, thì dạng hỏng chủ yếu là dụng
cụ bị mài mòn. Thực tế chỉ rõ rằng khi độ cứng càng cao thì tính chịu mòn vật liệu
càng cao. Tính chịu mòn vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng.
Do đó cần phải chọn vật liệu dụng cụ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dao, của chi
tiết gia công, nhằm giảm chi phí chế tạo dao cho một đơn vị chi tiết gia công.
1.1.2. Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hƣởng của các yếu tố vật liệu tới mòn và
tuổi bền dụng cụ
Vật liệu dụng cụ cắt được hình thành và phát triển theo nhu cầu phát triển của
khoa học kỹ thuật và của sản xuất. Chúng được chia thành các loại sau: Thép cacbon
dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, vật liệu sứ, kim cương,
nitriítbo lập phương.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14
Lịch sử phát triển và sử dụng các loại vật liệu dụng cụ và đặc tính của chúng
được trình bày trong bảng 1.1 và tính chất của chúng được trình bày trên biểu đồ 1.1
Bảng 1.1. Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ
Năm
Vật liệu dụng cụ
V
c
60m/ph
Nhiệt độ giới hạn
đặc tính cắt
0
C
Độ cứng
HRC
1894
1934
Hợp kim cứng WC và
TiC
300
1000 – 1200
91 - 92
1955
Kim cương nhân tạo
800
100000
HV
1957
Sành sứ
300 – 500
1500
92 - 94
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15
1965
Nitrit Bo
100 – 200
Thép tôi
1600
8000 HV
1970
1.1.2.1. Thép cacbon dụng cụ.
Để bảo đảm cho thép cacbon dụng cụ có đủ độ cứng và có tính chịu mòn cao,
hàm lượng cacbon chứa trong thép thường vào khoảng 0,65 1,35%.
Sau khi nhiệt luyện, độ cứng bề mặt đạt được HRC 60 65, còn trong lõi chỉ
đạt khoảng HRC 40. Vì độ thấm tôi thấp nên phải tôi trong nước hoặc trong hỗn hợp
nước và muối. Do tốc độ nguội nhanh nên trong khi tôi thường bị biến dạng, nứt, vỡ.
Mặt khác thép cácbon dụng cụ rất nhạy cảm với sự quá nhiệt. Khi quá nhiệt, kích
thước hạt tăng nhanh làm độ giòn tăng và dễ gẫy, mẻ.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17
Độ bền nhiệt của thép cácbon dụng cụ thấp, vào khoảng 200
o
250
o
C, độ chịu
mòn kém, tính năng cắt thấp. Do đó thép cac bon dụng cụ chỉ được dùng để chế tạo
dụng cụ cắt làm việc với tốc độ cắt thấp để cắt vật liệu mềm.Thường chỉ cắt với tốc độ
V = 4 10 m/ph.
Ưu điểm của thép cacbon dụng cụ là dễ mài sắc, dễ đạt độ nhẵn bề mặt cao và
giá thành rẻ.
Hiện đang sử dụng một số mác thép cacbon dụng cụ sau: CD70A, CD80A,
CD90A, CD100A, CD110A, CD120A và CD130A (tương đương với mác thép của
Nga là: Y7A, Y8A, Y9A, Y10A, Y11A, Y12A, Y13A). CD là ký hiệu của thép cacbon
dụng cụ. Các chỉ số 70, 80, 90 130 là số phần vạn cacbon chứa trong thép. A là loại
thép tốt (có hàm lượng S < 0,02% và P < 0,03%).
dụng cụ (V = 12 15m/ph).
Để chế tạo dụng cụ cắt, thường dùng các loại thép hợp kim dụng cụ sau: 90 CrSi
(9XC), 100 CrWMn (XB ), 130 Cr12V1 (X12 1), 110 Cr6WV (X6B ). Trong đó
thép 90CrSi được sử dụng rộng rãi nhất vì có những ưu điểm sau:
- Rẻ tiền so với các mác thép hợp kim dụng cụ khác.
- Độ thấm tôi và tính tôi tốt nên sau khi tôi có thể làm nguội trong dầu. Dụng cụ
cắt sau khi tôi ít bị biến dạng, cong vênh.
- Phân bố các bít đồng đều nên độ bền nhiệt cao, cho phép nâng cao tốc độ cắt.
Tuy vậy thép 90 CrSi còn một số nhược điểm sau:
+ Độ cứng ở trạng thái ủ vẫn cao (HB217 235) do đó khó gia công.
+ Khi nhiệt luyện dễ sinh ra lớp thoát cacbon do đó ảnh hưởng xấu đến độ cứng
tại những chỗ mỏng trên phần cắt của dao. Thép 90 CrSi được dùng để chế tạo các
dụng cụ cắt có biên dạng không mài sau nhiệt luyện, các dụng cụ có kích thước lớn,
các dụng cụ gia công ren đặc biệt là bàn ren có bước nhỏ.
Thép hợp kim 100 CrWMn có độ thấm tôi tốt, có thể tôi trong dầu và rất ít bị
biến dạng sau khi nhiệt luyện. Do đó thường dùng để chế tạo dao chuốt nhất là dao
chuốt có chiều dài lớn và kích thước tiết diện ngang nhỏ. Ví dụ như dao chuốt rãnh
then. Nhược điểm của thép 100CrWMn là dễ tạo ra các lưới cacbit do đó làm cho lưỡi
dao dễ bị mẻ. Vì vậy không nên dùng để chế tạo dao làm việc trong điều kiện tải trọng
động lớn.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
19
Tính chất cơ lý và thành phần hoá học của một số thép hợp kim dụng cụ thông
dụng được trình bày ở bảng 1.2
Bảng 1.2 Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ (%)
Nhóm
-
Thép 9CrSi
0.85-0.95
0.3-0.6
1.2-1.6
0.95-1.25
-
-
III
Thép CrMn
1.3-1.5
0.45-0.7
< 0.35
1.3-1.6
-
-
Thép
CrWMn
0.9-1.0
0.8-1.0
0.15-
0.35
0.9-1.2
1.2-
1.6
-
IV
Thép CrW5
1.25-1.5
o
) ;
M - môlíp đen (M
o
).
Các chỉ số đứng sau chữ P, , K, M biểu thị hàm lượng tính theo phần trăm của
vonfram, vanađi, côban, môlíp đen.
Thép gió P18 và P9 được sử dụng phổ biến. Chúng có độ bền nhiệt và tính năng
cắt như nhau. Do đó tuổi bền khi cắt ở vùng tốc độ cao là như nhau. Còn khi cắt ở vùng
tốc độ thấp (dao chuốt), dao thép gió P18 có tuổi bền cao hơn dao thép gió P9 vì độ
chịu mòn ở trạng thái nguội của thép gió P18 cao hơn P9.
Thép gió P9 có hàm lượng vanađi cao hơn nên cứng hơn, khó mài hơn. Khi mài
sắc dễ sinh hiện tượng cháy bề mặt làm độ cứng giảm. Thép gió P9 có hàm lượng
vonfram ít hơn nên rẻ hơn. Mặt khác do ít vonfram nên lượng cacbít dư ít và có sự
phân bố cacbít đồng đều hơn nên có tính gia công tốt ở trạng thái nóng, dễ rèn, dễ cán.
Điều đó quan trọng đối với dụng cụ cắt có phôi được tạo nên bằng phương pháp biến
dạng dẻo (mũi khoan xoắn).
Nhược điểm lớn nhất của thép gió là sự phân bố không đồng nhất của cacbit
sinh ra trong quá trình biến cứng của thép đúc. Do dó làm giảm chất lượng và cơ tính
của thép gió dẫn đến lưỡi cắt dễ bị mẻ gẫy, làm giảm tuổi bền của dao. Vì vậy trước
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
21
khi gia công cơ, phôi thép gió cần được rèn đi rèn lại nhiều lần để phân bố lại cacbít
cho đồng đều.
Đối với dụng cụ cắt có hình dáng đơn giản (dao tiện, dao phay, mũi khoét )
làm việc ở vùng tốc độ cao nên làm bằng thép gió P9. Còn đối với các loại dao định
Nhãn hiệu
C
Cr
W
V
Co
1. Thép có năng xuất thường
P18
0.7 -0.8
3.8 – 4.4
17.5 – 19.0
1.0 – 1.4
-
P9
0.85 – 0.95
3.8 – 4.4
8.5 – 10.0
2.0 – 2.6
-
2. Thép gió có năng suất cao
P9 5
1.4 – 1.5
3.8 – 4.4
0.9 – 10.5
4.3 – 5.1
-
P14 4
1.2 – 1.3
4.0 – 4.6
13.0 – 14.5
1.8 – 2.4
5.0 – 6.0
Tất cả các nhãn hiệu thép nói trên đều có lượng tạp chất hạn chế:
Mn < 0.4%; Si < 0.4%; Mo <0.5%; Ni < 0.4%; P <0.03%; S < 0.03%
Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện. Vì vậy khi nhiệt
luyện thép gió cần chú ý một số điểm chủ yếu sau :
- Không nung nóng thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao ( nhiệt độ tôi bằng
1300
0
C) mà phải tăng nhiệt độ dần dần từ 650
0
C, vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
23
Thông thường thép gió được nung nóng qua 3 lò với nhiệt độ lần lượt 650
0
C, 850
0
C và
1300
0
C
- Phải ram sau khi tôi nhiều lần (3 lần) mỗi lần trong 1 giờ. Sau mỗi lần ram phải
để nguội đến nhiệt độ thường.
Hình1.2. Sơ đồ tôi và ram thép gió
Dùng cho tất cả các loại dụng cụ
cắt để gia công thép các bon,
thép hợp kim.
1.3302
P12
-
T7
-
Dùng như loại trên
-
P9
-
-
-
Dùng để chế tạo các loại dụng cụ
dơn giản, gia công các loại thép
kết cấu.
1.3343
P6M5
S6-
5-2
M2
Z85WDV
06-05-02
Dùng như loại trên, đặc biệt để
chế tạo dụng cụ cắt ren và dụng
cụ cắt chịu va đập.
-
PGM5 3
SG-
kim
1.1.2.4. Hợp kim cứng
Copyright: Tài liệu đại học ©