ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CƠNG
NGHỆ ĐẾN Q TRÌNH TẠO PHOI VÀ CHẤT
LƯỢNG BỀ MẶT KHI PHAY THÉP SUS 304

HÀ ĐỨC THUẬN



Thái Ngun, 2013
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Trần Minh Đức
HỌC VIÊN

Hà Đức Thuận
KHOA ĐÀO TẠO SĐH BGH TRƯỜNG ĐHKTCN


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 4
LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tơi xin được cảm ơn TS. Trần Minh Đức, Phó hiệu trưởng -
Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp, thầy hướng khoa học của tơi về tình cảm,
sự tận tình dành cho tơi trong nghiên cứu, những đóng góp q báu của Thầy
trong nghiên cứu và viết luận văn đã giúp tơi hồn thành luận văn này.
Tơi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ vơ tư của Thầy Lê
Viết Bảo Giám đốc Cty TNHH cơ khí Vĩnh Thái về cơ sở vật chất, dụng cụ
trong suốt thời gian làm luận văn.
Tơi muốn được cám ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Kỹ thuật Cơng
nghiệp-Đại học Thái Ngun, Bộ mơn Chế tạo máy, Trung tâm thí nghiệm đã
dành cho tơi những điều kiện thuận lợi nhất giúp tơi hồn thành nghiên cứu của
mình. Học viên

HÀ ĐỨC THUẬN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 5

MỞ ĐẦU Trang
1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Mục đích của nghiên cứu
3. Đối tượng nghiên cứu

13
18
18
19
20
20
21
21
22
23

23
23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 6
1.3.2 Khái qt về tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
1.3.3 Vấn đề nghiên cứu
Chương 2
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q TRÌNH TẠO PHOI
VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CƠNG SUS 304
2.1 Bản chất vật lý q trình tạo phoi
2.2 Các yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến q trình tạo phoi và chất
lượng bề mặt khi gia cơng
2.2.1 Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt
2.2.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt
2.2.3 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội
2.3 Giới hạn nghiên cứu
2.4 Phương pháp nghiên cứu
Chương 3
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA V, S
ĐẾN Q TRÌNH TẠO PHOI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ

41
41
43
53
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 7
PHỤ LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
54
57
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 8

DANH MỤC CÁC BẢNG Trang
Bảng 1. Thành phần hóa học vật liệu gia cơng
Bảng 2. Cơ tính vật liệu gia cơng
Bảng 3. Đặc trưng vật lý vật liệu gia cơng
Bảng 4. Ma trận thí nghiệm
Bảng 5. Kết quả thí nghiệm
38
38
38
44
45 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang
Hình 1.1 Tính gia cơng tương đối của các loại thép khơng gỉ thơng
dụng và các mác dễ gia cơng tương đương [1]
Hình 2.1 Các vùng biến dạng dẻo khi cắt kim loại [4]

42
42
42
42
43
45
46
48
49
49
49
50
50
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 10
Hình 3.16 Đồ thị ảnh hưởng của S, V đến lượng mòn h
Hình 3.17. Cấu trúc tế vi bề mặt (v = 200 m/ph; S = 0.3 mm/răng)
Hình 3.18. Cấu trúc tế vi bề mặt (v = 175 m/ph; S = 0.3 mm/răng)
Hình 3.19. Cấu trúc tế vi bề mặt (v = 125 m/ph; S = 0.3 mm/răng)
Phụ lục 1. Ảnh SEM cấu trúc tế vi bề mặt chi tiết sau gia cơng
Phụ lục 2. Ảnh SEM mặt trước của dao sau gia cơng
Phụ lục 3. Một số hình ảnh thí nghiệm
51
53
53
53
54
55
56

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 11

1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ xung lý thuyết cơ bản về
ảnh hưởng của một số chế độ cắt đến q trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi
phay mặt phẳng trên vật liệu SUS 304, trên cơ sở đó có thể ứng dụng trong cơng
nghệ khn mẫu.
2. Ý nghĩa thực tiễn
Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong gia cơng khn mẫu phụ vụ ngành cơng
nghiệp dược phẩm tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam.
6. Nơi dung luận văn
Ngồi lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính gồm 3
chương và phần kết luận chung.
Chương I: Tổng quan về gia cơng vạt liệu thép khơng gỉ
Chương này tác giả tơng quan về thép khơng gỉ, tính gia cơng của thép
khơng gỉ, các nghiên cứu đã cơng bố trong và ngồi nước về gia cơng thép
khơng gỉ và định hướng nghiên cứu của đề tài
Chương II: Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình tạo phoi và chất
lượng bề mặt khi gia cơng thép khơng gỉ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 13
Chương này tác giả nghiên cứu lý thuyết về ảnh hưởng của các yếu tố
cơng nghệ đến q trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi gia cơng thép khơng
gỉ, giới hạn vấn đề nghiên cứu và đưa ra mơ hình nghiên cứu.
Chương III: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cơng
nghê đến q trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi phay thép SUS 304
Nghiên cứu thực nghiệm đặc điểm q trình tạo phoi khi phay SUS 304
Nghiên cứu ảnh hưởng của V, S đến nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt, cấu
trúc tế vi bề mặt và lực cắt khi phay SUS 304
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 14
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG VẬT LIỆU THÉP KHƠNG RỈ
1.1 Tổng quan về thép khơng gỉ và tính gia cơng của thép khơng gỉ

- Độ bền cơ học cao. Các chi tiết làm bằng thép khơng gỉ thường là bền
và dẻo dai hơn so với thép cán và kim loại màu kể cả trong mơi trường nhiệt độ
cao hay hàng trăm độ âm.
- Độ bền lâu. Sự kết hợp khả năng chống ăn mòn và độ bền cơ học làm
cho các sản phẩm có tuổi bền làm việc lâu và ít sai hỏng.
- Chi phí bảo dưỡng thấp. Khách hàng dân dụng và cơng nghiệp thích
thép khơng gỉ vì khơng cần phải phủ lớp bảo vệ hay các xử lý bề mặt đặc biệt
khác để tránh sản phẩm xuống cấp.
- Hình thức sản phẩm. Sản phẩm cho dù được đánh bóng hay chỉ cần gia
cơng lần cuối trên máy tự động đều có thể cho độ bóng và tính ánh kim lâu bền.
- Tính linh hoạt trong chế tạo. Thép khơng gỉ có thể cắt gọt, dập nguội,
rèn hay hàn bằng các cơng cụ hay kĩ thuật hiện đại.[1-3]
1.1.2 Tổng quan về tính gia cơng của thép khơng gỉ
Tính gia cơng là một trong những tính chất cơng nghệ quan trọng của vật
liệu. Xác định những tính chất của vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất,
chất lượng khi gia cơng bằng cắt gọt là rất cần thiết.
Tính gia cơng của vật liệu liên quan trực tiếp với thành phần hóa học và
cấu trúc của vật liệu, nó còn chịu ảnh hưởng rất lớn, rất phức tạp của tính chất cơ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 16
học, tính nhiệt vật lý Những vấn đề trên lại phụ thuộc vào mạng tinh thể của
vật liệu.
Tính gia cơng của vật liệu lại còn phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt, kết
cấu dụng cụ cắt và điều kiện bơi trơn làm nguội. Tính gia cơng phụ thuộc vào
tính chất của phương pháp gia cơng cụ thể.
Một trong những khái niệm về tính gia cơng thường hay được sử dụng là
tính gia cơng động học và động lực học:
- Tính gia cơng động học là tính gia cơng được xác định theo quan điểm
về vận tốc tách bóc vật liệu.
- Tính gia cơng động lực học là tính gia cơng được xét theo quan điểm
lực cắt.

Các hợp kim ferit và mactenxit, các hợp kim dễ gia cơng ferit và các
hợp kim mactenxit ủ, hàm lượng cacbon thấp là các loại dễ gia cơng nhất trong
thép khơng gỉ. Các hợp kim ferit thường có hàm lượng Cr thấp và các hợp kim
mactenxit ủ có lượng cacbon thấp chỉ có Cr thường là dễ gia cơng hơn so với
phần lớn các loại thép hợp kim bình thường. Các hợp kim ferit có hàm lượng Cr
cao hơn được coi là khó gia cơng hơn so với các thép hợp kim có hàm lượng Cr
thấp hơn vì tính dính và tạo phoi dài khi cắt.
Ngồi việc khơng có phụ gia tạo ra các mác dễ gia cơng, tính gia cơng
của các loại thép khơng gỉ mactenxit bị ảnh hưởng bởi các biến sau:
+ Độ cứng
+ Hàm lượng cacbon
+ Hàm lượng Ni
+ Sự cân bằng giữa các pha, tức là phần trăm ferit tự do hay ferit δ trong
ma trận mactenxit.
Việc tăng độ cứng đối với một hợp kim cụ thể dẫn đến giảm tính gia
cơng khi đo bằng nhiều tiêu chí khác nhau (tuổi bền dụng cụ, tính dính khi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 18
khoan ) trong những giới hạn nhất định. Tuy nhiên chất lượng bề mặt có thể
được nâng cao bằng cách gia cơng các loại vật liệu cứng hơn.
Trong các mác mactenxit, tính gia cơng giảm đi khi hàm lượng cacbon
tăng dần trong các mác từ S41000, S42000 tới S44004 hay từ S41600/S4123,
S42020/S42023 tới S44020/S44023.
Hàm lượng Ni cũng ảnh hưởng đến tính gia cơng thơng qua hiện tượng
làm tăng độ cứng thép ủ. Kết quả là thép S42400 và 43100 sẽ khó gia cơng hơn
S41000 trong điều kiện ủ.
Thay đổi trong cân bằng pha được dùng để tăng tính gia cơng của thép
S41600. Người ta thường thấy rằng việc tăng ferit tự do hay ferit δ làm tăng tính
gia cơng, bao gồm tuổi bền của dao và chất lượng bề mặt. Việc tạo ra tỉ lệ ferit
cao hơn cũng làm giảm độ cứng.[1]
Hợp kim austenit. Tính khó gia cơng của thép khơng gỉ austenit có đặc

giảm tính gia cơng. Do đó, các hợp kim austenit có hàm lượng N cao như
S20910 và 28200 khó gia cơng hơn so với hợp kim austenit tiêu chuẩn có hàm
lượng N thấp hơn.
Các ngun tố tạo ra các-bít và nitrit mạnh bao gồm Ti và Niobi được
dùng trong các mác thép khơng gỉ như S32100 và S34700 để ngăn cản q trình
các-bít hóa biên giới hạt có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn biên giới hạt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 20
Tuy nhiên, các tạp chất dạng các-bít và nitrit có tính mài mòn cao sẽ làm tăng tốc
độ mòn của dao.
Hợp kim duplex (S32950) có độ cứng gần bằng so với hợp kim austenit
có hàm lượng N cao (S20910), nhưng có tính gia cơng cao hơn. Tuy vậy, tính gia
cơng khơng giống như hợp kim tiêu chuẩn hay loại có tính gia cơng được nâng
cao.
Các loại hợp kim duplex có hàm lượng N cao được xác định là gia cơng
giống như loại S32950. Hiện nay, trên thị trường khơng có các mác hợp kim có
tính gia cơng được nâng cao.
Tính gia cơng các hợp kim tơi nhanh phụ thuộc vào loại hợp kim và độ
cứng. Thép khơng gỉ mactenxit tơi nhanh thường được gia cơng trong điều kiện
xử lý nhiệt. Do đó, chỉ cần một giai đoạn hóa già sau đó là có thể đạt độ bền như
mong muốn của sản phẩm. Trong điều kiện này, độ cứng tương đối cao hạn chế
tính gia cơng của phơi. Phần lớn các hợp kim loại này có độ khó gia cơng gần
giống nhau hoặc phần nào đó khó khăn hơn hợp kim austenit tiêu chuẩn như
S30400.
Các thép khơng gỉ mactenxit tơi nhanh cũng có thể gia cơng ở điều kiện
đã tơi do đó có thể tránh phải xử lý nhiệt sau gia cơng và đảm bảo độ chính xác
gia cơng cao hơn. Mức độ dễ dàng khi gia cơng thường thay đổi theo độ cứng
hay điều kiện xử lý nhiệt.
Trong điều kiện ủ và có cấu trúc austenit, các hợp kim bán austenit có
thể có khó khăn khi gia cơng, ở mức độ nào đó khó gia cơng hơn hợp kim
S30200 và các loại tương tự, do có tỷ lệ biến cứng cao. Các hợp kim S35000 và

f

Trong đó:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 22
L
0
chiều dài lớp kim loại bị cắt đo trên phơi
L
f
Chiều dài thực tế của phoi
K
L
Hệ số co giãn phơi theo chiều dọc
- Hệ số co giãn phoi theo chiều dầy:
K
a
=a
f
/a
Trong đó:
a
f
chiều dầy của phoi
a chiều dầy lớp cắt kim loại được cắt trên phơi
K
a
Hệ số co giãn phoi theo chiều dầy
- Hệ số co giãn phoi theo chiều rộng
K
b

sau của dao với phơi.
Đánh giá tính gia cơng theo quan điểm nhiệt cắt là cắt vật liệu gia cơng
với nhiệt cắt càng nhỏ thì tính gia cơng của vật liệu càng tốt, nhiệt cắt là hệ quả
của lực cắt. Khảo sát ảnh hưởng của tính gia cơng vật liệu theo nhiệt cắt cũng
như với lực cắt.[7]
1.2.5 Mòn và tuổi bền dụng cụ
Trong q trinh cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động
tiếp xúc với mặt sau của dao gây lên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ. Mài
mòn dụng cụ cắt là hiện tượng phức tạp xảy ra theo các hiện tượng lý hóa ở các
bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia cơng. Khi mài mòn, dạng và
thơng số hình học của phần cắt dụng cụ cắt thay đổi gây nên các hiện tượng vật
lý sinh ra trong q trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt ) và ảnh hưởng xấu đến chất
lượng bề mặt chi tiết gia cơng. Trong q trình cắt, áp lực lên bề mặt tiếp xúc lớn
hơn rất nhiều so với áp lực làm việc của chi tiết máy và dụng cụ bị mài mòn theo
nhiều dạng khác nhau như mòn theo mặt sau, mòn theo mặt trước [7]
Đánh giá tính gia cơng của vật liệu theo quan điểm độ mòn và tuổi bền
của dụng cụ cắt có nghĩa là xem xét ảnh hưởng của vật liệu gia cơng tới mòn và
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu /> 24
tuổi bền của dụng cụ cắt. Vật liệu khi cắt cho tuổi bền của dao thấp thì tính gia
cơng thấp và ngược lại.[7]
1.2.6 Vận tốc cắt vật liệu
Đây là một trong những quan điểm được sử dụng rộng rãi, vật liệu gia
cơng được cắt với vận tốc cắt cao thì được gọi là có tính gia cơng tốt.[7]
Vận tốc cắt là một trong những yếu tố cơ bản của lực cắt, nếu lực cắt
càng lớn thì tính gia cơng càng thấp. Vì vậy, để đánh giá tính gia cơng của vật
liệu trên quan điểm vận tốc cắt có nghĩa là đi xem xét ảnh hưởng của vận tốc cắt
tới lực cắt, nó được biểu hiện qua 4 điểm sau:
+ Ảnh hưởng đến độ lớn của miền tạo phoi và biến dạng trong miền tạo
phoi
+ Ảnh hưởng đến nhiệt độ của vật liệu biến dạng

vật (VBCFs) khi phay thép khơng gỉ AISI 8640 bằng dụng cụ cắt ceramic đến
lực cắt, nhám bề mặt và mòn dụng cụ cắt. Kết quả thấy rằng, dầu thực vật thêm
phụ gia tăng áp SCF II 8%EP (Sunflower cutting fluid) và CCF 8%EP (Canola
cutting fluid) mang lại hiệu quả hơn hẳn so với dung dịch trơn nguội emuxil.[8]
Nikhil Ranjan Dhar và các cơng sự nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ
bơi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) đến mòn dao, nhám bề mặt, độ chính xác
kích thước khi tiện thép AISI 4340 sử dụng mảnh dao ISO P30. Kết quả cho thấy
MQL mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc giảm nhiệt độ tại vùng tiếp xúc dao –
phoi và đặc biệt có hiệu quả với vận tốc cắt và lượng chạy dao thấp. MQL giảm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu />