PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tên đề tài nghiên cứu:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh
thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD”
2. Giới thiệu
Tiện cứng là nguyên công tiện các chi tiết đã qua tôi (thường là thép hợp
kim) có độ cứng cao khoảng từ 40 – 60 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 trên đường kính
nhỏ, các chi tiết có hình dạng phức tạp và không nhất thiết phải sử dụng dung dịch
trơn nguội. Tiện cứng cho độ chính xác cao và nhám bề mặt tương đương với mài
nhưng tiện có khả năng tạo nên lớp bề mặt có ứng suát 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.
Việc áp dụng tiện cứng thay cho mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới
bởi những ưu điểm nổi bật của nó, nhất là hiện nay vấn đề môi trường đang được
sự quan tâm đặc biệt của toàn thế giới. Ở nước ta, tiện cứng đã và đang được áp
dụng và phát triển khá mạnh, các chi tiết như con lăn trong các dây truyền cán thép,
chày cối dập thuốc, vòng ổ… cũng đã được gia công lần cuối bằng tiện cứng thay
cho mài.
Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài, tiện cứng ngày càng
được các nhà sản xuất yêu thích hơn
Những kết quả nghiên cứu được công bố gần đây trên các tạp chí khoa học cho
thấy việc nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số
cắt, chế độ cắt đến quá trình tiện cứng, ảnh hưởng của độ cứng dao đến nhám bề
mặt và lực cắt khi tiện. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề
mặt như thế nào khi tiện tinh thép 9XC ( Nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt ) khi gia
công tiện cứng bằng dao hợp kim cứng phủ CVD , nhằm tìm ra chế độ cắt hợp lý
1

Xử lý các số liệu thực nghiệm để tìm chế độ cắt tối ưu nhằm đạt được chất
lượng bề mặt theo yêu cầu.
6. Các công cụ, thiết bị nghiên cứu
* Mẫu thí nghiệm: Phôi thép 9XC tôi thể tích độ cứng đạt 52-55HRC
* Máy tiện Quick Turn Smark 200- Mazak
* Máy đo độ nhám Mitutoyo – SJ 210
* Kính hiển vi điện tử SEM
* Dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng phủ CVD
* Dụng cụ do kích thước :
- Thước cặp 1/50 L150 Mitutoyo, độ phân giải 0,02mm
- Pan me 25-50 Mitutoyo, độ phân giải 0,01mm
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG
VÀ DỤNG CỤ CẮT PHỦ BAY HƠI
1.1. Tổng quan về tiện cứng
1.1.1. Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng
Theo [1] quá trình cắt kim loại là quá trình lấy đi một lớp phoi trên bề mặt gia
công để có chi tiết đạt hình dạng, kích thước và độ bóng 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): khi 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. Khi tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc của dao
khi tiện mặt trụ.
Khi cắt, để có thể tạo ra phoi, lực tác dụng vào dao 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.
Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp kim
loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy.
3
Hình 1.1. Sơ đồ hóa miền tao phoi
Nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công

1.2.2.2. Đặc trưng của phủ CVD
1.2.3. Phủ PVD
1.2.4. Vật liệu lớp phun phủ.
1.2.5. Định hướng nghiên cứu
Qua phân tích ở trên ta thấy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt
chi tiết khi tạo phoi: Vận tốc cắt, chiều dày cắt, thông số hình học, vật liệu gia công…
Ở đề tài này tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt.
Để gia công chi tiết sau khi tôi người ta có thể sử dụng nhiều loại dụng cụ
cắt với lớp phủ khác nhau. Ở đề tài này, tác giả sử dụng mảnh dao hợp kim cứng
phủ TiAlN để gia công thép 9XC sau khi tôi.
5
Chương II: MÒN DỤNG CỤ CẮT
2.1. Ma sát của dụng cụ phủ
Ma sát giữa vật liệu dụng cụ phủ và vật liệu chi tiết gia công được quan tâm rất
nhiều. Ma sát trong cắt kim loại là ma sát trượt tuy nhiên đặc điểm của tương tác ma
sát khác hẳn với ma sát thông thường trong kỹ thuật là lực ma sát phụ thuộc vào áp
lực pháp tuyến theo công thức F
m
= f.N
Hệ số ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc phụ thuộc vào ứng suất pháp tuyến tại
chỗ tiếp xúc hay tỷ số giữa diện tích tiếp xúc thực và diện tích tiếp xúc danh nghĩa
A
r
/A Kết quả nghiên cứu của Shaw, Ber và Bamin chỉ ra sụ phụ thuộc này trên
hình vẽ với 3 vùng ma sát. Vùng I tương ứng với tiếp xúc mà A
r
<<A là vùng mà
định luật ma sát trượt khô của Amonton nghiệm đúng nghĩa là f = τ/σ =const.
Vùng III là vùng dưới tác dụng của ứng suất cắt tới hạn vật liệu vẫn không bị phá
huỷ (không thấy vết nứt tế vi trong lòng vật liệu) khi này A

Chất lượng bề mặt khi tiện cứng bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như trình
trạng máy, dao, khả năng công nghệ, cơ tính vật liệu phôi và chế độ cắt, Tuy
nhiên do sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy NC và CNC, các mảnh dao
lắp ghép có độ bền, độ cứng, đồng thời khả năng chịu nhiệt đặc biệt cao đã làm
tính công nghệ trong tiện cứng giảm phần nào tính phức tạp.
Trong luận văn tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề
mặt.
7
Chương III. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT TỚI
CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9XC BẰNG DAO HỢP
KIM CỨNG PHỦ CVD
3.1. Thí nghiệm
3.1.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm:
3.1.2. Mô hình thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm được sử dụng thể hiện trên hình vẽ:
Mô hình thí nghiệm
1. Mâm cặp 2. Chi tiết gia công 3. Mũi chống tâm 4. Dao
3.1.3. Thiết bị thí nghiệm.
3.1.3.1. Máy
3.1.3.2. Dao
3.1.3.3. Phôi
3.1.3.4. Chế độ cắt
8
3.1.4. Thiết bị đo khác
3.1.4.1. Máy đo độ nhám bề mặt
3.1.4.2. Kính hiển vi điện tử SEM
3.1.5. Tiến hành thí nghiệm
Thí nghiệm dược tiến hành trên máy tiện Quick Turn Smark 200- Mazak, mỗi thí
nghiệm được thực hiện bằng 1 mảnh dao TiAlN. Sau đó đo độ nhám bằng máy đo
nhám SJ-201. Mỗi thí nghiệm đo độ nhám 3 lần tại 3 vị trí khác nhau sau đó lấy

(*)
Các số mũ r, p
,
q và hệ số C của phương trình (*) được xác định bằng thực
nghiệm.
9
Lấy logarit hai vế và đặt: f = lnR
a
; a
0
= lnC; x
1
= lnV; x
2
= lnS ; r = a
1
p =
2
a ta có: lnR
a
= lnC + a
1
lnV + a
2
lnS
f = a
o

7 4.61 -1.39 -0.61 4.41
8 4.87 -1.39 -0.33 3.76
9 5.14 -1.39 -0.02 4.58
Để nhận được các phương trình dạng (*), dùng phần mềm Design Expert 8.0.5 để
giải phương trình (**) với kết quả thực nghiệm trong bảng tổng hợp số liệu thí
nghiệm (bảng 3.1), sau khi loại bỏ các hệ số không có ý nghĩa ta được phương
trình hồi quy như sau:
10
Hình 3.1: Kết quả xử lý giữ liệu Ra.
Từ kết quả hồi quy ta nhận được kết quả sau khi loại bỏ các hệ số không có ý nghĩa
như sau:
053,0098,0
6636,0
−
= SVRa
Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và nhám bề mặt:
Hình 3.2: Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của V và S đến nhám bề mặt.
11
100
120
140
160
180
0.1
0.15
0.2
0.25
1.12
1.14
1.16

13
Hình 3.5: Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của V và S đến lượng mòn U.
100
120
140
160
180
0.1
0.15
0.2
0.25
10
12
14
16
18
v (m/ph)
s (mm/vg)
u (micro)
Hình 3.6: Biểu đồ bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và lượng
mòn. (Sử dụng phần mềm Matlab để vẽ biều đồ quan hệ)
Từ đồ thị có thể thấy khi gia công thép 9XC ở các chế độ khác nhau bằng
mảnh dao phủ TiAlN, lượng mòn mặt trước giảm khi tăng lượng chạy dao từ
0,125 đến 0,25 mm/vg. Khi vận tốc cắt tăng thì lượng mòn giảm.
3.2.3. Phân tích lượng mòn mặt mặt trước mảnh dao phủ TiAlN khi tiện cứng
thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác nhau qua hình chụp Topography bề mặt.
14
Quan sát hình ảnh phần cắt của dao trên kính hiển vi ta thấy tại đây có hai
vùng rất rõ dệt: Vùng đen và vùng trắng. Sau khi phân tích EDX (Hình 3.9; hình
3.10) thấy rằng: Vùng đen trên phần cắt của dao có thành phần hóa học các chất

e)
Hình 3.7 c,d,e: Kết quả chụp lượng mòn mặt trước qua các thí nghiệm thứ 3,4,5.
Còn trong các thí nghiệm thứ 6, 7, 8 và 9 (hình 3.7 f, g, h và i), vùng trắng
đã xuất hiện trở lại. Sự mòn dụng cụ đã đồng đều hơn trên bề rộng của lưỡi cắt.
Đặc biệt trong thí nghiệm thứ 6 (hình 3.7 f), kết quả cho thấy mòn là ít nhất, chiều
dài cung mòn trên lưỡi cắt chính và bề rộng cung mòn gần như là không thay đổi.
f)
g)
17
h) i)
Hình 3.7 f,g,h và i: Kết quả chụp lượng mòn mặt trước qua các thí nghiệm thứ
6,7,8 và 9.
3.2.4. Phân tích nhám bề mặt khi tiện cứng thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác
nhau qua hình chụp SEM bề mặt.
18
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Hình 3.8: Kết quả chất lượng bề mặt trước qua các thí nghiệm.
Nhám bề mặt ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc của chi tiết máy. Đối
với những chi tiết trong mối ghép động (ổ trượt, sống dẫn, con trượt ), bề mặt chi
tiết làm việc trượt tương đối với nhau, nên khi nhám càng lớn càng khó đảm bảo
hình thành màng dầu bôi trơn bề mặt trượt. Dưới tác dụng của tải trọng các đỉnh
nhám tiếp xúc với nhau gây ra hiện tượng ma sát nửa ướt, thậm chí cả ma sát khô,
dẫn đến làm giảm hiệu xuất làm việc, tăng nhiệt độ làm việc của mối ghép. Mặt
khác tại các đỉnh tiếp xúc, lực tập trung lớn, ứng xuất lớn vượt quá ứng xuất cho
phép gây biến dạng chảy phá hỏng bề mặt tiếp xúc, bề mặt làm việc nhanh mòn.

liệu phôi, đây là vùng ma sát thông thường với hệ số ma sát f = const phù hợp với
mô hình của Zorev[12].
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
4.1 Kết luận chung.
Với nội dung “nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt
khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD” qua bốn chương đề
tài đã giải quyết được các vấn đề sau:
- Đã triển khai thành công kỹ thuật tiện cứng thép 90CrSi; độ cứng HRC >
52; độ nhám Ra < 1.25 μm; không sử dụng DDTN.
- Đề tài đã đánh giá được ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến
chất lượng bề mặt thép 9XC khi tiện bằng dao hợp kim cứng phủ TiAlN.
- Đánh giá được ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến mòn mặt
trước của dụng cụ cắt phủ TiAlN thông qua ảnh chụp mòn dao và phân tích EDX
dưới kính hiển vi điện tử.
- Tìm được mối liên hệ giữa lượng mòn mặt trước dụng cụ (U) và nhám bề
mặt của chi tiết (Ra) sau gia công với kết quả:
)053,0ln21,0(098,0
6636,0
−−
=
V
SVRa
)53,0ln15,0(26,0
03.120
+−
=
V
SVU
4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài
20

lượng bề mặt gia công khi tiện tinh thép X12M qua tôi bằng dao gắn mảnh
PCBN”. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành công nghệ chế tạo máy. Trường
Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
[9] Hoàng Văn Vinh “Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền dụng cụ
hủ TiAlN khi tiện tinh thép không gỉ SUS201” Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên
ngành công nghệ chế tạo máy. Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
[10] Nguyễn Thị Quốc Dung (2012), Luận án Tiến sĩ. “Nghiên cứu quá trình tiện tinh
thép hợp kim qua tôi bằng dao PCBN” Trường Đại học kỹ thuât công nghiệp
Thái Nguyên.
[11]. X.L. Liu, D.H. Wen, Z.J. Li, L.Xiao, F.G. Yan. Cutting temperature and tool
wear of hard turning hardened bearing steel. Journal of Materials Processing
Technology 129 (2002) 200 – 2006.
[12]. Zorev N.N. (1963), Interrelationship between shear processes occurring
along tool face and on shear plane in metal cutting, International research
in production engineering, The American Society of mechanical Engineers,
New York, pp. 48-67.
[13]. Abdullah Kurt, Ulvi Seker. The effect of chamfer angle of polycrystalline cubic
boron nitride cutting tool on the cutting forces and the tool stresses in finishing
hard turning of AISI 52100 steel. Materials and Design 26(2005) 351 – 356.
[14].Tug˘rul O¨ zel*, Yig˘it Karpat. Predictive modeling of surface roughness and
tool wear in hard turning using regression and neural networks. International
Journal of Machine Tools & Manufacture 45 (2005) 467–479.
[15]. G. Poulachon , A. Moisan , I.S.Jawahir. Tool-wearmechanisms in hardturning with
polycrystalline cubic boronnitride tools. Wear 250 (2001) 576–586.
[16]. Y. Kevin Chou , Chris J. Evans. Cubic boron nitride tool wear in interrupted
hard cutting. Wear 225–229 (1999) 234–245
22
[17]. Patrik Dahlman, Fredrik Gunnberg, Michael Jacobson, The influence of rake
angle, cutting feed and cutting depth on residual stresses in hard turning.
Journal of Materials Processing Technology 147 (2004) 181 – 184.