PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ phay cứng đã và đang phát triển đầy tiềm năng với những
ưu điểm có thể so sánh (trong nhiều trường hợp có thể thay thế cho mài)
với công nghệ mài – một phương pháp gia công tinh lần cuối mang tính
truyền thống đối các thép có độ cứng cao. Đồng thời trong nhiều trường
hợp phay cứng đóng vai trò là nguyên công chuẩn bị cho nguyên công
mài nhằm nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt của chi tiết gia công.
Hơn nữa, thông thường như trước đây những chi tiết như vòng ổ lăn,
vòi phun, bánh răng, cam và những chi tiết của hệ thống thủy lực… sau khi
nhiệt luyện phải qua công đoạn mài, mài khôn. Những công đoạn này thiếu
tính linh hoạt và tốn nhiều thời gian, chi phí lớn và gây ô nhiễm môi trường.
Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài, phay cứng
ngày càng được các nhà sản xuất yêu thích hơn [14].
Việc áp dụng phay cứng thay cho mài hoặc là bước chuẩn bị cho
công đoạn mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới bởi những ưu điểm
nổi bật của nó. Ở nước ta, phay cứng đã và đang được áp dụng và phát triển
khá mạnh, các chi tiết, thiết bị trong các dây truyền công nghệ hiện đại cũng
đã được gia công lần cuối bằng phay cứng thay cho mài. Đặc biệt đối với
trường hợp gia công các loại chi tiết mỏng, dễ cong vênh như: các loại căn
lót chịu mài mòn trong đầu máy tàu hỏa thì việc áp dụng công nghệ phay
cứng trước khi mài để nâng cao năng suất, chất lượng cho chi tiết là vấn đề
đặt ra cấp thiết hơn bao giờ hết.
Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến quá trình cắt, ảnh
hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công trong khi phay cứng và phân
tích các quá trình vật lý trong phay cứng đã và đang được quan tâm, tiến hành
tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu.
Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt khi phay cứng đến quá
trình cắt, đến độ nhám bề mặt khi phay thép 60C2 đã qua tôi và xác định
được bộ thông số chế độ cắt hợp lý để đạt chất lượng bề mặt tốt nhất cho
quá trình này đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuất.

- Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt
khi phay cứng các loại thép đã qua tôi có độ cứng cao tại các cơ sở sản xuất
ở Việt Nam để nâng cao độ chính xác, và chất lượng bề mặt chi tiết gia
công.
5. Nội dung của luận văn
Kết cấu của luận văn bao gồm ba chương và phần kết luận chung:
Chương 1: Tổng quan về gia công cắt gọt khi phay
Chương 2: Phay cứng thép 60C2 qua tôi bằng dao phay hợp kim
cứng phủ PVD
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu
Kết luận chung và thảo luận kết quả
Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY
1.1. Các thông số cơ bản của quá trình cắt
1.1.1. Quá trình hình thành phoi
1.1.1.1. Khái niệm và phân loại phoi
* Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công
kim loại rất phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy.
Quá trình cắt kim loại là quá trình con người sử dụng các dụng cụ cắt
để hớt đi lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho
trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất
lượng bề mặt của chi tiết gia công.
Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi được gọi là lượng dư
gia công cơ.
Lớp kim loại đã bị cắt bỏ khỏi chi tiết được gọi là phoi cắt.
1.1.1.2. Quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo
Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi
(hình 2a), sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho
đến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này
xảy ra sự xếp lớp của các phần tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt

y
là lực hướng kính.
- Ngoài hai thành phần lực Pz và Py còn có thêm thành phần lực
Px (lực tác dụng theo phương trục chi tiết).
1.2.2. Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt
Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt S, V, t, độ
cứng vững của hệ thống công nghệ; có hay không tưới dung dịch trơn
nguội vào vùng cắt,…Ở đây ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến
lực cắt.
Khảo sát ảnh hưởng của các thông số S, V, t đến lực cắt trong quá
trình cắt. Sử dụng nguyên lý cộng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng của
một thông số nào đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không
thay đổi và chỉ cho yếu tố đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận
được ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố xét đến lực cắt:
3
- Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến lực cắt.
- Ảnh hưởng của lượng chạy dao s đến lực cắt.
- Ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến lực cắt.
1.3. Nhiệt
1.3.1. Nhiệt cắt
Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt đóng vai trò rất quan trọng, bởi vì
nó ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc
lớp bề mặt. Ngoài ra, nhiệt cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến cường độ mòn và
tuổi bền dao [4].
Thực tế cho thấy, phần lớn công cắt gọt A (hơn 99,5%) sinh ra
nhiệt cắt. Vì vậy, lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình cắt là:
Q =A/427 = P
z
.V/427
Nhiệt cắt Q được tính bằng kcal/phút.

Chất lượng bề mặt gia công là một trong những yêu cầu quan trọng
nhất đối với chi tiết máy vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc,
độ bền, độ bền mòn cũng như tuổi thọ của chi tiết máy. Quá trình tạo lớp bề
mặt gia công có chất lượng bằng phương pháp gia công cơ chịu ảnh hưởng
của nhiều yếu tố công nghệ. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt khi
phay cứng đến quá trình cắt, đến độ nhám bề mặt khi phay thép đã qua tôi
và xác định được bộ thông số chế độ cắt hợp lý để đạt chất lượng bề mặt tốt
nhất đang là yêu cầu cấp thiết của các nhà sản xuất cơ khí.
Chương 2
PHAY CỨNG THÉP 60C2 QUA TÔI BẰNG DAO PHAY HKC PHỦ
PVD
2.1. Đặc điểm quá trình phay cứng thép qua tôi.
Phay cứng là nguyên công phay các chi tiết đã qua tôi (thường là
thép hợp kim) có độ cứng cao khoảng từ 40 ÷ 65 HRC được sử dụng rộng
rãi trong công nghiệp ô tô, tàu hỏa, chế tạo bánh răng, vòng ổ, dụng cụ,
khuôn mẫu vv… phay cứng thường được sử dụng thay cho nguyên công mài
khi gia công chính xác các chi tiết máy, khuôn mẫu có kích thước nhỏ, các
chi tiết có hình dáng phức tạp và đạt năng suất cao.
Phay cứng cho độ chính xác và nhám bề mặt tương đương với mài
nhưng phay cứng có khả năng tạo nên lớp bề mặt có ứng suất 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. Phay cứng
thường dùng trong nguyên công phay tinh với độ chính xác tương đương
nguyên công mài.
Khi gia công thép đã tôi, người ta thường gia công khô hoàn toàn.
Các thông tin đáng tin cậy chỉ ra rằng cắt khô hoàn toàn thép đã tôi khi so
sánh với cắt tưới tràn giảm được lực cắt và công suất đặt lên chi tiết của
máy công cụ là kết quả của sự tăng nhiệt độ cắt.
Khi phay cứng người ta áp dụng phương pháp phay cao tốc vì khi
phay cao tốc, nhiệt lượng phát ra lớn mà thời gian để nhiệt lượng đó tản đi

- Lưỡi cắt của dao phay không làm việc liên tục, mặt khác khối lượng
thân dao thường lớn nên khả năng truyền nhiệt tốt.
- Diện tích cắt khi phay thay đổi do đó lực cắt thay đổi gây rung động
trong quá trình cắt.
- Khả năng tồn tại lẹo dao ít do lưỡi cắt làm việc gián đoạn gây
va đập và rung động.
2.3.2. Phân loại dao phay

(Các loại dao phay)
a- dao phay trụ; b- dao phay đĩa và dao phay rãnh; c- dao phay ngón;
d,e- dao phay mặt đầu; g- dao phay định hình; h- dao phay cắt đứt
2.3.3. Vật liệu chế tạo dao phay
Hợp kim cứng thường được sử dụng cho chế tạo dao phay mặt đầu,
dao phay có kích thước lớn. Ít khi được sử dụng để chế tạo dao phay ngón
cắt rãnh.
2.3.4. Dao phay Hợp kim cứng phủ PVD
Phủ PVD được thực hiện trong buồng kín khí trơ với áp suất thấp khoảng
10
-2
bar ở nhiệt độ từ 400
o
C-500
o
C. Với nhiệt độ của quá trình như thế phủ
PVD thích hợp cho các dụng cụ thép gió, thép hợp kim, Do nhiệt độ
thấp các nguyên tử khí và kim loại khi bay hơi phải được ion hoá và kéo
về bề mặt cần phủ nhờ một điện thế âm đặt vào đó. Quá trình bắn phá bề
mặt phủ bằng các ion được thực hiện trước khi phủ để làm tăng độ dính
kết của vật liệu phủ với nền. Theo nguyên tắc bay hơi phủ PVD có 4 dạng
cơ bản

trình.
7
2.3.6. Lực cắt khi phay
Tổng hợp lực R
1
có thể phân tích thành hai thành phần: lực vòng P
(P
Z
)
tác dụng theo tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt và lực
hướng kính P
y
(hình a).
( Hình vẽ. Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay trụ)
Trong đó: a) Răng thẳng; b) Răng xoắn (răng nghiêng)
2.3.7. Độ mòn và tuổi bền của dao phay
Tùy thuộc vào điều kiện cắt, răng dao phay có thể bị mài mòn tùy
theo mặt trước (hình a) hoặc đồng thời bị mài mòn theo cả hai mặt trước và
sau (hình b). Chiều dày cắt càng nhỏ, độ mòn của mặt sau càng lớn.

( Hình vẽ. Các dạng mài mòn của răng dao phay)
2.4. Ứng dụng của phay cứng thép 60C2 qua tôi và giới hạn vấn đề
nghiên cứu.
2.4.1. Ứng dụng
Trong điều kiện sản xuất cụ thể tại Việt Nam thì việc nghiên cứu
ứng dụng phay cứng thay cho nguyên công mài là phương pháp gia công
truyền thống để gia công các sản phẩm căn lót trong đầu máy tàu hỏa
nhằm nâng cao năng xuất và chất lượng sản phẩm đang trở thành mục
tiêu đặt ra cho các nhà sản xuất cơ khí.
2.4.2. Giới hạn vấn đề nghiên cứu

- Các đặc trưng thống kê quan trọng
- Hàm hồi quy một biến (3.14)
3.2. Giới thiệu hệ thống thực nghiệm
3.2.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm
Việc xây dựng hệ thống thí nghiêm đảm bảo được các yêu cầu kỹ
thuật có vai trò rất lớn trong nghiên cứu khoa học.
3.2.2. Hệ thống thí nghiệm:
Hệ thống thí nghiệm phay cứng thép 60C2 qua tôi bằng dao phay
mặt đầu Hợp kim cứng phủ PVD được tiến hành tại Trung tâm gia công
VMC - 85S tại trường Đại học Kỹ Thuật Công nghiệp - Đại học Thái
Nguyên như sau:
(Ảnh: Hệ thống thí nghiệm)
9
3. 3. Thiết bị thí nghiệm
- Máy công cụ: Thí nghiệm được thực hiện tại Trung tâm gia công
VMC - 85S d
(Ảnh: Trung tâm gia công VMC - 85S)
- Dao: Sử dụng dao phay mặt đầu Ø 80 gắn mảnh HKC phủ PVD của
hãng LAMINA có Ký hiệu: APMT 1604 PDTR (LT 30 - PVD
SUBMICRON).
(Ảnh: Mảnh dao Hợp kim cứng phủ PVD)
- Đồ gá: Sử dụng tấm gá và các thanh kẹp hiện có tại Trung tâm
Thí nghiệm - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái
Nguyên để gá đặt đầu đo lực Kistler 9257 BA
- Phôi:
- Thép lò xo 60C
2
đã qua tạo hình dáng và tôi
- Độ cứng: 35 ÷ 38 HRC
- Kích thước: 100 x 80 x 7

thuật trong quá trình cắt khi phay cứng thép 60C2 qua tôi bằng dao phay mặt
đầu gắn mảnh Hợp kim cứng phủ PVD:
- Lực cắt khi phay
- Độ nhám bề mặt chi tiết
3.4.3. Trình tự tiến hành thí nghiệm:
* Chuẩn bị trước khi thí nghiệm:
- Chuẩn bị đầy đủ máy, dao, phôi, thiết bị đo,
- Xây dựng sơ đồ quy hoạch thực nghiệm, ma trận thực nghiệm với
2 thông số công nghệ thay đổi là vận tốc cắt (n) và lượng chạy dao (S).
* Phương pháp tiến hành thực nghiệm:
+ Lập sơ đồ quy hoạch thực nghiệm:
- Quá trình tiến hành thí nghiệm được thực hiện theo sơ đồ quy hoạch
thực nghiệm 6 điểm từ 1 đến 6 với các thông số công nghệ (n) và (S) theo đúng
ma trận tính toán.
+ Tiến hành thí nghiệm:
- Thí nghiệm được tiến hành theo 6 bước từ 1 - 6 với vận tốc cắt,
lượng chay dao cụ thể theo bảng kê ở trên và chiều sâu cắt cho toàn bộ quá
trình thí nghiệm là t = 0,3mm. Mỗi bước thí nghiệm được tiến hành gia công
trong điều kiện cắt khô hoàn toàn không có dung dịch tưới nguội trong thời
gian là 5 phút sau đó tiến hành đo độ nhám bề mặt chi tiết bằng máy đo độ
nhám SJ-201 - Mitutoyo – Nhật Bản, đồng thời chi tiết gia công được gá đặt
trên đầu đo lực Kistler 9257BA sẽ cho ta các số liệu cụ thể về các thành phần
lực cắt trong quá trình gia công thí nghiệm. Các bước được lập lại tương tự
cho đến hết 6 thí nghiệm và cho kết quả 6 thí nghiện đạt được như trong
bảng.
+ Tổng hợp số liệu thí nghiệm:
(Bảng 3.2: Kết quả thực nghiệm)
12
3.4.4. Xử lý số liệu:
Thực nghiệm quá trình phay cứng, nghiên cứu chất lượng bề mặt gia

2

Trong đó:
y = lnR
a
; a
0
= lnC; x
1
= lnt; x
2
= lnS
Trong phương trình (3.19) y, x
1,
x
2
đã biết. Cần xác định các hệ số: a
o
; a
1
; a
2
.
Để nhận được các phương trình dạng (3.18), dùng phần mềm
Minitab 16 để giải phương trình (3.19) với kết quả thực nghiệm trong bảng
tổng hợp số liệu thí nghiệm (Bảng 3.2.), ta được phương trình hồi quy như
sau:

Như vậy hàm hồi quy nhám bề mặt R
a

10.07,5 SnR
a
−
=
604,0653,0
06,639 SnF
x
−
=
13
34,0189,0
95,132 SnF
y
−
=
329,059,13
10.77,3 SnF
z
−
=
Đây chính là phương trình hồi quy thực nghiệm của quan hệ giữa
nhám, lực cắt với vận tốc cắt và lượng chạy dao. Dùng phần mềm Matlab7
để vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ của hàm như sau:

3.5. Thảo luận kết quả
- Dựa vào các biểu đồ, đồ thị quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao
và lực cắt ta thấy ở cùng một giá trị lượng chạy dao khi vận tốc cắt tăng lực
cắt giảm do đó ta cần cắt với tốc độ cao. Nhưng khi vận tốc cắt tăng cao thì
tuổi bền giảm, vì thế khi phay cứng trong điều kiện cắt khó khăn cần cân đối
lựa chọn vận tốc cắt hợp lý. Còn ở cùng một giá trị vận tốc khi ta tăng

hưởng của chế độ cắt tới một vài thông số đặc trưng cho quá trình cắt khi
14
phay cứng thép 60C2 qua tôi bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim
cứng phủ PVD.
2. Đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, đã thu nhận, lưu trữ, xử lý
được số liệu thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy.
3. Đã xây dựng được mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng
ra của quá trình phay cứng đó là nhám bề mặt (Ra) và lực cắt (F) và
đại lượng vào là chế độ cắt (vận tốc cắt, lượng chạy dao S) dưới dạng
hàm số mũ. Đã đưa ra nhận xét về quy luật ảnh hưởng của chế độ cắt
đến lực cắt và thông số đánh giá chất lượng bề mặt điển hình là nhám
bề mặt.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Nội dung của đề tài là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt
đến quá trình cắt khi phay thép 60C2 qua tôi bằng dao phay hợp kim
cứng phủ PVD”. Qua ba chương luận văn đã nêu được các vấn đề sau:
- Luận văn đã trình bày khái quát về quá trình phay cứng, đặc điểm
của quá trình phay cứng thép qua tôi và các thông số cơ bản của quá trình
cắt như: quá trình tạo phoi, lực cắt, nhiệt cắt,
- Đã tổng kết được các lý thuyết cơ bản về công nghệ phay cứng,
các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của bề mặt chi tiết khi phay cứng.
- Đã xây dựng được quan hệ giữa nhám bề mặt và lực cắt với chế độ
công nghệ gia công (vận tốc cắt, lượng chạy dao S) dưới dạng các hàm thực
nghiệm. Từ đó đã đánh giá được ảnh hưởng của các thông số công nghệ vận
tốc cắt và lượng chạy dao tới nhám bề mặt và lực cắt khi phay cứng thép
60C2 qua tôi.
- Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn: Với các độ nhám
bề mặt yêu cầu dựa vào hàm thực nghiệm có thể lựa chọn chế độ gia công
hợp lý với lực cắt trong quá trình cắt là hợp lý nhất để góp phần nâng cao
chất lượng hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của quá trình sản xuất khi thực hiện