1

ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN THANH TÙNG

XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT HỢP LÝ
KHI TIỆN CÓ VA ðẬP THÉP 45 QUA TÔI
BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ TIALN
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 60520103 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên – Năm 2015
2


- Tiện cứng vẫn ñang là một công nghệ gia công mới chưa ñược nghiên
cứu ñầy ñủ và các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình tiện cứng
không có va ñập.
- Trong thực tế có nhiều trường hợp gia công có va ñập như gia công
trục bánh răng, trục then hoa, …
Vì vậy, việc bổ sung các nghiên cứu tìm hiểu về ảnh hưởng của
chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt và tuổi bền dụng cụ khi gia công có va
ñập thép 45 qua tôi (một loại vật liệu ñược sử dụng khá phổ biến ñể chế
tạo trục) là cần thiết ñối với ngành cơ khí.
2. Mục tiêu nghiên cứu
ðánh giá ảnh hưởng của chế ñộ cắt (S, V, t) ñến chất lượng bề mặt
(chủ yếu là nhám bề mặt) và tuổi bền dụng cụ khi tiện có va ñập thép 45
sau khi tôi sử dụng mảnh hợp kim cứng phủ TiAlN. Qua ñó ñưa ra ñược
bộ thông số chế ñộ cắt hợp lý ñể ñạt chất lượng bề gia công theo yêu
cầu.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
ðề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học và công nghệ gia
công kim loại trong nước cũng như khu vực và thế giới.
Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho việc ñiều khiển, tối ưu
quá trình tiện.
4
ðề tài sẽ bổ sung ñược một số kết quả nghiên cứu cơ bản trong
ñiều kiện kỹ thuật và công nghệ cụ thể ở Việt Nam.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Các kết quả nghiên cứu của ñề tài có thể ứng dụng tại các nhà máy,
phân xưởng sản xuất cơ khí khi gia công có va ñập thép 45 sau khi tôi
trên khía cạnh về chất lượng bề mặt gia công.
Quá trình ứng dụng các kết quả nghiên cứu sẽ cho phép mở rộng
phạm vi gia công của ngành chế tạo máy nói chung và của công nghệ

do mòn dao (hình 1.1) [34].
Hình 1.1. C
a) Trư
ợt tập trung tr
c) Vùng trư
ợt mở rộng b
- Dạng phoi tuần ho
àn: Phoi r
xếp) và phoi tạo th
ành v
Hình 1.2. Các d
a) Phoi lư
5
NG QUAN V
Ề CÔNG NGHỆ TI
Ệ
uá trình t
ạo phoi khi tiện cứng
Các hình thái phoi khi c
ắt kim loại
ạng phoi dây ổn ñịnh (phoi liền): Với ba loại t
ùy theo cơ ch
ùng trư
ợt tập trung gần như m
ột mặt phẳng, v
à vùng trư
ợt mở rộng có biến dạng d
ẻo b
do mòn dao (hình 1.1) [34].



ợt tạo th
ành mảng;
ới bề mặt gia công [34].

ợn sóng, phoi răng c
ưa (phoi
ạng phoi phân ñoạn.

ưa [35].

6
b) Cơ chế hình thành phoi khi tiện cứng
Sự khác biệt cơ bản của quá trình tạo phoi khi gia công thép cứng và
thép thông thường là sự hình thành phoi răng cưa, lần ñầu tiên ñược
Shaw phát hiện vào năm 1954 [9]. Các lý thuyết khác nhau ñể giải thích
về cơ chế hình thành phoi răng cưa có thể chia thành hai dạng:
- Dạng thứ nhất dựa trên sự trượt ñoạn nhiệt ban ñầu, một trạng thái mất
ổn ñịnh nhiệt dẻo thường thấy ở các vật liệu hạn chế về khả năng biến
cứng khi bị biến dạng ở tốc ñộ cao hoặc biến dạng dẻo lớn [42], [43].
- Dạng thứ hai cho rằng do sự mất ổn ñịnh theo chu kỳ dựa trên sự xuất
hiện và lan truyền của các vết nứt ở bề mặt tự do của phoi [9], [34], [35].
1.2. Lực cắt khi tiện cứng
- Trong quá trình tiện cứng, ñộ cứng cao của phôi cùng với tốc ñộ cắt
cao và ñiều kiện gia công khô ñã làm cho tác dụng của lực cắt có những
thay ñổi ñáng kể so với các quá trình gia công thông thường.
- Lực cắt khi gia công các vật liệu cứng không lớn hơn lực cắt khi gia
công các vật liệu mềm [25]. Góc trượt lớn và sự hình thành phoi răng
cưa do ñộ dẻo kém làm giảm lực cắt mặc dù ñộ bền cao của vật liệu
cứng.

nhiều nguyên nhân tác ñộng ñến quá trình cắt như lực cắt, nhiệt cắt, cơ
tính vật liệu,… dẫn ñến dụng cụ cắt mòn nhanh làm thay ñổi ñộ chính
8
xác về kích thước của sản phẩm cũng như nhám bề mặt hoặc làm biến
ñổi cơ tính của vật liệu gia công.
Mặc dù ñã có nhiều nghiên cứu về tiện cứng ñược tiến hành song
các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình gia công không có va
ñập. Tiện cứng có va ñập còn chưa có nhiều nghiên cứu, vì vậy mà ñề tài
sẽ tập trung nghiên cứu về quá trình tiện có va ñập thép 45 qua tôi (một
loại vật liệu ñược sử dụng khá phổ biến ñể chế tạo trục bánh răng, trục
then hoa …).
9

quan trọng. Hàm lượng pha thứ hai càng cao thì tuổi bền của dụng cụ
càng cao ñặc biệt khi gia công tinh với lượng chạy dao và chiều sâu cắt
nhỏ. Khi gia công thô tuổi bền của dao tăng khi sử dụng mảnh dao với
hàm lượng pha thứ hai thấp [27], [39]. Có thể chia CBN thành hai nhóm:
- Nhóm có thành phần CBN cao khoảng 90% (CBN – H) sử dụng chất
dính kết kim loại.
- Nhóm có thành phần CBN thấp khoảng 50 ÷ 70% (CBN – L) sử dụng
ceramics làm chất kết dính.

Hình 2.1. Cấu trúc tế vi của hai loại mảnh dao BZN6000-92%CBN
(High CBN) và BZN8100-70%CBN (Low CBN).
Mặc dù CBN – H có ñộ cứng, khả năng dẫn nhiệt và tính chống
mòn cao hơn nhưng CBN – L lại ñạt ñược hiệu quả tốt hơn trong gia
công vật liệu cứng cả về phương diện tuổi thọ dụng cụ lẫn chất lượng bề
mặt [12].
Nhờ các tính chất quí giá như ñộ cứng cao, bền nhiệt và ít tương
tác hóa học ở nhiệt ñộ cao, dao CBN có thể sử dụng ñể cắt với tốc ñộ
11
cao các hợp kim thép và các vật liệu khó gia công như thép hợp kim
tôi cứng ñến 70HRC, thép rèn với ñộ cứng 45 ÷ 68HRC, gang tôi
và các loại siêu hợp kim Niken và Côban. Tuy nhiên, dù có ñộ
cứng rất cao nhưng ñộ dai va ñập kém nên hạn chế việc sử dụng
dụng cụ CBN trong các quá trình cắt gọt nặng, có va ñập.
Nghiên cứu về tính gia công của một số loại thép hợp kim tôi cứng
ñến trên 60 HRC cho thấy lực cắt chiều trục P
x
tăng khi gia công thép có
các hạt các bít thô (thép S6-5-2) và lực cắt tiếp tuyến P
z
tăng với thép có

cắt, tuy nhi
ên tùy theo ñi
ưu thế. Ngoài ra d
ụng cụ c
dẻo.

Theo Loffer trong c
tố có ảnh hư
ởng mạnh
Ở dải vận tốc cắt thấp v
mài chiếm ưu th
ế cho cắt li
mòn do hạt m
ài và hóa lý tr
nên vùng mòn mặt tr
ư
biến ñổi theo chu kỳ l
à cơ ch
không liên tục.
Hình 2.3.
Ảnh h
a) Khi c
12
ật liệu phủ cứng th
ường sử dụng l
à: các nitrit, các lo
ột số hợp chất khác m
à chúng ñư
ợc áp dụng với những ứng
ủa dụng cụ cắt

ế mòn ch
ủ yếu dẫn ñến vỡ l
Ảnh h
ưởng của vận tốc cắt ñến c
ơ ch
a) Khi c
ắt liên tục; b) Khi cắt gián ño
ạn.
à: các nitrit, các lo
ại cacbit, các
ợc áp dụng với những ứng
ụng cụ cắt có thể do dính, hạt m
ài, khuếch tán,
ời trong quá tr
ình
ơ ch
ế nào ñó chiếm
ị phá hủy do mẻ dăm, nứt v
à biến dạng
ắt kim loại nhiệt ñộ cắt hay vận tốc cắt l
à nhân
ơ ch
ế mòn phá hủy.
òn do dính và mòn do h
ạt
ạn. Khi tăng vận tốc cắt,
ế ñối với cắt li
ên tục và tạo
ết nứt do ứng suất nhiệt
ủ yếu dẫn ñến vỡ l

V
α
= −

Trong ñó: VB
ave
là chiều cao trung bình của vùng mòn.
- Thể tích mòn mặt trước:

cr
2 ( )
(2 2)
3
b KB KF KT
V
−
= −
14
Hình 2.6. Các thông số ñặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau.
* Các chỉ tiêu ñánh giá sự mài mòn của dụng cụ cắt
- Chỉ tiêu mòn tối ưu: Dấu hiệu dụng cụ cắt ñược xem là mòn thì ñược

nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp ñến
ñộ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế
của quá trình gia công. Vì vậy việc lựa chọn dụng cụ và xác ñịnh ñiều
kiện làm việc là rất quan trọng ñối với tất cả các quá trình gia công.
ðể gia công vật liệu có ñộ cứng cao có thể sử dụng nhiều loại vật
liệu dụng cụ cắt khác nhau. Ceramics thích hợp cho gia công khô nhưng
tính giòn cao, sức bền uốn thấp nên không thích hợp trong gia công có
rung ñộng và va ñập. CBN có ñộ cứng và khả năng chịu nhiệt rất cao
nên ñược sử dụng nhiều khi gia công vật liệu có ñộ cứng cao. Tuy nhiên
CBN không thích hợp về mặt kinh tế khi gia công thép có thành phần
ferit cao và ñộ cứng dưới 50 HRC. ðối với vật liệu phủ thì lớp phủ
TiAlN có thể làm việc với tốc ñộ cắt cao, rất thích hợp với gia công khô
và giá thành mảnh dao phủ TiAlN hạ hơn PCBN nhiều. Vì vậy ở ñây tác
giả nghiên cứu tiện có va ñập thép 45 sau khi tôi (ñộ cứng trong khoảng
40 ÷ 45 HRC) sử dụng mảnh carbide phủ TiAlN.
16
Chương 3. XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT HỢP LÝ KHI TIỆN CÓ VA
ðẬP THÉP 45 QUA TÔI BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ
TIALN
3.1. Thiết bị thí nghiệm
a) Máy thí nghiệm
Thực nghiệm ñược tiến hành trên máy tiện CTX 310 eco (Trường
Cao ñẳng công nghiệp Việt ðức).
b) Dụng cụ thí nghiệm
Mảnh dao hợp kim cứng phủ TiAlN kí hiệu CNMG120404HQ –
PR1125 của hãng Kyocera.
c) Phôi thí nghiệm
Thép 45 ñược sử dụng trong thí nghiệm có chiều dài L = 200,
ñường kính Ø50, tôi thể tích ñạt ñộ cứng 40 ÷ 45HRC.
d) Dụng cụ ño kiểm

x
2
V (m/ph) S (mm/vg)
1 -1 -1 140 0,04
2 1 -1 180 0,04
3 -1 1 140 0,12
4 1 1 180 0,12
5 0 0 160 0,08
6 +α 0 184,3 0,08
7 -α 0 135,7 0,08
8 0 +α 160 0,1286
9 0 -α 160 0,0314
10

0 0 160 0,08
11

0 0 160 0,08
18
3.4. Thực hiện thí nghiệm
Tiến hành gia công, quan sát ño và ghi chép kết quả thí nghiệm. Ở
ñây nhám bề mặt ñược ño dọc theo phương ñường sinh của phôi, ñầu ño
ñược gá lên phôi nhờ khối V của dụng cụ ño. Giá trị Ra và Rz là trung
bình cộng của ba lần ño tại ba vị trí khác nhau của bề mặt gia công.
Chiều dài cắt là 150mm, mỗi thí nghiệm thực hiện bằng một mảnh dao
do ñó ảnh hưởng của mòn dao là không ñáng kể, do vậy kết quả thí
nghiệm là tin cậy.
Bảng 3.4. Kết quả ñộ nhám bề mặt chi tiết gia công.
Stt


8
0 +α 160 0,1286
1,29567 5,34033
9
0 -α 160 0,0314
0,44600 2,76133
10

0 0 160 0,08
0,64300 3,72500
11

0 0 160 0,08
0,62867 3,90133
3.5. Phân tích k
ết quả thí nghiệm
Coefficients for Ra) và so sánh các giá tr
α = 0,05 ta th
ấy giá trị P ứng với các hệ số ñều rất nhỏ
ứng tỏ sự có mặt của các hệ số l
à có ý nghĩa.
Ở phần phân tích ph
ương sai cho Ra (Analysis of Variance for Ra)
ng v
ới hàng Lack-of-
Fit (P=0,873). Giá tr
ất nhiều so với mức ý nghĩa
α = 0,05. ðiều này có ngh
ĩa l
àm quan h
ệ giữa nhám bề mặt (
Ra
ợng chạy dao (S) nh
ư sau:
0,138lnV +
13,723lnS –
0,142lnV.lnS + 95,177(lnS)
ết quả phân tích số liệu thí nghiệm ñộ nhám Ra.

ư
ớc tính cho Ra”
Coefficients for Ra) và so sánh các giá tr
ị này với
ấy giá trị P ứng với các hệ số ñều rất nhỏ
ương sai cho Ra (Analysis of Variance for Ra)
Fit (P=0,873). Giá tr

thể thực hiện theo phương pháp: Dùng chỉ tiêu chất lượng bề mặt ñể xác
ñịnh giới hạn tuổi bền của dao, cụ thể là khi tiến hành gia công ở chế ñộ
cắt tối ưu sẽ tiến hành kiểm tra chất lượng bề mặt theo chỉ tiêu ñộ nhám
bề mặt. Giới hạn tuổi bền của dao ñược xác ñịnh là thời ñiểm giá trị ñộ
nhám của bề mặt gia công thay ñổi ñột ngột.
Tiến hành gia công và ño nhám bề mặt ở từng thời ñiểm cụ thể ta
thu ñược kết quả trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. ðộ nhám bề

Stt Thờ
i gian gia công (phút)
1
10
2
12,5
3
15
4
17,5
5
20
6
22,5
7
25
8
27,5
9
30



25
0,810

27,5
0,930

30
1,106

ố
liệu trên ta vẽ ñược ñồ thị thể
hi
t v
ới thời gian gia công (hình 3.13).

Hình 3.13. Quan h
ệ giữa nhám bề mặt và thờ
i gian gia công.

Ra (µm)

vật liệu gia công trên lớp nền dụng cụ cắt càng khẳng ñịnh khi này
mòn dụng cụ cắt diễn ra theo cơ chế mòn do ma sát. 24

Hình 3.14. Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 10 phút gia công.

Hình 3.15. Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 20 phút gia công. 25

Hình 3.16. Ảnh chụp mặt sau dụng cụ cắt sau 30 phút gia công.
3.8. Kết luận chương 3
- Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm ñã xác ñịnh ñược ảnh
hưởng của chế ñộ cắt ñến ñộ nhám bề mặt khi tiện có va ñập thép 45 qua
tôi bằng mảnh carbide phủ TiAlN thông qua hàm hồi quy thực nghiệm:
LnRa = 11,288 – 0,138lnV + 13,723lnS – 0,142lnV.lnS + 95,177(lnS)
2

- Xác ñịnh ñược các thông số V, S tối ưu ñể ñạt ñộ nhám Ra nhỏ nhất:
V = 160,3263 m/ph, S = 0,0493 mm/vg.
- Xác ñịnh ñược tuổi bền mảnh dao (khoảng 25 phút).
- Khảo sát ñược cơ chế mòn mảnh dao (chủ yếu là mòn do ma sát).