LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Đoàn Văn Đô, học viên lớp Cao học K10B CTM kỹ thuật. Sau thời
gian học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, đặc biệt là sự
hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Trần Thế Lục- giáo viên hướng dẫn, tôi
đã đi đến chặng đường cuối cùng của khóa học.
Trong quá trình học tập và dưới sự giúp đỡ định hướng của các thầy tôi đã
chọn đề tài cho khóa học của mình là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt s, t, v
đến chất lượng bề mặt khi gia công thép C45 bằng dao tiện thép gió sản xuất tại
Việt Nam” làm đề tài nghiên cứu.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS Trần Thế Lục và các tài liệu tham khảo được liệt kê. Tôi
không sao chép công trình của cá nhân khác dưới bất kỳ hình thức nào. Nếu sai tôi
xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường và pháp luật.

Người cam đoan

Đoàn Văn Đô

1


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Trần Thế Lục – giáo
viên định hướng và hướng dẫn đề tài. Sự hướng dẫn trong quá trình tiếp cận đề tại,
tài liệu tham khảo cũng như quá trình hoàn thành luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các bạn, các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong quá
trình hoàn thành thì nghiệm
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Giám Hiệu trường CĐ Kinh tế – Kỹ thuật
Thái Bình cùng các thầy cô trong khoa - nơi tôi công tác đã tạo điều kiện cho tôi
theo khóa học và hoàn thành thí nghiệm
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, thầy cô giáo đã ủng hộ và


1.2. Chất lượng bề mặt sau gia công cơ ................................................................................22
1.2.1 Khái niệm chung về lớp bề mặt ...............................................................................................22
1.2.2 Bản chất của lớp bề mặt ..........................................................................................................23

1.3. Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến độ ổn định của quá trình cắt ..................................30
1.3.1. Ảnh hưởng của chiều rộng cắt b .............................................................................................31
1.3.2. Ảnh hưởng của chiều dầy cắt a...............................................................................................32
1.3.3. Ảnh hưởng của vận tốc cắt v ..................................................................................................32
1.3.4. Ảnh hưởng của thông số hình học phần cắt.............................................................................33
1.3.5. Kết luận.................................................................................................................................34

1.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết máy............................................34
1.4.1 Các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt............................................34
1.4.2 Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo lớp bề mặt .......................................................................37
1.4.3 Ảnh hưởng do rung động hệ thống công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công .........................39

1.5. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy. .................39
1.5.1 Ảnh hưởng đến tính chống mòn ..............................................................................................39
1.5.2 Ảnh hưởng đến độ bền mỏi chi tiết máy ..................................................................................40
1.5.3 Ảnh hưởng tới chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết...................................................41
1.5.4 Ảnh hưởng tới độ chính xác mối lắp ghép ...............................................................................42

1.6. Kết luận ..........................................................................................................................42

CHƯƠNG 2.................................................................................................................... 44
MÒN VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ CẮT........................................................................... 44

3


Trình tự thí nghiệm .....................................................................................................56
1.2.1 Thí nghiệm 1 - ảnh hưởng của v, ( t, s = const) ........................................................................56
1.2.2 Thí nghiệm - ảnh hưởng của s, (t, n = const)............................................................................56
1.2.3 Thí nghiệm 3 - ảnh hưởng của t, (s, v = const) .........................................................................56

1.3 Kết quả thì nghiệm ..........................................................................................................57

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ......... 58
2.1. Xây dựng đồ thị ..............................................................................................................58
2.2. Phân tích kết quả thực nghiệm ......................................................................................59
2.3. Phân tích kết quả thực nghiệm bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm ...............59
2.3.1. Xác định hàm quan hệ giữa độ nhám và bước tiến s (mm).......................................................61
2.3.2. Xác định hàm quan hệ giữa độ nhám và vận tốc cắt v (m/ph)..................................................63
2.3.3. Xác định hàm quan hệ giữa độ nhám và chiều sâu cắt t (mm)..................................................64

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM................................................ 67
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA ĐỀ TÀI. 68
4.1

Kết luận chung ............................................................................................................68

4.2

Hướng nghiên cứu tiếp của đề tài ...............................................................................69

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 69

4





góc trượt

r

bán kính mũi dao (mm)

Chế độ cắt
v:

vận tốc cắt (m/ph)

s:

lượng chạy dao (mm/vg)

t:

chiều sâu cắt (mm)

ap :

chiều dày phoi (mm)

b:

chiều rộng phoi (mm)

hmin: chiều dày phoi min (mm)


mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt sau của dao

K:

hệ số co rút phoi

5


Ra, Rz: độ nhám bề mặt (m)
T:

tuổi thọ của dao (ph)

hs :

độ mòn tới hạn (m)

c:

nhiệt dung riêng

A:

biên độ dao động (m)

Hv:

độ biến cứng bề mặt

Thành phần hóa học vật liệu gia công
Số liệu thí nghiệm vận tốc cắt, v
Số liệu thí nghiệm bước tiến, s
Số liệu thí nghiệm chiều sâu cắt, t
Kết quả thí nghiệm vận tốc cắt, v
Kết quả thí nghiệm bước tiến, s
Kết quả thí nghiệm chiều sâu cắt, t
Bảng xử lý số liệu bước tiến s
Bảng xử lý số liệu vận tốc cắt v
Bảng xử lý số liệu chiều sâu cắt t

Trang
23
27
53
54
55
55
55
55
56
56
56
57
57
57
62
63
65



H×nh 8.
H×nh 9.
H×nh 10.
H×nh 11.
H×nh 12.
H×nh 13.
H×nh 14.
H×nh 15.
H×nh 16.
H×nh 17.
H×nh 18.
H×nh 19.
H×nh 20.
H×nh 21.
H×nh 22.
H×nh 23.
H×nh 24.
H×nh 25.
H×nh 26.
H×nh 27.
H×nh 28.
H×nh 29.
H×nh 30.
H×nh 31.
H×nh 32.
H×nh 33.
H×nh 34.
H×nh 35.
H×nh 36.

Các hình dạng mòn dụng cụ
Các yếu tố ảnh hưởng đến T
Sơ đồ thí nghiệm
Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc cắt (v) và độ nhám bề
mặt Ra
Biểu đồ quan hệ giữa bước tiến (s) và độ nhám bề
mặt Ra
Biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu cắt (t) và độ nhám bề
mặt Ra

7

13
15
16
17
17
17
19
19
20
26
28
29
30
31
31
33
33
34

lượng bề mặt
Nghiên cứu thực nghiệm ở các chế độ cắt (s, t, v) độc lập khác nhau, lần lượt
thay đổi từng thông số chế độ cắt.
Ghi chép kết quả, phân tích, tổng hợp, đưa ra mối liên hệ giữa chế độ cắt và
độ nhấp nhô bề mặt.
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm về ảnh hưởng của chế độ
cắt s, t và v đến chiều cao nhấp nhô bề mặt chi tiết Ra, Rz (thép C45) sau gia công
bằng dao tiện thép gió (HSS) sản xuất tại Việt Nam.

8


PHẦN 1
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT, CHẤT LƯỢNG LỚP BỀ MẶT VÀ
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT
MÁY SAU GIA CÔNG
CHƯƠNG 1
QUÁ TRÌNH CẮT VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT SAU GIA CÔNG
1.1. Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi gia công.
1.1.1 Cấu tạo – liên kết và biến dạng tinh thể kim loại
Kim loại có thể coi là những nguyên tố có điện trở dương (nhiệt độ tăng thì
điện trở tăng).
(a) Cấu tạo: (hình 1)
Đặc điểm quan trọng nhất của kim loại
là số điện tử hóa trị (số điện tử ở lớp ngoài
cùng đối với kim loại thường và lớp sát ngoài
cùng với kim loại chuyển tiếp) rất ít, thường
từ 1 đến 2 nguyên tử. Những điện tử này dễ
dàng bứt đi và trở thành điện tử tự do, còn

a) Mô hình liên kế iôn; b) liên kết kim loại

Khi hai nguyên tử ở cách xa nhau vô tận, ta có thể coi thế năng của chúng
bằng không. Khi các nguyên tử xích lại gần nhau, năng lượng tương tác giữa chúng
thay đổi. Khi hai nguyên tử càng lại gần nhau lực hút và lực đẩy càng tăng nhưng
tăng với mức độ khác nhau. Thoạt tiên lực hút tăng nhanh, nhưng sau lại tăng chậm,
lực đẩy đầu tiên tăng chậm nhưng sau đó tăng rất nhanh, đường cong thế năng có
dạng như hình 3.
Thế năng nhỏ nhất
ứng với khoảng cách
r nguyên tử ở trạng
thái cân bằng.

H×nh 3:

thế năng của cặp nguyên tử (1) lực đẩy, (2)
lực hút, (3) lực tổng hợp

(c) Cấu tạo mạng tinh thể kim loại

10


Các nguyên tử trong kim loại sắp xếp trật tự, chúng đều nằm trên mặt phẳng
song song cách đều nhau, mặt này gọi là mặt tinh thể. Tập hợp vô số mặt tinh thể
tạo thành mạng tinh thể.
Để đơn giản trong nghiên cứu và biểu diễn mạng tinh thể người ta dùng ô cơ
bản. Đó là phần nhỏ nhất đặc trưng cho một mạng tinh thể. Có thể xem mạng tinh
thể bao gồm vô số ô cơ bản sắp xếp liên tiếp nhau hợp thành.
Trong kim loại thông thường ta thường gặp 3 loại mạng tinh thể: lập phương

H×nh 6: Sơ đồ hóa miền tạo phoi
Khi cắt, do tác dụng của lực cắt P (hình 6) dao bắt đầu nén lớp cắt vật liệu
gia công theo mặt trước. Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát
sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo và
một lớp phoi có chiều dày ap được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a,
di chuyển dọc theo mặt trước của dao.
Vật liệu gia công trượt trên các mặt OA, OB, OC, OD, OE,.. miền tạo phoi
được giới hạn bởi đường OA – dọc theo đường đó phát sinh những biến dạng dẻo
đầu tiên,đường OE là đường kết thúc biến dạng dẻo và đường AE - đường nối liền
khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi.
Trong quá trình cắt, miền tạo phoi AOE di chuyển cùng với dao.
Ngoài ra lớp kim loại bị cắt, sau khi đã bị biến dạng trong miền tạo phoi, khi
chuyển thành phoi còn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao.
Lớp kim loại phía dưới của phoi, kề với mặt trước của dao bị biến dạng phụ
nhiều hơn lớp phía trên. Mức độ biến dạng của chúng lớn đến mức mà các hạt tinh
thể trong chúng bị kéo dài ra theo một hướng nhất định tạo thành tếch tua.
Như vậy, phoi cắt ra biến dạng không đều.
Mức độ biến dạng của phoi :
Kf = Kbd + Kms

12


Trong đó

Kbd mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi
Ksm mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của

dao
Vì biến dạng dẻo của phoi có tính lan truyền, do đó lớp kim loại nằm phía

OC .sin 
sin 


a1 OC.cos(   ) cos(   )

Từ đó :

tg 

r.cos 
1  r.sin 

đặt k=1/r thì ta có

tg 

cos 
k  sin 

Tùy theo vật liệu gia công, chế độ cắt, thông số hình học của dcc mà có thể
có phoi dây, phoi xếp và phoi vụn.

H×nh 8:

: Các dạng phoi : a) phoi xếp,

b) phoi dây

Phoi dây: được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ cắt cao, chiều

Khi dao bị mòn mặt trước tạo thành rãnh cong thì độ cong của rãnh đó ảnh hưởng
trực tiếp tới bán kính cong cuộn phoi.
Diện tích tiếp xúc của phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, tốc độ
cắt, chiều dày cắt và các điều kiện khác. Nếu diện tích tiếp xúc đó giảm đi thì cùng
một gia trị lực cắt thì tải trọng đơn vị tác dụng lên dao tăng.
Giả sử chiều hình thành phoi theo chiều: phoi vụn –> phoi xếp –> phoi dây,
thì phoi có xu hướng hình thành theo chiều từ trái qua phải khi:
- Tốc độ cắt tăng thì
- Chiều sâu cắt giảm
- Góc trước tăng

15


- Độ cứng vật liệu giảm
- Bước tiến giảm
Chất lượng bề mặt khi hình thành phoi vụn nói chung là thấp nhất, nó giống
như trường hợp bề mặt kim loại bị phá hủy giòn.
1.1.3. Hiện tượng lẹo dao
Trong quá trình cắt khi cắt ra phoi dây, trên mặt trước của dao ngay kề lưỡi
cắt thường xuất hiện những lớp kim loại có cấu trúc kim tương khác hẳn với vật liệu
gia công và vật liệu làm dao. Lớp kim loại này bám chắc vào lưỡi cắt dụng cụ thì
được gọi là lẹo dao.
Cơ chế: do chịu áp lực lớn và nhiệt độ cao, mặt khác vì mặt trước dao không
tuyệt đối nhẵn nên các lớp kim loại bị cắt nằm kề với mặt trước của dao trong quá
trình cắt có tốc độ di chuyển chậm và trong những điều kiện nhất định, lực cản
thắng được lực ma sát trong nội bộ kim loại thì lớp kim loại này sẽ nằm ở mặt trước
và hình thành lẹo dao. Vì biến dạng lớn nên độ cứng của lẹo dao lớn hơn độ cứng
của vật liệu gia công từ 2,5  3,5 lần và do đó có thể thay thế vật liệu làm dao thực
hiện quá trình cắt.

Tốc độ cắt quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao h được thể hiện trên
hình 12:
Phần I, khi tốc độ thấp thì phoi hình thành là phoi vụn nên không sinh lẹo
dao.
Phần II: khi cắt tạo thành phoi dây và hiện tượng lẹo dao bắt đầu xuất hiện,
khi tăng tốc độ cắt thì lẹo dao tăng. Giới hạn trên của khu II là tốc độ cắt ứng với
chiều cao lẹo dao max.
Phần III:khi tiếp tục tăng tốc độ cắt thì lẹo dao bắt đầu giảm. Giới hạn trên
của phần này là hiện tượng lẹo dao bắt đầu biến mất.

17


ở phần IV, khi tốc độ cắt khá cao thì hiện tượng lẹo dao không còn nữa.
Tính chất của vật liệu gia công.
Khi vật liệu gia công càng
dẻo thì tốc độ hình thành lẹo dao
càng thấp và chiều cao lẹo dao càng
cao. vật liệu có cấu tạo péc lít hạt
có độ dẻo cao hơn độ dẻo của vật
liệu có cấu tạo peclit mảnh. Chiều
cao của lẹo dao càng lớn khi lượng
péclit có trong thép càng nhiều.

H×nh 10:

Quan hệ giữa chiều cao lẹo dao

và vật liệu gia công



K

L af

Lf
a

Trị số của hệ số co rút phoi phụ thuộc vào tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến sự
biến dạng của phoi (tính chất cơ lý của vật liệu gia công, hình dạng hình học của
dao, chế độ cắt và các điều kiện khác) và trị số này thay đổi trong phạm vi rộng K=
(1-8).
1.1.4.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi K
(a) ảnh hưởng của vật liệu gia công.
Tính chất vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn đến hệ số co rút phoi. Khi giữ
nguyên các điều kiện khác, vật liệu càng dẻo thì sự liên kết các phần tử trong kim
loại càng yếu khiến cho sự sắp xếp mạng trong phần tử kim loại dễ bị phá hủy, do
đó khi cắt kim loại sẽ bị biến dạng nhiều hơn.
Dưới đây là bảng giá trị hệ số co rút phoi

19


vật liệu gia
công

Tính chất cơ lý

Hệ số co
rút phoi


2,84

265

512

1500

0,531

Thép 20X

3,64

235

438

1500

0,464

Đồng

6,5

245

726

Khi bán kính mũi dao r=0, góc 
càng tăng thì hệ số co rút phoi càng giảm và
khi  tăng thì chiều dày cắt sẽ tăng do đó
phoi càng dầy và càng khó bị biến dạng,
Nếu r # 0 thì khi  thay đổi, sự thay
đổi của hệ số co rút phoi phức tạp hơn thể
hiện ở hình 15.
H×nh 15: ảnh hưởng của góc 
đến hệ số co rút phoi
(d) ảnh hưởng của chế độ cắt
- Tốc độ cắt: trong các yếu tố chế độ cắt thì tốc độ cắt ảnh hưởng đến sự co
rút phoi nhiều nhất.
Khi tăng tốc độ cắt đến một giá trị nào đó thì xuất hiện lẹo dao làm giảm góc
cắt, do đó hệ số co rút phoi giảm (hình 16 a đoạn AB). Tiếp tục tăng tốc độ cắt,
chiều cao lẹo dao tăng làm cho góc cắt tăng lên khiến cho hệ số co rút phoi tăng lên
(hình 16 a đoạn BC). Khi tốc độ cắt tiếp tục tăng nữa vượt quá khu vực hình thành
lẹo dao thì hệ số co rút phoi giảm (đoạn CD) vì lúc này ma sát giữa phoi và mặt
trước dao giảm đi. Hình 16 b) cho biết quan hệ giữa tốc độ và hệ số ma sát. điểm A
trên hình b) tương ứng với điểm C trên hình a), tại đó nhiệt độ cắt khi gia công thép
trung bình đạt 300 - 4000C.
Khi tăng tốc độ cắt, chiều dài tiếp xúc giữa phoi và dao giảm đi dó đó
lầmgỉm ma sát và sự co rút phoi giảm.
Khi tốc độ cắt đạt khoảng 200 – 300 m/ph thì hệ số co rút phoi hầu như
không đổi.

21


H×nh 16: Quan hệ chế độ cắt và co rút phoi
- Chiều dầy cắt: hình 16c) cho thấy mối quan hệ giữa chiều dày cắt a với hệ

học....
Bề mặt vật rắn luôn bao gồm các vùng có tính chất cơ, lý khác nhau với lớp
bên trong, đó là lớp hấp thụ vật lý, hóa học, lớp biến dạng, lớp nền.
1.2.2.1 Lớp biến dạng
Dưới tác động của quá trình tạo hình, các tính chất lớp kim loại lớp bề mặt
và lớp lân cận bị thay đổi đáng kể so với lớp bên trong. Ví dụ, trong quá trình gia
công có sự tiếp xúc của bề mặt sau dao và bề mặt chi tiết đã gia công tạo thành
nhiệt độ. Sự kết hợp giữa nhiệt độ và ma sát ở bề mặt này gây ra hiện tượng biến
dạng deo lớp bề mặt. Lớp biến dạng này gọi là lớp biến cứng và trên đó tồn tại ứng
suất dư làm ảnh hưởng tới sự ổn định cũng như kích thước của chi tiết.
Chiều dày lớp biến dạng phụ thuộc vào hai yếu tố:
- Bản chất vật liệu
- Công biến dạng
Tùy théo mức độ biến dạng mà lớp biến dạng này có thể dày vào khoảng
1100m. Lớp biến dạng này không đồng đều và kích thước hạt trong lớp biến
dạng này thường rất nhỏ do bị biến dạng với tốc độ cao kèm théo quá trình kết tinh
lại của tinh thể. Hơn nữa, các tinh thể và hạt lớp bề mặt tự định hướng lại trong quá
trình trượt.
1.2.2.2 Lớp tương tác hóa học
Trừ một số kim loại màu đặc biệt không phản ứng với oxi, còn lại đa phần
các kim loại phản ứng với oxi trong không khí tạo thành các ôxít.
Các lớp ô xít có thể tạo thành trong quá trình gia công cơ hay ma sát. Nhiệt
sinh ra trong quá trình tạo hình hoặc ma sát làm tăng tốc độ oxi hóa và tạo nên

23


nhiều loại ô xít khác nhau. Khi cặp ma sát hoạt động trong không khí thì có thể xảy
ra phản ứng giữa các lớp ô xít của hai bề mặt. Sự tồn tại của chất bôi trơn, chất phụ
gia có thể tạo nên lớp ô xít quan trọng bảo vệ lớp bề mặt.

20  60

Phay bằng dao phay mặt đầu

140  160

40  100

Phay bằng dao phay trụ

120  140

40  80

Khoan và khoét

160  170

180  200

Doa

150  160

150  200

Chuốt

150  200



125  130

20  40

150

16  25

nhiệt luyện
Mài phẳng

Bảng 2: mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia
công
Trong quá trình gia công, dưới tác dụng của lực cắt, mạng tinh thể lớp kim
loại bề mặt bị xô lệch và gây biến dạng dẻo ở vùng trước và sau lưỡi cắt. Phoi được
tạo ra do biến dạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng trượt. Trong vùng cắt, thể
tích riêng của kim loại tăng còn mật độ kim loại giảm làm xuất hiện ứng suất, khi
đó, nhiều tính chất của lớp kim loại bề mặt bị thay đổi như độ bền, độ cứng, tính
dẻo dai... kết quả lớp bề mặt kim loại bị biến cứng nguội và độ cứng tế vi tăng cao.
Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào các phương pháp gia công và
thông số hình học của dao. Khả năng tạo ra mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của
bề mặt của các phương pháp gia công khác nhau thể hiện ở bảng 1.
1.2.2.5 Ứng suất dư lớp bề mặt
Quá trình hình thành ứng suất dư lớp bề mặt sau gia công cơ phụ thuộc vào
đặc điểm của ứng suất dư lớp bề mặt. Giá trị và dấu phụ thuộc vào biến dạng đàn
hồi của vật liệu gia công, chế độ cắt và thông số hình học của dụng cụ cắt và dung
dịch trơn nguội.
* Các nguyên nhân chủ yếu gây ứng suất dư lớp bề mặt gồm:
- Khi gia công, trường lực xuất hiện gây biến dạng dẻo không đều trong lớp