ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRIỆU QUÝ HUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN
MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ TiAlN KHI
PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA TÔI

Chuyên ngành: Kỹ Thuật cơ khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

PHÒNG QLĐT SAU ĐẠI HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Nguyễn Văn Hùng
XÁC NHẬN KHOA CƠ KHÍ

PGS.TS. Nguyễn Văn Dự

Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP


nghiệm của trƣờng ĐHKT Công Nghiệp trong suốt quá trình hoàn thành luận
văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn cán bộ Khoa Sau đại học của trƣờng,
cán bộ phòng thí nghiệm khoa cơ khí – ĐHKTCN đã dành cho tôi những điều
kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cuối cùng tôi
xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã ủng hộ, động viên,
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.
Thái Nguyên, Ngày 26 tháng 02 năm 2014
Học viên

Triệu Quý Huy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

MỤC LỤC
Nội dung

Tran
g
1

Trang 1
Lời cảm ơn

2

Mục lục

3

3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
3.2. Ý nghĩa thực tiễn

14

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG

15

1.1. Khái niệm về quá trình phay

15

1.2. Các yếu tố cắt của dao phay

16

1.2.1. Chiều sâu cắt ap

17

1.2.2. Lƣợng chạy dao S

17

1.2.3. Vận tốc cắt khi phay

17



1.5. Kết luận chƣơng 1

23

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT 24
ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN KHI PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA
TÔI BẰNG DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ
2.1. Mòn của dụng cụ khi phay

24

2.1.1. Các dạng mòn của dụng cụ cắt

25

2.1.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt

27

a. Mòn do cào xƣớc

28

b. Mòn do dính

28

c. Mòn do hạt mài


2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ.

35

2.3. Mòn dao phay cứng

36

2.4. Tuổi bền dụng cụ cắt

37

2.4.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt

37

2.4.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt

39

2.4.2.1. Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dụng cụ cắt

39

2.4.2.2. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ

40

2.5 Phƣơng pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt


3.1.1. Lý thuyết thực nghiệm.

45

3.1.1.1. Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm

45

a. Nguyên tắc ngẫu nhiên

45

b. Nguyên tắc lặp lại

45

c. Nguyên tắc tạo khối

45

3.1.1.2. Các loại thí nghiệm

46

a. Thí nghiệm sàng lọc

46

b. Thí nghiệm so sánh


3.1.2.5. Phƣơng pháp đo và tổng hợp kết quả đo

49

3.1.3. Các giới hạn của thí nghiệm.

50

3.1.4. Các thông số đầu vào của thí nghiệm

50

3.1.5. Các hàm mục tiêu

51

3.1.6. Chọn dạng hàm hồi quy

51

3.1.7. Xây dựng ma trận thí nghiệm

52

3.1.8. Trang thiết bị thí nghiệm

53

3.1.8.1. Máy thí nghiệm


a. Nhập kết quả thí nghiệm

57

b. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và lực cắt

59

c. Phân tích biểu đồ và lời khuyên công nghệ.

60

3.3.2. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu lƣợng mòn hs.

60

a. Nhập kết quả thí nghiệm

60

b. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và lƣợng mòn

62

c. Phân tích biểu đồ và lời khuyên công nghệ.

63

3.3.3. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và tuổi bền



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

80

81

/>

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
TT

Bảng số

Tran
g

Nội dung
Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt V, S

1

Bảng 3.1 cho thực nghiệm

51

2

Bảng 3.2 Ma trận thí nghiệm



Hỡnh

Ni dung

Tran
g

1

Hỡnh 1.1

Dao phay trụ răng xoắn

15

2

Hỡnh 1.2

Dao phay mặt đầu

16

Dao phay răng nhọn và dao phay hớt l-ng

16

Các yếu tố cắt khi phay


Hỡnh 1.3
Hỡnh 1.4

Hỡnh 1.5
Hỡnh 1.6

Hỡnh 1.7
Hỡnh 2.1

Hỡnh 2.2

10

Hỡnh 2.3

Mũn ng thi mt trc v mt sau

26

11

Hỡnh 2.4

Cựn li ct

26

12

Hỡnh 2.5

S 3 vựng ma sỏt ca Shaw,Ber v Mamin.

17

Hỡnh 2.10

S th hin 3 giai on mũn mt trc ca 37

35

dng c thộp giú ph TiN

18

Hỡnh 2.11

V trớ lc ct tỏc dng vo dao.

S húa bi Trung tõm Hc liu

39

/>

19

Hình 2.12

Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr
Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD


25

Hình 3.1.a

Sơ đồ thí nghiệm 22

49

26

Hình 3.1.b

4 thí nghiệm dọc trục và 1 thí nghiệm trung tâm

49

27

Hình 3.1.c

Thí nghiệm CCD

49

28

Hình 3.2

Các thông số mảnh dao


34

Hình 3.8

35

Hình 3.9

theo vận tốc cắt dao tiện
Dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi
cải thiện.
Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của
dao

Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lƣợng
chạy dao và lực cắt
Biểu đồ đƣờng mức quan hệ giữa vận tốc, lƣợng
chạy dao và lực cắt
Sơ đồ đo mòn dao theo góc sau
Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lƣợng
chạy dao và lƣợng mòn
Biểu đồ đƣờng mức quan hệ giữa vận tốc, lƣợng
chạy dao và lƣợng mòn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

41

41


40

Hình 3.14

41

Hình 3.15

42

Hình 3.16

Thiết bị đo lực kết nối với quá trình gia công

70

43

Hình 3.17

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 1

71

44

Hình 3.18

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 2


Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 6

73

49

Hình 3.23

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 7

74

50

Hình 3.24

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 8

74

51

Hình 3.25

Hình ảnh mòn của mảnh dao thí nghiệm 9

75

52


66

66
68
70

75

76

Xác định các thành phần lực cắt trong quá 76

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

trình thí nghiệm 3
55

Hình 3.29

56

Hình 3.30

57

Hình 3.31



78

78

79

79

/>

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
- Phay cứng là gia công các chi tiết đã qua tôi (thƣờng là thép hợp
kim) có độ cứng cao khoảng 45 ÷ 45 HRC. Đây là chi tiết làm việc trong
điều kiện chịu ma sát, chịu mài mòn cao. Phƣơng pháp này có thể sử dụng
để thay thế một số phƣơng pháp gia công khác nhƣ mài, gia công bằng
xung điện... Khi chi tiết có hình dạng tƣơng đối phức tạp. Phay cứng cho
năng xuất cao hơn với vốn đầu tƣ ban đầu thấp hơn nhiều, vật liệu thƣờng
sử dụng làm dao phay cứng là các vật liệu phun phủ nhƣ: TiN, TiAlN,
CBN... với vật liệu nền là thép gió hoặc hợp kim cứng để làm tăng khả
năng cắt gọt của chúng, đƣợc nghiên cứu và chế tạo nhiều chủng loại dụng
cụ cắt có nhiều tính năng ƣu việt góp phần nâng cao năng xuất cắt gọt. Với
những dụng cụ cắt có kết cấu phức tạp, việc chế tạo khó khăn thì ứng dụng
đó là một trong những giải pháp mang tính đột phá. So sánh các lớp phủ để
lựa chọn:
Tính chất lý học
Độ cứng (Kg/mm2)

TiN


/>

vật liệu cứng, chi tiết có kích thƣớc không hợp lý đòi hỏi phải qua tôi và
cho độ chính xác cao.
- Đối với quá trình gia công chi tiết đã qua tôi thì chất lƣợng bề mặt
rất quan trọng vì đây thƣờng là phay tinh, để thực hiện đƣợc cần phải có
dao phay hợp kim cứng có độ cứng và khả năng cắt cao. Những dao phay
này có độ chính xác cao, đắt tiền vì vậy cần nghiên cứu ảnh hƣởng của các
thông số đến độ mòn và tuổi bền nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế là vấn đề
hết sức quan trọng.
- Dao phay hợp kim cứng phủ TiAlN là loại dao đƣợc dùng nhiều để
nâng cao chất lƣợng bề mặt và năng suất gia công các chi tiết thép hợp kim
đã qua tôi có độ cứng từ 45 ÷ 55HRC. Do vậy việc tiến hành nghiên cứu
“Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số chế độ cắt đến mòn và tuổi bền của
dao phay hợp kim cứng phủ TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tôi.” là rất
cần thiết.
2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu đƣợc mòn và cơ chế mòn của dao phay hợp kim cứng
phủ TiAlN và xác định đƣợc mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dụng
cụ cắt.
- Xác định đƣợc chế độ cắt hợp lý nâng cao tuổi bền của dụng cụ và
chất lƣợng của sản phẩm.
- Làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao phay hợp kim
cứng phủ TiAlN khi gia công các vật liệu thép hợp kim đã qua tôi.
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu
- Ảnh hƣởng của các thông số đến mòn và tuổi bền của dao phay
TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tôi có độ cứng 45 ÷ 55HRC.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG
1.1. Khái niệm về quá trình phay
Phay là phƣơng pháp gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn
cấp 4-3 và độ bóng không hơn cấp 6; là một trong những phƣơng pháp gia
công đạt năng suất cao nhất.
Bằng phƣơng pháp phay, ngƣời ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định
hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt xoay tròn, trục then hoa, cắt
ren, bánh răng... Dụng cụ để cắt kim loại khi phay goi là dao phay.
Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lƣỡi nên quá trình cắt ngoài
những đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện còn có những đặc điểm sau:
- Do có một số lƣỡi cùng tham gia cắt nên năng suất khi phay cao.
- Lƣỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lƣợng
thân dao thƣờng lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt.
- Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động
trong quá trình cắt.
- Do lƣỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động nên khả
năng tồn tại lẹo dao ít.

H×nh 1.1: Dao phay trô r¨ng xo¾n
(MÆt tr-íc 1; mÆt sau 2; c¹nh viÒn 3; l-ng r¨ng 4; l-ìi c¾t xo¾n 5)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>



n

Vn

Vc

D

Chi tiÕt
Vs
s

Hình 1-5: Tốc độ cắt khi phay

Tốc độ cắt khi phay đƣợc biểu diễn:
Vc  Vn  Vs
Vc 

Vn

2

V

2

s

 2 Vn .Vn .Cos(VnVs )