Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
************ BÙI ĐỨC HÙNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT, GÓC
GHIÊNG CỦA BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA
DAO PHAY ĐẦU CẦU PHỦ TIAIN KHI GIA CÔNG KHUÔN
THÉP R12MOV QUA TÔI
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT


THÉP R12MOV QUA TÔI
NGƯỜI HD KHOA HỌC : PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN
HỌC VIÊN : BÙI ĐỨC HÙNG
LỚP : CHK10
CHUYÊN NGÀNH : CHẾ TẠO MÁY
MÃ NGÀNH : 111207CTM007
NGÀY GIAO ĐỀ TÀI :
NGÀY HOÀN THÀNH : KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN

Thái Nguyên – 2009
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
MỤC LỤC
Nội dung Trang
Trang 1 1
Lời cam đoan 2

y
của phôi đến điều kiện cắt gọt của dao phay
cầu.
27
1.3.5. Chiều dày cắt. 30
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
1.3.6. Chiều rộng cắt. 31
1.3.7. Sự hình thành phoi và thông số hình học của phoi khi phay bằng dao
phay cầu
32
1.4. Các dạng dao phay cầu
1.4.1. Dao phay cầu liền khối
1.4.2. Dao phay cầu liền khối không phủ
34
1.4.3. Dao phay cầu liền khối phủ
1.4.4. Dao cầu ghép mảnh
35

1.5. Kết luận chƣơng 1 36
CHƢƠNG 2: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT GỌT BẰNG
DỤNG CỤ PHỦ
2.1. Đặc điểm của dụng cụ cắt phủ.
38
2.2. Ma sát và mòn của dụng cụ phủ.
2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ
40
2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ. 41

2.7. Kết Luận chƣơng 2 59
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ
ĐỘ CẮT ,GÓC NGHIÊNG BỀ MẶT GIA CÔNG ĐẾN TUỔI BỀN CỦA
DAO PHAY CẦU 10 PHỦ TiAlN KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM
CR12MOV
60
3.1. Sơ lƣợc về thép hợp kim
60
3.2. Cơ sở xác định tuổi bền của dao bằng thực nghiệm.
61
3.2.1. Lựa chọn chỉ tiêu xác định tuổi bền của dao
62
3.2.2. Độ nhám bề mặt và phƣơng pháp đánh giá 62
3.2.2.1. Độ nhám bề mặt 62
3.2.2.2. Phƣơng pháp đánh giá độ nhám bề mặt 65
3.3. Thiết kế thí nghiệm.
66
3.3.1. Các giới hạn của thí nghiệm 66
3.3.2. Mô hình thí nghiệm
67
3.3.3. Mô hình toán học
67
3.3.4. Điều kiện thí nghiệm
68
3.3.4.1.Máy. 68
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
3.3.4.2. Dao. 69
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
TT Bảng số Nội dung Trang
1 Bảng 3.1
Các giá trị R
a
, R
z
và chiều dài chuẩn l ứng với
các cấp độ nhám bề mặt
64
2 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy 68
3 Bảng 3.3
Thành phần các nguyên tố hoá học thép
CR12MOV
69
4 Bảng 3.4
Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt v,s
cho thực nghiệm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP

TT Hình Nội dung Trang
1 Hình 1.1
Sơ đồ nguyên lý gia công bằng siêu âm có hạt
mài.
18
2 Hình 1.2
Sơ đồ nguyên lý gia công bằng điện hoá

19
3 Hình 1.3
Sơ đồ nguyên lý gia công bằng xung điện.

19
4 Hình 1.4
Phƣơng dịch chuyển dao khi phay mặt cong bằng
dao phay cầu.
20
5 Hình 1.5
Gia công khuôn mẫu bằng dao phay cầu trên máy
CNC.

Phƣơng thức chuyển dao khi phay bằng dao phay
cầu chuyển dao từ dƣới lên.
28
13 Hình 1.12.b
Phƣơng thức chuyển dao khi phay bằng dao phay
cầu chuyển dao từ trên xuống.
28
15 Hình 1.13.a
Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến lên với một
số giá trị θ
y
(0
o
, 15
o
, 30
o
, 45
o
, 60
o
, 75
o
)
29
16 Hình 1.13.b
Hình chiếu bằng của phoi khi dao tiến xuống với
một số giá trị θ
y
(0

[6].
35
24 Hình 1.21
Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký
hiệu SRFHSMW, SRFHSLW và mảnh ghép ký
hiệu SRFT vật liệu VP10MF, VP15TF của dao
một mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7].
36
25 Hình 2.1
Phủ bằng phƣơng pháp CVD nhiều lớp lên dụng
cụ cắt hợp kim cứng.
40
26 Hình 2.3 Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Mamin. 41
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
27
Hình 2.3
Hình 2.4
Mòn mặt sau
Mòn mặt trƣớc
44
28 Hình 2.5
Mòn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau

44
29 Hình 2.6
Cùn lƣỡi cắt


, =10
0
, =4
0
, =90
0
, = 60
0
,
r=1mm, thời gian cắt T =30 phút [4].
54
35 Hình 2.13
Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr bằng
dao T15K6 với
h
s
= 0,6 mm.(1) s = 0,037 mm/v: (2) s = 0,3 mm/v
(3) s = 0,1 mm/v; (4) s = 0,5 mm/v.
55
36
Hình 2.14
(a)
Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo
vận tốc cắt dao tiện dùng để phay thép các bon tôi
56
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
cải thiện.

y
với tuổi bền của dao phay cầu
10 phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim
CR12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 – 45 HRC khi
chiều sâu cắt không đổi t = 0,5 mm.
77
44 Hình 3.4
Máy phay CNC-VMC-85S

78
45 Hình 3.5
Máy đo độ nhám SJ.201

79
46 Hình 3.6
Hình ảnh phôi đang gia công

79
47 Hình 3.6.a
Hình ảnh mặt sau của dao sau 6,4 phút khi gia
công với v = 110 (m/phút), θ
y
=10
0
79
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
47 Hình 3.6.b
81
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

phức tạp trên các cung nối tiếp vì lưỡi cắt của dao phay cầu được bố trí trên mặt
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
cầu. Trong đó có thể nhận thấy rằng trên toàn bộ biên dạng lưỡi cắt có điều kiện cắt
gọt, cơ chế cắt gọt ở các vị trí trên lưỡi cắt cũng khác nhau. Các vị trí đó phụ thuộc
vào góc nghiêng của phôi, độ mòn dao diễn ra khác nhau dẫn đến tuổi bền trên lưỡi
cắt khác nhau. Hiện nay dao phay cầu đã được một số nhà nghiên cứu trong và
ngoài nước quan tâm nhằm nâng cao khả năng sử dụng của dao phay cầu như:
Nghiên cứu ảnh hưởng bước tiến đến sự hình thành phoi của dao phay cầu gia công
trên máy phay CNC [7]. Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng đến chất lượng bề
mặt khi gia công bằng dao phay cầu [8]. Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình
học của dao phay cầu đến độ nhám bề mặt khi gia công thép [9]. Nghiên cứu ảnh
hưởng của lực cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiN khi gia công thép
CR12MOV [10]. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay
cầu phủ TiAlN khi gia công thép CR12MOV [11]...
Tuy nhiên ảnh hưởng chế độ cắt và góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của dao
phay cầu phủ TiAlN khi gia công vật liệu CR12MOV qua tôi chưa có tài liệu nói
đến. Vì vậy, một trong nhưng vấn đề cần được nghiên cứu để có thể khai thác hiệu
quả hơn nữa việc sử dụng dao phay đầu cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim
CR12MOV đó là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt, góc nghiêng của bề
mặt gia công đến tuổi bền của dao phay đầu cầu phủ TiAlN khi gia công khuôn
thép CR12MOV qua tôi” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục đích nghiên cứu
Đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt và góc nghiêng của phôi đến tuổi bền của
dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV qua tôi. Trên cơ sở
đó đưa ra chế độ cắt một cách hợp lý.
3. Đối tượng nghiên cứu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ PHAY BẰNG DAO
PHAY CẦU
1.1. Ứng dụng của dao phay cầu
Bề mặt của khuôn mẫu thường là những mặt cong phức tạp. Bề mặt gia công
không những là bề mặt phức tạp mà những bề mặt này còn làm bằng vật liệu khó
gia công như thép hợp kim có độ bền cao, thép chịu nhiệt, thép không gỉ, thép đã
tôi...Hiện nay, việc gia công những bề mặt phức tạp này có một số phương pháp
như: Gia công bằng siêu âm (hình 1.1), gia công bằng điện hoá (hình 1.2), gia công
bằng xung điện (hình 1.3) [11]. Những phương pháp gia công này tồn tại một số
nhược điểm như:

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý gia công bằng điện hoá

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công bằng xung điện.

- Giá thành đầu tư cao.

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và
lĩnh vực dụng cụ cắt kim loại nói riêng. Xuất hiện nhiều loại vật liệu dụng cụ cắt
mới và khả năng ứng dụng của chúng trên các máy công cụ CNC đã ngày càng
được khẳng định. Đặc biệt hơn là khả năng gia công với độ chính xác, năng xuất
cao và ngày càng được cải thiện. Song song với sự phát triển đó là một lĩnh vực
không thể tách rời. Đó là lĩnh vực dụng cụ cắt trên máy CNC để có thể đáp ứng
những yêu cầu cao hơn như: Khả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công,
tuổi bền cao và ổn định với chế độ cắt lựa chọn. Sự đa dạng của dụng cụ cắt về
chủng loại, kết cấu và hơn nữa là sự xuất hiện của nhiều loại dụng cụ cắt với vật
liệu cắt có khả năng cắt với tốc độ cao, chất lượng và hiệu quả gia công cao hơn đã
góp phần tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành cơ khí. Hình 1.5. Gia công khuôn mẫu bằng dao phay cầu trên máy CNC.
Hướng cắt ngang Hướng cắt dọc
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21

Việc chế tạo ra Dao phay cầu, đặc biệt là sử dụng Dao phay cầu phủ các vật
liệu CBN, TiAlN, TiN...trên các máy CNC nhiều trục cho phép gia công các bề mặt
phức tạp, với năng suất gia công cao hơn rất nhiều so với các phương pháp gia công
không truyền thống. Quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất phức

ae
h
th
De/2
R
D
ap
Hình 1.6. Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu
Bằng phương pháp phân tích hình học 2 đường chuyển dao liên tiếp với lượng dịch
chuyển là a
e
khi gia công mặt phẳng có thể biết được giá trị của h
th
như (hình 1.7)


= 2.
)(
pp
aDa 
(1 - 1)
Chiều cao nhấp nhô bề mặt phụ thuộc vào bán kính dao và lượng dịch dao
ngang để lại được tính theo công thức:
h
th
= R -
2
4
22
e
aR 
(1 - 2)
Trong đó:
a
p
là chiều sâu cắt.
h
th
là chiều cao nhấp nhô bề mặt
a
e
là lượng dịch dao ngang
R là bán kính của dao
Có thể nhận thấy rằng R >
2
4



N'N'
MPCGMPCB
N




Để khảo sát chúng ta gắn hệ toạ độ đề các oxyz trên phần đỉnh của mũi dao.
Trục x theo phương nằm ngang // bàn máy dọc. Trục y theo phương nằm ngang //
bàn máy ngang. Trục Z theo phương thẳng đứng // với trục dao.
Hình 1.8. Các bề mặt được hình thành trên phần cắt của dao phay cầu
Góc trước và góc sau của dao phay cầu phủ thường được chọn như sau: [5]
 = 0
o
5
o
;  = 3
o
7

Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công với bề mặt chưa gia công đo theo
phương vuông góc với bề mặt đã gia công sau một lát cắt.
1.3.2. Lƣợng chạy dao S.
Lượng chạy dao răng S
z
(mm/răng): Là lượng chạy dao xác định khi dao quay
được một góc răng.
Lượng chạy dao vòng S
v
(mm/vòng): Là lượng chạy dao xác định sau khi dao
quay được một vòng.
Lượng chạy dao phút S
ph
(mm/phút): Là lượng chạy dao xác định trong một
phút.
Giữa chúng có quan hệ như sau:
S
v
= Z . S
z

S
ph
=n . S
v
= n . Z . S
z

1.3.3. Vận tốc cắt khi phay
Dao phay cầu với đặc điểm lưỡi cắt xác định trên mặt cầu. Vì thực tế khi phay

26
cắt bên để cắt, tính toán tốc độ
cắt ở điểm P ta có:

V =
1000
.sin.. nD

(m/ph) (1- 3)
Trong đó:
D
e
là đường kính gia công
ứng với chiều sâu cắt a
p
(mm)
a
p
là chiều sâu cắt (mm)
D là đường kính của dao (mm)
Hình 1.10. Thông số tính vận tốc cắt của dao phay cầu.
n là số vòng quay của dao (vòng/ph)
 = cos
-1
.
)
2
(
D
aD

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

27
1.3.4.Ảnh hƣởng góc nghiêng θ
y
của phôi đến điều kiện cắt gọt của dao phay
cầu.
Góc nghiêng của phôi ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi bền của dao phay cầu khi
gia công các bề mặt phức tạp vị trí của điểm bắt đầu vào cắt cũng đóng một vai trò
rất quan trọng bởi vì khi đầu dao tiến vào cắt tiếp xúc với bề mặt nghiêng của phôi
lực cắt tăng lớn nhất dẫn đến chất lượng bề mặt tại vị trí đó giảm.
Dao phay cầu được dùng để gia công các bề mặt cong phức tạp. Quá trình cắt
gọt của phần bán cầu trên dao là rất phức tạp. Bởi vì lưỡi cắt được xác định trên mặt
cầu. Khi gia công bề mặt cong thì tuổi thọ của dao phụ thuộc vào dạng của bề mặt
(vì dạng của bề mặt sẽ quyết định vị trí tham ra cắt thực – nơi xẩy ra quá trình phá
huỷ). Khi xem xét khả năng cắt của phần đầu cầu trên dao có thể nhận thấy rằng vị
trí đỉnh dao là nơi quá trình cắt diễn ra rất phức tạp, là nơi quá trình mòn dao diễn ra
nhanh nhất, là vùng có tuổi bền thấp nhất. Chính vì vậy mà trong quá trình gia công
người ta cần hạn chế đến mức cao nhất sự của khu vực này vào quá trình cắt gọt.