ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC CẮT
TỚI CƠ CHẾ MÒN DỤNG CỤ PCBN SỬ DỤNG
TIỆNTINH THÉP 9XC QUA TÔI

Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số : 11120611008
Học viên : NGUYỄN THỊ THANH VÂN
Người hướng dẫn Khoa học:
PGS.TS. PHAN QUANG THẾ

Khoa đào tạo
sau đại học
Ts Nguyễn Văn Hùng
Người hướng dẫn
khoa học
PGS.TS Phan Quang Thế
Học viên

KS. Nguyễn Thị Thanh Vân
LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin trân trọng cảm ơn:
Thầy giáo PGS.TS Phan Quang Thế - Thầy hướng dẫn khoa học của tôi về
sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn tận tình của Thầy trong việc tiếp cận
và khai thác các tài liệu cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm

Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Danh mục các bảng biểu
PHẦN MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Nội dung nghiên cứu 2
3. Phương pháp nghiên cứu. 3
4. Dự định kết quả 3
CHƯƠNG I : BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUẢ TRÌNH CẮT VÀ MÒN
DỤNG CỤ
4
1.1. Bản chất vật lý 4
1.1.1. Quá trình cắt và tạo phoi 4
1.1.2. Đặc điểm quá trình tạo phoi khi tiện cứng 11
1.2. Lực cắt khi tiện 14
1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt 14
1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện 18
1.2.2.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt 18
1.2.2.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt 20
1.2.2.3. Ảnh hưởng của vât liệu gia công 20
1.2.2.4. Ảnh hưởng của vật liệu làm dao và đặc điểm của vật liệu CBN
khi tiện cứng
21
1.2.2.5. Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao r 23
1.2.2.6. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ cắt 24
1.3. Nhiệt cắt 24
1.3.1. Khái niệm chung 24
1.3.2. Trường nhiệt độ 29
1.3.3. Quá trình phát sinh nhiệt 32
1.3.3.1. Nhiệt trong vùng biến dạng thứ nhất 32

2.1.3.4. Chế độ cắt 57
2.1.3.5. Thiết bị đo nhám bề mặt 58
2.1.3.6. Thiết bị phân tích bề mặt và kim tương 58
2.2. Trình tự thí nghiệm 58
2.3. Kết quả thí nghiệm 59
2.3.1. Tương tác ma sát giữ a phoi và mặt trước 59
2.3.2. Tương tác ma sát giữa phoi và mặt sau dụng cụ 64
2.3.3. Kết luận 64
2.4. Mòn dụng cụ PCBN và nhám bề mặt 64
2.4.1. Phân tích thí nghiệm 64
2.4.2. Kết quả thí nghiệm mòn dụng cụ PCBN 65
2.4.3. Thảo luận kết quả 69
2.4.4. Kết luận 71
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG
CỦA VẬN TỐC CẮT ĐẾN CƠ CHẾ MÒN DỤNG CỤ PCBN
72
3.1. Nghiên cứu thực nghiệm 72
3.2. Thí nghiệm 72
3.2.1. Thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo 72
3.2.2. Trình tự thí nghiệm 73
3.3. Kết quả thí nghiệm 73
3.4. Phân tích kết quả thí nghiệm 78
3.5. Phương trình hồi quy 80
3.6. Kết luận 84
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI
85
4.1. Kết luận chung 85
4.2. Phương pháp nghiên cứu tiếp theo 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

P
y
(hay P
p
): lực hướng kính khi tiện
P
x
: lực chiều trục khi tiện
S: lượng chạy dao (mm/vòng)
t: chiều sâu cắt (mm)
V: vận tốc cắt (m/phút)
Q: tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt
Q
AB
= Q
1
: nhiệt sinh ra trên mặt phẳng trượt
Q
AC
= Q
2
: nhiệt sinh ra trên mặt trước
Q
AD
= Q
3
: nhiệt sinh ra trên mặt sau
Q
phoi
: nhiệt truyền vào phoi

: tốc độ biến dạng của các lớp phoi gần mặt trước
δ
t
: chiều dày của vùng biến dạng thứ hai
K: hệ số thẩm nhiệt
ΔF
c
, ΔF
t
: áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trên vùng mòn mặt sau
F
cf
, F
tf
: lực cắt tiếp tuyến và pháp tuyến đo khi mòn dao
VB
ave
: chiều cao trung bình của vùng mòn mặt sau
τ
s
: ứng suất tiếp trên vùng mòn mặt sau
K
c
, K
t
: các hệ số thực nghiệm
µ: hệ số ma sát trên vùng ma sát thông thường của mặt trước
µ
f
: hệ số ma sát trên mặt sau


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ miền tạo phoi ......................................................................... 5
Hình 1.2: Miền tạo phoi ................................................................................... 6
Hình 1.3: Miền tạo phoi ứng với vận tốc cắt khác nhau .................................. 8
Hình 1.4: Tính góc trượt θ.............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.5: Quan hệ giữa vận tốc cắt và biến dạng của phoi. Error! Bookmark
not defined.
Hình 1.6: Quan hệ giữa bán kính mũi dao r và biến dạng của phoi ........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 1.7: Ba giai đoạn hình thành phoi khi tiện thép 100Cr6 với .......... Error!
Bookmark not defined.
V = 100 m/p; s = 0,1mm/v; t = 1mm; môi trường cắt khô. . Error! Bookmark
not defined.
Hình 1.8: Dạng của phoi trong mối liên hệ với độ cứng của phôi .......... Error!
Bookmark not defined.
và vận tốc cắt ................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.9: Hệ thống lực cắt khi tiện ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.10: Mối quan hệ giữa lực cắt và chiều dài cắt khi tiện thép thấm
Các bon, Ni tơ tôi cứng đến 60 HRC bằng dao PCBN .. Error! Bookmark not
defined.
với
γ
= - 6
o
và
α

not defined.
Hình 1.22: Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ .... Error! Bookmark
not defined.
Hình 1.23: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước ................................. 41
và mặt sau – ISO3685 [19].............................................................................. 41
Hình 1.24: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn .... Error! Bookmark
not defined.
khi cắt liên tục (a) và cắt gián đoạn (b) [23] ... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.25: Sơ đồ mòn mặt trước và sau của mảnh dao PCBN .............. Error!
Bookmark not defined.
trên mặt cắt ngang [15] ................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.26: Hình ảnh biến dạng dẻo lưỡi cắt [12].......... Error! Bookmark not
defined.
(V = 250m/p, S = 0,1mm/v, t = 0,125mm, r = 3,2mm, lưỡi cạnh viền) .. Error!
Bookmark not defined.
Hình 1.27: Hình ảnh mòn mặt sau dao BZN 8100 và BZN6000 [13] .... Error!
Bookmark not defined.
Hình 1.28: Vùng tương tác gi ữa vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ [16].
......................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.29: Sơ đồ đơn giản về quá trình mòn dính trên vùng có
lớp đọng của vật liệu gia công [13] ................. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.30: Độ cứng tế vi của một số loại các bít ở nhiệt độ 20
o
C [15]. ........ 51
Hình 2.1. Mô hình thí nghiệm…………………………................................54
Hình 2.2. Máy tiện CNC - HTC 2050………………………………………55
Hình 2.3. Mảnh dao PCBN sử dụng trong nghiên cứu ……………………..56
Hình 2.4. Thân dao MTENN 2020 K16 - N………………………………...56
Hình 2.5. Cấu trúc kim cương của thép 9XC sử dụng trong thí nghiệm……57
Hình 2.6. Hình ảnh mặt trước của mảnh dao PCBN khi cắt với vận tốc cắt

1
= 180 m/p sau 7,69 phút ............................................................... 75
(b): v
2
= 160 m/p sau 12,36 phút ............................................................. 75
(c): v
3
= 140 m/p sau 19,72 phút ............................................................. 75
Hình 3.4: ......................................................................................................... 76
(a)Ảnh phóng to vùng mòn mặt sau trên lưỡi cắt chính từ hình 3.3(c) .. 76
(b)Ảnh phóng to vùng “phồng” dưới lưỡi cắt phụ từ hình 3.3(b)........... 76
(c)So sánh cấu trúc tế vi vùng “phồng” dưới lưỡi cắt phụ (c
’
) với cấu trúc
tế vi nguyên thuỷ của PCBN (c) ............................................................. 76
(d)Ảnh phóng to vùng dính vật liệu gia công trên mặt sau dưới lưỡi cắt
phụ từ hình 3.3(c). ................................................................................... 76
Hình 3.5: ......................................................................................................... 77
(a) Ảnh mặt trước của mảnh dao PCBN cắt với vận tốc cắt 160 m/p sau
12,36 phút. ............................................................................................... 77
(b) Ảnh phóng to thể hiện cơ chế phá huỷ lưỡi cắt phụ từ hình 3.4(a) ... 77
Khi giảm vận tốc cắt xuống 160 m/p sau 12,36 phút, trên mặt sau chỉ
xuất hiện một vùng bị “phồng” ở phía dưới lưỡi cắt phụ. Tiếp tục giảm
vận tốc cắt tới 140 m/p, sau 19,72 phút, trên mặt sau chỉ tồn tại vùng
dính vật liệu gia công (Hình 3.3(c)). ....................................................... 77
Hình 3.6: Mặt hồi quy dạng Loga của nhám bề mặt Ra theo loga của
lượng chạy dao S và vận tốc V khi t = 0,12 mm…………………… ……….81
Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhám bề mặt R
a
và S,V.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1
PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài :
Tiện cứng là nguyên công tiện 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, chế tạo bánh răng, vòng ổ, dụng cụ, khuôn mẫu vv… Tiện
cứng được sử dụng thay mài khi gia công chính xác các chi tiết máy có tỉ số
chiều dài trên đường kính nhỏ, các chi tiết có hình dáng phức tạp và không
nhất thiết phải sử dụng dung dịch trơn nguội. Tiện cứng cho độ chính xác và
nhám bề mặt tương đương với mài nhưng tiện 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


lớn nhất
trên mặt trước và mặt sau, sự phân bố nhiệt trên các bề mặt này. Nhưng việc
xác định nhiệt độ

lớn nhất này rất khó khăn. Mặt khác nhiệt độ

cắt chịu ảnh
hưởng của vận tốc cắt lớn hơn so với lượng chạy dao. Khi tiện tinh, chiều sâu
cắt nhỏ, vận tốc cắt lớn, áp lực lên dao nhỏ, nhiệt độ

tập trung ở vùng mũi dao
cao nên làm dao bị mềm ra và cùn nhanh.
Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn như thế nào khi tiện tinh
thép hợp kim dụng cụ 9XC qua tôi một loại vật liệu có nhiều ưu điểm được
dùng rộng rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc thấp nhằm thoả mãn các
yêu cầu về khả năng làm việc đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuât.
Do vậy đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế
mòn dụng cụ PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi” là cần thiết và
cấp bách.
2. Nội dung nghiên cứu.
- Nghiên cứu tổng quan về bản chất vật lý của quá trình cắt kim loại khi
tiện và cơ chế mòn của dụng cụ cắt.
- Nghiên cứu thực nghiệm về mòn dụng cụ PCBN và ảnh hưởng của
vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3


4
CHƯƠNG I
BẢN CHÂT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT
VÀ MÒN DỤNG CỤ

1.1. Bản chất vật lý.
Trong quá trình gia công kim loại bằng cắt gọt có rất nhiều hiện tượng
vật lý xảy ra: phát sinh nhiệt, ma sát, mài mòn, lẹo dao, rung động, biến cứng,
biến dạng phoi…Các hiện tượng vật lý này ảnh hưởng rất lớn đến công tiêu
hao trong quá trình cắt gọt, độ mòn của dụng cụ cắt, chất lượng của chi tiết
gia công.
1.1.1. Quá trình cắt và tạo phoi.
Quá trình cắt kim loại là quá trình lấy đi một lớp phoi trên bề mặt gia
công để có chi tiết đạt hình dạng, kích thước và độ nhám bề mặt theo yêu cầu.
Để thực hiện một quá trình cắt cần thiết phải có hai chuyển động :
- Chuyển động cắt chính (Chuyển động làm việc) : Với tiện đó là
chuyện động quay tròn của phôi.
- Chuyển động chạy dao: Đó là chuyển động để đảm bảo duy trì sự tạo
phoi liên tục trong suốt quá trình cắt. Với tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc
của dao khi tiện mặt trụ [6].
Khi cắt để có thể tạo ra phoi, lực tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để
tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị
gia công.
Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng
lớp kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy (hình1.1).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
phát sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang trạng
thái biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày a
p
được hình thành từ lớp
kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trước của dao.
Việc nghiên cứu kim loại trong miền tạo phoi chứng tỏ rằng trước khi
biến thành phoi, lớp kim loại bị cắt đã trải qua một giai đoạn biến dạng nhất
định, nghĩa là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi có một khu vực biến dạng. Khu
vực này được gọi là miền tạo phoi (hình 1.2).

Hình 1.2: Miền tạo phoi

Trong miền này (như sơ đồ hoá hình 1.1) có những mặt trượt OA,
OB,OC,OD,OE. Vật liệu gia công trượt theo những mặt đó (là những mặt có
ứng suất tiếp có giá trị cực đại).
Miền tạo phoi được giới hạn bởi đường OA, dọc theo đường đó phát
sinh những biến dạng dẻo đầu tiên, đường OE - đường kết thúc biến dạng dẻo
và đường AE - đường nối liền khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi.

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


công và điều kiện cắt (thông số hình học của dao, chế độ cắt…).
Vận tốc cắt có ảnh hưởng có ảnh hưởng lớn nhất đến chiều rộng miền
tạo phoi. Tăng vận tốc cắt miền tạo phoi sẽ co hẹp lại. Hiện tượng đó có thế
được giải thích như sau :
Khi tăng vận tốc cắt vật liệu gia công sẽ chuyển qua miền tạo phoi với
tốc độ nhanh hơn. Khi di chuyển với vận tốc lớn như vậy, vật liệu gia công sẽ
đi ngang qua đường OA nhanh đến mức sự biến dạng dẻo không kịp xảy ra
theo đường OA mà chậm đi một thời gian theo đường OA’. Tương tự như
vậy, nơi kết thúc quá trình biến dạng trong miền tạo phoi sẽ là đường OE’
chậm hơn so với OE (hình 1.3).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8

Hình 1.3: Miền tạo phoi ứng với vận tốc cắt khác nhau
Như vậy ở vận tốc cắt cao miền tạo phoi sẽ là A’OE’; A’OE’ quay đi
một góc theo chiều quay của kim đồng hồ và khi đó chiều dày cắt giảm đi so
với trước (a’
1
< a
1
) vì biến dạng dẻo giảm đi.
Khi vận tốc cắt rất lớn miền tạo phoi co hẹp đến mức mà chiều rộng
của nó chỉ vào khoảng vài phần trăm milimet. Trong trường hợp đó sự biến
dạng của vật liệu gia công có thể xem như nằm lân cận mặt OF. Do đó để cho
đơn giản, ta có thể xem một cách gần đúng quá trình biến dạng dẻo khi cắt
xảy ra ngay trên mặt phẳng OF đi qua lưỡi cắt và làm với phương chuyển
động của dao một góc bằng θ.

)cos(.
sin.
1
γθ
θ
γθ
θ
−
=
−
==
OC
OC
a
a
r
(1-2)
Do đó có thể tính
θ
theo công thức :
γ
γ
θ
sin.1
cos.
r
r
tg
−
=

Hình 1.5: Quan hệ giữa vận tốc cắt và biến dạng của phoi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10
Khi V
c
tăng từ V
1
đến V
2
biến dạng của phoi giảm
Trong vùng vận tốc cắt này khi V
c
tăng µ tăng do đó lực ma sát tăng,
biến dạng của phoi tăng. Mặt khác khi này lẹo dao xuất hiện và tăng dần làm
tăng góc trước, giảm góc cắt thì quá trình cắt dễ dàng hơn, phoi thoát ra dễ
dàng hơn biến dạng của phoi giảm và đạt gia trị cực tiểu tại B ứng với
V
c
= V
2

cao làm cho lớp kim loại của phoi sát mặt trước bị chảy nhão, hệ số ma sát
giữa phoi và mặt trước giảm, K giảm.
Khi V
c
> 200 ÷ 300 m/f hệ số ma sát µ thay đổi rất ít, dẫn đến biến
dạng của phoi hầu như không thay đổi.
Các giá trị V
1
, V
2
, V
3
phụ thuộc vào điều kiện gia công, vật liệu làm dao,
phôi, thông số hình học của dụng cụ cắt.
Bán kính mũi dao r cũng ảnh hưởng đến hệ số biến dạng phoi, r tăng
chiều dày trung bình của lớp cắt giảm, chiều dài của đoạn lưỡi cắt cong tham
gia cắt tăng, phoi thoát ra cong bị biến dạng phụ thêm do sự giao nhau của
chúng trên cung cong (phương thoát phoi xem như thẳng góc với lưỡi cắt)
làm cho biến dạng của phoi tăng hình 1.6.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11