CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU LÀM DAO Giới thiệu: Bài học này giúp cho người học biết được các loại vật liệu làm dao cắt (phần cán và phần lưỡi). Thông qua bài học, người học biết được các tính năng của từng loại vật liệu làm dao và chọn được vật liệu làm dao hợp lý Mục tiêu: - Trình bày được tính năng, công dụng của các loại vật liệu làm dao. - Chọn được vật liệu làm dao phù hợp điều kiện gia công (phần thân dao và lưỡi cắt). - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập.
Phương pháp giảng dạy và học tập - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung: Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có 15 Nội dung chính: 1. Vật liệu làm thân dao 1. Quá trình cắt gọt thân dao chịu tác dụng của các lực cơ học, sự biến dạng thân dao ảnh hưởng lớn đến góc độ đầu dao, do đó có các yêu cầu sau: - Thân dao: Bị lực cắt gây uốn, kéo, xoắn, nén.chủ yếu là uốn, do đó thân dao phải có khả năng chống uốn.
-Khi kẹp do lực kẹp nên mặt thân dao bị biến dạng nên thân dao phải có độ cứng bề mặt cao. Các loại vật liệu và phạm vi ứng dụng. Khi bề mặt có yêu cầu kĩ thuật không cao, sử dụng các loại thép: CT5, CT61, C35. Khi bề mặt có yêu cầu kĩ thuật thông thường, sử dụng các loại thép: 35Cr, 40Cr 2.
Vật liệu làm phần cắt.Độ cứng: Thường vật liệu cần gia công trong chế tạo cơ khí là thép, gang… có độ cứng cao, do đó để có thể cắt được, vật liệu làm dao phần cắt dụng cụ phải có độ cứng cao hơn (60 – 65HRC) b.Độ bền cơ học: Dụng cụ cắt thường phải làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt : tải trọng lớn không ổn định, nhiệt độ cao, ma sát lớn, rung động…. Dễ làm lưỡi cắt của dụng cụ sứt mẻ. Do đó vật liệu làm phần cắt dụng cụ cần có độ bền cơ học (sức bền uốn, kéo, nén, va đập…) cang cao càng tốt.Tính chịu nóng: Ở vùng cắt, nơi tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết gia công dụng cụ và chi tiết gia công, do kim loại bị biến dạng, ma sát…nên nhiệt độ rất cao (700 – 800 oC), có khi đạt đến hàng ngàn độ (khi mài). Ở nhiệt độ này vật liệu làm dụng cụ cắt có thể bị thay đổi cấu trúc do chuyển biến pha làm cho các tính năng cắt giảm xuống.
Vì vậy vật liệu phần cắt dụng cụ cần có tính chịu nóng cao nghĩa là vẫn giữ được tính cắt ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài.Tính chịu mài mòn: Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, ma sát lớn thì sự mòn dao là điều thường xảy ra. Thông thường vật liệu càng cứng thì tính chống mài mòn càng cao. Tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ cao khi cắt (700 – 800 0C) thì hiện tuợng mài mòn cơ học không còn là chủ yếu nữa, mà ở đây sự mài mòn chủ yếu do hiện tượng chảy dính (bám dính giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dụng cụ cắt) là cơ bản. Ngoài ra do việc giảm độ cứng ở phần cắt do nhiệt độ cao khiến cho lúc này hiện tượng mòn xảy ra càng khốc liệt.
Vì vậy, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính chịu mòn cao.Tính công nghệ: 16 Vật liệu làm dụng cụ cắt phải dể chế tạo: dễ rèn, cán, dễ tạo hình bằng cắt gọt, có tính thấm tôi cao, dễ nhiệt luyện… Ngoài các yêu cầu chủ yếu nêu trên, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính dẫn nhiệt tốt, độ dai chống va đập cao và giá thành rẻ. Các loại vật liệu và phạm vi ứng dụng. Thép dụng cụ. Thép Cacbon dụng cụ: Để đạt được độ cứng, tính chịu nhiệt và chịu mài mòn, lượng C trong thép Cacbon dụng cụ không thể được dưới 0,7% (thường từ 0,7- 1,3%)và lượng P, S thấp (P< 0,035%, S < 0,025%) Độ cứng sau khi tôi và ram đạt HRC = 60 - 62.
-Sau khi ủ độ cứng đạt đượckhoảng HB = 107-217 nên dễ gia công cắt và gia công bằng áp lực. -Độthấm tôi nên thường tôi trong nước do đó dễ gây ra nứt vỡ nhất là những dụng cụ có kích thước lớn. -Tính chịu nóng kém, độ cứng giảm nhanh khi nhiệt độ đạt đến 200o – 300oC ứng với tốc độ cắt 4-5 m/ph. -Khó mài và dễ biến dạng khi nhiệt luyện do đó ít dùng để chế tạo những dụng cụ định hình, cần phải mài theo prôphin khi chế tạo.
Dưới đây là bản nêu thành phần hóa học, cơ lý tính và phạm vi ứng dụng của một số mác thép Cácbon dụng cụ thường gặp. Giả sử ta có nhãn hiệuY10A -Chữ Y: kí hiệu của Cácbon. -Chữ A:kí hiệu của chất lượng tốt(hàm lượng P,S <0,03%) -Số10: giá trị trung bình của cácbon trong thép(0,95- 1,09%) Ngoài ra còn có các nhãn hiệu khác như Y7,Y8…Y10,Y12 nhưng chất lượng kém hơn(không có chữ A) nên hiện nay ít dùng 2.Thép hợp kim dụng cụ: Thép hợp kim dụng cụ là loại thép có hàm lượng Cacbon cao, ngoài ra còn có thêm một số nguyên tố hợp kim với hàm lượng nhất định ( 0.5 – 3%) Các nguyên tố hợp kim như: Cr, W, Co, V có tác dụng: - Làm tăng tính thấm tôi của thép - Tăng tính chịu nóng đến 300oC, tương ứng với tốc độ cắt cao hơn thép cacbon dụng cụ khoảng 20%. Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ % Nhóm Nhãn Kí hiệu hiệu Liên C Mn Si Cr W V xô cũ I Thép 12,5- 0,2-0,4 <0,35 0,04- - - 17 Cr05 1,1 0,06 85CrV XB 0,3-0,6 <0,35 0,45- - 0,15- 0,8-,0, 0,7 0,3 9 II Cr X 0,95- <0,4 <0,35 1,3-,1, - - 9CrSi 9XC 1,1 0,3-0,6 1,2-1,6 6 - - 0,85- 0,95-,1 0,95 ,25 III CrMn X 1,3-1,5 0,45- <0,35 1,3-1,6 - - CrWMn XB 0,9-1,0 0,7 0,15- 0,9-1,2 1,2-1,6 - 0,8-1,0 0,35 IV CrW5 XB5 1,25-,1 <0,3 <0,3 0,4-0,7 4,5-5,5 0,15- ,5 0,30 Chú thích: C – cacbon, Mn – mangan, Si – silic, Cr – crôm, W – vonram, V – vanadi.
Ký hiệu của liên xô cũ: X – Crôm, T – mangan, B – vôngam Thép hợp kim dụng cụ nhóm I thường dùng chủ yếu để chế tạo các loại dụng cụ dùng để gia công gỗ. Thép hợp kim dụng cụ nhóm II do có lượng Crôm lớn ( 1 – 1.5 %) nên có tính thấm tôi và cắt gọt tốt hơn. Loại này chịu nhiệt khoảng 220 – 300oC. Thép hợp kim dụng cụ nhóm III có độ thám tôi cao, iýt thay đổi kích thước khi nhiệt luyện, nên thường chế tạo các loại dụng cụ cắt có độ chính xác cao và hình dáng phức tạp: mũi doa, ta rô, dao chuốt và các loại dụng cụ đo… Thép hợp kim dụng cụ nhóm IV có hàm lượng Vonfram lớn, hạt mịn nênđộ cứng cao, tuy nhiên độ độ thâm tôi thấp dùng để chế tạop6 các loại dụng cụ cắt cần có lưỡi cắt sắc bén.
Tuổi bền cao và để gia công các loại vật liệu cứng. Nhìn chung, thép hop75 kim dụng cụ chủ yếu được dùng dùng để chế tạo các laọi dụng cụ cầm tay và gia công ở tốc độ thấp. Thép gió có tính cắt cao hơn hẳn các loại thép nên trên, do đó từ khi thép gió ra đời, nó đã tạo ra một cuộc cách mạng về cắt gọt và năng suất gia công, làm xuất hiện một thế hệ các máy bán tự động và tự đông tốc độ cao. Nền cơ bản của thép gió vẫn là thép cacbon, nhưng có hàm lượng Cacbon cao hơn, đặc biệt hàm lượng các nguyên tố hợp kim Crôm, Vônfram, Côban, Vana di tăng lên đáng kể nhất là wonfram.
Những nguyên tố hợp kim này hợp với Cácbon tạo thành các cacbít kim loại có độ cứng cao, chịu mòn tốt, trong đó cácbít wonfram (WC) đóng vai trò nòng cốt. Các 18 cácbít này ở nhiệt độ nhỏ hơn 600oC sẽ không thoát ra khỏi mạng máctensit nên vật liệu vẫn giữ được tính cắt tốt. Tác dụng chủ yếu của Crôm là tăng độ thấm tôi, Vanadi tạo thành cacbít Vanadi có độ cứng cao, chịu mòn tốt , Côban không tạo thành cacbít mà hoà tan vào sắt, khi lượng Cácbon lớn hơn 5% thì tính chịu nhiệt của thép gió nâng cao. Ngoài ra còn có các loại thép gió có năng suất cao Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện.
Vì vậy khi nhiệt luyện thép gió cần chú ý một số điểm chủ yếu sau: Không nung nóng thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao, (nhiệt độ tôi khoảng 1300oC) mà phải tăng nhiệt độ dần dần từ 650 oC, vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém. Thông thường thép gió được nung nóng qua ba lò với nhiệt độ lần lượt 650 oC, 850 o C,và 1300oC Phải ram sau khi tôi nhiều lần (3 lần) mổi lần trong 1 giờ ( nhiệt độ ram 560 oC. Sau mỗi lần ram phải để nguội đến nhiệt độ thường. Những tính năng cơ bản của thép gió là: -Độ thấm tôi lớn, sau khi tôi đạt độ cứng HRC = 63 – 66.
-Độ chịu nhịêt khoảng 600oC tương ứng với tốc độ cắt V = 25 - 35m/ph. So sánh giữa P18 và P9: -Năng suất gia công khác nhau không đáng kể. -P9 rẻ hơn P18 (vì hàm lượng W chỉ bằng một nửa) -P18 chịu mòn tốt hơn, dể mài sắc, mài bóng hơn và có tính bền cao hơn P9. Hợp kim cứng.
Từ năm 1915-1925 ở Mỹ và Đức đã tiến hành thử nghiệm chế tạo hợp kim cứng. Ơ Liên Xô cũ, hợp kim cứng ra đời vào những năm 1930-1935.