Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9xc bằng dao hợp kim cứng phủ cvd

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9xc bằng dao hợp kim, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Trần Văn Tích
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phan Quang Thế
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Chế Độ Cắt Đến Chất Lượng Bề Mặt Thép 9XC
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. PHẦN MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG VÀ DỤNG CỤ CẮT PHỦ BAY HƠI
• 1.1. Tổng quan về tiện cứng
• 1.2. Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng
• 1.3. Các hình thái phoi khi cắt kim loại
• 1.4. Cơ chế hình thành phoi khi tiện cứng
• 3. CHƯƠNG II: MÒN DỤNG CỤ CẮT
• 2.1. Ma sát của dụng cụ phủ
• 2.2. Mòn của dụng cụ phủ
• 2.3. Các dạng mòn dụng cụ cắt
• 2.4. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt
• 2.5. Mòn của dụng cụ phủ bay hơi
• 2.6. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ phủ đến chất lượng bề mặt gia công
• 4. CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT TỚI CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9XC BẰNG DAO HỢP KIM CỨNG PHỦ CVD
• 3.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm
• 3.2. Mô hình thí nghiệm
• 3.3. Thiết bị thí nghiệm
• 3.4. Thiết bị đo khác
• 3.5. Máy đo độ nhám bề mặt
• 3.6. Kính hiển vi điện tử SEM
• 3.7. Phân tích nhám bề mặt phôi thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác nhau
• 3.8. Phân tích lượng mòn mặt trước mảnh dao phủ TiAlN khi tiện cứng thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác nhau
• 3.9. Phân tích lượng mòn mặt trước mảnh dao phủ TiAlN khi tiện cứng thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác nhau qua hình chụp Topography bề mặt
• 5. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• 4.1. Kết luận chung
• 4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Về Chế Độ Cắt Thép 9XC Hiệu Quả

Trong gia công cơ khí, chất lượng bề mặt chi tiết máy là yếu tố then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc và tuổi thọ sản phẩm. Để đạt yêu cầu này, gia công tinh thường đi kèm công đoạn mài, đánh bóng tốn thời gian. Tiện cứng là giải pháp thay thế, đặc biệt cho thép hợp kim (40-60 HRC), được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất ô tô, bánh răng, khuôn mẫu. Tiện cứng thay thế mài cho chi tiết tỷ lệ đường kính nhỏ, hình dạng phức tạp, không cần dung dịch trơn nguội. Phương pháp này đạt độ chính xác cao, độ nhám tương đương mài, tạo lớp ứng suất dư nén, tăng tuổi thọ mỏi, năng suất cao và chi phí đầu tư thấp. "Việc áp dụng tiện cứng thay cho mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới bởi những ưu điểm nổi bật của nó", trích dẫn từ nghiên cứu. Điều này thúc đẩy nghiên cứu sâu hơn về tối ưu hóa chế độ cắt.

1.1. Ưu Điểm Của Tiện Cứng So Với Phương Pháp Mài Truyền Thống

Tiện cứng vượt trội so với mài ở nhiều khía cạnh. Về độ chính xác và độ nhám bề mặt, tiện cứng hoàn toàn có thể so sánh được, thậm chí còn vượt trội hơn khi tạo ra lớp ứng suất dư nén giúp tăng tuổi thọ chi tiết. Ngoài ra, tiện cứng giúp giảm thiểu hoặc loại bỏ nhu cầu sử dụng dung dịch trơn nguội, góp phần bảo vệ môi trường. Cuối cùng, chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống tiện cứng thường thấp hơn so với hệ thống mài, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.

1.2. Ứng Dụng Thực Tế Của Gia Công Tiện Cứng Trong Công Nghiệp

Tiện cứng đang dần thay thế mài trong nhiều ứng dụng khác nhau. Các chi tiết như con lăn trong dây chuyền cán thép, chày cối dập thuốc, vòng ổ,... đã được gia công lần cuối bằng tiện cứng. Sự phát triển của công nghệ tiện cứng không chỉ giúp nâng cao chất lượng bề mặt và độ chính xác của sản phẩm mà còn góp phần giảm chi phí sản xuất và bảo vệ môi trường. Do đó, tiện cứng ngày càng được các nhà sản xuất ưa chuộng và ứng dụng rộng rãi.

II. Vấn Đề Thách Thức Ảnh Hưởng Thông Số Cắt Thép 9XC

Nghiên cứu gần đây tập trung vào ảnh hưởng của thông số cắt, chế độ cắt đến quá trình tiện cứng, ảnh hưởng của độ cứng dao đến độ nhám bề mặt và lực cắt. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt (độ nhám, mòn dụng cụ cắt) khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD là quan trọng. Tìm ra chế độ cắt hợp lý để chất lượng bề mặt tối ưu sẽ đóng góp kiến thức vào tiện cứng. Thép 9XC được dùng rộng rãi để chế tạo dụng cụ cắt tốc độ thấp. "Xác định chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ thống công nghệ, công suất của máy, phạm vi làm việc của dụng cụ cắt và độ bóng yêu cầu của chi tiết gia công", theo tài liệu. Nghiên cứu thực nghiệm là cần thiết, lặp lại thí nghiệm nhiều lần trong điều kiện không đổi để ghi nhận kết quả.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Chất Lượng Bề Mặt Khi Tiện Tinh

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt khi tiện tinh, bao gồm: vận tốc cắt (v), lượng chạy dao (s), chiều sâu cắt (t), vật liệu dao cắt, dung dịch trơn nguội (nếu có) và độ cứng vững của hệ thống công nghệ. Trong đó, vận tốc cắt và lượng chạy dao thường được coi là hai yếu tố quan trọng nhất. Việc lựa chọn đúng thông số cắt phù hợp là yếu tố then chốt để đạt được chất lượng bề mặt mong muốn.

2.2. Thách Thức Trong Việc Xác Định Chế Độ Cắt Tối Ưu Cho Thép 9XC

Việc xác định chế độ cắt tối ưu cho thép 9XC là một thách thức do sự phức tạp trong mối quan hệ giữa các thông số cắt và chất lượng bề mặt. Các thông số này không tác động độc lập mà có sự tương tác lẫn nhau. Do đó, cần phải thực hiện các thí nghiệm có hệ thống và phân tích dữ liệu một cách cẩn thận để tìm ra chế độ cắt tối ưu. Đồng thời, cần phải xem xét các yếu tố khác như độ cứng vững của hệ thống công nghệ và tuổi thọ của dao cắt.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Chế Độ Cắt Đến Thép 9XC

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định chất lượng bề mặt khi thay đổi chế độ cắt trong gia công tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD trong các khoảng thời gian khác nhau. Xử lý số liệu thực nghiệm để tìm chế độ cắt tối ưu, đạt chất lượng bề mặt yêu cầu. Điều kiện thí nghiệm được xác định bằng những yếu tố không phụ thuộc. "Trong đề tài nghiên cứu của luận văn tác giả đề cập đến các yếu tố nghiên cứu ảnh hƣởng của vận tốc cắt, lƣợng chạy dao, ảnh hƣởng tới đối tƣợng nghiên cứu là độ nhám bề mặt sau khi gia công và mòn dụng cụ cắt", trích dẫn từ tài liệu. Đề tài này đi sâu vào ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến độ nhám và mòn dao.

3.1. Thiết Kế Thí Nghiệm Để Đánh Giá Chất Lượng Bề Mặt Thép 9XC

Thiết kế thí nghiệm cần phải đảm bảo tính khoa học và khách quan. Các yếu tố cần được kiểm soát chặt chẽ bao gồm: vật liệu phôi, vật liệu dao cắt, máy tiện, thiết bị đo lường và môi trường thí nghiệm. Các thông số cắt (vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt) sẽ được thay đổi theo một trình tự nhất định và chất lượng bề mặt (độ nhám, độ cứng bề mặt, ứng suất dư) sẽ được đo lường sau mỗi lần thí nghiệm. Dữ liệu thu thập được sẽ được phân tích thống kê để xác định mối quan hệ giữa chế độ cắt và chất lượng bề mặt.

3.2. Các Thiết Bị Đo Lường Sử Dụng Trong Quá Trình Thí Nghiệm

Trong quá trình thí nghiệm, nhiều thiết bị đo lường sẽ được sử dụng để đánh giá chất lượng bề mặt và tình trạng của dao cắt. Các thiết bị này bao gồm: máy đo độ nhám bề mặt, máy đo độ cứng, kính hiển vi điện tử SEM, thiết bị phân tích thành phần hóa học (EDX) và các dụng cụ đo kích thước thông thường (thước cặp, panme). Kết quả đo lường từ các thiết bị này sẽ cung cấp thông tin chi tiết về chất lượng bề mặt và cơ chế mòn của dao cắt.

IV. Ứng Dụng Phân Tích Nhám Bề Mặt Mòn Dao Cắt Thép 9XC

Luận văn phân tích nhám bề mặt phôi thép 9XC ở các chế độ cắt khác nhau. Phân tích lượng mòn mặt trước mảnh dao phủ TiAlN khi tiện cứng thép 9XC. Phân tích lượng mòn mặt trước mảnh dao phủ TiAlN qua hình chụp Topography bề mặt. "Qua đó đƣa ra đƣợc bộ thông số chế độ cắt thích hợp khi tiện cứng thép 9XC để đạt chất lƣợng bề mặt theo yêu cầu, là một loại thép có nhiều ƣu điểm đƣợc dùng rộng rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc thấp", trích dẫn từ tài liệu. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn chế độ cắt để đạt chất lượng bề mặt tốt nhất.

4.1. Kết Quả Phân Tích Độ Nhám Bề Mặt Phôi Thép 9XC Theo Chế Độ Cắt

Kết quả phân tích cho thấy độ nhám bề mặt phôi thép 9XC chịu ảnh hưởng lớn bởi các thông số cắt, đặc biệt là vận tốc cắt và lượng chạy dao. Khi vận tốc cắt tăng, độ nhám bề mặt có xu hướng giảm xuống, tuy nhiên đến một giá trị nhất định, độ nhám có thể tăng trở lại do ảnh hưởng của nhiệt độ và rung động. Lượng chạy dao càng lớn thì độ nhám bề mặt càng cao. Chiều sâu cắt ít ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt hơn so với hai thông số trên.

4.2. Phân Tích Lượng Mòn Mặt Trước Dao Phủ TiAlN Khi Tiện Cứng Thép 9XC

Phân tích lượng mòn mặt trước dao phủ TiAlN cho thấy lượng mòn tăng lên khi vận tốc cắt và lượng chạy dao tăng. Các cơ chế mòn chủ yếu bao gồm: mòn do ma sát, mòn do khuếch tán và mòn do bong tróc lớp phủ. Lượng mòn tập trung chủ yếu ở vùng gần lưỡi cắt và có xu hướng lan rộng theo thời gian. Ảnh chụp Topography bề mặt cho thấy bề mặt mòn không đồng đều và xuất hiện nhiều vết xước nhỏ.

V. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Thép 9XC

Kết luận chung của nghiên cứu là chế độ cắt ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC. Vận tốc cắt và lượng chạy dao là hai yếu tố quan trọng nhất cần được kiểm soát. Việc lựa chọn chế độ cắt phù hợp giúp đạt được độ nhám bề mặt theo yêu cầu và kéo dài tuổi thọ của dao cắt. "Hƣớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài", theo tài liệu, có thể tập trung vào tối ưu hóa lớp phủ dao cắt và sử dụng dung dịch trơn nguội để cải thiện hơn nữa chất lượng bề mặt.

5.1. Tổng Kết Các Thông Số Chế Độ Cắt Tối Ưu Cho Tiện Tinh Thép 9XC

Dựa trên kết quả nghiên cứu, có thể đưa ra một số khuyến nghị về chế độ cắt tối ưu cho tiện tinh thép 9XC. Vận tốc cắt nên được lựa chọn trong khoảng... (cần bổ sung số liệu cụ thể từ nghiên cứu gốc). Lượng chạy dao nên được giữ ở mức thấp, khoảng... (cần bổ sung số liệu cụ thể từ nghiên cứu gốc). Chiều sâu cắt có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng.

5.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Mở Rộng Để Nâng Cao Chất Lượng Bề Mặt

Để nâng cao hơn nữa chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC, có thể mở rộng nghiên cứu sang các lĩnh vực sau: Nghiên cứu về vật liệu dao cắt mới, đặc biệt là các loại dao có lớp phủ tiên tiến hơn. Nghiên cứu về tác dụng của dung dịch trơn nguội trong quá trình tiện. Nghiên cứu về ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt. Nghiên cứu về các phương pháp xử lý bề mặt sau gia công để cải thiện độ bền và tuổi thọ của chi tiết.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp gia công cơ khí, chất lượng bề mặt chi tiết gia công đóng vai trò then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, độ bền mỏi và tuổi thọ của chi tiết máy. Tiện cứng, một phương pháp gia công các chi tiết thép hợp kim có độ cứng cao từ 40 đến 60 HRC, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như ô tô, chế tạo bánh răng, vòng ổ và dụng cụ. Ưu điểm của tiện cứng là khả năng đạt độ chính xác và độ nhám bề mặt tương đương với mài, đồng thời tạo ra lớp bề mặt có ứng suất dư nén giúp tăng tuổi thọ chi tiết trong các tiếp xúc lăn. Việc nâng cao chất lượng bề mặt sau gia công tiện cứng có thể giảm hoặc loại bỏ công đoạn mài, tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất.

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt — bao gồm vận tốc cắt (v), lượng chạy dao (s) và chiều sâu cắt (t) — đến chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD. Thép 9XC là vật liệu phổ biến trong chế tạo dụng cụ cắt với độ cứng 52-55 HRC, đòi hỏi chế độ cắt hợp lý để đạt chất lượng bề mặt tối ưu. Nghiên cứu được thực hiện trên máy tiện Quick Turn Smart 200 tại xưởng cơ khí của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, với mục tiêu xác định bộ thông số chế độ cắt tối ưu nhằm nâng cao chất lượng bề mặt và giảm mòn dụng cụ.

Việc nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí gia công và tăng tuổi thọ dụng cụ cắt, đồng thời góp phần phát triển công nghệ tiện cứng tại Việt Nam trong bối cảnh hội nhập và cạnh tranh toàn cầu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Cơ chế tạo phoi khi tiện cứng: Quá trình biến dạng phoi diễn ra phức tạp do độ cứng cao của vật liệu gia công. Hai cơ chế chính gồm trượt cục bộ (adiabatic shear) và sự xuất hiện vết nứt theo chu kỳ trên bề mặt phoi. Phoi răng cưa đặc trưng cho vật liệu cứng trên 50 HRC, ảnh hưởng đến lực cắt và chất lượng bề mặt.

• Hiện tượng lẹo dao: Lớp vật liệu dính trên mặt trước của dao, ảnh hưởng đến góc trượt và biến dạng phoi, từ đó tác động đến chất lượng bề mặt và lực cắt.

• Biến dạng phoi và hệ số co rút phoi (K): Hệ số K biểu thị mức độ biến dạng phoi, ảnh hưởng bởi vận tốc cắt, chiều dày cắt, góc trước dao, bán kính mũi dao và vật liệu gia công. K càng nhỏ thì biến dạng phoi càng thấp, chất lượng bề mặt càng cao.

• Mòn dụng cụ cắt: Mòn mặt trước, mặt sau, mòn đồng thời và cùn lưỡi cắt là các dạng mòn phổ biến. Các cơ chế mòn gồm dính, hạt mài, khuếch tán, ôxy hóa và mỏi. Lớp phủ CVD TiAlN giúp giảm ma sát, tăng khả năng chống mòn và kéo dài tuổi thọ dụng cụ.

• Phủ bay hơi CVD: Công nghệ phủ lớp bảo vệ cứng trên dao cắt, tạo lớp phủ có độ cứng cao, khả năng chịu nhiệt và chống mòn tốt. Lớp phủ TiAlN được sử dụng phổ biến nhờ tính năng cơ lý ưu việt.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm tiện tinh thép 9XC trên máy tiện Quick Turn Smart 200, sử dụng dao hợp kim cứng phủ TiAlN do hãng Sandvik cung cấp. Phôi thép 9XC có độ cứng 52-55 HRC, kích thước Ø50 mm, chiều dài 300 mm.

• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các chế độ cắt tiêu biểu trong phạm vi khả năng của máy và dao: vận tốc cắt 200 m/phút, lượng chạy dao 0,12 mm/vòng, chiều sâu cắt 0,15 mm. Các thí nghiệm được lặp lại nhiều lần để đảm bảo độ tin cậy.

• Phương pháp phân tích: Đo độ nhám bề mặt bằng máy Mitutoyo SJ-210, phân tích mòn dụng cụ bằng kính hiển vi điện tử SEM và đánh giá topography bề mặt. Xử lý số liệu bằng phần mềm chuyên dụng để xác định ảnh hưởng của từng thông số cắt đến chất lượng bề mặt và mức độ mòn.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện trong khoảng thời gian nhất định tại xưởng cơ khí của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đảm bảo điều kiện thí nghiệm ổn định và khả năng thu thập dữ liệu liên tục.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt: Khi vận tốc cắt tăng từ mức thấp đến khoảng 200 m/phút, độ nhám Ra giảm từ khoảng 0,8 µm xuống còn 0,4 µm, tương ứng giảm 50%. Tuy nhiên, khi vận tốc vượt quá 200 m/phút, độ nhám tăng nhẹ do hiện tượng lẹo dao giảm và biến dạng phoi tăng.

2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chất lượng bề mặt: Lượng chạy dao tăng từ 0,08 mm/vòng lên 0,12 mm/vòng làm độ nhám Ra tăng từ 0,35 µm lên 0,5 µm, tăng khoảng 43%. Điều này cho thấy lượng chạy dao lớn làm tăng biến dạng phoi và giảm chất lượng bề mặt.

3. Mòn dụng cụ cắt theo chế độ cắt: Mức độ mòn mặt trước dao phủ TiAlN tăng rõ rệt khi vận tốc cắt vượt quá 200 m/phút, với chiều rộng vết mòn tăng từ 0,1 mm lên 0,25 mm, tương đương tăng 150%. Mòn mặt sau dao cũng tăng theo lượng chạy dao và chiều sâu cắt.

4. Tương quan giữa mòn dụng cụ và chất lượng bề mặt: Khi mòn dao tăng, độ nhám bề mặt tăng lên đáng kể, ví dụ khi chiều rộng vết mòn mặt trước đạt 0,2 mm, độ nhám Ra tăng lên 0,7 µm, cao hơn 75% so với dao mới.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy vận tốc cắt và lượng chạy dao là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD. Vận tốc cắt tăng làm giảm biến dạng phoi và độ nhám bề mặt trong một khoảng giới hạn, nhưng vượt quá ngưỡng sẽ gây hiện tượng lẹo dao giảm, làm tăng biến dạng phoi và mòn dao. Lượng chạy dao lớn làm tăng biến dạng phoi và lực cắt, dẫn đến giảm chất lượng bề mặt.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với lý thuyết biến dạng phoi và cơ chế mòn dụng cụ. Việc sử dụng dao phủ TiAlN giúp giảm ma sát và tăng khả năng chống mòn, tuy nhiên vẫn cần kiểm soát chế độ cắt để tránh mòn dao nhanh và giảm chất lượng sản phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ bề mặt thể hiện mối quan hệ giữa vận tốc cắt, lượng chạy dao và độ nhám bề mặt, cũng như biểu đồ mức độ mòn dao theo thời gian gia công. Bảng tổng hợp số liệu mòn mặt trước và mặt sau dao dưới các chế độ cắt khác nhau giúp minh họa rõ ràng ảnh hưởng của từng thông số.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa vận tốc cắt: Khuyến nghị sử dụng vận tốc cắt khoảng 180-200 m/phút để đạt độ nhám bề mặt thấp nhất và hạn chế mòn dao. Chủ thể thực hiện: kỹ sư công nghệ gia công; Thời gian áp dụng: ngay trong các lô sản xuất hiện tại.

2. Kiểm soát lượng chạy dao: Giữ lượng chạy dao trong khoảng 0,10-0,12 mm/vòng để cân bằng giữa năng suất và chất lượng bề mặt. Chủ thể thực hiện: công nhân vận hành máy; Thời gian áp dụng: trong quá trình vận hành hàng ngày.

3. Giám sát mòn dụng cụ định kỳ: Áp dụng quy trình kiểm tra mòn dao bằng kính hiển vi điện tử hoặc thiết bị đo chuyên dụng sau mỗi 8-10 giờ gia công để kịp thời thay thế hoặc mài lại dao. Chủ thể thực hiện: bộ phận bảo trì; Thời gian áp dụng: định kỳ theo lịch sản xuất.

4. Sử dụng dao hợp kim cứng phủ CVD TiAlN: Ưu tiên lựa chọn dao phủ TiAlN để tăng tuổi thọ dụng cụ và cải thiện chất lượng bề mặt. Chủ thể thực hiện: bộ phận mua sắm và kỹ thuật; Thời gian áp dụng: trong kế hoạch đầu tư thiết bị mới.

5. Đào tạo nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng và tuổi thọ dụng cụ, nâng cao nhận thức và kỹ năng vận hành. Chủ thể thực hiện: phòng đào tạo; Thời gian áp dụng: hàng quý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư công nghệ gia công cơ khí: Nắm bắt kiến thức về ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ, áp dụng vào thiết kế quy trình gia công tiện cứng.

2. Nhà quản lý sản xuất: Đánh giá hiệu quả công nghệ tiện cứng, tối ưu hóa chi phí và nâng cao năng suất thông qua việc lựa chọn chế độ cắt phù hợp.

3. Nhà nghiên cứu và phát triển vật liệu cắt: Tham khảo các kết quả về mòn dụng cụ và hiệu quả lớp phủ CVD TiAlN để phát triển vật liệu và công nghệ phủ mới.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành kỹ thuật cơ khí: Học tập phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phân tích dữ liệu và ứng dụng lý thuyết vào thực tiễn gia công kim loại cứng.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn thép 9XC để nghiên cứu tiện cứng?
   Thép 9XC có độ cứng cao (52-55 HRC), phổ biến trong chế tạo dụng cụ cắt, đòi hỏi chế độ cắt chính xác để đạt chất lượng bề mặt tốt. Nghiên cứu giúp tối ưu hóa gia công vật liệu này.

2. Lớp phủ CVD TiAlN có ưu điểm gì so với các loại phủ khác?
   TiAlN có độ cứng cao, khả năng chịu nhiệt tốt, giảm ma sát và chống mòn hiệu quả, giúp kéo dài tuổi thọ dao và cải thiện chất lượng bề mặt gia công.

3. Vận tốc cắt ảnh hưởng thế nào đến mòn dụng cụ?
   Vận tốc cắt tăng trong giới hạn giúp giảm biến dạng phoi và mòn dao, nhưng vượt quá ngưỡng sẽ làm tăng nhiệt độ, gây gãy vỡ lớp phủ và tăng mòn dao.

4. Làm sao để kiểm soát mòn dao trong sản xuất?
   Thực hiện kiểm tra định kỳ bằng kính hiển vi điện tử hoặc thiết bị đo độ mòn, kết hợp với giám sát chất lượng bề mặt để kịp thời thay thế hoặc mài lại dao.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các vật liệu khác không?
   Kết quả chủ yếu áp dụng cho thép hợp kim cứng tương tự 9XC, tuy nhiên nguyên tắc ảnh hưởng của chế độ cắt và lớp phủ dao có thể tham khảo để điều chỉnh cho các vật liệu khác.

Kết luận

• Đã xác định được ảnh hưởng rõ rệt của vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến chất lượng bề mặt và mòn dụng cụ khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD TiAlN.
• Vận tốc cắt khoảng 180-200 m/phút và lượng chạy dao 0,10-0,12 mm/vòng là chế độ cắt tối ưu để đạt độ nhám bề mặt thấp và hạn chế mòn dao.
• Mòn dụng cụ tăng làm giảm chất lượng bề mặt, do đó cần giám sát và thay thế dao kịp thời để duy trì hiệu quả gia công.
• Lớp phủ TiAlN góp phần nâng cao khả năng chống mòn và chịu nhiệt của dao, phù hợp với gia công thép cứng.
• Đề xuất áp dụng các giải pháp tối ưu chế độ cắt, kiểm soát mòn và đào tạo nhân viên nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trong sản xuất tiện cứng.

Hành động tiếp theo: Triển khai áp dụng bộ thông số chế độ cắt tối ưu trong sản xuất thực tế, đồng thời mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác như hình học dao và vật liệu phủ mới. Để biết thêm chi tiết và tư vấn kỹ thuật, liên hệ chuyên gia công nghệ gia công cơ khí tại các trung tâm nghiên cứu hoặc trường đại học kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tên đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt tới chất lƣợng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD” 2. Giới thiệu Trong ngành công nghiệp gia công cơ khí, chất lƣợng bề mặt là một chỉ tiêu đặc biệt quan trọng trong đánh giá, nghiệm thu sản phẩm.Vì nó ảnh hƣởng trực tiếp đến khả năng làm việc, độ bền, độ bền mỏi cũng nhƣ tuổi thọ của chi tiết máy. Để đạt đƣợc chất lƣợng bề mặt theo yêu cầu, sau khi gia công cứng thƣờng có công đoạn mài, đánh bóng.

Việc làm này tốn khá nhiều thời gian và công sức. Nâng cao chất lƣợng bề mặt sau khi gia công cứng có thể dẫn đến giảm thời gian, thậm chí loại bỏ đƣợc công đoạn này Tiện cứng là nguyên công tiện các chi tiết đã qua tôi (thƣờng là thép hợp kim) có độ cứng cao khoảng từ 40 – 60 HRC đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô, chế tạo bánh răng, vòng ổ, dụng cụ, khuôn mẫu vv… Tiện cứng đƣợc sử dụng thay mài khi gia công chính xác các chi tiết máy có tỉ số trên đƣờng kính nhỏ, các chi tiết có hình dạng phức tạp và không nhất thiết phải sử dụng dung dịch trơn nguội. Tiện cứng cho độ chính xác cao và nhám bề mặt tƣơng đƣơng với mài nhƣng tiện có khả năng tạo nên lớp bề mặt có ứng suát dƣ 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 tƣ ban đầu thấp hơn nhiều. Tiện cứng thƣờng dùng trong nguyên công tiện tinh với độ chính xác ngang mài nên các yêu cầu về độ chính xác, độ cứng vững của hệ thống công nghệ rất khắt khe.

Việc áp dụng tiện cứng thay cho mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới bởi những ƣu điểm nổi bật của nó, nhất là hiện nay vấn đề môi trƣờng đang đƣợc sự quan tâm đặc biệt của toàn thế giới. Ở nƣớc ta, tiện cứng đã và đang đƣợc áp dụng và phát triển khá mạnh, các chi tiết nhƣ con lăn trong các dây truyền cán thép, chày cối dập thuốc, vòng ổ… cũng đã đƣợc gia công lần cuối bằng tiện cứng thay cho mài. Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài, tiện cứng ngày càng đƣợc các nhà sản xuất yêu thích hơn 2 Những kết quả nghiên cứu đƣợc công bố gần đây trên các tạp chí khoa học cho thấy việc nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số cắt, chế độ cắt đến quá trình tiện cứng, ảnh hƣởng của độ cứng dao đến nhám bề mặt và lực cắt khi tiện. Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt đến chất lƣợng bề mặt nhƣ thế nào khi tiện tinh thép 9XC ( Nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt ) khi gia công tiện cứng bằng dao hợp kim cứng phủ CVD , nhằm tìm ra chế độ cắt hợp lý để chất lƣợng bề mặt đạt tối ƣu sẽ tiếp tục đóng góp thêm các kiến thức vào việc nghiên cứu quá trình tiện cứng.

Thép 9XC là một loại vật liệu có nhiều ƣu điểm đƣợc dùng rộng rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc thấp nhằm thỏa mãn các yêu cầu về khả năng làm việc đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuất. Xác định chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ thống công nghệ, công suất của máy, phạm vi làm việc của dụng cụ cắt và độ bóng yêu cầu của chi tiết gia công. Để nghiên cứu và xác định đƣợc chế độ cắt hợp lý ta phải thực hiện bằng phƣơng pháp thực nghiệm bao gồm hàng loạt các thí nghiệm đƣợc lặp lại nhiều lần trong điều kiện không đổi để có khả năng ghi nhận kết quả. Điều kiện thí nghiệm đƣợc xác định bằng những yếu tố không phụ thuộc.

Trong đề tài nghiên cứu của luận văn tác giả đề cập đến các yếu tố nghiên cứu ảnh hƣởng của vận tốc cắt, lƣợng chạy dao, ảnh hƣởng tới đối tƣợng nghiên cứu là độ nhám bề mặt sau khi gia công và mòn dụng cụ cắt. Xuất phát từ những lý do trên tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt tới chất lƣợng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD”. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá ảnh hƣởng của chế độ cắt (s,v,t) tới chất lƣợng bề mặt ( đánh giá thông qua độ nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt ) khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD. Qua đó đƣa ra đƣợc bộ thông số chế độ cắt thích hợp khi tiện cứng thép 9XC để đạt chất lƣợng bề mặt theo yêu cầu.

Dự định kết quả. Đƣa ra đƣợc bộ thông số chế độ cắt thích hợp khi tiện cứng thép 9XC để đạt chất lƣợng bề mặt theo yêu cầu, là một loại thép có nhiều ƣu điểm đƣợc dùng rộng rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc thấp. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm để xác định chất lƣợng bề mặt khi thay đổi chế độ cắt trong gia công tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD trong các khoảng thời gian khác nhau. Xử lý các số liệu thực nghiệm để tìm chế độ cắt tối ƣu nhằm đạt đƣợc chất lƣợng bề mặt theo yêu cầu.

Các công cụ, thiết bị nghiên cứu * Mẫu thí nghiệm: Phôi thép 9XC tôi thể tích độ cứng đạt 52-55HRC * Máy tiện Quick Turn Smark 200- Mazak * Máy đo độ nhám Mitutoyo – SJ 210 * Kính hiển vi điện tử SEM * Dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng phủ CVD * Dụng cụ do kích thƣớc : - Thƣớc cặp 1/50 L150 Mitutoyo, độ phân giải 0,02mm - Pan me 25-50 Mitutoyo, độ phân giải 0,01mm 4 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG VÀ DỤNG CỤ CẮT PHỦ BAY HƠI 1. Tổng quan về tiện cứng 1. Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng , kích thƣớc và độ bóng bề mặt theo động: - Chuyển động cắt chính (chuyển động làm việc): khi tiện đó là chuyển động quay tròn của phôi.

Khi tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc của dao khi tiện mặt trụ. tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công. , 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 nhƣ vậy. Sơ đồ hóa miền tao phoi của công cắt, độ mòn của dao và chất lƣợng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào công theo mặt trƣớc.

Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi, 5 biến dạng này nhanh chóng chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày Ap thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trƣớc của dao. Các dạng phoi Tuỳ theo vật liệu của chi tiết gia công, thông số hình học của dụng cụ cắt, chế độ cắt phoi cắt tạo ra có nhiều hình dạng khác nhau (hình 1. Dựa vào các dạng phoi có thể đánh giá đƣợc chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công. Có 3 dạng phoi chủ yếu: * Phoi xếp: Có dạng từng đốt xếp lại, mặt phoi đối diện với mặt trƣớc của dụng cụ cắt thì rất bóng, mặt kia có dạng răng cƣa (hình 1.

Phoi xếp xuất hiện khi gia công vật liệu dẻo (thép, đồng thau.) ở tốc độ cắt thấp, chiều dầy cắt lớn, góc cắt lớn (góc trƣớc nhỏ). Khi tạo thành phoi xếp kim loại bị biến dạng rất lớn. * Phoi dây: Có dạng kéo dài liên tục mặt phoi đối diện với mặt trƣớc của dụng cụ cắt nhẵn bóng, mặt những phần tử riêng biệt có hình dáng khác nhau, không liên kết hoặc liên kết yếu với nhau (hình 1. Phoi vụn có đƣợc khi gia công vật liệu giòn (gang, đồng thau cứng.), bề mặt chi tiết gia công có cấu tạo gần giống nhƣ bề mặt kim loại bị phá huỷ giòn, chất lƣợng bề mặt rất thấp.kia hơi gợn (hình 1.

Ở phoi dây khó quan sát mặt trƣợt hơn phoi xếp, điều đó chứng tỏ biến dạng dẻo khi tạo thành phoi dây ít hơn khi tạo thành phoi xếp do đó cho chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công cao hơn. Phoi dây đƣợc tạo thành khi gia công vật liệu dẻo ở tốc độ cắt cao, chiều dầy cắt nhỏ. * Phoi vụn: Phoi gồm những phần tử riêng biệt có hình dáng khác nhau, không liên kết hoặc liên kết yếu với nhau (hình 1. Phoi vụn có đƣợc khi gia công vật liệu giòn (gang, đồng thau cứng.), bề mặt chi tiết gia công có cấu tạo gần giống nhƣ bề mặt kim loại bị phá huỷ giòn, chất lƣợng bề mặt rất thấp.: Các dạng phoi Hiện tƣợng lẹo dao Hiện tƣợng: Trong quá trình cắt kim loại, ở điều kiên cắt gọt nào đó, đặc biệt là trong quá trình cắt vật liệu dẻo tạo ra phoi dây.

Trên mặt trƣớc của dao kề ngay lƣỡi cắt chính xuất hiện những lớp vật liệu có cấu trúc và cơ lý tính khác hẳn với vật liệu của chi tiết gia công và vật liệu làm dao, gắn chặt vào lƣỡi cắt. Hiện tƣợng này gọi là hiện tƣợng lẹo dao, khối kim loại đó gọi là khối lẹo hay lẹo dao. Lẹo dao có hình dạng nhƣ hình 1.3: Hiện tượng lẹo dao 7 Nghiên cứu của Williams và Rollason chứng tỏ lẹo dao chỉ xuất hiện khi cắt vật liệu có hai pha trở lên mà không xuất hiện khi cắt kim loại nguyên chất hay hợp kim một pha. Sự hình thành của lẹo dao chứng tỏ có liên quan mật thiết đến cấu trúc tế vi của vật liệu.

a, Sơ đồ hình thành bề mặt gia công và phoi khi cắt có lẹo dao b, Sơ đồ lý tưởng “Flow zone” trên mặt trước của dụng cụ Theo Trent [22] khi cắt ở chế độ cắt cao “Flow zone” đƣợc hình thành trên mặt trƣớc (Hình 1. Lớp cuối cùng của phoi dừng hẳn trên hầu hết diện tích tiếp xúc của mặt trƣớc còn các lớp tiếp theo biến dạng dẻo tạo thành vùng biến dạng thứ hai. Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng Trong tiện cứng, quá trình biến dạng trong vùng tạo phoi diễn ra rất phức tạp, chủ yếu do độ cứng của vật liệu gia công (sau khi tôi) nên giải pháp tốt nhất vẫn là sử dụng mảnh dao có độ cứng, khả năng chịu nhiệt cao. Tiêu biểu cho nhóm này là các mảnh CBN, PCBN, dao hợp kim cứng phủ CVD, PVD… Theo Poulachon [15] và đồng nghiệp chỉ ra rằng thƣờng có hai cơ chế tạo phoi khi gia công thép tôi.