Bộ giáo dục và đào tạo Đại học thái nguyên Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp trần ngọc giang Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCbn theo chế độ cắt khi tiện thép 9xc qua tôi Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngi hng dn khoa hc PGS.TS. Phan Quang Thế Thá i nguy ên - 2008 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn PGS.TS Phan Quang Thế - Thày hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn tận tình của thày trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận văn. Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn tới khoa Sau đại học, khoa Cơ khí, Bộ môn Cơ học vật liệu, lãnh đạo Trung tâm thí nghiệm đã ủng hộ về tinh thần và tạo điều kiện cho tôi về thời gian để tôi có thể hoàn thành bản luận văn của mình. Tôi xin cảm ơn thày giáo TS. Nguyễn Văn Hùng, ThS. Lê Viết Bảo về sự tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này. Tôi cũng muốn cảm ơn tới ông Trưởn g phòng kỹ thuật, các cán bộ, nhân viên phòng kế hoạch và Xưởng cơ khí Nhà máy Z159 - Thái Nguyên, các cán bộ phụ trách Phòng thí nghiệm Quang phổ, khoa vật lý trường ĐHSP Thái Nguyên, Pòhng thí nghệim Kim loại học, đại học Bách khoa Hà Nội đã dành cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cho tôi được gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, nhân viên Xưởng Cơ khí nơi tôi tiến hành thực nghiệm. Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, người thân, các bạn bè đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Tác giả Trần Ngọc Giang Lời nói đầu MỤC LỤC Trang Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Danh mục các hình vẽ và đồ thị Danh mục các bảng biểu Mở đầu 1. Giớ i thiệ u về côn g ngh ệ tiện cứn g 2. Tín h cấp thiết của đề tài 5 2.1. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 6 2.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 6 2.3. Phươn g pháp nghiên cứu 7 Chương Bản chất vật lý của quá trình cắt thép có độ cứng cao 1.1. Qúa trình cắt và tạo phoi 8 1.2. Lực cắt 12 1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt 12 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện 14 1.3. Nhiệt cắt 16 1.3.1. Khái niệm chung 16 1.3.2. Quá trình phát sinh nhiệt 20 1.4. Kết luận 24 Chương 2 25 Chất lượng bề mặt khi tiện cứng 2.1. Khái niệm chung về lớp bề mặt 25 2.2. B ản ch ất củ a lớ p bề m ặt 26 2.3. Tí nh ch ất lý ho á củ a lớ p bề m ặt 26 2.3.1. L ớ p b i ế n d ạ n g 26 2.3.2. L ớp Beilbly 27 2.3.3. L ớp tương tác hóa học 27 2.3.4. Lớp hấp thụ hoá học 28 2.3.5. L ớp hấp thụ vật lý 28 2.4. Các ch ỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện cứng 29 2.4.1. Độ nhám bề mặt và các phương pháp đánh giá 29 2.4.1.1. Độ n hám b ề mặt 29 2.4.1.2. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 32 2.4.2. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ 32 2.4.2.1. Hi ện tượng biến cứng của lớp bề mặt 32 2.4.2.2. Ứng suất dư trong lớp bề mặt 35 2.4.2.3. Đánh giá mức độ, chiều sâu lớp biến cứng và ứng suất dư 39 2.5. Các nhân t ố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi tiện cứng 40 2.5.1. Ảnh hưởng của các thông số hình học dụng cụ cắt 40 2.5.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt 41 2.5.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao 42 2.5.4. Ảnh hưởng của chiều sâu c ắt 43 2.5.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia công 43 2.5.6. Ảnh hưởng của rung động trong hệ thống công nghệ 44 2.6. K ết luận 44 Chương 3 46 Mòn và tu ổi bền dụng cụ khi tiện cứng 3.1. Mòn d ụng cụ cắt 46 3.1.1. Khái ni ệm chung 46 3.1.2. Các cơ chế m òn c ủa dụng cụ cắt 47 3.1.2.1. Mòn do dính 48 3.1.2.2. Mòn do h ạt mài 49 3.1.2.3. Mòn do khu ếch tán 49 3.1.2.4. Mòn do ôxi hoá 50 3.1.3. Mòn d ụng cụ cắt và cách xác định 51 3.1.3.1. Mòn d ụng cụ cắt 51 3.1.3.2. Cách xác định 53 3.1.3.3. Các ch ỉ tiêu đánh giá sự mài mòn của dụng cụ cắt 54 * Ch ỉ tiêu mòn tối ưu 54 * Ch ỉ tiêu mòn công nghệ 55 3.1.4. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt khi tiện cứng 55 3.1.5. K ết luận 55 3.2. Tu ổi bền của dụng cụ cắt 55 3.2.1. Khái ni ệm chung về tuổi b ền của dụng cụ cắt 55 3.2.2.Các nhân t ố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 57 3.2.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt 57 3.2.2.2. Ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt 59 3.2.3. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 60 3.2.4. Tu ổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 62 Chương 4 63 Nghiên cứu thực nghiệm mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi 4.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 63 4.2. H ệ thống thiết bị thí nghiệm 63 4.2.1. Yêu c ầu với hệ thống thí nghiệm 63 4.2.2. Mô hình thí nghi ệm 64 4.2.3. Thi ết bị thí nghiệm 65 4.2.3.1. Máy 65 4.2.3.2. Dao 65 4.2.3.3. Phôi 66 4.2.3.4. Ch ế độ cắt 67 4.3. Thi ết bị đo khác 67 4.3.1. Máy đo độ nhám bề mặt 67 4.3.2. Kính hi ển vi điện tử 68 4.4. Thí nghi ệm xác định quan hệ mòn của mảnh dao theo chế độ cắt 68 4.4.1. Quy trình ti ến hành thí nghiệm 68 4.4.2. X ử lý kết quả thí nghiệm 69 4.4.2.1. Xác định thời gian cắt cơ bản trong các lần cắt 69 4.4.2.2. X â y d ự n g qu a n h ệ g i ữ a t hôn g s ố n h á m b ề mặ t v ớ i th ờ i gi a n cắ t 70 4.4.2.3. Các hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử về mòn mảnh dao 71 4.4.2.4. Phân tích cơ chế mòn mảnh dao PCBN 76 4.4.2.5. Phân tích nhám b ề mặt gia công 78 4.4.2.6. Phân tích k ết quả và thảo luận 78 4.4.2.7. K ết luận 80 4.5. Nghiên cứu mối quan hệ giữa tuổi bền mảnh dao PCBN theo 82 chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC qua tôi 4.5.1. Quá trình c ắt thép 9XC bằng dao PCBN 82 4.5.2. L ựa chọn chế độ cắt cho nghiên cứu và tìm hàm quan hệ 83 4.6. Ph ần kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 88 4.6.1. Ph ần kết luận chung 88 4.6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 88 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT a p : chiều dày phoi K bd : mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi K ms : mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao K f : mức độ biến dạng của phoi θ: góc trượt γ (hay γ n ) góc trước của dao P z (hay P c ): lực tiếp tuyến khi tiện 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: là 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 2 : nhiệt sinh ra trên mặt sau Q phoi : nhiệt truyền vào phoi Q dao : nhiệt truyền vào dao Q phôi : nhiệt truyền vào phôi Q môi trường : nhiệt truyền vào môi trường k AB : ứng suất cắt trung bình trong miền biến dạng thứ nhất A S : diện tích của mặt phẳng cắt V S : vận tốc của vật liệu cắt trên mặt phẳng cắt k t : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu gia công β: hệ số phân bố nhiệt từ mặt phẳng trượt vào phôi và phoi c: nhiệt dung riêng ρ: tỷ trọng của vật liệu R T : hệ số nhiệt khi cắt Φ: góc tạo phoi γ  mt : 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 ∆F c , ∆F t : áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trền 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 f : 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 b: hệ số truyền nhiệt H v : độ biến cứng (N/mm 2 ); S: diện tích bề mặt đầu đo kim cương ấn xuống (mm 2 ) P: lực tác dụng của đầu kim cương (N) r: bán kính mũi dao h min : chiều dày phoi nhỏ nhất φ 1 V w : thể tích mòn mặt sau V cr : thể tích mòn mặt trước KF, KB, KT: các kích thước vùng mòn mặt trước h s : độ mòn giới hạn [...]... liệu, chế độ cắt và độ cứng gia công tại một xưởng sản xuất ở Thái Nguyên để làm cơ sở thực nghiệm Do vậy đề tài "Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi " là cần thiết và có tính ứng dụng trực tiếp 2.1 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tóm lược một lý thuyết cơ bản về gia công cắt. .. sau và tuổi bền mảnh 60 PCBN với góc trước γn Hình vẽ 3.9 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 60 Hình vẽ 3.10 Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 61 Hình vẽ 3.11 Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 61 Hình vẽ 4.1 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 64 Hình vẽ 4.2 Mô hình thí nghiệm 64 Hình vẽ 4.3 Máy tiện CNC- HTC2050 65 Hình vẽ 4.4 Mảnh dao TPGN, 160308 T2001 66 Hình vẽ 4.5 Thân dao. .. tiện cứng nói riêng và tìm ra cơ chế gây mòn các mảnh dao PCBN, đồng thời xác định mối quan hệ giữa tuổi bền của mảnh dao theo chế độ cắt (S,V,t) khi tiện tinh thép 9XC qua tôi đạt độ cứng 56-58 HRC Qua đó có thể đưa ra một bộ thông số chế độ cắt khi tiện cứng loại thép này đạt tuổi bền cao nhất trong khi vẫn đạt chất lượng bề mặt yêu cầu 2.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Về mặt khoa... toán công suất của chuyển động chính, tính độ bền của dao, của chi tiết cơ cấu chuyển động chính và của các chi tiết khác của máy công cụ Thành phần lực hướng kính Py có tác dụng làm cong chi tiết, ảnh hưởng đến độ chính xác gia công, độ cứng vững của máy và dụng cụ cắt Thành phần Px tác dụng ngược hướng chạy dao, nó dùng để tính độ bền của chi tiết trong chuyển động phụ, độ bền của dao cắt và công suất... suất, chất lượng và giá thành sản phẩm Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi tiện cứng đến mòn và tuổi bền mảnh dao là cần thiết đối với công đoạn gia công tinh Đặc biệt khi công nghệ này được áp dụng tại các cơ sở sản xuất ở nước ta Việc tìm ra một hàm số mô tả quan hệ giữa tuổi bền và chế độ cắt ứng với một khoảng giá trị độ cứng trên cơ sở đó sẽ tối ưu hoá được tuổi bền là vấn đề có... phát triển khoa học và công nghệ trong nước cũng như khu vực và thế giới Nghiên cứu và kiểm nghiệm các kết quả gần đây về cơ chế gây mòn dao PCBN trong tiện cứng nói chung Xây dựng được quan hệ giữa các thông số của chế độ cắt đến tuổi bền khi tiện cứng dưới dạng hàm thực nghiệm Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ưu hoá quá trình tiện Đồng thời cũng góp phần đánh giá chất lượng bề... hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt 43 Hình vẽ 3.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt 48 liên tục (a) và khi cắt gián đoạn (b) Hình vẽ 3.2 Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện 51 Hình vẽ 3.3 Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim 52 cứng với thể tích V t 0,6 c Hình vẽ 3.4 Các thông số đặc trưn g cho mòn mặt trước và mặt 53 sau - ISO3685 Hình vẽ 3.5 Vùng mài lại của. .. thép 9XC qua tôi Về mặt thực tiễn sẽ áp dụng kết quả khi nghiên cứu thép 9XC vào một cơ sở Sản xuất ở Thái Nguyên Qua đó nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường và thúc đẩy các nghiên cứu mới trên các khía cạnh khác nhau về tiện cứng 2.3 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm về ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn và tuổi bền thông qua hàm thực nghiệm Đo nhám bề mặt theo. .. điều kiện cắt nhằm xác định tuổi bền mảnh dao theo chỉ tiêu mòn công nghệ Chương 1 BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÉP CÓ ĐỘ CỨNG CAO 1.1 Quá trình cắt và tạo phoi Qúa trình cắt kim loại là quá trì nh 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... chạy dao khác nhau (khi dao chua mòn) Hình vẽ 2.4 Quan hệ giữa vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng 35 ứng với các lượng mòn mặt sau khác nhau của dao tiện Hình vẽ 2.5 Quan hệ giữa bán kính mũi dao, chiều sâu cắt và ứng suất dư lớp bề mặt 38 Hình vẽ 2.6 Ảnh hưởng của thông số hình học của dao tiện tới 41 nhám bề mặt khi gia công thép Hình vẽ 2.7 Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia 41 . 3.8. Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh 60 PCBN với góc trước γ n Hình vẽ 3.9. Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 60 Hình vẽ 3.10. Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi. 62 Ch ơng 4 63 Nghiên cứu thực nghiệm mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo ch độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi 4.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 63 4.2 80 4.5. Nghiên cứu mối quan hệ giữa tuổi bền mảnh dao PCBN theo 82 ch độ cắt khi tiện tinh thép 9XC qua tôi 4.5.1. Quá trình c ắt thép 9XC bằng dao PCBN 82 4.5.2. L ựa ch n ch độ cắt cho nghiên