ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN VIỆT CƯỜNG TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY LĂN ĐĨA XÍCH PHỦ TiN TRƯỚC VÀ SAU KHI MÀI SẮC LẠI KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU S45C Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên 2011 Công trình đợc hoàn thành tại: Trờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Tỏc gi lun vn: TRN VIT CNG Ngi HDKH: PGS. TS NGUYN QUC TUN. i hc Thỏi Nguyờn Phn bin 1: PGS. TS TNG HUY. i hc Bỏch Khoa H Ni Phn bin 2: TS NGễ CNG. Cao ng Kinh t K thut Thỏi Nguyờn Lun vn s c bo v trc hi ng chm lun vn hp ti: Trng i hc K thut Cụng nghip HTN Ngy 14 thỏng 11 nm 2011 -1- PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật và công nghệ trên tất các các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, độ chính xác và nâng cao chất lượng bề mặt gia công. Vì vậy, nhiều biện pháp đã và đang được thực hiện một cách mạnh mẽ nhằm đáp ứng các nhu cầu trên. Một trong các ngành công nghiệp mũi nhọn là ngành công nghệ vật liệu đã phát triển không ngừng, nó góp phần vào việc nghiên cứu và chế tạo ra nhiều chủng loại dụng cụ cắt có tính năng cắt ưu việt. Để tăng độ bền cho dao một trong các ứng dụng mang tính phổ biến trong lĩnh vực gia công cắt gọt đó là vật liệu dụng cụ cắt được phun phủ. Lớp phủ sẽ nâng cao tính chống mòn, giảm lực cắt và nhiệt cắt trên lưỡi cắt vì thế sẽ giảm tác động trực tiếp đến biến dạng và rạn nứt của dụng cụ cắt. Với những dụng cắt có kết cấu phức tạp, việc chế tạo khó khăn, giá thành cao thì ứng dụng đó càng có ý nghĩa quan trọng. Dao phay lăn răng đĩa xích phủ TiN (Titanium Nitride) là một dụng cụ cắt như vậy. Phay lăn răng là một phương pháp gia công răng đạt được năng suất và độ chính xác cao. Cho nên trong hầu hết các xưởng cơ khí chế tạo, nó vẫn được ứng dụng nhiều để gia công các loại bánh răng thẳng, răng nghiêng, bánh vít, đĩa xích Trước đây đã có một số nghiên cứu ảnh hưởng độ mòn của dao phay lăn răng đến chất lượng bề mặt biên dạng prôfin răng của bánh răng trụ [1]. Ngoài ra còn có nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích thép gió sản xuất tại Việt Nam [2], sau khi mòn thường phải mài sắc lại mặt trước. Xuất phát từ thực tế tại nhiều nhà máy chế tạo đĩa xích xe máy( C.ty CP phụ tùng máy số 1 Thái Nguyên, Công ty TNHH Cơ khí Thuận Phát Thái Nguyên…) đang sử dụng dao phay đĩa xích phủ TiN (Sản xuất tại Trung Quốc, Hàn Quốc; giá thành khoảng 3÷5triệu đồng/dao, năng suất 1dao/32.000 đĩa xích; tiêu thụ khoảng 50÷60 dao/năm) sau khi mòn thường phải mài sắc lại theo mặt trước nhiều lần. Nhưng trong thực tế lại chưa có nghiên cứu về tuổi bền của dao phay đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại. Sau khi được sự định hướng của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn tác giả đã chọn đề tài “Tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. 2. Mục đích nghiên cứu - Xác định được chế độ cắt hợp lý để nâng cao tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C. - Có thể làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao phay lăn đĩa xích phủ TiN. 3. Đối tượng nghiên cứu -2- - Dao phay lăn răng đĩa xích phủ TiN kiểu liền (t=12,7; d 1 =8,51) - Nghiên cứu tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C. 4. Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm nhưng chủ yếu là thực nghiệm. 5. Nội dung nghiên cứu Chương I. Tổng quan về ứng dụng của phủ trong cắt kim loại. Chương II. Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Chương III. Nghiên cứu thực nghiệm tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C Chương IV. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo. 6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 6.1. Ý nghĩa khoa học Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt với tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C. Kết quả nghiên cứu và thực nghiệm sẽ là cơ sở khoa học cho tối ưu quá trình phay đĩa xích, đồng thời góp phần đánh giá khả năng cắt của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài này mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề tài có thể dùng làm cơ sở cho việc lựa chọn bộ thông số chế độ cắt khi gia công vật liệu S45C. Đồng thời nó sẽ góp phần nâng làm cao năng suất, chất lượng và hạ giá thành sản phẩm. -3- Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CỦA PHỦ TRONG CẮT KIM LOẠI 1.1. Phủ bay hơi lý học (Physical Vapuor Deposition) - PVD và phủ bay hơi hóa học (Chemical Vapuor Deposition ) – CVD 1.1.1.Nguyên lý phủ PVD 1.1.2. Nguyên lý phủ CVD 1.2. Ứng dụng phủ PVD và CVD trong cắt kim loại 1.2.1. Ứng dụng phủ PVD trong cắt kim loại 1.2.2. Ứng dụng phủ CVD trong cắt kim loại 1.3. Kết luận chương 1  Lớp phủ đóng vai trò như là một rào cản nhiệt và hóa học giữa dụng cụ và chi tiết gia công.  Chúng nâng cao độ bền mòn của dụng cụ.  Ngăn ngừa các phản ứng hóa học giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công, làm yếu đi khả năng tạo thành lẹo dao.  Giảm ma sát giữa dụng cụ và phoi hoặc giữa dụng cụ và vật liệu gia công.  Ngăn ngừa sự biến dạng của lưỡi cắt vì sự quá nhiệt.  Tận dụng được tối đa những tính năng cắt tốt của vật liệu nền.  Do đó dụng cụ có thể được sử dụng ở vận tốc cắt cao hơn và cho tuổi bền cao hơn so với dụng cụ không phủ. Chương 2. NGHIÊN CỨU MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT 2.1. Mòn dụng cụ cắt. 2.1.1. Khái niệm chung về mòn 2.1.2. Mòn dụng cụ cắt. 2.1.3. Mòn dụng cụ phủ bay hơi 2.1.4. Cách xác định mòn dụng cụ cắt 2.1.5. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt gia công 2.1.6. Mòn của dao phay lăn đĩa xích 2.1.7. Các phương pháp đo mòn dụng cụ cắt 2.2. Tuổi bền dụng cụ cắt 2.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền dụng cụ cắt -4- 2.2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến tuổi bền dụng cụ cắt 2.2.3. Cách xác định tuổi bền dụng cụ cắt 2.3. Kết luận chương 2 Mòn và tuổi bền dụng cụ cắt là một vấn đề hết sức phức tạp. Khảo sát các hiện tượng vật lý, hóa học,… xảy ra khi cắt và rất nhiều yếu tố là nguyên nhân là cho dụng cụ cắt bị mòn. Đó chính là thông số quan trọng làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt. Nghiên cứu mòn của dụng cụ cắt thực tế là nghiên cứu sự phá hủy phần cắt của dụng cụ, trên cơ sở đó tìm ra được các biện pháp tối ưu đảm bảo tăng bền cho dụng cụ cắt. Dụng cụ cắt thông thường bị phá hủy do mòn quá giới hạn cho phép. Nguyên nhân của quá trình phá hủy và mài mòn là do nhiệt độ và áp lực cao, quá trình tiếp xúc trên mặt trước của dụng cụ cắt với phoi và mặt sau với chi tiết gia công. Trên cơ sở nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt, ta có thể nghiên cứu thực nghiệm mòn và tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích. Từ đó có thể giảm độ mòn và nâng cao tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích. Khi đó cần có các nghiên cứu để xác định ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt cũng như điều kiện bôi trơn( bôi trơn làm nguội). Hình 2.1. Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và đồ mòn của dao Hình 2.2. Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao -5- Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY LĂN ĐĨA XÍCH PHỦ TiN TRƯỚC VÀ SAU KHI MÀI SẮC LẠI KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU S45C 3.1. Cơ sở lựa chọn chỉ tiêu xác định tuổi bền của dụng cụ cắt bằng phương pháp thực nghiệm Tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích được xác định bắt đầu từ khi dao bắt đầu cắt đến khi bắt đầu diễn ra giai đoạn phá hủy ứng với mỗi chế độ cắt xác định. Để có thể đánh giá tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN khi gia công vật liệu S45C có thể theo phương pháp: dùng chỉ tiêu lượng mòn h s và chất lượng bề mặt để xác định giới hạn bền của dao. Cụ thể là khi tiến hành gia công ứng với mỗi chế độ cắt sẽ tiến hành kiểm tra lượng mòn h s và chất lượng bề mặt theo chỉ tiêu độ nhám bề mặt. 3.2. Hệ thống công nghệ 3.2.1. Máy Thực nghiệm được tiến hành trên máy phay lăn răng 53A80 3.2.2. Dao phay lăn đĩa xích Kiểu dao: Loại dao phay liền (t=12,7 × 8,51; λ=3 0 21 ′ ) 3.2.3. Vật liệu gia công Độ cứng của vật liệu gia công: 114 Ký hiệu Thành phần nguyên tố hóa học (%) S45C C Si Mn P S Cr Cu Ni 0,42÷0,48 0,15÷0,35 0,60÷0,90 ≤0.030 ≤0.030 0,09÷0,20 ≤0.30 ≤0.20 3.2.4. Thiết bị đo, kiểm tra - Máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 3.2.5. Phương pháp bôi trơn, làm nguội: 3.3. Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C. 3.3.1. Xác định ma trận thí nghiệm Thông số Mức dưới Mức trung bình Mức trên Các biến (-1) 0 (+1) V (m/ph) 20,10 25,75 31,40 x 1 S (mm/vg) 1,18 1,515 1,85 x 2 Bảng 3.2. Miền giới hạn chế độ cắt thí nghiệm ( lý thuyết) Bảng 3.1. Thành phần nguyên tố hóa học của vật liệu S45C -6- Thông số Mức dưới Mức trung bình Mức trên Các biến (-1) 0 (+1) V (m/ph) 20,10 26,60 31,40 x 1 S (mm/vg) 1,18 1,50 1,85 x 2 STT thực nghiệm Giá trị mã hóa của thông số ảnh hưởng Giá trị thực của thông số ảnh hưởng x 1 x 2 v (m/ph) s (mm/vg) 1 -1 -1 20,10 1,18 2 +1 -1 31,40 1,18 3 -1 +1 20,10 1,85 4 +1 +1 31,40 1,85 5 0 0 26,60 1,50 6 0 0 26,60 1,50 3.3.2. Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước khi mài sắc khi gia công vật liệu S45C. Bảng 3.5. Kết quả đo độ nhám và lượng mòn mặt sau ở 6 chế độ cắt thí nghiệm trước khi dao được mài sắc . CHẾ ĐỘ GIA CÔNG SỐ 01 v = 20,10 m/ph s = 1,18 mm/vg t = 6,84 mm STT Thời gian (phút) h s (mm) R a (µm) R z (µm) 1 274,5 0,195 0,72 4,95 2 549 0,279 1,36 8,57 3 823,5 0,307 2,07 11,50 4 1098 0,378 2,26 12,65 5 1189,5 0,446 4,99 18,12 CHẾ ĐỘ GIA CÔNG SỐ 02 v = 31,40 m/ph s = 1,18 mm/vg t = 6,84 mm STT Thời gian (phút) h s (mm) R a (µm) R z (µm) 1 176 0,206 1,11 6,12 2 352 0,251 1,34 8,01 Bảng 3.4. Ma trận quy hoạch thực nghiệm Bảng 3.3. Miền giới hạn chế độ cắt thí nghiệm ( thực tế ) -7- 3 528 0,262 1,54 8,23 4 704 0,291 2,09 11,68 5 880 0,392 2,35 13,46 6 938,6 0,586 4,78 19,89 CHẾ ĐỘ GIA CÔNG SỐ 03 v = 20,10 m/ph s = 1,85 mm/vg t = 6,84 mm STT Thời gian (phút) h s (mm) R a (µm) R z (µm) 1 176 0,145 0,98 6,14 2 352 0,184 1,12 7,45 3 528 0,218 1,65 9,32 4 704 0,244 1,94 10,40 5 880 0,326 2,23 12,16 6 1056 0,378 2,63 12,50 7 1114,6 0,516 5,36 24,22 CHẾ ĐỘ GIA CÔNG SỐ 04 v = 31,40 m/ph s = 1,85 mm/vg t = 6,84 mm STT Thời gian (phút) h s (mm) R a (µm) R z (µm) 1 112 0,295 1,94 10,73 2 224 0,357 2,35 12,67 3 336 0,396 2,42 12,89 4 448 0,428 2,88 13,56 5 485,5 0,599 5,78 21,37 CHẾ ĐỘ GIA CÔNG SỐ 05 v = 26,60 m/ph s = 1,50 mm/vg t = 6,84 mm STT Thời gian (phút) h s (mm) R a (µm) R z (µm) 1 173 0,217 1,24 5,84 2 346 0,284 1,97 8,03 3 519 0,335 2,12 8,08 4 692 0,374 2,28 11,87 5 865 0,385 2,45 13,12 6 992,5 0,533 6,01 25,73 v = 26,60 m/ph s = 1,50 mm/vg -8- CHẾ ĐỘ GIA CÔNG SỐ 06 t = 6,84 mm STT Thời gian (phút) h s (mm) R a (µm) R z (µm) 1 177,4 0,223 1,27 5,89 2 354,8 0,290 1,99 8,08 3 532,2 0,346 2,21 8,76 4 709,6 0,379 2,30 11,92 5 887 0,391 2,49 13,44 6 1064,4 0,558 6,03 25,83 STT thực nghiệm Giá trị mã hóa của thông số ảnh hưởng Giá trị thực của thông số ảnh hưởng Tuổi bền y=lnT Năng suất x 1 x 2 v (m/ph) s (mm/vg) T (phút) cái 1 -1 -1 20,10 1,18 1098 7,00 360 2 +1 -1 31,40 1,18 880 6,78 450 3 -1 +1 20,10 1,85 1056 6,96 570 4 +1 +1 31,40 1,85 448 6,10 360 5 0 0 26,60 1,50 865 6,76 540 6 0 0 26,60 1,50 887 6,78 540 Sau khi quy hoạch thực nghiệm ta có phương trình sau: Vậy: T = e 10,923 .V -1,209 .S -0,799 ( phút) Phương trình là phương trình hồi quy thực nghiệm. 3.3.3. Thực nghiệm để xác định tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C. Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm xác định tuổi bền của dao trước khi mài sắc Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc cắt V, lượng chạy dao S với tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C khi chiều sâu cắt không đổi t = 6,84mm [...]... sau khi mài lại - Mặt khác sau khi mòn, mặt sau của dao vẫn còn lớp phủ nên tuổi bền của dao sau khi mài sắc lại hầu như không thay đổi và có thể coi như một dao mới tinh Từ đó ta thấy rằng lớp phủ mặt sau ảnh hưởng rất lớn đến tuổi bền của dao 3.3.5 Lượng mòn mặt sau hs của dao phay đĩa xích trước và sau khi được mài sắc lại Đồ thị phản ánh mòn của dao phay đĩa xích theo thời gian gia công trước và. .. của dao phay đĩa xích trước và sau khi mài sắc lại  Đã xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ (v,s) với chiều sâu cắt không đổi t = 6,84mm đến tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C như sau: T = e10,923.V-1,209.S-0,799 ( phút) Mô hình cho phép đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích và cũng... Rz đĩa xích theo thời gian gia công trước và sau khi dao mài sắc lại Hình 3.4 Đồ thị quan hệ giữa nhám Hình 3.5 Đồ thị quan hệ giữa nhám bề mặt Ra, Rz và thời gian gia công bề mặt Ra, Rz và thời gian gia công trước và sau khi dao được mài sắc lại trước và sau khi dao được mài sắc lại tại chế độ cắt 01 tại chế độ cắt 04 3.3.7 Hình thái bề mặt đĩa xích trước và sau khi dao mài sắc lại Một số hình ảnh hình... trước và sau khi dao mài sắc lại -11- Hình 3.2 Đồ thị quan hệ giữa lượng mòn mặt sau hs và thời gian gia công trước và sau khi dao được mài sắc lại tại chế độ cắt 01 Hình 3.3 Đồ thị quan hệ giữa lượng mòn mặt sau hs và thời gian gia công trước và sau khi dao được mài sắc lại tại chế độ cắt 02 3.3.6 Độ nhám bề mặt đĩa xích trước và sau khi dao mài sắc lại Đồ thị phản ánh nhám bề mặt Ra, Rz đĩa xích theo... của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C - Tối ưu hóa các thông số hình học, chế độ cắt của dao phay đĩa xích phủ TiN khi gia công vật liệu S45C TÀI LIỆU THAM KHẢO -14[1] Phạm Vũ Dũng, Nghiên cứu ảnh hưởng độ mòn của dụng cụ đến chất lượng bề mặt biên dạng prôfin răng của bánh răng khi gia công bằng dao phay lăn răng, Luận văn thạc sỹ chuyên ngành Công. .. dao phay lăn răng đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C là hầu như không thay đổi vì sau khi mòn mặt sau vẫn còn lớp phủ nên khi mài lại theo mặt trước ta được dụng cụ cắt như là mới tinh - Đã xây dựng được các đồ thị quan hệ lượng mòn mặt sau theo thời gian, độ nhám bề mặt R a, Rz theo thời gian của dao phay đĩa xích trước và sau khi mài sắc lại - Đã xây dựng được... công và thu được kết quả đảm bảo độ tin cậy  Đã so sánh được tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C là hầu như không đổi vì sau khi mòn mặt sau vẫn còn lớp phủ nên khi mài lại theo mặt trước ta được dụng cụ cắt như là mới tinh  Xây dựng được các đồ thị quan hệ lượng mòn mặt sau theo thời gian, độ nhám bề mặt R a, Rz theo thời gian của. .. mài sắc lại Một số hình ảnh hình thái bề mặt răng đĩa xích được gia công bằng dao phay đĩa xích trước và sau khi mài lại -12- Hình 3.6 Ảnh SEM bề mặt răng đĩa xích được gia công bằng dao phay đĩa xích trước khi mài sắc ( v = 20,10m/ph; s = 1,18mm/vg; t = 6,84mm ) Hình 3.7 Ảnh SEM bề mặt răng đĩa xích được gia công bằng dao phay đĩa xích sau khi mài sắc lại ( v = 20,10m/ph; s = 1,18mm/vg; t = 6,84mm )... liệu S45C Ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay đĩa xích - Sau lần gia công đầu tiên dao mòn đến giới hạn cho phép, ta tiến hành mài sắc lại dao theo mặt trước Sau khi mài sắc lại mặt trước của dao sẽ bị mất hết lớp phủ, nhưng qua thực nghiệm ta thấy lớp phủ mặt trước ảnh hưởng rất nhỏ đến tuổi bền của dao - Đường cong hớt lưng răng dao là đường cong acsimet nên góc sau của răng dao không... lại - Đã xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ (v,s) với chiều sâu cắt không đổi t = 6,84mm đến tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C như sau: T = e10,923.V-1,209.S-0,799 ( phút), mô hình cho phép đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích và cũng là cơ sở lựa chọn chế độ cắt hợp lý hoặc tối . 360 3.3.4. Tuổi bền của dao phay đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay đĩa xích. - Sau lần gia công đầu tiên dao. cao tuổi bền của dao phay lăn đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C. - Có thể làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao phay lăn đĩa xích phủ TiN. 3 được tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích phủ TiN trước và sau khi mài sắc lại khi gia công vật liệu S45C là hầu như không đổi vì sau khi mòn mặt sau vẫn còn lớp phủ nên khi mài lại theo mặt trước