BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Đức Trường Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt dao phay thép gió sản xuất Việt nam đến chất lượng bề mặt chi tiết LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Trần Thế Lục HÀ NỘI – 2010 CHƯƠNG TỔNG QUAN VẬT LIỆU DỤNG CỤ CẮT 1.1 Tổng quan số vật liệu dụng cụ cắt 1.1.1 Đặc tính chung vật liệu dụng cụ cắt Đặc tính phần dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến suất gia công chất lượng bề mặt chi tiết Khả giữ tính cắt dụng cụ góp phần định suất gia công dụng cụ Dụng cụ làm việc điều kiện cắt khó khăn áp lực, nhiệt độ cao, dụng cụ cắt bị mài mòn rung động trình cắt Trong trình gia công, phần cắt dụng cụ trực tiếp làm nhiệm vụ cắt đề tạo phoi Để nâng cao suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia công, phần cắt dụng cụ phải có hình dáng hình học hợp lý mà phải chế tạo từ loại vật liệu thích hợp Vì vậy, vật liệu dụng cụ cắt cần thiết phải đảm bảo yêu cầu sau a Tính cắt Trong trình cắt, phần lưỡi cắt mặt trước mặt sau dụng cụ cắt thường xuất ứng suất tiếp xúc lớn, khoảng 4000÷5000 N/mm2 , đồng thời áp lực riêng lớn gấp 100 ÷ 200 lần so với áp lực cho phép chi tiết máy Nhiệt độ tập trung vùng cắt lên đến 600 ÷ 9000C Trong điều kiện vậy, việc cắt thực có hiệu dụng cụ cắt có khả giữ tính cắt khoảng thời gian dài Điều đòi hỏi vật liệu dụng cụ cắt cần phải có đầy đủ tính chất lý cần thiết độ cứng, độ chịu mòn, độ bền học, độ dẫn nhiệt - Độ cứng: Độ cứng tiêu quan trọng vật liệu dụng cụ cắt Muốn cắt được, vật liệu phần cắt dụng cụ cắt thường phải có độ cứng lớn vật liệu gia công khoảng 25 HRC Độ cứng phần cắt dụng cụ cắt thường phải đạt khoảng 60 ÷ 65 HRC Nâng cao độ cứng phần cắt dụng cụ cắt cho phép tăng khả chịu mòn tăng tốc độ cắt Trong trình cắt, cần quan tâm nhiều đến độ cứng nhiệt lưỡi cắt tức độ cứng xét trạng thái lưỡi cắt bị nung nóng Vì ảnh hưởng trực tiếp đến khả cắt gọt dao - Độ bề học Trong quấ trình cắt, dung cụ cắt thường chịu lực xung lực lớn Mặt khác, dung cụ cắt chịu rung động hệ thống máy – dao – đồ gá chi tiết không đủ độ cứng vững dao làm việc điều kiện tải trọng động lớn thay đỏi liên tục lực cắt Do dẫn đến tình trạng lưỡi cắt dễ bị phá hủy sớm mẻ, vỡ, tróc, mòn,… Vì để nâng cao tính cắt gọt dụng cụ cắt phải có độ bền học cao Việc nâng cao độ bền học vật liệu dụng cụ cắt, hợp kim cứng vật liệu sứ hướng nghiên cứu sản xuất dụng cụ cắt - Độ bền nhiệt Độ bền nhiệt khả giữ độ cứng cao tính cắt khác nhiệt độ cao khoảng thời gian dài Độ bền nhiệt đặc trưng nhiệt độ giới hạn mà nung liên tục vật liệu dụng cụ cắt khoảng thời gian định (khoảng 3h) nhiệt độ độ cứng không giảm mức quy định (khoảng 60HRC) Độ bền nhiệt tính quan trọng vật liệu dụng cụ cắt Nó định việc trì khả cắt dao điều kiện nhiệt độ áp lực lớn vùng cắt Độ bền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng nguyên tố hợp kim vonfram, crom, vanadi, moolipden, coban… Trong vonfram thành phần hợp kim làm cho thép có độ bền nhiệt Độ bền nh dệt nâng cao tăng hàm lượng vanadi Nếu độ bền nhiệt P18 6000C nâng cao hàm lượng Vanadi đến 5% Vonfram đến 10% độ bền nhiệt 6300C Nguyên tố Coban ảnh hưởng đến độ bền nhiệt Khi thép gió có 18% W, 10% Co độ bền nhiệt lên đến 6500C Ngoài ra, chế độ nhiệt luyện ảnh hưởng nhiều đến độ bền nhiệt vật liệu dụng cụ cắt - Độ dẫn nhiệt Độ dẫn nhiệt vật liệu dùng cao nhiệt lượng truyền khỏi lưỡi cắt nhanh Do giảm tập trung nhiệt độ vùng cắt, tăng độ bền mòn dụng cụ cắt Mặt khác, cho phép nâng cao tốc độ cắt Chính kim cương có độ dẫn nhiệt lớn hẳn so với loại vật liệu dụng cụ cắt khác nên cho phép cắt tốc độ cao - Tính chịu mòn: Độ bền mòn vật liệu cụng cụ cắt đặc trưng khả giữ vững hình dáng thông số hình học suốt trình gia công Trong trình cắt, mặt trước tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với mặt gia công chi tiết với tốc độ trượt lớn, vật liệu phải có tính chịu mòn cao Khi phần cắt dụng cụ đủ sức bền học, dạng hỏng chủ yếu bị mài mòn Thực tế rõ rằng, độ cứng cao tính chịu mòn dụng cụ cao Tính chịu mòn tỷ lệ thuận với độ cứng Một nguyên nhân chủ yếu gây tượng mòn dao tượng dính chảy vật liệu làm dao.Tính chảy dính vật liệu làm dao đặc trưng nhiệt độ chảy dính hai vật liệu tiếp xúc nhau… vật liêu chế tạo dao tốt loại vật liệu có nhiệt độ chảy dính cao Qua thực nghiệm cho thấy, nhiệt độ chảy dính loại hợp kim cứng có cacbit vonfram (WC), cacbit Titan (TiC), với thép khoảng 10000C cao hợp kim Coban với thép khoảng 6750C b Tính công nghệ Dụng cụ cắt thường có hình dang hình học phức tạp, đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao độ xác hình dáng, kích thước, độ nhẵn bề mặt Vì vật liệu dụng cụ cắt phải có tính công nghệ tốt Tính công nghệ tốt khả vật liệu cho phép gia công hợp lý, dễ dàng phương pháp gia công khác như; hàn, gia công áp lực, cắt, nhiệt luyện, hóa nhiệt… Tính công nghệ vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như; Thành phần hóa học, cấu trúc tế vi, kích thước hạt, độ cứng, độ bền học, độ dẫn nhiệt c Tính kinh tế Khi chọn vật liệu dụng cụ cắt, việc ý đến tính cắt gọt, tính công nghệ phải ý đến giá thành sản phẩm Vật liệu chế tạo dụng cụ cắt thường đắt tiền Vì chi phí cho vật liệu chế tạo dụng cụ cắt thường chiếm tỷ lệ cao tổng giá thành chế tạo dụng cụ cắt Do đó,cần phải chon vật liệu dụng cụ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật dao, chi tiết gia công, nhằm làm giảm chi phí chế tạo dụng cụ cắt 1.1.2 Các loại vật liệu dụng cụ cắt ngành khí Vật liệu dụng cụ cắt hình thành, phát triển theo nhu cầu phát triển khoa học kỹ thuật nhà sản xuất Chúng chia thành loại sau: Thép cacabon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, kim cương, nitơrit bo lập phương… Lịch sử phát triển sử dụng loại vật liệu dụng cụ cắt đặc tính chúng trình bày bảng 1.1 tính chất trình bày biểu đồ 1.1 Bảng 1.1 Lịch sử phát triển đặc tính vật liệu dụng cụ cắt [3] Năm Vật liệu dụng cụ Vc 60m/ph 1894 1900 1900 1908 1913 1931 Thép cacbon dụng cụ Thép hợp kim dụng cụ Thép gió Thép gió cải tiến Thép gió ( tăng Co, W) Hợp kim cứng cacbit W Hợp kim cứng cacbit WC TiC 12 15-20 20-30 200 1934 1955 Kim cương nhân tạo 1957 Sành sứ 1965 Nitơrit Bo lập phương 300 Nhiệt độ giới hạn đặc tính cắt (0C) 200-300 300-500 Độ cứng (HRC) 60 60 500-600 600-650 1000-1200 60-64 91 1000 – 1200 91 – 92 1500 100000 HV 92 - 94 1600 8000 HV 800 300-500 100 – 200 (Thép tôi) Hợp kim cứng có phun 300 1000 18000 HV phủ (TiC) Qua phát triển vật liệu dụng cụ cắt, thấy phần vật liệu 1970 cứng loại vật liệu tăng lên, tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng, tăng tuổi bền dụng cụ cắt tăng tốc độ cắt, phần vật liệu cứng loại vật liệu dụng cụ đánh giá theo % Ví dụ: Thép cacbon dụng cụ - 10% Thép gió 20 – 30% Hợp kim cứng 85 – 97% Sành sứ 80 – 100% Thép dụng cụ Thép hợp kim dụng cụ Thép gió Thép Stellite Hợp kim cứng thông thường Hợp kim cứng đặc biệt Sành sứ Vật liệu cắt siêu cứng Hinh 1.1 Tính chất vật liệu dụng cụ [3] a Thép cacbon dụng cụ Để bảo đảm cho thép cacbon có đủ độ cứng có khả chịu mòn cao hàm lượng Cacbon chứa thép thường vào khoảng 0,65 ÷ 1,35% Sau nhiệt luyện, độ cứng bề mặt đạt độ cứng 60 HRC ÷ 65 HRC, lõi đạt độ cứng khoảng 40HRC Độ thấm thép Cacbon dụng cụ thấp nên thường tiến hành nước hỗn hợp nước muối Do tốc độ làm nguội nhanh nên thép cacbon dụng cụ thường bị nứt, vỡ Ngoài thép cacbon dụng cụ “nhạy cảm” với nhiệt độ, nhiệt, kích thước hạt tăng nhanh làm độ giòn tăng dễ bị vỡ, gãy Độ bền nhiệt thép cacbon dụng cụ thấp, khoảng 200 ÷ 2500C, độ chịu mòn kém, tính cắt thấp Do thép cacbon dụng cụ dùng để chế tạo loại dụng cụ cắt làm việc với tốc độ thấp cắt loại vật liệu mềm Thường cắt với tốc độ cắt ÷ 10 m/ph Ưu điểm thép cacbon dụng cụ dễ mài sắc, dễ đạt độ nhẵn bề mặt cao, giá thành rẻ Hiện sử dụng số mác thép Cacbon dụng cụ sau: CD70A, CD80A, CD90A, CD100A, CD110A, CD120A, CD130A ( Tương đương với mác thép Nga Y7A, Y8A, Y9A, Y10A, Y11A, Y12A, Y13A) Trong CD kí hiệu thép cacbon dụng cụ, số 70,80,90…130 số phần vạn Cacbon thép A thép loại tốt (Hàm lượng S < 0,02%, P t_anpha=2.919986, He so beta(2)co nghia t(3)= 450.499921 > t_anpha=2.919986, He so beta(3)co nghia t(4)= 3110.306061 > t_anpha=2.919986, He so beta(4)co nghia t(5)= 28.507098 > t_anpha=2.919986, He so beta(5)co nghia t(6)= 88.987806 > t_anpha=2.919986, He so beta(6)co nghia t(7)= 944.941157 > t_anpha=2.919986, He so beta(7)co nghia t(8)= 15.676795 > t_anpha=2.919986, He so beta(8)co nghia t(9)= 463.848584 > t_anpha=2.919986, He so beta(9)co nghia t(10)= 2139.915111 > t_anpha=2.919986, He so beta(10)co nghia - KIEM TRA Y^: F^=S^2du/S^2ts =3.374422