Dụng cụ mòn do dính mỏi.
* Kết luận:
- Khi cắt thép SKD61 với tốc độ cắt lựa chọn, lượng chạy
dao thay đổi khi gia công các hốc S = 170 và 200mm/phút,
chiều dày phoi a = 2mm, chiều sâu cắt t = 5 và 7,5mm. Dụng
cụ mòn nhưng vẫn trong giới hạn cho phép.
- Mũi dao bị phá huỷ mạnh do nhiệt cắt tại mũi dao lớn
nhất, ở vùng gần mũi dao mòn ít hơn và phát triển mạnh dần
đến vị trí cách mũi cắt khoảng 2mm (bằng chiều dày phoi) thì
dụng cụ mòn nhiều nhất, các vết nứt trên bề mặt xuất hiện
nhiều nhất.
* Cơ chế mòn:
- Với lớp phủ: VLGC bám dính lên bề mặt, khi vượt qua
giới hạn mỏi lớp phủ bị phá huy và bong ra cùng VLGC (cơ
chế dính mỏi). Vùng mòn phát triển từ lưỡi cắt, sau đó phát
triển rộng dần.
- Với vật liệu nền: Xuất hiện các vết chảy, nứt theo biên
giới hạt rồi bong ra từng mảng vật liệu làm xuất hiện các lỗ
sâu trên bề mặt, cứ như vậy dụng cụ bị bào mòn đến khi dụng
cụ không còn khả năng cắt.
* Phương hướng nghiên cứu tiếp theo:
- Tiếp tục nghiên cứu để lựa chọn chế độ cắt tối ưu cho
dụng cụ đặc biệt khi phay các cung tròn.
- Tiếp tục nghiên cứu nhiệt phát sinh trong quá trình cắt, đo
lực cắt để làm sáng tỏ hơn cơ chế phá huỷ của lớp phủ khi
phay thép SKD61.
- Tiếp tục nghiên cứu cơ chế phá huỷ mũi dao, nghiên cứu
mòn mặt trước của dụng cụ do các nguyên nhân khác nhau.
- Tiếp tục nghiên cứu mòn dụng cụ khi phay thép SKD61
đã qua tôi kết hợp biện pháp làm mát phù hợp để có khái
niệm đầy đủ hơn qua đó khai thác, sử dụng dụng cụ cắt phủ
PVD-TiN một cách hiệu quả hơn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên htt p :// w w w. l rc -tnu. e d u. v n
1. Tính cấp thiết của đề tài:
MỞ ĐẦU
Qua nghiên cứu thực tế quá trình gia công khuôn đúc áp lực mà sản phẩm là van
đóng mở bình ga, vật liệu chế tạo khuôn là SKD61, quá trình gia công đƣợc thực
hiện trên trung tâm phay VMC - 85S. Từ phôi rèn
đƣợc
ủ đạt độ cứng nhất định (35
- 37HRC), quá trình gia công thực hiện bằng dao phay ngón
đƣờng
kính 2, 6, 8, 10,
16mm, vật liệu dụng cụ TiAlN (xuất xứ Đài Loan) có thể gia công vật liệu có độ
cứng 55HRC. Giá thành mua dao: Dao 2: 180.000đ/con dao; dao 6:
310.000đ/con dao; dao 8: 340.000đ/con dao; dao 10: 520.000đ/con dao; dao
16: 1.700.000đ/con dao.
Một bộ khuôn gia công gồm 6 phần tử (khuôn đúc đƣợc 6 chi tiết/lần). Thời
gian gia công 12 ngày đêm, tốn 12 con dao. Quá trình gia công
đƣợc
chia làm 3
bƣớc:
Bƣớc
1: Phay thô bằng dao
đƣờng
kính 10, 16mm.
Bƣớc
2: Phay bán tinh bằng dao phay
đƣờng
kính 8mm.
Bƣớc
3: Gia công tinh bằng dao phay đầu cầu
đƣờng
kính 2, 6mm.
Sau khi gia công xong, kiểm tra đảm bảo độ chính xác kích
thƣớc,
mang đúc thử
1.000 lần để khuôn ổn định, đảm bảo không bị biến dạng, cong vênh, nứt nẻ, sau đó
đánh bóng và thấm Nitơ hoàn thiện.
Khi nghiên cứu quá trình gia công trên, tác giả nhận thấy: Thời gian gia công và
tiêu tốn dụng cụ lớn (tuổi bền dụng cụ thấp). Chế độ cắt
đƣợc
chọn
nhƣ
sau:
Tốc độ cắt: 2.500 vòng/phút (V
C
= 63m/phút).
Lƣợng
chạy dao: 80 - 100 mm/phút.
Chiều sâu cắt thay đổi từ 0,8 - 1,2 mm.
Việc lựa chọn chế độ cắt ở trên chủ yếu là dựa vào kinh nghiệm,
chƣa đƣợc
qua
nghiên cứu, thử nghiệm, không có căn cứ khoa học cụ thể do đó tuổi bền dụng cụ
đạt thấp.
Hạn chế của quá trình gia công ở trên là: Dụng cụ mòn nhanh, tiêu tốn nhiều
dụng cụ (12 con dao), tác giả thay đổi chọn nghiên cứu dụng cụ phủ PVD-TiN thử
nghiệm để lựa chọn vùng chế độ cắt phù hợp, làm tăng tuổi bền của dụng cụ. Vì
vậy, tác giả chọn đề tài: “Lựa chọn chế độ cắt nhằm tăng tuổi bền của dao phay
ngón phủ PVD-TiN sử dụng phay khuôn ép đúc áp lực SKD61” với mục đích ứng
dụng vào thực tế sản xuất là rất cấp bách và cần thiết.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Ý nghĩa khoa học:
Tổng quát hoá ảnh
hƣởng
của các yếu tố chế độ cắt đến mòn, tuổi bền của dao
phay ngón phủ PVD-TiN khi gia công thép SKD61.
- Về mặt thực tiễn:
Là kiến thức thực tế, giúp
ngƣời
kỹ sƣ lập trình lựa chọn các thông số của chế
độ cắt phù hợp, làm giảm mòn, tăng tuổi bền, tiết kiệm kinh phí gia công, hạ giá
thành sản phẩm khi gia công vật liệu SKD61.
3. Lựa chọn phương pháp và phương tiện nghiên cứu:
- Lựa chọn
phƣơng
pháp nghiên cứu làm thực nghiệm để chứng minh.
-
Phƣơng
tiện nghiên cứu: Máy phay VMC - 85S, máy chụp tế vi, máy đo nhám,
kính hiển vi điện tử.
4. Tổ chức nghiên cứu:
a. Xác định nhân tố quan hệ:
Nhân tố quan hệ nhân quả với tuổi bền của dụng cụ là các yếu tố của chế độ cắt.
b. Chọn đại lượng đặc trưng và thông số hoá thí nghiệm:
- Chọn đại
lƣợng
đặc
trƣng
cho tuổi bền của dụng cụ:
+ Mòn mặt trƣớc.
+ Mòn mặt sau.
+ Các vết nứt tế vi, các vết cào
xƣớc
trên bề mặt.
- Đại
lƣợng
đặc
trƣng
cho mối quan hệ:
+ Chọn biến độc lập: Các yếu tố của chế độ
cắt.
+ Thông số phụ thuộc: Mòn mặt trƣớc, mòn mặt sau, các vết nứt, vết cào
xƣớc.
- Xây dựng mô hình thí nghiệm:
Thông số đầu vào
Nghiên cứu quá
trình gia công
Thông số đầu ra
Thông số đầu vào là hệ
thống công nghệ
Các đại lượng xuất hiện
trong quá trình gia công
Thông số đầu ra là chỉ tiêu
về kỹ thuật và kinh tế
- Trung tâm gia công
VMC-85S CNC.
- Vật liệu chi tiết gia công
SKD61.
- Dụng cụ cắt (thông số
hình học dụng cụ cắt, vật
liệu dụng cụ cắt).
- Chế độ công cắt (s, v, t)
- Lực cắt.
- Nhiệt cắt.
- Rung động.
- Mòn và cơ chế mòn.
1. Sai số:
- Kích thƣớc.
- Hình dáng hình học.
- Vị trí
tƣơng
quan.
2. Chất
lƣợng
bề mặt.
- Nhám bề mặt.
- Cơ lý bề mặt.
3. Kinh tế:
- Thời gian gia công.
- Năng suất.
- Giá thành sản phẩm.
4. Tuổi bền dụng cụ
Trong giới hạn của đề tài, tác giả chỉ nghiên cứu đại
lƣợng
xuất hiện trong quá
trình gia công là mòn và cơ chế mòn, thông số đầu ra là tuổi bền của dụng cụ.
c. Điều kiện biên của thí nghiệm:
- Trung tâm gia công CNC: VMC - 85S.
- Dụng cụ là dao phay ngón phủ PVD-TiN.
- Vật liệu gia công SKD61.
d. Tiến hành thí nghiệm cắt thử:
- Chuẩn bị phôi, dụng cụ gia công. Đo độ cứng, xác định thành phần của phôi.
- Tiến hành cắt thử các
đƣờng
cắt, đo nhám, so sánh mòn dụng cụ, lựa chọn chế
độ cắt để tiến hành gia công khuôn (gia công các hốc).
- Sau khi lựa chọn
đƣợc
chế độ cắt, tiến hành gia công các hốc. Sau khi cắt tiến
hành chụp ảnh SEM các dụng cụ, xử lý và phân tích số liệu.
5. Nội dung nghiên cứu:
Chƣơng
1: Phủ PVD và ứng dụng trong cắt kim loại.
Chƣơng
2: Vấn đề chung về gia công các bề mặt bằng dao phay phủ bay
hơi.
Chƣ
ơng
3: Nghiên cứu về mòn dao phay phủ PVD-TiN khi gia công thép SKD61.
Chƣơng
4:
Ảnh
hƣởng
của chế độ cắt đến mòn dao phay phủ PVD-TiN khi gia công
thép SKD61.
Chƣơng
5: Kết luận và
phƣơng hƣớng
nghiên cứu.
Nội dung của luận văn đƣa ra các kết quả nghiên cứu về mòn và tuổi bền của
dụng cụ cắt, so sánh kết quả với thí nghiệm đã tiến hành
trƣớc
đó. Phân tích các
nhân tố ảnh
hƣởng
đến mòn dụng cụ khi gia công với các chế độ cắt khác nhau, từ
đó
đƣa
ra các biện pháp khắc phục trong quá trình gia công nhằm tăng năng suất và
tuổi bền của dụng cụ.
Các nội dung trong luận văn đƣợc thực hiện dƣới sự
hƣớng
dẫn nhiệt tình của
thầy giáo PGS.TS. Phan Quang Thế, sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo công
tác tại Phòng Thí nghiệm Cơ khí và Động lực
trƣờng
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Thái Nguyên. Với bản thân đã có nhiều nỗ lực phấn đấu tuy nhiên trong nội dung
luân văn chắc chắn còn nhiều thiếu sót, rất mong đƣợc các thầy, cô giáo và các
đồng nghiệp đóng góp ý kiến và giúp đỡ để nội dung nghiên cứu
đƣợc
hoàn thiện
hơn.
Em xin trân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 4 năm
2009
HỌC VIÊN THỰC
HIỆN
Trịnh Mạnh
Hà
Tiếng Việt
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. GS.TSKH. Bành Tiến Long, PGS.TS. Trần Sỹ Tuý, PGS.TS. Trần Thế Lục
(2001), Nguyên Lý gia công vật liệu, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà
Nội. [2].
GS.TS. Trần Văn Địch (2006), Nguyên Lý cắt kim loại, Nhà xuất bản khoa học và kỹ
thuật, Hà Nội.
[3]. Ph.A.Barơbasôp (1984), Kỹ thuật phay (người dịch: Trần Văn Địch), Nhà xuất
bản công nhân kỹ thuật, Hà Nội.
[4]. Phạm Quang Lê (1979), Kỹ thuật phay, Nhà xuất bản công nhân kỹ thuật, Hà
Nội.
[5]. Phan Quang Thế (2002), “Nghiên cứu khả năng làm việc của dụng cụ thép gió
phủ dùng cắt thép các bon trung bình”, Luận án tiến sỹ kỹ thuật,
Tr
ƣ
ờng
Đại học
Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội.
Tiếng Anh
[6]. T.L.Banh, Q.T.Phan and D.B.Nguyen (2005), Wear Mechanisms of PVD Coated
HSS Endmills Used to Machine 1045 Hardened Steel, AZo-OARS.
[7]. W.Y.H Liew, W.L.Teh and X.Ding (2006), Wear of Nano-Coated Carbide
Tools in End Milling of Stainless Steel, Centre of Materials and Minerals, school of
Engineering and Information Technology, Universiti Malaysia Sabah, Locked Bag
2073, Kota Kinabalu, Sabah, Malaysia.
[8]. Dr. Deepak G. Bhat (2000), Application of CVD and PVD Technologies to
Cutting Tools, and Evaluation of Tool Failure Modes, Manager,
TechnologyMraketing and Commercialization UES, Inc., OH 45432, USA.
[9]. Norihiro TAKANASHI, Hideki MORIGUCHI, Kazuo YAMAGATA, Keiichi
TSUDA, Yasuo TSUKIMORI, Yoshio FUKUYASU, Shinya IMAMURA and
Masafumi NIGOSHI (2002), Development of the “ACE COAT ACZ330” PVD-
Coated Insert for Steel Milling, Sei technical review, number 54, Japan.
MỤC LỤC
Trang
Chƣơng
1 - PHỦ PVD VÀ ỨNG DỤNG TRONG CẮT KIM LOẠI 1
1.1. Phủ bay hơi hoá học CVD (Chemical Vapour Deposition) - Phủ 1
bay hơi lý học PVD (Physical Vapour Deposition)
1.1.1. Khái niệm phủ PVD 1
1.1.2. Khái niệm phủ CVD 4
1.1.3. Tại sao phải sử dụng CVD hoặc PVD 5
1.1.4. Phủ PVD và CVD nâng cao tuổi thọ và hiệu suất dụng cụ 5
1.1.5. Múc độ nâng cao tuổi thọ dụng cụ sau khi phủ PVD và CVD 5
1.1.6.
Phƣơng
pháp nào phủ tốt hơn, PVD hay CVD 5
1.2. Ứng dụng phủ PVD 6
Chƣơng 2 - VẤN ĐỀ CHUNG VỀ GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT 11
BẰNG DAO PHAY PHỦ BAY HƠI
2.1. Quá trình phay và phay rãnh 11
2.1.1. Khái niệm chung 11
2.1.2. Sự tạo thành bề mặt và các dạng bề mặt gia công 13
2.1.3. Những hiện
tƣợng
xảy ra trong quá trình cắt 14
2.1.4. Các chuyển động cơ bản khi phay 21
2.1.5. Các thành phần của bề mặt bị cắt khi phay 21
2.1.6. Các thành phần lực cắt và công suất cắt khi phay 25
2.1.7. Phay bậc và phay rãnh bằng dao phay ngón 26
2.2. Ảnh
hƣởng
của lớp phủ cứng đến
tƣơng
tác ma sát 27
2.2.1. Ảnh
hƣởng
của lớp phủ cứng đến
tƣơng
tác ma sát
trƣợt
27
2.2.2. Ảnh
hƣởng
của lớp phủ đến
tƣơng
tác ma sát trong cắt kim loại 29
2.2.3. Ảnh
hƣởng
của tạp chất trong thép đến tƣơng tác ma sát trong 30
cắt kim loại
2.3. Chất
lƣợng
bề mặt sau gia công cơ 31
2.3.1. Khái niệm chung về lớp bề mặt 31
2.3.2. Bản chất của lớp bề mặt 32
2.3.3. Tính chất lý hoá của lớp bề mặt 32
2.3.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất
lƣợng
bề mặt sau gia công cơ 34
2.3.4.1. Độ nhám bề mặt và
phƣơng
pháp đánh giá 35
2.3.4.2. Độ sóng bề mặt 35
2.3.4.3. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ 35
2.3.5. Các nhân tố ảnh
hƣởng
đến độ nhám bề mặt khi gia công cơ 40
2.3.5.1. Ảnh
hƣởng
của thông số hình học của dụng cụ cắt 40
2.3.5.2. Ảnh
hƣởng
của tốc độ cắt 41
2.3.5.3. Ảnh
hƣởng
cảu
lƣợng
chạy dao 42
2.3.5.4. Ảnh
hƣởng
của chiều sâu cắt 43
2.3.5.5. Ảnh
hƣởng
của vật liệu gia công 43
2.3.5.6. Ảnh
hƣởng
của rung động hệ thống công nghệ 43
2.4. Mòn và tuổi bền của dụng cụ 43
2.4.1. Bản chất vật lý của quá trình cắt 43
2.4.1.1. Cơ chế tạo phoi 43
2.4.1.2. Ma sát trong quá trình cắt kim loại 44
2.4.1.3. Lực tác dụng lên mặt
trƣớc
và mặt sau của dụng cụ 45
2.4.2. Mòn dụng cụ 46
2.4.2.1. Khái niệm chung về mòn 46
2.4.2.2. Cơ chế mòn của hai bề mặt
trƣợt tƣơng
đối 47
2.4.2.3. Vai trò của lớp phủ cứng trong giảm mòn 52
2.4.2.4. Mòn dụng cụ và cách xác định 54
2.4.3. Tuổi bền của dụng cụ 59
2.4.3.1. Khái niệm 59
2.4.3.2. Các nhân tố ảnh
hƣởng
tới tuổi bền 60
2.4.3.3. Cách xác định tuổi bền của dụng cụ cắt 62
Chƣơng 3 - NGHIÊN CỨU VỀ MÒN DAO PHAY PHỦ PVD-TiN 64
KHI GIA CÔNG THÉP SKD61
3.1. Thí nghiệm 64
3.1.1. Dao 64
3.1.2. Phôi 65
3.1.3. Máy
66
3.1.4. Chế độ cắt 66
3.2. Kết quả thí nghiệm 67
3.2.1. Nhám bề mặt 67
3.2.2. Thời gian gia công 68
3.2.3. Phân tích kết quả 68
3.2.4. Kết luận 68
Chƣơng 4 - ẢNH
HƢỞNG
CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN MÒN DAO 70
PHAY PHỦ PVD-TiN KHI GIA CÔNG THÉP SKD61
4.1. Ảnh
hƣởng
của
lƣợng
chạy dao 70
4.1.1. Kết quả thí nghiệm 70
4.1.2. Phân tích kết quả 70
4.2. Ảnh
hƣởng
của tốc độ cắt 71
4.2.1. Kết quả thí nghiệm 71
4.2.2. Phân tích kết quả 71
4.3. Cơ chế mòn dao phay phủ PVD 71
4.4. Hiệu quả sử dụng dao phay phủ PVD 84
4.4.1. Kết quả đo nhám và mòn dụng cụ 84
4.4.2. Nhận xét và kết luận 84
Chƣơng
5 - KẾT LUẬN VÀ
PHƢƠNG HƢỚNG
NGHIÊN CỨU 85
5.1. Kết luận 85
5.2.
Phƣơng hƣớng
nghiên cứu 86
LỜI CAM
ĐOAN
Tên em là: Trịnh Mạnh Hà.
Sinh ngày : 28 tháng 6 năm 1977.
Học viên lớp CH-K9 chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy -
Tr
ƣ
ờng
Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên.
Đơn vị công tác :
Tr
ƣ
ờng
Trung học Kinh tế - Kỹ thuật Tuyên Quang.
Em xin cam đoan : Đề tài "Lựa chọn chế độ cắt nhằm tăng tuổi bền của dao
phay ngón phủ PVD-TiN khi gia công khuôn ép chịu áp lực SKD61" do thầy giáo
PGS.TS. Phan Quang Thế
hƣớng
dẫn. Đây là công trình của riêng em. Tất cả tài
liệu tham khảo đều có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng.
Em xin cam đoan tất cả các nội dung trong luận văn đúng
nhƣ
nội dung trong đề
cƣơng và yêu cầu cảu giáo viên
hƣớng
dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội dung của
luận văn thì em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 4 năm
2009
HỌC
VIÊN
Trịnh Mạnh
Hà
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét