Mô tả:
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VẬN TỐC CẮT
TỚI CƠ CHẾ MÒN DỤNG CỤ PCBN SỬ DỤNG TIỆNTINH
THÉP 9XC QUA TÔI
Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số : 11120611008
Học viên : NGUYỄN THỊ THANH VÂN
Ngƣời hƣớng dẫn Khoa học:
PGS.TS. PHAN QUANG THẾ
THÁI NGUYÊN - 2009
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Họ và tên học viên : NGUYỄN THỊ THANH VÂN
Giáo viên hƣớng dẫn : PGS.TS. PHAN QUANG THẾ
Tên đề tài : Nghiên cứu ảnh hƣởng của vận tốc cắt tới cơ
chế mòn dụng cụ PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua
tôi.
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Ngày giao đề tài :
Ngày hoàn thành :
Khoa đào tạo
Ngƣời hƣớng dẫn
sau đại học
khoa học
Ts Nguyễn Văn
PGS.TS Phan Quang
Hùng
Thế
Học viên
KS. Nguyễn Thị Thanh
Vân
LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin trân trọng cảm ơn:
Thầy giáo PGS.TS Phan Quang Thế - Thầy hướng dẫn khoa học
của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn tận tình của Thầy
trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu cũng như những chỉ
bảo trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận văn.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới:
Thầy giáo ThS. Lê Viết Bảo – Cô giáo ThS. Nguyễn Thị
Quốc Dung đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi được tiến
hành thí nghiệm tại xưởng sản xuất và trong suốt quá trình
hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn cán bộ phụ trách phòng thí
nghiệm Quang phổ khoa Vật lý trường ĐHSP Thái Nguyên; cán
bộ phòng kỹ thuật và xưởng Nhiệt luyện công ty phụ tùng số 1;
cán bộ, nhân viên xưởng cơ khí nơi tôi tiến hành thực nghiệm;
cán bộ phòng thí nghiệm khoa cơ khí – ĐHKTCN đã dành cho tôi
những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu
của mình.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn Trường Cao đẳng nghề Cơ
điện-Luyện kim Thái Nguyên nơi tôi đang công tác đã tạo điều
kiện cho tôi được học tập nâng cao trình độ, mở mang kiến thức.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè,
đồng nghiệp đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian
thực hiện luận văn này.
Thái Nguyên,
tháng 4 năm
2009
Học viên
Nguyễn Thị Thanh Vân
MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Mụclục
Danh mục các ký hiệu
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Danh mục các bảng biểu
PHẦN MỞ ĐẦU
1
1. Tính cấp thiết của đề tài
1
2. Nội dung nghiên cứu
2
3. Phƣơng pháp nghiên cứu.
3
4. Dự định kết quả
3
CHƢƠNG I : BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUẢ TRÌNH CẮT
4
VÀ MÒN DỤNG CỤ
1.1. Bản chất vật lý
4
1.1.1. Quá trình cắt và tạo phoi
4
1.1.2. Đặc điểm quá trình tạo phoi khi tiện cứng
11
1.2. Lực cắt khi tiện
14
1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt
14
1.2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến lực cắt khi tiện
18
1.2.2.1. Ảnh hƣởng của vận tốc cắt
18
1.2.2.2. Ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao và chiều sâu cắt
20
1.2.2.3. Ảnh hƣởng của vât liệu gia công
20
1.2.2.4. Ảnh hƣởng của vật liệu làm dao và đặc điểm của vật
21
liệu CBN khi tiện cứng
1.2.2.5. Ảnh hƣởng của bán kính đỉnh dao r
23
1.2.2.6. Ảnh hƣởng của mòn dụng cụ cắt
24
1.3. Nhiệt cắt
24
1.3.1. Khái niệm chung
24
1.3.2. Trƣờng nhiệt độ
29
1.3.3. Quá trình phát sinh nhiệt
32
1.3.3.1. Nhiệt trong vùng biến dạng thứ nhất
32
1.3.3.2. Nhiệt trên mặt nƣớc (QAC) và trƣờng nhiệt độ
33
1.3.3.3. Nhiệt trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công 34
(QAD) và trƣờng nhiệt độ
1.3.3.4. Ảnh hƣởng của vận tốc cắt tới nhiệt cắt và trƣờng nhiệt
35
độ trong dụng cụ
1.4. Kết luận
36
1.5. Mòn dụng cụ cắt
37
1.5.1. Dạng mòn
37
1.5.2. Các cơ chế mòn cơ bản của dụng cụ cắt
41
1.5.2.1 Mòn do dính
42
1.5.5.2. Mòn do hạt mài
43
1.5.5.3. Mòn do khuếch tán
44
1.5.2.4. Mòn do ôxy hóa
45
1.6. Mòn dụng cụ PCBN
45
CHƢƠNG II : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ MÒN
54
DỤNG CỤ PCBN VÀ NHÁM BỀ MẶT
2.1. Thí nghiệm
54
2.1.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm
54
2.1.2. Mô hình thí nghiệm
54
2.1.3. Thiết bị thí nghiệm
55
2.1.3.1. Máy
55
2.1.3.2. Dao
55
2.1.3.3. Phôi
56
2.1.3.4. Chế độ cắt
57
2.1.3.5. Thiết bị đo nhám bề mặt
58
2.1.3.6. Thiết bị phân tích bề mặt và kim tƣơng
58
2.2. Trình tự thí nghiệm
58
2.3. Kết quả thí nghiệm
59
2.3.1. Tƣơng tác ma sát giữ a phoi và mặt trƣớc
59
2.3.2. Tƣơng tác ma sát giữa phoi và mặt sau dụng cụ
64
2.3.3. Kết luận
64
2.4. Mòn dụng cụ PCBN và nhám bề mặt
64
2.4.1. Phân tích thí nghiệm
64
2.4.2. Kết quả thí nghiệm mòn dụng cụ PCBN
65
2.4.3. Thảo luận kết quả
69
2.4.4. Kết luận
71
CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH
72
HƢỞNG CỦA VẬN TỐC CẮT ĐẾN CƠ CHẾ MÒN DỤNG
CỤ PCBN
3.1. Nghiên cứu thực nghiệm
72
3.2. Thí nghiệm
72
3.2.1. Thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo
72
3.2.2. Trình tự thí nghiệm
73
3.3. Kết quả thí nghiệm
73
3.4. Phân tích kết quả thí nghiệm
78
3.5. Phƣơng trình hồi quy
80
3.6. Kết luận
84
CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
85
NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI
4.1. Kết luận chung
85
4.2. Phƣơng pháp nghiên cứu tiếp theo
86
TÀI LIỆU THAM KHẢO
87
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
a: chiều dày lớp kim loại bị cắt
ap: chiều dày phoi
Kf: mức độ biến dạng của phoi
Kbd: mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi
Kms: mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trƣớc của dao
:
góc trƣợt
r: bán kính mũi dao
(hay n) : góc trƣớc của dao
Pz (hay Pc): lực tiếp tuyến khi tiện
Py (hay Pp): lực hƣớng kính khi tiện
Px: lực chiều trục khi tiện
S: lƣợng chạy dao (mm/vòng)
t: chiều sâu cắt (mm)
V: vận tốc cắt (m/phút)
Q: tổng nhiệt lƣợng sinh ra trong quá trình cắt
QAB = Q1: nhiệt sinh ra trên mặt phẳng trƣợt
QAC = Q2: nhiệt sinh ra trên mặt trƣớc
QAD = Q3: nhiệt sinh ra trên mặt sau
Qphoi: nhiệt truyền vào phoi
Qdao: nhiệt truyền vào dao
Qmôi trƣờng: nhiệt truyền vào môi trƣờng
Qphôi: nhiệt truyền vào phôi
KAB: ứng suất cắt trung bình trong miền biến dạng thứ nhất
As: diện tích của mặt phẳng cắt
Vs: vận tốc của vật liệu cắt trên mặt phẳng cắt
kt: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu gia công
β: hệ số phân bố nhiệt từ mặt phẳng trƣợt vào phôi và phoi
c: nhiệt dung riêng
ρ: tỷ trọng của vật liệu
RT: hệ số nhiệt khi cắt
Ф: góc tạo phoi
γm: tốc độ biến dạng của các lớp phoi gần mặt trƣớc
δt: chiều dày của vùng biến dạng thứ hai
K: hệ số thẩm nhiệt
ΔFc, ΔFt: áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trên vùng mòn mặt sau
Fcf, Ftf: lực cắt tiếp tuyến và pháp tuyến đo khi mòn dao
VBave: chiều cao trung bình của vùng mòn mặt sau
τs: ứng suất tiếp trên vùng mòn mặt sau
Kc, Kt: các hệ số thực nghiệm
µ: hệ số ma sát trên vùng ma sát thông thƣờng của mặt trƣớc
µf: hệ số ma sát trên mặt sau
b: hệ số truyền nhiệt
θo: nhiệt cắt
Cl: hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công
u: số mũ biểu thị ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt
φ: góc nghiêng chính
φ1: góc nghiêng phụ
Vw: thể tích mòn mặt sau
Vcr: thể tích mòn mặt trƣớc
KB, KF, KT: các kích thƣớc vùng mòn mặt trƣớc
hs: độ mòn giới hạn
Ra, Rz: độ nhám bề mặt khi tiện
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ miền tạo phoi .......................................................... 5
Hình 1.2: Miền tạo phoi.................................................................... 6
Hình 1.3: Miền tạo phoi ứng với vận tốc cắt khác nhau .................. 8
Hình 1.4: Tính góc trƣợt ...... Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác
định.
Hình 1.5: Quan hệ giữa vận tốc cắt và biến dạng của phoi . Lỗi! Thẻ
đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.6: Quan hệ giữa bán kính mũi dao r và biến dạng của phoi
....................................... Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.7: Ba giai đoạn hình thành phoi khi tiện thép 100Cr6 với
....................................... Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
V = 100 m/p; s = 0,1mm/v; t = 1mm; môi trƣờng cắt khô. . Lỗi! Thẻ
đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.8: Dạng của phoi trong mối liên hệ với độ cứng của phôi
....................................... Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
và vận tốc cắt ................. Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.9: Hệ thống lực cắt khi tiệnLỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc
xác định.
Hình 1.10: Mối quan hệ giữa lực cắt và chiều dài cắt khi tiện thép
thấm
Các bon, Ni tơ tôi cứng đến 60 HRC bằng dao
PCBN ............................. Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
với
= - 6o và
= 0o. ... Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.11: Ảnh hƣởng của vận tốc cắt tới lực cắt...... Lỗi! Thẻ đánh
dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.12: Cấu trúc tế vi của hai loại mảnh dao (BZN6000 – 92%
CBN – High CBN) và (BZN8100 – 70% CBN – Low CBN) [13].
....................................... Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.13: Ảnh hƣởng của bán kính đỉnh dao tới lực cắt ... Lỗi! Thẻ
đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.14: ....................................................................................... 28
(a) Sơ đồ hƣớng các nguồn nhiệt..................................................... 28
(b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại. ......... 28
Hình 1.15 : Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trƣờng
......................................................................................................... 29
phụ thuộc vào vận tốc cắt 6 .......................................................... 29
Hình 1.16: Trƣờng nhiệt độ khi tiện ............................................... 30
Đƣờng nét liền: Đƣờng đẳng nhiệt; đƣờng nét đứt: Dòng nhiệt.Dòng
nhiệt vuông góc với đƣờng đẳng nhiệt. ........................................... 30
Hình 1.17: Sự phân bố nhiệt độ khi tiện trên mặt phân cách phoi dụng cụ............................................................................................. 31
Hình 1.18: Đƣờng cong thực nghiệm của Boothroyd ........ Lỗi! Thẻ
đánh dấu không đƣợc xác định.
để xác định tỷ lệ nhiệt () truyền vào phôi 11.. Lỗi! Thẻ đánh dấu
không đƣợc xác định.
Hình 1.19: Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mònLỗi! Thẻ đánh
dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.20 : Ảnh hƣởng của vận tốc cắt tới nhiệt độ cắt .... Lỗi! Thẻ
đánh dấu không đƣợc xác định.
1. Thép austenit mangan 2. Thép Cacbon 3. Gang 4. Nhôm ... Lỗi!
Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.21: Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện.... Lỗi! Thẻ
đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.22: Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ .... Lỗi! Thẻ
đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.23: Các thông số đặc trƣng cho mòn mặt trƣớc ................. 41
và mặt sau – ISO3685 [19] .............................................................. 41
Hình 1.24: Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn .... Lỗi! Thẻ
đánh dấu không đƣợc xác định.
khi cắt liên tục (a) và cắt gián đoạn (b) [23] ....... Lỗi! Thẻ đánh dấu
không đƣợc xác định.
Hình 1.25: Sơ đồ mòn mặt trƣớc và sau của mảnh dao PCBN .. Lỗi!
Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
trên mặt cắt ngang [15] .. Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.26: Hình ảnh biến dạng dẻo lƣỡi cắt [12] ....... Lỗi! Thẻ đánh
dấu không đƣợc xác định.
(V = 250m/p, S = 0,1mm/v, t = 0,125mm, r = 3,2mm, lƣỡi cạnh
viền) ............................... Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.27: Hình ảnh mòn mặt sau dao BZN 8100 và BZN6000 [13]
....................................... Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.28: Vùng tƣơng tác giữa vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ
[16]. ................................ Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc xác định.
Hình 1.29: Sơ đồ đơn giản về quá trình mòn dính trên vùng có
lớp đọng của vật liệu gia công [13] Lỗi! Thẻ đánh dấu không đƣợc
xác định.
Hình 1.30: Độ cứng tế vi của một số loại các bít ở nhiệt độ 20oC
[15]. .................................................................................................. 51
Hình 2.1. Mô hình thí
nghiệm…………………………................................54
Hình 2.2. Máy tiện CNC - HTC
2050………………………………………55
Hình 2.3. Mảnh dao PCBN sử dụng trong nghiên cứu
……………………..56
Hình 2.4. Thân dao MTENN 2020 K16 N………………………………...56
Hình 2.5. Cấu trúc kim cƣơng của thép 9XC sử dụng trong thí
nghiệm……57
Hình 2.6. Hình ảnh mặt trƣớc của mảnh dao PCBN khi cắt với vận
tốc cắt 180m/p chụp trên kính hiển vi điện
tử……………………………………… 60
Hình 2.7. Hình ảnh phóng to vùng vật liệu gia công dính trên mặt
trƣớc của dụng cụ khi cắt với vận tốc cắt
180m/p…………………………………..... 61
Hình 2.8: Hình ảnh mặt trƣớc của mảnh dao PCBN chụp trên kính
......................................................................................................... 63
hiển vi điện tử............................................................................... 63
a. Khi cắt với vận tốc cắt 160 m/p sau khi tiện 12,36 phút ....... 63
b. Khi cắt với vận tốc cắt 140 m/p sau khi tiện 19,72 phút ....... 63
Hình 2.9: ......................................................................................... 66
(a): Hình ảnh mòn mặt trƣớc của mảnh dao PCBN sau khi tiện
2,61 phút với các vết biến dạng dẻo bề mặt. ............................... 66
(b): Hình ảnh phóng to của (a). .................................................... 66
(c): Mòn mặt trƣớc của mảnh dao PCBN sau khi tiện 12,36 phút
cho thấy bề mặt bị mòn rất ghồ ghề. ............................................ 66
(d): Hình ảnh cơ chế mòn mặt trƣớc với sự bóc tách của các lớp
vật liệu dụng cụ do dính - mỏi. .................................................... 66
Hình 2.10: ....................................................................................... 67
(a) Mòn mặt sau của mảnh dao PCBN sau khi tiện 7,69 phút cho
thấy vật liệu gia công dính trên vùng mòn tƣơng đối phẳng. ...... 67
(b) Ảnh mòn mặt sau, sau 10,09 phút gia công. .......................... 67
(c) Ảnh phóng to vật liệu gia công bám lên vùng mòn mặt sau (b).
...................................................................................................... 67
(d) Góc mòn bên trái của (b). ....................................................... 67
Hình 2.11: ....................................................................................... 68
(a) Mòn mặt sau của mảnh dao PCBN sau khi tiện 12,36 phút cho
thấy hình ảnh gồ ghề của vùng mòn. ........................................... 68
(b) Hình ảnh phóng to của (a). ..................................................... 68
Hình 3.1: Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến độ nhám ....................... 73
Hình 3.2. Đồ thị quan hệ giữa vận tốc cắt và nhám Ra,
Rz…………………75
Hình 3.3: Ảnh vùng mòn mặt sau của mảnh dao PCBN cắt với vận
tốc cắt: .............................................................................................. 75
(a): v1 = 180 m/p sau 7,69 phút ................................................ 75
(b): v2 = 160 m/p sau 12,36 phút .............................................. 75
(c): v3 = 140 m/p sau 19,72 phút .............................................. 75
Hình 3.4: ......................................................................................... 76
- Xem thêm -