Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9xc bằng dao hợp kim cứng phủ cvd

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tên đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD” 2. Giới thiệu Tiện cứng là nguyên công tiện các chi tiết đã qua tôi (thường là thép hợp kim) có độ cứng cao khoảng từ 40 – 60 HRC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô, chế tạo bánh răng, vòng ổ, dụng cụ, khuôn mẫu vv… Tiện cứng được sử dụng thay mài khi gia công chính xác các chi tiết máy có tỉ số trên đường kính nhỏ, các chi tiết có hình dạng phức tạp và không nhất thiết phải sử dụng dung dịch trơn nguội. Tiện cứng cho độ chính xác cao và nhám bề mặt tương đương với mài nhưng tiện có khả năng tạo nên lớp bề mặt có ứng suát dư nén làm tăng tuổi thọ về mỏi của chi tiết máy trong các tiếp xúc lăn khi sử dụng, cho năng suất cao hơn mài với đầu tư ban đầu thấp hơn nhiều. Tiện cứng thường dùng trong nguyên công tiện tinh với độ chính xác ngang mài nên các yêu cầu về độ chính xác, độ cứng vững của hệ thống công nghệ rất khắt khe. Việc áp dụng tiện cứng thay cho mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới bởi những ưu điểm nổi bật của nó, nhất là hiện nay vấn đề môi trường đang được sự quan tâm đặc biệt của toàn thế giới. Ở nước ta, tiện cứng đã và đang được áp dụng và phát triển khá mạnh, các chi tiết như con lăn trong các dây truyền cán thép, chày cối dập thuốc, vòng ổ… cũng đã được gia công lần cuối bằng tiện cứng thay cho mài. Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài, tiện cứng ngày càng được các nhà sản xuất yêu thích hơn Những kết quả nghiên cứu được công bố gần đây trên các tạp chí khoa học cho thấy việc nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cắt, chế độ cắt đến quá trình tiện cứng, ảnh hưởng của độ cứng dao đến nhám bề mặt và lực cắt khi tiện. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt như thế nào khi tiện tinh thép 9XC ( Nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt ) khi gia công tiện cứng bằng dao hợp kim cứng phủ CVD , nhằm tìm ra chế độ cắt hợp lý 1 để chất lượng bề mặt đạt tối ưu sẽ tiếp tục đóng góp thêm các kiến thức vào việc nghiên cứu quá trình tiện cứng. Thép 9XC là một loại vật liệu có nhiều ưu điểm được dùng rộng rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc thấp nhằm thỏa mãn các yêu cầu về khả năng làm việc đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuất. Xác định chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ thống công nghệ, công suất của máy, phạm vi làm việc của dụng cụ cắt và độ bóng yêu cầu của chi tiết gia công. Để nghiên cứu và xác định được chế độ cắt hợp lý ta phải thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm bao gồm hàng loạt các thí nghiệm được lặp lại nhiều lần trong điều kiện không đổi để có khả năng ghi nhận kết quả. Điều kiện thí nghiệm được xác định bằng những yếu tố không phụ thuộc. Trong đề tài nghiên cứu của luận văn tác giả đề cập đến các yếu tố nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt, lượng chạy dao, ảnh hưởng tới đối tượng nghiên cứu là độ nhám bề mặt sau khi gia công và mòn dụng cụ cắt. Xuất phát từ những lý do trên tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD” . 3. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt (s,v,t) tới chất lượng bề mặt ( đánh giá thông qua độ nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt ) khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD. Qua đó đưa ra được bộ thông số chế độ cắt thích hợp khi tiện cứng thép 9XC để đạt chất lượng bề mặt theo yêu cầu. 4. Dự định kết quả. Đưa ra được bộ thông số chế độ cắt thích hợp khi tiện cứng thép 9XC để đạt chất lượng bề mặt theo yêu cầu, là một loại thép có nhiều ưu điểm được dùng rộng rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc thấp. 5. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm để xác định chất lượng bề mặt khi thay đổi chế độ cắt trong gia công tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD trong các khoảng thời gian khác nhau. 2 Xử lý các số liệu thực nghiệm để tìm chế độ cắt tối ưu nhằm đạt được chất lượng bề mặt theo yêu cầu. 6. Các công cụ, thiết bị nghiên cứu * Mẫu thí nghiệm: Phôi thép 9XC tôi thể tích độ cứng đạt 52-55HRC * Máy tiện Quick Turn Smark 200- Mazak * Máy đo độ nhám Mitutoyo – SJ 210 * Kính hiển vi điện tử SEM * Dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng phủ CVD * Dụng cụ do kích thước : - Thước cặp 1/50 L150 Mitutoyo, độ phân giải 0,02mm - Pan me 25-50 Mitutoyo, độ phân giải 0,01mm Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG VÀ DỤNG CỤ CẮT PHỦ BAY HƠI 1.1. Tổng quan về tiện cứng 1.1.1. Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng Theo [1] quá trình cắt kim loại là quá trình lấy đi một lớp phoi trên bề mặt gia công để có chi tiết đạt hình dạng, kích thước và độ bóng bề mặt theo yêu cầu. Để thực hiện một quá trình cắt cần thiết phải có hai chuyển động: - Chuyển động cắt chính (chuyển động làm việc): khi tiện đó là chuyển động quay tròn của phôi. - Chuyển động chạy dao: đó là chuyển động để đảm bảo duy trì sự tạo phoi liên tục trong suốt quá trình cắt. Khi tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc của dao khi tiện mặt trụ. Khi cắt, để có thể tạo ra phoi, lực tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công. Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy. 3 Hình 1.1. Sơ đồ hóa miền tao phoi Nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào quá trình tạo phoi. Khi cắt do tác dụng của lực P (hình 1.1), dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước. Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày Ap được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trước của dao. 1.1.1.1. Các dạng phoi a. Phoi xếp: b. Phoi dây: c. Phoi vụn: 1.1.1.2. Hiện tượng lẹo dao 1.1.2. Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng 1.1.2.1. Các hình thái phoi khi cắt kim loại 1.1.2.2 Cơ chế hình thành phoi khi tiện cứng 1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi tạo phoi 1.1.3.1. Hiện tượng biến dạng phoi 1.1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng phoi a. Ảnh hưởng của tốc độ cắt b. Ảnh hưởng của chiều dầy cắt 4 c. Ảnh hưởng của thông số hình học: d. Ảnh hưởng của góc trước. e. Ảnh hưởng của bán kính mũi dao r f. Ảnh hưởng của góc nghiêng chính  g. Ảnh hưởng của vật liệu gia công h. Ảnh hưởng của vật liệu làm dụng cụ cắt 1.2 Dụng cụ cắt phủ bay hơi 1.2.1. Tổng quan về phủ bay hơi 1.2.2. Phủ CVD 1.2.2.1 Đinh nghĩa 1.2.2.2. Đặc trưng của phủ CVD 1.2.3. Phủ PVD 1.2.4. Vật liệu lớp phun phủ. 1.2.5. Định hướng nghiên cứu Qua phân tích ở trên ta thấy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết khi tạo phoi: Vận tốc cắt, chiều dày cắt, thông số hình học, vật liệu gia công… Ở đề tài này tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt. Để gia công chi tiết sau khi tôi người ta có thể sử dụng nhiều loại dụng cụ cắt với lớp phủ khác nhau. Ở đề tài này, tác giả sử dụng mảnh dao hợp kim cứng phủ TiAlN để gia công thép 9XC sau khi tôi. 5 Chương II: MÒN DỤNG CỤ CẮT 2.1. Ma sát của dụng cụ phủ Ma sát giữa vật liệu dụng cụ phủ và vật liệu chi tiết gia công được quan tâm rất nhiều. Ma sát trong cắt kim loại là ma sát trượt tuy nhiên đặc điểm của tương tác ma sát khác hẳn với ma sát thông thường trong kỹ thuật là lực ma sát phụ thuộc vào áp lực pháp tuyến theo công thức Fm= f.N Hệ số ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc phụ thuộc vào ứng suất pháp tuyến tại chỗ tiếp xúc hay tỷ số giữa diện tích tiếp xúc thực và diện tích tiếp xúc danh nghĩa Ar/A Kết quả nghiên cứu của Shaw, Ber và Bamin chỉ ra sụ phụ thuộc này trên hình vẽ với 3 vùng ma sát. Vùng I tương ứng với tiếp xúc mà Ar< 52; độ nhám Ra < 1.25 μm; không sử dụng DDTN. - Đề tài đã đánh giá được ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến chất lượng bề mặt thép 9XC khi tiện bằng dao hợp kim cứng phủ TiAlN. - Đánh giá được ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến mòn mặt trước của dụng cụ cắt phủ TiAlN thông qua ảnh chụp mòn dao và phân tích EDX dưới kính hiển vi điện tử. - Tìm được mối liên hệ giữa lượng mòn mặt trước dụng cụ (U) và nhám bề mặt của chi tiết (Ra) sau gia công với kết quả: Ra  0,6636V 0,098 S ( 0, 21 ln V 0, 053) U  120.03V 0, 26 S ( 0,15 lnV 0,53) 4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 20