Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ pcbn sử dụng tiệntinh thép 9xc qua tôi

  • Số trang: 105 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 48 |
  • Lượt tải: 0
quangtran

Đã đăng 3721 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG 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 Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS. PHAN QUANG THẾ THÁI NGUYÊN - 2009 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Họ và tên học viên : NGUYỄN THỊ THANH VÂN Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS. PHAN QUANG THẾ Tên đề tài : Nghiên cứu ảnh hưởng 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 Người hướng dẫn sau đại học khoa học Ts Nguyễn Văn Hùng PGS.TS Phan Quang 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 c án 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 ãđ 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. Phương pháp nghiên cứu. 3 4. Dự định kết quả 3 CHƯƠNG I : BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA QUẢ TRÌNH CẮT VÀ MÒN 4 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 hưởng đến lực cắt khi tiện 18 1.2.2.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt 18 1.2.2.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt 20 1.2.2.3. Ảnh hưởng của vât liệu gia công 20 1.2.2.4. Ảnh hưởng của vật liệu làm dao và đặc điểm của vật liệu CBN 21 khi tiện cứng 1.2.2.5. Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao r 23 1.2.2.6. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ cắt 24 1.3. Nhiệt cắt 24 1.3.1. Khái niệm chung 24 1.3.2. Trường 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 nước (QAC) và trường nhiệt độ 33 1.3.3.3. Nhiệt trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công (QAD) và 34 trường nhiệt độ 1.3.3.4. Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt cắt và trường nhiệt độ trong 35 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 CHƯƠNG II : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ MÒN DỤNG CỤ 54 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 tương 58 2.2. Trình tự thí nghiệm 58 2.3. Kết quả thí nghiệm 59 2.3.1. Tương tác ma sát giữ a phoi và mặt trước 59 2.3.2. Tương 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 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG 72 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. Phương trình hồi quy 80 3.6. Kết luận 84 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN 85 CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 4.1. Kết luận chung 85 4.2. Phương 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 trước của dao θ : góc trượt r: bán kính mũi dao γ (hay γ n) : góc trước của dao Pz (hay Pc): lực tiếp tuyến khi tiện Py (hay Pp): lực hướng kính khi tiện Px: lực chiều trục khi tiện S: lượng chạy dao (mm/vòng) t: chiều sâu cắt (mm) V: vận tốc cắt (m/phút) Q: tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt QAB = Q1: nhiệt sinh ra trên mặt phẳng trượt QAC = Q2: nhiệt sinh ra trên mặt trước QAD = Q3: nhiệt sinh ra trên mặt sau Qphoi: nhiệt truyền vào phoi Qdao: nhiệt truyền vào dao Qmôi trường: nhiệt truyền vào môi trường 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 trượt 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 trước 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 thường của mặt trước 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 hưởng 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 trước KB, KF, KT: các kích thước vùng mòn mặt trước 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 trượt θ.............................. Error! Bookmark not defined. Hình 1.5: Quan hệ giữa vận tốc cắt và biến dạng của phoi. Error! Bookmark not defined. Hình 1.6: Quan hệ giữa bán kính mũi dao r và biến dạng của phoi........ Error! Bookmark not defined. Hình 1.7: Ba giai đoạn hình thành phoi khi tiện thép 100Cr6 với .......... Error! Bookmark not defined. V = 100 m/p; s = 0,1mm/v; t = 1mm; môi trường cắt khô. . Error! Bookmark not defined. Hình 1.8: Dạng của phoi trong mối liên hệ với độ cứng của phôi .......... Error! Bookmark not defined. và vận tốc cắt ................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 1.9: Hệ thống lực cắt khi tiện ................ Error! Bookmark not defined. 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 .. Error! Bookmark not defined. với γ = - 6o và α = 0o. .................................... Error! Bookmark not defined. Hình 1.11: Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới lực cắt ........ Error! Bookmark not defined. Hình 1.12: Cấu trúc tế vi của hai loại mảnh dao (BZN6000 – 92% CBN – High CBN) và (BZN8100 – 70% CBN – Low CBN) [13]. . Error! Bookmark not defined. Hình 1.13: Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao tới lực cắt ... Error! Bookmark not defined. Hình 1.14: ....................................................................................................... 28 (a) Sơ đồ hướng 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 trường ........... 29 phụ thuộc vào vận tốc cắt [6] .......................................................................... 29 Hình 1.16: Trường nhiệt độ khi tiện .............................................................. 30 Đường nét liền: Đường đẳng nhiệt; đường nét đứt: Dòng nhiệt.Dòng nhiệt vuông góc với đường đẳng nhiệt..................................................................... 30 Hình 1.17: Sự phân bố nhiệt độ khi tiện trên mặt phân cách phoi - dụng cụ 31 Hình 1.18: Đường cong thực nghiệm của Boothroyd .. Error! Bookmark not defined. để xác định tỷ lệ nhiệt (β) truyền vào phôi [11]. ........... Error! Bookmark not defined. Hình 1.19: Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn .. Error! Bookmark not defined. Hình 1.20 : Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt độ cắt .... Error! Bookmark not defined. 1. Thép austenit mangan 2. Thép Cacbon 3. Gang 4. Nhôm ............... Error! Bookmark not defined. Hình 1.21: Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện.... Error! Bookmark not defined. Hình 1.22: Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ .... Error! Bookmark not defined. Hình 1.23: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước ................................. 41 và mặt sau – ISO3685 [19].............................................................................. 41 Hình 1.24: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn .... Error! Bookmark not defined. khi cắt liên tục (a) và cắt gián đoạn (b) [23] ... Error! Bookmark not defined. Hình 1.25: Sơ đồ mòn mặt trước và sau của mảnh dao PCBN.............. Error! Bookmark not defined. trên mặt cắt ngang [15] ................................... Error! Bookmark not defined. Hình 1.26: Hình ảnh biến dạng dẻo lưỡi cắt [12].......... Error! Bookmark not defined. (V = 250m/p, S = 0,1mm/v, t = 0,125mm, r = 3,2mm, lưỡi cạnh viền) .. Error! Bookmark not defined. Hình 1.27: Hình ảnh mòn mặt sau dao BZN 8100 và BZN6000 [13] .... Error! Bookmark not defined. Hình 1.28: Vùng tương tác gi ữa vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ [16]. ......................................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 1.29: Sơ đồ đơn giản về quá trình mòn dính trên vùng có lớp đọng của vật liệu gia công [13] ................. Error! Bookmark not defined. 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 cương của thép 9XC sử dụng trong thí nghiệm……57 Hình 2.6. Hình ảnh mặt trước 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 trước của dụng cụ khi cắt với vận tốc cắt 180m/p…………………………………..... 61 Hình 2.8: Hình ảnh mặt trước 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 trước 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 trước 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 trước 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 tương 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 hưởng 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 (a)Ảnh phóng to vùng mòn mặt sau trên lưỡi cắt chính từ hình 3.3(c) .. 76 (b)Ảnh phóng to vùng “phồng” dưới lưỡi cắt phụ từ hình 3.3(b)........... 76 (c)So sánh cấu trúc tế vi vùng “phồng” dưới lưỡi cắt phụ (c’) với cấu trúc tế vi nguyên thuỷ của PCBN (c) ............................................................. 76 (d)Ảnh phóng to vùng dính vật liệu gia công trên mặt sau dưới lưỡi cắt phụ từ hình 3.3(c). ................................................................................... 76 Hình 3.5: ......................................................................................................... 77 (a) Ảnh mặt trước của mảnh dao PCBN cắt với vận tốc cắt 160 m/p sau 12,36 phút. ............................................................................................... 77 (b) Ảnh phóng to thể hiện cơ chế phá huỷ lưỡi cắt phụ từ hình 3.4(a) ... 77 Khi giảm vận tốc cắt xuống 160 m/p sau 12,36 phút, trên mặt sau chỉ xuất hiện một vùng bị “phồng” ở phía dưới lưỡi cắt phụ. Tiếp tục giảm vận tốc cắt tới 140 m/p, sau 19,72 phút, trên mặt sau chỉ tồn tại vùng dính vật liệu gia công (Hình 3.3(c)). ....................................................... 77 Hình 3.6: Mặt hồi quy dạng Loga của nhám bề mặt Ra theo loga của lượng chạy dao S và vận tốc V khi t = 0,12 mm…………………… ……….81 Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhám bề mặt Ra và S,V. Các vùng nhám bề mặt Ra nhận giá trị tối ưu (t = 0,12 mm). ......................... 82 Hình 3.8: Mặt hồi quy dạng loga của tuổi bền T theo loga của lượng chạy dao S và vận tốc V khi t = 0,12 mm. ...................................................... 83 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tuổi bền dụng cụ cắt T và S, V. Các vùng tuổi bền T nhận giá trị tối ưu (t = 0,12 mm) ..................... 83 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ cắt 26 Bảng 1.2: Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ 27 Bảng 1.3: Tính chất cơ - nhiệt của một số vật liệu phủ 27 Bảng 2.1: Thành phần hoá học của phôi thép 9XC (%) 57 Bảng 2.2: Vận tốc cắt và các thông số nhám 59 Bảng 3.1: Kết quả đo nhám bề mặt tương ứng với các chế độ cắt thiết kế 74 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài : Tiện cứng là nguyên công tiện các chi tiết đã qua tôi (thường là thép hợp kim) có độ cứng cao khoảng từ 40 ÷ 65 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 chiều dài trên đường kính nhỏ, các chi tiết có hình dáng phức tạp và không nhất thiết phải sử dụng dung dịch trơn nguội. Tiện cứng cho độ chính xác và nhám bề mặt tương đương với mài nhưng tiện cứng có khả năng tạo nên lớp bề mặt có ứng suất 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. Vật liệu thường sử dụng làm dao tiện cứng là CBN (Cubic nitrit Bo). Đây là loại vật liệu tổng hợp sử dụng các hạt CBN với chất gắn kết l à TiC hoặc kim loại như Co. Khi sử dụng mảnh dao với hàm lượng CBN thấp (CBN – L) và cao (CBN – H), mòn xuất hiện trên cả mặt trước và sau với ba cơ chế mòn khác nhau là mòn do dính, mòn do càoước x và mòn do nhiệt, trong đó mòn do nhiệt là cơ chế mòn chính. Mòn ảnh hưởng trực tiếp đến nhám bề mặt chi tiết gia công, do vậy nó phải được nghiên cúu để nắm vững và điều khiển nhằm giảm tác động của nó và nâng cao chất lượng của quá trình cắt gọt. Mòn của dụng cụ cắt là hiện tượng lý hoá phức tạp trong quá trình gia công cắt gọt các vật liệu. Cũng như mòn của các chi tiết máy, mòn của dụng cụ làm thay đổi các thông số hình học dụng cụ và giảm tuổi bền cũng như khả năng làm việc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 của dụng cụ. Mòn của dụng cụ còn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ chính xác của bề mặt gia công. Đối với quá trình gia công loạt lớn và tự động hoá, độ mòn và tuổi bền của dụng cụ lại càng được quan tâm và chú ý hơn do các ảnh hưởng của nó tới năng suất và chất lượng của sản phẩm chế tạo. Do vậy, việc nghiên cứu quá trình mòn khi tiện cứng để nâng cao khả năng làm việc, nâng cao chất lượng bề mặt gia công là cần thiết đối với ngành cơ khí. Khi tiện thép nhiệt luyện bằng dao nitritbo xuất hiện lực cắt đơn vị lớn, do đó ở vùng tiếp xúc nhiệt độ cắt tăng cao, gây ảnh hưởng đến tuổi bền của dao và chất lượng lớp bề mặt của chi tiết gia công. Xét về mặt mài mòn của dụng cụ cắt cần quan tâm tới nhiệt độ lớn nhất trên mặt trước và mặt sau, sự phân bố nhiệt trên các bề mặt này. Nhưng việc xác định nhiệt độ lớn nhất này rất khó khăn. Mặt khác nhiệt độ cắt chịu ảnh hưởng của vận tốc cắt lớn hơn so với lượng chạy dao. Khi tiện tinh, chiều sâu cắt nhỏ, vận tốc cắt lớn, áp lực lên dao nhỏ, nhiệt độ tập trung ở vùng mũi dao cao nên làm dao bị mềm ra và cùn nhanh. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn như thế nào khi tiện tinh thép hợp kim dụng cụ 9XC qua tôi một loại vật liệu có nhiều ưu điểm được dùng rộng rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc thấp nhằm thoả mãn các yêu cầu về khả năng làm việc đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuât. Do vậy đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi” là cần thiết và cấp bách. 2. Nội dung nghiên cứu. - Nghiên cứu tổng quan về bản chất vật lý của quá trình cắt kim loại khi tiện và cơ chế mòn của dụng cụ cắt. - Nghiên cứu thực nghiệm về mòn dụng cụ PCBN và ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 3. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghi ệm. Nghiên cứu tổng quan về các vấn đề liên quan đến tiện cứng từ đó rút ra vấn đề định hướng cho nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ. Tiến hành các nghiên cứu và phân tích thực nghiệm sử dụng mảnh dao PCBN tiện tinh thép 9XC qua tôi để xác định cơ chế mòn và tuổi bền của dao khi cắt với các vận tốc cắt khác nhau. Xác định mối quan hệ giữa vận tốc cắt và nhám bề mặt gia công khi sử dụng các vận tốc cắt khác nhau sau những khoảng thời gian khác nhau. Xử lý các số liệu thực nghiệm để tìm vận tốc cắt tối ưu nhằm đạt được chất lượng bề mặt tốt nhất hoặc tuổi bền cao nhất. 4. Dự định kết quả : Phát hiện ra một số cơ chế mòn dụng cụ PCBN mới mối quan hệ giữa mòn, cơ chế mòn và vận tốc cắt. Xác định được vận tốc cắt tối ưu trong dải vận tốc cắt sử dụ ng trong nghiên cứu nhằm đạt được nhám bề mặt nhỏ nhất hoặc tuổi bền cao nhất của dụng cụ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 CHƯƠNG I BẢN CHÂT VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT VÀ MÒN DỤNG CỤ 1.1. Bản chất vật lý. Trong quá trình gia công kim loại bằng cắt gọt có rất nhiều hiện tượng vật lý xảy ra: phát sinh nhiệt, ma sát, mài mòn, lẹo dao, rung động, biến cứng, biến dạng phoi…Các hiện tượng vật lý này ảnh hưởng rất lớn đến công tiêu hao trong quá trình cắt gọt, độ mòn của dụng cụ cắt, chất lượng của chi tiết gia công. 1.1.1. Quá trình cắt và tạo phoi. 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 nhám 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) : Với tiện đó là chuyện 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. Với tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc của dao khi tiện mặt trụ [6]. 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 (hình1.1). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 a. b. Hình 1.1: Sơ đồ miền tạo phoi Quá trình tạo phoi được phân tích kỹ trong vùng tác động bao gồm: - Vùng biến dạng thứ nhất là vùng vật liệu phôi nằm trước mũi dao được giới hạn giữa vùng vật liệu phoi và vùng vật liệu phôi. Dưới tác dụng của lực tác động trước hết trong vùng này xuất hiện biến dạng dẻo. Khi ứng suất do lực tác động gây ra vượt quá giới hạn bền của kim loại thì xuất hiện hiện tượng trượt và phoi được hình thành (vùng AOE). Trong quá trình cắt, vùng phoi một luôn di chuyển cùng với dao. - Vùng ma sát th ứ nhất là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trước của dao. - Vùng ma sát th ứ hai là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của dao. - Vùng tách là vùng bắt đầu quá trình tách kim loại khỏ i phôi để hình thành phoi. Vật liệu dòn khác biệt vật liệu dẻo ở vùng biến dạng thứ nhất, do tổ chức hạt là khác nhau nên ở vùng này biến dạng dẻo hầu như không xảy ra. Quá trình bóc tách phoi diễn ra gần như đồng thời với lực tác động. Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công cắt (công làm biến dạng chiếm 90% công cắt), độ mòn của dao (tuổi thọ của dụng cụ cắt) và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rất nhiều vào quá trình tạo phoi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 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 a p được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trước của dao. Việc nghiên cứu kim loại trong miền tạo phoi chứng tỏ rằng trước khi biến thành phoi, lớp kim loại bị cắt đã trải qua một giai đoạn biến dạng nhất định, nghĩa là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi có một khu vực biến dạng. Khu vực này được gọi là miền tạo phoi (hình 1.2). Hình 1.2: Miền tạo phoi Trong miền này (như sơ đồ hoá hình 1.1) có những mặt trượt OA, OB,OC,OD,OE. Vật liệu gia công trượt theo những mặt đó (là những mặt có ứng suất tiếp có giá trị cực đại). Miền tạo phoi được giới hạn bởi đường OA, dọc theo đường đó phát sinh những biến dạng dẻo đầu tiên, đường OE - đường kết thúc biến dạng dẻo và đường AE - đường nối liền khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Xem thêm -