Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Vận Tốc Cắt Và Lượng Chạy Dao Đến Lượng Mòn Dao Khi Phay Thép C 45 Bằng Dao Phay Ngón Sản Xuất Tại Việt Nam

i

LỜI CẢM ƠN

Trước hết với tình cảm chân thành, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu

sắc tới thầy giáo TS. Vũ Khắc Bảy, người đã định hướng, trực tiếp hướng dẫn và

đóng góp ý kiến cụ thể cho kết quả cuối cùng để tôi hoàn thành luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Đào tạosau đại

học - Trường Đại học Lâm nghiệp cùng toàn thể các thầy giáo, cô giáo đã trực

tiếp giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của tất cả bạn bè, đồng nghiệp, gia đình

và những người thân đã là điểm tựa về tinh thần và vật chất cho tôi trong suốt

thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

Tác giả

Nguyễn Quang Hanh

ii

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

LỜI CẢM ƠN...................................................................................................i

MỤC LỤC........................................................................................................ii

DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................iv

DANH MỤC CÁC HÌNH............................................................................... v

ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................... 3

1.1 Tổng quan về một số dụng cụ cắt............................................................ 3

1.1.1 Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ cắt .............................. 3

1.1.2 Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu tới

mòn và tuổi bền dụng cụ............................................................................ 6

1.2 Các nghiên cứu về thực nghiệm............................................................ 35

Chương 2 MỤC TIÊU - NỘI DUNG - ĐỐI TƯỢNG – PHẠM VI VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................ 37

2.1 Mục tiêu của đề tài ................................................................................ 37

2.2 Các bước thực hiện của nghiên cứu ...................................................... 37

2.3 Đối tượng - Phạm vi nghiên cứu – Phương pháp nghiên cứu - Khả năng

ứng dụng...................................................................................................... 37

2.3.1 Đối tượng nghiên cứu..................................................................... 38

2.3.2 Phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 38

2.3.3 Khả năng ứng dụng ....................................................................... 45

2.3.4 Phương pháp nghiên cứu................................................................ 45

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI ......................................... 53

3.1 Quá trình vật lý khi cắt và hiện tượng mòn dao................................... 53

3.1.1 Quá trình vật lý khi cắt gọt............................................................. 53

3.1.2. Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt gọt ...................................... 54

3.2. Hiện tượng mòn dao............................................................................. 57

3.2.1 Các dạng mòn của dụng cụ cắt ...................................................... 57

3.2.2Chỉtiêuđánhgiásựmòn dụngcụcắt.................................................... 61

3.2.3 Kết luận.......................................................................................... 68

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................... 69

4.1 Quá trình thực hiện................................................................................ 69

4.1.1 Mô tả thí nghiệm............................................................................. 69

4.1.2 Kết quả thực nghiệm...................................................................... 70

4.2 Mô hình xử lý kết quả thực nghiệm ..................................................... 72

4.2.1 Chọn bậc đối với biến S.................................................................. 73

4.2.2. Chọn bậc đối với biến V ................................................................ 73

iii

4.3 Tính toán các hệ số của hàm hồi quy và kiểm định mô hình................ 77

4.4 Khảo sát đa thức hồi quy....................................................................... 82

KẾT LUẬN.................................................................................................... 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 84

iv

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT Tên bảng Trang

2.1 Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ 11

2.2 Một số thép hợp kim dụng cụ 15

2.3 Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim

dụng cụ (%)

17

2.4 Thành phần hóa học của thép gió thông dụng 18

2.5 Thành phần phần trăm nguyên tố chính trong thép gió thông

dụng

22

2.6 Thành phần hóa học của các nhãn hiệu thép chứa Vanađi 26

2.7 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước

tương ứng

30

2.8 Thành phần hóa học của nhóm ba cacbit 33

2.9 Hướng dẫn sử dụng hợp kim cứng 34

2.10 Thực nghiệm lượng nhiệt phân bố khi gia công ở khoảng tốc

độ khác nhau

41

3.1 Thông số vòng quay và lượng chạy dao của máy phay

NIIGATA

62

3.2 Thành phần hoá học thép C45 66

3.3 Kết quả thực nghiệm độ mòn của dao phay theo các chế độ

phay trên cùng một kết quả sản phẩm

70

3.4 Kết quả số liệu thực nghiệm. 71

v

DANH MỤC CÁC HÌNH

TT Tên bảng Trang

2.1 Tính chất vật liệu dụng cụ 12

2.2 Sơ đồ tôi và ram thép gió 29

2.3 Biểu đồ kéo kim loại 39

2.4 Khu vực phát sinh nhiệt chính 41

2.5 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ 44

2.6 Mòn mặt sau của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau 45

2.7 Các thông số mòn phần cắt của dao tiện 45

2.8 Mòn mặt trước của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau 46

2.9 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công 47

2.10 Các chỉ tiêu đánh giá lượng mài mòn mặt sau, mặt trước 49

2.11 Mòn do cào xước mặt trước 50

2.12 Sơ đồ các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 53

3.1 Máy phay đứng NIIGATA 61

3.2 Bảng thông số vòng quay trục chính 62

3.3 Bảng thông số lượng chạy dao 63

3.4 Dao phay ngón Việt Nam 65

3.5 Phôi thép C45 phay rãnh then 66

3.6 Bản vẽ chi tiết trục 67

3.7 Thước cặp điện tử 67

3.8 Điều chỉnh máy gia công 68

3.9 Sản phẩm gia công 69

4.1 Đồ thị hàm

Y

ˆ

trong miền biến thiên của V và S 81

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, lĩnh vực cơ

khí chế tạo, lắp ráp, sửa chữa máy, thiết kế, và cung cấp thiết bị cho các loại

hình công nghệ sản xuất đóng vai trò hết sức quan trọng. Phạm vi sử dụng sản

phẩm của ngành chế tạo, lắp máy rất rộng rãi từ những chi tiết nhỏ đơn giản

đến những chi tiết, sản phẩm có kích thước lớn phức tạp. Những sản phẩm

này đều được tạo ra nhờ các máy móc, thiết bị khác nhau. Với xu thế toàn cầu

hóa để nâng cao sức mạnh cạnh tranh trong quá trình hội nhập chúng ta cần

phát triển theo hướng tối giảm chi phí gia công trên cơ sở đảm bảo và nâng

cao chất lượng sản phẩm cũng như thẩm mĩ.

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật thì các

sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, độ

chính xác gia công và đặc biệt là phải giảm chi phí sản xuất để hạ giá thành

sản phẩm.

Phay là một phương pháp gia công cắt gọt có năng suất cao, chiếm trên10%

trong tổng khối lượng công việc cắt gọt kim loại.Vì vậy nó được ứng dụng

nhiều để gia công nhiều bề mặt khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp như: các

mặt định hình, rãnh định hình, mặt cong, các loại bánh răng trụ răng thẳng,

răng nghiêng, bánh vít, trục vít, bánh xích và đĩa xích...Trong việc gia công

mặt phẳng có khả năng thay thế hoàn toàn cho công việc bào.

Dao phay thuộc loại dụng cụ cắt dạng trụ, có nhiều răng (răng ở mặt trụ hoặc

mặt đầu),mỗi răng là 1 con dao tiện.Do nhiều răng nên lâu cùn, có thể áp dụng

tốc độ cắt cao, lượng chạy dao lớn, cắt phoi dầy.Cắt phoi đứt đoạn, an toàn

cho người thợ.

Trong quá trình gia công các chi tiết bằng các phương tiện nói chung và bằng

phay nói riêng, người ta quan tâm chỉ tiêu đầu tiên là chất lượng sản phẩm, sau

đó sẽ đến các chỉ tiêu khác như là năng suất, các chi phí khác về nguyên vật

2

liệu, về độ hao mòn các chi tiết máy móc. Khi chỉ tiêu chất lượng sản phẩm vẫn

được đảm bảo thì năng suất cao sẽ kéo theo tổng các chi phí tăng lên. Nhưng

sự phụ thuộc giữa năng suất và tổng chi phí sẽ không phải là sự phụ thuộc

tuyến tính, điều này sẽ dẫn đến giá thành của sản phẩm sẽ bị thay đổi, do vậy

việc tìm ra giá trị nào của năng suất và tổng chi phí để cho giá thành sản phẩm

là nhỏ nhất là điều cần thiết.

Khi phay các chi tiết cơ khí, thì các tham số kỹ thuật ảnh hưởng nhiều đến năng

suất là : vận tốc cắt và lượng chạy dao. Các chi phí cho sản phẩm thì ngoài

các chi phí về hao mòn máy, thiết bị phay và điện năng còn phải đáng kể đến

độ mòn của dao phay.

Trước đây việc gia công đều phải mua các loại dao từ nước ngoài với giá thành

cao, điều đó làm tăng chi phí sản xuất và tăng giá thành sản phẩm.Tại Việt

Nam hiện nay đã có nhiều cơ sở sản xuất và chế tạo dụng cụ cắt chuyên dùng,

mà chế độ gia công cắt gọt cho các loại dụng dao này vẫn chưa được nghiên

cứu đầy đủ, đặc biệt là nghiên cứu về độ mòn của dụng cụ cắt.

Xuất phát từ cơ sở khoa học và thực tế nêu trên, được sự đồng ý của hội đồng

khoa học- công nghệ cơ sở đào tạo SĐH trường ĐHLN, tôi thực hiện luận văn

tốt nghiệp thạc sỹ với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt và

lượng chạy dao đến lượng mòn dao khi phay thép C45 bằng dao phay

ngón sản xuất tại Việt Nam” .

3

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về một số dụng cụ cắt

1.1.1 Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ cắt

Đặc tính phần dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến năng suất gia công và

chất lượng bề mặt chi tiết. Khả năng giữ được tính cắt của dụng cụ góp phần

quyết định năng suất gia công của dụng cụ. Dụng cụ làm việc trong điều kiện

cắt khó khăn vì ngoài áp lực, nhiệt độ cao, dụng cụ cắt còn bị mài mòn và

rung động trong quá trình cắt.

Trong quá trình gia công, phần cắt của dụng cụ trực tiếp làm nhiệm vụ

cắt để tạo phoi. Để nâng cao năng suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia

công, phần cắt của dụng cụ không những phải có hình dáng hình học hợp lý

mà còn phải được chế tạo từ những loại vật liệu thích hợp. Vì vậy, vật liệu

dụng cụ cắt cần thiết phải đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau đây.

1.1.1.1 Tính năng cắt

Trong quá trình cắt, ở phần lưỡi cắt trên mặt trước và mặt sau của dụng

cụ cắt thường xuất hiện ứng suất tiếp xúc rất lớn, khoảng 4000 ÷ 5000

N/mm2

, đồng thời áp lực riêng lớn gấp 100 ÷ 200 lần so với áp lực cho phép

của chi tiết máy. Nhiệt độ tập trung trên vùng cắt lên tới 600÷ 900oC. Trong

điều kiện như vậy, việc cắt chỉ thực hiện có hiệu quả khi dụng cụ cắt có khả

năng giữ được tính cắt trong khoảng thời gian dài. Điều đó đòi hỏi vật liệu

dụng cụ cắt cần phải có đầy đủ những tính chất cơ lý cần thiết như độ cứng,

độ bền nhiệt, độ chịu mòn, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt...

- Độ cứng:Độ cứng là một trong những chỉ tiêu quan trọng của vật liệu

dụng cụ cắt. Muốn cắt được, vật liệu phần cắt của dụng cụ cắt thường phải có

độ cứng lớn hơn vật liệu gia công khoảng HRC25. Độ cứng phần cắt của

4

dụng cụ cắt thường đạt trong khoảng HRC60÷ 65. Nâng cao độ cứng phần cắt

của dụng cụ cắt cho phép tăng khả năng chịu mòn và tăng tốc độ cắt.

Trong quá trình cắt, cần quan tâm nhiều đến độ cứng nhiệt của lưỡi cắt

tức là độ cứng xét trong trạng thái lưỡi cắt bị nung nóng. Vì nó ảnh hưởng

trực tiếp tới khả năng cắt của dao.

- Độ bền cơ học: Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt thường chịu những

lực và những xung lực rất lớn. Mặt khác, dụng cụ cắt còn chịu rung động do

hệ thống máy - dao - đồ gá - chi tiết không đủ độ cứng vững hoặc do dao làm

việc trong điều kiện tải trọng động lớn hoặc do sự thay đổi liên tục cuả lực

cắt. Do đó dẫn đến tình trạng lưỡi cắt dễ bị phá hỏng sớm do mẻ, vỡ, tróc,

mòn, ... Vì vậy để nâng cao tính năng cắt và tuổi bền của dao, vật liệu dụng cụ

cắt cần phải có độ bền cơ học cao.

Việc nâng cao độ bền cơ học của vật liệu dụng cụ cắt, nhất là đối với

hợp kim cứng và vật liệu sứ là một trong những hướng chính trong lĩnh vực

thiết kế và chế tạo dụng cụ cắt.

- Độ bền nhiệt: Độ bền nhiệt là khả năng giữ được độ cứng cao và các

tính năng cắt khác ở nhiệt độ cao trong khoảng thời gian dài. Độ bền nhiệt

được đặc trưng bởi nhiệt độ giới hạn mà khi nung liên tục vật liệu dụng cụ cắt

trong khoảng thời gian nhất định (khoảng 3 giờ) thì đến nhiệt độ đó độ cứng

của nó cũng không giảm quá mức qui định (khoảng HRC60).

Độ bền nhiệt là tính năng quan trọng nhất của vật liệu dụng cụ cắt. Nó

quyết định việc duy trì khả năng cắt của dao trong điều kiện nhiệt độ và áp

lực rất lớn ở vùng cắt.

Độ bền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim như

vonfram, crôm, vanađi, môlipđen, côban... Trong đó Vonfram là thành phần hợp

kim cơ bản làm cho thép có độ bền nhiệt. Độ bền nhiệt được nâng cao khi tăng

hàm lượng vanađi. Nếu độ bền nhiệt của thép gió P18 là 600oC thì khi nâng cao