Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: 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

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến lượng mòn của dao phay ngón, trên cơ sở đó xác định được chế độ cắt hợp lý nâng cao độ chịu mài mòn của dụng cụ và chất lượng của sản phẩm; xác định được chế độ cắt hợp lý nâng cao độ bền mòn của dụng cụ và chất lượng của sản phẩm; làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao phay ngón sản xuất tại Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: 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

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 17 dụng cụ (%) 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 22 dụng 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 30 tương ứng 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 41 độ khác nhau 3.1 Thông số vòng quay và lượng chạy dao của máy phay 62 NIIGATA 3.2 Thành phần hoá học thép C45 66 3.3 Kết quả thực nghiệm độ mòn của dao phay theo các chế độ 70 phay trên cùng một kết quả sản phẩm 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 ˆ trong miền biến thiên của V và S Đồ thị hàm Y 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
5 hàm lượng vanađi đến 5% và vonfram đến 10%, độ bền nhiệt sẽ tăng đến 630oC. Nguyên tố côban cũng ảnh hưởng lớn đến độ bền nhiệt. Khi thép gió có 18% vonfram và 10% côban thì độ bền nhiệt lên tới 650oC. Ngoài ra, chế độ nhiệt luyện cũng ảnh hưởng nhiều đến độ bền nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt. - Độ dẫn nhiệt: Độ dẫn nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt càng cao thì nhiệt lượng được truyền khỏi lưỡi cắt càng nhanh. Do đó giảm sự tập trung nhiệt độ trên vùng cắt, tăng độ bền mòn cho dụng cụ cắt. Mặt khác, cho phép nâng cao tốc độ cắt. Chính vì kim cương có độ dẫn nhiệt lớn hơn hẳn so với các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nên cho phép dao kim cương cắt với tốc độ rất cao. - Tính chịu mòn: Độ bền mòn của vật liệu dụng cụ cắt được đặc trưng bởi khả năng giữ vững hình dáng và thông số hình học phần cắt trong quá trình gia công. Trong quá trình cắt, mặt trước dụng cụ tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với mặt đang gia công chi tiết với tốc độ trượt lớn, nên vật liệu dụng cụ phải có tính chịu mòn cao. Phần cắt của dụng cụ, khi đủ sức bền cơ học, thì dạng hỏng chủ yếu là dụng cụ bị mài mòn. Thực tế chỉ rõ rằng khi độ cứng càng cao thì tính chịu mòn vật liệu càng cao. Tính chịu mòn vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng. Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra mòn dao là hiện tượng dính chảy của vật liệu làm dao. Tính chảy dính của vật liệu làm dao được đặc trưng bởi nhiệt độ chảy dính giữa hai vật liệu tiếp xúc với nhau… Vật liệu làm dao tốt là loại vật liệu có nhiệt độ chảy dính cao. Qua nghiên cứu thực nghiệm, nhiệt độ chảy dính của các loại hợp kim cứng có cacbit vonfram ( WC), cacbit titan (TiC) với thép (1000oC) cao hơn các hợp kim coban với thép (675oC).
6 1.1.1.2 Tính công nghệ Dụng cụ cắt thường có hình dáng hình học phức tạp, đòi hỏi những yêu cầu kỹ thuật khá cao về độ chính xác hình dáng kích thước, độ nhẵn bề mặt. Vì vậy, vật liệu dụng cụ cắt cần phải có tính công nghệ tốt. Tính công nghệ tốt là khả năng của vật liệu cho phép gia công hợp lý, dễ dàng bằng các phương pháp gia công khác nhau như hàn, gia công bằng áp lực, bằng cắt, bằng nhiệt luyện, bằng hóa nhiệt... Tính công nghệ của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần hóa học, cấu trúc tế vi, kích thước hạt, độ cứng, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt... 1.1.1.3 Tính kinh tế Khi chọn vật liệu dụng cụ cắt, ngoài việc chú ý đến tính năng cắt, tính công nghệ, còn cần phải chú ý đến giá thành của chúng nữa. Vật liệu dụng cụ cắt thường đắt tiền. Chi phí vật liệu thường chiếm một tỷ lệ cao trong giá thành chế tạo dụng cụ cắt. Do đó cần phải chọn vật liệu dụng cụ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dao, của chi tiết gia công, nhằm giảm chi phí chế tạo dao cho một đơn vị chi tiết gia công. 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 Vật liệu dụng cụ cắt được hình thành và phát triển theo nhu cầu phát triển của khoa học kỹ thuật và của sản xuất. Chúng được chia thành các loại sau: Thép cacbon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, vật liệu sứ, kim cương, nitrítbo lập phương. Lịch sử phát triển và sử dụng các loại vật liệu dụng cụ và đặc tính của chúng được trình bày trong bảng 1.1 và tính chất của chúng được trình bày trên hình 1.1
7 Bảng1.1.Lịchsử vàđặctínhcủavậtliệudụngcụ Năm Vậtliệudụngcụ Vc60m/ph Nhiệtđộgiớihạn Độcứng đặctínhcắt0C (HRC) 1894 Thépcacbondụngcụ 5 200-300 60 1900 Théphợpkimdụngcụ 8 300–500 60 1900 Thépgió 12 1908 Thépgiócảitiến 15–20 500–600 60-64 1913 Thépgió(tăngCovà W) 20–30 600–650 - Hợpkimcứngcacbit 1931 vonfram (W) 200 1000–1200 91 1934 Hợpkimcứng WCvàTiC 300 1000–1200 91-92 1955 Kimcươngnhântạo 800 100000 HV 1957 Sànhsứ ( gốm) 300–500 1500 92-94 1965 NitritBo 100–200 1600 8000HV (Théptôi) 1970 Hợpkimcứngphủ(TiC) 300 1000 18000HV Qua sự phát triển của vật liệu dụng cụ cắt, có thể thấy rằng phần vật liệu cứng trong vật liệu dụng cụ cắt tăng lên, do đó tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng, tăng tuổi bền dụng cụ và tăng được tốc độ cắt, phần vật liệu cứng trong các loại vật liệu dụng cụ có thể được đánh giá theo %. Ví dụ : Thép dụng cụ 5 – 10% Thép gió 20 – 30% Hợp kim cứng 85 – 97% Sành sứ 80 – 100%
8 1. Thép dụng cụ 2.Théphợpkimdụngcụ 3.Thépgió 4.ThépStellite 5. Hợp kim cứng thông dụng 6. Hợp kim cứng đặc biệt 7. Sành sứ 8. Vật liệu cắt siêu cứng Hình 1.1 Tính chất vật liệu dụng cụ 1.1.2.1 Thép cacbon dụng cụ Để bảo đảm cho thép cacbon dụng cụ có đủ độ cứng và có tính chịu mòn cao, hàm lượng cacbon chứa trong thép thường vào khoảng 0,65% ÷ 1,35%. Thép cacbon dụng cụ có tính năng cắt thấp, do đó việc sử dụng bị hạn chế. Nếu nhiệt độ cắt tăng lên (bắt đầu từ 200oC) thì thép cacbon mất độ cứng và độ chịu mòn, nên không thể dùng thép cacbon chế tạo các dụng cụ làm việc ở các điều kiện khó khăn (ví dụ khi cắt ở tốc độ cao hay gia công vật liệu cứng). Do đó thép cac bon dụng cụ chỉ được dùng để chế tạo dụng cụ cắt làm việc với tốc độ cắt thấp để cắt vật liệu mềm.Thường chỉ cắt với tốc độ V = 4 ÷ 10 m/ph. Khi hàm lượng cacbon tăng lên, tính chịu mòn của thép cacbon cũng tăng một ít. Đó là vì lượng hạt cacbit cứng phân bố trong mactenxit tăng lên. Độ cứng của các nhãn hiệu thép cacbon khác nhau trong trạng thái tôi có trị số không đổi: HRC62-65. Độ bền của thép CD100A- CD120A ( tương đương
9 với mác thép của Nga là Y10A – Y12A) cao hơn cả. Trong đó độ bền của CD110A (Y11A) cao hơn một ít. Thép có hàm lượng ít hơn hoặc cao hơn hàm lượng các loại kể trên thì độ bền lại giảm xuống. Trong bốn nhãn hiệu thép cacbon thì thép CD130A (Y13A) có độ bền thấp nhất, tương đương với thép CD80A (Y8A). Tính tôi được của thép cacbon thấp, nên khi tôi phải làm nguội nhanh trong nước sạch hay nước muối. Khi làm nguội nhanh sẽ gây biến dạng, gây ra các vết nứt và còn làm cho dao sau khi tôi dễ bị gãy. Hiện tượng dễ quá nhiệt khi tôi làm kích thước của hạt tăng lên và đó là nguyên nhân tăng độ giòn và làm cho các lưỡi cắt dễ bị mẻ. Ưu điểm của thép cacbon là tính gia công tốt trong trạng thái nóng cũng như trong trạng thái nguội vì các loại thép này sau khi ủ sẽ có độ cứng thấp. Vì độ thấm tôi của loại thép này thấp, cho nên lõi dụng cụ có đường kính lớn hơn 15mm vẫn dai, do đó dụng cụ ít bị gãy. Điều này có ý nghĩa đặc biệt đối với những dụng cụ như dũa. Nhưng đối với các dụng cụ có kích thước bé (nhỏ hơn 10 ÷ 12mm) thì chúng sẽ bị tôi hoàn toàn. Sau khi tôi, ứng suất và biến dạng trong dụng cụ sẽ tăng lên và đó là nguyên nhân sinh ra gẫy mẻ. Các dụng cụ có kích thước lớn (lớn hơn 30mm) thì độ sâu thấm tôi lại không đủ. Đối với dụng cụ cắt kim loại, người ta thường dùng loại thép có nhãn hiệu sau đây: Y10A có hàm lượng cacbon 0,95 ÷ 1,04% Y11A có hàm lượng cacbon 1,05 ÷ 1,14% Y12A có hàm lượng cacbon 1,15 ÷ 1,24% Y13A có hàm lượng cacbon 1,25 ÷ 1,35% Crôm, niken, đồng với hàm lượng trong giới hạn 0,15% ÷ 0,2% là những tạp chất còn lại trong thép. Hàm lượng mangan, silic cho phép trong
10 giới hạn 0,15% ÷ 0,3%. Các tạp chất có hại như lưu huỳnh không được quá 0,02% và phốtpho không được quá 0,03%. Do khả năng cắt thấp, thép cacbon được dùng để chế tạo các dụng cụ làm tay (dũa, tarô, mũi doa, mũi khoan) cũng như chế tạo các dụng cụ để cắt các loại vật liệu dễ gia công và với tốc độ thấp. Vì khi nhiệt luyện thép cacbon bị biến dạng nhiều, nên không dùng thép cacbon để chế tạo các dụng cụ: + có kích thước lớn ( ví dụ dao phay) + có đường kính nhỏ (nhỏ hơn 1mm) + có hình thù phức tạp (ví dụ dao phay cắt đứt, bàn ren tròn, dao phay định hình…) + có prôfin phải mài (tarô có mài ren, dao phay lăn răng và dao phay ren cần mài răng). Việc mài các prôfin khó là vì khi mài nhiệt sẽ cao, vật liệu coi như bị ủ và lưỡi cắt bị mất độ cứng. Đối với tất cả các loại dụng cụ, người ta dùng nhiều nhất là thép nhãn hiệu Y12A. Đối với dũa thì nên dùng nhãn hiệu Y13A để đảm bảo được tính năng cắt cao hơn. 1.1.2.2 Thép hợp kim dụng cụ Trong sản xuất dụng cụ cắt, người ta sử dụng một số nhãn hiệu thép hợp kim với hàm lượng nguyên tố hợp kim không cao. Các nhãn hiệu chủ yếu của chúng là: 90CrSi (9XC), 100CrWMn (XBГ), 130Cr12V1 (X12Ф1), 95CrMnSiWV (95XГCBФ) và 110Cr6WV (X6BФ). Thành phần hóa học của các thép này (theo tiêu chuẩn ГOCT 5950-51) được ghi trong bảng sau:
11 Bảng1.2. Một số thép hợp kim dụng cụ Nhãn hiệu C Mn Si Cr W V thép 0,85- 1,20- 9XC 0,30-0,60 0,95-1,25 - - 0,95 1,60 0,90- 0,15- 0,90- XBГ 0,80-1,10 1,2- 1,6 - 1,05 0.35 1,20 0,95- 0,70- 0,65- 0,60- 95XГCBФ 0,7- 1,0 0,05 1,05 1,00 1,00 1,00 1,00- 5,50- X6BФ 0,45 0,35 1,1- 1,5 0,15 1,15 7,00 Để tăng tính cắt, có thể pha thêm vào thép cacbon dụng cụ một số nguyên tố hợp kim như Vonfram, Crôm, Vanađi... với hàm lượng khoảng 0,5% − 3% và nhận được thép hợp kim dụng cụ. Vonfram có tác dụng làm tăng độ bền nhiệt, độ chịu mòn. Crôm để tăng độ thấm tôi và độ cứng. Vanađi tạo ra cacbít có độ hạt nhỏ nên có độ cứng và độ bền cao. Thép hợp kim dụng cụ tôi ở nhiệt độ 8200C − 8500C trong dầu. Sau khi nhiệt luyện, đạt độ cứng 62HRC− 66HRC. Tuy không cứng hơn thép cacbon dụng cụ bao nhiêu, nhưng độ bền nhiệt của thép hợp kim dụng cụ khá hơn, khoảng 350oC − 400oC. Do đó cho phép nâng cao tốc độ cắt lên gấp 1,2 −1,4 lần so với dao làm bằng thép cacbon dụng cụ (Vc = 12 − 15m/ph). Trong sản xuất dụng cụ cắt, thép nhãn hiệu 90CrSi (9XC) được dùng rộng rãi nhất. So với thép cacbon thì 90CrSi (9XC) có một loạt ưu điểm. Thép 90CrSi (9XC) rẻ tiền so với các mác thép hợp kim dụng cụ khác. Nhờ tính tôi và thấm tôi tốt nên sau khi tôi, thép 90CrSi (9XC) có thể làm nguội trong dầu và dụng cụ sau khi tôi ít bị biến dạng và bị vênh. Đối với dụng cụ định hình
12 mà prôfin không qua mài, điều quan trọng là phải giữ cho kích thước không đổi khi tôi, ví dụ như bước, prôfin ren của tarô và bàn ren tròn. Thép 90CrSi (9XC) là một trong các thép hợp kim ít bị biến dạng. Thép 90CrSi (9XC) đảm bảo độ phân bố cacbit đều đặn, do đó tốt nhất là dùng để chế tạo các dụng cụ có các yếu tố cắt mỏng, không những phân bố xa tâm (như tarô, mũi khoan nhỏ, mũi doa) mà nhất là phân bố ở gần tâm (ví dụ bàn ren tròn). Do sự tổ hợp hợp lý các nguyên tố hợp kim (chủ yếu là silic, crôm, mangan) và do sự phân bố đều cacbit nên tính bền nóng của thép 90CrSi (9XC) tăng lên đến 250oC. Nhưng bên cạnh những ưu điểm kể trên, thép 90CrSi (9XC) có một số nhược điểm sau: + độ cứng trong trạng thái ủ cao (HB217 ÷ 235), do vậy khó khăn trong quá trình gia công. + tính gia công xấu và chất lượng mặt gia công không tốt vì có nhiều vết xước đặc biệt khi cắt ren và hớt lưng. + khi nhiệt luyện dễ bị thoát cacbon, do đó mà ảnh hưởng xấu đến độ cứng tại những chỗ mỏng trên các phần cắt của dụng cụ cắt. Độ cứng trong trạng thái ủ tăng lên và có hiện tượng dễ mất cacbon là do hàm lượng silic tăng. Nhưng một mặt khác, silic lại có ảnh hưởng tốt đến tính bền nóng. Thép 100CrWMn (XBГ) so với thép cacbon, có độ thấm tôi tốt, có thể tôi trong dầu, thể tích ít thay đổi nên khi tôi thì các kích thước của dụng cụ giữ được tương đối ổn định. Nhược điểm lớn nhất của thép 100CrWMn (XBГ) là dễ tạo ra các màng cacbit, do đó làm cho lưỡi cắt của dụng cụ dễ bị mẻ. Vì lý do đó mà thép 100CrWMn (XBГ) không nên dùng để chế tạo các dụng cụ làm việc trong điều kiện khó khăn, nhất là trong điều kiện tải trọng động lớn. Nhưng cũng có thể dùng để chế tạo dao chuốt khi không có thép gió, nhất là dao chuốt có chiều dài lớn và kích thước tiết diện ngang nhỏ (ví dụ như dao chuốt rãnh
13 then). Về tính bền nóng và độ chịu mòn thì 100CrWMn (XBГ) kém xa thép gió nên dao chuốt bằng thép 100CrWMn (XBГ) có tuổi bền thấp (thấp hơn 3- 4 lần so với dao chuốt bằng thép P18 và thấp hơn 1-2 lần so với dao chuốt bằng thép P9). Loại thép nhãn hiệu 95CrMnSiWV (95XГCBФ) có độ cứng thấp sau khi ủ và cacbon cũng ít mất hơn so với thép 90CrSi (9XC). Loại thép này có tính bền nóng và độ không đồng nhất cacbit tốt hơn thép 90CrSi (9XC). Ngoài ra tính thấm tôi của nó lại tốt hơn. Các bàn ren chế tạo bằng loại thép này sẽ có tuổi bền cao hơn so với các bàn ren bằng thép 90CrSi (9XC). Loại thép 110Cr6WV (X6BФ) có độ thấm tôi cao, tính tôi tốt và độ chịu mòn cũng cao. Thép này nên dùng làm lưỡi cưa, con lăn ren… Thànhphầnhoáhọccủamộtsốthéphợpkimdụngcụthông dụng ở nước tađượctrìnhbàyởbảng sau: Bảng1.3Thànhphầnhoáhọccủamộtsố nhãnhiệuthép hợpkimdụngcụ (%) Nhóm Nhãnhiệu C Mn Si Cr W V ThépCr05 1.25-1.10 0.20-0.40
14 1.1.2.3.Thépgió Thép gió còn được gọi là thép cao tốc. Đó là loại thép hợp kim có hàm lượng hợp kim cao, nhất là vomfram (khoảng 6% ÷ 19%) và crôm (khoảng 3% ÷ 4,0%). Sau khi nhiệt luyện, độ cứng đạt HRC62 ÷ 65. Thép gió có độ thấm tôi lớn, độ bền mòn và độ bền cơ học cao. Độ bền nhiệt khoảng 600oC. Vì vậy dao thép gió có thể cắt với tốc độ lớn gấp 3 ÷ 4 lần dao thép cácbon dụng cụ. Tốc độ cắt lớn nhất của dao thép gió Vmax = 50m/ph. Trong công nghiệp dùng hai nhóm thép gió sau: + Thép năng suất thường (gồm 5 nhãn hiệu); + Thép năng suất cao (gồm 6 nhãn hiệu); Thép thuộc nhóm thứ nhất được dùng rộng rãi, còn thép thuộc nhóm thứ hai thì có công dụng hẹp hơn. Thành phần của thép có năng suất thường khác nhau ở lượng cacbon, vonfram và vanađi tính theo phần trăm (bảng 2.4) Bảng1.4. Thành phần hóa học của thép gió thông dụng Nhãnhiệu C Cr W V Co P18 0,7 –0,8 3,8–4,4 17,5–19,0 1,0–1,4 - P9 0,80–0,85 3,8–4,4 8,5–10,0 2,0–2,6 - Còn các thành phần hợp kim khác đối với mọi nhãn hiệu thép giống nhau Mn Si Gr Ni S P Mo ≤ 0,4 ≤ 0,4 3,8 − 4,4 ≤ 0,4 ≤ 0,03 ≤ 0,03 ≤ 0,3 Mỗi nhãn hiệu P18 và P9 lại chia ra P18M và P9M. Ở đây thêm môlipđen lấy từ sắt vụn hay hợp kim ferô chứ không phải lấy được từ cách nấu chảy. Lượng môlipđen cho phép 0,3% – 1,0% đối với thép P18, và 0,3% − 0,6% đối với thép P9. Nếu đối với cả hai nhãn hiệu thép này mà môlipđen chiếm 0,3% hoặc cao hơn thì lượng vonfram giảm xuống so với tiêu chuẩn theo tỉ lệ: cứ 1% môlipđen thay cho 2% vônfram, tức là đối với thép P18M thì vonfram chiếm khoảng 15,5% − 18,4%, còn thép P9M chiếm khoảng 7,3% − 9,4%.
15 Đặc tính của thép gió là tính bền nóng cao so với thép cacbon. Sở dĩ như vậy là vì thành phần hóa học của thép có ảnh hưởng đến cấu trúc của macten-xit. Trong trạng thái đã tôi, mactenxit của thép cacbon là dung dịch cứng của cacbon trong sắt α có nồng độ như ở austenit ban đầu. Độ cứng cao của mactenxit là do dung dịch cacbon có trong sắt α. Khi ram thép đã tôi thì bộ phận cacbit sẽ bắt đầu tách ra từ mactenxit. Khi cacbit còn trong trạng thái nhỏ nhất, ứng với nhiệt độ dưới 2000C thì độ cứng của thép chưa giảm rõ rệt. Đồng thời với sự tăng nhiệt độ (trên 2000C) , cacbit sẽ bắt đầu tách ra khỏi dung dịch cứng, vừa tăng về số lượng vừa tích tụ lại ( hiện tượng ngưng tụ). Do đó độ cứng của thép cacbon giảm nhanh và khi nhiệt độ đến 5000C thì độ cứng của nó gần bằng độ cứng của thép trong trạng thái ủ. Sự tách ra và tích tụ cacbit có thể duy trì bằng cách cho thêm vào thép các thành phần hợp kim. Mactenxit của thép gió đã tôi là dung dịch cứng trong sắt α, không những chỉ đối với cacbon mà còn đối với cả các thành phần hợp kim nữa. Nhưng không phải bất cứ thành phần hợp kim nào cũng có thể đảm bảo nâng cao tính bền nhiệt mà chỉ có một số thành phần tạo được cacbit đặc biệt. Đặc tính của các cacbit này là chúng có thể tách ra từ mactenxit và tích tụ ở nhiệt độ cao hơn (trên 5000C − 6000C) so với cacbit sắt (xementit) trong thép cacbon. Như vậy, muốn có tính bền nóng cao cần phải dùng toàn bộ cacbon hoặc một phần lớn cacbon để tạo thành cacbit đặc biệt trong thép; đồng thời làm giảm đến mức tối thiểu hoặc giảm hẳn xêmentit. Chỉ khi nhiệt độ nung cao hơn 5000C − 6000C nghĩa là khi tách ra và ngưng tụ cacbit đặc biệt thì lúc này mactenxit của thép gió mới bắt đầu mất độ cứng trong trạng thái nóng. Trong tiến trình ngưng tụ cacbit sắt trong thép cacbon, cần có sự khuếch tán của cacbon. Sự khuếch tán này dễ dàng thực hiện vì ái lực giữa than và sắt rất nhỏ (khi nhiệt độ mới trên 2000C).