Đề tài Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o §¹i häc th¸i nguyªn Tr­êng ®¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp -------------------------------------------------------- trÇn ngäc giang Nghiªn cøu mèi quan hÖ gi÷a mßn vµ tuæi bÒn cña dao g¾n m¶nh PCbn theo chÕ ®é c¾t khi tiÖn thÐp 9xc qua t«i Chuyªn ngµnh: C«ng nghÖ ChÕ t¹o m¸y LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt Người hướng dẫn khoa học PGS.TS. Phan Quang ThÕ Th¸i nguy ªn - 2008 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn PGS.TS Phan Quang Thế - Thày hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn tận tình của thày trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận văn. Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn tới khoa Sau đại học, khoa Cơ khí, Bộ môn Cơ học vật liệu, lãnh đạo Trung tâm thí nghiệm đã ủng hộ về tinh thần và tạo điều kiện cho tôi về thời gian để tôi có thể hoàn thành bản luận văn của mình. Tôi xin cảm ơn thày giáo TS. Nguyễn Văn Hùng, ThS. Lê Viết Bảo về sự tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này. Tôi cũng muốn cảm ơn tới ông Trưởn g phòng kỹ thuật, các cán bộ, nhân viên phòng kế hoạch và Xưởng cơ khí Nhà máy Z159 - Thái Nguyên, các cán bộ phụ trách Phòng thí nghiệm Quang phổ, khoa vật lý trường ĐHSP Thái Nguyên, Phòng thí nghiệm Kim loại học, đại học Bách khoa Hà Nội đã dành cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cho tôi được gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, nhân viên Xưởng Cơ khí nơi tôi tiến hành thực nghiệm. Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, người thân, các bạn bè đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Tác giả Trần Ngọc Giang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MỤC LỤC Lời nói đầu Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Trang Danh mục các hình vẽ và đồ thị Danh mục các bảng biểu Mở đầu 1 1. Giới thiệu về công nghệ tiện cứng 1 2. Tính cấp thiết của đề tài 5 2.1. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 6 2.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 6 2.3. Phương pháp nghiên cứu 7 Chương 1 8 Bản chất vật lý của quá trình cắt thép có độ cứng cao 1.1. Qúa trình cắt và tạo phoi 8 1.2. Lực cắt 12 1.2.1. Lực cắt khi tiện và các thành phần lực cắt 12 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện 14 1.3. Nhiệt cắt 16 1.3.1. Khái niệm chung 16 1.3.2. Quá trình phát sinh nhiệt 20 1.4. Kết luận 24 Chương 2 25 Chất lượng bề mặt khi tiện cứng 2.1. Khái niệm chung về lớp bề mặt 25 2.2. Bản chất của lớp bề mặt 26 2.3. Tính chất lý hoá của lớp bề mặt 26 2.3.1. Lớp biến dạng 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2.3.2. Lớp Beilbly 27 2.3.3. Lớp tương tác hóa học 27 2.3.4. Lớp hấp thụ hoá học 28 2.3.5. Lớp hấp thụ vật lý 28 2.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện cứng 29 2.4.1. Độ nhám bề mặt và các phương pháp đánh giá 29 2.4.1.1. Độ nhám bề mặt 29 2.4.1.2. Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 32 2.4.2. Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau gia công cơ 32 2.4.2.1. Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt 32 2.4.2.2.Ứng suất dư trong lớp bề mặt 35 2.4.2.3. Đánh giá mức độ, chiều sâu lớp biến cứng và ứng suất dư 39 2.5. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi tiện cứng 40 2.5.1. Ảnh hưởng của các thông số hình học dụng cụ cắt 40 2.5.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt 41 2.5.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao 42 2.5.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 43 2.5.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia công 43 2.5.6. Ảnh hưởng của rung động trong hệ thống công nghệ 44 2.6. Kết luận 44 Chương 3 46 Mòn và tuổi bền dụng cụ khi tiện cứng 3.1. Mòn dụng cụ cắt 46 3.1.1. Khái niệm chung 46 3.1.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 47 3.1.2.1. Mòn do dính 48 3.1.2.2. Mòn do hạt mài 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.1.2.3. Mòn do khuếch tán 49 3.1.2.4. Mòn do ôxi hoá 50 3.1.3. Mòn dụng cụ cắt và cách xác định 51 3.1.3.1. Mòn dụng cụ cắt 51 3.1.3.2. Cách xác định 53 3.1.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá sự mài mòn của dụng cụ cắt 54 * Chỉ tiêu mòn tối ưu 54 * Chỉ tiêu mòn công nghệ 55 3.1.4. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt khi tiện cứng 55 3.1.5. Kết luận 55 3.2. Tuổi bền của dụng cụ cắt 55 3.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 55 3.2.2. Các nhân t ố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 57 3.2.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt 57 3.2.2.2. Ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt 59 3.2.3. Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 60 3.2.4. Tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 62 Chương 4 63 Nghiên cứu thực nghiệm mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi 4.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 63 4.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 63 4.2.1. Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm 63 4.2.2. Mô hình thí nghiệm 64 4.2.3. Thiết bị thí nghiệm 65 4.2.3.1. Máy 65 4.2.3.2. Dao 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4.2.3.3. Phôi 66 4.2.3.4. Chế độ cắt 67 4.3. Thiết bị đo khác 67 4.3.1. Máy đo độ nhám bề mặt 67 4.3.2. Kính hiển vi điện tử 68 4.4. Thí nghi ệm xác định quan hệ mòn của mảnh dao theo chế độ cắt 68 4.4.1. Quy trình tiến hành thí nghiệm 68 4.4.2. Xử lý kết quả thí nghiệm 69 4.4.2.1. Xác định thời gian cắt cơ bản trong các lần cắt 69 4.4.2.2. Xây d ựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với thời gian cắt 70 4.4.2.3. Các hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử về mòn mảnh dao 71 4.4.2.4. Phân tích cơ chế mòn mảnh dao PCBN 76 4.4.2.5. Phân tích nhám bề mặt gia công 78 4.4.2.6. Phân tích kết quả và thảo luận 78 4.4.2.7. Kết luận 80 4.5. Nghiên cứu mối quan hệ giữa tuổi bền mảnh dao PCBN theo chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC qua tôi 82 4.5.1. Quá trình cắt thép 9XC bằng dao PCBN 82 4.5.2. Lựa chọn chế độ cắt cho nghiên cứu và tìm hàm quan hệ 83 4.6. Phần kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 88 4.6.1. Phần kết luận chung 88 4.6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 88 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ap: chiều dày 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 Kf: mức độ biến dạng của phoi θ: góc trượt γ (hay γn) 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: là 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 = Q2: nhiệt sinh ra trên mặt sau Qphoi: nhiệt truyền vào phoi Qdao: nhiệt truyền vào dao Qphôi: nhiệt truyền vào phôi Qmôi trường: nhiệt truyền vào môi trường 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 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 Φ: góc tạo phoi γ mt: 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 ∆Fc, ∆Ft: áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trền 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 τf: 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 Hv: độ biến cứng (N/mm2); S: diện tích bề mặt đầu đo kim cương ấn xuống (mm2) P: lực tác dụng của đầu kim cương (N) r: bán kính mũi dao hmin: chiều dày phoi nhỏ nhất φ1 Vw: thể tích mòn mặt sau Vcr: thể tích mòn mặt trước KF, KB, KT: các kích thước vùng mòn mặt trước hs: độ mòn giới hạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên T: thời gian cắt – tuổi bền của dụng cụ cắt (phút) ti: thời gian cắt cơ bản p: số các yếu tố thay đổi Ra, Rz: độ nhám bề mặt khi tiện n: số lần mài lại cho phép VLGC: vật liệu gia công VLDC: vật liệu dụng cụ HKC: hợp kim cứng xi: các ký hiệu mã hoá N: số thí nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình vẽ 1.1. Máy và quá trình cắt khô trong tiện cứng 2 Hình vẽ 1.2. Ký hiệu một số mảnh CBN dùng trong tiện cứng 3 Hình vẽ 1.3. Sơ đồ miền tạo phoi 8 Hình vẽ 1.4. Miền tạo phoi 10 Hình vẽ 1.5. Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau 11 Hình vẽ 1.6. Tính góc trượt θ 11 Hình vẽ 1.7. Hệ thống lực cắt khi tiện 13 Hình vẽ 1.8. Ảnh hưởng của góc ϕ tới lực cắt 15 Hình vẽ 1.9. Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao tới lực cắt 16 Hình vẽ 1.10. (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt (b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại 19 Hình vẽ 1.11. Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường phụ thuộc vào vận tốc cắt 20 Hình vẽ 1.12. Đường cong thực nghiệm của Boothroyd để xác định tỷ lệ nhiệt (β) truyền vào phôi 21 Hình vẽ 1.13. Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn 23 Hình vẽ 2.1. Chi tiết bề mặt vật rắn 26 Hình vẽ 2.2. Độ nhám bề mặt 29 Hình vẽ 2.3. Quan hệ giữa bán kính mũi dao và chiều sâu lớp biến cứng với các lượng chạy dao khác nhau (khi dao chua mòn) 34 Hình vẽ 2.4. Quan hệ giữa vận tốc cắt với chiều sâu lớp biến cứng ứng với các lượng mòn mặt sau khác nhau của dao tiện 35 Hình vẽ 2.5. Quan hệ giữa bán kính mũi dao, chiều sâu cắt và ứng suất dư lớp bề mặt 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình vẽ 2.6. Ảnh hưởng của thông số hình học của dao tiện tới nhám bề mặt khi gia công thép 41 Hình vẽ 2.7. Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia công thép 41 Hình vẽ 2.8. Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt 43 Hình vẽ 3.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục (a) và khi cắt gián đoạn (b) 48 Hình vẽ 3.2. Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện 51 Hình vẽ 3.3. Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng với thể tích 0,6c 1V .t 52 Hình vẽ 3.4. Các thông số đặc trưn g cho mòn mặt trước và mặt sau - ISO3685 53 Hình vẽ 3.5. Vùng mài lại của dụng cụ cắt 54 Hình vẽ 3.5. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau của dao thép gió S 12-1-4-5 dùng tiện thép AISI C1050, với t = 2mm. Thông số hình học của dụng cụ: α=80, γ=100, λ=40, χ=900, ε= 600, r=1mm, thời gian cắt T =30 phút. 57 Hình vẽ 3.6. Tuổi bền dụng cụ tính theo thể tích phoi được bóc tách 58 Hình vẽ 3.7. Tuổi bền dụng cụ tính bằng phút 59 Hình vẽ 3.8. Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh PCBN với góc trước γn 60 Hình vẽ 3.9. Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 60 Hình vẽ 3.10. Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 61 Hình vẽ 3.11. Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 61 Hình vẽ 4.1. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 64 Hình vẽ 4.2. Mô hình thí nghiệm 64 Hình vẽ 4.3. Máy tiện CNC- HTC2050 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình vẽ 4.4. Mảnh dao TPGN, 160308 T2001 66 Hình vẽ 4.5. Thân dao MTENN 2020K16-N (hãng CANELA) 66 Hình vẽ 4.6. (a), Phôi thép 9XC qua tôi cứng, (b,c) Ảnh quang học cấu trúc tế vi thép 9XC theo hai phương song song và vuông góc với trục 67 Hình vẽ 4.7. Đồ thị quan hệ giữa thời gian cắt và nhám Ra, Rz 71 Hình vẽ 4.8. 1(a,b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 1 sau 2,61 phút cắt; 1(c,d) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 1 được phóng to với các vết biến dạng dẻo bề mặt;1(e) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1;1(f) Hình ảnh mặt sau mảnh số 1được phóng to. 72 Hình vẽ 4.9. 2(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 2 sau 5,19 phút cắt; 2(b,c,d) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 2 được to;3(a,b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 3 sau 7,69 phút cắt; 3(c,d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 3. 73 Hình vẽ 4.10. 4(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 4 sau 10,09 phút cắt; 4(b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 4 được to;4(c,d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 4 ; 4(e,f) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 4 được phóng to. 74 Hìnhvẽ 4.11. 5(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 5 sau 12,36 phút cắt; 5(b,c) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 5 được to;5(d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 5 ; 5(e,f) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 5 được phóng to; 5(b) Hình ảnh cơ chế mòn mặt trước với sự bóc tách của lớp vật liệu dụng cụ. 75 Hình vẽ 4.12. 1(a) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1 sau 2,61 phút cắt; 3(b) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 3 sau 7,69 phút cắt;4(c) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 4 sau 10,09 phút cắt ; 5(d) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 5 sau 12,36 phút cắt. 76 Hình vẽ 4.13. Quy hoạch thực nghiệm theo khối lập phương 84 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ cắt 17 Bảng 1.2. Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ cắt 18 Bảng 1.3. Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ phủ 18 Bảng 2.1. Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt 31 Bảng 2.2. Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của các phương pháp gia công cơ 33 Bảng 3.1. Các thông số chế độ cắt khác nhau của Dawson và Thomas 58 Bảng 4.1. Thành phần các nguyên tố hoá học thép 9XC 67 Bảng 4.2. Chế độ cắt và các thông số nhám 69 Bảng 4.3. Thời gian cắt và các thông số nhám 70 Bảng 4.4. Bộ thông số chế độ cắt 83 Bảng 4.5. Ma trận thí nghiệm 85 Bảng 4.6. Ma trận 6 thí nghiệm thứ nhất 86 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =1= Mở đầu CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1. Giới thiệu về công nghệ tiện cứng Tiện cứng (hard turning) chính thức được giới thiệu ở nước ta vào năm 1988, tuy nhiên công nghệ này chưa có điều kiện phát triển mạnh. Cho tới những năm gần đây khi sự đổi mới về khoa học kỹ thuật đang trở thành tất yếu thì tiện cứng đã phát huy được vai trò to lớn của nó trong việc gia công tinh các sản phẩm thép qua tôi cứng. Các chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun và những chi tiết của hệ thống thuỷ lực,... sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc mài khôn. Các nguyên công này thường thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian. Hơn nữa chi phí dung dịch trơn nguội cho nguyên công mài cũng khá cao. Mặt khác chất thải khi mài ngày càng là vấn đề của môi trường sống. Những lý do trên đã thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công tinh chi tiết. Phương án tối ưu cho việc thay thế này chính là tiện cứng. Tiện cứng là một cách sử dụng dao bằng mảnh vật liệu siêu cứng CBN (Cubic boron nitride), PCBN, PCD hoặc Ceramic tổng hợp nhằm thay thế cho mài trong gia công thép qua tôi (thường ≥ 45HRC). Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá. Cấp chính xác khi tiện cứng có thể đạt IT5-7, nhám bề mặt Rz = 2 - 4 mµ , rõ ràng với chất lượng đạt được như vậy, tiện cứng hoàn toàn thay thế được cho mài trong hầu hết các trường hợp gia công công tinh các sản phẩm. Các sản phẩm trong tiện cứng khá linh hoạt, từ các chi tiết dạng trục trơn (các trục ngắn), con lăn,.. tới các chi tiết có biên dạng phức tạp hơn,.. Để áp dụng công nghệ này hệ thống máy, dao, đồ gá phải đảm bảo các yêu cầu như: Máy tiện đủ độ cứng vững, đủ tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp. Các máy tiện NC, CNC được khuyến cáo thực hiện công việc này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =2= Các máy tiện điều khiển bằng tay có thể được dùng nếu đáp ứng được các yêu cầu này. Đồ gá trong tiện cứng phụ thuộc vào biên dạng các sản phẩm yêu cầu. Nhìn chung các chi tiết gia công đều được cắt mà ít sử dụng đồ gá phụ vì lý do độ cứng vững cần có trong tiện cứng. Hơn nữa với các máy điều khiển số thì điều này không còn nhiều ý nghĩa. Các đồ gá phụ thường kèm theo các máy khi sản xuất. Dao tiện thường sử dụng là các mảnh lắp ghép với thân theo tiêu chuẩn của từng máy. Các mảnh có nhiều loại theo hình dạng, phần trăm lượng CBN, chất kết dính,..Khi hết tuổi bền các mảnh không thể mài lại như các dao thông thường. Chúng được thay ra hoặc xoay đi dùng lưỡi cắt mới (với mảnh nhiều lưỡi). Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là TPGN, CNMA, DNMA, TNG,..Các mảnh hợp kim cương thường là CCMT, CPGM,..nói chung hàm lượng CBN phụ thuộc vào nhà sản xuất. Người ta phân ra làm ba loại, hàm lượng cao (nhiều hơn 90% CBN), trung bình ( khoảng 72% CBN) và thấp (nhỏ hơn 60% CBN). Các mảnh có hàm lượng cao thường sử dụng cho tiện truyền thống để gia công các vật liệu mềm hơn như kim loại bột, gang và một số hợp kim đặc biệt. So với các mảnh carbide thì các mảnh CBN có giá thành cao hơn đáng kể ( từ 4 - 5 lần), song dao CBN lại có tuổi bền lớn hơn rất nhiều. Chi phí dao cụ Hình vẽ 1. Máy Emco Turn 332 Mcplus và Quá trình cắt khô trong tiện cứng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =3= sẽ không là trở ngại khi đã loại bỏ công đoạn mài tinh. Nhiều xưởng sản xuất còn nhận thấy việc giảm chi phí dung dịch trơn nguội do cắt khô đã bù đắp lượng chi phí cao hơn về dao. Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim cứng bề mặt stellites. Việc hợp kim stellites có thể gia công bằng tiện cứng đã mở rộng khả năng của tiện cứng kể cả trong công việc sửa chữa. Vật liệu điển hình được tiện cứng là các thép hợp kim qua tôi cứng. Hình vẽ 2. Ký hiệu một số mảnh CBN dùng trong tiện cứng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên =4= Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ cắt thấp hơn quy định thì mảnh CBN sẽ bị mòn nhanh và hư hỏng. Thông thường chế độ cắt khuyến cáo là: với tiện tinh độ cứng vật liệu từ 55 - 67HRC, V = 80 - 160 (m/ph), S = 0,04 - 0,08 (mm/vg); t = 0,1 - 0,5mm với tiện chính xác độ cứng vật liệu từ 45 - 60HRC, V= 120 - 180 (m/ph), S = 0,02 - 0,04 (mm/vg), t = 0,02 - 0,3mm [ ]1 . Nhiều nhà máy chế tạo ổ đỡ, bánh răng, con lăn và trục bằng thép đã tôi sử dụng chế độ cắt này. Họ có thể đạt dung sai kích thước đến mm01,0± hoặc cao hơn nếu thời gian chế tạo lâu hơn và nhám bề mặt rất nhỏ. Ngoài ra giá thành máy mài có thể đắt gấp 2-3 lần máy tiện. Trong nhiều phân xưởng hiện nay họ đã thay thế tiện cứng cho mài truyền thống. Đồng thời khi sử dụng tiện cứng thời gian chu kỳ và điều chỉnh ngắn hơn nhiều so với mài. Qua đó có thể kết luận rằng, việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công tinh lần cuối đã mang lại những lợi ích sau: - Giảm thời gian và chu kỳ gia công một sản phẩm. - Giảm chi phí đầu tư thiết bị. - Tăng độ chính xác gia công. - Đạt độ nhẵn bề mặt cao hơn. - Cho phép nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu (từ 2 - 4 lần). - Gia công được các contour phức tạp. - Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá. - Có thể chọn gia công có hoặc không có dụng dich trơn nguội. Gia công khô giảm chi phí gia công và không có chất thải ra môi trường. Một lợi thế quan trọng nữa khi tiện cứng đó là việc tạo ra một lớp ứng suất dư nén khi gia công, điều này đặc biệt có lợi với những chi tiết yêu cầu độ bền mỏi cao. Điều này với mài lại là một bất lợi. Mặc dù vậy tiện cứng cũng có những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ yếu cắt khô nên nhiệt rất cao, dụng cụ có lưỡi cắt đơn nên quá trình cắt không ổn định, chi phí dụng cụ cắt cao, khi gia công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằm Số hóa bởi Trung