Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP







PHẠM NGỌC THÀNH







KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA THÉP LÀM KHUÔN ĐÃ
QUA TÔI KHI PHAY CỨNG







LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Thái Nguyên – 2015


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực
và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những
phần tham khảo đã đƣợc ghi rõ trong Luận văn.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 12 năm 2014
Tác giả


Phạm Ngọc Thành















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo PGS.TS.
Nguyễn Đình Mãn - Thầy giáo TS. Trần Quốc Hùng. Thầy hƣớng dẫn khoa
học của tôi về sự định hƣớng đề tài, sự hƣớng dẫn tận tình của Thầy trong
việc tiếp cận và khai thác các tài liệu cũng nhƣ những chỉ bảo trong quá trình
tôi làm thực nghiệm và viết luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy
cô đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi đƣợc tiến hành thí nghiệm tại
Trung tâm thí nghiệm của Trƣờng ĐHKTCN trong suốt quá trình hoàn thành
luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn cán bộ Khoa Sau đại học của
trƣờng, 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.
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.
Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên
chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong muốn
sẽ nhận đƣợc những chỉ dẫn từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để
luận văn đƣợc hoàn thiện và có ý nghĩa hơn nữa trong thực tiễn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả


Phạm Ngọc Thành





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
LỜI CẢM ƠN 3
MỤC LỤC 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 7
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP 9
PHẦN MỞ ĐẦU 11
1. Tính cấp thiết của đề tài. 11
2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 14
2.1. Mục đích của đề tài 14
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu 14
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 14
3. Ý nghĩa của đề tài 15
3.1. Ý nghĩa khoa học 15
3.2. Ý nghĩa thực tiễn 15
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG 15
1.1. Khái niệm về quá trình phay 15
1.2. Các yếu tố cắt của dao phay 17
1.2.1. Chiều sâu cắt ap 18
1.2.2. Lƣợng chạy dao S 18
1.2.3. Vận tốc cắt khi phay 18
1.2.4. Chiều sâu phay t 19
1.2.5. Chiều rộng phay B 19

1.2.6. Góc tiếp xúc

19
1.2.7. Chiều dày cắt a khi phay 20
1.3. Các thành phần lực cắt khi phay 20
1.4. Quá trình phay cứng 22
1.5. Kết luận chƣơng 1 25
CHƢƠNG 2: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT 26
2.1. Mòn của dụng cụ khi phay 26
2.2. Ma sát và mòn của dụng cụ phủ 27
2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ 27
2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ 28
2.3. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 29
2.4. Mòn dao khi phay cứng 31
2.5. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ 32

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2.5. Mòn và tuổi bền của dụng cụ khi phay cứng 33
2.5.1. Mòn của dao khi phay cứng 33
2.5.2. Tuổi bền của dao khi phay cứng 34
2.6. Kết luận chƣơng 2 34
CHƢƠNG 3 : CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG 35
3.1. Khái niệm về chất lƣợng bề mặt gia công 35
3.1.1. Khái niệm 35
3.1.2. Cơ lý tính lớp bề mặt 35
3.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến nhám bề mặt khi phay cứng 38
3.3. Ảnh hƣởng của độ nhám bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết máy 39
3.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu về độ nhám bề mặt 39
3.4.1. Nghiên cứu nhám bề mặt dựa trên thực nghiệm 40

3.4.2. Nghiên cứu dựa trên các mô hình mô phỏng 48
3.5. Kết luận chƣơng 3 57
CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 60
4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 60
4.1.1. Lý thuyết thực nghiệm. 60
4.1.1.1. Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm 60
4.1.1.2. Các loại thí nghiệm 60
4.1.1.3. Lựa chọn thiết kế thí nghiệm 61
4.1.2. Cơ sở lý thuyết 61
4.1.2.1. Thực nghiệm tối ƣu hoá 61
4.1.2.2. Tiến trình tối ƣu hoá 62
4.1.2.3. Mức độ phù hợp của mô hình 63
4.1.2.4. Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu 63
4.1.2.5. Phƣơng pháp đo và tổng hợp kết quả đo 64
4.1.3. Các giới hạn của thí nghiệm 64
4.1.4. Các thông số đầu vào của thí nghiệm 65
4.1.5. Các hàm mục tiêu 66
4.1.6. Chọn dạng hàm hồi quy 66
4.1.7. Xây dựng ma trận thí nghiệm 66
4.1.8. Trang thiết bị thí nghiệm 67
4.1.8.1. Máy thí nghiệm 67
4.1.8.2. Dụng cụ cắt thí nghiệm 69
4.1.8.3. Phôi 70
4.1.8.4. Dụng cụ đo kiểm 70
4.2. Tiến hành thí nghiệm 70

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

4.3. Xử lý kết quả thí nghiệm 71
4.3.1. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu nhám bề mặt 71

4.3.2. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và nhám bề mặt 73
4.3.3. Phân tích biểu đồ và lời khuyên công nghệ 74
4.4. Kết luận chƣơng 4 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77


































Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

KÍ HIỆU
Ý NGHĨA
γ
Góc trƣớc

Góc tác động

1

Góc trƣợt

Góc cắt
t
Ciều sâu cắt
S
Lƣợng chạy dao
V
Vận tốc cắt

Ra
Độ nhám bề mặt
L
Chiều dài phoi
L
o

Chiều dài cắt
a
1

Chiều dầy phoi thực tế
a
Chiều dầy phoi lý thuyết
R
Tổng hợp lực tác dụng lên dao
R
o

Lực tổng hợp pháp tuyến
R
1

Tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau
N
Lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trƣớc
F
o

Lực ma sát của phoi lên mặt trƣớc

N'
Lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau
F
o

Lực ma sát của phoi lên mặt sau
P
x

Thành phần lực cắt theo phƣơng X

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

P
y

Thành phần lực cắt theo phƣơng Y
P
z

Thành phần lực cắt theo phƣơng Z
n
Số vòng quay của trục chính
A
Công hớt phoi
P
s

Lực trong mặt phẳng trƣợt
Q

Nhiệt lƣợng tỏa ra trong quá trình cắt

o

Độ mòn dao

Thời gian làm việc của dao
ϕ
Góc nghiêng chính của dao

Góc sau
D
Đƣờng kính dao phay
P
Lực vòng



















DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

TT
Bảng số
Nội dung
Trang
1
Bảng 4.1
Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt V, S
cho thực nghiệm
51
2
Bảng 4.2
Ma trận thí nghiệm
53
3
Bảng 4.3
Thông số kỹ thuật cơ bản của máy
54
4
Bảng 4.4
Thành phần các nguyên tố hoá học thép SKD11
57
5

Bảng 4.5
Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác định
tuổi bền của dao
58
























DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP
Hình 1.1. Dao phay trụ răng xoắn 16

Hình 1.2. Dao phay mặt đầu 17
Hình 1.3. Dao phay răng nhọn và dao phay hớt lƣng 17

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Hình 1.4. Các yếu tố cắt khi phay 17
Hình 1.5: Tốc độ cắt khi phay 18
Hình 1.6: Góc tiếp xúc khi phay: (a) Bằng dao phay trụ; (b) Bằng dao phay
mặt đầu 20
Hình 1.7: Lực tác dụng lên răng dao phay trụ răng xoắn 22
Hình 1.8: Máy phay CNC 23
Hình 1.9. Hình dạng – kích thƣớc chế tạo của thân dao kí hiệu TRM4 và
mảnh ghép hãng Mitssubishi- Nhật Bản [2] 23
Hình 1.10. Dao phay rãnh có gắn mảnh ghép hãng Sandvik [2] 24
Hình 2.1: Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Mamin. 28
Hình 2.2: Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục 30
Hình 2.3: Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt gián đoạn 30
Hình 2.4: Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trƣớc của dụng cụ thép gió phủ
TiN 31
Hình 2.5: Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr 32
Hình 2.6. (a) Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt dao
tiện 33
(b) Dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi cải thiện. 33
Hình 3.1. Kính hiển vi đo độ nhám 37
Hình 3.2. Máy đo độ nhám 37
Hình 3.3. Thử nghiệm thiết lập, thu thập dữ liệu và điều chỉnh 41
Hình 3.4. Cảm biến vị trí của sensor điều khiển tích hợp cho trục chính 42
Hình 3.5. Mô hình và quá trình thí nghiệm 2-D VAMEM 43
Hình 3.6. Mòn dụng cụ cắt: (a) không có rung động , (b) có các rung động 44
Hình 3.7. Độ nhám bề mặt với biên độ và tần số rung động khác nhau [13] . 44

Hình 3.8. Kết thúc phay (a) dụng cụ mới; (b) và (c) sau khi cắt 1 đoạn 150
mm; (b) bằng tia laser và ( c) không có laser ( tốc độ cắt: 32m/phút,
chiều sâu trục cắt: 25 μm, chiều sâu cắt 1 μm/flute, công suất: 7,5
W), 46
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt và chiều rộng phoi 47
Hình 3.10. Mô tả lƣỡi cắt 50
Hình 3.11. Tạo khối 3D phoi và phôi 50
Hình 3.12. Thí nghiệm và kết quả mô phỏng 51
Hình 3.13. Mối quan hệ giữa thiết lập phôi với hƣớng cắt. FX: ăn dao theo
phƣơng x (N), FY: chọn lƣợng ăn dao phƣơng y (N), FZ: trục cắt
chính (N). 52
Hình 3.14. 2D profiles độ nhám bề mặt của các định hƣớng đƣờng cắt, đo dọc
theo một hƣớng lựa chọn ăn dao 53
Hình 3.15. Ứng dụng 3D FEM mô phỏng trong gia công phay 54
Hình 3.16. Ứng suất không đều của phoi trong quá trình bóc tách 54
Hình 3.17. So sánh giữa FEM (a) và dùng giải tích (b) đƣờng cong của lực cắt
để 55
phay 2 đƣờng răng 55

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Hình 3.18. Mô hình dụng cụ cắt không phủ WC/Co và phủ CBN 56
Hình 3.19. So sánh dự đoán của phân bố nhiệt độ (TºC) 56
Hình 3.20. So sánh dự đoán tỉ lệ phân bố phủ CBN và không phủ WC/Co 56
Hình 3.21. Tối ƣu các thông số phay micro biểu diễn trong không gian hàm
toán học (bên trái) và không gian giải pháp (bên phải) 57
Hình 4.1 . (a) Sơ đồ thí nghiệm 2
2
; (b) 4 thí nghiệm dọc trục và 1 thí nghiệm
trung tâm; (c) Thí nghiệm CCD 64

Hình 4.3. Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao 73
và nhám bề mặt 73
Hình 4.4. Biểu đồ đƣờng mức quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và nhám
bề mặt 74













PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Phay cứng đƣợc hiểu là phay các chi tiết có độ cứng cao (45  70 HRC),
có thể tiến hành với điều kiện cắt khô (dry – không sử dụng dung dịch trơn
nguội) hoặc gần giống nhƣ cắt khô và phổ biến sử dụng dao gắn mảnh Nitrit
Bo lập phƣơng đa tinh thể (PCBN – Polycrystalline Cubic Boron Nitride, hay

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vẫn thƣờng đƣợc gọi là CBN – Cubic Boron Nitride). Ngƣời ta cho rằng, sự
ra đời và phát triển của vật liệu dụng cụ cắt CBN nhƣ là một giải pháp tối ƣu
cho phay cứng. Bởi vật liệu CBN có độ cứng rất cao chỉ thấp hơn so với kim
cƣơng, nhƣng không giống nhƣ kim cƣơng CBN có tính ổn định và bền nhiệt

cao (hơn 1000
0
C). Mặt khác, CBN có thể tạo hình với các hình dạng và kích
thƣớc khác nhau…
Công nghệ phay cứng đã và đang phát triển đầy tiềm năng với những ƣu
điểm có thể so sánh (trong nhiều trƣờng hợp có thể thay thế cho mài) với
công nghệ mài – một phƣơng pháp gia công tinh lần cuối mang tính truyền
thống đối các thép có độ cứng cao.
Việc áp dụng công nghệ phay cứng để gia công lần cuối các chi tiết so
với công nghệ mài có các ƣu điểm nổi bật sau:
- Giảm thời gian chu kỳ gia công một sản phẩm.
- Giảm chi phí đầu tƣ thiết bị.
- Tăng độ chính xác.
- Đạt độ bóng bề mặt cao.
- Cho phép nâng cao tốc độ bóc vật liệu (từ 2 - 4 lần), nâng cao năng
suất gia công.
- Gia công đƣợc các contour phức tạp.
- Cho phép thực hiện nhiều bƣớc gia công trong cùng một lần gá.
- Phay cứng có khả năng tạo ra lớp bề mặt có ứng suất dƣ nén (lớp bề
mặt này có tác dụng nâng cao sức bền mỏi của chi tiết máy).
Hơn nữa, thông thƣờng nhƣ trƣớc đây những chi tiết nhƣ vòng ổ lăn, vòi
phun, bánh răng, cam và những chi tiết của hệ thống thủy lực .v.v… sau khi
nhiệt luyện phải qua công đoạn mài, mài khôn. Những công đoạn này thiếu
tính linh hoạt và tốn nhiều thời gian. Một hạn chế nữa là chi phí cho dung
dịch trơn nguội của các công đoạn mài khá cao. Những lý do trên làm tăng chi
phí cho các công đoạn gia công chính xác. Mặt khác chất thải ra khi mài gây ô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

nhiễm môi trƣờng, thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy

trình công nghệ gia công chi tiết.
Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài phay cứng ngày
càng đƣợc các nhà sản xuất yêu thích hơn.
Tuy nhiên phay cứng cũng có những nhƣợc điểm cần lƣu ý nhƣ: do chủ
yếu là cắt khô nên nhiệt của quá trình rất cao, chi phí dụng cụ cắt cao (mảnh
CBN đắt hơn so với mảnh cacbide khoảng 4-5 lần), khi gia công các chi tiết
có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằm ngoài vùng cho phép, khi chiều
sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới hạn (t
min
) thì quá trình cắt không thể thực
hiện đƣợc.
Việc áp dụng phay cứng thay cho mài đang trở nên khá phổ biến trên thế
giới bởi những ƣu điểm nổi bật của nó, nhất là hiện nay vấn đề môi trƣờng
đang đƣợc sự quan tâm đặc biệt của toàn thế giới. Ở nƣớc ta, phay cứng đã và
đang đƣợc áp dụng và phát triển khá mạnh, các chi tiết nhƣ con lăn trong các
dây truyền cán thép, chày cối dập thuốc, vòng ổ v.v… cũng đã đƣợc gia công
lần cuối bằng tiện cứng thay cho mài.
Việc nghiên cứu ảnh hƣởng của các nhân tố đến quá trình phay cứng,
phân tích các quá trình vật lý trong phay cứng đã và đang đƣợc quan tâm, tiến
hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu cũng nhƣ các trƣờng đại học trên
thế giới.
Chất lƣợng bề mặt gia công là một trong những yêu cầu quan trọng nhất
đối với chi tiết máy vì nó ảnh hƣởng trực tiếp đến khả năng làm việc, độ bền,
độ bền mòn cũng nhƣ tuổi thọ của chi tiết máy. Quá trình tạo lớp bề mặt gia
công có chất lƣợng bằng phƣơng pháp gia công cơ chịu ảnh hƣởng của nhiều
yếu tố công nghệ. Việc nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ khi
phay cứng đến chất lƣợng bề mặt gia công là cần thiết đối với ngành cơ khí.
Chế độ cắt có ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến chất lƣợng bề mặt khi phay
thép làm khuôn đã qua tôi ( SKD11 hoặc SKD61). Việc tìm ra bộ chế độ cắt


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tối ƣu để đạt chất lƣợng bề mặt tốt nhất cho quá trình này đang là yêu cầu cần
thiết của các nhà sản xuất.
Từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu “Khảo sát chất lƣợng
bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng”
2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích của đề tài
- Xác định đƣợc độ ảnh hƣởng các yếu tố của chế độ cắt (t, s, v) đến độ
nhám bề mặt thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng.
- Xác định đƣợc chế độ cắt đáp ứng theo chỉ tiêu độ nhám bề mặt gia công.
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu
Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến độ nhám lớp bề mặt thép làm khuôn
SKD11 đã qua tôi khi phay cứng bằng dao phay gắn mảnh CBN.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp nghiện cứu:
+ Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm
Khảo sát ảnh hƣởng của chế độ cắt ( v, s, t ) đến độ nhám bề mặt của
thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng có sự thay đổi gì sau mỗi lần thay
đổi thông số cắt. Từ đó so sánh các thông số để lựa chọn đƣợc bộ thông số
phù hợp nhất.
Nghiên cứu thực nghiệm: Gia công chi tiết trên máy phay CNC, với
phôi thép hợp kim SKD11 đã qua tạo hình dáng và tôi đạt độ cứng 45 ÷
50HRC, dụng cụ cắt là dao phay CBN hai lƣỡi cắt ký hiệu VP15TF (dao phay
mặt đầu) của hãng Mitsubishi –Nhật Bản.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học

- Bằng cách nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài sẽ
làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình gia công thép
hợp kim đã qua tôi.
- Các phƣơng pháp nâng cao độ nhám bề mặt chi tiết gia công hiện nay
vẫn đƣợc các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc quan tâm nghiên cứu. Đề tài
sẽ đóng góp một số kết quả vào hƣớng nghiên cứu này.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu ảnh hƣởng của thông số chế độ cắt đến độ nhám bề mặt của
thép làm khuôn SKD11 đã qua tôi khi phay bằng dao phay gắn mảnh CBN để
lựa chọn các thông số tối ƣu khi gia công. Vì thế nghiên cứu này có thể đƣợc
ứng dụng khi phay tinh thép làm khuôn trên máy công cụ CNC.











CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG
1.1. Khái niệm về quá trình phay
Phay là phƣơng pháp gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn
cấp 4 - 3 và độ bóng không hơn cấp 6; là một trong những phƣơng pháp gia
công đạt năng suất cao nhất.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Bằng phƣơng pháp phay, ngƣời ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định
hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt xoay tròn, trục then hoa, cắt
ren, bánh răng Dụng cụ để cắt kim loại khi phay goi là dao phay.
Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lƣỡi nên quá trình cắt ngoài
những đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện còn có những đặc điểm sau:
- Do có một số lƣỡi cùng tham gia cắt nên năng suất khi phay cao.
- Lƣỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lƣợng
thân dao thƣờng lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt.
- Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động
trong quá trình cắt.
- Do lƣỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động nên khả
năng tồn tại lẹo dao ít.













Hình 1.1. Dao phay trụ răng xoắn
( Mặt trƣớc 1; mặt sau 2; cạnh viền 3; lƣng rang 4; lƣỡi cắt xoắn 5 )




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Hình 1.2. Dao phay mặt đầu







Hình 1.3. Dao phay răng nhọn và dao phay hớt lưng

1.2. Các yếu tố cắt của dao phay

Hình 1.4. Các yếu tố cắt khi phay



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.2.1. Chiều sâu cắt ap
Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công với bề mặt chƣa gia công đo theo
phƣơng vuông góc với bề mặt đã gia công sau một lát cắt.
1.2.2. Lƣợng chạy dao S
Lƣợng chạy dao răng S
z
(mm/răng): Là lƣợng chạy dao xác định khi dao
quay đƣợc một góc răng.
Lƣợng chạy dao vòng S

v
(mm/vòng): Là lƣợng chạy dao xác định sau khi
dao quay đƣợc một vòng.
Lƣợng chạy dao phút S
ph
(mm/phút): Là lƣợng chạy dao xác định trong
một phút.
Giữa chúng có quan hệ nhƣ sau: S
v
= Z . S
z
(1 – 1)
S
ph
= n . S
v
= n . Z . S
z
(1 – 2)
1.2.3. Vận tốc cắt khi phay
Trong quá trình phay do sự phối hợp của hai chuyển động tạo hình,
chuyển động quay của dao và chuyển động tịnh tiến của chi tiết gia công.









Hình 1.5: Tốc độ cắt khi phay
Tốc độ cắt khi phay đƣợc biểu diễn:

)( 2
22
snnnc
snc
VVCosVV
sn
V
VVV
VV


(1-3)
s
V
s
V
n
V
c
y
n
dao
Chi tiÕt
D

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Dấu (+) ứng với trƣờng hợp phay nghịch. Dấu (-) ứng với trƣờng hợp
phay thuận.
Trong đó:
)/(
1000
phm
Dn
V
n


(1 – 4)

)/( phmnZSV
zs

(1 – 5)
Thực tế thì giá trị của
s
V
rất nhỏ so với
n
V
khi tính toán chế độ cắt ngƣời
ta thƣờng bỏ qua lƣợng
s
V
khi đó công thức (1-3) có dạng:

)/(

1000
phm
Dn
VV
nc


(1 – 6)
1.2.4. Chiều sâu phay t
Là kích thƣớc lớp kim loại đƣợc cắt đi, đo theo phƣơng vuông góc với
lực của dao phay ứng với góc tiếp xúc

.
Khi phay bằng dao phay hình trụ răng thẳng và xoắn, dao phay đĩa, dao
phay định hình, dao phay góc thì chiều sâu phay trùng với chiều sâu cắt t
0

Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đƣờng kính
dao, khi phay bề mặt vuông góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt t
0

Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì chiều sâu phay t
0

đƣợc đo ứng với góc tiếp xúc

, còn khi phay đối xứng chiều sâu phay bằng
chiều rộng chi tiết.
1.2.5. Chiều rộng phay B
Là kích thƣớc lớp kim loại đƣợc cắt đo theo phƣơng chiều trục của dao

phay. Khi cắt bằng dao phay hình trụ thì chiều rộng phay bằng chiều rộng chi
tiết, khi phay rãnh bằng dao phay đĩa thì chiều rộng phay bằng chiều dày dao
phay (hay chiều rộng rãnh); Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều rộng
phay bằng chiều sâu rãnh, khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì
chiều rộng phay bằng chiều sâu cắt t
0
(B = t
0
).
1.2.6. Góc tiếp xúc


Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc l giữa dao và chi tiết

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu








Hình 1.6: Góc tiếp xúc khi phay: (a) Bằng dao phay trụ; (b) Bằng dao phay mặt đầu
Khi phay bằng dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay định hình
góc tiếp xúc đƣợc tính theo công thức sau:
D
t
Cos
2

1

hay
D
t



2
cos1
sin


(1-7)
Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:
)1
2
(
2
)1
2
(1
2
2



D
t
arcSin

D
t
arcSin
D
t
Sin






(1-8)
1.2.7. Chiều dày cắt a khi phay
Chiều dày cắt a khi phay là một trong những yếu tố quan trong của quá
trình phay. Chiều day cắt khi phay là khoảng cách giữa 2 vị trí của quỹ đạo
chuyển động của một điểm trêm lƣỡi cắt ứng với lƣợng chạy dao răng S
z
.
Ở trên ta coi gần đúng quỹ đạo chuyển động tƣơng đối của lƣỡi cắt là
đƣờng tròn, do đó chiều dày cắt a đƣợc đo theo phƣơng đƣờng kính của dao.
Trong quá trình phay, chiều dày cắt a biến đổi từ trị số a
min
đến a
max

hoặc từ a
max
đến a
min

tùy theo phƣơng pháp phay.
1.3. Các thành phần lực cắt khi phay
- Lực cắt tổng R tác dụng lên một răng dao phay cũng nhƣ lực cắt khi
tiện có thể đƣợc phân tích những lực thành phần theo các phƣơng xác định.
- Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng ta có:
zr
PPR 
hoặc
nd
PPR 

l
t
D
2

O
n
D
2
O
n
s
t
t
2
t
2



a) b)
s

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


z
P
-Lực vòng hay còn gọi là lực tiếp tuyến. Nó là lực cắt chính để tạo phoi,
khi thiết kế hay kiểm tra ngƣời ta tính toán động lực học của máy theo P
z
.

r
P
-Lực hƣớng kính tác dụng vuông góc với phƣơng trục chính của máy
phay. Nó có xu hƣớng làm võng trục gá dao, đồng thời nó tạo ra một áp lực
trên các ổ của trục chính, do đó gây ra momen ma sát phụ trên ổ. Khi tính
toán sức bền trục gá dao cũng nhƣ tính toán ổ trục chính phải dùng lực này.

d
P
-Thành phần lực thẳng đứng, tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà
nó có tác dụng đè chi tiết xuống hay nâng chi tiết lên. Qua P
d
ngƣời ta có thể
tính kết cấu đồ gá kẹp chi tiết và tính áp lực trên bề mặt của sống trƣợt bàn
máy phay.
Từ hình 1.7, ta có quan hệ sau:
irizd

PPP

cossin 
(1-9)
Dấu (+) khi phay thuận, dấu (-) khi phay nghịch.

n
P
-Thành phần lực nằm ngang hay là lực chạy dao vì nó có phƣơng trùng
với phƣơng chạy dao. Tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác
dụng tăng hay khử độ giơ của cơ cấu truyền động vít me đai ốc. Tính toán cơ
cấu chạy dao cũng nhƣ đồ gá kẹp chi tiết tiến hành theo lực này ta có:

irizn
PPP

sincos 
(1-10)
Dấu (+) khi phay nghịch, dấu (-) khi phay thuận.
Mối quan hệ giữa các lực trên trong điều kiện tiêu chuẩn có giá trị gần
đúng đối với dao phay trụ răng thẳng và xoắn.
Khi phay thuận:
zdznzr
PPPPPP )9,07,0(;)9,08,0(;)8,06,0( 

Khi phay nghịch:
zdznzr
PPPPPP )3,02,0(;)2,10,1(;)8,06,0( 








Số hóa bởi Trung tâm Học liệu







Hình 1.7: Lực tác dụng lên răng dao phay trụ răng xoắn
Nếu ta ký hiệu Q là lực tổng tác dụng lên răng xoắn thì nó có thể đƣợc
biểu diễn nhƣ sau:
0
PRQ 
hay
zN
PPQ 
(1-11)

R
-Thành phần lực tác dụng trong mặt phẳng vuông góc với trục dao
theo hình 1-9a, giống nhƣ dao răng thẳng ta có:
zr
PPR 



N
P
-Thành phần lực tác dụng vuông góc với lƣỡi cắt.

s
P
- Thành phần lực dọc trục theo lƣỡi cắt đƣợc tạo ra do ma sát của
phôi trên mặt trƣớc dao theo phƣơng xoắn vít, do đó gây ra sự co rút phoi
theo chiều rộng lớp cắt.
0
P
-Lực chiều trục.
Các thành phần lực trên phụ thuộc góc xoắn

và phƣơng răng, giữa
P
0
, P
z
và P
s
có quan hệ nhƣ sau: P
0
= 0,28P
z
tg

(1-12)
P
s

= 0,28P
z
sin

(1-13)
Chiều của lực P
0
và P
s
phụ thuộc phƣơng của rãnh xoắn. Độ lớn của
chúng ngoài phụ thuộc vào P
z
còn phụ thuộc vào góc


1.4. Quá trình phay cứng
Phay cứng là tên gọi của phƣơng pháp gia công phay các chi tiết đã qua
tôi (thƣờng là thép hợp kim) có độ cứng cao khoảng 40 ÷ 70 HRC [1].
Phƣơng pháp này có thể sử để thay thế một số phƣơng pháp gia công khác
nhƣ mài, gia công bằng xung điện…Khi chi tiết có hình dạng tƣơng đối phức
tạp. Phay cứng cho năng suất cao với vốn đầu tƣ ban đầu thấp hơn nhiều, vật
liệu làm dao phay cứng là các vật liệu phun phủ nhƣ: TiN, TiAlN, CBN

P
s
P
0
P
N
R

Q
R
P
z
P
0
P
s
P
r
(a) (b)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

(Cubic Boron Nitride )… với vật liệu nền là thép gió hoặc thép hợp kim cứng
để làm tăng khả năng cắt gọt của chúng.
Phƣơng pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng
một lần gá. Cấp chính xác khi phay cứng đạt IT6 và độ bóng bề mặt (Rz = 2 -
4 μm), có thể so sánh với chất lƣợng khi mài. Khi gia công thép đã tôi, ngƣời
ta thƣờng gia công khô hoàn toàn. Để thực hiện phay cứng thì máy phay phải
cứng vững, dụng cụ cắt bằng vật liệu siêu cứng, tốc độ quay trục chính và
công suất phù hợp. Máy phay CNC đƣợc lựa chọn để thực hiện công việc
phay cứng.

Hình 1.8: Máy phay CNC
Các mảnh hợp kim thƣờng sử dụng cho phay cứng là: CBN, CNGA, DNGA,
VNGA. Vật liệu phun phủ nhƣ: TiAl, TiN…

Hình 1.9. Hình dạng – kích thước chế tạo của thân dao kí hiệu TRM4 và mảnh ghép
hãng Mitssubishi- Nhật Bản [2]



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Hình 1.10. Dao phay rãnh có gắn mảnh ghép hãng Sandvik [2]
Việc áp dụng công nghệ phay cứng để gia công tinh các chi tiết mang lại
những lợi ích sau:
Giảm chi phí đầu tƣ thiết bị
Giảm chu kì gia công một sản phẩm
Tăng độ chính xác
Đạt độ bóng bề mặt cao
Phay tinh thép hợp kim qua tôi (phay cứng) là một phƣơng pháp gia
công cơ có thể đạt đƣợc chất lƣợng bề mặt cao và đƣợc sử dụng tƣơng đối
phổ biến để thay thế cho mài trong trƣờng hợp:
- Nguyên công mài không thể hoặc khó có thể thực hiện đƣợc do đặc
điểm của bề mặt gia công (bề mặt phức tạp, kích thƣớc dọc trục của bề mặt
gia công quá nhỏ )
- Nhƣợc điểm cơ bản của phƣơng pháp mài là ảnh hƣởng của nhiệt cắt
tới chất lƣợng lớp bề mặt lớn và tạo ra trong lớp bề mặt ứng suất dƣ kéo làm
giảm độ bền mỏi của chi tiết máy. Do đó với những chi tiết có yêu cầu cao về
độ bền mỏi thì tiện cứng có nhiều ƣu điểm hơn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.5. Kết luận chƣơng 1
Phay truyền thống trên máy vạn năng và gia công thông thƣờng là một
phƣơng pháp cho năng suất cao nhƣng chất lƣợng bề mặt không cao. Do vậy
phƣơng pháp này thƣờng dùng cho gia công thô và bán tinh.
Ngày nay, việc mở rộng khả năng công nghệ của phƣơng pháp gia công

bằng phay là một hƣớng nghiên cứu trong gia công vật liệu do sự phát triển
của công nghệ vật liệu đang tạo ra nhiều loại vật liệu dụng cụ mới cùng với
các biện pháp công nghệ bề mặt tiên tiến.
Chế độ cắt khi gia công có ảnh hƣởng rất nhiều đến chất lƣợng bề mặt
của chi tiết gia công cũng nhƣ năng suất và giá thành của sản phẩm. Do vậy,
đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt đến chất lƣợng bề mặt
của chi tiết gia công khi phay cứng thép làm khuôn đã qua tôi SKD11, từ đó
đƣa ra chế độ cắt tối ƣu cho quá trình này.
Từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu “Khảo sát chất
lượng bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng ”