PHỤ LỤC
Nội dung

Trang

Phụ lục

1

Phần mở đầu

4

Chƣơng 1: Vật liệu dụng cụ cắt và cơ sở vật lý của quá trình cắt

6

1.1: Các loại dụng cụ thƣờng dùng trong ngành chế tạo máy

6

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

6

1.1.2: Các loại vật liệu dụng cụ

7

1.1.2.1: Thép Các bon dụng cụ.

8

1.1.2.2 : Thép hợp kim dụng cụ

9

1.1.2.3 : Thép gió

11

1.1.2.4 : Hợp kim cứng

13

1.1.2.5 : Vật liệu gốm

15

1.1.2.6 : Vật liệu tổng hợp

17

1.2 : Cơ sở vật lý quá trình cắt kim loại

19

1.2.1 : Cấu tạo tinh thể của kim loại

19


1.2.1.1 : Cấu tạo nguyên tử

19

1.2.1.2 : Liên kết kim loại

20

1.2.1.3 : Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại

21

1.2.2 : Sự biến dạng của kim loại

22

1.2.2.1 : Biến dạng dẻo của đơn tinh thể

25

1.2.2.2 : Biến dạng dẻo của đa tinh thể

26

1.2.3 : Quá trình cắt và tạo phoi

28

1.2.3.1 : Ý nghĩa của quá trình tạo phoi


28

1.2.3.2 : Trạng thái biến dạng miền tạo phoi

28

1


1.2.3.3: Sơ đồ tạo phoi

30

1.2.3.4: Trạng thái ứng suất ở miền tạo phoi

31

1.2.3.5: Ý nghĩa của góc trượt

33

1.2.3.6: Kết luận

34

1.2.4: Các loại phoi

34

1.2.4.1: Phoi xếp


34

1.2.4.2: Phoi dây

35

1.2.4.3: Phoi vụn

35

1.2.5: Sự co rút phoi và các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ số co rút phoi

36

1.2.5.1: Ảnh hưởng của vật liệu gia công

37

1.2.5.2: Ảnh hưởng của góc 

38

1.2.5.3: Ảnh hưởng của góc nghiêng chính 

39

1.2.5.4: Ảnh hưởng của chế độ cắt

40


1.2.6: Hiện tƣợng lẹo dao

42

1.2.7: Kết luện

44

Chƣơng 2: Thông số hình học của dụng cụ

45

2.1 : Kết cấu của dụng cụ cắt kim loại

46

2.2 : Thông số hình học của dụng cụ cắt

47

2.2.1 : Khái niệm

47

2.2.2 : Thông số hình học của dao khi thiết kế

48

2.2.3 : Sự thay đổi góc độ dao khi cắt


50

Chƣơng 3 : Chất lƣợng bề mặt gia công

52

3.1 : Các yếu tố đặc trƣng

52

3.2 : Tính chất hình học của bề mặt gia công

52

3.2.1 : Độ nhấp nhô tế vi

52

3.2.2 : Sự biến cứng bề mặt

54

3.2.3 : Ứng suất dư

54

3.3 : Các nguyên nhân ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt

55


2


3.3.1 : Ảnh hưởng đến độ nhấp nhô

55

3.3.2 : Ảnh hưởng tới thông số vật lý bề mặt

57

3.3.3 : Ảnh hưởng của độ cứng vững và rung động

57

3.4 : Các phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt

57

Chƣơng 4 : Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm

59

4.1 : Quy hoạch thực nghiệm

59

4.1.1 : Khái quát chung


59

4.1.2 : Cơ sở lý thuyết quy hoạch và sử lý số liệu thực nghiệm

59

4.1.3 : Các mô hình toán học thường được dùng trong nghiên cứu thực

61

nghiệm gia công
4.1.4 : Xác định tuổi bền và tốc độ cắt phụ thuộc yếu tố khác bằng

64

thực nghiệm
4.2 : Chuẩn bị thí nghiệm

74

4.2.1 : Máy tiện CNC 1440

74

4.2.2 : Vật liệu phôi thép C45

75

4.2.3 : Vật liệu dụng cụ cắt T15K6


75

4.2.4 : Thiết bị đo độ nhám Mitutoyo MITUTOYO SurftestSJ - 301

76

4.3 : Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của V, S, t đến chất

77

lƣợng bề mặt dao tiện có lƣỡi cắt tròn
4.3.1: Trình tự thực hiện thí nghiệm

77

4.3.2: Kết quả thực nghiệm

77

4.3.3: Xử lý kết quả thực nghiệm

78

Kết luận chung

79

Đề nghị tiếp tục nghiên cứu

80


Lời cảm ơn

81

3


PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Chất lượng bề mặt của chi tiết sau khi gia công là một trong những yêu cầu
kỹ thuật quan trọng của ngành gia công cơ khí.
Khi công nghệ càng phát triển thì chất lượng bề mặt càng được coi là một
yêu cầu chủ chốt của công nghệ gia công. Chính vì lẽ đó mà ngày nay, các thiết bị
đo hiện đại lần lượt ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu về kiểm tra chất lượng bề mặt sau
khi gia công.
Chất lượng bề mặt gia công là một hàm đa biens của các yếu tố công nghệ
(chế độ cắt, thông số hình học dụng cụ cắt, vật liệu…) vì vậy nghiên cứu chất
lượng bề mặt là nghiên cứu các yếu tố liên quan ảnh hưởng trực tiếp tới chúng.
Do tính cấp thiết của yếu tố này nên tôi đã chọn đề tài: “ Nghiên cứu chế độ
cắt dao tiện có lưỡi cắt tròn” làm đề tài nghiên cứu.
II. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về các nghiên cứu độ nhám bề mặt
- Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy
- Nghiên cứu lý thuyết về chế độ cắt và ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất
lượng bề mặt.
- Nghiên cứu thực nghiệm khi cắt cùng loại vật liệu bằng dụng cụ cắt thông
thường và dụng cụ cắt có lưỡi cắt tròn.
- Quy hoạch thực nghiệm, sử lý số liệu thực nghiệm, xây dựng công thức
quan hệ Ra với chế độ cắt.

III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là dụng cụ cắt có lưỡi cắt tròn và ảnh hưởng của nó tới
chất lượng bề mặt.
Việc nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với các điều kiện sau:
- Máy thực nghiệm: Máy tiện CNC- 1440
- Vật liệu gia công là : Thép C45
- Vật liệu làm dao là : T15K6
4


- Đối tượng gia công là bề mặt trụ ngoài
- Thiết bị đo độ nhấp nhô tế vi bề mặt của hãng Mitutoyo, kí hiệu Surftes SJ
– 301.
IV. Phƣơng pháp nghiên cứu
Dùng phương pháp nghiên cứu lí thuyết kết hợp với thực nghiệm
Nghiên cứu lí thuyết để tìm mối quan hệ giữa thông số cắt V, S, t và độ
nhám bề mặt.
Nghiên cứu thực nghiệm khi cắt bằng dụng cụ có lưỡi cắt tròn.
Sử lý kết quả bằng thực nghiệm và đưa ra kết luận.
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1. Ý ngĩa khoa học
Nghiên cứu và tìm ra công thức thực nghiệm của mối liên hệ giữa Ra và
thông số cắt V, S, t.
2. Ý nghĩa thực tiễn
Nâng cao được chất lượng bề mặt khi gia công chi tiết bằng dụng cụ cắt có
lưỡi cắt tròn và so sánh với dụng dụng cụ cắt có lưỡi thông thường.

5



CHƢƠNG I : VẬT LIỆU DỤNG CỤ CẮT VÀ
CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT
1.1 : Các loại dụng cụ thƣờng dùng trong ngành chế tạo máy
1.1.1: Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cắt
* Độ cứng
Thường vật liệu cần gia công trong chế tạo cơ khí là thép, gang… có độ cứng
cao, do đó để có thể cắt được, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có độ cứng cao
hơn (60 – 65HRC)
* Độ bền cơ học
Dụng cụ cắt thường phải làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt : tải trọng
lớn không ổn định, nhiệt độ cao, ma sát lớn, rung động…. Dễ làm lưỡi cắt của dụng
cụ sứt mẻ. Do đó vật liệu làm phần cắt dụng cụ cần có độ bền cơ học (sức bền uốn,
kéo, nén, va đập…) càng cao càng tốt.
* Tính chịu nhiệt
Ở vùng cắt, nơi tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết gia công , do kim loại bị
biến dạng, ma sát…nên nhiệt độ rất cao (700 – 800oC), có khi đạt đến hàng ngàn
độ. Ở nhiệt độ này vật liệu làm dụng cụ cắt có thể bị thay đổi cấu trúc do chuyển
biến pha làm cho các tính năng cắt giảm xuống. Vì vậy vật liệu phần cắt dụng cụ
cần có tính chịu nóng cao nghĩa là vẫn giữ được tính cắt ở nhiệt độ cao trong một
thời gian dài.
* Tính chịu mài mòn

6


Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, ma sát lớn thì sự mòn dao là điều
thường xảy ra. Thông thường vật liệu càng cứng thì tính chống mài mòn càng cao.
Tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ cao khi cắt (700 – 8000C) thì hiện tuợng mài mòn
cơ học không còn là chủ yếu nữa, mà ở đây sự mài mòn chủ yếu do hiện tượng
chảy dính (bám dính giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dụng cụ cắt) là cơ bản.

Ngoài ra do việc giảm độ cứng ở phần cắt do nhiệt độ cao khiến cho lúc này hiện
tượng mòn xảy ra càng khốc liệt.
Vì vậy, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính chịu mòn cao.
* Tính công nghệ
Vật liệu làm dụng cụ cắt phải dể chế tạo: dễ rèn, cán, dễ tạo hình bằng cắt
gọt, có tính thấm tôi cao, dễ nhiệt luyện…
Ngoài các yêu cầu chủ yếu nêu trên, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có
tính dẫn nhiệt tốt, độ dai chống va đập cao và giá thành rẻ.
1.1.2: Các loại vật liệu dụng cụ
Để làm phần cắt dụng cụ, người ta có thể dùng các loại dụng cụ khác nhau
tuỳ thuộc váo tính cơ lý của vật liệu cần gia công và dản xuất cụ thể.
Dưới đây lần lượt giới thiệuvật liệu phần cắt dụng cụ theo sự phát triển và sự
hoàn thiện về khả năng làm việc của chúng.

7


Vật liệu

Năm
1894

dụng cụ

V m/ph

Thép Cacbon

Nhiệt độ giới hạn


Độ cứng

đặc tính cắt 0C

HRC

200-300

60

5

dụng cụ
1900

60

Thép hợp kim

8

300-500

dụng cụ
1900

Thép gió

1908
1913


12

-

Thép cải tiến

15-20

500-600

Thép gió(tăng

20-30

600-650

200

1000-1200

91

300

1000-1200

91-92

800


100.000

60-64

Co và W)
1931

Hợp kim cứng
Cácbitvonfram

1934

Hợp kim
cứngWC và TiC

1955

Kim cương nhân
tạo

1957

Gốm

300-500

1500

92-94


1965

Nitrit Bo

100-200

1600

8.000

1970

Hợp kim cứng

300

1000

18.000

phủ(TiC)
Bảng 1: Các loại vật liệu lam dụng cụ cắt
1.1.2.1: Thép các bon dụng cụ
Để đạt được độ cứng, tính chịu nhiệt và chịu mài mòn, lượng C trong thép
Cacbon dụng cụ không thể được dưới 0,7% (thường từ 0,7- 1,3%) và lượng P, S
thấp (P< 0,035%, S < 0,025%)
Độ cứng sau khi tôi và ram đạt HRC = 60 - 62.
8



- Sau khi ủ độ cứng đạt đượckhoảng HB = 107-217 nên dễ gia công cắt và
gia công bằng áp lực.
- Tính chịu nhiệt kém, độ cứng giảm nhanh khi nhiệt độ đạt đến 200o –
300oC ứng với tốc độ cắt 4-5 m/ph.
- Khó mài và dễ biến dạng khi nhiệt luyện do đó ít dùng để chế tạo những
dụng cụ định hình, cần phải mài theo profile khi chế tạo.
Ký hiệu của thép Các bon dụng cụ được giải thích như sau :
Giả sử ta có nhãn hiệu Y10A
- Chữ Y: Kí hiệu của Cácbon.
- Chữ A: Kí hiệu của chất lượng tốt (hàm lượng P,S <0,03%)
- Số10: Giá trị trung bình của cácbon trong thép (0,95- 1,09%)
Ngoài ra còn có các nhãn hiệu khác như Y7,Y8… Y10,Y12 nhưng chất
lượng kém hơn (không có chữ A) nên hiện nay ít dùng.
1.1.2.2: Thép hợp kim dụng cụ
Thép hợp kim dụng cụ là loại thép có hàm lượng Cacbon cao, ngoài ra còn
có thêm một số nguyên tố hợp kim với hàm lượng nhất định ( 0.5 – 3%)
Các nguyên tố hợp kim như: Cr, W, Co, V có tác dụng:
- Làm tăng tính thấm tôi của thép
- Tăng tính chịu nóng đến 300oC, tương ứng với tốc độ cắt cao hơn thép
cacbon dụng cụ khoảng 20%.

9


Nhóm

I

Nhãn

hiệu

Kí hiệu
Liên

C

Mn

Si

Cr

W

V

Thép

12,5-

0,2-0,4

<0,35

0,04-

-

-


Cr05

1,1

-

0,15-

85CrV

xô cũ

XB

0,06
0,3-0,6

<0,35

0,8-,0,9

II

0,450,7

0,3

Cr


X

0,95-

<0,4

<0,35

1,3-,1,6

-

-

9CrSi

9XC

1,1

0,3-0,6

1,2-1,6

0,95-

-

-


0,85-

,1,25

0,95
III

IV

CrMn

X

1,3-1,5

0,45-

<0,35

1,3-1,6

-

-

CrWMn

XB

0,9-1,0


0,7

0,15-

0,9-1,2

1,2-1,6

-

0,8-1,0

0,35

<0,3

<0,3

0,4-0,7

4,5-5,5

0,15-

CrW5

XB5

1,25,1,5


0,30

Bảng 2 : Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ
Chú thích: C – cacbon, Mn – mangan, Si – silic, Cr – crôm, W – vonram,
V – vanadi.
Ký hiệu của liên xô cũ: X – Crôm, T – mangan, B – vôngam
Thép hợp kim dụng cụ nhóm I thường dùng chủ yếu để chế tạo các loại dụng
cụ dùng để gia công gỗ .
Thép hợp kim dụng cụ nhóm II do có lượng Crôm lớn ( 1 – 1.5 %) nên có
tính thấm tôi và cắt gọt tốt hơn. Loại này chịu nhiệt khoảng 220 – 300oC.
Thép hợp kim dụng cụ nhóm III có độ thám tôi cao, iýt thay đổi kích thước
khi nhiệt luyện, nên thường chế tạo các loại dụng cụ cắt có độ chính xác cao và
hình dáng phức tạp như mũi doa, ta rô, dao chuốt và các loại dụng cụ đo…

10


Thép hợp kim dụng cụ nhóm IV có hàm lượng Vonfram lớn, hạt mịn nênđộ
cứng cao, tuy nhiên độ độ thâm tôi thấp dùng để chế tạo các loại dụng cụ cắt cần có
lưỡi cắt sắc bén. Tuổi bền cao và để gia công các loại vật liệu cứng.
Nhìn chung, thép hợp kim dụng cụ chủ yếu được dùng để chế tạo các loại
dụng cụ cầm tay và gia công ở tốc độ thấp.
1.1.2.3: Thép gió: (HSS – High Speed Steel – thép cao tốc)
Thép gió có tính cắt cao hơn hẳn các loại thép nên trên, do đó từ khi thép gió
ra đời, nó đã tạo ra một cuộc cách mạng về cắt gọt và năng suất gia công, làm xuất
hiện một thế hệ các máy bán tự động và tự động tốc độ cao.
Nền cơ bản của thép gió vẫn là thép cacbon, nhưng có hàm lượng Cacbon
cao hơn, đặc biệt hàm lượng các nguyên tố hợp kim Crôm, Vônfram, Côban,
Vanadi tăng lên đáng kể nhất là Vônfram.

Những nguyên tố hợp kim này hợp với Cácbon tạo thành các cacbít có độ
cứng cao, chịu mòn tốt, trong đó cácbít Vônfram (WC) đóng vai trò nòng cốt. Các
cácbít này ở nhiệt độ nhỏ hơn 600oC sẽ không thoát ra khỏi mạng máctensit nên vật
liệu vẫn giữ được tính cắt tốt.
Tác dụng chủ yếu của Crôm là tăng độ thấm tôi, Vanadi tạo thành cacbít
Vanadi có độ cứng cao, chịu mòn tốt , Côban không tạo thành cacbít mà hoà tan
vào sắt, khi lượng Cácbon lớn hơn 5% thì tính chịu nhiệt của thép gió nâng cao.
Ngoài ra còn có các loại thép gió có năng suất cao
Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện. Vì vậy khi
nhiệt luyện thép gió cần chú ý một số điểm chủ yếu sau:
Không nung nóng thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao, (nhiệt độ tôi khoảng
1300oC) mà phải tăng nhiệt độ dần dần từ 650oC, vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém.
Thông thường thép gió được nung nóng qua 3 giai đoạn với nhiệt độ lần lượt 650
o

C, 1260 oC và 1280oC
Phải ram sau khi tôi nhiều lần (3 lần) mổi lần trong 1 giờ (nhiệt độ ram

560oC ). Sau mỗi lần ram phải để nguội đến nhiệt độ thường.
Những tính năng cơ bản của thép gió là:
11


- Độ thấm tôi lớn, sau khi tôi đạt độ cứng HRC = 63 – 66.
- Độ chịu nhịêt khoảng 600oC tương ứng với tốc độ cắt V = 25 - 35m/ph.
So sánh giữa P18 và P9:
- Năng suất gia công khác nhau không đáng kể.
- P9 rẻ hơn P18 (vì hàm lượng W chỉ bằng một nửa)
- P18 rễ nhiệt luyện hơn chịu mòn tốt hơn, dể mài sắc, mài bóng hơn và có
tính bền cao hơn P9.


Hình 1.1: Sơ đồ nhiệt luyện thép gió
1.1.2.4: Hợp kim cứng
Từ năm 1915-1925 ở Mỹ và Đức đã tiến hành thử nghiệm chế tạo hợp kim
cứng. Ơû Liên Xô cũ, hợp kim cứng ra đời vào những năm 1930-1935.
Hợp kim cứng là loại vật liệu làm phần cắt dụng cụ được chế tạo theo
phương pháp luyện kim bột.
Thành phần chủ yếu của HKC là Cácbit của một số kim loại khó nóng chảy
như Vonfran,Titan,Tantan và được liên kết bởi chất dính kết.
Tính cắt của HKC do các pha Cácbit kim loại quyết định . Độ bền cơ học
do Coban tạo nên.
Những tính năng cơ bản của HKCso với các loại vật liệu làm dao khác như
sau:
12


- Độ cứng cao HRA = 80 – 90 (HRC >70-71)
- Độ chịu nhiệt cao: 800-10000C, do đó tốc độ cắt cho phép của hợp kim
cứng có thể đạt đến V >100 m/ph.
- Độ chịu mòn gấp 1,5 lần so với thép gió.
- Chịu nén tốt hơn chịu uốn (hàm lượng Coban càng lớn thì sức bền uốn càng
cao).
Hợp kim cứng được chế tạo qua các giai đoạn sau:
-Tạo bột Vonfram, Titan và Tantan nguyên chất.
- Tạo ra các Cácbit tương ứng từ các bột nguyên chất W, Ti, Ta
- Trộn bột Cácbit vời bột Coban theo thành phần tương ứng với các loại hợp
kim cứng.
- Ép hỗn hợp dưới áp suất lớn (100-140MN/mm2) nung sơ bộ đến 900oC
trong khoảng 1 giờ.
- Tạo hình theo các dạng yêu cầu.

- Thiêu kết lần cuối ở nhiệt độ cao1400- 15000C trong 1 đến 3 giờ tạo thành
hợp kim cứng
Sau khi thiêu kết, hợp kim cứng có độ cứng cao nên chỉ có thể gia công bằng
phương pháp mài hoặc bằng các phương pháp đặc biệt (điện hoá, tia lửa điện…)
Hợp kim cứng là loại kim loại bột nên có độ xốp (khoảng 5%)
Hạt cácbit càng mịn, phân bố càng đều thì tính năng thì tính năng của hợp
kim cứng càng cao, chủ yếu là độ cứng và tính chịu mài mòn. Độ cứng của hợp
kim cứng phụ thuộc vào lượng Cácbit Vonfram, Cácbit Titan và Cácbit Tantan.
Lượng Cácbit càng lớn thì độ cứng càng cao.
Lượng coban càng nhiều thì độ cứng càng giãm, tuy nhiên độ bền và tính dẻo
càng tăng.
Có ba nhóm hợp kim cứng thường gặp như sau:
a. Nhóm một Cácbit – kí hiệu K (ISO) hoặc BK (Nga) thành phần gồm:
Cácbitvonfram (WC) và Coban (Co) nhóm này chủ yếu để gia công vật liệu
giòn như gang, kim loại màu…
13


b.Nhóm hai cácbit – kí hiệu là P (ISO) hoặc TK (Nga) thành phần gồm:
Cácbit Vonfram (WC), Cácbit Titan (TiC) và Coban (Co).
Nhóm hai Cácbit có tính chóng dính cao hơn nên được dùng để gia công kim
loại dẽo như thép,…(thường hình thành phoi dây khi cắt và có nhiệt độ căt cao ở
mặt trước).
c. Nhóm ba cácbit – kí hiệu M (ISO) hoặc TTK ( Nga) thành phần gồm:
Cácbit Vonfram (WC), Cácbit Titan (TiC) và Coban (Co) và Cácbit Tantan (TaC)
Loại này thường được dùng để gia công các loại vật liệu khó gia công.
Ở nước ta, cũng đã từng sản xuất thử nghiệm hợp kim cứng. Tuy nhiên do
chất lượng chưa ổn định, mặt khác giá thành cao.
ISO phân hợp kim cứng theo ba nhóm chính khi tạo phoi:
- Nhóm kí hiệu P cho các vật liệu cắt ra phoi dây.

- Nhóm kí hiệu M là loại vạn năng dùng gia công các loại vật liệu cắt ra phoi
dây và phoi xếp.
- Nhóm loại K dùng gia công các loại vật liệu cho phoi hạt và phoi vụn.
Đặt tính chung của hợp kim cứng khi tăng độ cứng và tính chịu mài mòn thì
sẽ giảm tính dẻo. Khi tăng tính dẻo (tăng lượng Coban) sẽ làm giảm tính mài mòn
và tính chịu nhiệt.
Sự phát triển của hợp kim cứng xuất phát từ các nhóm công cụ (ví dụ: loại
P10, P20, P30) theo hai hướng. Một hướng là tăng thành phần Cácbít Titan (ví dụ
P03) làm tăng tính chịu mòn và cắt được ở tốc độ cao. Hướng thứ hai là tạo được
hợp kim cứng có độ dẻo cao dùng để cắt các loại vật liệu có độ cứng và va đập
mạnh (ví dụ, bào và tiện thô) với tốc độ cắt thấp, diện tích và lực cắt lớn hơn. Các
loại hợp kim cứng P40, P50 để gia công thép có thành phần Coban (Co) tương đối
lớn.
Hợp kim cứng được chế tạo thành các dạng theo tiêu chuẩn (các mảnh hợp
kim cứng). Các mảnh đó được hàn, kẹp lên thân dụng cụ tiêu chuẩn. Ngày nay, các
mảnh hợp kim cứng được phủ lên một lớp mỏng vài mirômet bằng các loại cácbít
cứng như TiC, TiC/ TiN (Cácbít Titan, Nitrít Titan). Các lớp phủ làm tăng độ cứng,
14


tính chịu mài mòn và chịu nhiệt của hợp kim cứng (độ cứng > 91 HRA, chịu được
nhiệt độ khoảng1000 độ C, ứng với tốc độ cắt V>300m/ph.
Để sử dụng hợp lí và có hiệu quả hợp kim cứng cần chú ý các điều kiện
sau:
* Chế độ gia công
- Lựa chọn hợp kim cứng cho vật liệu gia công (các nhóm P,K) và theo yêu
cầu gia công (gia công, thô, tinh, lần cuối).
- Xác định chế độ gia công (tốc độ cắt lượng chạy dao, chiều sâu cắt) phù
hợp cặp vật liệu (chi tiết- dụng cụcắt) và yêu cầu gia công cần chú ý đến việc lựa
chọn tuổi bền kinh tế.

- Không dùng dung dich trơn nguội (gia công khô) hoặc phải tưới mạnh và
nhiều.
* Đối với dụng cụ:
- Xác định thông số hình học theo điều kiện gia công.
- Đảm bảo kích thước thân dụng cụ để khi gia công không có rung động.
- Mài sắc hợp lý và từ từ bằng đá mài sắc Cácbít Silíc hoặc đá mài kim
cương.
* Đối với máy công cụ:
-Máy có độ cứng vững tốt không rung động ở tốc độ cắt cao và lực cắt lớn.
đảo bảo kẹp chặt tốt dụng cụ và chi tiết.
-Kiểm tra công suất cắt và công suất máy để tránh quá tải.
1.1.2.5: Vật liệu gốm
Vật liệu gốm được nghiên cứu từ nhưng năn1930 và đưa vào sử dụng sau
1950.
Thành phần chính của gốm là ―đất sét kỹ thuật‖ (Al2O3) gồm hai pha của ôxít
nhôm:
Al2O3 có  =3,65g/cm3 và  Ai2O3 với =3,96g/cm3

15


Để chuyển hoá hòa toàn từ Ai2O3 sang Al2O3 .Người ta nung đất sét kỹ thuật
ở nhiệt độ 1400-16000C. Sau đó nghiền nhỏ thành bột mịn. Bột được ép thành
những mảnh dao có hình dạng và kích thước tiêu chuẩn sau đó đem thêu kết.
Hiện nay có 3 loại vật liệu gốm được sử dụng gồm:
a. Ôâxit nhôm thuần khiết (99%Al2O3)
Hiện nay Al2O3 còn thêm không dưới 10% ôxit kẽm (ZnO2) làm tăng thêm
sức bền.
b.Vật liệu gốm trộn
Ngoài Al2O3 là chính, còn thêm các Cácbit kim loại như Cácbit Titan (TiC),

Cacbit vonfram (WC), Cacbit Tantan (TaC), Nitrit Titan(TiN).
Loại này có sức bền cao, dùng để tiện tinh, phay tinh các loại vật liệu như
gang cứng, thép tôi.
c. Vật liệu gốm không Oxít
Loại này được chế tạo từ nitrit silic (Si3N4) có sức bền uốn cao hơn nhiều so
với hai loại trên, chủ yếu được dùng để gia công nhôm và hợp kim nhôm.
Đối với vật liệu gốm thì độ hạt càng mịn, sức bền uốn càng tăng
* Các tính năng chủ yếu của vật liệu gốm
+ Độ cứng và tính giòn cao.
+ Chịu mòn và chịu nhiệt cao nên thường dùng để cắt ở tốc độ cao .
+ Tính dẫn nhiệt kém nên khi cắt không dùng dung dịch trơn nguội
+ Tính dẻo kém do sức bền uống kém, vì vậy không dùng để gia công khi có
rung động, va đập và lực cắt lớn .
+ Mài sắc bằng đá mài kim cương.
* Phạm vi sử dụng của vật liệu gốm
- Tốc độ cắt không nhỏ hơn 100m/ph.
- Khi gia công thép, tốc độ cắt: V= 1 – 2 lần so với khi cắt bằng HKC.
- Khi gia công gang, tốc độ cắt V = 2 – 3 lần so với HKC
- Tốc độ cắt tinh lớn nhất khi gia công thép xây dựng có thể đạt đến
600m/ph, khi gia công gang, V = 800m/ph.
16


- Vì chịu rung rộng và va đập kém nên chủ yếu được dùng để gia công tinh ở
chiều sâu cắt và lượng chạy dao bé.
- Vì tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơn nguội khi cắt. Riêng
đối với Nitritsilic (Si3N4) có sức bền và tính dẫn nhiệt cao hơn ôxit nhôm khoảng
bốn lần nên có thể dùng dung dịch trơn nguội.
- Nhờ có tính mòn cao nên thường dùng để gia công lần cuối để đạt độ chính
xác kích thước và độ nhẵn bề mặt cao.

- Các mảnh dao gốm thường được kẹp cơ khí vào thân dao và không mài sắc
lại.
* So với hợp kim cứng, mảnh dao gốm có những ƣu điểm sau
- Năng suất cao hơn vì thời gian máy giảm do tốc độ cắt cao khi cùng một
tuổi bền.
- Tuổi bền tăng nếu cắt cùng một tốc độ cắt .
- Sai lệch kích thước gia công nhỏ hơn.
- Chất lượng bề mặt đạt được cao hơn.
- Giá thành rẽ hơn.
1.1.2.6: Vật liệu tổng hợp (nhân tạo) siêu cứng
Sau vật liệu gốm, người ta tiếp tục nghiên cứu và chế tạo một loại vật liệu
làm dụng cụ mới. Đó là vật liệu tổng hợp siêu cứng. Có hai loại thường gặp là: kim
cương tổng hợp và Nitrit Bo lập phương (còn gọi là Elbo).
a. Kim cƣơng nhân tạo
Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ than chì (Graphit) ở áp lực và nhiệt độ
cao.
* Những tính năng cơ bản của kim cương:
+ Độ cứng tế vi của kim cương cao nhất trong các loại vật liệu hiện nay, cao
hơn của hợp hợp kim cứng từ 5 – 6 lần, độ cứng tế vi của hợp kim cứng khoảng
(120 – 180 )10sPa với 1Pa = 1Nm2
+ Độ dẫn nhiệt cao gấp hai lần hợp kim cứng.
+ Độ chịu nhiệt kém  8000C.
17


+ Giòn, chịu tải trọng va đập kém.
+ Chịu mài mòn, tuy nhiên khi gia công thép C có hàm lượng Cacbon thấp
thì lại bị mòn nhanh do hiện tượng khuếch tán.
Do hệ số dẫn nhiệt cao, nên tuy chịu nhiệt kém, kim cương vẫn có thể cắt
được ở tốc độ rất cao.

* Phạm vi sử dụng
+ Thường được dùng làm đá mài để mài sắc dụng cụ cắt bằng hợp kim cứng.
+ Dùng làm dao tiện để gia công gang và các kim loại màu.
b. Nitrit Bo lập phƣơng (còn gọi là Elbo)
Là hợp chất giữa Nitơ và nguyên tố Bo. Tính cắt của nó tương tự như kim
cương.
- Độ cứng tế vi của El bo là (600 – 800).108Pa .
- Chịu nhiệt khoảng 1500 – 20000C.
- Hệ số ma sát bé .
- Chống mài mòn tốt.
- Hệ số ma sát với kim loại nhỏ.
* Ứng dụng
- Gia công tinh thép tôi có HRC  39 – 66, và gang HRC, đặc biệt là thép
gió.
1.2. Cơ sở vật lý quá trình cắt kim loại.
Đối tượng khảo sát của quá trình cắt là nghiên cứu sự biến dạng đàn hồi và
biến dạng dẻo của vật liệu gia công và dụng cụ cắt, lực, ứng suất, công tiêu hao khi
cắt,...Từ đó, xác định các quy luật ảnh hưởng của điều kiện cắt đến những đặc tính
cơ học của quá trình cắt.
Nghiên cứu sự biến dạng dẻo của vật liệu gia công trong quá trình cắt là một
trong những hướng nghiên cứu chủ yếu. Như đã biết sự biến dạng dẻo của vật liệu
gia công đồng thời xảy ra trong miền tạo phoi, ở phần phoi tiếp xúc với mặt tước
của dụng cụ cũng như ở miền tiếp xúc của bề mặt gia công với mặt sau dụng cụ.
18


Trạng thái ứng suất và biến dạng giữa các vùng kể trên ở một mức nào đó (tùy điều
kiện cắt cụ thể) có quan hệ tương hỗ, do đó xác lập được mối quan hệ đó giúp ta
hiểu được sâu hơn về các quy luật phức tạp của quá trình cắt.
1.2.1. Cấu tạo tinh thể của kim loại

Hiện nay trong bảng tuần hoàn Mendeleep đã có hơn 100 nguyên tố hóa học,
trong đó ba phần tư là kim loại. Theo định nghĩa cổ điển, để phân biệt kim loại và
phi kim thì kim lọai là những vật thể sáng, dẻo, có thể rèn được, có tính dẫn nhiệt
cao. Các định nghĩa như trên chưa được hoàn toàn chính xác, hiện nay người ta cho
rằng đặc điểm chủ yếu để phân biệt kim loại và phi kim là: Kim loại có hệ số nhiệt
độ của điện trở dương, còn phi kim có hệ số nhiệt độ của điện trở âm.
Để có thể giải thích các tính chất của kim loại và hiểu được những hiện
tượng xảy ra trong quá trình cắt, ta cần biết cấu tạo nguyên tử và cách sắp xếp các
nguyên tử của kim loại.
1.2.1.1. Cấu tạo nguyên tử.
Như đã biết, mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạp bao gồm hạt nhân (có
chứa pronton, notron) và các điện tử tự do bao quanh nó. Đặc điểm quan trọng nhất
của kim loại là số điện tử hóa trị (số điện tử ở lớp ngoài cùng đối với kim loại
thông thường và lớp sát ngoài cùng đối với kim loại ở nhóm chuyển tiếp) rất ít,
thường chỉ là 1,2. Những điện tử này dễ bị bứt ra và trở thành điện tử tự do, còn
nguyên tử trở thành ion dương.
Điện tử tự do quyết định các tính chất đặc trưng cho kim loại như tính dẫn
nhiệt, sự phản xạ ánh sáng. Mặt khác điện tử tự do có trong kim loại là một đặc
trưng để hình thành liên kết kim loại và nó bảo đảm cho mối liên kết này không bị
biến đổi trong quá trình biến dạng dẻo, khiến cho kim loại có tính dẻo cao.
1.2.1.2. Liên kết kim loại.

19


Trong hóa học ta đã làm quen với liên kết ion (ví dụ, muối NaCl) trong đó
lực tác dụng giữa các nguyên tử là lực hút tĩnh điện giữa các nguyên tử trái dấu (ví
dụ Na+ và CL-). Mối liên kết giữa các nguyên tử (ion) kim loại thì khác.

Hình 1.2: Liên kết kim loại

Như đã biết, phần lớn các nguyên tử trong kim loại tồn tại dưới dạng ion
dương có các điện tử tự do bao quanh. Giữa các ion dương sinh ra lực đẩy, còn
giữa các điện tử tự do và ion dương sinh ra lực hút. Sự cân bằng của hai lực này
chính là cơ sở của liên kết kim loại.
1.2.1.3. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại
Các nguyên tử trong kim loại sắp xếp có trật tự. Chúng đều nằm trên các mặt
song song và cách đều nhau. Các mặt này gọi là mặt tinh thể. Tập hợp vô số các
mặt tinh thể như vậy tạo thành mạng tinh thể.
Để đơn giản trong việc nghiên cứu và biểu diễn các mạng tinh thể người ta
dùng ô cơ bản. Ô cơ bản là phần nhỏ nhất đặc trưng cho một loại mạng tinh thể. Có
thể xen mạng tinh thể gồm vô số ô cơ bản sắp xếp liên tiếp nhau hợp thành.
20


Trong các kim loại thông thường ta thường gặp 3 loại mạng tinh thể: Lập
phương thể tâm, lập phương diện tâm và lục giác xếp chặt.

Hình 1.3: Mô hinh mạng tinh thể kim loại
a. Lập phương diện tâm
b. Lập phương thể tâm
c. Lập phương xếp chặt
Thực tế không phải ở mọi điểm của mạng tinh thể kim loại đều có cấu tạo
trật tự như đã trình bày ở trên, mà trong một số bộ phận của mạng có sự phá hủy
sắp xếp trật tự, gây lên sai lệch về mạng tinh thể. Cần chú ý là những sai lệch này
luôn luôn tồn tại trong mạng, rất khó phá hủy. Có nhiều nguyên nhân gây ra sai
lệch trong mạng tinh thể, một trong những nguyên nhân đó là kim loại không thể
nguyên chất tuyệt đối mà luôn có một lượng nhất định các nguyên tố khác. Do kích

21



thước các nguyên tử đó khác với các nguyên tử kim loại nên do đó nó làm mất đi
sự sắp xếp trật tự kim loại.
Nói chung những sai lệch về mạng tinh thể chiếm tỷ lệ rất thấp (thường
không quá 1 ÷2% thể tích mạng) nhưng có ảnh hưởng rất lớn đến cơ tính kim loại.
1.2.2. Sự biến dạng của kim loại.
Biến dạng là quá trình làm thay đổi hình dạng của kim loại do tác dụng của
tải trọng bên ngoài hay của các hiện tượng vật lý.
Khi tác dụng tải trọng bên ngoài , tùy theo mức độ chất tải, kim loại có thể
biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo hoặc bị phá ủy. trải qua 3 giai đoạn biến dạng đàn
hồi, biến dạng dẻo, phá hủy.
Biến dạng đàn hồi là biến dạng lại trở lại trạng thái cũ sau khi bỏ tải trọng.
Biến dạng đàn hồi xảy ra khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn tải trọng ứng với giới hạn
đàn hồi của mỗi loại vật liệu.
Để xác định giới hạn đàn hồi, dẻo, phá hủy ta dùng phương pháp thực
nghiệm kéo nén đúng tâm.
Độ bền: là khả năng của kim loại chống lại tác dụng của lực bên ngoài mà
không bị phá hỏng. Dạng phá hỏng của kim loại thử kéo là bị đứt.
Để đánh giá tình trạng chịu lực của vật liệu khác nhau, ta dùng khái niệm
ứng suất, ứng suất là tải trọng tác dụng lên một đơn vị thể tích của mẫu thử.
σb = Pmax/F0 (kG/mm2)
Độ đàn hồi: là khả năng thay đổi hình dạng dưới tác dụng của lực bên
ngoài rồi trở lại như cũ khi bỏ lực tác dụng. Độ dàn hồi có thể xác định bằng lực
kéo.
Độ dẻo: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại dưới tác dụng của
lực bên ngoài mà không bị phá hỏng. Độ dẻo được đánh giá bằng:
Độ co thắt tỷ đối
22



Độ giãn dài tương đối

Hình 1.4: M u thử kéo

23


Hình 1.5: Biểu đồ quan hệ giữa lực và độ biến dạng dài
Trục tung biểu thị lực kéo (N), trục hoành biểu thị giá trị độ giãn dài của
mẫu thử (mm) ứng với các giá trị lực kéo.
Đoạn O trên biểu đồ là đoạn thẳng, chứng tỏ độ giãn dài tỷ lệ thuận với lực
kéo. Nếu tăng lực tiếp tục thì độ giãn dài và lực kéo không tỷ lệ thuận nữa mà độ
giãn dài tăng nhanh hơn lực kéo, ứng suất tại P là giới hạn đài hồi của vật liệu,
σđh = PA/F0.
Tăng lực kéo mẫu thử tiếp tục giãn dài, từ điểm E kim loại có hiện tượng
chảy tức là lực kéo không tăng nhưng mẫu thử vẫn giãn dài thêm ra.
Ứng suất tại điểm E là giới hạn chảy của vật liệu, σch = PE/F0.
Nhưng trong thực tế do nhiều vật liệu giòn khó xác định được giới hạn
chảy nên người ta qui ước σch = 0,2, tức là ứng suất tại đó khi bỏ tải trọng có độ
biến dạng dư là 0,2% so với chiều dài ban đầu của mẫu.
Qua điềm E nếu tiếp tục tăng lực kéo, mẫu thử tiếp tục giãn dài và tại B có
hiện tượng thắt nhỏ lại ở điểm giữa của mẫu và đứt hẳn tại C, tại B lực kéo là lớn
nhất, vị trí điểm B ứng với giới hạn bền khi kéo của vật liệu PB, có
24


σb = PB/Fo.
Như vậy, trên biểu đồ kéo ta có thể thấy giá trị giới hạn bền, giới hạn chảy,
giới hạn đàn hồi và cũng từ đó xác định được độ dẻo của vật liệu.
Nhận xét: là phương pháp phức tạp, tốn thời gian làm mẫu, không thử được trên

sản phẩm, không áp dụng được trên dây chuyền sản xuất.
Phá hủy là quá trình làm đứt liên kết giữa các nguyên tử trong mạng, khiến
cho các phần tử của kim loại bị rời nhau ra. Quá trình phá hủy đối với kim loại là
vật liệu dẻo thường xảy ra sau khi vật liệu chịu biến dạng dẻo với tải trọng lớn.
Sơ đồ kéo chỉ rõ nếu tải trọng đạt tới Pb mẫu bị hình thành cổ thắt, lúc này
lực giảm đi nhưng cổ thắt vẫn phát triển (mẫu vẫn dài ra) cho đến khi đứt.
Thực chất của quá trình phá hủy là sự phát sinh và phát triển của vết nứt tế
vi.
1.2.2.1. Biến dạng dẻo của đơn tinh thể.
Để việc khảo sát biến dạng dẻo của kim loại (đa tinh thể) được thuận lợi,
trước tiên khảo sát trường hợp đơn giản và cơ bản nhất là biến dạng dẻo của đơn
tinh thể.
Hình thức biến dạng dẻo chủ yếu của đơn tinh thể là trượt. Ngoài ra còn có
hình thức song tinh.
Trượt là sự dịch chuyển tương đối với nhau của các phần tinh thể theo những
mặt và những phương nhất định gọi là mặt và phương trượt.
Mạng tinh thể của kim loại bao gồm vô số mặt và phương, nhưng không phải
mặt và phương nào cũng có thể là mặt và phương trượt. Mặt và phương xảy ra trượt
phải có liên kết nguyên tử bền hơn khi dịch chuyển, mối liên kết nguyên tử trong
nó không bị phá hủy, đồng thời mối liên kết giữa các mặt trượt với nhau phải yếu.
Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng: chỉ những thành phần ứng suất tiếp do ngoại
lực gây ra trên mặt trượt mới gây ra trượt.

25