Tải bản đầy đủ

Bài dịch kỹ thuật chế tạo 2 chương 22

CHƯƠNG
22.1
22.2
22.3

22

Giới thiệu
Thép gió
Hợp kim đúc
Coban
22.4 Cacbit
22.5 Dụng cụ cắt có
lớp phủ
22.6 Gốm sứ
22.7 Alumia
Nitrit bo lập
22.8 phương
Gốm silicon
22.9 nitride
22.10 Kim cương

Vật liệu gia cố
bằng sợi tinh
thể và vật liệu
22.11 nano
Gía thành
22.12 dụng cụ và sửa
chữa
Dầu cắt gọt
kim loại

VẬT LIỆU CẮT GỌT VÀ
DUNG DỊCH CẮT GỌT

 Tiếp tục khái quát cơ sở của các quá trình gia công ở các
chương trước, chương này trình bày về hai thành phần thiết
yếu trong tiến trình gia công: Vật liệu dao cắt và dầu cắt
gọt kim loại
 Chương này mở ra một cuộc thảo luận về các loại vật liệu
dùng làm dao cắt gọt và tính chất của chúng, gồm có thép
gió, cacbit, gốm, kim cương, nitrit bo lập phương và các
dụng cụ có lớp phủ.
 Chương này cũng trình bày một số loại dầu cắt gọt kim loại
thường được sử dụng: chức năng và ảnh hưởng của chúng
tới quá trình gia công.
 Mô tả cách sử dụng dầu cắt gọt kim loại và tầm quan trọng
của việc sử dụng các loại dầu cắt gọt kim loại thân thiện
với môi trường trong gia công khô và gia công gần khô.

Ví dụ
22.1 Hiệu quả của dầu
cắt gọt kim loại với gia
công.

21.1. Giới thiệu
Việc lựa chọn vật liệu làm dao cắt cho một mục đích gia công
cụ thể là một trong những nhân tố quan trọng nhất trong quá trình
gia công. Chương này trình bày các tính chất liên quan và đặc tính
hoạt động của tất cả các loại vật liệu làm dao cắt, như một cẩm
nang sơ bộ trong việc hướng dẫn lựa chọn vật liệu làm dao phù
hợp. Tuy nhiên, vì sự phức tạp vốn có của các loại vật liệu, chủ đề


này không đi sâu vào việc lựa chọn chính xác loại vật liệu cho các
mục đích cụ thể. Do đó, các hướng dẫn chung này có thể được áp
dụng cho trình độ công nghiệp hiện tại theo nhiều năm. Thông tin
chi tiết về khuyến nghị cho các vật liệu làm phôi cũng như tiến
trình gia công được bắt đầu trình bày ở chương 23.
Như đã trình bày ở chương trước, dụng cụ cắt phải (a) chịu được
nhiệt độ cao, (b) ứng suất tiếp xúc cao, (c) chạy dọc theo bề mặt
phân cách giữa dao và phoi và bề mặt gia công. Chính vì vậy, dao
cắt phải có các tính chất sau:
 Tính cứng nóng: sao cho độ cứng, độ bền và độ chống mài mòn của dao cắt
được tuy trì tại nhiệt độ của quá trình gia công. Điều này chứng tỏ rằng dao
cắt không được trải qua bất kỳ quá trình biến dạng dẻo nào mà phải duy trì
được hình dạng và độ sắc. Độ cứng của dao cắt là một hàm số của nhiệt độ,
được minh họa trong hình 22.1. Dọc theo các đường đồ thị, ta thấy được độ
1








cứng của các loại thép cacbon suy giảm rất nhanh khi nhiệt độ tăng (do đó
chúng không được sử dụng làm dao cắt khi gia công), cũng theo đó, các loại
vật liệu ceramic vẫn giữ được độ cứng của chúng khi nhiệt độ tăng lên. Thép
cacbon đã từng được sử dụng làm dao cắt cho tới khi người ta phát minh ra
thép tốc độ cao (thép gió) trong những năm đầu thế kỷ 19, từ ngữ “tốc độ
cao” ở đây mang nghĩa tốc độ gia công được nâng cao hơn, làm cho quá trình
sản xuất cũng được nâng cao.
Độ dẻo và độ bền va đập (chống va đập cơ khí) sao cho các lực va đập tác
dụng lên dao cắt trong các quá trình gia công gián đoạn (như tiện) hoặc các
lực do rung động không làm mẻ hoặc gãy dao cắt.
Chống sốc nhiệt, chịu được nhiệt độ cao theo chu kỳ trong các quá trình gia
công gián đoạn.
Chống mài mòn: tuổi thọ của dao cắt phải chấp nhận được.
Độ bền hóa học và độ trơ hóa học với vật liệu làm phôi: để giảm thiểu các
phản ứng bất lợi, dính ướt, khuếch tán vào nhau làm mài mòn dao cắt.

Hình 22.1. Độ cứng của các loại vật liệu của dụng cụ cắt khác nhau theo nhiệt độ (độ
cứng nóng). Khoảng rộng trong mỗi nhóm vật liệu là do các thành phần và phương
phương xứ lí khác nhau có trong nhóm đó
Để đáp ứng những yêu cầu trên, có rất nhiều loại vật liệu để làm dao cắt, với sự đa
dang các đặc tính cơ khí, vật lí và hóa học được phát triển qua nhiều năm như cho thấy
ở Bảng 22.1. Các tính chất được nêu ở cột đầu tiên của bảng này hưu ích trong trong
việc xác định các đặc tính cần thiết của dao cắt trong từng ứng dụng cụ thể. Ví dụ như:
 Độ cứng và độ bền đóng vai trò quan trọng đối với đặc tính cơ khí của phôi
được gia công.
2


 Độ bền va đập quan trọng trong các quá trình gia công gián đoạn, ví dụ như
phay.
 Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu làm dao đóng vai trò quan trọng, đặc biệt khi so
với nhiệt độ phát triển trong vùng gia công.
 Tính dẫn nhiệt và hiệu suất giãn nỡ vì nhiệt quan trọng trong việc xác định
nhiệt trở của vật liệu làm dao khi tính toán độ mỏi nhiệt và sốc nhiệt.
Một vật liệu làm dao cụ thể có thể không có được tất cả các đặc tính mong muốn
cho một quá trình gia công cụ thể. Điều này có thể dễ dàng quan sát được trong Bảng
22.2, bằng cách quan sát hướng ngược lại của các mũi tên ngang dài hiển thị các xu
hướng. Chú ý, ví dụ, (a) thép gió bền, nhưng có độ cứng nóng giới hạn và (b) gốm có
trở nhiệt và trở mòn cao, nhưng chúng dễ vỡ và dễ tạo phoi. Chú ý thêm về giá thành
dung cụ cắt tăng như thế nào từ thép gió đến kim cương.
Các đặc tính hoạt động của vật liệu làm dao được trình bày trong Bảng 22.3, được
liệt kê theo thứ tự mà nó được phát triển và được thực hiện trong công nghiệp. Chú ý
rằng nhiều trong số những vật liệu này được sử dụng trong đúc áp lực và đúc khuôn
kim loại và đúc áp lực, quá trình tạo hình vật liệu kim loại và phi kim.
1. Thép gió (théo tốc độ cao)
2. Hợp kim đúc coban
3. Cacbua
4. Dụng cụ cắt có phủ
5. Gốm sứ Alumina
6. Bo nitrua lập phương
7. Gốm silic nitrua
8. Kim cương
9. Vật liệu gia cố bằng sợi tinh thể và vật liệu nano
Thép cacbon là loại vật liệu lâu đời nhất, và được sử dụng rộng rãi để khoan, taro,
chuốt và doa từ những năm 1880. Hợp kim thép thấp và trung bình được phát triển sau
đó với các ứng dụng tương tự, nhưng với tuổi thọ lâu hơn. Mặc dù không mắc và dễ
dàng mài sắc, các loại thép này không có độ cứng nóng và độ kháng mòn cao khi gia
công ở tốc độ cao, nơi mà nhiệt độ tăng lên đáng kể. Việc sử dụng chúng chỉ giới hạn
trong các quá trình có tốc độ cắt rất thấp, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp chế
biến gỗ, do đó chúng không có ý nghĩa đặc biệt trong các hoạt động gia công hiện đại.
Trong chương này, chúng ta sẽ mô tả những chủ đề sau:
 Các đặc tính, ứng dụng và hạn chế của vật liệu làm dao, bao gồm các đặc tính
và giá thành yêu cầu
 Phạm vi áp dụng các biến quy trình để có hiệu suất tối ưu
 Các loại và đặc tính của dung dịch trơn nguội và các ứng dụng cụ thể trong
nhiều hoạt động gia công

3


BẢNG 22.1
Các Đặc Tính Chung Của Vật Liệu Làm Dao
Cacbua
Thép tốc độ
Hợp kim đúc
Đặc tính
Gốm
cao
coban
WC
TiC
82–84 HRA
90–95 HRA
91–93 HRA
91–95 HRA
Độ cứng
83–86 HRA
46–62 HRC
1800–2400 HK 1800–3200 HK 2000–3000 HK
Độ bền nén
4100 – 4500
1500 – 2300
4100 – 5850
3100 – 3850
2750 – 4500
(MPa)
Độ bền uốn
phương ngang
2400 – 4800
1380 – 2050
1050 – 2600
1380 – 1900
345 – 950
(MPa)
Độ bền va đập
1.35– 8
0.34 – 1.25
0.34 – 1.35
0.79 – 1.24
<0.1
(J)
Modun đàn hồi
200
520 – 690
310 – 450
310 – 410
(Gpa)
Khối lượng
8600
8000 – 8700
10,000 – 15,000
5500 – 5800
4000 – 4500
riêng (kg/m3)
Thể tích pha rắn
7 – 15
10 – 20
70 – 90
100
(%)
Điểm biến dạng
dẻo hoặc nóng
1300
1400
1400
2000
o
chảy ( C)
Độ dẫn nhiệt
30 – 50
42 – 125
17
29
(W/m-K)
Hiệu suất giãn
nở vì nhiệt (x1012
4 – 6.5
7.5 – 9
6 – 8.5
6 o
/ C)
* Các giá trị của kim cuong đa tinh thể nhìn chung thấp hơn, ngoại trừ độ bền va đập cao hơn

Bo nitrua lập
phương

Kim cương đơn
tinh thể*

4000–5000 HK

7000–8000 HK

6900

6900

700

1350

<0.5

<0.2

850

820 – 1050

3500

3500

95

95

1300

700

13

500 – 2000

4.8

1.5 – 4.8


BẢNG 22.2
Các Đặc Tính Chung Của Vật Liệu Làm Dao (Những Vật Liệu Này Có Một Khoảng
Rộng Về Thành Phần Và Tính Chất; Các Đặc Tính Chồng Chéo Tồn Tại Trong Nhiều
Loại Vật Liệu Làm Dao
Hợp kim Cacbua
Bo nitrua
Thép
Cacbua
Kim
coban
không
Gốm lập phương
gió
phủ
cương
đúc
phủ
đa tinh thể
Độ cứng nóng --------------------------------------------------------------------------------------->
Độ dai
<--------------------------------------------------------------------------------------Độ bền va đập <--------------------------------------------------------------------------------------Kháng mòn
--------------------------------------------------------------------------------------->
Kháng phoi
<--------------------------------------------------------------------------------------Tốc độ cắt
--------------------------------------------------------------------------------------->
Kháng sốc
<--------------------------------------------------------------------------------------nhiệt
Giá thành
--------------------------------------------------------------------------------------->
Thấp Thấp đến Thấp
Thấp
Thấp Thấp đến
Rất thấp
đến
cao
đến cao đến cao đến
cao
với kim
Chiều sâu cắt
cao
cao
cương đơn
tinh thể
Rèn,
Đúc,
Dập
CVD
Dập
Thiêu kết
Thiêu kết
đúc,
thiêu kết nguội,
hoặc
nguội, áp suất
áp suất
Phương pháp
thiêu
thiêu
PVD** thiêu
cao, nhiệt cao, nhiệt
kết
kết
kết
độ cao
độ cao
Nguồn: After R. Komanduri.
* Ép nóng đẳng tĩnh (Hot-isostatic pressing)
** Lắng đọng hơi hóa học (CVD), lắng đọng hơi vật lí (PVD)

BẢNG 22.2
Đặc Tính Hoạt Động Chung Của Vật Liệu Làm Dao
Vật liệu
Đặc tính chung
Kiểu mòn và hỏng
Thép gió
Độ dai cao, chống
Mòn mặt hông, mòn
gãy, vùng cắt thô và Crater
tinh rộng, tốt cho cắt
gián đoạn
Cacbua không phủ
Độ cứng cao trong
Mòn mặt hông, mòn
phạm vi rộng về
Crater
nhiệt độ, độ dai,
kháng mòn, linh
hoạt, ứng dụng đa
dạng
Cacbua có phủ
Cải thiện tính kháng Mòn mặt hông, mòn
mòn của cacbua
Crater
không phủ, đặc tính

Giới hạn
Độ cứng nóng thấp,
độ thấm tôi có giới
hạn, kháng mòn có
giới hạn
Không thể dùng ở
tốc độ thấp

Không thể dùng ở
tốc độ thấp


Gốm

Bo nitrua lập
phương đa tinh thể
Kim cương

ma sát và nhiệt tốt
hơn
Độ cứng cao ở nhiệt
độ cao, chống mòn
cao
Độ cứng, độ dai cao,
độ bền lưỡi cắt cao
Độ cứng, dai cao,
kháng mòn

Mẻ dao, phoi bụi,
nứt gãy
Mẻ dao, tạo phoi,
oxi hóa, graphit hóa
Tạo phoi, oxi hóa,
graphit hóa

Ứng suất thấp và
ứng suất mỏi vì nhiệt
thấp
Ứng suất, độ bền
hóa học thấp hơn
gốm ở nhiệt độ cao
Ứng suất thấp, độ
bền hóa học thấp ở
nhiệt độ cao

Nguồn: After R. Komanduri và các nguồn khác

21.2. Thép gió (thép tốc độ cao)
Dao cắt làm bằng thép tốc độ cao (high-speed steel – HHS) được đặt tên như vậy bởi
vì chúng được phát triển để gia công căt gọt với tốc độ cao hơn trước đây. Lần đầu tiên
được sản xuất vào đầu 1990, thép tốc độ cao là hợp kim cao nhất trong số các thép dụng
cụ (Phần 5.7). Chúng có thể đạt được nhiều chiều sâu cắt khác nhau, có độ kháng mòn
tốt, và tương đối rẻ. Nhờ vào tính dẻo dai cũng như kháng gãy, thép tốc độ cao phù hợp
đối với (a) dao cắt có góc trước dương, (b) cắt gián đoạn, (c) dụng cụ làm máy có độ
cứng vững thấp, chịu sự rung động và tiếng rung và (d) các dụng cụ cắt phức tạp như lưỡi
khoan, doa, taro và dao cắt bánh răng. Giới hạn quan trọng nhất của chúng, do có độ
cứng nóng thấp hơn, là tốc độ cắt thấp so với các loại dụng cụ cắt cacbua, có thể xem
trong Hình 22.1.
Có hai loại cơ bản của thép tốc độ cao: molypden (M-series) và volfram (T-series).
M-series chứa khoảng 10% Mo, với Cr, V, W và Co là nguyên tố hợp kim. T-series chứa
12-18% W, với Cr, V và Co là nguyên tố hợp kim. Cacbua hình thành trong thép chiếm
khoảng 10-20% thể tích. M-series nói chung có độ kháng mòn cao hơn T-series, chịu sự
biến dạng ít hơn trong quá trình nhiệt luyện (Phần 4.7), và rẻ hơn. Do đó, 95% các dụng
cụ cắt thép tốc độ cao được làm theo M-series. Bảng 5.6 liệt kê ba trong số các loại thép
này và các đặc tính của chúng.
Dụng cụ cắt thép tốc độ cao có sẵn trong gia công áp lực (cán hoặc rèn), đúc, và
luyện kim bột (thiêu kết). Chúng có thể được phủ để cải thiện hiệu suất, như được mô tả
trong Phần 22.5. Chúng cũng có thể được xử lí bề mặt (ví dụ như làm cứng vật liệu để cải
thiện độ cứng và kháng mòn; xem Phần 4.10) hoặc xử lí hơi ở nhiệt độ cao để tạo ra một
lớp oxit đen cứng để cải thiện hiệu suất, bao gồm khuynh hướng bị lẹo dao thấp hơn.
Các nguyên tố hợp kim chính trong thép gió là crom, vanadi, vonfram, coban, và
molybden. Để thấy rõ vai trò của chúng trong dao cắt, xem bảng 5.2 về ảnh hưởng của
các yếu tố khác nhau trong thép và lưu ý những điều sau:
 Crom cải thiện độ bền, khả năng chịu mài mòn, và độ bền nhiệt độ cao
 Vanadi cải thiện tính bền, chống mài mòn, và độ cứng nóng


 Vonfram và coban có những tác động tương tự, như tăng cường độ cứng và độ
cứng nóng
 Molypden cải thiện khả năng chịu mài mòn, dẻo dai, và nhiệt độ cao sức mạnh và
độ cứng
22.3 Hợp kim coban đúc
Được giới thiệu vào năm 1915, hợp kim coban đúc có các thành phần sau: 38% 53% Co,
30% - 33% Cr, và 10% -20% W. Do có độ cứng cao, điển hình là 58-64 HRC, chịu mài
mòn và có thể duy trì được độ cứng ở nhiệt độ cao. Chúng không cứng như các loại thép
gió và nhạy cảm với lực va chạm; do đó, chúng không thích hợp hơn thép tốc độ cao cho
các hoạt động cắt bị gián đoạn. Thường được gọi là dao stalit, các hợp kim này được đúc
và mài thành những hình dạng tương đối đơn giản. Hiện nay chúng chỉ được sử dụng cho
các ứng dụng đặc biệt và có liên quan đến các gia công thô liên tục, với lượng ăn dao và
tốc độ cao, bằng gấp đôi tốc độ với thép gió.
22.4 Cacbua
Hai nhóm vật liệu cắt vừa mô tả có độ bền, sức chịu va đập và độ bền nhiệt, nhưng chúng
cũng có những hạn chế đáng kể, đặc biệt đối với độ bền uốn và độ cứng nóng. Do đó,
chúng không thể được sử dụng hiệu quả với tốc độ cắt cao, vì thế nhiệt độ cao, có liên
quan; đó là tốc độ thường thì cần thiết để cải thiện năng suất nhà máy.
Để đáp ứng thách thức cho tốc độ cắt càng cao, cacbua, còn được gọi là thấm cacbua
hoặc cacbua được thiêu dính, được giới thiệu vào những năm 1930. Do độ cứng cao trong
một phạm vi nhiệt độ rộng (Hình 22.1), mô đun đàn hồi cao, tính dẫn nhiệt cao và sự giãn
nở nhiệt thấp, cacbua là nằm trong những thứ quan trọng, linh hoạt và hiệu quả nhất cho
vật liệu cắt và đe được ứng dụng rộng rãi. Hai nhóm cacbua chính được sử dụng cho gia
công là cacbua vonfram và cacbua titan. Để phân biệt chúng với các dụng cụ có lớp vật
liệu phủ được mô tả trong phần 22.5, các dụng cụ cacbua thường được gọi là cacbua
không mạ.
22.4.1 Cacbua Vonfram
Cacbua vonfram (WC) thường bao gồm các cacbua - vonfram kết dính với nhau trong
một hệ coban. Các dao cắt này được sản xuất bằng kỹ thuật luyện kim bột, do đó các từ
cacbua được thiêu dính hoặc thấm cacbua, như được mô tả trong chương 17. Các hạt
cacbua - vonfram lần đầu được kết hợp với coban, kết quả là một vật liệu composite với
một hệ coban bao quanh các hạt cacbua. Các hạt này, có kích thước từ 1 - 5 μm, sau đó
được nén và thiêu kết vào lớp chèn mong muốn (xem hình 22.4.3 và hình 22.2). Các
cacbua vonfram thường xuyên kết hợp với cacbua titan và niobium cacbua, tạo ra đặc
tính đặc biệt cho vật liệu.


Lượng coban hiện diện, dao động từ 6 đến 16%, ảnh hưởng đáng kể đến thuộc tính của
các dao cắt cacbua - vonfram. Khi hàm lượng coban tăng lên, độ bền, độ cứng và khả
năng chịu mài mòn của WC sẽ giảm, trong khi độ dẻo dai tăng, do độ dẻo dai của coban
cao hơn. Các dao cắt cacbua vonfram thường được sử dụng để cắt các loại thép, đúc
gang, và vật liệu không mài mòn, và phần lớn đã thay thế các dao thép gió do hiệu suất
tốt hơn.

Hình 22.2 Các loại mảnh cắt với hình dạng và bẻ phoi bao quanh mảnh cắt được thiết kế
sẵn, có thể thấy ở hình 22.3c và 22.4; lỗ ở giữa mảnh cắt là tiêu chuẩn để có thể thay thế
vào cán dao.
Cacbua cực tiểu. Dụng cụ cắt cũng được chế tạo từ các hạt cacbua nhỏ và cực tiểu
(micrograin) cacbua, bao gồm cacbua vonfram, cacbua titan và cacbua tantali. Kích thước
hạt thường nằm trong khoảng 0,2 đến 0,8 μm. So với các cacbua truyền thống, được mô
tả trước đây, các vật liệu dụng cụ này mạnh mẽ hơn, cứng hơn và chống mài mòn hơn, do
đó cải thiện năng suất. Trong một ứng dụng khoan cực tiểu, có đường kính khoảng 100
μm, đang được làm từ cacbua cực tiểu và được sử dụng trong chế tạo các bảng mạch
(Phần 28.13).
Than hoạt tính. Trong những dụng cụ cắt này, thành phần của cacbua trong mảnh cắt có
một độ chênh lệch thông qua độ sâu bề mặt gần của nó, thay vì được đều như nó ở trong
mảnh cắt cacbua phổ biến. Độ chênh lệch có phân phối đều các chế phẩm và các pha, với
các chức năng tương tự như các tính chất được mô tả như các tính chất mong muốn của
chất phủ trên các dụng cụ cắt. Các tính chất cơ học được phân loại loại bỏ giới hạn uốn
và thúc đẩy tuổi thọ và hiệu suất của dụng cụ; tuy nhiên, chúng đắt hơn và không phổ
biến cho tất cả các ứng dụng.
22.4.2 Cacbua titan


Cacbua titan (TiC) bao gồm một hệ niken - molybden. Nó có độ mài mòn cao hơn cacbua
vonfram nhưng không đủ độ bền. Cacbua titan thích hợp cho việc gia công các vật liệu
cứng, chủ yếu là thép và gang đúc, và để gia công ở tốc độ cao hơn so với các sản phẩm
thích hợp cho cacbua vonfram.
22.4.3 Mảnh cắt
Mặc dù việc cung cấp các hình dạng, hoặc đã được tái phân tích, dao cắt thường được
bảo quản trong nhà máy, các hoạt động thay dao có thể mất thời gian và do đó không hiệu
quả. Nhu cầu một phương pháp hiệu quả hơn đã dẫn đến sự phát triển của các mảnh cắt,
là các công cụ cắt với một số điểm cắt (Hình 22.2). Như vậy, một mảnh cắt vuông có tám
điểm cắt, và một mảnh cắt hình tam giác có sáu. Các mảnh cắt thường được kẹp trên bộ
phận giữ dụng cụ, với các cơ chế khoá khác nhau (Hình 22.3); khi một điểm của mảnh
cắt bị mòn, chỉ cần xoay mũi để có một điểm cắt mới có sẵn. Ngoài các ví dụ trong hình,
còn rất nhiều các bộ dụng cụ khác có sẵn cho các ứng dụng cụ thể, bao gồm các tính năng
có tính năng chèn nhanh và loại bỏ.

Hình 22.3 Các phương pháp lắp các mảnh cắt vào bộ cán dao: (a) kẹp chặt và (b) chốt
khóa. (c) Ví dụ về các mảnh cắt gắn với khóa chốt không gỉ, được bảo đảm bằng các ốc
vít bên.

Hình 22.4 Mối liên hệ giữa độ bền cạnh và khuynh hướng cho phoi của các mảnh cắt với
các hình dạng khác nhau; độ bền của cạnh cắt được chỉ ra bởi các góc bao gồm.
Mảnh cắt cacbua có sẵn trong một loạt trong hình, chẳng hạn như vuông, tam giác, kim
cương, và tròn. Độ bền của cạnh cắt của mảnh cắt phụ thuộc vào hình dạng của nó; góc
càng nhỏ càng tốt (xem phần đầu của hình 22.4). Để tăng độ bền cảnh và tránh mẻ, các


cạnh mảnh cắt thường được làm móng, vát cạnh, hoặc được tạo ra bằng vùng âm (Hình
22.5). Hầu hết các mảnh cắt được mài mòn để bán kính khoảng 0.025 mm.
Bẻ phoi bao quanh mảnh cắt (xem hình 21.7 và mục 21.2.1) với mục đích (a) kiểm soát
luồng phoi trong quá trình gia công, (b) loại bỏ phoi dài, (c) làm giảm nhiệt sinh ra, và (d)
làm giảm rung động và chấn động. Mảnh cắt cacbua được thương mại có sẵn với một loạt
các tính năng bẻ phoi phức tạp, ví dụ điển hình được thể hiện trong hình 22.2. Việc lựa
chọn đặc tính bẻ phoi riêng phụ thuộc vào lượng ăn dao và độ sâu cắt, vật liệu phôi, loại
phoi được tạo ra trong quá trình cắt và đó là gia công thô hay gia công tinh. Hình học của
bộ phận bẻ phoi tối ưu tiếp tục được phát triển bằng thiết kế máy tính và các kỹ thuật
phân tích phần tử hữu hạn.

Hình 22.5 Chuẩn bị cạnh cắt cho mảnh cắt để nâng cao độ bền của cạnh
Độ bền của máy công cụ (Phần 25.3) rất quan trọng trong việc sử dụng các dụng cụ bằng
cacbua. Lượng ăn dao mỏng, tốc độ thấp và chấn động là bất lợi bởi vì chúng có xu
hướng làm hỏng cạnh cắt của dao. Thí dụ, lượng ăn dao mỏng, các lực tập trung và nhiệt
độ gần các cạnh của dao, làm tăng khuynh hướng cho các mép cắt phoi.
22.4.4 Phân loại cacbua
Các loại dao cacbua được phân loại bằng các chữ cái P, M, K, N, S, và H (trong Bảng
22.4 và 22.5) cho một loạt các ứng dụng, bao gồm các cấp C truyền thống được sử dụng
ở Hoa Kỳ. Do có nhiều loại cacbua có sẵn và có nhiều ứng dụng gia công và vật liệu
phôi, nên việc phân loại ISO tiếp tục là một nhiệm vụ khó khăn.
Bảng 22.4


Bảng 22.5

22.5 Vật liệu phủ bề mặt dụng cụ cắt
Như được mô tả trong Phần I, các hợp kim và các vật liệu kỹ thuật mới đang được phát
triển liên tục, đặc biệt là từ những năm 1960. Những vật liệu này có độ bền và độ dẻo dai


cao, nhưng thường có tính mài mòn và phản ứng hóa học với vật liệu dụng cụ cắt. Khó
khăn của việc gia công các vật liệu này một cách hiệu quả và nhu cầu cải thiện hiệu suất
của chúng đã dẫn đến sự phát triển quan trọng trong các công cụ tráng. So sánh với các
vật liệu bằng công cụ, lớp phủ có đặc tính thuận lợi, như:
 Ma sát thấp hơn
 Khả năng chống mài mòn và nứt cao hơn
 Độ cứng và độ bền cao
 Làm rào cản lan truyền giữa công cụ và phoi
Dụng cụ phủ bề mặt có tuổi thọ có thể kéo dài 10 lần so với các dụng cụ không tráng, do
đó cho phép tốc độ cắt cao và giảm cả thời gian cần thiết cho hoạt động gia công và chi
phí sản xuất. Như hình 22.6, thời gian gia công đã được giảm một cách ổn định bởi một
yếu tố hơn 100 kể từ năm 1900. Sự cải thiện này đã có tác động tích cực đến kinh tế của
các hoạt động gia công, kết hợp với việc tiếp tục cải tiến trong việc thiết kế và xây dựng
các công cụ máy hiện đại và các điều khiển máy tính của họ (xem Chương 25 và Phần
IX). Kết quả là, các công cụ được bọc bây giờ được sử dụng trong khoảng 80% tất cả các
hoạt động gia công, đặc biệt là quay, phay và khoan.
22 .5 .1 Các vật liệu phủ và các phương pháp phủ
Các vật liệu thường dùng để phủ bề mặt như titanium nitride, titanium carbice (TiC),
titanium carbonitride (TiCN), aluminum oxide ( Al2O3). Những lớp vật liệu phủ này, có
bề dày từ khoảng 2 đến 15 µm.


về công cụ cắt và chèn bằng hai kỹ thuật chính, được mô tả chi tiết hơn trong Phần 34.6:
1. Sự ngưng tụ hơi hóa học (CVD), bao gồm cả hơi hóa học có trợ giúp bằng plasma
gây sự ngưng tụ
2. Sự ngưng tụ hơi vật lý (PVD)
Quá trình CVD là phương pháp phổ biến nhất được sử dụng cho cacbua công cụ đa lớp
và gốm mạ, cả hai đều được mô tả sau trong phần này. Tuy nhiên, các cacbua phủ PVD
với lớp phủ TiN có độ bền cao hơn, ma sát thấp hơn, và có khuynh hướng gây nên hiện
tượng lẹo dao, và mượt mà hơn và đồng nhất về độ dày (thường ở trong khoảng từ 2 đến
4 um). Một công nghệ khác (được sử dụng đặc biệt cho lớp phủ nhiều lớp) là sự lắng
đọng hóa học hơi cao (MTCVD) trung bình, được phát triển để tạo ra sắt dẻo và thép
không gỉ và cung cấp khả năng chống lại sự nứt vỡ cao hơn lớp phủ CVD.
Lớp phủ các dụng cụ cắt và khuôn nên có những đặc điểm chung sau:





Độ cứng cao ở nhiệt độ cao, chống lại sự mài mòn.
Tính ổn định và tính trơ của vật liệu phôi, để giảm sự mài mòn.
Độ dẫn nhiệt thấp, để tránh nhiệt độ tăng lên trên bề mặt.
Khả năng tương thích và liên kết tốt với bề mặt, để ngăn ngừa sự bong tróc hoặc
va đập.


 Ít ít hoặc không có độ xốp trong lớp phủ, để duy trì tính toàn vẹn và sức mạnh.
Hiệu quả của lớp phủ được tăng cường bởi độ cứng, dẻo dai và tính dẫn nhiệt cao của
chất nền (có thể là cacbua hoặc thép gió). Mài sắt dụng cụ cắt là một quy trình quan trọng
để duy trì sức bền lớp phủ; nếu không, vỏ bọc có thể lột vỏ hoặc nhão ở các cạnh sắc và
góc.
Lớp phủ Titanium-nitride. Titanium-nitride phủ có hệ số ma sát thấp, độ cứng cao, chịu
được nhiệt độ cao, và bám dính tốt vào bề mặt. Do đó, họ cải thiện rất nhiều cuộc sống
của các công cụ thép gió, cũng như tuổi thọ của các dụng cụ cacbua, dao khoan và máy
cắt. Các dụng cụ tráng Titanium-Nitrua (màu vàng) hoạt động tốt ở tốc độ cắt và lượng ăn
dao cao. Độ mòn của cánh tay thấp hơn đáng kể so với các dụng cụ không tráng (Hình
22.7). Và mặt bích có thể được cố định lại sau khi sử dụng, kể từ khi mài công cụ không
loại bỏ các lớp phủ trên mặt rake của công cụ. Tuy nhiên, các dụng cụ tráng không làm
tốt ở tốc độ cắt thấp bởi vì lớp phủ có thể bị mòn bởi sự kết dính của chip. Do đó, việc sử
dụng chất lỏng cắt thích hợp để làm giảm sự kết dính là rất quan trọng.
Lớp phủ Titanium-carbide. Các lớp phủ cacbua Titan trên các lớp chèn tungstencarbide
có tính chống ăn mòn cao trong vật liệu mài mòn gia công
Lớp phủ Ceramic. Do tính trơ hoá hóa học của chúng, tính dẫn nhiệt thấp, chịu được
nhiệt độ cao, và tính kháng với sườn và. mài mòn, gốm sứ là vật liệu phủ phù hợp cho
các dụng cụ. Lớp phủ gạch phổ biến nhất được sử dụng là nhôm oxit (Al2O3). Tuy nhiên,
vì chúng rất ổn định (không phản ứng hóa học), lớp phủ oxit thường liên kết yếu với bề
mặt.
Phủ bề mặt nhiều pha. Các tính chất mong muốn của lớp phủ chỉ mô tả có thể được kết
hợp và tối ưu hóa với việc sử dụng các lớp phủ nhiều lớp. Các công cụ cacbua hiện có
sẵn với hai hoặc ba lớp lớp phủ như vậy và đặc biệt hiệu quả trong việc gia công các loại
phôi và thép.
Ví dụ, người ta có thể đầu tiên TiC đặt trên bề mặt, tiếp theo là AIZO3, và sau đó TiN.
Lớp đầu tiên nên kết dính tốt với chất nền, lớp ngoài nên chống mài mòn và có tính dẫn
nhiệt thấp, và lớp trung gian nên kết dính tốt và tương thích với cả hai lớp.
Các ứng dụng tiêu biểu của các công cụ phủ nhiều lớp như sau:
1. Tốc độ cao, cắt liên tục: TiC / A1203
2. Tải trọng nặng, cắt liên tục: TiC / A1203 / TiN
3.Tải trọng nhẹ , cắt gián đoạn: TiC / TiC + TiN / TiN.
Các lớp phủ cũng có sẵn trong các lớp đa lớp xen kẽ. Độ dày của các lớp này là theo thứ
tự từ 2 đến 10 / im mỏng hơn so với lớp phủ nhiều lớp thông thường (Hình 22.8). Lý do


sử dụng lớp phủ mỏng hơn là lớp phủ cứng tăng lên cùng với sự giảm kích thước hạt một hiện tượng tương tự như sự gia tăng cường độ của kim loại với kích thước hạt giảm.
Do đó, các lớp mỏng hơn khó hơn lớp dày hơn.

Một công cụ cacbua tráng nhiều pha điển hình có thể bao gồm các lớp sau đây, bắt đầu từ
phía trên, cùng với các chức năng chính của chúng:
1. TiN: ma sát thấp
2. Al2O3: ổn định nhiệt độ cao
3. TiCN: sợi được gia cường với độ cân bằng tốt về khả năng chống mài mòn và hao
mòn, đặc biệt là đối với cắt cắt
4. Một bề mặt cacbua mỏng: độ dẻo dai cao
5. Chất nền cacbua dày: cứng và chống biến dạng dẻo ở độ cao nhiệt độ.
Phủ kim cương. Các tính chất và ứng dụng của kim cương, lớp phủ kim cương, và
cacbon giống như kim cương được mô tả trong Phần 8.7 và 34.13, và việc sử dụng các
vật liệu này như các dụng cụ cắt được đưa ra trong Phần 22.9. Kim cương đa tinh thể


Hình 22.8 Lớp phủ đa lớp trên nền chất liệu vonfram cacbua. Ba lớp oxit nhôm xen kẽ
nhau được tách ra bằng các lớp rất mỏng của nitrit titan. Các lớp phủ với 13 lớp phủ đã
được tạo ra. Độ dày lớp phủ thường ở khoảng từ 2 đến 10 um. Nguồn: Được phép của
Kennametal Inc.

Phủ kim cương:
Những dặc tính và ứng dụng của kim cương, lớp phủ kim cương, và kim cương
carbon được trình bày trong Phần 8.7 và 34.13, và việc sử dụng các vật liệu này như dùng
làm dụng cụ cắt được trình bày trong mục 22.9. Kim cương polycrystalline được sử dụng
rộng rãi như một lớp phủ cho các dụng cụ cắt, đặc biệt là các phần chèn bằng cacbua
vonfram và silicon nitride. Phủ kim cương có hiệu quả đặc biệt trong gia công cắt gọt (a)
kim loại màu, (b) các vật liệu mài mòn, như hợp kim nhôm có chứa silic, (c) vật liệu
composite kết cấu dưới dạng sợi và và (d) graphite. Nó giúp cải thiện tăng10 lần tuổi thọ
của dao so với các dụng các thông thường khác.
Các miếng chèn bằng kim cương, có sẵn trên thị trường, với những màng mỏng
đặt dựa trên chất nền thông qua kỹ thuật PVD hoặc CVD. Độ dày màng phim kim cương
được giữ bằng cách tăng nhưng tấm kim cương nguyên chất lơn, sau đó cắt laze để tạo
hình và hàn chèn cacbua. Lớp phủ kim cương nano nanocrystal đa lớp cũng đang được
phát triển, với các lớp liên kết nhau của kim cương cung tạo độ cứng cho lớp phủ. Như
vậy với tất cả lớp phủ, nó là điều kiện cần thiết để phát triển sự kết dính tốt của các màng
kim cương tới bề mặt, và để giảm thiểu sự khác biệt trong sự giãn nở nhiệt giữa kim
cương và chất nền (xem mục 3.6)


22.5.2. Các vật liệu mạ khác
Những tiến bộ chính đang được thực hiện trong việc cải thiện hơn nữa hiệu suất
của lớp phủ lên bê mặt dao. Titanium carbonitride (TiCN) và Titanium nhôm nitrit
(TiAlN) có hiệu quả cao trong việc cắt thép không gỉ. TiCN (bám lại thông qua sự lắng
đọng hơi) rất khó khăn và khó khăn hơn TiN, và có thể được sử dụng cho cacbua và các
dụng cụ làm bằng thép tốc độ cao. TiAlN phù hợp trongviệc gia công các hợp kim không
gỉ. Các lớp phủ dựa trên chromium, như cacbua crom (CrC), phù hợp trong việc gia công
các kim loại mềm hơn phù hợp cho công cụ cắt, như nhôm, đồng và titan. Các vật liệu
bao phủ khác bao gồm nitrite zirconium (ZrN) và nitride hafni (HfN).
Những phát triển gần đây bao gồm (a) các lớp phủ nanô, như cacbua, boride,
nitride, oxide, hoặc một số hỗn hợp khác (xem thêm Phần 8.8) và (b) lớp phủ composite,
sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau.
22.5.3. Cấy Ion
Trong quá trình này, ion được đưa vào bề mặt của dụng cụ cắt, để cải thiện tính
chất bề mặt (Phần 34.7); quá trình không thay đổi kích thước của công cụ. Nitrogen ion
đã được cấy vào dao carbide đã được sử dụng thành công trên thép hợp kim và thép
không rỉ. Xenon-ion được cấy ghép vào dụng cụ cắt cũng đang được phát triển.
22.6. Gốm sứ
Vật liệu dao bằng gốm, được giới thiệu vào đầu những năm 1950, chủ yếu bao
gồm oxit nhôm tinh khiết, độ tinh khiết cao (Phần 8.2). Chúng được nén với nhiều hình
dạng dưới áp suất cao, sau đó kết tinh ở nhiệt độ cao; sản phẩm cuối cùng được gọi là
gốm trắng (lạnh). Việc bổ sung cacbua titan và oxit zirconium giúp cải thiện các tính
chất, như tính dẻo dai và chiệu nhiệt tốt.
Dao cắt sứ trên nhôm có độ mài mòn rất cao và độ cứng nóng (Hình 22.9). Về mặt
hóa học, chúng có thể ổn định, bền hơn các loại thép và cacbua tốc độ cao. Do đó chúng
ít có khuynh hướng dính lên kim loại trong quá trình gia công, và xu hướng sự dính vật
liệu len dao. Kết quả là trong gia công sắt và thép đúc gia công, chất lượng bề mặt thu
được bằng cách sử dụng dao cắt bằng gốm sứ. Mặt khác, gốm sứ thường thiếu độ dẻo dai,
và việc sử dụng chúng có thể dẫn đến giảm tuổi thọ dao,
Chèn gốm sứ có sẵn với hình dạng tương tự như chèn của cacbua (Phần 22.4.3).
Chúng có hiệu quả trong cắt gọt tốc độ cao, không bị gián đoạn, chẳng hạn như trong
hoàn thiện hoặc bán bán thành phẩm. giảm sốc nhiệt, việc cắt nên được thực hiện khô
hoặc với một lượng lớn dung dịch cắt, được áp dụng với một dòng ổn định (mục 22.12).
không thích hợp hoặc ứng dụng không liên của chất lỏng có thể gây sốc nứt dụng cụ cắt
bằng gốm.


Hình 22.9: Dãy các tính chất cơ học cho các nhóm vật liệu. của dụng cụ cắt khác
nhau. HIP = nén đẳng tích nóng. ( Bảng 22.1-22.5)
Hình dạng và thiết lập công cụ cắt bằng sứ rất quan trọng. Góc trước âm (góc lớn)
thường được ưa thích để tránh bị nứt, do sức căng yếu của gốm sứ. Sự hư hại của dụng cụ
có thể được giảm đi bằng cách tăng độ cứng và giảm khả năng rung của các máy công cụ,
các giá đỡ, và các thiết bị làm việc, do đó làm giảm rung động và tiếng ồn.
Gốm kim loại:
Cermet (cấu tạo từ gốm và kim loại) bao gồm các hạt gốm trong một ma trận kim
loại. Chúng được giới thiệu vào những năm 1960 và được gọi là gốm sứ đen hoặc
(carboxides). Một cermet điển hình bao gồm 70% nhôm oxit và 30% cacbua titan; các
kim loại khác có chứa molipden, cacbua niobium và cacbua tantali. Mặc dù chúng có tính
ổn định về mặt hóa học cao và cản trở sự dính vật liệu trên dao, tính dồn và chi phí cao
kim là một hạn chế đối với việc sử dụng rộng rãi hơn.
22.7 Cubic Boron Nitride
Bên cạnh kim cương, nitơ boron cubic (cBN) là vật liệu tồn tại. khó nhất. Được
giới thiệu vào năm 1962 dưới tên thương mại của Borazon, nitơ boron cubic được tạo
thành bằng cách kết hợp một lớp boron nitric polycrystalline cubic boron 0.5-1 m với
chất nền cacbua bằng cách thiêu kết dưới áp suất cao và nhiệt độ cao. Hơi cacbua có tính
chống va đập, lớp cBN cung cấp độ chịu mài mòn rất cao và độ bền cắt cạnh (Hình
22.10).


Hình 22.10: nhứng mẫu chèn Cubic boron nitride, (a) chèn một khối
polycrystalline cubic hoặc lớp kim cương trên cacbua vonfram, (b) chèn vớ
polycrystalline boron nitride (hàng trên cùng) và các chèn cBN polycrystalline rắn (hàng
dưới cùng).
Sự ổn định nhiệt độ của cBN là một lợi thế đáng kể; nó có thể được sử dụng một
cách an toàn đến 1200 °C. Ngoài ra, ở nhiệt độ cao, cBN m là một hóa chất có tính trơ
cao với sắt và niken, do đó không bị ăn mòn do sự khuếch tán. Sức đề kháng của nó quá
trình oxy hóa cao, đặc biệt là thích hợp cho việc gia công sắt cứng và các hợp kim có độ
bền cao (xem phần cứng, phần 25.6) và cho tốc độ vận hành cắt cao (Mục 25.5).
cBN cũng được sử dụng như một chất mài mòn; Tuy nhiên, bởi vì những dụng cụ
này giòn, độ cứng của máy công cụ và vật cố định là quan trọng để tránh rung động và
tiếng ồn. Hơn nữa, để tránh bị nứt, chịu nhiệt kém, việc gia công nói chung nên được
thực hiện khô ráo, đặc biệt là trong các hoạt động cắt bị gián đoạn, chẳng hạn như xay
xát.
22.8 Gốm sứ gồm silicon và nitrit.
Được phát triển vào những năm 1970, các vật liệu bằng gốm silicon-nitride (SiN)
bao gồm silic nitride với các bổ sung khác nhau của ôxit, oxit nitri và titanium cacbua.
Những dụng cụ này có độ cứng cao, chịu nhiệt tốt. Một ví dụ về vật liệu dựa trên SiN là


sialon, tên sau các nguyên tố trong đó nó bao gồm: silic, nhôm, oxy, và nitơ. Sialon đã
cao hơn chịu nhiệt độ cao hơn so với silicon nitrit, và được nhắc nhở kết thúc cho gia
công dàn sắt và siêu hợp kim niken, với tốc độ cắt trung bình. Vì mối quan hệ với chất sắt
với sắt ở nhiệt độ cao, tuy nhiên, SiN dựa trên các công cụ không thích hợp cho gia công
thép.
22.9 Kim cương.
Tất cả các vật liệu đã biết, chất liệu cứng nhất là kim cương, được mô tả trong
Phần 8.7. Là một công cụ cắt, nó có các tính chất rất cần thiết như ma sát thấp, mài mòn
cao, sắc bén và có tuổi thọ cao. Dùng kim cương khi cần phải có bề mặt hoàn thiện và độ
chính xác cao, đặc biệt là khi sử dụng hợp kim màu và vật liệu kim loại không mài mòn,
đặc biệt một số hợp kim nhôm silicon.

Hình 22.11. Ảnh chụp tế vi của kết cấu kim cương, (a) Kim cương có tổ chức hạt nhỏ
mịn, hạt có kích thước khoảng 2 ; (b) Kim cương có tổ chức hạt trung bình, kích thước
khoảng 10 ; (c) Kim cương có tổ chức hạt thô, kích thước khoảng 25 . Kích cỡ hạt từ 0,5
đến 30 μm có sẵn trên thị trường.
Các dụng cụ kim cương này có cấu tạo gồm các tinh thể tổng hợp rất nhỏ (Hình 22.11),
kết hợp với quá trình áp suất cao, nhiệt độ cao, với độ dày khoảng 0.5-1mm và gắn với
chất nền cacbua; sản phẩm này tương tự như các dụng cụ cBN (Hình 22.10). Các hạt tinh
được dùng khi yêu cầu lưỡi cắt chất lượng cao và độ cứng cao. Các hạt thô được ưu tiên
sử dụng khi muốn tăng tính chống mài mòn. Các định hướng ngẫu nhiên của tinh thể pha
lê ngăn cản sự phát triển của các vết nứt thông qua cấu trúc, do đó cải thiện độ dẻo dai
của nó.
Do kim cương có tính giòn nên hình dạng và độ sắc nét của dao rất quan trọng. Góc
nghiêng thấp thường được sử dụng để tạo ra đường cắt mạnh. Đặc biệt chú ý đến sự định
hướng tinh thể phù hợp và tốt nhất để có được tuổi thọ dụng cụ tối ưu. Sự mài mòn có thể


xảy ra thông qua phoi có kích thước cỡ micromet (gây ra do ứng suất nhiệt và quá trình
oxy hóa) và thông qua việc chuyển đổi sang carbon (do nhiệt sinh ra trong quá trình cắt).
Dụng cụ bằng kim cương có thể được sử dụng thỏa đáng với tốc độ bất kỳ, nhưng phù
hợp nhất cho các vết cắt hoàn thiện không bị gián đoạn nhẹ. Để giảm thiểu các vết nứt
gãy, viên kim cương đơn tinh thể phải được tái tạo lại ngay khi nó trở nên cùn. Vì mối
quan hệ hóa học mạnh mẽ của nó ở nhiệt độ cao (dẫn đến sự khuếch tán), kim cương
không được khuyến khích để gia công các loại thép hợp kim carbon hoặc hợp kim titan,
niken và coban.
22.10 Các vật liệu được gia cường sợi đơn tinh thể và vật liệu nano:
Nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả hoạt động và chịu mài mòn của dụng cụ cắt gọt, đặc
biệt là trong gia công vật liệu mới và vật liệu tổng hợp, tiếp tục tiến bộ và đang được thực
hiện trong việc phát triển vật liệu công cụ mới có tính năng nâng cao, như:






Độ dẻo dai cao
Chống sốc nhiệt
Sức mạnh vượt trội
Chống ăn mòn
Độ cứng cao

Những tiến bộ bao gồm việc sử dụng tinh thể là sợi tăng cường trong vật liệu công cụ
tổng hợp. Ví dụ về dụng cụ cắt bằng tinh thể được gia cường bao gồm các dụng cụ silicon
nitride được gia cố bằng rèn silicon carbide và các dụng cụ dựa trên nhôm oxit được củng
cố bằng râu silicon carbide 25-40%, đôi khi với việc thêm oxit zirconium (ZrO2). Các
tinh thể carbua silicon điển hình dài 5-100 μm và đường kính 0.1-1 μm. Tuy nhiên, độ
phản ứng cao của cacbua silic với kim loại màu làm cho SiC được tăng cường các dụng
cụ thích hợp cho gia công sắt và thép.
Các vật liệu nano cũng đang trở nên quan trọng trong các vật liệu cắt tiên tiến (xem Phần
8 .8); vật liệu nano thích hợp là cacbua và gốm sứ. Thông thường, các lớp phủ nanô được
áp dụng cho lớp phủ mỏng, thường là để đạt được tuổi thọ hợp lý (xem Phần 25.5) hoặc
sử dụng chất làm nguội (xem mục Máy cắt khô, mục 22.12.1).
22.11. Chi phí của dụng cụ và việc sửa chữa dụng cụ:
Chi phí của dụng cụ thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào vật liệu, kích cỡ, hình dạng, tính
năng của bộ phận ngắt và chất lượng dụng cụ. Chi phí cho một chi tiết lắp 12,5 mm là
khoảng 5 đến 10 đô la đối với cacbua không tráng, 6-10 đô la cho cacbua tráng, (c) 8 đến
15 đô la cho gốm sứ, (d) 50 đến 60 đô la để bọc kim cương cacbua, (e) $ 60 đến $ 100
đối với nitơ boron khối, và (f) $ 90 đến $ 125 cho một chèn kim cương.
Sau khi xem xét các chi phí liên quan đến gia công và xem xét tất cả các khía cạnh liên
quan đến hoạt động tổng thể, có thể thấy rằng chi phí của một chi tiết lắp đơn lẻ là tương


đối không đáng kể. Chi phí dụng cụ gia công đã được ước tính từ 2 đến 4% chi phí sản
xuất. Số lượng nhỏ này là do thực tế nó có thể được giảm xuống một lượng lớn vật liệu
trước khi nó được liệt kê và cuối cùng tái chế. Nhớ lại từ Phần 21.5 công cụ tuổi thọ dự
kiến có thể nằm trong khoảng từ 30 đến 60 phút. Vì vậy, xem xét rằng công cụ có thời
gian lắp ráp dài, nó được chỉ ra rằng công cụ này kéo dài một thời gian dài trước khi nó
được lấy ra khỏi máy và thay thế.
Dụng cụ cắt có thể được tân trang lại bằng cách tái tạo lại chúng bằng dụng cụ và máy
mài cắt đặc biệt. Việc này có thể được thực hiện bằng máy nghiền. Các phương pháp gia
công tiên tiến cũng được sử dụng, như mô tả trong Chương 27. Phục hồi lớp phủ. Điều
quan trọng là các công cụ có các tính năng hình học giống như các công cụ gốc. Thông
thường, quyết định có thêm công cụ sửa chữa là điển hình của nền kinh tế, đặc biệt là khi
chi phí lắp nhỏ không ảnh hưởng đến tổng chi phí. Công cụ tái chế là một sự cân nhắc
đáng kể, đặc biệt nếu chúng có chứa các vật liệu đắt tiền và quan trọng như vonfram và
cobalt.
22.12. Chất lỏng cắt
Chất lỏng cắt đã được sử dụng rộng rãi trong gia công để đạt được các mục đích sau:
 Giảm ma sát và mài mòn, do đó cải thiện tuổi thọ dụng cụ và bề mặt của phôi.
 Làm mát khu vực, do đó cải thiện tuổi thọ của dụng cụ, giảm nhiệt độ và biến
dạng của phôi.
 Giảm sức mạnh và tiêu thụ năng lượng.
 Làm sạch các phoi từ khu vực cắt, do đó tránh cho các phoi không can thiệp vào
quá trình cắt, đặc biệt trong các hoạt động như khoan và tarô.
 Bảo vệ bề mặt gia công bằng việc ăn mòn môi trường.
Tùy thuộc vào loại hoạt động gia công, dung dịch cắt có thể là chất làm mát, chất bôi
trơn, hoặc cả hai. Hiệu quả của việc cắt giảm chất lỏng phụ thuộc vào một số yếu tố,
chẳng hạn như loại thao tác gia công, vật liệu và vật liệu, tốc độ cắt, và phương pháp thực
hiện. Nước là một chất làm mát tuyệt vời và có thể có hiệu quả trong việc giảm nhiệt độ
phát triển trong khu vực cắt. Tuy nhiên, nước không phải là chất bôi trơn có hiệu quả; do
nó không làm giảm ma sát. Hơn nữa, nó có thể gây ra oxy hóa (rỉ) của các phôi và các
thành phần máy công cụ.
Sự cần thiết của một chất lỏng cắt phụ thuộc vào mức độ nghiêm trọng của hoạt động gia
công đặc biệt, có thể được định nghĩa như (a) mức độ nhiệt độ và lực gặp phải và khả
năng của các thành phần công cụ chịu được chúng, (b) xu hướng cho sự hình thành biên
dạng, (c) Dễ dàng đảm bảo rằng các phoi có thể được lấy ra khỏi khu cắt, (d) làm thế nào
có hiệu quả để chất lỏng có thể được cung cấp cho khu vực thích hợp ở mặt tiếp xúc phoi
và công cụ. Mức độ quan trọng tương đối của các quy trình gia công cụ thể trong xay,
cưa, tiện, phay, khoan, cắt bánh răng, cắt sợi.


Tuy nhiên, có việc làm lạnh chất lỏng có thể gây bất lợi. Ví dụ, cắt chất lỏng có thể gây ra
các phoi xoăn quặng (xem hình 21.9c.), và do đó tập trung sức nóng gần hơn, giảm tuổi
thọ dao. Hơn nữa, theo cùng một cách, với sự trợ giúp của nhiều cắt, nguyên nhân của cắt
nhiệt của răng cắt, có thể gây ra vết nứt nhiệt, bởi các cơ chế mỏi do nhiệt hoặc sốc nhiệt.
Hoạt động cắt chất lỏng Các cơ chế cơ bản của bôi trơn trong hoạt động gia công bằng
kim loại được mô tả chi tiết hơn trong Phần 33.6. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cắt chất
lỏng làm tăng sự xâm nhập vào mặt tiếp xúc phoi- công cụ bởi rò rỉ từ các cạnh của phoi
(trang. 21,11 và 21,12), thông qua các hoạt động mao dẫn của mạng lưới lồng vào nhau
của liên kết bề mặt.
Do kích thước của mạng lưới mao mạch này nhỏ nên dòng chảy của chất lỏng có kích
thước phân tử nhỏ và có đặc tính ướt (bề mặt) thích hợp. Do đó, ví dụ, vì chúng có ít chất
bôi trơn trong gia công, nên các loại dầu có tỷ trọng phân tử thấp được nhúng trong nhũ
tương rất hiệu quả. Lưu ý rằng, trong hoạt động gia công gián đoạn, nhưng các công cụ
có nhiều khả năng sốc nhiệt.
Ví dụ 22.1 Ảnh hưởng của chất lỏng cắt trên gia công
Yêu cầu: Một hoạt động gia công được thực hiện với chất bôi trơn có hiệu quả.
Tìm: Mô tả các thay đổi trong hoạt động cung cấp chất lỏng bị gián đoạn.
Giải pháp: Vì chất lỏng cắt là chất bôi trơn tốt nên các chuỗi sự kiện sau đây sẽ diễn ra
sau khi chất lỏng bị tắt:
1. Ma sát tại giao diện chip công cụ sẽ tăng lên.
2. Góc cắt sẽ giảm, phù hợp với phương trình (21,3).
3. Sự gia tăng áp lực cắt, như trong phương trình. (21,2).
4. Con chip sẽ trở nên dày hơn.
5. Một cạnh xây dựng có thể hình thành.

Các loại chất lỏng cắt. Các đặc tính và ứng dụng của chất lỏng xử lý kim loại và
xu hướng của chúng được mô tả trong Phần 33.7. Tóm lại, bốn loại chất lỏng cắt
thường được sử dụng trong hoạt động gia công

1.
Dầu, còn gọi là dầu thẳng, bao gồm khoáng chất, động vật, thực vật, dầu
hỗn hợp và tổng hợp; thường được sử dụng cho các hoạt động tốc độ thấp, nơi
nhiệt độ tăng không đáng kể.


2.
Nhũ tương, còn được gọi là các loại dầu hòa tan, là hỗn hợp dầu và nước
và các chất phụ gia; chúng thường được sử dụng cho các hoạt động tốc độ cao, nơi
nhiệt độ tăng lên đáng kể. Sự có mặt của nước làm nhũ tương chất làm mát hiệu
quả cao, và sự hiện diện của dầu làm giảm hoặc loại bỏ xu hướng nước gây ra oxy
hóa bề mặt phôi.
3.
Semisynthetics là nhũ hoá học có chứa ít dầu khoáng, pha loãng trong
nước, và với phụ gia làm giảm kích thước của các hạt dầu, do đó làm cho chúng
hiệu quả hơn.
4.
Các chất tổng hợp là hóa chất với các chất phụ gia, pha loãng trong nước,
và không chứa dầu. Do sự tương tác phức tạp giữa chất lỏng cắt, vật liệu phôi,
nhiệt độ, thời gian, và các biến quá trình cắt, việc lựa chọn và sử dụng chất lỏng
không thể khái quát được. Trong chương 23 và 24, các khuyến nghị cho việc cắt
giảm chất lỏng cho các hoạt động gia công cụ thể.
Phương pháp sử dụng chất lỏng cắt. Có bốn phương pháp cơ bản của ứng dụng
cắt bằng chất lỏng trong gia công:
1.
Flooding. Đây là phương pháp phổ biến nhất, như thể hiện trong hình.
22.12 và chỉ ra thực tiễn tốt. Tốc độ dòng chảy thường dao động từ 10 L / phút cho
các dụng cụ một điểm tới 225 L / phút cho mỗi máy cắt cho máy cắt răng nhiều
răng, như trong máy phay. Trong một số hoạt động, chẳng hạn như khoan và xay
xát, áp suất chất lỏng trong khoảng 700 đến 14.000 kPa cũng được sử dụng để sản
xuất các chi tiết, để ngăn ngừa sự can thiệp của nhiệt độ vào gia công.
2.
Mist. Loại nước làm mát này cung cấp chất lỏng cho các khu vực không
thể tiếp cận, theo cách thức tương tự như việc sử dụng bình xịt, và cung cấp khả
năng hiển thị tốt hơn của phôi được gia công, so với làm lạnh ngâm. Phương pháp
này đặc biệt hiệu quả với chất lỏng dựa trên nước và ở áp suất không khí dao động
từ 70 đến 600 kPa.
Tuy nhiên, nó có khả năng làm lạnh hạn chế, và yêu cầu ngăn chặn việc hít phải
các hạt chất lỏng trong không khí bởi người điều khiển máy và các nhân viên khác
gần đó.
3.
Hệ thống áp suất cao. Với tốc độ ngày càng tăng và sức mạnh của các máy
công cụ máy tính, việc gia nhiệt trong gia công đã trở thành một nhân tố quan
trọng. Đặc biệt hiệu quả là sử dụng các hệ thống làm mát làm lạnh có áp suất cao
để tăng tốc độ loại bỏ nhiệt.
Áp lực cao cũng được sử dụng trong cung cấp chất lỏng cắt qua các vòi phun được
thiết kế đặc biệt, nhằm mục đích cho một dòng chất lỏng mạnh vào khu vực cắt,
đặc biệt là mặt ngia công của dụng cụ (xem hình 21.3). Áp lực thường ở khoảng từ
5,5 đến 35 MPa, và cũng có thể hoạt động như một máy nghiền phôi trong trường
hợp các phôi sản xuất ra sẽ lâu và liên tục, gây trở ngại cho hoạt động cắt. Việc làm
sạch liên tục và lọc liên tục chất lỏng là cần thiết để duy trì chất lượng bề mặt phôi


Một thiết kế gần đây được thể hiện trong hình 22.13, đạt được kết quả tốt
với yêu cầu về áp suất khiêm tốn hơn. Phương pháp này đã được tìm thấy là đặc
biệt hiệu quả trong việc gia công titan và vật liệu cứng khác, nơi mà tuổi thọ của
dụng cụ có thể được tăng lên trên 300%. Thay vì sử dụng chất làm mát vào bề mặt
phôi hoặc phôi ở khoảng cách xa khu vực cắt, chất làm mát được đặt vào bên cạnh
dao. Đối với cắt giảm kiểm soát, sự gia tăng nhiệt độ trong dao cắt và phôi có thể
được giảm đáng kể, như trong hình 22.13b.
4.
Thông qua hệ thống dụng cụ cắt. Để áp dụng hiệu quả hơn, các đoạn hẹp
có thể được sản xuất bằng các dụng cụ cắt, cũng như trong đồ gá, qua đó chất lỏng
cắt có thể được cung cấp dưới áp suất cao. Hai ứng dụng của phương pháp này là
(a) khoan súng, thể hiện trong hình 23.22; chú ý lỗ nhỏ dài, xuyên qua thân khoan,
và (b) các thanh khoan, thể hiện trong hình 23.17a, nơi có một lỗ dài xuyên qua
thân cây (bộ dụng cụ), kèm thêm đồ gá. Các thiết kế tương tự đã được phát triển
cho các dụng cụ cắt và các dụng cụ gá, và để phân phối các chất lỏng cắt qua trục
chính của máy công cụ.
Ảnh hưởng của chất lỏng cắt. Việc lựa chọn chất lỏng cắt cũng nên bao gồm các
cân nhắc như ảnh hưởng của nó đối với:
 Vật liệu phôi
 Bộ phận máy


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×