Chủ Nhật, 21 tháng 4, 2019

Độ mòn và độ bền dụng cụ cắt gọt kim loại

Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt và sự tách vật liệu từ một hoặc cả hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau. Eyre và Davis định nghĩa mòn liên quan đến sự hao hụt về khối lượng hoặc thể tích, dẫn đến sự thay đổi vượt quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của bề mặt. 

Giống như ma sát, mòn không phải là do tính chất của vật liệu mà là sự phản ứng của một hệ thống, các điều kiện vận hành sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến mòn ở bề mặt tiếp xúc chung. Sai lầm đôi khi cho rằng ma sát lớn trên bề mặt tiếp xúc chung là nguyên nhân mòn với tốc độ cao. 

Mòn bao gồm sáu hiện tượng chính tương đối khác nhau và có chung một kết quả là sự tách vật liệu từ các bề mặt trượt đó là: dính - mỏi bề mặt - va chạm - hoá ăn mòn và điện. Theo thống kê khoảng 2/3 mòn xảy ra trong công nghiệp là do các cơ chế dính, trừ mòn do mỏi, mòn do các cơ chế khác là một hiện tượng xảy ra từ từ. 

Trong thực tế, mòn xảy ra do một hoặc nhiều cơ chế. Trong nhiều trường hợp mòn sinh ra do một cơ chế nhưng có thể phát triển do sự kết hợp với các cơ chế khác làm phức tạp hoá sự phân tích hỏng do mòn. Phân tích bề mặt các chi tiết bị hỏng do mòn chỉ xác định được các cơ chế mòn ở giai đoạn cuối.

Trong hầu hết các quá trình cắt gọt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ cắt gọt sẽ giảm dần đến một lúc nào đó dụng cụ sẽ không tiếp tục cắt được do mòn hoặc hỏng hoàn toàn. Mòn dụng cụ cắt gọt ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế của quá trình gia công. Sự phát triển và tìm kiếm những vật liệu dụng cụ mới cũng như các biện pháp công nghệ mới để tăng bền bề mặt chính là nhằm mục đích làm tăng khả năng chống mòn của dụng cụ.

Độ mòn và độ bền dụng cụ cắt gọt kim loại

Mòn dụng cụ cắt
Trong hầu hết các quá trình cắt gọt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ cắt gọt sẽ giảm dần đến một lúc nào đó dụng cụ sẽ không tiếp tục cắt được do mòn hoặc hỏng hoàn

toàn. Mòn dụng cụ là chỉ tiêu chính đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ bởi vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khía cạnh kinh tế của quá trình gia công.

Sự phát triển và tìm kiếm những vật liệu dụng cụ mới cũng như biện pháp công nghệ mới để tăng khả năng bền của bề mặt như phủ các vật liệu TiN, TiAlN, CBN,… chính là nhằm tăng khả năng chống mòn của dụng cụ.

Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt hay sự tách vật liệu từ 1 hoặc cả 2 bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau. Nói chung mòn sảy ra do sự tương tác của các mấp mô bề mặt.

Các dạng mòn của dụng cụ cắt
  • Mòn mặt sau: Dạng mòn này được đặc trưng bởi lớp vật liệu dụng cụ cắt gọt bị tách khỏi mặt sau trong quá trình gia công và được đánh giá bởi chiều cao mòn. Lượng mòn thường xảy ra khi cắt với chiều dày cắt nhỏ (t ≤ 0.1mm) hoặc khi gia công vật liệu giòn.
  • Mòn mặt trước: Trong quá trình cắt gọt kim loại, do phoi trượt trên mặt trước hình thành một trung tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng nào đó có dạng lưỡi liềm. Vết lõm lưỡi liềm đó trên mặt trước do vật liệu dụng cụ bị bóc theo phoi trong quá trình chuyển động. Vết lõm thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt và được đánh giá bởi chiều rộng U và chiều sâu Bt và khoảng cắt từ lưỡi cắt đến vết mòn. Hiện tượng mòn này xảy ra khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn (t > 0.6mm).
  • Mòn đồng thời mặt trước và mặt sau: Dụng cụ cắt gọt bị mòn mặt trước, mặt sau và tạo thành lưỡi cắt mới. Trường hợp này thường gặp khi gia công vật liệu dẻo với chiều dày cắt (t = 0,1 0,5mm)
  • Cùn lưỡi cắt: Ở dạng dụng cụ bị mòn dọc theo lưỡi cắt tạo thành cung hình trụ. Bán kính của cung đó được đo trong bề mặt vuông góc với lưỡi cắt. Dạng mòn này thường gặp khi gia công các loại vật liệu dẫn nhiệt kém, đặc biệt khi gia công các chất dẻo. Do nhiệt tập trung ở mũi dao nên dao bị cùn nhanh.
Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 
Theo Shaw mòn dụng cụ có thể do dính, hạt mài, khuếch tán, ôxy hóa và mỏi. Các cơ chế mòn này xảy ra đồng thời trong quá trình cắt tuy nhiên tùy theo điều kiện cắt cụ thể mà một cơ chế nào đó chiếm ưu thế. Ngoài ra dụng cụ còn bị phá hủy do mẻ dăm, nứt và biến dạng dẻo.

Theo Loffer trong cắt kim loại nhiệt độ cắt hay vận tốc cắt là nhân tố có ảnh hưởng mạnh nhất đến sự tồn tại của các cơ chế mòn phá hủy. Ở dải vận tốc cắt thấp và trung bình, cơ chế mòn do dính và do hạt mài chiếm ưu thế khi cắt liên tục và gián đoạn. Khi tăng vận tốc cắt, mòn do hạt mài và hóa lý trở lên chiếm ưu thế đối với cắt liên tục và tạo nên vùng mòn mặt trước. Sự hình thành các vết nứt do ứng suất nhiệt biến đổi theo chu kỳ là cơ chế mòn chủ yếu dẫn đến vỡ lưỡi cắt khi cắt không liên tục.

Mòn do cào xước 
Khi cắt ở tốc độ thấp, nhiệt cắt thấp, cơ chế mài mòn hạt mài là chính. Các tạp chất có độ cứng cao trong vật liệu gia công, khi chuyển động cào xước các bề mặt tiếp xúc của dụng cụ tạo thành các vết song song với phương thoát phoi.

Mòn do dính 
Khi hai bề mặt rắn, phẳng trượt so với nhau mòn do dính xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô dưới tác dụng của tải trọng pháp tuyến. Khi sự trượt xảy ra vật liệu ở vùng này bị trượt (biến dạng dẻo) dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời, một số mảnh mòn còn được sinh ra do quá trình mòn do mỏi ở đỉnh các nhấp nhô.

Mòn do hạt mài 
Trong nhiều trường hợp mòn bắt đầu do dính tạo nên các hạt mòn ở vùng tiếp xúc chung, các hạt mòn này sau đó bị ôxy hoá biến cứng và tích tụ lại là nguyên nhân tạo nên mòn hạt cứng ba vật. Trong một số trường hợp hạt cứng sinh ra và đưa vào hệ thống trượt từ môi trường.

Mòn do khuếch tán
Nhiệt độ cao phát triển trong dụng cụ đặc biệt là trên mặt trước khi cắt tạo phoi dây là điều kiện thuận lợi cho hiện tượng khuếch tán giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công. 

Colwell đã đưa ra nghiên cứu của Takeyama cho rằng có sự tăng đột ngột của tốc độ mòn tại nhiệt độ 9300C khi cắt bằng dao hợp kim cứng. Điều này liên quan đến một cơ chế mòn khác đó là hiện tượng mòn do khuếch tán, ôxy hoá hoặc sự phân rã hoá học của vật liệu dụng cụ ở các lớp bề mặt. 

Theo Brierley và Siekmann hiện nay mòn do khuếch tán đã được chấp nhận rộng rãi như một dạng mòn quan trọng ở tốc độ cắt cao, họ chỉ ra các quan sát của Opitz cho thấy trong cấu trúc tế vi của các lớp dưới của phoi thép cắt bằng dao hợp kim cứng chứa nhiều cacbon hơn so với phôi. Điều đó chứng tỏ rằng cacbon từ cacbit volfram đã hợp kim hoá hoặc khuếch tán và phoi làm tăng thành phần cacbon của các lớp này.

Mòn do ôxy hoá 
Dưới tác dụng của tải trọng nhỏ các vết mòn kim loại trông nhẵn và sáng, mòn xảy ra với tốc độ mòn thấp và các hạt mòn oxits nhỏ được hình thành. Bản chất của cơ chế mòn này là sự bong ra của các lớp ôxy hoá khi đỉnh các nhấp nhô trượt lên nhau. Sau khi lớp ôxy hoá bị bong ra thì lớp khác lại được hình thành theo một quá trình kế tiếp nhau liên tục. 

Tuy nhiên theo Halling thì lớp màng oxit và các sản phẩm tương tác hoá học với môi trường trên bề mặt tiếp xúc có khả năng ngăn ngừa hiện tượng dính của đỉnh các nhấp nhô. Khi đôi ma sát trượt làm việc trong môi trường chân không thì mòn do dính xảy ra mạnh do lớp màng oxits không thể hình thành được. 

Mòn do nhiệt
Thể tích vật liệu tại lưỡi cắt là rất nhỏ nên khi cắt nhiệt độ cao tập trung tại vị trí lưỡi cắt, do đó sẽ xảy ra hiện tượng quá nhiệt của vật liệu dao dẫn đến phá huỷ lưỡi cắt do nhiệt.

Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt gia công 
Khi mòn sẽ làm cho hình dạng và thông số hình học phần cắt của dụng cụ thay đổi dẫn đến các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt thay đổi (như nhiệt cắt, lực cắt…) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công

Độ mòn và độ bền dụng cụ cắt gọt kim loại - 2


Mòn của dao phay cầu
Các dạng mòn và cơ chế mòn của dao phay cầu cũng giống như các dạng và cơ chế mòn của dụng cụ cắt gọt kim loại nói chung. Nhưng về cơ bản dao sẽ có hai cơ chế mòn chính là nứt, vỡ và bong ra của các mảnh TiAlN và mòn vật liệu nền. Do đặc điểm vận tốc cắt gọt tại các điểm trên lưỡi cắt của dao cầu là khác nhau dẫn đến tại các vùng trên lưỡi cắt của dao cầu sẽ có hiện tượng và lượng mòn khác nhau. Vì vậy việc nghiên cứu quá trình mòn - Tuổi bền của dao tại các khu vực khác nhau trên lưỡi cắt của dao cầu là một yêu cầu của thực tế. 

Đặc biệt là đỉnh dao khi cắt gọt quá trình mòn sẽ diễn ra nhanh nhất. Vì thế việc nghiên cứu chọn ra một chế độ cắt phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng dao (tuổi bền dao lớn nhất) khi dùng đỉnh dao gia công một loại vật liệu trong một điều kiện cụ thể là rất cần thiết và đem lại hiệu quả cho quá trình gia công. 

Độ mòn và độ bền dụng cụ cắt gọt kim loại - 4


Chúng tôi chuyên phân phối, cung cấp các sản phẩm các loại dao phay cầu hợp kim, với nhiều năm kinh nghiệm trong ngành cơ khí chế tạo, Hutscom đảm bảo về mặt hàng hóa luôn là chính hãng, hàng luôn có sẵn, nguồn gốc xuất xứ rõ ràng, đáp ứng mội nhu cầu của quý khách hàng từ khâu cung cấp các loại dụng cụ cắt gọt cơ khí, đầu kẹp dụng cụ cắt, đầu kẹp dao các loại, phụ kiện máy cơ khí cấp phôi tự động, các thiết bị dụng cụ cầm tay, dụng cụ cầm tay gia công cơ khí, máy chà nhám và đánh bóng,....


HUTSCOM - Nhà phân phối dụng cụ cơ khí, thiết bị công nghiệp uy tín tại thị trường Việt Nam 
Website: https://hutscom.vn/
☎ Hotline: 0903 867 467
 Địa chỉ: Phòng G7, Số 6 Phùng Khắc Khoan, Phường Đakao, Quận 1, TPHCM

Không có nhận xét nào:

Đăng nhận xét