Luận văn Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích thép gió sản xuất tại Việt Nam

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 MỤC LỤC Lời cảm ơn Mục lục 1 Danh mục các bảng 4 Danh mục các hình và đồ thị 5 Phần mở đầu 8 Chƣơng 1. Tổng quan những nghiên cứu về mòn và tuổi bền dụng cụ cắt 10 1.1 Tổng quan về một số vật liệu dụng cụ cắt 10 1.1.1 Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ 10 1.1.1.1 Tính năng cắt 10 1.1.1.2 Tính công nghệ 13 1.1.1.3 Tính kinh tế 13 1.1.2 Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu tới mòn và tuổi bền dụng cụ 13 1.1.2.1 Thép cacbon dụng cụ. 16 1.1.2.2 Thép hợp kim dụng cụ 17 1.1.2.3 Thép gió 19 1.1.2.4 Hợp kim cứng 24 1.1.2.5 Vât liệu sứ 27 1.1.2.6 Kim cương 28 1.1.2.7 Nitritbo lập phương 29 1.2 Mòn dụng cụ cắt 29 1.2.1 Các dạng mòn của dụng cụ cắt 29 1.2.1.1 Mòn theo hình học 29 1.2.1.2 Mài mòn theo mặt sau 30 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 1.2.1.3 Mài mòn theo mặt trước 31 1.2.1.4 Mài mòn đồng thời mặt trước và mặt sau - Mài mòn lưỡi cắt 32 1.2.2 Chỉ tiêu đánh giá sự mòn dụng cụ cắt 34 1.2.2.1 Chỉ tiêu mài mòn mặt sau 34 1.2.2.2 Chỉ tiêu mòn mặt trước 34 1.2.3 Cơ chế mòn của dụng cụ cắt 35 1.2.3.1 Mòn do cào xước 35 1.2.3.2 Mòn do dính 36 1.2.3.3 Mòn do nhiệt 36 1.2.3.4 Mòn do khuếch tán 37 1.2.3.5 Mòn do ôxy hoá 37 1.2.3.6 Mòn điện hoá 37 1.3 Mòn của dao phay lăn răng 39 1.4 Kết luận chương 1 39 Chƣơng 2. Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt 40 2.1 Các nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt 40 2.2 Tuổi bền của dụng cụ cắt 46 2.2.1 Khái niệm về tuổi bền dụng cụ 46 2.2.2 Xác định tuổi bền của dụng cụ khi cắt 46 2.2.2.1 Tuổi bền năng suất (Tns) 48 2.2.2.2 Tuổi bền kinh tế (Tkt) 49 2.2.3 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến tuổi bền T 50 2.2.3.1 Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt 51 2.2.3.2 Ảnh hưởng của vận tốc cắt, lượng chạy dao, thông số hình học 52 2.2.3.3 Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới tuổi bền dụng cụ cắt 53 2.2.3.4 Ảnh hưởng của thông số hình học phần cắt tới tuổi bền dụng cụ cắt 54 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 2.2.3.5 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội 54 2.2.3.6 Tác động của lớp phủ đến mòn và tuổi bền của dụng cắt 56 2.2.3.7 Mòn và tuổi bền của các loại dụng cụ phủ (TiN) khi phay 57 2.2.3.8 Mòn và tuổi bền dụng cụ gia công răng 58 2.3 Mòn và tuổi bền dao phay lăn răng đĩa xích 59 2.4 Kết luận chương 2 59 Chƣơng 3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích 61 3.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm 61 3.1.1 Máy gia công 61 3.1.2 Dao phay lăn răng đĩa xích 62 3.1.3 Vật liệu thí nghiệm 63 3.1.4 Thiết bị đo, kiểm tra 65 3.2 Quá trình thực nghiệm 67 3.2.1 Mô tả thí nghiệm 67 3.2.2 Xác định mòn của dao phay lăn đĩa xích 68 3.2.2.1 Các dạng mòn của dao phay lăn đĩa xích 68 3.2.2.2 Xác định mòn trên máy CMM-C544 69 Chƣơng 4. Kết quả thí nghiệm - Thảo luận 74 4.1 Kết quả thí nghiệm đo mòn dụng cụ cắt 74 4.2 Xác định mòn tuổi bền của dao phay đĩa xích 77 4.3 Chất lượng bề mặt gia công đĩa xích 80 4.3.1 Xây dựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với thời gian cắt 80 4.3.2 Xây dựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với vận tốc cắt 81 Chƣơng 5. Kết luận 83 Tài liệu tham khảo 84 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 Phụ lục 86 Tóm tắt luận văn 87 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ 14 Bảng 1.2 Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ (%) 18 Bảng 1.3 Thành phần hoá học của một số loại thép gió (%) 21 Bảng 1.4 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng 23 Bảng 1.5 Thành phần hóa học của Nhóm ba cacbit 25 Bảng 2.1 Tuổi bền của dụng cụ cắt 44 Bảng 3.1 Thành phần hoá học thép C45 63 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của máy CMM - C544 65 Bảng 3.3 Chế độ gia công thí nghiệm 68 Bảng 4.1 Kết quả đo mòn dao phay lăn răng đĩa xích 75 Bảng 4.2 Bảng xác định tuổi bền của dụng cụ cắt 77 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tính chất vật liệu dụng cụ 15 Hình1.2 Sơ đồ tôi và ram thép gió 22 Hình 1.3 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ 30 Hình 1.4 Mòn mặt sau của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau 30 Hình 1.5 Các thông số mòn phần cắt của dao tiện 31 Hình 1.6 Mòn mặt trước của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau 31 Hình 1.7 Mòn bán kính lưỡi cắt khi gia công thép 32 Hình 1.8 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công 33 Hình 1.9 Các chỉ tiệu đánh giá lượng mài mòn mặt sau, mặt trước 35 Hình 1.10 Mòn do cào xước mặt trướ 36 Hình 1.11 Sơ đồ các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 38 Hình 2.1 Mô hình mòn dụng cụ cắt [1] 40 Hình 2.2 Đồ thị mòn theo thời gian 41 Hình 2.3 Quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt V 42 Hình 2.4 Phạm vi sử dụng của mô hình tuổi bền T = Cv.V k 43 Hình 2.5 Quá trình mòn theo thời gian 43 Hình 2.6 Ảnh hưởng V tới tuổi bền T 44 Hình 2.7 Ảnh hưởng S tới tuổi bền T 44 Hình 2.8 Mài mòn do khuếch tán 54 Hình 2.9 Mài mòn do chảy dẻo 54 Hình 2.10 Sự hình thành các vết nứt mảnh dao 54 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 Hình 2.11 Quan hệ giữa tuổi bền và vận tốc cắt. 46 Hình 2.12 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 47 Hình 2.13 Ảnh hưởng của vật liệu dung cụ cắt tới tuổi bền 51 Hình 2.14 Đồ thị mòn mặt sau (tuổi bền) phụ thuộc vào vận tốc cắt khi cắt thép bằng HKC WC+TiC, t = 1mm; s = 0,3 mm; v= 145m/phút 52 Hình 2.15 Đồ thị mòn mặt sau phụ thuộc vào lượng chạy dao khi cắt thép bằng HKC WC + TiC; V= 155m/ phút , t=1mm 53 Hình 2.16 Đồ thị mòn mặt sau phụ thuộc vào góc nghiêng chính khi cắt thép bằng dao HKC WC + TiC 54 Hình 2.17 Tuổi bền khi phay vật liệu thép rèn với mảnh phủ, không phủ 58 Hình 3.1 Máy Phay lăn răng 5K32 61 Hình 3.2 Dao Phay lăn răng đĩa xích 62 Hình 3.3 Bản vẽ đĩa xích 64 Hình 3.4 Máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544 65 Hình 3.5 Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ – 201 66 Hình 3.6 Giao diện phần mềm GEOPAK 69 Hình 3.7 Hiệu chuẩn đầu đo 70 Hình 3.8 Thiết lập các thông số đo 72 Hình 3.9 Dữ liệu đo biên dạng răng 72 Hình 4.1 Kết quả đo trên máy CMM - C544 74 Hình 4.2 Đồ thị mòn hs dao phay lăn răng đĩa xích theo thời gian cắt 76 Hình 4.3 Ảnh hưởng của vận tốc V tới tuổi bền T 77 Hình 4.4 Phạm vi tuổi bền cho phép ứng với vận tốc V 78 Hình 4.5 Quan hệ Logarit giữa tuổi bền T và vận tốc V 79 Hình 4.6 Nhám bề mặt theo thời gian gia công 80 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 Hình 4.7 Quan hệ giữa vận tốc với nhám bề mặt gia công 81 Hình 4.8 Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V1=15.14(m/ph 81 Hình 4.9 Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V3=24.03(m/ph) 82 Hình 4.10 Bề mặt gia công đĩa xích khi cắt ở vận tốc V4=30.04(m/ph) 82 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật thì các sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, độ chính xác gia công và đặc biệt là phải giảm chi phí sản xuất để hạ giá thành sản phẩm. Phay lăn răng là một phương pháp gia công răng đạt năng xuất và độ chính xác cao, vì vậy nó vẫn được ứng dụng nhiều để gia công hầu hết các loại bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng, bánh vít, trục vít, bánh xích và đĩa xích...Trước đây việc gia công răng đều phải mua các loại dao từ nước ngoài với giá cao, điều đó làm tăng chi phí sản xuất và tăng giá thành sản phẩm, tại Việt Nam hiện nay đã có nhiều cơ sở sản xuất và chế tạo dụng cụ cắt chuyên dùng, mà chế độ gia công cắt gọt cho các loại dụng dao này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, đặc biệt là nghiên cứu về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Vì vậy sau khi được sự định hướng và giúp đỡ của thầy TS. Nguyễn Văn Hùng, tác giả đã chọn đề tài "Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích thép gió sản xuất tại Việt Nam" là rất cấp thiết nhằm nâng cao hiệu qủa về kinh tế và kỹ thuật khi ứng dụng các sản phẩm chế tạo trong nước vào thực tế sản xuất. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu được mòn và cơ chế mòn của dao phay lăn răng đĩa xích và xác định được mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt - Xác định được chế độ cắt hợp lý nâng cao tuổi bền của dụng cụ và chất lượng của sản phẩm - Làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao phay lăn răng sản xuất tại Việt Nam. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 3. Nội dung nghiên cứu Để đạt mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nội dung nghiên cứu gồm các phần sau: - Tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của đề tài - Xây dựng mô hình nghiên cứu và hệ thực nghiệm - Thực nghiệm và phân tích dữ liệu - Xác định mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích bằng thép gió sản xuất tại Việt Nam - Phân tích kết quả nghiên cứu và bàn luận 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và phân tích các công trình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của đề tài, kết hợp với thực nghiệm để xác định mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt, đề tài này sử dụng phương pháp nghiên cứu suy diễn lý thuyết kết hợp với với phương pháp thực nghiệm. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5.1. Ý nghĩa khoa học. Nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của các thông số và chế độ công nghệ đến quá trình mòn và tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích, từ kết quả nghiên cứu và thực nghiệm có thể đánh giá được tuổi bền của dao phay lăn răng đĩa xích sản xuất tại Việt Nam 5.2. Ý nghĩa thực tiễn. Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần phát triển ngành công nghiệp chế tạo dụng cụ cắt tại Việt Nam, nâng cao năng xuất, chất lượng sản phẩm và hạ giá thành sản phẩm. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ MÒN DỤNG CỤ CẮT 1.1. Tổng quan về một số vật liệu dụng cụ cắt 1.1.1. Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ Đặc tính phần dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến năng suất gia công và chất lượng bề mặt chi tiết. Khả năng giữ được tính cắt của dụng cụ góp phần quyết định năng suất gia công của dụng cụ. Dụng cụ làm việc trong điều kiện cắt khó khăn vì ngoài áp lực, nhiệt độ cao, dụng cụ cắt còn bị mài mòn và rung động trong quá trình cắt. Trong quá trình gia công, phần cắt của dụng cụ trực tiếp làm nhiệm vụ cắt để tạo phoi. Để nâng cao năng suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia công, phần cắt của dụng cụ không những phải có hình dáng hình học hợp lý mà còn phải được chế tạo từ những loại vật liệu thích hợp. Vì vậy vật liệu dụng cụ cắt cần thiết phải đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau đây. 1.1.1.1. Tính năng cắt Trong quá trình cắt, ở phần lưỡi cắt trên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt thường xuất hiện ứng suất tiếp xúc rất lớn, khoảng 4000 5000 N/mm2, đồng thời áp lực riêng lớn gấp 100 200 lần so với áp lực cho phép của chi tiết máy. Nhiệt độ tập trung trên vùng cắt lên tới 600 900oC. Trong điều kiện như vậy, việc cắt chỉ thực hiện có hiệu quả khi dụng cụ cắt có khả năng giữ được tính cắt trong khoảng thời gian dài. Điều đó đòi hỏi vật liệu dụng cụ cắt cần phải có đầy đủ những tính chất cơ lý cần thiết như độ cứng, độ bền nhiệt, độ chịu mòn, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt... Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 - Độ cứng: Độ cứng là một trong những chỉ tiêu quan trọng của vật liệu dụng cụ cắt. Muốn cắt được, vật liệu phần cắt của dụng cụ cắt thường phải có độ cứng lớn hơn vật liệu gia công khoảng HRC25. Độ cứng phần cắt của dụng cụ cắt thường đạt trong khoảng HRC60 65. Nâng cao độ cứng phần cắt của dụng cụ cắt cho phép tăng khả năng chịu mòn và tăng tốc độ cắt. Trong quá trình cắt, cần quan tâm nhiều đến độ cứng nhiệt của lưỡi cắt tức là độ cứng xét trong trạng thái lưỡi cắt bị nung nóng. Vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng cắt của dao. - Độ bền cơ học: Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt thường chịu những lực và những xung lực rất lớn. Mặt khác, dụng cụ cắt còn chịu rung động do hệ thống máy - dao - đồ gá - chi tiết không đủ độ cứng vững hoặc do dao làm việc trong điều kiện tải trọng động lớn hoặc do sự thay đổi liên tục cuả lực cắt. Do đó dẫn đến tình trạng lưỡi cắt dễ bị phá hỏng sớm do mẻ, vỡ, tróc, mòn, ... Vì vậy để nâng cao tính năng cắt và tuổi bền của dao, vật liệu dụng cụ cắt cần phải có độ bền cơ học cao. Việc nâng cao độ bền cơ học của vật liệu dụng cụ cắt, nhất là đối với hợp kim cứng và vật liệu sứ là một trong những hướng chính trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo dụng cụ cắt. - Độ bền nhiệt: Độ bền nhiệt là khả năng giữ được độ cứng cao và các tính năng cắt khác ở nhiệt độ cao trong khoảng thời gian dài. Độ bền nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt độ giới hạn mà khi nung liên tục vật liệu dụng cụ cắt trong khoảng thời gian nhất định (khoảng 3 giờ) thì đến nhiệt độ đó độ cứng của nó cũng không giảm quá mức qui định (khoảng HRC60). Độ bền nhiệt là tính năng quan trọng nhất của vật liệu dụng cụ cắt. Nó quyết định việc duy trì khả năng cắt của dao trong điều kiện nhiệt độ và áp lực rất lớn ở vùng cắt. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 Độ bền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim như vomfram, crôm, vanađi, môlipđen, côban... Trong đó Vonfram là thành phần hợp kim cơ bản làm cho thép có độ bền nhiệt. Độ bền nhiệt được nâng cao khi tăng hàm lượng vanađi. nếu độ bền nhiệt của thép gió P18 là 600oC thì khi nâng cao hàm lượng vanađi đến 5% và vonfram đến 10%, độ bền nhiệt sẽ tăng đến 630oC. Nguyên tố côban cũng ảnh hưởng lớn đến độ bền nhiệt. Khi thép gió có 18% vonfram và 10% côban thì độ bền nhiệt lên tới 650oC. Ngoài ra, chế độ nhiệt luyện cũng ảnh hưởng nhiều đến độ bền nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt. - Độ dẫn nhiệt: Độ dẫn nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt càng cao thì nhiệt lượng được truyền khỏi lưỡi cắt càng nhanh. Do đó giảm sự tập trung nhiệt độ trên vùng cắt, tăng độ bền mòn cho dụng cụ cắt. Mặt khác, cho phép nâng cao tốc độ cắt. Chính vì kim cương có độ dẫn nhiệt lớn hơn hẳn so với các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nên cho phép dao kim cương cắt với tốc độ rất cao. - Tính chịu mòn: Độ bền mòn của vật liệu dụng cụ cắt được đặc trưng bởi khả năng giữ vững hình dáng và thông số hình học phần cắt trong quá trình gia công. Trong quá trình cắt, mặt trước dụng cụ tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với mặt đang gia công chi tiết với tốc độ trượt lớn, nên vật liệu dụng cụ phải có tính chịu mòn cao. Phần cắt của dụng cụ, khi đủ sức bền cơ học, thì dạng hỏng chủ yếu là dụng cụ bị mài mòn. Thực tế chỉ rõ rằng khi độ cứng càng cao thì tính chịu mòn vật liệu càng cao. Tính chịu mòn vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng. Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra mòn dao là hiện tượng dính chảy của vật liệu làm dao. Tính chảy dính của vật liệu làm dao được đặc trưng bởi nhiệt độ chảy dính giữa hai vật liệu tiếp xúc với nhau… Vật liệu làm dao tốt là loại vật liệu có nhiệt độ chảy dính cao. Qua nghiên cứu thực nghiệm, nhiệt độ chảy dính của các loại Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 hợp kim cứng có cacbit vonfram ( WC), cacbit titan (TiC) với thép (10000C ) cao hơn các hợp kim coban với thép (6750C) 1.1.1.2. Tính công nghệ Dụng cụ cắt thường có hình dáng hình học phức tạp, đòi hỏi những yêu cầu kỹ thuật khá cao về độ chính xác hình dáng kích thước, độ nhẵn bề mặt. Vì vậy, vật liệu dụng cụ cắt cần phải có tính công nghệ tốt. Tính công nghệ tốt là khả năng của vật liệu cho phép gia công hợp lý, dễ dàng bằng các phương pháp gia công khác nhau như hàn, gia công bằng áp lực, bằng cắt, bằng nhiệt luyện, bằng hóa nhiệt... Tính công nghệ của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần hóa học, cấu trúc tế vi, kích thước hạt, độ cứng, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt... 1.1.1.3. Tính kinh tế Khi chọn vật liệu dụng cụ cắt, ngoài việc chú ý đến tính năng cắt, tính công nghệ, còn cần phải chú ý đến giá thành của chúng nữa. Vật liệu dụng cụ cắt thường đắt tiền. Chi phí vật liệu thường chiếm một tỷ lệ cao trong giá thành chế tạo dụng cụ cắt. Do đó cần phải chọn vật liệu dụng cụ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dao, của chi tiết gia công, nhằm giảm chi phí chế tạo dao cho một đơn vị chi tiết gia công. 1.1.2. Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hƣởng của các yếu tố vật liệu tới mòn và tuổi bền dụng cụ Vật liệu dụng cụ cắt được hình thành và phát triển theo nhu cầu phát triển của khoa học kỹ thuật và của sản xuất. Chúng được chia thành các loại sau: Thép cacbon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, vật liệu sứ, kim cương, nitriítbo lập phương. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 Lịch sử phát triển và sử dụng các loại vật liệu dụng cụ và đặc tính của chúng được trình bày trong bảng 1.1 và tính chất của chúng được trình bày trên biểu đồ 1.1 Bảng 1.1. Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ Năm Vật liệu dụng cụ Vc 60m/ph Nhiệt độ giới hạn đặc tính cắt 0C Độ cứng HRC 1894 Thép cacbon dụng cụ 5 200 -300 60 1900 Thép hợp kim dụng cụ 8 300 – 500 60 1900 Thép gió 12 1908 Thép gió cải tiến 15 – 20 500 – 600 60 - 64 1913 Thép gió (tăng Co và W) 20 – 30 600 – 650 - 1931 Hợp kim cứng cacbit vonfram 200 1000 – 1200 91 1934 Hợp kim cứng WC và TiC 300 1000 – 1200 91 - 92 1955 Kim cương nhân tạo 800 100000 HV 1957 Sành sứ 300 – 500 1500 92 - 94 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 1965 Nitrit Bo 100 – 200 Thép tôi 1600 8000 HV 1970 Hợp kim cứng phủ (TiC) 300 1000 18000 HV Qua sự phát triển của vật liệu dụng cụ cắt, có thể thấy rằng phần vật liệu cứng trong vật liệu dụng cụ cắt tăng lên, do đó tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng, tăng tuổi bền dụng cụ và tăng được tốc độ cắt, phần vật liệu cứng trong các loại vật liệu dụng cụ có thể được đánh giá theo % Ví dụ : Thép dụng cụ 5 – 10% Thép gió 20 – 30% Hợp kim cứng 85 – 97% Sành sứ 80 – 100% Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 1. Thép dụng cụ 2. Thép hợp kim dụng cụ 3. Thép gió 4. Thép Stellite 5. Hợp kim cứng thông dụng 6. Hợp kim cứng đặc biệt 7. Sành sứ 8. Vật liệu cắt siêu cứng Hình 1.1 Tính chất vật liệu dụng cụ 1.1.2.1. Thép cacbon dụng cụ. Để bảo đảm cho thép cacbon dụng cụ có đủ độ cứng và có tính chịu mòn cao, hàm lượng cacbon chứa trong thép thường vào khoảng 0,65 1,35%. Sau khi nhiệt luyện, độ cứng bề mặt đạt được HRC 60 65, còn trong lõi chỉ đạt khoảng HRC 40. Vì độ thấm tôi thấp nên phải tôi trong nước hoặc trong hỗn hợp nước và muối. Do tốc độ nguội nhanh nên trong khi tôi thường bị biến dạng, nứt, vỡ. Mặt khác thép cácbon dụng cụ rất nhạy cảm với sự quá nhiệt. Khi quá nhiệt, kích thước hạt tăng nhanh làm độ giòn tăng và dễ gẫy, mẻ. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệ