Hiện tượng mảnh tiện bị mài mòn và cách khắc phục

Trong ngành nghề cơ khí, gia công cơ khí chính xác là sử dụng những hệ thống máy móc hiện đại, độ chính xác cao như máy phay, máy tiện, máy gia công CNC, máy bắn điện, máy cắt laser,.. và gia công trên nhiều loại vật liệu như gang, titanium, nhôm, inox, hợp kim thép,.. nhằm chế tạo ra các chi tiết sản phẩm mà ta có thể bắt gặp ở hầu hết các vật dụng trong cuộc sống hàng ngày và ứng dụng trong trang trí nội thất, vật dụng nhà bếp, các thiết bị gia dụng,..

Cũng như một số sản phẩm đòi hỏi độ chính xác cao, cấu tạo phức tạp sử dụng trong các ngành ô tô, nha khoa, quân sự, y tế, hàng không,.. cũng như các chi tiết trong máy ô tô, máy bay hay các thiết bị vệ tinh, thiết bị dùng cho y tế…..

Và dao cụ cắt gọt kim loại (dụng cụ cắt gọt kim loại) là dụng cụ không thể thiếu trong quá trình gia công. Mài mòn dao cắt chính là hiện tượng gây biến dạng bề mặt dụng cụ cắt do sự tiếp xúc, cọ sát giữa phoi và bề mặt dụng cụ hay chi tiết gây ra hiện tượng mài mòn.

Hiện tượng mảnh dao tiện bị mài mòn

Giải thích lý do mảnh dao tiện bị mài mòn

Trong quá trình cắt, phoi cắt chuyển động trượt và ma sát trên mặt trước dao, mặt đang gia công của chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dao trong điều kiện áp lực lớn, nhiệt độ cao, ma sát khốc liệt và liên tục gây nên hiện tượng mài mòn dao. Mài mòn dao là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng cơ lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc giữa phoi, chi tiết với dụng cụ gia công. Khi bị mài mòn, hình dạng và thông số hình học phần cắt dao thay đổi gây nên những hiện tượng vất lý có ảnh hưởng xấu đến quá trình cắt và chất lượng bề mặt gia công. Do đặc điểm của quá trình cắt phức tạp nên khác với mài mòn trên các chi tiết máy bình thường, mài mòn dao có nhiều dạng khác nhau.

Cơ chế mài mòn

Những nghiên cứu về mài mòn dao xác định rằng dụng cụ cắt có thể bị mài mòn do các cơ chế sau đây:

• Mài mòn do cào xước hay hạt mài

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

• Mài mòn do khuếch tán

Ở nhiệt độ cao, mòn khốc liệt HKC thường xảy ra do hiện tượng khuếch tán vật liệu dụng cụ vào vật liệu gia công và phoi. Về mặt vật lý, tại vùng tiếp xúc của 2 kim loại được ép vào nhau và đốt nóng sẽ xuất hiện hiệu điện thế. Dưới hiệu điện thế đó, các phần tử kim loại của 2 vật tiếp xúc sẽ khuếch tán vào nhau, kết quả một phần vật liệu dao sẽ mất đi dẫn đến dao bị mài mòn. Khi cắt dùng dao HKC ở tốc độ cắt cao, nhiệt cắt khoảng gần 10000C thì dao thường bị mòn do khuếch tán.

• Mài mòn do oxy hoá

Trong môi trường nhiệt độ cao, các phần tử kim loại trên bề mặt dao bị oxy hoá. Lớp Oxy hoá này có độ bền yếu nên dễ bị vỡ và lôi đi trong quá trình tạo phoi kéo theo một số vật liệu của dao nên dẫn đến bị mài mòn.

• Mài mòn do chảy dính

Dụng cụ mòn là do các phần tử nhỏ của dao trong quá trình chuyển động bị dính vào chi tiết gia công và phoi. Do áp lực và nhiệt độ cao, bề mặt tiếp xúc chuyển động liên tục trong khi cắt tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chảy dính, đó là tạo ra mối liên kết kim loại như sự hàn ở pha rắn tại những vùng tiếp xúc, trong quá trình chuyển động chúng bị bứt ra và lôi đi. Khi cắt ở tốc độ thấp ứng với nhiệt cắt thấp (300-4000C) ta thấy rằng kích thước và khối lượng các phần tử chảy dính trên bề mặt dao HKC cao hơn nhiều so với thép gió, chứng tỏ rằng sức bền tế vi của các lớp bề mặt thép gió cao hơn HKC. Ngược lại, ở tốc độ cắt cao, nhiệt cắt lớn thép gió bị mài mòn nhiều hơn so với HKC.

• Mài mòn do mõi

Mãnh cắt khi cắt nằm trong điều kiện thay đổi liên tục và theo chu kỳ về nhiệt độ và lực tác động do vậy dễ gây ra hiện tượng gãy vỡ do mõi. Ngoài ra quá trình cắt có lẹo dao cũng gây nên mài mòn đáng kể. Trong quá trình cắt, tuỳ theo điều kiện cắt cụ thể mà cơ chế mài mòn nào sẽ là chủ yếu làm dao bị mài mòn, nhưng thực tế rất khó phân biệt chính xác các giai đoạn mài mòn do các cơ chế trên.

Các dạng mài mòn dao tiện và cách khắc phục

Mòn lưỡi cắt phía trước của mảnh dao tiện

• Hiện tượng: Độ chính xác và độ nhám không đạt.
• Nguyên nhân: Vận tốc cắt cao và vật liệu dao có tính kháng mòn kém.
• Giải pháp: Nên đổi lớp phủ có tính kháng mòn tốt và giảm vận tốc cắt trong quá trình gia công.

Mòn lưỡi cắt sau mảnh dao tiện

• Hiện tượng: chi tiết sau khi gia công sẽ phát sinh ba via và ta thấy được lực cắt tăng.
• Nguyên nhận: thiết lập vận tốc cắt cao so với mức phù hợp và bước tiến dao cao.
• Giải pháp: Đổi lớp phủ có tính chịu nhiệt tốt và chọn dao có lưỡi cắt sắc bén hơn, giảm vận tốc cắt.

Mòn mặt trên của mảnh dao tiện

• Hiện tượng: Khi gia công, mảnh dao tiện (insert tiện) bị mòn mặt trên sẽ xử lý thoát phoi kém. độ nhám chi tiết không đạt, phát sinh bavia.
• Nguyên nhận: Vận tốc cắt cao.
• Giải pháp: sử dụng lớp phủ Cermet để cải thiện tốt hơn và giảm vận tốc cắt.

Biến dạng mảnh dao tiện

• Hiện tượng: Biến dạng này xảy ra khi chọn dao cắt chưa phù hợp, vận tốc cắt cao khiến lực ma sát quá lớn giữa dụng cụ cắt và phôi làm thay đổi hình dạng mảnh dao tiện (chip).
• Giải pháp: Giảm vận tốc cắt và lựa chọn lớp phủ phù hợp để giảm được lực ma sát giữa dụng cụ cắt và phôi.