Công nghệ tiện cứng

CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG

Tiện cứng là phương pháp tiện sử dụng dao bằng vật liệu siêu cứng CBN (Cubic Boron Nitride), PCBN (Polycrystal cubic boron nitride - nitrit bo lập phương đa tinh thể), PCD (Polycrystalline Diamond – Kim cương đa tinh thể) hoặc ceramic tổng hợp thay thế cho mài để gia công thép đã tôi (có độ cứng lớn hơn 45HRC). Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá. Cấp chính xác khi tiện cứng đạt IT6 và độ bóng bề mặt (Rz = 2 – 4 micromet), có thể so sánh với chất lượng khi mài.

Thông thường các chi tiết bằng thép được gia công sau đó nhiệt luyện rồi chuyển qua công đoạn mài. Thời gian cho nguyên công mài hơn nhiều lần so với tiện cứng và mài cũng đắt hơn so với tiện cứng trên máy tiện. Một hạn chế nữa là chi phí cho dung dịch trơn nguội của các công đoạn mài khá cao. Mặc khác, chất thải ra khi mài ngày càng gây ô nhiễm môi trường, thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công chi tiết. Trong khi đó, tiện cứng có thể được thực hiện mà không sử dụng dung dịch trơn nguội. Vì những lí do nói trên, tiện cứng đã dần thay thế cho mài trong gia công lần cuối. Cần chú ý là tiện cứng chỉ đáp ứng cho một số trường hợp và nó không thay thế hoàn toàn cho mài. Vật liệu điển hình được tiện cứng là thép 5120 (62HRC), 1050 (62HRC), 9310 (60HRC) và 4320 (60- 62HRC).

 Hình 1. Tiện cứng

Thiết bị

Để thực hiện được công việc tiện cứng, máy tiện phải cứng vững, có đủ tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp. Rung động là kẻ thù tồi tệ nhất của dao CBN. Máy tiện CNC được đề nghị thực hiện công việc tiện cứng. Nhưng máy tiện điều khiển bằng tay cũng có thể được sử dụng hiệu quả. Một máy tiện điều khiển bằng tay phải ở trong tình trạng tốt và có rất ít khe hở trên bàn trượt ngang và ụ sau.

Vật liệu dụng cụ cắt

CBN

Nitrit bo lập phương là một loại vật liệu hạt mài mới được tổng hợp dưới dạng tinh thể từ nitrit bo sáu cạnh với chất xúc tác kim loại, nhiệt độ khoảng 1.500oC và áp suất khoảng 100.000 kgf/cm2, tạo ra cấu trúc tinh thể bền, cứng, có dạng khối với các góc sắc bén.

CBN cứng gần gấp đôi Al2O3 và có khả năng chịu nhiệt đến 1371oC trước khi vỡ vụn. Vật liệu này có khả năng cắt thép gió dễ dàng và chính xác, và tốt hơn kim cương trong nhiều ứng dụng. CBN dùng để cắt nguội và chịu được hóa chất đối với tất cả các muối vô cơ và hợp chất hữu cơ.

Do độ cứng cực cao nên các đá mài được làm bằng CBN có khả năng đạt độ chính xác rất cao. Các đá mài này đòi hỏi sự chỉnh sửa rất ít và có khả năng láy di lượng dư đều đặn mà không cần bù mòn đá. Do tác động cắt nguội nên rất ít hoặc không có sự hư hỏng bề mặt chi tiết gia công.

Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là CNGA, DNGA, VNGA, CNMP và TNG. Các mảnh hợp kim cương được sử dụng cho tiện cứng là CCMT, CPGM và DCMT. Nói chung, các mảnh hợp kim sử dụng cho tiện cứng chứa khoảng 50% CBN tùy nhà chế tạo. Mặt khác, loại chứa hàm lượng CBN cao hơn sử dụng cho phương pháp tiện truyền thống để gia công các vật liệu mềm hơn như kim loại bột, gang và một vài hợp kim đặc biệt.

So với mảnh carbide thì các mảnh CBN đắt hơn đáng kể (từ 4 -5 lần), nhưng dao CBN chế tạo được nhiều sản phẩm hơn. Chi phí dao cụ sẽ không đáng kể khi tính đến việc loại nguyên công mài tinh. Nhiều xưởng sản xuất còn nhận thấy rằng việc giảm chi phí dung dịch trơn nguội do cắt khô bù đắp lượng chi phí cao hơn về dao.

Hình 2. Mảnh hợp kim có CBN ở mũi và mảnh CBN nguyên khối

PCBN

PCBN được tạo thành bằng cách thấm các hạt CBN vào nền carbide liên kết ở nhiệt độ cao (1700 – 1800oC), áp suất 6.900MPa. Lớp nền carbide gồm các hạt carbide wolfram nhỏ liên kết chặt chẽ với nhau bằng cobalt. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, cobalt bị chảy lỏng và bao các CBN, liên kết các hạt mài. Quá trình này tạo ra một khối đa tinh thể. Cấu trúc đa tinh thể của CBN có các tính chất ổn định đẳng hướng, chống được sự mẻ và rạn nứt, có độ cứng đồng nhất và tính chống mòn cao theo mọi hướng.

Các mảnh daolàm bằng PCBN có tính cắt gọt rất tốt. Có thể cắt ở tốc độ cao, chiều sâu cắt lớn, gia công được các thép đã tôi cứng và các hợp kim bền nóng (độ cứng trên 35HRC) như inconel 600, rene, stellite, colmonoy…

PCD

PCD được chế tạo tương tự như PCBN và PCD có những tính chất tương tự như PCBN, tuy nhiên chúng có những ứng dụng khác nhau. Sự khác biệt chính là các dụng cụ kim cương không thích hợp cho gia công thép và các vật liệu chứa sắt khác. Do kim cương là các bon tinh khiết và thép có ái lực với các bon cao, do đó ở tốc độ cắt cao, nhiệt phát sinh lớn, ái lực của thép và các bon tăng nhanh làm cho các phân tử các bon bị hút vào thép, làm cho lưỡi cắt dụng cụ nhanh chóng bị gãy.

So sánh tiện cứng với tiện thường và mài

Tiện cứng có những khác biệt đáng kể so với tiện truyền thống vật liệu mềm. Bởi vì vật liệu trong tiện cứng có độ cứng cao hơn nên lực cắt sinh ra khi tiện cứng cũng lớn hơn. Vì thế lượng ăn dao khi tiện cứng phải được giới hạn. Trong hầu hết các trường hợp, mảnh hợp kim tiện cứng phải có các thông số hình học âm. Góc trước âm tạo điều kiện cắt gọt tốt cho lưỡi cắt vì tốc độ càng cao và chiều sâu cắt tương đối nhỏ tập trung lực ở đó. Tuy nhiên, đôi khi doa lỗ thì góc trước dương là tốt nhất. Tương tự như vậy, để bảo vệ lưỡi cắt không bị mẻ, trên mảnh hợp kim người ta vát mép các lưỡi cắt hoặc bo tròn.

Tiện thông thường bị giới hạn bởi độ cứng của vật liệu. Trong khi đó dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió, và hợp kim cứng bề mặt stellites. Việc hợp kim stellites có thể được gia công bằng tiện cứng đã mở rộng khả năng của tiện cứng kể cả công việc sửa chữa.

Nhiệt sinh ra trong vùng cắt gọt khi tiện cứng khá cao, có thể lên đến khoảng 930oC và vì thông thường người ta tiện cứng mà không dùng dung dịch trơn nguội nên bề mặt đã tiện cứng có thể bị hư hại do nhiệt. Cấu trúc vi mô của lớp bề mặt bị thay đổi và tồn tại ứng suất dư kéo trên lớp bề mặt.

Tiện cứng có nhiều lợi thế so với mài, một vài lợi thế đó là kết quả trực tiếp của cách bóc vật liệu khi tiện cứng. Lợi thế đáng kể nhất của tiện cứng là có thể dùng cùng một dụng cụ mà vẫn gia công được nhiều chi tiết có hình dáng khác nhau bằng cách thay đổi đường chạy dao. Trong khi đó muốn mài được hình dạng chi tiết khác thì phải sửa lại đá hoặc thay đá khác. Đặc biệt tiện cứng có thể gia công được biên dạng phức tạp mà mài khó có thể thực hiện được. Nếu xét về chi phí đầu tư thì một máy tiện CNC chỉ bằng khoảng 1/2 đến 1/10 máy mài CNC.

Ngoài những ưu điểm đã nêu ở các phần trên, việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công lần cuối các chi tiết còn mang lại những lợi ích sau:

- Giảm thời gian chu kì gia công một sản phẩm

- Giảm chi phí đầu tư thiết bị

- Tăng độ chính xác

- Đạt độ bóng bề mặt cao

- Cho phép nâng cao tốc độ bóc vật liệu (từ 2 – 4 lần), nâng cao năng suất gia công.

- Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá.

- Có thể chọn gia công có hoặc không có dung dịch trơn nguội. Gia công khô tránh được chi phí dung dịch trơn nguội và không có chất thải ra môi trường.

Hình 3. Một số chi tiết được tiện cứng

a. Trục định hình SAE 4140 có độ cứng 58:60 HRC

b. Chày đột lỗ thép M2 có độ cứng 62 HRC

Nguồn tham khảo: Theo Tạp chí Máy móc & Công cụ VN

 

 

Giới thiệu Khoa

News

Khoa Cơ khí là một trong những khoa được thành lập đầu tiên của Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp.

Trải qua 55 năm phấn đấu và trưởng thành, hiện nay Khoa Cơ khí có một đội ngũ cán bộ, giảng viên và cơ sở vật chất tuy còn khiêm tốn nhưng rất đáng tự hào.

Khoa Cơ khí đã và đang đào tạo hai chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ khí và Công nghệ kỹ thuật Ô tô cho cả 3 hệ đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp và liên thông.

Đọc tiếp ...