Độ bền của dụng cụ cắt gọt kim loại và hao mòn kim loại

Trong ngành sản xuất dụng cụ gia công cơ khí, dụng cụ cắt gọt kim loại là yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng cũng như giá thành sản phẩm. Do đó, các xưởng gia công đều tìm cách tập trung tối ưu độ bền của dụng cụ cắt gọt kim loại và giảm thiểu sự hao mòn của các dụng cụ này.

Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn khám phá những gì cần biết về độ bền của dụng cụ cắt gọt cũng như nguyên nhân dẫn đến sự hao mòn.

1. Gia công cắt gọt kim loại là gì?

Gia công kim loại là một trong những phương pháp thực hiện chi tiết máy được sử dụng rộng rãi khi chế tạo cơ khí. Cơ chế này giúp lấy đi trên bề mặt của phoi một lớp kim loại nhằm tạo thành các chi tiết có kích thước, hình dạng, độ chính xác và độ nhẵn bóng theo yêu cầu của từng loại. Kết quả đạt được độ chính xác cao hay không tùy thuộc vào khả năng và trình độ kỹ thuật của thiết bị.

Gia công kim loại là một trong những phương pháp thực hiện chi tiết máy được sử dụng rộng rãi khi chế tạo cơ khí.

Bên cạnh đó, phương pháp dùng dụng cụ cắt gọt kim loại thực hiện ở nhiệt độ môi trường bình thường. Điều này mang lại kết quả cao hơn so với các hình thức gia công khác như: hàn, rèn, đúc, hay dập nóng. Qua đó không chỉ nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công mà còn góp phần tăng năng suất lao động và hiệu quả kinh tế sản xuất sản phẩm.

Gia công dụng cụ cắt gọt kim loại hoàn toàn có thể thực hiện được với dao tiện, dao phay, mũi khoan, đá mài hoặc trên các máy kim loại. Đặc biệt, ở các công ty cơ khí, các máy cắt kim loại dần trở nên quen thuộc và phổ biến hơn. Lý do là chúng có thể tạo ra các chuyển động theo nguyên lý phù hợp với quá trình cắt. Từ nguyên lý đó, có thể tạo nên chi tiết kim loại chính xác nhất.

2. Tuổi bền của dụng cụ cắt gọt kim loại là gì?

Tuổi bền của dụng cụ gia công là thời gian làm việc liên tục của dụng cụ đó giữa các lần mài sắc. Nói cách khác, đó là thời gian làm việc được tính từ lúc bắt đầu cho đến lúc dụng cụ bị mài mòn đến độ mòn cho phép.

Lượng mòn cho phép sẽ phụ thuộc vào phương pháp gia công thô hoặc tinh khi xác định được tuổi bền dụng cụ theo mặt trước và mặt sau. Chế độ cắt, đặc biệt là vận tốc cắt và lượng chạy dao, sẽ là yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất tới độ bền của dụng cụ cắt gọt kim loại. Có các dạng mòn của dụng cụ có thể kể đến như sau.

2.1. Mòn mặt sau

Mài mòn mặt sau thường xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ, đối với các loại vật liệu gia công giòn.

2.2. Mòn mặt trước

Mòn mặt trước xuất hiện khi cắt do phoi trượt hình thành trung tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng. Khoảng này có hình dạng giống như lưỡi liềm do vật liệu dụng cụ bị bóc trong quá trình chuyển động. Vết lõm thường xuất hiện theo dọc lưỡi cắt và được đánh giá bởi chiều rộng, chiều sâu cũng như khoảng cách từ lưỡi đến vết mòn. Hiện tượng này xảy ra khi gia công dùng dụng cụ cắt gọt kim loại với chiều sâu lớn.

Tuổi bền của dụng cụ cắt gọt cơ khí ảnh hưởng lớn đến năng suất và yếu tố kinh tế trong gia công.

3. Tại sao nên chú trọng độ bền của dụng cụ cắt gọt kim loại?

Tuổi bền của dụng cụ cắt gọt cơ khí ảnh hưởng lớn đến năng suất và yếu tố kinh tế trong gia công. Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công sẽ ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt gọt kim loại.

Lớp phủ trên các dụng cụ cắt có tác dụng rất lớn trong việc giảm ma sát, giảm nhiệt độ cực tốt. Bên cạnh đó là sự phát triển của trường nhiệt độ trong dụng cụ dẫn đến giảm mòn nhiệt độ và tăng tuổi bền. Đặc biệt, lớp phủ này giúp chống dính, cào xước cơ học giúp giảm mòn.

Phương pháp thực nghiệm có thể xác định tuổi bền của dụng cụ cắt và điều này thường bị ảnh hưởng bởi các lý do sau:

• Sự thay đổi độ cứng, cấu trúc tế vi, thành phần hóa học cùng đặc tính bề mặt phôi.
• Thay đổi cơ tính của vật liệu dụng cụ, thông số hình học và phương pháp mài.
• Sự dao động của hệ thống máy, dụng cụ cắt gọt kim loại.

4. Nguyên nhân, cơ chế gây ra sự mài mòn

Mài mòn dụng cụ cắt gọt kim loại là quá trình phức tạp gây ra bởi tác động đồng thời của ứng suất cơ và nhiệt của dao cắt. Mài mòn dụng cụ cắt ống kim loại cũng xảy ra kèm theo những hiện tượng lý hóa tại vùng tiếp xúc giữa dụng cụ cắt với phoi. Hoạt động này có thể làm hỏng dụng cụ, ảnh hưởng xấu đến quá trình gia công với các lý do nổi bật như sau.

4.1 Mòn do cào xước

Mài mòn do cào xước là cơ chế xảy ra khi cắt kim loại ở tốc độ và nhiệt thấp. Bản chất của quá trình mòn là các hạt tạp chất có độ cứng cao trong vật liệu gia công và phoi cào xước (mài mòn) các bề mặt tiếp xúc của dụng cụ cắt với chi tiết và phoi.

Quá trình mài mòn xảy ra khi mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt gọt kim loại có hạt cứng văng ra từ chi tiết gia công bào tróc đi phần tử vật liệu. Từ đó hình thành nên vết xước song song với phương thoát phoi. Khi độ cứng các mặt tiếp xúc với dụng cụ càng lớn thì mức độ cào xước càng cao. Khi lẹo dao, một số phần tử sẽ gây ra mài mòn ở mặt sau dụng cụ cắt.

4.2 Mòn do chảy dính

Nguyên nhân này do sự bám dính giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dụng cụ cắt. Lúc bề mặt rắn trượt so với nhau thì mài mòn do chảy dính xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh.

Khi trượt, vật liệu ở vùng này bị trượt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc có thể tạo thành các mảnh mòn rời nhau. Một số khác còn được sinh ra do quá trình mòn do mỏi ở đỉnh các nhấp nhô. Quá trình gia công gặp áp lực lớn ở các bề mặt tiếp xúc làm cho phần tử vật liệu bị chảy dẻo dính vào phoi gây ra mòn dao.

4.3 Mòn do oxy hóa

Bản chất của nguyên nhân mòn do sự bong tróc của lớp oxy hóa. Trong khi gia công nhiệt độ cao các lớp bề mặt vật liệu dụng cụ cắt gọt kim loại có thể bị oxy hóa. Sức bền kém dễ đến phá hủy và gây ra mài mòn.

Lớp oxy hóa được hình thành theo quá trình kế tiếp nhau liên tục khi lớp oxy hóa cũ bị bong tách. Lớp màng này có khả năng ngăn ngừa hiện tượng dính. Khi làm việc tại môi trường chân không, mòn do sinh có thể xảy ra do lớp màng oxy hóa không thể hình thành.

4.4 Mòn do khuếch tán

Hiện tượng này xảy ra khi có sự tương đồng hóa học giữa vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ cắt. Vì thế các phần tử sẽ khuếch tán vào phoi và vật liệu gia công gây mòn trên lưỡi cắt. Nhiệt độ cao phát triển trong dụng cụ khi cắt là điều kiện thuận lợi cho quá trình khuếch tán giữa dụng cụ và gia công.

4.5 Mòn do nhiệt

Đây là nguyên nhân có thể xảy ra hiện tượng quá nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt gọt kim loại do thể tích vật liệu tại lưỡi cắt rất nhỏ khi nhiệt độ tập trung vào vị trí cắt. Từ đó dẫn đến lưỡi cắt bị phá hủy do nhiệt. Để giảm thiểu được hiện tượng này, bạn có thể dùng chất làm mát lưỡi khi gia công.

5. Mẹo giúp tăng tuổi thọ và độ bền của dụng cụ cắt gọt CNC

Dưới đây là 6 mẹo hay để giúp bạn có thể tăng tuổi thọ và độ bền của dụng cụ cắt gọt CNC.

5.1 Sử dụng lớp phủ hợp lý

Sử dụng lớp phủ cứng giúp cho chất lượng bề mặt gia công tốt hơn, tăng cường chống mài mòn của dụng cụ cắt gọt CNC kim loại. Ngoài ra dùng lớp phủ còn tăng độ bôi trơn bề mặt, giảm được lực ma sát làm gia tăng tuổi thọ dụng cụ.

5.2 Chọn dụng cụ cắt kim loại phù hợp với từng nguyên công và sản phẩm cần gia công

Nên chọn lựa dao phù hợp với nguyên công để tăng độ bền của dao. Mỗi phôi, mỗi sản phẩm có vật liệu độ cứng khác nhau, vậy nên cần lựa chọn dao cắt kim loại phù hợp với vật liệu và độ cứng của sản phẩm đó.

5.3 Kiểm soát nhiệt độ khi gia công

Trong quá trình gia công, ma sát giữa dao và phoi phát sinh nhiều nhiệt, cần chú ý giảm nhiệt cho dụng cụ. Chúng ta có thể dùng CO2 lỏng trực tiếp khi cắt hoặc sử dụng dầu tưới nguội, làm mát để giảm nhiệt độ và kéo dài tuổi thọ của dụng cụ.

5.4 Kiểm soát việc thoát phoi

Kiểm soát được dòng phoi thoát ra trong quá trình gia công sẽ giúp giảm thiểu hư hỏng cho công cụ.

5.5 Vệ sinh lưỡi cắt

Lưỡi cắt nên được vệ sinh định kỳ, đây cũng là lúc để xem xét các hư tổn của lưỡi cắt và xem xét việc thay mới nếu cần. Có thể dùng nhiều phương pháp để vệ sinh lưỡi cắt như dùng bàn chải để vệ sinh, quét sạch phoi...

5.6 Sử dụng dầu tưới nguội phù hợp

Việc chọn đúng dầu tưới nguội sẽ giúp giảm lực ma sát khi cắt, tăng độ bền tuổi thọ của dụng cụ cắt gọt CNC kim loại.

6. Kết luận

Trên đây là những thông tin liên quan đến độ bền và sự mài mòn của dụng cụ cắt gọt kim loại. Để tìm hiểu và mở rộng kiến thức về lĩnh vực gia công kim loại, bạn có thể đến tham dự triển lãm công nghiệp tầm cỡ tại Việt Nam. Điển hình là Metalex Vietnam 2023 - một trong những sự kiện lớn nhất về máy công cụ và gia công kim loại ở nước ta cũng như ở khu vực Đông Nam Á bởi RX Tradex.

Tại triển lãm này, bạn sẽ có cơ hội tham quan, trải nghiệm các sản phẩm và giải pháp mới nhất từ các đơn vị hàng đầu trong ngành. Hãy đăng ký tham gia và khám phá những điều thú vị tại Metalex Vietnam 2023 nhé!