© CÔNG TY CỔ PHẦN CƠ KHÍ NHÂN CHÍNH

 

Mở đầu

 

Trong lĩnh vực gia công cơ khí, nhu cầu tăng năng suất, tăng độ chính xác và nâng cao chất lượng bề mặt gia công càng ngày tăng. Nhiều biện pháp đã và đang được thực hiện mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu này. Một trong những đối tượng được nghiên cứu để giải quyết nhu cầu này dụng cụ cắt. Cuối thập niên 1960, các nhà chế tạo dụng cụ cắt đã giới thiệu dao carbide thiêu kết với một lớp phủ rất mỏng cacbua. Lớp cacbua titanium với độ dày rất bé (2-15 micromet) nhưng nó làm thay đổi đặc tính của dụng cụ cắt. Lớp phủ trước hết nâng tính chống mòn, giảm lực cắt và nhiệt cắt trên lưỡi cắt và vì thế ảnh hưởng trực tiếp đến biến dạng và động thái rạn nứt của dao. So với vật liệu không phủ thì nó tăng lên đáng kể tốc độ cắt lẫn tuổi thọ của dụng cụ.

 

Vật liệu nền

 

Vật liệu nền có thể không bao giờ thực sự tiếp xúc với chi tiết gia công nhưng nó đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong hiệu suất tổng của mảnh hợp kim. Tungsten carbide vẫn là vật liệu nền chính. Tùy theo ứng dụng mà chọn vật liệu nền thích hợp. Khi gia công thô, cắt gián đoạn, cũng như tiện cứng thì chất nền được sử dụng là carbide.

 

Tùy theo vật liệu chi tiết gia công mà chọn dao với chất nền thích hợp. Khi gia công thép thì yêu cầu mảnh hợp kim có khả năng chống biến dạng cao cũng như khả năng chống mòn và chống tạo lỗ trống vì khi gia công thép tạo ra phoi dây và sự truyền nhiệt ở khu vực cắt gọt. Chất nền bằng tungsten carbide được hợp kim hóa bởi một số carbide khối (TiC, TaC, NbC và VC) có lẽ cần thiết cho gia công thép. Khi gia công vật liệu có tính dính như thép không rỉ thì mảnh hợp kim có yêu cầu độ dai cao hơn yêu cầu về tính chống mòn và chống tạo lỗ trống (do lẹo dao và tróc) nên vật liệu nền có độ dai cao hơn với lượng coban cao tại lưỡi cắt và độ hạt nhỏ là lựa chọn thích hợp.

 

Một số vật liệu nền khác là: polymer, kẽm — thiết, bạc — đồng thau, hợp kim cứng, thép gió, titan, inconel …

 

Vật liệu phủ

 

Vật liệu phủ chính là carbide titanium (TiC), titanium nitride (TiN), oxyt nhôm (Al2O3), titanium cacbide nitride (TiCN). Đây là các vật liệu rất cứng, có độ chóng ăn mòn và độ trơ hoá học cao, tạo một rào cản rất tốt giữa dụng cụ và phoi.

 

+ Titan Nitride (TiN):

Đây là loại vật liệu thường dùng nhất, quen thuộc với lớp phủ màu vàng, nó thường được phủ lên thép gió và carbide dụng cụ. TiN có độ cứng cao, hệ số ma sát nhỏ, giảm được xói mòn, mài mòn và dính trong quá trình gia công. Đặc biệt với lớp phủ này có màu vàng nên rất dể nhận biết lưỡi cắt bị mài mòn.
+ Titanium — Carbide — Nitride (TiCN):
Lớp phủ có màu xanh xám, cứng hơn TiN. Nó cải thiện sự mài mòn của bề mặt khi cắt thép cacbon, gang, thép hợp kim dụng cụ.
+ Titanium — Alumium — Nitride (TiAlN):
Cải thiện độ bền nóng và chống lại sự oxit hoá khi phản ứng với TiN. Loại lớp phủ này có màu tía xám, tính dẫn nhiệt kém nhưng rất cứng.

 + Oxit nhôm (Al2O3):
Dụng cụ cắt với lớp phủ Al2O3 đang trở thành dụng cụ cắt có lớp phủ đang được sử dụng rất rộng rãi. Vật liệu này có độ cứng cao, bảo vệ được bề mặt, an toàn khi cắt với tốc độ cao khi gia công vật liệu cứng, gang và một số sản phẩm khác. Loại lớp phủ này có màu đen.
+ CBN:
Loại lớp phủ CBN đang được nghiên cứu trong những năm gần đây. Chiều dày lớp phủ này tương đối dày nên khả năng tập trung ứng suất bề mặt rất cao, khả năng dính kết kém. Tuy nhiên khi phủ CBN thì khả năng chịu mài mòn của dao rất tốt, nó thích hợp gia cho gia công vật liệu có chứa sắt hoặc không sắt hay cả vật liệu phi kim loại.
+ Lớp phủ siêu cứng:

Vật liệu phủ này là graphít, ceramic, vật liệu tổng hợp.

 

Cấu tạo dụng cụ cắt có lớp phủ

 

Có thể có một hoặc nhiều lớp phủ trên bề mặt mảnh hợp kim. Loại một lớp phủ được chế tạo dơn giản và rẻ tiền tuy nhiên tuổi thọ của dao thấp do dao chóng mòn hơn và vết nứt (nếu có) dễ lan đến vật liệu nền hơn sơ với loại nhiều lớp phủ.

Loại nhiều lớp phủ thì mỗi lớp phủ có những tính chất và công dụng nhất định. Có thể có 2, 3 hoặc nhiều lớp phủ hơn. Loại này tạo cho dao độ tin cậy cao hơn và khả năng gia công liên tục dài hơn. Một loạt các lớp phủ mỏng bảo vệ vật liệu nền một cách mạnh mẽ hiệu quả, kéo dài tuổi bền của dao. Khi gia công thép thì có thể chọn mảnh hợp kim nhiều lớp phủ với lớp ngoài cùng có ma sát thấp (chẳng hạn bằng TiN), lớp kế tiếp có tính chống mòn do tạo lỗ trống (oxit nhôm), lớp thứ 3 có tác dụng chống mòn do tạo lỗ trống và mòn mặt sau (TiCN), cuối cùng là vật liệu nền.