Đánh giá năng suất bóc vật liệu khi tiện kim loại màu với dụng cụ cắt có lớp phủ và không có lớp phủ

Science & Technology Development, Vol 11, No.09 - 2008 
Trang 50 
ĐÁNH GIÁ NĂNG SUẤT BÓC VẬT LIỆU KHI TIỆN KIM LOẠI MÀU VỚI 
DỤNG CỤ CẮT CÓ LỚP PHỦ VÀ KHÔNG CÓ LỚP PHỦ 
Trần Doãn Sơn(1), Lý Chánh Trung(2) 
(1)Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG-HCM 
(2)Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng, Tp.HCM 
(Bài nhận ngày 26 tháng 12 năm 2006, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 07 tháng 07 năm 2008) 
TÓM TẮT: Trong những năm gần đây, các kết quả nghiên cứu về vật liệu dụng cụ cắt 
được áp dụng ngày càng nhiều vào thực tế sản xuất, đặc biệt là dụng cụ cắt có lớp phủ. Hiện 
nay, dụng cụ cắt có lớp phủ chiếm hơn 80% tổng dụng cụ cắt trên thế giới và được ứng dụng 
rất lớn trong thực tế sản xuất. Năng suất gia công đã được tăng lên đáng kể nhờ những dụng 
cụ hiện đại cũng như những kỹ thuật mới. Các loại dụng cụ cắt mới liên tục được ra đời. Tuy 
nhiên, những nghiên cứu khoa học liên quan đến việc đánh giá và so sánh năng suất gia công 
cho các loại vật liệu khác nhau là rất ít. Để đánh giá năng suất cắt vật liệu đối với những 
dụng cụ cắt khác nhau, chúng ta phải đánh giá trong cùng điều kiện về tuổi bền của dụng cụ. 
Do vậy, trước hết ta phải xác định mối quan hệ giữa tuổi bền của dụng cụ và điều kiện cắt. 
Ngoài ra, việc đánh giá năng suất gia công sẽ giải quyết hai vấn đề: một mặt sẽ phục vụ cho 
thực tế sản xuất, và mặt khác sẽ phục vụ cho việc đào tạo. Trong bài báo cáo này, chúng tôi 
giới thiệu phương pháp quy hoạch thực nghiệm để đánh giá năng suất cắt cho vật liệu có lớp 
phủ. 
Từ khóa: dụng cụ cắt, dụng cụ cắt có lớp phủ, tuổi bền, chế độ cắt, phương pháp qui 
hoạch thực nghiệm 
1.GIỚI THIỆU 
Trong bài viết này, chúng tôi đã thử nghiệm với hai phương pháp: Phương pháp quy hoạch 
thực nghiệm đối với dụng cụ cắt có phủ một lớp kim cương trên nền Cacbit được thiêu kết và 
phương pháp đồ thị cho dụng cụ cắt không có lớp phủ với nền Cacbit thiêu kết để xác định 
mối quan hệ giữa tuổi bền của dụng cụ cắt và điều kiện cắt. Sau đó chúng tôi sẽ đánh giá năng 
suất khi gia công kim loại màu. 
2.TÌM MỐI QUAN HỆ GIỮA T VÀ ĐIỀU KIỆN CẮT (T, V, S) BẰNG PHƯƠNG 
PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM CỦA BOX VÀ HUNTER CHO DỤNG CỤ CẮT 
CÓ PHỦ LỚP KIM CƯƠNG TRÊN NỀN CACBIT ĐƯỢC THIÊU KẾT 
Kết quả được thử nghiệm cho nhôm cán, ở đây ta sử dụng dụng cụ cắt được phủ một lớp 
kim cương, dụng cụ cắt được sản xuất bởi hãng Sandvik Coromant và thử nghiệm trên máy 
tiện CNC EMCO TURN 155 
6
∅6
0
∅5
0
190
180 (cutting area)
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 11, SOÁ 09 - 2008 
Trang 51 
Thử nghiệm của phương pháp này như sau: Chọn thông số tối ưu (ký hiệu y là tuổi bền 
dụng cụ T). Vật liệu gia công là nhôm cán (Ký hiệu là Al99,60 theo TCVN). Các yếu tố ảnh 
hưởng lên thông số tối ưu là: Vận tốc cắt V ký hiệu là x1, lượng tiến dao s ký hiệu là x2, chiều 
sâu cắt t ký hiệu x3. Các thông số về điều kiện cắt được chọn theo nhà sản xuất. Giá trị của các 
thông số như bảng sau: 
Bảng 1 
Mức Thông số 
Cao Cơ bản Thấp 
Khoảng thay 
đổi 
x1 (m/pht) 350 300 250 50 
x2 
(mm/vịng) 
0,3 0,2 0,1 0,1 
x3 (mm) 2,5 2 1,5 0,5 
Phương trình hồi quy mẫu: 
2
333
2
222
2
1113223311321123322110
^
xbxbxbxxbxxbxxbxbxbxbby +++++++++= (1) 
Ma trận thực nghiệm như sau: 
Bảng 2 
STT x0 x1 x2 x3 x12 x13 x23 x12 x22 x32 y 
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) 
1 + - - - + + + + + + 59 
2 + + - - - - + + + + 41 
3 + - + - - + - + + + 42 
4 + + + - + - - + + + 34 
5 + - - + + - - + + + 63 
6 + + - + - + - + + + 47 
7 + - + + - - + + + + 42 
8 + + + + + + + + + + 27 
9 + -1,682 0 0 0 0 0 2,828 0 0 40 
10 + +1,682 0 0 0 0 0 2,828 0 0 25 
11 + 0 -1,682 0 0 0 0 0 2,828 0 55 
12 + 0 +1,682 0 0 0 0 0 2,828 0 24 
13 + 0 0 -1,682 0 0 0 0 0 2,828 66 
14 + 0 0 +1,682 0 0 0 0 0 2,828 33 
15 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 42 
16 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 50 
17 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 58 
18 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 58 
19 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 42 
20 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 59 
Science & Technology Development, Vol 11, No.09 - 2008 
Trang 52 
Xác định hệ số của phương trình hồi quy như sau: 
1
907 45,35
N
i i
i
y y
=
= ⇒ =∑ 
2
1 1
538,82 578, 412 634,972 1752, 204
k N
ji i
j i
x y
= =
= + + =∑∑ 
1 2 3
1 1 1
82,2; 117,08; 52,04
N N N
i i i i i i
i i i
x y x y x y
= = =
= − = − = −∑ ∑ ∑
 ( ) ( ) ( ) 17;5;11
1
32
1
31
1
21 −=−== ∑∑∑
===
N
i
iii
N
i
i
N
i
i yxxyxxyxx 
Các hệ số của phương trình hồi quy xác định theo công thức như sau: 
∑∑∑
= ==
−=
k
j
N
i
iji
N
i
i yxayab
1 1
2
2
1
10 
∑
=
=
N
i
jij xab
1
2
3 j=1:k 
∑
=
=
N
i
jjljijl yxxab
1
4 l≠j ; j,l = 1:k 
∑∑ ∑∑
= = ==
−+=
k
j
N
i
N
i
iiji
N
i
ijijj yayxayxab
1 1 1
7
2
6
1
2
5 
( ) 2652242232212 ;;;0 thbthbthbthb saassassassas jjljj +==== 
Giá trị của các hằng số được cho ở bảng sau: 
Bảng 3 
k N α n0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 
2 13 1,414 5 0,2 0,1 0,125 0,25 0,1251 0,0187 0,1 
3 20 1,682 6 0,1663 0,0568 0,0732 0,125 0,0625 0,0069 0,0568 
4 31 2,00 7 0,1428 0,0357 0,0417 0,0625 0,0312 0,0037 0,00357
a1 = 0,1663; a2 = 0,0568; a3 = 0,0732; a4 = 0,125; a5 = 0,0625; a6 = 0,0069; 
a7 = 0,0568 
⇒ b0 = 0,1663 x 907 – 0,0568 x 1752,204 = 51,308 
b1 = -6,017; b2 = -8,570; b3 = -3,809; b12 = 1,375; b13 = -0,625; b23 = -2,125; 
b11 = -5,751; b22 = -3,276; b33 = -0,258 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 11, SOÁ 09 - 2008 
Trang 53 
Phương sai: 
( )
10
1
2
00
2
0
−
−
=
∑
=
n
yy
s
n
u
u
th 
( )0 20 0 0
1
2
51,5; 323,5
323,5 64,7
5
n
u
u
th
y y y
s
=
= ⇒ − =
⇒ = =
∑
0
2 2 2 210,759; 4,736; 8,08; 4,49
j jl jjb b b b
s s s s⇒ = = = = 
Ta kiểm tra tính quan trọng của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student: 
bj
j
j s
b
t =
0 1 2 3 12 13 23
11 22 33
15,642; 2,765; 3,938; 1,750; 0,484; 0,219; 0,747
2,714; 1,546; 0,122
t t t t t t t
t t t
⇒ = = = = = = =
= = = 
Tra bảng ta được: tp(f) với p = 0,05; f = 5 ⇒ tp(f) = 2,57 
Các giá trị t3, t12, t13, t23, t22, t33 < tp(f), do đó các hệ số: b22, b3, b12, b13, b23, b33 
được loại bỏ trong phương trình hồi quy. Phương trình hồi quy được thiết lập như sau: 
^
2
1 2 151,308 6,017 8,57 5,751y x x x= − − − (2) 
Vì hệ số b33 trong phương trình hồi quy có dạng bậc 2, nên ta phải tính lại các hệ số quan 
trọng theo phương pháp bình phương cực tiểu: 
20b0 + 0b1 + 0b2 + 13,656b11 = 907 
0b0 + 13,656b1 + 0b2 + 0b11 = -82, 2 
0b0 + 0b1 + 13,656b2 + 0b11 = -117,08 
13,656b0 + 0b1 + 0b2 + 24b11 = 538,82 
Giải hệ phương trình trên ta được: 
b0 = 49,093; b1 = -6,019; b2 = -8,573; b11 = -5,483 
Do đó, phương trình hồi quy nhận được là: 
^
2
1 2 149,093 6,019 8,573 5, 483y x x x= − − − (3) 
Để đánh giá tính tương thích của phương trình hồi quy so với thực nghiệm, ta phải xác 
định biến s2tt 
f
SSs thdutt
−=2 ; f=N-l-(n0-1) 
 Sdu= ( )2
1
3128,55
N
i i
i
y y
=
− =∑ 
Science & Technology Development, Vol 11, No.09 - 2008 
Trang 54 
 ( )0 20 0
1
323,5
n
th u
u
S y y
=
= − =∑ 
 ⇒ 2552 =tts 
Giá trị tính toán theo tiêu chuẩn Fisher: F = 
2
2 3,94
tt
th
s
s
= 
Tra bảng ta được: F1-p(f1, f2) = F95%(11,5) = 4,73 
[1]. F< F1-p(f1, f2). Do đó phương trình tương thích với thực nghiệm. 
Để đánh giá kết quả tìm được một cách dễ dàng, chúng ta chuyển phương trình từ dạng 
(x1, x2, x3) sang dạng tọa độ tự nhiên (V, s, t) 
t
tt
x
s
ss
x
V
VV
x Δ
−=Δ
−=Δ
−= 030201 ;; 
Ở đây: V0, s0, t0 là các giá trị của các yếu tố ở mức cơ bản; ΔV, Δs, Δt là khoảng thay đổi 
của các yếu tố. 
Do đó: 
0
1 2 3
300 0,2; ;
50 0,1 0,5
t tV sx x x −− −= = = 
Thay vào phương trình (3) ta được: 
2300 0, 2 30049,093 6,019 8,573 5, 483
50 0,1 50
V s VT − − −⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − − −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ (4) 
Trường hợp cắt thô: 
Chiều sâu cắt : t = 2mm 
Lượng tiến dao: s = 0,2 mm/vòng. 
Không sử dụng dung dịch làm nguội. 
Thay vào phương trình (4) ta được: T = 29 phút, V = 372 m/phút. 
2.TÌM QUAN HỆ GIỮA TUỔI BỀN DỤNG CỤ VÀ ĐIỀU KIỆN CẮT (T, S, V) (SỬ 
DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ CHO DỤNG CỤ KHÔNG CÓ LỚP PHỦ VỚI NỀN 
CACBIT THIÊU KẾT) 
Mục tiêu là so sánh năng suất cắt giữa dụng cụ có lớp phủ và dụng cụ không có lớp phủ. 
Vì máy CNC được sử dụng không trang bị bộ phận làm nguội nên chúng tôi tiến hành gia công 
với cùng chiều sâu cắt, lượng ăn dao, tuổi bền của dụng cụ và không sử dụng dung dịch làm 
nguội. Chúng ta sẽ tiến hành thử nghiệm cho dụng cụ không có lớp phủ theo công thức Taylor 
trong cùng điều kiện như nhau. Sau đó, ta sẽ so sánh năng suất cắt. 
Công thức thực nghiệm của Taylor cho vật liệu dụng cụ cắt (Cacbit Wonfram WC) 
CTVTVTV nnn === 332211 
Trong đó: 
V là vận tốc cắt (m/phút) 
T là tuổi bền của dụng cụ (phút) 
T1, T2, T3 là tuổi bền khi cắt với vận tốc V1, V2, V3 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 11, SOÁ 09 - 2008 
Trang 55 
C là hằng số phụ thuộc vào vật liệu gia công, vật liệu dụng cụ cắt, chiều sâu cắt, lượng tiến 
dao, và những điều kiện cắt khác 
n là số mũ thể hiện mức độ ảnh hưởng của vận tốc cắt lên tuổi bền của dụng cụ. Số mũ n 
phụ thuộc vào các yếu tố như C, độ mòn dụng cụ. 
Thực nghiệm: 
Cắt thô: 
+ Chiều sâu cắt t = 2mm 
+ Lượng tiến dao s = 0,2 mm/vòng. 
+ Không sử dụng dung dịch trơn nguội. 
Để xác định tuổi bền của dụng cụ, ta sẽ tiện với các vận tốc cắt khác nhau. Kết quả thực 
nghiệm như sau: 
Bảng 4 
STT Hệ số Cv V(m/pht) T(pht) n 
1 250 16 
2 230 19,9 
3 220 22,5 
4 
707 
200 29 
0,375 
Khi ta chuyển mối quan hệ giữa T và V sang hệ tọa đọ Logarit, ta sẽ nhận được một đường 
thẳng. Từ đồ thị, ta xác định được = 20,5o; tg = 0,375 
Hình 1.Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa V và T trong hệ tọa độ Logarit. 
3. SO SÁNH NĂNG SUẤT CẮT 
+ Sử dụng dụng cụ cắt có mảnh hợp kim chắp của hãng Sandvik 
+ Chiều sâu cắt t = 2mm 
+ Lượng tiến dao s =0, 2mm/vòng. 
T 
V 
250 
200 
16 29 22. 5 
220 
Science & Technology Development, Vol 11, No.09 - 2008 
Trang 56 
+ Tuổi bền của dụng cụ có lớp phủ là Tp = 29 phút, tốc độ cắt đạt được là 372 m/phút, 
chiều dài cắt mà dụng cụ có lớp phủ đạt được là : 
Lp = Vp.Tp = 372.29 = 10788 (m) 
+ Tuổi bền của dụng cụ cắt không có lớp phủ là Tp = 29 phút, tốc độ cắt đạt được là 200 
m/phút [5, trang 539], chiều dài cắt mà dụng cụ không có lớp phủ đạt được là: 
L = V.T = 200.29 = 5800 (m) 
Từ đây, ta thấy rằng chiều dài cắt của dụng cụ có lớp phủ lớn hơn chiều dài cắt của dụng 
cụ không có lớp phủ là 4988m. Điều này có nghĩa là năng suất của dụng cụ có lớp phủ lớn hơn 
dụng cụ không có lớp phủ là 1,86 lần. 
4. KẾT LUẬN 
Trong bài báo này, chúng tôi đã xác định mối quan hệ giữa tuổi bền của dụng cụ và điều 
kiện cắt theo hàm số T = f(V, s, t) bằng công thức thực nghiệm cho dụng cụ cắt có phủ một lớp 
kim cương và mối quan hệ giữa tuổi bền của dụng cụ và điều kiện cắt theo hàm số T = f(V) 
bằng phương pháp đồ thị cho dụng cụ cắt không có lớp phủ. Đồng thời chúng tôi cũng đã so 
sánh năng suất gia công giữa dụng cụ cắt có lớp phủ và không có lớp phủ. Từ đó chúng ta thấy 
rằng năng suất gia công của dụng cụ cắt có lớp phủ lớn hơn năng suất gia công của dụng cụ cắt 
không có lớp phủ là gần 2 lần. Tuy nhiên, để đạt được độ chính xác cao bằng phương pháp 
quy hoạch thực nghiệm thì đòi hỏi khối lượng tính toán rất lớn và số lần thử nghiệm phải tăng 
lên. Và chỉ có thể đánh giá bằng cách ứng dụng các phần mềm tính toán. Ở đây, chúng tôi chỉ 
sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box and Hunter để xác định mối quan hệ giữa 
tuổi bền của dụng cụ và điều kiện cắt khi tiện, từ đó đánh giá năng suất gia công của dụng cụ 
có lớp phủ. Ngoài ra, phương pháp này còn có thể sử dụng để xác định mối quan hệ giữa tuổi 
bền của dụng cụ và điều kiện cắt cho các dụng cụ có lớp phủ khác khi thực hiện các nguyên 
công như: phay, khoan, ren,  
APPRECIATION OF PRODUCTIVITY REMOVE MATERIAL BY TURNING 
NON-FERROUS MATERIAL WITH COATED CUTTING TOOLS AND 
UNCOATED CUTTING TOOLS 
Tran Doan Son(1), Ly Chanh Trung(2) 
(1)University of Technology, VNU-HCM 
(2)Cao Thang Technical College, HCMc 
ABSTRACT: Recently years, the resuslt of researches on new cutting tools have been 
applied more and more in practically. Especially, coated cutting tools contribute more than 
80% on the world of cutting tools and are applied largely in production, productivity in 
machining field has increased considerablly, high machining productivity achieves with 
considerable advances of equipments as well as new technologies. In there, we can’t help 
telling the kinds of new cutting tool which are born. However scientific researches relate to 
appreciate and compare machining productivity for different materials very little, it hasn’t 
been got more reseaches. Therefore, to appreciate cutting material productivity of different 
cutting tools. We must appreciate at the same condition of tool life. For this purpose,we must 
define the relation between tool life and cutting condition first.Moreover this appreciation of 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 11, SOÁ 09 - 2008 
Trang 57 
cutting productivity will solve two problems such as on the one hand serving production in 
practice , on the other hand serving training. Accordingly in this article, we present 
experimental planning method of Box and Hunter to appreciate cutting material productivity 
of coated tool. 
Keywords: cutting tool; coated cutting tool; tool life; cutting condition; experimental 
planning method 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Nguyễn Cảnh, Quy hoạch thực nghiệm, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp.HCM, 
(2004). 
[2]. Lê Công Dưỡng, Vật liệu, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, (1997). 
[3]. Nguyễn Ngọc Dao, Trần Thế San, Hồ Viết Bình, Điều kiện cắt trong gia công, Nhà 
xuất bản Đà Nẵng,(2002). 
[4]. George Schneider, Jr., Cutting tool Applications, www. toolingandproduction. com. 
[5]. Mikell P. Groover, Fundamentals of Modern Manufactering, John Wiley & Sons, 
Inc Second Edition, (2004).