Nghiên cứu đặc tính cắt của mảnh dao thay thế nhiều cạnh hợp kim cứng chế tạo tại Việt Nam khi gia công thép không gỉ SUS304 trên máy tiện CNC

MỞ ĐẦU 
Hợp kim cứng (HKC) là một trong những loại vật liệu quan trọng được sử 
dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, với nhiều lĩnh vực khác nhau như: 
Gia công cơ khí: chế tạo dụng cụ cắt, dập, chuốt, bi nghiền; Công nghệ chế 
tạo máy: chế tạo các chi tiết có tính năng đặc biệt yêu cầu độ cứng, chống mài 
mòn; chế tạo khuôn mẫu; Trong công nghiệp khai thác mỏ: chế tạo dao cắt, 
mũi khoan thăm dò; Trong quân sự: chế tạo các loại đầu đạn xuyên thép và 
một số chi tiết có tính năng đặc biệt chịu mài mòn, chịu nhiệt. Nguyên nhân 
chính của việc sử dụng hiệu quả các loại dụng cụ, chi tiết bằng HKC là do vật 
liệu này có độ cứng cao (>70HRC) và giữ được độ cứng đó trong điều kiện 
làm việc ở nhiệt độ cao 800÷1000(oC), mặt khác khả năng chống mài mòn 
cao, nên tuổi bền chi tiết, dụng cụ HKC tăng lên rõ rệt. 
Hiện nay, trên thế giới mảnh cắt HKC được nghiên cứu, ứng dụng khá 
phổ biến nhằm nâng cao chất lượng bề mặt gia công, tuổi bền dụng cụ cắt 
cũng như năng suất cắt gọt. Một số hãng sản xuất dụng cụ cắt nổi tiếng thế 
giới như: Sandvik, Seco (Thụy Điển), Mitsubishi, Kyocera (Nhật Bản) Các 
mảnh cắt HKC khi đưa ra thị trường đều có hình dạng hình học, kích thước, 
vật liệu chế tạo được tiêu chuẩn hóa và có khuyến cáo phạm vị sử dụng đối 
với từng loại như: Mảnh dao dùng để gia công vật liệu thép trước tôi, sau tôi, 
thép hàn, thép bền nhiệt, thép không gỉ và chống ăn mòn, gia công gang, hợp 
kim màu. 
Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng HKC vào thực tế còn 
rất hạn chế. Các đề tài nghiên cứu HKC trong nước thời gian qua, chủ yếu tập 
trung vào nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm các mác HKC; công nghệ phun phủ 
bề mặt nhằm nâng cao chất lượng dụng cụ cắt nền thép hoặc nền HKC; một số 
nghiên cứu nhằm tối ưu hóa chế độ cắt đối với các mảnh dao nhập ngoại. Do 
nhiều nguyên nhân khác nhau, các kết quả nghiên cứu chưa thể triển khai ứng 
dụng rộng rãi trong thực tế. Đặc biệt chưa có đề tài nghiên cứu, thiết kế, chế 
tạo mảnh dao thay thế nhiều cạnh cho dao tiện CNC bằng HKC chế tạo tại 
Việt Nam. 
Từ những kết quả phân tích trên, nhận thấy đề tài “Nghiên cứu đặc tính 
cắt của mảnh dao thay thế nhiều cạnh hợp kim cứng chế tạo tại Việt Nam 
khi gia công thép không gỉ SUS304 trên máy tiện CNC” 
- Mục tiêu nghiên cứu của luận án: 
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC tại Việt 
Nam để tiện bề mặt tròn xoay có prôphin cong lồi bằng thép không gỉ SUS304 
trên máy CNC, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuât. 
- Xây dựng mô hình thực nghiệm đánh giá đặc tính cắt của mảnh dao thay 
thế nhiều cạnh HKC chế tạo tại Việt Nam. 
2 
- Tối ưu hóa chế độ cắt khi tiện profin thép không gỉ SUS304 trên máy 
CNC bằng mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC chế tạo tại Việt Nam. 
- Đối tượng nghiên cứu: 
- Tiện bề mặt trụ, bề mặt côn và bề mặt tròn xoay có profin cong bằng 
thép không gỉ SUS304. 
- Mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC được thiết kế, chế tạo mới tại Việt 
Nam. 
- Các chỉ tiêu về độ nhám bề mặt, độ chính xác kích thước, mòn dao, lực 
cắt để đánh giá đặc tính cắt của mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC chế tạo tại 
Việt Nam. 
- Phương pháp nghiên cứu: 
+ Lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan về thép không gỉ và đặc tính gia công 
thép không gỉ; Lý thuyết về quan hệ giữa thông số hình học dụng cụ cắt với profin 
chi tiết; Lý thuyết mảnh dao HKC, phương pháp lựa chọn các thông số hình học 
mảnh dao, vật liệu chế tạo; Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về chất lượng bề mặt, lực 
cắt, mòn dao; Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm. 
+ Thực nghiệm: Phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các thông số hình học 
mảnh dao, thông số chế độ cắt đến chất lượng bề mặt, lực cắt, mòn dao. 
- Ý nghĩa khoa học luận án: 
- Phát triển lý thuyết mối quan hệ giữa prôphin chi tiết gia công với các 
thông số hình học động của lưỡi cắt khi tiện (Góc trước, góc sau, góc nghiêng 
chính, nghiêng phụ), giữa prôphin chi tiết gia công với độ nhám và bước tiến 
dao. Từ đó đưa ra lý thuyết về điều kiện không cắt lẹm, bước tiến dao cho phép 
khi tiện prôphin bất kỳ. 
- Xây dựng được mô hình thực nghiệm để lựa chọn tối ưu thông số hình 
học của mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC khi tiện chi tiết có prôphin cong lồi 
- Sử dụng mô hình thực nghiệm để đánh giá đặc tính cắt của mảnh dao 
HKC đến một số yếu tố như độ nhám bề mặt, độ chính xác kích thước gia công, 
mòn dao, lực cắt khi tiện tinh các prôphin khác nhau. 
- Xây dựng mô hình bài toán tối ưu để xác định chế độ cắt tối ưu khi tiện 
tinh thép không gỉ SUS304 dạng bề mặt tròn xoay có prôphin cong lồi bằng 
mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC chế tạo tại Việt Nam với hàm mục tiêu là 
năng suất lớn nhất và các điều kiện biên về máy, dao, chất lượng gia công. 
- Ý nghĩa thực tiễn luận án: 
- Đưa ra phương pháp lựa chọn vật liệu HKC chế tạo mảnh dao có nhiều 
cạnh cắt thay thế dùng cho gia công thép không gỉ SUS304. 
- Xây dựng được quy trình thực nghiệm chế tạo hoàn chỉnh mảnh dao hợp 
kim cứng có nhiều cạnh cắt thay thế tại một số đơn vị trong nước. 
- Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng tại các cơ sở sản xuất để tham 
khảo mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, độ 
3 
chính xác kích thước, lực cắt, mài mòn dụng cụ khi gia công chi tiết thép không 
gỉ có prôphin cong lồi. 
- Kết quả nghiên cứu có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở đào 
tạo và những nghiên cứu tiếp theo. 
- Những đóng góp mới của luận án: 
- Xây dựng được về mặt lý thuyết phương trình quan hệ giữa hình học 
profin chi tiết với các thông số hình học của dao cắt. Đây là cơ sở cho việc tính 
toán xác định thông số hình học mảnh dao phù hợp với nguyên công tiện profin 
trên máy tiện CNC. 
- Xây dựng được phương pháp xác định, lựa chọn vật liệu HKC chế tạo 
mảnh dao thay thế nhiều cạnh để gia công các vật liệu theo yêu cầu. Xây dựng 
được mô hình thực nghiệm lựa chọn tối ưu hình học mảnh dao thay thế nhiều 
cạnh khi tiện profin thép không gỉ trên máy tiện CNC. Đề xuất phương pháp 
thiết kế, chế tạo các mảnh dao thay thế HKC dùng cho máy tiện CNC và thực 
nghiệm chế tạo mảnh dao trong điều kiện Việt Nam. 
- Xây dựng được mô hình thực nghiệm đánh giá đặc tính cắt của mảnh dao 
HKC. Từ mô hình thực nghiệm, xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số 
công nghệ và các thông số đầu ra như: độ nhám bề mặt, độ chính xác kích 
thước, lực cắt, mòn dao. 
- Tìm được bộ thông số chế độ cắt tối ưu từ mô hình tối ưu hoá chế độ cắt 
với hàm mục tiêu là năng suất gia công lớn nhất. 
- Cấu trúc luận án: Luận án được trình bày trong 135 trang, ngoài phần mở 
đầu, kết luận, kiến nghị, luận án gồm 4 chương. 
Chương 1: Đặc điểm gia công thép không gỉ trên máy tiện CNC bằng 
mảnh dao hợp kim cứng. 
Chương 2: Tương quan giữa prôphin gia công và thiết kế mảnh dao hợp 
kim cứng TT10K8 dùng cho tiện prôphin thép không gỉ SUS304 
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính cắt của mảnh dao hợp kim 
cứng TT10K8 chế tạo tại Việt Nam 
Chương 4: Tối ưu hoá chế độ cắt khi tiện CNC thép không gỉ bằng mảnh 
dao HKC chế tạo tại Việt Nam 
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TIỆN CNC THÉP KHÔNG GỈ 
1.1 Đặc điểm tiện CNC 
1.1.1 Profin chi tiết trong gia công tiện 
Các đường profin của chi tiết trong gia công tiện được hiểu là biên dạng 
chi tiết trên mặt cắt đi qua đường tâm trục chi tiết, gồm tập hợp của rất nhiều 
các đoạn cong, đoạn thẳng nối tiếp, trường hợp đặc biệt thì profin có thể là 
đường thẳng, cung tròn. 
4 
Hình 1.1 Một số dạng đường prôphin chi tiết 
1.1.2 Đường dụng cụ trong tiện profin 
Đường dụng cụ (đường chạy dao) là quỹ đạo mà một điểm trên dụng cụ 
được dẫn theo nó trong quá trình gia công 
1.1.3 Sự thay đổi các góc động khi tiện prôphin 
Khi tiện bề mặt trụ tròn xoay có prôphin là đường cong, đường đi của 
dụng cụ là tổng hợp gồm nối tiếp của các đoạn thẳng, cung cong. các thông số 
hình học ở trạng thái động của dụng cụ thường xuyên thay đổi. Điều đó ảnh 
hưởng trực tiếp đến chất lượng gia công, năng suất và các điều kiện về thiết 
bị, dụng cụ, đồ gá. 
1.1.4 Ảnh hưởng của đường dụng cụ trong tiện prôphin đến chất lượng 
gia công 
Các thông số của đường dụng cụ bao gồm: 
- Hình dạng đường dụng cụ. 
- Hướng tiến dao: Cắt thuận, nghịch hay hỗn hợp. 
- Khoảng cách giữa hai đường chạy dao liên tiếp (bước tiến ngang). 
1.2 Đặc điểm dao tiện trên máy CNC 
1.2.1 Cấu tạo cơ bản 
1- Vít kẹp. 
2- Mảnh dao 
3- Bạc gá. 
4- Tấm đỡ. 
5- Thân dao 
Hình 1.7 Cấu tạo dao tiện CNC 
1.2.2 Vật liệu chế tạo phần cắt dụng cụ 
Dụng cụ cắt gắn mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC thông thường được 
chế tạo gồm ba phần chính có chức năng khác nhau trong quá trình cắt, do vậy 
5 
vật liệu chế tạo các bộ phận của dụng cụ là khác nhau. Thông thường phần 
thân và phần gá kẹp được chế tạo bằng thép chế tạo máy thông thường, phần 
cắt dụng cụ được chế tạo bằng các vật liệu như thép các bon dụng cụ, thép 
hợp kim dụng cụ, HKC,... Vì vậy, khi nói đến vật liệu chế tạo dụng cụ cắt có 
nghĩa là nói đến vật liệu chế tạo phần cắt gọt của dụng cụ. 
1.2.3 Vật liệu gia công thép không gỉ SUS304 
Với vật liệu gia công của là thép không gỉ SUS304, theo khuyến cáo của 
các hãng sản xuất hợp kim cứng trên thế giới, ta có thể sử dụng mảnh dao 
HKC M20 (TT10K8) để gia công tinh và bán tinh thép không gỉ SUS304 
1.2.4 Lớp phủ bề mặt mảnh dao 
Dụng cụ cắt có thể sử dụng một lớp phủ hoặc nhiều lớp phủ. Một số lớp 
phủ hiện đang sử dụng chủ yếu như đơn Nitrit Titan (TiN); đa Nitơrit (Ti, 
Al)N, Ti(B, N), Ti(C, N) ...; 
1.2.5 Ký hiệu và phương pháp lựa chọn mảnh dao 
1.2.5.1 Ký hiệu mảnh dao 
1.2.5.2 Phương pháp lựa chọn phù hợp mảnh dao, thân dao 
1.3 Độ chính xác hình học chi tiết gia công tiện 
1.3.1 Độ nhám bề mặt khi tiện prôphin 
Có thể coi prôphin của chi tiết là nối tiếp của vô số các đoạn thẳng, chiều 
cao nhấp nhô tế vi (nhám bề mặt) khi gia công tinh (0,63÷1,25µm) thường chỉ 
bằng vài phần nghìn của chiều dài lấy mẫu 
1.3.2 Độ chính xác kích thước 
Để đánh giá độ chính xác kích thước prôphin bề mặt người ta thường 
đánh giá dựa vào dung sai gia công 
1.4 Cơ sở lý thuyết về động lực học và mòn dụng cụ khi tiện CNC 
1.4.1 Lực cắt 
1.4.1.1 Động lực học quá trình tiện 
1.4.1.2 Mô hình lực cắt khi cắt nghiêng 
1.4.1.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt: Vật liệu gia công, chiều dày 
1.4.2 Mòn dụng cụ 
1.4.2.1 Các dạng mòn 
1.4.2.2 Các dạng mòn đặc trưng của mảnh dao HKC (TT10K8) khi tiện 
prôphin 
1.4.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến mòn dụng cụ 
1.5 Đặc điểm gia công thép không gỉ SUS304 
1.5.1 Đặc điểm thép không gỉ SUS304 
6 
Hình 1.31 Giản đồ Schaeffler phân loại thép không gỉ theo cấu trúc 
Thép SUS304 (ký hiệu theo tiêu chuẩn JIS G4303-91) là mác thép điển 
hình thuộc họ thép không gỉ một pha Austenit, còn gọi là họ thép 18-8 (vì có ≥ 
18% Cr, ≥ 8% Ni). 
1.5.2 Tính gia công của thép không gỉ SUS304 
Thép SUS304 có tính dẻo, dai cao, dễ gia công biến dạng như cán, dập, 
gò nguội. Tuy nhiên, tính gia công cắt gọt kém, do thép SUS304 có tính dẻo, 
dai nên khi gia công cắt gọt có hiện tượng bết phoi, lẹo dao ảnh hưởng đến 
chất lượng bề mặt gia công. 
1.6 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước 
Kết luận chương 1 
Nghiên cứu các đặc điểm của tiện CNC, đặc điểm về tiện prôphin trên 
máy CNC. Nghiên cứu các mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC tiêu chuẩn để 
gia công prôphin và vật liệu HKC để gia công thép không gỉ SUS304. Nghiên 
cứu chất lượng bề mặt gia công, trong đó tập trung vào độ chính xác kích 
thước, độ nhám bề mặt khi tiện prôphin. Nghiên cứu động lực học quá trình 
tiện, mòn dụng cụ. Cuối chương là tổng quan các công trình nghiên cứu trong 
và ngoài nước về lĩnh vực nghiên cứu liên quan đến luận án như: Thông số 
hình học dụng cụ HKC, tiện prôphin, ảnh hưởng của thông số hình học và 
thông số chế độ cắt đến chất lượng gia công, lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao, v.v... 
Từ những phân tích trên có thể kết luận: Với hướng nghiên cứu chế tạo mảnh 
dao thay thế nhiều cạnh HKC để tiện prôphin thép không gỉ SUS304 là mới 
mẻ, vừa bổ sung lý luận khoa học về lĩnh vực nghiên cứu mảnh dao HKC, vừa 
giải quyết bài toán thực tế tại đơn vị sản xuất. Tác giả đặt ra mục tiêu cho luận 
án là thiết kế, chế tạo được mảnh dao HKC trong điều kiện Việt Nam, xây 
dựng mô hình thực nghiệm để đánh giá đặc tính cắt của mảnh dao. Đồng thời 
xây dựng và giải bài toán tối ưu chế độ cắt khi tiện chi tiết prôphin cong lồi. 
7 
Chương 2: TƯƠNG QUAN GIỮA PRÔPHIN GIA CÔNG VÀ 
THIẾT KẾ MẢNH DAO HỢP KIM CỨNG TT10K8 DÙNG CHO 
TIỆN PRÔPHIN THÉP KHÔNG GỈ SUS304 
2.1 Nghiên cứu tương quan giữa prôphin gia công với thông số hình học 
dụng cụ và chất lượng gia công khi tiện CNC 
2.1.1 Sự biến thiên góc nghiêng chính, góc nghiêng phụ khi tiện prôphin 
và điều kiện không cắt lẹm 
* '
* '
1 1
( )
( )
arctg f x
arctg f x
ϕ ϕ
ϕ ϕ
  = −  

 = +  
 (2.1)’ 
* Điều kiện không cắt lẹm 
( )
( )
*
min ax
*
1 1 minmin
ar ' 0
ar ' 0
m
ctg f x
ctg f x
ϕ ϕ
ϕ ϕ
  = − >  

 = + >  
 (2.3) 
2.1.2 Sự biến thiên góc sau động khi tiện prôphin 
'
'
.cos
2
.sin
2
x x
y y
s
arctg
y
s
arctg
y
τ
α α
pi
τ
α α
pi

= −



= −

(2.10)
2.1.3 Sự biến thiên góc trước động khi tiện prôphin 
'
'
.cos
2
.sin
2
x x
y y
s
y
s
y
τγ γ
pi
τγ γ
pi

= +


 = +

(2.16) 
2.2 Sự phụ thuộc của độ nhám bề mặt gia công khi tiện bằng mũi dao 
nhỏ và bước tiến dao 
2.2.1 Sự phụ thuộc của độ nhám bề mặt gia công khi tiện bằng mũi dao 
nhỏ 
( ) ( )1cot ( ar ' ) cot ( ar ' )
CNC
a
sR h
g ctg f x g ctg f xϕ ϕ= =    − + −   
 (2.18) 
2.2.2 Sự phụ thuộc của độ nhám bề mặt gia công vào bước tiến dao 
[ ]( )
( )
1
2
2
cos
2
sin
x x
y y
y tg
s
y tg
s
pi α α
τ
pi α α
τ

−
=


 −  
=

 (2.20) 
8 
2.3 Nghiên cứu thực nghiệm thiết kế mảnh dao HKC để gia công thép 
không gỉ 
2.3.1 Phương pháp thực nghiệm Taguchi 
2.3.2 Nghiên cứu thiết kế hợp lý phôi mảnh dao HKC 
2.3.2.1 Chi tiết gia công và yêu cầu kỹ thuật 
Hình 2.9 Chi tiết gia công 
2.3.2.2 Lựa chọn phôi mảnh dao HKC 
a. Góc mũi dao ε: đề tài nghiên cứu chọn thiết kế mảnh dao nhiều cạnh 
thay thế HKC có dạng hình thoi, góc mũi dao ε = 35o, trên mảnh dao có 04 
lưỡi cắt như nhau 
b. Góc nghiêng chính φ: Lựa chọn φ sao cho khi lắp lên thân dao, gá 
vuông góc với trục chính của máy, giữa lưỡi cắt chính và trục chính góc 93o, 
do đó, lưỡi cắt chính sẽ tạo với bề mặt vuông góc của chi tiết với trục chính 
một góc 3o, việc này cùng phù hợp với nguyên công xén mặt đầu chi tiết. Lúc 
này hình thành góc nghiêng phụ 52o. 
2.3.4 Nghiên cứu thiết kế hợp lý các thông số hình học của mảnh dao HKC 
2.3.4.1 Thiết kế các thông số hình học của mảnh dao HKC 
Bảng trực giao thí nghiệm Taguchi trình bày trong Bảng 2.4 
Bảng 2.3 Mức thực nghiệm của thông số hình học 
TT Thông số Các mức thực nghiệm 
1 Góc trước γ, (o) -10 / -5 / 0 
2 Góc sau α, (o) 10 / 12 / 14 
3 Bán kính mũi dao r, (mm) 0,2 / 0,4 / 0,6 
4 Góc nâng λ, (o) -6 / ... iện thép SUS304 
trên máy tiện CNC 
3.5.1 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và nhám 
bề mặt 
0.07403 0,26946 0,074441.2955. . .aR v s t−= (µm) (3.8) 
Từ phương trình (3.8) ta có nhận xét: Trong phạm vi nghiên cứu, bước 
tiến dao có số mũ dương và lớn nhất có nghĩa là mức độ ảnh hưởng của bước 
tiến dao đến độ nhám là lớn nhất trong 3 yếu tố và theo chiều thuận, tức là khi 
bước tiến dao tăng thì độ nhám tăng và ngược lại. Vận tốc cắt có số mũ âm và 
trị tuyệt đối nhỏ nên ảnh hưởng đến độ nhám là nhỏ và theo tỷ lệ nghịch, tức 
15
là khi vận tốc cắt tăng thì độ nhám giảm và ngược lại. Chiều sâu cắt có số mũ 
dương và nhỏ nên mức độ ảnh hưởng đến độ nhám là nhỏ và theo chiều thuận. 
Hình 3.20 Đồ thị quan hệ các thông số công nghệ đến độ nhám aR 
3.5.2 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ chế độ cắt và độ sai lệch 
kích thước 
0,024 0,052 0,1440, 0564. . .D v s t−∆ =
 (mm) (3.9) 
Từ phương trình (3.9) ta có nhận xét: Trong phạm vi nghiên cứu, chiều 
sâu cắt có số mũ dương và lớn nhất có nghĩa là mức độ ảnh hưởng của chiều 
sâu cắt đến độ sai lệch kích thước là lớn nhất trong 3 yếu tố và theo chiều 
thuận, tức là khi chiều sâu cắt tăng thì độ sai lệch kích thước tăng và ngược 
lại. Bước tiến dao có mức độ ảnh hưởng đến độ sai lệch kích thước lớn thứ 
hai và theo tỷ lệ thuận. Vận tốc cắt có số mũ âm và trị tuyệt đối nhỏ hơn hai 
yếu tố trên nên ảnh hưởng đến độ sai lệch kích thước là nhỏ nhất. 
Hình 3.21 Đồ thị quan hệ các thông số công nghệ đến sai lệch kích thước D∆ 
3.5.3 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và mòn 
theo mặt sau dụng cụ 
0,090 0,075 0,0490,1771. . .hs v s t= (mm) (3.10) 
Từ phương trình (3.10) ta có nhận xét: Trong phạm vi nghiên cứu, mức độ ảnh 
hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt sau dụng cụ là lớn nhất và theo chiều 
thuận do vận tốc cắt có số mũ dương lớn nhất trong ba yếu tố, khi vận tốc cắt 
tăng thì độ mòn tăng và ngược lại. Tiếp đến là bước tiến dao và cuối cùng là 
chiều sâu cắt, ảnh hưởng của hai yếu tố này cũng theo chiều thuận với độ mòn 
mặt sau. Khi bước tiến dao và chiều sâu cắt tăng thì độ mòn mặt sau dụng cụ 
tăng và ngược lại. 
16
Hình 3.22 Đồ thị quan hệ thông số công nghệ đến độ mòn mặt sau hs 
3.5.4 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và các 
thành phần lực cắt 
3.5.4.1 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và các thành 
phần lực cắt xP 
Hình 3.23 Đồ thị quan hệ các thông số công nghệ đến lực xP 
3.5.4.2 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và các thành 
phần lực cắt yP 
0,0151 0,0541 0,0859148,413. . .yP v s t
−
= (N) (3.12) 
Hình 3.24 Đồ thị quan hệ các thông số công nghệ đến lực yP 
3.5.4.3 Xây dựng mô hình hồi quy mô tả quan hệ giữa chế độ cắt và các thành 
phần lực cắt zP 
0,00935 0,0313 0,07278340,658. . .zP v s t−= (N) (3.13) 
17
Hình 3.25 Đồ thị quan hệ các thông số công nghệ đến lực zP 
Chương 4: TỐI ƯU HOÁ CHẾ ĐỘ CẮT KHI TIỆN CNC THÉP 
KHÔNG GỈ SUS304 BẰNG MẢNH DAO THAY THẾ NHIỀU CẠNH 
HKC TT10K8 CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM 
4.1 Chỉ tiêu tối ưu và hàm mục tiêu 
4.1.1 Đặt vấn đề 
Tối ưu hoá thực chất là giải bài toán tìm giá trị max hoặc min trong đó có 
ít nhất một điều kiện là một bất phương trình. 
4.1.2 Hàm mục tiêu 
Để hàm mục tiêu về thời gian gia công cơ bản ngắn nhất thì thể tích bóc 
tách vật liệu theo thời gian phải lớn nhất. Thể tích bóc tách vật liệu theo thời 
gian được tính theo công thức: 
2 2 2 2
1 2 1 2( ) ( )
. . .
4 4ph
D D D DQ v s t s s npi pi− −= = = (mm3/phút) 
Trong đó: 
v- Tốc độ cắt, (m/phút) 
s- Bước tiến dao, (mm/vòng) 
t- Chiều sâu cắt, (mm) 
phs - Lượng chạy dao phút, (mm/phút) 
n- tốc độ trục chính, (vòng/phút) 
1D - Đường kính phôi, (mm) 
2D - Đường kính chi tiết gia công, (mm) 
Như vậy hàm mục tiêu cần nghiên cứu là: . .v s t → lớn nhất 
4.1.3 Các hàm ràng buộc 
(1) Công suất cắt cho phép : 
0,99065 0,0313 0,07278
. . 1v s t B≤ 
(2) Công suất chạy dao dọc lớn nhất cho phép 
0,9859 1,0532 0,0838
. . 2v s t B≤ 
18
(3) Công suất chạy dao ngang lớn nhất cho phép 
0,9849 1,0541 0,0859
. . 3v s t B≤ 
(4) Số vòng quay lớn nhất, nhỏ nhất cho phép 
4v B≤ ; 5v B≥ 
(5) Bước tiến dao lớn nhất, nhỏ nhất cho phép 
max 6s s B≤ = ; min 7s s B≥ = 
(6) Chiều sâu cắt lớn nhất, nhỏ nhất cho phép 
max 8t t B≤ = ; min 9t t B≥ = 
(7) Mòn dao theo mặt sau: 
0,090 0,075 0,049
. . 10v s t B≤ 
(8) Các giới hạn về chất lượng gia công 
- Độ nhám bề mặt: 0,07403 0,26946 0,07444. . 11v s t B− ≤ 
- Độ chính xác kích thước: 0,024 0,052 0,144. . 12v s t B− ≤ 
(9) Các điều kiện khác của quá trình cắt: Độ cứng vững của hệ thống công 
nghệ (máy, dao, đồ gá, phôi), dung dịch bôi trơn làm nguội, các giới hạn về 
phôi gia công, các giới hạn về dụng cụ cắt ... có ảnh hưởng không đáng kể, 
trong phạm vi nghiên cứu ta không xét đến. 
4.2 Phương pháp giải bài toán tối ưu 
Như đã trình bày ở trên với bài toán tối ưu hóa quá trình cắt ở đây, với 
hàm mục tiêu là ( ), , maxof f v s t= = , số biến n =3, số ràng buộc m = 12 
bất phương trình phi tuyến. Giả bài toán tối ưu này bằng cách Logarit hóa hai 
vế và đổi biến. Điều kiện bắt buộc của phương pháp giải tích là các biến luôn 
dương, với giá trị thực của s và t thường nhỏ hơn 1 nên cần nhân hai vế với 
100 để các biến mã hóa thoả mãn yêu cầu bài toán. 
Đặt lg(v) = 1X ; lg(100s) = 2X ; lg(100t) = 3X 
Với [hs]=0,2mm; [ aR ] =1,25µm; [ ]D∆ =0,1mm; đcN =5,5kW; 1đcN = 2đcN = 
0,75kW, η=0,9; max 21,8D mm= ; min 15,5D mm= ; maxn =100 vòng/phút; 
minn = 6000 vòng/phút. 
Ta có hàm mục tiêu và các bất phương trình ràng buộc như sau: 
1 2 3( ) maxof X X X= + + = (4.28) 
19
0,1040
1 2 3
1,137
1 2 3
1,14
1 2 3
100 .60.1020. .0,99065 0,0313 0,07278 lg( ) 3,157
340,658
100 .60.1020. . . 1.0,9859 1,0532 0,0838 lg( ) 6,670
113,4088
100 .60.1020. . . 2.0,9849 1,0541 0,0859 lg(
148
NđcX X X
DNđcX X X
DNđcX X X
η
pi η
pi η
+ + ≤ =
+ + ≤ =
+ + ≤
( )
min min
1
max max
1
2
2
3
3
) 6,559
,413
. . 3,14.15,5.100lg lg 0,687
1000 1000
. . 3,14.21,8.6000lg lg 2,613
1000 1000
lg(100.0,08) 0,903
lg(100.0,02) 0,301 
lg 100.0,6 1,778
lg 100.0,
D nX
D nX
X
X
X
X
pi
pi
=
   ≥ = =  
  
   ≤ = =  
  
≤ =
≥ =
≤ =
≥ ( )
[ ]
[ ]
[ ]
0,124
0,3439
0,196
02 0,301
100 .
0,090 1 0,075 2 0,049 3 lg( ) 0,301
0,1771
100 .
0,07403 1 0,26946 2 0,07444 3 lg( ) 0,672
1,2955
100 .
0,024 1 0,052 2 0,144 3 lg( ) 0,641
0,0564
a
hs
X X X
R
X X X
D
X X X




















 =


+ + ≤ =


− + + ≤ =

∆
− + + ≤ =




 (4.29) 
Với dạng bài toán quy hoạch tuyến tính như trên có thể sử dụng nhiều 
phần mềm để giải như: Lindo, Matlab, v.v... Tuy nhiên, với số lượng biến đầu 
vào và số ràng buộc không lớn (3 biến và 12 ràng buộc), ta có thể sử dụng 
công cụ Solver trong phần mềm Microsoft Excel để giải bài toán tối ưu. 
Các bước giải toán: 
Bước 1: Xây dựng hàm mục tiêu. 
Ta có hàm mục tiêu (4.28) 
Bước 2: Xây dựng các ràng buộc. 
Ta có hệ bất phương trình ràng buộc (4.29) 
Bước 3: Tổ chức dữ liệu trên bảng tính Excell 
Các công thức (biểu diễn tương ứng theo các hàng, cột trong bảng tính 
Microsoft excel): 
20
Bảng 4.1 Dữ liệu tính toán hàm mục tiêu 
Trên bảng 4.1, ban đầu các giá trị biến 1X , 2X , 3X bằng 0 do đó giá trị 
các hàm tính toán bằng 0 và giá trị mục tiêu cũng bằng 0. 
Bước 4: Sử dụng công cụ Solve để tìm phương án tối ưu (Bảng 4.2). 
Bảng 4.2 Giao diện công cụ Solve – Microsoft Excel 
- Tại ô Set Target Cell: Lựa chọn ô hiển thị giá trị hàm mục tiêu, ta chọn 
ô E4 
- Equal To: Chọn giá trị mục tiêu, ta chọn Max - Giá trị hàm mục tiêu lớn 
nhất. 
- By Changing Cells: Chọn ô hiển thị giá trị tối ưu các biến 1X , 2X , 
3X , ta chọn hiển thị tại các ô B4, C4, D4. 
- Subject to the Constraints: Thiết đặt các ràng buộc giữa giá trị hàm tính 
toán và hàm giới hạn (giữa ô vế trái và ô vế phải trên Bảng 4.2). 
Sau khi đã kiểm tra kỹ các số liệu trong bảng tính ta nhấn nút 
 để giải bài toán. Ta có kết quả tính toán tối ưu thể hiện trong 
Bảng 4.3. 
21
Bảng 4.3 Dữ liệu tính toán hàm mục tiêu 
Kết quả v = 42,062 (m/phút); s = 0,07998 (mm/vòng); t = 0,5997 (mm) 
Làm tròn số ta được: 
v = 42 (m/phút); s = 0,08 (mm/vòng); t = 0,6 (mm) 
Như vậy, với chi tiết gia công có prôphin cong lồi với kích thước yêu 
cầu kỹ thuật cụ thể như bản vẽ (Hình 2.11) bằng vật liệu thép không gỉ 
SUS304, khi thực hiện quá trình tiện trên máy tiện CNC PLG-42 bằng 
mảnh dao HKC chế tạo tại Việt Nam, chế độ cắt tối ưu để năng suất gia 
công lớn nhất mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về chất lượng, độ chính xác, 
mòn dao và lực cắt là: v = 42 (m/phút); s = 0,08 (mm/vòng); t = 0,6 (mm). 
Tại chế độ tối ưu tốc độ bóc tách kim loại đạt cực đại Q=2016 
(mm3/phút), mòn dao hs = 0,197 (mm), nhám bề mặt aR = 0,69 (µm), độ 
sai lệch kích thước ∆D = 0,044 (mm). 
Có thể nhận thấy một cách trực quan là phương án tối ưu nhất về 
phương diện năng suất là phương án tương ứng với các giá trị giới hạn 
trên của hầu hết thông số cắt trong vùng khảo sát, bước tiến dao, chiều sâu 
cắt (s = 0,08mm/vòng; t = 0,6mm) đều xấp xỉ ở giới hạn trên, riêng tốc độ 
cắt giá trị tối ưu (v = 42 m/phút) gần với giới hạn dưới v = 40m/phút. 
Nguyên nhân của vấn đề này là do vận tốc cắt là yếu tố ảnh hưởng trực 
tiếp và mạnh mẽ nhất đến mòn dao, khi vận tốc tăng làm độ mòn mặt sau 
tăng. Đối với chi tiết biên dạng cong lồi phức tạp của luận án yêu cầu cao 
về độ chính xác kích thước, độ nhám bề mặt, do vậy, chi cho phép gia 
công bằng dụng cụ có độ mòn mặt sau nằm trong giới hạn cho phép. 
22
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 
Kết luận 
Trong phạm vi giới hạn nghiên cứu, luận án đã thực hiện được một số nội 
dung như sau: 
1- Nghiên cứu các đặc điểm của tiện CNC, trong đó tập trung nghiên 
cứu dụng cụ cắt và đặc điểm tiện prôphin trên máy tiện CNC các dạng 
đường prôphin của chi tiết, các dạng đường dụng cụ khi tiện prôphin. 
Nghiên cứu lý thuyết tương quan giữa prôphin chi tiết với các thông số 
động của lưỡi cắt khi tiện CNC (Góc trước, góc sau, góc nghiêng chính, 
nghiêng phụ), giữa prôphin chi tiết gia công với độ nhám và bước tiến 
dao. Từ đó đưa ra lý thuyết về điều kiện không cắt lẹm, bước tiến dao cho 
phép khi tiện prôphin bất kỳ và ứng dụng vào thực tế. Kết quả nghiên cứu 
cũng chỉ ra mác HKC cần chế tạo là HKC TT10K8 để gia công thép 
không gỉ SUS304. 
2- Nghiên cứu tương quan của prôphin chi tiết đến biến thiên các 
thành phần lực cắt, mòn dao và chất lượng bề mặt gia công. Kết quả 
nghiên cứu đã chỉ ra rằng prôphin chi tiết có ảnh hưởng lớn cả về chiều và 
độ lớn của các thành phần lực cắt, trong đó ảnh hưởng mạnh nhất đến 
thành phần lực hướng kính. Mòn dao xảy ra phức tạp hơn so với tiện trụ 
trơn, gồm cả mòn mặt trước, mặt sau, sứt vỡ mảnh dao. Tuy nhiên, với 
trường hợp gia công tinh prôphin, tốc độ cắt thấp thì dạng mòn chủ yếu là 
mòn mặt sau. Chất lượng gia công cũng chịu ảnh hưởng đáng kể của 
prôphin chi tiết. Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng khi tiện mặt côn trái, 
trong khoảng khảo sát (φ1: 113o ÷133o ) góc nghiêng chính càng lớn độ 
nhám càng tăng lên và đạt giá trị nhỏ nhất Ra1 = 0,83µm tại φ1=113o; khi 
tiện côn phải trong khoảng khảo sát (φ2: 53o ÷73o ) góc nghiêng chính 
càng lớn độ nhám càng giảm và đạt giá trị nhỏ nhất Ra1 = 0,67µm tại 
φ2=73o. 
3- Ứng dụng hiệu quả phương pháp Taguchi trong xây dựng mô hình 
thực nghiệm thiết kế, lựa chọn tối ưu thông số hình dạng, hình học mảnh 
dao thay thế nhiều cạnh bằng HKC TT10K8. Thực nghiệm chế tạo được 
mảnh HKC TT10K8 với độ cứng: 89,3 (HRA), tỷ trọng: 13,7 (g/cm3) đạt 
yêu cầu tiêu chuẩn hiện hành, tuy nhiên độ bền uốn: 1407 (MPa) thấp hơn 
tiêu chuẩn hiện hành (~97% tiêu chuẩn) nguyên nhân do thiết bị trong 
nước còn hạn chế, quá trình công nghệ chưa tối ưu. Kết quả chế tạo được 
mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC với các thông số: Mảnh dao hình thoi, 
chiều dày δ: 5
-0,05 (mm), bán kính mũi dao r: 0,4 (mm), góc mũi dao ε: 35 
(o), góc trước γ: 7 (o), góc sau α: 0 (o), góc nâng λ: -6(o). Khi lắp lên thân 
23
dao tiêu chuẩn tạo được thông số góc nghiêng chính ϕ : 93 (o), góc trước 
γ: -5 (o), góc sau α: 0 (o), góc nâng λ: -6 (o). 
4- Nghiên cứu xây dựng phương trình quan hệ giữa chế độ công nghệ 
đến các thông số đầu ra của quá trình sản xuất như lực cắt, độ sai lệch 
kích thước, độ nhám, độ mòn mặt sau dụng cụ, khi gia công prôphin thép 
không gỉ SUS304 trên máy tiện CNC bằng mảnh dao TT10K8 chế tạo tại 
Việt Nam, cụ thể: 
- Độ nhám bề mặt: 0.07403 0,26946 0,074441.2955. . .aR v s t
−
= (µm) 
- Độ sai lệch kích thước: 0,024 0,052 0,1440,0564. . .D v s t−∆ = (mm) 
- Độ mòn mặt sau: 0,090 0,075 0,0490,1771. . .hs v s t= (mm) 
- Lực cắt: 0,0141 0,0532 0,0838113,4088. . .xP v s t
−
=
 (N) 
0,0151 0,0541 0,0859148,413. . .yP v s t
−
=
 (N) 
0,00935 0,0313 0,07278340,658. . .zP v s t
−
=
 (N) 
5- Xây dựng mô hình bài toán tối ưu để xác định chế độ cắt tối ưu khi 
tiện tinh thép không gỉ SUS304 dạng bề mặt tròn xoay có prôphin cong lồi 
bằng mảnh dao thay thế nhiều cạnh HKC TT10K8 chế tạo tại Việt Nam, 
hàm mục tiêu là năng suất lớn nhất và các điều kiện biên về máy, dao, 
chất lượng gia công. Kết quả nghiên cứu cũng đưa ra bộ thông số chế độ 
cắt tối ưu khi gia công prôphin thép không gỉ SUS304 trên máy tiện CNC 
bằng mảnh dao TT10K8 chế tạo tại Việt Nam, cụ thể: Vận tốc cắt v = 42 
(m/phút); bước tiến dao s = 0,08 (mm/vòng); chiều sâu cắt t = 0,6 (mm), 
đây là thông tin quan trọng cho việc ra quyết định khi chọn lựa các thông 
số gia công trong sản xuất. 
Hướng nghiên cứu tiếp theo 
Trong sản xuất cơ khí nói chung, gia công tiện nói riêng là lĩnh vực 
vô cùng rộng lớn. Nhưng có một điểm chung là vấn đề nâng cao năng 
suất, chất lượng sản phẩm, giảm thời gian gia công. Để đạt được điều đó 
đòi hỏi phải có rất nhiều nghiên cứu. Trong nghiên cứu này thực nghiệm 
mới chỉ khảo sát giới hạn một số vấn đề: Vật liệu gia công thép SUS304, 
HKC mác TT10K8 (M20), một số thông số hình dạng, hình học, tối ưu 
hóa hàm mục tiêu với một số thông số chế độ cắt. Vì vậy hướng nghiên 
cứu tiếp theo của luận án là tập trung giải quyết các vấn đề sau: 
1- Nghiên cứu tối ưu hóa đặc tính cắt của mảnh dao hợp kim cứng 
chế tạo tại Việt Nam khi gia công các vật liệu khó gia công khác và vật 
liệu dẻo. 
24
2- Nghiên cứu tối ưu hóa hình dạng mặt trước của mảnh dao hợp kim 
cứng chế tạo tại Việt Nam, tạo các gờ lồi, lõm với mục đích bẻ phoi hoặc 
tạo thuận lợi cho hướng thoát phoi để giảm ma sát, giảm nhiệt độ cắt do 
đó nâng cao chất lượng bề mặt gia công, giảm lực cắt, mòn dao tăng tuổi 
thọ dụng cụ. 
3- Nghiên cứu phun phủ bề mặt mảnh dao để tăng tuổi thọ dụng cụ, 
đặc biệt là khả năng chống mài mòn cho dụng cụ. 
4- Xây dựng hoàn chỉnh công nghệ chế tạo mảnh dao hợp kim cứng tại 
Việt Nam, từng bước tiêu chuẩn và thương mại hóa sản phẩm để cung cấp 
ra thị trường thay thế cho hàng nhập ngoại.