Một số vấn đề nghiên cứu về tính chất gia công vật liệu khi cắt gọt có gia nhiệt

cắt gọt của vật liệu chứ không được khuyên cáo 
cho các ứng dụng trong sản xuất. 
- Gia nhiệt bằng cảm ứng từ: là một 
phương pháp gia nhiệt rất hiệu quả, sạch, chi phí 
thấp và là sự lựa chọn tốt trong trường hợp phay 
đứng đối với những kim loại và hợp kim khó cắt 
gọt. Không chỉ ứng dụng trong cắt gọt, nguồn 
nhiệt cảm ứng từ còn được ứng dụng trong quá 
trình tôi. Thời gian gia nhiệt ngắn thực tế dẫn đến 
hiện tượng không gỉ vật liệu và vì thế sản phẩm 
không cần mài. Tuy nhiên phương pháp gia nhiệt 
này không thích hợp cho gia công tiện bởi thiết kế 
cho quá trình gia nhiệt không phù hợp để thực hiện 
tất cả các chuyển động khi gia công. 
Hình 2. Gia nhiệt cho chi tiết gia công với cuộn 
dây cảm ứng hình bán nguyệt [11] 
3. Nguyên lý gia công hỗ trợ bằng gia nhiệt độ 
cao 
Một cách để cải thiện tính năng cắt gọt của vật liệu 
độ cứng cao là thông qua ứng dụng gia nhiệt phôi 
ngay trước khi gia công hoặc trong quá trình gia 
ISBN 2354-0575 
24 Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 
công. Cường độ công suất đầu vào của năng lượng 
nhiệt rất cao do nguồn nhiệt thích hợp. Độ cứng 
vật liệu giảm mạnh khi được gia nhiệt ở giá trị 
nhiệt độ cụ thể, phụ thuộc vào đặc tính vật liệu gia 
công. Kim loại được mềm hóa và dễ dàng cắt gọt 
bởi quá trình cắt thông thường như tiện và phay. 
Để áp dụng thành công gia nhiệt khi gia công đòi 
hỏi nguồn nhiệt tập trung và được kiểm soát trong 
khu vực gia công tiếp xúc phía trước dụng cụ cắt 
(Hình 3). 
Hình 3. Thiết lập thí nghiệm gia công hỗ trợ bằng gia nhiệt cảm ứng điện từ 
Trong mô hình thí nghiệm này, nguồn 
nhiệt cảm ứng được tạo ra bởi sự biến đổi của 
dòng điện cảm ứng bên trong phôi . Sự biến đổi 
được bắt đầu ở cuộn dây làm việc quấn quanh 
hoặc ở một phía của phôi. Dòng điện xoay chiều 
AC được đưa vào cuộn dây và tạo ra dòng điện 
cảm ứng bên trong phôi. Dòng điện cảm ứng 
trong phôi sinh nhiệt làm nhiệt độ phôi tăng lên. 
Giá trị dòng điện sử dụng được xác định bởi từ 
thông (từ trường được tạo ra bởi dòng điện trong 
cuộn dây) phụ thuộc vào độ thẩm từ (tính dẫn 
điện của đường lực từ) và điện trở suất (điện trở 
riêng dòng điện) của phôi. Các thông số về rung 
động quá trình cắt, lực cắt được đo lường cảm 
biến thông qua các thiết bị thu nhận dữ liệu và 
được hiển thị trên máy tính. 
 Từ nguồn nhiệt hỗ trợ bằng cảm ứng từ 
trong quá trình gia công, để xác định được sự 
phân bố nhiệt trong chi tiết gia công, trong phoi, 
dụng cụ thì ta giải phương trình truyền nhiệt 
(3.1): 
 C
t x x y y z z
                   
(3.1) 
Trong đó: 
θ – nhiệt độ tại điểm khảo sát M(x,y,z) 
t – thời gian 
λ – hệ số truyền nhiệt (trong trường hợp 
chung phụ thuộc vào θ) 
Cγ – nhiệt dung thể tích của vật thể 
Phương trình (3.1) cũng có thể viết dưới 
dạng phương trình Fourier: 
2 2 2
2 2 2
1
x y z t
           (3.2) 
Nghiệm của phương trình cho dưới dạng: 
 2 2 2' ' '
3/2
x x y y z zq e
4 T8 t
       
 (3.3) 
Trong đó: 
q – cường độ tỏa nhiệt của điểm nguồn 
tức thời tại x’, y’, z’ tại thời điểm T = 0 (Lượng 
nhiệt tổng thể phát sinh tại x’, y’, z’ là qρc) 
ρc – khối lượng nhiệt riêng 
α – hệ số khuếch tán nhiệt 
λ – tính dẫn nhiệt 
 Đối với phương pháp gia công cắt gọt 
thông thường, nhiêt sinh ra từ 4 nguồn: trong 
ISBN 2354-0575 
Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 25 
miền tạo phoi Qd1 (do công ma sát giữa các phần 
tử của vật liệu gia công trong quá trình biến 
dạng), trên bề mặt tiếp xúc của phoi và mặt trước 
của dao Qc, trên bề mặt sau tiếp xúc với mặt cắt 
Qt2, nhiệt sinh ra do công đứt phoi Qd4. Phương 
pháp gia công cắt gọt có hỗ trợ gia nhiệt được bổ 
sung nguồn nhiệt rất cao từ bên ngoài Qn. Nguồn 
nhiệt được truyền vào phoi Qtr, dụng cụ Qn, chi 
tiết gia công Qob và môi trường Qpr. Vậy điều 
kiện cân bằng nhiệt trong trường hợp này là: 
n d1 c t2 d4 tr n ob prQ Q Q Q Q Q Q Q Q 
(3.4) 
 Các bài toán truyền nhiệt vào phoi, chi 
tiết gi công, dụng cụ cắt, môi trường đều là 
những vẫn đề còn nhiều khoảng trắng. 
Đây là những bài toán truyền nhiệt rất 
phức tạp và việc giải quyết những bài toán là một 
trong những nội dung nghiên cứu tiếp theo của 
công trình này. 
4. Khảo sát nghiên cứu ảnh hưởng của gia công gia nhiệt độ cao đến tính gia công vật liệu khi cắt 
gọt. 
Do những lợi ích mà các pháp gia công gia nhiệt mang lại nên chúng được đề cập rất sớm từ 
những năm vào cuối thế kỷ 19. Nhưng đến đầu thế kỷ 20, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, 
các nghiên cứu phát triển với các công trình của các tác giả đến từ các quốc gia trên thế giới . Mục đích 
chính của các nghiên cứu về công nghệ gia công nóng là tìm ra ảnh hưởng của quá trình gia nhiệt đến các 
thông số cơ lý của quá trình cắt, đến chất lượng chi tiết gia công. 
Bảng 1. Tóm tắt một số công trình nghiên cứu về các phương pháp gia công hỗ trợ bằng gia nhiệt 
STT 
Phương 
pháp gia 
công 
Phương 
pháp gia 
nhiệt 
Vật liệu phôi/dụng 
cụ cắt Kết quả nghiên cứu 
1 Tiện [2] 
2006 
Laze Inconel 718/ 
Carbide 
Với việc tăng nhiệt độ chi tiết lên đến 620oC và 
giảm 25% năng lượng cắt thì tuổi thọ dụng cụ 
tăng từ 200% - 300% và cải thiện độ nhám bề 
mặt 
2 Tiện [3] 
2003 
Plasma Inconel 718/ 
Carbide 
Cải thiện độ nhám bề mặt 250%, giảm lực cắt từ 
30% - 50% và tăng tuổi thọ dụng cụ cắt lên 
170% so với gia công thông thường 
3 Tiện [4] 
2008 
Laze Inconel 718/ 
Carbide 
So sánh với phương pháp gia công thông 
thường, giá trị lực cắt khi gia công gia nhiệt 
bằng Laze giảm 24% - 46%. Vì vậy độ dầy phoi 
tăng 40% trong điều kiện nhiệt độ 800°C. 
4 Tiện [5] 
2014 
Ngon lửa ga 
Oxyacetylene 
Thép không 
gỉ/Carbide 
Với sự gia nhiệt ở nhiệt độ 400°C thì tốc độ bóc 
tách vật liệu nhanh nhất. Mặt khác, tốc độ cắt 
31m/p là tốc độ cắt tối ưu để đạt được nhám bề 
mặt tối thiểu. 
5 Tiện [6] 
2014 
Dòng điện Hợp kim Ti-
15333/Carbide 
Nghiên cứu chỉ ra rằng, lực cắt giảm trong 
khoảng từ 80% - 85% khi gia nhiệt khoảng 
300oC. 
ISBN 2354-0575 
26 Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 
6 Tiện [7] 
2011 
Laze Thép 42CrMo4/ 
Carbide 
Ứng suất vật liệu giảm khi gia nhiệt tới 700oC. 
Lực cắt giảm tới 40%. 
7 Phay [8] 
2008 
Cảm ứng từ AISI D2/ cubic 
boron nitrate PCBN 
Bằng cách gia nhiệt cho chi tiết gia công trong 
khoảng từ 50°C– 150°C, nhám bề mặt giảm khi 
so sánh với gia công tại nhiệt độ phòng. 
8 Tiện [9] 
2010 
Laze Inconel 718 / Gốm 
SiAION phủ 
carbide 
Cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết sản phẩm 
trên 25% và tốc độ bóc tách vật liệu tăng 
khoảng 800%. 
9 Tiện [10] 
2014 
Laze SKD11 Cải thiện nhám bề mặt 50% 
Gia công gia nhiệt là một phương pháp hiệu quả 
10 Tiện [11] 
2011 
Cảm ứng từ Ti – 5553 Phạm vi nhiệt độ chi tiết gia công trong khoảng 
từ 300 – 640oC 
Giá trị lực cắt tỷ lệ nghịch với sự gia tăng nhiệt 
độ. Lực cắt giảm 13% khi gia nhiệt ở 500oC so 
với nhiệt độ phòng. 
Một số vấn đề nghiên cứu khác 
Miroslav Neslušan và đồng nghiệp [11] 
đã nghiên cứu về biến dạng sau khi gia nhiệt và 
ảnh hưởng của nó đến quá trình cắt. Các trạng thái 
nhiệt độ có sự ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc, độ 
cứng và ứng suất dư của vật liệu. Kết quả xử lý 
nhiệt khác nhau dẫn đến biến dạng khác nhau và 
làm thay đổi kích thước chi tiết gia công. Nghiên 
cứu với quá trình cắt liên trục như mài hoặc tiện 
cứng, kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: Kích thước 
trung bình cao nhất tăng ở cấu trúc bainite và 
martensite chưa tôi; Sự biến dạng chi tiết gia công 
trong suốt quá trình gia nhiệt có ảnh hưởng đến sự 
ổn định quá trình cắt và tính đồng nhất của bề mặt; 
Quá trình ram giúp hồi phục ứng suất bề mặt chi 
tiết gia công. 
Yang, Jihong và đồng nghiệp [12] đã kết 
hợp phương pháp thực nghiệm và phương pháp 
phần tử hữu hạn 3D để dự đoán vùng ảnh hưởng 
nhiệt khi gia công gia nhiệt bằng laze của hợp kim 
Ti6Al4V. 
J. Luo, H. Ding, A. J. Shih [13] đã tiến 
hành thí nghiệm trên hệ thống gia nhiệt cho dụng 
cụ cắt khi phay rãnh. Thí nghiệm khác nhau được 
so sánh với các thiết lập tùy chỉnh để gia nhiệt cho 
dụng cụ cắt. Công nghệ này là tập trung vào gia 
công vật liệu không dẫn điện như chất đàn hồi, cao 
su và nhựa. Vật liệu không dẫn điện được biết đến 
với điểm nóng chảy thấp hơn nên chúng ta không 
thể áp dụng gia công gia nhiệt trực tiếp vào chi 
tiết. Kết quả từ nghiên cứu cho thấy, gia nhiệt vào 
dụng cụ cắt sẽ làm cho vật liệu mềm hơn và nâng 
cao độ chính xác gia công hơn nhiều so với gia 
công thông thường. 
5. Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu 
Như vậy trên thế giới đã có nhiều nghiên 
cứu về phương pháp gia công có hỗ trợ gia nhiệt. 
Các nghiên cứu đã đưa ra kết luận đây là một 
hướng nghiên cứu mới và ứng dụng hiệu quả trong 
nền công nghiệp sản xuất hiện đại với sự phát triển 
không ngừng của những vật liệu mới có độ cứng 
cao, trong đó có vật liệu làm khuôn SKD. Nhưng 
các nghiên cứu chỉ tập trung chủ yếu ở công gia 
nhiệt bằng laze. Nhóm tác giả đề xuất hướng 
nghiên cứu quá trình cắt gọt có hỗ trợ gia nhiệt 
bằng cảm ứng từ để nghiên cứu đặc điểm của một 
công nghệ mới về gia công cắt gọt và đánh giá chất 
lượng sản phẩm chi tiết gia công và từ đó đưa ra sự 
so sánh với các phương pháp công nghệ cát gọt 
khác có gia nhiệt. 
ISBN 2354-0575 
Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 27 
Nhà sản xuất đặt ra rất nhiều mục tiêu: nâng 
cao chất lượng sản phẩm, giảm thời gian chu kỳ 
sản xuất, giảm giá thành sản phẩm trong đó chất 
lượng sản phẩm được đặt ra hàng đầu. Để đạt được 
các mục tiêu trên, đối với các kim loại, hợp kim có 
độ cứng cao, khó cắt gọt, nhiệm vụ nghiên cứu sẽ 
tập trung vào một số nội dung sau: 
- Nghiên cứu tính chất vật liệu khi gia 
nhiệt: độ cứng, độ bền, cấu trúc mạng tinh thể kim 
loại, sự chuyển biến pha vật liệu. Từ đó xác định 
khoảng nhiệt độ an toàn vừa đạt được mục tiêu gia 
công vừa không làm thay đổi tính chất cơ lý của 
vật liệu; 
- Nghiên cứu cơ sở vật lý khi cắt gọt nhờ sự 
trợ giúp của nhiệt độ (công nghệ nung nhiệt bằng 
cảm ứng từ): hệ số co rút phoi, lực cắt, nhiệt cắt; 
sự mài mòn dụng cụ cắt, ổn định của quá trình cắt; 
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công 
nghệ khi cắt đến chất lượng bề mặt chi tiết gia 
công khi cắt gọt có gia nhiệt. 
Những vấn đề này sẽ là cơ sở tối ưu hóa các 
thông số công nghệ để quá trình gia công vật liệu 
cứng có gia nhiệt đạt yêu cầu kỹ thuật với chất 
lượng bề mặt tốt, năng suất cao, giảm chi phí sản 
xuất và được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam. 
Tài liệu tham khảo 
1. Bành Tiến Long (Chủ biên), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2013 
2. M. Anderson, R. Patwa and Y. C. Shin, Laser-assisted machining of Inconel 718 with an economic 
analysis. International Journal of Machine Tools & Manufacture, vol. 46, p. 1879–1891, 2006. 
3. Z. Y. Wang, K. P. Rajurkar, J. Fan, S. Lei, Y. C. Shin và G. Petrescu, Hybrid machining of Inconel 
718, International Journal of Machine Tools & Manufacture, vol. 43, p. 1391–1396, 2003. 
4. B. Shi, H. Attia, R. Vargas và S. Tavakoli, Numerical and experimental investigation of laser-
assisted machining of Inconel 718, Machining Science and Technology, vol. 12, p. 498–513, 2008. 
5. V. Gant, D. Chakradhar, Multi objective optimization of hot machining of 15-5PH stainless steel 
using grey relation analysis, Procedia Materials Science, vol. 5, p. 1810–1818, 2014. 
6. R. Muhammad, A. Maurotto, M. Demiral, A. Roy, V. V. Silberschmidt, Themelly enhanced 
ultrasonically assisted machining of Ti alloy, CIRP Journal of Manufacturing Science and 
Technology, vol. 7, p. 159–167, 2014 
7. G. Germain, P. D. Santo and J. L. Lebrun, Comprehension of chip formation in laser assisted 
machining, International Journal of Machine Tools & Manufacture, vol. 51, p. 230–238, 2011. 
8. A. K. M. N. Amin, S. B. Dolah, M. B. Mahmud, M. Lajis, Effects of workpiece pre‐ heating on 
surface roughness, chatter and tool performance during end milling of hardened steel D2, Journal of 
Materials Processing Technology, vol. 201, p. 466–470, 2008. 
9. H. Attia, S. Tavakoli, R. Vargas and V. Thomson, Laser-assisted high-speed finish turning of 
superalloy Inconel 718 under dry condition, CIRP-Annal-Manufacturing Technology, vol. 59, p. 
83–88, 2010. 
10. Xavierarockiaraj.S, Kuppan. P, Investigation of cutting forces, surface roughness and tool wear 
during Laser assisted machining of SKD11 Tool steel, 12th Global Congress On Manufacturing And 
Management, GCMM 2014 
11. Baili. Maher, Wagner. Vincent, Dessein. Gilles, Sallaberry. Julien, Lallement. Daniel, An 
Experimental Investigation of Hot Machining with Induction to Improve Ti-5553 Machinability, 
Applied Mechanics and Materials, vol. 62 . pp. 67-76. ISSN 1660-9336, 2011 
ISBN 2354-0575 
28 Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 
12. Neslušan. Miroslav, Mrkvica. Ivan, Čep. Robert, Kozak. Dražan, Konderla. Ryszard, Deformations 
After Heat Treatment and Their Influence on Cutting Process, Journal of Tehnički vjesnik, vol. 18, 
p. 601-608, 2012 
13. Yang. Jihong, Sun. Shoujin, Brandt. Milan, Yan. Wenyi, Experimental investigation and 3D finite 
element prediction of the heat affected zone during laser assisted machining of Ti6Al4V alloy, 
Journal of Materials Processing Technology, vol. 210, p. 2215-2222, 2010 
14. J. Luo, H. Ding and A. J. Shih, Induction-heated Tool Machining of Elastomers-Part 2: Chip 
Morphology, Cutting Forces and Machined Surface, Machining Science and Tech‐ nology: An 
International Journal, vol. 9, p. 567-588, 2005. 
15. WU Xuefeng*, FENG Gaocheng, and LIU Xianli, Design and Implementation of A System for 
Laser Assisted Milling of Advanced Materials, Chinese journal of mechanical engineering, vol.29, 2016 
RESEARCH ON MACHINABILITY OF MACHINING ASSISTED BY HEATING 
Abstract 
Thermal – Assisted machining (TAM) is useful machining solution to improve capacity, quality 
and formability of products made from high strength materials which are extremely difficult in machining 
by traditional processes. This method is widely used in cutting manufacture with chip formation such as 
turning, milling, drawing and so on; also in sheet metal forming processes. Machining assisted by 
heating over come conventional machining’s disadvantages with high strength materials, low thermal 
conductivity, good abrasion resistance, little change of mechanical properties at elevated temperatures. 
This paper reviews the researches in the world based on the influences of high temperatures on 
machinability and formability of machining assisted by heating and proposes the problems and solutions 
should be concentrated to study in Viet Nam. 
Keywords: Thermal – Assisted machining, high hardness material, machinability.