Chip tiện là một trong những dụng cụ cắt gọt quan trọng trong gia công cơ khí, đặc biệt ở các nguyên công tiện CNC. Mảnh chip trực tiếp tham gia vào quá trình bóc tách vật liệu, tạo hình chi tiết và góp phần quyết định đến độ chính xác cũng như chất lượng bề mặt sau gia công.
Tuy được sử dụng phổ biến, không phải ai cũng hiểu rõ chip tiện được sản xuất như thế nào, từ nguyên liệu carbide ban đầu đến các công đoạn ép định hình, thiêu kết, mài chính xác và phủ bề mặt. Trong bài viết này, CNC Ánh Kim sẽ cùng bạn tìm hiểu quy trình sản xuất chip tiện carbide và những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của một mảnh insert hoàn chỉnh.
Chip tiện là gì?
Chip tiện hay còn gọi là mảnh dao tiện, insert tiện hoặc turning insert, là bộ phận lưỡi cắt được lắp trên cán dao tiện để trực tiếp tiếp xúc với phôi và thực hiện quá trình bóc tách vật liệu. Đây là một trong những dụng cụ quan trọng trong gia công tiện CNC, ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước, chất lượng bề mặt và hiệu quả gia công.
Chip tiện được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước, vật liệu và cấp độ khác nhau nhằm đáp ứng từng loại vật liệu phôi, nguyên công và điều kiện cắt. Các vật liệu chế tạo insert phổ biến gồm carbide, ceramic, CBN và PCD. Trong đó, carbide được sử dụng rộng rãi nhờ độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt và phù hợp với nhiều ứng dụng gia công kim loại.
Chip tiện có tên gọi khác là mảnh dao tiện
Chip tiện carbide được làm từ vật liệu gì?
Chip tiện carbide được chế tạo chủ yếu từ cemented carbide (hợp kim cứng thiêu kết), trong đó tungsten carbide (WC) là pha cứng chính và cobalt (Co) thường đóng vai trò chất liên kết. Sự kết hợp này giúp vật liệu vừa có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, vừa duy trì độ dai cần thiết để chịu lực trong quá trình cắt gọt.
Ngoài WC và Co, một số cấp vật liệu có thể bổ sung các carbide khác như titanium carbide (TiC), tantalum carbide (TaC) hoặc niobium carbide (NbC) nhằm điều chỉnh khả năng chịu nhiệt, chống mài mòn và đặc tính cắt theo từng ứng dụng.
Tỷ lệ thành phần, kích thước hạt carbide và hàm lượng chất liên kết không cố định mà được điều chỉnh theo từng grade insert. Thông thường, hàm lượng cobalt cao hơn có xu hướng tăng độ dai, trong khi tỷ lệ carbide cao và cấu trúc hạt phù hợp giúp tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn. Chính sự khác biệt về thành phần và cấu trúc vật liệu tạo nên các grade chip tiện phù hợp với những điều kiện gia công khác nhau.
Vật liệu tạo nên chip tiện chủ yếu từ hợp kim cứng
Chip tiện được sản xuất như thế nào?
Quá trình sản xuất chip tiện carbide gồm nhiều công đoạn liên tiếp, từ chuẩn bị nguyên liệu, nghiền và phối trộn bột carbide đến ép định hình, thiêu kết, mài chính xác, phủ bề mặt và kiểm tra chất lượng. Mỗi công đoạn đều được kiểm soát chặt chẽ nhằm tạo ra insert có thành phần vật liệu đồng đều, kích thước chính xác và đáp ứng yêu cầu làm việc trong điều kiện nhiệt độ, lực cắt và ma sát cao.
Để sản xuất ra chip tiện cần trải qua quy trình nhiều bước
1. Chuẩn bị và phối trộn nguyên liệu
Nguyên liệu để sản xuất chip tiện carbide chủ yếu gồm tungsten carbide (WC) và kim loại liên kết, phổ biến nhất là cobalt (Co). Tùy từng grade insert, nhà sản xuất có thể điều chỉnh tỷ lệ cobalt, kích thước hạt WC hoặc bổ sung các carbide khác để tạo ra đặc tính cơ học phù hợp với từng ứng dụng gia công.
Vì vậy, tỷ lệ 80% carbide và 20% kim loại liên kết chỉ có thể xem là một ví dụ điển hình, không phải công thức cố định cho tất cả insert. Thực tế, thành phần và hàm lượng cobalt giữa các grade carbide có thể khác nhau đáng kể.
2. Nghiền và tạo hỗn hợp carbide
Sau khi được định lượng theo công thức, các nguyên liệu được đưa vào công đoạn nghiền và phối trộn. Bột carbide có thể được trộn cùng ethanol, nước và chất kết dính hữu cơ để tạo thành hỗn hợp dạng slurry.
Quá trình nghiền giúp các thành phần phân bố đồng đều và đạt kích thước hạt theo yêu cầu. Thời gian thực tế phụ thuộc vào công thức vật liệu và công nghệ của từng nhà sản xuất. Trong quy trình được Sandvik Coromant công bố, công đoạn này có thể kéo dài từ khoảng 8 đến 55 giờ tùy loại bột carbide.
3. Sấy phun tạo hạt
Hỗn hợp slurry sau khi nghiền được đưa vào hệ thống sấy phun (spray drying). Tại đây, hỗn hợp được phun thành các giọt nhỏ và tiếp xúc với dòng khí nóng để làm bay hơi dung môi.
Sau quá trình sấy, vật liệu chuyển thành các hạt bột carbide kết tụ có kích thước tương đối đồng đều và khả năng chảy tốt. Đây là đặc tính quan trọng giúp bột phân bố ổn định trong khuôn khi ép định hình.
Bột sau sấy tiếp tục được kiểm tra chất lượng trước khi chuyển sang công đoạn tiếp theo. Trong quy trình Sandvik, các hạt kết tụ sau sấy có kích thước khoảng 20–200 µm.
4. Ép định hình chip tiện
Bột carbide đạt yêu cầu được đưa vào khuôn có hình dạng tương ứng với từng loại insert và ép dưới áp lực lớn để tạo thành phôi.
Ở giai đoạn này, chất kết dính hữu cơ được bổ sung từ trước giúp các hạt bột giữ được hình dạng sau khi ép. Tuy nhiên, phôi insert vẫn còn tương đối giòn và chưa đạt độ cứng cần thiết để sử dụng trong cắt gọt.
Lực ép phụ thuộc vào hình dạng và kích thước insert. Trong dây chuyền sản xuất được Sandvik công bố, bột carbide được vận chuyển bằng các thùng khoảng 100 kg và một số insert được ép với lực lên tới khoảng 12 tấn.
5. Thiêu kết carbide
Sau khi ép, phôi insert được đưa vào lò thiêu kết ở nhiệt độ cao trong môi trường được kiểm soát. Đây là một trong những công đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất carbide.
Trong quá trình thiêu kết, chất kết dính hữu cơ được loại bỏ, cấu trúc vật liệu trở nên đặc chắc hơn, độ rỗng giảm và các hạt carbide liên kết với pha kim loại để hình thành cemented carbide có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao.
Quá trình này đồng thời làm insert co ngót đáng kể so với kích thước sau ép. Nhà sản xuất phải tính toán độ co ngay từ bước thiết kế khuôn để thành phẩm đạt đúng kích thước yêu cầu.
Trong quy trình Sandvik Coromant công bố, insert được thiêu kết ở khoảng 1.500°C trong khoảng 13 giờ, với mức co ngót có thể vào khoảng 50%. Đây là thông số tham khảo của một quy trình sản xuất cụ thể và có thể khác giữa các grade hoặc nhà sản xuất.
6. Mài chính xác và hoàn thiện hình học
Sau thiêu kết, insert đã đạt độ cứng cao nhưng vẫn cần được gia công hoàn thiện để đáp ứng yêu cầu về kích thước, độ dày, hình học và dung sai.
Do cemented carbide có độ cứng lớn, đá mài kim cương thường được sử dụng trong công đoạn mài. Tùy thiết kế insert, quá trình mài có thể bao gồm mài mặt trên, mặt dưới, cạnh và các bề mặt cần độ chính xác cao.
Một số dây chuyền còn sử dụng máy mài nhiều trục để kiểm soát chặt chẽ hình học và dung sai của insert trước khi chuyển sang xử lý bề mặt.
7. Xử lý và phủ bề mặt
Sau khi đạt kích thước và hình học yêu cầu, insert được làm sạch và có thể trải qua các công đoạn xử lý cạnh cắt trước khi phủ.
Hai công nghệ phủ phổ biến là:
- CVD (Chemical Vapor Deposition): lắng đọng hơi hóa học.
- PVD (Physical Vapor Deposition): lắng đọng hơi vật lý.
Lớp phủ giúp cải thiện các đặc tính bề mặt như khả năng chống mài mòn, chịu nhiệt và giảm ma sát trong quá trình cắt. Tùy loại coating và grade, insert có thể có màu sắc và đặc tính làm việc khác nhau.
Không nên hiểu rằng lớp phủ chỉ đơn giản “làm insert cứng hơn”; hiệu quả thực tế còn phụ thuộc vào vật liệu nền carbide, loại coating, vật liệu gia công và điều kiện cắt.
8. Kiểm tra, đánh dấu và đóng gói
Chip tiện được kiểm tra tại nhiều giai đoạn trong quá trình sản xuất. Sau khi hoàn thiện, insert tiếp tục được kiểm tra về kích thước, hình học, ngoại quan và chất lượng bề mặt.
Một số mẫu trong từng lô còn được kiểm tra bằng kính hiển vi nhằm đánh giá chất lượng trước khi xuất xưởng. Sau đó, insert được đánh dấu grade bằng laser, phân loại và đóng gói để đưa ra thị trường.
Nhìn chung, một mảnh chip tiện carbide hoàn chỉnh phải trải qua chuỗi công đoạn:
Chuẩn bị nguyên liệu → Nghiền và phối trộn → Sấy phun → Ép định hình → Thiêu kết → Mài chính xác → Xử lý/phủ bề mặt → Kiểm tra và đóng gói.
Việc kiểm soát tốt từng công đoạn có ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc vật liệu, độ chính xác, khả năng chống mài mòn và độ ổn định của insert trong quá trình gia công.
Vì sao chất lượng chip tiện ảnh hưởng đến hiệu quả gia công?
Chất lượng chip tiện không chỉ phụ thuộc vào độ cứng của carbide mà còn liên quan đến thành phần vật liệu, độ đồng nhất của cấu trúc, hình học lưỡi cắt, độ chính xác kích thước và lớp phủ bề mặt. Khi các yếu tố này được kiểm soát tốt, insert có khả năng duy trì lưỡi cắt ổn định, chống mài mòn và làm việc hiệu quả trong điều kiện cắt phù hợp.
Ngược lại, chip tiện có chất lượng không ổn định hoặc lựa chọn không phù hợp với vật liệu và chế độ gia công có thể dẫn đến nhiều vấn đề như:
- Mòn dao nhanh, khiến tuổi thọ insert giảm và phải thay dao thường xuyên.
- Sứt hoặc gãy lưỡi cắt, đặc biệt khi gia công tải lớn, cắt gián đoạn hoặc vật liệu khó gia công.
- Bề mặt chi tiết không đạt yêu cầu, xuất hiện vết dao, độ nhám cao hoặc kích thước không ổn định.
- Phoi thoát không tốt, dễ hình thành phoi dài, quấn dao hoặc ảnh hưởng đến vùng cắt.
- Tăng lực cắt và nhiệt tại vùng gia công, ảnh hưởng đến độ ổn định của dao, phôi và quá trình sản xuất.
- Tăng chi phí gia công do giảm tuổi thọ dụng cụ, thời gian dừng máy và tỷ lệ chi tiết phải gia công lại.
Bên cạnh chất lượng bản thân insert, việc lựa chọn đúng grade, hình dạng chip, hình học bẻ phoi và lớp phủ theo vật liệu phôi, kiểu nguyên công và điều kiện cắt cũng đóng vai trò quan trọng. Vì vậy, hai chip tiện có cùng hình dạng hoặc kích thước nhưng khác grade và coating có thể cho hiệu quả gia công rất khác nhau.
>> Xem thêm các mảnh chip tiện được cung cấp bởi CNC Ánh Kim
Chip tiện đạt chất lượng sẽ giúp quá trình gia công chính xác và đạt yêu cầu tốt hơn
Chip tiện CNC tại CNC Ánh Kim
CNC Ánh Kim cung cấp đa dạng chip tiện và dao tiện CNC phục vụ các nguyên công tiện thô, tiện tinh, tiện ngoài, tiện trong, tiện ren và tiện rãnh. Danh mục sản phẩm có nhiều hình dạng, kích thước, grade và lớp phủ, đáp ứng nhu cầu gia công thép, inox, gang, hợp kim màu và nhiều nhóm vật liệu khác.
Các mã insert phổ biến như CNMG, WNMG, VNMG, DNMG, TNMG, CCMT, DCMT cùng nhiều dòng chip tiện ren và tiện rãnh giúp khách hàng có thêm lựa chọn theo từng loại cán dao và điều kiện gia công thực tế.
>> Xem các loại chip tiện thương hiệu Echain tại CNC Ánh Kim
Đối với trường hợp mã chip đang sử dụng khó tìm, cần thay thế hoặc muốn chuyển sang thương hiệu khác, đội ngũ kỹ thuật CNC Ánh Kim hỗ trợ tư vấn mã chip quy đổi tương đương dựa trên hình dạng insert, kích thước, grade, chipbreaker, vật liệu gia công và yêu cầu nguyên công. Việc quy đổi đúng mã giúp hạn chế lựa chọn sai insert, đồng thời duy trì độ ổn định và hiệu quả khi đưa vào gia công.
Bên cạnh chip tiện, CNC Ánh Kim còn cung cấp đa dạng cán dao tiện, dao tiện lỗ, dao tiện ren, dao tiện rãnh và các dòng dao cụ cắt gọt CNC, hỗ trợ khách hàng lựa chọn đồng bộ giữa cán dao và insert theo nhu cầu sử dụng thực tế.
Nếu chưa xác định được mã chip phù hợp hoặc cần tìm mã tương đương với insert đang sử dụng, khách hàng có thể gửi mã chip, hình ảnh sản phẩm và vật liệu gia công để đội ngũ CNC Ánh Kim hỗ trợ tư vấn.
Thông tin liên hệ Tập Đoàn Ánh Kim:
- Website: cncanhkim.com
- Hotline/Zalo: 0886 113 609
- Gmail: tapdoananhkim@gmail.com
- Danh mục sản phẩm: https://cncanhkim.com/danh-muc-san-pham/
Như vậy, qua các công đoạn trên có thể thấy một mảnh chip tiện carbide hoàn chỉnh phải trải qua quy trình sản xuất và kiểm soát chất lượng tương đối chặt chẽ, từ chuẩn bị vật liệu, tạo hình, thiêu kết đến mài và phủ bề mặt. Mỗi bước đều có ảnh hưởng đến cấu trúc vật liệu, độ chính xác, khả năng chống mài mòn và độ ổn định của insert khi làm việc.
Hiểu rõ chip tiện được sản xuất như thế nào cũng giúp người sử dụng có cái nhìn đầy đủ hơn về sự khác biệt giữa các grade, lớp phủ và chất lượng insert, từ đó có cơ sở lựa chọn dụng cụ phù hợp với vật liệu, nguyên công và điều kiện gia công thực tế.
