Phay CNC (Điều khiển số bằng máy tính) là nền tảng của sản xuất hiện đại, cho phép sản xuất các thành phần phức tạp với độ chính xác và khả năng lặp lại cao. Tuy nhiên, khi phay các vật liệu kim loại siêu cứng như Inconel 718 và Hastelloy, hiện tượng mài mòn dụng cụ nổi lên như một thách thức quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu quả gia công, chất lượng bề mặt và chi phí sản xuất. Vật liệu siêu cứng, thường được gọi là siêu hợp kim gốc niken, được đánh giá cao vì các đặc tính cơ học đặc biệt của chúng, bao gồm độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và độ ổn định nhiệt ở nhiệt độ cao. Những đặc tính này khiến chúng trở nên không thể thiếu trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, năng lượng và chế biến hóa học, nhưng chúng cũng khiến chúng trở nên cực kỳ khó gia công, dẫn đến mài mòn dụng cụ nhanh hơn và giảm tuổi thọ dụng cụ.

Hao mòn dụng cụ trong phay CNC là một hiện tượng đa diện được thúc đẩy bởi sự kết hợp của các tương tác cơ học, nhiệt và hóa học giữa dụng cụ cắt và phôi. Việc hiểu được các cơ chế tiến hóa của hao mòn dụng cụ và phát triển các mô hình dự đoán chính xác là điều cần thiết để tối ưu hóa các thông số gia công, kéo dài tuổi thọ dụng cụ và giảm thiểu chi phí sản xuất. Bài viết này cung cấp một cuộc khám phá toàn diện về các cơ chế tiến hóa của hao mòn dụng cụ trong phay CNC các vật liệu siêu cứng, tập trung vào Inconel 718 và Hastelloy. Bài viết này xem xét các cơ chế hao mòn chủ yếu, ảnh hưởng của các điều kiện cắt và các kỹ thuật mô hình hóa dự đoán tiên tiến được sử dụng để dự báo hao mòn dụng cụ. Các bảng chi tiết được đưa vào để so sánh các cơ chế hao mòn, phương pháp tiếp cận mô hình hóa và các phát hiện thử nghiệm, cung cấp một nguồn tài nguyên khoa học và nghiêm ngặt cho các nhà nghiên cứu và học viên trong lĩnh vực này.

## Vật liệu kim loại siêu cứng: Tính chất và thách thức

### Tổng quan về vật liệu siêu cứng

Vật liệu kim loại siêu cứng, đặc biệt là siêu hợp kim gốc niken như Inconel 718 và Hastelloy, được thiết kế cho các môi trường khắc nghiệt. Inconel 718, một hợp kim niken-crom, nổi tiếng với độ bền kéo cao (khoảng 1,100 MPa), khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và khả năng duy trì các đặc tính cơ học ở nhiệt độ lên tới 700°C. Thành phần của nó, bao gồm niken (50–55%), crom (17–21%), sắt, niobi và molypden, góp phần tạo nên hiệu suất vượt trội của nó trong các ứng dụng như cánh tuabin khí, các thành phần hàng không vũ trụ và lò phản ứng hạt nhân. Tương tự như vậy, Hastelloy, một họ hợp kim gốc niken (ví dụ: Hastelloy C-22HS, Hastelloy X), được đặc trưng bởi khả năng chống ăn mòn và độ bền, đặc biệt là trong các ứng dụng xử lý hóa học và hàng không vũ trụ. Hợp kim Hastelloy thường chứa niken, molypden, crom và một lượng nhỏ coban và vonfram, giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn cục bộ và oxy hóa ở nhiệt độ cao.

Các tính chất cơ học của những vật liệu này, mặc dù có lợi cho các ứng dụng sử dụng cuối cùng của chúng, lại đặt ra những thách thức đáng kể trong quá trình gia công. Độ dẫn nhiệt thấp của chúng (khoảng 11–15 W/m·K đối với Inconel 718) khiến nhiệt tập trung tại giao diện dụng cụ-phôi, dẫn đến nhiệt độ cắt tăng cao. Ngoài ra, sự hiện diện của các pha cứng (ví dụ: γ″ và γ′ trong Inconel 718, Ni2(Mo,Cr) trong Hastelloy C-22HS) và các cacbua (ví dụ: TiC, NbC) làm tăng độ mài mòn của vật liệu, đẩy nhanh quá trình mài mòn dụng cụ. Làm cứng khi gia công, một hiện tượng mà bề mặt vật liệu trở nên cứng hơn trong quá trình gia công, làm trầm trọng thêm tình trạng mài mòn dụng cụ bằng cách tăng lực cắt và ứng suất lên dụng cụ.

### Thách thức gia công

Gia công vật liệu siêu cứng vốn có nhiều thách thức do độ cứng cao (175–240 Brinell đối với Inconel 718 ở trạng thái cán nguội), độ dẫn nhiệt thấp và xu hướng tạo thành các cạnh tích tụ (BUE). Các yếu tố này góp phần gây ra một số khó khăn trong gia công:

- **Nhiệt độ cắt cao**: Độ dẫn nhiệt thấp của siêu hợp kim khiến nhiệt tích tụ tại vùng cắt, thường vượt quá 650°C, có thể làm hỏng vật liệu dụng cụ và tăng tốc độ mài mòn.
- **Mài mòn**: Các hợp chất cacbua cứng và các pha trong vật liệu mài mòn bề mặt dụng cụ, dẫn đến mòn mặt bên và mặt hố.
- **Mài mòn do bám dính**: Xu hướng siêu hợp kim bám dính vào bề mặt dụng cụ tạo thành BUE, có thể dẫn đến rỗ và bong tróc.
- **Lực cắt cao**: Độ bền cao và khả năng làm cứng của siêu hợp kim dẫn đến lực cắt cao, làm tăng ứng suất và tốc độ mài mòn của dụng cụ.
- **Tuổi thọ dụng cụ ngắn**: Sự kết hợp của ứng suất nhiệt, cơ học và hóa học làm giảm đáng kể tuổi thọ dụng cụ, đòi hỏi phải thay dụng cụ thường xuyên và làm tăng chi phí sản xuất.

Những thách thức này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu các cơ chế hao mòn công cụ và phát triển các mô hình dự đoán để tối ưu hóa quá trình chạy máyes.

## Cơ chế mài mòn dụng cụ trong Phay CNC

### Tổng quan về hao mòn dụng cụ

Hao mòn dụng cụ trong phay CNC là sự xuống cấp dần dần của dụng cụ cắt do tương tác với phôi dưới ứng suất nhiệt, cơ học và hóa học cao. Nó biểu hiện ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm mòn cạnh, mòn hố, mòn khía, mẻ và nứt nhiệt. Sự tiến triển của hao mòn dụng cụ thường theo ba giai đoạn riêng biệt:

1. **Giai đoạn mài mòn ban đầu**: Đặc trưng bởi sự mài mòn nhanh do tiếp xúc ban đầu của dụng cụ với phôi, thường liên quan đến hiện tượng mẻ vi mô và bám dính.
2. **Giai đoạn mài mòn ở trạng thái ổn định**: Giai đoạn tiến triển mài mòn tương đối ổn định, trong đó tốc độ mài mòn có thể dự đoán được nhiều hơn và chịu ảnh hưởng của các thông số cắt.
3. **Giai đoạn mài mòn nhanh**: Biểu hiện bằng sự suy giảm nhanh chóng, dẫn đến hỏng dụng cụ, thường là do hư hỏng tích tụ từ ứng suất nhiệt và cơ học.

Trong quá trình phay các vật liệu siêu cứng, các cơ chế mài mòn chủ yếu bao gồm mài mòn, mài mòn bám dính, mài mòn khuếch tán và nứt nhiệt, mỗi cơ chế đều chịu ảnh hưởng của tính chất vật liệu, đặc điểm dụng cụ và điều kiện cắt.

### Mài mòn

Mài mòn xảy ra khi các hạt cứng trong phôi, chẳng hạn như carbide (ví dụ, TiC, NbC trong Inconel 718), mài mòn cơ học bề mặt dụng cụ. Cơ chế này phổ biến ở mặt bên và mặt nghiêng của dụng cụ, dẫn đến mất vật liệu đồng đều và hình thành các vùng mài mòn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng mài mòn đặc biệt đáng kể trong quá trình phay tốc độ cao, trong đó tốc độ cắt tăng làm trầm trọng thêm sự tương tác giữa các hạt cứng và dụng cụ. Ví dụ, một nghiên cứu về phay Inconel 718 bằng các dụng cụ carbide xi măng đã phát hiện ra rằng mài mòn chiếm ưu thế ở tốc độ trục chính trên 10,000 vòng/phút, góp phần làm cho chiều rộng mài mòn mặt bên (VBmax) vượt quá 0.3 mm sau 315 lần cắt.[](https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0954405416668925)

### Keo dán

Mài mòn dính là kết quả của quá trình hàn vật liệu phôi vào bề mặt dụng cụ dưới áp suất và nhiệt độ cao, tạo thành BUE. Khi BUE được tạo thành và loại bỏ nhiều lần, nó gây ra hiện tượng rỗ và bong tróc trên bề mặt dụng cụ. Trong quá trình phay Inconel 718, mài mòn dính là cơ chế hỏng hóc chính, đặc biệt là ở tốc độ cắt thấp hơn (ví dụ: 36–50 m/phút), khi đó xu hướng bám dính của vật liệu rất rõ rệt. Nghiên cứu chỉ ra rằng mài mòn dính là nguyên nhân gây ra mài mòn khía gần đường độ sâu cắt (DOC), trong đó DOC xuyên tâm là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức độ nghiêm trọng của nó.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164812004681)

### Mài mòn khuếch tán

Mài mòn khuếch tán xảy ra ở nhiệt độ cao khi các nguyên tử từ vật liệu dụng cụ khuếch tán vào phôi hoặc ngược lại, làm yếu bề mặt dụng cụ. Cơ chế này có ý nghĩa quan trọng trong quá trình phay siêu hợp kim do nhiệt độ cắt cao của chúng. Ví dụ, khi gia công Hastelloy C-22HS bằng các dụng cụ cacbua phủ, sự khuếch tán của titan và crom từ phôi vào ma trận của dụng cụ làm giảm độ bền của nó, dẫn đến mài mòn hố. Mài mòn khuếch tán đặc biệt rõ rệt với các dụng cụ nitride bo khối (CBN) ở tốc độ cắt trên 80 m/phút, khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng ổn định nhiệt của vật liệu.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)

### Nứt nhiệt

Nứt nhiệt phát sinh từ ứng suất nhiệt tuần hoàn do tác động cắt gián đoạn trong quá trình phay. Các chu kỳ làm nóng và làm nguội nhanh tại giao diện dụng cụ-phôi gây ra mỏi nhiệt, dẫn đến nứt trên mặt trước của dụng cụ. Các nghiên cứu về gia công tốc độ cao của Inconel 718 bằng dụng cụ CBN trong điều kiện làm mát áp suất cao đã chỉ ra rằng nứt nhiệt là chế độ hỏng đáng kể ở tốc độ cắt trên 150 m/phút, đặc biệt là với dụng cụ có hàm lượng CBN thấp.[](https://www.fujipress.jp/ijat/au/ijate001400061045/)

### Các cơ chế mài mòn khác

Các cơ chế hao mòn bổ sung bao gồm:

- **Biến dạng dẻo**: Lực cắt và nhiệt độ cao có thể khiến vật liệu dụng cụ biến dạng dẻo, đặc biệt là ở các dụng cụ cacbua không phủ lớp phủ.
- **Mẻ vụn**: Các vết nứt nhỏ ở cạnh dụng cụ do ứng suất cơ học cao, thường thấy ở các dụng cụ gốm có tốc độ chạy dao cao.
- **Mài mòn hóa học**: Phản ứng hóa học giữa dụng cụ và phôi, chẳng hạn như quá trình oxy hóa, làm tăng tốc độ mài mòn ở nhiệt độ cao.

Bảng 1 tóm tắt các cơ chế hao mòn dụng cụ chính được quan sát thấy trong phay CNC của Inconel 718 và Hastelloy, cùng với các yếu tố ảnh hưởng và biểu hiện điển hình của chúng.

**Bảng 1: Cơ chế mài mòn dụng cụ trong phay CNC của Inconel 718 và Hastelloy**

| **Cơ chế hao mòn** | **Mô tả** | **Các yếu tố ảnh hưởng** | **Biểu hiện điển hình** | **Tài liệu tham khảo** |
|------------------|------------------|--------------------------------------|---------------------------|----------------|
| Mài mòn | Mài mòn cơ học do các hạt cứng trong phôi | Tốc độ trục chính cao, cacbua cứng (TiC, NbC), độ cứng của vật liệu dụng cụ | Mài mòn hông, vết mòn | |[](https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0954405416668925)
| Mài mòn kết dính | Hàn vật liệu phôi vào dụng cụ, tạo hình BUE | Tốc độ cắt thấp, áp suất cao, xu hướng bám dính vật liệu | Mài mòn khía, rỗ, bong tróc | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164812004681)
| Mài mòn khuếch tán | Sự khuếch tán nguyên tử giữa dụng cụ và phôi ở nhiệt độ cao | Nhiệt độ cắt cao, khả năng tương thích hóa học | Mài mòn hố, dụng cụ yếu đi | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)
| Nứt nhiệt | Nứt do ứng suất nhiệt tuần hoàn | Tốc độ cắt cao, cắt gián đoạn, áp suất chất làm mát | Nứt mặt cào | |[](https://www.fujipress.jp/ijat/au/ijate001400061045/)
| Biến dạng dẻo| Biến dạng vật liệu dụng cụ dưới tác dụng lực lớn | Lực cắt lớn, độ bền vật liệu dụng cụ thấp | Biến dạng cạnh | |[](https://www.mdpi.com/2227-9717/10/11/2380)
| Mẻ | Các vết nứt nhỏ ở cạnh dụng cụ | Tốc độ nạp cao, vật liệu dụng cụ giòn | Các vết nứt ở cạnh | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)
| Mài mòn hóa học | Phản ứng hóa học (ví dụ, oxy hóa) | Nhiệt độ cao, phôi phản ứng | Suy thoái bề mặt | |[](https://www.mdpi.com/2227-9717/10/11/2380)

## Các yếu tố ảnh hưởng đến sự mài mòn của dụng cụ

### Thông số cắt

Các thông số cắt, bao gồm tốc độ cắt, tốc độ nạp liệu, độ sâu cắt (DOC) và tốc độ trục chính, ảnh hưởng đáng kể đến độ mòn của dụng cụ trong quá trình phay CNC các vật liệu siêu cứng. Các hiệu ứng của chúng được tóm tắt dưới đây:

- **Tốc độ cắt**: Tốc độ cắt cao hơn làm tăng nhiệt độ cắt, đẩy nhanh quá trình mài mòn khuếch tán và nhiệt. Ví dụ, một nghiên cứu về phay Inconel 718 cho thấy việc tăng tốc độ cắt từ 36 m/phút lên 55 m/phút làm tăng gấp đôi tốc độ mài mòn bên sườn.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S175558171100040X)
- **Tốc độ nạp**: Tốc độ nạp cao hơn làm tăng lực cắt, thúc đẩy mài mòn keo và mẻ. Tốc độ nạp tối ưu (ví dụ: 0.1–0.15 mm/vòng) cân bằng tuổi thọ dụng cụ và chất lượng bề mặt.[](https://www.mechanics-industry.org/articles/meca/full_html/2020/02/mi190203/mi190203.html)
- **Độ sâu cắt**: DOC hướng tâm và hướng trục lớn hơn làm tăng tốc độ loại bỏ vật liệu nhưng làm trầm trọng thêm tình trạng mài mòn khía, đặc biệt là tại đường DOC.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164812004681)
- **Tốc độ trục chính**: Tốc độ trục chính cao (ví dụ: 10,000 vòng/phút) giúp tăng hiệu quả gia công nhưng làm tăng độ mài mòn do tương tác giữa dụng cụ và phôi tăng lên.[](https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0954405416668925)

### Vật liệu và lớp phủ dụng cụ

Việc lựa chọn vật liệu và lớp phủ dụng cụ ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống mài mòn. Các vật liệu dụng cụ phổ biến để phay vật liệu siêu cứng bao gồm:

- **Cacbua xi măng**: Được sử dụng rộng rãi do độ bền và tính linh hoạt, nhưng dễ bị mài mòn và bám dính. Lớp phủ nhiều lớp (ví dụ: TiAlN/TiAl) cải thiện khả năng chống mài mòn từ 20–40%.[](https://www.mscdirect.com/betterMRO/mastering-inconel-machining)
- **Boron Nitride khối (CBN)**: Thích hợp cho gia công tốc độ cao do có độ cứng và độ ổn định nhiệt cao, nhưng dễ bị nứt nhiệt ở áp suất chất làm mát cao.[](https://www.fujipress.jp/ijat/au/ijate001400061045/)
- **Dụng cụ bằng gốm**: Gốm gia cường bằng sợi thủy tinh (ví dụ: SiAlON) mang lại độ bền vượt trội cho Hastelloy, nhưng hiện tượng mẻ là mối lo ngại ở tốc độ cấp liệu cao.[](https://www.mscdirect.com/betterMRO/techniques-tools-machining-sự hối hả)

Các lớp phủ như AlTiN và TiAlN tăng cường khả năng chống mài mòn bằng cách giảm ma sát và tăng độ cứng khi nóng. Các lớp phủ gốc silicon đã cho thấy tuổi thọ của dụng cụ tăng 50% khi phay Inconel 718.[](https://www.mscdirect.com/betterMRO/mastering-inconel-machining)

### Chiến lược làm mát và bôi trơn

Các chiến lược làm mát và bôi trơn, chẳng hạn như bôi trơn lượng tối thiểu (MQL), chất làm mát áp suất cao (HPC) và làm mát bằng nhiệt độ thấp, ảnh hưởng đến độ mài mòn của dụng cụ bằng cách kiểm soát nhiệt độ cắt và ma sát:

- **MQL**: Giảm độ mài mòn của dụng cụ từ 20–30% so với cắt khô bằng cách giảm thiểu ma sát và nhiệt.[](https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-018-1911-3)
- **HPC**: Ngăn chặn sự mài mòn của hố va chạm nhưng có thể đẩy nhanh quá trình khía ở áp suất cao (ví dụ: 20.3 MPa) do tác động của tia nước.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)
- **Làm mát bằng nhiệt độ cực thấp**: Sử dụng nitơ lỏng hoặc CO2, giúp giảm nhiệt độ cắt, kéo dài tuổi thọ dụng cụ lên đến 40% trong phay Inconel 625.[](https://www.mdpi.com/2227-9717/10/11/2380)

Bảng 2 so sánh tác động của các chiến lược làm mát khác nhau đến độ mài mòn của dụng cụ khi phay vật liệu siêu cứng.

**Bảng 2: Tác động của các chiến lược làm mát đến độ mòn của dụng cụ trong phay CNC**

| **Chiến lược làm mát** | **Giảm mài mòn dụng cụ** | **Ưu điểm** | **Hạn chế** | **Tài liệu tham khảo** |
|----------------------|-------------------------|----------------|------------------|----------------|
| Cắt khô | Cơ sở | Tiết kiệm chi phí, đơn giản | Nhiệt độ cao, hao mòn nghiêm trọng | |[](https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-018-1911-3)
| MQL | 20–30% | Giảm ma sát, thân thiện với môi trường | Khả năng làm mát hạn chế | |[](https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-018-1911-3)
| HPC | 30–50% (mài mòn hố) | Làm mát hiệu quả, loại bỏ phoi | Rãnh ở áp suất cao | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)
| Làm mát bằng khí lạnh | Lên đến 40% | Nhiệt độ thấp, cải thiện chất lượng bề mặt | Chi phí cao, thiết lập phức tạp | |[](https://www.mdpi.com/2227-9717/10/11/2380)

### Tính chất vật liệu phôi

Cấu trúc vi mô và thành phần của vật liệu siêu cứng ảnh hưởng trực tiếp đến độ mòn của dụng cụ. Ví dụ, các pha γ″ và γ′ trong Inconel 718 làm tăng độ bền cắt, thúc đẩy mài mòn kết dính, trong khi các hạt Ni2(Mo,Cr) trong Hastelloy C-22HS làm tăng khả năng chống mài mòn, dẫn đến mài mòn do mài mòn. Xử lý nhiệt, chẳng hạn như lão hóa kép trong Inconel 718, làm tăng thêm độ cứng, làm trầm trọng thêm tình trạng mài mòn của dụng cụ.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301679X25001574)[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164812004681)

## Mô hình dự đoán độ mòn của dụng cụ

### Tầm quan trọng của mô hình dự đoán

Dự đoán chính xác độ mòn của dụng cụ là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình phay CNC, giảm thời gian chết và giảm thiểu chi phí. Các mô hình dự đoán cho phép các nhà sản xuất dự báo tuổi thọ của dụng cụ, lên lịch thay đổi dụng cụ và tối ưu hóa các thông số cắt. Do độ mòn của dụng cụ trong vật liệu siêu cứng rất phức tạp, các mô hình dự đoán phải tính đến nhiều cơ chế mài mòn, điều kiện cắt và đặc tính vật liệu. Hai phương pháp chính chi phối dự đoán độ mòn của dụng cụ: mô hình dựa trên vật lý và mô hình dựa trên dữ liệu.

### Mô hình dựa trên vật lý

Các mô hình dựa trên vật lý dựa trên các mối quan hệ thực nghiệm và hiểu biết cơ học về các quá trình mài mòn. Chúng kết hợp các thông số như lực cắt, nhiệt độ và đặc tính vật liệu để dự đoán tốc độ mài mòn. Các mô hình dựa trên vật lý phổ biến bao gồm:

- **Phương trình tuổi thọ dụng cụ của Taylor**: Một mô hình thực nghiệm liên quan đến tuổi thọ dụng cụ với tốc độ cắt, tốc độ chạy dao và DOC. Mặc dù đơn giản, nhưng nó thiếu tính tổng quát đối với siêu hợp kim do cơ chế mài mòn phức tạp của chúng.[](https://www.academia.edu/69451806/Modelling_tool_wear_in_cemented_carbide_machining_alloy_718)
- **Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)**: Mô phỏng độ mòn của dụng cụ bằng cách mô hình hóa quá trình hình thành phoi, truyền nhiệt và phân bố ứng suất. Các mô hình FEM, chẳng hạn như các mô hình được triển khai trong DEFORM hoặc ABAQUS, đã được sử dụng để mô phỏng quá trình phay Inconel 718, nhưng chúng thường bị biến dạng lưới ở tốc độ mòn cao.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301679X25001574)
- **Mô hình cơ học**: Các mô hình này tích hợp các cơ chế mài mòn (ví dụ, mài mòn, dính) với hình dạng dụng cụ và lực cắt. Một mô hình cơ học cho phay Inconel 718 đạt độ chính xác 98.5% trong việc dự đoán lực cắt bằng cách kết hợp các hiệu ứng mài mòn bên sườn.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1526612520308781)

Mặc dù có tính chặt chẽ về mặt cơ học, các mô hình dựa trên vật lý vẫn cần dữ liệu thử nghiệm mở rộng để hiệu chuẩn và khó thích ứng với các điều kiện cắt khác nhau.

### Mô hình dựa trên dữ liệu

Các mô hình dựa trên dữ liệu tận dụng máy học (ML) và các kỹ thuật thống kê để dự đoán độ mòn của dụng cụ dựa trên dữ liệu lịch sử. Các mô hình này rất tuyệt vời trong việc nắm bắt các mối quan hệ phức tạp, phi tuyến tính mà không cần kiến ​​thức cơ học chi tiết. Các phương pháp tiếp cận dựa trên dữ liệu chính bao gồm:

- **Mạng nơ-ron nhân tạo (ANN)**: ANN dự đoán độ mòn của dụng cụ bằng cách ánh xạ các thông số đầu vào (ví dụ: tốc độ cắt, tốc độ chạy dao, lực cắt) tới đầu ra độ mòn. Một nghiên cứu về tiện Inconel 718 đạt được độ chính xác cao hơn với ANN so với phân tích hồi quy, đặc biệt là với dữ liệu hạn chế.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S175558171100040X)
- **Mạng bộ nhớ dài hạn ngắn (LSTM)**: Mạng LSTM, phù hợp với dữ liệu chuỗi thời gian, đã được sử dụng để dự đoán độ mài mòn ở mặt bên trong quá trình phay siêu nhỏ Inconel 718, đạt được hệ số tương quan là 0.9453 với các phép đo độ mài mòn ở mặt bên.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141635923002039)
- **Mô hình học siêu dữ liệu**: Các mô hình này thích ứng với các điều kiện cắt khác nhau với dữ liệu tối thiểu. Một mô hình học siêu dữ liệu để phay hợp kim titan đạt được độ chính xác cao chỉ với một mẫu trong các điều kiện mới.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0007850619300113)
- **Trung bình động tích hợp hồi quy tự động (ARIMA)**: Kết hợp với mạng nơ-ron wavelet (WNN), các mô hình ARIMA-WNN dự đoán độ mòn cạnh trong quá trình phay tốc độ cao của Inconel 718 với độ chính xác trên 95%.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213846322001924)

###Mô hình lai

Các mô hình lai kết hợp các phương pháp tiếp cận dựa trên vật lý và dựa trên dữ liệu để tận dụng thế mạnh của chúng. Ví dụ, một phương pháp tiếp cận kết hợp vật lý dựa trên dữ liệu sử dụng ARIMA và WNN đã được áp dụng cho quá trình phay Inconel 718, đạt được độ chính xác cao bằng cách kết hợp các mô hình hao mòn thực nghiệm với phân tích chuỗi thời gian. Một mô hình lai khác sử dụng Levenberg-Marquardt và ANN đã dự đoán được độ mòn của dụng cụ trong quá trình gia công siêu âm quay của Inconel 718, vượt trội hơn các mô hình truyền thống.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213846322001924)[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214785321082468)

Bảng 3 so sánh các phương pháp mô hình hóa dự đoán khác nhau về độ mòn của dụng cụ trong quá trình phay CNC các vật liệu siêu cứng.

**Bảng 3: Các phương pháp tiếp cận mô hình dự đoán về độ mòn của dụng cụ trong phay CNC**

| **Loại mô hình** | **Cách tiếp cận** | **Độ chính xác** | **Ưu điểm** | **Hạn chế** | **Tài liệu tham khảo** |
|----------------|---------------|---------------|------------------|-----------------|-----------------|
| Phương trình Taylor | Dựa trên vật lý | Thấp–Trung bình | Đơn giản, thực nghiệm | Tổng quát hạn chế | |[](https://www.academia.edu/69451806/Modelling_tool_wear_in_cemented_carbide_machining_alloy_718)
| FEM (DEFORM/ABAQUS) | Dựa trên vật lý | Trung bình–Cao | Thông tin chi tiết về cơ chế | Biến dạng lưới, chi phí tính toán cao | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301679X25001574)
| Mô hình cơ học | Dựa trên vật lý | 98.5% (dự đoán lực) | Tích hợp cơ chế hao mòn | Yêu cầu hiệu chuẩn mở rộng | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1526612520308781)
| ANN | Dựa trên dữ liệu | Cao | Xử lý các mối quan hệ phi tuyến tính | Yêu cầu tập dữ liệu lớn | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S175558171100040X)
| LSTM | Dựa trên dữ liệu | 0.9453 (tương quan) | Phù hợp với chuỗi thời gian | Quy trình đào tạo phức tạp | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141635923002039)
| Học siêu dữ liệu | Dựa trên dữ liệu | Cao (ít mẫu) | Thích ứng với các điều kiện mới | Xác thực hạn chế | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0007850619300113)
| ARIMA-WNN | Hỗn hợp | >95% | Kết hợp vật lý và dữ liệu | Cấu trúc mô hình phức tạp | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213846322001924)
| LM-ANN | Hỗn hợp | Cao | Cân bằng độ chính xác và hiệu quả | Yêu cầu tối ưu hóa | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214785321082468)

## Nghiên cứu và phát hiện thực nghiệm

### Phay Inconel 718

Nhiều nghiên cứu thực nghiệm đã điều tra về độ mòn dụng cụ trong quá trình phay CNC của Inconel 718. Một nghiên cứu sử dụng các dụng cụ cacbua xi măng với mô hình FEM Euler-Lagrange (CEL) kết hợp đã phát hiện ra rằng mài mòn và bám dính chiếm ưu thế ở tốc độ cắt 36–55 m/phút, với tốc độ mài mòn cạnh tăng theo nhiệt độ. Một nghiên cứu khác về phay tốc độ cao ở 10,000 vòng/phút đã xác định mài mòn cơ học là cơ chế chính trong giai đoạn ban đầu và trạng thái ổn định, chuyển sang mài mòn hợp chất (mài mòn, bám dính và khuếch tán) trong giai đoạn tăng tốc. Phay hỗ trợ MQL làm giảm độ mài mòn của mặt bên từ 20–30% so với cắt khô, làm nổi bật vai trò của việc bôi trơn.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301679X25001574)[](https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0954405416668925)[](https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-018-1911-3)

### Phay Hastelloy

Hastelloy, đặc biệt là C-22HS, thể hiện những thách thức về độ mài mòn tương tự. Một nghiên cứu về việc tiện Hastelloy C-22HS bằng các công cụ cacbua phủ đã phát hiện ra rằng sự khuếch tán và mài mòn kết dính là chủ yếu, với chất làm mát áp suất cao làm giảm lực cắt nhưng tăng tốc độ khía ở mức 20.3 MPa. Làm mát bằng CO2 ở nhiệt độ thấp đã cải thiện tuổi thọ của công cụ lên 40% trong quá trình phay Hastelloy X, do nhiệt độ cắt giảm.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)[](https://www.mscdirect.com/betterMRO/techniques-tools-machining-hastelloy)

### Phân tích so sánh

Bảng 4 tóm tắt những phát hiện thực nghiệm quan trọng về độ mòn dụng cụ khi phay Inconel 718 và Hastelloy.

**Bảng 4: Phát hiện thực nghiệm về độ mòn dụng cụ trong phay CNC**

| **Vật liệu** | **Loại dụng cụ** | **Điều kiện cắt** | **Cơ chế mài mòn chủ yếu** | **Phát hiện chính** | **Tài liệu tham khảo** |
|--------------|---------------|-----------------------|---------------------|------------------|------------------|------------------|
| Inconel 718 | Cacbua xi măng | 36–55 m/phút, 0.15 mm/vòng | Mài mòn, Dính | Tốc độ mài mòn hông tăng gấp đôi theo tốc độ | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S175558171100040X)
| Inconel 718 | Carbide (phủ PVD) | 8000 vòng/phút, DOC 0.125 mm | Rãnh, bong tróc | Mài rãnh tại đường DOC | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164812004681)
| Inconel 718 | CBN | 150 m/phút, HPC | Nứt nhiệt | Nứt được ngăn chặn bằng H-CBN | |[](https://www.fujipress.jp/ijat/au/ijate001400061045/)
| Hastelloy C-22HS | Carbide tráng phủ | Chất làm mát áp suất cao | Khuếch tán, Chất kết dính | Rãnh ở 20.3 MPa | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)
| Hastelloy X | Gốm (SiAlON) | CO2 lạnh | Mài mòn, Keo dán | Cải thiện tuổi thọ dụng cụ 40% | |[](https://www.mscdirect.com/betterMRO/techniques-tools-machining-hastelloy)

## Chiến lược tối ưu hóa

### Tối ưu hóa thông số cắt

Tối ưu hóa các thông số cắt là rất quan trọng để giảm thiểu hao mòn dụng cụ. Phương pháp bề mặt phản hồi (RSM) và Phân tích phương sai (ANOVA) đã được sử dụng để xác định các thông số tối ưu cho tiện Inconel 718, với tốc độ cắt là 100 m/phút và tốc độ nạp liệu là 0.1 mm/vòng mang lại bề mặt hoàn thiện và tuổi thọ dụng cụ tốt nhất. Tối ưu hóa bầy hạt (PSO) và Tối ưu hóa tìm kiếm thức ăn của vi khuẩn (BFO) đã giảm hao mòn mặt bên bằng cách tối ưu hóa tốc độ cắt, tốc độ nạp liệu và DOC trong phay hỗ trợ MQL.[](https://www.mechanics-industry.org/articles/meca/full_html/2020/02/mi190203/mi190203.html)[](https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-018-1911-3)

### Thiết kế và lựa chọn công cụ

Thiết kế dụng cụ tiên tiến, chẳng hạn như góc xoắn và góc bước thay đổi, giúp giảm mài mòn bằng cách giảm thiểu độ rung và lực cắt. Dụng cụ CBN có hàm lượng CBN cao được khuyến nghị cho gia công tốc độ cao do hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn. Lớp phủ như AlTiN và lớp phủ gốc silicon giúp tăng khả năng chống mài mòn, đặc biệt là trong điều kiện mài mòn.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1526612520308781)[](https://www.fujipress.jp/ijat/au/ijate001400061045/)[](https://www.mscdirect.com/betterMRO/mastering-inconel-machining)

### Kỹ thuật làm mát tiên tiến

Làm mát bằng nhiệt độ thấp và MQL mang lại lợi ích đáng kể trong việc giảm mài mòn dụng cụ. Một nghiên cứu về phay Inconel 625 với CO2 nhiệt độ thấp đã báo cáo hình thái bề mặt được cải thiện và quá trình mài mòn chậm lại. Các hệ thống làm mát lai, kết hợp MQL với chất lỏng nhiệt độ thấp, cho thấy triển vọng nhưng cần nghiên cứu thêm để lập mô hình dự đoán.[](https://www.mdpi.com/2227-9717/10/11/2380)[](https://mfr.edp-open.org/articles/mfreview/full_html/2023/01/mfreview220071/mfreview220071.html)

## Định hướng tương lai

### Công nghệ mới nổi

Các công nghệ mới nổi, chẳng hạn như sản xuất bồi đắp (AM) của các công cụ và các quy trình gia công lai (ví dụ, gia công bằng tia lửa điện với phay), có tiềm năng giảm mài mòn công cụ. Các bộ phận AM Inconel 718 thể hiện khả năng gia công khác so với vật liệu rèn, đòi hỏi phải có các mô hình mài mòn được thiết kế riêng. Các hệ thống làm mát lai và lớp phủ tiên tiến, chẳng hạn như lớp phủ cứng nanocomposite, cũng là các lĩnh vực nghiên cứu tích cực.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1526612520308781)[](https://cdnsciencepub.com/doi/abs/10.1139/tcsme-2019-0110)

### Khoảng cách nghiên cứu

Mặc dù có nhiều tiến bộ, nhưng vẫn còn một số khoảng cách nghiên cứu:

- **Mô hình làm mát lai**: Nghiên cứu hạn chế về mô hình dự đoán cho làm mát lai trong siêugia công hợp kim.
- **Giám sát thời gian thực**: Tích hợp giám sát tình trạng công cụ (TCM) thời gian thực với các mô hình dự đoán để kiểm soát thích ứng.
- **Mô hình đa vật lý**: Phát triển các mô hình toàn diện kết hợp các cơ chế hao mòn nhiệt, cơ học và hóa học.
- **Tính bền vững**: Kết hợp hiệu quả năng lượng và tác động môi trường vào các mô hình dự đoán hao mòn.

### Phần kết luận

Phay CNC các vật liệu siêu cứng như Inconel 718 và Hastelloy đặt ra những thách thức đáng kể do độ bền cao, độ dẫn nhiệt thấp và bản chất mài mòn của chúng. Các cơ chế mài mòn dụng cụ, bao gồm nứt mài mòn, nứt dính, nứt khuếch tán và nứt nhiệt, chịu ảnh hưởng của các thông số cắt, vật liệu dụng cụ và các chiến lược làm mát. Mô hình dự đoán, bao gồm các phương pháp tiếp cận dựa trên vật lý, dựa trên dữ liệu và kết hợp, đóng vai trò quan trọng trong việc dự báo độ mòn dụng cụ và tối ưu hóa các quy trình gia công. Các nghiên cứu thực nghiệm làm nổi bật hiệu quả của các kỹ thuật làm mát tiên tiến và các thông số được tối ưu hóa trong việc kéo dài tuổi thọ dụng cụ. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc tích hợp giám sát thời gian thực, phát triển các mô hình đa vật lý và khám phá các hoạt động gia công bền vững để nâng cao hơn nữa hiệu quả và hiệu quả về chi phí của quá trình phay các vật liệu siêu cứng.

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！

PTJ® cung cấp đầy đủ các Độ chính xác tùy chỉnh máy gia công cnc trung quốc Chứng nhận ISO 9001: 2015 & AS-9100. Độ chính xác nhanh 3, 4 và 5 trục Cơ khí CNC các dịch vụ bao gồm phay, tiện theo thông số kỹ thuật của khách hàng, Có khả năng làm các bộ phận được gia công bằng kim loại và nhựa với dung sai +/- 0.005 mm. Các dịch vụ thứ hai bao gồm CNC và mài, khoan thông thường,đúc chết,tấm kim loại và dậpCung cấp nguyên mẫu, chạy sản xuất đầy đủ, hỗ trợ kỹ thuật và kiểm tra đầy đủ. ô tô, hàng không vũ trụ, khuôn và vật cố định, ánh sáng dẫn,y khoa, xe đạp và người tiêu dùng thiết bị điện tử ngành công nghiệp. Giao hàng đúng hạn. Hãy cho chúng tôi biết một chút về ngân sách dự án của bạn và thời gian giao hàng dự kiến. Chúng tôi sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về mặt chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Chào mừng bạn đến với Liên hệ với chúng tôi ( sales@pintejin.com ) trực tiếp cho dự án mới của bạn.