Nghiên cứu phay khô hợp kim nhôm a7075 bằng dụng cụ phủ nitride titan và đối sánh với phay ướt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ NHƯ TRANG NGHIÊN CỨU PHAY KHÔ HỢP KIM NHÔM A7075 BẰNG DỤNG CỤ PHỦ NITRIDE TITAN VÀ ĐỐI SÁNH VỚI PHAY ƯỚT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ NHƯ TRANG NGHIÊN CỨU PHAY KHÔ HỢP KIM NHÔM A7075 BẰNG DỤNG CỤ PHỦ NITRIDE TITAN VÀ ĐỐI SÁNH VỚI PHAY ƯỚT Ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Xuân Thái TS Nguyễn Trọng Hải Hà Nội – 2021 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Trần Xuân Thái, TS Nguyễn Trọng Hải hai người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, bảo động viên thực luận án Tôi vô biết ơn đến GS.TSKH Bành Tiến Long định hướng đề tài, góp ý tận tình giúp đỡ động viên tơi hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện tốt giúp đỡ, động viên suốt thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Thầy, Cô môn Gia Công Vật Liệu Và Dụng Cụ Công Nghiệp - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đóng góp ý kiến, hỗ trợ giúp đỡ Tôi xin gửi lời cảm ơn khoa Cơ khí – Phịng thí nghiệm Đo lường khoa Cơ khí, Trung Tâm Hồng Hải Foxcon– Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội giúp đỡ, hỗ trợ hồn thành thực nghiệm luận án Tơi gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Trường, khoa Cơ Khí, Bộ môn CNCTM - Trường Đại học kinh tế kỹ thuật công nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ tơi thời gian giúp tơi hồn thành luận án Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất đồng nghiệp, bạn bè, gia đình người thân ln bên động viên khích lệ mong muốn tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày 01 tháng12 năm 2021 Tác giả Lê Như Trang i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn TS Trần Xuân Thái TS Nguyễn Trọng Hải Kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 01 tháng 12 năm 2021 TÁC GIẢ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN XUÂN THÁI LÊ NHƯ TRANG HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN TRỌNG HẢI ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC YẾU TỐ KHI GIA CÔNG HỢP KIM NHÔM A7075 1.1 Đặc điểm ứng dụng hợp kim nhôm A7075 1.1.1 Đặc điểm hợp kim nhôm 1.1.2 Phân loại hợp kim nhôm 1.1.3 Ứng dụng hợp kim nhôm A7075 1.1.4 Các nghiên cứu hợp kim nhôm A7075 1.2 Cơ sở vật lý trình tạo phoi gia cơng A7075 11 1.2.1 Quá trình tạo phoi gia công hợp kim nhôm A7075 11 1.2.2 Các dạng phoi hình thành trình cắt hợp kim nhôm A7075 .15 1.3 Dụng cụ cắt gia công hợp kim nhôm A7075 17 1.3.1 Đặc điểm vật liệu làm dụng cụ cắt 17 1.3.2 Một số vật liệu dùng làm dụng cụ cắt gia công hợp kim nhôm A7075 17 1.4 Những vấn đề gia công khô gia cơng có dung dịch trơn nguội hợp kim nhơm A7075 .24 1.5 Nghiên cứu nước năm gần 29 1.5.1 Nghiên cứu nước 29 1.5.2 Nghiên cứu nước 31 1.6 Kết luận chương 34 CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG XẢY RA KHI PHAY HỢP KIM NHÔM A7075 .35 2.1 Lực cắt yếu tố ảnh hưởng 35 2.1.1 Lực cắt phay hợp kim nhôm A7075 35 2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt phay 38 2.2 Rung động ổn định q trình phay hợp kim nhơm A7075 40 2.2.1 Hiện tượng rung động cắt 40 2.2.2 Mơ hình rung động phay .41 iii 2.2.3 Sự ổn định q trình gia cơng 45 2.3 Hiện tượng mài mòn dụng cụ cắt phay hợp kim nhơm A7075 46 2.3.1 Các dạng mài mịn dụng cụ cắt 47 2.3.2 Cơ chế mài mòn dụng cụ cắt phay hợp kim nhôm A7075 48 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến mài mòn dụng cụ cắt .49 2.4 Hiện tượng nhiệt sinh q trình gia cơng hợp kim nhôm A7075 51 2.5 Chất lượng bề mặt chi tiết gia công gia công hợp kim nhôm A7075 54 2.5.1 Sự biến cứng lớp bề mặt gia công .54 2.5.2 Độ nhám bề mặt yếu tố ảnh hưởng phay hợp kim nhôm A7075 56 2.6 Kết luận chương 59 CHƯƠNG TRANG THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN LỰC CẮT, ĐỘ NHÁM VÀ MÒN DỤNG CỤ 60 3.1 Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm .60 3.2 Nội dung nghiên cứu thực nghiệm .60 3.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm phay hợp kim nhôm A7075 61 3.3.1 Tiến trình nghiên cứu thực nghiệm 61 3.3.2 Thiết kế thông số ma trận thực nghiệm phay hợp kim nhôm A7075 62 3.4 Lựa chọn trang bị thí nghiệm 63 3.4.1 Dụng cụ cắt 63 3.4.2 Vật liệu gia công máy dùng cho thí nghiệm 64 3.4.3 Các thiết bị đo dùng phay hợp kim nhơm A7075 65 3.5 Phân tích ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến lực cắt phay hợp kim nhôm A7075 .67 3.5.1 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến lực cắt FU (N) phay ướt hợp kim nhôm A705 67 3.5.2 Ảnh hưởng thông số công nghệ đến lực cắt (FK) phay khô hợp kim nhôm A7075 72 3.6 Ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ nhám phay hợp kim nhôm A7075 .77 3.6.1 Ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ nhám (RaU) phay ướt hợp kim nhôm A7075 77 iv 3.6.2 Phân tích ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến độ nhám (RaK) phay khô hợp kim nhôm A7075 .81 3.7 Phân tích ảnh hưởng yếu tố cơng nghệ đến độ mịn dao ∆HS phay hợp kim nhôm A7075 .85 3.7.1 Ảnh hưởng yếu tố cơng nghệ độ mịn dao (∆HsU) phay ướt hợp kim nhôm A7075 85 3.7.2 Kết phân tích ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến độ mịn dao ∆HsK phay khô hợp kim nhôm A7075 90 3.8 Kết luận chương 94 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ VÀ TỐI ƯU HĨA Q TRÌNH PHAY HỢP KIM NHÔM A7075 95 4.1 Nghiên cứu đánh giá thông số đầu q trình phay khơ so với phay ướt hợp kim nhôm A7075 95 4.1.1 Đánh giá lực cắt phay khô so với phay ướt hợp kim nhôm A7075 95 4.1.2 Đánh giá độ nhám bề mặt phay khô so với phay ướt hợp kim nhôm A7075 97 4.1.3 Đánh giá độ mịn dao phay khơ so với phay ướt hợp kim nhôm A7075 101 4.2 Phân tích mối quan hệ thơng số đầu phay hợp kim nhôm A7075 104 4.2.1 Phân tích mối quan hệ lực cắt độ nhám phay khô hợp kim nhôm A7075 105 4.2.2 Phân tích mối quan hệ lực cắt lượng mịn dao mặt sau phay khơ hợp kim nhôm A7075 106 4.2.3 Phân tích mối quan hệ độ nhám lượng mòn dao mặt sau phay khô hợp kim nhôm A7075 .107 4.3 Nghiên cứu tối ưu số thông số phay hợp kim nhôm A7075 dao phay phủ Nitride Titan 108 4.3.1 Đặt vấn đề 108 4.3.2 Các phương pháp tối ưu hóa 109 4.3.2.1 Tối ưu hóa theo phương pháp sử dụng thuật toán di truyền GA 109 4.3.2.2 Tối ưu hóa theo phương pháp qui hoạch tuyến tính .112 4.3.3 Tối ưu hóa q trình phay 114 4.3.3.1 Hàm mục tiêu 114 4.3.3.2 Điều kiện biên miền giới hàn .116 4.3.3.3 Tối ưu hóa đơn mục tiêu .117 v 4.3.3.4 Tối ưu hóa đa mục tiêu 120 4.4 Kết luận chương 124 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 126 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu CNC Diễn giải (Computer Numerical Control)- Điều khiển số có hỗ trợ máy tính Đơn vị ∆Hs Độ mịn dụng cụ cắt µm ∆HsU Độ mòn dụng cụ cắt phay ướt µm ∆HsK Độ mịn dụng cụ cắt phay khơ µm F FU FK Ra RaU RaK xy Lf L t t1 t2 Vc F1 F2 R1 Fx Fy Fz Ft Fc Ai(φ) Lực cắt phay Lực cắt phay ướt Lực cắt phay khô Nhám bề mặt chi tiết Nhám bề mặt chi tiết phay ướt Nhám bề mặt chi tiết phay khô Rung động theo phương x phương y Chiều dài lớp phoi Chiều dài quãng đường dao Chiều sâu cắt Chiều dày phoi chưa biến dạng Chiều dày phoi biến dạng Vận tốc cắt Lực tác dụng lên mặt trước Lực tác dụng lên mặt sau Lực cắt Lực cắt theo phương x Lực cắt theo phương y Lực cắt theo phương z Lực tiếp tuyến Lực cắt Diện tích phoi chưa cắt thứ I góc φ N N N µm µm µm D Ff Fn Đường kính dụng cụ cắt Lực ma sát tác dụng dọc theo dòng chảy phoi Lực pháp tuyến thẳng góc tới góc cắt dao mm N N vii mm mm mm mm mm m/phút N N N N N N N N mm2 KR Hằng số không thứ nguyên liên quan đến lực hướng tâm lực tiếp tuyến KA Hằng số không thứ nguyên liên quan đến lực dọc trục lực tiếp tuyến φ Góc biến dạng độ φn Góc cắt pháp tuyến tức thời độ φm Góc quay lưỡi cắt độ Cm ANOVA R R2 R Square Df SS Chiều dày phoi trung bình Phân tích phương sai Hệ số tương quan bội Hệ số xác định Hệ số điều chỉnh Số bậc tự Tổng bình phương mức động sai lệch bình phương chúng mm MS Phương sai hay số bình quân tổng bình phương sai lệch viii