GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Trong gia công cơ khí, tiện lỗ là quy trình quan trọng để sản xuất các chi tiết chính xác và chất lượng cao Cán dao là yếu tố then chốt trong quá trình này, nhưng việc chọn lựa loại cán dao phù hợp vẫn là thách thức lớn đối với các nhà sản xuất và kỹ sư.
Hiện nay, có nhiều loại cán dao được sử dụng trong tiện lỗ, trong đó cán dao thường và cán dao tiện giảm chấn là hai loại được chú trọng Mỗi loại cán dao sở hữu những đặc điểm và ưu điểm riêng biệt Tuy nhiên, hiệu suất của chúng trong quá trình tiện lỗ vẫn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ.
Việc nghiên cứu và đánh giá các dạng cán dao khác nhau trong quá trình tiện lỗ là rất quan trọng, giúp các nhà sản xuất và kỹ sư lựa chọn cán dao tối ưu nhằm đảm bảo chất lượng và hiệu suất sản xuất Để giải quyết vấn đề này, cần thực hiện các thí nghiệm và phân tích kỹ thuật trên nhiều loại cán dao, từ đó thu thập thông tin chi tiết về hiệu suất, độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền, cung cấp dữ liệu quan trọng để đánh giá và so sánh chúng.
Nghiên cứu và đánh giá các dạng cán dao trong quá trình tiện lỗ giúp xác định phương pháp và công cụ tối ưu, từ đó nâng cao chất lượng và hiệu suất sản xuất Sự cải tiến này sẽ góp phần tích cực vào sự phát triển của ngành công nghiệp cơ khí.
Tính cấp thiết của đề tài
Đề tài “Thực nghiệm quá trình tiện lỗ với các dạng cán dao khác nhau” mang tính cấp thiết vì một số lý do sau đây:
Nâng cao hiệu suất sản xuất là mục tiêu quan trọng trong ngành chế tạo cơ khí, đặc biệt trong quá trình tiện lỗ Việc lựa chọn loại cán dao phù hợp, giữa cán dao thường và cán dao tiện giảm chấn, có thể tạo ra sự khác biệt lớn trong năng suất sản xuất Nghiên cứu này sẽ so sánh và đánh giá hiệu suất của hai loại cán dao, từ đó đưa ra những khuyến nghị thiết thực nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Cải thiện chất lượng sản phẩm là yếu tố quan trọng trong gia công, đặc biệt là độ chính xác và bề mặt sau quá trình tiện lỗ Việc sử dụng cán dao phù hợp có thể nâng cao chất lượng bề mặt và độ chính xác của các chi tiết gia công Nghiên cứu này đánh giá và so sánh chất lượng sản phẩm giữa việc sử dụng cán dao thường và cán dao tiện giảm chấn, từ đó đề xuất các giải pháp hiệu quả nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm.
Sử dụng cán dao tiện giảm chấn giúp tiết kiệm tài nguyên bằng cách giảm thiểu rung và chấn động trong quá trình tiện lỗ, từ đó giảm mài mòn và hao mòn của cán dao.
2 với việc kéo dài tuổi thọ của cán dao và giảm tần suất thay thế, góp phần tiết kiệm tài nguyên và giảm chi phí sản xuất
Đề tài này đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp cơ khí bằng cách đáp ứng nhu cầu cải tiến và nâng cao hiệu suất Nghiên cứu và áp dụng các dạng cán dao khác nhau trong quá trình tiện lỗ sẽ cung cấp thông tin quý giá và khuyến nghị cho kỹ sư và nhà sản xuất, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm.
Rung động là một hiện tượng phổ biến trong quá trình gia công cắt gọt kim loại, xảy ra khi có lực tác động lên các vật thể có tính đàn hồi và khối lượng, như máy công cụ Mỗi quá trình cắt gọt kim loại đều tạo ra rung động, và dưới một số điều kiện cụ thể, rung động này có thể gia tăng mạnh, dẫn đến giảm hiệu suất kinh tế và chất lượng sản phẩm Những hậu quả của rung động cần được chú ý để cải thiện quy trình gia công.
- Hạn chế sử dụng công suất của máy và khả năng cắt của dụng cụ
- Tăng nguy cơ phá hủy cơ học của lưỡi cắt dụng cụ cắt
- Giảm độ chính xác hình học của chi tiết sau quá trình gia công và làm giảm chất lượng bề mặt yêu cầu
Hiện nay, nghiên cứu về giảm rung động trên dụng cụ cắt vẫn còn hạn chế, đặc biệt tại Việt Nam Trên thế giới, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc tăng độ cứng của cán dao, vật liệu dụng cụ cắt và góc cắt, nhưng ở Việt Nam, lĩnh vực này vẫn còn mới mẻ Chưa có nhiều công trình nghiên cứu áp dụng cho điều kiện gia công, thành phần vật liệu và thiết bị trong nước Do đó, cần tiến hành nhiều nghiên cứu hơn về giảm rung động trên dụng cụ cắt, đặc biệt là cơ cấu giảm chấn của cán dao, nhằm phù hợp với các vật liệu và máy móc cụ thể trong sản xuất tại Việt Nam.
Trong gia công tiện lỗ, việc đạt độ bóng cao là thách thức do độ sâu của lỗ yêu cầu thay đổi cán dao Khi cán dao được gá dài, độ cứng và ổn định giảm, dẫn đến rung động Sự rung động này ảnh hưởng tiêu cực đến độ bóng, độ nhám và chất lượng bề mặt gia công.
Nhóm đã chọn đề tài “Thực nghiệm quá trình tiện lỗ với các dạng cán dao khác nhau” để hỗ trợ sản xuất, nghiên cứu và giáo dục, từ đó góp phần vào sự phát triển của ngành cơ khí và tạo điều kiện cho sự phát triển của các ngành liên quan khác.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu về quá trình tiện lỗ cung cấp thông tin và dữ liệu mới, đặc biệt chú trọng vào các dạng cán dao khác nhau Điều này không chỉ mở rộng hiểu biết mà còn nâng cao kiến thức trong lĩnh vực gia công cơ khí.
Việc so sánh hiệu suất và chất lượng giữa các loại cán dao, đặc biệt là giữa cán dao thường và cán dao tiện có cơ cấu giảm chấn, cung cấp thông tin quý giá về hiệu quả và hiệu suất của các phương pháp tiện lỗ khác nhau Điều này giúp khám phá ưu điểm và hạn chế của từng loại cán dao, đồng thời tạo ra cơ sở khoa học cho sự lựa chọn và ứng dụng trong thực tế.
Đề tài này thực hiện việc đo đạc và phân tích các yếu tố quan trọng trong gia công cơ khí, bao gồm tốc độ tiện, độ rung động, độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền Qua quá trình thực nghiệm, những dữ liệu này được ghi nhận và đánh giá, góp phần phát triển phương pháp phân tích dữ liệu trong lĩnh vực này.
Nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng về hiệu suất và chất lượng của việc sử dụng cán dao thường và cán dao tiện giảm chấn trong quá trình tiện lỗ Những dữ liệu này sẽ hỗ trợ kỹ sư và nhà sản xuất trong việc cải thiện quy trình sản xuất, từ đó tăng năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Sử dụng cán dao tiện giảm chấn không chỉ giúp giảm rung và chấn đập mà còn làm giảm mài mòn, từ đó kéo dài tuổi thọ của cán dao Việc này góp phần tiết kiệm chi phí sửa chữa và thay thế, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường bằng cách tiết kiệm tài nguyên.
Áp dụng cán dao tiện giảm chấn dựa trên kết quả thực nghiệm có thể nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm trong quá trình tiện lỗ, điều này rất quan trọng trong ngành công nghiệp cơ khí, nơi mà chất lượng và độ chính xác của các chi tiết gia công là yếu tố then chốt.
Đề tài "Thực nghiệm quá trình tiện lỗ với các dạng cán dao khác nhau" có ý nghĩa khoa học quan trọng trong việc mở rộng kiến thức về tiện lỗ Bên cạnh đó, nghiên cứu này cũng mang lại lợi ích thực tiễn, giúp cải thiện quy trình sản xuất, tiết kiệm tài nguyên và nâng cao chất lượng sản phẩm trong ngành cơ khí.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài “Thực nghiệm quá trình tiện lỗ với các dạng cán dao khác nhau” có thể được xác định như sau:
Đánh giá hiệu quả và hiệu suất của quá trình tiện lỗ với cán dao tiện lỗ thường nhằm đo lường các yếu tố quan trọng như tốc độ tiện, chất lượng bề mặt, độ chính xác, sự ổn định và độ bền của cán dao, từ đó xác định những điểm mạnh và hạn chế của nó Trong khi đó, việc đánh giá hiệu quả và hiệu suất của quá trình tiện lỗ với cán dao tiện giảm chấn tập trung vào việc giảm thiểu dao động và rung động, giúp cải thiện chất lượng bề mặt, tăng độ chính xác và sự ổn định trong quá trình tiện lỗ.
Mục tiêu của bài viết là so sánh hiệu quả và hiệu suất giữa cán dao tiện lỗ thường và cán dao tiện giảm chấn Việc này nhằm đánh giá sự khác biệt trong kết quả thu được từ quá trình tiện lỗ khi sử dụng hai loại cán dao này Từ đó, bài viết sẽ đưa ra những khuyến nghị và quyết định hợp lý về việc lựa chọn cán dao phù hợp trong quá trình tiện lỗ.
Đề xuất các phương pháp tối ưu hóa quá trình tiện lỗ nhằm phát triển và cải thiện hiệu suất thông qua việc nghiên cứu các loại cán dao tiện lỗ thông thường và cán dao giảm chấn Các phương pháp này bao gồm tối ưu hóa thông số tiện lỗ, lựa chọn và áp dụng các phương pháp giảm chấn dao động, cũng như tối ưu hóa các tham số khác để nâng cao chất lượng và hiệu quả của quá trình tiện lỗ.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là đánh giá và so sánh các phương pháp tối ưu hóa cho quá trình tiện lỗ, cụ thể là việc sử dụng cán dao tiện lỗ thường và cán dao tiện giảm chấn.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Cán dao tiện lỗ thông thường
- Cán dao tiện lỗ có gắn giảm chấn
- Rung động trong quá trình tiện lỗ
- Độ nhám bề mặt chi tiết
Do hạn chế về thời gian và trang thiết bị, nhóm đã thực hiện thí nghiệm với cán dao tiện lỗ nguyên bản và cán dao tiện lỗ có cơ cấu giảm chấn, áp dụng phương pháp gia công cơ khí truyền thống Các thành phần và thông số đầu vào được lựa chọn cụ thể để đảm bảo tính chính xác của thí nghiệm.
- Mãnh insert CPMH090308 – CA5525 KYOCERA
- Vật liệu gia cụng: thộp C45, kớch thước: ỉ54 x T10 x L30 (mm)
- Chế độ cắt không đổi: t = 0,25 mm, S = 0,2 mm/vòng, n = 1000 vòng/phút
- Các thí nghiệm được tiến hành tại xưởng cơ khí Việt Đức của Trường Đại học Sư Phạm
Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh trên máy tiện Weiler D 8522
- Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ- 201
Nghiên cứu này tập trung vào quá trình tiện lỗ, phân tích ảnh hưởng của các loại cán dao khác nhau và các thông số giảm chấn trên cán dao đến độ nhám bề mặt của chi tiết Mục tiêu là so sánh sự khác biệt giữa các phương pháp tiện lỗ để tối ưu hóa chất lượng bề mặt sản phẩm.
Phương pháp nghiên cứu
1.6.1 Cơ sở phương pháp luận
Nghiên cứu này sẽ áp dụng phương pháp luận khoa học, bao gồm các bước như định nghĩa vấn đề, xác định mục tiêu, thiết kế nghiên cứu, thu thập và phân tích dữ liệu, và cuối cùng là rút ra kết luận cùng với những khuyến nghị.
1.6.2 Phương pháp thu thập thông tin Để đảm bảo tính đa dạng và đa chiều của nội dung nghiên cứu, nhóm thực hiện các hoạt động tìm kiếm, phân tích và biên dịch tài liệu liên quan từ các nguồn tin như tạp chí khoa học, tài liệu chuyên ngành, trang web chính thống và các báo đài uy tín Đồng thời, nhóm sẽ tận dụng các kết quả nghiên cứu mới nhất nhằm nâng cao tính thực tiễn và phù hợp với đề tài nghiên cứu của nhóm
1.6.3 Phương pháp phân tích số liệu thống kê
Sử dụng các phép tính thống kê để phân tích và xác định tính chất cũng như xu hướng của dữ liệu thu thập từ quá trình tiện lỗ Phân tích số liệu thống kê bao gồm việc phân tích biến số, áp dụng bảng TAGUCHI và thực hiện phân tích ANOVA nhằm so sánh các nhóm mẫu khác nhau.
- Các bước chính trong phương pháp thực nghiệm bao gồm:
Khi chọn mẫu cho quá trình tiện lỗ, cần xác định các chi tiết cần tiện lỗ và lựa chọn giữa mẫu cán dao tiện lỗ thường hoặc cán dao tiện giảm chấn để đảm bảo hiệu quả và chất lượng công việc.
Chuẩn bị và thiết lập thiết bị máy tiện là bước quan trọng trong quá trình tiện lỗ Cần đảm bảo rằng tất cả các thiết bị và máy móc được đặt đúng vị trí và cài đặt chính xác để đạt hiệu quả tối ưu trong quá trình gia công.
Quá trình tiện lỗ sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng cán dao tiện lỗ thường và cán dao tiện giảm chấn Trước khi bắt đầu, các thông số tiện lỗ như tốc độ tiện, độ sâu cắt và loại vật liệu gia công sẽ được xác định rõ ràng.
Trong quá trình tiện lỗ, việc đo lường và ghi nhận dữ liệu là rất quan trọng Chúng tôi sẽ thực hiện các phép đo liên quan đến tốc độ tiện, chất lượng bề mặt, độ chính xác và độ ổn định Để thu thập dữ liệu chính xác, các thiết bị đo lường phù hợp sẽ được sử dụng.
Phân tích dữ liệu sẽ được thực hiện để so sánh kết quả giữa cán dao tiện lỗ thường và cán dao tiện giảm chấn Quá trình này bao gồm việc tính toán các chỉ số thống kê, lập biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa các đại lượng, và xác định sự khác biệt giữa hai loại cán dao.
Dựa trên kết quả phân tích, bài viết sẽ đưa ra kết luận về hiệu quả và hiệu suất của cán dao tiện lỗ thường so với cán dao tiện giảm chấn Đồng thời, các khuyến nghị về phương pháp tối ưu hóa sẽ được đề xuất dựa trên những phát hiện từ nghiên cứu này.
Kết cấu đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp gồm 6 chương Trong đó:
- Chương 1: Giới thiệu Đặt vấn đề, tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học - thực tiễn, mục tiêu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
- Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Giới thiệu, phân loại các loại cán dao, các nghiên cứu trong và ngoài nước
- Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Trình bày cơ sở lý thuyết cắt gọt kim loại và công nghệ tiện
- Chương 4: Độ nhám và rung động trong gia công cắt gọt
Độ nhám và rung động trong gia công là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt sản phẩm Rung động có thể làm tăng độ nhám, gây ra những khiếm khuyết không mong muốn trên bề mặt Để cải thiện độ nhám bề mặt và giảm thiểu tác động tiêu cực của rung động, cần áp dụng các giải pháp như tối ưu hóa thiết kế máy móc, điều chỉnh thông số gia công và sử dụng vật liệu giảm rung Những biện pháp này không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn kéo dài tuổi thọ của thiết bị gia công.
Chương 5: Giải pháp thiết kế mô hình trình bày các phương án thiết kế khác nhau, đồng thời đánh giá ưu và nhược điểm của từng phương án Qua đó, chúng tôi sẽ xác định phương án tối ưu nhất cho việc triển khai mô hình.
- Chương 6: Thiết kế mô hình cán dao tiện lỗ có gắn giảm chấn
- Chương 7: Thực nghiệm và đánh giá
Thực hiện các thí nghiệm trên các loại cán dao khác nhau và đánh giá kết quả nhằm lựa chọn phương án thiết kế tối ưu nhất
- Chương 8: Kết luận và hướng phát triển đề tài
GIỚI THIỆU
Giới thiệu
Dao tiện lỗ là một trong những dụng cụ cắt gọt phổ biến được sử dụng khi tiện bên trong chi tiết ( thường gọi là tiện lỗ)
Dao tiện lỗ phân thành 2 loại chính:
- Dao tiện lỗ liền cán hay còn gọi là dao tiện định hình
- Dao tiện lỗ gắn mảnh: loại này cực kì phổ biến trên thị trường
Hình 2.1: Cán dao tiện lỗ [14]
Với đề tài này, nhóm chọn cán dao tiện lỗ gắn mảnh để thực hiện cho việc nghiên cứu,
Hình dáng hình học
Dao tiện lỗ gắn mảnh gồm 2 bộ phận chính là cán dao và mảnh dao
Cán dao có hình trụ tròn với bề mặt vát phẳng đối xứng, giúp dễ dàng kẹp dao trong quá trình gia công Đầu cán được thiết kế phẳng để gắn mảnh dao, và mỗi cán dao chỉ được gắn một lưỡi dao duy nhất.
Mảnh dao được phân loại dựa trên hình dáng và hình chiếu cạnh với các góc cạnh khác nhau, như thể hiện trong hình 2.2 Việc lựa chọn mảnh dao phù hợp sẽ phụ thuộc vào mục đích gia công cụ thể.
Hình 2.2: Hình dáng hình học mảnh dao tiện [15]
Mảnh dao tiện là thành phần thiết yếu trong gia công tiện lỗ, giúp tạo ra bề mặt chính xác và chất lượng cho chi tiết Chúng được làm từ hợp kim cứng và được phủ lớp đặc biệt để tăng cường khả năng chịu mài mòn, nhiệt độ cao và va đập, đảm bảo độ phẳng và mịn của sản phẩm sau gia công Việc sản xuất mảnh dao theo tiêu chuẩn quốc tế và mã hiệu riêng không chỉ giúp dễ dàng lựa chọn mảnh dao phù hợp với đầu dao mà còn tiết kiệm thời gian thay thế mảnh dao hỏng Tiêu chuẩn hoá cũng hỗ trợ việc khai báo thông số dao trong lập trình máy CNC nhanh chóng Các dòng mảnh CN, DN, VN, SN, TN, WN là lựa chọn phổ biến nhờ khả năng tái sử dụng cao và giảm thiểu chi phí gia công.
2.3 Phân loại cán dao tiện lỗ
Các loại cán dao phổ biến:
- Loại A: cán thép có lỗ nước nguội
- Loại C: thân cán làm từ vật liệu carbide, đầu cán làm từ thép
- Loại S: cán thép đặc, không có lỗ nước nguội
- Loại H: cán thép hợp kim, không có lỗ nước nguội
- Loại H-O: cán thép hợp kim, có lỗ nước nguội
Hình 2.3: Phân loại các loại cán dao [15]
2.4 Một số lưu ý đối với cán dao tiện lỗ
Trong gia công tiện lỗ trong với đường kính nhỏ hoặc lỗ sâu, dao tiện khoét lỗ có thể gặp phải tình trạng lệch hoặc rung Nguyên nhân chủ yếu là do lực cắt Fc gây ra độ cong của dao tiện.
10 lực thụ động Fp đẩy dao tiện vào hướng tâm Các vấn đề này ảnh hưởng đến độ chính xác và chất lượng sản phẩm
Hình 2.4: Sự ăn cắt của dao tiện lỗ trong [15]
Để đảm bảo chất lượng và độ chính xác trong gia công, chúng tôi tuân thủ quy tắc về độ nhô ra của dao tiện, cho phép dao nhô ra tối đa bốn lần đường kính cán dao nhằm giảm thiểu rung động và đảm bảo an toàn Khi sử dụng dao tiện chống rung, phần nhô ra có thể lên đến bảy lần đường kính mà không lo bị cong hay rung Tỉ lệ L/D bằng 3 là phổ biến trong gia công tiện, đảm bảo độ cứng vững và an toàn trong quá trình gia công.
Hình 2.5: Chiều dài nhô ra của dao tiện lỗ [15]
Vật liệu làm cán có độ cứng cao giúp giảm rung và tiếng ồn trong quá trình gia công Bên cạnh đó, nó cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ L/D, một yếu tố quan trọng để kẹp cán dao hiệu quả.
- L là kí hiệu chiều dài cán dao
- D là kí hiệu đường kính cán dao
2.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
2.5.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Nhiều công ty nổi tiếng toàn cầu chuyên nghiên cứu và sản xuất dụng cụ cắt, trong đó có Công ty Kennametal, một trong những nhà lãnh đạo tại Mỹ trong lĩnh vực này.
Mitsubishi là nhà sản xuất dụng cụ cắt hàng đầu tại Nhật Bản, chuyên cung cấp sản phẩm cho các hoạt động gia công cơ khí trong nước và thị trường Châu Âu, đặc biệt nổi bật tại Châu Á.
Hình 2.6: Cán dao tiện lỗ thông thường [14]
Công ty Sandvik (Thụy Điển) đã dẫn đầu trong nghiên cứu và phát triển cán dao giảm chấn, giúp giảm rung động trong quá trình gia công với cán dao gá dài, nhằm cải thiện hiệu suất cắt Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các nghiên cứu của Sandvik chủ yếu dựa trên thí nghiệm với vật liệu tiêu chuẩn và trong điều kiện gia công lý tưởng, điều này có thể dẫn đến kết quả không phản ánh chính xác thực tế.
Hình 2.7: Dao tiện giảm chấn [13]
Nghiên cứu của J Šraml và cộng sự (2020) tại Slovenia đã so sánh sự khác biệt giữa cán dao thường và cán dao tiện giảm chấn trong quá trình tiện lỗ Kết quả cho thấy, cán dao tiện giảm chấn mang lại hiệu suất gia công tốt hơn và cải thiện độ chính xác của sản phẩm sau khi gia công, nhờ vào việc sử dụng các công cụ đo lường chuyên dụng để đánh giá độ rung và độ chính xác.
Nghiên cứu của W Zheng et al (2019) tại Trung Quốc đã phân tích cấu trúc và đặc tính của cán dao tiện giảm chấn Tác giả đã áp dụng phần mềm mô phỏng và thực nghiệm để xác định cấu trúc cũng như hiệu suất của loại cán dao này Kết quả cho thấy, cán dao tiện giảm chấn không chỉ có tính ổn định cao mà còn có khả năng chịu tải trọng lớn trong quá trình gia công.
Nghiên cứu của M.M Rahman et al (2018) tại Bangladesh so sánh giữa cán dao thường và cán dao tiện giảm chấn trong quá trình tiện lỗ Kết quả từ các số liệu thực nghiệm và phần mềm mô phỏng cho thấy, cán dao tiện giảm chấn không chỉ giảm thiểu đáng kể rung động mà còn gia tăng độ chính xác của sản phẩm.
2.5.2 Các nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam, nghiên cứu về tiện lỗ và cán dao đang được chú trọng và phát triển mạnh mẽ Các tác giả của đề tài đã tiến hành thí nghiệm với nhiều loại cán dao khác nhau, nổi bật là cán dao thường và cán dao tiện giảm chấn, nhằm tối ưu hóa quá trình tiện lỗ.
Trong luận văn năm 2015 của Nguyễn Trường Sinh tại Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của cán dao giảm chấn đến độ nhám bề mặt của chi tiết tiện lỗ Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về mối liên hệ giữa thiết kế cán dao và chất lượng bề mặt sản phẩm, mở ra hướng đi mới cho việc cải thiện quy trình gia công.
Tác giả đã tiến hành thí nghiệm sử dụng cán dao tiện giảm chấn với các chế độ cắt khác nhau cho từng loại vật liệu khi tiện lỗ sâu Kết quả thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng tích cực của cán dao giảm chấn đến độ nhám bề mặt của chi tiết tiện lỗ.
Một số lưu ý đối với cán dao tiện lỗ
Trong quá trình gia công tiện lỗ trong với đường kính nhỏ hoặc lỗ sâu, dao tiện khoét có thể gặp phải tình trạng lệch hoặc rung Nguyên nhân chính là do lực cắt Fc, dẫn đến hiện tượng cong của dao tiện.
10 lực thụ động Fp đẩy dao tiện vào hướng tâm Các vấn đề này ảnh hưởng đến độ chính xác và chất lượng sản phẩm
Hình 2.4: Sự ăn cắt của dao tiện lỗ trong [15]
Để đảm bảo chất lượng và độ chính xác trong gia công, chúng tôi áp dụng quy tắc về độ nhô ra của dao tiện, giới hạn tối đa là bốn lần đường kính cán dao nhằm giảm rung động và tăng cường an toàn Khi sử dụng dao tiện chống rung, chúng tôi có thể mở rộng độ nhô ra lên đến bảy lần đường kính mà không lo ngại về cong hay rung động Tỉ lệ L/D 3 là tỉ lệ phổ biến trong gia công tiện, giúp đảm bảo độ cứng vững và an toàn trong quá trình gia công.
Hình 2.5: Chiều dài nhô ra của dao tiện lỗ [15]
Vật liệu làm cán có độ cứng cao giúp giảm thiểu độ rung và tiếng ồn trong quá trình gia công Bên cạnh đó, độ cứng của vật liệu cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ L/D, một yếu tố quan trọng để kẹp cán dao một cách hiệu quả.
- L là kí hiệu chiều dài cán dao
- D là kí hiệu đường kính cán dao.
Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
2.5.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Trên toàn cầu, nhiều công ty nổi tiếng chuyên nghiên cứu và sản xuất dụng cụ cắt, trong đó nổi bật là Công ty Kennametal, một trong những nhà sản xuất hàng đầu tại Mỹ.
Mitsubishi, nhà sản xuất dụng cụ cắt hàng đầu tại Nhật Bản, chuyên cung cấp sản phẩm cho các hoạt động gia công cơ khí trong nước và thị trường Châu Âu, đặc biệt nổi bật tại khu vực Châu Á.
Hình 2.6: Cán dao tiện lỗ thông thường [14]
Công ty Sandvik (Thụy Điển) đã dẫn đầu trong việc nghiên cứu và phát triển cán dao giảm chấn, giảm rung động trong quá trình gia công, nhằm nâng cao hiệu quả cắt Mặc dù các nghiên cứu của Sandvik mang lại kết quả khả quan, cần lưu ý rằng các thí nghiệm chủ yếu được thực hiện trên vật liệu tiêu chuẩn và trong điều kiện gia công lý tưởng, do đó kết quả có thể chưa phản ánh chính xác thực tế.
Hình 2.7: Dao tiện giảm chấn [13]
Nghiên cứu của J Šraml và cộng sự (2020) tại Slovenia đã so sánh sự khác biệt giữa cán dao thường và cán dao tiện giảm chấn trong quá trình tiện lỗ Kết quả cho thấy rằng cán dao tiện giảm chấn không chỉ có hiệu suất gia công tốt hơn mà còn cải thiện độ chính xác của sản phẩm sau khi gia công, nhờ vào việc sử dụng các công cụ đo lường chuyên dụng để đánh giá độ rung và độ chính xác.
Nghiên cứu của W Zheng et al (2019) tại Trung Quốc đã phân tích cấu trúc và đặc tính của cán dao tiện giảm chấn Tác giả đã áp dụng phần mềm mô phỏng và thực nghiệm để xác định hiệu suất của loại cán dao này Kết quả cho thấy cán dao tiện giảm chấn có khả năng ổn định cao và chịu được tải trọng lớn trong quá trình gia công.
Nghiên cứu của M.M Rahman et al (2018) tại Bangladesh đã so sánh hiệu quả giữa cán dao thường và cán dao tiện giảm chấn trong quá trình tiện lỗ, sử dụng số liệu thực nghiệm và phần mềm mô phỏng Kết quả cho thấy cán dao tiện giảm chấn không chỉ giảm thiểu rung động mà còn tăng cường độ chính xác của sản phẩm.
2.5.2 Các nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam, nghiên cứu về tiện lỗ và cán dao đang ngày càng được chú trọng và phát triển Các tác giả đã tiến hành thí nghiệm với nhiều loại cán dao khác nhau, nổi bật là cán dao thông thường và cán dao tiện giảm chấn, nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình tiện lỗ.
Trong luận văn "Nghiên cứu ảnh hưởng của cán dao giảm chấn đến độ nhám bề mặt chi tiết tiện lỗ" của tác giả Nguyễn Trường Sinh, thuộc Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, năm 2015, nghiên cứu đã chỉ ra mối liên hệ giữa việc sử dụng cán dao giảm chấn và sự cải thiện độ nhám bề mặt của chi tiết tiện lỗ Kết quả cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ này có thể nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu độ nhám, từ đó góp phần nâng cao hiệu suất trong quy trình gia công cơ khí.
Tác giả đã thực hiện thí nghiệm sử dụng cán dao tiện giảm chấn với các chế độ cắt khác nhau cho từng loại vật liệu khi tiện lỗ sâu Kết quả thí nghiệm cho thấy cán dao giảm chấn có ảnh hưởng tích cực đến độ nhám bề mặt chi tiết tiện lỗ.
Luận văn của Lê Hoàng Lâm tại Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM năm 2017 nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn dao tiện đến độ nhám bề mặt Tác giả trình bày nguyên lý giảm chấn cho cán dao tiện và thực hiện thí nghiệm với ba phương án khác nhau, kết hợp với bốn đối trọng có khối lượng tương ứng Kết quả thí nghiệm giúp tác giả lựa chọn cán dao giảm chấn thiết kế phù hợp để tối ưu hóa quá trình gia công.
Luận văn của Nguyễn Thuận Hải Đăng tại Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM nghiên cứu ảnh hưởng của thông số giảm chấn lò xo trên cán dao tiện đến độ nhám bề mặt chi tiết lỗ Nghiên cứu này nhằm cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm qua việc tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của dao tiện Kết quả sẽ cung cấp những kiến thức giá trị cho ngành chế tạo máy và gia công cơ khí.
Năm 2018, tác giả đã nghiên cứu về cán dao tiện giảm chấn với hai lò xo có độ cứng 150N/m và đối trọng Kết quả thực nghiệm cho thấy thông số giảm chấn của lò xo ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bề mặt chi tiết tiện lỗ Cụ thể, khi độ cứng lò xo thấp, độ nhám bề mặt tăng và độ rung động gia công cũng tăng theo Ngược lại, khi độ cứng lò xo cao, độ nhám bề mặt giảm và độ rung động cũng được cải thiện.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cán dao giảm chấn ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết tiện lỗ Để tối ưu hóa quá trình tiện lỗ, cần thực hiện thêm thí nghiệm nhằm nghiên cứu các yếu tố như cơ cấu giảm chấn, độ rung động trong gia công, và thử nghiệm với nhiều loại vật liệu khác nhau Điều này sẽ giúp đánh giá tính ứng dụng của chúng và đề xuất các giải pháp cải tiến hiệu quả.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cơ sở lý thuyết cắt gọt
3.1.1 Khái quát về quá trình cắt gọt kim loại
Trong gia công kim loại, cắt gọt là quá trình loại bỏ lớp kim loại từ bề mặt phôi, giúp tạo ra sản phẩm với kích thước và hình dạng chính xác Các yếu tố như lực cắt và nhiệt cắt có vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, độ chính xác của chi tiết và tuổi thọ của dụng cụ cắt Phạm vi tác động trong quá trình cắt được phân tích kỹ lưỡng và thể hiện rõ trong hình 3.1.
Hình 3.1: Quá trình tạo phoi [11]
Khu vực biến dạng là phần vật liệu phôi nằm trước mũi dao, đóng vai trò là ranh giới giữa vật liệu phôi và phoi Khi lực cắt tác động, khu vực này trải qua biến dạng dẻo Nếu ứng suất vượt quá giới hạn chịu đựng của kim loại, hiện tượng trượt xảy ra và phoi được hình thành.
Khu vực ma sát là phần của vật liệu phôi tiếp xúc với mặt trước của dao cắt Tại khu vực này, sự ma sát giữa dao và vật liệu phôi tạo ra lực cắt động cần thiết để tách kim loại khỏi phôi, đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công.
Khu vực ma sát là phần của vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của dao, nơi mà sự ma sát giữa mặt này và vật liệu phôi đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo phoi.
Khu vực tách là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tách kim loại khỏi phôi, nơi diễn ra sự hình thành phoi Tại đây, các lực cắt và nhiệt cắt được sinh ra nhằm mục đích tách kim loại hiệu quả và tạo ra phoi.
Quá trình cắt kim loại sử dụng các công cụ như dao tiện, dao phay, dao bào, dao chuốt và mũi khoan trên các máy cắt kim loại như máy tiện, máy phay, máy bào, máy chuốt và máy khoan Trong quá trình này, hai chuyển động chính là chuyển động cắt và chuyển động chạy dao, đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả cắt.
Chuyển động cắt chính là chuyển động dọc theo trục quay của máy công cụ, đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công Nó xác định bởi vận tốc cắt và tốc độ trục quay của máy, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cắt Tùy thuộc vào yêu cầu của công đoạn gia công, chuyển động cắt chính có thể diễn ra với tốc độ nhanh hoặc chậm.
Chuyển động chạy dao là chuyển động tuyến tính của dao cắt theo hướng vuông góc với trục máy công cụ, được xác định bởi vận tốc và chiều dài hành trình chạy dao Hệ thống servo hoặc bánh răng chuyển động được sử dụng để điều khiển chuyển động này, đảm bảo dao cắt di chuyển chính xác và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong quá trình gia công.
Trong gia công cơ khí, bên cạnh chuyển động cắt chính và chuyển động chạy dao, còn tồn tại chuyển động phụ (Auxiliary Motion) Chuyển động phụ là những chuyển động khác, thường có quy mô nhỏ hơn và không đóng vai trò chủ yếu trong quá trình gia công Các chuyển động phụ này có thể bao gồm nhiều loại khác nhau.
Chuyển động trục (Axis Motion) là chuyển động phức tạp của máy công cụ, bao gồm trục X, Y và Z Hệ thống servo điều khiển chuyển động này, đảm bảo dao cắt di chuyển chính xác và đạt độ chính xác cao trong gia công.
Chuyển động bù động là quá trình điều chỉnh để khắc phục độ lệch của dao cắt trong gia công, nhằm đảm bảo độ chính xác của sản phẩm Hệ thống điều khiển số thường được sử dụng để quản lý chuyển động này, giúp duy trì kích thước và hình dạng chính xác cho sản phẩm cuối cùng.
Chuyển động giữ chốt (Retraction Motion) là quá trình đưa dao cắt ra khỏi sản phẩm sau khi hoàn tất việc cắt, giúp bảo đảm an toàn cho cả máy công cụ và người sử dụng.
Chuyển động định vị là quá trình đưa dao cắt đến vị trí khởi đầu của sản phẩm hoặc các vị trí khác trong quá trình gia công Thông thường, chuyển động này được điều khiển bởi hệ thống điều khiển số.
Trong quá trình cắt kim loại, phôi và dao được gá chặt trên máy để tạo ra bề mặt mới bằng cách biến dạng các lớp bề mặt Đối với vật liệu dẻo, quá trình bắt đầu khi dao và chi tiết tiếp xúc, sau đó lưỡi dao xâm nhập vào kim loại để tạo áp lực Khi lưỡi dao lún sâu, lớp kim loại bị tách rời và hớt đi, gọi là sự trượt ban đầu của phôi Tiếp theo, dao di chuyển để tách các phần phôi khác ra khỏi chi tiết chính, từ đó hình thành phôi và tiếp tục quá trình cắt để hoàn thiện sản phẩm.
3.1.2 Lý thuyết về quá trình tiện lỗ
3.1.2.1 Các chuyển động khi tiện lỗ
Tiện lỗ là một kỹ thuật gia công cơ khí quan trọng, thường được áp dụng để tạo ra các lỗ trên vật liệu như kim loại Quá trình này bao gồm một số chuyển động chính, giúp đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong việc tạo hình lỗ.
- Chuyển động chính (ký hiệu V → hoặc n): là chuyển quay tròn của chi tiết, ký hiệu “n”
Các yếu tố ảnh hưởng tới rung động khi gia công tiện
- Trong quá trình gia công tiện các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến biến dạng thì đều ảnh hưởng đến rung động như:
3.2.1 Ảnh hưởng của kim loại gia công
- Kim loại dẻo thì dễ biến dạng và biến dạng nhiều hơn kim loại dòn
- Vật liệu dẻo có độ bền càng cao càng khó biến dạng và ngược lại
- Vật liệu dòn có độ cứng HB càng cao càng khó biến dạng và ngược lại
3.2.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt (t, S, V)
- Vận tốc cắt V: ảnh hưởng đến biến dạng nhiều nhất:
+ Khi V ≤ 50 m/ph thì biến dạng tăng vì ma sát tăng
Khi vận tốc vượt quá 50 m/ph, biến dạng giảm do lớp phoi tiếp xúc với mặt trước của dao mềm tạo ra lớp nhờn trên bề mặt dao, dẫn đến việc giảm ma sát.
Hình 3.4: Quan hệ giữa V và biến dạng [11]
3.2.3 Ảnh hưởng của thông số hình học dao đến biến dạng
- Góc trước γ: γ tăng thì phoi thoát dễ dàng nên biến dạng giảm
- Góc sau α: α tăng thì ma sát giữa dao và chi tiết giảm nên biến dạng giảm
- Góc lệch chính φ: gọi R là bán kính mũi dao
+ Khi R=0: φ tăng thì a tăng nên biến dạng giảm
Nếu φ≤60˚ khi φ tăng thì a tăng nên biến dạng giảm
Khi góc φ lớn hơn 60˚, sự tăng của φ dẫn đến những ảnh hưởng khác nhau đến biến dạng Đầu tiên, khi φ tăng, chiều dài a cũng tăng, điều này làm giảm biến dạng Tuy nhiên, cùng lúc đó, cung tiếp xúc A’B’ sẽ lớn hơn cung AB, dẫn đến sự gia tăng biến dạng Cuối cùng, sự tăng của φ cũng làm cho phương biến dạng tăng, do đó, biến dạng tổng thể sẽ tăng lên.
Do đó khi φ tăng thì biến dạng tăng ít
Khi bán kính mũi dao R tăng, biến dạng cũng tăng theo, dẫn đến việc chiều dày phoi cắt không đồng đều và khó khăn trong việc thoát phoi Vì lý do này, dao có bán kính R không phù hợp cho gia công thô Tuy nhiên, trong gia công tinh, khi R tăng, diện tích dư để lại sẽ nhỏ hơn nhưng ma sát lại lớn hơn.
Hình 3.5 Quan hệ giữa φ và biến dạng [11]
Ngoài ra, dung dịch tưới nguội cũng làm giảm nhiệt cắt và giảm ma sát cũng làm giảm biến dạng.
Chất lượng bề mặt gia công
Chất lượng bề mặt gia công được đánh giá bởi 2 yếu tố:
- Cơ tính lớp bề mặt
Độ nhám bề mặt gia công là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá chất lượng sản phẩm, vì nó phản ánh rõ ràng tác động của việc lựa chọn dao và chế độ cắt Hai thông số chính thường được sử dụng để đo lường độ nhám bề mặt là Ra và Rz, giúp xác định mức độ hoàn thiện của bề mặt gia công.
- Sai lệch trung bình số học của profin Ra
- Chiều cao nhấp nhô của Profin theo mười điểm Rz
ĐỘ NHÁM VÀ RUNG ĐỘNG TRONG CÔNG NGHỆ CẮT GỌT
Lý thuyết về độ nhám
4.1.1 Khái niệm độ nhám Độ nhám bề mặt là một khái niệm quan trọng trong công nghệ cơ khí để đánh giá mức độ gồ ghề của bề mặt vật liệu sau quá trình gia công Dù khi nhìn bằng mắt thường, sản phẩm có thể trông sáng bóng, nhưng thực tế vẫn tồn tại các vị trí không hoàn toàn phẳng Độ nhám bề mặt là chỉ số đo lường những điểm không đồng nhất và không mịn trên bề mặt vật liệu
Đánh giá độ mịn màng và đồng nhất của bề mặt là rất quan trọng, bao gồm các yếu tố như hạt mịn, vết trầy xước, rãnh và khuyết tật Kiểm soát độ nhám bề mặt góp phần quyết định vào chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cơ khí.
Quan sát một phần bề mặt đã được khuếch đại, nhận thấy các đặc điểm khacs nhau:
- Nhấp nhô có chiều cao h1 là sai lệch hình dạng hình học đại quang
- Nhấp nhô có chiều cao h2 là độ sóng bề mặt
- Nhấp nhô có chiều cao h3 là nhám bề mặt Đây là những nhấp nhô tế vi trên bề mặt xét trong phạm vi chiều dài chuẩn l rất nhỏ
- Để phân biệt độ sóng và độ nhám bề mặt, có thể dùng tỉ lệ tương đối giữa bước Pi và chiều cao hi Độ nhám: 𝑃 𝑖
Hình 4.1 Các loại nhấp nhô trên bề mặt chi tiết [4]
4.1.2 Ký hiệu nhám bề mặt trên bản vẽ
- : Dùng cho bề mặt gia công không phoi
- : Dùng cho bề mặt có yêu cầu gia công cắt gọt
- : Dùng cho bề mặt không qui định phương pháp gia công
- h : Chiều cao khổ chữ trong bản vẽ
Hình 4.2: Cách ghi ký hiệu nhám bề mặt [4]
Vị trí 1: Ghi trị số Ra hoặc Rz Đối với độ nhám cấp 1 đến 5 và cấp 13 đến 14, thường sử dụng thông số Rz (nếu sử dụng Rz thì ghi chữ “Rz” trong ký hiệu); trong khi đó, từ cấp 6 đến 12 thường áp dụng thông số Ra.
(nếu dùng Ra thì không cần ghi chữ “Ra” trong ký hiệu)
+ Vị trí 2: Ghi phương pháp gia công lần cuối (nếu có) như cạo, đánh bóng…
+ Vị trí 3: Ghi trị số chiều dài chuẩn (nếu khác tiêu chuẩn)
+ Vị trí 4: Ghi ký hiệu hướng nhấp nhô (nếu có)
- Các loại hướng nhấp nhô bề mặt và ký hiệu
+ Hướng nhấp nhô song song: ký hiệu =
+ Hướng nhấp nhô vuông góc: ký hiệu ┴
+ Hướng nhấp nhô đan chéo: ký hiệu ×
+ Hướng nhấp nhô bất kỳ: ký hiệu M
+ Hướng nhấp nhô xoáy tròn: ký hiệu C
+ Hướng nhấp nhô xoáy hướng kính: ký hiệu R
4.1.3 Ảnh hưởng của độ nhám đến tính chất làm việc và độ bền của chi tiết Ảnh hưởng đến tính chống mòn: Các chi tiết được làm việc trong mối ghép động như ổ trượt, sống dẫn, con trượt sẽ bị ảnh hưởng bởi độ nhám của bề mặt của chúng Khi làm việc, các bề mặt tiếp xúc có thể chỉ tiếp xúc ở một số điểm nhỏ và cao thấp không đồng đều (như được minh họa trong hình 4.3b), do đó diện tích tiếp xúc giảm và hiệu suất làm việc bị giảm Độ nhám của bề mặt ảnh hưởng đến khả năng chịu mài mòn của chi tiết, với độ nhẵn bóng càng cao thì khả năng chống mài mòn càng tốt (như được minh họa trong hình 4.3a) [4] Trên thực tế, sự chênh lệch độ nhám giữa các bề mặt tiếp xúc có thể dẫn đến tăng nhiệt độ và mòn bề mặt, giảm tuổi thọ của chi tiết Do đó, việc đảm bảo độ nhám và độ bóng của bề mặt là rất quan trọng để đảm bảo tính đồng bộ và độ bền của chi tiết
Hình 4.3: Độ nhám ảnh hưởng đến tính chống mòn.[4]
Độ nhám bề mặt ảnh hưởng mạnh mẽ đến độ bền mỏi của chi tiết, đặc biệt là với các chi tiết chịu tải trọng chu kỳ hoặc động Sự hiện diện của các nhấp nhô trên bề mặt dẫn đến việc ứng suất tập trung tại đáy nhấp nhô, làm tăng nguy cơ rạn nứt và giảm độ bền mỏi.
Độ nhám bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền mỏi của chi tiết, với những chỗ lõm và nhấp nhô dễ tích tụ axit, muối và tạp chất, dẫn đến ăn mòn Ngược lại, bề mặt mịn và bóng giúp nâng cao khả năng chống ăn mòn.
Độ nhám bề mặt ảnh hưởng đáng kể đến tính chống ăn mòn và độ chính xác của mối lắp ghép Trong các lắp ghép có độ hở, các điểm nhấp nhô trên bề mặt sẽ bị mòn nhanh chóng ở giai đoạn đầu, dẫn đến việc khe hở giữa các chi tiết mở rộng và làm giảm độ chính xác Đối với các lắp ghép có độ dôi, khi hai chi tiết được ép lại, các điểm nhấp nhô sẽ bị san phẳng, làm giảm độ chính xác và ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền của mối ghép.
Hình 4.6: Độ nhám ảnh hưởng đến độ chính xác mối ghép [4]
4.1.4 Chỉ tiêu đánh giá nhám bề mặt Để đánh giá độ nhám bề mặt, ta sử dụng một số chỉ tiêu hình học của các điểm nhấp nhô (Ra và Rz được đo bằng đơn vị μm) Tuy nhiên, việc đo này chỉ được thực hiện trong một phạm vi nhỏ của bề mặt, giới hạn bởi chiều dài chuẩn l (đơn vị mm) Chiều dài chuẩn là khoảng chiều dài trên bề mặt dùng để đo các điểm nhấp nhô tế vi Giá trị của chiều dài chuẩn được quy định tùy thuộc vào đặc tính của bề mặt được kiểm tra [4]
Độ nhám được phân loại thành nhiều cấp độ khác nhau, mỗi cấp độ tương ứng với chiều dài chuẩn riêng Cụ thể, độ nhám cấp 1 đến 3 có chiều dài chuẩn l = 8 mm; cấp 4 đến 6 có chiều dài chuẩn l = 2,5 mm; cấp 7 đến 9 có chiều dài chuẩn l = 0,8 mm; cấp 10 đến 12 có chiều dài chuẩn l = 0,25 mm; và cấp 13 đến 14 có chiều dài chuẩn l = 0,08 mm.
Sai lệch trung bình số học của profin R a là khoảng cách trung bình giữa các điểm trên bề mặt và đường trung bình, được tính bằng giá trị tuyệt đối trong phạm vi chiều dài chuẩn l.
𝑛∑ 𝑛 𝑖=1 |𝑦 𝑖 | (4.1) Đường trung bình là đường chia các nhấp nhô bề mặt thành hai phần sao cho diện tích của hai phần đó bằng nhau
Hình 4.7: Prôfin trên bề mặt xét theo R a Chiều cao trung bình của prôfin theo 10 điểm R z
Chiều cao trung bình của prôfin, được xác định theo 10 điểm Rz, là giá trị trung bình của 5 khoảng cách giữa 5 đỉnh cao nhất và 5 điểm đáy thấp nhất trong phạm vi chiều dài chuẩn l.
Hình 4.8: Prôfin trên bề mặt xét theo R z
Theo tiêu chuẩn TCVN 2511-95 và ISO, có 14 cấp độ nhám được ký hiệu bằng ký hiệu √ và các trị số tương ứng Cấp độ nhám từ 6 đến 12 chủ yếu sử dụng chỉ số Ra, trong khi các cấp 1 đến 5 và 13 đến 14 sử dụng chỉ số Rz Khi ghi độ nhám trên bản vẽ, nếu sử dụng Ra chỉ cần ghi giá trị, còn với Rz thì ghi chữ Rz kèm theo giá trị như hình 4.9 Trong thực tế sản xuất, cấp độ nhám đạt được phụ thuộc vào các phương pháp gia công khác nhau.
Hình 4.9: Ký hiệu độ nhám theo Ra và Rz [4]
Bảng 4.1: Các giá trị thông số độ nhám bề mặt (TCVN 2511 – 95) [4]
Trị số nhám Chiều dài chuẩn L
Phương pháp gia công Ứng dụng
1 320 - 160 8 Tiện thô, cưa, dũa, khoan
Bề mặt không tiếp xúc, không quan trọng
Bề mặt tiếp xúc tĩnh, động, bề mặt răng
Bề mặt tiếp xúc động: mặt răng, mặt pittông, xi lanh, chốt
9 0,32-0,16 0,8 Mài tinh, nghiền, gia công phương pháp đặc biệt
Bề mặt mút, van, bi, con lăn, dụng cụ đo, căn mẫu
13 0,1 - 0,05 0,08 Bề mặt chi tiết chính xác, dụng cụ đo
Bảng 4.2: Các giá trị tiêu chuẩn của Ravà Rz [4]
Độ nhám bề mặt thấp nhất ở cấp nhám 4 tương ứng với Rz từ 40 μm đến 20 μm Để đạt được mục tiêu và phương pháp thí nghiệm, đề tài lựa chọn mức gia công từ thô đến bán tinh.
4.1.5 Phương pháp đánh giá độ nhám
Các phương pháp đánh giá nhám bề mặt:
Phương pháp so sánh là kỹ thuật sử dụng mắt thường để đối chiếu bề mặt gia công với mẫu nhám, trong đó cấp nhám được chọn dựa trên cấp nhám của mẫu Tuy nhiên, độ chính xác của phương pháp này khá thấp.
Phương pháp sử dụng máy dò prôfin là một kỹ thuật hiệu quả để xác định độ nhám bề mặt, với khả năng đo từ cấp 4 đến cấp 11 Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao trong việc đánh giá tình trạng bề mặt.
- Phương pháp đo quang học (dùng kính hiển vi): Phương pháp này thường đo độ nhám từ cấp 10 đến cấp 14, đạt độ chính xác rất cao
Lý thuyết về rung động trong quá trình cắt gọt
4.2.1 Tổng quan về rung động trong quá trình cắt gọt [3]
Trong quá trình cắt gọt, việc kiểm soát rung động là rất quan trọng Rung động xảy ra khi dao hoặc mảnh dao dao động trong quá trình tiếp xúc với vật liệu.
Rung động trong quá trình gia công với vật liệu phôi có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm, độ chính xác của quá trình, tuổi thọ của dụng cụ cắt, và thậm chí gây hư hỏng cho chi tiết gia công.
Rung động trong quá trình cắt gọt có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân, trong đó phổ biến nhất là sự không cân bằng lực cắt Khi lực cắt tác động không đồng đều lên dao hoặc mảnh dao, điều này thường xảy ra do độ lún dao không đồng đều, sai lệch trong gia công hoặc sự không cân bằng trong hệ thống máy móc.
Các thông số gia công như tốc độ cắt quá cao, độ sâu cắt lớn và quá trình cắt không ổn định có thể gây ra rung động Hơn nữa, hình dạng và tính chất của dao cắt, bao gồm góc cắt, độ mài mòn và độ cứng, cũng ảnh hưởng đáng kể đến mức độ rung động trong quá trình gia công.
Rung động không chỉ làm giảm hiệu suất sản xuất mà còn gây ra tiếng ồn và rung lắc cho toàn bộ hệ thống máy móc Để kiểm soát rung động trong quá trình cắt gọt, cần thực hiện các biện pháp như tăng độ cứng của hệ thống máy, tối ưu hóa thông số gia công, sử dụng dụng cụ cắt chính xác và ổn định, cũng như đảm bảo cân bằng lực cắt.
4.2.2 Các dạng rung động và nguyên nhân gây ra rung động
Trong quá trình cắt gọt, rung động thường bao gồm các loại sau:
- Rung động tự kích thích
Rung động cưỡng bức xảy ra khi chi tiết phải chịu lực tác động từ bên ngoài, có thể phân loại thành tác động cưỡng bức chu kỳ và không chu kỳ Các nguyên nhân gây ra lực này bao gồm sai số của chi tiết trong máy, khe hở ở các mặt tiếp xúc, sự không cân bằng trong các khâu quay, sự không đồng đều trong lượng dư gia công, bề mặt gia công không liên tục, và sự truyền động rung từ các máy xung quanh Để giảm rung động cưỡng bức, cần thực hiện các biện pháp phù hợp.
- Tăng độ cứng vững của hệ thống công nghệ (máy, dao, đồ gá) để làm giảm độ dao động của các bộ phận trong quá trình gia công
Yêu cầu về độ chính xác trong chế tạo và lắp ráp máy móc, đồ gá là rất quan trọng để tránh sai lệch và đảm bảo sự ổn định trong quá trình gia công Độ chính xác cao không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tối ưu hóa hiệu suất làm việc của thiết bị.
- Tránh cắt không liên tục, giảm số lần chuyển đổi tốc độ và hướng dao động để giảm rung động
- Sử dụng phôi được chọn lọc và gia công sơ bộ để giảm những sai số và không đồng đều trong quá trình gia công chính
- Trang bị thêm cơ cấu giảm rung động vào các bộ phận cần thiết để hấp thụ và giảm tác động dao động
- Xây dựng móng máy đủ mạnh để dập tắt dao động và đảm bảo cách ly chấn động với tác động lực từ môi trường xung quanh
Để giảm thiểu ảnh hưởng của rung động đến các máy gia công chính xác, cần đặt các thiết bị có độ rung động lớn như máy dập, máy rèn và máy búa cách xa nhau Việc này giúp hạn chế sự tương tác không mong muốn và duy trì sự ổn định của toàn bộ hệ thống.
4.2.2.3 Rung động tự kích thích
Rung động tự kích thích là hiện tượng rung động phát sinh từ chính quá trình chuyển động cắt Việc xác định nguyên nhân và khắc phục hiện tượng này thường gặp nhiều thách thức.
Nguyên nhân gây ra rung động tự kích thích do:
- Lực ma sát giữa dao và phoi biến đổi khi gia công (đặc biệt là trong gia công hình thành phoi vụn)
- Sự hóa cứng không đều
- Lượng dư cắt gọt không đều
- Sự thay đổi chiều cao phoi bám
- Sự không đồng nhất của vật liệu gia công…
Rung động tự phát chỉ khắc phục được một phần chứ không loại trừ được hoàn toàn
Các nhân tố ảnh hưởng đến rung động
Khi tốc độ cắt tăng, biên độ dao động cũng gia tăng trong vùng lẹo dao Tuy nhiên, khi biên độ dao động đạt đến một giá trị cực đại, tốc độ cắt sẽ tiếp tục tăng nhưng biên độ dao động lại giảm.
- Chiều sâu cắt tăng biên độ dao động tăng ảnh hưởng đến hệ thống công nghệ
- Ảnh hưởng của thông số hình học, góc nghiêng chính φ càng tăng rung động giảm (lực
P y = P N cos𝜑; lực P y ảnh hưởng đến rung động nhiều nhất)
Trong gia công gang, hiện tượng cắt ra phoi vụn thường xảy ra do tính chất dẻo của gang và lực cắt biến đổi, dẫn đến tăng rung động Tương tự, khi cắt các vật liệu dẻo, việc hình thành lẹo dao lớn cũng dễ gây ra rung động.
Rung động trong quá trình gia công có nhiều yếu tố ảnh hưởng, đặc biệt là cơ cấu giảm chấn trên cán dao tiện ngoài so với cán dao thông thường Nghiên cứu này tập trung vào tác động của cơ cấu giảm chấn đến độ nhám bề mặt trong cùng điều kiện cắt gọt Cơ cấu giảm chấn thể hiện hiệu quả rõ rệt khi gia công ở những vị trí khó khăn, đặc biệt là khi cán dao có chiều dài lớn Chiều dài cán dao không chỉ ảnh hưởng đến chế độ cắt mà còn quyết định độ nhám và năng suất gia công.
Rung động riêng trong hệ thống máy-dụng cụ cắt và chi tiết gia công có thể xảy ra do nhiều nguyên nhân, bao gồm va đập, chế độ cắt không phù hợp và khi dụng cụ bắt đầu vào cắt Mặc dù ảnh hưởng của rung động riêng trong quá trình cắt thường không đáng kể, nhưng nó là một dạng dao động tắt dần rất nhanh.
Sự tắt dần của dao động đóng vai trò quan trọng trong việc xác định đặc tính của quá trình dao động, góp phần nghiên cứu hiện tượng rung động trong quá trình cắt.
4.2.3 Giải pháp để giảm rung động
4.2.3.1 Nhóm biện pháp liên quan tới cấu trúc máy
- Đảm bảo độ cứng vững của nền máy như giải pháp lắp đặt máy có bộ phận giảm chấn
- Lựa chọn vị trí đặt máy tối ưu tránh nguồn dao động từ bên ngoài
- Bàn trượt, bàn dao được gia công và lắp ráp đúng yêu cầu
- Biện pháp định hướng lực cắt sao cho lực cắt vuông góc với hướng của máy có độ mềm dẻo động lực học tốt nhất
4.2.3.2 Nhóm biện pháp liên quan tới phôi và dụng cụ gia công
- Dùng các bộ phận đỡ phụ làm tăng độ cứng vững của chi tiết gia công
- Giảm trọng lượng của phôi, thay đổi hình dạng phôi
- Sử dụng dao có độ cứng vững cao, dao có bộ phận giảm rung
- Chọn dao phù hợp vật liệu gia công, góc dao sắc, dao có bán kính mũi dao nhỏ hơn chiều sâu cắt
- Nếu dao gá dài cần phải tăng đường kính dao hoặc sử dụng cán dao giảm chấn
4.2.3.3 Các biện pháp liên quan tới quá trình cắt
- Sử dụng dung dịch tưới nguội phù hợp, giải nhiệt tốt, thoát phoi tốt
- Chọn hướng vào và ra dao tối ưu, quá trình gia công liên tục
- Chọn chế độ cắt tránh hiện tượng lẹo dao, phoi bám
- Sử dụng giải pháp giảm rung động, hấp thụ rung động
- Chọn chế độ cắt tối ưu, phù hợp từng loại dao và từng loại vật liệu
4.2.4.1 Các tham số động học của dao động điều hòa
- Dao động điều hòa được mô tả về phương diện động học như sau [5] y(t) = Asin(ωt + α) = Asinψ(t)
Dao động điều hòa, hay còn gọi là dao động hình sin, có những đặc điểm quan trọng như biên độ dao động A không giảm Góc pha ψ(t) = ωt + φ thể hiện trạng thái dao động tại thời điểm t, trong đó góc α là pha ban đầu Tần số vòng ω của dao động điều hòa, được đo bằng rad/s hoặc s⁻¹, là một yếu tố quan trọng trong việc xác định tốc độ dao động.
- Chu kỳ của dao động điều hòa:
- Tần số của dao động điều hòa f (Hz hoặc s -1 ):
- Mối quan hệ giữa tần số dao động f và tần số vòngω: ω = 2πf (4.7)
- Giả sử các điều kiện ban đầu là: t = 0; y(0) = y0 ;
- Phương trình dao động có dạng: y0 = Asinα (4.8)
4.2.4.2 Phương trình vi phân dao động
- Các phương trình Lagrange loại II được áp dụng để thiết lập các phương trình vi phân chuyển động của hệ có dạng tổng quát như sau [5] i i i q Q
(4.10) i = 1 – n qi: là tọa độ suy rộng
Qi: là lực suy rộng
T: là biểu thức động năng n: là số bậc tự do của hệ a Dao động cưỡng bức không cản chịu kích động điều hòa
Dao động tuyến tính cưỡng bức không cản của hệ n bậc tự do chịu kích động điều hòa có dạng: t f q C q
(4.11) Ở chế độ bình ổn ta tìm được nghiệm phương trình có dạng: t u t q ( ) = sin
(4.12) Thế vào phương trình trên ta có:
(4.13) Trong đó ma trận truyền theo công thức:
(4.14) b Phương trình đường đàn hồi của thanh chịu uốn
- Phương trình vi phân của thanh đàn hồi là [7] x x
(4.15) Trong đó EIx là độ cứng của dầm khi chịu uốn
- Lấy tích phân lần thứ nhất ta được phương trình góc xoay là:
- Lấy tích phân lần thứ hai ta được phương trình đàn hồi là:
GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Thông số thiết kế
Cán dao tiện lỗ có gắn giảm chấn phải đạt các yêu cầu sau:
- Đảm bảo an toàn cho người vận hành trong quá trình hoạt động
- Giảm rung động trên cán dao tiện lỗ
- Mẫu sau khi tiện thô thực nghiệm có độ nhám được cải thiện
- Cơ cấu giảm chấn nhỏ gọn để thuận tiện cho việc lắp ráp lên cán dao tiện lỗ
- Cơ cấu giảm chấn sau khi gắn lên cán dao tiện lỗ có thể dễ dàng điểu chỉnh trong quá trình thực nghiệm.
Phương hướng và giải pháp thực hiện
Cơ cấu giảm chấn được thiết kế với cụm lò xo trượt trên rãnh của hai bạc giảm chấn Nguyên lý hoạt động của nó là điều chỉnh vị trí tịnh tiến của bạc A (1) và bạc B (5) đến vị trí mong muốn, sau đó vặn chặt bu lông để cố định.
Để cố định hai bạc, trước tiên điều chỉnh hai bu lông lục giác chìm đến vị trí góc đã được đánh dấu Sau đó, vặn hai đai ốc để điều chỉnh chiều dài lò xo, đồng thời tạo ra lực đẩy nhằm cố định hai bu lông lục giác chìm lên rảnh của bạc A và bạc B.
Hình 5.1 Bản vẽ lắp phương án 1
- Điều chỉnh góc độ của cụm lò xo dễ dàng, do chỉ cần nới lỏng 2 đai ốc (3) b Nhược điểm
- Tâm hai đầu bu lông (2) khó điều chỉnh để trùng với vạch chia góc
- Trong lúc điều chỉnh đai ốc (3), bu lông (2) có thể bị xoay và làm sai lệch vị trí của cụm lò xo
- Chiều dài bu lông (2) bị giới hạn nên không thể thực hiện thí nghiệm ở khoảng cách lớn
Thiết kế cơ cấu giảm chấn bao gồm hai thanh ren được gắn cố định vào hai bạc Nguyên lý hoạt động là điều chỉnh vị trí và góc của bạc A (1) và bạc B (5), sau đó vặn bu lông (6) để cố định chúng Tiếp theo, lắp hai thanh ren M4 (2) vào hai bạc và cố định bằng đai ốc (3) Cuối cùng, điều chỉnh hai đai ốc (3) giữa hai bạc để thay đổi chiều dài của lò xo (4).
Hình 5.2: Bản vẽ lắp phương án 2 a Ưu điểm
- Thuận tiện cho việc điều chỉnh chiều dài lò xo (4) cho mỗi lần thí nghiệm
- Điều chỉnh một cách chính xác vị trí của cụm lò xo theo góc b Nhược điểm
- Cần phải nới lỏng bu lông (6) giữ 2 bạc khi thay đổi vị trí góc của cụm lò xo
- Mất thời gian hơn trong việc điều chỉnh góc độ của cụm lò xo cho mỗi thí nghiệm
Lựa chọn phương án
Bảng 5.1 So sánh giữa 2 phương án
Không cần nới lỏng bạc khi điều chỉnh cơ cấu lò xo x
Chiều dài lò xo điều chỉnh thuận tiện x Điều chỉnh chính xác vị trí góc của cụm lò xo x
Khả dụng với thực nghiệm x
Mất thời gian điều chỉnh x x
Dựa trên thiết kế sơ bộ và khả năng sử dụng trong chế tạo cũng như thao tác trong quá trình thực nghiệm, nhóm đã xác định rằng phương án 2 là lựa chọn tối ưu cho việc thực nghiệm cán dao tiện lỗ có gắn giảm chấn.
Chọn phương án 2 để thực hiện
Trình tự công việc tiến hành
- Xác định kích thước và loại dao tiện lỗ được dùng để thực nghiệm
- Xác định mảnh Insert được sử dụng trong thực nghiệm
- Thiết kế cơ cấu giảm chấn:
+ Thiết kế bạc giảm chấn
+ Lựa chọn bu lông để giữ cho bạc cố định
+ Tính toán thanh ren để giữ lò xo
+ Lựa chọn đai ốc để cố định thanh ren và điều chỉnh chiều dài lò xo
- Lắp ráp hoàn chỉnh mô hình cán dao tiện lỗ có gắn giảm chấn
- Đánh giá kết quả thực nghiệm
THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁN DAO TIỆN LỖ CÓ GẮN GIẢM CHẤN
Cán dao thực nghiệm
Quá trình tiện lỗ điển hình bao gồm thực nghiệm tiện thô lỗ và đo độ rung động Nhóm nghiên cứu đã chọn cán dao với góc cắt lớn để thực hiện tiện thô, đồng thời sử dụng cán dao dài để giảm độ cứng vững, giúp việc đo rung động trở nên dễ dàng hơn.
Mảnh Insert được sử dụng trong thực nghiệm
- Số hiệu mảnh insert: CPMH090308 - CA5525 KYOCERA
Thiết kế cơ cấu giảm chấn
6.3.1 Thiết kế bạc giảm chấn
Hình 6.4: Bạc B 6.3.2 Bu lông giữ cho bạc cố định
Tên gọi: Bu lông lục giác chìm không đầu DIN 916
Hình 6.5: Bu lông lục giác chìm không đầu DIN 916 - M5x10 (mm) 6.3.3 Tính toán lò xo
Tên gọi: lò xo màu đỏ TM dùng trong khuôn ép nhựa
Vật liệu: thép lò xo
Hình 6.6: Lò xo khuôn ép nhựa màu đỏ TM Kích thước:
Lmin = 27.2 mm Độ cứng lò xo: 10.69 N/mm
Khoảng cách nén lò xo: 12.8 mm
6.3.4 Thanh ren giữ lò xo
Hình 6.7: Thanh ren giữ lò xo 6.3.5 Đai ốc giữ lò xo
Vật liệu: Thép hợp kim
Chế tạo và lắp ráp thử nghiệm
Hình 6.10: Bạc giảm chấn A và B
Hình 6.11: Cơ cấu giảm chấn
Hình 6.12: Cơ cấu giảm chấn được gắn trên cán dao tiện lỗ
THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
Trình tự tiến hành thực nghiệm
Các bước tiến hành thực nghiệm:
- Bước 1: Xác định các yếu tố thực nghiệm
- Bước 2: Xác định điều kiện thực nghiệm
- Bước 3: Xác định số mẫu thực nghiệm và số lần đo độ nhám
- Bước 4: Phương thức tiến hành thực nghiệm
- Bước 5: Tiến hành thực nghiệm
- Bước 6: Đánh giá và phân tích kết quả
7.1.1 Xác định các yếu tố thí nghiệm
Dựa theo nhiệm vụ và giới hạn của đề tài, tác giả đã chọn 6 đại lượng là:
- Khoảng cách từ giá đỡ dao đến bạc B (L1)
- Khoảng cách giữa bạc B và lò xo (L3)
- Chiều dài lò xo (Llx)
Các đại lượng này ảnh hưởng đến cơ cấu giảm chấn gắn trên cán dao tiện lỗ, nhằm khảo sát tác động của 6 yếu tố đến độ nhám bề mặt trong quá trình tiện lỗ với cùng chế độ cắt (hình 7.1).
Hình 7.1: Các đại lượng thực nghiệm
Bảng 7.1: Thông số bảng đơn biến
Bảng 7.2: Thông số bảng Taguchi
Chiều dài thanh ren là yếu tố quan trọng cần lưu ý, mặc dù nó không ảnh hưởng nhiều đến cơ cấu giảm chấn Việc chọn chiều dài thanh ren phù hợp giúp lò xo giữ được hình dạng, tránh tình trạng cong vênh hoặc bung ra ngoài khi kích thước thay đổi trong quá trình thử nghiệm.
Hình 7.2: Các kích thước cần có khi tính chiều dài thanh ren
Bảng 7.3: Chiều dài thanh ren theo bảng đơn biến
STT L 2 L 3 THANH REN A THANH REN B
Bảng 7.4: Chiều dài thanh ren theo bảng Taguchi
STT L 2 L 3 THANH REN A THANH REN B
Các thí nghiệm đã được tiến hành trên máy tiện cơ Weiler D 8522 tại Xưởng thực hành nghề của Trung tâm Việt Đức, thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, địa chỉ: 1.
Võ Văn Ngân, Phường Linh Chiểu, Thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
Hình 7.3: Máy tiện Weiler D 8522 7.1.2.2 Phôi được sử dụng thí nghiệm
Sử dụng phụi thộp C45, kớch thước: D = ỉ54 x 30 mm và d = ∅34 x 30 mm
Thép C45 là loại thép có thành phần chính gồm sắt (Fe) và carbon (C) với nồng độ carbon đạt 0,45% Đây là loại vật liệu có tính carbon trung bình, thường được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế các chi tiết máy như trục và bánh răng Theo tiêu chuẩn TCVN 1766 -75, thành phần của thép C45 ngoài Fe còn bao gồm các nguyên tố khác.
Bảng 7.5: Thành phần hóa học thép C45
Hình 7.4: Phôi thí nghiệm Thép C45
7.1.2.3 Thiết bị đo độ nhám
Sử dụng thiết bị đo Surface Roughness Tester SJ – 201 của hãng Mitutoyo (Nhật)
+ Màn hình hiển thị LCD
+ Phạm vi đo: Theo trục X: 12.5mm; Z: 350μm (-200μm đến +150μm)
+ Các thông số đo: Ra, Ry, Rz, Rq, S, Sm, Pc, R3z, mr, Rt, Rp, Rk, Rpk, Rvk, Mr1, Mr2, A1, A2, Vo
+ Phạm vi hiển thị: Ra, Rq: 0.01 - 100 μm; RZ: 0.02 - 350 μm
+ Sử dụng nguồn pin hoặc điện
Hình 7.5: Máy đo độ nhám SJ – 201 7.1.2.4 Cảm biến đo rung động DynaLogger TcAs
Cảm biến đo rung động DynaLogger TcAs tích hợp giao tiếp BLE 5.3 và đế kim loại, mang đến thiết kế đơn giản, dễ sử dụng Dữ liệu được truyền trực tiếp từ cảm biến đến điện thoại qua Bluetooth và sau đó được gửi lên Cloud để lưu trữ và phân tích.
DynaLogger TcAs được phát triển để xác định xu hướng và mức độ nghiêm trọng của lỗi trong máy móc và thiết bị, tuân thủ tiêu chuẩn ISO 20816 Thiết bị này sử dụng cảm biến gia tốc và nhiệt độ tiếp xúc để giám sát các lỗi bất thường trong thiết bị và cấu trúc của hệ thống treo, khung đỡ, máy chủ, đường ống và van.
TcAs DynaLogger là thiết bị theo dõi từ xa toàn diện, cho phép xác định các thông số như gia tốc, vận tốc và chuyển vị với các chỉ số RMS, cực đại, cực đại đến cực đại và hệ số đỉnh Ngoài ra, nó cũng đo lường độ lệch, độ nhọn và nhiệt độ tiếp xúc, mang lại khả năng giám sát chính xác và hiệu quả.
+ Gia tốc kế: MEMS triaxia
+ Thời gian lấy mẫu: 1 - 60 phút
+ Dải tần số: 3 Hz đến 2,5 kHz
Hình 7.6: Cảm biến đo rung động DynaLogger TcAs 7.1.3 Xác định số mẫu thí nghiệm và số lần đo độ nhám
Thiết bị đo độ nhỏm SJ - 201 có độ chính xác đạt s = 0,01 âm, với độ chính xác mong đợi E = 0,01 âm Mức ý nghĩa trong kỹ thuật được xác định là 95%, theo bảng Student, Kβ = 1,96.
Số mẫu thí nghiệm cần thiết là:
0.001 2 = 3,8416 Chọn n = 3 Vậy số mẫu thí nghiệm cần thiết cho mỗi thông số đầu vào là 3
7.1.3.2 Số lần đo độ nhám
Thiết bị đo độ nhỏm SJ – 201 cú độ chớnh xỏc là 0,01 àm Độ chớnh xỏc mong đợi E
= 0,01 àm Mức ý nghĩa dựng trong kỹ thuật là 95% tra bảng Student [8] thỡ Kβ = 1,96; tính số lần đo lặp lại cho mỗi mức thí nghiệm:
0.001 2 = 3,8416 Chọn n = 5 Vậy tương ứng với một mức thí nghiệm sẽ đo độ nhám 5 lần
7.1.4 Các bước thí nghiệm so sánh
- Chiều dài gá phôi: 28 (mm)
- Chiều dài gá dao: 75-87 (mm)
Hình 7.8: Gá dao 7.1.4.2 Vị trí đặt cảm biến trên cán dao tiện
Cảm biến được lắp đặt gần mép giá đỡ dao nhằm đảm bảo không bị hư hỏng trong quá trình cắt gọt, đồng thời thu thập kết quả đo rung động một cách chính xác nhất.
Hình 7.9: Vị trí đặt cảm biến đo rung động trên cán dao tiện
7.1.4.3 Mẫu thí nghiệm được tiện lỗ với cán dao có giảm chấn
Sau khi gia công tạo chuẩn, mẫu thí nghiệm được tiện lỗ bằng cán dao giảm chấn, với kích thước lỗ yêu cầu là ỉ35 ± 0.1 x 30 (mm) trên máy tiện cơ Weiler D 8522.
Hình 7.10: Quá trình tiện với cán dao giảm chấn
Hình 7.11: Sản phẩm được tiện bằng cán dao giảm chấn 7.1.7.4 Đo độ nhám
Sau khi mẫu thí nghiệm được tiện lỗ bằng cán dao có giảm chấn, sẽ tiến hành đo độ nhám Để đảm bảo tính chính xác, chọn ngẫu nhiên 5 vị trí trên mẫu để thực hiện việc đo độ nhám (hình 7.12).
Kết quả thí nghiệm
Các thí nghiệm được tiến hành với cùng một chế độ cắt khi thay đổi lần lượt 6 đại lượng (L, L1, L2, L3, Llx, α) Trong đó:
+ L thay đổi từ 75 – 87 mm (mỗi lần thay đổi 3 mm)
+ L1 thay đổi từ 10 – 22 mm (mỗi lần thay đổi 3 mm)
+ L2 thay đổi từ 50 – 70 mm (mỗi lần thay đổi 5 mm)
+ L3 thay đổi từ 6 – 26 mm (mỗi lần thay đổi 5 mm)
+ ℓ thay đổi từ 30 – 38 mm (mỗi lần thay đổi 2 mm)
+ α thay đổi từ 0 0 - 360 0 (mỗi lần thay đổi 72 0 )
Trong mỗi lần thí nghiệm, chúng tôi sẽ điều chỉnh từ một đến hai thông số giảm chấn, sau đó tiến hành đo độ nhám của mẫu Việc đo được thực hiện 5 lần trên máy đo độ nhám Mitutoyo SJ-201 để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả.
Chế độ cắt: n = 1000 (vòng/phút), s = 0.2 (mm/vòng), t = 0.25 (mm)
7.2.1 Thí nghiệm với bảng đơn biến:
Bảng 7.6: Kết quả bảng đơn biến
7.2.1.1 Ảnh hưởng của khoảng kẹp L đến độ nhám
Thông qua số liệu thu được từ các thí nghiệm ở đồ thị hình 7.13 với giá trị L thay đổi từ
Giá trị độ nhám bề mặt của mẫu thử giảm đáng kể trong khoảng kẹp từ 81 – 87 mm, với giá trị L = 87 mm đạt độ nhám thấp nhất là 34.23 μm Kết quả này chỉ ra rằng khoảng kẹp của cán dao tiện lỗ có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt.
7.2.1.2 Ảnh hưởng của giá trị L 1 (khoảng cách từ giá đỡ dao đến bạc B) đến độ nhám
Theo Đồ thị hình 7.14 và bảng 7.3, khi thay đổi giá trị L1 trong khi giữ nguyên các giá trị khác, giá trị L1 = 10 mm cho kết quả độ nhám thấp nhất Điều này chứng tỏ rằng việc tăng giá trị L1 làm giảm độ ổn định của cán dao giảm chấn.
Hình 7.13: Giá trị độ nhám Rz (μm) khi thay đổi giá trị L
Hình 7.14: Giá trị độ nhám Rz (μm) khi thay đổi giá trị L1
Việc thay đổi giá trị L1 mà không điều chỉnh vị trí của 5 giá trị còn lại chỉ mang lại sự giảm nhẹ về độ nhám bề mặt của mẫu thử Do đó, để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc cải thiện độ nhám bề mặt, cần xem xét đồng thời các yếu tố khác bên cạnh giá trị L1.
7.2.1.3 Ảnh hưởng của giá trị L 2 (khoảng cách giữa 2 bạc) đến độ nhám
Kết quả từ thí nghiệm cho thấy khi thay đổi giá trị L2 và giữ nguyên các giá trị còn lại, độ nhám bề mặt của mẫu thử tăng nhưng không đáng kể so với giá trị L1 Cụ thể, với L2 = 50 mm, độ nhám thấp nhất được ghi nhận trong khoảng từ 50 đến 70 mm Điều này cho thấy rằng giá trị L2 trong khoảng 50 đến 60 mm có ảnh hưởng lớn đến cơ cấu giảm chấn của cán dao tiện lỗ, góp phần làm giảm độ nhám bề mặt của mẫu thử.
7.2.1.4 Ảnh hưởng của giá trị L 3 (khoảng cách giữa bạc B và lò xo) đến độ nhám
Theo đồ thị hình 7.16 và bảng 7.3, khi thay đổi giá trị L3 từ 6 đến 26 mm trong khi giữ nguyên các giá trị khác, độ nhám bề mặt của mẫu thử thể hiện sự không ổn định, có lúc tăng và có lúc giảm Đặc biệt, tại giá trị L3 = 11 mm, kết quả đo đạt được sự chú ý.
Hình 7.15: Giá trị độ nhám Rz (μm) khi thay đổi giá trị L2
Hình 7.16: Giá trị độ nhám Rz (μm) khi thay đổi giá trị L3
Giá trị đo độ nhám thấp nhất là 37.51 μm, với kích thước trong khoảng 6 đến 26 mm Để tác động lên cơ cấu giảm chấn và giảm độ nhám bề mặt của mẫu thử, giá trị L3 cần nằm trong khoảng từ 11 đến 16 mm.
7.2.1.5 Ảnh hưởng của giá trị L lx (chiều dài lò xo) đến độ nhám
Theo số liệu từ Đồ thị hình 7.17, khi điều chỉnh giá trị Llx từ 30 đến 38 mm và giữ nguyên các giá trị còn lại, kết quả độ nhám đạt được rất khả quan Cụ thể, với giá trị Llx = 30 mm, độ nhám thấp nhất ghi nhận là 32.04 μm, cho thấy rằng chiều dài lò xo ảnh hưởng trực tiếp đến cơ cấu giảm chấn trên cán dao tiện lỗ, dẫn đến độ nhám tối ưu nhất.
7.2.1.6 Ảnh hưởng của góc 𝜶 đến độ nhám
Theo số liệu từ đồ thị hình 7.18, khi thay đổi giá trị α từ 0 đến 360° và giữ nguyên 5 giá trị còn lại, giá trị α = 72° cho kết quả đo độ nhám bề mặt mẫu thử thấp nhất là 35.83 μm Điều này cho thấy góc α có ảnh hưởng mạnh đến độ nhám bề mặt.
Hình 7.17: Giá trị độ nhám Rz (μm) khi thay đổi giá trị Llx
Hình 7.18: Giá trị độ nhám Rz (μm) khi thay đổi giá trị góc α
60 đến cơ cấu giảm chấn trong khoảng từ 72° đến 144° cho ra kết quả độ nhám thấp, còn lại các vị trí khác thì độ nhám bề mặt vẫn cao
7.2.2 Thí nghiệm với bảng Taguchi
Bảng 7.7: Kết quả bảng Taguchi
Kết quả từ thí nghiệm cho thấy mẫu thử số 21 có độ nhám bề mặt thấp nhất, đạt 33.32 μm, theo bảng Taguchi.
7.2.3 Thí nghiệm với cảm biến đo rung động
Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng việc đo độ nhám bề mặt của mẫu thử qua bảng đơn biến đạt kết quả tốt hơn, với giá trị Rz = 32.04 μm, là mức thấp nhất trong hai bảng thí nghiệm được thực hiện.
Sau khi đo độ nhám bề mặt của các mẫu thử qua các thí nghiệm, nhóm đã chọn được thí nghiệm cho kết quả độ nhám thấp nhất Tiếp theo, nhóm tiến hành đo độ rung động tại vị trí thí nghiệm và ghi nhận kết quả độ nhám bề mặt thấp nhất qua ba trường hợp khác nhau.
+ Trường hợp 1: Cán dao tiện lỗ không gắn giảm chấn
+ Trường hợp 2: Cán dao tiện lỗ gắn 2 bạc
+ Trường hợp 3: Cán dao tiện lỗ gắn 2 bạc và lò xo
Hình 7.20: Trường hợp 1 Cán dao tiện lỗ không gắn giảm chấn
Số thứ tự thí nghiệm
Hình 7.19: Giá trị độ nhám Rz (μm) theo số thứ tự thí nghiệm
Hình 7.21: Trường hợp 2: Cán dao tiện lỗ gắn 2 bạc
Hình 7.22: Trường hợp 3: Cán dao tiện lỗ gắn 2 bạc và lò xo
Hình 7.23: Biểu đồ đo độ rung động theo gia tốc (m/s 2 )
Trường hợp 1 Trường hợp 2 Trường hợp 3
Hình 7.24: Biểu đồ đo độ rung động theo chuyển vị (mm)
Trường hợp 1 Trường hợp 2 Trường hợp 3
Hình 7.25: Biểu đồ dao động trường hợp 1
Hình 7.26: Biểu đồ dao động trường hợp 2
Hình 7.27: Biểu đồ dao động trường hợp 3
Sau khi thu thập kết quả đo độ rung động 3 trường hợp, tiến hành đo lại độ nhám bề mặt của mẫu thử cho từng trường hợp
Bảng 7.8: Giỏ trị độ nhỏm Rz (àm) trường hợp 1
Lần đo Độ nhám (Rz) Hình ảnh
TB: 98.114 Cấp độ nhám: Cấp 2
Bảng 7.9: Giỏ trị độ nhỏm Rz (àm) trường hợp 2
Lần đo Độ nhám (Rz) Hình ảnh
Bảng 7.10: Giỏ trị độ nhỏm Rz (àm) trường hợp 3
Lần đo Độ nhám (Rz) Hình ảnh
TB: 63.588 Cấp độ nhám: cấp 3
TB: 31.922 Cấp độ nhám: cấp 4
Hình 7.28: Sản phẩm trường hợp 1
Hình 7.29: Sản phẩm trường hợp 2
Hình 7.30: Sản phẩm trường hợp 3
Biểu đồ hình 7.29 và bảng 7.5 cho thấy trường hợp 1 (cán dao tiện lỗ không gắn giảm chấn) tạo ra rung động lớn nhất, dẫn đến giá trị độ nhám bề mặt cao Trong khi đó, trường hợp 2 (cán dao tiện lỗ gắn 2 bạc) chỉ giảm rung động và độ nhám không đáng kể so với trường hợp 1 Trường hợp 3 (cán dao tiện lỗ gắn 2 bạc và lò xo) cho kết quả rung động và độ nhám thấp nhất, cho thấy rằng rung động có ảnh hưởng lớn đến độ nhám và độ bóng bề mặt Cụ thể, rung động càng nhỏ thì trị số Rz càng nhỏ, dẫn đến bề mặt chi tiết càng nhẵn.
Hình 7.31: Biểu đồ độ nhám trung bình (Rz) cho 3 trường hợp
Trường hợp 1 Trường hợp 2 Trường hợp 3 Độ nhám trung bình (Rz)