Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ gia công hợp lý cho biên dạng tiện phay cnc phức tạp dựa trên sử dụng phương pháp taguchi

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

Lý do chọn đề tài

Gia công trên máy CNC đang ngày càng phát triển và được áp dụng rộng rãi Nghiên cứu và phát triển khả năng gia công trên các máy CNC là cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất và tối ưu hóa lợi ích kinh tế.

Nghiên cứu và áp dụng công nghệ gia công trên máy CNC đang phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam và toàn cầu Công nghệ này không chỉ nâng cao độ chính xác trong gia công mà còn giúp giảm chi phí sản phẩm Tuy nhiên, bên cạnh khả năng gia công chính xác, chế độ cắt cũng đóng vai trò quan trọng trong chất lượng sản phẩm Do đó, tối ưu hóa chế độ cắt và lựa chọn chế độ cắt phù hợp là yêu cầu cần thiết trong quá trình gia công.

Trong gia công, mỗi loại vật liệu phôi yêu cầu chế độ cắt riêng để đạt được cơ tính mong muốn, nhưng không phải lúc nào cũng chính xác Các yếu tố nhiễu không xác định có thể ảnh hưởng đến kết quả gia công, dẫn đến các giá trị cài đặt chỉ đạt được mức độ tin cậy nhất định Do đó, nghiên cứu để xác định chế độ cắt hợp lý là rất cần thiết Mặc dù có nhiều phương pháp tối ưu hóa chế độ cắt, nhưng các phương pháp lý thuyết thường có độ tin cậy thấp, trong khi các phương pháp thực nghiệm tuy đáng tin cậy nhưng yêu cầu nhiều thí nghiệm Phương pháp Taguchi nổi bật như một giải pháp hiệu quả để khắc phục những vấn đề này.

Phương pháp Taguchi là một kỹ thuật tối ưu hóa thực nghiệm, giúp thiết kế quy trình ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố nhiễu Bằng cách sử dụng dãy trực giao trong quy hoạch thực nghiệm, phương pháp này không chỉ giảm thiểu số lượng thí nghiệm cần thực hiện mà còn cho phép điều chỉnh nhanh chóng các thông số để đạt được mức tối ưu.

Để nâng cao hiệu quả và chất lượng gia công, bài viết này nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định chế độ gia công hợp lý cho biên dạng tiện - phay.

CNC phức tạp dựa trên sử dụng phương pháp Taguchi” đã được chọn.

Mục đích nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu là phát triển một quy trình gia công ổn định và tin cậy, tập trung vào việc xác định chế độ gia công tối ưu cho biên dạng tiện - phay CNC phức tạp Nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm thời gian chế tạo và tiết kiệm tài nguyên.

Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ gia công phay - tiện CNC

Nghiên cứu tổng quan về phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi cho thấy rằng phương pháp này hiệu quả trong việc đánh giá ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy CNC Việc áp dụng phương pháp Taguchi giúp tối ưu hóa quy trình gia công, nâng cao độ chính xác và giảm thiểu sai số trong sản phẩm Thông qua các thí nghiệm được thiết kế hợp lý, nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về mối quan hệ giữa các yếu tố kỹ thuật và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

- Xây dựng mô hình thực nghiệm gia công chi tiết trên máy CNC, thu thập và xử lý dữ liệu

- Phân tích dữ liệu dựa trên phương pháp Taguchi để xác định chế độ gia công hợp lý.

Phương pháp nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định chế độ gia công hợp lý cho chi tiết có biên dạng phức tạp bằng phương pháp Taguchi, kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm giúp làm rõ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến biến dạng chi tiết và độ nhám bề mặt Đồng thời, nghiên cứu lý thuyết áp dụng phương pháp Taguchi để phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm, nhằm tối ưu hóa thông số và xác định chế độ gia công hiệu quả.

Các công cụ dùng để nghiên cứu

- Phôi dùng cho phay CNC là thép SKD11, cho tiện CNC là Inox 316L

- Gia công trên máy phay CNC Mazak, máy tiện CNC là NR20

- Máy đo CMM, máy đo độ nhám.

Dự kiến kết quả đạt được

- Xây dựng mô hình nghiên cứu

- Xác định được ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi gia công

1.7 Kết cấu của ĐATN ĐATN bao gồm 6 chương, trong đó :

- Chương 1: Giới thiệu về đề tài

- Chương 2: Tổng quan về tiện CNC, quá trình hình thành phoi

- Chương 3: Nghiên cứu phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi

- Chương 4: Xây dựng mô hình thực nghiệm

- Chương 5: Tổng quan về máy phay CNC, quá trình phay CNC

- Chương 6: Xây dựng mô hình thực nghiệm

TỔNG QUAN VỀ TIỆN CNC, QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI

Giới thiệu về quá trình tiện

Gia công tiện là một trong những phương pháp gia công phổ biến, trong đó dao tiện di chuyển tịnh tiến để cắt phôi đang quay Quá trình này cho phép tạo ra hình dáng và kích thước mong muốn cho phôi, có thể thực hiện trên bề mặt ngoài hoặc bề mặt trong (khoan) Để tối ưu hóa hiệu quả gia công, cần điều chỉnh các thông số cắt như tốc độ cắt (v), tốc độ trục chính (S), chiều sâu cắt (t) và lượng chạy dao (F).

Gia công tiện chủ yếu được thực hiện trên máy tiện, nhưng cũng có thể sử dụng máy phay, máy khoan, máy doa ngang và máy doa đứng Tiện chiếm khoảng 25 – 50% trong tổng thể gia công kim loại bằng cắt Ngoài việc gia công tiện, máy tiện còn hỗ trợ các quá trình khác như khoan, khoét, doa và taro.

Khả năng công nghệ của tiện rất cao, phương pháp tiện có thể :

- Gia công mặt trụ ngoài và trong;

- Gia công các loại ren vít trong hoặc ngoài;

- Gia công mặt định hình;

- Gia công rãnh ngoài, cắt đứt;

- Gia công rãnh trong lỗ;

- Gia công mặt côn ngoài và trong;

Gia công tiện là phương pháp chủ yếu để sản xuất các chi tiết có hình dạng xoay quanh trục, bao gồm trục trơn, côn, lỗ, puli và bánh răng Quá trình này sử dụng các công cụ như dao tiện, mũi khoét, mũi doa và taro để tạo ra các sản phẩm chính xác và chất lượng cao.

Bảng 2.1: Chất lượng chi tiết sau khi tiện

Dạng bề mặt và phương pháp tiện Độ chính xác kích thước (TCVN)

Hình 2.1: Phân loại chi tiết tiện Đối xứng:

Trục là thành phần có hình dạng tròn với tỷ lệ chiều dài l so với đường kính d (l/d) lớn hơn 3 Các loại trục bao gồm trục trên, trục bậc, trục có then hoặc rãnh then, cùng với trục có côn hoặc phần định hình.

- Bạc: đặc điểm của chi tiết này là có lỗ Tỷ lệ l/d >= 3 bao gồm bạc lót, ống lót, bạc có thành mỏng

- Các chi tiết dạng hình đĩa: tỷ lệ ld ≤ 0,5, gồm đĩa vòng đệm, mặt bích, vô lăng, đĩa xích, bánh răng v.v

Chi tiết không đối xứng bao gồm các thành phần lệch tâm và đặc biệt như thanh giằng, ống nối, và khớp nối Quá trình gia công các chi tiết này có thể bị ảnh hưởng do đặc điểm kết cấu, vì vậy việc phân loại và xác định quy trình gia công cho từng dạng chi tiết không đối xứng là rất quan trọng trong sản xuất Những chi tiết này thường yêu cầu các phương pháp gia công đặc biệt và độ chính xác cao để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và chất lượng Nhờ vào sự phát triển của công nghệ và máy móc, việc gia công các chi tiết không đối xứng đã trở nên hiệu quả và tiết kiệm thời gian hơn, cho phép kỹ sư và nhà sản xuất áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến.

6 để tạo ra các chi tiết không đối xứng với chất lượng cao và đáp ứng được yêu cầu của khách hàng

Trong quá trình tiện, có hai chuyển động chính là chuyển động xoay tròn của phôi và chuyển động tịnh tiến của dao

Chuyển động xoay tròn của phôi là quá trình quay quanh một trục cố định, tiêu tốn phần lớn công suất của máy Khi dao cắt gọt được đưa vào, nó sẽ tạo ra một vòng trên bề mặt chi tiết gia công.

Trong quá trình gia công, chuyển động tịnh tiến của dao kết hợp với chuyển động xoay tròn của phôi đóng vai trò quan trọng Chuyển động tịnh tiến cho phép dao di chuyển tương đối đến vật phôi, tạo ra sự cắt gọt và hình thành chi tiết gia công Sự kết hợp của hai chuyển động này là cần thiết để tiến hành quá trình tiện, giúp chế tạo các chi tiết với hình dạng và kích thước mong muốn.

Hình 2.2 mô tả các chuyển động cơ bản của máy và các bề mặt trên chi tiết gia công, bao gồm tiện ngoài, tiện mặt đầu và tiện cắt đứt Các bề mặt được chỉ rõ gồm mặt chưa gia công và mặt cắt gọt, giúp người đọc hiểu rõ hơn về quy trình gia công cơ khí.

Mặt đã gia công; I Chuyển động chính; II Chuyển động tiến dao

Các bề mặt hình thành trên chi tiết khi gia công:

- Mặt chưa gia công: là bề mặt chi tiết trước khi bị cắt đi một lớp kim loại

- Mặt đang gia công: là bề mặt được tạo thành trực từ tiếp lưỡi dao trong quá trình cắt gọt

- Mặt đã gia công: là bề mặt chi tiết sau khi được cắt đi một lớp kim loại

Hình 2.3: Các loại phoi tiện a/ Phoi xếp b/ Phoi bậc c/ Phoi xoắn d/ Phoi dây hình e/ Phoi vụn

Phoi xếp là hiện tượng thường xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo như thép và đồng thau mềm Hiện tượng này thường xuất hiện khi tốc độ cắt thấp, với chiều dày cắt lớn và góc cắt có giá trị tương đối lớn.

- Phoi bậc: thường xuất hiện trong quá trình gia công thép có độ cứng trung bình, nhôm và các hợp kim của nó với tốc độ cắt trung bình

- Phoi xoắn: tạo thành trong quá trình gia công các vật liệu dẻo như thép, đồng thau mềm và các vật liệu tương tự

- Phoi dây: tạo thành khi gia công thép mềm, đồng, chì, thiếc và một số chất dẻo khác với tốc độ cắt lớn

- Phoi vụn: hình thành trong quá trình gia công các vật liệu giòn như gang, đồng đỏ,v.v

Hình 2.4: Các bộ phận cơ bản của dao tiện

Các bộ phận cơ bản của dao bao gồm thân (cán) để giữ dao trên ổ gá và đầu dao (phần cắt gọt) với các yếu tố cơ bản.

- Mặt trước: trong quá trình cắt gọt phoi thoát ra theo mặt này

- Mặt sau: gồm có mặt sau chính và mặt sau phụ đối diện với mặt gia công

Lưỡi cắt gọn bao gồm hai thành phần chính: lưỡi cắt chính, là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính của dao, và lưỡi cắt phụ, là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ của dao.

- Mũi dao là giao điểm của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ Mũi dao có thể nhọn hoặc bo tròn với bán kính r

Để đảm bảo độ chính xác về kích thước, hình dáng và độ nhám bề mặt của chi tiết, việc lựa chọn hình dáng hình học, các góc và dạng mặt trước của dao là vô cùng quan trọng.

Hình 2.5: Các góc cơ bản của dao trên hình chiếu bằng

- Góc trên hình chiếu bằng 𝜑 và 𝜑 1 : là góc tạo bởi hình chiếu của lưỡi cắt chính (phụ) trên mặt đáy với phương chạy dao

Hình 2.6: Các góc cơ bản của dao tiện

𝛼: góc sát (góc sau chính); 𝛽: góc nêm (góc sắc); 𝛾: góc thoát (góc trước); 𝛿: góc cắt gọt

Các loại dao tiện

Trong quá trình tiện, người ta sử dụng nhiều loại dao khác nhau tùy thuộc vào hình dạng, kích thước và độ chính xác của chi tiết:

- Theo hướng tiện của dao trong quá trình tiện, ta có dao trái và dao phải

- Theo hình dáng và vị trí của đầu dao so với thân dao có dao thẳng, dao đầu cong vào dao cắt đứt

Các loại dao tiện bao gồm: dao tiện ngoài đầu thẳng, dao tiện đầu cong, dao tiện mặt đầu, dao cắt rãnh, dao cắt đứt, dao tiện định hình, dao tiện ren và dao tiện lỗ Những công cụ này được sử dụng để thực hiện các công việc tiện khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng trong gia công cơ khí.

Theo cấu trúc, dao có hai loại chính: dao liền, được chế tạo từ một loại vật liệu duy nhất, và dao chắp, trong đó cán dao thường được làm bằng thép kết cấu, trong khi phần lưỡi dao được chế tạo từ vật liệu dụng cụ cắt.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ phân loại dao theo công dụng, bao gồm các loại sau: dao phá thẳng, dao phá đầu cong, dao vai, dao xén mặt đầu, dao cắt đứt, dao cắt rãnh, dao định hình, dao tiện ren, dao tiện lỗ suốt và dao tiện lỗ kín Mỗi loại dao có những đặc điểm và ứng dụng riêng, phục vụ cho các nhu cầu gia công khác nhau trong ngành chế tạo.

Vật liệu làm dao

Dao tiện được sản xuất từ nhiều loại vật liệu khác nhau, tùy thuộc vào ứng dụng, điều kiện cắt và vật liệu gia công Các vật liệu phổ biến được sử dụng trong chế tạo dao tiện bao gồm:

Thép tốc độ cao (HSS) là loại thép công cụ phổ biến trong ngành gia công, đặc biệt cho các công cụ tiện Với độ bền vượt trội, khả năng chống mài mòn tốt và khả năng duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao, HSS là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác và hiệu suất cao.

Cacbua là vật liệu được tạo thành từ sự kết hợp giữa cacbua vonfram và coban, nổi bật với độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tuyệt vời Đặc biệt, cacbua còn duy trì được các cạnh cắt sắc nét ngay cả ở nhiệt độ cao, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong công nghiệp.

Gốm sứ là vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng tốc độ cao nhờ vào độ cứng vượt trội, khả năng chống mài mòn tốt và khả năng duy trì lưỡi cắt hiệu quả ở nhiệt độ cao.

Boron Nitride khối (CBN) là một vật liệu siêu cứng lý tưởng cho gia công thép cứng và các vật liệu khó gia công khác Với độ ổn định nhiệt cao, khả năng chống mài mòn vượt trội và khả năng duy trì các cạnh cắt sắc nét, CBN trở thành lựa chọn hàng đầu trong ngành công nghiệp chế tạo.

Kim cương đa tinh thể (PCD) là vật liệu kim cương tổng hợp phổ biến trong gia công kim loại màu và nhựa Với độ cứng vượt trội và khả năng chống mài mòn, PCD giữ được các cạnh cắt sắc nét ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám, kích thước, dung sai của chi tiết tiện Inox 316L

Thép không gỉ được phát hiện và phát triển lần đầu vào đầu thế kỷ 20 bởi các nhà luyện kim Harry Brearley ở Anh và Leon Guillet ở Pháp Họ đã nghiên cứu để cải thiện khả năng chống ăn mòn của thép bằng cách thêm crom vào hợp kim Năm 1913, Brearley đã sản xuất thành công loại thép không gỉ đầu tiên với khoảng 12% crôm.

Trong những năm gần đây, quy trình sản xuất thép không gỉ và các thành phần hợp kim đã có nhiều tiến bộ Vào thập niên 1950, AISI (Viện Sắt thép Hoa Kỳ) đã thiết lập hệ thống đánh số tiêu chuẩn để phân loại các loại thép không gỉ AISI 316L, thuộc dòng AISI 300, nổi bật với khả năng chống ăn mòn xuất sắc và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.

Thép không gỉ AISI 316L, hay còn gọi là Inox 316L, là một biến thể carbon thấp của thép không gỉ AISI 316 Chữ "L" trong tên gọi này đại diện cho "Low carbon", cho thấy hàm lượng carbon của nó thấp hơn so với thép không gỉ AISI 316 tiêu chuẩn Hàm lượng carbon thấp giúp giảm nguy cơ nhạy cảm và ăn mòn giữa các hạt, đặc biệt khi thép không gỉ tiếp xúc với môi trường hàn hoặc nhiệt độ cao.

Inox, từ tiếng Pháp "Inoxydable", có nghĩa là "không gỉ", thường được dùng để chỉ vật liệu thép không gỉ Inox 316L là một loại thép không gỉ nổi bật với đặc tính chống ăn mòn vượt trội.

Inox 316L hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như chế biến hóa chất, dược phẩm, thực phẩm và đồ uống, hàng hải, thiết bị y tế và kiến trúc Vật liệu này nổi bật với khả năng chống ăn mòn xuất sắc, chịu nhiệt độ cao, tính chất cơ học tốt và khả năng tương thích sinh học, giúp nó đáp ứng tốt các yêu cầu khắt khe trong nhiều môi trường khác nhau.

Thép không gỉ 316, hay còn gọi là Inox 316 hoặc SUS316, được cấu tạo từ cacbon, với 17% crom, 12,5% niken và 2,5% molypden Sự bổ sung niken và molypden giúp Inox 316 có khả năng chống ăn mòn vượt trội trong các môi trường khắc nghiệt, đồng thời mang lại tính chất chống nhiễm từ và chống oxy hóa tốt.

Bảng 2.2: Thành phần hoá học của Inox 316L

C Mn Si P S Cr Mo Ni N

Bảng 2.3:Tính chất của vật liệu

Tính chất Giá trị Độ cứng 217 HB Độ bền kéo 515 Mpa Độ giãn dài giới hạn 60%

Hệ số Poisson 0,3 Độ bền mỏi 205 MPa Độ bền va đập (Izod impact) 150 J

Module đàn hồi trượt 77 Gpa Độ bền cắt 550 Mpa

- Tính gia công của Inox 316L

Thép không gỉ Inox 316L nổi bật với khả năng gia công tốt, nhưng cần lưu ý rằng nó có thể khó gia công hơn so với các vật liệu khác, chẳng hạn như thép cacbon.

Dưới đây là một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng gia công của Inox 316L:

1 Thép không gỉ Inox 316L có xu hướng hóa cứng trong quá trình gia công, điều đó có nghĩa là nó trở nên cứng hơn và khó cắt hơn khi quá trình gia công diễn ra Để giảm thiểu quá trình làm cứng công việc, nên sử dụng tốc độ cắt, bước tiến và kỹ thuật dụng cụ thích hợp

2 Dụng cụ cắt: Việc lựa chọn dụng cụ cắt phù hợp là rất quan trọng để gia công Inox 316L Các công cụ làm từ thép gió (HSS) hoặc cacbua rắn thường được sử dụng Hạt dao cacbua có các cạnh cắt sắc bén và hình dạng dụng cụ phù hợp có thể mang lại kết quả tốt hơn

3 Tốc độ cắt và bước tiến: Tối ưu hóa tốc độ cắt và bước tiến là điều cần thiết để đạt được hiệu quả gia công Inox 316L Tốc độ cắt cao với bước tiến thấp có thể giúp giảm quá trình hóa cứng và đảm bảo kiểm soát phoi tốt hơn

4 Bôi trơn và làm mát: Việc bôi trơn và làm mát đầy đủ rất quan trọng trong quá trình gia công để giảm ma sát, tích tụ nhiệt và mài mòn dụng cụ Có thể sử dụng chất làm mát, chẳng hạn như chất lỏng cắt gọt gốc dầu hoặc hòa tan trong nước để cải thiện hiệu suất gia công

5 Độ cứng và ổn định: Duy trì độ cứng và ổn định trong thiết lập gia công là rất quan trọng để đạt được kết quả chính xác và nhất quán Rung động và tiếng kêu nên được giảm thiểu để tránh làm lệch dụng cụ và bề mặt kém hoàn thiện

6 Cân nhắc sau khi gia công: Sau khi gia công Inox 316L, thường xuất hiện một lớp mỏng, cứng lại trên bề mặt gia công Lớp này có thể được loại bỏ thông qua các quy trình như tẩy, thụ động hóa hoặc đánh bóng điện

Gia công thép không gỉ Inox 316L yêu cầu chú ý đến các thông số cắt, lựa chọn công cụ và kỹ thuật gia công phù hợp Cần tham khảo hướng dẫn gia công cho dụng cụ và thiết bị cụ thể, đồng thời xem xét các yêu cầu và dung sai trong quá trình gia công.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

2.5.1 Ảnh hưởng của tốc độ trục chính (Spindle speed):

Tốc độ trục chính trong nguyên công tiện có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt Cụ thể, tốc độ trục chính quyết định chất lượng bề mặt hoàn thiện, với tốc độ cao thường dẫn đến bề mặt mịn hơn, trong khi tốc độ thấp có thể tạo ra độ nhám lớn hơn Việc điều chỉnh tốc độ trục chính là yếu tố quan trọng để đạt được kết quả gia công tối ưu.

Tốc độ gia công bề mặt cao hơn nhờ vào tốc độ trục chính cao, dẫn đến độ hoàn thiện bề mặt được cải thiện Việc tăng tốc độ bề mặt giúp giảm thời gian tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi gia công, từ đó giảm thiểu khả năng tạo ra vết dụng cụ và mang lại bề mặt mịn hơn.

Tốc độ trục chính ảnh hưởng trực tiếp đến độ mài mòn của dụng cụ, từ đó tác động đến độ nhám bề mặt Khi tốc độ trục chính cao, nhiệt độ tăng do lực cắt và ma sát, dẫn đến mài mòn dụng cụ nhanh hơn Mài mòn quá mức có thể làm giảm chất lượng lưỡi cắt và gây ra những bất thường trên bề mặt phôi Vì vậy, việc lựa chọn tốc độ trục chính phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo sự cân bằng giữa độ hoàn thiện bề mặt và tuổi thọ của dụng cụ.

Tốc độ trục chính quá cao trong quá trình tiện có thể gây ra rung và tiếng kêu, làm giảm chất lượng bề mặt sản phẩm Hiện tượng rung động không chỉ tạo ra tiếng kêu từ dụng cụ mà còn gây ra các bất thường trên bề mặt phôi, dẫn đến độ nhám kém Để đảm bảo quá trình cắt diễn ra suôn sẻ và đạt được bề mặt hoàn thiện tốt hơn, việc lựa chọn tốc độ trục chính tối ưu là rất quan trọng để tránh rung và tiếng kêu.

Tốc độ trục chính đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và thoát phoi Tốc độ cao hơn giúp bẻ phoi thành kích thước nhỏ hơn, dễ quản lý, từ đó cải thiện hiệu quả loại bỏ phoi khỏi khu vực cắt Việc thoát phoi đúng cách không chỉ ngăn chặn hiện tượng cắt lại phoi mà còn nâng cao độ hoàn thiện bề mặt.

Vật liệu phôi có ảnh hưởng lớn đến tốc độ trục chính cần thiết để đạt được độ hoàn thiện bề mặt mong muốn Các vật liệu mềm như nhôm thường yêu cầu tốc độ trục chính cao hơn để có bề mặt mịn, trong khi vật liệu cứng như thép tôi lại có thể cần tốc độ thấp hơn để giảm mài mòn dụng cụ và cải thiện độ hoàn thiện Tốc độ trục chính tối ưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại vật liệu, hình học dụng cụ và các thông số cắt khác Do đó, việc thử nghiệm và xem xét các yêu cầu cụ thể của quá trình gia công là cần thiết để xác định tốc độ trục chính phù hợp.

2.5.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao (Feed rate)

Lượng chạy dao là tốc độ mà dụng cụ cắt di chuyển dọc theo phôi gia công, và nó có tác động lớn đến độ nhám bề mặt trong quá trình tiện.

Độ dày phoi là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng gia công, với lượng chạy dao cao hơn dẫn đến độ dày phoi lớn hơn Điều này có thể tạo ra bề mặt hoàn thiện thô hơn và làm tăng khả năng xuất hiện vết dao cũng như các vết không đều trên bề mặt phôi, từ đó làm gia tăng độ nhám bề mặt.

Lượng chạy dao quá cao có thể gây ra vết và khuyết tật trên bề mặt phôi, dẫn đến các vết xước do quá trình hình thành và kiểm soát phoi không đầy đủ Những dấu công cụ này ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ nhám bề mặt, làm giảm độ hoàn thiện mong muốn.

Lực cắt và độ rung ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng gia công Khi lượng chạy dao tăng cao, lực cắt tác động lên dụng cụ, phôi và máy cũng tăng theo, có thể dẫn đến rung động và lệch dụng cụ Những hiện tượng này không chỉ gây ra tiếng ồn mà còn tạo ra các bất thường trên bề mặt phôi, làm tăng độ nhám và ảnh hưởng tiêu cực đến lớp hoàn thiện bề mặt.

Lượng chạy dao cao trong quá trình cắt có thể gây ra sinh nhiệt tăng, ảnh hưởng tiêu cực đến dụng cụ và vật liệu phôi Nhiệt độ quá cao không chỉ dẫn đến hư hỏng do nhiệt mà còn làm giảm chất lượng bề mặt hoàn thiện Do đó, việc lựa chọn lượng chạy dao hợp lý là rất quan trọng để quản lý sinh nhiệt và giảm thiểu tác động xấu đến độ nhám bề mặt.

Độ mài mòn của dụng cụ có mối liên hệ chặt chẽ với lượng chạy dao, ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Khi lượng chạy dao quá cao, tốc độ mài mòn của dụng cụ sẽ gia tăng, dẫn đến sự xuống cấp của lưỡi cắt Các công cụ bị mòn thường tạo ra bề mặt gồ ghề do hiệu suất cắt kém và khả năng kiểm soát phoi không hiệu quả.

Vật liệu phôi ảnh hưởng đến lượng chạy dao tối ưu để đạt độ hoàn thiện bề mặt mong muốn Các vật liệu mềm như nhôm có khả năng chịu lượng chạy dao cao mà không làm giảm chất lượng bề mặt Ngược lại, vật liệu cứng như thép không gỉ thường yêu cầu lượng chạy dao thấp hơn để đảm bảo kiểm soát phoi và cải thiện độ hoàn thiện bề mặt.

2.5.3 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt (cutting depth)

Chiều sâu cắt đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ nhám bề mặt trong quá trình tiện Sự thay đổi của chiều sâu cắt có thể tác động trực tiếp đến chất lượng bề mặt hoàn thiện, ảnh hưởng đến độ mịn và độ nhẵn của sản phẩm cuối cùng.

Chiều sâu cắt ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ tiếp xúc của dụng cụ với phôi, với chiều sâu cắt cao hơn có thể tạo ra dấu vết dụng cụ nổi bật và bề mặt không đều Nếu chiều sâu cắt quá lớn, dụng cụ cắt sẽ để lại vết hằn rõ ràng, dẫn đến hiện tượng gồ ghề trên bề mặt phôi.

Các yếu tố ảnh hưởng đến dung sai kích thước

2.6.1 Ảnh hưởng của tốc độ quay trục chính

Tốc độ trục chính trong quy trình gia công ảnh hưởng lớn đến dung sai, tức là độ lệch cho phép so với kích thước hoặc phép đo chỉ định Một số ảnh hưởng chính của tốc độ trục chính đến dung sai bao gồm việc cải thiện độ chính xác gia công, giảm thiểu độ rung và tăng cường chất lượng bề mặt sản phẩm Việc điều chỉnh tốc độ trục chính hợp lý giúp đạt được các tiêu chuẩn kỹ thuật và nâng cao hiệu suất sản xuất.

Tốc độ trục chính là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác về kích thước của các bộ phận gia công Khi tăng tốc độ trục chính, các vết cắt sẽ trở nên mượt mà và chính xác hơn, từ đó giảm thiểu khả năng mắc lỗi kích thước và nâng cao dung sai.

Tốc độ trục chính đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện bề mặt hoàn thiện của bộ phận gia công Khi tốc độ cao hơn được áp dụng, bề mặt sẽ trở nên mịn hơn, độ nhám giảm và chất lượng tổng thể được nâng cao Điều này đặc biệt cần thiết trong các ứng dụng yêu cầu dung sai chặt chẽ để đảm bảo sự ăn khớp chính xác và trơn tru.

Lựa chọn tốc độ trục chính phù hợp là yếu tố quan trọng giúp giảm thiểu độ mòn của dụng cụ trong gia công Việc điều chỉnh tốc độ trục chính tối ưu cho từng loại vật liệu và dụng cụ cụ thể không chỉ ngăn ngừa mài mòn quá mức mà còn đảm bảo kích thước và dung sai ổn định theo thời gian.

Tốc độ trục chính là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến lượng nhiệt sinh ra trong gia công Khi tốc độ cao, ma sát giữa dụng cụ và phôi gia tăng, dẫn đến việc sinh ra nhiều nhiệt hơn Nhiệt độ quá cao có thể gây ra giãn nở nhiệt, làm giảm độ ổn định kích thước và ảnh hưởng đến khả năng chịu đựng của sản phẩm.

Tốc độ trục chính không phù hợp có thể gây ra rung và kêu trong quá trình gia công, ảnh hưởng tiêu cực đến độ chính xác kích thước và độ hoàn thiện bề mặt Những rung động này dẫn đến sai lệch so với dung sai mong muốn Việc lựa chọn tốc độ trục chính thích hợp giúp giảm thiểu rung động và đảm bảo kết quả gia công tốt hơn.

Khi gia công, việc lựa chọn vật liệu là rất quan trọng, vì mỗi loại vật liệu có yêu cầu riêng về tốc độ trục chính để đạt được kết quả tối ưu Tốc độ trục chính ảnh hưởng đến dung sai và có thể khác nhau tùy thuộc vào vật liệu được sử dụng Do đó, cần xem xét các đặc tính của vật liệu và các thông số cắt được khuyến nghị để xác định tốc độ trục chính phù hợp.

Tốc độ trục chính đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến dung sai trong gia công Việc chọn lựa tốc độ phù hợp cho từng loại vật liệu và quy trình gia công giúp nâng cao độ chính xác kích thước, cải thiện bề mặt hoàn thiện, đồng thời giảm thiểu mài mòn dụng cụ, rung động và tác động nhiệt Kết quả là, dung sai tổng thể của các bộ phận gia công sẽ được cải thiện đáng kể.

2.6.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao:

Độ chính xác về kích thước trong quá trình cắt bị ảnh hưởng trực tiếp bởi lượng chạy dao Lượng chạy dao cao có thể tăng tốc độ loại bỏ vật liệu, nhưng cũng có nguy cơ gây ra lỗi kích thước và giảm độ chính xác, đặc biệt khi máy móc hoặc dụng cụ không được hiệu chỉnh chính xác hoặc khi vật liệu dễ bị biến dạng.

Lượng chạy dao có ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt hoàn thiện của chi tiết gia công Cụ thể, lượng chạy dao cao có thể làm cho bề mặt trở nên thô ráp, trong khi lượng chạy dao thấp thường mang lại bề mặt mịn hơn Để đạt được dung sai chặt chẽ, cần xem xét cẩn thận lượng chạy dao nhằm đảm bảo đạt được độ hoàn thiện bề mặt mong muốn.

Độ mòn của dụng cụ gia công phụ thuộc vào lượng chạy dao Khi lượng chạy dao tăng, độ mài mòn của dụng cụ cũng sẽ gia tăng do sự tiếp xúc liên tục trong quá trình gia công.

Việc sử dụng phôi trong quá trình gia công là rất quan trọng, vì dụng cụ bị mài mòn quá mức có thể gây ra lỗi kích thước và giảm độ dung sai Để duy trì độ chính xác về kích thước, cần lựa chọn lượng chạy dao phù hợp, dựa trên vật liệu gia công và loại dụng cụ sử dụng.

Lượng chạy dao ảnh hưởng đáng kể đến kích thước và hình dạng của phoi trong quá trình cắt Khi lượng chạy dao cao, phoi sẽ lớn hơn và liên tục hơn, trong khi lượng chạy dao thấp tạo ra phoi nhỏ hơn và không liên tục Việc kiểm soát phoi là rất quan trọng để đảm bảo kích thước và dung sai chính xác, do đó, lựa chọn lượng chạy dao phù hợp có thể tối ưu hóa quá trình hình thành phoi.

Lượng chạy dao trong quá trình cắt ảnh hưởng trực tiếp đến lượng nhiệt sinh ra, với lượng chạy dao cao hơn tạo ra nhiều nhiệt hơn do ma sát gia tăng giữa dụng cụ và phôi gia công Nhiệt độ quá cao có thể gây ra giãn nở nhiệt, dẫn đến thay đổi kích thước và ảnh hưởng đến khả năng chịu đựng của vật liệu.

Khi lựa chọn lượng chạy dao cho gia công, cần cân nhắc đến đặc tính của vật liệu Các vật liệu khác nhau yêu cầu lượng chạy dao cụ thể để đạt hiệu quả tối ưu; vật liệu cứng thường cần lượng chạy dao thấp hơn nhằm tránh mài mòn dụng cụ, trong khi vật liệu mềm có thể cho phép lượng chạy dao cao hơn Việc hiểu rõ các đặc tính vật liệu và thông số cắt khuyến nghị là yếu tố then chốt để xác định lượng chạy dao phù hợp.

Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế về gia công tiện

Inox 316L là thép không gỉ với độ cứng cao và khả năng chống ăn mòn xuất sắc, yêu cầu sử dụng các công cụ cắt chuyên dụng để gia công hiệu quả Việc không sử dụng điều kiện cắt thích hợp có thể gây mòn công cụ, làm tăng chi phí và giảm hiệu suất sản xuất.

Inox 316L nhạy cảm với nhiệt độ trong quá trình gia công; nhiệt độ quá cao có thể làm thay đổi cấu trúc và giảm tính chất cơ học của vật liệu Do đó, việc kiểm soát nhiệt độ là yếu tố quan trọng để ngăn chặn biến dạng không mong muốn và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Gia công Inox 316L cần phải cân nhắc kỹ lưỡng trong việc lựa chọn dụng cụ cắt và tốc độ cắt phù hợp Tốc độ cắt quá nhanh có thể dẫn đến việc mòn công cụ và giảm chất lượng sản phẩm, trong khi tốc độ quá chậm lại gây ra bề mặt không đồng đều và kéo dài thời gian gia công.

Hiện nay, nhiều nghiên cứu đang tìm hiểu các khía cạnh khác nhau liên quan đến việc sử dụng dao, chiến lược chạy dao và vật liệu chế tạo dao nhằm đạt được các thông số tối ưu.

Ts Trần Văn Khiêm (2017) đã nghiên cứu việc xác định bộ thông số cắt tối ưu bằng phương pháp Taguchi, nhằm đạt được tuổi thọ dụng cụ cắt lớn nhất và độ nhám bề mặt nhỏ nhất Kết quả nghiên cứu cho thấy vận tốc cắt là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến việc kéo dài tuổi thọ dao, trong khi lượng chạy dao có tác động đáng kể đến độ nhám bề mặt, chiếm 59,64%.

C L Lin (2004) đã nghiên cứu ba yếu tố quan trọng trong quá trình gia công thép S45C bằng dao tiện P20 tungsten carbide, bao gồm vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt, nhằm đánh giá đồng thời tuổi thọ dao, lực cắt và độ nhám bề mặt Sử dụng phương pháp Taguchi với bảng trực giao L9, kết quả cho thấy lượng chạy dao đóng vai trò quan trọng nhất trong việc cải thiện chất lượng chi tiết, chiếm tỷ lệ 65.76% trong ba yếu tố đầu ra.

Nghiên cứu của K Ramesha và cộng sự (2020) tập trung vào vật liệu gang dẻo đã qua nhiệt luyện và gia công bằng chip tiện tungsten, sử dụng phương pháp Taguchi nhằm cải thiện tỷ lệ loại bỏ vật liệu (MRR) và giảm độ nhám bề mặt Qua phân tích phương sai (ANOVA), nghiên cứu cho thấy lượng chạy dao có ảnh hưởng đáng kể đến tỷ lệ loại bỏ vật liệu, chiếm 70.32%, trong khi vận tốc cắt ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt với tỷ lệ 56.45%.

Mahir Akgün và cộng sự (2021) đã tiến hành nghiên cứu sâu về tối ưu độ nhám bề mặt và lực cắt trong gia công vật liệu hợp kim nhôm 6061 Nhóm tác giả đã áp dụng dao không phủ và dao có phủ TiB2 để thực hiện thí nghiệm Để xây dựng mô hình thực nghiệm, họ đã sử dụng phương pháp Taguchi với bảng trực giao hỗn hợp L18(21x33) Kết quả cho thấy lượng chạy dao có ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám bề mặt và lực cắt, với tỷ lệ ảnh hưởng lần lượt là 64.28% và 54.9%.

Nghiên cứu của W H Yang và cộng sự (1998) đã xác định các thông số cắt tối ưu cho gia công tiện vật liệu thép S45C bằng dao tungsten carbide Đề tài không chỉ tập trung vào độ nhám bề mặt mà còn xem xét tuổi thọ của dao để nâng cao hiệu suất sản xuất Kết quả từ phương pháp Taguchi cho thấy, độ nhám bề mặt chịu ảnh hưởng lớn từ lượng chạy dao với tỷ lệ lên tới 81.93%, trong khi yếu tố quyết định tuổi thọ dao lại là vận tốc cắt.

- Tran Thanh Hoang và cộng sự (2023) [24] đã nghiên cứu tỷ lệ loại bỏ vật liệu trong qua quá trình gia công mài bề mặt ngoài của vật liệu 90CrSi

Nhiều tài liệu đã công bố về quá trình tiện và tối ưu độ nhám, nhưng sai lệch hình dạng như độ côn, độ trụ và độ đồng tâm vẫn chưa được nhiều tác giả chú ý Do đó, nhóm nghiên cứu đã quyết định tìm ra các thông số phù hợp nhằm đáp ứng yêu cầu về độ trụ và độ nhám trong gia công vật liệu Inox 316L.

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM

Phương pháp Taguchi

Phương pháp Taguchi, hay còn gọi là Thiết kế Thí nghiệm (Design of Experiments - DOE), là một phương pháp thống kê được phát triển bởi tiến sĩ Genichi Taguchi, một kỹ sư và nhà thống kê người Nhật Phương pháp này nhằm tối ưu hóa chất lượng sản phẩm và quy trình sản xuất bằng cách giảm thiểu sự biến đổi và cải thiện hiệu suất Mục tiêu chính là xác định sự kết hợp tối ưu của các yếu tố đầu vào, từ đó giảm thiểu độ nhạy của hệ thống đối với các nguồn biến thể.

Phương pháp Taguchi là một công cụ quan trọng trong các lĩnh vực kỹ thuật, sản xuất và phát triển sản phẩm, giúp cải thiện chất lượng và giảm chi phí Phương pháp này cung cấp một cách tiếp cận có cấu trúc để tối ưu hóa thiết kế sản phẩm và quy trình, đồng thời nâng cao sự hài lòng của khách hàng bằng cách xem xét tác động của các biến thể.

Phương pháp Taguchi áp dụng các kỹ thuật thống kê như phân tích phương sai (ANOVA) để phân tích dữ liệu thực nghiệm và xác định cài đặt tham số tối ưu Phương pháp này nhấn mạnh việc nâng cao chất lượng ngay từ giai đoạn thiết kế, thay vì chỉ dựa vào kiểm tra kết quả hoặc điều chỉnh sau sản xuất.

Ưu điểm của phương pháp Taguchi

Thiết kế chất lượng là yếu tố quan trọng trong phương pháp Taguchi, không chỉ tập trung vào việc kiểm soát chất lượng cuối cùng mà còn trong toàn bộ quá trình sản xuất Điều này giúp giảm thiểu sai số và lỗi, đồng thời nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của sản phẩm.

Tiết kiệm chi phí là một yếu tố quan trọng trong sản xuất, thông qua việc nhận diện các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa điều kiện sản xuất Việc này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí mà còn góp phần vào việc giảm lãng phí, từ đó nâng cao hiệu quả kinh doanh.

Phương pháp Taguchi nhằm giảm biến động trong quy trình sản xuất, từ đó nâng cao độ tin cậy và tính ổn định của quá trình Việc này không chỉ giúp giảm tỷ lệ lỗi sản phẩm mà còn duy trì chất lượng cao trong suốt quá trình sản xuất hàng loạt.

Phương pháp Taguchi mang lại hiệu quả cao trong thử nghiệm bằng cách sử dụng số lượng thử nghiệm tối thiểu để xác định các yếu tố quan trọng và tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó giúp tiết kiệm thời gian và chi phí thử nghiệm.

Phương pháp Taguchi dễ dàng triển khai và áp dụng mà không cần kiến thức sâu về thống kê Nó có thể được sử dụng linh hoạt trong nhiều môi trường sản xuất và kỹ thuật khác nhau.

Phương pháp Taguchi có khả năng linh hoạt trong việc phản ứng với các biến số môi trường, cho phép xử lý những yếu tố biến đổi trong quá trình sản xuất mà không làm giảm chất lượng sản phẩm.

Phương pháp phân tích hệ số tương quan không xem xét ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu, tức là những yếu tố ngẫu nhiên không được kiểm soát như rung động từ môi trường hay nhiệt độ Sự thiếu sót này có thể dẫn đến sai lệch trong việc đánh giá tác động thực sự giữa các yếu tố.

Thiết kế thực nghiệm bằng phương pháp Taguchi

Phương pháp Taguchi sử dụng mảng trực giao để sắp xếp các yếu tố thử nghiệm và mức độ của chúng một cách có hệ thống, giúp khám phá hiệu quả không gian tham số Phương pháp này giảm thiểu số lượng thí nghiệm cần thiết nhưng vẫn cung cấp đầy đủ thông tin để phân tích tác động của các yếu tố đến chất lượng Để tối ưu hóa thông số cắt bằng phương pháp Taguchi, có 7 bước cơ bản cần thực hiện.

1 Xác định các yếu tố: Xác định các yếu tố muốn nghiên cứu trong thí nghiệm Các yếu tố này có thể là các biến số hoặc tham số có khả năng tác động đến các đặc tính chất lượng của sản phẩm hoặc quy trình

2 Xác định các cấp độ: Xác định các cấp độ có thể có cho từng yếu tố Các mức đại diện cho các cài đặt hoặc giá trị khác nhau trong quá trình thử nghiệm mà một yếu tố có thể thực hiện

Ví dụ: nếu bạn đang điều tra ảnh hưởng của nhiệt độ, bạn có thể có hai mức: thấp và cao

3 Chọn mảng trực giao: Tra cứu mảng trực giao thích hợp từ các bảng hoặc công cụ phần mềm Việc lựa chọn phụ thuộc vào số lượng các yếu tố và cấp độ mà bạn đã chọn Mảng trực giao được thiết kế sẵn và có đặc tính là mỗi sự kết hợp của các mức yếu tố xuất hiện với số lần bằng nhau Một vài dạng quy hoạch thực nghiệm 2, 3, 4 và 5 mức giá trị trực giao (còn gọi là quy hoạch trực giao Taguchi “L”) Trong trường hợp 2 mức giá trị là 1 và 2, còn 3 mức giá trị sẽ là 1, 2 và 3

4 Tiến hành thí nghiệm để thu thập số liệu

5 Phân tích số liệu theo SNR và xác định giá trị tối ưu của các tham số

6 Phân tích mảng: Dựa vào các kỹ thuật thống kê, tiến hành phân tích dữ liệu thực nghiệm để xác định tầm quan trọng của các yếu tố và tương tác giữa chúng đối với đặc tính chất lượng

7 Tính toán lại hàm mục tiêu sử dụng bộ tham số tối ưu và kiểm chứng lại thông qua thực nghiệm

Bảng 3.1: Chọn dãy trực giao Taguchi theo bậc tự do

Số nhân tố lớn nhất

Số nhân tố lớn nhất theo số mức

Trong phương pháp Taguchi, tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR hay S/N) là một thước đo thống kê quan trọng để đánh giá hiệu suất chất lượng sản phẩm hoặc quy trình Thước đo này định lượng tỷ lệ giữa tín hiệu mong muốn, phản ánh phản ứng trung bình hoặc mục tiêu, và nhiễu không mong muốn, đại diện cho sự thay đổi hoặc sai lệch so với mục tiêu.

SNR được sử dụng để đánh giá độ bền và chất lượng của thiết kế hoặc quy trình thông qua việc phân tích giá trị trung bình và biến thể Mục tiêu chính là tối đa hóa SNR, cho thấy tín hiệu (phản hồi mong muốn) vượt trội hơn so với nhiễu (biến thể không mong muốn).

Có ba loại SNR thường được sử dụng trong phương pháp Taguchi:

SNR càng nhỏ càng tốt là loại SNR được áp dụng khi cần giá trị thấp hơn cho biến phản hồi Trong trường hợp này, SNR được tính toán theo công thức cụ thể.

Mục tiêu là tối đa hóa SNR, có nghĩa là giảm thiểu độ lệch bình phương trung bình

Càng lớn càng tốt: Loại SNR này được áp dụng khi cần đạt giá trị cao hơn cho biến phản hồi Trong trường hợp này, SNR được tính toán theo công thức cụ thể.

Mục tiêu là tối đa hóa SNR, chỉ ra rằng giá trị bình phương trung bình càng gần với giá trị bình phương mục tiêu càng tốt

Đánh giá ảnh hưởng của các nhân tố là rất quan trọng, đặc biệt khi loại SNR này được áp dụng trong trường hợp biến phản hồi cần phải gần với giá trị đích Trong tình huống này, SNR sẽ được tính toán theo một công thức cụ thể để đảm bảo độ chính xác.

Mục tiêu là tối đa hóa SNR, có nghĩa là giảm thiểu độ lệch bình phương trung bình so với mục tiêu

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

Mục đích của thực nghiệm

Mục đích của thí nghiệm là đánh giá tác động của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt và các dung sai kích thước, độ tròn, độ đồng tâm trong gia công Bên cạnh đó, thí nghiệm cũng nhằm xác định mối quan hệ giữa các thông số đầu ra và các yếu tố tác động chính là chế độ cắt.

Mô hình thực nghiệm

Hình 4.1: Mô hình hóa quá trình gia công tiện

Dựa trên sơ đồ nghiên cứu quá trình phay, nhóm đã thiết lập mô hình thí nghiệm để tiến hành phay trên máy CNC, như thể hiện trong hình 4.3, với các thông số được đo và đánh giá đồng thời trong mô hình thực nghiệm.

Hình 4.2: Mô hình thực nghiệm

Các thí nghiệm trước đây cho thấy rằng thông số cắt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng gia công Do đó, việc lựa chọn chế độ cắt phù hợp phụ thuộc vào vật liệu và hình dáng của dao Trong bài viết này, chúng tôi sẽ dựa vào tài liệu catalogue của hãng Mitsubishi để xác định dải thông số chế độ cắt tối ưu cho chip tiện VNMG160408 khi gia công phôi Inox.

Trong nghiên cứu này, nhóm đã tập trung vào việc cải thiện chế độ cắt bằng cách bổ sung các yếu tố đầu ra nhằm nâng cao tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm Bên cạnh yêu cầu về độ nhám (Ra), nhóm còn xem xét dung sai kích thước độ trụ để đảm bảo tính chính xác và độ bền của sản phẩm.

- Các đại lượng cố định

- Các đại lượng gây nhiễu

Ngoài các yếu tố cố định và có thể điều chỉnh, còn có những yếu tố không quy luật ảnh hưởng đến quá trình gia công Ví dụ, vật liệu gia công thường không đồng nhất về thành phần hóa học và độ cứng, tính đàn hồi của hệ thống công nghệ, rung động trong quá trình cắt, cùng với các tác động từ bên ngoài cũng cần được xem xét.

Điều kiện thí nghiệm

Quá trình gia công CNC được thực hiện tại xưởng cơ khí Nguyễn Hữu Học, địa chỉ 1234 đường Kha Vạn Cân, Khu phố 2, Linh Trung, Thủ Đức.

Bảng 4.1: Đặc tính kỹ thuật của máy tiện

STT Đặc tính kỹ thuật Giá trị

6 Tốc độ trục chính 3000 rpm

7 Hành trình làm việc trục X 250 mm

8 Hành trình làm việc trục Z 416 mm

9 Hệ điều khiển SEICOS LX3

Dụng cụ cắt là chip tiện của hãng Mitsubishi, Nhật Bản Các thông số được thể hiện trong bảng 4.2

Bảng 4.2: Thông số dao tiện

Góc sau của lưỡi cắt 0 0

Dung sai kích thước của dao

Chiều cao góc (kí hiệu: m) ±0.08 ~±0.18

Hình 4.4: Thông số hình học của dao

Hình 4.5: Hình ảnh chi tiết tiện

4.3.3 Thiết bị đo và chỉ tiêu đánh giá

Nhờ sự hỗ trợ tận tình từ nhà trường, nhóm đã có cơ hội làm việc với thiết bị đo độ nhám cầm tay HANDYSURF+, do ACCRETECH phát triển và sản xuất Thiết bị này được thiết kế dễ sử dụng, phục vụ nhu cầu của các nhà sản xuất toàn cầu HANDYSURF+ sở hữu màn hình LCD 2.4 inch với độ phân giải cao lên tới 0.0007 𝜇𝑚, chiều dài hành trình 16 mm và tốc độ đo đạt 1 mm/s Khoảng đo chiều cao từ -210 đến 160 𝜇𝑚, thiết bị còn có cổng kết nối USB, hệ điều hành đơn giản cùng phần mềm thân thiện với người dùng Ngoài ra, HANDYSURF+ cũng hỗ trợ kết nối điều khiển từ xa chuyên sâu và tích hợp 20 ngôn ngữ.

Hình 4.6: Thiết bị đo độ nhám bề mặt HANDYSURF+

Hình 4.7: Đo độ nhám cho chi tiết tiện (1)

Hình 4.8: Đo độ nhám cho chi tiết tiện (2)

- Dụng cụ đo: được sự hỗ trợ của Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật

TP Hồ Chí Minh, nhóm quyết định chọn máy đo ba chiều Belta - 564 - CNC+ làm dụng cụ để đo dung sai độ trụ

- Thông số của máy thể hiện trong hình 4.9

Hình 4.9: Thông số máy đo ba chiều Belta - 564 - CNC+

Hình 4.10: Đo độ trụ cho chi tiết (1)

Hình 4.11: Đo độ trụ cho chi tiết (2)

Xây dựng quy hoạch thực nghiệm

4.4.1 Thông số đầu vào và các mức khảo sát

Bài viết này nhằm khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến dung sai kích thước, độ trụ và độ nhám khi tiện chi tiết Inox 316L Thí nghiệm sẽ lựa chọn các thông số khảo sát bao gồm tốc độ trục chính, lượng chạy dao và chiều sâu cắt, với các mức giá trị được trình bày trong bảng.

Bảng 4.3: Thông số chế độ cắt

SST Yếu tố khảo sát Ký hiệu Mức giá trị

Dựa trên chế độ cắt khuyến cáo từ catalogue của hãng Mitsubishi và kinh nghiệm thực tế của nhóm trong gia công trên trung tâm CNC, mỗi yếu tố điều khiển được phân chia thành 4 mức đại diện cho các trạng thái khác nhau Các thông số như tốc độ trục chính S, lượng chạy dao F và chiều sâu cắt t đều được chia thành 4 mức từ 1 đến 4.

Để thực hiện quy hoạch thí nghiệm với 3 yếu tố, mỗi yếu tố có 4 mức giá trị, cần sử dụng bảng ma trận thí nghiệm trực giao Taguchi OA16 (4^3) Tổng số thí nghiệm cần thực hiện là 16, và các thí nghiệm sẽ được tiến hành dựa trên bảng ma trận này.

Bảng 4.4: Bảng trực giao OA 16 (4 3 )

Từ hai bảng 4.3 và bảng 4.4 ta có được ma trận thí nghiệm bảng 4.5:

Bảng 4.5: Ma trận thí nghiệm

4.4.2 Tiến hành thí nghiệm và thu thập dữ liệu

Bảng 4.6: Bảng dữ liệu độ nhám và độ trụ

Trong quá trình tiến hành thực nghiệm cần thỏa những yêu cầu sau:

- Các chi tiết được gia công trong cùng một máy, cùng một chiến lược gia công

Chỉ nên sử dụng một dao tiện tinh cho mỗi chi tiết để đảm bảo độ chính xác cao Sau khi hoàn thành gia công chi tiết đầu tiên, hãy đổi mặt dao trước khi gia công chi tiết tiếp theo, nhằm giảm thiểu sai số trong quá trình sản xuất.

Hình 4.12: 16 chi tiết đã được tiện

Bảng 4.7: Bảng kết quả thực nghiệm và xử lý kết quả theo Taguchi

Các nhân tố chế độ cắt Nhân tố mã hóa Độ nhám

Yêu cầu đặt ra là sản phẩm sau khi đã qua quá trình gia công có độ nhám càng thấp càng tốt do vậy công thức được chọn là:

Kết quả tính toán trên Minitab

4.5.1 Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám (Ra):

Bảng 4.8: Phản hồi cho tỉ lệ S/N của độ nhám

Bảng 4.9: Tỉ lệ cho độ nhám trung bình

Hình 4.13: Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám trung bình Ra

Yếu tố lượng chạy dao (F) có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công Cụ thể, khi lượng chạy dao tăng từ 0.06 đến 0.08, độ nhám trung bình tăng mạnh từ 0.57375 đến 1.488 𝜇𝑚, cho thấy độ dốc cao nhất trong các yếu tố Sự gia tăng lượng chạy dao dẫn đến việc tăng lượng phoi một cách liên tục, làm cho bề mặt không được mịn màng Đồng thời, việc tăng lượng chạy dao cũng làm giảm tuổi thọ của dao, gây ra mòn dao và ảnh hưởng tiêu cực đến bề mặt gia công.

Hai yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt là tốc độ trục chính và chiều sâu cắt Khi tốc độ trục chính tăng từ 600 đến 800 mm/vòng, độ nhám cải thiện đáng kể từ 1.4 xuống 0.99425 𝜇𝑚 Tốc độ trục chính cao giúp tạo ra phoi nhỏ hơn, từ đó cải thiện độ nhám Bên cạnh đó, tốc độ nhanh cũng giảm thời gian tiếp xúc giữa dao và phôi, hạn chế việc tạo ra vết dao trên bề mặt phôi.

Hình 4.14: Ảnh hưởng của chế độ cắt đến tỷ số S/N

Trên hình 4.14 ta có thể thấy ba đồ thị riêng biệt ảnh hưởng đến tỉ số S/N Cụ thể, đại lượng

F có tác động mạnh mẽ đến sự biến đổi của tỷ số S/N Khi F tăng từ 0.06 lên 0.08, tỷ số S/N giảm từ 4.8566 xuống -2.648 Tương tự, khi F tiếp tục tăng từ 0.08 đến 0.1, tỷ số S/N lại tăng từ -2.648 lên -0.9, cho thấy độ dốc lớn nhất so với hai đại lượng còn lại.

Tiếp đến là đại lượng t (chiều sâu cắt) có ảnh hưởng lớn thứ hai sau S với độ dốc tương đối lớn khi t thay đổi từ 0,42 dến 0.6

Giá trị trung bình tại các mức giá trị nhân tố trong bảng 4.8 được xác định theo công thức:

4(5.93417+4.5+5.05+3.93)=4.8 Tương tự, ta tính cho các giá trị trung bình còn lại theo Bảng 4.8 và Bảng 4.10

Bảng 4.10: Bảng phân tích kết quả thực nghiệm và xử ký kết quả của các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám

Mức giá trị nhân tố Công thức tính Nhân tố

Đồ thị tương quan giữa các đại lượng tới độ nhám Ra cho thấy ba yếu tố chính: a Tác động của tốc độ quay trục chính đối với lượng chạy dao và độ nhám; b Ảnh hưởng của tốc độ quay trục chính đến chiều sâu cắt và độ nhám; c Mối quan hệ giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt với độ nhám.

Để đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám, ta có thể xem xét đồ thị tương quan giữa các đại lượng Đồ thị này cung cấp cái nhìn rõ ràng về mối quan hệ giữa các yếu tố và tác động của chúng đến chất lượng bề mặt nhám Ví dụ, trong biểu đồ 4.15a, ảnh hưởng giữa tốc độ quay trục chính và lượng chạy dao được thể hiện qua bốn chế độ cắt với các màu sắc khác nhau (từ 600 đến 1200 rpm) Trục tung biểu diễn độ nhám Ra, trong khi trục hoành thể hiện lượng chạy dao F Kết quả cho thấy, tại S = 600 rpm và F = 0.06 mm/phút, độ nhám đạt mức thấp nhất Tuy nhiên, khi tăng F lên 0.08 mm/phút ở chế độ S 600 rpm, độ nhám có sự thay đổi đáng kể Điều này cho thấy lượng chạy dao F có ảnh hưởng lớn đến kết quả nghiên cứu Các đồ thị còn lại cũng cần được phân tích tương tự.

Bảng 4.11: Bảng biến đổi Box-Cox

Box-Cox Transformation là phương pháp hữu hiệu để biến đổi dữ liệu không chuẩn thành dữ liệu gần với phân phối chuẩn Quá trình này sử dụng tham số lambda (λ) để điều chỉnh mức độ biến đổi, tuy nhiên giá trị lambda cần được ước lượng từ dữ liệu thay vì được biết trước.

Để chọn phép biến đổi phù hợp nhất với dữ liệu, chúng ta cần xác định giá trị Optimal 𝜆, thường dao động từ -2 đến 2 Minitab mặc định làm tròn giá trị 𝜆 về 0.5 hoặc số nguyên gần nhất Mặc dù việc làm tròn có thể giảm độ chính xác của phép biến đổi, nhưng nó giúp đơn giản hóa quá trình thực hiện và tạo ra giá trị 𝜆 dễ hiểu, dễ áp dụng.

Bảng 4.12: Bảng hệ số mã hóa của hàm phản hồi

Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF

Hệ số (Coef) thể hiện kích thước và hướng của mối quan hệ giữa các yếu tố trong mô hình và biến phản hồi Để giảm thiểu hiện tượng đa tuyến, các hệ số được biểu diễn dưới dạng đơn vị mã hóa, giúp chuyển đổi các biến độc lập thành các biến mã hóa có tỷ lệ tương đối so với biến gốc Cách mã hóa này tách biệt tác động của từng biến độc lập và giảm thiểu sự tương quan giữa chúng.

Để xác định tính ý nghĩa của một hệ số, cần so sánh giá trị P (P-value) với mức ý nghĩa (α) Mức ý nghĩa thường được đặt ở 0.05 Nếu P-value ≤ α, điều này cho thấy mối quan hệ giữa biến phản hồi và số hạng là có ý nghĩa thống kê Ngược lại, nếu P-value > α, không thể khẳng định rằng có mối quan hệ có ý nghĩa thống kê giữa biến phản hồi và thuật ngữ.

Hệ số VIF (Variance Inflation Factor) là chỉ số dùng để đánh giá mức độ đa tuyến tính trong một mô hình, phản ánh mối tương quan giữa các biến độc lập Một VIF bằng 1 cho thấy không có đa tuyến tính, tức là các biến không tương quan Nếu VIF nhỏ hơn 5, đa tuyến tính được coi là nhẹ và không cần lo ngại Khi VIF từ 5 đến dưới 10, mức độ đa tuyến tính trung bình cần được xem xét cẩn thận Tuy nhiên, nếu VIF lớn hơn hoặc bằng 10, điều này chỉ ra đa tuyến tính nghiêm trọng, có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ tin cậy của các hệ số trong mô hình.

Nếu giá trị VIF cao, cần giảm thiểu đa tuyến hóa bằng cách loại bỏ các biến có sự tương quan cao hoặc áp dụng các phương pháp khác để xử lý vấn đề này trong mô hình.

Bảng 4.13: Thông số đánh giá mô hình hồi quy

Trong kết quả này, R-sq (R bình phương) đạt giá trị khá cao cho thấy mô hình hồi quy tuyến tính thu được tương thích với dữ liệu ở mức 84,8%

Bảng 4.14: Phân tích phương sai cho độ nhám

Source DF Seq SS Contribution Adj SS Adj MS F-

Giá trị P-value của các đại lượng t, F và F*F đều nhỏ hơn α= 0.05, cho thấy chúng có ý nghĩa thống kê và ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám.

Phương trình hồi quy đã mã hóa

Biểu đồ Pareto cho thấy rằng biến tuyến tính C (lượng chạy dao) và biến phi tuyến tính (C*C) đều vượt ngưỡng giá trị 2.447, cho thấy sự đáng kể của các đại lượng này ở mức độ tin cậy α=0.05.

Biểu đồ bề mặt của độ nhám thể hiện mối quan hệ giữa các yếu tố gia công Cụ thể, ảnh hưởng của tốc độ quay trục chính đối với lượng chạy dao và độ nhám được phân tích, cùng với tác động của tốc độ quay trục chính đến chiều sâu cắt và độ nhám Cuối cùng, mối liên hệ giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt cũng được xem xét để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt.

Phân tích tỷ lệ S/N được thể hiện qua biểu đồ bề mặt trong phần mềm Minitab, cho thấy mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt Kết quả cho thấy rằng lượng chạy dao là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhám.

Thông số cắt tối ưu

4.6.1 Thông số cắt tối ưu của độ nhám

Bảng 4.18: Bảng thông số tối ưu của độ nhám

Hình 4.22: Biểu đồ tối ưu hóa chế độ cắt

Phương pháp Composite Desirability, hay còn gọi là composite score, được sử dụng trong tối ưu hóa đa mục tiêu Khi cần đạt nhiều mục tiêu cùng lúc, composite desirability cho phép kết hợp các mục tiêu này thành một chỉ số duy nhất, giúp đánh giá và so sánh các phương án hiệu quả hơn.

Trong quá trình tối ưu hóa đa mục tiêu, có thể xuất hiện nhiều tiêu chí đánh giá khác nhau, mỗi tiêu chí lại có đơn vị đo lường và phạm vi riêng, dẫn đến khó khăn trong việc so sánh trực tiếp các phương án Composite desirability giúp giải quyết vấn đề này bằng cách chuyển đổi các tiêu chí thành một thang đo đồng nhất.

57 đổi các tiêu chí thành một chỉ số đồng nhất, có phạm vi từ 0 đến 1, giúp đánh giá và so sánh dễ dàng hơn

4.6.2 Thông số cắt tối ưu của độ trụ

Bảng 4.19: Bảng thông số tối ưu của độ trụ

Hình 4.23: Biểu đồ tối ưu hoá độ trụ

Gia công thông số cắt tối ưu

Thực hiện gia công tiện thực nghiệm với các thông số chế độ cắt đã được tối ưu:

Hình 4.24: Chi tiết gia công tối ưu

Bảng 4.20: Bảng đo độ nhám và độ trụ chi tiết tiện gia công tối ưu

Độ nhám gia công thực tế của chi tiết phức tạp thấp hơn nhiều so với dự đoán trên Minitab, với độ nhỏm 0.02 và độ trụ 0.0018 mm Việc giảm độ nhám này có liên quan đến nhiều yếu tố như độ rung động của máy gia công, chất lượng dao cắt và độ chính xác của máy Đề tài này nhằm mục tiêu tối ưu hóa quá trình gia công để đạt được độ nhám thấp hơn so với dự đoán.

Kết luận

Qua 4 chương đề tài đã giải quyết được những vấn đề sau:

- Nghiên cứu được đặc điểm cơ bản của quá trình tiện cũng như các yếu tố ảnh hưởng

- Nghiên cứu được các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám và độ trụ khi tiện vật liệu Inox 316L

Xây dựng ma trận thí nghiệm bằng phương pháp Taguchi và phân tích phương sai (ANOVA) giúp nghiên cứu các thông số tối ưu cho chi tiết tiện làm từ vật liệu Inox 316L Nghiên cứu này tập trung vào ba yếu tố đầu vào: tốc độ trục chính, lượng chạy dao và chiều sâu cắt Kết quả cho thấy sự ảnh hưởng của các yếu tố này đến chất lượng sản phẩm.

Độ nhám của bề mặt chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi lượng chạy dao (63.46%), chiều sâu cắt (26.08%) và tốc độ trục chính (10.45%) Để đạt được độ nhám nhỏ nhất, đề xuất bộ thông số gồm: tốc độ trục chính S = 600 rpm, chiều sâu cắt t = 0.6 mm và lượng chạy dao F = 0.06 mm/phút.

Độ trụ của chi tiết gia công chịu ảnh hưởng lớn từ tốc độ trục chính (41.71%), lượng chạy dao (29.29%) và chiều sâu cắt (28.99%) Để đạt được độ trụ nhỏ nhất, các thông số tối ưu cần thiết là tốc độ 600 rpm, chiều sâu cắt 0.6 mm và lượng chạy dao 0.12 mm/phút.

TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY CNC, QUÁ TRÌNH PHAY CNC

Giới thiệu về quá trình phay CNC

Phay CNC là phương pháp gia công kim loại phổ biến, có khả năng công nghệ rộng rãi, cho năng suất cao

Phay CNC là kỹ thuật cắt gọt kim loại nhằm loại bỏ lớp dư trên bề mặt phôi, giúp tạo ra các chi tiết đạt yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ, bao gồm kích thước, độ bóng và độ chính xác.

Máy phay CNC có khả năng gia công đa dạng các biên dạng từ đơn giản đến phức tạp và tự động hóa để nâng cao năng suất Cả phay CNC và phay cơ đều có thể thực hiện gia công thô và tinh với độ chính xác từ cấp 3-4 và độ bóng không vượt quá cấp 6 Mặc dù phay CNC mang lại độ chính xác cao, bề mặt gia công thường để lại vết dao, do đó, những chi tiết yêu cầu độ bóng cao thường cần được gia công thêm để đạt được độ bóng mong muốn.

Khả năng công nghệ gia công phay CNC

Các tính năng cơ bản của máy phay CNC:

- Có khả năng tự động hoá và linh hoạt cao

- Có khả năng thực hiện nhiều nguyên công trong một lần gá

- Năng suất gia công cao

Hệ thống công nghệ gia công phay CNC bao gồm máy phay CNC, dao phay, đồ gá và chi tiết gia công

Máy phay CNC có khả năng cắt gọt kim loại đa dạng nhờ vào việc được lập trình và điều khiển bằng hệ thống máy tính Điều này cho phép dao cắt di chuyển theo nhiều hình dạng khác nhau như đường thẳng, đường tròn, và trong không gian 3D, bao gồm cả chuyển động ngang, dọc, lên xuống.

Máy phay CNC có khả năng gia công đa dạng như mặt phẳng, định hình phức tạp, khoan, taro, doa, khoét và xọc với độ chính xác cao Khác với máy phay cơ, máy phay CNC có tính năng thay đổi dao tự động, giúp quá trình gia công diễn ra liên tục, giảm thời gian gia công và nâng cao độ chính xác.

Dao phay

Đặc điểm của dao phay bao gồm:

- Có nhiều lưỡi cắt cùng tham gia cắt, làm năng suất cắt cao hơn so với bào

- Lưỡi cắt không làm việc liên tục, nhưng với khối lượng thân dao lớn, giúp truyền nhiệt tốt

- Diện tích cắt khi phay thay đổi, dẫn đến thay đổi lực cắt và gây rung động trong quá trình cắt

- Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, giảm khả năng lẹo dao

Trong quá trình phay, người ta sử dụng nhiều loại dao khác nhau Dựa vào các đặc điểm cơ bản có thể phân loại dao phay như sau:

- Theo vật liệu có dao phay bằng thép gió, dao phay hợp kim,…

- Theo hình dạng có dao phay ngón, dao phay đĩa, dao phay cầu, dao phay góc, dao phay mặt đầu, dao phay rãnh, dao phay định hình,…

- Theo tính năng công nghệ:

+ Dao phay rãnh và bậc

+ Dao phay bề mặt định hình

+ Dao phay bánh răng và ren

Bảng 5.1: Độ chính xác và độ nhám đạt được sau khi phay

Các dạng phay Độ chính xác Độ nhám

Hình 5.1: Hình ảnh một số loại dao phay

Quá trình cắt khi phay

Trong quá trình phay, cắt là quá trình loại bỏ kim loại thừa từ phôi, với lực cắt được tạo ra từ sự tương tác giữa dao và phôi.

Các bề mặt hình thành trong quá trình gia công trên chi tiết:

- Mặt chưa gia công: là bề mặt chi tiết trước khi bị cắt đi một lớp kim loại

- Mặt đang gia công: là bề mặt được tạo thành trực tiếp lưỡi dao trong quá trình cắt gọt

- Mặt đã gia công: là bề mặt chi tiết sau khi được cắt đi một lớp kim loại

Trong quá trình gia công, lớp kim loại bị cắt bỏ được gọi là phoi, và phoi này có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào công nghệ gia công được sử dụng.

Hình 5.2: Các loại phôi phay a/ phoi vụn b/ phoi xếp c/ phoi xoắn

Khi gia công vật liệu dẻo như thép và nhôm, lớp kim loại với cấu trúc khác biệt thường xuất hiện trên mặt trước của dao, gần mũi dao Lớp kim loại này bám chặt vào dao và hoạt động như một mũi dao do độ cứng cao của nó, hiện tượng này được gọi là lẹo dao (built up edge) Nguyên nhân chính gây ra lẹo dao bao gồm:

1 Lực cắt quá lớn: Khi lực cắt tác động lên dao phay vượt quá khả năng chịu đựng của nó, dao phay có thể uốn cong hoặc chuyển động ra khỏi quỹ đạo cắt dự kiến

2 Đường kính dao phay không đủ lớn: Đường kính của dao phay không đủ lớn so với công việc cần gia công hoặc vật liệu, điều này làm cho dao phay dễ uốn cong khi tác động lực cắt

3 Gia tốc không đều đặn: Gia tốc không đều trong quá trình gia công có thể tạo ra lực pháp tuyến dẫn đến lẹo dao

4 Thiết kế dao phay không tối ưu: Thiết kế không tối ưu của dao phay có thể làm tăng khả năng lẹo dao trong quá trình gia công

5 Điều kiện gia công không chính xác: Áp suất cắt không đủ hoặc dao phay không được cố định chặt trong cụm cắt cũng có thể dẫn đến lẹo dao

Cách để giảm thiểu hiện tượng lẹo dao bao gồm:

1 Sử dụng dao phay có đường kính và thiết kế phù hợp với công việc cần gia công

2 Điều chỉnh điều kiện cắt, bao gồm áp suất cắt, tốc độ cắt và độ sâu cắt, sao cho phù hợp với vật liệu và công việc

3 Đảm bảo dao phay được cố định chặt và chính xác trong cụm cắt

4 Thực hiện gia công đồng đều và tránh gia tốc không đều đặn trong quá trình cắt

5 Sử dụng kỹ thuật cắt thích hợp và chọn dao phay phù hợp với vật liệu cần gia công

Hiểu và kiểm soát hiện tượng lẹo dao là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu suất gia công Để khử lẹo dao, cần mài bóng mặt trước của dao cẩn thận, thay đổi tốc độ cắt (tăng lên tới 30 m/phút hoặc hơn) và sử dụng dung dịch nguội phù hợp với từng điều kiện gia công.

Sự co rút phôi khi phay là hiện tượng thay đổi kích thước của phôi sau quá trình gia công, thường xảy ra do gia nhiệt hoặc biến động nhiệt độ môi trường Hiện tượng này có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác và chất lượng sản phẩm gia công Các nguyên nhân chính dẫn đến sự co rút phôi khi phay cần được xác định để cải thiện quy trình sản xuất.

1 Gia nhiệt phôi: Nếu phôi được gia nhiệt trước khi gia công, quá trình gia nhiệt có thể làm thay đổi cấu trúc và kích thước của vật liệu Sau khi gia công xong, khi phôi mát đi, nhiệt độ thay đổi có thể dẫn đến co rút

2 Thay đổi nhiệt độ môi trường: Nhiệt độ môi trường xung quanh có thể thay đổi trong quá trình gia công, và điều này cũng có thể gây ra co rút phôi

3 Điều kiện gia công không chính xác: Áp suất cắt, tốc độ cắt và điều kiện gia công khác không được điều chỉnh tốt, có thể làm gia tăng khả năng co rút phôi

Biến đổi kích thước do co rút phôi có thể gây ra những vấn đề không mong muốn, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao Để giảm thiểu hiện tượng co rút phôi trong quá trình phay, có thể áp dụng một số biện pháp hiệu quả.

1 Điều khiển nhiệt độ môi trường: Giữ nhiệt độ môi trường ổn định trong quá trình gia công để tránh thay đổi nhiệt độ làm ảnh hưởng đến phôi

2 Điều khiển gia nhiệt phôi: Nếu phôi được gia nhiệt trước khi gia công, cần tuân thủ quy trình gia nhiệt và kiểm soát kỹ thuật để đảm bảo không có biến dạng nhiệt học quá lớn

3 Tối ưu hóa điều kiện gia công: Điều chỉnh các thông số cắt phù hợp và tối ưu hóa điều kiện gia công để giảm thiểu sự co rút phôi

4 Tăng cường kiểm soát chất lượng: Theo dõi và kiểm tra kích thước của phôi trước và sau khi gia công để phát hiện sự co rút và đưa ra các biện pháp điều chỉnh

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám chi tiết phay

5.5.1 Giới thiệu về thép SKD11 a Tổng quan về thép

Thép là một trong những vật liệu cơ khí quan trọng và phổ biến nhất trên thế giới, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như ngành ô tô, xây dựng, đồ gia dụng, tàu chở hàng và dụng cụ y tế Đặc biệt, thép có khả năng tái chế nhiều lần mà vẫn giữ nguyên các đặc tính của nó.

Thép là hợp kim của sắt và carbon, chứa dưới 2% carbon và 1% mangan, cùng với một lượng nhỏ silicon, phốt pho, lưu huỳnh và oxy, giúp cải thiện độ bền và khả năng chống gãy mòn Thép không gỉ, với khả năng chống ăn mòn và oxy hóa, thường cần thêm 11% crom Nhờ vào độ bền kéo cao và chi phí thấp, thép được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng, cơ sở hạ tầng, sản xuất công cụ, tàu, xe lửa, ô tô, xe đạp, máy móc, thiết bị điện và vũ khí.

- Thép là hợp kim có tính dẫn điện và dẫn nhiệt mạnh

- Ở nhiệt độ từ 500 đến 600 độ C thép có tính dẻo, cường độ giảm, làm chúng dễ uốn

- Nếu ở nhiệt độ -10 độ C thép có tính dẻo giảm và nếu duy trì ở nhiệt độ -45 độ thép sẽ bị giòn và dễ nứt

Thép có tính định hình cao và cơ tính tổng hợp tốt, với nhiều chủng loại đa dạng, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp như đóng tàu, xây dựng, sản xuất thiết bị máy móc và phụ kiện.

Ký hiệu mác thép được quy định theo tiêu chuẩn quốc gia, với mỗi quốc gia áp dụng hệ thống riêng như TCVN cho Việt Nam, AISI/SAE cho Mỹ, JIS cho Nhật Bản, và DIN cho Đức Thép SKD11 là một loại thép đặc biệt, thường được sử dụng trong ngành công nghiệp chế tạo và sản xuất dụng cụ cắt.

Thép SKD11, theo tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản, là loại thép được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất chi tiết máy, khuôn mẫu và khuôn dập nguội.

Thép SKD11, được định danh theo tiêu chuẩn Nhật Bản, có những tên gọi khác nhau ở các quốc gia khác nhưng vẫn giữ nguyên thành phần hóa học tương đương Dưới đây là bảng liệt kê một số tên gọi thép SKD11 theo các tiêu chuẩn khác nhau.

Bảng 5.2: Tên gọi và tiêu chuẩn khác của thép SKD11

Tên gọi Tiêu chuẩn D2 Theo tiêu chuẩn AISI của Hoa Kỳ SLD Theo tiêu chuẩn HITACHI của Nhật Bản DC11 Theo tiêu chuẩn DAIDO của Nhật Bản

2379 Theo tiêu chuẩn DIN của Đức

2310 Theo tiêu chuẩn SS của Thuỵ Điển

Bảng 5.3: Thành phần hoá học của thép SKD11

Ký hiệu C Si Mn P S Cr Mo V

Bảng 5.4: Tính chất cơ học của thép SKD11 Độ bền kéo

(kgf/𝑚𝑚 2 ) Độ bền chảy (kgf/mm²) Độ giãn dài (%)

Tỷ lệ giảm tiết diện ngang (%)

Giá trị va đập (= 𝐽/𝑐𝑚 2 ) Độ cứng (Hb)

Bảng 5.5: Độ cứng sau xử lý nhiệt của thép SKD11

Phương pháp xử lý nhiệt Ủ Tôi

Môi trường làm mát làm mát bằng không khí làm mát bằng không khí Độ cứng (HRC) ≤255 ≥58

5.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt trong quá trình phay

Tốc độ trục chính đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ nhám bề mặt sản phẩm Đầu tiên, tốc độ này ảnh hưởng đến độ nhám do dao phay gây ra; nếu tốc độ cắt quá chậm, dao phay sẽ kéo rãnh, gây mài mòn và tạo xước trên bề mặt, trong khi tốc độ cắt quá nhanh có thể dẫn đến những vết cắt không đều Do đó, việc chọn tốc độ cắt phù hợp là cần thiết để đạt được độ nhám bề mặt mong muốn Thứ hai, tốc độ trục chính cũng liên quan đến rung động của máy phay; tốc độ quá cao có thể tạo ra rung động không mong muốn, làm tăng độ nhám và giảm chất lượng gia công Việc điều chỉnh tốc độ trục chính và thiết lập các tham số gia công hợp lý là cần thiết để giảm thiểu rung động và cải thiện chất lượng sản phẩm.

Lượng chạy dao có ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt, đặc biệt là thông qua độ dày phoi Khi lượng chạy dao tăng cao, độ dày phoi cũng thường tăng theo, điều này có thể dẫn đến rung động và tiếng ồn Nếu độ dày phoi trở nên quá lớn, nó sẽ làm gia tăng độ nhám bề mặt, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Độ mài mòn của dao là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến bề mặt hoàn thiện, với lượng chạy dao lớn có thể làm tăng độ mòn và khiến bề mặt trở nên gồ ghề Do đó, tối ưu hóa lượng chạy dao là cần thiết để duy trì độ sắc bén của dụng cụ và tránh mài mòn quá mức Lực cắt cũng tăng theo lượng chạy dao, có thể dẫn đến việc lệch hoặc uốn cong dụng cụ, gây rung và bề mặt kém hoàn thiện Việc chọn lượng chạy dao phù hợp giúp cân bằng giữa lực cắt và độ nhám bề mặt Độ cứng vững của máy phay quyết định lượng chạy dao tối ưu; máy có độ cứng tốt hơn có thể chịu được lượng chạy dao cao mà không bị rung hoặc lệch, từ đó cải thiện bề mặt hoàn thiện Cuối cùng, tính chất vật liệu cũng ảnh hưởng đến tốc độ trục chính và lượng chạy dao, với các vật liệu như kim loại hay nhựa mềm cần lượng chạy dao thấp hơn để đạt được bề mặt mịn hơn, trong khi vật liệu cứng hơn có thể chịu được lượng chạy dao cao hơn.

Trong quá trình phay CNC, chiều sâu cắt có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt, với chiều sâu cắt càng lớn thì độ nhám bề mặt càng cao Sự gia tăng chiều sâu cắt dẫn đến lực cắt tăng, gây rung động mạnh, làm dao mài mòn nhanh hơn và tạo ra bề mặt gia công có vết xước và hình dạng không đều Tuy nhiên, việc giảm chiều sâu cắt không luôn đảm bảo giảm độ nhám bề mặt, mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như góc cắt của dao và kiểu dao cắt.

Để đạt được độ nhám bề mặt mong muốn, cần xem xét và tối ưu hóa các thông số cắt phù hợp Việc thử nghiệm và điều chỉnh tốc độ trục chính, lượng chạy dao và các thông số phay khác sẽ giúp cải thiện độ hoàn thiện bề mặt Hơn nữa, việc sử dụng dụng cụ cắt, lớp phủ dụng cụ và bôi trơn thích hợp cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ nhám bề mặt trong quy trình phay.

Bên cạnh đó, cần xem xét mối liên hệ giữa bán kính dao phay cầu và độ nhám:

Khi sử dụng dao phay cầu với bán kính nhỏ, áp suất tại cạnh cắt tăng cao, dẫn đến việc cắt sâu và tạo ra bề mặt gia công gồ ghề Hiện tượng này có thể gây ra rãnh cắt và các đường nét không đều trên bề mặt sản phẩm.

Bán kính dao phay cầu lớn giúp giảm áp suất tại cạnh cắt, tạo điều kiện cho quá trình cắt diễn ra mềm mại hơn Kết quả là, việc này giảm thiểu các đường nét gồ ghề và mang lại bề mặt mịn màng hơn sau khi gia công.

Để đạt được độ nhám tối ưu trong gia công, việc lựa chọn bán kính dao phay cầu phù hợp là rất quan trọng Đối với các ứng dụng yêu cầu bề mặt mịn, nên sử dụng bán kính lớn hơn và đảm bảo lưỡi dao sắc Ngược lại, để gia công nhanh và tiết kiệm thời gian, có thể chọn bán kính nhỏ hơn, tuy nhiên điều này sẽ ảnh hưởng đến độ nhám của bề mặt gia công.

Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế về quá trình phay

Khi gia công thép SKD11, việc điều chỉnh tốc độ cắt là rất quan trọng Tốc độ cắt quá cao có thể gây ra chất lượng gia công kém và làm hỏng dao phay, trong khi tốc độ cắt quá thấp sẽ kéo dài thời gian gia công.

Khi gia công thép SKD11, việc lựa chọn chất làm mát phù hợp là rất quan trọng để giảm nhiệt độ cắt, kéo dài tuổi thọ của công cụ phay, giảm ma sát và đảm bảo bề mặt gia công mịn màng Đồng thời, máy phay cần hoạt động ổn định và chính xác, vì sự không ổn định có thể dẫn đến sai số và lỗi trong sản phẩm gia công.

Ngày nay, gia công phay trở thành một quy trình quan trọng trong gia công cơ khí chính xác Do đó, nhiều nghiên cứu và bài báo cả trong và ngoài nước đã được thực hiện nhằm tối ưu hóa các thông số cắt trong quá trình phay.

Đặng Đức Bình (2018) đã nghiên cứu thép SKD11, sử dụng dao phay cầu R5 của hãng YG để gia công Tác giả đã chọn bảng trực giao L25(53) với 25 chế độ cắt khác nhau, mỗi chế độ cắt được thực hiện để phân tích hiệu quả gia công.

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng trong ba yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt, lượng chạy dao chiếm tỷ lệ lớn nhất với 80.89%, tiếp theo là vận tốc cắt với 12.61%, và cuối cùng là chiều sâu cắt với 6.4% Trung bình giá trị RZ được xác định bằng cách đo độ nhám tại ba vị trí khác nhau và lấy giá trị trung bình của ba lần đo.

Lê Mạnh Đức (2019) đã nghiên cứu vấn đề phay hợp kim nhôm A6061 thành mỏng bằng dao phay ngón Carbide, với các thông số đầu vào bao gồm vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và chiều rộng cắt Mục tiêu nghiên cứu là giảm độ biến dạng và độ nhám bề mặt của chi tiết Kết quả cho thấy chiều rộng cắt có ảnh hưởng mạnh nhất đến biến dạng chi tiết, tiếp theo là vận tốc cắt, trong khi lượng chạy dao và chiều sâu cắt có tác động ít hơn Đối với độ nhám bề mặt, lượng chạy dao là yếu tố chính ảnh hưởng, trong khi chiều rộng cắt không có tác động đáng kể.

Hoàng Tiến Dũng và cộng sự (2020) đã nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt và góc xoắn của dao phay ngón liền khối đến lực cắt khi phay vật liệu nhôm Al6061 Dao phay ngón thích hợp cho gia công mặt phẳng và có độ bền cao, nhưng không thể gia công các bề mặt có bán kính cong hoặc biên dạng phức tạp Kết quả phân tích cho thấy, trong phương X, thông số góc xoắn, tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt ảnh hưởng lần lượt là 52.47%, 29.588%, 4.273% và 3.041% Tương tự, trong phương Y, mức độ ảnh hưởng là 75.263%, 6.844%, 5.591% và 3.418% Cuối cùng, trong phương Z, các tỷ lệ ảnh hưởng lần lượt là 30.26%, 41.64%, 18.19% và 2.148%.

He Le Hoang Anh và cộng sự (2021) đã nghiên cứu thép 060A4 khi phay bằng dao phay mặt đầu HSS, nhằm tối ưu hóa độ nhám bề mặt và tỷ lệ loại bỏ vật liệu (MRR) thông qua ba thông số đầu vào: tốc độ trục chính, lượng chạy dao và chiều sâu cắt Kết quả cho thấy lượng chạy dao có ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám bề mặt Đặc biệt, phương pháp PSI lần đầu tiên được áp dụng để giải quyết bài toán tối ưu đa mục tiêu trong nghiên cứu này.

Nghiên cứu của Eyup Bagci và cộng sự (2006) đã tập trung vào vật liệu hợp kim chứa cobalt (stellite 6) thông qua việc sử dụng dao phay mặt đầu với ba thông số đầu vào: vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt Phương pháp Taguchi (bảng trực giao L27) đã được áp dụng để xây dựng mô hình thực nghiệm Kết quả cho thấy vận tốc cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình gia công, chiếm tỷ lệ 38.27%.

Chi Thien Tran và cộng sự (2019) đã nghiên cứu biên dạng phay phức tạp trên vật liệu SIMOLD 2083 bằng dao phay cầu R3, nhằm tối ưu hóa độ nhám và thời gian gia công Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng tốc độ trục chính đóng vai trò quan trọng nhất đối với độ nhám bề mặt, chiếm 42.42%, trong khi lượng chạy dao có ảnh hưởng lớn nhất đến thời gian gia công, đạt 92.6%.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng hầu hết các đề tài gia công phay trước đây tập trung vào các chi tiết có biên dạng đơn giản, chủ yếu là gia công theo mặt phẳng Do đó, nhóm đã quyết định tối ưu hóa chi tiết có biên dạng phức tạp bằng cách sử dụng hai loại dao phay cầu R3 và R4 Nghiên cứu này nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết để xác định các thông số phù hợp, đáp ứng các yêu cầu khác nhau cho từng chi tiết gia công.

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

Mục đích của thực nghiệm

Mục đích của nghiên cứu này là phân tích ảnh hưởng của chế độ công nghệ trong quá trình phay các chi tiết có biên dạng phức tạp Các thông số công nghệ được khảo sát bao gồm tốc độ trục chính, lượng chạy dao và chiều sâu cắt Kết quả nghiên cứu sẽ được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu như nhám bề mặt và độ biến dạng của chi tiết.

Mô hình thực nghiệm

Quá trình gia công được biểu diễn bằng sơ đồ như hình 6.1

Hình 6.1: Sơ đồ nghiên cứu quá trình phay

Trong nghiên cứu, việc xem xét nhiều yếu tố đầu vào và đầu ra sẽ giúp bài toán trở nên toàn diện hơn Tuy nhiên, điều này cũng tạo ra nhiều thách thức trong quá trình nghiên cứu và khó khăn trong việc áp dụng vào thực tiễn sản xuất Do đó, cần dựa vào kinh nghiệm thực tiễn để lựa chọn sơ đồ nghiên cứu phù hợp.

• Các đại lượng đầu vào:

Các đại lượng đầu vào

Các đại lượng ngẫu nhiên

Các đại lượng cố định

Quá trình phay trên máy phay CNC Đại lượng đầu ra

• Các đại lượng cố định:

• Các đại lượng đầu ra:

Mô hình thí nghiệm được thiết lập nhằm đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt trong quá trình phay Do đó, độ nhám bề mặt được xác định là chỉ tiêu chính trong mô hình thí nghiệm này.

Ngoài các yếu tố cố định có thể điều chỉnh để đạt được thông số mong muốn, còn tồn tại những yếu tố không quy luật ảnh hưởng đến quá trình gia công Ví dụ, sự không đồng nhất về thành phần hóa học và độ cứng của vật liệu, biến dạng đàn hồi trong hệ thống công nghệ, cũng như rung động trong quá trình cắt hoặc từ các tác động bên ngoài.

Điều kiện thí nghiệm

Quá trình phay được thực hiện bằng máy phay CNC MAZAK FJV-20 tại xưởng cơ khí Nguyễn Hữu Học, địa chỉ 1234 đường Kha Vạn Cân, Khu phố 2, Linh Trung, Thủ Đức.

Bảng 6.1: Bảng đặc tính kỹ thuật của máy phay CNC MAZAK FJV-20

TT Đặc tính kĩ thuật Giá trị

3 Động cơ trục chính 19kW

4 Hành trình làm việc trục X 560 mm

5 Hành trình làm việc trục Y 410 mm

6 Hành trình làm việc trục Z 410 mm

7 Hệ điều khiển MAZTROL M PLUS

8 Tốc độ trục chính tối đa 12000 rpm

Hình 6.2: Hình ảnh máy MAZAK FJV-20

Thép SKD11 là vật liệu gia công lý tưởng cho chi tiết máy, khuôn mẫu và khuôn dập nguội nhờ vào độ chính xác và độ nhám cao Các thành phần hóa học, cơ tính và ứng dụng của thép SKD11 đã được trình bày chi tiết trong phần 5.5.1 Giới thiệu về thép SKD11.

Dụng cụ cắt được sử dụng là dao phay cầu của hãng YIDA, Đài Loan Các thông số của dao được thể hiện ở bảng dưới

Bảng 6.2: Các thông số của 2 dao phay đầu cầu sử dụng trong thí nghiệm

Tên gọi Dao phay đầu cầu liền khối

Dao 1 Dao 2 Đường kính dao ∅4 mm ∅3 mm

Chiều dài cắt 16 mm 12 mm

Chiều dài tổng thể 60 mm 50 mm

Hình 6.3: Hình ảnh các dao phay cầu sử dụng trong thí nghiệm

Sử dụng đồ gá là ê tô cơ (thường dùng trong gia công CNC)

6.3.5 Các thông số cố định khác

- Kích thước phôi không thay đổi

- Nhiệt độ không thay đổi (nhiệt độ phòng thí nghiệm)

Hình 6.4: Hình ảnh chi tiết phay

Thiết bị đo

Quá trình đo kiểm mẫu thí nghiệm được thực hiện tại trường đại học sư phạm kĩ thuật thành phố Hồ Chí Minh Thiết bị đo sử dụng:

- Máy đo độ nhám bề mặt

- Máy đo toạ độ 3D CMM BELTA-564.

Xây dựng quy hoạch thực nghiệm

6.5.1 Thông số đầu vào và các mức khảo sát

Mục đích của nghiên cứu này là khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi phay chi tiết SKD11 Các thông số được lựa chọn để khảo sát bao gồm tốc độ trục chính, chiều sâu cắt và lượng chạy dao, với các mức giá trị cụ thể được trình bày trong bảng.

Bảng 6.3: Bảng thông số chế độ cắt

Yếu tố khảo sát Ký hiệu Mức giá trị

Dựa vào chế độ cắt được khuyến cáo trong catalogue và kinh nghiệm thực tế khi gia công trên máy CNC, bài nghiên cứu sử dụng bảng ma trận thí nghiệm trực giao Taguchi OA9 (3^3) với 3 yếu tố điều khiển, mỗi yếu tố có 3 mức giá trị Tổng số thí nghiệm cần thực hiện là 9, trong đó đánh giá 3 thông số: tốc độ trục chính S, chiều sâu cắt t, và lượng chạy dao F ở từng mức từ 1 đến 3 Sử dụng ma trận thí nghiệm trực giao, chúng ta có thể tiến hành các thí nghiệm cần thiết để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố và xác định mức tối ưu cho từng yếu tố trong quá trình gia công.

Bảng 6.4: Bảng trực giao OA 9 (3 3 )

Từ hai bảng 6.3 và bảng 6.4 ta có được bảng 6.5: Ma trận thí nghiệm

Bảng 6.5: Ma trận thí nghiệm

Thí nghiệm trên được thực hiện 2 lần với dao có bán kính R3 và R4

6.5.2 Tiến hành thực nghiệm và thu thập dữ liệu

Bảng 6.6: Bảng dữ liệu độ nhám với dao có bán kính R3 và R4

Trong quá trình tiến hành thực nghiệm cần thoả mãn những yêu cầu sau:

- Các chi tiết được gia công trong cùng một máy, cùng một chiến lược gia công

Chỉ sử dụng một dao phay tinh cho mỗi chi tiết để đảm bảo độ chính xác trong gia công Sau khi hoàn thành một chi tiết, cần thay dao để gia công chi tiết tiếp theo, nhằm giảm thiểu sai số trong quá trình chế tạo.

Hình 6.5: 18 chi tiết gia công phay

Tiến hành thí nghiệm 2 lần với dao có bán kính là R3, R4 nên cũng sẽ phân tích thực nghiệm

Yêu cầu đặt ra là sau quá trình gia công thì sản phẩm có độ nhám càng thấp càng tốt do vậy công thức được chọn là:

Bảng 6.7: Bảng phân tích thực nghiệm và xử lý kết quả theo Taguchi với dao có bán kính R3

STT Các nhân tố chế độ cắt Nhân tố mã hoá Độ nhám

Bảng 6.8: Bảng phân tích thực nghiệm và xử lý kết quả theo Taguchi với dao có bán kính R4

Các nhân tố chế độ cắt Nhân tố mã hoá Độ nhám Ra(𝜇𝑚) Tỷ số S/N

Kết quả tính toán trên Minitab

Bảng 6.9: Phản hồi cho tỉ lệ S/N của độ nhám (R3)

Bảng 6.10: Tỉ lệ cho độ nhám trung bình (R3)

Tốc độ trục chính (S) là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công Cụ thể, khi tốc độ trục chính tăng từ 800 lên 1900 vòng/phút, độ nhám trung bình tăng từ 1.387 đến 2.098 𝜇𝑚 Tiếp tục tăng từ 1900 lên 3000 vòng/phút, độ nhám lại tăng từ 2.098 đến 2.618 𝜇𝑚 Sự gia tăng này có thể giải thích bởi tốc độ cắt của công cụ cũng tăng theo, dẫn đến lực cắt lớn hơn, gây ra rung động và làm tăng độ nhám bề mặt phay.

Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt là chiều sâu cắt và lượng chạy dao Chiều sâu cắt (t) có độ dốc cao nhất so với hai yếu tố còn lại, và khi chiều sâu cắt tăng từ 0.05 đến 0.325, độ nhám bề mặt cũng tăng từ 1.29.

2.486 𝜇𝑚 Vì vậy khi chiều sâu cắt tăng quá lớn, rung động trong quá trình cắt cũng tăng, dẫn đến việc độ nhám cũng có thể tăng lên

Trong hình 6.7, ba đồ thị riêng biệt cho thấy ảnh hưởng của các yếu tố đến tỷ số S/N Đặc biệt, chiều sâu cắt (t) có tác động lớn nhất đến sự biến đổi của tỷ số S/N, với sự thay đổi từ 0.05 đến 0.325 dẫn đến tỷ số S/N giảm từ -0.6965 xuống -7.4838.

Tốc độ trục chính (S) là yếu tố quan trọng thứ hai sau thời gian (t), với sự thay đổi đáng kể khi S tăng từ 800 đến 1900, dẫn đến tỷ số S/N giảm từ -1.6783 xuống -5.4621.

3(4.882503-3.4812-6.43611) = -1.6783 Tính toán tương tự cho những giá trị còn lại

Bảng 6.11: Bảng phân tích kết quả thực nghiệm và xử lý kết quả của các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám của R3

STT Mức giá trị nhân tố Công thức tính Nhân tố

Đồ thị tương quan giữa các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám Ra cho thấy ba mối quan hệ quan trọng: đầu tiên, sự ảnh hưởng của tốc độ trục chính đối với chiều sâu cắt và độ nhám; thứ hai, tác động của tốc độ trục chính đến lượng chạy dao và độ nhám; cuối cùng, mối quan hệ giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến độ nhám.

Để đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám, chúng ta có thể xem xét đồ thị tương quan giữa các đại lượng Đồ thị này giúp làm rõ mối quan hệ giữa các yếu tố và tác động của chúng đến chất lượng bề mặt nhám Ví dụ, biểu đồ 6.8a thể hiện ảnh hưởng giữa tốc độ trục chính và chiều sâu cắt đến độ nhám, với ba chế độ cắt khác nhau được biểu diễn bằng ba đường màu sắc riêng biệt (từ 800 đến 3000 rpm) Trục tung biểu diễn độ nhám Ra và trục hoành là chiều sâu cắt t Kết quả cho thấy, tại S = 800 rpm và t = 0.05 mm, độ nhám đạt mức thấp nhất, trong khi ở S = 800 rpm với t = 0.325 mm, độ nhám có sự thay đổi đáng kể Điều này cho thấy chiều sâu cắt t có ảnh hưởng lớn đến kết quả nghiên cứu Các đồ thị khác cũng có thể được phân tích theo cách tương tự.

Biểu đồ bề mặt độ nhám của dao R3 cho thấy mối quan hệ giữa các yếu tố như tốc độ quay trục chính, lượng chạy dao và chiều sâu cắt Cụ thể, tốc độ quay trục chính ảnh hưởng đến độ nhám thông qua lượng chạy dao và chiều sâu cắt, trong khi chiều sâu cắt cũng tác động đến độ nhám khi kết hợp với lượng chạy dao Các yếu tố này cần được cân nhắc để tối ưu hóa độ nhám bề mặt trong quá trình gia công.

Phân tích tỷ số S/N trên Minitab cho thấy ba yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhám của dao R3 là chiều sâu cắt, tốc độ trục chính và lượng chạy dao Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng chiều sâu cắt lớn hơn dẫn đến độ nhám bề mặt cao hơn Tuy nhiên, việc giảm chiều sâu cắt không phải lúc nào cũng làm giảm độ nhám, mà còn phụ thuộc vào bán kính dao, góc cắt và chiến lược chạy dao Đối với tốc độ trục chính, nếu tốc độ quá chậm, sản phẩm có thể bị xước và xuất hiện các vết cắt không mong muốn.

Bảng 6.12: Phản hồi cho tỉ lệ S/N của độ nhám (R4)

Bảng 6.13: Tỉ lệ cho độ nhám trung bình (R4)

Tốc độ trục chính (S) có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công Cụ thể, khi tăng lượng chạy dao từ 800 đến 1900, độ nhám tăng từ 0.9363 đến 1.411 𝜇𝑚, cho thấy sự tác động mạnh mẽ của yếu tố này Việc tăng tốc độ trục chính làm tăng tốc độ cắt, dẫn đến lực cắt lớn hơn, gây rung động và độ nhám bề mặt phay Tuy nhiên, khi tốc độ trục chính tăng từ 1900 đến 3000, độ nhám cải thiện đáng kể từ 1.411 đến 0.6455, nhờ vào việc tạo ra phoi nhỏ hơn và giảm thời gian tiếp xúc giữa dao và phôi, hạn chế vết dao trên bề mặt phôi.

Hình 6.11 cho thấy ba đồ thị riêng biệt tác động đến tỷ số S/N Trong đó, yếu tố tốc độ trục chính (S) đóng vai trò quan trọng nhất, ảnh hưởng lớn đến sự biến đổi của tỷ số S/N khi t thay đổi từ 1900.

3000) tỷ số S/N thay đổi từ -2.5572 đến 4.1912

Chiều sâu cắt (t) là yếu tố có ảnh hưởng lớn thứ hai sau S, với độ dốc tương đối lớn khi t thay đổi từ 0.325 đến 0.6 Kết quả là tỷ số S/N biến đổi từ 1.0615 đến -1.2218.

3(5.208553-1.57638-0.51431) =1.0393 Tính toán tương tự cho những giá trị còn lại

Bảng 6.14: Bảng phân tích kết quả thực nghiệm và xử ký kết quả của các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám của R4

STT Mức giá trị nhân tố Công thức tính Nhân tố

Đồ thị tương quan giữa các đại lượng ảnh hưởng đến độ nhám Ra cho thấy ba mối quan hệ chính: a Tốc độ trục chính có tác động đến độ nhám khi kết hợp với chiều sâu cắt; b Tốc độ trục chính cũng ảnh hưởng đến độ nhám thông qua lượng chạy dao; c Lượng chạy dao và chiều sâu cắt có mối liên hệ trực tiếp đến độ nhám bề mặt.

Để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám, chúng ta có thể phân tích đồ thị tương quan giữa các đại lượng liên quan Đồ thị này giúp làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các yếu tố và cách chúng tác động lẫn nhau, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt nhám Chẳng hạn, trong biểu đồ 6.12a, sự ảnh hưởng của tốc độ trục chính đến độ nhám được thể hiện qua ba chế độ cắt khác nhau, mỗi chế độ tương ứng với một màu sắc riêng (từ 800 đến 3000 rpm) Đồ thị cho thấy độ nhám Ra nằm trên trục tung và chiều sâu cắt t trên trục hoành Kết quả cho thấy, tại S = 1900 rpm với t = 0.325 mm, độ nhám đạt mức thấp nhất, trong khi ở chế độ S = 3000 rpm với t = 0.6 mm, có sự thay đổi đáng kể về độ nhám Điều này cho thấy chiều sâu cắt t có tác động lớn đến kết quả nghiên cứu Các đồ thị khác cũng cần được phân tích tương tự để có cái nhìn tổng quát hơn.

Biểu đồ bề mặt độ nhám của dao R4 cho thấy ba yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhám: a) Tốc độ quay trục chính tác động đến lượng chạy dao và độ nhám; b) Tốc độ quay trục chính liên quan đến chiều sâu cắt và độ nhám; c) Chiều sâu cắt và lượng chạy dao cũng ảnh hưởng đến độ nhám.

Sử dụng tỷ lệ S/N để phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ trụ của dao phay cầu R4, kết quả cho thấy tốc độ trục chính là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất, tiếp theo là chiều sâu cắt và lượng chạy dao Với bán kính dao lớn, áp suất tại cạnh cắt giảm, giúp giảm thiểu các đường gồ ghề.

Thông số cắt tối ưu

6.7.1 Thông số cắt tối ưu độ nhám của dao R3

Bảng 6.15: Bảng thông số tối ưu của dao R3

6.7.2 Thông số cắt tối ưu độ nhám của dao R4

Bảng 6.16: Bảng thông số tối ưu của dao R4

Gia công thông số cắt tối ưu

Tiến hành gia công phay thực nghiệm với các thông số chế độ cắt đã tối ưu:

Hình 6.14: Chi tiết gia công tối ưu

Bảng 6.17: Bảng đo độ nhám chi tiết phay gia công tối ưu

Bán kính dao Độ nhám (Ra) thực tế Độ nhám dự đoán

Độ nhám gia công thực tế R4 0.2 àm 0.24333 thấp hơn nhiều so với dự đoán trên Minitab Nghiên cứu này tập trung vào việc giảm độ nhám của các chi tiết gia công phức tạp Sự giảm độ nhám nhỏ hơn so với dự đoán là do nhiều yếu tố, bao gồm độ rung động của máy gia công, chất lượng dao cắt và độ chính xác của máy.

Kết luận

Qua 2 chương 5 và 6 đã giải quyết những vấn đề sau:

- Nghiên cứu được những đặc điểm cơ bản của quá trình phay cũng như các yếu tố ảnh hưởng

- Nghiên cứu được các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám khi gia công phay CNC vật liệu thép SKD11

Xây dựng ma trận thí nghiệm bằng phương pháp Taguchi để nghiên cứu các thông số tối ưu cho chi tiết phay từ vật liệu thép SKD11, với ba yếu tố đầu vào là tốc độ trục chính, chiều sâu cắt và lượng chạy dao Kết quả nghiên cứu cho thấy các thông số này có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất gia công.

Đối với dao phay cầu R3, chiều sâu cắt (47.65%), tốc độ trục chính (37.16%) và lượng chạy dao (15.19%) là những thông số ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình gia công Để đạt được độ nhám bề mặt nhỏ nhất, bộ thông số cắt tối ưu được xác định là S = 800 rpm, t = 0.05 mm và F = 0.05 mm/phút.

Đối với dao phay cầu R4, tốc độ trục chính, chiều sâu cắt và lượng chạy dao là những thông số quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất cắt Cụ thể, tốc độ trục chính chiếm 47.85%, chiều sâu cắt 28.17% và lượng chạy dao thấp nhất là 23.98% Để đạt được độ nhám nhỏ nhất, bộ thông số tối ưu được xác định là S = 3000 rpm, t = 0.6 mm và F = 0.05 mm/phút.

Kết luận của đồ án nghiên cứu việc xác định chế độ gia công hợp lý cho tiện – phay CNC phức tạp dựa trên phương pháp Taguchi cho thấy rằng các thực nghiệm, nghiên cứu và tính toán đã được thực hiện một cách chi tiết, mang lại những kết quả đáng giá trong việc tối ưu hóa quy trình gia công.

1 Nghiên cứu được các đặc điểm cơ bản của quá trình tiện – phay cũng như các yếu tố ảnh hưởng

2 Ứng dụng phương pháp Taguchi xác định mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào: tốc độ trục chính, chiều sâu cắt, lượng chạy dao đến chất lượng bề mặt cũng như độ chính xác khi gia công tiện - phay CNC

3 Xây dựng các đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến chất lượng bề mặt theo phương pháp Taguchi

4 Xây dựng được mối quan hệ toán học bằng thực nghiệm giữa chế độ cắt với chất lượng bề mặt Từ đó xác lập được mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt với độ nhám bề mặt để người làm công nghệ điều khiển máy gia công có thể sử dụng và chọn các thông số chế độ cắt theo độ nhám yêu cầu

1 Tiếp tục ứng dụng phương pháp Taguchi để đánh giá mức độ ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám khi gia công tiện – phay bằng các phương pháp khác và vật liệu khác nhau để bổ sung phong phú về các tài liệu gia công

2 Ứng dụng kết quả và phương pháp nghiên cứu của đồ án vào gia công sản xuất thực tiễn

Tiêu đề	Nghiên Cứu Thực Nghiệm Xác Định Chế Độ Gia Công Hợp Lý Cho Biên Dạng Tiện - Phay CNC Phức Tạp Dựa Trên Sử Dụng Phương Pháp Taguchi
Tác giả	Lê Văn Danh, Ngô Khánh Toàn, Dương Minh Cường
Người hướng dẫn	GVC.TS. Đặng Minh Phụng
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Chế Tạo Máy
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	6,39 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1] Đặng Đức Bình, Ứng dụng phương pháp Taguchi để đánh giá mức độ ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công, Bộ Giáo dục và Đào tạo trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, 2018	Khác
[2] Hoàng Tiến Dũng,, Phạm Thị Thiều Thoa, Nguyễn Tuấn Linh, Quan Ngọc Cừ , Ứng dụng phương pháp Taguchi nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt và góc xoắn của dao phay ngón liền khối đến lực cắt khi phay vật liệu nhôm AL6061, 59 – 65, 2020	Khác
[3] Nguyễn Tiến Dũng, Nguyễn Tiến Đào, Kỹ thuật phay, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2000	Khác
[4] Lê Mạnh Đức, Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ hợp lý khi phay các chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng, Đại học Thái Nguyên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Thái Nguyên, 2019	Khác
[5] Nguyễn Thị Hoa, Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu khi cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi đã qua tôi, Đại học Thái Nguyên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Thái Nguyên, 2019	Khác
[6] Trần Văn Khiêm, Phương pháp Taguchi và ứng dụng trong tối ưu hóa chế độ cắt, 76 – 82, 2017	Khác
[7] Nguyễn Hữu Lộc. Giáo trình Quy hoạch và phân tích thực nghiệm, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2021	Khác
[8] Nguyễn Viết Tiếp, Giáo trình máy tiện và gia công trên máy tiện, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 2004TIẾNG ANH	Khác
[9] Ali Asghar Heidari, Rahim Ali Abbaspour, Ahmad Rezaee Jordehi, Gaussian bare-bones water cycle algorithm for optimal reactive power dispatch in electrical power systems, 1 – 44, 2017	Khác
[10] Ali Riza Motorcu, The Optimization of Machining Parameters Using the Taguchi Method for Surface Roughness of AISI 8660 Hardened Alloy Steel, 391 – 401, 2010	Khác
[11] Ali Sadollah, Hadi Eskandar, Ardeshir Bahreininejad, Joong Hoon Kim, Water cycle algorithm with evaporation rate for solving constrained and unconstrained optimization problems, 1 – 45, 2015	Khác
[12] Ali Sadollah, Hadi Eskandar, Joong Hoon Kim, Water cycle algorithm for solving constrained multi-objective optimization problems, 1 – 20, 2014	Khác
[13] He Le Hoang Anh, Trinh Kieu Tuan, Nguyen Huu Quang, Nguyen Huu Luan, Tran Minh Truong, and Nguyen Thi Quoc Dung, Optimization of Milling Process by Taguchi-PSI Method, 1 – 5, 2021	Khác
[14] Bala Murugan Gopalsamy, Biswanath Mondal, Sukamal Ghosh, Taguchi method and ANOVA: An approach for process parameters optimization of hard machining while machining hardened steel, 686 – 695, 2009	Khác
[15] C. L. Lin, Use of the Taguchi Method and Grey Relational Analysis to Optimize Turning Operations with Multiple Performance Characteristics, 209 – 220, 2004	Khác
[16] Ngoc Le Chau, Hieu Giang Le, Thanh-Phong Dao, Minh Phung Dang, Van Anh Dang, Efficient Hybrid Method of FEA-Based RSM and PSO Algorithm for Multi-Objective Optimization Design for a Compliant Rotary Joint for Upper Limb Assistive Device, 1 – 14, 2019	Khác
[17] Ngoc Le Chau, Ngoc Thoai Tran, Thanh Phong Dao, A multi-response optimal design of bistable compliant mechanism using efficient approach of desirability, fuzzy logic, ANFIS and LAPO algorithm, 1 – 41, 2020	Khác
[18] Dennis Ochengo , Li Liang, Zhao Wei, and He Ning, Optimization of Surface Quality and Power Consumption in Machining Hardened AISI 4340 Steel, 1 – 12, 2022	Khác
[19] Dhruv Kler, Pallavi Sharma, Ashish Banerjee, K.P.S. Rana, Vineet Kumar, PV Cell and Module Efficient Parameters Estimation Using Evaporation Rate based Water Cycle Algorithm, 1 – 39, 2017	Khác