(Đồ án hcmute) 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

Hiện nay, gia công trên máy CNC đang phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi Nghiên cứu và phát triển khả năng gia công trên các máy CNC là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất và đạt được lợi ích kinh tế cao.

Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ gia công trên máy CNC đang phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam và toàn cầu Công nghệ gia công và chế tạo đã đạt được những tiến bộ đáng kể, cho phép gia công với độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu của các thiết bị yêu cầu chính xác và giảm chi phí sản phẩm Mặc dù độ chính xác gia công trên máy CNC là yếu tố quan trọng, chế độ cắt cũng đóng vai trò quan trọng trong chất lượng gia công Do đó, tối ưu hóa chế độ cắt hoặc áp dụng 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 đáp ứng cơ tính, nhưng độ chính xác không phải lúc nào cũng đạt yêu cầu Các yếu tố nhiễu không xác định có thể ảnh hưởng đến kết quả gia công, làm cho giá trị cài đặt chỉ đạt được một mức độ tin cậy nhất định Do đó, việc nghiên cứu và xác định chế độ cắt hợp lý là rất cần thiết để đảm bảo độ chính xác 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 lại yêu cầu nhiều thí nghiệm Phương pháp Taguchi nổi bật như một giải pháp hiệu quả, khắc phục những bất cập này.

Phương pháp Taguchi là một phương pháp 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 giúp giảm thiểu số lượng thí nghiệm cần thiết và nhanh chóng điều chỉnh các thông số để đạt được mức tối ưu.

Để nâng cao hiệu quả và chất lượng gia công, nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ gia công hợp lý cho biên dạng tiện - phay là rất cần thiết Việc này không chỉ hoàn thiện quy trình mà còn góp phần cải thiện sản phẩm cuối cùng.

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 đáng tin cậy Nghiên cứu tập trung vào việc xác định chế độ gia công tối ưu cho biên dạng tiện - phay CNC phức tạp, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, rút ngắn 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 việc áp dụng phương pháp này có thể tối ưu hóa các thông số chế độ cắt, từ đó nâng cao chất lượng gia công trên máy CNC Phương pháp Taguchi giúp xác định và kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công, góp phần giảm thiểu biến động và cải thiện độ chính xác của sản phẩm Sử dụng phương pháp này không chỉ mang lại hiệu quả về mặt kỹ thuật mà còn tiết kiệm chi phí sản xuất, làm tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp trong ngành chế tạo.

- 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 đích của nghiên cứu này là xác định chế độ gia công hợp lý cho chi tiết có biên dạng phức tạp thông qua phương pháp Taguchi Nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, giúp làm rõ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến biến dạng chi tiết và độ nhám bề mặt Phương pháp Taguchi được sử dụng để phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm, từ đó tối ưu hóa thông số và xác định chế độ gia công phù hợp.

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 trong khi phôi quay tròn Quá trình này giúp tạo ra hình dáng và kích thước mong muốn cho phôi Tiện có thể được thực hiện trên bề mặt ngoài hoặc bên trong của phôi và có thể được tối ưu hóa thông qua 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 là quá trình chủ yếu diễn ra trên máy tiện, chiếm từ 25% đến 50% trong tổng thể gia công kim loại bằng cắt Ngoài việc tiện, máy tiện còn có khả năng thực hiện nhiều thao tác khác như khoan, khoét, doa và taro Điều này cho thấy máy tiện là một thiết bị đa năng trong ngành gia công kim loại.

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 dụng cụ như dao tiện, mũi khoét, mũi doa và taro để tạo ra các sản phẩm chính xác và chất lượng.

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 yếu tố như thanh giằng, ống nối và khớp nối, có ảnh hưởng lớn đến quy trình gia công Việc phân loại và xác định quy trình gia công cho các chi tiết này là rất quan trọng trong sản xuất, vì chúng thường yêu cầu các phương pháp gia công đặc biệt và độ chính xác cao Sự phát triển của công nghệ gia công đã giúp cải thiện hiệu quả và tiết kiệm thời gian trong việc xử lý các chi tiết không đối xứng, cho phép kỹ sư và nhà sản xuất áp dụng các phương pháp tiên tiến và chính xác hơn.

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 nhiều công suất của máy Khi dao cắt gọt được đưa vào, nó sẽ tạo ra một vòng tròn trên bề mặt chi tiết gia công.

Chuyển động tịnh tiến của dao là yếu tố quan trọng trong gia công, bên cạnh chuyển động xoay tròn của phôi Chuyển động này cho phép dao di chuyển tương đối đến vật phôi, tạo ra quá trình cắt gọt và hình thành chi tiết gia công Kết hợp cả hai chuyển động này, quá trình tiện có thể được thực hiện để 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: a) Tiện ngoài; b) Tiện mặt đầu và tiện cắt đứt Các bề mặt được phân loại thành: 1 Mặt chưa gia công và 2 Mặt cắt gọt.

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

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

- 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 xuất hiện khi quá trình cắt diễn ra ở tốc độ thấp, với độ dày cắt lớn và góc cắt 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 n

- 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 chính của dao bao gồm thân (cán) để cầm nắm và đầu dao (phần cắt gọt) với các yếu tố cơ bản như lưỡi dao và các đặc điểm thiết kế khác.

- 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 rất 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 n

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

Dao tiện có nhiều loại công dụng khác nhau, 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 Mỗi loại dao này phục vụ cho những mục đích cụ thể trong quá trình gia công, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác của sản phẩm.

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

Trong bài viết này, chúng tôi phân loại các loại dao theo công dụng, bao gồm: 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 đều có chức năng riêng, phục vụ cho các nhu cầu gia công khác nhau trong ngành cơ khí.

Vật liệu làm dao

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

Thép tốc độ cao (HSS) là loại thép công cụ phổ biến trong ngành tiện, nổi bật với độ bền vượt trội, khả năng chống mài mòn tốt và khả năng duy trì độ cứng ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao.

Cacbua là một hợp chất được hình thành từ sự kết hợp giữa cacbua vonfram và coban, nổi bật với độ cứng cao và khả năng chống mài mòn Với khả năng duy trì các cạnh cắt sắc nét ngay cả ở nhiệt độ cao, cacbua trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

Gốm sứ là vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao, nhờ vào độ cứng vượt trội và khả năng chống mài mòn Chúng cũng nổi bật với khả năng duy trì hiệu suất lưỡi cắt ở nhiệt độ cao, làm cho gốm sứ trở thành lựa chọn hàng đầu trong ngành công nghiệp chế tạo.

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 CBN nổi bật với độ ổn định nhiệt cao, khả năng chống mài mòn vượt trội và khả năng duy trì các cạnh cắt sắc nét, làm cho nó trở thành lựa chọn hàng đầu trong ngành công nghiệp gia công.

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, PCD có khả năng chống mài mòn tốt và duy trì các cạnh cắt sắc nét ngay cả ở 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 vào đầu thế kỷ 20 bởi các nhà luyện kim Harry Brearley và Leon Guillet Họ 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 qua, quy trình sản xuất thép không gỉ và các thành phần hợp kim đã có những tiến bộ đáng kể 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 tuyệt vời và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.

Thép không gỉ AISI 316L, hay Inox 316L, là phiên bản carbon thấp của thép không gỉ AISI 316 Chữ "L" trong tên gọi này chỉ hàm lượng carbon giảm, giúp giảm thiểu nguy cơ nhạy cảm và ăn mòn giữa các hạt khi tiếp xúc với điều kiện như môi trường hàn hoặc nhiệt độ cao.

Inox, bắt nguồn từ từ tiếng Pháp "Inoxydable", có nghĩa là "không gỉ", thường được dùng để chỉ thép không gỉ Cụ thể, Inox 316L là một loại thép không gỉ nổi bật với khả năng chống ăn mòn vượt trội.

Inox 316L hiện nay được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp như chế biến hóa chất, dược phẩm, thực phẩm và đồ uống, ứng dụng 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, phù hợp cho các môi trường và ứng dụng khắt khe.

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 nhiều môi trường khắc nghiệt, đồng thời có khả năng chống nhiễm từ và chống oxy hóa hiệu quả.

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 có khả năng gia công tốt, nhưng cần lưu ý rằng việc gia công loại thép này có thể khó khăn hơn so với các vật liệu khác như thép cacbon.

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

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

Khi gia công thép không gỉ Inox 316L, cần chú ý đến các thông số cắt, lựa chọn công cụ và kỹ thuật gia công phù hợp Việc tham khảo các hướng dẫn gia công cho dụng cụ và thiết bị cụ thể là rất quan trọng, đồng thời cần 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 quá trình tiện có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt của sản phẩm Tốc độ này quyết định chất lượng bề mặt hoàn thiện, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cắt gọt và độ mịn của vật liệu Việc điều chỉnh tốc độ trục chính hợp lý sẽ giúp tối ưu hóa quá trình gia công, mang lại kết quả tốt nhất cho bề mặt sản phẩm.

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

Tốc độ trục chính có ảnh hưởng lớn đến độ mài mòn của dụng cụ, từ đó tác động gián tiếp 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 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 các nguyên công tiện có thể gây ra rung và kêu, ảnh hưởng tiêu cực đến độ hoàn thiện bề mặt Rung động không chỉ tạo ra tiếng kêu của dụng cụ mà còn dẫn đến sự bất thường trên bề mặt phôi, làm giảm độ nhám bề mặt Để đảm bảo quá trình cắt diễn ra trơn tru và đạt được bề mặt hoàn thiện tốt hơn, cần chọn tốc độ trục chính tối ưu để tránh rung và kêu.

Tốc độ trục chính có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành và thoát phoi trong quá trình gia công Khi tốc độ cao hơn được áp dụng, phoi sẽ được bẻ thành các kích thước nhỏ hơn, dễ quản lý và thuận tiện cho việc loại bỏ khỏi khu vực cắt Việc thoát phoi hiệu quả không chỉ ngăn chặn hiện tượng cắt lại phoi mà còn cải thiện đáng kể độ hoàn thiện bề mặt.

Vật liệu phôi khác nhau yêu cầu tốc độ trục chính khác nhau để đạt được độ hoàn thiện bề mặt mong muốn Các vật liệu mềm như nhôm thường cần tốc độ trục chính cao hơn để có bề mặt mịn, trong khi các vật liệu cứng như thép tôi 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 như loại vật liệu, hình học dụng cụ và các thông số cắt khác Do đó, việc tiến hành thử nghiệm và xem xét yêu cầu cụ thể của quá trình gia công là cần thiết để xác định tốc độ trục chính phù hợp nhất.

2.5.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao (Feed rate)

Lượng chạy dao là tốc độ mà dụng cụ cắt di chuyển trên phôi gia công, đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt trong quá trình tiện.

Độ dày phoi là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến lượng vật liệu được loại bỏ trong quá trình gia công Khi lượng chạy dao cao, độ dày phoi tăng, dẫn đến bề mặt hoàn thiện thô hơn Những phoi lớn có khả năng gây ra vết dao và không đều trên bề mặt phôi, làm tăng độ nhám bề mặt.

Lượng chạy dao quá cao có thể gây ra vết và khuyết tật trên bề mặt phôi, dẫn đến việc dụng cụ cắt để lại các vết xước rõ ràng Quá trình hình thành và kiểm soát phoi không đầy đủ là nguyên nhân chính cho hiện tượng này Những dấu công cụ này không chỉ ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt mà còn làm giảm chất lượng hoàn thiện mong muốn.

Lực cắt và độ rung là hai yếu tố quan trọng trong quá trình gia công Khi lượng chạy dao cao, lực cắt tác động lên dụng cụ, phôi và máy tăng lên, có thể gây ra rung động và lệch dụng cụ Những vấn đề này ảnh hưởng tiêu cực đến lớp hoàn thiện bề mặt, khiến bề mặt phôi xuất hiện bất thường và độ nhám tăng cao.

Khi cắt gọt, lượng chạy dao cao có thể gây ra sinh nhiệt đáng kể, ảnh hưởng tiêu cực đến dụng cụ và vật liệu phôi Nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến hư hỏng do nhiệt và bề mặt kém hoàn thiện Do đó, việc lựa chọn lượng chạy dao hợp lý là rất quan trọng để quản lý quá trình sinh nhiệt, từ đó giảm thiểu tác động bất lợi của nó lên độ nhám bề mặt.

Độ mài mòn của dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt, với lượng chạy dao là yếu tố quyết định Khi lượng chạy dao quá cao, tốc độ mài mòn của dụng cụ sẽ tăng lên, dẫn đến sự xuống cấp của các lưỡi cắt Các công cụ bị mòn thường tạo ra bề mặt gồ ghề do hiệu suất cắt giảm và khả năng kiểm soát phoi không hiệu quả.

Vật liệu phôi ảnh hưởng lớn đến phạm vi lượng chạy dao tối ưu để đạt được độ hoàn thiện bề mặt mong muốn Những vật liệu mềm như nhôm có khả năng chịu đựng lượng chạy dao cao mà không làm giảm chất lượng bề mặt, trong khi các vật liệu cứng như thép không gỉ thường cần 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 là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt trong quá trình tiện Sự điều chỉnh chiều sâu cắt có thể cải thiện hoặc làm giảm chất lượng bề mặt hoàn thiện, do đó, việc tối ưu hóa chiều sâu cắt là cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất trong gia công.

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

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 gia công ảnh hưởng lớn đến dung sai, tức là độ lệch cho phép so với kích thước hoặc phép đo được chỉ định Một tốc độ trục chính tối ưu giúp cải thiện độ chính xác và chất lượng sản phẩm, trong khi tốc độ không phù hợp có thể dẫn đến sai số lớn và giảm hiệu suất gia công Việc điều chỉnh tốc độ trục chính là yếu tố quan trọng để đảm bảo các tiêu chuẩn dung sai được đáp ứng trong quá trình sản xuất.

Tốc độ trục chính là yếu tố quan trọng quyết định độ chính xác về kích thước của các bộ phận gia công Khi tăng tốc độ trục chính, quá trình cắt trở nên mượt mà và chính xác hơn, từ đó giảm thiểu khả năng xảy ra 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 Tăng tốc độ trục chính có thể mang lại bề mặt mịn hơn, giảm độ nhám và nâng cao chất lượng tổng thể Điều này đặc biệt cần thiết khi yêu cầu dung sai chặt chẽ để đảm bảo sự ăn khớp chính xác và trơn tru.

Để giảm thiểu độ mòn của dụng cụ trong quá trình gia công, việc lựa chọn tốc độ trục chính phù hợp là rất quan trọng Chạy trục chính ở tốc độ tối ưu cho từng loại vật liệu và dụng cụ cụ thể giúp ngăn ngừa mài mòn quá mức, từ đó duy trì kích thước và dung sai ổn định theo thời gian.

Tốc độ trục chính đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra nhiệt trong quá trình gia công Khi tốc độ tăng 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 hiện tượng giãn nở nhiệt, ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước và 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 Điều này dẫn đến sai lệch so với dung sai mong muốn Việc chọn tốc độ trục chính thích hợp giúp giảm thiểu rung động và đảm bảo kết quả gia công tốt hơn.

Khi lựa chọn tốc độ trục chính trong gia công, cần cân nhắc đến vật liệu, vì mỗi loại vật liệu có yêu cầu riêng về tốc độ để đạt được kết quả tối ưu Tác động của tốc độ trục chính đến dung sai có thể khác nhau tùy thuộc vào đặc tính của vật liệu Do đó, việc xem xét các thông số cắt được khuyến nghị và đặc tính vật liệu là điều quan trọng 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 Lựa chọn tốc độ phù hợp cho từng loại vật liệu và quy trình gia công giúp đạt được độ chính xác về kích thước và cải thiện độ hoàn thiện bề mặt Ngoài ra, việc này còn giúp giảm thiểu mài mòn dụng cụ, rung động và hiệu ứng nhiệt, từ đó nâng cao dung sai tổng thể của các bộ phận gia công.

2.6.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao:

Độ chính xác về kích thước trong quá trình cắt phụ thuộc vào lượng chạy dao, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ loại bỏ vật liệu Khi lượng chạy dao cao, tốc độ loại bỏ vật liệu tăng nhanh, nhưng đồng thời cũng làm tăng nguy cơ xảy ra lỗi kích thước và giảm độ chính xác Điều này đặc biệt đúng nếu máy móc hoặc dụng cụ không được hiệu chỉnh đúng cách, 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; lượng chạy dao cao có thể tạo ra bề mặt 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 độ hoàn thiện bề mặt đạt yêu cầu.

Lượng chạy dao có ảnh hưởng đáng kể đến độ mòn của dụng cụ trong quá trình gia công Khi lượng chạy dao tăng cao, độ mài mòn của dụng cụ cũng sẽ gia tăng do tần suất tiếp xúc nhiều hơn.

Việc lựa chọn lượng chạy dao phù hợp là rất quan trọng để duy trì độ chính xác về kích thước trong quá trình gia công Dụng cụ bị mài mòn quá mức có thể gây ra lỗi kích thước và giảm dung sai, do đó cần cân nhắc kỹ lưỡng vật liệu gia công và dụng cụ sử dụng.

Lượng chạy dao đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành phoi trong quá trình cắt, ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng của phoi 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 không chỉ giúp đạt được kích thước và dung sai chính xác mà còn tối ưu hóa quá trình hình thành phoi thông qua việc chọn lựa lượng chạy dao thích hợp.

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 do ma sát giữa dụng cụ và phôi gia công tăng lên Nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến giãn nở nhiệt, gây ra sự thay đổi kích thước và ảnh hưởng đến khả năng chịu đựng của vật liệu.

Khi lựa chọn lượng chạy dao, cần cân nhắc đến loại vật liệu, vì mỗi loại có yêu cầu riêng để đạt hiệu quả gia công tối ưu Vật liệu cứng thường yêu cầu 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 Hiểu rõ đặc tính vật liệu và các thông số cắt khuyến nghị là yếu tố quan trọng 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 vượt trội, đòi hỏi sử dụng các công cụ cắt phù hợp trong gia công Việc không đảm bảo 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 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 rất quan trọng để tránh biến dạng không mong muốn và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Gia công Inox 316L yêu cầu lựa chọn dụng cụ cắt và tốc độ cắt một cách tỉ mỉ Tốc độ cắt quá nhanh có thể gây mòn dụng cụ và giảm chất lượng sản phẩm, trong khi tốc độ quá chậm lại tạo ra bề mặt không đều và kéo dài thời gian gia công.

Hiện nay, nhiều nghiên cứu đang tập trung vào 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 thông số tối ưu Các nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và chất lượng trong quá trình gia công.

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 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 chính 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 Kết quả từ phương pháp Taguchi (bảng trực giao L9) cho thấy rằng lượng chạy dao đóng vai trò quan trọng nhất trong việc cải thiện chất lượng chi tiết, đạt tỷ lệ ảnh hưởng lên đến 65.76%.

Nghiên cứu của K Ramesha và cộng sự (2020) đã tập trung vào vật liệu gang dẻo sau khi nhiệt luyện và gia công bằng chip tiện tungsten Tác giả áp dụng phương pháp Taguchi nhằm tối ưu hóa tỷ lệ loại bỏ vật liệu (MRR) và giảm độ nhám bề mặt Kết quả phân tích phương sai (ANOVA) cho thấy, lượng chạy dao có ảnh hưởng đáng kể đến MRR với tỷ lệ 70.32%, trong khi vận tốc cắt ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt với 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 sử dụng dao không phủ và dao phủ bề mặt bằng lớp TiB2 Để thiết lập mô hình thực nghiệm, họ áp 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) tập trung vào việc xác định thông số cắt tối ưu cho gia công tiện vật liệu thép S45C bằng dao tungsten carbide Đề tài không chỉ chú trọng đến độ nhám bề mặt mà còn xem xét tuổi thọ của dao để nâng cao hiệu suất sản xuất Kết quả thực nghiệm theo phương pháp Taguchi cho thấy, lượng chạy dao ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt lên tới 81.93%, trong khi vận tốc cắt là yếu tố quyết định chính đối với tuổi thọ của dao.

- 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 vẫn còn thiếu nghiên cứu về sai lệch hình dạng như độ côn, độ trụ và độ đồng tâm Do đó, nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài nhằm tìm ra thông số phù hợp để cải thiện độ trụ và độ nhám khi gia công vật liệu Inox 316L.

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM

Phương pháp Taguchi

Phương pháp Taguchi (Design of Experiments - DOE) là một phương pháp thống kê do tiến sĩ Genichi Taguchi, một kỹ sư và nhà thống kê người Nhật, phát triển nhằm tối ưu hóa chất lượng sản phẩm và quy trình sản xuất Mục tiêu của phương pháp này là giảm sự biến đổi và cải thiện hiệu suất bằng cách 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 Bằng cách tối ưu hóa thiết kế sản phẩm và quy trình, phương pháp này không chỉ nâng cao sự hài lòng của khách hàng mà còn xem xét tác động của các biến thể, mang lại hiệu quả cao trong quản lý chất lượng.

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

Ưu điểm của phương pháp Taguchi

Thiết kế chất lượng là yếu tố then chốt trong phương pháp Taguchi, không chỉ tập trung vào kiểm soát chất lượng cuối cùng mà còn trong toàn bộ quá trình sản xuất Điều này giúp giảm thiểu sai số và lỗi sản xuất, 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 Điều này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí mà còn làm giảm lãng phí hiệu quả.

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

Phương pháp Taguchi tối ưu hóa quá trình sản xuất bằng cách sử dụng số lượng thử nghiệm tối thiểu để xác định các yếu tố quan trọng Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu thời gian thử nghiệm, nâng cao hiệu quả trong việc thử nghiệm.

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

Phương pháp Taguchi có khả năng linh hoạt trong việc phản ứng với biến số môi trường, cho phép xử lý các 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 các yếu tố không điều khiển như nhiễu và các yếu tố ngẫu nhiên không kiểm soát, ví dụ như rung động từ môi trường và nhiệt độ Việc này có thể dẫn đến sai lệch trong đánh giá ảnh hưởng 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 có hệ thống các yếu tố thử nghiệm và mức độ của chúng, 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, cần thực hiện 7 bước cơ bản.

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 n

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 của 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, biểu thị sự thay đổi hoặc sai lệch so với mục tiêu.

SNR (Signal-to-Noise Ratio) được sử dụng để đánh giá độ bền và chất lượng của thiết kế hoặc quy trình bằng cách 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 được áp dụng khi cần giá trị thấp hơn cho biến phản hồi Trong tình huống 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 n

Khi giá trị phản hồi cần cao hơn, loại SNR này trở nên quan trọng SNR được tính toán dựa trên yêu cầu đạt được giá trị tối ưu trong quá trình phân tích.

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 cần thiết khi loại SNR được áp dụng, đặc biệt khi biến phản hồi cần gần với giá trị đích Trong tình huống này, SNR được tính toán theo một phương pháp cụ thể để đảm bảo độ chính xác của kết quả.

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

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, dung sai kích thước, dung sai độ tròn và độ đồng tâm trong quá trình gia công Thí nghiệm cũng nhằm xác định mối quan hệ giữa các thông số đầu ra và những 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 thực hiện phay trên máy CNC, như thể hiện trong hình 4.3 Các thông số xác định được đo và đánh giá đồng thời trên mô hình thực nghiệm.

Hình 4.2: Mô hình thực nghiệm

Các thí nghiệm trước đây đã chỉ ra rằng các thông số cắt 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 cắt Trong bài viết này, chúng tôi sẽ căn cứ vào tài liệu catalogue của hãng Mitsubishi với chip tiện VNMG160408 để xác định dải thông số chế độ cắt tối ưu khi gia công phôi Inox.

Trong nghiên cứu, nhóm đã cải tiến chế độ cắt bằng cách thêm các yếu tố đầu ra nhằm nâng cao tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm Bên cạnh việc kiểm soát độ nhám (Ra), nhóm còn chú trọng đến dung sai kích thước độ trụ để đảm bảo sự chính xác và tối ưu trong quá trình sản xuất.

- Các đại lượng cố định

- Các đại lượng gây nhiễu

Ngoài các yếu tố cố định hoặc 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, vật liệu gia công thường có sự không đồng nhất về thành phần hóa học và độ cứng, tính đàn hồi của hệ thống công nghệ, cũng như rung động trong quá trình cắt và tác động từ bên ngoài cần được xem xét.

Điều kiện thí nghiệm

Quá trình gia công CNC tại xưởng cơ khí Nguyễn Hữu Học, địa chỉ 1234 đường Kha Vạn Cân, Khu phố 2, Linh Trung, Thủ Đức, đảm bảo chất lượng và độ chính xác cao trong từng sản phẩm.

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 n

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 của nhà trường, nhóm đã có cơ hội làm việc với thiết bị đo độ nhám cầm tay HANDYSURF+, do ACCRETECH phát triển Thiết bị này được thiết kế dễ sử dụng, phục vụ nhu cầu của các nhà sản xuất toàn cầu HANDYSURF+ nổi bật với màn hình LCD 2.4 inch, độ phân giải cao 0.0007 𝜇𝑚, chiều dài hành trình 16 mm, tốc độ đo lên đến 1 mm/s, và khoảng đo chiều cao từ -210 đến 160 𝜇𝑚 Ngoài ra, thiết bị còn có cổng kết nối USB, hệ điều hành đơn giản với giao diện thân thiện, kết nối điều khiển từ xa chuyên sâu, và hỗ trợ 20 ngôn ngữ khác nhau.

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) n

- 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+ n

Hình 4.10: Đo độ trụ cho chi tiết (1)

Hình 4.11: Đo độ trụ cho chi tiết (2) n

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, dung sai độ trụ và độ nhám khi tiện chi tiết Inox 316L Thí nghiệm 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 khi 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 đã được xác định.

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 nhất Sau khi hoàn tất gia công, hãy đổi mặt dao để tiến hành gia công cho chi tiết tiếp theo, nhằm giảm thiểu sai số trong quá trình chế tạo.

Hình 4.12: 16 chi tiết đã được tiện n

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 so với các yếu tố khác Sự gia tăng này có thể giải thích bởi việc tăng lượng chạy dao làm tăng lượng phoi, dẫn đến bề mặt không được mịn màng Hơn nữa, việc tăng lượng chạy dao cũng làm giảm tuổi thọ của dao, gây ra mòn dao, ảnh hưởng tiêu cực đến bề mặt gia công.

Tốc độ trục chính và chiều sâu cắt là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Khi tốc độ trục chính tăng từ 600 đến 800 mm/vòng, độ nhám giảm từ 1.4 xuống 0.99425 𝜇𝑚, cho thấy sự cải thiện rõ rệt Tốc độ cao giúp tạo ra phoi nhỏ hơn và giảm thời gian tiếp xúc giữa dao và phôi, từ đó hạn chế việc hình thành 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 ảnh hưởng đáng kể đến sự biến đổi của tỷ số S/N Khi F tăng từ 0.06 lên 0.08, tỷ số S/N giảm mạnh từ 4.8566 xuống -2.648 Tương tự, khi F tiếp tục tăng từ 0.08 lên 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 khác.

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 n

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 yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám Ra cho thấy: a Tác động của tốc độ quay trục chính đến lượng chạy dao và độ nhám; b Mối liên hệ giữa tốc độ quay trục chính và chiều sâu cắt đến độ nhám; c Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến độ nhám.

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

Bảng 4.11: Bảng biến đổi Box-Cox

Box-Cox Transformation là phương pháp hiệu quả để chuyển đổi dữ liệu không tuân theo phân phối chuẩn thành dữ liệu gần với phân phối chuẩn hơn Quá trình này sử dụng tham số lambda (λ) để điều chỉnh mức độ biến đổi, tuy nhiên, giá trị của lambda không được xác định trước mà phải được ước lượng từ chính dữ liệu.

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 thành 0.5 hoặc số nguyên gần nhất, điều này có thể làm giảm độ chính xác của phép biến đổi nhưng lại giúp đơn giản hóa quá trình thực hiện và tạo ra giá trị 𝜆 dễ hiểu và 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) mô tả 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 bằng các đơn vị mã hóa, giúp chuyển đổi các biến độc lập thành các biến có tỷ lệ tương đối so với biến ban đầu Việc 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 (significance level), thường được ký hiệu là α và có giá trị 0.05 Nếu P-value nhỏ hơn hoặc bằng α, có thể khẳng định rằng có một mối quan hệ có ý nghĩa thống kê giữa biến phản hồi và số hạng Ngược lại, nếu P-value lớn hơn α, điều này cho thấy mối quan hệ giữa biến phản hồi và thuật ngữ không có ý nghĩa thống kê.

Hệ số VIF (Variance Inflation Factor) được sử dụng để đo lường mức độ đa tuyến (tương quan giữa các biến độc lập) trong một mô hình Chỉ số VIF càng cao sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến độ tin cậy của dữ liệu Cụ thể, nếu VIF = 1, không có đa tuyến hóa, tức là các biến độc lập không có tương quan Khi VIF < 5, đa tuyến hóa nhẹ, tương quan giữa các biến không quá cao và không cần quá lo lắng Nếu VIF nằm trong khoảng từ 5 đến dưới 10, đây là mức độ đa tuyến hóa trung bình, cần xem xét cẩn thận Cuối cùng, khi VIF >= 10, đa tuyến hóa được coi là nghiêm trọng, với mức độ tương quan cao giữa các biến độc lập, có thể ảnh hưởng mạnh đến ý nghĩa thống kê của các hệ số.

Nếu giá trị VIF cao, cần giảm thiểu đa tuyến hóa bằng cách loại bỏ các biến có 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% n

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 chỉ ra 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 quan trọng của các đại lượng này ở mức độ tin cậy α=0.05.

Biểu đồ bề mặt độ nhám thể hiện mối quan hệ giữa các yếu tố như tốc độ quay trục chính, lượng chạy dao và chiều sâu cắt Cụ thể, ảnh hưởng của tốc độ quay trục chính đến độ nhám có thể được phân tích qua lượng chạy dao và chiều sâu cắt Đồng thời, mối liên hệ giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định 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 từng thông số công nghệ đến độ nhám Kết quả cho thấy, lượng chạy dao có tác động đáng kể đến độ nhám bề mặt.

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 có nhiều mục tiêu cần đạt đồng thời, phương pháp này giúp kết hợp các mục tiêu thành một chỉ số duy nhất, từ đó đánh giá và so sánh các phương án một cách hiệu quả.

Trong quá trình tối ưu hóa đa mục tiêu, thường xuất hiện nhiều tiêu chí đánh giá khác nhau với đơn vị và phạm vi đo lường không đồng nhất, điều này làm cho việc so sánh trực tiếp giữa các phương án trở nên khó khăn Composite desirability được áp dụng để khắc phục vấn đề này bằng cách chuyển đổi các tiêu chí thành một thang đo chung, giúp dễ dàng so sánh và lựa chọn phương án tối ưu hơn.

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: n

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 đạt 0.02 và độ trụ 0.0018 mm Việc giảm độ nhám này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm độ rung động của máy gia công, chất lượng dao cắt, và độ chính xác của máy Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa các yếu tố này nhằm giảm thiểu độ nhám trong quá trình gia công.

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 n

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 từ vật liệu Inox 316L Ba yếu tố đầu vào được xem xét bao gồm tốc độ trục chính, lượng chạy dao và chiều sâu cắt Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng

Độ nhám của bề mặt phụ thuộc chủ yếu vào ba yếu tố: lượng chạy dao (chiếm 63.46%), chiều sâu cắt (26.08%) và tốc độ trục chính (10.45%) Để đạt được độ nhám nhỏ nhất, các thông số đề xuất là: 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 sản phẩm chịu ảnh hưởng chủ yếu 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 trục chính S = 600 rpm, chiều sâu cắt t = 0.6 mm và lượng chạy dao F = 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 nhiều biên dạng từ đơn giản đến phức tạp và có thể tự động hóa để nâng cao năng suất Cả phay CNC và phay cơ đều có thể thực hiện gia công thô và gia công tinh với độ chính xác từ cấp 3-4 và độ bóng tối đa 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 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 linh hoạt theo các đường thẳng, đường tròn, cũng như theo chiều ngang, dọc, lên xuống và trong không gian 3D.

Máy phay CNC có khả năng gia công đa dạng như mặt phẳng, định hình phức tạp, khoan, taro, doa và khoét với độ chính xác cao Khác với máy phay cơ, máy phay CNC có chức 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 n

- 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, quá trình cắt diễn ra khi phần kim loại thừa từ phôi được gọt bỏ Lực cắt hình thành 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 n

Trong quá trình gia công, lớp kim loại bị cắt bỏ được gọi là phoi, và phoi này có thể xuất hiện 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 cao như thép và nhôm, lớp kim loại có 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 n

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 nâng cao chất lượng và hiệu suất gia công Để khắc phục tình trạng lẹo dao, cần mài bóng mặt trước của dao một cách cẩn thận, hoặc điều chỉnh tốc độ cắt, thường tăng lên 30 m/phút hoặc cao hơn Ngoài ra, việc sử dụng dung dịch nguội phù hợp trong từng điều kiện gia công cũng rất cần thiết.

Sự co rút phôi khi phay là hiện tượng kích thước của phôi thay đổi 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 trong quá trình phay cần được hiểu rõ 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 khi 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 n

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 như tủ lạnh và máy giặt, tàu chở hàng, cũng như 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, mang lại độ bền và khả năng chống gãy mòn vượt trội so với các dạng sắt khác 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, chế tạo 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 vượt trội, 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 có tiêu chuẩn riêng như TCVN (Mác thép Việt Nam), AISI/SAE (Mác thép Mỹ), JIS (Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản), NK (Mác thép Nhật Bản) và DIN (Mác thép Đức) Thép SKD11 là một loại thép đặc biệt được sử dụng trong ngành công nghiệp chế tạo.

Thép SKD11, theo tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản, là loại thép được sử dụng phổ biến trong chế tạo chi tiết máy, khuôn mẫu và khuôn dập nguội.

Thép SKD11, được đặt tên theo tiêu chuẩn Nhật Bản, có nhiều tên gọi khác nhau ở các quốc gia khác, nhưng thành phần hóa học của chúng vẫn 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 n

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 là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt sản phẩm Đầu tiên, tốc độ này ảnh hưởng đến độ nhám do dao phay gây ra; khi tốc độ cắt quá chậm, dao phay có thể tạo ra mài mòn và 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 ảnh hưởng đến độ nhám do rung động của máy phay; tốc độ quá cao có thể gây 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 phù hợp là cần thiết để giảm rung động và cải thiện chất lượng bề mặt.

Lượng chạy dao là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt, đặc biệt là độ dày phoi Khi lượng chạy dao tăng, độ dày phoi cũng thường tăng theo, và nếu độ dày phoi trở nên quá lớn, nó có thể gây ra rung động và tiếng kêu, dẫn đến độ nhám bề mặt cao hơn.

Độ mài mòn của dao tăng lên khi lượng chạy dao lớn, làm bề mặt hoàn thiện trở nên gồ ghề, vì vậy việc tối ưu hóa lượng chạy dao là cần thiết để duy trì độ sắc bén và tránh mài mòn quá mức Lực cắt cao hơn từ lượng chạy dao lớn có thể gây ra hiện tượng lệch hoặc uốn cong dụng cụ cắt, dẫn đến rung và bề mặt kém hoàn thiện; do đó, chọn lượng chạy dao thích hợp là rất quan trọng để cân bằng giữa lực cắt và độ nhám bề mặt Độ cứng vững của máy phay cũng ảnh hưởng đến lượng chạy dao phù hợp; máy có độ cứng tốt hơn có thể chịu được lượng chạy dao cao mà không bị rung hay lệch, từ đó cải thiện bề mặt hoàn thiện Ngoài ra, tính chất vật liệu cũng quyết định lượng chạy dao cần thiết, với các vật liệu như kim loại hoặc nhựa mềm hơn thường yêu cầu lượng chạy dao thấp hơn để đạt được bề mặt mịn, trong khi vật liệu cứng hơn có thể chịu đựng lượng chạy dao cao hơn.

Trong quá trình phay CNC, chiều sâu cắt ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt; thường thì, chiều sâu cắt lớn hơn dẫn đến độ nhám bề mặt cao hơn do lực cắt tăng gây ra rung động, làm dao mài mòn nhanh và tạo ra bề mặt gia công với vết xước và hình dạng không đều Tuy nhiên, việc giảm chiều sâu cắt không luôn luôn làm giảm độ nhám bề mặt, mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác 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 như tốc độ trục chính, lượng chạy dao và các thông số phay khác Thực hiện thử nghiệm và điều chỉnh các yếu tố này sẽ giúp cải thiện độ hoàn thiện bề mặt Hơn nữa, việc sử dụng dụng cụ cắt phù hợp, 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 khả năng 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.

Bán kính dao phay cầu lớn giúp giảm áp suất tại cạnh cắt, tạo ra quá trình cắt mềm hơn Điều này không chỉ giảm thiểu các đường nét gồ ghề mà còn làm mịn bề mặt sau khi gia công.

Để đạt được độ nhám tốt khi 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 dao phay cầu lớn hơn và đảm bảo lưỡi dao phay sắc bén Ngược lại, để gia công nhanh và tiết kiệm thời gian, có thể chọn bán kính dao phay cầu nhỏ hơn, nhưng 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 hư hỏng dao phay, trong khi tốc độ cắt quá thấp sẽ làm tăng 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 trong quá trình gia công, vì sự không ổn định của máy có thể dẫn đến sai số và lỗi trong sản phẩm cuối cùng.

Ngày nay, gia công phay trở thành một quy trình phổ biến trong gia công cơ khí chính xác Do đó, nhiều bài báo và nghiên cứu 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 tiến hành nghiên cứu với vật liệu thép SKD11, sử dụng dao phay cầu R5 từ hãng YG Tác giả cũng đã lựa chọn bảng trực giao L25(53) và thực hiện thí nghiệm với 25 chế độ cắt khác nhau.

Trong quá trình thí nghiệm, độ nhám bề mặt được đo ba lần tại ba vị trí khác nhau, sau đó tính giá trị trung bình RZ của ba lần đo Kết quả cho thấy rằng yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám là lượng chạy dao, chiếm 80.89%, tiếp theo là vận tốc cắt với 12.61%, và cuối cùng là chiều sâu cắt với 6.4%.

Lê Mạnh Đức (2019) đã nghiên cứu quá trình phay hợp kim nhôm A6061 thành mỏng bằng dao phay ngón Carbide, với các thông số đầu vào như 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 ảnh hưởng mạnh nhất đến biến dạng, tiếp theo là vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt Đối với độ nhám bề mặt, lượng chạy dao là yếu tố chính, trong khi chiều rộng cắt có ít ảnh hưởng.

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, với độ bền cao, thích hợp cho gia công mặt phẳng nhưng không thể xử lý các bề mặt cong hoặc phức tạp Kết quả phân tích cho thấy, trong phương X, các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt lần lượt là góc xoắn (52.47%), tốc độ cắt (29.588%), lượng chạy dao (4.273%) và chiều sâu cắt (3.041%) Đối với phương Y, mức độ ảnh hưởng tương ứng là 75.263%, 6.844%, 5.591% và 3.418% Trong phương Z, các giá trị là 30.26%, 41.64%, 18.19% và 2.148%.

Nghiên cứu của He Le Hoang Anh và cộng sự (2021) tập trung vào thép 060A4 khi phay bằng dao phay mặt đầu HSS, với mục tiêu 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 được áp dụng lần đầu tiên để giải quyết bài toán tối ưu đa mục tiêu trong nghiên cứu này.

Eyup Bagci và cộng sự (2006) đã tiến hành nghiên cứu về vật liệu hợp kim chứa cobalt (stellite 6) thông qua dao phay mặt đầu, tập trung vào ba thông số đầu vào: vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt Họ đã áp dụng phương pháp Taguchi với bảng trực giao L27 để thiết lập mô hình thực nghiệm Kết quả cho thấy vận tốc cắt có ảnh hưởng lớn nhất, chiếm 38.27% trong tổng thể các yếu tố.

Chi Thien Tran và cộng sự (2019) đã tiến hành nghiên cứu về biên dạng phay phức tạp khi gia công vật liệu SIMOLD 2083 bằng dao phay cầu R3, nhằm tối ưu hóa độ nhám và thời gian gia công Kết quả cho thấy tốc độ trục chính có ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám bề mặt, chiếm 42.42%, trong khi lượng chạy dao lại có tác động lớn nhất đến thời gian gia công, đạt 92.6%.

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

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

Mục đích của thực nghiệm

Mục đích của nghiên cứu này là khảo sát 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 xem xét 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 giúp bài toán trở nên toàn diện hơn, nhưng cũng tạo ra nhiều khó khăn trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn Do đó, cần dựa vào kinh nghiệm sản xuất 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 kế 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 Những yếu tố này bao gồm 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 phát sinh trong quá trình cắt hoặc từ các nguồn bên ngoài tác động.

Điều kiện thí nghiệm

Quá trình phay được thực hiện trên 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 n

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

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 n 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) n

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

Để khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám khi phay chi tiết SKD11, thí nghiệm đã lựa chọn các thông số quan trọng bao gồm tốc độ trục chính, chiều sâu cắt và lượng chạy dao Các mức giá trị khảo sát được trình bày trong bảng để phân tích hiệu quả.

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 trên máy CNC, bảng ma trận thí nghiệm trực giao Taguchi OA9 (3^3) được sử dụng để nghiên cứu Trong đó, có 3 yếu tố điều khiển với 3 mức giá trị mỗi yếu tố, dẫn đến tổng số 9 thí nghiệm cần thực hiện Các thông số gồm tốc độ trục chính S, chiều sâu cắt t và lượng chạy dao F sẽ được đánh giá từ mức 1 đến mức 3 Việc áp dụng ma trận thí nghiệm trực giao cho phép tiến hành các thí nghiệm cần thiết nhằm 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 n

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 n

Chỉ nên sử dụng một dao phay tinh cho mỗi chi tiết, và sau khi hoàn thành, cần đổi dao để gia công chi tiết tiếp theo Điều này giúp đảm bảo sai số gia công được giữ ở mức tối thiểu.

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)

Hình 6.6: Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám trung bình Ra

Tốc độ trục chính (S) là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng 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, khi tốc độ trục chính tăng từ 1900 lên 3000 vòng/phút, độ nhám lại tăng từ 2.098 đến 2.618 𝜇𝑚 Sự gia tăng tốc độ trục chính dẫn đến tăng tốc độ cắt của công cụ, tạo ra lực cắt lớn hơn Lực cắt mạnh này có thể gây ra rung động, từ đó làm tăng độ nhám bề mặt phay.

Chiều sâu cắt và lượng chạy dao là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Trong đó, chiều sâu cắt (t) có độ dốc cao nhất so với hai yếu tố còn lại 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

Hình 6.7: Ảnh hưởng của chế độ cắt đến tỷ số S/N

Trong hình 6.7, ba đồ thị riêng biệt thể hiện ảnh hưởng đến tỷ số S/N, trong đó chiều sâu cắt (t) là yếu tố có tác động lớn nhất Khi chiều sâu cắt thay đổi từ 0.05 đến 0.325, tỷ số S/N biến đổi mạnh mẽ từ -0.6965 đến -7.4838.

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

Giá trị trung bình tại các mức giá trị nhân tố trong bảng 6.8 được xác định theo công thức:

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

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 đại lượng ảnh hưởng đến độ nhám Ra cho thấy ba yếu tố chính: (a) mối quan hệ giữa tốc độ trục chính và chiều sâu cắt ảnh hưởng đến độ nhám, (b) tác động của tốc độ trục chính đối với lượng chạy dao và độ nhám, và (c) sự ảnh hưởng của 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 cách chúng tác động lẫn nhau, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt nhám Chẳng hạn, biểu đồ 6.8a cho thấy mối liên hệ giữa tốc độ trục chính và chiều sâu cắt đối với độ nhám, với ba chế độ cắt khác nhau được biểu diễn bằng ba đường màu (từ 800 đến 3000 rpm) Trục tung biểu diễn độ nhám Ra, trong khi trục hoành là chiều sâu cắt t Kết quả cho thấy, ở tốc độ S = 800 rpm và chiều sâu cắt t = 0.05 mm, độ nhám đạt mức thấp nhất, trong khi ở S = 800 rpm và t = 0.325 mm, độ nhám tăng đáng kể Điều này cho thấy chiều sâu cắt t có ảnh hưởng lớn đến kết quả nghiên cứu Các đồ thị khác cũng được phân tích tương tự.

Biểu đồ bề mặt độ nhám của dao R3 cho thấy mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Cụ thể, tốc độ quay trục chính có tác động đến lượng chạy dao và độ nhám, đồng thời cũng ảnh hưởng đến chiều sâu cắt Hơn nữa, chiều sâu cắt và lượng chạy dao cũng có vai trò quan trọng trong việc xác định độ nhám bề mặt.

Phân tích tỷ số S/N trên Minitab cho thấy ba yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến độ nhám của dao R3, bao gồm 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 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 quá chậm có thể gây ra xước và vết cắt không mong muốn trên sản phẩm.

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)

Hình 6.10: Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám trung bình Ra

Tốc độ trục chính (S) có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công, với độ nhám tăng từ 0.9363 đến 1.411 𝜇𝑚 khi tốc độ chạy dao tăng từ 800 đến 1900 Sự gia tăng tốc độ trục chính dẫn đến tốc độ cắt cao hơn, gây ra lực cắt lớn và có thể tạo ra rung động, làm tăng độ nhám bề mặt Tuy nhiên, khi tốc độ trục chính tiếp tục tăng từ 1900 đến 3000, độ nhám giảm đáng kể từ 1.411 đến 0.6455 do việc tạo ra phoi nhỏ hơn và giảm thời gian tiếp xúc giữa dao và phôi, hạn chế việc tạo vết dao trên bề mặt phôi.

Hình 6.11: Ảnh hưởng của chế độ cắt đến tỷ số S/N

Hình 6.11 minh họa ba đồ thị riêng biệt tác động đến tỷ số S/N Trong đó, yếu tố tốc độ trục chính (S) có ảnh hưởng lớn nhất 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 quan trọng thứ hai ảnh hưởng đến độ dốc tương đối, với sự thay đổi từ 0.325 đến 0.6, tỷ số S/N sẽ biến đổi từ 1.0615 đến -1.2218.

Giá trị trung bình tại các mức giá trị nhân tố trong bảng 6.12 được xác định theo công thức:

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

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 yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám Ra cho thấy: a Tác động của tốc độ trục chính đối với chiều sâu cắt và độ nhám; b Mối liên hệ giữa tốc độ trục chính và lượng chạy dao đến độ nhám; c Ảnh hưởng của lượng chạy dao đối với chiều sâu cắt và độ nhám.

Để hiểu rõ hơn về 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 đánh giá mối quan hệ giữa các yếu tố và cách chúng tác động lẫn nhau, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt nhám Chẳng hạn, trong biểu đồ 6.12a, mối quan hệ giữa tốc độ trục chính và chiều sâu cắt được thể hiện qua ba chế độ cắt khác nhau, mỗi chế độ được biểu diễn bằng một màu riêng biệt (từ 800 đến 3000 rpm) Trục tung của đồ thị là độ nhám Ra, trong khi trục hoành là chiều sâu cắt t Kết quả cho thấy, khi S = 1900 rpm và t = 0.325 mm, độ nhám đạt mức thấp nhất Ngược lại, ở chế độ S = 3000 rpm với t = 0.6 mm, độ nhám có sự thay đổi đáng kể Qua đó, chúng ta nhận thấy chiều sâu cắt t có ảnh hưởng lớn đến kết quả nghiên cứu Các đồ thị khác cũng được phân tích tương tự.

Biểu đồ bề mặt độ nhám của dao R4 cho thấy mối quan hệ giữa tốc độ quay trục chính và lượng chạy dao, ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Ngoài ra, tốc độ quay trục chính cũng tác động đến chiều sâu cắt và độ nhám Cuối cùng, chiều sâu cắt và lượng chạy dao có sự liên quan mật thiết, ảnh hưởng đến độ nhám của bề mặt vật liệu.

Bằng cách áp dụng tỷ lệ S/N để phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ trụ của dao phay cầu R4, nghiên cứu cho thấy tốc độ trục chính là yếu tố quan trọng nhất, tiếp theo là chiều sâu cắt và lượng chạy dao Sự lớn của bán kính dao giúp giảm áp suất tại cạnh cắt, từ đó giảm thiểu các đường gồ ghề trên bề mặt gia công.

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: n

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 của chi tiết R4 0.2 àm 0.24333 thấp hơn nhiều so với dự đoán trên Minitab Đề tài này tập trung vào việc giảm độ nhám cho các chi tiết gia công phức tạp Sự giảm độ nhám nhỏ hơn so với dự đoán có thể 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 n

- 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 giúp nghiên cứu các thông số tối ưu cho chi tiết phay từ vật liệu thép SKD11 Ba yếu tố đầu vào được xem xét bao gồm tốc độ trục chính, chiều sâu cắt và lượng chạy dao Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra những thông số phù hợp nhất cho quá trình phay.

Đối với dao phay cầu R3, chiều sâu cắt là thông số ảnh hưởng lớn nhất với tỷ lệ 47.65%, tiếp theo là tốc độ trục chính chiếm 37.16% và lượng chạy dao chiếm 15.19% Để đạt được độ nhám nhỏ nhất, bộ thông số cắt phù hợp được xác định là S = 800 rpm, t = 0.05 mm, F = 0.05 mm/phút.

Đối với dao phay cầu R4, tốc độ trục chính có ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất cắt, chiếm 47.85%, tiếp theo là chiều sâu cắt với 28.17%, trong khi lượng chạy dao có ảnh hưởng thấp nhất, chỉ 23.98% Để đạt được độ nhám nhỏ nhất, bộ thông số tối ưu bao gồm tốc độ 3000 rpm, chiều sâu cắt 0.6 mm và lượng chạy dao 0.05 mm/phút.

Kết luận đồ án nghiên cứu xác định chế độ gia công hợp lý cho tiện và phay CNC phức tạp dựa trên phương pháp Taguchi đã được trình bày Các thực nghiệm, nghiên cứu và tính toán đã cho thấy kết quả đáng chú ý, khẳng định hiệu quả của phương pháp này trong tối ưu hóa quá 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 n