1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên ứu á thông số hình họ ủa phôi trong quá trình ắt vật liệu hợp kim ti 6al 4v và so sánh với hình dạng trong quá trình ắt mô phỏng sử dụng phần tử hữu hạn

89 2 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên Cứu Các Thông Số Hình Học Của Phôi Trong Quá Trình Cắt Vật Liệu Hợp Kim Ti-6AL-4V Và So Sánh Với Hình Dạng Trong Quá Trình Cắt Mô Phỏng Sử Dụng Phần Tử Hữu Hạn
Tác giả Phạm Hữu Nguyên
Người hướng dẫn TS. Nguyễn Kiên Trung
Trường học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
Năm xuất bản 2018
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 89
Dung lượng 22,58 MB

Cấu trúc

  • 1.1 Tính c p thi t c ấ ế ủa đề tài (10)
  • 1.2 Đối tƣợ ng nghiên c u ứ (10)
  • 1.3 M ục đích nghiên cứu (11)
    • 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu (11)
    • 1.3.2 Cơ sở khoa h ọc và ý nghĩa thự c ti n c ễ ủa đề tài (11)
  • 1.4 B c ố ục đề tài (11)
  • 1.5 L i c ờ ảm ơn (11)
  • CHƯƠNG 1. GI I THI U T NG QUAN ....................................................... 3 Ớ Ệ Ổ (12)
    • 1.1 Giớ i thi u ệ (12)
      • 1.1.1 Quá trình tạo phoi trong gia công cắt gọt (12)
      • 1.1.2 Quá trình hình thành phoi (0)
    • 1.2 Phân loại các dạng phoi (13)
      • 1.2.1 Phoi dây (0)
      • 1.2.2 Phoi vụn (14)
      • 1.2.3 Phoi xếp phoi răng cƣa (15)
    • 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới đặc trưng hình học của phoi (15)
      • 1.3.1 Ảnh hưởng của vật liệu phôi và dụng cụ cắt (15)
      • 1.3.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt và thông số hình học của dao (16)
    • 1.4 K t lu ế ận chương một (21)
  • CHƯƠNG 2. ĐẶC TRƯNG CỦ A QUÁ TRÌNH C T V T LI Ắ Ậ ỆU TITAN (0)
    • 2.1 Đặc điể m c a v t li u h p kim Titan và ng d ủ ậ ệ ợ ứ ụng (0)
      • 2.1.1 Đặc điể m c a v t li u h p kim tian ủ ậ ệ ợ (22)
      • 2.1.2 T ổ chứ ế c t vi c a h ủ ợp kim Titan (0)
      • 2.1.3 S chuy n pha trong h p kim titan ự ể ợ (28)
      • 2.1.4 C u trúc t vi c a h ấ ế ủ ợp kim Titan α + β (0)
    • 2.2 Ứ ng d ng c a h p kim Titan ụ ủ ợ (0)
      • 2.2.1 Ngành công nghi ệp hàng không và vũ trụ (0)
      • 2.2.2 Ngành công nghiệp đóng tàu (32)
      • 2.2.3 Ngành công nghiệp ô tô (33)
      • 2.2.4 Ngành kiến trúc (34)
      • 2.2.5 Trong lĩnh vực thể thao (35)
      • 2.2.6 Trong y học (36)
      • 2.2.7 Trong máy tính công nghiệp (36)
      • 2.2.8 Công nghiệp thực phẩm (37)
      • 2.2.9 Trong ngành đồ trang sức (37)
    • 2.3 Đặc điể m c a quá trình c t v t li u h p kim Titan ủ ắ ậ ệ ợ (0)
    • 2.4 K t lu ế ận chương hai (45)
  • CHƯƠNG 3. NGHIÊN C U CÁC THÔNG S HÌNH H Ứ Ố ỌC ĐẶC TRƯNG (47)
    • 3.1 Phương pháp xác đị nh thông s hình h c c a phoi ố ọ ủ (0)
      • 3.1.1 Các thông s hình h ố ọc đặc trƣng cho phoi răng cƣa (0)
      • 3.1.2 M t s ộ ố phương pháp xác đị nh hình h c phoi, ưu và nhược điểm 39 ọ (0)
    • 3.2 Đánh giá ảnh hưở ng c a t ủ ổ chứ ế c t vi và ch c ế độ ắt đế n hình dáng hình (51)
      • 3.2.1 Sơ đồ quá trình c t th c nghi m ắ ự ệ (51)
      • 3.2.2 Cách th c ti n hành th c nghi ứ ế ự ệm đo các thông số ủa phoi răng c cƣa 44 (0)
      • 3.2.3 Khả o sát ảnh hưở ng c a ch c t t i thông s hình h c c a phoi ủ ế độ ắ ớ ố ọ ủ đố ớ ừ i v i t ng t ch c t ổứ ế vi (0)
      • 3.2.4 Khả o sát ảnh hưở ng c ủa t ổ chứ ế c t t i thông s hình h c c vi ớ ố ọ ủa (0)
      • 3.3.2 So sánh hình d ng c a phoi trong quá trình c t th c nghi ạ ủ ắ ự ệm ở ốc t độ ắ c t 122 m/min và quá trình mô ph ng tỏ ở ốc độ ắ c t 180 m/min (82)
    • 3.4 K t lu ế ận chương ba (84)
  • CHƯƠNG 4. K T LU N Ế Ậ (86)

Nội dung

Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- PHẠM HỮU NGUYÊNNGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA PHOI TRONG QUÁ TRÌNH CẮT VẬT LIỆU HỢP KIM Ti-6AL-4V VÀ SO SÁNH VỚI HÌNH DẠNG TRONG Q TRÌNH

Tính c p thi t c ấ ế ủa đề tài

Hợp kim Titan đang thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất nhờ vào đặc tính cơ học vượt trội và khả năng chống ăn mòn cao Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, ô tô, thực phẩm, và đặc biệt là trong lĩnh vực cơ y sinh Trong số các loại hợp kim Titan, hợp kim -6Al-4V là loại phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cũng như trong nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng.

Mặc dù hợp kim Ti-6Al-4V có những đặc tính cơ học vượt trội, độ bền cao, khối lượng riêng thấp và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, nhưng quá trình gia công của nó không giống với các vật liệu thông thường Hiện nay, quá trình gia công hợp kim Ti-6Al-4V tại Việt Nam gần như không có, do đó, nghiên cứu về quy trình gia công Titan là cần thiết Nghiên cứu hình dạng phoi là một trong những hướng nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực này.

Nghiên cứu các thông số hình học của phôi trong quá trình cắt vật liệu hợp kim Ti-6Al-4V là một đề tài quan trọng Đối tượng nghiên cứu là hình dạng của phôi được thu được khi cắt hợp kim Ti-6Al-4V, nhằm so sánh và phân tích các yếu tố liên quan đến hình dáng trong quá trình cắt mô phỏng sử dụng phần mềm hỗ trợ.

Đối tƣợ ng nghiên c u ứ

Nghiên cứu hình dạng của phoi trong quá trình cắt vật liệu hợp kim Ti-6Al-4V được thực hiện ở các chế độ cắt khác nhau và ba tốc độ cắt khác nhau Bài viết so sánh hình dạng của phoi thu được từ thực nghiệm với kết quả mô phỏng, nhằm đánh giá hiệu quả của các phương pháp cắt khác nhau.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

M ục đích nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

S dử ụng phương pháp nghiên cứu th ng kê th c nghi m k t h p so sánh v i ố ự ệ ế ợ ớ phương pháp mô phỏng s d ng ử ụ phương pháp ầ ử ữph n t h u h n ạ

Cơ sở khoa h ọc và ý nghĩa thự c ti n c ễ ủa đề tài

Trong quá trình gia công các sản phẩm cơ khí, hình dạng của phoi ảnh hưởng lớn đến vật liệu gia công, hình dáng lưỡi dao và chất lượng gia công Nghiên cứu hình dáng phoi giúp chúng ta hiểu rõ đặc điểm của quá trình cắt và ảnh hưởng đến chất lượng gia công cũng như tuổi bền của dụng cụ cắt.

B c ố ục đề tài

tài nghiên c Đề ứu gồm 3 chương

Chương 1: Giới thi u t ng quan ệ ổ

Chương 2: Nghiên cứu v ề đặc trưng của quá trình c t h p kim Titan ắ ợ

Chương 3: Nghiên cứu các thông s hình hố ọc đặc trưng của quá trình ti n h p ệ ợ kim Titan và so sánh v i quá trình c t mô phớ ắ ỏng.

L i c ờ ảm ơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Kiên Trung đã hướng d n em ẫ hoàn thành đề tài này

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

GI I THI U T NG QUAN 3 Ớ Ệ Ổ

Giớ i thi u ệ

1.1.1 Quá trình tạo phoi trong gia công cắt gọt

Các chi tiết được chế tạo bằng phương pháp cắt gọt từ phôi là quá trình thay đổi hình dáng, kích thước, chất lượng bề mặt và tính chất vật liệu Trong quá trình cắt gọt, lớp vật liệu cần loại bỏ gọi là lương dư gia công, và phần vật liệu bị hớt bỏ được gọi là phoi.

Lượng dư gia công lớn kéo theo thời gian cắt gọt dài, vì vậy để chế tạo chi tiết, cần đảm bảo đủ lượng dư và thời gian gia công Quá trình gia công cắt gọt thường được chia thành hai giai đoạn: giai đoạn gia công thô, tập trung vào việc loại bỏ phần lớn lượng dư mà không chú trọng nhiều đến sai số hình dáng và kích thước; và giai đoạn gia công tinh, nơi thực hiện các bước tinh chỉnh để đạt độ chính xác về hình dáng, kích thước và chất lượng bề mặt theo yêu cầu kỹ thuật.

1.1.2 Quá trình hình thành phoi

Quá trình gia công cắt gọt là việc loại bỏ một lượng vật liệu không nguyên khối, gọi là phoi, từ phôi nhằm tạo ra các chi tiết với hình dáng, kích thước và chất lượng bề mặt theo yêu cầu kỹ thuật.

Nghiên cứu cho thấy quá trình cắt gọt là hiện tượng trượt phá của các phần tử vật liệu dưới tác động của lực từ dụng cụ cắt.

Dưới tác động của lực cắt P, lớp kim loại ở mặt trước của dao bị nén lại, dẫn đến việc lớp kim loại bị tách rời sẽ bị ép trồi lên dọc theo mặt trước của dao Hiện tượng này tiếp tục diễn ra cho đến khi áp lực của dao vượt quá ngưỡng cho phép.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ

Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Page 4 lực liên kết giữa các phần tử vật liệu) cho đến khi áp lực của dao lên vật liệu vƣợt quá lực liên kết giữa các phần tử vật liệu thì phoi bị nén sẽ trƣợt theo mặt phẳng, dao tiếp tục nén và các phần tử phoi tiếp theo tiếp tục trƣợt.Các phần tử vật liệu trƣợt theo mặt trƣợt nằm nghêng so với bề mặt phôi một góc- 1 = 30 ÷

40 o Bên trong mỗi phần tử vật liệu cũng diễn ra sự xê dịch các tinh thể dưới một góc 2 = 60 ÷ 65 o

Hình 1.1 Quá trình hình thành phoi trong quá trình gia công c t g tắ ọ

Trong quá trình cắt gọt, các phần tử vật liệu trải qua ba giai đoạn biến dạng: đầu tiên là biến dạng đàn hồi, tiếp theo là biến dạng dẻo, và cuối cùng là sự trượt liên tục của các phần tử phoi.

Phân loại các dạng phoi

Tùy thuộc vào cơ tính của vật liệu, bao gồm khả năng biến dạng đàn hồi và dẻo, cùng với chế độ cắt, quá trình cắt gọt sẽ tạo ra nhiều dạng phoi khác nhau Trong thực tế, có ba dạng phoi chính được phân loại: phoi vụn, phoi xếp và phoi dây.

N u các phoi kim loế ại đƣợc hình thành trong quá trình gia công không có phân đoạn t c là không b vứ ị ỡ, thì nó đƣợc g i là các lo i phoi liên t c ọ ạ ụ

Phoi dây được hình thành khi gia công các vật liệu có độ dẻo cao và độ cứng thấp, với tốc độ cắt lớn và ma sát tối thiểu giữa phoi và mặt phẳng trước dao Dạng phoi này trượt ra khỏi dao dưới dạng dây dài, có độ nhẵn bề mặt tương đối đồng đều và ít thấy răng cưa Các điều kiện cần thiết để hình thành loại phoi này bao gồm tốc độ cắt cao và tính chất vật liệu phù hợp.

(i) V t liậ ệu gia công dẻo nhƣ thép nh ẹ

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

(iv) Ma sát t i thi u giố ể ữa phoi và dụng c cụ ắt

S hình thành các phoi liên t c trong quá trình gia công có nhự ụ ững ƣu điểm sau

 B mề ặt gia công có chất lƣợng tốt hơn đố ới v i các v t li u dậ ệ ẻo.

 Ít sinh nhi t c t do ma sát t i thi u gi a mệ ắ ố ể ữ ặ trướt c c a dao và phoi ủ

 Quá trình c t s dắ ử ụngít năng lƣợng

 Tuổi th dụọ ng c dài do ít mòn dao và b t ụ ứ xé

Các phoi không liên tục được hình thành trong quá trình gia công các vật liệu cứng và giòn như gang, đồng thau, đá, gốm sứ và ebônít Chúng bao gồm những mảnh vật liệu rời rạc có hình dáng khác nhau, không liên kết hoặc liên kết rất yếu với nhau.

Các điều ki n để hình thành các phoi không liên t c là: ệ ụ

(ii) Góc trước dao nhỏ

(iv) L c ma sát l n b m t ti p xúc gi a mự ớ ở ề ặ ế ữ ặt trước c a dao và ủ phoi

Sự hình thành các phoi không liên tục trong các vật liệu giòn trong quá trình gia công sẽ làm tăng tuổi thọ dao và giảm tiêu thụ năng lượng cắt Khi các phoi không liên tục được tạo thành, kết quả là chất lượng gia công kém và mòn dao diễn ra nhanh chóng.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

1.2.3 Phoi xếp - phoi răng cưa

Phoi xếp được hình thành khi gia công vật liệu có độ cứng vừa phải và ít độ dẻo với vận tốc cắt trung bình Trong quá trình cắt, phoí này là dạng chuyển tiếp giữa phoí dây và phoí vụn Mặt trượt của phoí tiếp xúc với mặt trước của dao có bề mặt nhẵn, trong khi mặt đối diện lại gồ ghề với hình dạng răng cưa Các phần tử vật liệu trong phoí xếp liên kết với nhau một cách tương đối bền vững.

Hình 1.2 Các dạng phoi điển hình

Các dạng phoi không cố định theo vật liệu mà có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện cắt Chẳng hạn, khi chiều sâu cắt nhỏ và tốc độ cắt cao, khả năng tạo ra phoi dây sẽ tăng lên.

Các yếu tố ảnh hưởng tới đặc trưng hình học của phoi

1.3.1 Ảnh hưởng của vật liệu phôi và dụng cụ cắt

Vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn đến hình dạng phoi, đặc biệt là phoi răng cưa Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng tính chất vật liệu và các thông số quá trình cắt có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiện tượng tạo phoi răng cưa Chẳng hạn, khi độ dẻo nhiệt của vật liệu phôi giảm, xu hướng hình thành phoi răng cưa sẽ gia tăng Tương tự, khi tốc độ cắt tăng, khả năng hình thành phoi răng cưa cũng sẽ cao hơn.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Trong quá trình cắt nhôm, phoi được hình thành dưới dạng dây liên tục, nhưng ở tốc độ cắt cao, chúng có thể bị phân đoạn tùy thuộc vào điều kiện cắt Ngược lại, trong quá trình cắt Titan, phoi thường có dạng răng cưa do sự biến dạng xảy ra ở tốc độ cắt cao Hiện tượng này được coi là nguyên nhân gây ra sự không nhất quán trong việc giải thích dữ liệu cắt trước những năm 1980 Năm 1981, Komanduri và Von Turkovich đã đề xuất nghiên cứu hình thành phoi cắt qua thí nghiệm với camera có độ phân giải cao, từ tốc độ thấp (1.2 mm/phút) đến tốc độ cao (240 m/phút), qua đó xác nhận cơ chế xuất hiện các dải trượt nhiệt trong phoi và sự hình thành phoi dạng răng cưa trong quá trình cắt hợp kim Titan.

Hình 1.3 mô tả sự phân loại các loại vật liệu như P (thép), M (thép không gỉ), K (gang), N (kim loại màu), S (vật liệu dẻo nhiệt kém), và H (thép nhiệt luyện) Phần 1.3.2 sẽ phân tích ảnh hưởng của chế độ cắt và các thông số hình học của dao đến quá trình gia công.

Chế độ cắt và các thông số hình học của dao, bao gồm các góc cắt, ảnh hưởng đáng kể đến hình dạng và kích thước của phoi Trong các quá trình cắt ở tốc độ thấp, hình dạng phoi dây thường xuất hiện, trong khi phoi răng cưa lại là dạng phoi phổ biến trong các quá trình cắt cao tốc.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Hình 1.4 Các vùng c t tắ ốc độthấp (convetional range) và tốc độ cao (HSC) cho m t s v t li u gia công ph ộ ố ậ ệ ổbiến

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh và khảo sát những ảnh hưởng của quá trình cắt, chủ yếu thông qua các khảo sát thực nghiệm Một ví dụ điển hình là nghiên cứu của Arrazola (2007), trong đó sử dụng vật liệu gia công thép AISI 1040 và dụng cụ cắt bít nhóm P10 GC 3015 Trong nghiên cứu này, lực kế Kistler loại 9121 đã được sử dụng để đo lực cắt trong các quá trình cắt thực nghiệm với tốc độ lấy mẫu dữ liệu cụ thể.

Quá trình cắt với tần số 5120 Hz và bộ lọc LP 300 Hz cho thấy hình dạng phoi (răng cưa, liên tục hoặc chuyển tiếp) phụ thuộc vào tốc độ cắt, góc trước và độ dày phoi trước khi biến dạng Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng hình dạng phoi rất nhạy cảm với tốc độ cắt và góc nghiêng, trong khi sự phụ thuộc vào độ dày phoi chưa rõ ràng Cụ thể, khi sử dụng dụng cụ cắt GC3015 với góc trước +6° và độ dày phoi 0,3 mm, phoi chuyển tiếp bắt đầu xuất hiện ở tốc độ cắt 400 m/phút Ngược lại, với góc nghiêng -6°, phoi chuyển tiếp xuất hiện ở tốc độ cắt 200 m/phút Đối với các điều kiện cắt tương tự, phoi dạng răng cưa chỉ xuất hiện khi tốc độ cắt đạt khoảng 750 m/phút với góc nghiêng +6°.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Page 9 nghiêng âm -6 phoi , răng cƣa thu đƣợc cho tốc độ cắt khoảng 300 và 400 m/phút a) b)

Hình 1.5 a) Phoi răng cưa ở ậ v n tốc c t 400 m/phút, b) phoi chuy n tiắ ể ếp ở v n t c c t 700 m/min ậ ố ắ trong nghiên cứu của Arrazola (2007)

Nghiên cứu của Bermingham (2011) chỉ ra rằng các chế độ cắt và góc trước khác nhau tạo ra hình thái phoi khác nhau với vật liệu hợp kim Ti-6Al-4V Khi tốc độ cắt giảm và chiều sâu cắt tăng, phoi có sự thay đổi về độ dày, khoảng cách giữa các khe và góc bề mặt trượt Bermingham đã sử dụng khí Nitơ lạnh (LN) để làm mát vùng cắt, góp phần tạo ra những thay đổi về hình thái phoi và chiều dài tiếp xúc giữa dao và phoi, mặc dù không ảnh hưởng đáng kể đến độ dày của phoi và khoảng cách giữa các răng cưa.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

This study examines various machining conditions characterized by different feed rates and depths of cut, including: (A) a feed rate of 0.36 mm/rev with a depth of cut of 1.1 mm in dry conditions, (B) the same feed rate and depth in lubricated (LN) conditions, (C) a reduced feed rate of 0.20 mm/rev with a depth of cut of 2.0 mm in dry conditions, (D) the same feed rate and depth in lubricated conditions, (E) a further reduced feed rate of 0.15 mm/rev with a depth of cut of 2.7 mm in dry conditions, and (F) the same feed rate and depth in lubricated conditions These variations aim to analyze the impact of lubrication and machining parameters on performance outcomes.

Hình 1.6 Ảnh hưởng của điều ki n cắt đếệ n hình thái c a phoi trong nghiên ủ c u cứ ủa Bermingham (2011)

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Hình 1.7 Thông s hình h c c a phoi trong nghiên c u cố ọ ủ ứ ủa Bermingham

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

K t lu ế ận chương một

Trong gia công cắt gọt, phoi thường xuất hiện dưới ba dạng chính: phoi ván, phoi xếp và phoi dây, tùy thuộc vào cơ tính của vật liệu và chế độ cắt Mỗi loại vật liệu có những đặc điểm cơ tính riêng, ảnh hưởng lớn đến hình dạng và kích thước của phoi Bên cạnh vật liệu, cấu trúc và thông số hình học của dao, như các góc cắt và chế độ cắt, cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành phoi Hình dạng phoi dây thường được tìm thấy trong các quá trình cắt ở áp lực cao, trong khi phoi răng cưa là dạng phoi phổ biến trong các quá trình cắt tốc độ cao.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

CHƯƠNG 2 ĐẶC TRƯNG ỦC A QUÁ TRÌNH C T V T Ắ Ậ

LIỆU TITAN 2.1 Đặc điểm c a v t liủ ậ ệu h p kim Titan và ng dợ ứ ụng

2.1.1 Đặc điểm c a v t li u h p kim tian ủ ậ ệ ợ

Titan là một kim loại có tính chất hóa học mạnh mẽ, với khối lượng riêng là 4,54 g/cm³, nhẹ hơn 43% so với thép Tuy nhiên, titan vẫn nặng hơn một chút so với một số kim loại khác.

Magiê và kim loại nhôm có độ bền thấp hơn so với thép và titan Đặc biệt, titan có độ bền nhiệt cao, với nhiệt độ nóng chảy lên tới 1942 K, cao hơn vàng gần 1000 K và cao hơn thép khoảng 500 K Hiện nay, hợp kim titan được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày.

Titanium là kim loại có khả năng phản ứng với nhiều chất như O2, N2, H2, S và các halogen Tuy nhiên, ở nhiệt độ bình thường, lớp oxit bảo vệ trên bề mặt titan tạo ra một lớp bảo vệ dày, giúp nó chống lại axit mạnh hoặc nước regia, cho thấy khả năng chống ăn mòn tuyệt vời Do đó, trong môi trường axit, kim loại muối và các chi tiết bằng titan trở nên an toàn hơn Việc sử dụng hợp kim titan chủ yếu nhờ vào độ bền cơ học cao, khối lượng nhẹ, tính chất cơ học tốt, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn rất tốt.

Khối lượng riêng của hợp kim titan là khoảng 4.5 g/cm³, chỉ bằng 60% lượng thép Độ bền của titan tinh khiết gấp nhiều lần thép bình thường Một số hợp kim titan có độ bền cơ học cao hơn nhiều loại thép kỹ thuật, giúp chúng có tỷ lệ độ bền trên khối lượng riêng cao hơn so với các vật liệu kim loại khác Chính vì lý do này, hợp kim titan được sử dụng rộng rãi trong động cơ máy bay, các bộ phận liên quan đến khung, màng ngăn, đai ốc và thiết bị cánh Đặc biệt, độ bền nhiệt của titan cũng rất tốt.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Hợp kim titan có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn so với hợp kim nhôm, cho phép duy trì nhiệt độ làm việc lên đến 450 ~ 500°C, trong khi hợp kim nhôm chỉ chịu được khoảng 150°C Điều này dẫn đến độ bền của các chi tiết máy được chế tạo từ hợp kim titan giảm thiểu đáng kể khi làm việc ở nhiệt độ 500°C, trong khi hợp kim nhôm chỉ có thể hoạt động hiệu quả dưới 200°C.

Hợp kim titan VN có khả năng duy trì tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao thực thụ Hợp kim titan có khả năng làm việc ở nhiệt độ thấp tương tự như các vật liệu kim loại khác, chẳng hạn như TA7, và có thể duy trì độ bền nhất định trong các điều kiện khắc nghiệt.

253C Do đó, hợp kim titan cũng là mộ ật v t li u quan tr ng khi làm vi c trong ệ ọ ệ điều ki n nhiệ ệt độthấp. c) Chống ăn mòn hóa h c t t ọ ố

Hợp kim titan có khả năng chống ăn mòn vượt trội trong môi trường khí và nước biển so với thép không gỉ Chúng đặc biệt hiệu quả trong việc ngăn chặn các loại ăn mòn như ăn mòn rỗ, ăn mòn axit và chống ăn mòn do ứng suất Hợp kim titan cũng thể hiện khả năng chống ăn mòn với các chất kim loại, clorua, các hợp chất hữu cơ, axit nitric và axit sulfuric.

Hoạt tính hóa h c c a titan là m nh, nó có ọ ủ ạ thể phả ứn ng hóa h c m nh v i Oọ ạ ớ 2 ,

Trong khí quyển, các thành phần như N2, H, CO, CO2, hơi nước và khí amonia có thể ảnh hưởng đến quá trình sản xuất hợp kim titan Khi hàm lượng cacbon vượt quá 0,2%, nó có thể tạo thành hợp chất TiC trong hợp kim titan Ở nhiệt độ cao, titan có khả năng tương tác với N2 để hình thành bột TiN Ngoài ra, khi nhiệt độ vượt quá 600°C, titan hấp thụ oxy, dẫn đến việc hình thành lớp oxit có độ cứng cao.

Khi nồng độ hydro tăng, sẽ hình thành các lớp bề mặt giòn Bề mặt này cứng và giòn trên vật liệu Titan được tạo ra trong môi trường chân không có thể đạt độ dày từ 0.1 đến 0.15 mm, với mức độ ứ carbon hóa từ 20% đến 30% Độ hoạt động hóa học của titanium cũng rất lớn, khiến nó dễ dàng dính vào các bề mặt ma sát Tính dẫn nhiệt thấp và mô đun đàn hồi giảm là những đặc điểm nổi bật của vật liệu này.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Titan tinh khiết có độ dẫn nhiệt thấp (khoảng 15.24 W/(mK)), chỉ bằng 1/4 của niken, 1/5 của sắt và 1/14 của nhôm Tuy nhiên, độ dẫn nhiệt của các loại hợp kim titan lại cao hơn khoảng 50% so với titan tinh khiết Mô đun đàn hồi của hợp kim titan cũng cao hơn so với thép, nhưng có độ cứng kém, dẫn đến khả năng biến dạng dễ dàng, không phù hợp cho các thanh mảnh và các bộ phận tường mỏng.

2.1.2 T ổchứ ếc t vi c a h p kim Titan ủ ợ

Titan có ba pha chính là alpha (α), beta (β) và hiếm khi là omega (ω) Sơ đồ pha của Titan thể hiện sự phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất Tuy nhiên, sơ đồ này bị ảnh hưởng bởi loại hợp kim thành phần và hàm lượng của chúng Các tính chất cơ học và độ cứng của hợp kim Titan phụ thuộc vào tỉ lệ pha α, β và ω trong cấu trúc tinh thể Hơn nữa, cấu trúc tinh thể của hợp kim Titan cũng bị ảnh hưởng bởi quá trình xử lý nhiệt và thành phần hợp kim Cấu trúc tinh thể đóng vai trò quan trọng trong việc giảm mòn trong gia công hợp kim Titan.

Hình 2.1 Các pha  và  trong h p kim Ti-6Al-ợ 4V

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Hình 2.2 Sơ đồ pha c a Titan theo nhiủ ệt độ và áp su t [Velsavjevic 2012] ấ

Hình 2.3 Ảnh hưởng c a các nguyên t hủ ố ợp kim đến các giản đồ pha và quá trình chuy n pha cể ủa Titan (Sơ đồ pha tiêu bi u) [Frees 2011] ể

Trong các pha alpha, beta và omega, pha alpha với cấu trúc lục giác gần gũi (HCP) là pha ổn định ở nhiệt độ phòng, không cần điều kiện áp suất hay nhiệt độ đặc biệt Ở nhiệt độ phòng, hệ thống có thể được phân loại thành ba dạng: a) hệ thống ổn định alpha, b) hệ thống đồng hình β ổn định, và c) hệ thống eutectoid β ổn định.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Page 17 của pha α có các thông số ạng a (0.295 nm) và c (0.468 nm) nhƣ trong Hình 5 m

Tỷ lệ titan α nguyên chất (1.587) có cấu trúc tinh thể hình lục giác nguyên thủy lý tưởng (1.633) Vật liệu tinh thể này thể hiện sự trượt khi có biến dạng do tác động theo các mặt phẳng nhất định trong mạng tinh thể Mô đun đàn hồi và độ ứng suất đạt giá trị cao nhất dọc theo trục c, nhưng thấp nhất theo hướng vuông góc với trục c Hơn nữa, đàn hồi, mô đun cắt và độ ứng suất giảm theo nhiệt độ Pha α có hai pha biến thể: cấu trúc martensit (α′) và cấu trúc martensit orthorhombic (α″).

Pha beta là một dạng pha có khả năng thay đổi cấu trúc lập phương tâm khối (BCC) So với pha alpha, pha beta có nhiều hệ thống trượt hơn, điều này làm cho nó dễ uốn và dễ biến dạng hơn Mô đun đàn hồi, mô đun trượt và độ dẻo của pha beta thấp hơn so với pha alpha (Meier 1992).

Hình 2.4 C u trúc m ng BCC, HCP ấ ạ

ĐẶC TRƯNG CỦ A QUÁ TRÌNH C T V T LI Ắ Ậ ỆU TITAN

K t lu ế ận chương hai

Titan và hợp kim titan được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hàng không, vũ trụ, thực phẩm và y sinh nhờ vào đặc tính cơ học vượt trội Hợp kim titan có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tốt, và trọng lượng nhẹ, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Page 37 khi khối lƣợng th p, tính chấ ất cơ họ ốt, độ ẻc t d o dai và chống ăn mòn trong môi trường axit và bazơ ấ ố r t t t

Titanium có cấu trúc tinh thể ổn định ở các pha α và β, nhưng rất hiếm khi xuất hiện ở dạng dở ạng Để định hướng tổ chức ở pha α-Ti (hợp kim Ti alpha) hoặc β-Ti (hợp kim Ti beta), các nguyên tố hợp kim được bổ sung Tuy nhiên, phần lớn là hợp kim Titan được sử dụng trong trạng thái α + β.

, trong đó hợp kim Ti-6Al-4V là ph bi n nh t trong dổ ế ấ ạng này và đƣợ ử ục s d ng r ng rãi nhỗ ất

Hợp kim Titan thuộc nhóm vật liệu gia công dễ bị biến dạng do nhiệt độ cao, dẫn đến việc nhiệt sinh ra trong quá trình gia công tập trung tại vùng cắt Nhiệt độ gia công hợp kim Titan (không > 800°C) cao hơn nhiều so với gia công thép (khoảng 500°C) Nhiệt độ cắt cao này là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng biến dạng trong quá trình gia công hợp kim Titan.

Trong quá trình gia công hợp kim Titan, phoi được hình thành chủ yếu ở dạng phoi xếp (phoi dạng răng cưa) Mức độ răng cưa và tần suất xuất hiện của chúng phụ thuộc vào chế độ cắt và góc hình học của dao.

 Tố độc mòn d ng c khi gia công Titan và h p kim c a chúng r t cao, k t ụ ụ ợ ủ ấ ế quả là tu i b n c a d ng c th p, chổ ề ủ ụ ụ ấ ất lƣợng b m t chi ti t gia công ề ặ ế không tốt

 Nhi t c t trong quá trình c t có th ệ ắ ắ ể cao hơn hiệt độ chuy n pha S ể ự chuy n pha trong quá trình c t di n ra làm cho t ể ắ ễ ổchức kim loai và cơ tính thay đổi

Do các hiện tượng vật lý, cơ chế hình thành phoi, dòng phoi và hình thái ảnh hưởng của phoi trong quá trình cắt Titan cần được làm rõ để hiểu được cơ chế Từ đó, đề xuất một điều kiện cắt thích hợp nhằm cải thiện thời gian gia công và nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

NGHIÊN C U CÁC THÔNG S HÌNH H Ứ Ố ỌC ĐẶC TRƯNG

Đánh giá ảnh hưở ng c a t ủ ổ chứ ế c t vi và ch c ế độ ắt đế n hình dáng hình

3.2.1 Sơ đồ quá trình c t th c nghiắ ự ệm

Trong nghiên cứu này, các phôi khảo sát được tiến hành thí nghiệm trên hợp kim -6Al-Ti 4V với bốn tổ chức tế vi khác nhau Quá trình thực hiện được thực hiện trên máy tiện CNC Yama Seiki GA-30, sử dụng dao cắt WC-6wt% Co của hãng Sandvik.

Hợp kim Ti-6Al-4V được sử dụng trong các thí nghiệm với bề mặt chịu tác động nhiệt là kết quả của các chế độ xử lý nhiệt khác nhau, bao gồm Ti64-E (chưa qua xử lý nhiệt), Ti64-Mill và Ti64-ủ ệ Sta (được xử lý nhiệt ở nhiệt độ dưới nhiệt độ chuyển pha transus) và Ti64-ể Bet (được xử lý nhiệt ở nhiệt độ trên nhiệt độ chuyển pha transus) Tất cả các hợp kim này đều chứa 4% V và 6% Al, dẫn đến thành phần cấu trúc tương tự với 90% là pha α Sự khác biệt giữa chúng chủ yếu nằm ở hình dạng xuất hiện và sự phân bố của các pha α và β trong cấu trúc vi Hình ảnh minh họa cấu trúc vi của hợp kim Ti-6Al-4V được trình bày trong Hình 3.5.

Các thí nghiệm được tiến hành với nhiều biến tắc khác nhau và giữ cố định lượng tiến dao, không sử dụng dung dịch làm mát và bôi trơn trong quá trình cắt Ảnh lưới có sử dụng CNMA-432, với góc cào trong bài cắt được thiết lập để cho phép chèn khe hở ở phần công việc Để nhất quán, cả hai phần chèn đều được chạy với góc nghiêng -5° và góc cắt -5° tương ứng với vật liệu làm việc Lượng tiến dao được giữ cố định ở mức 0,127 mm/vòng (0,005 in rev) trong tất cả các thí nghiệm Các thí nghiệm được thực hiện với chiều sâu cắt (DOC) là 1,2 mm Mô hình thí nghiệm được mô tả trong Hình 3.6.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Hình 3.5 B n c u trúc t vi c a h p kim Ti-6Al-4V s d ng trong các thí ố ấ ế ủ ợ ử ụ nghi m cệ ắt (màu đen đậm: pha  ; màu sáng pha  )

Ti64-Mill (X ử lý nhi t t i pha ệ ạ α +β)

Ti64-STA (X ử lý nhi t t i pha ệ ạ α +β)

Ti64-BET (X ử lý nhi t t i pha ệ ạ β)

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Hình 3.6 Mô hình thí nghi m ti n hệ ệ ợp kim Ti-6Al-4V 3.2.2 Cách th c ti n hành ứ ế thực nghi m ệ đo các thông số ủa phoi răng cưa c

Các mẫu phoi được gia công chắc chắn trong đế nhựa epoxy và sau đó được mài bóng để tạo mặt cắt ngang theo chiều dài của phoi Mẫu phoi này được chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử Nikon, như thể hiện trong Hình 3.7 Các hình ảnh chụp phoi sẽ được sử dụng để xác định các thông số hình học của phoi Tiếp theo, một chương trình viết trên phần mềm Matlab được sử dụng để đo đạc và tính toán các thông số cựu của đặc trưng phoi, dựa trên việc chuyển đổi các điểm ảnh sang kích thước thực dựa vào độ phóng đại của ảnh chụp Từ dữ liệu thu được, đồ thị biểu thị mối quan hệ của các thông số đặc trưng được xây dựng, giúp đưa ra những nhận xét và đánh giá về ảnh hưởng của các thông số hình học của phoi trong quá trình gia công hợp kim Titan.

Dao cắt Mặt trước Mặt bên

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Hình 3.7 a) Hình nh mả ẫu gá đặt phoi, b) nh ch p phoi b ng kính hi n vi ả ụ ằ ể điệ ửn t

Matlab là một môi trường tính toán số và lập trình do công ty MathWorks phát triển, cho phép thực hiện các phép toán ma trận, vẽ đồ thị và tạo giao diện người dùng Phần mềm này giúp đơn giản hóa việc giải quyết các bài toán kỹ thuật so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++ và Fortran Matlab được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xử lý tín hiệu, thiết kế điều khiển tự động và phân tích mô hình tài chính Trong luận văn này, Matlab được sử dụng để thu thập dữ liệu về thông số hình học của phoi trong quá trình cắt hợp kim Titan Ti64 từ hình ảnh bề mặt phoi Chương trình sẽ xác định các đường kích thước đặc trưng và quy đổi chúng thành các giá trị kích thước dựa trên độ phân giải.

Kẹp định hướng Nhựa epoxy a) b)

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Page 46 giả ủi c a ảnh chụp phoi (độ phóng đạ ủi c a ảnh) Sau khi viết chương trình xong cho ch y file matlab vạ ới đường link d n t i các file d ẫ ớ ữ liệu ảnh Ch n s ọ ố điểm c n kh o sát trên t nầ ả ừ g đoạn phoi răng cƣa Ở trong luận văn này, ẽ s có 8 điểm cần để ấ l y d u cho mữ liệ ột ảnh c a mủ ột đoạn phoi răng cƣa và vơi mỗi một phoi đặc trưng cho một thí nghi m c t s ệ ắ ẽ được ti n hành l y 3 ế ấ ảnh tương ứng v i 3 ớ đoạn phoi ng u nhiên ẫ Nhƣ vậy một phoi đặc trƣng cho một thí nghi m s ệ ẽ đƣợc l y thông s 24 v trí Qui trình và s ấ ố ở ị ố điểm đo lần lƣợt th c hi n cho các thông ự ệ s hình h c cố ọ ủa phoi răng cƣa bao g m hai thông s c a nh (Peak), hai thông ồ ố ủ đỉ s cố ủa đáy (Valley) và ba thông s c a bề ặt trƣợố ủ m t (Shear band)

Hình 3.8 Chương trình Matlab để đo các thông số

Hình 3.9 Đo các thông số ủa phoi được đo trên phầ c n m m Matlab ề

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Quá trình thực hiện đã thu thập được nhiều thông số hình ảnh và dữ liệu học phối răng cửa với những đặc điểm khác nhau và tại những nhiệt độ khác nhau Dựa trên dữ liệu đã thu thập, biểu đồ đặc trưng cho các thông số của phối với nhiệt độ khác nhau đã được tạo ra bằng phần mềm Sigma Plot.

Hình 3 10 B ng d ả ữliệu các thông s cố ủa phoi thu đượ ừc t phần m m Matlab ề

Phần mềm này giúp bạn thực hiện các thao tác nhanh chóng và chính xác Qua phần mềm này, bạn có thể quan sát dữ liệu một cách trực quan và chính xác nhất Ngoài ra, phần mềm này còn giúp dễ dàng chỉnh sửa, làm khớp hàm và cung cấp các dạng đồ họa 2D, 3D Ở đây, chúng ta sẽ sử dụng phần mềm SigmaPlot để biểu diễn và biên soạn các dữ liệu đã được thu thập sau khi sử dụng phần mềm Matlab để lấy bảng thông số hình học đặc trưng của phoi trong quá trình cắt hợp kim Titan.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Hình 3 11 D ữliệu của các thông s ố được nhập vào ph n m m Sigma Plot ầ ề

Hình 3.12 minh họa hai đường biểu diễn chính sử dụng để thể hiện các thông số đặc trưng cho phoi Trong phần 3.2.3, chúng ta khảo sát ảnh hưởng của chế độ ắớc tới thông số hình học của phoi, đặc biệt là ảnh hưởng đến đỉnh (Peak) phoi răng cưa.

Tổ chức hoạt động Betạ với tốc độ ắc t 91 m/min, giá trị trung bình chiều cao đỉnh cao hơn rất nhiều so với khi cắt tề ở tốc độ 61 m/min và tốc độ cao.

Tốc độ cắt 122 m/min chỉ xuất hiện khi có sự khác biệt nhất định về khoảng cách giữa các đỉnh răng liên tiếp Từ đó, có thể nhận thấy rằng với tốc độ trung bình 91 m/min, sự trượt của các dải trượt diễn ra dễ dàng hơn, dẫn đến việc phôi răng cưa ở chế độ này có kích thước lớn hơn Đồng thời, miền phân bố về hình học của các thông số ở tốc độ 91 m/min của phôi răng cưa cũng rộng hơn ở hai tốc độ.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Page 49 độ ắt 61 m/min và 122 m/min Điề c u này cho th y hình dấ ạng phoi răng cƣa thu đƣợc tốc độ ắt 91m/min ko đề c u so v i khi c t tớ ắ ở ốc độ ắ c t 61m/min và 122m/min

122 m/min a) Hình nh c a phoi v i t ả ủ ớ ổchứ ếc t vi Ti64_Bet

Chip morphology analysis_Bet_Chip_Peak_peak

Number of peak (So dinh)

Peak_Peak Bet b) Biểu đồ phân b chi u cao cố ề ủa đỉnh H i

Number of peak (So dinh)

Chip morphology analysis_Bet_Chip_Peak_Spacing

Peak_Spacing Bet c) Biểu đồ phân b kho ng cách cố ả ủa hai đỉnh liên ti p S ế i

Hình 3 13 Hình nh và các thông s ả ố cho đỉnh răng cưa của phoi v i t ch c ớ ổ ứ t vi d ng Bet ế ạ

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Tổ chức việc điều chỉnh Eloạ cho thấy rằng khi tốc độ ắt tăng dần, giá trị trung bình của đỉnh phoi răng cưa cũng như độ lệch của các giá trị so với giá trị trung bình giảm xuống Điều này chứng tỏ rằng khi tốc độ ắt tăng lên, chiều dày phoi sẽ giảm đi Đồng thời, giá trị trung bình không cách của hai đỉnh liên tiếp (tức là số răng cưa) thay đổi không quá nhiều khi tốc độ ắt tăng c dần.

122 m/min a) Hình nh c a phoi v i t ả ủ ớ ổchứ ếc t vi Ti64_Elo

Chip morphology analysis_Elo_Chip_Peak_peak

Number of peak (So dinh)

120 140 160 180 200 220 240 260 b) Biểu đồ phân bố chi u cao cề ủa đỉnh H i

Chip morphology analysis_Elo_Chip_Peak_Spacing

Number of peak (So dinh)

Peak_Spacing Elo c) Biểu đồ phân b kho ng cách cố ả ủa hai đỉnh liên ti p S ế i

Hình 3 14 Hình nh và các thông s ả ố cho đỉnh răng cưa của phoi v i t ch c ớ ổ ứ t vi d ng Elo ế ạ

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Tổ chức thử nghiệm Millê đã chỉ ra rằng chiều cao trung bình của đỉnh phoi răng cưa có sự thay đổi khi tốc độ cắt tăng lên Cụ thể, ở tốc độ ắt 91 m/min, mật độ phân bố chiều cao đỉnh tỏ ra rộng hơn nhiều so với hai tốc độ cắt 61 m/min và 122 m/min, cho thấy đặc điểm tương đồng với tổ chức Bet ở tốc độ cắt trung bình.

Khi tốc độ tăng lên, khoảng cách giữa hai đỉnh liên tiếp sẽ giảm, cho thấy mật độ răng cưa tăng lên Điều này chứng tỏ rằng sự gia tăng tốc độ có ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ của răng cưa.

122 m/min a) Hình nh c a phoi v i t ả ủ ớ ổchứ ếc t vi Ti64_Mill

Chip morphology analysis_Mill_Chip_Peak_peak

Number of peak (So dinh)

Peak_Peak Mill b) Biểu đồ phân bố chi u cao cề ủa đỉnh H i

Chip morphology analysis_Mill_Chip_Peak_Spacing

Number of peak (So dinh)

Peak_Spacing Mill c) Biểu đồ phân b kho ng cách cố ả ủa hai đỉnh liên ti p S ế i

Hình 3 15 Hình nh và các thông s ả ố cho đỉnh răng cưa của phoi v i t ch c ớ ổ ứ t vi d ng Mill ế ạ

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

T ổchứ ếc t vi d ng Staạ : Ta nh n th y chiậ ấ ều cao đỉnh trung bình khi cắt ở

K t lu ế ận chương ba

Quá trình cắt thử nghiệm hợp kim Ti-6Al-4V đã được thực hiện với các chế độ cắt khác nhau, bao gồm Ti64-Bet, Ti64-Elo, Ti64-Mill, và Ti64-Sta, cùng với ba chế độ tốc độ: thấp (61 m/min), trung bình (91 m/min) và cao (122 m/min) Kết quả cho thấy tất cả các chế độ cắt đều tạo ra phoi dạng răng cưa.

Tốc độ cắt ảnh hưởng đến các thông số hình học của phoi răng cưa như chiều cao đỉnh răng, khoảng cách hai đỉnh liên tiếp, chiều cao đáy răng và khoảng cách hai đáy liên tiếp Các thông số này khá ổn định tại tốc độ cắt 61 m/min và đạt độ ổn định cao nhất ở 122 m/min, khi nhiệt độ cắt đồng đề cập ổn định Tại tốc độ cắt trung bình 91 m/min, phoi răng cưa cho thấy sự biến động khá lớn, đặc biệt với hai vật liệu Ti64-Bet và Ti64-Mill Nhiệt độ cắt không đồng đều có thể là nguyên nhân chính dẫn đến sự không ổn định về kích thước phoi răng cưa.

Tổ chức chế vi có ảnh hưởng đến các thông số cơ bản của phoi răng cưa, đặc biệt là tại các chế độ thấp và trung bình Nhìn chung, phoi với Ti64-Bet và Ti64-Mill có các thông số đặc trưng khác biệt so với hai dạng còn lại là Ti64-Elo và Ti64-Sta Với chế độ cao, nhiệt độ và áp suất quá cao và đồng đều trên toàn bộ vùng cắt, sự ảnh hưởng của tổ chức chế vi không còn rõ rệt như các chế độ áp suất thấp và trung bình.

So sánh giữa kết quả thực nghiệm và quá trình mô phỏng hợp kim Titan bằng FEM cho thấy sự khác biệt ở dạng phôi răng cưa và giá trị của các thông số đặc trưng cho phôi này Các thông số của phôi trong quá trình mô phỏng ổn định hơn so với thực nghiệm, khi mà sự phân bố biến dạng của phôi trong quá trình này được cải thiện đáng kể.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Page 76 các d ữ liệu đo hẹp Các thông s ố đặc trƣng của phoi răng cƣa trong thực nghiệm có giá tr ị cao hơn so vớ ếi k t qu mô phả ỏng, đặc bi t là ệ ở chế độ thấ Ở ốc độp t cắt cao hơn phoi răng cƣa thu đƣợc trong mô ph ng và th c nghi m có hình ỏ ự ệ d ng càng giạ ống nhau hơn

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

K T LU N Ế Ậ

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu các thông số hình học của phôi trong quá trình cắt vật liệu hợp kim Ti-6Al-4V, tác giả đã phân tích một số đặc điểm ở các chế độ cắt khác nhau và tốc độ cắt khác nhau Bằng cách so sánh với kết quả mô phỏng bằng phương pháp thực nghiệm, tác giả đã hoàn thành bài luận văn với nội dung gồm 3 chương.

Chương 1: Giới thi u t ng quan ệ ổ

Chương 2: Nghiên cứu v ề đặc trưng của quá trình c t h p kim Titan ắ ợ

Chương 3: Nghiên cứu các thông s hình hố ọc đặc trưng của quá trình ti n h p ệ ợ kim Titan và so sánh v i quá trình c t mô phớ ắ ỏng

Quá trình hình thành phoi là yếu tố quan trọng trong gia công cơ khí, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Hiểu rõ tác động của phoi trong quá trình gia công giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu lãng phí Thông số kỹ thuật và các đặc trưng hình học của phoi cũng đóng vai trò quyết định trong việc cải thiện quy trình cắt và nâng cao độ chính xác của sản phẩm.

Nghiên cứu về đặc điểm cụ thể và cấu trúc tinh thể của hợp kim Titan giúp làm rõ những đặc trưng cơ bản trong quá trình chế tạo hợp kim này Điều này nhằm nắm bắt được những ứng dụng hiện tại mà hợp kim Titan đang được sử dụng rộng rãi.

Dựa vào những kết quả thu được và các thông số hình ảnh đặc trưng của phôi, có thể thấy rằng chế độ cắt và cấu trúc tổ chức vi mô của hợp kim Ti-6Al-4V có ảnh hưởng rất lớn đến việc hình thành chip răng cưa trong quá trình gia công Kết quả so sánh giữa quá trình mô phỏng và quá trình thực nghiệm cho thấy sự tương đồng đáng kể.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

Page 78 nhau càng khẳng định được s ự ảnh hưởng c a ch c t và c u trúc t vi củ ế độ ắ ấ ế ủa h p kim Ti-6Al-4V t i hình d ng phoi ợ ớ ạ

Đề tài nghiên cứu sẽ tập trung vào việc "Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng ủ phôi trong quá trình chế tạo hợp kim Ti-6Al-4V", nhằm xác định các thông số đặc trưng cho quá trình chế tạo Từ đó, chúng tôi sẽ đưa ra những phương án cải thiện hiệu suất trong quá trình chế tạo hợp kim Ti-6Al-4V.

H c viên: Ph m H u Nguyên SHSV: CB160188 L p: 16BCTM ọ ạ ữ ớ Giáo viên hướng d n: TS Nguy n Kiên Trung ẫ ễ

1 Nguyên lý gia công vật liệu; GS.TSKH Bành Tiến Long, PGS.TS Trần Thế Lục, PGS.TS Trần Sỹ Túy; Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2013

2 Kỹ thuật tiện; GS.TS Trần Văn Địch; Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2002

Sổ tay công nghệ chế tạo máy, do GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn và PGS.TS Trần Xuân Việt biên soạn, được xuất bản bởi Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật vào năm 2007 Tài liệu này cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ chế tạo máy, phục vụ cho các nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực kỹ thuật.

4 Nguyên lý và dụng cụ cắt; PGS.TS Trần Thế Lục, PGS.TS Trịnh Minh Tứ; Nhà xuất bản giáo dục, 2009

5 Calamaz, M., Coupard, D., & Girot, F (2008) A new material model for 2D numerical simulation of serrated chip formation when machining titanium alloy Ti 6Al 4V International Journal of Machine Tools and Manufacture, – – 48(3-4), 275 288 –

6 Sima, M., & ệzel, T (2010) Modified material constitutive models for serrated chip formation simulations and experimental validation in machining of titanium alloy Ti– 6Al–4V International Journal of Machine Tools and Manufacture, 50(11), 943–960

7 Sun, S., Brandt, M., & Dargusch, M S (2009) Characteristics of cutting forces and chip formation in machining of titanium alloys International Journal of Machine Tools and Manufacture, 49(7-8), 561–568

8 Komanduri et al., 1982; Molinari et al., 2002; Shi and Liu, 2006 Serrated chip prediction in finite element modelling of the chip formationprocess Machining Science and Technology, 11:367 390.–

9 Nguyen, T., Kwon, P., Kang, D., & Bieler, T R (2016) The Origin of Flank Wear in Turning Ti-6Al-4V Journal of Manufacturing Science and Engineering, 138(12), 121013

10 A Vyas, M.C Shaw, Mechanics of saw-tooth chip formation in metal cutting, Journal of Manufacturing Science and Engineering—Transactions of the ASME 211

11 R Komanduri, Some clarifications on the mechanics of chip formation when machining titanium alloys, Wear 76 (1982) 15–34

12 G Poulachon, A.L Moisan, Hard turning: chip formation mechanisms and metallurgical aspects, Journal of Manufacturing Science and Engineering- Transactions of the ASME 122 (2000) 406–412

13 Cotterell, M., & Byrne, G (2008) Dynamics of chip formation during orthogonal cutting of titanium alloy Ti 6Al 4V CIRP Annals, 57(1), 93 96.– – –

14 Zhang, Y C., Mabrouki, T., Nelias, D., & Gong, Y D (2011) Chip formation in orthogonal cutting considering interface limiting shear stress and damage evolution

Ngày đăng: 22/01/2024, 16:55

w