Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc X©y dùng ph¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ tÝnh gia c«ng cho vËt liÖu lµ kim lo¹i mµu (hîp kim ®ång, hîp kim nh«m) ngµnh c«ng nghÖ c[.]
Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sĩ khoa học Xây dựng phơng pháp đánh giá tính gia công cho vật liệu kim loại màu (hợp kim đồng, hợp kim nhôm) ngành: công nghệ khí nguyễn văn mẽ Ngời híng dÉn khoa häc: pgs.ts ngun viÕt tiÕp Hµ néi, Năm 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131436891000000 Mơc lơc Trang Trang phơ b×a Mơc lục Mở đầu Chơng I: Cơ sở lý luận đánh giá tính gia công vật liệu 1.1 Khái niệm tính gia công vật liệu 1.2 Những quan điểm đánh giá tính gia công vật liệu 1.2.1 Đánh giá tính gia công vật liệu từ quan điểm độ lớn tốc độ cắt 1.2.2 Phơng pháp đánh giá tính gia công vật liệu từ quan điểm lực cắt 1.2.3 Phơng pháp đánh giá tính gia công từ quan điểm chất lợng bề mặt sau gia công 1.2.4 Đánh giá tính gia công từ quan điểm hình thành phoi 1.2.5 Đánh giá tính gia công từ quan điểm ổn định kích thớc vật liệu sau gia công 1.2.6 Phơng pháp không đánh giá trực tiếp tính gia công 1.2.7 Phơng pháp đánh giá tổng hợp tính gia công 1.3 Mối quan hệ tính gia công vật liệu dao cắt 8 10 10 Chơng II: nghiên cứu tính gia công vật liệu hợp kim ®ång 31 31 2.1 Lý thut chung vỊ ®ång vµ hợp kim đồng 2.1.1 Khái niệm chung 2.1.2 Tính chất đồng nguyên chất 2.1.3 Đặc điểm công nghệ sản xuất bán thành phẩm 2.2 Các loại hợp kim đồng kỹ thuật 2.2.1 Phân loại hợp kim đồng 2.2.2 Latông (đồng thau) 1/ Latông đơn giản 2/ Latông phức tạp 3/ Latông đúc 2.2.3 Brông (đồng thanh) 1/ Kh¸i niƯm 13 14 16 17 18 20 28 32 32 33 33 37 41 42 2/ ¶nh hëng nguyên tố hợp kim đến tính tính chất đồng 2.3 Tính gia công đồng hợp kim đồng 2.3.1 Xếp loại hệ số tính gia công 43 2.3.2.Tác động yếu tố hợp kim lên tính gia công máy 55 44 45 Chơng III Tính gia công hợp kim nhôm 3.1 Phân loại hợp kim nhôm 3.2 Tính gia công ảnh hởng nguyên tố hợp kim đến tính gia công hợp kim nhôm 59 Chơng IV: Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính gia công hợp kim màu 4.1 Các phơng pháp thí nghiệm 4.1.1 Phơng pháp thí nghiệm với thời gian dài 4.1.2 Phơng pháp thí nghiệm tiện mặt đầu 4.2 Xây dựng phơng pháp đánh giá tính gia công vật liệu hợp kim màu 4.2.1 Sơ đồ thí nghiÖm 4.2.2 Lùa chän vËt liÖu thÝ nghiÖm 4.2.3 Chän vật liệu thiết kế dụng cụ cắt 4.2.4 Chọn máy gia công 4.2.5 Lựa chọn chế độ cắt 4.2.6 Thiết kế kết cấu đồ gá 4.2.7 Trình tự tiến hành thí nghiệm 4.2.8 Kết thí nghiệm 4.3 Đánh giá kết thực nghiệm 4.3.1 Kiểm tra tính đồng thực nghiệm 4.3.2 Xác định hệ số tính gia công xếp nhóm tính gia công 62 Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục 84 61 62 62 66 68 69 70 73 75 75 76 77 77 80 85 87 Mở đầu Ngày nay, phát triển nh vũ bÃo khoa học công nghệ đà đòi hỏi quốc gia nói chung ngành chế tạo máy nói riêng cần tập trung nghiên cứu tiến kỹ thuật lĩnh vực công nghệ chế tạo Đặc biệt thiết kế công nghệ chuẩn bị sản xuất, mấu chốt cần phải giải để nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật trình chế tạo khí phải xác định chế độ cắt tối u cho nguyên công khác nhằm rút ngắn thời gian chuẩn bị công nghệ; đồng thời đảm bảo thời gian gia công chi phí gia công nhỏ nhất, hiệu kinh tế trình sản xuất cao Trong công nghệ chuẩn bị sản xuất, việc nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt cho nguyên công phụ thuộc vào nhiều yếu tố hệ thống công nghệ nh máy, dao, đồ gá chi tiết gia công Một yếu tố mà cần quan tâm vật liệu cho tiết gia công tính chất vật liệu đố hay gọi tính gia công vật liƯu TÝnh gia c«ng cđa vËt liƯu cã thĨ hiĨu cách đơn giản mức độ khó hay dễ gia công Nếu vật liệu dễ gia công ta dùng chế độ cắt lớn, ngợc lại vật liệu khó gia công ta hạ thấp chế độ cắt Một vật liệu chế tạo máy phải có độ cứng, độ bền định để đáp ứng đợc yêu cầu sản phẩm Tuy nhiên vật liệu phải đảm bảo đợc tính gia công, nghĩa gia công đợc phơng pháp có Nh vậy, ngành chế tạo máy việc nghiên cứu tính gia công vật liệu cần thiết đợc nhiều nớc quan tâm nghiên cứu Tuy nhiên nớc ta nay, công trình nghiên cứu tính gia công vật liệu xây dựng phơng pháp đánh giá tính gia công vật liệu tập trung vào nghiên cứu số vật liệu phổ biến đợc ứng dụng việc chế tạo chi tiết máy nh loại thép, gang,cha có tập trung nghiên cứu đến tính gia công vật liệu kim loại màu hợp kim màu Vật liệu kim loại màu tiềm tàng tính chất cơ, lý, hoá đặc biệt, phong phú đa dạng Nhiều yêu cầu hóc búa chức thiết bị, kết cấu, dụng cụ lĩnh vực công nghệ cao nh điện tử, tin học, hàng không vũ trụ, lợng nguyên tử, hoàn toàn tìm đợc câu trả lời nhóm vật liệu kim loại màu hợp kim màu Trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, việc nghiên cứu sử dụng đắn, hiệu vật liệu kim loại màu đòi hỏi phải nghiên cứu xây dựng đợc phơng pháp đánh giá tính gia công để từ xác định đợc hệ số tính gia công Với hệ số tính gia công làm sở để xác định chế độ cắt gia công máy gia công truyền thống nh gia công máy NC, CNC hay trung tâm gia công Trên sở nghiên cứu tính gia công vật liệu nói chung vật liệu kim loại màu nói riêng, ta phân loại, xếp nhóm vật liệu có tính gia công tơng tự để đợc phép dùng chung chế độ cắt gia công Đó sở cho phép xác định chế độ cắt cách nhanh chóng, thuận tiện phơng pháp khác nh tra bảng, tính theo công thức tối u với việc dùng máy tính để thực Với ý nghĩa đó, phạm vi nghiên cứu đề tài tập trung vào Xây dựng phơng pháp đánh giá tính gia công cho vật liệu kim loại màu với đối tợng nghiên cứu cụ thể hợp kim đồng, hợp kim nhôm Nội dung nghiên cứu đề tài bao gồm: Chơng I: Cơ sở lý luận đánh giá tính gia công vật liệu Đây chơng trọng tâm, cung cấp sở lý luận để đánh giá tính gia công vật liệu Trong tập trung vào hai nội dung bản: Những khái niệm tính gia công vật liệu Những phơng pháp đánh giá tính gia công vật liệu Chơng II: Nghiên cứu tính gia công hợp kim đồng Chơng III: Nghiên cứu tính gia công hợp kim nhôm Đây hai chơng chủ yếu nghiên cứu khái niệm hợp kim đồng, hợp kim nhôm Nghiên cứu tính chất, đặc điểm số loại hợp kim đồng, nhôm ảnh hởng số nguyên tố hợp kim thành phần hoá học đến tính gia công Chơng IV: Xây dựng phơng pháp đánh giá tính gia công kim loại màu (hợp kim đồng, hợp kim nhôm) Trong chơng này, tác giả đà vận dụng sở lý luận đà đợc nghiên cứu để tiến hành thực nghiệm Trong tập trung vào nghiên cứu: - Phân tích sơ đồ thí nghiệm để lựa chọn sơ đồ thí nghiệm phù hợp với điều kiện thực tiễn sở - Lựa chọn vật liệu hợp kim đồng, hợp kim nhôm đại diện cho nhóm vật liệu làm thí nghiệm - Nghiên cứu vật liệu làm dụng cụ cắt phù hợp để đạt đợc mục đích thí nghiệm (đây đợc xác định khâu mấu chốt toàn trình thực nghiệm) - Lựa chọn máy thí nghiệm - Thiết kế đồ gá để gá đặt chi tiết theo sơ đồ thí nghiệm - Lựa chọn chế độ cắt, thông số hình học dụng cụ cắt - Trình tự bớc tiÕn hµnh thÝ nghiƯm - Xư lý sè liƯu vµ đánh giá kết thí nghiệm Kết luận kiến nghị Trong nội dung chủ yếu đa kết luận có tính chất lý luận thực tiễn việc nghiên cứu xây dựng phơng pháp đánh giá tính gia công cho vật liệu hợp kim đồng, nhôm Đồng thời đề xuất định hớng viƯc nghiªn cøu tiÕp theo nh»m tèi u hoá trình cắt gọt vật liệu gia công hợp kim màu Về phơng pháp nghiên cứu: Do tính chất đề tài vừa có tính lý thuyết vừa có tính thực tiễn, nên trình nghiên cứu tác giả sử dụng kết hợp phơng pháp vừa nghiên cứu sở lý luận, vừa tiến hành làm thực nghiệm phân tích số liệu để xây dựng cho đợc phơng pháp đánh giá tính gia công cho vật liệu hợp kim đồng hợp kim nhôm Tuy nhiên, đề tài nghiên cứu rộng lớn hoàn toàn mẻ, tài liệu nghiên cứu Mặt khác, kinh nghiệm cá nhân lĩnh vực nghiên cứu hạn chế, điều kiện làm thực nghiệm gặp nhiều khó khăn nên trình nghiên cứu chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đợc ý kiến đóng góp Thầy, Cô giáo cộng để đề tài tiếp tục đợc hoàn thiện Cuối cùng, xin chân thành cám ơn giúp ®ì hÕt søc nhiƯt t×nh cđa PGS, TS Ngun ViÕt Tiếp Thầy, Cô giáo môn Công nghệ chế tạo máy- Khoa Cơ Khí Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội bạn đồng nghiệp đà giúp đỡ hoàn thành đề tài Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2006 Chơng I: Cơ sở lý luận đánh giá tính gia công vật liệu 1.1 Khái niệm tính gia c«ng cđa vËt liƯu TÝnh gia c«ng cđa vËt liƯu tập hợp tính chất vật liệu đợc gia công từ quan điểm thích hợp gia công chi tiết máy phơng pháp gia công cụ thể Hay nói cách khác, tính gia công vật liệu mức ®é dƠ hay khã gia c«ng cđa vËt liƯu ®ã phơng pháp gia công cụ thể Mức độ tính gia công vật liệu đà cho kết đánh giá hiệu kinh tế chất lợng sản phẩm trình gia công Một vật liệu gia công định có tính gia công tốt vật liệu khác thời gian tiêu tốn cho trình cắt gọt ngắn nhng đảm bảo yêu cầu mặt kỹ thuật độ xác kích thớc, sai số hình dáng hình học sản phẩm độ nhám bề mặt gia công; đồng thời đảm bảo tiêu tốn dụng cụ cắt gọt, lợng thiết bị sản xuất nhỏ Tính gia công vật liệu hiểu tập hợp tính chất vật liệu gia công xác định thích hợp với suất gia công hiệu kinh tế kỹ thuật Tính gia công vật liệu đặc trng số tiêu thờng có vật liệu nh độ bền, độ cứng,mà khái niệm tính gia công bao hàm tính chất công nghệ khác vật liệu với tính chất có ảnh hởng trực tiếp đến độ mòn dụng cụ cắt, lực cắt, độ nhám bề mặt, hình dạng phoi cắt, Tính gia công vật liệu phụ thuộc vào hàng loạt nhân tố nh thành phần hoá học vật liệu, phơng pháp tạo phôi gia công nhiệt, ảnh hởng cấu trúc tế vi, độ lớn hạt kim loại cấu trúc mạng tinh thể, Các nhân tố ảnh hởng tơng hỗ đến tính gia công đánh gía độc lập, riêng lẻ Nghiên cứu tính gia công vật liệu ta thấy hàm số không riêng vật liệu gia công mà phơng pháp gia công, vật liệu chế tạo dao cắt, Tính gia công vật liệu đánh giá nhiều tiêu khác nh hình dạng phoi, độ ổn định kích thớc sau gia công, độ nhám bề mặt, lực cắt, độ mòn dao cắt, Tuỳ theo tiêu đánh ta có khái niệm tính gia công khác nhau: Tính gia công động học: Là khái niệm tính gia công đánh giá tính gia công vật liệu theo tốc độ cắt v Tính gia công động lực học: Là khái niệm tính gia công đánh giá tính gia công cđa vËt liƯu theo lùc c¾t P TÝnh gia công hình học tế vi: Là khái niệm tính gia công đánh giá tính gia công vật liệu theo độ nhám bề mặt Rz Tính gia công tuyệt đối: Là khái niệm tính gia công đánh giá tính gia công vật liệu theo tiêu điều kiện định đợc giá trị cụ thể Khi điều kiện thay đổi giá trị lại thay đổi Tính gia công tơng đối: Là khái niệm tính gia công đánh giá tính gia công vật liệu khác theo tiêu với điều kiện thực nghiệm nh Trên sở kết thu đợc ta so sánh tính gia công vật liệu với so sánh với vật liệu nhóm đánh giá với vật liệu đợc chọn làm vật liệu chuẩn Căn vào mức độ so sánh ta xác định đợc hệ số tính gia công, từ xem mức độ khó hay dễ gia công vật liệu khác 10 1.2 Những quan điểm đánh giá tính gia công vật liệu Nh đà trình bày, có nhiều quan điểm đánh giá tính gia công vật liệu nh đánh giá tính gia công từ độ lớn tốc độ cắt, độ lớn lực cắt, độ nhám bề mặt sau gia công, từ quan điểm hình thành phoi cắt, từ quan điểm nhiệt cắt, 1.2.1 Đánh giá tính gia công vật liệu từ quan điểm độ lớn tốc độ cắt a/ Đánh giá tính gia công từ quan điểm tính chất học vật liệu Theo phơng pháp để xác định mức độ tính gia công thực tÕ ngêi ta chØ sư dơng mét tiªu chn theo tốc độ cắt v45 (tốc độ cắt phù hợp với R R ti bỊn cđa dao lµ 45 phót) Víi tuổi bền đà chọn dụng cụ cắt, tốc độ cắt đợc xây dựng từ công thức đơn giản dùng giá trị tính chất học vật liệu thông qua trị số độ bền b ®é cøng HB cña nã nh sau: R v45.1 σ b.2 = v45.2 σ b.1 R x (1.1) y hay v45.1 HB2 = v45.2 HB1 đó: b - Độ bỊn cđa vËt liƯu (Mpa), (N/mm2) R R (1.2) P P HB - §é cøng cđa vËt liƯu x,y – Sè mò (x,y = 1,25-2,2) ChØ sè 1,2 – vËt liệu 1, vật liệu Trong công thức giá trị x,y nhỏ tơng ứng với vật liệu có độ bền thấp, ngợc lại giá trị x,y lớn tơng ứng víi vËt liƯu cã ®é bỊn cao