Vì vậy, đề tài “Khảo sát độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện trụ có dùng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu" sẽ tập trung nghiên cứu, đánh giá hiệu quả của cơ cấu giảm chấn đối với độ nhám
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Trong gia công cơ khí, chất lượng bề mặt sản phẩm đóng vai trò quyết định đến tính năng và tuổi thọ của chi tiết Đặc biệt, độ nhám bề mặt là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng phản ánh trực tiếp chất lượng gia công Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, việc sử dụng công cụ tiện truyền thống thường gặp vấn đề rung động, gây ảnh hưởng tiêu cực đến độ nhám bề mặt sản phẩm.
Để nâng cao chất lượng gia công, việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp kỹ thuật mới là rất quan trọng Sử dụng cán dao tiện với cơ cấu biến dạng nhằm giảm chấn là một giải pháp tiềm năng, giúp giảm thiểu rung động trong quá trình gia công Nhờ đó, độ nhám bề mặt được cải thiện đáng kể.
Đề tài "Khảo sát độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện trụ có dùng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu" tập trung vào việc nghiên cứu và đánh giá hiệu quả của cơ cấu giảm chấn đối với độ nhám bề mặt sản phẩm Mục tiêu nghiên cứu là xác định các thông số kỹ thuật tối ưu và quy trình vận hành hợp lý, từ đó áp dụng hiệu quả trong sản xuất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế.
Tính cấp thiết của đề tài
Trong ngành cơ khí chính xác, độ nhám bề mặt sản phẩm ảnh hưởng lớn đến tính năng, độ bền và hiệu suất chi tiết máy Để đạt được sản phẩm cơ khí chất lượng cao, bề mặt cần phải mịn màng và tuân thủ các thông số kỹ thuật nghiêm ngặt Tuy nhiên, rung động trong quá trình gia công tiện thường gây ra vấn đề về độ nhám bề mặt, dẫn đến sản phẩm không đạt yêu cầu kỹ thuật, gây lãng phí vật liệu và thời gian gia công.
Việc sử dụng cán dao tiện có cơ cấu biến dạng giảm chấn là một giải pháp kỹ thuật hiện đại, giúp giảm rung động và cải thiện chất lượng bề mặt gia công Cơ cấu này ổn định quá trình cắt, nâng cao độ chính xác và giảm sai số gia công Kết quả là cải thiện chất lượng sản phẩm, tăng hiệu quả sản xuất, và giảm chi phí bảo trì cũng như sửa chữa.
Trong bối cảnh cạnh tranh khốc liệt và yêu cầu chất lượng sản phẩm ngày càng cao, các doanh nghiệp cơ khí cần không ngừng cải tiến công nghệ và quy trình sản xuất Nghiên cứu ứng dụng cơ cấu tạo biến dạng trong gia công tiện không chỉ mang tính lý thuyết mà còn có giá trị thực tiễn, giúp đưa ra các giải pháp kỹ thuật tiên tiến nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường.
Từ những lý do trên, có thể thấy rằng việc nghiên cứu và khảo sát độ nhám bề mặt khi
Việc sử dụng cán dao tiện có gắn cơ cấu tạo biến dạng là rất cần thiết và cấp bách trong ngành gia công cơ khí Đề tài “Khảo sát độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện trụ có dùng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu” không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm cơ khí mà còn mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực gia công cơ khí chính xác.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu về quá trình tiện lỗ cung cấp thông tin và dữ liệu mới, tập trung vào hai dạng cán dao khác nhau, từ đó mở rộng hiểu biết và kiến thức trong lĩnh vực gia công cơ khí.
Việc so sánh hiệu suất và chất lượng giữa các loại cán dao, đặc biệt là cán dao thường và cán dao tiện với cơ cấu tạo biến dạng trong quá trình tiện lỗ, cung cấp thông tin quý giá về hiệu quả của các phương pháp tiện lỗ khác nhau Điều này giúp khám phá ưu điểm và hạn chế của từng loại cán dao, từ đó tạo cơ sở khoa học cho việc lựa chọn và ứng dụng trong thực tế.
Đề tài này thực hiện việc đo đạc và phân tích các yếu tố quan trọng trong gia công cơ khí, bao gồm lượng chạy dao, chiều dày cắt, tốc độ tiện, độ rung động và độ nhám bề mặt Qua quá trình thực nghiệm, nghiên cứu này góp phần phát triển phương pháp phân tích và đánh giá dữ liệu, nhằm nâng cao hiệu quả trong lĩnh vực gia công cơ khí.
Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng về hiệu suất và chất lượng của việc sử dụng cán dao thường so với cán dao tiện có gắn cơ cấu tạo biến dạng trong quá trình tiện lỗ Những thông tin này sẽ giúp kỹ sư và nhà sản xuất cải thiện quy trình sản xuất, từ đó tăng năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Sử dụng cán dao tiện với cơ cấu tạo biến dạng giúp giảm rung, chấn đập và mài mòn, từ đó kéo dài tuổi thọ của chúng Việc này không chỉ giảm chi phí sửa chữa và thay thế mà còn tiết kiệm tài nguyên và giảm tác động đến môi trường.
Việc áp dụng cán dao tiện có gắn cơ cấu tạo biến dạng dựa trên kết quả thực nghiệm sẽ nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm trong quá trình tiện lỗ Điều này rất quan trọng trong ngành công nghiệp cơ khí, nơi mà chất lượng và độ chính xác của các chi tiết gia công là yếu tố then chốt Tóm lại, đề tài “Khảo sát độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện trụ có dùng cơ cấu” sẽ góp phần cải thiện những yếu tố này.
Cán dao thường và cán dao tiện với cơ cấu tạo biến dạng không chỉ mở rộng kiến thức về quá trình tiện lỗ mà còn cải thiện sản xuất, tiết kiệm tài nguyên và nâng cao chất lượng sản phẩm trong ngành công nghiệp cơ khí.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài “Khảo sát độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện trụ có dùng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu” là xác định ảnh hưởng của cơ cấu tạo biến dạng ban đầu đến độ nhám bề mặt sản phẩm Nghiên cứu này nhằm cung cấp thông tin hữu ích cho việc cải thiện chất lượng gia công và tối ưu hóa quy trình tiện trụ.
Đánh giá hiệu quả và hiệu suất của quá trình tiện lỗ với cán dao tiện lỗ thường là việc đo lường các yếu tố quan trọng như lượng chạy dao, chiều sâu cắt, tốc độ tiện và chất lượng bề mặt Mục tiêu này giúp xác định những điểm mạnh và hạn chế của cán dao tiện lỗ thường, từ đó cải thiện quy trình tiện lỗ.
Đánh giá hiệu quả và hiệu suất của quá trình tiện lỗ với cán dao tiện có cơ cấu tạo biến dạng là một nghiên cứu quan trọng Mục tiêu của nghiên cứu này là cải thiện chất lượng bề mặt, tăng độ chính xác và ổn định trong quá trình tiện lỗ bằng cách sử dụng cán dao tiện đặc biệt, giảm thiểu dao động và rung động.
Thực nghiệm và khảo sát các kết quả nhằm xác định trường hợp tối ưu khi sử dụng cán dao tiện lỗ với cơ cấu biến dạng Hiểu rõ nguyên lý vận hành của máy là điều cần thiết trong quá trình thực hiện.
Dựa trên nghiên cứu từ cán dao tiện lỗ thường và cán dao tiện gắn cơ cấu tạo biến dạng, bài viết đề xuất các phương án thiết kế nhằm cải tiến cơ cấu, khắc phục nhược điểm hiện tại, từ đó nâng cao tính ứng dụng của sản phẩm.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Cơ cấu tạo biến dạng để giảm chấn
- Cán dao tiện lỗ thông thường
- Cán dao tiện lỗ có gắn cơ cấu tạo biến dạng
- Độ nhám bề mặt chi tiết
Do hạn chế về thời gian và trang thiết bị, nhóm thực hiện thí nghiệm với cán dao tiện lỗ nguyên bản và cán dao tiện lỗ có cơ cấu tạo biến dạng bằng phương pháp gia công cơ khí truyền thống Các thành phần tham gia và thông số đầu vào được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của quá trình thí nghiệm.
- Cán dao tiện lỗ S25S - SCLCR09
- Mãnh insert CCMT09T304 LF6018 DESKAR
- Vật liệu gia cụng: thộp C45, kớch thước: ỉ54 x T7 x L30 (mm)
- Các thí nghiệm được tiến hành tại xưởng cơ khí Việt Đức của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh trên máy tiện Weiler D 8522
- Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ- 201
- Cảm biến đo rung động Dynamox TcAs
Nghiên cứu về quá trình tiện lỗ đã được thực hiện với việc sử dụng cán dao có gắn cơ cấu biến dạng, nhằm phân tích tác động của các thông số giảm chấn đến độ nhám bề mặt của chi tiết Mục tiêu của nghiên cứu là so sánh các khác biệt trong quá trình gia công.
Phương pháp nghiên cứu
1.6.1 Cơ sở phương pháp luận
Nghiên cứu sẽ được thực hiện dựa trên phương pháp luận khoa học, bao gồm các bước quan trọng như định nghĩa vấn đề, xác định mục tiêu, thiết kế nghiên cứu, thu thập và phân tích dữ liệu, rút ra kết luận và đưa ra khuyến nghị.
1.6.2 Phương pháp thu thập thông tin Để đảm bảo tính đa dạng và đa chiều của nội dung nghiên cứu, nhóm thực hiện các hoạt động tìm kiếm, phân tích và biên dịch tài liệu liên quan từ các nguồn tin như tạp chí khoa học, tài liệu chuyên ngành, trang web chính thống và các báo đài uy tín Đồng thời, nhóm sẽ tận dụng các kết quả nghiên cứu mới nhất nhằm nâng cao tính thực tiễn và phù hợp với đề tài nghiên cứu của nhóm
1.6.3 Phương pháp phân tích số liệu thống kê
Sử dụng các phép tính thống kê để phân tích và xác định tính chất, xu hướng của dữ liệu thu thập từ quá trình tiện lỗ là rất quan trọng Phân tích số liệu thống kê bao gồm việc phân tích biến số và áp dụng bảng TAGUCHI nhằm so sánh các nhóm mẫu khác nhau.
Để tiến hành nghiên cứu “Khảo sát độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện trụ có sử dụng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu” một cách khoa học và có hệ thống, cần thiết kế và triển khai phương pháp thực nghiệm theo các bước cụ thể.
- Xác định mục tiêu thực nghiệm:
+ Đánh giá ảnh hưởng của cơ cấu tạo biến dạng ban đầu đến độ nhám bề mặt
+ So sánh hiệu quả giữa các mẫu gia công có và không sử dụng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu
- Chuẩn bị thiết bị và dụng cụ:
+ Máy tiện: Sử dụng máy tiện có khả năng gắn được cán dao có cơ cấu tạo biến dạng ban đầu
+ Cán dao tiện lỗ: Cán dao tiện lỗ thường và cán dao tiện lỗ có thiết kế cơ cấu tạo biến dạng ban đầu
+ Thiết bị đo độ nhám bề mặt: Sử dụng máy đo độ nhám bề mặt với độ chính xác cao (ví dụ: máy đo độ nhám Mitutoyo)
+ Thiết bị đo rung động: sử dụng cảm biến đo rung DynLoggeer TcAs
Lựa chọn vật liệu gia công là yếu tố quan trọng để đảm bảo tính ứng dụng của kết quả thí nghiệm Nhóm nghiên cứu đã quyết định sử dụng thép C45, một trong những vật liệu phổ biến như thép và nhôm, nhằm đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình gia công.
+ Các thông số gia công: Xác định và thiết lập các thông số gia công quan trọng như:
Tốc độ cắt (Vc), lượng ăn dao (S), độ sâu cắt (t)
+ Biến đổi cơ cấu: Thực hiện các thí nghiệm với và không có cơ cấu tạo biến dạng ban đầu
Để đảm bảo tính thống kê của kết quả thí nghiệm, cần xác định số lượng mẫu thí nghiệm phù hợp Mỗi điều kiện thí nghiệm tối thiểu yêu cầu ít nhất 3 mẫu.
Gia công mẫu là quá trình thực hiện các mẫu theo thông số đã được xác định Trong quá trình này, cần ghi chép chi tiết về các điều kiện gia công cũng như các hiện tượng xảy ra, nhằm đảm bảo chất lượng và hiệu quả của công việc.
Đo lường độ nhám bề mặt là một bước quan trọng sau khi gia công, sử dụng thiết bị chuyên dụng để xác định mức độ nhám của các mẫu Cần thực hiện ít nhất 3 lần đo cho mỗi mẫu và lấy giá trị trung bình để đảm bảo độ chính xác cao trong kết quả đo.
- Xử lý và phân tích dữ liệu:
+ Xử lý số liệu: Tính toán giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và các thông số thống kê khác của độ nhám bề mặt
Phân tích số liệu là bước quan trọng trong nghiên cứu, trong đó sử dụng các phương pháp thống kê như ANOVA để xác định sự khác biệt giữa các mẫu gia công có và không có cơ cấu tạo biến dạng ban đầu Việc áp dụng ANOVA giúp làm rõ ảnh hưởng của cơ cấu biến dạng đến chất lượng sản phẩm, từ đó cung cấp những hiểu biết quý giá cho quá trình sản xuất.
- So sánh và đánh giá kết quả:
So sánh độ nhám bề mặt giữa các mẫu gia công có và không sử dụng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu cho thấy sự khác biệt rõ rệt Các mẫu có sử dụng cơ cấu này thường có độ nhám bề mặt thấp hơn, mang lại bề mặt mịn màng hơn Ngược lại, các mẫu không sử dụng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu thường có độ nhám cao hơn, dẫn đến chất lượng bề mặt kém hơn Kết quả này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc áp dụng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu trong quá trình gia công để cải thiện độ nhám bề mặt.
So sánh độ rung chấn giữa cán dao tiện lỗ thường và cán dao tiện lỗ có gắn cơ cấu tạo biến dạng ban đầu cho thấy sự khác biệt rõ rệt Kết quả đo rung chấn cho cán dao tiện lỗ có cơ cấu tạo biến dạng ban đầu thường thấp hơn, giúp cải thiện độ ổn định và chất lượng gia công Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng cơ cấu biến dạng ban đầu có thể giảm thiểu hiện tượng rung chấn, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc của máy tiện.
Đánh giá hiệu quả của cơ cấu tạo biến dạng ban đầu cho thấy sự cải thiện rõ rệt về độ nhám bề mặt, đồng thời giúp giảm rung động và nâng cao chất lượng gia công.
- Báo cáo kết quả và đề xuất:
+ Báo cáo kết quả: Viết báo cáo chi tiết về quy trình thí nghiệm, kết quả đo lường, phân tích và đánh giá
Đề xuất cải tiến kỹ thuật và ứng dụng thực tiễn của cơ cấu tạo biến dạng ban đầu trong quy trình gia công tiện nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm Việc áp dụng các cải tiến này không chỉ tối ưu hóa quy trình gia công mà còn giảm thiểu sai số và tăng cường độ bền cho sản phẩm cuối cùng Các giải pháp cải tiến có thể bao gồm việc điều chỉnh thông số kỹ thuật, cải tiến thiết bị và áp dụng công nghệ mới trong gia công.
Phương pháp thực nghiệm được thiết kế khoa học và hệ thống nhằm thu thập dữ liệu chính xác và đáng tin cậy Quá trình này bao gồm các bước chuẩn bị, thiết kế thí nghiệm, thực hiện thí nghiệm, và xử lý, phân tích dữ liệu, tất cả đều cần được thực hiện cẩn thận và tỉ mỉ để đạt được các kết luận và đề xuất có giá trị thực tiễn.
Kết cấu đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp gồm 6 chương Trong đó:
- Chương 1: Giới thiệu Đặt vấn đề, tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học - thực tiễn, mục tiêu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
- Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Giới thiệu, phân loại các loại cán dao, các nghiên cứu trong và ngoài nước
- Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Trình bày cơ sở lý thuyết cắt gọt kim loại và công nghệ tiện
Độ nhám bề mặt và rung động trong gia công là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Rung động có thể làm tăng độ nhám bề mặt, dẫn đến giảm tính chính xác và độ bền của sản phẩm Để cải thiện độ nhám bề mặt, cần áp dụng các giải pháp giảm rung động hiệu quả, như tối ưu hóa thiết kế máy móc, sử dụng công nghệ gia công tiên tiến và kiểm soát điều kiện làm việc Việc giảm rung động không chỉ nâng cao chất lượng bề mặt mà còn kéo dài tuổi thọ của thiết bị gia công.
- Chương 4: Giải pháp chế tạo mô hình
Nguyên lý giảm chấn của hãng Sandvik được trình bày rõ ràng, từ đó đề xuất phương án chế tạo cán dao tiện tích hợp cơ cấu tạo biến dạng, phục vụ cho nghiên cứu và thí nghiệm hiệu quả.
- Chương 5: Chế tạo mô hình cán dao tiện lỗ có gắn cơ cấu tạo biến dạng
- Chương 6: Thực nghiệm và đánh giá kết quả
Thực hiện các thí nghiệm và đánh giá kết quả nhằm lựa chọn phương án chế tạo tốt nhất
Kết luận và hướng phát triển đề tài
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
Dao tiện lỗ là một trong những dụng cụ cắt gọt phổ biến được sử dụng khi tiện bên trong chi tiết ( thường gọi là tiện lỗ)
Dao tiện lỗ phân thành 2 loại chính:
- Dao tiện lỗ liền cán hay còn gọi là dao tiện định hình
- Dao tiện lỗ gắn mảnh: loại này cực kì phổ biến trên thị trường
Với đề tài này, nhóm chọn cán dao tiện lỗ gắn mảnh để thực hiện cho việc nghiên cứu.
Hình dáng hình học
Dao tiện lỗ gắn mảnh gồm 2 bộ phận chính là cán dao và mảnh dao:
Cán dao có hình trụ tròn với bề mặt vát phẳng đối xứng, giúp dễ dàng kẹp dao trong quá trình gia công Đầu cán được thiết kế phẳng để lắp ghép với một loại mảnh dao duy nhất, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong sử dụng.
Mảnh dao được phân loại dựa trên hình dáng và hình chiếu cạnh, với các góc cạnh khác nhau Việc lựa chọn mảnh dao phù hợp tùy thuộc vào mục đích gia công cụ thể.
Mảnh dao tiện là thành phần chủ yếu trong quá trình gia công bề mặt Được chế tạo từ hợp kim cứng, mảnh dao còn được phủ một lớp bảo vệ giúp chống mài mòn, chịu nhiệt và va đập hiệu quả Lớp phủ này đóng vai trò quyết định đến độ phẳng và độ mịn của chi tiết sau khi gia công.
Mảnh dao tiện được chế tạo theo tiêu chuẩn quốc tế với mã hiệu riêng, mang lại nhiều lợi ích từ việc tiêu chuẩn hóa.
- Dễ dàng chọn mảnh dao phù hợp với đầu dao chế tạo theo tiêu chuẩn
- Dễ dàng chọn được mảnh dao phù hợp vời điều kiện gia công, vật liệu gia công
- Dễ dàng thay thế khi mảnh dao bị vỡ, bị mòn, hỏng trong quá trình gia công, giảm đến tối đa thời gian dừng máy
- Đảm bảo cho việc khai báo các thông số của dao khi lập trình tên máy CNC được thuận lợi và nhanh chóng
Các dòng mảnh CN, DN, VN, SN, TN, WN là những lựa chọn phổ biến nhất nhờ khả năng tái sử dụng nhiều lần, giúp giảm thiểu chi phí gia công hiệu quả.
Phân loại cán dao tiện lỗ
Các loại cán dao phổ biến:
- Loại A: cán thép có lỗ nước nguội
- Loại C: thân cán làm từ vật liệu carbide, đầu cán làm từ thép
- Loại S: cán thép đặc, không có lỗ nước nguội
- Loại H: cán thép hợp kim, không có lỗ nước nguội
- Loại H-O: cán thép hợp kim, có lỗ nước nguội
Hình 2.1: Phân loại các loại cán dao [1, tr.9]
Các loại cán dao tiện lỗ đều có mục đích sử dụng khác nhau Có 2 đặc điểm chúng ta cần chú ý:
Lỗ nước nguội, hay còn gọi là lỗ phun dung dịch làm mát, đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công Việc kiểm soát nhiệt độ tại vị trí gia công không chỉ ảnh hưởng đến tuổi thọ của dao cắt mà còn quyết định chất lượng sản phẩm gia công.
Vật liệu làm cán có độ cứng cao giúp giảm rung và tiếng ồn trong quá trình gia công Bên cạnh đó, độ cứng còn ảnh hưởng đến tỷ lệ L/D, một yếu tố quan trọng cho việc kẹp cán dao hiệu quả.
Allow Tool Steel Carbide Shank
Hình 2.2: Tỷ lệ kẹp dao L/D
- L là kí hiệu chiều dài cán dao
- D là kí hiệu đường kính cán dao
Khi lựa chọn tỷ lệ L/D cho lỗ gia công, cần xem xét chiều sâu và đường kính của lỗ dựa trên biểu đồ Do chi phí vật liệu carbide cao hơn nhiều so với thép, các cán có đường kính lớn hơn 20mm thường được làm từ thép.
Tỉ lệ L/D bằng 3 là tỉ lệ phổ biến trong gia công tiện, nó đảm bảo độ cứng vững khi gá kẹp và an toàn trong quá trình gia công
Vật liệu cán dao không chỉ ảnh hưởng đến độ cứng mà còn tác động đến độ rung và độ ồn trong quá trình gia công; cụ thể, vật liệu có độ cứng cao sẽ giúp giảm thiểu độ rung, ngược lại, vật liệu có độ cứng thấp sẽ làm tăng độ rung và tiếng ồn.
Type Steel Shank Carbibe Shank
Alloy Tool Steel (L/D