Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật cơ khí: Khảo sát độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện trụ có dùng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu

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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

GVHD: PHẠM SƠN MINH SVTH: TRẦN NGỌC THUẬN

TRƯƠNG QUỐC BẢO

KHẢO SÁT ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI DÙNG CÁN DAO TIỆN TRỤ CÓ DÙNG CƠ CẤU TẠO BIẾN DẠNG BAN ĐẦU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: “KHẢO SÁT ĐỘ NHÁM BỀ MẶT

KHI DÙNG CÁN DAO TIỆN TRỤ CÓ DÙNG

CƠ CẤU TẠO BIẾN DẠNG BAN ĐẦU”

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS PHẠM SƠN MINH

Sinh viên thực hiện: TRẦN NGỌC THUẬN 20144471

TRƯƠNG QUỐC BẢO 20144360

Lớp: 2014442C

Khoá: 2020 – 2024

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: “KHẢO SÁT ĐỘ NHÁM BỀ MẶT

KHI DÙNG CÁN DAO TIỆN TRỤ CÓ DÙNG

CƠ CẤU TẠO BIẾN DẠNG BAN ĐẦU”

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS PHẠM SƠN MINH

Sinh viên thực hiện: TRẦN NGỌC THUẬN 20144471

TRƯƠNG QUỐC BẢO 20144360

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Bộ môn: Công nghệ chế tạo máy

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Học kỳ II / năm học 2023 - 2024

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Phạm Sơn Minh

Sinh viên thực hiện:

1 Trần Ngọc Thuận MSSV: 20144471 Điện thoại: 0349170314

2 Trương Quốc Bảo MSSV: 20144360 Điện thoại: 0773023214

1 Mã số đề tài: CKM-113

Tên đề tài: Khảo sát độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện trụ có dùng cơ cấu tạo

biến dạng ban đầu

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Tài liệu về ứng dụng AI trong phân tích dữ liệu

- Tài liệu về công nghệ tiện

- Tài liệu về Công nghệ chế tạo máy

- Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm

3 Nội dung chính của đồ án:

- Chế tạo mô hình cán dao tiện trụ có dùng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu

- Thực nghiệm với các thông số cắt gọt khác nhau

- Thống kê và phân tích các kết quả thu được

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt

TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

Được phép bảo vệ………

(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CAM KẾT

- Tên đề tài: “Khảo sát độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện trụ có dùng cơ cấu tạo

biến dạng ban đầu”

- GVHD: PGS TS Phạm Sơn Minh

- Họ tên sinh viên: Trần Ngọc Thuận

- MSSV: 20144471 Lớp: 201442C

- Địa chỉ sinh viên: Trường ĐH SPKT Tp Hồ Chí Minh

- Số điện thoại liên lạc: 0349170314

- Email: 20144471@student.hcmute.edu.vn

- Họ tên sinh viên: Trương Quốc Bảo

- MSSV: 20144360 Lớp: 201442C

- Địa chỉ sinh viên: Trường ĐH SPKT Tp Hồ Chí Minh

- Số điện thoại liên lạc: 0773023214

- Email: 20144360@student.hcmute.edu.vn

- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 30/06/2024

- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do

chính tôi nghiên cứu và thực hiện Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”

Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2024

Ký tên

Trần Ngọc Thuận

Trương Quốc Bảo

BẢNG PHÂN CHIA NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

STT Thành viên MSSV Nội dung nhiệm vụ Tỷ lệ hoàn thành

1 Trần Ngọc Thuận 20144471

- Viết thuyết minh

- Lên kế hoạch, phân chia nhiệm vụ

- Thực hiện thí nghiệm với bảng Taguchi ĐATN

- Làm clip giới thiệu ĐATN

- Tổng hợp các kết quả thực hiện, báo cáo tiến độ

- Viết tóm tắt ĐATN

100%

2 Trương Quốc Bảo 20144360

- Làm powpoint thuyết trình

- Thiết kế cơ cấu cán dao (3D, 2D, bản vẽ)

- Thực hiện thí nghiệm với bảng Taguchi ĐATN

100%

3 Trần Đông Hy 20144406

- Thực hiện thí nghiệm

đo rung với cảm biến

- Viết paper ĐATN

- Làm poster ĐATN

100%

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp

đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Từ khi bắt đầu chọn lọc đề tài tốt nghiệp và bắt tay vào thực hiện đồ án tốt nghiệp nhóm của chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy về lĩnh vực mà nhóm chúng em thực hiện

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến các thầy đã giúp đỡ nhóm em trong thời gian qua nói riêng và toàn thể quý thầy cô của Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy – Trường Đại Học

Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS TS Phạm Sơn Minh, Thầy TS Trần Minh Thế Uyên và Thầy ThS Trương Thành Công là người trực tiếp hướng dẫn và giải đáp thắc mắc cho nhóm về đồ án và đã có những buổi tư vấn chung cho tất cả các nhóm đang làm

đồ án và theo dõi tiến độ của các nhóm nhằm đảm bảo thời gian cho các nhóm

Nhóm em cũng xin cảm ơn những người bạn, gia đình, anh chị đã giúp đỡ nhóm em, gửi những lời động viên, chia sẻ cho chúng em những kinh nghiệm, hỗ trợ nhóm em hết mình trong những lúc dự án gặp khó khăn

Với lượng kiến thức còn hạn hẹp cùng với thời gian nhóm chúng em thực hiện đồ án ngắn thì đồ án của nhóm em vẫn còn một vài thiếu sót Nhưng với sự nỗ lực mà nhóm bỏ ra,

từ thời gian đến công sức mà nhóm bỏ ra thì nhóm em cũng cảm thấy hạnh phúc khi đã hoàn thành đồ án này Nhóm hi vọng quý thầy cô sẽ có cái nhìn khách quan và đánh giá bài báo cáo một cách công tâm nhất

Nhóm kính chúc quý thầy cô có nhiều sức khoẻ để vững bước chèo lái con thuyền trồng người đến bến bờ thành công Chúc Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM ngày càng phát triển và đào tạo ra những thế hệ sinh viên giỏi, đáp ứng nhu cầu phát triển trong tương lai!

Em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

Trần Ngọc Thuận Trương Quốc Bảo

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

TÊN ĐỀ TÀI KHẢO SÁT ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI DÙNG CÁN DAO TIỆN TRỤ CÓ DÙNG CƠ

CẤU TẠO BIẾN DẠNG BAN ĐẦU

Với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ thì ngành gia công cơ khí ngày càng cần đạt được độ chính xác cao Có nhiều nguyên nhân gây ảnh hưởng đến bề mặt gia công chi tiết làm cho chất lượng bề mặt chi tiết trở nên không giống như mong muốn Một trong những nguyên nhân gây ảnh hưởng xấu đến bề mặt của sản phẩn cơ khí chính là do rung động gây nên Vì vậy mục tiêu của bài nghiên cứu này là khảo sát được cán dao tiện có gắn cơ cấu biến dạng giúp tăng chất lượng bề mặt của chi tiết Bằng các phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu, phương pháp phân tích thực nghiệm với hai dạng cán dao để đạt được kết quả cuối cùng là giảm độ rung động của cán dao tiện có gắn cơ cấu biến dạng Qua đó, giúp tăng chất lượng bề mặt chi tiết tốt hơn

Công việc của đồ án:

- Chế tạo mô hình cán dao tiện trụ có dùng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu

- Thực nghiệm với các thông số cắt gọt khác nhau

- Thống kê và phân tích các kết quả thu được

Thông qua quá trình thực hiện đồ án này, nhóm đã cũng cố và tích lũy những kiến thức

đã học được đồng thời biết thêm những kiến thức về chuyên ngành Những kiến thức này sẽ góp phần cũng cố trình độ chuyên môn khi nhóm bước chân ra môi trường làm việc và giúp ích cho công việc sau này

ABSTRACT

PROJECT TITLE SURVEYING SURFACE ROUGHNESS WHEN USING LATHE HOLTS HILT

USING THE ORIGINAL DEFORMATION MECHANISM

With the remarkable development of science and technology, the mechanical manufacturing industry increasingly requires high precision There are many factors that affect the surface of machined parts, leading to a deviation from the desired surface quality One of the main factors that negatively impact the surface of mechanical products is vibration Therefore, the goal of this research is to investigate the turning tool handle with a deformation mechanism to help increase the surface quality of the part By employing methods of data collection and literature synthesis, Experimental analysis method with two types of toolholders to achieve the final result of reducing the vibration of the turning toolholder with a deforming mechanism Thereby, helping to improve the quality of detailed surfaces better

The tasks of the project include:

- Fabrication of cylindrical turning tool handle model using initial deformation mechanism

- Experiment with different cutting parameters

- Statistics and analysis of the results obtained

Throughout the process of conducting this project, the team has solidified and accumulated the knowledge they have learned while gaining additional expertise in the field These insights will contribute to enhancing their professional expertise as they step into the working environment and prove beneficial for their future careers

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỜI CAM KẾT iii

LỜI CẢM ƠN v

TÓM TẮT ĐỒ ÁN vi

MỤC LỤC viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ xiv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xvii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

1.3.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 3

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 3

1.6 Phương pháp nghiên cứu 4

1.6.1 Cơ sở phương pháp luận 4

1.6.2 Phương pháp thu thập thông tin 4

1.6.3 Phương pháp phân tích số liệu thống kê 4

1.6.4 Phương pháp thực nghiệm 4

1.7 Kết cấu đồ án tốt nghiệp 6

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 8

2.1 Giới thiệu 8

2.2 Hình dáng hình học 8

2.3 Phân loại cán dao tiện lỗ 8

2.4 Một số lưu ý đối với cán dao tiện lỗ 11

2.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 11

2.5.1 Các nghiên cứu trong nước 11

2.5.2 Các nghiên cứu ngoài nước 12

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

3.1 Cơ sở lý thuyết cắt gọt 14

3.1.1 Khái quát về quá trình cắt gọt kim loại 14

3.1.2 Lý thuyết về quá trình tiện 15

3.1.2.1 Các chuyển động khi tiện 15

3.1.2.2.Các yếu tố cắt khi tiện 16

3.1.2.3 Kết cấu dao tiện 19

3.1.2.4 Lực cắt khi tiện 21

3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới rung động khi gia công tiện 22

3.1.3.1 Ảnh hưởng của kim loại gia công 22

3.1.3.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt (t, S, V) 22

3.1.3.3 Ảnh hưởng của thông số hình học dao đến biến dạng 23

3.1.4 Chất lượng bề mặt gia công 24

3.2 Lý thuyết về độ nhám 24

3.2.1 Khái niệm độ nhám 24

3.2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt 25

3.2.2.1 Sai lệch trung bình Ra 26

3.2.2.2 Chiều cao nhấp nhô Rz 27

3.2.3 Phương pháp đánh giá độ nhám 29

3.2.3 Ký hiệu nhám bề mặt trên bản vẽ 30

3.2.4 Ảnh hưởng của độ nhám đến tính chất làm việc và độ bền của chi tiết 31

3.3 Lý thuyết về rung động trong quá trình cắt gọt 32

3.3.1 Tổng quan về rung động 32

3.3.2 Các dạng rung động và nguyên nhân gây ra rung động 33

3.3.2.1 Rung động cưỡng bức 33

3.3.2.2 Rung động tự kích thích 34

3.3.2.3 Rung động riêng 34

3.3.3 Giải pháp để giảm rung động 35

3.3.3.1 Nhóm biện pháp liên quan tới cấu trúc máy 35

3.3.3.2 Nhóm biện pháp liên quan tới phôi và dụng cụ gia công 35

3.3.3.3 Các biện pháp liên quan tới quá trình cắt 35

CHƯƠNG 4: G I Ả I P H Á P C H Ế T Ạ O M Ô H Ì N H 36

4.1 Yêu cầu của đề tài 36

4.1.1 Nguyên lý giảm chấn của hãng Sandvik 36

4.1.1.1 Giới thiệu về hệ thống giảm chấn 36

4.1.1.2 Nguyên lý hoạt động 36

4.1.1.3 Cấu trúc và vật liệu 36

4.1.1.4 Lợi ích của hệ thống giảm chấn 37

4.1.2 Yêu cầu của đề tài 37

4.2 Phương hướng và giải pháp thực hiện 39

4.2.1 Phương án 1 39

4.2.2 Phương án 2 40

4.3 Lựa chọn phương án 42

4.4 Trình tự công việc tiến hành 42

CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO MÔ HÌNH CÁN DAO TIỆN LỖ CÓ GẮN CƠ CẤU TẠO BIẾN DẠNG 44

5.1 Cán dao thực nghiệm 44

5.1.1 Cán dao nguyên bản 44

5.1.2 Thiết kế cán dao thực nghiệm 44

5.2 Mảnh Insert được sử dụng trong thực nghiệm 45

5.3 Thiết kế khối C 46

5.4 Vít trí định vị khối C 47

5.5 Lò xo 48

5.6 Thanh ren giữ lò xo 49

5.7 Đai ốc giữ lò xo và thanh ren 49

5.8 Chế tạo thử nghiệm 50

CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 52

6.1 Trình tự tiến hành thực nghiệm 52

6.1.1 Xác định các yếu tố thực nghiệm 52

6.1.2 Điều kiện thí nghiệm 53

6.1.2.1 Máy gia công 53

6.1.2.2 Phôi được sử dụng thí nghiệm 53

6.1.2.3 Thiết bị đo độ nhám 54

6.1.2.4 Cảm biến đo rung động DynaLogger TcAs 55

6.1.3 Xác định số lần đo độ nhám 57

6.1.4 Tiến hành thực nghiệm 58

6.1.4.1 Gá phôi, gá dao 58

6.1.4.2 Đo độ nhám 59

6.1.4.3 Kết quả thí nghiệm 60

6.1.5 Phân tích kết quả và tìm ra thông số tối ưu 62

6.1.6 Tiến hành thực nghiệm giữa cán dao thông số tối ưu và cán dao thường 64

6.1.6.1 Thí nghiệm với cán dao thường 64

6.1.6.2 Thí nghiệm với cán dao có gắn cơ cấu tạo biến dạng 66

6.2 Phân tích kết quả và đánh giá 68

6.2.1 Phân tích kết quả từ thí nghiệm 68

6.2.2 Đánh giá kết quả đạt được 69

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 75

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Các giá trị thông số độ nhám bề mặt (TCVN 2511 – 95) 28

Bảng 3.2: Các giá trị tiêu chuẩn của Ra và Rz 29

Bảng 4.1: So sánh giữa 2 phương án 42

Bảng 6.1: Thành phần hóa học thép C45 53

Bảng 6.2: Bảng Taguchi thực nghiệm 61

Bảng 6.3: Kết quả đo độ nhám khi tiện bằng cán dao thường (μm) 65

Bảng 6.4: Kết quả đo độ nhám khi tiện bằng cán dao có gắn cơ cấu tạo biến dạng (μm) 68

Bảng 6.5: Giá trị độ nhám Rz (µm) cho từng trường hợp 69

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Hình 2.1: Phân loại các loại cán dao [1, tr.9] 9

Hình 2.2: Tỷ lệ kẹp dao L/D 10

Hình 2.3: Gợi ý về việc lựa chọn cán dao cho từng loại đặc điểm gia công 10

Hình 3.1: Quá trình tạo phoi 14

Hình 3.2: Các chuyển động khi tiện 16

Hình 3.3: Lượng chạy dao khi tiện [10, tr.31] 17

Hình 3.4: Các yếu tố cắt khi tiện [1, tr.16] 19

Hình 3.5: Kết cấu dao tiện [1, tr.17] 19

Hình 3.6: Các bề mặt khi gia công chi tiết.[1, tr.17] 20

Hình 3.7: Kết cấu phần cắt [1, tr.18] 21

Hình 3.8: Phân tích lực khi tiện [10, tr.74] 22

Hình 3.9: Quan hệ giữa V và biến dạng.[1, tr.23] 23

Hình 3.10: Quan hệ giữa φ và biến dạng.[1, tr.23] 24

Hình 3.11: Các loại nhấp nhô trên bề mặt chi tiết [10, tr.169] 25

Hình 3.13: Độ nhấp nhô tế vi xét theo Rz [10, tr.170] 27

Hình 3.14: Cách ghi ký hiệu nhám bề mặt [11, tr.85] 30

Hình 3.15: Độ nhám ảnh hưởng đến tính chống mòn 31

Hình 3.16: Độ nhám ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết [1, tr.27] 31

Hình 3.17: Độ nhám ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn [1, tr.27] 32

Hình 3.18: Độ nhám ảnh hưởng đến độ chính xác mối ghép [1, tr.27] 32

Hình 4.1: Bản vẽ khối C phương án 1 39

Hình 4.3: Bản vẽ khối C phương án 2 41

Hình 5.1: Cán dao S25S – SCLCR09 44

Hình 5.2: Bản vẽ thiết kế cán dao thực nghiệm 45

Hình 5.3: Hình cán dao thực nghiệm 45

Hình 5.4: Bản vẽ mảnh insert 46

Hình 5.5: Mảnh insert thực nghiệm CCMT09T304 – LF6018 46

Hình 5.7: Khối C thực nghiệm 47

Hình 5.8: Vít trí M4 thực nghiệm 48

Hình 5.9: Lò xo khuôn ép nhựa màu đỏ TM thực nghiệm 48

Hình 5.10: Thanh ren giữ lò xo thực nghiệm 49

Hình 5.11: Đai ốc M4 thực nghiệm 49

Hình 5.12: Cơ cấu tạo biến dạng 3D 50

Hình 5.13: Cơ cấu tạo biến dạng thực nghiệm 50

Hình 5.14: Cơ cấu tạo biến dạng được gắn trên cán dao tiện lỗ 3D 50

Hình 5.15: Cơ cấu tạo biến dạng được gắn trên cán dao tiện lỗ thực nghiệm 51

Hình 6.1: Hình gá cán dao có cơ cấu tạo biến dạng trên máy tiện 52

Hình 6.2: Máy tiện Weiler D 8522 53

Hình 6.3: Bản vẽ phôi thực nghiệm 54

Hình 6.4: Phôi thực nghiệm được đóng số từ 1~25 54

Hình 6.5: Máy đo độ nhám SJ – 201 55

Hình 6.6: Cảm biến đo rung động DynaLogger TcAs 57

Hình 6.7: Gá phôi thí nghiệm 58

Hình 6.8: Gá cán dao 58

Hình 6.9: Cách chỉnh gá cán dao cho tâm dao trùng với tâm máy tiện 59

Hình 6.10: Quá trình đo độ nhám bằng máy Mitutoyo – SJ201 60

Hình 6.11: Vị trí đo độ nhám trên phôi bằng máy Mitutoyo – SJ201 60

Hình 6.12: Giá trị độ nhám Rz (μm) theo số thứ tự thí nghiệm 62

Hình 6.13: Mẫu phôi sau thí nghiệm với bảng Taguchi 62

Hình 6.14: Phân tích bảng Taguchi bằng Minitab 63

Hình 6.15: Kết quả phân tích bảng Taguchi bằng Minitab 63

Hình 6.16: Gá cán dao thường 64

Hình 6.17: Vị trí gắn cảm biến đo rung động cán dao thường 65

Hình 6.18: Hình ảnh mẫu thí nghiệm sau khi tiện bằng cán dao thường 66 Hình 6.25: Gá cán dao thường có gắn cơ cấu tạo biến dạng 67 Hình 6.26: Vị trí gắn cảm biến đo rung động cán dao có gắn cơ cấu tạo biến dạng 67 Hình 6.27: Hình ảnh mẫu thí nghiệm sau khi tiện bằng cán dao có gắn cơ cấu tạo biến dạng

68

Hình 6.34: Biểu đồ đo độ nhám bề mặt lỗ trụ qua 2 trường hợp 69

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

GVHD Giảng viên hướng dẫn

ĐH SPKT TP.HCM Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh ĐATN Đồ án tốt nghiệp

TS Tiến sỹ

ThS Thạc sỹ

PID Proportional Integral Derivative

FEM Finite Element Method

RPM Revolutions Per Minute

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Trong quá trình gia công cơ khí, chất lượng bề mặt của sản phẩm là một yếu tố quan trọng quyết định đến tính năng và tuổi thọ của chi tiết Đặc biệt, độ nhám bề mặt là một trong những chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng phản ánh trực tiếp chất lượng gia công Trong thực

tế sản xuất, việc sử dụng các công cụ tiện truyền thống thường gặp phải vấn đề rung động, ảnh hưởng tiêu cực đến độ nhám bề mặt của sản phẩm

Nhằm nâng cao chất lượng gia công, việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp kỹ thuật mới là cần thiết Một trong những giải pháp tiềm năng là sử dụng cán dao tiện có gắn

cơ cấu biến dạng nhằm giảm chấn Cơ cấu này có khả năng giảm thiểu rung động trong quá trình gia công, từ đó cải thiện độ nhám bề mặt

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 bề mặt sản phẩm Mục tiêu của nghiên cứu là đưa ra các thông số kỹ thuật tối ưu

và quy trình vận hành hợp lý, nhằm áp dụng hiệu quả trong thực tế sản xuất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Trong ngành cơ khí chính xác, độ nhám bề mặt của sản phẩm là một yếu tố quyết định đến tính năng, độ bền và hiệu suất hoạt động của chi tiết máy Các sản phẩm cơ khí chất lượng cao đòi hỏi bề mặt phải mịn màng, đảm bảo các thông số kỹ thuật chặt chẽ Tuy nhiên, rung động trong quá trình gia công tiện thường gây ra các 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 gắn cơ cấu biến dạng nhằm giảm chấn là một trong những giải pháp kỹ thuật hiện đại, hứa hẹn mang lại hiệu quả cao trong việc giảm thiểu rung động và cải thiện chất lượng bề mặt gia công Cơ cấu tạo biến dạng giúp ổn định quá trình cắt, từ đó nâng cao độ chính xác và giảm thiểu sai số gia công Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn tăng hiệu quả sản xuất, giảm chi phí bảo trì và sửa chữa Ngoài ra, trong bối cảnh cạnh tranh gay gắt và yêu cầu ngày càng cao về chất lượng sản phẩm, các doanh nghiệp cơ khí cần liên tục cải tiến công nghệ và quy trình sản xuất Nghiên cứu về ứng dụng cơ cấu tạo biến dạng trong gia công tiện không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn mang tính thực tiễn cao, góp phần đưa ra các giải pháp kỹ thuật tiên tiến, đáp ứng nhu cầu của thị trường

Từ những lý do trên, có thể thấy rằng việc nghiên cứu và khảo sát độ nhám bề mặt khi

sử dụng cán dao tiện có gắn cơ cấu tạo biến dạng là rất cần thiết và cấp bách 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 góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cơ khí mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực gia công cơ khí chính xác

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu về quá trình tiện lỗ: Đề tài này cung cấp các thông tin và dữ liệu mới về quá trình tiện lỗ, đặc biệt là với sự tập trung vào hai dạng cán dao khác nhau Điều này làm mở rộng hiểu biết và kiến thức trong lĩnh vực gia công cơ khí

So sánh hiệu suất và chất lượng: Việc so sánh hiệu suất và chất lượng của việc sử dụng của các loại cán dao khác nhau đặc biệt là việc so sánh giữa cán dao thường và cán dao tiện

có sử dụng cơ cấu tạo biến dạng trong quá trình tiện lỗ mang lại những thông tin quý giá về hiệu quả và hiệu suất của các phương pháp tiện lỗ khác nhau Điều này giúp khám phá ưu điểm và hạn chế của mỗi loại cán dao và tạo ra căn cứ khoa học cho sự lựa chọn và ứng dụng trong thực tế

Phân tích và đánh giá dữ liệu: Qua quá trình thực nghiệm, đề tài này thực hiện việc đo đạc, ghi nhận và phân tích các yếu tố quan trọng như lượng chạy dao, chiều dày cắt, tốc độ tiện, độ rung động và độ nhám bề mặt Quá trình này đóng góp vào việc phát triển phương pháp phân tích và đánh giá dữ liệu trong lĩnh vực gia công cơ khí

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Cải thiện quá trình sản xuất: Kết quả của đề tài này cung cấp thông tin về hiệu suất và chất lượng của việc sử dụng cán dao thường và cán dao tiện có gắn cơ cấu tạo biến dạng trong quá trình tiện lỗ Thông tin này sẽ hỗ trợ kỹ sư và nhà sản xuất trong việc áp dụng để cải thiện quá trình sản xuất, tăng năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm

Tiết kiệm tài nguyên và giảm chi phí: Sử dụng cán dao tiện có gắn cơ cấu tạo biến dạng giúp giảm rung, chấn đập và mài mòn của cán dao, từ đó kéo dài tuổi thọ của chúng Điều này giúp giảm chi phí sửa chữa, thay thế và tái tạo cán dao, đồng thời tiết kiệm tài nguyên và giảm tác động môi trường

Nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm: Việc áp dụng cán dao tiện có gắn cơ cấu tạo biến dạng dựa trên kết quả thực nghiệm sẽ góp phần nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm trong quá trình tiện lỗ Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp

cơ khí, nơi chất lượng và độ chính xác của các chi tiết gia công đóng vai trò quan trọng

Tóm lại, đề tài “Khảo sát độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện trụ có dùng cơ cấu

tạo biến dạng ban đầu” mà điển hình là cán dao thường và cán dao tiện có gắn cơ cấu tạo

biến dạng không chỉ mang lại ý nghĩa khoa học trong việc mở rộng kiến thức về quá trình tiện lỗ, mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc cải thiện quá trình sản xuất, tiết kiệm tài nguyên và nâng cao chất lượng sản phẩm trong ngành công nghiệp cơ khí

1.4 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” có thể được xác định như sau:

- Đánh giá hiệu quả và hiệu suất của quá trình tiện lỗ với cán dao tiện lỗ thường: Mục tiêu này nhằm đo lường và đánh giá các yếu tố quan trọng trong quá trình tiện lỗ sử dụng cán dao tiện lỗ thường Các yếu tố này bao gồm lượng chạy dao, chiều sâu cắt, tốc độ tiện, chất lượng bề mặt Qua đó, mục tiêu này giúp xác định những điểm mạnh và hạn chế của cán dao tiện lỗ thường

- Đánh giá hiệu quả và hiệu suất của quá trình tiện lỗ với cán dao tiện có gắn cơ cấu tạo biến dạng: Mục tiêu này tương tự như mục tiêu trên, nhưng thay vì sử dụng cán dao tiện

lỗ thường, nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng cán dao tiện có dùng cơ cấu tạo biến dạng Cán dao tiện này được thiết kế để giảm thiểu dao động và rung động trong quá trình tiện lỗ,

từ đó cải thiện chất lượng bề mặt, tăng độ chính xác và sự ổn định của quá trình tiện lỗ

- Thực nghiệm và khảo sát các kết quả thu được để đưa ra trường hợp tốt nhất trong quá trình sử dụng cán dao tiện lỗ có sử dụng cơ cấu biến dạng Hiểu rõ nguyên lý vận hành máy trong quá trình thực hiện

Từ kết quả dựa trên kết quả nghiên cứu được thu thập từ cán dao tiện lỗ thường và cán dao tiện có gắn cơ cấu tạo biến dạng đưa ra các phương án thiến kế phù hợp để cải tiến cơ cấu, đồng thời khắc phục các nhược điểm đang có để làm tăng tính ứng dụng của sản phẩm mang lại

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu

- Quá trình tiện lỗ

- 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

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu

Do hạn chế về thời gian cũng như trang thiết bị, nhóm tiến hành thực nghiệm với cán dao tiện lỗ nguyên bản và cán dao tiện lỗ có gắn cơ cấu tạo biến dạng bằng phương pháp gia công cơ khí truyền thống Trong đó, các thành phần tham gia và thông số đầu vào được chọn như sau:

- Cán dao tiện lỗ S25S - SCLCR09

- Mãnh insert CCMT09T304 LF6018 DESKAR

- Vật liệu gia công: thép C45, kích thước: Ø54 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 với sự sử dụng cán dao có gắn cơ cấu biến dạng và tác động của các thông số giảm chấn trên cán dao tiện lỗ đến độ nhám bề mặt của chi tiết đã được thực hiện để so sánh các khác biệt

1.6 Phương pháp nghiên cứu

1.6.1 Cơ sở phương pháp luận

Nghiên cứu sẽ dựa trên cơ sở phương pháp luận khoa học để tiến hành quá trình nghiên cứu Cơ sở phương pháp luận này bao gồm việc 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 những 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 và xu hướng của dữ liệu thu thập được từ quá trình tiện lỗ Phân tích số liệu thống kê bao gồm phân tích biến số, phân tích bảng TAGUCHI để so sánh các nhóm mẫu khác nhau

1.6.4 Phương pháp thực nghiệm

Để thực hiện nghiên cứu “Khảo sát độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện trụ có dùng

cơ cấu tạo biến dạng ban đầu” một cách khoa học và có hệ thống, phương pháp thực

nghiệm cần được thiết kế và triển khai theo các bước sau:

- 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

+ Vật liệu gia công: Lựa chọn vật liệu gia công phổ biến như thép hoặc nhôm để đảm bảo kết quả thí nghiệm có tính ứng dụng cao Ở đề tài này nhóm chọn

vật liệu gia công là thép C45

- Thiết kế thí nghiệm:

+ 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

+ Số lượng mẫu thí nghiệm: Xác định số lượng mẫu cần gia công để đảm bảo tính

thống kê của kết quả (ít nhất 3 mẫu cho mỗi điều kiện thí nghiệm)

- Tiến hành thí nghiệm:

+ Gia công mẫu: Thực hiện gia công các mẫu theo các thông số đã xác định Ghi

chép chi tiết các điều kiện gia công và hiện tượng xảy ra trong quá trình gia công

+ Đo lường độ nhám bề mặt: Sử dụng thiết bị đo độ nhám để đo lường độ nhám bề

mặt của các mẫu sau khi gia công Thực hiện ít nhất 3 lần đo cho mỗi mẫu và lấy giá trị

trung bình để đảm bảo độ chính xác

+ So sánh độ nhám bề mặt: So sánh kết quả độ nhám bề mặt giữa các mẫu gia công

có và không sử dụng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu

+ So sánh độ rung chấn: So sánh kết quả đo rung chấn giữa cán dao tiện lỗ thường và cán dao tiện lỗ có gắn cơ cấu tạo biến dạng ban đầu

+ Đánh giá hiệu quả: Đánh giá mức độ cải thiện độ nhám bề mặt khi sử dụng cơ cấu tạo biến dạng ban đầu, xác định hiệu quả 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: Đề xuất các cải tiến kỹ thuật và ứng dụng thực tiễn của cơ cấu tạo biến dạng ban đầu trong quy trình gia công tiện

Phương pháp thực nghiệm được xây dựng một cách khoa học và hệ thống nhằm đảm bảo thu thập dữ liệu chính xác và đáng tin cậy, từ đó đưa ra các kết luận và đề xuất có giá trị thực tiễn Các bước từ chuẩn bị, thiết kế thí nghiệm, thực hiện thí nghiệm, đến xử lý và phân tích dữ liệu đều cần được thực hiện một cách cẩn thận và tỉ mỉ để đạt được mục tiêu nghiên cứu

1.7 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

Trình bày tổng quan về độ nhám, rung động trong gia công và ảnh hưởng của rung động đến độ nhám bề mặt, từ đó đưa ra các giải pháp để giảm rung động

- Chương 4: Giải pháp chế tạo mô hình

Trình bày nguyên lý giảm chấn của hãng Sandvik, từ đó đưa ra phương án chế tạo cán dao tiện có gắn cơ cấu tạo biến dạng phục vụ cho nghiên cứu và thí nghiệm

- 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

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 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

2.2 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 được vát phẳng đối xứng nhau để thuận tiện cho việc kẹp dao trong quá trình gia công Đầu cán được thiết kế phẳng để gắn mảnh dao Mỗi cán dao chỉ gắn 1 loại mảnh duy nhất

- Mảnh dao: phân loại theo hình dáng và hình chiếu cạnh mảnh dao với từng góc cạnh khác nhau Tùy mục đích gia công mà chúng ta chọn mảnh dao phù hợp

Mảnh dao tiện là bộ phận chính tạo nên bề mặt gia công Mảnh dao được chế tạo từ hợp kim cứng, sau đó phủ một lớp giúp chống mài mòn, chịu nhiệt, chịu va đập tốt Lớp phủ này sẽ quyết định độ phẳng, độ mịn chi tiết sau khi gia công

Mảnh dao tiện được sản xuất theo tiêu chuẩn quốc tế và thống nhất theo mã hiệu riêng Việc tiêu chuẩn hoá các mảnh dao mang lại một số lợi ích sau:

- 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 các dòng mảnh được lựa chọn nhiều nhất

về mức độ tái sử dụng nhiều lần, giảm thiểu chi phí gia công

2.3 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 lỗ phun dung dịch làm mát: trong quá trình gia công, việc kiểm soát nhiệt độ tại vị trí gia công là điều tối quan trọng, ảnh hưởng đến tuổi thọ dao cũng như chất lượng gia công

- Vật liệu làm cán: vật liệu có độ cứng càng cao giúp hạn chế độ rung và độ ồn khi gia công Ngoài ra, nó còn ảnh hưởng đến tỷ lệ L/D – một yếu tố quan trọng để kẹp cán dao hiệu quả

- L là kí hiệu chiều dài cán dao

- D là kí hiệu đường kính cán dao

Tùy theo chiều sâu lỗ gia công và đường kính lỗ, ta chọn tỷ lệ L/D phù hợp theo biểu

đồ Tuy nhiên do giá thành vật liệu carbide đắt hơn rất nhiều so với thép nên cán có đường kính lớn hơn 20mm đều là cán 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

Ngoài ra vật liệu cán dao còn ảnh hưởng đến độ rung và độ ồn khi gia công, vật liệu có

độ cứng càng cao thì độ rung càng ít và ngược lại

More economical (L/D<3) Shallow Hole

Genaral steel

(L/D<3) Deep Hole

High efficiency boring by wiper insert

High precision boring Hardened Steel

Hình 2.3: Gợi ý về việc lựa chọn cán dao cho từng loại đặc điểm gia công

Đối với việc gia công thép sau nhiệt độ cứng cao, chọn cán hợp kim là tối ưu nhất để đảm bảo chất lượng gia công

2.4 Một số lưu ý đối với cán dao tiện lỗ

Cán dao tiện lỗ là công cụ quan trọng trong gia công tiện lỗ, đòi hỏi sự chú ý đặc biệt

để đảm bảo chất lượng gia công và độ an toàn Dưới đây là một số lưu ý quan trọng khi sử dụng cán dao tiện lỗ:

- Xác định đường kính lỗ và chiều dài lỗ gia công: đây là 2 thông số quan trọng để chọn đường kính dao và chiều dài cán dao Cần phân biệt rõ ràng đường kính gia công tối thiểu của dao và đường kính cán dao, chú ý thông thường đường kính cán dao sẽ nhỏ hơn đường kính gia công

- Xác định mục đích gia công và hình dạng gia công: các mảnh dao tiện đều có mục đích riêng từ chạy thô đến chạy tinh Vị trí lắp mảnh trên cán sẽ phụ thuộc vào hình dạng gia công, từ đó chọn được góc thoát phoi phù hợp cho dao Như đã nói ở trên, mỗi cán dao chỉ lắp được 1 loại mảnh duy nhất

- Xác định vật liệu gia công: đối với từng vật liệu gia công sẽ có các loại lớp phủ mảnh dao khác nhau Việc chọn đúng lớp phủ sẽ cho kết quả gia công tối ưu và chất lượng bề mặt gia công tốt nhất

- Xác định loại cán dao: đây là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành dao tiện Việc cân bằng giữa chất lượng gia công và giá thành công cụ là điều luôn được các nhà gia công chú trọng

- Xác định hướng gia công: đây là yếu tố cuối cùng khi chọn dao tiện, hướng trái hoặc hướng phải

2.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

2.5.1 Các nghiên cứu trong nước

Việc nghiên cứu về độ nhám bề mặt khi dùng cán dao tiện lỗ có cơ cấu giảm chấn là một chủ đề quan trọng và được quan tâm trong lĩnh vực cơ khí chính xác Trong nước, đã có một số nghiên cứu liên quan đến chủ đề này, tập trung vào việc cải thiện chất lượng bề mặt gia công, giảm rung động và nâng cao hiệu suất cắt Dưới đây là một số nghiên cứu tiêu biểu:

- Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số giảm chấn lò xo trên cán dao tiện đến

độ nhám bề mặt chi tiết lỗ” của Nguyễn Thuận Hải Đăng - Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM - Năm 2018 [2], tác giả sử dụng cán dao tiện giảm chấn gồm 2 lò xo có độ cứng 150N/m và đối trọng Sau khi thực nghiệm, tác giả đã kết luận rằng, thông số giảm chấn lò

xo của cán dao tiện có tác động đáng kể đến chất lượng bề mặt chi tiết tiện lỗ Cụ thể, khi độ cứng của lò xo ít hơn, độ nhám bề mặt tăng, độ rung động khi gia công cũng tăng Trong khi

đó, khi độ cứng của lò xo cao hơn, độ nhám bề mặt giảm và độ rung động cũng giảm

- Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của cán dao giảm chấn đến độ nhám bề mặt chi tiết tiện lỗ” của Nguyễn Trường Sinh - Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM - Năm 2015 [3], tác giả đã thực nghiệm sử dụng cán dao tiện giảm chấn với các chế độ cắt khác nhau cho từng loại vật liệu khi tiện lỗ sâu Sau khi thực hiện thí nghiệm, tác giả đã đánh giá được ảnh hưởng của cán dao giảm chấn đến độ nhám bề mặt chi tiết tiện lỗ

Các nghiên cứu trong nước đã và đang đóng góp quan trọng vào việc hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn đến độ nhám bề mặt khi tiện lỗ Những nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết mà còn mang lại ứng dụng thực tiễn cao trong ngành

cơ khí chính xác, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp giảm chấn sẽ góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành cơ khí Việt Nam trên thị trường quốc tế

2.5.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Cơ cấu giảm chấn trong cán dao tiện là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo máy, đặc biệt là trong gia công tiện Giảm chấn giúp cải thiện độ chính xác, độ mịn của bề mặt gia công và tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt Dưới đây là tóm tắt một

số nghiên cứu tiêu biểu trên thế giới về cơ cấu giảm chấn trong cán dao tiện:

- Nghiên cứu về giảm chấn thụ động:

+ Cơ cấu giảm chấn dựa trên vật liệu: Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc sử dụng các vật liệu có tính chất giảm chấn tốt như cao su, polyme hoặc composite Ví dụ, một nghiên cứu của M.A Davies và cộng sự (2007) [4] đã xem xét việc sử dụng vật liệu composite trong cán dao để giảm rung động

+ Cơ cấu giảm chấn dựa trên khối lượng: Các nghiên cứu như của Altintas và Weck (2004) [5] đã nghiên cứu việc sử dụng các khối lượng cân bằng động hoặc các cơ cấu con lắc để giảm rung động trong quá trình tiện

- Nghiên cứu về giảm chấn chủ động:

+ Sử dụng các bộ điều khiển điện tử: Một số nghiên cứu đã phát triển các hệ thống giảm chấn chủ động sử dụng các cảm biến và bộ điều khiển để điều chỉnh lực cắt trong thời gian thực Ví dụ, nghiên cứu của Ehmann và cộng sự (2003) [6] đã phát triển một hệ thống giảm chấn chủ động sử dụng cảm biến gia tốc và bộ điều khiển PID

+ Sử dụng piezoelectric: Một hướng nghiên cứu khác là sử dụng các bộ giảm chấn piezoelectric, như trong nghiên cứu của Tlusty và Polacek (1963) [7], nơi các bộ giảm chấn piezoelectric được sử dụng để tạo ra lực phản hồi ngược lại với lực rung, từ đó giảm rung

động

- Nghiên cứu về mô phỏng và mô hình hóa:

+ Mô hình hóa động lực học hệ thống cắt: Các mô hình toán học và mô phỏng số giúp hiểu rõ hơn về cơ chế rung động và cách các cơ cấu giảm chấn ảnh hưởng đến hệ thống cắt Nghiên cứu của Insperger và Stépán (2000) [8] đã phát triển các mô hình phi tuyến để

mô tả động lực học của quá trình tiện và kiểm tra hiệu quả của các giải pháp giảm chấn

+ Mô phỏng FEM (Finite Element Method): Công cụ mô phỏng FEM cũng được sử dụng rộng rãi để thiết kế và tối ưu hóa các cơ cấu giảm chấn Một nghiên cứu của Lin và cộng sự (2012) [9] đã sử dụng FEM để thiết kế và tối ưu hóa một cơ cấu giảm chấn mới cho cán dao tiện

Bên cạnh nghiên các nghiên cứu trong nước, các nghiên cứu nước ngoài đều nhất trí rằng việc sử dụng cán dao tiện lỗ có cơ cấu giảm chấn có tác động tích cực đến chất lượng

bề mặt gia công Cụ thể, việc giảm rung động không chỉ cải thiện độ nhám bề mặt mà còn nâng cao độ chính xác và hiệu quả của quá trình gia công Những kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi của các kỹ thuật giảm chấn trong ngành cơ khí chính xác và sản xuất công nghiệp

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Cơ sở lý thuyết cắt gọt

3.1.1 Khái quát về quá trình cắt gọt kim loại

Cắt gọt kim loại là quá trình tách khỏi bề mặt phôi những lớp kim loại tạo thành phoi

và cuối cùng nhận được chi tiết có kích thước, hình dạng đúng yêu cầu Đồng thời với quá trình tạo phoi; lực cắt và nhiệt cắt được sinh ra Lực cắt và nhiệt cắt tác động quá trình gia công ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, độ chính xác của chi tiết; ảnh hưởng đến dụng cụ cắt, quyết định mức độ mòn và tuổi bền dụng cụ cắt Quá trình tạo phoi khi cắt được phân tích kỹ trong vùng tác động (Hình 3.1)

Mặt phẳng trượt

Phôi S

Dao

Phôi 2 1

3 4

Hình 3.1: Quá trình tạo phoi

- Vùng biến dạng (1): Là vùng vật liệu phôi nằm trước mũi dao, được giới hạn giữa vùng vật liệu phoi và vùng vật liệu phôi Dưới tác dụng của lực cắt động, vùng này xuất hiện biến dạng dẻo Khi ứng suất do lực cắt động gây ra vượt quá giới hạn cho phép của kim loại thì xuất hiện sự trượt và hình thành phoi

- Vùng ma sát (2): là vùng của vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trước của dao Trong vùng này, sự ma sát giữa mặt trước của dao và vật liệu phoi tạo ra lực cắt động cần thiết để tách kim loại từ phôi

- Vùng ma sát (3): là vùng của vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của dao Trên mặt sau của dao, sự ma sát giữa mặt này và vật liệu phôi góp phần vào quá trình tạo phoi

- Vùng tách (4): là vùng bắt đầu quá trình tách kim loại khỏi phôi, tạo thành phoi Trong vùng này, lực cắt và nhiệt cắt được tạo ra để tách kim loại và hình thành phoi

Quá trình cắt kim loại bao gồm sử dụng các dụng cụ cắt như dao tiện, dao phay, dao bào, dao chuốt, mũi khoan trên các máy cắt kim loại như máy tiện, máy phay, máy bào, máy chuốt, máy khoan Trong quá trình cắt, hai chuyển động quan trọng là chuyển động cắt chính và chuyển động chạy dao

- Chuyển động cắt chính: Đây là chuyển động cơ bản tạo ra phoi và tiêu thụ công suất lớn nhất trong quá trình cắt Chuyển động cắt chính có thể là chuyển động quay tròn hoặc tịnh tiến của dụng cụ cắt hoặc của phôi Chuyển động cắt chính cung cấp tốc độ cắt cần thiết

- Chuyển động chạy dao: Đây là chuyển động cần thiết để duy trì quá trình cắt Chuyển động chạy dao có thể liên tục hoặc gián đoạn Tốc độ chuyển động cắt chính luôn lớn hơn tốc độ chuyển động chạy dao

- Chuyển động phụ: là chuyển động không trực tiếp tạo ra phoi như chuyển động tịnh tiến, lùi dao (không cắt vào phôi)

Trong quá trình cắt kim loại, phôi và dao được kẹp chặt trên máy Các bề mặt mới được hình thành thông qua việc biến dạng các lớp bề mặt và từ từ hình thành phoi Đối với vật liệu dẻo, quá trình hình thành phoi diễn ra qua các giai đoạn sau: Ban đầu, dao và chi tiết tiếp xúc với nhau, sau đó lưỡi dao xâm nhập sâu vào kim loại và gây áp lực ép Việc lưỡi dao lún sâu vào vật liệu dẫn đến tách rời lớp kim loại và hớt đi Hiện tượng này được gọi là

sự trượt ban đầu của phoi Sau đó, dao tiếp tục di chuyển và tách những phần phoi tiếp theo khỏi kim loại chính Từ đó, phoi được hình thành và quá trình cắt gọt được tiếp tục

3.1.2 Lý thuyết về quá trình tiện

3.1.2.1 Các chuyển động khi tiện

Chuyển động cắt: Phôi quay tròn tạo ra chuyển động cắt Vc (m/phút)

Chuyển động tịnh tiến:

- Chuyển động tịnh tiến dao ngang Sng : được tiến hành nhờ bàn dao 6 khi cần cắt đứt phôi hoặc gia công mặt đầu

- Chuyển động tịnh tiến dao dọc Sd : được thực hiện nhờ bàn dao dọc trên 4 hoặc bàn

xe dao 7 để gia công theo chiều dài chi tiết

- Chuyển động tiến dao phối hợp Schéo : Sự kết hợp đông thời hai chuyển động tiến dao dọc và tiến dao ngang tao ra chuyển động tiến dao chéo để gia công các mặt côn hoặc các mặt đã định hình

Schéo = Sng + Sd

a/ Chuyển động tịnh

tiến dao ngang S ng

b/ Chuyển động tịnh tiến dao dọc S d

c/ Chuyển động tiến dao phối hợp S chéo

Hình 3.2: Các chuyển động khi tiện

3.1.2.2 Các yếu tố cắt khi tiện

a Tốc độ cắt V (m/ph)

Vận tốc cắt (tại một điểm) hay còn gọi tốc độ cắt là lượng dịch chuyển tương đối giữa lưỡi cắt và chi tiết gia công theo phương của chuyển động cắt chính trong một đơn vị thời gian

Vận tốc cắt được tính theo công thức sau:

𝑉𝑐 = D𝑚n

1000 Trong đó:

- Vc: Tốc độ cắt (Cutting speed [m/min])

- n: Số vòng quay trục chính (Spindle speed [RPM])

- Dm: Đường kính phôi tiện (Cutter Diameter [mm])

b Lượng chạy dao S

Lượng chạy dao, hay còn gọi là tốc độ tiến dao, là đại lượng thể hiện khoảng cách di chuyển tương đối giữa dao cắt và phôi trong một đơn vị thời gian nhất định, được đo bằng mm/vòng hoặc mm/phút Lượng chạy dao đóng vai trò quan trọng trong việc xác định năng suất và độ nhám bề mặt gia công

- Lượng chạy dao phút (Sph, mm/phút): Lượng chạy dao phút là số lượng vật liệu mà dao cắt hoặc tiện được trong một phút Đây là một chỉ số quan trọng để đánh giá tốc độ cắt của quá trình gia công Lượng tiến dao phút càng cao thì quá trình gia công sẽ diễn ra nhanh chóng hơn, tuy nhiên cần phải đảm bảo rằng không gây ra rung chấn và hao mòn dao quá nhanh

- Lượng chạy dao vòng (Sv, mm/vòng): Lượng chạy dao vòng là khoảng cách mà dao

di chuyển khi thực hiện một vòng quay hoàn chỉnh, thường được sử dụng trong quá trình phay vòng hoặc gia công tròn Lượng tiến dao vòng cũng ảnh hưởng đến tốc độ cắt và chất lượng bề mặt hoàn thiện tương tự như lượng chạy dao phút

- Lượng chạy dao răng (Sz, mm/ răng): Lượng chạy dao răng là khoảng cách mà dao cắt di chuyển trong mỗi răng hoặc mỗi vòng quay của dao cắt Đây là một yếu tố quan trọng chỉ xuất hiện trong quá trình phay rãnh, ảnh hưởng đến độ chính xác và chất lượng bề mặt của rãnh hoặc chi tiết được gia công phay CNC như: phay phẳng bằng dao phay trụ, phay răng, phay định hình

Về mặt lý thuyết, cách tính lượng tiến dao giữa Sph, Sv và Sz có mối quan hệ mật thiết với với nhau

Sv=Z x Sz , Sph = n x Sv = n x Z x Sz [12]

Trong đó:

Sph: Lượng chạy dao phút (mm/phút)

Sv: Lượng chạy dao vòng (mm/vòng)

Sz: Lượng chạy dao răng (mm/ răng)

Z: Số răng của dao phay

n: Số vòng quay của trục chính (r/min)

Hình 3.3: Lượng chạy dao khi tiện [10, tr.31]

Các loại lượng chạy dao theo dịch chuyển:

- Lượng chạy dao dọc (Sd): khi dao chuyển động dọc theo đường tâm chi tiết gia công

- Lượng chạy dao ngang (Sn): khi dao chuyển động thẳng góc với đường tâm chi tiết gia công

- Lượng chạy dao nghiên: khi chuyển động của dao làm một góc với đường tâm khi chi tiết gia công

- D: Đường kính chi tiết sau khi gia công [mm]

- d: Đường kính chi tiết trước khi gia công [mm]

d Chiều rộng cắt b (mm)

- Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công đo dọc theo lưỡi cắt

- Chiều rộng cắt chính là phần lưỡi cắt tham gia cắt

- Khi lưỡi cắt cong thì chiều rộng cắt cong

S: lượng chạy dao (mm/vòng)

Hình 3.4: Các yếu tố cắt khi tiện [1, tr.16]

3.1.2.3 Kết cấu dao tiện

L

Hình 3.5: Kết cấu dao tiện [1, tr.17]

Kết cấu dao tiện chia làm 2 phần: thân dao và phần cắt

a Thân dao (cán dao)

Có 3 kích thước cơ bản:

- Chiều cao thân dao H

- Chiều rộng thân dao B

- Chiều dài thân dao L

Các kích thước của thân dao được chọn tiêu chuẩn để phù hợp với ổ gá dao trên máy tiện Phần cắt đầu dao hay phần làm việc

Hình 3.6: Các bề mặt khi gia công chi tiết.[1, tr.17]

Trước khi xác định kết cấu của phần cắt, ta có một số định nghĩa sau:

- Mặt chưa gia công (1): là bề mặt của chi tiết mà dao sẽ cắt đến

- Mặt đang gia công (2): là bề mặt của chi tiết mà dao đang cắt

- Mặt đã gia công (3): là bề mặt của chi tiết mà dao đã cắt qua