Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết bằng thép hợp kim khi gia công trên máy phay CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðH NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        NGUYỄN THÀNH NHÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT ðẾN ðỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT BẰNG THÉP HỢP KIM KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA NÔNG – LÂM NGHIỆP Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. LÊ THƯỢNG HIỀN (HDC) 2. TS. PHAN CHÍ CHÍNH (HDP) Hµ Néi : 2012 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong bản luận văn này là trung thực và chưa ñược công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào trước ñó. Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong bản luận văn của tôi ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả NGUYỄN THÀNH NHÂN Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ii Lời cảm ơn Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Lê Thượng Hiền và PGS.TS. Phan Chí Chính - Người Thầy ñã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội; Viện ñào tạo sau ñại học; Khoa Cơ ñiện và bộ môn Cơ khí ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này. Tôi xin cảm ơn gia ñình, bạn bè và ñồng nghiệp ñã ñộng viên giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian qua. Xin trân trọng cảm ơn! Người thực hiện NGUYỄN THÀNH NHÂN Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iii MỤC LỤC PHẦN MỞ ðẦU 1 1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài. 1 2. Mục tiêu của ñề tài: 1 II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………………………………… 1 III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU …………………………………………………… 2 IV. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ………………………………………………………… 3 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHAY CNC ……………………… 4 1.1 Tổng quan về phay CNC 4 1.1.1 ðặc ñiểm chung 4 1.1.2. Những nét cơ bản về máy công cụ và máy phay CNC 5 1.1.3. Kết cấu cơ bản của máy phay CNC 6 1.2 Các dạng dao phay 7 1.3 Các phương pháp phay 9 1.3.1 Phay thuận 9 1.3.2 Phay nghịch 10 1.4 Các dạng ñiều khiển trên máy phay CNC 11 1.4.1 ðiều khiển ñoạn thẳng 11 1.4.2 ðiều khiển ñường 12 1.4.3 ðiều khiển 2D 12 1.4.4 ðiều khiển 3D 12 1.4.5 ðiều khiển 2D 2 1 13 1.4.6 ðiều khiển 4D, 5D 13 1.5 Qui trình công nghệ gia công trên máy CNC 14 1.5.1 Lập tiến trình công nghệ 15 1.5.2 Thiết kế nguyên công 15 1.5.3 Lập trình gia công 15 1.6 Các sơ ñồ phay trên máy phay CNC 15 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iv 1.6.1 Phay contour 15 1.6.2 Phay mặt phẳng 16 1.6.3 Phay thể tích 16 1.7 Quá trình hình thành phoi 17 1.7.1. Khái niệm và phân loại phoi 17 1.7.2 Sự co rút phoi 19 1.8. Lực cắt gọt 20 1.8.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt 20 1.8.2. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ñến lực cắt 21 1.9. Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt 22 1.9.1 Nhiệt cắt 22 1.9.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ñến nhiệt cắt 25 1.10. Lượng mòn dao 25 1.10.1. Sự mài mòn dao 25 1.10.2. Bản chất vật lý của sự mài mòn dao 26 1.10.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt 29 1.11. Dung dịch bôi trơn làm nguội khi phay 30 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ……………………………………………………………….32 CHƯƠNG 2. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT ðẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY CNC ………………………………………………………….33 2.1. ðộ nhám bề mặt chi tiết gia công 33 2.1.1. Chất lượng bề mặt chi tiết gia công 33 2.1.2. Các thông số ñánh giá hình học lớp bề mặt 34 2.1.2.1. Sóng bề mặt. 34 2.1.2.2. Nhám bề mặt 34 2.1.3.Thông số cơ lý của bề mặt gia công 37 2.1.3.1. Sự biến cứng bề mặt 37 2.1.3.2. Ứng suất dư 38 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt 39 2.2.1. Ảnh hưỏng của hình dạng hình học dao cắt 40 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… v 2.2.2. Ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt. 42 2.2.2.1. Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt 42 2.2.2.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao 43 2.2.2.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 43 2.2.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công 43 2.2.4. Ảnh hưởng của ñộ cứng vững của hệ thống công nghệ và rung ñộng ñến ñộ nhấp nhô bề mặt. 44 2.2.4. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ gia công 44 2.3. Phương pháp ñánh giá ñộ nhám bề mặt …………………………………… 44 2.3.1. Phương pháp quang học 44 2.3.2. Phương pháp ño ñộ nhám R a , R z , bằng máy ño prôfin 45 2.3.3 Phương pháp so sánh 45 2.4 Thép hợp kim 45 2.4.1.Khái niệm 45 2.4.2. Mục ñích cho nguyên tố hợp kim vào trong thép 45 2.4.3. Phân loại thép hợp kim 45 2.4.4. Ký hiệu thép hợp kim 46 2.4.5. Các loại thép hợp kim 46 2.4.5.1. Thép hợp kim kết cấu 46 2.4.5.2. Thép hợp kim dụng cụ thấp 47 2.4.5.3. Thép hợp kim dụng cụ cao (thép gió) 47 2.4.5.4 Thép ổ lăn 48 2.4.5.5. Thép lò xo 48 2.4.5.6. Thép không gỉ 49 2.4.6 ðặc ñiểm khi gia công thép hợp kim 49 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ………………………………………………………………54 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM PHAY TINH CHI TIẾT THÉP HỢP KIM BẰNG DAO PHAY NGÓN MẢNH CẮT QUAY …………….55 3.1. Thiết kế thí nghiệm 55 3.2. Mô hình thí nghiệm 55 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vi 3.3. Các thông số cơ bản của hệ thống thí nghiệm 56 3.3.1.Máy thí nghiệm 56 3.3.2. Dụng cụ gia công dùng trong thí nghiệm. 56 3.3.3. Vật liệu phôi dùng trong thí nghiệm 57 3.3.4. Dụng cụ ño ñộ nhám bề mặt. 58 3.3.5. Chế ñộ cắt 58 3.3.6 . ðồ gá và dung dịch trơn nguội dùng trong thí nghiệm 58 3.4. Nội dung thí nghiệm 59 3.5 Tính toán xử lý kết quả ño 59 3.6 ðồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với t, s, v 65 3.7 Thảo luận kết quả 72 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ………………………………………………………………73 KẾT LUẬN CHUNG 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………….76 PHỤ LỤC …………………………………………………………………………… 78 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNC Computer Numerical Control ðiều khiển số nối kết với máy tính CAD Computer Aided Design Thiết kế, tính toán kết cấu có sự trợ giúp của máy tính CAM Computer Aided Manufacturing Gia công kết cấu có sự trợ giúp của máy tính TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Sự khác nhau cơ bản giữa máy CNC và máy công cụ vạn năng 6 Bảng 2.1 : Bảng thông số nhám 37 Bảng 2.2 Tên và ký hiệu các nguyên tố hợp kim 46 Bảng 2.3 Mô hình quá trình cắt khi phay 50 Bảng 3.1 Sơ ñồ thí nghiệm phay CNC 55 Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy 56 Bảng 3.3 Thành phần các nguyên tố hoá học thép 40Cr (40X) 58 Bảng 3.4 Thông số v và s cho mảnh dao APMT1135DER-M2 59 Bảng 3.5 ðiều kiện thí nghiệm ñược chọn 60 Bảng 3.6 Giá trị các biến mã hóa 60 Bảng 3.7 Bảng giá trị các thông số khi phay 61 Bảng 3.8 Kết quả ño ñộ nhám Ra và giá trị Y 62 Bảng 3.9 Các hệ số của phương trình hồi quy 63 Bảng 3.10 Giá trị phương sai tái sinh 2 ts s ñộ lệch chuẩn bj s 63 Bảng 3.11 Các hệ số i y ˆ của phương sai dư 64 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ix DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ Hình 1.1. Kết cấu cơ bản của máy phay CNC 7 Hình 1.2 Các loại dao phay 9 Hình 1.3 a. Phương pháp phay thuận 10 Hình 1.3 b. Phương pháp phay nghịch 11 Hình 1.4 ðiều khiển ñoạn thẳng 11 Hình 1.5 ðiều khiển 2D trên máy phay 12 Hình 1.6 Phay trên máy phay 3D 13 Hình 1.7 ðiều khiển 2D 2 1 13 Hình 1.8 ðiều khiển 4D và 5D 14 Hình 1.9 Sơ ñồ các bước khi phay 17 Hình 1.10 Sơ ñồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo 18 Hình 1.11 Các loại phoi 19 Hình 1.12 Sơ ñồ co rút phoi 19 Hình 1.13 Sơ ñồ xác ñịnh hệ số co rút phoi 20 Hình 1.14. Sơ ñồ tác dụng của lực khi cắt tự do 20 Hình 1.15. Sơ ñồ hình thành và lan toả nhiệt 24 Hình 1.16. Các dạng mòn của dụng cụ cắt 25 Hình 1.17 Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt 26 Hình 1.18.Mô hình mòn dụng cụ cắt 27 Hình 1.19 Mài mòn do khuếch tán 28 Hình 1.20 Mài mòn do chảy dẻo 28 Hình 1.21 Quan hệ giữa ñộ mòn và thời gian làm việc của dao 29 Hình 2.1 - ðộ sóng bề mặt 34 Hình 2.2 - Prophin bề mặt chi tiết gia công 35 Hình 2.3 Sự phân bố lớp ứng suất dư và lớp hóa bền (biến cứng) trên bề mặt chi tiết. 39 Hình 2.4. Diện tích cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi r ≈ 0 41 Hình 2.5. Diện tích cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi dao r ≠ 0 41 Hình 2.6. Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt ñến nhám bề mặt khi gia công thép 42 Hình 2.7. Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới ñộ nhám bề mặt 43 [...]... chương trình ñi u khi n cho máy phay CNC là m t nhi m v chu n b công ngh Thi t k qui trình công ngh gia công chi ti t trên máy CNC bao g m 3 giai ño n sau ñây Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… 14 1.5.1 L p ti n trình công ngh Nhi m v c a l p ti n trình công ngh bao g m: - ðánh giá kh năng gia công chi ti t trên máy phay CNC theo k t c u công ngh và theo... nhi m cho máy 2D và 2D 1 2 Hình 1.8 ði u khi n 4D và 5D 1.5 Qui trình công ngh gia công trên máy CNC Qui trình công ngh gia công trên máy phay CNC ñư c chia thành các bư c, nhưng các bư c l i chia thành các l p c t và m i l p c t ñư c th c hi n sau m i qu ñ o d ch chuy n c a d ng c c t Chương trình ñi u khi n là t p h p t t c các l nh d ch chuy n và các ñi u khi n công ngh do b ñi u khi n c a máy cung... trình gia công m t ph ng c a chi ti t làm thép h p kim ðưa ra ch ñ c t h p lý và t o cơ s d li u tr giúp cho ngư i v n hành, ñi u khi n máy gia công ñư c chi ti t ñ t ch t lư ng cao IV K HO CH TH C HI N Chương 1 Nghiên c u t ng quan v phay CNC Chương 2 nh hư ng c a ch ñ c t ñ n ch t lư ng b m t chi ti t khi phay CNC Chương 3 Xây d ng mô hình th c nghi m phay tinh chi ti t thép h p kim b ng dao phay. .. ng ch y dao, chi u sâu c t ñ n ñ nhám b m t c a chi ti t máy s tìm ra ñư c phương pháp gia công h p lý ñ ñ t ñư c ñư c ch t lư ng t t nh t ñ i v i chi ti t làm b ng thép h p kim Trên cơ s nghiên c u c a ñ tài giúp xây d ng cơ s d li u gia công trên máy phay CNC cho m t lo i mác thép h p kim thư ng dùng ñ nâng cao ch t lư ng c a chi ti t, gi m giá thành và tăng năng su t II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U -... 1: NGHIÊN C U T NG QUAN V PHAY CNC 1.1 T ng quan v phay CNC 1.1.1 ð c ñi m chung - Phay là m t phương pháp gia công c t g t kim lo i ðó là quá trình c t ñi m t l p kim lo i (hay còn g i là lư ng dư gia công ñ t o thành phoi) trên b m t c a phôi ñ ñư c chi ti t có hình dáng, kích thư c, ñ chính xác, ñ bóng theo yêu c u k thu t trên b n v Quá trình ñó ñư c th c hi n trên các máy phay (g i chung là máy. .. không có hi n tư ng trư t dao do ñó tăng ñư c ñ bóng b m t chi ti t gia công và tu i th dao Trong th c t dùng phương pháp phay thu n khi gia công tinh 1.3.2 Phay ngh ch Phay ngh ch là phương pháp phay trong ñó véc tơ t c ñ c t V c a dao ñi m ti p xúc gi a dao và b m t ñã gia công ngư c chi u v i chi u chuy n ñ ng c a bàn máy mang chi ti t gia công (hình 1.3 b) Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n... và máy phay CNC - V cơ b n máy công c v n năng và máy công c ñi u khi n s ñ u có k t c u khung gi ng nhau, ñó là: + Thân máy + ð máy + Bàn trư t + ð u tr c chính Ngoài ra chúng còn có m t s ñi m khác nhau như trong b ng 1.1 - Nh ng ưu ñi m n i b t c a máy CNC so v i máy thông thư ng khi s n xu t lo t v a và nh : + Gia công ñư c nh ng chi ti t ph c t p, ñ chính xác gia công n ñ nh + Th i gian lưu thông... pháp phay thu n - Ưu ñi m: Chi u dày thay ñ i t amax ñ n amin, do ñó th i ñi m lư i c t ti p xúc v i chi ti t gia công không x y ra s trư t, vì v y dao ñ mòn và tu i b n c a dao ñư c nâng cao Khi gia công thành ph n l c c t có chi u cùng v i chi u c a l c k p chi ti t gia công nên tăng ñ c ng v ng c a h th ng công ngh , do ñó gi m rung ñ ng khi phay - Như c ñi m: T i th i ñi m khi ch m dao vào b m t chi. .. 1 + Xây d ng và nghiên c u nh hư ng c a ch ñ c t ñ n ch t lư ng b m t chi ti t - V th c nghi m: + X lý các s li u c a ch ñ c t: v n t c c t, lư ng ch y dao, chi u sâu c t ñ ñưa vào l p trình gia công m t ph ng c a chi ti t làm b ng thép h p kim trên máy CNC 3 tr c theo ch ñ tính toán + Máy phay CNC MCV300 do hãng LONG CHANG MACHINERRY s n xu t năm 2005 v i h ñi u khi n Fanuc 21 + Dao phay ngón s d ng... trình gia công ñư c t t nh t thì ph i xác ñ nh ñư c các y u t nh hư ng ñ n nó, trong ñó ph thu c r t nhi u ch ñ c t g t Xác ñ nh ñư c ch ñ c t h p lý thì khi gia công s ñem l i ñư c chi ti t có ch t lư ng cao Ngoài ra ñ c tính c a t ng lo i máy khi gia công chi ti t cũng s cho ra ch t lư ng c a b m t chi ti t khác nhau Máy CNC hi n nay ñang ñư c s d ng r t r ng rãi và hi u qu nó ñem l i khi gia công . trọng. - Nghiên cứu của tác giả: + Nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ cắt: vận tốc cắt, lượng chạy dao, chi u sâu cắt ñến chất lượng bề mặt của chi tiết máy làm bằng thép hợp kim khi gia công mặt phẳng. CHƯƠNG 2. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT ðẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY CNC ………………………………………………………….33 2.1. ðộ nhám bề mặt chi tiết gia công 33 2.1.1. Chất lượng bề mặt chi tiết gia công 33. NHÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT ðẾN ðỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT BẰNG THÉP HỢP KIM KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT