Khảo sát chất lượng bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHẠM NGỌC THÀNH KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA THÉP LÀM KHUÔN ĐÃ QUA TÔI KHI PHAY CỨNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Thái Nguyên – 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần tham khảo đã đƣợc ghi rõ trong Luận văn. Thái Nguyên, ngày 15 tháng 12 năm 2014 Tác giả Phạm Ngọc Thành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Đình Mãn - Thầy giáo TS. Trần Quốc Hùng. Thầy hƣớng dẫn khoa học của tôi về sự định hƣớng đề tài, sự hƣớng dẫn tận tình của Thầy trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu cũng nhƣ những chỉ bảo trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi đƣợc tiến hành thí nghiệm tại Trung tâm thí nghiệm của Trƣờng ĐHKTCN trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn cán bộ Khoa Sau đại học của trƣờng, cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Cơ khí – ĐHKTCN đã dành cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong muốn sẽ nhận đƣợc những chỉ dẫn từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện và có ý nghĩa hơn nữa trong thực tiễn. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Phạm Ngọc Thành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 3 MỤC LỤC 4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 7 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP 9 PHẦN MỞ ĐẦU 11 1. Tính cấp thiết của đề tài. 11 2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 14 2.1. Mục đích của đề tài 14 2.2. Đối tƣợng nghiên cứu 14 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 14 3. Ý nghĩa của đề tài 15 3.1. Ý nghĩa khoa học 15 3.2. Ý nghĩa thực tiễn 15 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG 15 1.1. Khái niệm về quá trình phay 15 1.2. Các yếu tố cắt của dao phay 17 1.2.1. Chiều sâu cắt ap 18 1.2.2. Lƣợng chạy dao S 18 1.2.3. Vận tốc cắt khi phay 18 1.2.4. Chiều sâu phay t 19 1.2.5. Chiều rộng phay B 19 1.2.6. Góc tiếp xúc  19 1.2.7. Chiều dày cắt a khi phay 20 1.3. Các thành phần lực cắt khi phay 20 1.4. Quá trình phay cứng 22 1.5. Kết luận chƣơng 1 25 CHƢƠNG 2: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT 26 2.1. Mòn của dụng cụ khi phay 26 2.2. Ma sát và mòn của dụng cụ phủ 27 2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ 27 2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ 28 2.3. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 29 2.4. Mòn dao khi phay cứng 31 2.5. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.5. Mòn và tuổi bền của dụng cụ khi phay cứng 33 2.5.1. Mòn của dao khi phay cứng 33 2.5.2. Tuổi bền của dao khi phay cứng 34 2.6. Kết luận chƣơng 2 34 CHƢƠNG 3 : CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG 35 3.1. Khái niệm về chất lƣợng bề mặt gia công 35 3.1.1. Khái niệm 35 3.1.2. Cơ lý tính lớp bề mặt 35 3.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến nhám bề mặt khi phay cứng 38 3.3. Ảnh hƣởng của độ nhám bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết máy 39 3.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu về độ nhám bề mặt 39 3.4.1. Nghiên cứu nhám bề mặt dựa trên thực nghiệm 40 3.4.2. Nghiên cứu dựa trên các mô hình mô phỏng 48 3.5. Kết luận chƣơng 3 57 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 60 4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 60 4.1.1. Lý thuyết thực nghiệm. 60 4.1.1.1. Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm 60 4.1.1.2. Các loại thí nghiệm 60 4.1.1.3. Lựa chọn thiết kế thí nghiệm 61 4.1.2. Cơ sở lý thuyết 61 4.1.2.1. Thực nghiệm tối ƣu hoá 61 4.1.2.2. Tiến trình tối ƣu hoá 62 4.1.2.3. Mức độ phù hợp của mô hình 63 4.1.2.4. Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu 63 4.1.2.5. Phƣơng pháp đo và tổng hợp kết quả đo 64 4.1.3. Các giới hạn của thí nghiệm 64 4.1.4. Các thông số đầu vào của thí nghiệm 65 4.1.5. Các hàm mục tiêu 66 4.1.6. Chọn dạng hàm hồi quy 66 4.1.7. Xây dựng ma trận thí nghiệm 66 4.1.8. Trang thiết bị thí nghiệm 67 4.1.8.1. Máy thí nghiệm 67 4.1.8.2. Dụng cụ cắt thí nghiệm 69 4.1.8.3. Phôi 70 4.1.8.4. Dụng cụ đo kiểm 70 4.2. Tiến hành thí nghiệm 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4.3. Xử lý kết quả thí nghiệm 71 4.3.1. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu nhám bề mặt 71 4.3.2. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và nhám bề mặt 73 4.3.3. Phân tích biểu đồ và lời khuyên công nghệ 74 4.4. Kết luận chƣơng 4 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT KÍ HIỆU Ý NGHĨA γ Góc trƣớc  Góc tác động  1 Góc trƣợt  Góc cắt t Ciều sâu cắt S Lƣợng chạy dao V Vận tốc cắt Ra Độ nhám bề mặt L Chiều dài phoi L o Chiều dài cắt a 1 Chiều dầy phoi thực tế a Chiều dầy phoi lý thuyết R Tổng hợp lực tác dụng lên dao R o Lực tổng hợp pháp tuyến R 1 Tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau N Lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trƣớc F o Lực ma sát của phoi lên mặt trƣớc N' Lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau F o Lực ma sát của phoi lên mặt sau P x Thành phần lực cắt theo phƣơng X Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ P y Thành phần lực cắt theo phƣơng Y P z Thành phần lực cắt theo phƣơng Z n Số vòng quay của trục chính A Công hớt phoi P s Lực trong mặt phẳng trƣợt Q Nhiệt lƣợng tỏa ra trong quá trình cắt  o Độ mòn dao  Thời gian làm việc của dao ϕ Góc nghiêng chính của dao  Góc sau D Đƣờng kính dao phay P Lực vòng DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ TT Bảng số Nội dung Trang 1 Bảng 4.1 Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt V, S cho thực nghiệm 51 2 Bảng 4.2 Ma trận thí nghiệm 53 3 Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy 54 4 Bảng 4.4 Thành phần các nguyên tố hoá học thép SKD11 57 5 Bảng 4.5 Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác định tuổi bền của dao 58 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP Hình 1.1. Dao phay trụ răng xoắn 16 Hình 1.2. Dao phay mặt đầu 17 Hình 1.3. Dao phay răng nhọn và dao phay hớt lƣng 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 1.4. Các yếu tố cắt khi phay 17 Hình 1.5: Tốc độ cắt khi phay 18 Hình 1.6: Góc tiếp xúc khi phay: (a) Bằng dao phay trụ; (b) Bằng dao phay mặt đầu 20 Hình 1.7: Lực tác dụng lên răng dao phay trụ răng xoắn 22 Hình 1.8: Máy phay CNC 23 Hình 1.9. Hình dạng – kích thƣớc chế tạo của thân dao kí hiệu TRM4 và mảnh ghép hãng Mitssubishi- Nhật Bản [2] 23 Hình 1.10. Dao phay rãnh có gắn mảnh ghép hãng Sandvik [2] 24 Hình 2.1: Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Mamin. 28 Hình 2.2: Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục 30 Hình 2.3: Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt gián đoạn 30 Hình 2.4: Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trƣớc của dụng cụ thép gió phủ TiN 31 Hình 2.5: Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr 32 Hình 2.6. (a) Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt dao tiện 33 (b) Dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi cải thiện. 33 Hình 3.1. Kính hiển vi đo độ nhám 37 Hình 3.2. Máy đo độ nhám 37 Hình 3.3. Thử nghiệm thiết lập, thu thập dữ liệu và điều chỉnh 41 Hình 3.4. Cảm biến vị trí của sensor điều khiển tích hợp cho trục chính 42 Hình 3.5. Mô hình và quá trình thí nghiệm 2-D VAMEM 43 Hình 3.6. Mòn dụng cụ cắt: (a) không có rung động , (b) có các rung động 44 Hình 3.7. Độ nhám bề mặt với biên độ và tần số rung động khác nhau [13] . 44 Hình 3.8. Kết thúc phay (a) dụng cụ mới; (b) và (c) sau khi cắt 1 đoạn 150 mm; (b) bằng tia laser và ( c) không có laser ( tốc độ cắt: 32m/phút, chiều sâu trục cắt: 25 μm, chiều sâu cắt 1 μm/flute, công suất: 7,5 W), 46 Hình 3.9. Ảnh hƣởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt và chiều rộng phoi 47 Hình 3.10. Mô tả lƣỡi cắt 50 Hình 3.11. Tạo khối 3D phoi và phôi 50 Hình 3.12. Thí nghiệm và kết quả mô phỏng 51 Hình 3.13. Mối quan hệ giữa thiết lập phôi với hƣớng cắt. FX: ăn dao theo phƣơng x (N), FY: chọn lƣợng ăn dao phƣơng y (N), FZ: trục cắt chính (N). 52 Hình 3.14. 2D profiles độ nhám bề mặt của các định hƣớng đƣờng cắt, đo dọc theo một hƣớng lựa chọn ăn dao 53 Hình 3.15. Ứng dụng 3D FEM mô phỏng trong gia công phay 54 Hình 3.16. Ứng suất không đều của phoi trong quá trình bóc tách 54 Hình 3.17. So sánh giữa FEM (a) và dùng giải tích (b) đƣờng cong của lực cắt để 55 phay 2 đƣờng răng 55 [...]... lƣợng bề mặt của chi tiết gia công cũng nhƣ năng suất và giá thành của sản phẩm Do vậy, đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt đến chất lƣợng bề mặt của chi tiết gia công khi phay cứng thép làm khuôn đã qua tôi SKD11, từ đó đƣa ra chế độ cắt tối ƣu cho quá trình này Từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu Khảo sát chất lượng bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng. .. của các nhà sản xuất Từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu Khảo sát chất lƣợng bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng 2 Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích của đề tài - Xác định đƣợc độ ảnh hƣởng các yếu tố của chế độ cắt (t, s, v) đến độ nhám bề mặt thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng - Xác định đƣợc chế độ cắt đáp ứng theo chỉ tiêu độ nhám bề. .. chỉ tiêu độ nhám bề mặt gia công 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến độ nhám lớp bề mặt thép làm khuôn SKD11 đã qua tôi khi phay cứng bằng dao phay gắn mảnh CBN 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp nghiện cứu: + Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Khảo sát ảnh hƣởng của chế độ cắt ( v, s, t ) đến độ nhám bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng có sự thay đổi... ảnh hƣởng của nhiều yếu tố công nghệ Việc nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ khi phay cứng đến chất lƣợng bề mặt gia công là cần thiết đối với ngành cơ khí Chế độ cắt có ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến chất lƣợng bề mặt khi phay thép làm khuôn đã qua tôi ( SKD11 hoặc SKD61) Việc tìm ra bộ chế độ cắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ tối ƣu để đạt chất lƣợng bề mặt tốt nhất... 2.5.2 Tuổi bền của dao khi phay cứng Dao phay cứng với đặc điểm lớp phủ rất mỏng thƣờng chỉ vào khoảng vài m đến vài chục m Mà đặc trƣng của dao phay cứng là khả năng cắt gọt sẽ giảm đi đáng kể khi lớp phủ trên bề mặt bị mài mòn, bị nứt, bị bong cục bộ Chính vì vậy có thể coi dao phay cứng có tuổi bền bằng tuổi thọ Tuổi thọ của dao phay cứng thƣờng đƣợc xác định nhƣ sau: - Theo chất lƣợng bề mặt gia... cạnh khác của quá trình gia công thép hợp kim đã qua tôi - Các phƣơng pháp nâng cao độ nhám bề mặt chi tiết gia công hiện nay vẫn đƣợc các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc quan tâm nghiên cứu Đề tài sẽ đóng góp một số kết quả vào hƣớng nghiên cứu này 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu ảnh hƣởng của thông số chế độ cắt đến độ nhám bề mặt của thép làm khuôn SKD11 đã qua tôi khi phay bằng dao phay gắn mảnh... lần gá Cấp chính xác khi phay cứng đạt IT6 và độ bóng bề mặt (Rz = 2 4 μm), có thể so sánh với chất lƣợng khi mài Khi gia công thép đã tôi, ngƣời ta thƣờng gia công khô hoàn toàn Để thực hiện phay cứng thì máy phay phải cứng vững, dụng cụ cắt bằng vật liệu siêu cứng, tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp Máy phay CNC đƣợc lựa chọn để thực hiện công việc phay cứng Hình 1.8: Máy phay CNC Các mảnh... t0 Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đƣờng kính dao, khi phay bề mặt vuông góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt t0 Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì chiều sâu phay t0 đƣợc đo ứng với góc tiếp xúc  , còn khi phay đối xứng chiều sâu phay bằng chiều rộng chi tiết 1.2.5 Chiều rộng phay B Là kích thƣớc lớp kim loại đƣợc cắt đo theo phƣơng chiều trục của dao phay. .. Đạt độ bóng bề mặt cao Phay tinh thép hợp kim qua tôi (phay cứng) là một phƣơng pháp gia công cơ có thể đạt đƣợc chất lƣợng bề mặt cao và đƣợc sử dụng tƣơng đối phổ biến để thay thế cho mài trong trƣờng hợp: - Nguyên công mài không thể hoặc khó có thể thực hiện đƣợc do đặc điểm của bề mặt gia công (bề mặt phức tạp, kích thƣớc dọc trục của bề mặt gia công quá nhỏ ) - Nhƣợc điểm cơ bản của phƣơng pháp... gió phủ PVD theo vận tốc cắt dao tiện (b) Dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi cải thiện 2.5 Mòn và tuổi bền của dụng cụ khi phay cứng 2.5.1 Mòn của dao khi phay cứng Các dạng mòn và cơ chế mòn của dao phay cứng cũng giống nhƣ các dạng và cơ chế mòn của dụng cụ cắt nói chung Nhƣng về cơ bản dao sẽ có hai cơ chế mòn chính là nứt, vỡ và bong ra của các mảnh TiAlN và mòn vật liệu nền Do đặc điểm . THUẬT CÔNG NGHIỆP PHẠM NGỌC THÀNH KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA THÉP LÀM KHUÔN ĐÃ QUA TÔI KHI PHAY CỨNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT . phay cứng 33 2.5.1. Mòn của dao khi phay cứng 33 2.5.2. Tuổi bền của dao khi phay cứng 34 2.6. Kết luận chƣơng 2 34 CHƢƠNG 3 : CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG 35 3.1. Khái niệm về chất lƣợng bề mặt. mặt tốt nhất cho quá trình này đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuất. Từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu Khảo sát chất lƣợng bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi