tóm tắt Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến quá trình cắt khi phay thép 60C2 qua tôi bằng dao phay hợp kim cứng phủ PVD

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công nghệ phay cứng đã và đang phát triển đầy tiềm năng với những ưu điểm có thể so sánh (trong nhiều trường hợp có thể thay thế cho mài) với công nghệ mài – một phương pháp gia công tinh lần cuối mang tính truyền thống đối các thép có độ cứng cao. Đồng thời trong nhiều trường hợp phay cứng đóng vai trò là nguyên công chuẩn bị cho nguyên công mài nhằm nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt của chi tiết gia công. Hơn nữa, thông thường như trước đây những chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun, bánh răng, cam và những chi tiết của hệ thống thủy lực… sau khi nhiệt luyện phải qua công đoạn mài, mài khôn. Những công đoạn này thiếu tính linh hoạt và tốn nhiều thời gian, chi phí lớn và gây ô nhiễm môi trường. Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài, phay cứng ngày càng được các nhà sản xuất yêu thích hơn [14]. Việc áp dụng phay cứng thay cho mài hoặc là bước chuẩn bị cho công đoạn mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới bởi những ưu điểm nổi bật của nó. Ở nước ta, phay cứng đã và đang được áp dụng và phát triển khá mạnh, các chi tiết, thiết bị trong các dây truyền công nghệ hiện đại cũng đã được gia công lần cuối bằng phay cứng thay cho mài. Đặc biệt đối với trường hợp gia công 1 các loại chi tiết mỏng, dễ cong vênh như: các loại căn lót chịu mài mòn trong đầu máy tàu hỏa thì việc áp dụng công nghệ phay cứng trước khi mài để nâng cao năng suất, chất lượng cho chi tiết là vấn đề đặt ra cấp thiết hơn bao giờ hết. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến quá trình cắt, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công trong khi phay cứng và phân tích các quá trình vật lý trong phay cứng đã và đang được quan tâm, tiến hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt khi phay cứng đến quá trình cắt, đến độ nhám bề mặt khi phay thép 60C2 đã qua tôi và xác định được bộ thông số chế độ cắt hợp lý để đạt chất lượng bề mặt tốt nhất cho quá trình này đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuất. Xuất phát từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến quá trình cắt khi phay thép 60C 2 qua tôi bằng dao phay hợp kim cứng phủ PVD ” là cần thiết và cấp bách. 2. Mục đích và phương pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến quá trình cắt khi phay thép 60C2 qua tôi (đánh giá thông qua lực cắt) và chất lượng bề 2 mặt đạt được sau khi gia công (đánh giá thông qua nhám bề mặt R a ). 2.2. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp giữa lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm. 3. Đối tượng nghiên cứu Vật liệu: Thép lò xo 60C2 qua tôi đạt độ cứng: 35 ÷ 38 HRC Máy công cụ: Trung tâm gia công VMC - 85S. Dao: Dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC phủ PVD Phương pháp: Phay tinh mặt phẳng 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: + Bổ sung lý về phay cứng khi gia công thép đã qua tôi có độ cứng cao, đặc biệt là thép lò xo 60C2 qua tôi. + Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của nhám bề mặt (R a ), với các thông số của chế độ cắt (S, V) khi phay mặt phẳng dưới dạng các hàm thực nghiệm. - Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt khi phay cứng các loại thép đã qua tôi có độ cứng cao tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam để nâng cao độ chính xác, và chất lượng bề mặt chi tiết gia công. 3 5. Nội dung của luận văn Kết cấu của luận văn bao gồm ba chương và phần kết luận chung: Chương 1: Tổng quan về gia công cắt gọt khi phay Chương 2: Phay cứng thép 60C2 qua tôi bằng dao phay hợp kim cứng phủ PVD Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu Kết luận chung và thảo luận kết quả Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY 1.1. Các thông số cơ bản của quá trình cắt 1.1.1. Quá trình hình thành phoi 1.1.1.1. Khái niệm và phân loại phoi * Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại rất phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy. Quá trình cắt kim loại là quá trình con người sử dụng các dụng cụ cắt để hớt đi lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công. Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt 4 bỏ đi được gọi là lượng dư gia công cơ. Lớp kim loại đã bị cắt bỏ khỏi chi tiết được gọi là phoi cắt. 1.1.1.2. Quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 2a), sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.2b). Hiện tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1 ÷ 5 (hình 1.2c). (Hình vẽ. Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo) Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng góc Ψ, góc này được gọi góc tác động. Góc β1 gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trượt. Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và góc cắt δ nhỏ. 5 1.1.1.3. Quá trình hình thành phoi khi phay cứng Đối với quá trình hình thành phoi khi phay cứng cũng có những đặc điểm cơ bản như khi quá trình hình thành phoi khi gia công vật liệu dẻo, tuy nhiên đối với phay cứng do chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt lớn nên phoi hình thành trong quá trình phay cứng thường là phoi dây. Biến dạng cắt khi tạo phoi dây là bé nhất. Do vậy trong những trường hợp gia công tinh ta cần cố gắng tạo phoi dây bằng cách nâng cao tốc độ cắt. Khi tạo phoi dây, do phoi được hình thành một cách liên tục, do đó dẫn đến lực cắt khá ổn định, ít rung động. Do vậy dễ đạt được các chỉ tiêu về độ nhám bề mặt, chất lượng bề mặt cao. 1.2. Lực cắt 1.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt gọt Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực. Các lực này tác dụng lên phôi và lưỡi cắt. Lực cắt gồm các lực sau: - Thành phần lực Pz theo phương chuyển động chính hoặc theo phương dịch chuyển của dao và ta gọi Pz là lực tiếp tuyến. - Thành phần lực P y theo phương trùng với đường tâm dao và ta gọi P y là lực hướng kính. 6 - Ngoài hai thành phần lực Pz và Py còn có thêm thành phần lực Px (lực tác dụng theo phương trục chi tiết). 1.2.2. Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt S, V, t, độ cứng vững của hệ thống công nghệ; có hay không tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt,…Ở đây ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số S, V, t đến lực cắt trong quá trình cắt. Sử dụng nguyên lý cộng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số nào đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho yếu tố đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận được ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố xét đến lực cắt: - Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến lực cắt. - Ảnh hưởng của lượng chạy dao s đến lực cắt. - Ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến lực cắt. 1.3. Nhiệt 1.3.1. Nhiệt cắt Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt đóng vai trò rất quan trọng, bởi vì nó ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề mặt. Ngoài 7 ra, nhiệt cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến cường độ mòn và tuổi bền dao [4]. Thực tế cho thấy, phần lớn công cắt gọt A (hơn 99,5%) sinh ra nhiệt cắt. Vì vậy, lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình cắt là: Q =A/427 = P z .V/427 Nhiệt cắt Q được tính bằng kcal/phút. Nhiệt trong quá trình cắt lan tỏa từ điểm có nhiệt độ cao nhất đến điểm có nhiệt độ thấp nhất. Nhiệt trong quá trình cắt chủ yếu tập trung ở phoi và một phần ở dụng cụ. Nhiệt do ma sát ở mặt trước và mặt sau sẽ tập trung ở mặt trước và mặt sau, ở phoi và chi tiết gia công (hình vẽ). Có một phần nhỏ nhiệt tỏa ra vào môi trường xung quanh. (Hình vẽ: Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt) 1.3.2. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt Dung dịch trơn nguội xâm nhập vào vùng cắt có tác dụng làm mát và tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, do đó làm nhiệt độ vùng cắt giảm xuống. [4] 8 1.4. Khái quát tình hình nghiên cứu về phay cứng 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên Thế giới Việc áp dụng phay cứng thay cho mài hoặc là nguyên công chuyển bị cho mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới bởi những ưu điểm nổi bật của nó, nhất là hiện nay khi vấn đề ô nhiễm môi trường do các loại chất hóa học được sử dụng làm dung dịch tưới nguội cho quá trình mài hoặc phay đang được sự quan tâm đặc biệt của toàn thế giới. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố đến quá trình phay cứng, phân tích các quá trình vật lý trong phay cứng đã và đang được quan tâm, tiến hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu cũng như các trường đại học trên thế giới. 1.4.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam Ở nước ta, phay cứng đã và đang được áp dụng và phát triển khá mạnh mẽ. Đã có một số công trình nghiên cứu về phay cứng như: Nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công bằng tối ưu hóa một số yếu tố kỹ thuật của quá trình phay tinh trên máy công cụ CNC, Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến mòn và tuổi bền của dao phay hợp kim cứng phủ TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tôi, 9 1.5. Kết luận Chất lượng bề mặt gia công là một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối với chi tiết máy vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, độ bền, độ bền mòn cũng như tuổi thọ của chi tiết máy. Quá trình tạo lớp bề mặt gia công có chất lượng bằng phương pháp gia công cơ chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố công nghệ. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt khi phay cứng đến quá trình cắt, đến độ nhám bề mặt khi phay thép đã qua tôi và xác định được bộ thông số chế độ cắt hợp lý để đạt chất lượng bề mặt tốt nhất đang là yêu cầu cấp thiết của các nhà sản xuất cơ khí. Chương 2 PHAY CỨNG THÉP 60C2 QUA TÔI BẰNG DAO PHAY HKC PHỦ PVD 2.1. Đặc điểm quá trình phay cứng thép qua tôi. Phay cứng là nguyên công phay các chi tiết đã qua tôi (thường là thép hợp kim) có độ cứng cao khoảng từ 40 ÷ 65 HRC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô, tàu hỏa, chế tạo bánh răng, vòng ổ, dụng cụ, khuôn mẫu vv… phay cứng thường được sử dụng thay cho nguyên công mài khi gia công chính xác các chi tiết máy, khuôn mẫu có 10 [...]... bản đến lực cắt và thông số đánh giá chất lượng bề về công nghệ phay cứng, các yếu tố ảnh mặt điển hình là nhám bề mặt hưởng đến chất lượng của bề mặt chi tiết khi phay cứng KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Nội dung của đề tài là: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến quá trình cắt khi phay thép 60C2 qua tôi bằng dao phay hợp kim cứng phủ PVD Qua ba chương luận văn - Đã xây dựng được quan... thời của to lớn: Với các độ nhám bề mặt yêu cầu dựa cả ba thông số chế độ cắt (S, V, t) đến chất vào hàm thực nghiệm có thể lựa chọn chế độ lượng bề mặt và độ chính xác khi phay cứng gia công hợp lý với lực cắt trong quá trình cắt thép qua tôi 60C2 là hợp lý nhất để góp phần nâng cao chất - Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chế độ lượng hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của quá trình cắt đến tuổi bền của dao phay hợp. .. tạo dao phay - Diện tích cắt khi phay thay đổi do đó lực Hợp kim cứng thường được sử dụng cho cắt thay đổi gây rung động trong quá trình cắt chế tạo dao phay mặt đầu, dao phay có kích - Khả năng tồn tại lẹo dao ít do lưỡi cắt thước lớn Ít khi được sử dụng để chế tạo dao làm việc gián đoạn gây va đập và rung động phay ngón cắt rãnh 2.3.2 Phân loại dao phay 2.3.4 Dao phay Hợp kim cứng phủ PVD Phủ PVD. .. bày khái quát về quá giữa các đại lượng ra của quá trình phay cứng trình phay cứng, đặc điểm của quá trình phay đó là nhám bề mặt (Ra) và lực cắt (F) và đại cứng thép qua tôi và các thông số cơ bản của lượng vào là chế độ cắt (vận tốc cắt, lượng quá trình cắt như: quá trình tạo phoi, lực cắt, chạy dao S) dưới dạng hàm số mũ Đã đưa ra nhiệt cắt, nhận xét về quy luật ảnh hưởng của chế độ cắt - Đã tổng kết... công khi phay thép 60C2 qua tôi bằng dao phay mặt đầu tinh thép 60C2 đã qua tôi bằng dao phay mặt gắn mảnh hợp kim cứng phủ PVD đầu gắn mảnh Hợp kim cứng phủ PVD trong khoảng 400 ≤ n ≤ 560 (v/phút) với lượng chạy dao 2 Đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, đã thu nhận, lưu trữ, xử lý được số liệu thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy 29 3 Đã xây dựng được mối quan hệ hàm số - Luận văn đã trình bày khái quát... nhiệt độ từ 400oC-500oC Với nhiệt độ của quá trình như thế phủ PVD thích hợp cho các dụng cụ thép gió, thép hợp kim, Do nhiệt độ thấp (Các loại dao phay) a- dao phay trụ; b- dao phay đĩa và dao phay rãnh; c- dao phay ngón; d,e- dao phay mặt các nguyên tử khí và kim loại khi bay hơi phải được ion hoá và kéo về bề mặt cần phủ 13 nhờ một điện thế âm đặt vào đó Quá trình bắn cần được bảo vệ bằng các lớp phủ. .. sát độ nhám bề mặt chi tiết gia 23 công (Ra) và lực cắt (F) thông qua các thông 3.4.3 Trình tự tiến hành thí nghiệm: số tốc độ cắt (n) lượng chạy dao (S) để từ đó * Chuẩn bị trước khi thí nghiệm: xác định được các thông số chế độ cắt hợp lý nhất cho quá trình cắt khi thực hiện gia công phay mặt phẳng thép 60C2 đã qua tôi bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh Hợp kim cứng phủ PVD Các chỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng. .. đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến các thông số kỹ thuật trong quá trình cắt khi phay cứng thép 60C2 qua tôi bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh Hợp kim cứng phủ PVD: - Lực cắt khi phay - Độ nhám bề mặt chi tiết - Chuẩn bị đầy đủ máy, dao, phôi, thiết bị đo, - Xây dựng sơ đồ quy hoạch thực nghiệm, ma trận thực nghiệm với 2 thông số công nghệ thay đổi là vận tốc cắt (n) và lượng chạy dao (S) * Phương pháp... chính φ của dao phay mặt đầu thường bằng 45 ÷ 600 và được chọn phụ (Hình vẽ: Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay) Quá trình phay có những đặc điểm sau: - Mỗi răng của dao phay trong quá trình cắt sẽ hớt ra phoi có dạng một dấu phẩy - Mỗi một răng của dao phay làm việc với 15 chế độ gián đoạn theo chu trình ( Hình vẽ Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay trụ) Trong đó: 2.3.6 Lực cắt khi phay Tổng hợp lực R1... mòn của răng dao phay) nghiên cứu các vấn đề sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số 2.4 Ứng dụng của phay cứng thép 60C2 lượng chay dao S, vận tốc cắt tới chất lượng qua tôi và giới hạn vấn đề nghiên cứu bề mặt gia công trong điều kiện cắt khô hoàn 2.4.1 Ứng dụng toàn và được đánh giá qua yếu tố về độ nhám Trong điều kiện sản xuất cụ thể tại Việt bề mặt chi tiết Nam thì việc nghiên cứu ứng dụng phay . đang được quan tâm, tiến hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt khi phay cứng đến quá trình cắt, đến độ nhám bề mặt khi phay thép 60C2 đã qua tôi và. hưởng của chế độ cắt đến quá trình cắt khi phay thép 60C 2 qua tôi bằng dao phay hợp kim cứng phủ PVD ” là cần thiết và cấp bách. 2. Mục đích và phương pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu Nghiên. của các nhà sản xuất cơ khí. Chương 2 PHAY CỨNG THÉP 60C2 QUA TÔI BẰNG DAO PHAY HKC PHỦ PVD 2.1. Đặc điểm quá trình phay cứng thép qua tôi. Phay cứng là nguyên công phay các chi tiết đã qua tôi