tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu CA BIỂN PHÁP CÔNG NGHỆ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH KHOAN lỗ sâu TRÊN vật LIỆU NHÔM a7075

-0ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - BÙI HỮU NAM NGHIÊN CỨU CA BIỂN PHÁP CÔNG NGHỆ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH KHOAN LỖ SÂU TRÊN VẬT LIỆU NHÔM A7075 Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN 2013 -1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN MINH ĐỨC Phản biện 1: PGS TS VŨ NGỌC PI Đại học Kỹ thật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Phản biện 2: PGS TS NGUYỄN VĂN DỰ Đại học Kỹ thật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tại: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐHTN Ngày 27 tháng năm 2013 Tính cấp thiết đề tài -2Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật nói chung ngành cơng nghiệp khn mẫu nói riêng Đã có nhiều sản phẩm khuôn mẫu đời phục vụ nhu cầu thị trường ngành dược phẩm, thực phẩm, hóa mỹ phẩm, ngành nhựa… Đặc biệt ngành dược phẩm khuôn làm hợp kim nhôm thường chiếm tỷ lệ lớn tính khơng gây độc hại, có khối lượng nhẹ, dễ vệ sinh, dễ sử dụng Tuy nhiên việc gia công vật liệu hợp kim nhơm gặp nhiều khó khăn tính dẻo khả biến dạng chúng , ngun cơng khó gia cơng nguyên công khoan lỗ sâu khuôn Mũi khoan xoắn từ lâu ứng dụng gia công lỗ sâu, nhiên hiệu mà mang lại chưa cao đặc biệt với vật liệu khó gia cơng hợp kim nhơm Chính phần lớn lỗ sâu thường gia công phương pháp khoan nịng súng hay phương pháp gia cơng tiên tiến Ở Việt Nam công nghệ gia công khuôn mẫu phát triển mạnh mẽ, nhiên trang thiết bị, máy móc phục vụ (máy gia cơng nịng súng, laser, EDM, JSM) để gia cơng lỗ sâu nỗ nhỏ đắt tiền, ta áp dụng trang thiết bị sẵn có (máy phay CNC, mũi khoan xoắn ) với giải pháp công nghệ hợp lý để nâng cao hiệu q trình gia cơng lỗ nhỏ sâu khn tốn có ý nghĩa lớn mặt khoa học kinh tế tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu biện pháp cơng nghệ để nâng cao hiệu q trình khoan lỗ sâu vật liệu nhôm A7075” Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài * Ý nghĩa khoa học: Kết nghiên cứu đề tài góp phần bổ xung lý thuyết gia công lỗ sâu -3* Ý nghĩa thực tiễn: Đưa biện pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu q trình gia cơng lỗ sâu vật liệu A7075 từ áp dụng vào thực tế sở sản xuất khuôn mẫu nước Mục đích nghiên cứu Đưa giải pháp công nghệ hợp lý điều kiện trang thiết bị sẵn có với chi phí đầu tư nhỏ Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng nguyên công khoan lỗ sâu vật liệu hợp kim nhơm A7075 sử dụng mũi khoan xoắn với kích thước đường kính lỗ khoan ø6 chiều sâu lỗ l = 140 mm Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm từ rút mơ hình lý thuyết; - Tổng hợp phân tích số liệu thực tế; - Xử lý số liệu thực nghiệm có trợ giúp máy tính; - Rút quy luật từ kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Nội dung luận văn Ngồi lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung gồm chương phần kết luận chung Chƣơng Nghiên cứu chất trình tạo phoi khác biệt gia cơng vật liệu có tính dẻo A7075 khoan lỗ sâu - Nghiên cứu lý thuyết tượng vật lý xảy khoan sâu : Lực cắt, nhiệt cắt mòn dao - Chỉ nghiên cứu nước lĩnh vực gia công lỗ sâu - Đưa hướng nghiên cứu đề tài -4Chƣơng Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến q trình gia cơng lỗ sâu vật liệu dẻo; - Nêu mục đích yêu cầu biện pháp kỹ thuật áp dụng; - Đưa biện pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu q trình gia cơng lỗ sâu vật liệu A7075 dựa mục đích yêu cầu kể phương pháp nghiên cứu chúng Chƣơng Nghiên cứu thực nghiệm xác định hiệu biện pháp công nghệ áp dụng ảnh hưởng đến q trình gia cơng lỗ sâu vật liệu hợp kim nhôm A7075 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH GIA CƠNG LỖ SÂU SỬ DỤNG MŨI KHOAN XOẮN 1.1 Quá trình tạo phoi cắt kim loại -5Quá trình cắt kim loại thực chất dùng dụng cụ hình chêm để hớt lớp kim hoại từ phôi Tác dụng lực dụng cụ cắt tạo thành từ phôi hai bề mặt bề mặt gia công phoi Ứng suất vùng lưỡi cắt dụng cụ thường lớn Giá trị ứng suất pháp tuyến mặt trước đạt đến 1600 Mpa, ứng suất tiếp tuyến thường lớn khoảng hai lần ứng suất giới hạn bền vật liệu Tồn thể tích phoi cắt bị biến dạng dẻo vùng tạo phoi (vùng biến dạng thứ nhất) phụ thêm mặt trước (vùng biến dạng thứ hai) Phần lớn lượng tiêu thụ cho trình biến thành nhiệt nhiệt độ sinh bề mặt dụng cụ đến 13000C [1] Theo Doyle đồng nghiệp [3], [4], điều kiện biến dạng cắt kim loại tương đối đặc biệt trình biến dạng dẻo VLGC liên quan đến mức độ biến dạng lớn tốc độ biến dạng cao thể tích nhỏ Điều kiện ma sát mặt trước độc đáo lưỡi cắt phoi tuyệt đối có lực hóa học mạnh liên tục tạo chuyển động mặt trước Theo Trent [1], [2] hiệu trình cắt kim loại bị chi phối lớn tương tác VLGC VLDC vùng gần lưỡi cắt 1.2 Đặc điểm q trình tạo phoi gia cơng vật liệu A7075 Khi gia gia công vật liệu có tính dẻo cao hợp kim nhơm A7075 q trình tạo phoi có khác biệt vùng trượt Miền tạo phoi gia công vật liệu có tính dẻo cao lớn hơn, vùng trượt sở và vùng trượt thứ hai rộng dẫn tới chiều dày lớp cắt tăng lên làm phoi khó bị đứt, cắt với vận tốc cắt nhỏ chiều dày phoi lớn làm phoi bị biến dạng lớn sinh phoi xếp, cắt với vận tốc lớn chiều dày cắt nhỏ tạo phoi dây [5] Phần tiếp xúc ban đầu vật liệu nguyên -6của phoi bề mặt dụng cụ cắt, ma sát lớn dẫn đến phoi bị bám chặt vào bề mặt dụng cụ, vùng dính (sticking zone) rộng Vùng trượt thứ (teriary zone) gia công vật liệu dẻo rộng mức độ biến dạng dẻo biến dạng đàn hồi cắt lớn hơn, sau cắt chất lượng bề mặt thường không cao Để giải vấn đề kể gia công vật liệu dẻo thông thường người ta cắt với vận tốc cắt cao để ảnh hưởng biến dạng dẻo đến trình gia cơng thấp 1.3 Đặc điểm q trình tạo phoi gia cơng lỗ sâu 1.3.1 Hình dạng phoi khoan 1.3.2 Sự thay đổi hình dạng phoi khoan lỗ sâu 1.3.3 Lực di chuyển phoi cho phoi xoắn ốc 1.3.4 Lực di chuyển phoi cho phoi dải 1.3.5 Ảnh hưởng thơng số hình học mũi khoan đến tạo thành phoi xoắn ốc 1.3.6 Ảnh hưởng thơng số mũi khoan đến hình thành phoi dạng dải 1.4 Lực cắt khoan 1.5 Nhiệt cắt khoan 1.6 Mòn dụng cụ cắt 1.6.1 Khái niệm 1.6.2 Mòn dụng cụ cách xác định 1.6.3 Các chế mòn dụng cụ cắt 1.6.3.1 Mòn dính 1.6.3.2 Mịn hạt mài -71.6.3.3 Mịn khuyếch tán 1.6.4 Sự mài mòn mũi khoan 1.7 Tổng quan tình hình nghiên cứu gia cơng lỗ sâu Việt Nam giới nhƣ hƣớng nghiên cứu 1.7.1 Khái quát tình hình nghiên cứu giới Q trình gia cơng lỗ sâu ngày đươc phát triển với nhiều phương pháp khác gia cơng lazer, điện hóa học, biến dạng dẻo…Tuy nhiên phương pháp gia công sử dụng dụng cụ cắt chiếm tỷ lệ lớn 90% [20] Mặc dù có nhiều hạn chế nhiên với cơng nghệ phát triển xu hướng sử dụng mũi khoan xoắn gia công lỗ sâu ngày tăng Do đặc điểm trình cắt gọt tượng vật lý xảy chưa hiểu rõ [20] ngày có nhiều cơng trình nghiên cứu giới khoan sâu sử dụng mũi khoan xoắn Stepheson đồng nghiệp người có nhiều đóng góp lĩnh vực khoan lỗ sâu sử dụng mũi khoan xoắn Như nghiên cứu nhiệt cắt [10], [11], hình thái phoi [6], [7], [8] Hầu hết nghiên cứu tiến hành phương pháp thực nghiện cho thấy phức tạp trình biến đổi hình thái phoi, lực cắt, nhiệt cắt tuổi bền dao Bên cạnh nghiên cứu JOSEPH MAZOFF, V.V de Oliveira D Biermann [21], [22] lại tập trung vào việc nâng cao hiệu trình gia cơng thơng qua thơng số hình học dụng cụ Các nghiên cứu [21], [22], [23] chứng minh việc áp dụng chu trình gia cơng khoan lỗ sâu có ý nghĩa việc nâng cao tuổi bền suất gia cơng Ngồi cịn có nghiên cứu -8về q trình bơi trơn làm nguội gia công lỗ sâu [24], [25], [6] cho thấy tầm ảnh hường lớn đến hiệu trình 1.7.2 Khái quát tình hình nghiên cứu Việt Nam Ở Việt Nam tình hình trang thiết bị thiếu việc áp dụng trình gia cơng lỗ sâu gia cơng chưa nhiều, cơng trình nghiên cứu gia cơng lỗ sâu cịn khiêm tốn 1.7.3 Dự kiến vấn đề nghiên cứu Xuất phát từ vấn đề thực tiễn việc chế tạo khuôn mẫu gia cơng hệ lỗ sâu khó khăn gia công chúng điều kiện trang thiết bị hạn chế Và để đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố ảnh hưởng đến trình gia cơng lỗ sâu sử dụng mũi khoan xoắn tác giả lựa chọn đề tài : “Những biện pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu trình khoan lỗ sâu sử dụng mũi khoan xoắn vật liệu A7075” 1.8 Kết luận chƣơng Chương tác giả nghiên cứu vấn đề sau : - Nghiên cứu chất trình tạo phoi khác biệt gia cơng vật liệu có tính dẻo A7075 khoan lỗ sâu - Nghiên cứu lý thuyết tượng vật lý xảy khoan sâu : Lực cắt, nhiệt cắt mòn dao - Chỉ nghiên cứu ngồi nước lĩnh vực gia cơng lỗ sâu - Đưa hướng nghiên cứu đề tài -9- CHƢƠNG 2: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN Q TRÌNH GIA CƠNG LỖ SÂU VÀ BIỆN PHÁP CƠNG NGHỆ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ Q TRÌNH GIA CƠNG TRÊN VẬT LIỆU A7075 2.1 Những khó khăn gia công lỗ sâu vật liệu A7075 2.2 Những yếu tố ảnh hƣởng đến q trình gia cơng lỗ sâu 2.2.1 Dụng cụ cắt 2.2.1.1 Thơng số hình học 2.2.1.2 Vật liệu chế tạo mũi khoan 2.2.1.3 Chu trình gia công 2.2.1.4 Chế độ cắt 2.2.1.5 Dung dịch trơn nguội 2.2 Biện pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu q trình gia cơng lỗ sâu hợp kim nhơm A7075 2.2.1 Mục đích yêu cầu biện pháp cơng nghệ đƣa + Mục đích + u cầu 2.3 Biện pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu trình khoan sâu vật liệu A7075 + Sử dụng chu trình gia cơng bẻ phoi gia cơng lỗ sâu + Thay đổi góc 2 mũi khoan gia công + Lựa chọn chế độ công nghệ hợp lý -14năng phóng đại tới 1.000.000 lần, ngồi máy cịn có khả xác định thành phần vật liệu thơng qua chức EDX Trong thí nghiệm tác giả dùng kính hiển vi quét điện tử để khảo sát q trình mịn lưỡi cắt từ xác định độ mòn dao chế độ công nghệ khác 3.2.5.7 Máy đo độ nhám SJ201 Để xác định chất lượng bề mặt lỗ khoan sau gia công, ta tiến hành cắt dây theo chiều dọc lỗ đo nhám máy đo độ nhám SJ201 hãng Mitutoyo Sử dụng thang đo Rz với chiều dài chuẩn l = 2,5 -15- 3.3 Thí nghiệm đánh giá hiệu chu trình khoan bẻ phoi 3.3.1 Chuẩn bị thí nghiệm 3.3.2 Trình tự thí nghiệm 3.3.3 Kết thảo luận Kết quan sát mịn dao kính hiển vi điện tử qt TESCAN cho thấy sử dụng chu trình gia cơng Single Stroke dao bị mòn khốc liệt bị phá hủy sau 50 lỗ khoan Mũi khoan sử dụng chu trình gia cơng Peck Drilling với lần nhấc dao bị mịn so với q trình gia công lần nhấc dao -16- a, gia công trực tiếp b, chu trình lần nhấc dao c, Chu trình lần nhấc dao Ảnh chụp SEM theo thứ tự mũi khoan sử dụng chu trình gia cơng trực tiếp, bẻ phoi lần lần nhấc dao sau 50 lỗ khoan a, gia cơng trực tiếp b, chu trình lần nhấc dao c, Chu trình lần nhấc dao Bề mặt phóng đại mũi khoan giá trị độ mòn đo chu trình gia cơng khác + Độ xác chất lượng bề mặt lỗ đo sau gia công lỗ số Chu trình gia Sai lệch d Độ khơng trụ cơng Nhám bề mặt (Rz) Single stroke 0,023 0,0168 10,56 Peck Driling 0,056 0,045 17,5 Peck Driling 0,061 0,051 18,6 + Độ xác chất lượng bề mặt lỗ đo sau gia công lỗ số 25 -17Sai lệch d Độ không Nhám bề mặt trụ Chu trình gia cơng (Rz) Single stroke 0,038 0,046 16,5 Peck Driling 0,062 0,064 19.9 Peck Driling 0,065 0,071 21.3 + Độ xác chất lượng bề mặt lỗ đo sau gia công lỗ số 50 Chu trình gia cơng Sai lệch d Độ không trụ Nhám bề mặt (Rz) Single stroke 0,105 0,113 46.1 Peck Driling 0,079 0,068 28,3 Peck Driling 0,071 0,073 27.1 Ta có biểu đồ thống kê sau : Biểu đồ so sánh giá trị sai lệch đường kính trụ chu trình -18- Biểu đồ so sánh giá trị sai lệch độ không trụ chu trình Biểu đồ so sánh giá trị nhám bề mặt chu trình -19Nhận xét: - Từ ảnh chụp SEM nhận thấy sau 50 lỗ khoan : Lưỡi cắt mũi khoan sử dụng chu trình gia công trực tiếp (Single Stroke ) bị phá hủy khả cắt gọt Mũi khoan sử dụng chu trình gia cơng bẻ phoi (Peck drilling) với lần lần nhấc dao xảy mòn mặt sau với lượng mịn khác Q trình mịn mũi khoan gia công lỗ sâu A7075 xảy theo chế: Mịn dính, mịn oxy hóa, mịn mỏi Ứng với chu trình gia cơng cho độ xác chất lượng bề mặt lỗ khoan khác 3.3.3.1 Với chu trình gia cơng trực tiếp 3.3.3.2 Với chu trình gia công bẻ phoi 3.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng thông số hình học dao chế độ cắt đến mịn dao, độ xác chất lƣợng bề mặt lỗ 3.4.1 Thí nghiệm bề mặt tiêu 3.4.2 Chuẩn bị thí nghiệm Khai báo nhân tố đầu vào tương ứng với biến x1,x2,x3 -20- 3.4.4 Ảnh hƣởng thơng số đến q trình khoan lỗ sâu 3.4.4.1 Ảnh hƣởng thông số đến sai lệch đƣờng kính D Để đánh giá độ xác lỗ khoan ta đánh giá qua độ sai lệch đường kính d đường kính lỗ gia cơng đường kính danh nghĩa độ khơng trụ sau xác định máy CMM544 Lần lượt tiến hành thí nghiệm, thu thập kết ghi lại giá trị vào cột bảng thí nghiệm, ta kết sau : -21- Bảng thí nghiệm kết tối ưu sai lệch d theo v,s 2 Sử dụng chức phân tích kết (Analyze Response Surface Design) Minitab V16,với mơ hình bậc đầy đủ ta thu kết bảng sau: d = -2.20251 + 0.0399924PA – 0.0235129V + 5.23677S – 1.59986PA2 + 0.000395476V2 – 17.5986S2 – 0.0685714VS -22- Đồ thị mối quan hệ PA S với sai lệch đường kính D V ss= 24,5 3.4.4.2 Ảnh hƣởng thơng số đến độ khơng trụ Bảng thí nghiệm kết tối ưu sai lệch độ không trụ theo v,s góc 2 -23 = 0.251237 – 7.31818 PA – 0.00435263V + 0.133571S Đồ thị mối quan hệ PA S với độ không trụ V = 24,5 3.4.4.3 Ảnh hƣởng thông số đến nhám bề mặt Bảng thí nghiệm kết tối ưu độ nhám Rz theo v,s góc 2 -24Rz = 95.2394 – 0.406515PA – 4.19660V + 126.713S +0.044415V2 + 0.01232775PA*V – 3.34586V*S Đồ thị mối quan hệ V,S PA với độ nhám 3.4.4.4 Ảnh hƣởng thông số đến độ mịn dao Bảng thí nghiệm kết tối ưu độ mịn dao theo v,s góc 2 Hs = 123.514 – 4.54294V + 241.786S +0.129125 V2 -25- Đồ thị mối quan hệ V,S tới độ mịn dao 3.4.4.5 Tối ƣu hóa đa mục tiêu Đồ thị tối ưu hóa đồng thời yếu tố -26Quá trình tối ưu hóa đa mục tiêu ta xác định thông số ( S,V PA) Khi sai lệch đường kính, sai lệch độ khơng trụ, nhám bề mặt độ mòn dao nằm khoảng (0,03-0,09)mm; (0,030,09)mm; (10-25) µm; (80-140) µm : PA = 1400 V = 28 m/phút S = 0,012 mm/vòng Với độ tin cậy: 68,2 % 3.5 Kết luận chƣơng Chương tác giả giải vấn đề sau : - Nghiên cứu thực nghiệm qua đánh giá hiệu chu trình khoan bẻ phoi so với q trình gia cơng trực tiếp - Đưa hàm hồi quy thông số đầu vào phù hợp với thông số đầu q trình gia cơng - Tìm hàm tối ưu đa mục tiêu KẾT LUẬN CHUNG Kết luận chung - Tác giả giới hạn vấn đề nghiên cứu lựa chọn phương pháp nghiên cứu phù hợp với điều kiện cụ thể - Đã tìm hiểu số lý thuyết gia công lỗ sâu sử dụng mũi khoan xoắn - Tác giả chứng minh ưu điểm chu trình gia cơng bẻ phoi khoan lỗ sâu so với chu trình gia cơng trực tiếp Từ thấy tầm ảnh hưởng đến độ xác, nhám bề mặt , hình thái phoi độ mịn dao bkhi gia công -27- Xây dựng hàm hồi quy cho sai lệch đường kính lỗ, sai lệch độ khơng trụ, nhám bề mặt độ mịn dao đầu vào đại lượng đặc trưng S,V 2 Từ đánh giá ảnh hưởng thông số tương ứng với đầu vào đầu Qua ta thấy : + Giá trị lượng chạy dao S : Có ảnh hưởng nhiều đến q trình gia cơng lỗ sâu, ảnh hưởng S hầu hết thành phần đầu + Giá trị vận tốc cắt V : Có ảnh hưởng đến nhám bề mặt độ mịn dao + Thơng số hình học góc 2 : Có ảnh hưởng nhiều đến sai số hình dáng hình học độ khơng trụ lỗ - Q thí nghiệm nghiên cứu thông số tối ảnh hưởng đến q trình gia cơng lỗ sâu vật liệu hợp kim nhơm A7075 Từ đưa thông số tối ưu đa mục tiêu gia công Định hƣớng nghiên cứu - Tiếp tục nghiên cứu q trình gia cơng lỗ sâu vật liệu khác thép, thép không gỉ, đồng hợp kim đồng… với tỷ lệ L/D lớn - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến lực cắt, nhiệt cắt, mức độ biến dạng phoi chiều sâu lỗ thay đổi - Xây dựng mơ hình toán học mức độ biến dạng phoi gia công - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số góc xoắn, kết cấu phần cắt, ảnh hưởng kết cấu mũi khoan dẫn dung dịch trơn nguội qua thân … đến q trình gia cơng lỗ sâu Áp dụng vào thực tiễn sản xuất Với kết đạt nghiên cứu, tác giả cho thấy việc lựa chọn ứng dụng giải pháp công nghệ vào q trình gia cơng lỗ sâu hồn tồn có ý nghĩa, đặc biệt điều kiện sản xuất nước ta Vì -28việc áp dụng kết nghiên cứu vào thực tiễn hoàn toàn khả thi Kết nghiên cứu ứng dụng để gia cơng hệ lỗ dẫn khí khn ép viên nang mềm Xưởng Cơ Khí thuộc Công ty TNHH trường Đại học KTCN Thái Nguyên ... Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến q trình gia cơng lỗ sâu vật liệu dẻo; - Nêu mục đích yêu cầu biện pháp kỹ thuật áp dụng; - Đưa biện pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu q trình gia cơng lỗ sâu vật. .. đến trình gia công lỗ sâu sử dụng mũi khoan xoắn tác giả lựa chọn đề tài : “Những biện pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu trình khoan lỗ sâu sử dụng mũi khoan xoắn vật liệu A7075? ?? 1.8 Kết luận. .. biện pháp kỹ thuật áp dụng; - Đưa biện pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu q trình gia cơng lỗ sâu vật liệu A7075 dựa mục đích yêu cầu kể phương pháp nghiên cứu chúng CHƢƠNG 3: -11NGHIÊN CỨU THỰC