Xác lập quan hệ giữa độ nhám bề mặt với các thông số công nghệ khi gia công vật liệu có tính dẻo cao trên máy phay CNC

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - TNG LINH XC LP QUAN H GIA NHM B MT VI CC THễNG S CễNG NGH KHI GIA CễNG VT LIU Cể TNH DO CAO TRấN MY PHAY CNC Chuyờn ngnh : CễNG NGH C KH LUN VN THC S KHOA HC CễNG NGH CH TO MY NGI HNG DN KHOA HC: GS.TS NGUYN C LC H NI - 2010 LI CAM OAN Tụi xin cam oan õy l cụng trỡnh nghiờn cu ca tụi, cỏc kt qu nghiờn cu lun ny l hon ton trung thc v cha c cụng b bt k cụng trỡnh no khỏc Tỏc gi Tựng Linh MC LC MC LC Trang Trang ph bỡa Li cam oan Mc lc Danh mc cỏc ký hiu, cỏc ch vit tt Danh mc cỏc bng Danh mc cỏc hỡnh v, th M u 10 Chng : CHT LNG B MT CHI TIT MY 16 1.1 Cỏc yu t c trng ca cht lng b mt 16 1.1.1 Cht lng hỡnh hc ca b mt gia cụng 16 1.1.2 Tớnh cht c lý ca b mt gia cụng 20 1.2 nh hng ca cht lng b mt ti kh nng lm vic ca chi tit mỏy 21 1.2.1 nh hng n tớnh chng mũn 21 1.2.2 nh hng n tớnh n mũn húa hc ca lp b mt chi tit 25 1.2.3 nh hng n bn mi ca chi tit mỏy 26 1.2.4 nh hng n chớnh xỏc ca cỏc mi lp ghộp 27 1.3 Cỏc yu t nh hng n cht lng b mt chi tit mỏy 28 1.3.1 Cỏc yu t nh hng n nhỏm b mt 28 1.3.2 Cỏc yu t nh hng n bin cng b mt 33 1.3.3 Cỏc yu t nh hng n ng sut d b mt 35 Chng 2: NGHIấN CU V CễNG NGH CNC 36 2.1 Khỏi quỏt v iu khin s v lch s phỏt trin ca mỏy CNC 37 2.2 c im ca mỏy cụng c CNC 38 2.3 Kt cu ca mỏy CNC 39 2.3.1 c im kt cu chung 39 2.3.2 Cu trỳc ca h thng CNC 39 2.3.3 H iu khin ca mỏy gia cụng CNC 40 2.3.4 Cỏc h thng iu khin 41 2.4 S lc v mỏy phay CNC 44 2.4.1 Phõn loi mỏy phay CNC 45 2.4.2 H thng iu khin trc chớnh 45 2.4.3 H thng thay dao t ng 46 2.4.4 gỏ dao 47 2.4.5 H thng iu khin chy dao 48 2.4.6 H thng gỏ kp chi tit 49 Chng 3: XC LP QUAN H GIA NHM V CC THễNG S 50 GIA CễNG 3.1 Khỏi quỏt v vt liu cú tớnh 50 3.1.1 Tớnh ca vt liu 50 3.1.2 Thộp khụng g 50 3.1.3 La tụng (ng thau) 52 3.1.4 Nhụm v nhng c tớnh ch yu ca nhụm 54 3.2 Ni dung thớ nghim 56 3.2.1 Phng phỏp qui hoch thc nghim 56 3.2.2 La chn thit b 56 3.2.3 Xõy dng cụng thc xỏc lp mi quan h qua cỏc thớ nghim vi 57 cỏc loi vt liu 3.2.4 Thớ nghim vi Inox 201 60 3.2.5 Thớ nghim vi ng thau 69 3.2.6 Thớ nghim vi Nhụm cụng nghip Al99 77 Kt lun v kin ngh 85 Ti liu tham kho 87 Ph lc 89 Túm tt lun 95 DANH MC CC Kí HIU S DNG TRONG LUN VN Ký hiu Ni dung Th nguyờn Ra - Sai lch s hc trung bỡnh ca prụfin àm Rz - Chiu cao mp mụ theo 10 im ca prụfin àm - Chiu cao ln nht ca prụfin àm h - Chiu cao mp mụ àm p - Bc ca mp mụ àm Si - Bc trung bỡnh ca mp mụ theo nh àm Smi - Bc trung bỡnh ca mp mụ theo prụfin àm l - Chiu di chun àm n - S im chia, s thc nghim - C - H s - x, y, z - S m - S - Bc tin dao mm/vũng V - Vn tc ct m/phỳt Yj - Giỏ tr trung bỡnh ca yjk, k = : k - S2j - Phng sai ca dóy s yjk, k = : k - K - S thớ nghim song song c thc hin - Rmax cựng mt iu kin Gp - Ch s Kokren bi - - Cỏc h s ca hm mụ t quan h gia u vo v u ra, i = : n0 DANH MC CC BNG Bng 1.1 Cp nhn búng theo TCVN 2511 95 Bng 3.1 Thnh phn húa hc v c tớnh ca mt s loi thộp khụng g Bng 3.2 Thnh phn, ký hiu ca mt s la tụng theo TCVN v CDA Bng 3.3 Qui i thnh phn, ký hiu mt s HK nhụm theo TCVN v Aluminum Association (AA) Bng 3.4 Kt qu o nhỏm qua thớ nghim ca mu INOX Bng 3.5 Ma trn n v ca thớ nghim Inox Bng 3.6 H s ca phng trỡnh hi qui ca Inox Bng 3.7 Giỏ tr phng sai ca Inox Bng 3.8 Qui i cỏc i lng u vo Bng 3.9 Giỏ tr cỏc hm ca Inox Bng 3.10 Kt qu o nhỏm qua thớ nghim ca mu ng Bng 3.11 Ma trn n v ca thớ nghim ng Bng 3.12 H s phng trỡnh hi qui ca ng Bng 3.13 Cỏc giỏ tr phng sai ca thớ nghim mu ng Bng 3.14 Qui i cỏc i lng u vo thớ nghim ng Bng 3.15 Giỏ tr cỏc hm ca ng Bng 3.16 Kt qu o nhỏm qua thớ nghim ca mu Nhụm Bng 3.17 Ma trn n v ca thớ nghim Nhụm Bng 3.18 H s phng trỡnh hi qui ca Nhụm Bng 3.19 Cỏc giỏ tr phng sai ca thớ nghim mu Nhụm Bng 3.30 Qui i cỏc i lng u vo thớ nghim Nhụm Bng 3.21 Giỏ tr cỏc hm ca Nhụm DANH MC CC HèNH V, BIU Hỡnh 1.1 Cỏc yu t hỡnh hc ca lp b mt Hỡnh 1.2 S xỏc nh nhp nhụ t vi ca b mt chi tit mỏy Hỡnh 1.3 Tng quan v nhỏm v súng b mt chi tit mỏy Hỡnh 1.4 Cỏc giai on mi mũn ca mt cp ma sỏt Hỡnh 1.5 Quỏ trỡnh mi mũn ca mt cp chi tit ma sỏt (tip xỳc vi nhau) Hỡnh 1.6 Quan h gia lng mũn ban u v Ra Hỡnh 1.7 Quỏ trỡnh n mũn hoỏ hc trờn lp b mt chi tit mỏy Hỡnh 1.8 Quan h gia chiu cao nhp nhụ v lng tin dao tin Hỡnh 1.9 nh hng ca hỡnh dỏng hỡnh hc ca dng c ct v ch ct n nhp nhụ b mt tin Hỡnh 1.10 nh hng ca lng chy dao S i vi chiu sõu bin cng tC, tựy Hỡnh 1.11 nh hng ca tc ct (V) n chiu cao nhp nhụ t vi (Rz) Hỡnh 1.12 nh hng ca lng tin dao (S) n chiu cao nhp nhụ t vi (Rz) Hỡnh 1.13 nh hng ca lng tin dao (S) v bỏn kớnh li ct (r) n bin cng b mt Hỡnh 1.14 nh hng ca gúc trc ti lp bin cng b mt Hỡnh 2.1 Mụ hỡnh iu khin DNC Hỡnh 2.2 Cu trỳc ca mỏy CNC Hỡnh 2.3 H iu khin s CNC (Computer Numerical Control) Hỡnh 2.4 B tớch dao mỏy phay CNC Hỡnh 2.5 gỏ dao (tool holder) Hỡnh 2.6 Kt cu b phn gỏ dao lờn trc chớnh Hỡnh 3.1 Gin pha Cu - Zn Hỡnh 3.2 Mỏy phay CNC DMU 60 DECKEL MAHO C Hỡnh 3.3 th quan h Ra S V (t=0,5mm) ca vt liu Inox 304 Hỡnh 3.4 th quan h Ra S t (V=200mm/vg) ca vt liu Inox 304 Hỡnh 3.5 th quan h Ra v t (s=0,15mm/vg) ca vt liu Inox 304 Hỡnh 3.6 th quan h Ra s v (t=0,5mm) ca vt liu ng Hỡnh 3.7 th quan h Ra S t (v=180m/vg) ca vt liu ng thau Hỡnh 3.8 th quan h Ra V t (s=0,15 m/ph) ca vt liu ng thau Hỡnh 3.9 th quan h Ra V S (t =1,5mm) ca vt liu Nhụm Hỡnh 3.10 th quan h Ra V t (s=0,4 m/ph) ca vt liu Nhụm Hỡnh 3.11 th quan h Ra S t (V= 80 mm/vg) ca vt liu Nhụm M U Trong mt nn kinh t phỏt trin thỡ ngnh c khớ ch to úng mt vai trũ ht sc quan trng, lm nn tng cho vic phỏt trin kinh t, cng c quc phũng an ninh ca t nc T nhp WTO nm 2006, chỳng ta ang hũa nhp mnh m vi nn kinh t th gii ú vic nghiờn cu hon thin hn na, nõng cao cht lng v h giỏ thnh sn phm l nhim v hng u ca ngnh cụng ngh ch to mỏy t c cỏc ch tiờu kinh t k thut ny, vic nghiờn cu xỏc lp mi quan h gia cỏc thụng s cụng ngh (thụng s u vo) vi cht lng b mt chi tit gia cụng (thụng s u ra) l mt ch tiờu quan trng nhm t c kh nng iu khin thụng s u theo ý mun T mi quan h gia cht lng b mt vi cỏc thụng s cụng ngh thỡ ngi lm cụng ngh cú th chn ch ct ti a ca mỏy v dao m m bo cht lng, t ú cú th tng nng sut (khai thỏc ti a nng sut ca mỏy), gim giỏ thnh sn phm Trong thi gian gn õy, vic nghiờn cu cỏc mi quan h trờn ó khụng cũn mi Thc vi nc ngoi, cỏc trung tõm nghiờn cu ca cỏc hóng sn xut ụ tụ, ch to mỏy ó nghiờn cu nhng ny t lõu, nhiờn vic nghiờn cu ny ũi hi thc hin rt nhiu cỏc thớ nghim tn kộm v mt thi gian, vỡ vy nhng s liu nghiờn cu nh lng thng khụng c cụng b, cũn cỏc thụng tin khoa hc c xut bn thng ch mang tớnh lý thuyt v nh hng hoc cỏc s liu bt ngun t cỏc cụng trỡnh nghiờn cu ó c thc hin cỏch õy hng chc nm, iu kin mỏy múc, khoa hc ó khụng cũn phự hp ú cỏc s liu ny ớt cha ng y cỏc thụng tin cn thit Trong ú nn cụng ngh ch to mỏy hin i ngy mt phỏt trin vi s xut hin ca cỏc mỏy gia cụng CNC cú kh nng k thut cao, cỏc loi vt liu mi v cụng ngh trn ngui hin i Cỏc bc tip theo chớnh l nhim v ca cỏc nh cụng ngh hin i, ngha l xut phỏt t bi toỏn c th xỏc nh ch ct phự hp cho quỏ trỡnh gia cụng ct gt cho va m bo yờu cu k thut, va m bo c yờu cu kinh t t c iu ny h phi cú thụng tin liờn quan ti quỏ trỡnh gia cụng ct gt 10 Xỏc nh tớnh ng nht ca thớ nghim da trờn ch tiờu Kokren Gp Theo bng 3.16 : Giỏ tr phng sai ln nht max S 2j, = 0,01872 Giỏ tr tng cỏc phng sai S2j = 0,44 Theo (1.7), ch tiờu Kokren G p = max S 2j S2j = 0,42 Theo ph lc 22 [9] ta xỏc nh giỏ tr Gt bng vi xỏc sut tin cy P=0,95 Ta thy Gp Gt = 0,438 vy thớ nghim l n nh Trong phng trỡnh hi qui cú th tn ti mt s cỏc h s khụng cú ngha (cú giỏ tr quỏ nh) Vỡ vy, xỏc nh xem h s cú ngha hay khụng ta cn tớnh S2y S2b N = S j = 0,0248 N j =1 = S2y N.n = 0,001 Sb = 0,03 So sỏnh vi ch tiờu student t 0p = b0 = 3,34 Sb t1p = b1 = 12,97 Sb t 2p = b2 = 2,69 Sb t 3p = b3 = 2,73 Sb 80 t12 p = b12 = 0,15 Sb t13p = b13 = 0,44 Sb t 23p = b 23 = 2,27 Sb Vỡ t0, t1, t2, t3 > t =2,365 nờn cỏc h s b0, b1, b2, b3 cú ngha t12, t13, t23 < t nờn cỏc h s b12, b13, b23 khụng cú ngha Nờn phng trỡnh hi qui cú dng: Y = b0 + b1X1 + b2X2 + b3X3 Bng 3.20 Qui i cỏc i lng u vo thớ nghim Nhụm Khong Cỏc i lng thay i u vo x1' x1 x2' x2 (s,mm/vũng) (lns) (V, m/ph) (lnV) x3' x3 (t,mm) (lnt) 0.4 -0.9163 120 4.7875 1.5 0.4055 0.35 -1.0498 100 4.6052 0.85 -0.1625 -1 0.3 -1.2040 80 4.3820 0.2 -1.6094 x 0.1438 0.2027 Thay vo ta c: b0 b b1.x 01 b x 02 b x 03 b b + X1 + X + X x1 x x x1 x x Y = 5,15 + 2,37X1 -0,56X2 + 0,11X3 ln Ra = 5,15 + 2,37lns - 0,56 lnv + 0,11lnt m e c v ca phng trỡnh ta c: Ra = e5,15.s2,37.v-0,56.t0,11 81 1.0075 õy l phng trỡnh biu th quan h gia cỏc i lng u vo (s, v, t) vi nhỏm ca sn phm Nhụm kim tra tớnh cú ngha ca phng trỡnh hi qui ta cn tớnh theo ch tiờu Fisher Fb Fb = ( (S max Sag ; S2y 2 ag ; S y ) ) Xỏc nh phng sai cú ngha ca phng trỡnh hi qui: Sag ( N tn = y j y ttj N B j=1 ) Bng 3.21 Giỏ tr cỏc hm ca Nhụm stt Ytb (y tnj y ttj ) N (Ytb-Ytt)2 Ytt -0.2485 -0.3007 0.0027 0.1513 0.3817 0.0531 -0.2788 -0.5297 0.0629 0.0800 0.1528 0.0053 -0.2231 -0.0686 0.0239 0.9465 0.6138 0.1107 -0.4463 -0.2976 0.0221 0.3553 0.3848 0.0009 = 0,105 j =1 Sag = 0,0262 Vy ch tiờu Fisher Fb = 1,05 < FT = 8,89 FT tra theo bng ph lc 21 [9] Vy phng trỡnh hi qui l cú ngha 82 1.2 1.15 1.1 1.05 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 1.2 1.15 1.1 1.05 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.30.39 115 10 0.3 37 Vận 105 g) 0.30.35 tốc 95 0.3 m/ v cắ t m ( S V (m 85 0 0.31 t iến / ph ớc ) B Độ nhám Ra Độ nhám Ra thí nghiệm với nhôm t = 1,5mm Hỡnh 3.9 th quan h Ra V S (t =1,5mm) ca vt liu Nhụm 0.8 0.775 0.75 0.725 0.7 0.675 0.65 0.625 115 10 05 vậ n tốc 100 cắt V(m 00 m/ v g) 0.2 0.7 0.5 5 chiề 1.2 âu us 0.8 0.775 0.75 0.725 0.7 0.675 0.65 0.625 độ nhám bề mặt Ra độ nhám bề mặt Ra thí nghiệm với nhôm s=0,4 t cắ t ) (mm Hỡnh 3.10 th quan h Ra V t (s=0,4 m/ph) ca vt liu Nhụm 83 thí nghiệm với nhôm v=80 mm/vg 2.5 2 1.5 1.5 0.5 1.2 ch i ều 0.7 sâu cắ t 0.2 t (m m) độ nhám Ra độ nhám Ra 2.5 0.5 0.3 0.30.37 ) 0.3 35 /ph m ( S ao 32 nd ế 0.3 31 i t c Hỡnh 3.11 th quan h Ra S t (V= 80 mm/vg) ca vt liu Nhụm Nh vy mi quan h nhỏm b mt chi tit Ra vi cỏc thụng s cụng ngh qua kt qu thớ nghim v tớnh toỏn ca ti nh sau: Vi vt liu Inox : Ra = e4,188.s3,93,.v-0,94,.t0,157 Vi vt liu ng : Ra = e3,77.s0,8.v-0,47.t0,103 Vi vt liu Nhụm : Ra = e5,15.s2,37.v-0,56.t0,11 T ú ta cú th nhn xột: -Vi cỏc loi vt liu, nh hng ca lng tin dao s n Ra l ln nht, sau ú n tc ct v, cui cựng l chiu sõu ct t -V v t nh hng ngc -Cỏc thụng s cụng ngh nh hng n nhỏm b mt ca Inox ln hn ca ng v nhụm 84 KT LUN V KIN NGH I Kt lun nh hng n nhỏm b mt nh ó trỡnh by cú nhiu yu t song cng hn ch lun tỏc gi ch gúi gn cỏc yu t l thụng s cụng ngh nh n dao, tc ct, chiu sõu ct, cỏc thụng s hỡnh hc ca dao Tỏc gi khụng xột n nh hng ca cỏc thụng s hỡnh hc ca dao vỡ cỏc thụng s hỡnh hc ca dao phay c ly theo tiờu chun Cỏc loi vt liu cú tớnh la chn thc nghim cng ch gii hn cỏc vt liu: Nhụm, ng v thộp khụng g ti Xỏc lp quan h gia nhỏm b mt vi cỏc thụng s cụng ngh gia cụng vt liu cú tớnh cao trờn mỏy phay CNC l mt ti thc t Trờn c s tng hp gia lý thuyt v thc nghim, ti ó xỏc lp mi quan h gia nhỏm b mt vi cỏc thụng s cụng ngh Lun s dng phng phỏp quy hoch thc nghim nghiờn cu v xõy dng qua phng trỡnh hi qui, qua ú xỏc lp mi quan h gia nhỏm v cỏc thụng s cụng ngh (v, t, s) th hin mc nh hng ca tng thụng s i vi cht lng b mt ( nhỏm) ca chi tit mỏy Kt qu ny l c s cú th iu chnh cỏc thụng s cụng ngh (yu t u vo) t c giỏ tr nhỏm b mt (yu t u ra) chi tit nhm t ti s hp lý ca quỏ trỡnh gia cụng ct gt V mt toỏn hc kt qu t c l hon ton cú th tin cy c ó xõy dng c th ca nhỏm b mt nh hng bi cỏc thụng s cụng ngh bng phn mm Table Curve3D 4.0 Kt qu ca ti cú th c b sung vo ngõn hng d liu 85 II Kin ngh Cỏc kt lun trờn cn c kim chng sn xut trc khng nh tớnh sỏt thc Cn m rng hng nghiờn cu cho nhiu loi vt liu hn na ng dng sn xut Tỏc gi cng rt tham vng thc hin bi toỏn mc cao hn, trit hn na l t ng húa iu khin ti u cỏc thụng s cụng ngh gia cụng cú yờu cu c th v nhỏm b mt cn t c ca chi tit mỏy, õy cng chớnh l hng phỏt trin ca ti 86 TI LIU THAM KHO V Hoi n (2009), C s k thut CNC phay & tin, NXB Khoa hc v K thut, H Ni Trn Vn ch (2009), Nguyờn lý ct kim loi, NXB Khoa hc v K thut , H Ni Nguyn Trng Bỡnh (2003), Ti u húa quỏ trỡnh gia cụng ct gt, NXB Giỏo dc, H Ni Nguyn Tin Th, Nguyn Th Xuõn By, Nguyn Th Cm Tỳ (2001), K thut o lng kim tra ch to c khớ, NXB Khoa hc v K thut, H Ni Nguyn Doón í (2003), Giỏo trỡnh quy hoch thc nghim, NXB Khoa hc v K thut, H Ni Trn Vn ch, Nguyn Trng Bỡnh, Nguyn Th t, Trn Xuõn Vit (2003), Cụng ngh ch to mỏy, NXB Khoa hc v K thut, H Ni Nguyn Khc Xng (2003), Vt liu kim loi mu, NXB Khoa hc v K thut, H Ni Nguyn c Lc (2005), Cụng ngh ch to mỏy theo hng t ng húa sn xut, NXB Khoa hc v K thut, H Ni Trn Vn ch (2008), Cỏc phng phỏp xỏc nh chớnh xỏc gia cụng, NXB Khoa hc v K thut, H Ni 10 Nguyn Vit Tip (2002), Giỏo trỡnh o to cao hc Nghiờn cu tớnh gia cụng ca vt liu ch to mỏy v ng dng ca nú, Ti liu s dng ni b i hc Bỏch khoa H Ni 11 H Quang Sỏng (2006), Xỏc lp quan h gia nhỏm b mt vi cỏc thụng s cụng ngh gia cụng vt liu cú tớnh cao trờn mỏy tin CNC, Lun thc s khoa hc, i hc Bỏch khoa H Ni 87 12 Phan Cụng Trỡnh (2006), Nghiờn cu nh hng ca cỏc thụng s cụng ngh n cht lng b mt chi tit mỏy gia cụng trờn mỏy phay CNC, Lun thc s khoa hc, i hc Bỏch khoa H Ni 13 Nguyn Quc Tun (2007), iu khin cỏc thụng s cụng ngh m bo cht lng b mt chi tit gia cụng vt liu nhụm v hp kim nhụm trờn mỏy phay CNC, Lun thc s khoa hc, i hc Bỏch khoa H Ni 14 Lờ Vn Ton (2005), Nghiờn cu nh hng ca cỏc thụng s cụng ngh mi phng ti nhỏm b mt trờn mt s vt liu cú tớnh cao, Lun thc s khoa hc, i hc Bỏch khoa H Ni 15 T Duy Liờm (2001), H thng iu khin s cho mỏy cụng c, NXB Khoa hc K thut, H Ni 88 PH LC Mt s hỡnh nh v mu v thớ nghim Mu thớ nghim Inox Mu thớ nghim ng thau Mu thớ nghim Nhụm 89 Hỡnh nh v o nhỏm 90 Mu o ln Mu o ln Mu o ln Kt qu thớ nghim mu Inox 91 Mu o ln Mu o ln Mu o ln Kt qu o thớ nghim mu ng 92 Mu o ln Mu o ln Mu o ln Kt qu o thớ nghim mu Nhụm 93 Hỡnh nh gia cụng thớ nghim 94 ... văn cao học, ĐHBKHN (2005) ; Hà Quang Sáng, Xác lập mối quan hệ độ nhám bề mặt với thông số công nghệ gia công vật liệu có tính dẻo cao máy tiện CNC, Luận văn cao học ĐHBKHN (2006); Phan Công. .. chọn đề tài “ Xác lập mối quan hệ độ nhám bề mặt với thông số công nghệ gia công vật liệu có tính dẻo cao máy phay CNC đóng góp phần nhỏ nhánh nghiên cứu Từ phân tích đánh giá trên, đề tài tập... thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy quan trọng Trong số đề tài sâu vào nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ tới chất lượng bề mặt (độ nhám Ra, Rz) gia công máy gia công CNC