Nghiên cứu độ chính xác gia công trên máy phay CNC khi gia công vật liệu có độ dẻo cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THỊ THANH HẢO NGHIÊN CỨU ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU CÓ ĐỘ DẺO CAO Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngành: CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG HOÀNH SƠN HÀ NỘI - 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nghiên cứu 1.2 Phương pháp gia công phay 1.3 Vật liệu gia công 10 1.4 Giới hạn nghiên cứu đề tài 10 1.5 Kết luận 12 CHƯƠNG 13 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 13 2.1 Độ xác gia công 13 2.2 Các nguyên nhân gây sai số gia công 15 2.3 Các phương pháp đạt độ xác gia công 16 2.3.1 Phương pháp cắt thử chi tiết riêng biệt 16 2.3.2 Phương pháp tự động đạt kích thước 17 2.3.3 Phương pháp đạt độ xác gia công điều khiển thích nghi 18 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ xác gia công 19 2.4.1 Biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ 19 2.4.2 Biến dạng tiếp xúc biến dạng chi tiết gia công 19 2.4.3 Ảnh hưởng sai số phôi 19 2.4.4 Ảnh hưởng độ xác máy công cụ 19 2.4.5 Ảnh hưởng sai số đồ gá 20 2.4.6 Ảnh hưởng sai số đến dụng cụ cắt 20 2.4.7 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt máy 21 2.4.8 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt dụng cụ cắt 21 2.4.9 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt chi tiết 21 2.4.10 Ảnh hưởng rung động trình cắt 21 2.4.11 Ảnh hưởng phương pháp gá đặt 23 2.4.12 Ảnh hưởng dụng cụ đo phương pháp đo 23 2.5 Khả đạt độ xác phương pháp gia công cắt gọt 23 2.5.1 Các phương pháp cắt gọt sử dụng dụng cụ cắt có thông số hình học cố định 23 2.5.2 Mài phương pháp gia công sử dụng hạt mài 24 2.5.3 Các phương pháp gia công truyền thống có sử dụng máy CNC dụng cụ cắt tiên tiến 24 2.5.4 Các phương pháp gia công tiên tiến: Công nghệ Na-nô 25 2.6 Thông số vật lý bề mặt gia công 25 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám gia công 28 2.7.1 Lực cắt 28 2.7.1.1 Khái niệm lực cắt 28 2.7.1.2 Ảnh hưởng điều kiện cắt đến lực cắt 29 2.7.2 Mức độ biến dạng dẻo 32 2.7.3 Nhiệt cắt độ mòn dao 36 2.8 Rung động 39 2.9 Ảnh hưởng chất lượng bề mặt tới khả làm việc chi tiết máy 39 2.9.1 Độ nhấp nhô tế vi 39 2.9.2 Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 40 2.9.3 Ảnh hưởng độ nhám đến khả làm việc chi tiết máy 41 2.9.3.1 Ảnh hưởng đến tính chống mòn chi tiết máy 41 2.9.3.2 Ảnh hưởng đến độ bền mối ghép 43 2.9.3.3 Ảnh hưởng đến độ bền mỏi chi tiết máy 43 2.9.3.4 Ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn hoá học lớp bề mặt chi tiết máy 43 2.9.4 Kết luận tầm quan trọng độ nhám bề mặt 44 2.10 Những kết nghiên cứu đạt việc nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt chi tiết gia công (Ra, Rz) 44 2.10.1 Các kết máy công cụ truyền thống 44 2.10.1.1 Các yếu tố mang tính chất hình học dụng cụ cắt chế độ cắt 44 2.10.1.2 Các yếu tố phụ thuộc vào biến dạng dẻo lớp bề mặt 47 2.10.1.3 Ảnh hưởng chiều sâu cắt 49 2.10.1.4 Ảnh hưởng vật liệu gia công 50 2.10.1.5 Ảnh hưởng rung động hệ thống công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công 50 2.10.1.6 Biện pháp cải thiện độ bóng bề mặt gia công chi tiết máy dụng cụ cắt có lưỡi cắt định hình 50 2.10.2 Các kết đạt máy CNC 51 2.11 Kết luận 53 CHƯƠNG 54 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 54 3.1 Xây dựng mô hình thí nghiệm 54 3.1.1 Mô hình thí nghiệm 54 3.1.2 Các thông số công nghệ hệ thống thí nghiệm 54 3.2 Các thông số thí nghiệm 58 3.2.1 Với vận tốc cắt (V) thay đổi thực 10 mẫu với Sr không đổi chọn Sr =0,05 (mm/răng) ta bảng số liệu thí nghiệm sau: 58 3.2.2 Với vận tốc cắt (V) không đổi chọn V =500 (m/phút) thực 10 mẫu với Sr thay đổi ta bảng số liệu thí nghiệm sau: 59 3.3 Thực thí nghiệm thu thập số liệu 59 3.3.1 Thí nghiệm ảnh hưởng vận tốc tới độ nhám 60 3.3.2 Thí nghiệm ảnh hưởng lượng chạy dao tới độ nhám 61 CHƯƠNG 62 XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 62 4.1 Ảnh hưởng vận tốc cắt tới độ nhám bề mặt 62 4.2 Ảnh hưởng lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt 66 4.3 Kết luận chung 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 Kết luận 72 Hướng nghiên cứu 72 LỜI CẢM ƠN ! 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 MỞ ĐẦU Nền kinh tế nước ta giai đoạn phát triển không ngừng mặt nhờ vào sách đầu tư lĩnh vực thu hút vốn đầu tư nước Trong đó, ngành công nghiệp nặng ưu tiên hàng đầu nhằm tạo thành ngành kinh tế mũi nhọn công phát triển đất nước Trong công công nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngành khí khôi phục phát triển, sau thời gian dài bị ngừng trệ Yêu cầu cấp thiết khí nước ta nội địa hóa sản phẩm khí nhằm đưa công nghệ kỹ thuật Việt Nam đuổi kịp với phát triển nước khu vực giới Để làm điều việc nghiên cứu, ứng dụng phương pháp gia công tiên tiến vào sản xuất việc cấp thiết Chúng ta hòa nhập mạnh mẽ với kinh tế giới, việc gia công đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế đảm bảo tính cạnh tranh thị trường đòi hỏi tất yếu đặt cho nhà công nghệ Việc chọn máy móc chế độ gia công hợp lý yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng giá thành sản phẩm Trong năm trở lại Việt Nam có xu hướng sử dụng máy gia công CNC để nâng cao chất lượng giảm giá thành sản phẩm Thực tế cho thấy chất lượng nâng cao, áp lực công việc người thợ giảm, giá thành chưa giảm Có nhiều nguyên nhân, nguyên nhân nhà công nghệ chưa chọn chế độ cắt tối ưu cho nhóm máy Do việc nghiên cứu để lựa chọn chế độ cắt tối ưu cho nhóm máy CNC yêu cầu cấp thiết đặt cho nhà nghiên cứu Đề tài “Nghiên cứu độ xác gia công máy phay CNC gia công vật liệu có độ dẻo cao” số công việc Đây loạt đề tài nghiên cứu ứng dụng việc sử dụng hiệu máy CNC Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết Đây vấn đề nhất, chất lượng bề mặt yêu cầu vô quan trọng chi tiết gia công Từ mối quan hệ chất lượng bề mặt với thông số công nghệ người làm công nghệ chọn chế độ cắt tối ưu cho máy dao mà đảm bảo chất lượng, từ tăng suất, giảm giá thành sản phẩm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài * Ý nghĩa khoa học: Đánh giá ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công phay điều kiện cắt cụ thể Gia công chi tiết có biên dạng phức tạp áp dụng nhiều máy phay CNC Nó giúp cho việc gia công chi tiết có hình dáng hình học phức tạp trở nên đơn giản hơn, đạt độ xác cao Gia công máy tiện CNC ngày sử dụng phổ biến Tuy nhiên, trình gia công tránh khỏi sai số sai số phép đo, sai số nhiệt cắt, lực cắt Việc nghiên cứu chất lượng bề mặt chi tiết gia công nhằm giảm sai số nâng cao chất lượng bề mặt giảm giá thành sản phẩm * Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu áp dụng với nhóm vật liệu có độ dẻo cao nhằm nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết, tăng suất, độ tin cậy cao giảm giá thành sản phẩm Nghiên cứu độ xác gia công chi tiết gia công máy phay CNC góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm Đặc biệt với vật liệu có độ dẻo cao loại vật liệu khó gia công Do đó, cần nghiên cứu đưa thông số công nghệ hợp lý để đạt chất lượng bề mặt cao đưa nguyên nhân gây sai số gia công Thực đề tài hội quý báu để tiếp xúc với thiết bị công nghệ cao, tìm hiểu vấn đề thực tiễn sản xuất, kiểm chứng vấn đề lý thuyết, từ tích lũy thêm kinh nghiệm thực tế cho công việc thân Để hoàn thành đề tài này, trước tiên xin chân thành cảm ơn cán hướng dẫn TS Trương Hoành Sơn hướng dẫn suốt trình thực đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nghiên cứu Năng suất chất lượng sản phẩm hai thông số quan tâm hàng đầu nhằm hạ giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu sản xuất người ta luôn tìm cách để cải thiện hai mặt trình sản xuất Muốn phải phân tích, tìm hiểu yếu tố ảnh hưởng đến trình sản xuất Đối với trình gia công khí yếu tố có ảnh hưởng nhiều từ cải thiện suất chất lượng sản phẩm thông số công nghệ (chế độ cắt) trình gia công là: lượng chạy dao S, vận tốc cắt Vc chiều sâu cắt t Tìm hiểu phụ thuộc suất chất lượng gia công vào thông số đó, đồng thời xác định mối quan hệ chúng để từ có biện pháp công nghệ phù hợp điều kiện cụ thể sở để cải thiện vấn đề Trên thực tế gia công vật liệu khác đồng mà cần có thông số công nghệ khác nhằm đảm bảo hiệu sản xuất thời gian sử dụng trang thiết bị công nghệ Số lượng, chủng loại vật liệu sử dụng chế tạo máy lại đa dạng với mục đích sử dụng khác nên việc nghiên cứu sâu, rộng để đưa tiêu cho loại vật liệu khó khăn, thực tế sản xuất đặc biệt sản xuất loạt lớn hàng khối phải tiến hành đánh giá thông số công nghệ (đánh giá tính gia công) loại vật liệu sử dụng nhằm lựa chọn tối ưu hoá trình gia công Có nhiều phương pháp để đánh giá tính gia công vật liệu, để có kết tin cậy cần phải tiến hành khảo sát thông qua thí nghiệm cụ thể sau xử lý kết thí nghiệm để tìm mối quan hệ phụ thuộc yếu tố Bên cạnh gia công cắt gọt gia công áp lực có bước phát triển mạnh, sản phẩm cải thiện nhiều suất chất lượng, tỷ trọng sản phẩm ngày gia tăng đặc biệt lĩnh vực ô tô, xe máy Có thể thấy rõ điều qua số liệu thống kê bảng sau: (Giáo trình Nghiên cứu tính gia công vật liệu chế tạo máy ứng dụng PGS-TS Nguyễn Viết Tiếp) Bảng 1-1 Bảng thống kê thay đổi tỷ lệ (%)của phương pháp gia công STT Phương pháp công 1970 1975 1985 1995 4.41 4.2 4.0 nghệ Đúc Rèn dập 7.2 7.43 10.9 14.6 Chất dẻo - 1.97 2.4 2.8 Hàn 4.9 5.34 4.7 4.0 Gia công 31.7 29.31 27.1 25.2 Gia công nhiệt 1.3 1.51 1.4 1.3 Lắp ráp 32.3 35.31 37.1 38 Sửa bề mặt 7.5 5.66 4.7 4.0 Công nghệ điện 4.5 4.88 4.3 3.8 10 Công nghệ khác 5.9 4.18 3.0 1.5 Tổng số 100 100 100 100 Khác với gia công cơ, gia công áp lực phương pháp gia công không phoi, hao tổn kim loại Nguyên lý chung dựa vào tính dẻo kim loại dùng ngoại lực thiết bị làm cho kim loại biến dạng theo hình dạng yêu cầu, kim loại giữ tính nguyên vẹn không bị phá huỷ, sau gia công áp lực chất lượng kim loại cải thiện nên chi tiết kim loại quan trọng thường chế tạo từ kim loại qua gia công áp lực Các hình thức gia công áp lực bao gồm: cán, kéo, ép, rèn dập Dập phương pháp gia công áp lực ứng dụng nhiều thực tế, có hai dạng gia công dập là: dập thể tích dập Dập thể tích gọi rèn khuôn phương pháp dập mà kim loại biến dạng hoàn toàn lòng khuôn có hình dạng kích thước xác định Còn dập phương pháp chế tạo chi tiết từ phôi liệu dạng Sự biến dạng kim loại khuôn dập có hình dáng, kích thước xác định Dụng cụ cắt sử dụng công nghệ dập gồm khuôn dập chày dập, giống gia công vật liệu làm dụng cụ biến dạng cần đảm bảo yêu cầu tính, mà yêu cầu độ cứng cao tính chống mài mòn cao Độ cứng cao phải cao hẳn độ cứng phôi, sản phẩm, tuỳ loại dụng cụ cần độ cứng yêu cầu tối thiểu khác Tính chống mài mòn cao để đảm bảo cho dụng cụ làm việc lâu dài, gia công khối lượng lớn sản phẩm mà không bị giảm hay cấp xác Tuy nhiên bên cạnh việc ý đến hai yêu cầu cần ý đến độ dai đập, không cho phép thấp giá trị quy định để tránh bị gãy vỡ Ngoài quan tâm đến tính chịu nhiệt dụng cụ làm việc với suất cao trạng thái nóng Qua phân tích thấy: - Công nghệ rèn dập phương pháp gia công có phát triển mạnh, ngày ứng dụng rộng rãi chế tạo khí - Vật liệu dùng làm dụng cụ biến dạng rèn dập đa dạng nên tuỳ vào mục đích sử dụng mà chọn chủng loại vật liệu phù hợp - Thiết kế, chế tạo khuôn dập tốn nhiều công sức kinh phí với nguyên công gia công phức tạp mà thực máy công cụ vạn truyền thống khó, nên cần hạn chế bớt việc chế thử đơn giản hoá quy trình gia công cách sử dụng loại máy điều khiển số, đặc biệt sử dụng máy phay CNC cho việc gia công lòng khuôn - Cần tiến hành nghiên cứu để lựa chọn, tối ưu hoá trình chế tạo khuôn dập có yêu cầu chế tạo Như biết điều khiển số hình thức đặc biệt tự động hoá, mà đối tượng máy công cụ Trong sản xuất đại thiều vai trò tự động hoá, nhờ có tự động hoá mà người giải phóng khỏi sức lao động, trình sản xuất cải thiện suất mà mặt chất lượng Tự động hoá ứng dụng nhiều ngành kinh tế, kỹ thuật có khí chế tạo Một vấn đề định tự động hoá ngành khí chế tạo kỹ thuật điều khiển số công nghệ máy điều khiển số Ở nước phát triển máy công cụ điều khiển theo chương trình số (NC CNC) sử dụng từ 20-30 năm trước gần đầy phát triển thành hệ thống, tổ hợp trung tâm gia công Trong năm trở lại Việt Nam có xu hướng sử dụng máy CNC ngày nhiều, nên đề tài nghiên cứu máy CNC lớn đề tài nghiên cứu khoa học, luận án tiến sỹ, luận văn thạc sỹ… Trong đề tài nghiên cứu ứng dụng nhằm khai thác có hiệu máy CNC chiếm tỷ lệ lớn, kể : Nguyễn Trọng Bình, Hoàng Việt Hồng, Ảnh hưởng chế độ cắt đến nhấp nhô tế vi bề mặt phay dao phay mặt đầu máy phay CNC, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 60 (5/2002) ; Ảnh hưởng chế độ cắt đến lượng mòn dao phay dao phay mặt đầu máy phay CNC, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 61 (6/2002) ; Nguyễn Ngọc Ánh, Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy gia công máy phay CNC, Luận văn cao học, ĐHBKHN (2002) ; Nguyễn Đình Thân, Nghiên cứu độ mòn dao tiện gia công vật liệu tính dẻo cao, Luận văn cao học, ĐHBKHN (2003) ; Vũ Đình Thơm, Tính toán bù bán kính mũi dao lập chương trình NC cho máy tiện CNC, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 76 (7/2003) ; Lê Văn Toản, Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ mài phẳng tới độ nhám bề mặt số vật liệu có tính dẻo cao, Luận văn cao học, ĐHBKHN (2005) ; Trần Xuân Việt, Phạm Văn Bổng, Khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng thông số công nghệ V, T, S đến lực cắt máy tiện CNC, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 105 (12/2005)… Trong nhóm đề tài có hai đề tài trực tiếp nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, điều chứng tỏ việc nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy quan trọng Các nghiên cứu phay từ trước đến nay, chủ yếu áp dụng cho loại vật liệu có độ cứng cao, vật liệu qua gia công nhiệt mà chưa có quan tâm, nghiên cứu mức phay loại vật liệu mềm (có tính dẻo cao) đồng, nhôm mà thực tế cần phải gia công bẳng phay loại vật liệu Do vậy, luận văn này, trình bày số “Nghiên cứu độ xác gia công máy phay CNC gia công vật liệu có độ dẻo cao” Vật liệu đặc trưng cho nhóm vật liệu đồng thau 1.2 Phương pháp gia công phay Phay phương pháp gia công cắt gọt dụng cụ cắt quay tròn tạo chuyển động cắt Chuyển động tiến dao thông thường máy, có dao máy dao thực theo hướng khác Khác với tiện khoan, lưỡi cắt dao phay không tham gia cắt liên tục, phoi ngắn hơn, lưỡi cắt bị nung nóng gián đoạn nên khả chịu tải tốt Tiết diện ngang phoi không đồng nên lực cắt dao động lưỡi cắt chịu tải trọng va đập gây rung động trình phay, máy phay phải chế tạo cho có độ cứng vững cao Hiện có loại máy phay đứng, máy phay ngang, máy phay giường máy phay chuyên dùng Trong năm gần máy phay CNC đưa vào sử dụng rộng rãi sản xuất Ngoài người ta chế tạo trung tâm gia công để thực công việc khác phay, khoan, khoét, doa lần gá - Đặc điểm máy phay CNC so với máy phay vạn năng: + Ưu điểm: • Nâng cao suất • Độ xác cao • Hạ giá thành sản xuất 3.3.2 Thí nghiệm ảnh hưởng lượng chạy dao tới độ nhám (khi V =500(m/phút) với chiều sâu cắt t = 0,2mm t =0,5mm) Chi tiết V Sr t = 0,2mm (m/phút) (mm/răng) Ra(µm) Rz(µm) 500 0.01 0.0600 0.4900 500 0.02 0.0800 0.5400 500 0.04 0.0900 0.6500 500 0.06 0.0800 0.5000 500 0.08 0.0900 0.6500 500 0.1 0.1430 0.7960 500 0.12 0.1900 1.1670 500 0.14 0.1970 1.0467 500 0.16 0.1900 1.3100 10 500 0.2 0.2770 1.4667 Chi tiết V Sr t = 0,5mm (m/phút) (mm/răng) Ra(µm) Rz(µm) 500 0.01 0.0670 0.6000 500 0.02 0.0767 0.6100 500 0.04 0.0800 0.6400 500 0.06 0.1400 0.8100 500 0.08 0.1400 0.7600 500 0.1 0.1500 0.8200 500 0.12 0.2100 1.0100 500 0.14 0.2033 0.9500 500 0.16 0.2267 0.9700 10 500 0.2 0.3200 1.2200 61 CHƯƠNG XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 4.1 Ảnh hưởng vận tốc cắt tới độ nhám bề mặt Chi tiết V Sr t = 0,2mm (m/phút) (mm/răng) Ra(µm) Rz(µm) 50 0.05 0.2000 1.1600 100 0.05 0.2200 1.2800 150 0.05 0.2100 1.2800 200 0.05 0.2200 1.2600 250 0.05 0.2400 1.3300 300 0.05 0.2600 1.3900 350 0.05 0.2200 1.2400 400 0.05 0.2300 1.2900 450 0.05 0.2800 1.4300 10 500 0.05 0.3100 1.6200 0.32 Độ nhám bề mặt Ra(µm) 0.30 0.28 0.26 0.24 0.22 • Ra 0.20 0.18 100 200 300 400 500 600 Vận tốc cắt V (m/phút) Hình 4.1 Ảnh hưởng vận tốc cắt (V) tới độ nhám bề mặt Ra cắt với chiều sâu cắt t = 0.2mm 62 Độ nhám bề mặt Rz(µm) 1.6 1.5 1.4 1.3 • Rz 1.2 1.1 100 200 300 400 500 600 Vận tốc cắt V (m/phút) Hình 4.2 Ảnh hưởng vận tốc cắt (V) tới độ nhám bề mặt Rz cắt với chiều sâu cắt t = 0.2mm Chi tiết V Sr t = 0,5mm (m/phút) (mm/răng) Ra(µm) Rz(µm) 50 0.05 0.2130 1.1430 100 0.05 0.2200 1.3000 150 0.05 0.2300 1.3100 200 0.05 0.2300 1.300 250 0.05 0.2200 1.2500 300 0.05 0.2300 1.3500 350 0.05 0.2200 1.3400 400 0.05 0.2600 1.3900 450 0.05 0.2400 1.3600 10 500 0.05 0.2800 1.5567 63 0.30 Độ nhám bề mặt Ra(µm) 0.28 0.26 0.24 • Ra 0.22 0.20 100 200 300 400 500 600 Vận tốc cắt V (m/phút) Hình 4.3 Ảnh hưởng vận tốc cắt (V) tới độ nhám bề mặt Ra chiều sâu cắt t = 0,5mm Độ nhám bề mặt Rz(µm) 1.6 1.5 1.4 1.3 • Rz 1.2 1.1 100 200 300 400 500 600 Vận tốc cắt V (m/phút) Hình 4.4 Ảnh hưởng vận tốc cắt (V) tới độ nhám bề mặt Rz t = 0,5mm 64 - Ảnh hưởng vận tốc cắt đến nhám bền mặt đồ thị hình 4.1 đến hình 4.4 ta thấy cấp nhẵn bóng trì khoảng cấp ÷10 cho thấy vận tốc cắt có ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt gia công Khi vận tốc tăng khì độ nhám có suy hướng tăng - Trong thí nghiệm tăng tốc độ cắt phạm vi từ 100 ÷ 500 m/phút ta thấy ảnh hưởng lẹo dao Trong trình cắt vật liệu dẻo với vận tốc cắt cao,góc độ mài dao hợp lý ta thu phoi dây.Phoi có dạng dây dài – xoắn Phoi dây có khả biến dạng dẻo.Do có phoi dây mà lực cắt thay đổi ít,tiêu hao lượng giảm,chất lượng bề mặt gia công tốt.Càng tăng tốc độ cắt việc hình thành phoi dây dễ.Do chất lượng bề mặt gia công cải thiện Những nhận xét giải thích mà trình thí nghiệm dù thay đổi vận tốc dải 100 ÷ 500 m/phút mà độ nhám thay đổi không đáng kể nằm khoảng cấp ÷10 - Khi V > 300(m/phút) biến dạng dẻo làm tăng độ nhám làm giảm độ nhẵn bóng bề mặt chi tiết gia công Trong trình gia công phay thực nghiệm tác dụng lực cắt,bề mặt kim loại sinh biến dạng dẻo Các hạt tinh thể bị kéo lệch mạng gây nên ứng suất tinh thể Tác dụng làm giảm mật độ kim loại, nâng cao giới hạn bền, nâng cao độ cứng độ giòn, làm giảm tính dẻo tính dai tượng gọi biến cứng chiều sâu biến cứng tăng lực cắt tăng, thời gian tác động kéo dài mức độ biến dạng dẻo lớn Song song với tượng biến cứng có tượng biến mềm tác dụng nhiệt vùng cắt Bởi chúng nguyên nhân dẫn đến độ nhám tăng vận tốc tăng thay đổi không nhiều biến đổi không nhiều Trạng thái cuối kim loại bề mặt phụ thuộc vào mức độ tác động lực nhiệt Mức độ chiều sâu biến cứng thay đổi phụ thuộc vào phương pháp gia công, chế độ cắt, hình dạng hình học dao cắt Thay đổi chế độ cắt làm cho lực cắt thay đổi, mức độ biến dạng dẻo tăng làm tăng mức độ biến dạng cứng Trong thực tế, ảnh hưởng nhiệt độ cắt đến độ biến cứng phức tạp có lực ma sát, điều kiện thoát nhiệt từ vùng cắt, cấu trúc kim loại thay đổi Bởi 65 t thay đổi t = 0,2mm t = 0,5 mm làm thay đổi điều kiện gia công làm ảnh hưởng đến độ nhám qua đồ thị V > 400(m/phút) thấy rõ khác biệt t = 0,5 mm với chế độ cắt giống độ nhám Rz lớn so với chế độ cắt t = 0,2mm Điều giả thích với tăng lên lực cắt chiều sâu cắt thay đổi làm mức độ dẻo trường hợp tăng lên kết hợp với nhiệt vùng cắt tăng cao nguyên nhân lực cắt tăng lên gây rung động trình cắt làm độ nhám tăng so với cắt t = 0,2mm Với vận tốc cắt lớn tăng lên nhiệt sinh giảm dần biến dạng dẻo ổn định bốn đồ thị thể ảnh hưởng vận tốc cắt (V) độ nhám Ra giảm dần Từ kết thí nghiệm thảo luận nhận thấy vận tốc cắt có ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Ra Rz không nhiều, muốn giảm Rz ta không nên tác động vào thông số vận tốc cắt V Việc lựa chọn thông số vận tốc cắt V tùy thuộc vào suất gia công, tuổi bền dụng cụ (khả bền nhiệt), khả làm mát trình gia công thông số làm việc tiêu chuẩn máy phay CNC mà không cần xét đến giá trị độ nhám cần đạt 4.2 Ảnh hưởng lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt Chi tiết 10 V (m/phút) Sr (mm/răng) 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 0.01 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.2 66 t = 0,2mm Ra(µm) Rz(µm) 0.0600 0.0800 0.0900 0.0800 0.0900 0.1430 0.1900 0.1970 0.1900 0.2770 0.4900 0.5400 0.6500 0.5000 0.6500 0.7960 1.1670 1.0467 1.3100 1.4667 0.30 Độ nhám bề mặt Ra(µm) 0.25 0.20 0.15 0.10 • Ra 0.05 0.00 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Lượng chạy dao Sr (mm/răng) Hình 4.5 Ảnh hưởng lượng chạy dao (Sr) tới độ nhám (Ra) t = 0,2mm Có thể thấy chế độ cắt này, ảnh hưởng tốc độ tiến dao đến độ nhám bề mặt (Ra Rz) rõ ràng hoàn toàn phù hợp với lý thuyết tạo hình Khi giảm S từ 0,2 mm/răng xuống 0,01mm/răng độ nhám bề mặt giảm theo Độ nhám bề mặt thấp thu Ra = 0,06µm Rz = 0,49µm tương đương với cấp nhẵn bóng bề mặt cấp 11 67 1.6 Độ nhám bề mặt Rz(µm) 1.4 1.2 1.0 0.8 • Rz 0.6 0.4 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Lượng chạy dao Sr (mm/răng) Hình 4.6 Ảnh hưởng lượng chạy dao (Sr) tới độ nhám (Rz) t = 0,2mm Chi tiết V Sr (m/phút) (mm/răng) Ra(µm) Rz(µm) 500 0.01 0.0670 0.6000 500 0.02 0.0767 0.6100 500 0.04 0.0800 0.6400 500 0.06 0.1400 0.8100 500 0.08 0.1400 0.7600 500 0.1 0.1500 0.8200 500 0.12 0.2100 1.0100 500 0.14 0.2033 0.9500 500 0.16 0.2267 0.9700 10 500 0.2 0.3200 1.2200 68 t = 0,5mm 0.35 Độ nhám bề mặt Ra(µm) 0.30 0.25 0.20 0.15 • Ra 0.10 0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Lượng chạy dao Sr (mm/răng) Hình 4.7 Ảnh hưởng lượng chạy dao (Sr) tới độ nhám (Ra ) t = 0,5mm 1.3 Độ nhám bề mặt Rz(µm) 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 • Rz 0.6 0.5 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Lượng chạy dao Sr (mm/răng) Hình 4.8 Ảnh hưởng lượng chạy dao (Sr) tới độ nhám (Rz) t = 0,5mm 69 Ảnh hưởng lượng chạy dao đến nhám bề mặt đồ thị hình 4.5 đến hình 4.8 với chế độ cắt V = 500 (m/phút) không thay đổi ta thấy lượng chạy dao có ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt gia công, lượng chạy dao nhỏ dẫn đến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt thấp ngược lại Điều hoàn toàn phù hợp với lý thuyết cắt gọt kim loại giải thích dựa vào ảnh hưởng yếu tố hình học dụng cụ cắt chế độ cắt (lượng chạy dao S) đến nhám bề mặt hinh 4.9 Hình 4.9 Ảnh hưởng yếu tố hình học lượng chạy dao S đến độ bóng bề mặt Nhưng giảm S bé (nhỏ 0,01mm/răng) độ nhám bề mặt lại có xu hướng tăng lên Điều lý giải thêm cấu tạo hình học lưỡi cắt Với mảnh cắt chíp (chíp cắt) sử dụng thí nghiệm bán kính lưỡi cắt lớn nên ảnh hưởng đến khả xâm nhập dụng cụ cắt vào vật liệu chi tiết gia công, điều làm cho chiều sâu cắt tới hạn tăng lên, ảnh hưởng tới trình tạo phoi Một lý khác ảnh hưởng nhiều đến chiều sâu cắt tới hạn tính chất vật liệu gia công Với loạivật liệu đồng thau vật liệu có độ dẻo cao, cắt gọt tính dẻo dẫn tới ảnh hưởng biến dạng dẻo đến độ nhám bề mặt lớn Với vật liệu có độ dẻo cao giảm bước tiến xuống 0.01mm/răng bắt đầu xuất hiện tượng trượt dụng cụ cắt, mức độ tạo phoi giảm làm độ nhám tăng lên Khi trình cắt gọt gồm trình: cắt 70 tạo phoi trình trượt bề mặt phôi Do S nhỏ không trình cắt mà trình trượt, cày xước đẩy vật liệu chi tiết gia công sang hai bên đường dụng cụ cắt Như việc giảm S tăng độ bóng bề mặt chi tiết gia công Nhưng việc giám S dẫn tới giảm ăng suất trình sản xuất Vì ta nên xác định độ bóng phù hợp để từ lựa chọn giá trị S phù hợp tương ứng Không nên giảm S tới giá trị nhỏ, điều không tăng chất lượng bề mặt mà làm giảm giảm suất gia công Một kết mà thí nghiệm độ nhám bề mặt có tăng chút ta tăng chiều sâu cắt Khi tăng chiều sâu cắt , mặt hình học không làm ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt lực cắt tăng lên Với gia tăng lực cắt làm tăng rung động hệ thống công nghệ ảnh hưởng đến khả tạo phoi trình cắt, qua ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công 4.3 Kết luận chung Với kết đạt trình thí nghiệm, ta nhận thấy gia công vật liệu đồng thau máy phay CNC thu độ nhẵn bóng lên tới cấp 10, cấp 11 Do ta sử dụng nguyên công phay máy CNC làm nguyên công gia công lần cuối cho nguyên công mài tinh gia công chi tiết có vật liệu đồng thau Điều có ý nghĩa quan trọng việc gia công vật liệu có độ dẻo cao đồng thau thực mài loại vật liệu dẻo khó thực 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết đạt thảo luận nêu trên, số kết luận sau rút ra: - Qua tìm hiểu trình nghiên cứu đề tài, tác giả nhận thấy độ nhám bề mặt sản phẩm tiêu quan trọng cần đảm bảo gia công khí, có ảnh hưởng trực tiếp tới khả làm việc tuổi bền sản phẩm Có nhiều yếu tố định đến chất lượng bề mặt chi tiết máy sau gia công xong, nhiên ảnh hưởng thông số chế độ cắt rõ rệt - Tìm ảnh hưởng vận tốc cắt lên độ bóng bề mặt chi tiết trình gia công máy phay CNC vật liệu có độ dẻo cao (đồng thau) - Lượng chạy dao nhỏ độ bóng bề mặt tăng ngược lại Tuy nhiên chọn lượng chạy dao nhỏ làm giảm suất dẫn tới độ nhám tăng tượng trượt dao - Đã xác định lượng tiến dao S vận tốc cắt V để đạt độ bóng cao S = 0.01( mm/răng), V = 500(m/phút) với chiều sâu cắt t = 0,2mm Độ bóng đạt cấp 11, thay cho nguyên công mài số trường hợp vật liệu có độ dẻo cao Hướng nghiên cứu Máy CNC loại máy công cụ có giá thành đắt, việc nghiên cứu kỹ khả công nghệ máy để sử dụng máy cách tốt điều cần thiết Chất lượng bề mặt chi tiết máy không đơn độ bóng bề mặt mà nhiều yếu tố khác Do việc tiếp tuc nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ gia công vật liệu có độ dẻo cao máy phay CNC cần thiết Vì theo hướng phát triển thêm đề tài là: - Thay đổi thông số chế độ cắt theo nhiều mức - Thay đổi nhiều chế độ bôi trơn, làm nguội 72 - Tính đến tình trạng mòn dao - Thay đổi dụng cụ cắt - Tính đến rung động hệ thống công nghệ Có nghĩa cần tìm quan hệ độ nhám bề mặt với nhiều yếu tố 73 LỜI CẢM ƠN ! Trước tiên xin bày tỏ cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn TS Trương Hoành Sơn, giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội – gợi ý giúp đỡ lựa chọn đề tài bảo vệ luận văn tốt nghiệp, hướng dẫn tận tình, ủng hộ thường xuyên động viên thầy trình thực luận văn Bên cạnh thầy đưa đánh giá tổng kết sâu sắc gợi mở hướng phát triển đề tài nghiên cứu tương lai Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Viện Đào tạo sau đại học, Viện khí – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện tốt giúp hoàn thành luận văn tốt nghiệp Luận văn hoàn thành cộng tác hỗ trợ từ Ban CNC - thuộc Trung tâm Thực hành Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Cuối cùng, muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt tới người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp - quan tâm, động viên ủng hộ nhiệt tình họ suốt thời gian thực đề tài Hà nội, ngày 25 tháng năm 2011 Tác giả NGUYỄN THỊ THANH HẢO 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hoá trình gia công cắt gọt; NXB Giáo dục GS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS Trần Xuân Việt, Lê Văn Nhang, Nguyễn Trọng Doanh (2001) Tự động hóa trình sản xuất, NXB Khoa học Kỹ thuật GS.TS Trần Văn Địch (2004),Công nghệ CNC, NXB Khoa học Kỹ thuật GS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS Nguyễn Trọng Bình, PGS.TS Nguyễn Thế Đạt, PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp, PGS.TS Trần Xuân Việt (2003), Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội GS.TS Trần Văn Địch (2004), Đồ gá, NXB Khoa học Kỹ thuật PGS.TSKH Bành Tiến Long, PGS.TS Trần Thế Lục, PGS.TS Trần Sỹ Túy (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Tiến Thọ, Nguyễn Thị Xuân Bảy, Nguyễn Thị Cẩm Tú (2001), Kỹ thuật đo lường kiểm tra chế tạo khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Ninh Đức Tốn (2000) Dung sai lắp ghép, NXB Giáo dục Hoàng Việt Hồng“ Mô hình hóa trình cắt phay máy CNC “Luận án tiến sỹ kỹ thuật 10 Phan Công Trình (2006), Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy gia công máy phay CNC, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Bách Khoa, Hà Nội 11 Mitsubishi materials carbide; General catalogues 2009 – 2010 75 ... gia công vật liệu có độ dẻo cao máy phay CNC 12 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Độ xác gia công Nghiên cứu độ xác gia công Khái niệm độ xác gia công: Các chi tiết máy thiết kế phải có yêu... sản phẩm Nghiên cứu độ xác gia công chi tiết gia công máy phay CNC góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm Đặc biệt với vật liệu có độ dẻo cao loại vật liệu khó gia công Do đó, cần nghiên cứu đưa... gia công chi tiết Ngày nay, với đời máy CNC, độ xác gia công 24 khí tăng lên đáng kể, đặc biệt gia công dụng cụ cắt vật liệu có tính sử dụng tốt Đó do: - Máy CNC có độ xác cao Độ xác máy CNC cao