NGHIÊN cứu tối ƣu hóa một số THÔNG số CÔNG NGHỆ KHI TIỆN CỨNG SKD11 sử DỤNG DAO QUAY

HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM NGHIÊN CỨU TỐI ƢU HĨA MỘT SỐ THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ KHI TIỆN CỨNG SKD11 SỬ DỤNG DAO QUAY Dƣơng Quốc Dũng1, Lâm Thanh Danh2, Lê Thành Tân1 Học viện Kỹ thuật Quân Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh TĨM TẮT: Nghiên cứu trình bày chung tiện quay; tối ưu hóa thơng số công nghệ nhằm giảm nhám bề mặt tiện thép SKD11 sau nhiệt luyện dao tự quay Các thông số công nghệ khảo sát bao gồm chiều sâu cắt (t), lượng chạy dao (S) tốc độ cắt (V); hàm mục tiêu nhám bề mặt (Ra) Các thí nghiệm q trình tiện quay thực sở phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp II Kết nghiên cứu rằng, nhám bề mặt đạt giá trị tối ưu R a = 0,78 µm V = 135 m/phút, S=0,16 mm/vòng, t = 0,64 mm Từ khóa: tiện quay, tiện cứng, nhám bề mặt, tối ưu hóa ĐẶT VẤN ĐỀ Khác biệt phương pháp tiện sử dụng dao quay so với tiện thông thường phần cắt dao ln dịch chuyển (quay quanh trục nó) vào – khỏi vùng cắt, điều kiện cắt (nhiệt độ, ma sát, mài mòn,…) chất lượng bề mặt gia công cải thiện [1], [2] Khi tiện cứng, điều kiện cắt khắc nghiệt hơn, song chất lượng bề mặt gia công thường yêu cầu cao so với tiện thơng thường Chính vậy, nghiên cứu ứng dụng dao quay tiện cứng phù hợp TIỆN QUAY Trong trình tiện, di chuyển phoi làm cho phần lớn nhiệt sinh truyền vào phoi Nếu khơng có truyền nhiệt này, nhiệt độ vùng cắt cao tuổi thọ dao tiện giảm đáng kể Và vậy, phương pháp để giảm nhiệt độ, giảm mài mòn dao tiện khơng ngừng thay đổi vị trí phần mũi dao vùng gia công Về lý thuyết, lưỡi cắt dài vô hạn cần tạo để đáp ứng điều Tuy nhiên, thay thực tế sử dụng mảnh dụng cụ cắt hình nón cụt có khả xoay quanh trục nó, lưỡi cắt luân chuyển liên tục qua vùng gia công Điều tạo tiếp xúc tuần hoàn phần lưỡi cắt mặt trước dụng cụ cắt với phôi suốt q trình hình thành phoi Chuyển động mang tính chu kỳ cho phép có khoảng thời gian “nghỉ ngơi”, tạo tính “tự làm mát” dụng cụ cắt Các dụng cụ cắt gọi “dụng cụ quay” q trình gia cơng sử dụng dụng cụ gọi “quá trình cắt quay” Dạng hình học phần cắt dụng cụ dạng hình nón cụt, mặt trước dùng mặt đáy nón (loại I) bề mặt ngoại biên hình nón (loại II), Hình [3] Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy với dụng cụ cắt, chế độ cắt, tiện tinh dao tự quay nhám bề mặt giảm đặc biệt nhiệt độ vùng cắt giảm đáng kể [3], [4] Hình Bảng thể kết thực nghiệm kiểm chứng tác giả tiện thường tiện quay vật liệu SKD11 sau nhiệt luyện (45-50 HRC) Hình Các sơ đồ tiện quay Trang 217 HỘI NGHỊ KH&CN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM (a) (b) Hình Một kết đo nhiệt độ vùng cắt (a) nhám bề mặt gia công (b) tiện thường tiện quay Bảng Kết đo nhiệt độ vùng cắt nhám bề mặt gia công tiện thường tiện quay t (mm) Nhám bề mặt Ra (µm) Nhiệt độ vùng cắt (độ) STT V (m/ph) S (mm/vg) 100 0,2 0,2 Cố định 1,35 329 100 0,2 0,2 Cố định 1,28 344 100 0,2 0,2 Cố định 1,30 339 1,31 337,3 Dao Giá trị trung bình tiện thƣờng 100 0,2 0,2 Quay 1,01 140 100 0,2 0,2 Quay 1,12 129 100 0,2 0,2 Quay 1,05 134 1,06 134,3 Giá trị trung bình tiện quay Trang 218 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM TỐI ƢU HÓA NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN CỨNG SỬ DỤNG DAO QUAY Khi tiện cứng, chất lượng bề mặt thường yêu cầu cao tiện thường Một tiêu chất lượng cần đạt nhám bề mặt 3.1 Chuẩn bị thực nghiệm Các thông số công nghệ khảo sát bao gồm chiều sâu cắt t (0,2÷0,6 mm), lượng chạy dao S (0,2÷0,6 mm/vg) tốc độ cắt V (100÷200 m/ph) [5] mã hóa biến x1, x2, x3 Trên sở lý thuyết phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc với biến số, xây dựng ma trận thực nghiệm (Bảng 2), giá trị nhám bề mặt y xác định từ kết thực nghiệm Thực nghiệm tiến hành Phòng thí nghiệm Chế tạo máy, Trường ĐHCN TP HCM Phôi thép SKD11 tiện đạt đường kính 50, nhiệt luyện đạt độ cứng 45-50 HRC (đo máy ATK600), dao tiện có trục phần quay nghiêng 25o, mảnh cắt Hitachi mã hiệu RDMT1604M0NT có  = 16 mm, α = 15 o Tiến hành thí nghiệm máy tiện KDM PL160i, nhám bề mặt đo máy đo độ nhám SJ – 301 (Hình 2) 3.2 Kết xử lý số liệu Sau thí nghiệm, chi tiết đo nhám bề mặt lần vị trí khác (ghi vào cột y1, y2, y3 lấy giá trị trung bình ghi vào cột ytb -Bảng 2) (a) (b) (c) (d) Hình Trang thiết bị sơ đồ thí nghiệm a – Phôi dao tiện, b – máy đo nhám, c – máy tiện CNC, d – gá đặt dụng cụ cắt phôi máy Trang 219 HỘI NGHỊ KH&CN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Bảng Ma trận quy hoạch kết thực nghiệm Biến thực Biến mã Hàm mục tiêu, y (Ra) TN X1 X2 X3 X0 X1 X2 X3 X1 X2 X1 X3 X2 X3 X1 ’ X2 ’ 15 thí nghiệm vùng mở rộng α=+/-1,215 100 0,2 0,2 + + + + 0,27 0,27 200 0,2 0,2 + + + 0,27 0,27 100 0,6 0,2 + + + 0,27 0,27 200 0,6 0,2 + + + + 0,27 0,27 100 0,2 0,6 + + + 0,27 0,27 200 0,2 0,6 + + + + 0,27 0,27 100 0,6 0,6 + + + + 0,27 0,27 200 0,6 0,6 + + + + + + + 0,27 0,27 210,75 0,4 0,4 + 1,215 0 0 0,746 -0,73 10 89,25 0,4 0,4 + -1,215 0 0 0,746 -0,73 11 150 0,64 0,4 + 1,215 0 0 -0,73 0,746 12 150 0,16 0,4 + -1,215 0 0 -0,73 0,746 13 150 0,4 0,64 + 0 1,215 0 -0,73 -0,73 14 150 0,4 0,16 + 0 -1,215 0 -0,73 -0,73 15 150 0,4 0,4 + 0 0 0 -0,73 -0,73 150 150 150 150 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 + + + + 0 0 0 0 0 0 thí nghiệm tâm 0 0 0 0 0 0 -0,73 -0,73 -0,73 -0,73 -0,73 -0,73 -0,73 -0,73 X3 ’ y1 y2 y3 ytb 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 -0,73 -0,73 -0,73 -0,73 0,746 0,746 -0,73 1,05 1,12 1,07 1,04 0,88 1,06 0,83 0,91 0,82 0,92 1,01 0,89 0,87 0,85 0,91 1,16 1,2 1,35 0,97 1,05 1,01 1,29 1,34 1,35 1,35 1,27 1,34 1,07 0,94 1,14 1,27 1,13 1,05 0,95 1,01 0,78 1,01 1,16 1,05 0,86 0,93 0,78 0,93 1,06 0,9 Trung bình 1,08 0,99 0,85 0,94 0,88 1,24 1,01 1,33 1,32 1,05 1,15 0,91 1,07 0,86 0,96 1,043 -0,73 -0,73 -0,73 -0,73 0,87 0,85 0,96 0,88 0,84 0,9 0,9 0,97 0,88 0,84 0,9 0,85 Trung bình tâm 0,89 0,87 0,92 0,86 0,885 Hàm mục tiêu y nhám bề mặt có dạng [6]: y  b0   bi xi   bij xi x j   bii xi2 (1) i j Trong đó: b0, bi, bij, bii, hệ số hàm hồi quy; xi biến mã hóa Sau tính tốn, kiểm tra tính có nghĩa hệ số tương thích hàm hồi quy nhám bề mặt, ta thu được: y  1,027  0,092 x1  0,078x3  0,085x1 x3  0,063x2 x3  0,092 x12  0,057 x32 (2) Dùng Matlab dễ dàng xác định cực tiểu hàm (2) Bảng 3: Bảng Kết tìm cực tiểu hàm hồi quy (2) Thông số Ký hiệu Giá trị mã hóa Giá trị thực Độ nhám y 0,7518 0,7518 µm Tốc độ cắt x1 0,062 153 m/ph Chiều sâu cắt x2 1,215 0,64 mm Bước tiến dao x3 -1,215 0,16 mm/vg Tiến hành kiểm chứng kết thực nghiệm chế độ cắt tối ưu: t = 0,64 mm; S = 0,16 mm/vg; V = 153 m/ph, ta có kết Bảng 4: Trang 220 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Bảng Các giá trị nhám đo thực nghiệm kiểm chứng TN Ra1(μm) Ra2(μm) Ra3(μm) Ratb(μm) 0,82 0,76 0,79 0,79 0,78 0,87 0,81 0,82 0,76 0,74 0,69 0,73 0,83 0,71 0,80 0,78 Giá trị trung bình 0,78 Như vậy, giá trị độ nhám trung bình qua mẫu thử y = 0,78 μm lớn giá trị tối ưu ymin= 0,752 μm (sai lệch  3%) Điều khẳng định tính đắn kết nghiên cứu Trên Hình đồ thị nhám bề mặt phụ thuộc vào thông số tốc độ cắt, chiều sâu cắt lượng chạy dao (khi thơng số lại giá trị điểm cực tiểu nhám bề mặt) Hình Đồ thị nhám bề mặt phụ thuộc vào thông số công nghệ Trang 221 HỘI NGHỊ KH&CN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM KẾT LUẬN Nhiệt độ lưỡi cắt trình tiện quay giảm đáng kể so với tiện cố định Vì chất lượng bề mặt gia công cải thiện (nhám bề mặt giảm), tuổi thọ dao tiện tự quay cao nhiều so với dao tiện cố định đến biến dạng vùng cắt Chiều sâu cắt tăng làm cho q trình cắt khơng có tượng trượt, nhám giảm Lượng chạy dao tăng làm chiều dày cắt tăng, biến dạng tăng, nhám tăng Trong miền khảo sát, nhám bề mặt chịu ảnh hưởng nhiều lượng chạy dao, tiếp đến chiều sâu cắt cuối tốc độ cắt Sự ảnh hưởng tốc độ cắt đến nhám bề mặt khơng nhiều giải thích dao quay, nên nhiệt độ vùng cắt thay đổi không nhiều dẫn Hướng nghiên cứu ta mở rộng miền thực nghiệm, nghiên cứu ứng dụng tiện quay loại vật liệu khó gia cơng, tối ưu hóa thơng số dụng cụ để đạt chất lượng bề mặt gia công tốt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Motofumi Kuroda, Tetsuya Myoji, Hikotaro Itani, Katsutoshi Itakura Improvement of cutting efficiency by rotary tool Mitsubishi Heavy Industries, Ltd Technical review Vol.37 No.1, 2012, 24-28 [2] Nikhil NS, Lalu PP, Biju CV Investigation of machinability of self propeled rotary cutting tool International journal of research in aeronautical and mechanical engineering Vol.1, 2012, 84-93 [4] Utku Olgun, Erhan Budak Machining of difficult to cut alloys using rotary turning tools 14th CIRP Conference on Modeling of Machining Operations 2013, 81-87 [5] Nguyễn Đắc Lộc tác giả Sổ tay Công nghệ chế tạo máy, tập NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2007 [6] Nguyễn Minh Tuyển Quy hoạch thực nghiệm NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2011 [3] Spinning Tool A Revolution In Turning Operations dmgmoriseikiusa.com A STUDY ON OPTIMIZING SOME TECHNOLOGY PARAMETERS FOR HARD TURNING OF SKD11 USING ROTARY TOOL ABSTRACT: In this study, the general information of rotary turning will be shown; the optimization of technology parameters will help to reduce surface roughness when turning steel SKD11 after annealing by self-propelled rotary tool Some technology parameters of investigation are included depth of cut (t), feed rate (S), cutting speed (V) and surface roughness (Ra ) The experiments of rotary tool process are carried out base on the strategies for planning experiments using orthogonal arrays level II method The result of the study showed that the minimum value of surface roughness Ra = 0,78 µm at V = 135 m/min, S=0,16 mm/rev, t = 0,64 mm Keywords: rotary turning, hard turning, surface roughness, optimization Trang 222 ... HCM TỐI ƢU HÓA NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN CỨNG SỬ DỤNG DAO QUAY Khi tiện cứng, chất lượng bề mặt thường yêu cầu cao tiện thường Một tiêu chất lượng cần đạt nhám bề mặt 3.1 Chuẩn bị thực nghiệm Các thông. .. thích dao quay, nên nhiệt độ vùng cắt thay đổi không nhiều dẫn Hướng nghiên cứu ta mở rộng miền thực nghiệm, nghiên cứu ứng dụng tiện quay loại vật liệu khó gia cơng, tối ưu hóa thơng số dụng. .. trị tối ưu ymin= 0,752 μm (sai lệch  3%) Điều khẳng định tính đắn kết nghiên cứu Trên Hình đồ thị nhám bề mặt phụ thuộc vào thông số tốc độ cắt, chiều sâu cắt lượng chạy dao (khi thông số lại