Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Khoa Cơ Khí Chế Tạo BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BÌNH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH Họ tên: NGUYỄN THÁI HA “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU THÉP CAC-BON C45 TRÊN MÁY PHAY CNC” LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn: TS NGUYỄN THANH BÌNH Nghệ An, năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Nguyễn Thái Hà Luận văn Thạc sĩ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Khoa Cơ Khí Chế Tạo Tôi xin cam đoan là đề tài nghiêm cứu của riêng Các số liệu kết quả nêu luận văn là trung thực và chưa từng được công bố các công trình nào khác Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ luận văn! Vinh, ngày tháng năm 2017 NGƯỜI HƯỚNG DẪN TÁC GIẢ TS NGUYỄN THANH BÌNH NGUYỄN THÁI HA LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Thanh Bình, Nguyễn Thái Hà Luận văn Thạc sĩ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Khoa Cơ Khí Chế Tạo người đã hướng dẫn và giúp đỡ lựa chọn đề tài, nghiên cứu, thực nghiệm để hoàn chỉnh luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Ban Giám hiệu, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh, Thầy giáo Th.S Nguyễn Thanh Sơn đã tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để nghiên cứu và thí nghiệm để hoàn thành đề tài này Cuối cùng, muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt tới quan nơi công tác, đồng nghiệp, người thân gia đình đã tạo điều kiện về mặt thời gian, động viên tinh thần để học tập, nghiên cứu suốt quá trình khóa học và hoàn thành đề tài luận văn./ Vinh, ngày 20 tháng 12 năm2017 Tác giả luận văn Nguyễn Thái Hà MỤC LỤC Nguyễn Thái Hà Luận văn Thạc sĩ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Khoa Cơ Khí Chế Tạo DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Nguyễn Thái Hà Luận văn Thạc sĩ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Khoa Cơ Khí Chế Tạo Gia cơng chi tiết máy đòi hỏi phải có độ chính xác cao, chất lượng bề mặt phải đảm bảo độ nhẵn, phẳng mới đảm bảo được tuổi thọ và suất cho máy Đặc biệt Việt Nam là thành viên tổ chức thương mại thế giới WTO, Hiệp định TPP có hiệu lực và hàng rào thuế quan ASEAN được dỡ bỏ, hội nhập nền kinh tế thế giới cũng khu vực ASEAN cần đảm bảo tính cạnh tranh là yếu tố đặt cho vấn đề công nghệ Công nghệ số là tính tất yếu để cạnh tranh chất lượng và giá thành thì việc nghiên cứu để lựa chọn các đặc tính công nghệ gia công là cần thiết Thực tế hiện khơng khó cập nhật các thơng tin khoa học phần lớn mang tính lý thuyết và định hướng, để có thể được ứng dụng cụ thể vào sản xuất thì cần phải mất rất nhiều thí nghiệm, tốn về tiền bạc và chưa kể đến mất rất nhiều thời gian sẽ không đảm bảo tính cạnh tranh mắt sản phẩm Tuy nhiên có rất nhiều tài liệu, sổ tay kỹ thuật với các số liệu thực nghiệm các công tình nghiên cứu đã quá cũ, không đảm bảo được vật liệu, công nghệ và tốc độ khác xa với điều kiện hiện Trong vài thập niên trở lại ngành công nghiệp Việt Nam đã thực sự chuyển mình, máy điều khiển số (NC, CNC) từng ngày được trang bị, nâng cấp cho các dây chuyền sản xuất, đặc biệt gia công cắt gọt máy tiện, phay nhiều trục, máy phay tốc độ cao, trung tâm gia công v.v… để nâng cao chất lượng cũng giá thành sản phẩm Việc đầu tư công nghệ, đào tạo độ ngũ thợ sản xuất là chuỗi quy trình phát triển doanh nghiệp, sản xuất người thợ chỉ dựa vào các sổ tay kỹ thuật hoặc các thí nghiệm đã được công bố làm sở để điều chỉnh chế độ gia cơng, các thí nghiệm được mở rộng về nhiều thông số (V, t, S) cũng đa dạng thí nghiệm các loại vật liệu thì quá trình sản xuất sẽ đỡ mất thời gian và suất được tăng lên đáng kể Điều khiển các thông số để đảm bảo chất lượng bề mặt cho thép các bon thông thường đã được số thí nghiệm đưa chế độ cắt chung cho thép cácbon thông thường hoặc thép C45 dãi vận tộc cắt và lượng tiến dao thấp nên kết quả chất lượng bề mặt không cao Thép cac-bon C45 là thép các bon được sử dụng rộng rãi chế tạo máy, tuổi thọ hay khả làm việc của chi tiết chịu nhiều ảnh hưởng bởi các thông số hình học cũng chất lượng bề mặt làm việc Vì vậy để đảm bảo yêu cầu chất lượng bề mặt và giải quyết được vấn đề thì ta phải Nguyễn Thái Hà Luận văn Thạc sĩ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Khoa Cơ Khí Chế Tạo tìm được các điều kiện gia công chế độ cắt (V, t, S) để chất lượng bề mặt Ra, Rz được đảm bảo gia công thép C45 cao nhất Về công dụng của vật liệu thép các bon C45 chế tạo máy thường được dùng để chế tạo các chi tiết trục, bánh răng.v.v Từ thực tiễn tác giả đã chọn đề tài: Chất lượng của chi tiết chính là khả làm việc của nó, khả làm việc của chi tiết máy chịu ảnh hưởng quyết định bởi các thông số về chất lượng bề mặt làm việc Vì vậy muốn đạt được khả làm việc của chi tiết máy được hiệu quả nhất thì phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng bề mặt, để giải quyết vấn đề thì ta phải tìm được mối quan hệ các thông số chất lượng bề mặt Ra, Rz, với các điều kiện gia công chế độ cắt (V, t, S) Dựa vào mối quan hệ thì người làm cơng nghệ có thể điều khiển các thơng số cơng nghệ của máy và dao để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy quá trình gia công và cải thiện suất dần tiệm cận “Khai thác tối đa công suất của máy” để hạ giá thành sản phẩm Xuất phát từ đặc điểm và tầm quan trọng vật liệu thép C45 lĩnh vực chế tạo máy nên tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công vật liệu thép bon C45 máy phay CNC” Lịch sử nghiên cứu Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy quá trình gia công thực chất là xác lập mối quan hệ độ nhám bề mặt (đầu ra) với thông số cơng nghệ (đầu vào) sau các nhà cơng nghệ dựa vào mối quan hệ để điều khiển chế độ cắt phù hợp cho máy quá trình gia công đạt được yêu cầu chất lượng bề mặt Việt Nam có xu hướng sử dụng máy CNC ngày càng nhiều, yêu cầu cấp thiết của thực tế sản xuất, nên đề tài nghiên cứu ứng dụng nhằm khai thác hiệu quả máy CNC là khá lớn các đề tài nghiên cứu khoa học: Đỗ Tùng Linh , Xác lập mối quan hệ độ nhám bề mặt với các thông số công nghệ gia công vật liệu có tính dẻo cao máy tiện CNC, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK-HN (2010); Nguyễn Chí Công, Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt Nguyễn Thái Hà Luận văn Thạc sĩ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Khoa Cơ Khí Chế Tạo chi tiết máy gia cơng vật liệu Nhôm và hợp kim Nhôm máy phay CNC, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK-HN (2012); Nguyễn Anh Tuấn : Điều khiển các công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt gia công các vật liệu thép các bon thông thường máy phay CNC, Luận văn Thạc sỹ ĐHBKHN (2010); Ngô Xuân Hồi : Điều khiển các công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt gia công các vật liệu thép các bon thông thường máy Tiện CNC, Luận văn Thạc sĩ ĐHBKHN (2012); Nguyễn Thanh Bình: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến số thông số đặc trưng gia công cao tốc mặt khuôn, Luận án Tiến sĩ ĐHBKHN (2016) Trong nhóm đề tài có nhiều đề tài trực tiếp nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, điều chứng tỏ việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy là rất quan trọng Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3.1 Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu là: Đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết gia công thép cacbon C45 máy phay CNC Vcenter- 85 (Hãng sx Victor Taichung Đài Loan), từ xác lập mối quan hệ các thông số độ nhám bề mặt với chế độ cắt để người làm công nghệ điều khiển máy gia công với chế độ cắt phù hợp theo độ nhám yêu cầu - Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập 3.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: - Chất lượng bề mặt gia công thép cacbon C45 máy phay CNC - Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công gia công vật liệu thép cacbon C45 máy phay CNC - Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy gồm nhiều yếu tố thông số chế độ cắt, thông số hình học của dao Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tìm mối quan hệ của chất lượng bề mặt chi tiết máy Ra với các thông số chế độ cắt V, t, S phay vật liệu thép cacbon C45 máy CNC - Máy thực nghiệm: là máy phay CNC Vcenter- 85 (Hãng sx Victor Taichung Đài Loan) Nguyễn Thái Hà Luận văn Thạc sĩ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Khoa Cơ Khí Chế Tạo - Vật liệu gia công là thép cacbon C45 - Vật liệu làm dao là mảnh hợp kim của Misubitshi - Nhật Bản - Đối tượng gia công là phay phẳng mặt đầu - Thiết bị đo độ nhấp nhô tế vi bề mặt của hãng Mitutoyo - Nhật Bản Tóm tắt nội dung thực đóng góp mới tác giả Nội dung nghiên cứu gồm: - Nghiên cứu khái quát về chất lượng bề mặt gia công và các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số đặc trưng cho chất lượng bề mặt gia công; - Nghiên cứu khái quát về công nghệ CNC; - Nghiên cứu khái quát về vật liệu thép cacbon C45; - Đánh giá chất lượng bề mặt phay máy phay CNC; - Thực nghiệm với điều kiện thực tế, đo và kiểm tra kết quả thực nghiệm, xử lý số liệu, xây dựng mô hình thực nghiệm về quan hệ độ nhám bề mặt gia công với chế độ cắt phay vật liệu thép cacbon C45 máy phay CNC ; Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của luận văn sau hoàn thành sẽ có đóng góp đáng kể cho các nhà công nghệ Ý nghĩa khoa học: Bằng sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận văn đưa được hàm toán học mô tả mối quan hệ độ nhám bề mặt và thông số chế độ cắt để làm sở cho các nhà cơng nghệ chọn chế độ cắt sau điều khiển theo yêu cầu của mình và cũng làm sở cho các quá trình nghiên cứu khác và hỗ trợ thiết kế các phần mềm trợ giúp cho điều khiển chế độ cắt Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của tác giả sẽ đóng góp thêm vào ngân hàng tra cứu cho các nhà công nghệ quá trình khai thác và sử dụng máy phay CNC với hiệu quả cao nhất để gia công chi tiết đảm bảo yêu cầu của chất lượng bề mặt Làm sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt Giúp cho việc lựa chọn chế độ công nghệ soạn chương trình NC cho máy và khai thác triệt để máy góp phần vào việc nâng cao suất và hạ giá thành sản phẩm Đây là yếu tố quan trọng và có ý nghĩa đối với sự phát triển của khoa và nhà trường dạy học và sản xuất Đạt được khả cho suất cao nhất vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt theo yêu cầu sản xuất Nguyễn Thái Hà Luận văn Thạc sĩ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Khoa Cơ Khí Chế Tạo Phương pháp nghiên cứu Đề tài được thực hiện phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: - Nghiên cứu sở lý thuyết - Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm - Phân tích và đánh giá kết quả Chương 1: CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIÉT MÁY Nguyễn Thái Hà Luận văn Thạc sĩ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh Khoa Cơ Khí Chế Tạo Chất lượng sản phẩm là chỉ tiêu quan trọng phải đặc biệt quan tâm chuẩn bị cơng nghệ chế tạo sản phẩm, có ảnh hưởng rất lớn đến khả làm việc của chi tiết máy Chất lượng sản phẩm nghành chế tạo máy bao gồm chất lượng chế tạo chi tiết và chất lượng của các chi tiết lắp ghép với thành sản phẩm hoàn chỉnh Đối với các chi tiết máy thì chất lượng chế tạo chúng được đánh giá các thông số sau đây: - Độ chính xác về kích thước các bề mặt - Độ chính xác về hình dáng các bề mặt - Độ chính xác về vị trí tương quan các bề mặt - Chất lượng bề mặt CÁC YẾU TỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT Khả làm việc của chi tiết máy phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của lớp bề mặt Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt chi tiết máy bao gồm: -Hình dáng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám ) -Trạng thái và tính chất lý lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu lớp biến cứng, ứng suất dư ) -Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc (tính chống mòn, khả chống xâm thực hoá học, độ bền mỏi ) -Chất lượng bề mặt chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ thể Chất lượng bề mặt là mục tiêu chủ yếu cần đạt được ở bước gia công tinh của các chi tiết máy Lớp bề mặt chi tiết máy khác với lớp lõi về cấu trúc của kim loại, về tính chất cắt gọt và trạng thái biến cứng Nguyên nhân chính của sự khác là sự biến dạng dẻo lớp bề mặt Mức độ và chiều sâu của lớp biên cứng phụ thuộc vào lực cắt và nhiệt cắt 1.1 Chất lượng hình học bề mặt gia công Bề mặt sau gia công khơng phẳng cách lý tưởng mà có nhấp mô Những nhấp mô này là qúa trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết gia công cắt gọt và vết lưỡi cắt để lại bề mặt gia công, là ảnh hưởng của chấn động cắt và nhiều nguyên nhân khác Không phải tất cả các nhấp nhô bề mặt đều là nhám bề mặt, mà là tập Nguyễn Thái Hà 10 Luận văn Thạc sĩ ... (1.1) Gần đúng (1.1) (1.2) - Chiều cao nhấp nhô prôfin theo 10 điểm, RZ : là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao đỉnh cao nhất và chiều sâu đáy thấp... nâng cao suất và hạ giá thành sản phẩm Đây là yếu tố quan trọng và có ý nghĩa đối với sự phát triển của khoa và nhà trường dạy học và sản xuất Đạt được khả cho suất cao. .. đặc biệt gia công cắt gọt máy tiện, phay nhiều trục, máy phay tốc độ cao, trung tâm gia công v.v… để nâng cao chất lượng cũng giá thành sản phẩm Việc đầu tư công nghệ, đào