Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi gia công thép SUS304 trên máy tiện CNC

Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công có vai trò rất quan trọng trong việc xây dựng bộ thông số công nghệ tối ưu khi gia công chi tiết trên mỗi loại vật liệu gia công, máy gia công khác nhau để đạt độ nhám bề mặt tốt nhất.

LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI GIA CÔNG THÉP SUS304 TRÊN MÁY TIỆN CNC STUDY OF EFFECT OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON THE SURFACE ROUGHNESS BY USING CNC LATHE WHEN PRODUCED SUS304 STEEL Nguyễn Dương Nam1, Nguyễn Thị Hồng Nhung2, Vũ Văn Tản2, Mạc Văn Giang2 Email: vutannnn@gmail.com Trường Đại học Hàng hải Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 24/4/2018 Ngày nhận sửa sau phản biện: 26/6/2018 Ngày chấp nhận đăng: 28/6/2018 Tóm tắt Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng có vai trị quan trọng việc xây dựng thông số công nghệ tối ưu gia công chi tiết loại vật liệu gia công, máy gia công khác để đạt độ nhám bề mặt tốt Trong báo này, tác giả thực số thí nghiệm nghiên ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết trụ vật liệu SUS304 gia công máy CNC KNC - 50G Kết đưa mối quan hệ thông số công nghệ với độ nhám bề mặt chi tiết Từ khóa: Nhám bề mặt; gia công tiện CNC; thép không gỉ; thông số công nghệ Abstract In this article, some experiments were carried out The research aimed at the effect of technological parameters on the surface roughness when produced SUS304 steel by using CNC - 50G lathe The results mainly indicate the relationship between the technological parameters and the surface roughness Keywords: Surface roughness; CNC lathe; stainless steel; technological parameters GIỚI THIỆU Thép không gỉ (thép inox) sử dụng phổ biến rộng rãi có số tính mà có kim loại thân tự đáp ứng mà khơng cần q trình nhiệt luyện như: khả chống ăn mịn tốt mơi trường khơng khí, đặc biệt mơi trường axit mơi trường kiềm lỗng Chính điều làm cho thép không gỉ trở thành vật liệu lý tưởng để sản xuất hàng loạt sản phẩm quan trọng đời sống hàng ngày từ thiết bị cơng nghiệp đóng tàu, cơng nghiệp thực phẩm, sinh học, cấp nước đến sản phẩm đồ gia dụng, trang trí Trong đó, vật liệu inox SUS304 loại thép khơng gỉ pha (austenits), có tính độ dẻo cao, độ giãn dài chiếm 50%, giới hạn chảy 250÷300 MPa, dễ gia cơng áp lực [1] Có tính hàn khơng cao, dễ xuất ăn mịn tinh giới hạt mối hàn, đắt tiền có chứa nhiều niken, khó gia công cắt gọt độ dẻo quánh cao, phoi khó gãy, sản Người phản biện: GS.TS Trần Văn Địch TS Ngô Hữu Mạnh xuất thiết bị chống ăn mịn cao, thiết bị khơng bị nhiễm từ Từ đặc điểm tính công nghệ trên, gia công cắt gọt SUS304 gặp nhiều khó khăn, đặc biệt thực nguyên công tiện, phoi kim loại gia công dính lên bề mặt dao tiện làm tăng ma sát dẫn đến tượng làm gãy mũi tiện, làm tăng độ nhám bề mặt sau gia cơng phoi vật liệu khơng đứt Hiện nay, việc thực nguyên công tiện thép khơng gỉ gặp nhiều khó khăn, sản phẩm đưa vào thực tế sản xuất lại yêu cầu chất lượng chế tạo chi tiết phải có độ xác, độ nhám giảm để đảm bảo mối lắp ghép khí Chính vậy, nhóm tác giả nghiên cứu gia công vật liệu SUS304 máy tiện CNC Từ kết nghiên cứu, nhóm tác giả thiết lập mối quan hệ độ nhám bề mặt đạt sau gia công với vận tốc cắt bước tiến dao PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Q trình tiện thực máy tiện CNC (hình 1) Nhật Bản chế tạo Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 2(61).2018 49 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT 3.1 Thông số thí nghiệm gia cơng Hình Máy tiện KNC - 50 G Trình tự bước tiến hành thực sau: Bước 1: Chọn vật liệu gia công thép không gỉ pha austenits SUS304 Bước 2: Chọn kích thước hình dáng phơi Phơi trụ trịn Ф18, dài 50 mm Bảng Thơng số thí nghiệm gia cơng vận tốc thay đổi Thí Bước tiến nghiệm (mm/vg) Bước 3: Chọn dao cắt gọt, dao tiện ngoài, ký hiệu: P18, có gắn mảnh hợp kim cứng TK15 TN1 Bước 4: Lập nguyên công cắt, chế độ gia công cắt, tốc độ cắt, gá lắp dao vào máy Bước 5: Phương pháp tiện thực hành tiện trụ ngoài, chi tiết kẹp chặt mâm cặp chấu Bước 6: Lựa chọn dung dịch tưới nguội gia công để giảm ma sát tăng độ bền dụng cụ cắt Bước 7: Kiểm tra chế độ cắt máy CNC Bước 8: Thực nguyên công cắt Bước 9: Lấy mẫu sản phẩm gia công tinh phương pháp thủ công Bước 10: Kiểm tra độ nhám bề mặt gia công thực máy đo độ nhám Mitutoyo SJ-400 phịng thí nghiệm dung sai Trường Đại học Sao Đỏ Hình Mẫu sau gia công Do chi tiết gia công chi tiết đơn giản nên việc lập trình gia cơng chi tiết thực tay Sau làm thí nghiệm với thay đổi thông số chế độ cắt (vận tốc cắt, lượng chạy dao) khác Chi tiết sau gia cơng (hình 2) đánh dấu, bảo quản đưa kiểm tra 50 Do nghiên cứu độ bóng bề mặt đạt sau gia công, đảm bảo độ bóng chi tiết cao, chủ yếu nghiên cứu chế độ gia công tinh nên vận tốc cắt phải cao, bước tiến dao chiều sâu cắt phải nhỏ [2, 3] Thơng số thí nghiệm thể bảng Chiều Vận tốc sâu cắt cắt (mm) (m/ph) 0,1 0,5 150 TN2 0,1 0,5 200 TN3 0,1 0,5 230 TN4 0,1 0,5 250 3.2 Kết thí nghiệm phân tích Kết đo độ nhám bề mặt mẫu thí nghiệm thể bảng hiển thị đồ thị mối quan hệ độ nhám vận tốc cắt hình hình Nhìn vào hình 3, thấy thay đổi vận tốc cắt từ 150 m/ph lên 250 m/ph Ra Rz tăng, nhiên mức thay đổi không đáng kể Trong trình cắt, biến dạng dẻo xảy liên tục Đặc biệt với trình cắt vật liệu thép SUS304, đặc tính mềm dẻo khó gia công nên ảnh hưởng biến dạng dẻo đến chất lượng bề mặt gia công lớn Khi tốc độ cắt tăng lên lượng nhiệt truyền cho chi tiết tăng lên Chính dễ làm cho kích thước hạt vật liệu lớn lên, từ ảnh hưởng xấu đến tính bề mặt chi tiết, giảm độ bền học giảm tính chống oxy hóa chi tiết gia cơng biến dạng dẻo chi tiết nhiệt độ cao Bảng Sự thay đổi độ nhám bề mặt thay đổi vận tốc cắt Thí nghiệm TN1 TN2 TN3 TN4 V (m/ph) 150 200 230 250 Ra (mm) 0,78 0,9 1,6 0,86 Rz (mm) 4,7 4,9 6,8 5,2 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 2(61).2018 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Trong thí nghiệm này, thay đổi tốc độ cắt phạm vi từ 150÷250 m/ph ảnh hưởng dao khơng có Trong q trình cắt vật liệu dẻo SUS304 kèm với việc cắt với vận tốc cao, góc độ mài dao hợp lý, thu phoi dây Phoi có dạng dây dài - xoắn (mặt phoi tiếp xúc với mặt trước dao nhẵn bóng, mặt lại gợn nứt) Do sinh phoi dây mà trình cắt liên tục, dẫn đến lực cắt thay đổi ít, tiêu hao lượng giảm, làm giảm rung động trình cắt nên chất lượng bề mặt gia công tốt Càng tăng tốc độ cắt, việc hình thành phoi dây dễ Do đó, chất lượng bề mặt gia cơng cải thiện tạo thành vào chi tiết cào xước bề mặt gia cơng Từ kết thí nghiệm thảo luận nhận thấy cắt với vận tốc qua vùng lẹo dao không ảnh hưởng nhiều đến Rz, 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 làm mát trình gia công thông số làm việc tiêu chuẩn máy tiện CNC mà không cần xét đến giá trị Rz cần đạt ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG CHẠY DAO ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT 4.1 Thơng số thí nghiệm gia cơng Hình Ảnh hưởng vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt (Ra) Hình Ảnh hưởng vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt (Rz) Những nhận xét giải thích q trình thí nghiệm dù thay đổi vận tốc dải từ 150÷250 m/ph mà độ bóng thay đổi không đáng kể nằm khoảng cấp độ bóng xấp xỉ Nhưng vùng V÷230 (m/ph) ta nhận thấy có đột biến độ bóng bề mặt chi tiết gia cơng Hiện tượng giải thích với vận tốc cắt lớn kèm theo vật liệu gia công vật liệu có tính dẻo cao nên phoi tạo thành phoi dây, mặt khác q trình thí nghiệm máy CNC khơng có cấu bẻ phoi nên phoi dây Như nghiên cứu phần trên, với tốc độ cắt V=230 m/ph độ nhám bề mặt lớn nhất, thí nghiệm ảnh hưởng lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt gia công cắt ta lấy vận tốc cắt V=230 m/ph chiều sâu cắt t = 0,5 mm để tiến hành nghiên cứu Bước tiến dao thay đổi phạm vi 0,07÷0,35 mm (cắt tinh) [4, 5, 6] Bảng Thơng số thí nghiệm gia cơng lượng chạy thay đổi Thí nghiệm Bước tiến dao (mm/vg) Chiều sâu cắt (mm) Vận tốc cắt (m/ph) TN 0,07 0,5 230 TN 0,1 0,5 230 TN 0,15 0,5 230 TN 0,2 0,5 230 TN 0,25 0,5 230 TN 10 0,5 0,5 230 TN 11 0,35 0,5 230 4.2 Kết thí nghiệm phân tích Bảng Độ nhám bề mặt thay đổi vận tốc cắt TN TN TN TN TN TN TN TN 10 11 S (mm/vg) 0,07 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 Ra (mm) 0,47 1,55 0,88 1,79 2,61 3,44 4,66 Rz (mm) 3,1 6,5 4,3 7,8 10,2 13,7 20,6 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 2(61).2018 51 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Ảnh hưởng lượng tiến dao đến độ nhám bề cắt, dẫn tới độ bóng chi tiết sau gia cơng khơng mặt gia công cắt với vận tốc cắt chiều sâu tuân theo quy luật cắt khác thể bảng 4, hình hình Có thể nhận thấy cách rõ ràng tăng lượng chạy dao S độ bóng bề mặt giảm (Rz, Ra tăng) Đặc biệt kết thí nghiệm với bước tiến dao S = 0,07 mm/vg đạt độ nhám bề mặt bé với Rz = 3,1 mm, Ra = 0,47 mm tương đương với độ nhẵn bóng cấp Điều hồn tồn phù hợp với lý thuyết cắt gọt kim loại có KẾT LUẬN - Xác định ảnh hưởng vận tốc cắt lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt Ra, Rz chi tiết gia công - Kết nghiên cứu cho thấy, tốc độ cắt V ảnh hưởng khơng nhiều đến độ nhám bề mặt, cịn lượng chạy dao S giảm độ nhám bề mặt tăng thể giải thích dựa vào ảnh hưởng yếu tố hình học dụng cụ cắt chế độ cắt (lượng chạy dao S) đến độ nhám bề mặt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn quốc gia (TCVN 10356:2014) Thép không gỉ - Thành phần hóa học 2014 [2] Sisheng Yang, Jianxin Zhou, Xiang Ling (2012) Effect of geometric factors and processing parameters on plastic damage of SUS304 stainless steel by small punch test [J] Materials & Design, volume 41, October 2012, pp 447- 452 [3] N Satheesh Kumar, Ajay Shetty, Ashay Shetty Hình Ảnh hưởng lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt (Ra) (2012) Effect of spindle speed and feed rate on surface roughness of Carbon Steels in CNC turning International Conference on Modeling, Optimization and Computing (ICMOC 2012), Procedia Engineering 38 (2012), pp 691-697 [4] İlhan Asiltürk, Süleyman Neşeli, Mehmet Alper İnce (2016) Optimisation of parameters affecting surface roughness of Co28Cr6Mo medical material during CNC lathe machining by using the Taguchi and RSM methods [J] Measurement, Hình Ảnh hưởng lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt (Rz) Mặt khác, với vật liệu có độ dẻo cao giảm bước chạy dao xuống 0,1 mm/vg bắt đầu xuất trượt dụng cụ cắt, mức độ tạo phoi giảm làm độ nhám tăng lên Khi đó, q trình cắt gọt gồm trình: cắt tạo phoi trình trượt bề mặt phơi Do đó, S q nhỏ khơng cịn q trình cắt mà cịn q trình trượt, cày xước đẩy vật liệu chi tiết gia công sang hai bên đường dụng cụ 52 volume 78, January 2016, pp 120-128 [5] İlhan Asiltürk, Süleyman Neşeli (2012) Multi response optimisation of CNC turning parameters via Taguchi method-based response surface analysis [J] Measurement, volume 45, Issue 4, May 2012, pp 785-794 [6] M.R Stalin John, A Welsoon Wilson, A Prasad Bhardwaj, et al (2016) An investigation of ball burnishing process on CNC lathe using finite element analysis [J] Simulation Modelling Practice and Theory, volume 62, March 2016, pp 88-101 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 2(61).2018 ... HƯỞNG CỦA LƯỢNG CHẠY DAO ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT 4.1 Thông số thí nghiệm gia cơng Hình Ảnh hưởng vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt (Ra) Hình Ảnh hưởng vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt (Rz) Những nhận xét... định ảnh hưởng vận tốc cắt lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt Ra, Rz chi tiết gia công - Kết nghiên cứu cho thấy, tốc độ cắt V ảnh hưởng không nhiều đến độ nhám bề mặt, cịn lượng chạy dao S giảm độ. ..NGHIÊN CỨU KHOA HỌC PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT 3.1 Thông số thí nghiệm gia cơng Hình Máy tiện KNC - 50 G Trình tự bước tiến hành thực sau: Bước 1: Chọn vật liệu gia