Nghiên cứu cơ sở lý thuyết gia công cao tốc HSM và ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi phay cao tốc thép cứng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI *** DƯƠNG THANH ĐƯỜNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CÔNG CAO TỐC (HSM) VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC THÉP CỨNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC (Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy) HÀ NỘI – NĂM 2011 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN T 29T DANH MỤC CÁC BẢNG T 29T DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ T T PHẦN MỞ ĐẦU T 29T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CAO TỐC HSM 11 T T 1.1 Khái quát chung công nghệ gia công cao tốc HSM 11 T T 1.2 Ưu điểm gia công cao tốc 12 T T 1.3 Ứng dụng 13 T 29T 1.4 Thiết bị dùng gia công cao tốc 14 T T 1.4.1 Động dẫn động trục chính: 15 T T 1.4.2 Trục ổ đỡ trục 17 T T 1.4.3 Hệ thống dẫn động bàn máy 18 T T 1.4.4 Bộ điều khiển CNC 18 T 29T 1.4.5 Bàn máy đồ gá 19 T 29T 1.4.6 Hệ thống thân đế máy 20 T T 1.4.7 Hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội 20 T T 1.5 Máy gia công cao tốc thường dùng 21 T T 1.6 Dụng cụ cắt 24 T 29T 1.7 Cơ sở vật lý gia công cao tốc 29 T T 1.7.1 Biến dạng vật liệu trình cắt 29 T T 1.7.2 Biến dạng xảy trình cắt 29 T T 1.7.2.1 Biến dạng chảy ban đầu vùng cắt sơ cấp đơn giản 29 29T T 1.7.2.2 Đáp ứng vật liệu diễn qua vùng cắt sơ cấp 32 29T T 1.7.2.3 Đáp ứng vật liệu dọc qua vùng cắt thứ cấp 33 29T T 1.8 Động học động lực học HSM 34 T T 1.8.1 Luồng phoi 34 T 29T 1.8.1.1 Các dạng phoi hình thành 34 29T T 1.8.1.2 Ảnh hưởng luồng phoi đến lực cắt 36 29T T 1.8.2 Xác định lực cắt qúa trình phay 36 T T 1.9 Kết luận 38 T 29T 2.1 Khái niệm độ xác gia cơng 40 T T 2.2 Tính chất sai số gia công 42 T T 2.2.1 Các nguyên nhân gây sai số hệ thống cố định: 43 T T 2.2.2 Các nguyên nhân gây sai số hệ thống thay đổi (theo thời gian gia công) 43 T T 2.2.3 Các nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên 43 T T 2.3 Các phương pháp đạt độ xác gia công 43 T T 2.3.1 Phương pháp cắt thử chi tiết 43 T T 2.3.2 Phương pháp tự động đạt kích thước 44 T T 2.3.3 Phương pháp đạt độ xác gia cơng điều khiển thích nghi 46 T T 2.4 Các nguyên nhân gây sai số gia công 47 T T 2.4.1 Biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ 47 T T 2.4.2 Ảnh hưởng sai số phôi 47 T T 2.4.3 Ảnh hưởng độ xác máy cơng cụ 48 T T 2.4.4 Ảnh hưởng sai số đồ gá 48 T T 2.4.5 Ảnh hưởng sai số dụng cụ cắt 48 T T 2.4.6 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt máy tới độ xác gia cơng 49 T T 2.4.7 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt dụng cụ cắt tới độ xác gia cơng 49 T T 2.4.8 Ảnh hưởng biến dạng nhiệt chi tiết tới độ xác gia cơng 49 T T 2.4.9 Ảnh hưởng rung động trình cắt tới độ xác gia cơng 50 T T 2.4.10 Ảnh hưởng phương pháp gá đặt tới độ xác gia cơng 51 T T 2.4.11 Ảnh hưởng dụng cụ đo phương pháp đo tới độ xác gia công 51 T T CHƯƠNG 3: ĐỘ NHÁM BỀ MẶT 53 T T 3.1 Khái niệm độ nhám bề mặt 53 T T 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 57 T T 3.2.1 Ảnh hưởng thơng số hình học dụng cụ cắt 58 T T 3.2.3 Ảnh hưởng lượng chạy dao 61 T T 3.2.4 Ảnh hưởng chiều sâu cắt 62 T T 3.2.5 Ảnh hưởng vật liệu gia công 62 T T 3.2.6 Ảnh hưởng rung động hệ thống công nghệ đến độ nhám bề mặt 63 T T 3.2.7 Ảnh hưởng dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt 63 T T CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM, NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG 64 T T CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI 64 T T PHAY CAO TỐC THÉP CỨNG 64 T T 2 4.1 Xây dựng mơ hình thực nghiệm 64 T T 4.1.1 Mơ hình thí nghiệm 64 T 29T 4.1.2 Thông số đầu vào thí nghiệm 65 T T 4.1.2.1 Máy dùng để gia công 65 29T T 4.1.2.2 Dụng cụ cắt 66 29T 29T 4.1.2.3 Phơi dùng thí nghiệm 67 29T T 4.1.2.4 Phương pháp phay 67 29T T 4.1.2.5 Thiết bị đo độ nhám bề mặt chi tiết sau gia công 69 29T T 4.2 Các thơng số thí nghiệm 70 T 29T 4.3 Mơ hình tốn học xác định độ nhám bề mặt phụ thuộc vào chế độ cắt 72 T T 4.4 Thực thí nghiệm thu thập số liệu 74 T T 4.5 Tính hệ số phương trình hồi quy 74 T T 4.6 Kiểm định tham số a i 75 T R R2 T 4.7 Kiểm định phù hợp mơ hình 76 T T 4.8 Xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ 78 T T 4.8.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ra với V S t = 0,1 (mm) 78 T T 4.8.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ra với V t S = 0,05 (mm/vòng) 78 T T 4.8.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ra với S t V = 200 (m/phút) 79 T T 4.9 Kết luận 80 T 29T KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 81 T T LỜI CẢM ƠN 83 T 29T TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 T 29T LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu luận văn khoa học Các kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Tác giả Dương Thanh Đường DANH MỤC CÁC BẢNG NỘI DUNG STT Bảng 1.1: So sánh thông số kỹ thuật số máy gia công cao tốc trục thẳng đứng số hãng tiếng Bảng 3.1: Cấp độ nhám giá trị l tương ứng Bảng 4.1: Các thông số máy phay cao tốc Akira Seiki SV760 Bảng 4.2: Bảng tính tốn Bảng 4.3: Bảng quy hoạch thực nghiệm phay Bảng 4.4: Bảng quy hoạch thực nghiệm phay kết đo độ nhám chi tiết DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TÊN HÌNH, BIỂU ĐỒ STT Hình 1.1: Vùng tốc độ gia công cao tốc số loại vật liệu Hình 1.2: Sản phẩm gia cơng phương pháp gia cơng cao tốc Hình 1.3: Máy phay cao tốc Quantum AS với tốc độ trục 12.000 vg/ph, tốc độ chạy dao nhanh lên đến 30m/ph Hình 1.4: Kết cấu máy gia cơng cao tốc Hình 1.5: Các loại truyền động trục Hình 1.6: Ổ lai với bi làm cearamic Hình 1.7: Trục HSM Hình 1.8: Vít me – đai ốc bi Hình 1.9: Bàn xoay máy CNC 10 Hình 1.10: Trung tâm phay cao tốc Makino A55 Delta 11 Hình 1.11: Máy phay cao tốc hãng Akira seiki SV760 12 Hình 1.12: Máy phay cao tốc hãng Datron 13 Hình 1.13: Các thơng số dụng cụ dao phay ngón 14 Hình 1.14: Một số loại dao phay ngón thường dùng gia cơng bề mặt 3D 15 Hình 1.15: Mảnh hợp kim có CBN mũi mảnh CBN nguyên khối 16 Hình 1.16: Dụng cụ có lớp phủ TiCN 17 Hình 1.17: Vùng cắt sơ cấp thứ cấp đơn giản 18 Hình 1.18: Ứng suất chảy dẻo nhiệt độ khác vùng sơ cấp 19 Hình 1.19: Nhiệt độ tính tốn vùng cắt sơ cấp 20 Hình 1.20: Các dạng phoi hình thành gia cơng thép tơi Hình 1.21: Luồng phoi dự đoán tốc độ cắt V c = 200m/ph tốc độ R 21 ăn dao f z = 0,155 mm/răng R R R 22 Hình 1.22: Mơ hình xác định lực cắt phay 23 Hình 2.1: Mối quan hệ độ xác gia cơng giá thành sản phẩm 24 Hình 2.2: Quan hệ giá thành gia cơng C độ xác (sai số δ) 25 Hình 2.3: Gia cơng chi tiết theo phương pháp tự động đạt kích thước – ê tô; – chi tiết gia công; – dao phay 26 Hình 3.1: Độ nhám bề mặt 27 Hình 3.2: Đường cong phần vật liệu 28 29 30 Hình 3.3: Ảnh hưởng thơng số hình học dao tiện tới độ nhám bề mặt Hình 3.4: Ảnh hưởng tốc độ cắt (V) tới độ nhám bề mặt gia cơng thép Hình 3.5: Ảnh hưởng lượng chạy dao S tới chiều cao nhấp nhô tế vi Rz 31 Hình 4.1 : Máy phay cao tốc hãng Akira seiki SV760 32 Hình 4.2 : Dao phay ngón hợp kim me OSG 33 Hình 4.3 : Mẫu thực nghiệm thép C45 qua nhiệt luyện 34 Hình 4.4 : Bản vẽ chi tiết gia cơng 35 Hình 4.5 : Sơ đồ định vị kẹp chặt chi tiết 36 Hình 4.6 : Hình ảnh chi tiết gia cơng máy Akira seiki SV760 37 Hình 4.7 : Máy đo Mitutoyo SJ – 201P 38 Hình 4.8: Đầu đo thực đo độ nhám bề mặt chi tiết 39 Hình 4.9: Đồ thị quan hệ Ra - V – S gia công thép qua nhiệt luyện 40 Hình 4.10: Đồ thị quan hệ Ra - V – t gia công thép qua nhiệt luyện 41 Hình 4.11: Đồ thị quan hệ Ra - t –S gia công thép qua nhiệt luyện PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay, kinh tế nước ta ngày phát triển theo xu hướng hội nhập quốc tế Bên cạnh ngành nghề kinh tế quốc dân ngành khí đặc biệt khí chế tạo máy khẳng định mạnh Nó thể việc không ngừng cải tiến công nghệ phương pháp gia cơng với mục đích tạo sản phẩm có chất lượng, độ tin cậy Từ nhu cầu sống ngày cao, đòi hỏi sản phẩm phải ln có cạnh tranh Chính điều thúc đẩy khoa học kỹ thuật phải không ngừng phát triển tạo sản phẩm có sức cạnh tranh cao Để làm sản phẩm khí có độ phức tạp độ xác cao máy công cụ truyền thống thông thường khó thực Bên cạnh phát triển ngành khoa học kỹ thuật đại như: Công nghệ hàng không, chế tạo ô tơ, chế tạo khn mẫu… xuất ngày nhiều chi tiết địi hỏi độ xác cao Việc ứng dụng kỹ thuật công nghệ máy công cụ gia công cao tốc CNC, công nghệ tạo mẫu nhanh giúp cho việc gia công chi tiết có hình dáng phức tạp dễ dàng hơn, đạt độ xác cao Cùng với người ngày hồn thiện kỹ thuật, cơng nghệ tiên tiến Với mục đích góp phần nâng cao độ xác suất gia cơng chi tiết có hình dáng phức tạp, việc tiếp cận phương pháp gia công đại nhu cầu cấp thiết kinh tế thị trường Một phương pháp gia cơng phương pháp gia công cao tốc (High Speed Machining - HSM) Đây công nghệ gia công đại hẳn dạng gia công thông thường hiệu cắt gọt kim loại Những lợi gia công cao tốc là: đạt suất gia công, tiết kiệm thời gian gia công kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt Thực tế, công nghệ gia công cao tốc khơng phải mà thực cách 30 năm Tuy nhiên, gần với phát triển vượt bậc ngành công nghệ chế tạo máy với công nghệ liên quan như: máy tính, dao cắt, máy cơng cụ, điều khiển CNC, hệ thống CAM,… gia cơng cao tốc ngày Hình 4.8: Đầu đo thực đo độ nhám bề mặt chi tiết 4.2 Các thông số thí nghiệm Trong phạm vi giới hạn luận văn này, tác giả nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ như: tốc độ cắt V (m/ph), bước tiến dao S (mm/vòng), chiều sâu cắt t (mm) tới độ nhám bề mặt chi tiết máy (Ra) phay cao tốc thép cứng máy phay CNC phương pháp thực nghiệm kết hợp với suy luận lý thuyết Trong thí nghiệm này, tác giả sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xử lý số liệu thực nghiệm Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, nghiên cứu mối quan hệ phụ thuộc yếu tố với nhau, thường chưa biết, chưa rõ quy luật hoạt động mối quan hệ bên yếu tố Cụ thể phần thực nghiệm đề tài yếu tố chế độ cắt (V, S, t) độ nhám bề mặt chi tiết (Ra) Từ ta tiến hành thí nghiệm, với mẫu thí nghiệm gia cơng chế độ gia công (với thông số điều khiển) định, thông số điều khiển thay đổi khoảng điều chỉnh cho phép thiết bị ghi chép, tính tốn để từ đánh giá ảnh hưởng yếu tố tới chất lượng bề mặt Nhóm thí nghiệm thiết kế với ba tham số có ảnh hưởng chủ yếu tới chất lượng bề mặt Ra vận tốc cắt V (m/phút), bước tiến S (mm/vòng) chiều sâu cắt t (mm) 70 Quy hoạch thực nghiệm trực giao cho phép xây dựng mơ hình tốn học biểu thị quan hệ phụ thuộc thông số đầu thông số đầu vào (với k thông số đầu vào số thí nghiệm phải tiến hành 2k, k số yếu tố ảnh hưởng) Thí P P nghiệm xét yếu tố ảnh hưởng chế độ cắt V, S, t , số thực nghiệm cần có 23 = thêm thí nghiệm tâm, nên số thí nghiệm cần làm 11 thí nghiệm Các P P yếu tố q trình thí nghiệm thay đổi hai mức Thí nghiệm tiến hành sử dụng dao phay ngón φ10 hợp kim me có ký hiệu 3013100 WX – EMS hãng OSG – Nhật Theo khuyến cáo nhà sản xuất miền giới hạn chế độ cắt sau: * Vận tốc cắt tối ưu: 200 m/ph ≤ V ≤ 400 m/ph * Bước tiến S: 0,05 mm/vòng ≤ S ≤ 0,2 mm/vòng * Chiều sâu cắt: 0,1 mm ≤ t ≤ 0,3 mm Qua khảo sát thực tế, tác giả nhận thấy thiết bị chọn làm thí nghiệm thực miền chế độ cắt Theo quy hoạch thực nghiệm, ta chọn miền nghiên cứu thực nghiệm là: V max = 400 (m/phút) S max = 0,2 (mm/vòng) t max = 0,3 (mm) V = 200 (m/phút) S = 0,05(mm/vòng) t = 0,1 (mm) R R R R R R R R R R R R Các yếu tố x i thực nghiệm là: R R Mức trên: x i (t) = lnx imax Mức dưới: x i (d) = lnx imin R R RP RP P R P R Mức sở: x i (0) = 1/2(lnx imax + lnx imin ) R RP P R R R R Khoảng biến thiên: ρ i = 1/2(lnx imax - lnx imin ) R R R R R R Bảng4.2: Bảng tính tốn Các yếu tố x (V) x (S) x (t) Mức 400 0,2 0,3 Mức 200 0,05 0,1 Mức sở 300 0,125 0,2 Khoảng biến thiên 100 0,075 0,1 R R R 71 R R R 4.3 Mô hình tốn học xác định độ nhám bề mặt phụ thuộc vào chế độ cắt Như nêu trên, chế độ cắt có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời yếu tố đó, nghiên cứu trước mối quan hệ độ nhấp nhô tế vi lớp bề mặt có quan hệ với chế độ cắt tuân theo quy luật hàm số mũ (phi tuyến) R a = K Ra Vx Sy tz R R R R P P P P P Để xác định mơ hình tốn học ảnh hưởng đồng thời yếu tố chế độ cắt đến độ nhám bề mặt cắt máy phay cao tốc CNC có giống thiết bị truyền thống hay không cần phải cắt thử nghiệm Giả thiết mối quan hệ độ nhám bề mặt chế độ cắt tuân theo quy luật hàm mũ Có nghĩa là: R a = K Ra Vx Sy tz R R R R P P P P P (4.1) P Trong K Ra số; x, y , z số mũ tính đến ảnh hưởng chế độ R R cắt đến độ nhám bề mặt – xác định thực nghiệm Đây hàm phi tuyến, sử dụng phương pháp tuyến tính hóa hàm phi tuyến cách lấy logarit hai vế ta thu phương trình mới: Ln(Ra) = Ln(K Ra ) + x.Ln(V) + y.Ln(S) + z Ln(t) R R Đặt: y = Ln(Ra) a = Ln(K Ra ); a = x; x = Ln(V); x = Ln(S) ; R R R R R R R R a2 = y ; R R R a3 = z R R x = Ln(t) R R R Ta phương trình mới: ŷ = a0 + a1x1 + a2 x2 + a3 x3 R R R R R R R R R R R R R (4.2) R Dạng tổng quát là: ŷ = a0 + a1x1 + a2 x2 + … + an xn R R R R R R R R R R R R R (4.3) R Bài toán trở thành xác định hàm hồi quy thực nghiệm n biến số Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu Bố trí thí nghiệm cho có tính chất ma trận trực giao cấp 1, chuyển biến từ tự nhiên sang biến mã hóa khơng thứ ngun cách gọi biến thực tế Z j , j = 1, k , R R 72 Z j ≤ Z j ≤ Z j , ta thu được: R R Z = j Khi: Zj +Zj ∆Z j = ; Z j −Z j ; xj = Z j − Z 0j ∆Z j Z j = Z j ⇔ x j = -1 R R R R Z j = Z j ⇔ x j = +1 R R R Z j = Z 0j ⇔ R R R xj = R R Với thực nghiệm có ba biến đầu vào, làm thí nghiệm với thí nghiệm đỉnh đơn hình thí nghiệm trung tâm, ta có bảng quy hoạch thực nghiệm sau: Bảng 4.3: Bảng quy hoạch thực nghiệm phay Biến mã hóa Biến thực nghiệm Stt x1 x2 x3 V (m/ph) S (mm/vòng) t (mm) -1 -1 -1 200 0,05 0,1 +1 -1 -1 400 0,05 0,1 -1 +1 -1 200 0,2 0,1 +1 +1 -1 400 0,2 0,1 -1 -1 +1 200 0,05 0,3 +1 -1 +1 400 0,05 0,3 -1 +1 +1 200 0,2 0,3 +1 +1 +1 400 0,2 0,3 0 300 0,125 0,2 10 0 300 0,125 0,2 11 0 300 0,125 0,2 R R R 73 4.4 Thực thí nghiệm thu thập số liệu Tiến hành 11 thí nghiệm bề mặt mẫu chi tiết đánh số thứ tự từ 1÷ 11 Tiến hành gia cơng phay mặt phẳng bề mặt dao phay ngón, với thí nghiệm đánh số thứ tự Với bề mặt gia cơng thí nghiệm ta lại thay đổi thông số chế độ cắt Cụ thể với bề mặt ta có phiếu thực thí nghiệm riêng Sau thực cắt xong tiến hành làm bề mặt gia công thực đo độ nhám Với mẫu thí nghiệm, ta thực lần đo lấy kết trung bình cho mẫu thí nghiệm Từ lập bảng quy hoạch thực nghiệm sau: Bảng 4.4: Bảng quy hoạch thực nghiệm phay kết đo độ nhám chi tiết Stt x1 x2 x3 V (m/ph) S (mm/vịng) t (mm) Ra (µm) -1 -1 -1 200 0,05 0,1 0,42 +1 -1 -1 400 0,05 0,1 0,18 -1 +1 -1 200 0,2 0,1 0,59 +1 +1 -1 400 0,2 0,1 0,19 -1 -1 +1 200 0,05 0,3 0,35 +1 -1 +1 400 0,05 0,3 0,20 -1 +1 +1 200 0,2 0,3 0,26 +1 +1 +1 400 0,2 0,3 0,33 0 300 0,125 0,2 0,28 10 0 300 0,125 0,2 0,27 11 0 300 0,125 0,2 0,22 R R R 4.5 Tính hệ số phương trình hồi quy Áp dụng tính chất quy hoạch trực giao cấp ta tính hệ số theo cơng thức: a0 = N N ∑y i =1 i = (2,52) = 0,315 74 a1 = N a2 = N a3 = N N ∑x i =1 i1 yi = (−0,72) = −0,09 N i2 yi = (0,22) = 0,0275 i3 yi = (−0,24) = −0,03 ∑x i =1 N ∑x i =1 Thay vào phương trình (4.2) ta được: ŷ = a0 + a1x1 + a2 x2 + a3 x3 R R R R R R R R R R R R R R ŷ = 0,315 – 0,09 x + 0,0275 x - 0,03 x R R R R R R 4.6 Kiểm định tham số a i R * Kiểm định a i = (có nghĩa) R R Ta có thí nghiệm lặp tâm với kết sau: y 10 = 0,28 y02 = 0,27 y03 = 0,22 y0 = (0,28 + 0,27 + 0,22) = 0,256 Tính phương sai tái sinh với thí nghiệm lặp tâm: ( ) ( ) n i s = ∑ y0 − y0 n0 − i =1 ts i s = ∑ y0 − y0 n0 − i =1 ts sts2 = 2 (0,002068) = 0,001034 −1 sts = 0,001034 = 0,0321 s ai2 = sts2 {C − 1}ii 75 (4.4) s = sts N = 0,0321 = 0,011 Có thể so sánh tỷ số sau: t = s ta0 = a0 0,315 = = 28,636 s 0,011 t a1 = a1 − 0,09 = = −8,182 s 0,011 ta2 = a 0,0275 = = 2,50 s 0,011 t a3 = a3 − 0,03 = = −2,727 s 0,011 , tính t để so sánh R R Ta chọn mức độ có nghĩa α = 0,05 cho bảng thống kê Với α = 0,05, bậc tự n = tra bảng Student ta t α = 2,353 R R R R So sánh t lớn t α nên a i có nghĩa Do hệ số R R R R phương trình hồi quy có nghĩa 4.7 Kiểm định phù hợp mơ hình Sau xây dựng mơ hình ŷ, ta tính phương sai dư: = s du n ∑ (yi – ŷi)2 n − (k + 1) i =1 R R R R P s du = (y i – ŷ i )2 ∑ − (3 + 1) i =1 s du = ∑ (y i – ŷ i )2 i =1 R R R R R R R R P P Trong ŷ i có giá trị là: R R ŷ = 0,4075; ŷ = 0,2275; ŷ = 0,4625; ŷ = 0,2825 ŷ = 0,3475; ŷ = 0,1675; ŷ = 0,4025; ŷ = 0,2225 R R R R R R R R R R 76 R R R R R R 0,0597 = 0,014925 sdu = Ta có: s du = 0,014925 > sts2 = 0,001034 s2 0,014925 = 14,43 Fˆ = du2 = sts 0,001034 Với bậc tử m = n – (k + 1) = , bậc mẫu n – = R R R R Chọn mức ý nghĩa α = 0,05, tra bảng Fisher ta F α = 19,3 R R ⇒ Fˆ < F α Vậy mô hình phù hợp Chuyển biến Z j R Từ R R ŷ = 0,315 – 0,09 x + 0,0275 x - 0,03 x R Với x j = R R R R R Z j − Z 0j ∆Z j Hay: x1 = Z1 − 300 ; 100 x2 = Z − 0,125 ; 0,075 x3 = Z − 0,2 0,1 Thay vào ta được: Z − 0,2 Z − 0,125 Z1 − 300 + 0,0275 – 0,03 0,1 0,075 100 ŷ = 0,315 – 0,09 ⇒ ŷ = 0,599 – 0,0009 Z + 0,367 Z – 0,3 Z R R R R R R a = Ln(K Ra ) → K Ra = ea0 = e 0,599 = 1,82 thay vào ta được: R R R R R R P R P R R a = K Ra Vx Sy tz R R R R P P P P P P P R R P R a = 1,82 V-0,0009 S 0,367 t -0,3 R R P P P P P P (µm) Đây phương trình hồi quy thực nghiệm Từ phương trình hồi quy thực nghiệm thấy: - S ảnh hưởng tới Ra nhiều theo chiều tỷ lệ thuận, nghĩa S tăng Ra tăng 77 - V t ảnh hưởng tới Ra theo chiều tỷ lệ nghịch, nghĩa tăng V t Ra giảm, ảnh hưởng V ảnh hưởng t nhiều 4.8 Xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ 4.8.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ra với V S t = 0,1 (mm) Sử dụng phần mềm Tablecurve 3D V4.0 vẽ biểu đồ quan hệ hình đây: Hình 4.9: Đồ thị quan hệ Ra - V – S gia công thép qua nhiệt luyện 4.8.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ra với V t S = 0,05 (mm/vịng) 78 Hình 4.10: Đồ thị quan hệ Ra - V – t gia công thép qua nhiệt luyện 4.8.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ra với S t V = 200 (m/phút) Hình 4.11: Đồ thị quan hệ Ra - t –S gia công thép qua nhiệt luyện 79 4.9 Kết luận Như thấy việc tăng tốc độ cắt làm cải thiện độ bóng bề mặt chi tiết gia công đồng thời cải thiện suất q trình gia cơng Điều cho thấy phù hợp với xu hướng giới phát triển gia công cao tốc Tuy nhiên nhận thấy tăng tốc độ cắt lượng cung cấp cho trình cắt tăng lên dẫn đến nhiệt cắt tăng lên Như phải giải tốt vấn đề nhiệt cắt khả cắt cao tốc khả thi Cùng với việc tăng tốc độ cắt việc giảm S làm tăng độ bóng bề mặt chi tiết gia công Nhưng việc giảm S đồng thời dẫn tới giảm suất q trình gia cơng Vì ta nên xác định độ bóng phù hợp để từ xác định giá trị S tương ứng phù hợp Không nên giảm S tới giá trị nhỏ, điều không tăng mà làm giảm chất lượng bề mặt giảm suất gia công Việc đánh giá ảnh hưởng đồng thời V, S, t đến độ bóng bề mặt Ra cho phép ta điều chỉnh thông số chế độ cắt cho đạt Ra cách hợp lý Do tăng V giảm S làm tăng độ bóng bề mặt Nhưng việc tăng V làm cho nhiệt cắt tăng suất tăng thêm Việc giảm S làm giảm nhiệt cắt giảm suất gia công Vì việc lựa chọn giá trị V S hợp lý toán tối ưu đặt cơng thức ta tìm phần giúp thực điều 80 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI Các máy cắt kim ngày đại có khả tự động hóa cao Muốn đổi cơng nghệ cần phải đầu tư vốn lớn Tuy nhiên, việc sử dụng máy đắt tiền mang lại hiệu cao làm việc với chế độ hợp lý khơng gây lãng phí hiệu thấp Việc nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt nghiên cứu nước có cơng nghiệp phát triển Nhưng mua thiết bị gia công đắt tiền nước này, hãng bán thiết bị đưa hướng dẫn công nghệ dạng khái quát Còn chế độ cắt tối ưu quyền riêng hãng, họ không bán nhằm giữ độc quyền cạnh tranh Do vậy, nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt tới độ nhám bề mặt gia công máy CNC nói riêng máy gia cơng cao tốc nói chung ln vấn đề đề cập đến, nhằm cải thiện chất lượng sản phẩm Trong suốt trình làm luận văn hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn, đến em hồn thành luận văn với nội dung: - Nghiên cứu tổng quan gia công cao tốc Qua thấy ưu, nhược điểm phương pháp khả ứng dụng ngành cơng nghiệp đại như: Cơng nghiệp hàng không, công nghiệp ôtô, công nghiệp khuôn mẫu… - Tìm ảnh hưởng vận tốc cắt, bước tiến dao phần ảnh hưởng vật liệu gia công đến độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng q trình phay máy phay CNC - Xây dựng công thức thể ảnh hưởng đồng thời V, S, t đến độ nhám bề mặt Ra Từ cơng thức giúp ích cho việc tính toán toán tối ưu trình cắt Hướng nghiên cứu đề tài: U U Ta thấy việc chế tạo khn mẫu (lịng lõi khn) thơng thường theo quy trình truyền thống bao gồm bước: 81 Từ phơi ban đầu → Qua gia công thô → Qua trình nhiệt luyện → Chuyển qua q trình gia cơng (có thể dùng phương pháp gia cơng xung điện cực/ cắt dây) → Gia công nguội → Lắp ráp khuôn Tuy nhiên, ngày với khả công nghệ máy CNC, tạo chi tiết đạt độ xác kích thước độ bóng bề mặt cao việc ứng dụng gia công cao tốc công nghiệp khuôn mẫu cần thiết Xuất phát từ yêu cầu xin đưa hướng nghiên cứu đề tài là: - Nghiên cứu quy trình chế tạo khn mẫu theo phương pháp HSM, với quy trình đề xuất sau: Từ phôi ban đầu → Qua gia công thô → Qua q trình nhiệt luyện → Gia cơng tinh khn phương pháp HSM → Gia công nguội → Lắp ráp khn Với quy trình chế tạo khn theo phương pháp HSM có nhiều ưu điểm so với quy trình chế tạo khn truyền thống như: + Thời gian gia công ngắn so với phương pháp gia công khuôn truyền thống + Chế tạo khuôn theo phương pháp HSM khơng phí tốn cho việc chế tạo điện cực + Cho suất gia công cao 82 LỜI CẢM ƠN Trong trình làm luận văn, tơi nhận hướng dẫn (cả lý thuyết chuyên môn thực nghiệm) giúp đỡ nhiệt tình động viên, khích lệ kịp thời thầy giáo hướng dẫn: GS.TSKH Bành Tiến Long TS Bùi Ngọc Tuyên môn Gia công vật liệu dụng cụ công nghiệp – Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới giúp đỡ quý báu Đồng thời xin chân thành cám ơn Công ty TNHH sản xuất DVTM Kim Long giúp đỡ nhiệt tình qúa trình tiến hành thực nghiệm Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn tới người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp quan tâm, động viên, khích lệ mặt tinh thần để tơi hồn thành tốt luận văn 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO GS TSKH Bành Tiến Long; PGS TS Trần Thế Lục; PGS TS Trần Sỹ Túy Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật GS TS Trần Văn Địch Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học kỹ thuật – 2006 PGS TS Tạ Duy Liêm Máy công cụ CNC, ĐH Bách khoa Hà Nội PGS TS Nguyễn Doãn Ý Quy hoạch sử lý số liệu thực nghiệm, NXB Xây dựng PGS TS Nguyễn Doãn Ý Giáo trình quy hoạch thực nghiệm, ĐH Bách khoa Hà Nội, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội PGS TS Ninh Đức Tốn Dung sai lắp ghép, NXB Giáo dục 2003 Pfallbohmer; C.A Rodiguez; T.Ozen High-speed-machining of cast iron and alloy steels for die and mold manufacturing Bernd Bossmanns and Jay F.Tu Conceptual Design of Machine Tool Interfaces for High – Speed Machining U Heisel, M Gringel Machine Tool Design Requirements for High-Speed Machining University of Stuttgart, Institut fur Werkzeugmaschinen, Stuttgart, Germany Received on Januany 9, 1996 10 Shuting Lei, Wenjie Liu High-Speed Machining of titanium alloys using the driven rotary tool Department of Industrial and Manufacturing Systems Engineering, Kansas State University, Manhattan, KS 66506, USA, Received 11 January 2001 84 ... nghệ đến độ nhám bề mặt phay cao tốc thép cứng? ?? Phạm vi nghiên cứu: Nội dung đề tài nghiên cứu sở lý thuyết gia công cao tốc ảnh hưởng thông số công nghệ chế độ cắt (V, S, t) tới độ nhám bề mặt. .. luận Qua nghiên cứu sở lý thuyết gia công cao tốc (HSM) , kết hợp với việc nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt phay cao tốc thép cứng, ta thấy: - Gia cơng cao tốc có vị... khả gia cơng tốc độ cao loại vật liệu có độ cứng, độ bền cao tạo chi tiết khí có độ xác độ bóng bề mặt cao - Do khả gia cơng xác đạt độ bóng bề mặt cao mà gia cơng cao tốc thường chọn nguyên công