Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt răng và lượng mòn dao khi cắt tinh bánh răng côn cung tròn bằng đầu dao hợp kim cứng

BỘ CÔNG THƯƠNG 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -o0o - HOÀNG XUÂN THỊNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT RĂNG VÀ LƯỢNG MÒN DAO KHI CẮT TINH BÁNH RĂNG CƠN CUNG TRỊN BẰNG ĐẦU DAO HỢP KIM CỨNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2021 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -o0o - HOÀNG XUÂN THỊNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT RĂNG VÀ LƯỢNG MÒN DAO KHI CẮT TINH BÁNH RĂNG CƠN CUNG TRỊN BẰNG ĐẦU DAO HỢP KIM CỨNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM VĂN ĐÔNG PGS.TS TRẦN VỆ QUỐC Hà Nội - Năm 2021 i LỜI CẢM ƠN Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Phạm Văn Đông PGS.TS Trần Vệ Quốc hướng dẫn hỗ trợ tận tình cho tơi suốt thời gian học tập, nghiên cứu Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Trung tâm đào tạo sau đại học, phịng Tổ chức Hành tạo điều kiện tốt giúp đỡ suốt thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn nhà khoa học, tập thể giảng viên Khoa Cơ khí, Trung tâm Cơ khí, Trung tâm Việt Nhật Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội tư vấn, hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình làm luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Trung tâm đào tạo kỹ thuật HaUIFoxconn, công ty TNHH YAMAHA Việt Nam, công ty TNHH KEYENCE Việt Nam, Viện khoa học vật liệu, Viện vũ khí, Cơng ty TNHH SANDVIK Việt Nam tư vấn, hỗ trợ q trình thực nghiệm luận án Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bố, mẹ, vợ, con, anh, chị, em ln động viên, giúp đỡ vật chất tinh thần thời gian nghiên cứu hoàn thành luận án Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2021 Tác giả luận án Hoàng Xuân Thịnh ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án công trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn PGS.TS Phạm Văn Đông PGS.TS Trần Vệ Quốc Kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2021 Tác giả luận án Hoàng Xuân Thịnh iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT .vi DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ ix DANH MỤC BẢNG xiii PHẦN MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BÁNH RĂNG CƠN CUNG TRỊN 1.1 Đặc điểm, phân loại phạm vi sử dụng bánh côn cung tròn 1.1.1 Đặc điểm .6 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Phạm vi sử dụng 1.2 Thông số bánh côn cung tròn Nguyên lý tạo hình bề mặt cung trịn 12 Các phương pháp cắt bánh cung trịn .14 1.5 Thiết bị dụng cụ sử dụng để gia cơng bánh cung trịn 15 1.5.1 Máy gia cơng bánh cung trịn .15 1.5.2 Đầu dao phay bánh cung trịn .18 1.5.3 Vật liệu làm dụng cụ cắt bánh côn cung tròn 22 1.6 Một số tiêu đánh giá chất lượng truyền bánh côn cung trịn 28 1.6.1 Độ xác vết tiếp xúc 28 1.6.2 Độ xác truyền động 28 1.6.3 Độ ổn định làm việc 29 1.6.4 Độ xác khe hở cạnh 29 1.6.5 Nhám bề mặt .29 1.7 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 30 iv 1.7.1 Tình hình nghiên cứu nước 30 1.7.2 Tình hình nghiên cứu nước 31 KẾT LUẬN CHƯƠNG 33 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT RĂNG VÀ LƯỢNG MÒN DAO 34 2.1 Chất lượng bề mặt bánh cung trịn 34 2.1.1 Đặt vấn đề 34 2.1.2 Tính chất hình học bề mặt gia cơng 34 2.1.3 Sự hình thành nhám bề mặt sườn 36 2.1.4 Tính chất lý lớp bề mặt 39 2.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhám bề mặt 41 2.2 Mòn dụng cụ cắt .51 2.2.1 Đặt vấn đề 51 2.2.2 Đặc điểm q trình mịn dao gia cơng cắt gọt kim loại 51 2.2.3 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ cắt 52 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến mòn dụng cụ cắt .57 KẾT LUẬN CHƯƠNG 70 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 71 3.1 Mơ hình thực nghiệm 71 3.1.1 Sơ đồ thực nghiệm 71 3.1.2 Chỉ tiêu đánh giá 72 3.1.3 Chọn thông số đầu vào 72 3.1.4 Các yếu tố điều khiển 74 3.1.5 Nhiễu phay bánh cung trịn 75 3.2 Hệ thống thí nghiệm .75 3.2.1 Yêu cầu chung hệ thống thí nghiệm 75 3.2.2 Thiết bị gia công bánh côn cung tròn chuyên dùng 76 3.2.3 Vật liệu mẫu thí nghiệm 77 v 3.2.4 Dụng cụ cắt thí nghiệm 80 3.2.5 Thiết bị đo 82 3.2.6 Dung dịch trơn nguội 88 3.3 Xây dựng quy hoạch thực nghiệm 88 3.3.1 Cơ sở lựa chọn dạng quy hoạch thực nghiệm .88 3.3.2 Quy hoạch thực nghiệm dạng Box - Behnken 89 3.3.3 Thiết kế thí nghiệm 90 3.3.4 Mơ hình hồi quy thực nghiệm .92 3.3.5 Tiến trình thí nghiệm 99 3.3.6 Thu thập số liệu thực nghiệm 102 KẾT LUẬN CHƯƠNG 105 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ĐÁNH GIÁ 106 4.1 Kết thí nghiệm xác định ảnh hưởng chế độ cắt đến nhám bề mặt lượng mòn dao 106 4.1.1 Kết thí nghiệm hàm mục tiêu Ra 107 4.1.2 Kết thí nghiệm hàm mục tiêu U .114 4.1.3 Tối ưu thông số công nghệ 120 4.2 Thực nghiệm xác định tuổi bền dụng cụ cắt…………………… 130 4.2.1 Thông số thực nghiệm .129 4.2.2 Kết thực nghiệm 130 KẾT LUẬN CHUNG 133 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 PHỤ LỤC 152 PHỤ LỤC 156 PHỤ LỤC 161 vi DANH MỤC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT Ký TT hiệu V Ra Rz βe 10 βs 11 βi 12 13 14 15 16 17 18 dr1, dr2 19 20 vii 21 22 h 23 24 hh1, hh2 25 hp1, hp2 26 fce, fcs 27 28 ℎ1, ℎ2 1, ℎ2 29 δh1, δh2 30 31 32 33 ξ 34 ξφ 35 hh1k, hh2k 36 hp1k, hp2k 37 HB 38 HRC 39 K 40 hf 148 [94] P Palanisamy, I Rajendran, S Shanmugasundaram (2007), Prediction of tool wear using regression and ANN models in end-milling operation, Int J Adv Manuf Technol, Vol 37, pp 29–41, DOI: 10.1007/s00170-007-0948-5 [95] Maohua Xiao, Xiaojie Shen, You Ma, Fei Yang, Nong Gao, Weihua Wei and Dan Wu (2018), Prediction of Surface Roughness and Optimization of Cutting Parameters of Stainless Steel Turning Based on RSM Mathematical Problems in Engineering Volume 2018, Article ID 9051084, 15 pages https://doi.org/10.1155/2018/9051084 [96] G Mahesh & S Muthu & S R Devadasan (2014), Prediction of surface roughness of end milling operation using genetic algorithm, Int J Adv Manuf Technol DOI 10.1007/s00170-014-6425-z, Received: December 2012 /Accepted: 22 September 2014 # Springer-Verlag London 2014 [97] Qin Li, Jiao Li, Chen Hao, Qian Yu-Bo (2010), Study on Prediction the Cutting Force of the Face Milling, international Conerence on inormation, Networking and Automation (iCiNA), Vol 2, pp 403-407 [98] Raymond H.Myers, Douglas C.Montgomery, and Christine M.Anderson-Cook (2009), Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments, John Wiley & Sons, Inc, 3rd Edition [99] Rui Wang, Bingxu Wang, Gary C Barber, Jie Gu, J.David Schall (2019), Models for Prediction of Surface Roughness in a Face Milling Process Using Triangular Inserts, Lubricants, Vol 7, No 9; doi:10.3390/lubricants7010009 149 [100] Samad Nadimi Bavil Oliaei, Yiğit Karpat (2015), Influence of tool wear on machining forces and tool deflections during micro milling, Int J Adv Manuf Technol, http://dx.doi.10.1007/s00170-015-7744-4 [101] Saravanan R and Sachithanandam M (2001), Genetic Algorithm (GA) for Multivariable Surface Grinding Process Optimisation Using a Multi – objective function model, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, pp 330-338 [102] Stadtfeld (2014), Gleason Bevel Gear Technology, The Science of Gear Engineering and Modern Manufacturing Methods for Angular Transmissions, Chap 2, and 10, The Gleason Works, Rochester, NY ISBN: 978-0-615-96492-8 [103] Su Yu, He Ning (2010), Effect of refrigerated air cutting on tool wear in high-speed cutting of difficult-to-cut materials, Tribology [104] Tien Dung Hoang, Nhu-Tung Nguyen, Đuc Quy Tran, Van Thien Nguyen (2019), Cutting Forces and Surface Roughness in Face-Milling of SKD61 Hard Steel, Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering 65, Vol 6, pp 375-385 [105] Tran Van Dich, Nguyen Trong Binh, Nguyen The Dat, Nguyen Viet Tiep, Tran Xuan Viet (2003), Manufacturing technology, Science and technics publishing House [106] Tran Van Dich (2001), Milling techonoly, Science and technics publishing House [107] Turkkan N (2001), Floating Point Genetic Algorithm - Genetik V2.02, http://www.umoncton.ca/turk/logic.htm [108] U Karaguzel, U Olgun, E Uysal, E Budak, M Bakkal (2014), Increasing tool life in machining of difficult-to-cut materials using nonconventional turning processes, Int J Adv Manuf Technol, DOI 10.1007/s00170-014-6588-7 150 [109] Vilmos Simon (2008), Head-cutter for optimal tooth modifications in spiral bevel gears, Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Machine Design, Department of Machine Elements, Muegyetem Rkp 3, H1111 Budapest, Hungary [110] T J Drozda and C Wick (1988), Tool and Manufacturing Engineers Handbook, Vol 1: Machining, SME, Dearborn, MI [111] W.P Dong, B Griffiths, X Jiang, N Luo, E iVlainsah, RE Scott, P.J Sullivan (2000); Three-Dimensional Surface Topography; K.J Stout and L BluntSchool of Engineering, University of Huddersfield, An imprint of Kogan Page, London [112] Fritz Klocke and Alexander Klein (2006), Through Cutting Parameter Setting and Tool Design in Dry High-Speed Bevel Gear Tooth Cutting - Tool Life and Productivity Improvement, GEAR TECHNOLOGY, pp 41 – 48 [113] Wen-Hsiang Lai (2000), Modeling of Cutting Forces in End Milling Operations, Tamkang Journal of Science and Engineering, Vol 3, No 1, pp 15-22 [114] WU Baohai, YAN Xue, LUO Ming, GAO Ge (2013), Cutting Force Prediction for Circular End Milling Process, Chinese Journal of Aeronautics, No 26, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cja.2013.04.003 [115] I.I Xementsenko, V.M Matyusin, G.N Xakharov (1975), người dịch Hoàng Ái, Bù Song Cầu, Hà Nghiệp, Trịnh Văn Tự, Thiết kế dụng cụ cắt kim loại, NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội [116] Yahya Hisman Celik, Ahmet Karabiyik (2016), Effect of cutting parameters on machining surface and cutting tool in milling of Ti6Al-4V alloy, Indian journal of engineering & materials sciences, vol 23, pp.349-356 [117] Yung-Chou Kao, Nhu-Tung Nguyen, Mau-Sheng Chen & Shin-Tzong 151 Su (2015), A prediction method of cutting force coefficients with helix angle of flat-end cutter and its application in a virtual threeaxis milling simulation system, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol 77, pp 1793–1809 [118] Zhaoju Zhu, Jie Sun, Laixiao Lu (2016), Research on the Influence of Tool Wear on Cutting Performance in High-Speed Milling of Difficult-toCut Materials, Key Engineering Materials, Vol 693, pp 1129-1134 [119] Zhenyu ZHAO, Yongshan XIAO, Yongqi ZHU, Bai LIU (2010), Influence of Cutting Speed on Cutting Force in High-speed Milling, Advanced Materials Research, Vol 139-141, pp 835-838 [120] Zhongtao Fua, Wenyu Yanga, Xuelin Wanga, Jürgen Leopold (2015), Analytical Modelling of Milling Forces for Helical End Milling Based on a Predictive Machining Theory, 15th CIRP Conference on Modelling of Machining Operations, Procedia CIRP, Vol 31, pp 258 – 263 [121] ЗАВОД ТЯЖЕЛЫХ ЗУБОРЕЗНЫ Х СТАНКОВ, СТАНОК ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ СПИРАЛЬНОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС, Модель 525, РУКОВОДСТВО К СТАНКУ, ЦЕНТРАЛЬНОЕ БЮРО ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ СОВНАРХОЗА САРАТОВ [122].https://www.sandvik.coromant.com/engb/products/Pages/productdetails aspx? c=VBMT%2016%2004%2008-PM%20%20%20%204225 [123] https://www.keyence.com.vn [124] https://en.wikipedia.org/wiki/Nelder%E2%80%93Mead_method 152 PHỤ LỤC Hình P1.1 Phơi chuẩn bị thí nghiệm Hình P1.2 Gia cơng mẫu thí nghiệm máy tiện cnc Hình P1.3 Mẫu thí nghiệm 153 Hình P1.4 Máy phay 525 thực trình phay Hình P1.5 Sơ đồ động máy phay 525 154 P 1.6 Cơng thức tính tốn xác định tỷ số truyền cho xích truyền động điều chỉnh máy - Điều chỉnh xích truyền dẫn chuyển động chính: chuyển động quay dao dẫn động từ động (N = 4,5 kw; n = 2900 vòng/phút) theo phương trình điều chỉnh động học: 16 34 35 17 2900 = 64 34 28 85 Cơng thức tính tốn bánh thay để điều chỉnh xích tốc độ trục chính: = - Điều chỉnh xích chạy dao: điều chỉnh xích chạy dao cơng tác theo thời gian bao hình (t ct), thời gian trục cam thực góc quay = 1600 = 4/9 (vịng) để điều khiển q trình bao hình Phương trình điều chỉnh động học Cơng thức tính tốn bánh thay để điều chỉnh xích chạy dao: = - Điều chỉnh xích phân độ: điều chỉnh xích phân độ theo phương pháp bao hình gia công tinh bánh côn theo công thức sau: = Trong đó: Zi - số cách quảng sau lần phân độ Zf - số bánh gia cơng - Điều chỉnh xích bao hình: tính tốn điều chỉnh xích bao hình để xác định tương quan tỷ lệ chuyển động quay giá dao với bàn máy ta có cơng thức điều chỉnh theo phương pháp bao sau: 135 Cơng thức tính tốn bánh thay để điều chỉnh xích bao hình: = Trong đó: Zi - số cách quảng sau lần phân độ Zf - số bánh gia công Zd - số bánh dẹt đỉnh 155 Hình P1.7 Kính hiển kỹ thuật số VHX600 sử dụng để đo Ra U Hình P1.8 Thực trình đo Ra U với trợ giúp số nhà khoa học cán kỹ thuật 156 PHỤ LỤC Bảng P 2.1 Kết đo nhám máy VHX-6000 157 Bảng P 2.2 Kết đo mòn dao máy VHX-6000 158 Bảng P 2.3 Kết xác định tuổi bền dụng cụ cắt 159 Hình P 2.1 Một số kết đo nhám máy VHX-6000 160 Hình P 2.2 Một số kết đo mịn máy VHX-6000 161 PHỤ LỤC Hình P 3.1 Kết phân tích thành phần vật liệu mảnh cắt 162 Hình P 3.2 Kết đo độ cứng tế vi mảnh cắt ... gia cơng ta có đầu dao cắt thô mặt cắt; đầu dao cắt tinh mặt cắt mặt cắt Đầu dao mặt cắt có lưỡi dao ngồi lưỡi dao Đầu dao hai mặt cắt có lưỡi cắt lưỡi cắt lắp xen kẽ Để cắt bánh cung trịn ta thường... chế độ cắt có ảnh hưởng lớn đến nhám bề mặt mòn dụng cụ cắt Việc xác định mức độ ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến nhám bề mặt lượng mòn dụng cụ cắt sở cho việc lựa chọn điều khi? ??n thông số công...BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -o0o - HOÀNG XUÂN THỊNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT RĂNG VÀ LƯỢNG MÒN DAO KHI CẮT TINH BÁNH RĂNG CƠN CUNG