(Luận văn thạc sĩ) xác định chất lượng bề mặt gia công tốc độ cao thép không gỉ austenitic SUS XM7

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LỮ QUỐC BẢO XÁC ÐỊNH CHẤT LUỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG TỐC ÐỘ CAO THÉP KHÔNG GỈ AUSTENITIC SUS XM7 NGÀNH: KỸ THUẬT CO KHÍ – 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LỮ QUỐC BẢO XÁC ĐỊNH CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG TỐC ĐỘ CAO THÉP KHƠNG GỈ AUSTENITIC SUS XM7 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: LỮ QUỐC BẢO Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 25/06/1991 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Tân Thành Bình, Mỏ Cày Bắc, Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Đường số 11, Trường Thọ, Thủ Đức, TP HCM Điện thoại: 0975.33.66.75 Điện thoại nhà riêng: E-mail: lubaohp@gmail.com Fax: II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2009 đến 9/2013 Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Cơng Nghệ Tự Động Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LÀM NHANG TỰ ĐỘNG Ngày & nơi bảo vệ đồ án: 07/2013 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH Cao học Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2014 đến 4/2017 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật khí Tên luận văn tốt nghiệp: XÁC ĐỊNH CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG TỐC ĐỘ CAO THÉP KHÔNG GỈ SUS XM7 Ngày & nơi bảo vệ đồ án: 04/2017 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG ii III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 10/2013 đến Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty Maruei VietNam Precision Nhân viên kỹ thuật sản xuất iii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Lữ Quốc Bảo iv năm LỜI CẢM TẠ Luận văn công trình nghiên cứu khoa học học viên, yêu cầu cần thiết cho học viên trước hồn thành khóa học Sau hai năm học tập nghiên cứu chương trình đào tạo sau đại học trường Đa ̣i ho ̣c Sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, hai năm này, thời gian em làm việc công ty gia công khí xác Maruei Viet Nam Precision, kiến thức học kinh nghiệm thực tế mà em có cơng việc em vận dụng để hồn thành luận văn thạc sĩ Đến nay, luận văn: “Xác định chất lượng bề mặt gia công tốc độ cao thép không gỉ Austenitic SUS XM7” đạt kết mong đợi Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:  Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh  Thầy PGS TS Nguyễn Ngọc Phương – Chủ nhiệm ngành Cơ Khí, Thầy PGS.TS Lê Chí Cương – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh tận tình giúp đỡ hướng dẫn em  Anh Lê Văn Nhựt, giám đốc công ty TNHH Cơ khí Việt San, địa đường số 3, khu công nghiệp Tân Đông Hiệp B, thị xã Dĩ An, tỉnh Bình Dương hỗ trợ thiết bị gia cơng để em hồn thành thực nghiệm đề tài  Cảm ơn gia đình ln động lực để hồn thành khóa học Em xin chân thành cảm ơn lần sự quan tâm giúp đỡ đô ̣ng viên quý báu của tấ t cả mo ̣i người Em xin trân trọng cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017 Học viên thực Lữ Quốc Bảo v TÓM TẮT Hiện nay, ngành công nghiệp ô tô phát triển, việc chọn vật liệu để sản xuất linh kiện xe ô tô yếu tố quan trọng hàng đầu nhà sản xuất Trong có vật liệu thép không gỉ SUS XM7 (JIS G4303), loại vật liệu làm việc tốt mơi trường ăn mịn cao Vấn đề đặt để nâng cao khả gia công loại vật liệu mà đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết tốt Ngày nay, tiến công nghệ chế tạo dụng cụ cắt nên công nghệ gia công tốc độ cao (High Speed Machining – HSM) áp dụng rộng rãi sản xuất So với phương pháp cắt gọt truyền thống gia cơng tốc độ cao có khả nâng cao suất (gấp – 10 lần) HSM ứng dụng nhiều công nghiệp chế tạo hàng không, công nghiệp ô tô, chi tiết quang học, vật liệu khó gia cơng đặc biệt chế tạo khuôn mẫu Đề tài: “Xác định chất lượng bề mặt gia công tốc độ cao thép không gỉ Austenitic SUS XM7” nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt phay tốc độ cao thép không gỉ SUS XM7 sở lý thuyết mối quan hệ thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công Dựa vào kết quả, tác giả đưa khuyến cáo miền chế độ cắt tối ưu gia công tốc độ cao thép khơng gỉ Austenitic SUS XM7, từ nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết tăng suất, giảm giá thành sản phẩm vi ABSTRACT The automotive industry is very developed nowadays and the choice of materials for manufacturing components in automobiles is of paramount importance to manufacturers One of the materials is stainless steel SUS XM7 (JIS G4303), which works well in highly corrosive environments Therefore, it is necessary to address the question of how to improve the material processing while ensuring best surface quality Today, due to the technological advancement of cutting tools, High Speed Machining - HSM is widely applied in manufacturing Compared with the traditional method of cutting, HSM has capabilities to improve productivity (more than 5-10 times) HSM is used a lot in the aviation manufacturing industry, automotive industry, optical parts, machining difficult materials, and especially in the manufacture of molds The project "The determination of surface quality for high-speed machining stainless steel Austenitic SUS XM7" studies the effect of technological parameters on the surface quality of high-speed machining stainless steel SUS XM7, based on theories about the relationship between technological parameters on the quality of surface machining Based on the results, the authors make recommendations about the optimal cutting mode when using high-speed machining austenitic stainless steel SUS XM7, thereby improving the quality of surface details, as well as increasing productivity and reducing production costs vii Dùng Matlab để tìm giá trị cực trị: Hình 4.9: Mã chương trình tìm cực trị hàm mục tiêu Hình 4.10: Kết tìm cực trị hàm mục tiêu  Tính tốn thơng số tối ưu Thơng qua phần mềm Matlab ta có kết nhám bề mặt: ymin = 0,1701 µm Khi x1 = -0,3345, x2 = -1,2150, x3 = -1,2150 64  Chiều sâu lớp cắt: 𝑡 − 𝑡0 = -0,3345 𝛥𝑡 => t = -0,3345 Δt + t0 = -0,3345.0,2 + 0,3 = 0,23 (mm)  Lượng chạy dao: 𝑓𝑧 − 𝑓0 𝛥𝑓 = -1,215 => 𝑓𝑧 = -1,215 Δf + f0 = -1,215.0,035 + 0,085 = 0,04 (mm/răng)  Vận tốc cắt: 𝑉𝑐 − 𝑉0 𝛥𝑉 = -1,215 => 𝑉𝑐 = -1,215 ΔV + V0 = -1,215.100 + 300 = 178,5 (m/phút) 4.4.3 Ảnh hưởng chiều sâu cắt lượng chạy dao đến nhám bề mặt Thay x3 = -1,215 (ứng với vận tốc cắt tối ưu 𝑉𝑐 = 178,5 m/phút) vào cơng thức 4.4 ta có phương trình: y = 0,6227 + 0,1006𝑥1 + 0,2312𝑥2 + 0,0531𝑥12 - 0,0586𝑥22  Mã chương trình: x=linspace(-1.215,1.215,50); y=linspace(-1.215,1.215,50); [X,Y]=meshgrid(x,y); z=0.6227+0.1006.*X+0.2312.*Y+0.0531.*X.*X-0.0586.*Y.*Y; surf(x,y,z); colorbar; xlabel('Chieu sau cat t'); ylabel('Luong chay dao Fz'); zlabel('Nham be mat Ra'); title('Anh huong cua t va Fz den Ra'); 65 (4.5) Hình 4.11: Ảnh hưởng t 𝑓𝑧 đến Ra  Nhận xét: Dựa vào đồ thị hình 4.11 ta thấy độ nhám thấp lượng chạy dao chiều sâu cắt nhỏ Khi chiều sâu cắt tăng từ 0,1 đến 0,3mm, độ nhám có tăng nhẹ, chiều sâu cắt vượt ngưỡng 0,3mm đến giá trị max độ nhám tăng lên đáng kể ảnh hưởng yếu tố rung động tăng Khi lượng chạy dao tăng từ giá trị đến giá trị max (0,05 ÷ 0,12mm/răng) độ nhám tăng mạnh Như vậy, lượng chạy dao chiều sâu cắt ảnh hưởng tỉ lệ thuận với độ nhám bề mặt, đó, lượng chạy dao có ảnh hưởng đáng kể chiều sâu cắt Như vậy, để giảm rung động gia công nhằm đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết gia công tuổi thọ dụng cụ cắt, ta nên chọn thông số chế độ cắt từ 0,1 đến 0,3mm chiều sâu cắt 0,09mm/răng lượng chạy dao 66 4.4.4 Ảnh hưởng chiều sâu cắt vận tốc cắt đến nhám bề mặt Thay x2 = -1,215 (ứng với lượng chạy dao tối ưu 𝑓𝑧 = 0,04 𝑚𝑚/𝑟ă𝑛𝑔) vào cơng thức 4.4 ta có phương trình: y = 0,2553 + 0,0354𝑥1 - 0,0537𝑥1 𝑥3 + 0,0531𝑥12  Mã chương trình: x=linspace(-1.215,1.215,50); y=linspace(-1.215,1.215,50); [X,Y]=meshgrid(x,y); z=0.2553+0.0354.*X-0.0537.*X.*Y+0.0531.*X.*X; surf(x,y,z); colorbar; xlabel('Chieu sau cat t'); ylabel('Van toc cat Vc'); zlabel('Nham be mat Ra'); title('Anh huong cua t va Vc den Ra'); 67 (4.6) Hình 4.12: Ảnh hưởng t Vc đến Ra  Nhận xét: Dựa vào đồ thị hình 4.12 ta thấy độ nhám thấp vận tốc cắt chiều sâu cắt nhỏ Khi chiều sâu cắt tăng từ 0,1 đến 0,3mm, độ nhám có tăng nhẹ, chiều sâu cắt vượt ngưỡng 0,3mm đến giá trị max độ nhám tăng lên đáng kể ảnh hưởng yếu tố rung động tăng Khi vận tốc cắt tăng từ 200 ÷ 400m/phút ứng với chiều sâu cắt nhỏ từ 0,1 đến 0,2mm độ nhám có tăng lên Nhưng vận tốc cắt khoảng cao từ 300 ÷ 400m/phút ứng với chiều sâu cắt từ 0,3 đến 0,4mm độ nhám giảm xuống đáng kể Ra < 0,25µm (cấp độ 9) Như vậy, để tăng suất chất lượng bề mặt gia công, ta nên chọn thông số chế độ cắt vùng từ 0,3 đến 0,4mm chiều sâu cắt, 350m/phút vận tốc cắt 68 4.4.5 Ảnh hưởng lượng chạy dao vận tốc cắt đến nhám bề mặt Thay x1 = -0,3345 (ứng với chiều sâu cắt tối ưu t = 0,23mm) vào cơng thức 4.4 ta có phương trình: y = 0,6168 + 0,2312𝑥2 + 0,018𝑥3 - 0,0586𝑥22  Mã chương trình: x=linspace(-1.215,1.215,50); y=linspace(-1.215,1.215,50); [X,Y]=meshgrid(x,y); z=0.6168+0.2312.*X+0.018.*Y-0.0586.*X.*X; surf(x,y,z); colorbar; xlabel('Luong chay dao Fz'); ylabel('Van toc cat Vc'); zlabel('Nham be mat Ra'); title('Anh huong cua Fz va Vc den Ra'); Hình 4.13: Ảnh hưởng Fz Vc đến Ra 69 (4.7)  Nhận xét: Dựa vào đồ thị hình 4.13 ta thấy độ nhám thấp vận tốc cắt lượng chạy dao nhỏ Khi lượng chạy dao khoảng từ 0,05 đến 0,065mm/răng độ nhám thấp không tăng vận tốc cắt tăng từ tới max (200 ÷ 400m/phút) Độ nhám bề mặt chịu ảnh hưởng hoàn toàn bới lượng chạy dao, độ nhám tăng theo tỉ lệ thuận với lượng chạy dao Như vậy, để tăng suất sản xuất mà đảm bảo chất lượng độ nhám bề mặt, ta nên chọn thơng số gia cơng có lượng chạy dao thấp (0,05 đến 0,065mm/răng) vận tốc cắt cao (>350m/phút) 4.5 Kiểm chứng kết thực nghiệm Tiến hành kiểm chứng kết thực nghiệm với điều kiện thực nghiệm ban đầu không thay đổi (máy, dao, dụng cụ đo…), với chiều sâu cắt t = 0,23 mm, lượng chạy dao 𝑓𝑧 = 0,04 mm/răng, vận tốc cắt 𝑉𝑐 = 178,5 m/phút Ta có kết bảng 4.12 Bảng 4.12: Bảng giá trị kiểm chứng 𝑅𝑎 𝑅𝑎 𝑅𝑎 𝑅𝑎 𝑇𝐵 (µm) (µm) (µm) (µm) 0,181 0,172 0,171 0,175 0,170 0,169 0,175 0,171 0,172 0,180 0,173 0,175 Mẫu Giá trị trung bình 0,1737 Giá trị trung bình nhám bề mặt chi tiết gia cơng kiểm chứng 0,1737 µm So sánh kết với kết tính tốn 𝑅𝑎𝑀𝑖𝑛 : 0,1737 µm ≈ 𝑅𝑎𝑀𝑖𝑛 = 0,1701 Kết chứng tỏ hợp lý phương pháp nghiên cứu 70 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Với đề tài: “Xác định chất lượng bề mặt gia công tốc độ cao thép không gỉ Austenitic SUS XM7”, tác giả hoàn tất đạt yêu cầu đề Về sở lý thuyết nghiên cứu trình bày gia cơng tốc độ cao, chất lượng bề mặt gia công yếu tố ảnh hưởng đến nhám bề mặt, phương pháp quy hoạch thực nghiệm làm sở cho việc tiến hành thực nghiệm Về thực nghiệm, tác giả tiến hành gia công phay tốc độ cao vật liệu SUS XM7 máy phay Fanuc Robodrill αD21LiA tiến hành đo lấy kết Mục tiêu khảo sát yếu tố ảnh hưởng chiều sâu cắt t, lượng chạy dao 𝑓𝑧 vận tốc cắt 𝑉𝑐 đến nhám bề mặt Ra Sử dụng phương pháp quy hoạch trực giao cấp II vào việc xử lý kết thực nghiệm, xác định hàm hồi quy hàm mục tiêu nhám bề mặt Ứng dụng phần mềm Matlab để tìm cực trị hàm hồi quy đưa chế độ cắt tối ưu để đạt nhám bề mặt nhỏ nhất, vẽ đồ thị 3D để phân tích kết nghiên cứu Thực gia công để kiểm chứng kết quả, kết chứng minh đắn phương pháp nghiên cứu Kết làm sở để nghiên cứu tối ưu hóa chế độ gia cơng cắt gọt loại vật liệu khác, dụng cụ cắt gọt khác Đồng thời triển khai ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tế sản xuất đem lại suất chất lượng cao 5.2 Kiến nghị Giới hạn đề tài thực hệ thống công nghệ cụ thể với vật liệu dụng cụ cắt xác định Do tính ứng dụng rộng rãi đề tài chưa cao 71 Với kết đạt được, để tiếp tục phát triển đề tài có hướng phát triển sau đề xuất: - Nghiên cứu rộng theo nhóm hệ thống cơng nghệ, nhóm vật liệu nhóm dụng cụ cắt khác - Nghiên cứu phương pháp gia công, chiến lược chạy dao, gia công môi trường bôi trơn làm nguội,… - Đối với vật liệu thép không gỉ SUS XM7, tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ nhám gia công phương pháp doa 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [ ] Nguyễn Ngọc Đào, Hồ Viết Bình, Phan Minh Thanh, Cở sở công nghệ chế tạo máy, NXB Đại học quốc gia TP.HCM, 2004 [ ] Nguyễn Thị Yên, Vật liệu khí, NXB Khoa học kỹ thuật, 2002 [ ] ThS Trần Quốc Hùng, Giáo trình dung sai kỹ thuật đo, NXB Đại học quốc gia TP.HCM, 2012 [ ] Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt, Công nghệ chế tạo máy, (NXB Khoa học Kỹ thuật), Hà Nội, 2006 [ ] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy, Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, 2001 [ ] GS.TS Trần Văn Địch, Nghiên cứu độ xác gia công thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật, 2003 [ ] PGS.TS Phùng Rân, Quy hoạch thực nghiệm, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2006 [ ] Nguyễn Doãn Ý, Quy hoạch thực nghiệm, (NXB Khoa học Kỹ thuật), Hà Nội, 2003 TIẾNG ANH [ ] The History of High speed machining, Herbert Schulz, 1999 [ 10 ] The 7th stainless steel SUS304 high-speed finish cutting, Takamaz, 2012 [ 11 ] High speed machining (HSM) – The effective way of modern cutting, Pasko, R - Przybylski, L & Slodki, B, 2002 [ 12 ] The application of High Speed Machining, Metalworking World, 1998 73 [ 13 ] Cutting tool technology, Graham T.Smith, 2002 [ 14 ] Vibration analysis in high speed rough and finish milling hardened steel, C.K Toh, 2004 [ 15 ] Computer Aided Design and manufacturing evaluation of milling cutter when hisgh speed machining of hardened steels, 2014 [ 16 ] High-Speed Machining Processes: Dynamics on Multiple Scales, M.A Davies, T J Burns, T L Schmitz CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC VÀ ĐỀ TÀI [ 17 ] Đỗ Tiểu Xuân, Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ cắt đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công thô tinh công nghệ cắt gọt tốc độ cao, luận văn thạc sĩ trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TP HCM, 2006 [ 18 ] Nguyễn Văn Hồng, Nghiên cứu số thông số ảnh hưởng tới nhám bề mặt phay cao tốc hợp kim Titan, luận văn thạc sĩ Học viện kỹ thuật quân sự, 2016 [ 19 ] Nguyễn Chí Trung, Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt phay cao tốc hợp kim PI7010/DIN2094, luận văn thạc sĩ Học viện kỹ thuật quân sự, 2016 74 PHỤ LỤC Phụ lục Thông số dao 75 Phụ lục Thông số cán dao 76 Phụ lục Chương trình gia cơng 77 S K L 0 ... ? ?Xác định chất lượng bề mặt gia công tốc độ cao thép không gỉ Austenitic SUS XM7? ?? tập trung nghiên cứu ảnh hưởng thông số