Dự đoán ảnh hưởng của chế độ cắt, lưu lượng và áp suất bôi trơn tối thiểu đến lực cắt và nhám bề mặt khi phay vật liệu thép S50C tôi trên trung tâm gia công CNC 5 trục

Bài viết trình bày phân tích và đánh giá ảnh hưởng đồng thời thông số chế độ cắt, lưu lượng và áp suất dung dịch trong bôi trơn tối thiểu đến lực cắt, nhám bề mặt trong quá trình phay vật liệu thép S50C sau nhiệt luyện (đạt độ cứng 52 HRC).

SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 DỰ ĐOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT, LƯU LƯỢNG VÀ ÁP SUẤT BÔI TRƠN TỐI THIỂU ĐẾN LỰC CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY VẬT LIỆU THÉP S50C TÔI TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC TRỤC PREDICTING THE EFFECTS OF CUTTING PARAMETERS AND FLOW RATES, PRESSURES OF MINIMUM QUANTITY LUBRICATION (MQL) ON CUTTING FORCE AND SURFACE ROUGHNESS IN MILLING OF HARDENED STEEL S50C ON 5-AXIS CNC MACHINING CENTER Nguyễn Thành Cơng1, Nguyễn Chí Bảo1, Nguyễn Như Tùng1, Phạm Thị Thiều Thoa1, Nguyễn Văn Cảnh1, Hồng Tiến Dũng1,* TĨM TẮT Bài báo trình bày phân tích đánh giá ảnh hưởng đồng thời thông số chế độ cắt, lưu lượng áp suất dung dịch bôi trơn tối thiểu đến lực cắt, nhám bề mặt trình phay vật liệu thép S50C sau nhiệt luyện (đạt độ cứng 52 HRC) Phương pháp Taguchi, phương pháp quy hoạch thực nghiệm hiệu nay, sử dụng nghiên cứu phần mềm phân tích thống kê Minitab 19 ứng dụng để xây dựng mô hình tốn hồi quy thơng số chế độ cắt, lưu lượng áp suất dung dịch bôi trơn tối thiểu đến lực đến cắt nhám bề mặt chi tiết gia công máy phay CNC trục Qua phân tích dự đốn ảnh hưởng chế độ cắt chế độ bôi trơn tối thiểu đến độ nhám bề mặt lực cắt q trình gia cơng ứng dụng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) để phân tích mức độ ảnh hưởng thông số chế độ cắt chế độ bôi trơn tối thiểu đến lực cắt phay Kết tiền đề cho nghiên cứu ứng dụng công nghiệp chế tạo Từ khóa: Chế độ cắt, bơi trơn tối thiểu, nhám bề mặt, lực cắt, trình phay, vật liệu thép carbon S50C ABSTRACT The paper analyses and evaluates the effect of cutting parameters, flow rates, and pressures in minimum quantity lubrication system on cutting force and surface roughness in the milling process of S50C carbon steel materials after heat treatment (reaching a hardness of 52 HRC) The Taguchi method, one of the most effective experimental planning methods nowadays, is used in this study, and the statistical analysis software, namely Minitab 19, is utilized to build a regression model between parameters of the cutting process, flow rates and pressures of the minimum quantity lubrication system and the cutting force, surface roughness of the part when machining on a 5-axis CNC milling machine Thereby analyzing and predicting the effect of cutting parameters and minimum quantity lubrication conditions on the surface roughness and cutting force during machining, also applying analysis of variance (ANOVA) to determine the influence level of parameters milling process as well as minimum quantity lubrication system to the cutting force and surface roughness when milling This study provides the foundation for future research as well as an application in the field of machining Keywords: Cutting parameters, minimum quantity lubrication (MQL), surface roughness, cutting force, milling process, S50C steel Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Email: tiendung@haui.edu.vn Ngày nhận bài: 20/3/2021 Ngày nhận sửa sau phản biện: 25/4/2021 Ngày chấp nhận đăng: 25/10/2021 * Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn GIỚI THIỆU Vật liệu thép S50C loại thép cường độ cao, có hàm lượng carbon trung bình, có khả chịu oxi hoá mạnh, chống gỉ cao, chống nhiệt cao đánh bóng tốt, lý nên thép S50C sử dụng rộng rãi ngành khuôn mẫu chế tạo vỏ khuôn, khuôn nhựa, ngồi cịn dùng ngành đóng tàu, thuyền, kết cấu nhà xưởng chi tiết khí khác, Có nhiều phương pháp khác để gia công chi tiết, sản phẩm vật liệu thép S50C phương pháp gia công áp lực, đúc, gia cơng cắt gọt Trong phương pháp gia cơng cắt gọt chiếm tỷ lệ cao công nghiệp sản xuất ô tô, chế tạo máy Đối với doanh nghiệp chế tạo vấn đề liên quan đến hiệu kinh tế cần thiết cấp thiết phải nghiên cứu Để đáp ứng điều kiện phát triển nhu cầu thị trường mang tính cạnh tranh cao ngày nay, việc áp dụng phương án gia cơng hợp lý q trình gia cơng cần thiết Thép cứng nhìn chung vật liệu khó gia cơng cắt gọt, nhiên cơng nghệ gia công loại vật Vol 57 - No (Oct 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 63 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ liệu dụng cụ có lưỡi cắt, điển hình phay cứng thu hút ý đáng kể Trong gia công, sản xuất loại khuôn mẫu, phay cứng lên phương pháp gia cơng thay cho phương pháp gia công tia lửa điện chi phí cao sử dụng [1-2] Để áp dụng phay vào gia công vật liệu cứng, cần có thiết bị phương án phù hợp áp dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu giải pháp quan tâm nghiên cứu [3-4] Trong báo này, nhóm tác giả tập trung nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời thông số chế độ cắt, thông số lưu lượng áp suất phun hệ thống bôi trơn tối thiểu đến nhám bề mặt lực cắt phay vật liệu thép S50C sau nhiệt luyện Mục đích nghiên cứu nhằm xây dựng mơ hình tốn học hồi quy thơng số đầu vào: tốc độ cắt (Vc), lượng tiến dao (fz), chiều sâu cắt theo phương hướng trục (ap), áp suất phun (P) lưu lượng phun (Q) với thông số đầu độ nhám bề mặt, lực cắt phay vật liệu thép S50C sau nhiệt Trong trình gia cơng vật liệu cứng dao phay gắn mảnh hợp kim cứng, lực cắt thay đổi liên tục suốt q trình cắt.Trong q trình gia cơng có nhiều yếu tố khác hệ thống gia công ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp tới lực q trình gia cơng cắt gọt, số thơng số điển hình tổng hợp biểu đồ xương cá hình [5-6] P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 thơng số lực cắt để dự đốn quy luật chất lượng bề mặt chi tiết gia công [10] Việc nghiên cứu quan tâm lúc tới lực cắt nhám bề mặt gia công quan trọng nhà nghiên cứu Qua hướng tới giải tốn giám sát trực tuyến tối ưu hóa đa mục tiêu tiêu chất lượng kỹ thuật giúp tăng hiệu kinh tế chất lượng sản phẩm gia công [11] KHẢO SÁT LỰC CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY CỨNG THÉP S50C 2.1 Điều kiện khảo sát Trung tâm gia công CNC trục đồng thời (DMU50) hệ điều khiển Siemens 840D: Hành trình trục X/Y/Z = 500/450/400; hành trình trục B: -5 độ đến +110 độ; hành trình trục C: 360 độ; Động trục chính: tốc độ trục từ 20 đến 14.000 (vịng/phút), cơng suất động trục chính: 20,3kW, trục SK40 tiêu chuẩn DIN69871 Bàn làm việc: tốc độ quay trục B C tối đa: 20(vòng/phút); đài dao: số dao: 16 vị trí; chiều dài dao tối đa: 300; trọng lượng dao tối đa: 6kg; tốc độ di chuyển trục; tốc độ gia công tối đa theo trục X/Y/Z: 30.000mm/phút; tốc độ chạy dao nhanh theo trục X/Y/Z: 30.000mm/phút Ngoài ra, nhám bề mặt chi tiết tiêu quan trọng để đánh giá sản phẩm Những nghiên cứu gần cho thấy việc sử dụng bôi trơn tối thiểu vào gia cơng phay có kết tích cực chất lượng mơi trường [7-9] Hình Trung tâm gia công trục Thiết bị bôi trơn tối thiểu MQL: Hệ thống bôi trơn tối thiểu cho gia công kim loại hãng TOPSET, Bắc Kinh, Trung Quốc Có thơng số kỹ thuật sau: Kích thước đầu phun: mm, số đầu phun tối đa: vòi phun Dung dịch bôi trơn hệ thống bôi trơn tối thiểu nghiên cứu dầu phộng Hình Biểu đồ xương cá khía cạnh tác động tới lực cắt q trình gia cơng Nghiên cứu hướng tới việc đánh giá tác động vào thông số đầu từ yếu tố đầu vào cách áp dụng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) tích hợp phần mềm ứng dụng thống kê Minitab 19, đồng thời tiến hành xây dựng mô hình tốn học hồi quy dự đốn độ nhám bề mặt sản phẩm lực cắt trình gia cơng Có mối quan hệ tương quan lực cắt phay nhám bề mặt chi tiết gia cơng, Hình Hệ thống bơi trơn tối thiểu Dụng cụ cắt: Sử dụng dụng cụ cắt gắn mảnh hợp kim, vật liệu cán dao: hợp kim cứng, EGO® Đài Loan Đường 64 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (10/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 kính cắt gọt (d) = 16mm, đường kính cán (D) = 17mm Số vị trí lắp mảnh cắt: 2, chiều dài: 150mm Mảnh cắt hợp kim cứng hãng WIDA có mã APMT1135PDR-SPTIEH, có phủ TiAlN, bán kính mũi dao R = 0,8mm (hình 4) Communication Tool Ver 5.007 sử dụng để hiển thị lưu trữ thông số Ra theo tiêu chuẩn ISO 1997 (hình 6) Mỗi mẫu thí nghiệm đo lần, giá trị trung bình lần đo sử dụng để phân tích tính tốn cho kết thí nghiệm Hình Dụng cụ cắt sử dụng thí nghiệm Thiết bị đo lực:Thực nghiệm sử dụng thiết bị đo lực thành phần mã số Kistler Type 9139AA: dải đo (-3kN ÷ 3kN), hộp xử lý liệu máy tính với phần mềm DynoWare để đo xử lý liệu thơng tin hình Hình Hệ thống thiết bị đo nhám a Đầu đo nhám; b Mẫu thí nghiệm; c Hệ thống gá; d Trung tâm xử lý liệu; e Hệ thống máy tính phần mềm tích hợp Chi tiết gia cơng: Vật liệu gia cơng thép S50C sau nhiệt kích thước mẫu thí nghiệm LxWxH = 70x30x15 (mm) (hình 7) Thành phần hóa học thép S50C bảng đặc tính kỹ thuật thép carbon S50C thể bảng Bảng Thành phần hóa học thép S50C Ni  Cr  0, 35% C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) Ni (%) 0,47 0,53 0,15 0,35 0,6 - 0,9 Max 0,03 Max 0,035 Max 0,2 Cr (%) Cu (%) Max 0,2 Max 0,3 Hình Hệ thống thiết bị đo lực cắt a Máy CNC trục; b Đầu phun MQL; c Thiết bị đo lực; d Trung tâm xử lý liệu; e Hệ thống máy tính phần mềm tích hợp Thiết bị đo nhám: Nhám bề mặt Ra đo máy đo độ nhám MITUTOYO-Surftest SJ-210 Portable Surface Roughness Tester Phần mềm SurfTest SJ USB Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Hình Phơi thép carbon S50C Vol 57 - No (Oct 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 65 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Bảng Đặc tính kỹ thuật thép S50C Đặc tính Khối lượng riêng(kg/m3) Hệ số poisson Modun đàn hồi (GPa) Độ bền kéo (MPa) Độ bền uốn (MPa) - Vận tốc cắt v máy phay cao tốc nằm khoảng: 120 ÷ 300m/phút; Giá trị 8000 Đặc tính Giá trị Độ dẫn nhiệt (W/m-k) 47,2 Nhiệt dung riêng 0,27 - 0,30 477 (J/kg-k) Hệ số dãn nở nhiệt 190 - 210 16 (1e-6/K) 1588 Nhiệt độ nóng chảy (oC) 1370 - 1400 1034 Nhiệt độ làm việc (oC) - 500 - Chiều sâu cắt theo phương hướng trục ap: 0,1 ÷ 0,9mm; - Bước tiến fz nằm khoảng: 0,02 ÷ 0,1mm/răng; - Áp suất P hệ thống bơi trơn tối thiểu: ÷ 6MPa; - Lưu lượng Q hệ thống bôi trơn tối thiểu khoảng: 50 ÷ 150ml/h Bảng Bảng thơng số đầu vào thực nghiệm 2.2 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm Mức Mức Mức -1 1 Vận tốc cắt (Vc) [m/phút] 120 210 300 Lượng tiến (fz) [mm/răng] 0,02 0,06 0,1 Chiều sâu cắt hướng trục (ap) [mm] 0,1 0,5 0,9 Áp suất (P) [MPa] Lưu lượng (Q) [ml/h] 50 100 150 TT Qua mơ hình nghiên cứu tiến hành thí nghiệm với Vc, fz, ap, P Q Ứng dụng phương pháp thực nghiệm Taguchi L27 trực giao với mức khác để thực nghiệm phân tích dự đốn lực cắt phay biên dạng Trên sở khuyến cáo nhà sản xuất dụng cụ cắt vật liệu dung cụ cắt hợp kim cứng EGO® Đài Loan thông số cắt gia công tinh vật liệu thép S50C sau nhiệt khoảng giới hạn sau: Thông số Bảng Kết đo độ nhám bề mặt lực cắt Biến mã hố STT Thơng số thực nghiệm Q [ml/h] 50 50 50 100 100 100 150 150 Vc [m/phút] 120 120 120 210 210 210 300 300 fz [mm/răng] 0,02 0,02 0,02 0,06 0,06 0,06 0,1 0,1 ap [mm] 0,1 0,5 0,9 0,1 0,5 0,9 0,1 0,5 X1 X2 X3 X4 X5 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0 1 -1 -1 -1 0 1 -1 -1 -1 0 1 -1 -1 -1 P [MPa] 2 2 2 2 -1 1 1 150 300 0,1 0,9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 0 0 0 0 1 1 1 1 -1 -1 -1 0 1 -1 -1 -1 0 1 0 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 0 1 -1 -1 -1 0 0 0 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 4 4 4 4 6 6 6 6 50 50 50 100 100 100 150 150 150 50 50 50 100 100 100 150 150 150 210 210 210 300 300 300 120 120 120 300 300 300 120 120 120 210 210 210 0,1 0,1 0,1 0,02 0,02 0,02 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,1 0,1 0,1 0,02 0,02 0,02 0,1 0,5 0,9 0,1 0,5 0,9 0,1 0,5 0,9 0,1 0,5 0,9 0,1 0,5 0,9 0,1 0,5 0,9 66 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (10/2021) Nhám bề mặt (Ra) Lực cắt (F) 0,1123 0,1673 0,1317 0,1240 0,1300 0,1280 0,1417 0,1560 242,5857 319,6112 261,8555 291,2619 600,3795 747,9208 386,3822 694,0772 0,1610 0,0980 0,1170 0,1650 0,0723 0,0800 0,0930 0,1367 0,1553 0,2423 0,1667 0,2240 0,2400 0,1350 0,2100 0,2770 0,0933 0,0987 0,0900 1091,7684 234,2903 596,4672 883,1737 296,3350 420,5361 629,3605 259,0606 487,9602 834,1574 234,6851 494,2717 931,3188 239,1861 500,2546 843,2801 162,7148 358,4126 511,9236 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Bảng Kết phân tích ANOVA nhám bề mặt Number of obs: 27 Source Model P Q Vc fz ap P*P Q*Q Vc*Vc fz*fz ap*ap P*ap Q*ap Vc*ap fz*ap Error Total Sum of squares 0,068560 0,004439 0,001201 0,003016 0,015138 0,011150 0,004044 0,000728 0,012280 0,008936 0,000087 0,002389 0,000120 0,001968 0,003061 0,005069 0,073629 R-squared: Adj R-squared: Mean square 0,004897 0,004439 0,001201 0,003016 0,015138 0,011150 0,004044 0,000728 0,012280 0,008936 0,000087 0,002389 0,000120 0,001968 0,003061 0,000422 Degree of freedom 14 1 1 1 1 1 1 1 12 26 Theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm trực giao Taguchi lựa chọn thực nghiệm với mức xác định bảng Trong nghiên cứu thực nghiệm, với thông số đầu vào, thông số gồm có mức khác Ma trận thí nghiệm phù hợp [6] (L27 - 313) bao gồm 27 thí nghiệm lựa chọn để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng thông số chế độ cắt vận tốt cắt, lượng tiến răng, chiều sâu cắt hướng trục, áp suất lưu lượng bôi trơn tối thiểu đến lực cắt nhám bề mặt phay Kết đo độ nhám bề mặt lực cắt thể bảng 2.2.1 Phân tích kết nhám bề mặt chi tiết Kết phân tích phương sai cho độ nhám bề mặt gia công thép carbon S50C sau nhiệt dao phay gắn mảnh hợp kim thống kê bảng Kết phân tích bảng rằng: lượng tiến dao (fz) ảnh hưởng lớn đến nhám bề mặt chi tiết sau gia công 20,56%, ảnh hưởng tốc độ cắt (Vc) chiếm 4,10%, chiều sâu cắt hướng trục (ap) chiếm 15,14%, áp suất hệ thống bơi trơn tối thiểu (P) chiếm 6,03%, ngồi cịn có tác động bình phương lực cắt (Vc*Vc) 16,68%, bình phương lượng chạy dao (fz*fz) 12,14%; cịn thơng số khác ảnh hưởng 6% tính tốn bảng phân tích ANOVA Phương trình hồi quy ảnh hưởng thông số chế độ cắt chế độ bôi trơn tối thiểu đến độ nhám bề mặt chi tiết sau gia cơng có mức độ ảnh hưởng thống số riêng lẻ ảnh hưởng lẫn thông số đầu vào tới độ nhám bề mặt đánh giá bảng phân tích ANOVA Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn F-value 11,59 10,51 2,84 7,14 35,84 26,40 9,57 1,72 29,07 21,16 0,21 5,66 0,28 4,66 7,25 93,12% 85,08% Prob > F 0,000 0,007 0,118 0,020 0,000 0,000 0,009 0,214 0,000 0,001 0,657 0,035 0,603 0,052 0,020 Percent contribution (%) 93,12% 6,03% 1,63% 4,10% 20,56% 15,14% 5,49% 0,99% 16,68% 12,14% 0,12% 3,25% 0,16% 2,67% 4,16% 6,88% 100,00% bảng So sánh kết đo từ thực nghiệm độ nhám bề mặt chi tiết sau gia cơng mơ tả hình Qua hình mơ tả cho thấy, kết dự đoán gần với kết đo Giá trị R2 phương trình hồi quy độ nhám bề mặt đạt 93,12% Vì vậy, mơ hình hồi quy tốn học mơ hình hồi quy phù hợp với thơng số đầu vào (vận tốc cắt, chiều sâu cắt theo phương dọc trục, lượng chạy dao, lưu lượng áp suất vịi phun) thơng số đầu giá trị độ nhám bề mặt R = 0,3815 − 0,0529 ∗ − 0,000966 ∗ ⎧ −0,002312 ∗ + 3,120 ∗ + 0,0461 ∗ ⎪ ⎪ + 0,00649 ∗ P + 0,000004 ∗ Q ⎪ +0,000006 ∗ V − 24,12 ∗ − 0,0238 ∗ (1) ⎨ + 0,01764 ∗ P ∗ − 0,000158 ∗ Q ∗ ⎪ ⎪ − 0,000356 ∗ V ∗ + 0,998 ∗ ∗ ⎪ = 85,08% ⎩ R = 93,12%, R Hình So sánh kết đo từ thực nghiệm dự đoán độ nhám Ra Vol 57 - No (Oct 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 67 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Bảng Kết phân tích ANOVA biên độ lực cắt Number of obs: 27 Source Model P Q Vc fz ap P*P Q*Q Vc*Vc fz*fz ap*ap P*ap Q*ap Vc*ap fz*ap Error Total Sum of squares 1668132 7192 19221 78776 285150 1069822 2546 430 2869 21994 349 18301 5848 23994 131641 40547 1708679 R-squared: Adj R-squared: Mean square F-value 119152 35,26 65 0,02 531 0,16 2208 0,65 18496 5,47 10509 3,11 2546 0,75 430 0,13 2869 0,85 21994 6,51 349 0,10 18301 5,42 5848 1,73 23994 7,10 131641 38,96 3379 Degree of freedom 14 1 1 1 1 1 1 1 12 26 97,63% 94,86% Prob > F 0,000 0,892 0,699 0,435 0,037 0,103 0,402 0,728 0,375 0,025 0,753 0,038 0,213 0,021 0,000 Percent contribution (%) 97,63% 0,42% 1,12% 4,61% 16,69% 62,61% 0,15% 0,03% 0,17% 1,29% 0,02% 1,07% 0,34% 1,40% 7,70% 2,37% 100,00% 2.2.2 Phân tích lực cắt Sử dụng phương pháp ANOVA phân tích mức độ ảnh hưởng thông số thông qua bảng cho thấy chiều sâu cắt hướng trục (ap) ảnh hưởng lớn đến lực cắt 62,61%, lượng tiến dao (fz) 16,69%, tốc độ cắt (Vc) 4,61%, cịn thơng số khác thể bảng phân tích ANOVA (bảng 6) Phương trình tốn học hồi quy ảnh hưởng thơng số chế độ cắt chế độ bôi trơn tối thiểu đến lực cắt phay có mức độ ảnh hưởng thống số riêng lẻ ảnh hưởng lẫn thông số đầu vào tới lực cắt đánh bảng phân tích phương sai ANOVA bảng So sánh kết đo từ thực nghiệm giá trị dự đoán biên độ lực cắt mơ tả hình Qua hình mơ tả cho thấy kết dự đoán gần với kết đo Giá trị R2 phương trình hồi quy giá trị lực cắt đạt 97,63% Vì vậy, mơ hình hồi quy tốn học mơ hình hồi quy phù hợp với thông số đầu vào (vận tốc cắt, chiều sâu cắt theo phương dọc trục, lượng chạy, lưu lượng áp suất vòi phun) thông số đầu giá trị lực cắt phay ⎧ ⎪ ⎪ F = 227 + 6,8 ∗ P + 0,78 ∗ Q − 1,02 ∗ V + 4414 ∗ f − 397 ∗ a − 5,15 ∗ P − 0,00338 ∗ Q + 0,00270 ∗ V − 37841 ∗ f ⎨ + 48 ∗ a + 48,8 ∗ P ∗ a + 1,104 ∗ Q ∗ a ⎪ + 1,242 ∗ V ∗ a + 6546 ∗ f ∗ a ⎪ R = 97,63%, R = 94,86% ⎩ (2) Hình So sánh kết đo từ thực nghiệm dự đoán lực cắt F PHÂN TÍCH MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG CỦA THƠNG SỐ ĐẦU VÀO ĐỐI VỚI THƠNG SỐ ĐẦU RA 3.1 Thơng số đầu nhám bề mặt chi tiết (Ra) Sử dụng phương pháp phân tích Taguchi phần mềm Minitab để tìm mức độ ảnh hưởng áp suất (P), lưu lượng (Q), tốc độ cắt Vc, lượng tiến dao (fz) chiều sâu cắt hướng trục (ap) đến nhám bề mặt (Ra) bảng Từ ta có biểu đồ đánh giá mức độ ảnh hưởng thông số chế độ cắt cắt thông số bôi trơn tối thiểu đến độ nhám bề mặt gia cơng hình 10 Qua biểu đồ cho thấy độ nhám có xu hướng giảm nhẹ từ 0,14μm đến 0,13μm tăng áp suất (P) từ mức lên mức có tăng đáng kể nhìn thấy P chuyển lên mức 3, tăng lên đến 0,17μm Khi tăng lưu lượng (Q) từ mức (50ml/h) đến mức (100ml/h) nhám bề mặt giảm từ 68 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (10/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 0,14μmxuống 0,1μm Tuy nhiên, sau giá trị lại có xu hướng tăng nhẹ lên 0,14μmở mức lưu lượng tiếp tục tăng Bảng Mức độ ảnh hưởng thông số khảo sát đến nhám bề mặt Ra thông số lượng tiến dao (fz) chiều sâu cắt hướng trục (ap), xếp thứ thứ Cả hai thơng số có xu hướng làm cho lực cắt F tăng lên Một khoảng tăng lớn lực cắt (F), khoảng 300N, báo cáo hình 11 Lượng tăng làm cho lực cắt (F) đạt tới giá trị 600N mức thứ (0,1mm/răng) lượng tiến dao (fz), từ khoảng 300N mức (0,02mm/răng) Bảng Mức độ ảnh hưởng thông số khảo sát đến lực cắt F Level P Q Vc fz ap 0,1391 0,1580 0,1742 0,1043 0,1200 0,1289 0,1388 0,1160 0,1719 0,1487 0,1705 0,1417 0,1483 0,1623 0,1698 Delta 0,0417 0,0192 0,0582 0,0676 0,0498 Level P Q Vc fz ap Rank 515,1 466,5 443,1 355,9 260,7 515,7 507,6 487,4 542,3 496,9 475,1 531,8 575,4 607,7 748,3 Delta 40,6 65,4 132,3 251,7 487,6 Rank Thông số vận tốc cắt (Vc) có xu hướng tác động gần tương tự áp suất (P) lưu lượng (Q) Vc cho thấy ảnh hưởng rõ ràng Tốc độ cắt từ mức (120m/phút) lên mức (200 m/phút) độ nhám bề mặt Ra có cải thiện đáng kể, giá trị Ra từ gần 0,18μm giảm xuống xấp xỉ 0,11μm Thông số lượng tiến dao (fz) có tác động lớn đến độ nhám bề mặt Cụ thể qua đồ thị cho thấy độ nhám bề mặt tăng mạnh lượng chạy dao tăng từ mức lên mức giá trị độ nhám tăng từ 0,07μm lên 0,18μm, lượng tăng không tiếp tục mà giảm nhẹ xuống khoảng 0,16μm điều chỉnh lượng chạy dao lên mức độ Thông số có tác động tới nhám bề mặt lớn thứ chiều sâu cắt hướng trục (ap), qua đồ thị hình 10 cho thấy chiều sâu cắt tăng từ mức (0,1mm) lên mức (0,5mm), mức (0,9mm) độ nhám trải qua trình tăng nhanh đến 0,15μm 0,17μm Tốc độ cắt (Vc) có xu hướng ảnh hưởng tới lực cắt F giống lượng tiến dao (fz), giá trị khoảng 450N mức thứ 1, lực cắt F tăng lên 500N mức thứ (210m/phút) tiếp tục tăng lên điều chỉnh tốc độ cắt(Vc) lên mức thứ (300m/phút) đạt giá trị gần 600N Trong ảnh hưởng thông số chế độ cắt ảnh hưởng tới lực cắt gia công cho thấy tác động lớn rõ rệt ảnh hưởng hai thơng số áp suất vịi phun (P) lưu lượng dầu phun (Q) hệ thống bôi trơn tối thiểu tới lực cắt (F) không đáng kể Lực cắt gia công (F) thay đổi qua mức khảo sát áp suất (P) lưu lượng (Q) không nhiểu, trải qua mức độ lưu lượng (Q) ta thấy lực cắt gọt (F) tăng lên điều ngược lại xảy đo lực cắt (F) mức áp suất (P), nhiên trường hợp đó, giá trị lực cắt gia công (F) dao động quanh giá trị khoảng 500N Hình 10 Biểu đồ thể ảnh hưởng thông số đến độ nhám bề mặt Ra 3.2 Thông số đầu lực cắt (F) Tương tự ta phân tích để tìm mức độ ảnh hưởng áp suất (P), lưu lượng (Q), tốc độ cắt (Vc), lượng tiến dao (fz) chiều sâu cắt hướng trục (ap) đến lực cắt phay bảng Từ ta có biểu đồ đánh giá mức độ ảnh hưởng thông số cắt thông số bôi trơn tối thiểu đến lực cắt gia cơng hình 11 Ảnh hưởng lớn tới lực cắt thông số khảo sát thuộc chiều sâu cắt hướng trục (ap), lực cắt tăng lên nhanh chóng từ khoảng 280N mức (0,1mm) lên tới gẩn 800N mức (0,9mm) Xếp sau theo mức độ ảnh hưởng tới lực cắt F Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Hình 11 Biểu đồ thể ảnh hưởng thông số đến lực cắt F KẾT LUẬN Bài báo tiến hành thực nghiệm khảo sát phân tích ảnh hưởng thơng số chế độ cắt thông số chế độ bôi trơn tối thiểu (Vc, fz, ap, Q, P) phay thép cứng S50C sau nhiệt luyện Nghiên cứu ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để thiết kế Vol 57 - No (Oct 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 69 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ đánh giá thí nghiệm, ngồi phần mềm Minitab 19 sử dụng công cụ để xây dựng mơ hình tốn học hồi quy thực nghiệm thông số đầu vào (chế độ cắt chế độ bôi trơn tối thiểu) thông số đầu độ nhám bề mặt sản phẩm lực cắt gia công, tương ứng với phương trình (1) (2) Kết cho thấy độ nhám bề mặt Ra tương ứng với mức độ ảnh hưởng thông số lượng tiến dao fz (20,56%), tốc độ cắt Vc (4,10%), chiều sâu cắt hướng trục ap (15,14%), áp suất hệ thống bôi trơn tối thiểu P (6,03%), lưu lượng dầu phun Q (1,63%) bình phương tốc độ cắt Vc*Vc (16,68%), bình phương lượng tiến dao fz*fz (12,14%) Lực cắt gia công F tương ứng với mức độ ảnh hưởng chiều sâu cắt hướng trục ap (62,61%), lượng tiến dao fz (16,69%), tốc độ cắt Vc (4,61%), lưu lượng dầu phun Q (1,12%), áp suất phun P (0,42%) tác động chéo lượng tiến dao fz chiều sâu cắt ap (7,70%) P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 [8] Raza M H., et al., 2020 Investigation of surface roughness in face milling processes The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 111 (9), pp.2589-2599 [9] Babu M N., et al., 2019 End milling of AISI 304 steel using minimum quantity lubrication Measurement, 138, pp.681-689 [10] Hoang T D., et al., 2019 Cutting Forces and Surface Roughness in FaceMilling of SKD61 Hard Steel Strojniski Vestnik/Journal of Mechanical Engineering, 65 (6) [11] Tien D H., et al., 2021 Online monitoring and multi-objective optimization of technological parameters in high-speed milling process The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 112 (9), pp.24612483 Dựa phân tích nghiên cứu này, phương án gia cơng chế độ gia cơng hợp lý ứng dụng công nghiệp gia công sản phẩm từ vật liệu tương tự Kết cho thấy bơi trơn tối thiểu có tác động định đến thông số đầu ra, nhiên ảnh hưởng không đáng kể giới hạn miền khảo sát Tuy nhiên, với khía cạnh tích cực phương pháp bơi trơn tối thiểu độc hại với môi trường sức khoẻ người, việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp vào trình gia công để thay phương pháp bôi trơn tưới nguội truyền thống cần thiết nghiên cứu AUTHORS INFORMATION Nguyen Thanh Cong, Nguyen Chi Bao, Nguyen Nhu Tung, Pham Thi Thieu Thoa, Nguyen Van Canh, Hoang Tien Dung Hanoi University of Industry TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Grzesik W., 2008 Machining of hard materials Machining, Springer, pp 97-126 [2] Astakhov V P., 2011 Machining of hard materials–definitions and industrial applications Machining of Hard Materials, Springer, pp 1-32 [3] Al Bashir M., et al., 2015 Effect of pulse Jet MQL in surface milling of hardened steel Journal of Mechanical Engineering, 45 (2), pp.67-72 [4] Kang M., et al., 2008 Effect of the minimum quantity lubrication in highspeed end-milling of AISI D2 cold-worked die steel (62 HRC) by coated carbide tools Surface and Coatings Technology, 202 (22-23), pp.5621-5624 [5] Routara B., et al., 2009 Roughness modeling and optimization in CNC end milling using response surface method: effect of workpiece material variation The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 40 (11-12), pp.1166-1180 [6] Benardos P., et al., 2003 Predicting surface roughness in machining: a review International Journal of Machine Tools and Manufacture, 43 (8), pp.833844 [7] Mia M., et al., 2017 Optimization of MQL flow rate for minimum cutting force and surface roughness in end milling of hardened steel (HRC 40) The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 89 (1-4), pp.675690 70 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (10/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn ... giả tập trung nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời thông số chế độ cắt, thông số lưu lượng áp suất phun hệ thống bôi trơn tối thiểu đến nhám bề mặt lực cắt phay vật liệu thép S50C sau nhiệt luyện Mục... tiến răng, chiều sâu cắt hướng trục, áp suất lưu lượng bôi trơn tối thiểu đến lực cắt nhám bề mặt phay Kết đo độ nhám bề mặt lực cắt thể bảng 2.2.1 Phân tích kết nhám bề mặt chi tiết Kết phân... sử dụng bôi trơn tối thiểu vào gia cơng phay có kết tích cực chất lượng mơi trường [7-9] Hình Trung tâm gia công trục Thiết bị bôi trơn tối thiểu MQL: Hệ thống bôi trơn tối thiểu cho gia công kim