6. Phương pháp nghiên cứu
1.6.Tổng quan tình hình nghiên cứu
Ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, ngành cơ khí cũng không ngoài trào lưu đó và công nghệ CAD/CAM là một trong thành tựu đáng kể hiện nay nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như sản suất ô tô, thiết bị văn phòng, thiết bị gia dụng… Do những nhu cầu cấp thiết đó nên các nhà khoa học luôn tìm tòi nghiên cứu để có thể nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản xuất, các hướng nghiên cứu được các tác giả tập trung là:
* Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến lực cắt, chất lượng bề mặt:
+ Đánh giá yếu tố lực cắt khi gia công bề mặt tự do [18] của các tác giả A. Lamikiz, L.N. López de Lacalle, J.A. Sánchez, M.A. Salgado đăng ở tạp chí International Journal of Machine Tools and Manufacture. Bài báo trình bày một nghiên cứu về mô hình dự đoán lực cắt khi phay bề mặt dốc lên và dốc xuống, với mục đích để tính toán lực cắt cơ bản trên tập
hợp hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công, điều kiện cắt, và hướng gia công, độ dốc của bề mặt. Các tác giả đã thực hiện các thí nghiệm trên hai vật liệu là nhôm và thép có độ cứng 52HRC để kiểm nghiệm các sai lệch kết quả đo khi gia công nhằm ứng dụng khi gia công bề mặt tự do.
+ Xác định hình dạng của phoi, lực cắt và nhám bề mặt khi gia công bề mặt tinh tự do với dao phay đầu cầu [50] của các tác giả K.D. Bouzakis, P. Aichouh, K. Efstathiou được đăng trong tạp chí International Journal of Machine Tools and Manufacture. Nghiên cứu trình bày một thuật toán “ball-mill” với sự hỗ trợ của máy tính để dự đoán các yếu tố công nghệ xảy ra trong quá trình gia công như lực cắt, hình dáng của phoi, chất lượng bề mặt khi gia công các bề mặt tự do.
+ Nghiên cứu quá trình cắt khi phay bề mặt tự do bằng dao phay đầu cầu trong sản xuất khuôn mẫu [16] của Adriano Fagali de Souza, Anselmo Eduardo Diniz, Alessandro Roger Rodrigues, Reginaldo Teixeira Coelho đăng ở tạp chí The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. Bài báo trình bày một nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của yếu tố vận tốc cắt đến lực cắt và chất lượng bề mặt khi gia công thép AISIP20 bằng dao phay đầu cầu, giải thích các hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt bằng việc xác định điểm tiếp xúc thông qua đường dụng cụ.
+ Dương Xuân Trường, Nguyễn Văn Hùng “Tối ưu hóa chế độ cắt khi phay vật liệu SKD61 bằng mảnh dao phủ PVD – Tialn” [3] ở bài báo công bố nghiên cứu này các tác giả trình bày kết quả nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt khi phay vật liệu SKD61 bằng mảnh dao phủ PVD - TIALN, giải bài toán tối ưu hoá bằng phương pháp thực nghiệm theo mục tiêu tối ưu hoá về năng suất gia công, mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt, kết hợp với nghiên cứu cơ chế mòn của dụng cụ cắt để phân tích và đánh giá kết quả nghiên cứu.
+ Phạm Văn Bổng “Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công mặt trụ ngoài trên máy tiện CNC” [9]. Luận án tiến sỹ trường ĐHBK Hà Nội ở nghiên cứu này bằng thực nghiệm tác giả đã xác định được các công thức quan hệ giữa mòn dụng cụ, chất lượng bề mặt, lực cắt trong quá trình gia công với chế độ cắt, từ đó tác giả lập hàm tối ưu hóa khí gia công chi tiết trụ tròn trên máy tiện CNC.
* Nghiên cứu về đường dụng cụ (chiến lược chạy dao):
+ Lựa chọn chiến lược chạy dao khi gia công bề mặt tự do phức tạp [46] của các tác giả M. Kaymakci, I. Lazoglu đăng ở Machining Science and Technology. Nghiên cứu trình bày phương pháp xây dựng, sử dụng phần mềm CAM để dự đoán lực cắt, xác định động học của phôi và dụng cụ khi gia công bề mặt không gian đối với mọi loại đường dụng cụ.
+ Dự đoán lực cắt và sai số gia công khi gia công các bề mặt cong bằng dao phay dầu cầu – Phần I: phân tích lý thuyết [26] của Bernard W. Ikua, Hisataka Tanaka, Fumio Obata, Satoshi Sakamoto đăng trên Precision Engineering. Bài báo trình bày nghiên cứu lý thuyết về dự đoán sai số về hình dáng hình học của chi tiết thông qua lực cắt khi gia công các bề mặt nghiêng với các hướng chạy dao khác nhau khi đường dụng cụ là dạng contour và chạy dao với phương pháp dốc.
+ Xác định lực cắt khi gia công bằng dao phay đầu cầu [47] của tác giả M. Milfelner, J. Kopac, F. Cus, U. Zuperl được công bố trong Journal of Materials Processing Technology. Trình bày chương trình dự đoán lực cắt khi phay bằng dao phay cầu bằng phương pháp đo lực cắt và sử dụng tin học để viết chương trình xác định lực cắt.
+ Vấn đề trong gia công bề mặt tự do thông qua dự đoán giá trị lực cắt gần đúng [13] của Anton Gittens, B.V. Chowdary nghiên cứu về tối ưu hóa trong quá trình gia công phay bằng dao phay ngón đầu bằng với mục tiêu là chất lượng bề mặt cao nhất, thời gian gia công và lực cắt là nhỏ nhất.
+ Dự đoán lực cắt bằng bản đồ Z khi gia công bề mặt tự do bằng dao phay ngón đầu cầu [33] của G.M. Kim, P.J. Cho, C.N. Chu đăng trên International Journal of Machine Tools and Manufacture, trình bày một phương pháp để xác định lực cắt khi gia công bề mặt tự do dựa trên cơ sở bản đồ Z của hình dạng bề mặt và dụng cụ cắt tức thời, cạnh của dụng cụ cắt được chiếu lên bề mặt pháp tuyến của dụng cụ cắt và so sánh với bề mặt mà dụng cụ tiếp xúc thu được từ bản đồ Z. Trong bài báo cũng phân tích mối quan hệ của hình dạng phoi và góc nghiêng của dụng cụ.
+ Dự đoán lực cắt và sai số gia công khi gia công các bề mặt cong bằng dao phay dầu cầu – Phần II: Thực nghiệm kiểm chứng [25] của Bernard W. Ikua, Hisataka Tanaka, Fumio Obata, Satoshi Sakamoto, Takeyasu Kishi, Tatsuo Ishii đăng trên Precision Engineering. Bài báo trình bày một nghiên cứu thực nghiệm về độ chính xác gia công các bề mặt cong lồi và lõm với các kiểu đường dụng cụ khác nhau và phương chạy dao khác nhau dựa trên cơ sở phân tích yếu tố lực cắt. Các tác giả sử dụng vi lượng kế và máy đo tọa độ 3 chiều CMM để xác định sai lệch kích thước gia công.
+ Dự đoán lực cắt khi gia công bằng dao phay cầu dựa trên cơ sở phân tích thuộc tính hình học của dụng cụ [27] của tác giả Chung-Liang Tsai, Yunn-Shiuan Liao được công bố trên Journal of Materials Processing Technology. Công trình công bố nghiên cứu về mô hình hình học khi phay bằng dao phay đầu cầu dựa trên cơ sở lý thuyết về mối quan hệ giữa chiều dày phoi, vận tốc cắt. Các tác giả đã xây dựng được ma trận chuyển đổi để xác định các lực cắt thành phần với các yếu tố đầu vào là chiều dài của dụng cụ, góc xoắn, góc quay của dụng cụ
cắt. Từ đó dự đoán lực cắt theo phương ngang và phương dọc, lực cắt theo phương Z biến đổi khi dụng cụ bị mòn.
+ Ngoài ra còn có các nghiên cứu về mô hình hóa lực cắt khi gia công bề mặt tự do trên trung tâm gia công 3 trục, 5 trục của Ismail Lazoglu và các tác giả thực hiện tại đại học KOC, Thổ Nhĩ Kỳ [31], [38], [59].
+ Một nghiên cứu để nâng cao quá trình gia công bề mặt tự do thông qua thuật toán thay đổi lượng tiến dao [24] của các tác giả Boppana V. Chowdary, Anton Gittens đăng trên tạp chí International Journal of Manufacturing Research. Trong bài báo này các tác giả đã nghiên cứu về sự ảnh hưởng của đường dụng cụ và lượng tiến dao đến chất lượng bề mặt và thời gian gia công khi gia công bề mặt Coons. Các tác giả đã sử dụng phương pháp Taguchi để đánh giá kết quả thực nghiệm và thấy rằng yếu tố đường dụng cụ có ảnh hưởng lớn hơn so với lượng tiến dao.
+ Nghiên cứu thực nghiệm về phay cao tốc bằng dao phay đầu cầu khi gia công vật liệu Titanium Alloy (Ti-6Al-4V) [45] của M. H. Baccar, E. Bayraktar, T. Rickert, M. Boujelbene, D. Katundi công bố trong Experimental and Applied Mechanics, Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series. Nghiên cứu về ảnh hưởng của vị trí của dao đầu cầu và các tham số công nghệ khi phay cao tốc vật liệu Ti-6Al-4V có dạng bề mặt lõm, kết quả được đánh giá bằng kính hiển vi điện tử so sánh bề mặt của chi tiết và dụng cụ trước và sau khi gia công.
+ Phân tích chất lượng bề mặt gia công khi gia công khuôn cán đơn giản với vật liệu Inconel 718 bằng dao phay ngón đầu cầu [34] của Harshad A. Sonawane, Suhas S. Joshi đăng trên Journal of Manufacturing Processes. Bài báo trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số công nghệ đến nhám bề mặt khi gia công bề mặt khuôn cán đơn giản bằng phay ngón đầu cầu, nghiên cứu cũng giúp xác định ảnh hưởng của vùng gia công đến nhám bề mặt.
+ Ảnh hưởng đường kính làm việc của dao phay ngón đầu cầu đến chất lượng bề mặt tự do. [21] của Balázs Mikó, Jozef Beňo đăng trên Metariala Science and Engineering, công trình công bố nghiên cứu thực nghiệm về sự ảnh hưởng của đường kính dao phay ngón đầu cầu đến chất lượng bề mặt tự do. Các tác giả sử dụng phương pháp tính toán hình học để tính toán độ nhấp nhô khi thay đổi vị trí tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt chi tiết. Thực nghiệm cho kết quả tuân theo cơ sở lý thuyết đã xây dựng.
+ Thực nghiệm xác định chiều cao nhấp nhô khi phay bề mặt cong lồi 3D [22] của tác giả Balázs Mikó, Jozef Beňo, Ildikó Maňková đăng trên Acta Polytechnica Hungarica. Trình bày nghiên cứu thực nghiệm xác định chiều cao nhấp nhô khi phay bề mặt 3D có dạng cong lồi, nghiên cứu đưa ra phương pháp đánh giá chiều cao nhấp nhô thông qua vectơ pháp tuyến tại
điểm tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết.
+ Nghiên cứu các phương pháp để kiểm tra chất lượng bề mặt tự do thông qua việc quét mẫu chế tạo để có dữ liệu CAD rồi từ đó sử dụng các phần mềm hoặc thuật toán để so sánh với mẫu CAD thiết kế với mục đích tìm ra sai số gia công.[4], [48].
+ Sinh đường dụng cụ cho bề mặt tự do [41] của các tác giả Li, F. Wang, X.C, Ghosh, S. K và Kong, D.Z được đăng trên tạp chí Materials Processing Technology. Trình bày cách tính đường dụng cụ gia công các bề mặt không gian.
+ Tính đường dụng cụ đẳng tham số để gia công bề mặt tự do [35] của Huang, Y. và Oliver, J.H đăng trên tạp chí ASME computer in Engineering, bài báo trình bày phương pháp tính đường dụng cụ đẳng tham số để gia công bề mặt cong trơn của bề mặt cong trơn.
+ Đánh giá chất lượng bề mặt dựa theo chiến lược chạy dao khi gia công bề mặt tự do ứng dụng trong khuôn mẫu [17] của Adriano Fagali de Souza; Adriane Machado; Sueli Fischer Beckert; Anselmo Eduardo Diniz được trình bày trong 6th CIRP International Conference on High Performance Cutting, HPC 2014 cho thấy rằng qua thực nghiệm chế tạo một lõi khuôn với các đường chạy dao khác nhau thì yếu tố đường chạy dao ảnh hưởng rõ rệt đến thời gian gia công và nhám bề mặt. Trong nghiên cứu này tác giả xác định đường chạy dao tối ưu thông qua đánh giá chất lượng bề mặt, thời gian gia công.
+ Chiến lược chạy dao ngang để phân tích tiết diện phoi trên máy phay CNC 3 trục sử dụng dao phay đầu cầu [43] của Marius Cosma công bố tại 7th International multidsciplinary conference - Baia Mare, Romania. Nghiên cứu trình bày phương pháp xác định tiết diện phoi thông qua phần mềm CAD khi gia công các bề mặt có các góc nghiêng biến đổi từ 0o đến 75o với mục đích xác định vị trí tiếp xúc nguy hiểm giữa dụng cụ và chi tiết, xác định lực cắt thông qua tiết diện phoi từ đó có thể cải thiện hiệu suất cắt.
+ Ảnh hưởng của chiến lược chạy dao đến lực cắt và chất lượng bề mặt khi gia công bề mặt lồi có độ cong thấp bằng dao phay ngón đầu cầu [53] của Shaghayegh Shajari, Mohammad Hossein Sadeghi, and Hamed Hassanpour thực hiện tại trường đại học Tarbiat Modares, Iran. Nghiên cứu chỉ ra đối với việc gia công bề mặt lồi có độ cong thấp thì chiến lực chạy dao hình tia cho kết quả tối ưu. Với các tham số đầu vào là vận tốc cắt, lượng chạy dao và lượng dịch dao ngang, yếu tố đầu ra là lực cắt, thời gian gia công và chất lượng bề mặt.
* Nghiên cứu về mòn dụng cụ và tuổi bền dụng cụ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Tuổi bền của dao phay cầu phụ thuộc vào kiểu chạy dao khi gia công bề mặt dốc [54] của Tomás Vopát, Jozef Peterka, Martin Kovac được trình bày trong Faculty of Materials Science and Technology in Trnava, Slovak university of Technology in Batislava.
+ Đo mòn dụng cụ trực tiếp đối với dao phay ngón đầu cầu bằng thiết bị hiển thị hình ảnh [29] của Chen Zhang, Jilin Zhang được thực hiện tại College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China. Nghiên cứu trình bày một phương pháp đo mòn dụng cụ cắt mà cụ thể là dao phay ngón đầu cầu. Các tác giả sử dụng camera CCD chụp lại các ảnh mòn của dụng cụ trước và trong quá trình gia công. Đây là phương pháp đo trực tiếp mà thiết bị đo được gắn trên bàn máy.
+ Một nghiên cứu thực nghiệm về mòn dụng cụ cắt và biến thiên lực cắt khi gia công vật liệu Inconel 718 bằng dao phay đầu bằng có mảnh dao phủ Carbide [36] của H.Z. Li, H. Zeng and X.Q. Chen được đăng Journal of Materials Processing Technology. Công bố một nghiên cứu thực nghiệm tại Singapore Institute of Manufacturing Technology về ảnh hưởng của kiểu chạy dao nghịch và thuận, tốc độ cắt đến mòn mặt sau của dao và tốc độ biến đổi lực cắt khi gia công vật liệu khó cằt gọt thường dùng trong lĩnh vực hàng không là Inconel 718.
+ Đo mòn dụng cụ với cảm biến quang học và hệ thống thị lực [58] của Wolfgang Weis, Hartmut Weule, Dieter Spath đăng trên Tạp chí Production Engineering. Trong nghiên cứu này các tác giả trình bày phương pháp giám sát bằng mòn quang học, dùng 2 camera có cùng tiêu cự để chụp ảnh của vùng bị mòn. Qua xử lý ảnh và so sánh các thông tin, một bức ảnh không gian 3 chiều của vết mòn được tái tạo lại. Từ đó ta có thể rút ra được thông tin về độ lớn cũng như chiều sâu của vết mòn.
+ Nghiên cứu mài mòn dao phay đầu bằng khi gia công khuôn mẫu trên máy phay CNC [12] luận án tiến sỹ của Trần Xuân Thái trình bày phương pháp đo mòn mặt sau bằng đồng hồ so hiển thị số và tính tuổi bền dụng cụ thông qua chiều dài cắt vòng.
Kết luận và hướng nghiên cứu của đề tài
Chương này trình bày các vấn đề cơ bản trong quá trình tạo hình bề mặt gia công trên máy phay CNC như:
- Các loại bề mặt tự do cục bộ.
- Dụng cụ cắt khi gia công các bề mặt tự do - Đường dụng cụ khi gia công bề mặt tự do. - Chất lượng bề mặt khi tạo hình bề mặt tự do.
Qua phân tích, đánh giá những nghiên cứu, tác giả nhận thấy hiện nay trên thế giới thuật ngữ bề mặt tự do (Sculptured Surface) đã trở nên khá quen thuộc vì ngày nay các sản phẩm ứng dụng bề mặt tự do để tạo hình rất nhiều. Để nâng cao độ chính xác hình dáng hình học và chất lượng bề mặt, nâng cao năng suất gia công các nhà nghiên cứu tập trung theo các hướng như sau:
Tính đường dụng cụ, từ đó tối ưu hóa đường chạy dao để giảm thời gian gia công, nâng cao chất lượng chi tiết.
Xây dựng, mô hình hóa lực cắt thành phần khi gia công bề mặt tự do.