6. Phương pháp nghiên cứu
4.3. Kết luận chương 4
Khi tạo hình bề mặt tự do elip lõm trên máy phay CNC thì yếu tố đường dụng cụ, chế độ công nghệ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt chi tiết.
Chương này trình bày nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời các yếu tố công nghệ (V, s, t) đến nhấp nhô bề mặt và độ chính xác kích thước bằng thực nghiệm. Giải quyết được hạn chế trong việc đo nhấp nhô bề mặt tự do lõi khuôn cánh quạt bằng thiết bị đo có tính cơ động cao. Xây dựng được hàm hồi quy thực nghiệm khi gia công tinh bề mặt tự do elip lõm là cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt hợp lý, tăng chất lượng bề mặt chi tiết, tăng năng suất gia công khi tạo hình các bề mặt tự do lõm mà ngày nay được các nhà thiết kế sử dụng rất nhiều và là tiền đề cho việc nghiên cứu các loại bề mặt tự do cục bộ khác.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Đối tượng nghiên cứu của luận án là bề mặt lõi khuôn cánh quạt có dạng cục bộ elip lõm, đây là đối tượng bề mặt mà các nghiên cứu trước chưa đề cập đến bởi vì với đặc điểm về hình dáng hình học của bề mặt này trong quá trình nghiên cứu sẽ gặp những hạn chế trong việc đo kiểm đánh giá các dữ liệu đầu ra. Tuy nhiên ở trong luận án này tác giả đã đưa ra các phương pháp để giải quyết vấn đề này, luận án đã đạt được một số kết quả nghiên cứu mới như sau:
- Xây dựng được sơ đồ thực nghiệm và hệ thống thực nghiệm khoa học trên cơ sở ứng dụng các thiết bị tiên tiến, hiện đại có ở trong nước.
- Đưa ra phương pháp đánh giá yếu tố lực cắt khi gia công bề mặt tự do có dạng elip lõm, sử dụng kỹ thuật ngược (phương pháp đám mây điểm) để kiểm tra độ chính xác kích thước của bề mặt tự do.
- Nghiên cứu, phân tích, tổng hợp cơ sở lý thuyết của quá trình gia công trên máy phay CNC từ đó làm sáng tỏ mối quan hệ giữa chế độ cắt với các yếu tố xuất hiện trong quá trình cắt như: lực cắt, mòn dụng cụ cắt, độ nhám bề mặt làm cơ sở thực nghiệm nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt với các yếu tố đó.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dáng hình học bề mặt: ảnh hưởng của góc θy mòn dao phay ngón đầu cầu, ảnh hưởng của góc α đến nhấp nhô bề mặt elip lõm.
- Thông qua thực nghiệm xác định kiểu đường dụng cụ tối ưu khi gia công bề mặt elip lõm là Rough Spiral.
- Xây dựng công thức hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa chế độ cắt với yếu tố tốc độ biến đổi lực cắt trung bình khi gia công bề mặt lõi khuôn cánh quạt có dạng elip lõm:
Fx
Fy
V = 0,0516.V-0,4377.s1,3846.t0,3009
Fz
V = 0,0722.V-0,6423.s1,1815.t0,354
Công thức hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa chế độ cắt với mòn dao phay ngón đầu cầu khi tạo hình bề mặt elip lõm:
VB = 2,4915.V0,542.s-0,8014 Bcr = 547,08.V-0,4846.s-1,5728 Vw = 4,4339.V0,3926.s-0,3092
Công thức thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa góc nghiêng hợp bởi đường tâm dụng cụ cắt và pháp tuyến bề mặt gia công với mòn mặt sau, mặt trước dụng cụ:
8124 , 0 . 0331 , 5 − = y VB θ 1517 , 0 . 105 , 0 − = y cr B θ
- Xây dựng công thực hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa chế độ cắt với độ nhám bề mặt lõi khuôn cánh quạt có dạng elip lõm:
Ra = 0,3029.V-0,4095.s0,7983.t0,0753
Đây là cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi gia công bề mặt elip lõm mà cụ thể là bề mặt lõi khuôn cánh quạt.
Phương hướng nghiên cứu tiếp theo.
- Hoàn thiện cơ sở về lý thuyết để ứng dụng tin học xây dựng phần mềm với sự hỗ trợ của bộ dữ liệu OpenGL để xác định loại bề mặt tự do cục bộ bất kỳ.
- Nghiên cứu thực nghiệm để xác định mối quan hệ giữa các thông số công nghệ đến các loại bề mặt tự do cục bộ khác.
- Hoàn thiện các thực nghiệm với yêu cầu thống nhất hóa các thông số đầu vào đối với các yếu tố như lực cắt, mòn dụng cụ cắt, nhám bề mặt để giải bài toán tối ưu hóa các thông số công nghệ khi tạo hình bề mặt tự do có dạng elip lõm.
- Nghiên cứu hoàn thiện hơn về sự ảnh hưởng của yếu tố hình dáng hình học của bề mặt như độ cong, độ xoắn đến quá trình tạo hình bề mặt tự do có dạng elip lõm và các bề mặt cục bộ khác.
- Nghiên cứu, mô hình hóa các thành phần lực cắt khi gia công bề mặt tự do.
- Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của một số thông số công nghệ khi gia công bề mặt tự do tự do dạng elip lõm trên máy phay CNC cho cặp vật liệu và dụng cụ khác để phân tích, so sánh với cặp vật liệu và dụng cụ lựa chọn trong phạm vi luận án đã thực hiện về định tính và định lượng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Bành Tiến Long (chủ biên). (2013) Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[2] Bành Tiến Long, Bùi Ngọc Tuyên. (2013) Lý thuyết tạo hình các bề mặt cơ khí. NXB Giáo dục, Hà Nội.
[3] Dương Xuân Trường (2009) Tối ưu hóa chế độ cắt khi phay vật liệu SKD61 bằng mảnh dao phủ PVD – TIALN. Luận văn Thạc sỹ - Đại học Công nghiệp Thái Nguyên.
[4] Hoàng Văn Quý (2010) Xây dựng thuật toán và phần mềm tính toán kiểm tra độ chính xác hình học các bề mặt tự do. Luận văn Thạc sỹ - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
[5] Nguyễn Doãn Ý (2003) Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội [6] Nguyễn Đăng Bình, Nguyễn Phúc Tý (2007) Tự rung và mất ổn định của quá trình cắt kim loại. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[7] Nguyễn Quốc Tuấn (2009) Mối quan hệ của chế độ cắt và tuổi bền dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép Cr12MoV qua tôi. Tạp chí Khoa học & công nghệ các Trường đại học kỹ thuật số tháng 71.
[8] Phan Quang Thế (2002) Nghiên cứu khả năng làm việc của dụng cụ thép gió phủ dùng cắt thép các bon trung bình. Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà nội.
[9] Phạm Văn Bổng (2007) Nghiên cứu tối ưu hóa khi gia công bề mặt trụ ngoài trên máy tiện CNC. Luận án Tiến sỹ, Trường Đại học Bách Khoa Hà nội.
[10] Trần Quang Hưng (2008) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực căt khi phay bằng dao phay ngón trên máy CNC. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số tháng 10.
[11] Trần Văn Địch (chủ biên). (2003) Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[12] Trần Xuân Thái (2008) Tính toán đường dụng cụ trong tạo hình bề mặt và nghiên cứu mài mòn dao phay đầu bằng khi gia công khuôn mẫu trên máy phay CNC. Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà nội.
Tiếng Anh
[13] Anton Gittens, Boppana V. Chowdary (2002) A study on machining of sculptured surfaces. International Journal of Modern Engineering Volume 01 (2002)
[14] Arif Gok, Cevdet Gologlu, Halil Ibrahim Demirci (2013) Cutting parameter and tool path style effects on cutting force and tool deflection in machining of convex and concave inclined surfaces. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, November 2013, Volume 69, Issue 5-8, pp 1063-1078.
[15] Armarego E. J. A and Brown, R. H, (1969), The Machining of Metals, Prentice Hall, Inc, New Jersey.
[16] Adriano Fagali de Souza, Anselmo Eduardo Diniz, Alessandro Roger Rodrigues, Reginaldo Teixeira Coelho (2014) Investigating the cutting phenomena in free-form milling using a ball-end cutting tool for die and mold manufacturing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, April 2014, Volume 71, Issue 9-12, Pages 1565-1577 [17] Adriano Fagali de Souza, Adriane Machado, Sueli Fischer Beckert, Anselmo Eduardo Diniz (2014) Evaluating the roughness according to the tool path strategy when milling free form surfaces for mold application. 6th CIRP International Conference on High Performance Cutting, HPC 2014, Pages 188 – 193.
[18] A. Lamikiz, L.N. López de Lacalle, J.A. Sánchez, M.A. Salgado (2004) Cutting force estimation in sculptured surface milling. International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 44, Issue 14, November 2004, Pages 1511–1526.
[19] Ahman L. Stridh B and Wisell H (1990) Diffusion and Continuous Wear of High Speed Steel Cutting Tools, Materials Science and Technology, Vol 43/44, pp. 1074-1085.
[20] Boothroyd G (1975) Fundamemtals of Machining Machine Tools. Scripta Book Company, USA.
[21] Balázs Mikó, Jozef Beňo, Ildikó Maňková (2012) Experimental Verification of Cusp Heights when 3D Milling Rounded Surfaces. Acta Polytechnica Hungarica Vol. 9, No. 6, 2012 [22] Balázs Mikó, Jozef Beňo (2013) Effect of the working diameter to the surface quality in free-form surface milling. Metariala Science and Engineering.
[23] Brierley R. G and Siekmann H. J (1964) Machining Principles and Cost Control, Mc Graw-Hill Book Company, London.
[24] Boppana V. Chowdary, Anton Gittens (2013) An investigation for improvement of sculptured surface machining through a feedrate modification algorithm. International Journal of Manufacturing Research (IJMR), Vol. 8, No. 2, 2013.
[25] Bernard W. Ikua, Hisataka Tanaka, Fumio Obata, Satoshi Sakamoto, Takeyasu Kishi, Tatsuo Ishii (2002) Prediction of cutting forces and machining error in ball end milling of curved surfaces -II experimental verification. Precision Engineering, Volume 26, Issue 1, January 2002, Pages 69–82.
[26] Bernard W. Ikua,Hisataka Tanaka, Fumio Obata, Satoshi Sakamoto, (2001) Prediction of cutting forces and machining error in ball end milling of curved surfaces -I theoretical analysis, Precision Engineering, Volume 25, Issue 4, October 2001, Pages 266–273.
[27] Chung-Liang Tsai, Yunn-Shiuan Liao, (2008) Prediction of cutting forces in ball-end milling by means of geometric analysis. Journal of Materials Processing Technology, Volume 205, Issues 1–3, 26 August 2008, Pages 24–33.
[28] Colwell L. V (1963) Resume and Critique of Papers Part 2. International Research in production Engineering, The American Society of mechanical Engineers, New York, pp. 83- 88.
[29] Chen Zhang, Jilin Zhang (2013) On-line tool wear measurement for ball-end milling cutter based on machine vision. Computers in Industry 08 – 2013, 64(6), Pages 708–719. [30] Chen Zhang, Song Guo, Haiyan Zhang, Laishui Zhou (2013) Modeling and predicting for surface topography considering tool wear in milling process. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, October 2013, Volume 68, Issue 9-12, pp 2849-2860. [31] E. Budak, I. Lazoglu, B.U. Guzel (2004) Improving Cycle Time in Sculptured Surface Machining Through Force Modeling. CIRP Annals - Manufacturing Technology Volume 53, Issue 1, Pages 103–106.
[32] Ekemar. S(1982) Coated Indexable Cemented Carbide Inserts - A Development in Progress, Modern Trends in Cutting Tool, Society of Manufacturing Engineers, Michigan, pp. 24-26.
[33] G.M. Kim, P.J. Cho, C.N. Chu, (2000) Cutting force prediction of sculptured surface ball-end milling using Z-map. International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 40, Issue 2, January 2000, Pages 277-291.
[34] Harshad A. Sonawane, Suhas S. Joshi (2012) Analysis of machined surface quality in a single-pass of ball-end milling on Inconel 718. Journal of Manufacturing Processes, Volume 14, Issue 3, August 2012, Pages 257-268.
[35] Huang, Y and Oliver, J.H (1992) Non – constant parameter NC tool path genneration of sculptured surface. Journal ASME computer in Engineering, vol 1, pp411 – 419.
[36] H.Z. Li, H. Zeng, X.Q. Chen (2006) An experimental study of tool wear and cutting force variation in the end milling of Inconel 718 with coated carbide inserts. Journal of Materials Processing Technology, Volume 180, Issues 1–3, 1 December 2006, Pages 296-304
[37] Jianxin Pi (1996) Automatic Tool Selection and Tool Path Generation For Five-Axis Surface Machining. Doctor of Philosophy.
[38] Lazoglu I (2003) Sculptured surface machining: a generalized model of ball-end milling force system. Int J Mach Tools Manuf 43: pp 453–462.
[39] Loffler F. H. W (1994) Systematics Approach to Improve the Performance of PVD Coatings for Tools Application, Surface and Coatings Technology, Vol. 68/69, pp. 729-740.
[40] Loladze T. N. (1958) Wear of Cutting Tools, Mashqiz, Moscow.
[41] Li, F. Wang, X.C, Ghosh, S. K. and Kong, D.Z (1995) Toolpath generation for machining sculptured surfaces, Journal of Materials Processing Technology, vol 48, pp. 811- 816, Elsevier
[42] Macarov A.P (1966) Wear and Tool life of cutting tool. Moskva.
[43] Marius Cosma (2007) Horizontal path strategy for 3D- CAD analysis of chip area in 3axes ball nose and milling. 7th International Multidisciplinary Conference Baia Mare, Romania, May 17-18, 2007.
[44] Marius Cosma (2006), Geometric method of undeformed chip study in ball nose end milling. 6th The international conference of the carpathian euroregion specialists industrial systems. pp. 49-54.
[45] M. H. Baccar, E. Bayraktar, T. Rickert, M. Boujelbene, D. Katundi (2013), Experimental Study of High Speed Ball End Milling of Titanium Alloy (Ti-6Al-4V). Experimental and Applied Mechanics, Volume 4, Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series 2013, pp 191-201.
[46] M. Kaymakci, I. Lazoglu (2008) Tool path selection strategies for complex sculptured surface machining. Machining Science and Technology, 01 - 2008, Pages. 119-132.
[47] M. Milfelner, J. Kopac, F. Cus, U. Zuperl (2005) Genetic equation for the cutting force in ball-end milling. Journal of Materials Processing Technology, Volumes 164–165, 15 May 2005, Pages 1554-1560.
[48] Mustafa Kurt, Selim Hartomacioglu , Bilcen Mutlu, Ugur Koklu (2012) Minimization of the surface roughness and form error on the milling of free – form surfaces using a grey relational analysis, Materials and Technology 46, pp. 205 - 213
[49] Min W and Youzhen Z (1988) Diffusion Wear in Milling Titanium Alloys. Materials Science and technology, Vol. 4. pp. 548-553.
[50] P. Aichouh, K. D. Bouzakis, K. Efstathiou (2003) Determination of the chip geometry, cutting force and roughness in free form surfaces finishing milling with ball end tools.
International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol 43, Issue 5, April 2003, Pages 499-514.
[51] Shaw M. C (1989), Metal Cutting Principles, Oxford University Press, New York. [52] Stephen P. Radzevich (2008) Kinematic geometry of surface machining.By Taylor & Francis Group.
[53] Shaghayegh Shajari, Mohammad Hossein Sadeghi, and Hamed Hassanpour (2014) The influence of tool path strategies on cutting force and surface texture during ball end milling of
low curvature convex curfaces. The Scientific World Journal, Volume 2014, Article ID 374526, 14 pages.
[54] Tomás Vopát, Jozef Peterka, Martin Kovac (2014) The tool life of ball nose and mill depending on the different types of ramping. Faculty of Materials Science and Technology in Trnava, Slovak university of Technology in Batislava.vol 22, pp 115 – 122.
[55] Trent E. M (1967) Metallurgical Changes at the Tool/Work Interface, Machinability, ISI
Special Report 94, The Iron and Steel Institute, Portsmouth, pp. 79-87
[56] Trent E. M and Wright P.K (2000) Metal cutting, Butterworth – Heinemann USA.
[57] W.Hau - Bracamonte, J. L (1981) Partial Austenitisation within Flow Zone when Cutting a Low Carbon Steel. Metals Technology, November, 1981, pp. 447- 450.
[58] Wolfgang Weis, Hartmut Weule, Dieter Spath (1994), Tool wear measurement with optical sensor and vision systems. Journal Production Engineering, vol. II/1
[59] Y. Boz, H. Erdim, I. Lazoglu (2011) Modeling cutting forces for five axis milling of sculptured surface. Advanced Materials Research Vol 223, Pages 701 – 712.
[60] Y.Bao, I.N. Tansel, T.T. Arken, N.Mahendrakar (2000) Tool wear estimation in micro machining. Part I: tool usage cutting force relationship. International Journal of Machine tool & Manufacture 40, Pages (599 – 608).
[61] Z. Y. Koren, Rong-Shine Lin (1996) Efficient Tool-Path Planning for Machining Free- Form Surfaces. Journal of Engineering for Industry, vol 118, pp.20 – 28.
[62] Zhi-Hang Lin, EE Meng Lim, His – Yung Feng, Chia-Hsiang Menq (1995), The prediction of dimenional error for sculptured surface producctions using the ball end milling process. Part 2: Surface generration model and exrerimental verification, Vol. 35. No. 8. pp. 1171-1185.1995 Printed in Great Britain.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
[1]. Bùi Ngọc Tuyên, Nguyễn Quốc Dũng, Trần Mạnh Hà (2013) Ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong tạo hình các bề mặt xoắn vít; Hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí, lần thứ 3 Tháng 4/2013. ISBN: 978-604-67-0061-6, pp.387-394.
[2]. Tran Manh Ha, Bui Ngoc Tuyen, Banh Tien Long (2014) An experimental study about geometrical precision of free-form surface machined on 3 axes CNC milling machine by ball- end mill; International Symposium on Eco-materials Processing and Design (ISEPD2014) from 12-15 January, 2014 in Hanoi, Vietnam; ISBN 978-89-5708-236-2,pp. 318-321.
[3]. Trần Mạnh Hà, Bành Tiến Long, Bùi Ngọc Tuyên (2014) Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng một số yếu tố công nghệ đến tốc độ biến đổi lực cắt trung bình khi tạo hình bề mặt tự do dạng lõm elip trên máy phay CNC 3 trục; Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật – Học viện kỹ thuật Quân sự số 165 (12 – 2014) (132 – 138).
[4]. Tran Manh Ha, Banh Tien Long, Bui Ngoc Tuyen (2015) An experimental study about the flank wear of ball – end milling cutter when machining the free form surface patch of concave eliptic kind on 3 axes CNC milling machine. Journal of Science & Technology Technical Universities No 106B (2015) (pp.41 – 45).
PHỤ LỤC
5. Kết quả đo độ nhấp nhô (Rmax, Rmin) bề mặt lõi khuôn cánh quạt ứng với bảng 4.3
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN... i
LỜI CAM ĐOAN ... ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ... vii
PHẦN MỞ ĐẦU ...1
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu ...1
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu...3
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ...4
a. Ý nghĩa khoa học:...4
b. Ý nghĩa thực tiễn: ...4
4. Các đóng góp mới của luận án ...5
5. Nội dung luận án...5
6. Phương pháp nghiên cứu...6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỀ MẶT TỰ DO VÀ NGHIÊN CỨU VỀ TẠO HÌNH BỀ MẶT TỰ DO TRÊN MÁY PHAY CNC...7
1.1. Các bề mặt tự do (Sculptured Surfaces)...7
1.2. Phân loại các bề mặt tự do ...7
1.3. Dụng cụ và đường dụng cụ trong gia công bề mặt tự do ...10
1.3.1. Dụng cụ...10
1.3.2. Đường dụng cụ ...11
1.3.3. Các thông số của đường dụng cụ...12
1.4. Ảnh hưởng của hình học dụng cụ đến chất lượng tạo hình trong gia công bề mặt 3D...14
1.4.1. Mối quan hệ tương quan giữa hình học bề mặt không gian và hình học dụng cụ cắt trong gia công với bước tiến ngang lớn...14
1.4.1.1.Chiều cao nhấp nhô khi gia công sử dụng dao phay đầu chỏm cầu...14
1.4.1.2. Chiều cao nhấp nhô khi gia công sử dụng dao phay đầu phẳng...16
1.4.1.3. Gia công sử dụng một số loại dao khác...17
1.4.2. Mối quan hệ tương quan giữa hình học bề mặt không gian và hình học dụng cụ cắt trong gia công với bước tiến ngang nhỏ. ...17