nhỏm bề mặt
2.3.1. Cỏc kết quảđối với cụng cụ truyền thống
2.3.1.1. Cỏc yếu tố mang tớnh chất hỡnh học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt
Qua thực nghiệm đối với phương phỏp tiện người ta đó xỏc định được mối quan hệ giữa cỏc thụng số độ nhỏm (Rz ), lượng tiến dao S, bỏn kớnh mũi dao r và chiều dày phoi nhỏ nhất hmin.
Ở đõy khi tiện lượng chạy dao S1 đưa dao tiện từ vị trớ 1 sang vị trớ 2 (hỡnh 2.22a) để lại trờn bề mặt chi tiết phần sút lại m phụ thuộc vào bước tiến S1 và hỡnh dạng hỡnh học của dụng cụ cắt. Giảm lượng chạy dao từ S1 đến S2 thỡ chiều cao nhấp nhụ sẽ từ Rz' giảm xuống Rz'' (hỡnh 2.22b). Nếu thay đổi gúc φ và ϕ1 khụng những làm thay đổi chiều cao nhấp nhụ mà cũn thay đổi cả hỡnh dạng nhấp nhụ (hỡnh 2.22c). Nếu bỏn kớnh mũi dao tiện cú dạng hỡnh trũn là r1 thỡ hỡnh thành dạng nhấp nhụ cũng cú đỏy lừm trũn (hỡnh 2.22d). Nếu tăng bỏn kớnh đỉnh của dao tiện lờn r2 thỡ chiều cao nhấp nhụ Rz sẽ giảm (hỡnh 2.22e). Phần thẳng của lưỡi cắt trờn dao tiện cũng cú ảnh hưởng đến hỡnh dạng và chiều cao nhấp nhụ (hỡnh 2.22f).
Trong quỏ trỡnh hỡnh thành độ nhỏm khi tiện bằng dao cú bỏn kớnh mũi dao khụng lớn và lượng chạy dao lớn thỡ độ nhỏm bề mặt khụng chỉ chịu ảnh hưởng của bỏn kớnh mũi dao mà cũn chịu ảnh hưởng của lưỡi cắt chớnh và lưỡi cắt phụ cú ảnh hưởng của cỏc gúc ϕ và ϕ1.
Từ những luận điểm trờn mà giỏo sư người Nga Trebưsep đó đưa ra cụng thức biểu thị mối quan hệ giữa Rz và s, r, hmin. Khi S > 0,15 (mm/vũng) thỡ r S Rz 8 2 =
Khi S < 0,1 (mm/vũng) thỡ giỏ trị của chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz là ) S . ( 2 min min rh h r S Rz = + 1+ 2 8 2
Ở đõy chiều dày phoi kim loại hmin phụ thuộc vào bỏn kớnh mũi dao r. Nếu mài lưỡi cắt bằng đỏ mài kim cương mịn ở mặt trước và mặt sau lưỡi cắt, khi r= 10àm thỡ hmin = 4 àm. Mài dao kợp kim cứng bằng đỏ mài thường nếu r = 40 àm thỡ hmin > 20 àm.
Nếu lượng chạy dao S quỏ nhỏ ( S < 0,03 mm/vũng) thỡ trị số của Rz lại tăng, nghĩa là thực hiện bước tiện tinh hoặc phay tinh với lượng chạy dao S quỏ nhỏ sẽ
khụng cú ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết. Mặt khỏc với giỏ trị khụng đổi của lượng tiến dao S cú thể đạt độ nhỏm bề mặt thấp hơn nếu vật liệu cú độ bền cao hơn.
2.3.1.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt.
Tốc độ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhỏm bề mặt chi tiết mỏy. Khi cắt thộp cacbon ở vận tốc cắt thấp, nhiệt cắt khụng cao, phoi kim loại tỏch dễ, biến dạng của lớp bề mặt khụng nhiều, vỡ vậy độ nhấp nhụ tế vi bề mặt thấp, độ
nhỏm bề mặt thấp. Khi tăng tốc độ cắt đến khoảng 15 ữ 20 m/ph thỡ nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và cú giỏ trị lớn, gõy ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau dao kim loại chảy dẻo. Khi lớp kim loại bị nộn chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sỏt ở vựng cắt sẽ hỡnh thành lẹo dao. Đú là do một ớt kim loại bị
chảy và bỏm vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Về cấu trỳc thỡ lẹo dao là hạt kim loại rất cứng, nhiệt độ núng chảy lờn tới khoảng 3000°C, bỏm rất chắc vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Lẹo dao làm tăng độ nhỏm bề mặt gia cụng.
Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bị nung núng nhanh hơn, vựng kim loại biến dạng bị phỏ huỷ, lực dớnh của lẹo dao khụng thắng nổi lực ma sỏt của dũng phoi và lẹo dao bị cuốn đi. Lẹo dao biến mất ứng với tốc độ cắt khoảng từ 30 đến 60 m/phỳt. Với tốc độ cắt lớn hơn 60 m/phỳt thỡ lẹo dao khụng hỡnh thành được nờn độ
nhỏm bề mặt gia cụng giảm, độ nhẵm búng bề mặt gia cụng tăng. Hỡnh 2 cho biết
ảnh hưởng của vận tốc cắt V đến chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz, khi cắt gọt kim loại. Khi gia cụng kim loại giũn (gang) cỏc mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra khụng cú thứ tự làm tăng nhấp nhụ tế vi bề mặt. Tăng tốc độ cắt sẽ giảm được hiện tượng vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ nhẵn búng của bề mặt gia cụng.
2.3.1.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao
Lượng tiến dao S ngoài ảnh hưởng mang tớnh chất hỡnh học nhưđó nờu trờn, cũn cú ảnh hưởng đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia cụng. Hỡnh 2.24 cho biết quan hệ giữa lượng tiến dao S và chiều cao nhấp nhụ tế vi
z
R khi gia cụng thộp cỏc bon, với giỏ trị của lượng tiến dao S = 0,02 ữ 0,15 (mm/vũng) thỡ bề mặt gia cụng cú độ nhấp nhụ tế vi thấp nhất, nếu giảm S < 0,02 mm/vũng thỡ độ nhấp nhụ tế vi sẽ tăng lờn, độ nhẵn búng bề mặt giảm vỡ ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của cỏc yếu tố hỡnh học. Nếu trị số S > 0,15 mm/vũng thỡ biến dạng đàn hồi sẽảnh hưởng đến sự hỡnh thành cỏc nhấp nhụ tế vi, kết hợp với ảnh hưởng của cỏc yếu tố hỡnh học, làm cho độ nhỏm bề mặt tăng lờn nhiều (hỡnh2.24).
0 0,02 S(mm/vòng)
Rz(àm)
0,15
Hỡnh 2.24. Ảnh hưởng của lượng tiến dao S đối với chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz
Như vậy đểđảm bảo đạt độ nhẵn búng bề mặt cao và năng suất cao nờn chọn giỏ trị của lượng tiến dao S trong khoảng 0,05 đến 0,12 mm/vũng đối với thộp cacbon.
2.3.1.4. Ảnh hưởng của chiều sõu cắt.
Chiều sõu cắt nhỡn chung khụng cú ảnh hưởng đỏng kểđến độ nhỏm bề mặt. Tuy nhiờn nếu chiều sõu cắt quỏ lớn thỡ rung động trong quỏ trỡnh cắt tăng, do đú độ
nhỏm cú thể tăng. Ngược lại, chiều sõu cắt quỏ nhỏ sẽ làm cho dao bị trượt trờn bề
mặt gia cụng và xảy ra hiện tượng cắt khụng liờn tục, do đú độ nhỏm bề mặt lại tăng. Hiện tượng gõy trượt dao thường ứng với giỏ trị của chiều sõu cắt trong khoảng 0,0, - 0,03mm.
2.3.1.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia cụng.
Vật liệu gia cụng ảnh hưởng đến độ nhỏm bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai(thộp ớt cỏcbon) dễ biến dạng dẻo sẽ làm cho độ
nhỏm bề mặt tăng hơn so với vật liệu cứng và giũn.
Để đạt độ nhỏm thấp người ta thường tiến hành thường húa thộp cỏc bon ở
nhiệt độ 850 – 870 trước khi cắt gọt.
Độ cứng của vật liệu gia cụng tăng thi chiều cao nhấp nhụ tế vi giảm và hạn chế ảnh hưởng của tốc độ cắt tới chiều cao nhấp nhụ tế vi. Khi độ cứng của vật liệu gia cụng đạt tới HB = 5000N/mm2 thỡ ảnh hưởng của tốc độ cắt tới chiều cao nhấp
nhụ tế vi Rz hầu như khụng cũn. Mặt khỏc, giảm tớnh dẻo của vật liệu gia cụng bằng cỏch biến cứng lớp bề mặt cũng làm giảm chiều cao nhấp nhụ tế vi.
2.3.2. Cỏc kết quảđó cú được đối với mỏy CNC
Cỏc mỏy cắt kim loại ngày càng hiện đại và cú khả năng tự động húa cao. Muốn đổi mới cụng nghệ cần đầu tư vốn lớn. Việc sử dụng cỏc mỏy cắt đắt tiền như
vậy chỉ mang lại hiệu quả cao khi mỏy làm việc với chế độ cụng nghệ hợp lý. Nếu khụng thỡ sẽ gõy ra lóng phớ và hiệu quả thấp. Do vậy việc nghiờn cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ búng đó được nghiờn cứu nhiều ở cỏc nước phỏt triển như Đức, Mỹ, Nhật, Phỏp, Thuỵ Sĩ... Nhưng khi mua cỏc thiết bị gia cụng đắt tiền của cỏc nước này, cỏc hóng bỏn thiết bị chỉ đưa ra hướng dẫn cụng nghệ ở dạng khỏi quỏt. Cũn chế độ cắt tối ưu là bản quyền của riờng từng hóng, họ khụng bỏn nhằm giữ độc quyền riờng cạnh tranh. Do vậy, nghiờn cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới
độ búng khi gia cụng trờn mỏy CNC là vấn đề thời sự và là đũi hỏi tất yếu khỏch quan của nền chế tạo cơ khớ hiện đại của nước ta.
Việc nghiờn cứu ảnh hưởng của cỏc thụng số cụng nghệđến Ra khi gia cụng trờn mỏy CNC cũng đó và đang được nghiờn cứu ở nước ta. Luận ỏn tiến sỹ kỹ
thuật: “Mụ hỡnh húa quỏ trỡnh cắt khi phay trờn mỏy CNC” của tỏc giả Hoàng Việt Hồng. Trong luận ỏn của mỡnh tỏc giảđó nghiờn cứu, thiết lập mụ hỡnh cỏc đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quỏ trỡnh cắt khi phay để xõy dựng miền giới hạn của bài toỏn xỏc định chế độ cắt tối ưu khi phay, tỡm tớn hiệu phự hợp phục vụ
cho điều khiển thớch nghi trong quỏ trỡnh phay, đảm bảo hệ thống làm việc an toàn, tăng năng suất gia cụng, tận dụng hết khả năng cắt của dụng cụ, nõng cao độ chớnh xỏc nguyờn cụng và gúp phần thực hiện tựđộng húa quỏ trỡnh sản xuất, dẫn tới chi phớ sản xuất thấp.
Trong luận ỏn của mỡnh tỏc giả đó đề cập một cỏch đầy đủ cỏc thụng số đặc trưng xuất hiện trong và sau quỏ trỡnh cắt, và thực hiện khảo sỏt chi tiết sự biến thiờn của cỏc đại lượng này bằng cỏch tỡm mối quan hệ giữa cỏc đại lượng này với chế độ cắt và thời gian. Ởđõy chỳng ta chỉ xem xột kết quả đó đạt được của đề tài vềảnh hưởng của chếđộ cắt lờn độ búng trong quỏ trỡnh gia cụng.
0933 0 3407 0 8971 0 8 463 , , , . , V S B Ra = − z 1272 0 3195 0 9983 0 3 3392 , , , . , V S B Rz = − z
Cỏc kết quả đó đạt được cho phộp ta xỏc định được chất lượng bề mặt chi tiết gia cụng trong điều kiện gia cụng cụ thể. Với yờu cầu đảm bảo chiều cao nhấp nhụ tế vi bề mặt cho trước của chi tiết thỡ mụ hỡnh độ nhỏm đó trở thành cỏc ràng buộc về chất lượng của quỏ trỡnh gia cụng.
2.4. Kết luận
Túm lại, chất lượng của bề mặt chi tiết mỏy là yếu tố quyết định ảnh hưởng
đến khả năng làm việc của cỏc mối lắp ghộp của chi tiết mỏy trong kết cấu cơ khớ.
Để đỏnh giỏ chất lượng chi tiết mỏy cần dựa vào rất nhiều cỏc thụng số: độ chớnh xỏc gia cụng, nhỏm bề mặt, ảnh hưởng cỏc yếu tốđến nhỏm bề mặt trong quỏ trỡnh gia cụng cao tốc: lực cắt, nhiệt cắt, biến dạng phoi, mài mũn dao...Những yếu tố đú mang tớnh tổng hợp và cú mối quan hệ chặt chẽ. Vỡ vậy khi xột sự ảnh hưởng của cỏc yếu tố phải tớnh tới khả năng cõn bằng giữa sựảnh hưởng của cỏc yếu tố. Sau đú chọn ra cỏc thụng số tối ưu nhất cho quỏ trỡnh cắt. với nhau. Về phương diện cụng nghệ chế tạo mỏy cần đi sõu phõn tớch cỏc yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chi tiết mỏy.
CHƯƠNG III
XÂY DỰNG Mễ HèNH THỰC NGHIỆM VÀ TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM
3.1. Xõy dựng mụ hỡnh thực nghiệm 3.1.1. Mụ hỡnh thớ nghiệm
Mụ hỡnh thớ nghiệm được sử dụng trong quỏ trỡnh nghiờn cứu được chỉ
trờn hỡnh 3.1. Trong đú thụng số đầu vào là cỏc thụng số trong hệ thống cụng nghệ như mỏy, dao, chế độ cắt. Phương phỏp cắt được sử dụng cho thớ nghiệm nghiờn cứu độ nhỏm là phay măt đầu. Đầu ra của quỏ trỡnh là độ
nhỏm bề mặt chi tiết mỏy được đặc trưng bởi hai giỏ trị Ra và Rz.
Hỡnh 3.1. Mụ hỡnh thớ nghiệm tổng quỏt -Chếđộ cắt -Mỏy phay CNC -Phương phỏp phay -Vật liệu gia cụng - Hỡnh dỏng và kớch thước chi tiết -Vật liệu dao - Kiểu dao -Kớch thước hỡnh học dao Mỏy Phụi Dao phay mặt đầu Độ nhỏm bề mặt Số liệu đầu vào Quỏ trỡnh cắt Số liệu đầu ra
3.1.2. Thụng sốđầu vào của thớ nghiệm 3.1.2.1. Mỏy thực hiện.
Mỏy được sử dụng trong cỏc thớ nghiệm cắt là mỏy phay CNC GV503 do hóng Mori SeiKi, Nhật Bản sản xuất năm 2003. Cỏc thụng số cơ bản của mỏy được chỉ ra trong bảng 3.1
Hỡnh 3.2. Mỏy phay CNC GV503
Bảng 3.1 Thông số cơ bản của máy phay CNC GV503
Kiểu mỏy Phay đứng Hệđiều khiển Fanuc Số trục 3 (X, Y, Z) Hành trỡnh trục X 610mm Hành trỡnh trục Y 510mm Hành trỡnh trục Z 460mm Đài gỏ dao 30 Trục chớnh 1 Cụng suất của mỏy 11Kw Tốc độ lớn nhất của trục chớnh 12000(vũng/phỳt)
3.1.2.2. Dụng cụ cắt
- Loại dao: Dao phay mặt đầu φ63 gắn 4 mảnh hợp kim - Ký hiệu dao và hợp kim: ASX445R634S32 - VP15TF. - Hóng sản xuất: MITSUBISHI
- Thụng số kỹ thuật của dao:
- Kớch thước hỡnh học dao:
ASX445-063A04R trong đú: + Số răng (số chớp): 4
+ Đường kớnh khoả mặt đầu của dao D1= 63mm + Đường kớnh lớn nhất của dao D2 = 75,9mm + Chiều cao của đài dao L2=40mm
+Vật liệu dao: Kim loại cứng cú phủ cacbit
3.1.2.3. Phương phỏp phay.
Sử dụng phương phỏp phay mặt đầu với chi tiết cú kớch thước theo bản vẽ phớa dưới:
- Chi tiết được định vị và kẹp chặt như hỡnh vẽ
- Chi tiết được định vị và kẹp bằng etụ
- Khi phay cú sử dụng dung dịch làm mỏt trong suốt quỏ trỡnh phay..
Hỡnh 3.4. Bản vẽ chi tiết và sơđồ gỏ kẹp chi tiết
3.1.2.4. Thiết bịđo độ búng chi tiết sau khi gia cụng
Việc đo độ búng của chi tiết sau khi gia cụng được thực hiện bằng mỏy đo Mitutoyo SJ – 400 của phũng thớ nghiệm đo lường Trường Đại học Sao Đỏ tiến hành đo tại Trung Tõm cụng nghệ cao EMCO - Trường Đại học Bỏch Khoa Hà Nụi.
60
50
40
n S
Hỡnh 3.5. Mỏy đo độ nhỏm Mitutoyo SJ – 400
Hỡnh 3.6. Đầu đo thực hiện khi đo độ nhỏm
Sơ đồ đầu đo để thực hiện việc đo độ nhỏm. Chiều dài chuẩn để thực hiện lấy mẫu kết quảđo là L = 0,8 ữ 5mm. Chiều tiến của đầu đo là từ ngoài vào trong.
3.2 Cỏc thụng số thớ nghiệm
Trong phạm vi nghiờn cứu luận văn chỉ nghiờn cứu ảnh hưởng của cỏc thụng số cụng nghệ là tốc độ cắt V(m/ph), tốc độ chạy dao S(mm/răng) tới độ nhỏm bề
mặt chi tiết mỏy (Ra & Rz ) khi gia cụng cao tốc trờn mỏy phay CNC được thực hiện với loại vật liệu giũn là Gang xỏm 18 -36, bằng phương phỏp thực nghiệm kết
Do đú ta chọn vận tốc cắt V= 100 ữ 550 (m/ph) và Sr = 0,01 ữ 0,2 (mm/răng) với chiều sõu cắt t = 0,2mm và t = 0,5mm
3.2.1. Với vận tốc cắt (V) thay đổi được thực hiện trờn 10 mẫu với S khụng đổi
chọn S =0,05 (mm/răng) ta được bảng cỏc số liệu thớ nghiệm như sau:
V(m/ph) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Thứ tự 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Với thụng số của dao thực hiện được chọn như trờn ta cú cỏc chỉ số cụng nghệ gia cụng trờn mỏy CNC như sau:
3.2.2. Với vận tốc cắt (Vc) khụng đổi chọn V =550 (m/phut) được thực hiện trờn 10 mẫu với S thay đổi ta được bảng cỏc số liệu thớ nghiệm như sau:
S(mm/rang) 0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,2
TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Với thụng số của dao thực hiện được chọn như trờn ta cú cỏc chỉ số cụng nghệ gia cụng trờn mỏy CNC như sau:
TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
n(v/ph) 2780 2780 2780 2780 2780 2780 2780 2780 2780 2780
Sph
(mm/ph) 111 222 445 667 890 1112 1334 1557 1779 2224
3.3 Thực hiện cỏc thớ nghiệm và thu thập số liệu
Tiến hành thớ nghiệm với 10 chi tiết được đỏnh số thứ tự từ 1 ữ 10. Thực hiện phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu lần lượt cỏc từng chi tiết với cỏc thụng