Tiến hành thí nghiệm với 6 chi tiết được đánh số thứ tự từ 1 ÷ 6. Tiến hành tiện lần lượt mặt trụ ngoài của từng chi tiết với các thông số về chế độ cắt theo phiếu thực hiện thí nghiệm. Sau khi thực hiện cắt xong tiến hành làm sạch bề mặt vừa gia công bằng dung dịch (xeton) làm sạch dầu và phoi rồi thực hiện đo. Mỗi lần đo làm 4 lần rồi lấy kết quả trung bình và kết quả được thể hiện phía bằng bảng phía dưới :
3.1. Thí nghiệm về sự ảnh hưởng của vận tốc tới độ nhám.
Khi V thay đổi,S =0,05 (mm/vòng) với chiều sâu cắt lần lượt là: t = 0,1 mm và t = 0,2 mm và t = 0.3 mm.
t = 0,1 Chi tiết (m/phut) V (mm/vòng)S
Ra(μm) Rz(μm) 1 200 0.05 0.44 2.69 2 250 0.05 0.35 2.06 3 300 0.05 0.33 1.89 4 350 0.05 0.27 1.63 5 400 0.05 0.16 1.32 6 450 0.05 0.22 1.56 t = 0,2 Chi tiết (m/phut) V (mm/vòng)S
Ra(μm) Rz(μm) 1 200 0.05 0.41 3.26 2 250 0.05 0.37 3.16 3 300 0.05 0.35 3.20 4 350 0.05 0.33 3.11 5 400 0.05 0.26 2.88 6 450 0.05 0.29 3.01 t = 0,3 Chi tiết V (m/phut) S (mm/vòng) Ra(μm) Rz(μm) 1 200 0.05 0.68 4.97 2 250 0.05 0.57 4.50 3 300 0.05 0.50 3.07 4 350 0.05 0.49 3.34 5 400 0.05 0.36 2.12 6 450 0.05 0.39 2.92
3.2. Thí nghiệm về sự ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám.
Khi V = 450 (m/phút), S thay đổi với chiều sâu cắt lần lượt là: t = 0,1 mm và t = 0,2 mm và t = 0.3 mm.
t = 0,1 Chi tiết (m/phut) V (mm/vòng)S
Ra(μm) Rz(μm) 1 450 0.01 0.27 1.45 2 450 0.02 0.25 1.34 3 450 0.03 0.28 1.47 4 450 0.05 0.33 1.56 5 450 0.07 0.32 1.52 6 450 0.1 0.33 1.57 t = 0,2 Chi tiết (m/phut) V (mm/vòng)S
Ra(μm) Rz(μm) 1 450 0.01 0.34 1.58 2 450 0.02 0.28 1.47 3 450 0.03 0.36 1.62 4 450 0.05 0.38 1.89 5 450 0.07 0.40 2.09 6 450 0.1 0.46 2.14 t = 0,3 Chi tiết (m/phut) V (mm/vòng)S
Ra(μm) Rz(μm) 1 450 0.01 0.39 2.92 2 450 0.02 0.32 2.28 3 450 0.03 0.36 3.35 4 450 0.05 0.49 4.17 5 450 0.07 0.52 4.45 6 450 0.1 0.57 5.17
CHƯƠNG 4
XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 1. Sự ảnh hưởng của vận tốc cắt tới độ nhám.
1.1. Xử lý số liệu thực nghiệm.
• Khi chiều sâu cắt t = 0.1mm.
t = 0,1 Chi tiết V (m/phut) S (mm/vòng) Ra(μm) Rz(μm) 1 200 0.05 0.44 2.69 2 250 0.05 0.35 2.06 3 300 0.05 0.33 1.89 4 350 0.05 0.27 1.63 5 400 0.05 0.16 1.32 6 450 0.05 0.22 1.56 Sử dụng phần mềm SigmaPlot 10.0 ta có đồ thị : Hình 4.1. Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa V và độ nhám.
• Khi chiều sâu cắt t = 0.2 mm.
t = 0,2 Chi tiết (m/phut) V (mm/vòng)S
Ra(μm) Rz(μm) 1 200 0.05 0.41 3.26 2 250 0.05 0.37 3.16 3 300 0.05 0.35 3.20 4 350 0.05 0.33 3.11 5 400 0.05 0.26 2.88 6 450 0.05 0.29 3.01 Sử dụng phần mềm SigmaPlot 10.0 ta có đồ thị : Hình 4.2. Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa V và độ nhám.
• Khi chiều sâu cắt t = 0.3 mm. t = 0,3 Chi tiết V (m/phut) S (mm/vòng) Ra(μm) Rz(μm) 1 200 0.05 0.68 4.97 2 250 0.05 0.57 4.50 3 300 0.05 0.50 3.07 4 350 0.05 0.49 3.34 5 400 0.05 0.36 2.12 6 450 0.05 0.39 2.92 Sử dụng phần mềm SigmaPlot 10.0 ta có đồ thị : Hình 4.3. Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa V và độ nhám.
1.2. Thảo luận.
Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt của chi tiết được thể hiện trên hình 4.1, 4.2 và 4.3. Ta thấy rằng khi tốc độ càng tăng thì độ nhám bề mặt Ra và Rz có xu hướng giảm xuống. Điều này chứng tỏ rằng :
Khi thí nghiệm cắt với vận tốc cắt V lớn hơn 200 (m/ph) thì vấn đề của biến dạng dẻo do lẹo dao gần như không cần xem xét nữa. Sự ảnh hưởng của độ nhám do vận tốc cắt chỉ xem xét ở khía cạnh sự biến cứng của lớp bề mặt chi tiết do tác động của lực cắt. Khi sự biến cứng tăng sẽ làm giảm độ nhám, tăng độ nhẵn bóng bề mặt chi tiết gia công. Cường độ và chiều sâu lớp biến cứng sẽ tăng khi lực cắt tăng, thời gian tác động kéo dài và mức độ biến dạng dẻo lớn. Song song với hiện tượng biến cứng có hiện tượng biến mềm do tác dụng nhiệt trong vùng cắt.
Khi nhiệt độ nung nóng cao và thời gian dài thì hiện tượng biến mềm sẽ làm cho chi tiết hết biến cứng mà nó được tạo ra trong quá trình gia công cơ.
Trạng thái cuối cùng của kim loại bề mặt ngoài phụ thuộc vào mức độ tác động của lực và nhiệt. Mức độ chiều sâu biến cứng thay đổi phụ thuộc vào phương pháp gia công, chếđộ cắt, hình dạng hình học của dao cắt. Thay đổi chếđộ cắt làm cho lực cắt thay đổi, mức độ biến dạng dẻo tăng và làm tăng mức độ biến dạng cứng. Thời gian tác động lực kéo dài cũng làm tăng chiều sâu biến cứng. Thay đổi chếđộ cắt làm tăng nhiệt độ trong vùng cắt và làm kim loại biến mềm.
Khi tăng tốc độ cắt thì lực cắt và giảm xuống và đi vào ổn định vì vậy biến dạng dẻo kim loại cũng giảm xuống, rung động cũng giảm xuống, đồng thời nhiệt cắt cung đi vào ổn định. Vì vậy khi tăng tốc độ cắt tới V = 400 m/phút thì Ra và Rz giảm xuống và đạt giá trị nhỏ nhất tại V = 400 m/phút, cho độ nhẵn bóng bề mặt ổn định ∇9, có thể lên đến cấp ∇10. Còn khi tốc độ cắt tăng quá 400 m/phút thì Ra và Rz lại có xu hướng tăng lên do lúc này độ mòn dao tăng nhanh, nhiệt cắt tăng lên. Lực cắt lúc này cũng tăng lên làm độ nhám bề mặt có xu hướng tăng.
Chiều sâu cắt nhìn chung không có ảnh hưởng đáng kểđến độ nhám bề mặt. Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng, do đó độ nhám có thể tăng. Ngược lại, chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm cho dao bị trượt trên bề
mặt gia công và xảy ra hiện tượng cắt không liên tục, do đó độ nhám bề mặt lại tăng.
2. Sự ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám. 2.1. Xử lý số liệu thực nghiệm.
• Khi chiều sâu cắt t = 0.1 mm.
t = 0,1 Chi tiết V (m/phut) S (mm/vòng) Ra(μm) Rz(μm) 1 450 0.01 0.27 1.45 2 450 0.02 0.25 1.34 3 450 0.03 0.28 1.47 4 450 0.05 0.33 1.56 5 450 0.07 0.32 1.52 6 450 0.1 0.33 1.57 Sử dụng phần mềm SigmaPlot 10.0 ta có đồ thị : Hình 4.4. Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa S và độ nhám.
• Khi chiều sâu cắt t = 0.2 mm.
t = 0,2 Chi tiết (m/phut) V (mm/vòng)S
Ra(μm) Rz(μm) 1 450 0.01 0.34 1.58 2 450 0.02 0.28 1.47 3 450 0.03 0.36 1.62 4 450 0.05 0.38 1.89 5 450 0.07 0.40 2.09 6 450 0.1 0.46 2.14 Sử dụng phần mềm SigmaPlot 10.0 ta có đồ thị : Hình 4.5. Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa S và độ nhám.
• Khi chiều sâu cắt t = 0.3 mm.
t = 0,3 Chi tiết (m/phut) V (mm/vòng)S
Ra(μm) Rz(μm) 1 450 0.01 0.39 2.92 2 450 0.02 0.32 2.28 3 450 0.03 0.36 3.35 4 450 0.05 0.49 4.17 5 450 0.07 0.52 4.45 6 450 0.1 0.57 5.17 Sử dụng phần mềm SigmaPlot 10.0 ta có đồ thị : Hình 4.6. Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa S và độ nhám.
2.1. Thảo luận.
Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt được thể hiện trên hình 4.4, 4.5 và 4.6.
Trong trường hợp giữ nguyên chiều sâu cắt và tốc độ cắt. Khi lượng chạy dao tăng ta thấy độ nhám bề mặt cũng tăng theo vì khi lượng chạy tăng thì diện tích lớp cắt sẽ tăng lên. Lực cắt tăng dẫn tới nhiệt cắt tăng, biến dạng dẻo kim loại cũng tăng lên, làm tăng độ nhám bề mặt.
Mặt khác khi lượng chạy dao quá bé thì độ nhám bề mặt cũng tăng. Vì lúc này dao sẽ bị trượt trên bề mặt gia công, làm cho độ nhám bề mặt tăng.
Khi S= 0.02 mm/vòng thì độ nhám bề mặt là nhỏ nhất, độ bóng bề mặt đạt được đến cấp 9.Vì lúc này mức độ ảnh hưởng của lực cắt, nhiệt cắt, độ mòn dao cân bằng với ảnh hưởng của biến dạng kim loại trên bề mặt chi tiết gia công.
Nếu giảm S < 0,02 mm/vòng thì độ nhấp nhô tế vi sẽ tăng lên, độ nhẵn bóng bề mặt giảm vì ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học. Nếu trị số S > 0,07 mm/vòng thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học, làm cho độ nhám bề mặt tăng lên nhiều.
Chiều sâu cắt nhìn chung không có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt. Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng, do đó độ nhám có thể tăng. Ngược lại, chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm cho dao bị trượt trên bề mặt gia công và xảy ra hiện tượng cắt không liên tục, do đó độ nhám bề mặt lại tăng.
3. Kết luận chương 4.
Từ các thí nghiệm trên, có thể nhận thấy rằng việc tăng vận tốc cắt làm cải thiện độ bóng bề mặt chi tiết gia công và đồng thời cũng cải thiện năng suất của quá trình sản xuất. Điều này lý giải vì sao trên thế giới hiện nay đang phát triển khả năng gia công với tốc độ cắt cao. Nhưng mặt khác cũng nhận thấy rằng khi tăng vận tốc cắt thì năng lượng cung cấp cho quá trình cắt cũng tăng lên và do vậy nhiệt cắt
cũng tăng lên. Có giải quyết tốt vấn đề nhiệt cắt thì khả năng cắt cao tốc mới có thể khả thi.
Đồng thời bằng việc giảm S thì làm tăng độ bóng bề mặt chi tiết gia công. Nhưng việc giảm S cũng dẫn tới giảm năng suất của quá trình sản xuất. Vì vậy ta nên xác định được độ bóng phù hợp để từđó xác định giá trị S phù hợp tương ứng. Hơn nữa việc giảm S tới giá trị quá nhỏ không những làm giảm năng suất gia công mà còn làm cho chất lượng bề mặt chi tiết máy giảm đi.
Do vậy việc đánh giá ảnh hưởng của vận tốc cắt V và lượng chạy dao S đồng thời lên và cho phép điều chỉnh các thông số chế độ cắt sao cho đạt được và hợp lý. Vì khi tăng V và giảm S thì đều có thể tăng độ bóng, nhưng việc tăng V làm cho nhiệt cắt tăng thêm và năng suất cũng tăng thêm. Việc giảm S làm giảm nhiệt cắt nhưng giảm năng suất gia công. Do vậy chọn được V và S hợp lý là bài toán tối ưu phải đặt ra và nghiên cứu này một phần giúp thực hiện điều đó.
a
R Rz
a
R Rz
Khi gia công trên máy tiện CNC trong điều kiện thí nghiệm gia công cao tốc thì độ bóng gia công đạt 9 ti∇ ệm cận cấp ∇10 là kết quả tốt nhất. Kết quả này tốt hơn so với độ bóng tốt nhất mà các máy công cụ truyền thống đạt được (∇8). Điều này có thểđược lý giải vì những lý do sau:
¾ Máy CNC có khả năng định vị dụng cụ gia công tới một vị trí với độ chính xác cao (chính xác tới μm).
¾ Do tính năng khả trình nên khi gia công, các thông số công nghệ hầu như là xác định.
¾ Các máy CNC có độ cứng vững tốt hơn các máy công cụ truyền thống. Độ đảo trục chính thường bé hơn nhiều.
¾ Do khả năng điều khiển tốt nên các trục của máy CNC được trực tiếp truyền động từ các động cơ secvo (đối với máy công cụ truyền thống thì cần phải có một hệ thống cơ cấu giảm tốc), điều này mang lại cho máy CNC khả năng điều khiển các thông số công nghệ một cách chính xác và giảm bớt các rung động nhưđối với máy công cụ truyền thống.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 1. Kết luận chung.
Dựa trên các kết quả đã đạt được của luận văn, một số kết luận sau đã được đưa ra:
- Xây dựng được ảnh hưởng của vận tốc cắt tới độ nhám của chi tiết trong quá trình tiện cao tốc trên máy tiện CNC đối với vật liệu thép C45.
- Xây dựng được ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám của chi tiết gia công. Với S nhỏ hơn thì không những làm giảm năng suất gia công mà còn giảm cả độ bóng chi tiết được gia công. Xác định được lượng chạy dao S để đạt độ nhẵn bóng tốt nhất mà vẫn đảm bảo năng suất gia công là: S= (0,02 – 0,05) mm/vòng, Độ bóng đạt được là cấp ∇9.
- Với V tăng thì độ bóng bề mặt cũng tăng nhưng khi tăng V quá lớn thì độ bóng bề mặt lại giảm. Muốn có thể tăng được độ bóng khi tăng cao tốc độ cắt thì đòi hỏi cao về thiết bị công nghệ. Xác định được vận tốc cắt phù hợp V = (400 – 450) m/ph cho độ nhẵn bóng bề mặt ổn định ∇9, có thể lên đến cấp ∇10. Do đó có thể thay thế cho nguyên công mài trong một số trường hợp đặc biệt.
2. Hướng nghiên cứu tiếp theo.
Máy CNC là loại máy công cụ có giá thành rất đắt, do đó việc nghiên cứu kỹ khả năng công nghệ của máy để sử dụng máy một cách tốt nhất là điều rất cần thiết. Chất lượng bề mặt chi tiết máy không chỉ đơn thuần là độ bóng bề mặt mà còn nhiều yếu tố khác. Do đó việc tiếp tục nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy là rất cần thiết. Xuất phát từ yêu cầu đó mà một số hướng nghiên cứu phát triển chính là:
- Nghiên cứu thêm ảnh hưởng của chiều sâu cắt lên độ bóng của chi tiết gia công.
- Xây dựng ảnh hưởng của chếđộ cắt đạt được tới tuổi bền của dụng cụ cắt. - Nghiên cứu đầy đủ ảnh hưởng của chế độ gia công đến chất lượng bề mặt chi tiết máy nhưđộ biến cứng, ứng suất dư…v.v.
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn
TS. Trương Hoành Sơn - Vì những gợi ý và sự giúp đỡ lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp, sự hướng dẫn tận tình, ủng hộ thường xuyên cũng như sự động viên của thầy trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Bên cạnh đó thầy cũng đưa ra những đánh giá tổng kết sâu sắc và gợi mở hướng phát triển của đề tài nghiên cứu trong tương lai.
Luận văn của tôi sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự cộng tác, hỗ trợ từ Ban CNC- Trung tâm Thực hành Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội .
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp vì sự quan tâm, động viên và ủng hộ nhiệt tình đối với tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này !
Tác giả luận văn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Trọng Bình. (2003), Tối ưu hoá quá trình gia công cắt gọt, NXB Giáo dục.
2. Nguyễn Duy, Bành Tiến Long, Trần Thế Lục. (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, Nhà xuất bản Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
3. Trần Văn Địch. (2003), Nghiên cứu độ chính xác bằng phương pháp thực nghiện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
4. Hoàng Việt Hồng. Mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy CNC, Luận án tiến sỹ kỹ thuật.
5. Nguyễn Đắc Lộc, Tăng Huy. (1996), Điều khiển số và công nghệ trên máy điều khiển số CNC, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
6. D. Bajié, B. Lela, D. Zivkovié; Modeling of machined surface roughness and Optimization of cutting parameters in face milling; Faculty of Electrical Engineering, Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Split, Croatia.
7. Mori seiki (the Machine Tool company), CNC machine Center Basic and Advanced Course (5 Book).
8. S. Sharifa, M.Y. Noordin(1), A.S. Mohruni (2), V.C. Venkatesh(3); Optimization of surface roughness prediction model in end milling titanium alloy (Ti-6Al4V); (1) Department of Manufacturing and Industrial Engineering, University Technology