Khi góc trước γ điều kiện cắt nhẹ nhàng , thoát phoi dễ ,biế dạng của vật liệu gia công giảm và hệ số co rút phoi cũng giảm do đó lực cắt Pz giảm.
Góc sau α có tác dụng làm giảm ma sát giữa mặt sau của dao và bề mặt gia công của chi tiết. Khi góc sau tăng đến một giá trị nào đó thì điều kiện cắt trở nên tốt nhất, lực cắt Pz giảm. Tuy nhiên, tăng góc sau sẽ làm giảm góc sắc β làm cho dao cắt giảm cứng vững, giảm tuổi bền.
Như vậy, theo [8] thì có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt Pz nhưng chưa có nghiên cứu tổng hợp, nên trong đề tài này ta chỉ nghiên cứu ảnh
hưởng của góc sau, lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng của máy tiện.
Như vậy, thay công thức (3.8) vào công thức (3.7) ta được:
t m yp xp z đ K V s t C N . . 102 . 60 . . . (3.11)
Thay công thức (3.11) vào công thức (3.3) ta được:
M K T V s t C N t m yp xp z r . . . 102 . 60 . . . . (3.12) 3.4. Độ nhám bề mặt gia công
Độ nhám bề mặt gia công là một yếu tố rất quan trọng vì nó quyết định chất lượng bề mặt của chi tiết máy. Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng bề mặt. Chất lượng bề mặt của chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ thể, là là mục tiêu chủ yếu cần đạt được ở bước gia công tinh các bề mặt chi tiết máy. Theo [21] bề mặt chi tiết máy gia công trên máy cắt kim loại không thể tránh được độ mấp mô với chiều cao và bước mấp mô nhỏ. Tập hợp những mấp mô bề mặt với các bước tương đối nhỏ trên chiều dài chuẩn gọi là độ nhám bề mặt. Độ nhám bề mặt được xác định bằng một hoặc một số thông số sau:
Ra-Sai lệch trung bình số học của prôfin:
e n i i x a Y n dx Y e R 0 1 ) ( 1 . 1 (3.13)
Rz: Chiều cao nhấp nhô trung bình của prôfin theo 10 điểm:
) ( 5 1 5 1 5 1 min max i i i i Z H H R (3.14)
Trong đó: Hi max - Sai lệch năm đỉnh cao nhất của profin; Hi min - Sai lệch năm đỉnh thấp nhất của profin.
+ Chiều cao lớn nhất của profin Rmax là khoảng cách giữa đường đỉnh và đường đáy của profin trong giới hạn chiều dài chuẩn.
Theo [19,21] thông số Ra dùng để đánh giá độ nhám bề mặt cho các mẫu chuẩn và được áp dụng phổ biến trong các tài liệu kỹ thuật của các nước trên thế giới.
Theo [19,21] trong quá trình gia công cắt gọt, độ nhám của bề mặt gia công chịu ảnh hưởng của góc nghiêng chính của dao cắt và góc nghiêng phụ 1, bán kính của cạnh cắt, lượng chạy dao s, tốc độ căt v và chiều sâu cắt t…
Xác định thông số Ra bằng lý thuyết là không thể được cho nên tác giả Phormenko trong công trình [35] đã xác định được thông số Ra bằng thực nghiệm khi nghiên cứu độ nhám bề mặt khi gia công khi tiện thép bằng dao hợp kim 50H và xác lập được công thức thực nghiệm để tính Ra:
Ra = 0,81 + 0,004.v + 8,64.s - 2,88.t - 2,80.hz + 0,005.v.s - 0,004.v.t + +0,005.v.hz + 0,00001.v2 + 26,70.s2 + 9,93.t2 + 27,71.hz; (3.15)
Trong đó: v - Tốc độ cắt (m/phút);
s - Lượng chạy dao (mm/vòng); t - Chiều sâu cắt (mm) ;
hz - Mức độ mòn mặt sau của dao cắt.
Từ phương trình trên có thể xác định được các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công hay độ nhám bề mặt của chi tiết làm cơ sở cho việc nghiên cứu đề tài này. Ngoài ra, qua thực nghiệm phương pháp tiện và phay các nhà khoa học đã xác định rằng các thông số góc cắt và góc sau có ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt. Khi giảm góc cắt δ thì điều kiện thoát phoi khi cắt tốt hơn, phoi sẽ ít bị biến dạng hơn do đó làm cho chiều cao nhấp nhô khi cắt giảm đi. Tăng góc sau α của dao thì đọ nhấp nhô bề mặt giảm vì diện tích tiếp xúc giữa dao và chi tiết giảm, do đó ma sát giảm.
Tóm lại: Từ những phân tích ở trên, đối với máy tiện thì các nhân tố đồng thời ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công là:
+ Nhóm yếu tố thuộc về máy :
- Vận tốc cắt; - Lượng chạy dao; - Chiều sâu cắt;
+ Vật liệu gia công.
+ Nhóm nhóm yếu tố thuộc về dao cắt:
- Góc độ của dao như :Góc sắc β, góc sau α , góc cắt δ - Bán kính đỉnh dao;
Chương 4
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1. Kết quả thí nghiệm thăm dò
4.1.1. Chuẩn bị thí nghiệm
+ Nguồn điện 3 pha.
+ Đo tốc độ: sử dụng đồng hồ đo mã hiệu HT-3100 (Onosokki) sản xuất tại Nhật Bản.
+ Đo thời gian bằng đồng hồ bấm giây.
+ Đo công suất tiêu thụ điện bằng Fluke 41B sản xuất tại Mỹ. + Đo độ nhám: TR 200
Hình 4.1. Máy đo công suất Fluke 41B, máy đo tốc độ HT3100 và máy đo độ nhám TR200
4.1.2. Kết quả thí nghiệm thăm dò
Đề tài tiến hành 50 thí nghiệm thăm dò để xác định quy luật phân bố của các hàm chi phí năng lượng riêng và hàm chất lượng bề mặt gia công.
Từ những số liệu thăm dò (phụ lục 1) thu thập được ta có: Số lượng nhóm các giá trị thu thập: c = 5log50 = 8 nhóm
+ Xét hàm chi phí năng lượng riêng:
K = 0,382 8 16,85 19,91 m X Xmax min (4.1)
Bảng 4.1. Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm
STT Nr Nrtb fi Nrtb2 fi.Nrb fi.Nrtb2 1 16.85-17.24 16.85 1 284.08 16.85 284.08 2 17.24-17.62 17.56 2 308.43 35.12 616.87 3 17.62-18.00 17.89 13 319.90 232.51 4158.68 4 18.00-18.38 18.15 12 329.60 217.86 3955.17 5 18.38-18.76 18.63 7 347.08 130.41 2429.57 6 18.76-19.15 17.96 10 322.45 179.57 3224.46 7 19.15-19.53 19.35 3 374.55 58.06 1123.65 8 19.53-19.91 19.73 2 389.34 39.46 778.68 Tổng 146.13 50 2675.43 21.00 909.85
+ Xác định đặc trưng của phân bố thực nghiệm (bảng 4.2):
Bảng 4.2. Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm
Min 16.85
Max 19.91
Trung bình 18.39
Tổng 919.69
Số trung bình toàn phương z 18.40
Sai tiêu chuẩn S 0.799
hệ số biến động S% 2.96 Phạm vi biến động R 3.06 Độ lệch Sk 0.35 Độ nhọn phân bố Ex -0.87 Tiêu chuẩn 2 tt 21.00 Tra bảng ta được 2 ; 5 . 0 k = 67.5 Bậc tự do k = n - 1 = 49. Như vậy 2 tt < 2 b
, số liệu đo được trong bảng thí nghiệm tuân theo phân bố chuẩn.
Số lần lặp mỗi thí nghiệm m = 2,899, lấy m = 3.
Khoảng chia nhóm K = 0,057 8 108 , 2 568 , 2 m X Xmax min
Bảng 4.3. Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm
STT Ra Ratb fi Ratb2 fi .Ratb fi. Ratb2
1 2.108-2.165 2.137 13 4.568 27.786 59.387 2 2.165-2.223 2.208 6 4.874 13.247 29.246 3 2.223-2.280 2.246 7 5.044 15.722 35.311 4 2.280-2.338 2.313 7 5.349 16.190 37.445 5 2.338-2.395 2.364 5 5.590 11.821 27.950 6 2.395-2.453 2.410 5 5.810 12.052 29.050 7 2.453-2.510 2.465 3 6.076 7.395 18.228 8 2.510-2.568 2.543 4 6.466 10.172 25.866 Tổng 18.687 50 43.779 114.384 262.482
+ Xác định các đặc trưng của phân bố thực nghiệm (bảng 4.4):
Bảng 4.4. Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm
Min 2.108
Max 2.568
Trung bình 2.288
Tổng 114.38
Số trung bình toàn phương z 2.29
Sai tiêu chuẩn S 0.094
hệ số biến động S% 5.61 Phạm vi biến động R 0.46 Độ lệch Sk 0.44 Độ nhọn phân bố Ex -1.91 Tiêu chuẩn 2 tt 8.25 Tra bảng ta được 2 ; 5 . 0 k =67,5 Bậc tự do k = n - 1 = 49. Như vậy 2 tt < 2 b
, số liệu đo được trong bảng thí nghiệm tuân theo phân bố chuẩn.
4.2. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
4.2.1. Ảnh hưởng của góc cắt chính đến chi phí năng lượng riêng
Sau khi thu thập số liệu, chúng tôi tiến hành xử lý và thực hiện các phép tính kiểm tra nhờ sự trợ giúp của máy tính điện tử. Kết quả xử lý được thể hiện ở phụ biểu 2 phần phụ lục.
4.2.1.1. Tính đồng nhất của phương sai được kiểm tra theo Kohren:
Gtt = 0,4973 < Gb = 0,7885
Phương sai của các thí nghiệm được coi là đồng nhất
4.2.1.2. Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào theo Fisher:
2 y
S = 1,09143; 2 e
S = 0,1826; Ftt= 5,977 > Fb= 4,1
Như vậy, ảnh hưởng của góc cắt chính đến chi phí năng lượng riêng là đáng kể.
4.2.1.3. Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố
Từ số liệu thí nghiệm xác định được phương trình tương quan:
Nr = – 161,612 + 4,607.σ - 0,029. σ 2 (4.2)
4.2.1.4. Kiểm tra tính tương thích của mô hình
Tính tương thích của hai mô hình trên được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher Ftt= 0,167 < Fb= 4,1. Mô hình trên là tương thích.
Từ kết quả xử lý ở phụ biểu 2 ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của góc cắt chính đến chi phí năng lượng riêng (hình 4.2).
Hình 4.2. Đồ thị ảnh hưởng của góc cắt chính đến chi phí năng lượng riêng
4.2.2. Ảnh hưởng của góc cắt chính đến độ nhám bề mặt gia công
Sau khi thu thập số liệu, chúng tôi tiến hành xử lý và thực hiện các phép tính kiểm tra nhờ sự trợ giúp của máy tính điện tử. Kết quả xử lý được thể hiện ở phụ biểu 2.1 phần phụ lục
4.2.2.1. Tính đồng nhất của phương sai được kiểm tra theo Kohren:
Gtt = 0,3140 < Gb = 0,7885
Phương sai của các thí nghiệm được coi là đồng nhất
4.2.2.2. Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào theo Fisher:
2 y
S = 0,01655; 2 e
S = 0,00266; Ftt= 6,222 > Fb= 4,1
Như vậy, ảnh hưởng của góc cắt chính đến độ nhám bề mặt gia công là đáng kể.
4.2.2.3. Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố
Từ số liệu thí nghiệm xác định được phương trình tương quan:
4.2.2.4. Kiểm tra tính tương thích của mô hình
Tính tương thích của hai mô hình trên được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher: Ftt= 0,2813 < Fb= 4,1. Mô hình trên là tương thích.
Từ kết quả xử lý ở phụ biểu 2.1 ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của góc cắt chính đến độ nhám bề mặt gia công (hình 4.3).
Hình 4.3. Đồ thị ảnh hưởng của góc cắt chính đến độ nhám bề mặt gia công
4.2.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt chính đến chi phí năng lượng riêng
Sau khi thu thập số liệu, chúng tôi tiến hành xử lý và thực hiện các phép tính kiểm tra nhờ sự trợ giúp của máy tính điện tử. Kết quả xử lý được thể hiện ở phụ biểu 2.2 phần phụ lục.
4.2.3.1. Tính đồng nhất của phương sai được kiểm tra theo Kohren:
Gtt = 0,4337 < Gb = 0,7885
Phương sai của các thí nghiệm được coi là đồng nhất
4.2.3.2. Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào theo Fisher:
2 y
S = 0,47115; 2 e
Như vậy, ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng là đáng kể.
4.2.3.3. Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố
Từ số liệu thí nghiệm xác định được phương trình tương quan:
Nr = 61,238 - 129,239.h + 86,619.h2 (4.4)
4.2.3.4. Kiểm tra tính tương thích của mô hình
Tính tương thích của hai mô hình trên được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher Ftt= 0,834 < Fb= 4,1. Mô hình trên là tương thích.
Từ kết quả xử lý ở phụ biểu 2.2 ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng (hình 4.4).
Hình 4.4. Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng
4.2.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt gia công
Sau khi thu thập số liệu, chúng tôi tiến hành xử lý và thực hiện các phép tính kiểm tra nhờ sự trợ giúp của máy tính điện tử. Kết quả xử lý được thể hiện ở phụ biểu 2.2 phần phụ lục.
4.2.4.1. Tính đồng nhất của phương sai được kiểm tra theo Kohren:
Gtt = 0,3856 < Gb = 0,7885
Phương sai của các thí nghiệm được coi là đồng nhất
4.2.4.2. Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào theo Fisher:
2 y
S = 0,01537; 2 e
S = 0,00029; Ftt= 53 > Fb= 4,1
Như vậy, ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt gia công là đáng kể.
4.2.4.3. Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố
Từ số liệu thí nghiệm xác định được phương trình tương quan:
Ra = 5.696 – 12,872.h + 12,15.h2 (4.5)
4.2.4.4. Kiểm tra tính tương thích của mô hình
Tính tương thích của hai mô hình trên được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher: Ftt= 0,0189 < Fb= 4,1. Mô hình trên là tương thích.
Từ kết quả xử lý ở phụ biểu 2.2 ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt gia công (hình 4.5).
Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chất lượng bề mặt gia công
0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 0 0.2 0.4 0.6 0.8 h (mm) R a (μ m)
Hình 4.5. Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt gia công
4.2.5. Ảnh hưởng của lượng ăn dao đến chi phí năng lượng riêng
Sau khi thu thập số liệu, chúng tôi tiến hành xử lý và thực hiện các phép tính kiểm tra nhờ sự trợ giúp của máy tính điện tử. Kết quả xử lý được thể hiện ở phụ biểu 2.3 phần phụ lục.
4.2.5.1. Tính đồng nhất của phương sai được kiểm tra theo Kohren:
Gtt = 0,5483 < Gb = 0,7885
Phương sai của các thí nghiệm được coi là đồng nhất
4.2.5.2. Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào theo Fisher:
2 y
S = 0,76436; 2 e
S = 0,01469; Ftt= 52,03 > Fb= 4,1
Như vậy, ảnh hưởng của lượng ăn dao đến chi phí năng lượng riêng là đáng kể.
4.2.5.3. Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố
Từ số liệu thí nghiệm xác định được phương trình tương quan:
Nr = 21,929 + 93,756.s - 2073,016.s2 (4.6)
4.2.5.4. Kiểm tra tính tương thích của mô hình
Tính tương thích của hai mô hình trên được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher Ftt= 0,0192 < Fb= 4,1. Mô hình trên là tương thích.
Từ kết quả xử lý ở phụ biểu 2.3 ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của lượng ăn dao đến chi phí năng lượng riêng (hình 4.6).
Hình 4.6. Đồ thị ảnh hưởng của lượng ăn dao đến chi phí năng lượng riêng
4.2.6. Ảnh hưởng của lượng ăn dao đến độ nhám bề mặt gia công
Sau khi thu thập số liệu, chúng tôi tiến hành xử lý và thực hiện các phép tính kiểm tra nhờ sự trợ giúp của máy tính điện tử. Kết quả xử lý được thể hiện ở phụ biểu 2.3 phần phụ lục.
4.2.6.1. Tính đồng nhất của phương sai được kiểm tra theo Kohren:
Gtt = 0,5184 < Gb = 0,7885
Phương sai của các thí nghiệm được coi là đồng nhất
4.2.6.2. Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào theo Fisher:
2 y
S = 0,02022; S = 0,00254; F2e tt= 7,96 > Fb= 4,1
Như vậy, ảnh hưởng của lượng ăn dao đến độ nhám bề mặt gia công là đáng kể.
4.2.6.3. Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố
Từ số liệu thí nghiệm xác định được phương trình tương quan:
Ra = 6,426 – 135,86.s + 1108,254.s2 (4.7)
Tính tương thích của hai mô hình trên được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher: Ftt= 0,1257 < Fb= 4,1. Mô hình trên là tương thích.
Từ kết quả xử lý ở phụ biểu 2.3 ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của lượng ăn dao đến độ nhám bề mặt gia công (hình 4.7).