Khi gia công kim loại nói chung và họp kim nhôm A7075 nói riêng thì bề mặt chi tiết gia công bị ảnh hưởng bởi tính chất cơ lý của lớp vật liệu nằm ngay dưới bề mặt gia công, điều này ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của chi tiết. Biến cứng lớp bề mặt bao gồm ứng suất dư và trạng thái cứng nguội là các hiện tượng thường gặp trên lớp bề mặt sau gia công. Các hiện tượng này xảy ra là do: lực biến dạng, nhiệt cắt và sự thay đổi cấu trúc kim loại của chi tiết gia công.
Phân tích hồi quy của FK với các thông số (t,S,V) cho trên Bảng 3.6 và cho thấy phương sai R Square ở các khoảng thời gian gia công 90 phút, 180 phút, 270 phút lần lượt là: 0,988; 0,991; 0,984 . Kết quả này cho thấy mức độ tin cậy của thực nghiệm cao. Mặt khác kiểm định theo chuẩn Fisher với ý nghĩa α = 0,05 với 95% của phân bố
F có 3 và 7 bậc tự do, giá trị của tính toán lần lượt cho là: 188,79; 246,77; 141,530 (tương ứng với 90 phút, 180 phút, 270 phút) lớn hơn giá trị lý thuyết 4,35 [69] vì vậy cho thấy mức ý nghĩa của thống kê cao.
d) t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.12. Lực cắt (FK1) ứng với t,S,V ở thời gian 90 phút khi phay ướt hợp kim nhôm A7075
e) t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.13. Lực cắt (FK2) ứng với t,S,V ở thời gian 180 phút khi phay ướt hợp kim nhôm A7075
f) t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.14. Lực cắt (FK3) ứng với t,S,V ở thời gian 270 phút khi phay ướt hợp kim nhôm A7075
Từ phương trình (3.16); (3.17); (3.18) và căn cứ vào đồ thị trên hình 3.12, 3.13 và 3.14 cho thấy mối quan hệ của các thông số công nghệ đến lực cắt khi phay khô hợp kim nhôm A7075 bằng dao phay phủ Nitride Titan. Khi phay khô hợp kim nhôm A7075 bằng dao phay phủ Nitride Titan, các thông số công nghệ là: chiều sâu cắt, lượng tiến dao, vận tốc cắt đều có ảnh hưởng đến biên độ của lực cắt và ở các thời gian gia công khác nhau.
Lực cắt ở ba khoảng thời gian gia công 90 phút, 180 phút, 270 phút đều cho thấy S có ảnh hưởng lớn nhất đến lực cắt (thể hiện trên hình 3.12 a, hình 3.13 a, hình 3.14 a). Cùng vận tốc cắt 188 (m/phút) và chiều sâu cắt 0,5 (mm) khi S = 800 (mm/phút), lực cắt là 114,95 (N), S = 1600 (mm/phút) lực cắt là 174,46 (N) như vậy tăng 34,11% ở thời gian gia công là 90 phút. Ở khoảng thời gian gia công là 180 phút lực cắt tăng 33,9% và tăng 33,49% khi gia công ở khoảng thời gian 270 phút. Khi chiều sâu cắt 1,5 (mm), vận tốc cắt 376 (m/phút), S = 800 (mm/phút) lực cắt là 135,4 (N), lượng chạy dao là 1600 (mm/phút) lực cắt là 189,11(N) tăng là 28,40% ở thời gian gia công 90 phút, tăng 29,94% ở thời gian gia công 180 phút và 27,54% ở thời gian 270 phút. Như vậy quá trình hình thành phoi khi phay khô hợp kim nhôm A7075 bằng dao phay phủ Nitride Titan thay đổi lượng tiến dao, thì chiều dầy lớn nhất của phoi cũng thay đổi làm thay đổi sẽ làm thay đổi lực cắt và biên độ lực cắt.
Từ phương trình hàm số mũ (3.16); (3.17); (3.18) và các đồ thị biểu diễn trên các hình 3.12-b, hình 3.13-b, hình 3.14-b cho thấy lực cắt khi phay khô hợp kim nhôm A7075 cũng tăng khi tăng chiều sâu cắt. Cụ thể cùng vận tốc cắt 188 (m/phút) và lượng chạy dao 800 (m/phút), khi chiều sâu cắt là 0,5 (mm) lực cắt là 114,95 (N), chiều sâu cắt 1,5 (mm) lực cắt là 150,14 (N), như vậy chiều sâu cắt tăng thì lực tăng khoảng 23% ở cả 90 phút, 180 phút và 270 phút. Ở vận tốc cắt 376 (m/phút), lượng chạy dao 1600 (mm/phút) thì chiều sâu cắt 0,5 (mm) lực cắt 160,33 (N), chiều sâu cắt 1,5 (mm) lực cắt là 189,11 (N) như vậy t tăng lực cắt tăng 15,21% ở thời gian gia công 90 phút, 15,11% ở thời gian gia công 180 phút, 17,22% ở thời gian 270 phút.
Vận tốc cắt ảnh hưởng không nhiều đến lực cắt khi phay khô hợp kim nhôm A7075. Ở cùng điều kiện cắt S = 1600 (mm/phút), t = 1,5 (mm), lực cắt khi V = 188 (m/phút) là 216,81 (N), lực cắt V = 376 (m/phút) là 189,11 (N), như vậy lực cắt giảm xuống 12,77% ở thời gian gia công 90 phút, 11.41% ở thời gian gia công 180 phút và
3.6 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám khi phay hợp kim nhôm A7075. nhôm A7075.
3.6.1 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám (RaU) khi phay ướt hợp kim nhôm A7075.
Nghiên cứu thực nghiệm độ nhám bề mặt RaU ở các khoảng thời gian sau 90 phút, 180 phút, 270 phút khi gia công hợp kim nhôm ở điều kiện phay có sử dụng dung dịch trơn nguội (phay ướt).
Các thông số công nghệ (t, S, V) ảnh hưởng đến RaU được xây dựng bằng hàm toán học RaU = f(t,S,V). Để thiết lập được phương trình này, các thực nghiệm đã được thực hiện và kết quả đo độ nhám bề mặt cho trên Bảng 3.7.
Bảng 3.7. Kết quả đo độ nhám bề mặt khi phay ướt hợp kim nhôm A7075 ở các khoảng thời gian 90 phút, 180 phút, 270 phút
STT t (mm) S(mm/phút) V(m/phút) RaU (m) – Phay ướt
90 phút 180 phút 270 phút 1 0.5 800 188 0.2771 0.194 0.933 2 1.5 800 188 0.3030 0.259 0.999 3 0.5 1600 188 0.3333 0.290 1.029 4 1.5 1600 188 0.3918 0.348 1.088 5 0.5 800 376 0.2702 0.177 0.916 6 1.5 800 376 0.2882 0.205 0.944 7 0.5 1600 376 0.3170 0.243 0.983 8 1.5 1600 376 0.3709 0.257 1.000 9 1 1200 282 0.3122 0.239 0.978 10 1 1200 282 0.3108 0.237 0.977 11 1 1200 282 0.3118 0.244 0.981
Mô hình toán học RaU phụ thuộc vào thông số công nghệ (t,S,V) khi phay ướt hợp kim nhôm A7075 được mô tả bằng phương trình phi tuyến sau:
𝑅𝑎𝑈 = 𝑐1𝑡𝑐2𝑆𝑐3𝑉𝑐4 (3.19)
Trong đó: RaU là độ nhám bề mặt khi phay ướt, t là chiều sâu cắt (mm), S là lượng chạy dao (mm/phút), V là vận tốc cắt (m/phút)và c1, c2, c3, c4 là các hệ số được xác định trong quá trình thực nghiệm.
Các hệ số mũ của phương trình (3.19) được tìm bằng cách tuyến tính hóa hàm logarit và được viết lại như sau:
V c S c t c c RaU ln .ln .ln ln ln 1 2 3 4 (3.20) Đặt lnRaU = y; lnc1 = q0; c2 = q1; c3 = q2, c4 = q3; lnt = x1; lnS=x2; lnV = x3. Tương ứng hàm tuyến tính có dạng như sau:
3 3 2 2 1 1 0 q x q x q x q y (3.21)
Bảng 3.8. Phân tích phương sai ANOVA ảnh hưởng của (t,S,V) đến RaU ở các khoảng thời gian 90 phút, 180 phút, 270 phút.
Sau thời gian 90 phút Thống kê hồi quy
R R2 Hệ số điều chỉnh R Square Sai số chuẩn Tổng
0,968 0,9372 0,910 0,034 11 Phân tích ANOVA df SS MS F F lý thuyết Do hồi quy 3 0.11938 0.03979 34.86393 0.00014 Do ngẫu nhiên 7 0.00799 0.00114 Tổng 10 0.12737 Hệ số Sại lệch
chuẩn t Stat P-value
Lower 95% Upper 95% Lower 95.0% Upper 95.0% Hệ số tự do -2.877 0.308 -9.339 0.000 -3.606 -2.149 -3.606 -2.149 Biến X 1 0.102 0.022 4.729 0.002 0.051 0.153 0.051 0.153 Biến X 2 0.302 0.034 8.802 0.000 0.221 0.383 0.221 0.383 Biến X 3 -0.071 0.034 -2.064 0.078 -0.152 0.010 -0.152 0.010
Sau thời gian 180 phút Thống kê hồi quy
R R2 Hệ số điều chỉnh R Square Sai số chuẩn Tổng
0,9703 0,9416 0,9166 0,0054 11 Phân tích ANOVA df SS MS F F lý thuyết Do hồi quy 3 0.3306 0.1102 37.6165 0.0001 Do ngẫu nhiên 7 0.0205 0.0029 Tổng 10 0.3511 Hệ số Sại lệch
chuẩn t Stat P-value
Lower 95% Upper 95% Lower 95.0% Upper 95.0% Hệ số tự do -2.893 0.494 -5.861 0.001 -4.060 -1.726 -4.060 -1.726 Biến X 1 0.150 0.035 4.345 0.003 0.068 0.232 0.068 0.232 Biến X 2 0.445 0.055 8.096 0.000 0.315 0.575 0.315 0.575 Biến X 3 -0.295 0.055 -5.366 0.001 -0.425 -0.165 -0.425 -0.165
Sau thời gian 270 phút Thống kế hồi quy
R R2 Hệ số điều chỉnh R Square Sai số chuẩn Tổng
0,9262 0,9258 0,8939 0,0154 11 Phân tích ANOVA df SS MS F F lý thuyết Do hồi quy 3 0.0206 0.0069 29.0934 0.0003 Do ngẫu nhiên 7 0.0017 0.0002 Tổng 10 0.0223 Hệ số Sại lệch
chuẩn t Stat P-value
Lower 95% Upper 95% Lower 95.0% Upper 95.0% Hệ số tự do -0.366 0.140 -2.608 0.035 -0.697 -0.034 -0.697 -0.034 Biến X 1 0.037 0.010 3.773 0.007 0.014 0.060 0.014 0.060
Theo Bảng 3.8 tương ứng với các khoảng thời gian gia công là 90 phút, 180 phút, 270 phút ta có các phương trình sau: 3 2 1 1 2,877 0,102x 0,302x 0,071x y (3.22) 3 2 1 1 2,893 0,150x 0,445x 0,295x y (3.23) 3 2 1 1 0,366 0,037x 0,110x 0,076x y (3.24)
Phương trình hồi quy được xác định bằng 11 thí nghiệm trong đó có 8 thí nghiệm ở lân cận hai bên và 3 thí nghiệm tại tâm, kết quả logarit các biến và đầu ra được cho trên Bảng 3.8
Các biến số của phương trình (3.19) được tìm bằng công cụ Regression trong phần mềm EXCEL phương trình (3.25), (3.26), (3.27) được viết lần lượt như sau:
𝑅𝑎𝑈1 = 0,634. 𝑡0,0375. 𝑆0,102. 𝑉−0,059 (3.25)
𝑅𝑎𝑈2 = 0,055. 𝑡0,150. 𝑆0,445. 𝑉−0,295 (3.26)
𝑅𝑎𝑈3 = 0,694. 𝑡0,037. 𝑆0,110. 𝑉−0,076 (3.27)
Phân tích hồi quy của RaU với các thông số (t,S,V) cho trên Bảng 3.8 và cho ta thấy phương sai R Square lần lượt ở các khoảng thời gian 90 phút, 180 phút, 270 phút là: 0,937; 0,942 ; 0,926. Kết quả này cho thấy mức độ tin cậy của thực nghiệm cao. Mặt khác kiểm định theo chuẩn Fisher với ý nghĩa α = 0,05 với 95% của phân bố F có 3 và 7 bậc tự do, giá trị của tính toán cho là 34,864; 37,617; 29,093 (tương ứng với 90 phút, 180 phút, 270 phút) lớn hơn giá trị lý thuyết 4,35 [69] vì vậy cho thấy mức ý nghĩa của thống kê cao.
Từ phương trình (3.25); (3.26); (3.27) và căn cứ vào đồ thị trên hình 3.15, 3.16 và 3.17 cho thấy mối quan hệ của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi phay ướt hợp kim nhôm A7075 bằng dao phay phủ Nitride Titan. Khi phay ướt hợp kim nhôm A7075 bằng dao phay phủ Nitride Titan, các thông số công nghệ là: chiều sâu cắt, lượng tiến dao, vận tốc cắt đều ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi phay ướt ở các mức độ khác nhau tương ứng với thời gian gia công khác nhau.
Chiều sâu cắt tăng làm cho độ nhám bề mặt sau gia công cũng tăng. Cụ thể cùng vận tốc cắt 188 (m/phút) và lượng chạy dao 800 (mm/phút), khi chiều sâu cắt là 0,5 (mm) độ nhám là 0,277 (m); chiều sâu cắt 1,5 (mm) độ nhám là 0,303 (m), như vậy chiều sâu cắt tăng thì độ nhám tăng khoảng 8,54 % ở khoảng thời gian 180 phút và tăng 25,01% . Ở vận tốc cắt 376 (m/phút), lượng chạy dao 1600 (mm/phút) thì chiều sâu cắt 0,5 (mm) độ nhám bề mặt là 0,317(m); chiều sâu cắt 1,5 (mm) độ nhám bề mặt là 0,371(m) như vậy độ nhám tăng 14,55% ở thời gian gia công 90 phút. Mức độ tăng độ nhám khi thay đổi chiều sâu cắt là khác nhau ở từng khoảng thời gian gia công
Độ nhám đo được ở ba thời gian gia công 90 phút, 180 phút, 270 phút cho thấy
S có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt (thể hiện trên hình 3.12 a, hình 3.13 a, hình 3.14a). Cùng vận tốc cắt V=188 (m/phút) và chiều sâu cắt t=0,5(mm) khi S = 800 (mm/phút), độ nhám là 0,277 (m), S = 1600 (mm/phút) độ nhám là 0,333(m) như vậy tăng 16,86% ở thời gian gia công là 90 phút. Ở khoảng thời gian gia công là 180 phút độ nhám tăng 33,1% và tăng 9,3% khi gia công ở khoảng thời gian 270 phút. Khi chiều sâu cắt t=1,5 (mm), vận tốc cắt V=376 (m/phút), S = 800 (mm/phút) độ nhám tăng 22,31% ở thời gian gia công 90 phút và tăng 20,23% ở thời gian 180 phút, tăng 5,6% ở thời gian 270 phút. Lượng chạy dao ảnh hưởng nhiều nhất đến độ nhám bề mặt ở hai khoảng thời gian 90 phút và 180 phút. Đối với khoảng thời gian gia công 270 phút khi đó mài mòn dụng cụ cắt xuất hiện làm chất lượng bề mặt gia công giảm nhanh dẫn đến giá trị biến thiên của độ nhám ít khi thay đổi lượng chạy dao ở các khoảng thời gian này.
a)t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.15. Độ nhám (RaU1) ứng với t,S,V ở thời gian 90 phút khi phay ướt hợp kim nhôm A7075
a) t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.16. Độ nhám (RaU2) ứng với t,S,V ở thời gian 180 phút khi phay ướt hợp kim nhôm A7075
Vận tốc cắt tăng làm cho độ nhám bề mặt giảm khi phay ướt hợp kim nhôm A7075, tuy nhiên tốc độ cắt trong vùng khảo sát làm cho độ nhám bề mặt không thay đổi nhiều như khi tăng S hoặc t. Ở cùng điều kiện cắt S = 1600 (mm/phút), t = 1,5 (mm), độ nhám khi V = 188 (m/phút) là 0,333 (m) , độ nhám khi V = 376 (m/phút) là 0,317 (m), như vậy lực cắt giảm xuống 4,09% ở thời gian gia công 90 phút, 16,21% ở thời gian gia công 180 phút và 270 phút giảm 4,47% (thể hiện trên hình 3.15 c, hình 3.16 c, hình 3.17 c).
3.6.2 Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến độ nhám (RaK) khi phay khô hợp kim nhôm A7075.
Bảng 3.9. Kết quả đo độ nhám bề mặt khi phay khô hợp kim nhôm A7075 ở các khoảng thời gian khác nhau
STT t (mm) S(mm/phút) V(m/phút) RaK (m) – Phay khô
90 phút 180 phút 270 phút 1 0.5 800 188 0.254 0.193 0.932 2 1.5 800 188 0.334 0.253 0.992 3 0.5 1600 188 0.361 0.280 1.019 4 1.5 1600 188 0.415 0.333 1.063 5 0.5 800 376 0.270 0.178 0.908 6 1.5 800 376 0.297 0.195 0.935 7 0.5 1600 376 0.321 0.239 0.979 8 1.5 1600 376 0.373 0.282 0.999 9 1 1200 282 0.308 0.226 0.966 10 1 1200 282 0.308 0.227 0.966 11 1 1200 282 0.313 0.242 0.981
Nghiên cứu thực nghiệm độ nhám bề mặt RaK ở các khoảng thời gian sau 90 phút, 180 phút, 270 phút khi gia công hợp kim nhôm ở điều kiện phay khô.
Các thông số công nghệ (t,S,V) ảnh hưởng đến RaK được xây dựng bằng hàm toán học RaK = f(t,S,V). Để thiết lập được phương trình này, các thực nghiệm đã được thực hiện và kết quả đo độ nhám bề mặt cho trên Bảng 3.9
Mô hình toán học RaK phụ thuộc vào thông số công nghệ (t,S,V) khi phay khô hợp kim nhôm A7075 được mô tả bằng phương trình phi tuyến sau:
𝑅𝑎𝐾 = 𝑑1𝑡𝑑2𝑆𝑑3𝑉𝑑4 (3.28)
Trong đó: RaK là độ nhám bề mặt khi phay khô, t là chiều sâu cắt (mm), S là lượng chạy dao (mm/phút), V là vận tốc cắt (m/phút) và d1, d2, d3, d4 là các hệ số được xác định trong quá trình thực nghiệm.
Các hệ số mũ của phương trình (3.26) được tìm bằng cách tuyến tính hóa hàm logarit và được viết lại như sau:
V d S d t d d RaK ln .ln .ln ln ln 1 2 3 4 (3.29) Đặt lnRaK = y; lnd1 = q0; d2 = q1; d3 = q2, d3 = q3; lnt = x1; lnS=x2; lnV = x3. Tương ứng hàm tuyến tính có dạng như sau:
3 3 2 2 1 1 0 q x q x q x q y (3.30)
Theo Bảng 3.10 tương ứng với các khoảng thời gian gia công 90 phút, 180 phút, 270 phút ta có các phương trình sau: 3 2 1 1 2,888 0,140x 0,339x 0,112x y (3.31) 3 2 1 1 3,312 0,151x 0,465x 0,248x y (3.32) 3 2 1 1 0,381 0,033x 0,107x 0,070x y (3.33)
Phương trình hồi quy được xác định bằng 11 thí nghiệm trong đó có 8 thí nghiệm ở lân cận hai bên và 3 thí nghiệm tại tâm, kết quả logarit các biến và đầu ra được cho trên Bảng 3.10
Các biến số của phương trình (3.26) được tìm bằng công cụ Regression trong phần mềm EXCEL phương trình (3.32), (3.33), (3.34) được viết lần lượt như sau:
𝑅𝑎𝐾1 = 0,0557. 𝑡0,140. 𝑆0,339. 𝑉−0,112 (3.34)
𝑅𝑎𝐾2 = 0,036. 𝑡0,151. 𝑆0,465. 𝑉−0,248 (3.35)
𝑅𝑎𝐾3 = 0,683. 𝑡0,033. 𝑆0,1067. 𝑉−0,069 (3.36)
Phân tích hồi quy của RaK với các thông số (t,S,V) cho trên Bảng 3.10 và cho ta thấy phương sai R Square lần lượt ở các khoảng thời gian 90 phút, 180 phút, 270 phút là: 0,865; 0,9385; 0,944. Kết quả này cho thấy mức độ tin cậy của thực nghiệm cao. Mặt khác kiểm định theo chuẩn Fisher với ý nghĩa α = 0,05 với 95% của phân bố
F có 3 và 7 bậc tự do, giá trị của tính toán cho là 15,179; 35,594; 39,291 (tương ứng với 90 phút, 180 phút, 270 phút) lớn hơn giá trị lý thuyết 4,35 [69] vì vậy cho thấy mức ý nghĩa của thống kê cao.
Kết quả phân tích phương sai cho độ nhám bề mặt trong trường hợp gia công khô hợp kim nhôm A7075 cũng tương tự như với trường hợp gia công ướt và được thống kê trong bảng 3.12. Chiều sâu cắt tăng làm cho độ nhám bề mặt sau gia công cũng tăng trên hình 3.18 a, hình 3.19 a, hình 3.120a. Cụ thể cùng vận tốc cắt 188