1.5.1 Nghiên cứu trong nước
Gần đây các nghiên cứu trong nước về các vấn đề như: gia công cao tốc, sự gia nhiệt đến quá trình gia công, vật liệu phun phủ… đã được một số tác giả để cập trên các công bố khoa học và các luận án tiến sỹ:
Nghiên cứu về quá trình hình thành phoi khi gia công cao tốc hợp kim nhôm A6061 của TS Phạm Thị Hoa [20]. Nghiên cứu đã xét đến ảnh hưởng của các thông số công nghệ: vận tốc cắt, chiều sâu cắt, lượng chạy dao đến các yếu tố như: hệ số co rút phoi, lực cắt, rung động, vết tiếp xúc trong điều kiện gia công khô. …Xây dựng được các phương trình ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến các yếu tố đầu ra trong quá trình hình thành phoi. Nghiên cứu đã mô phỏng quá trình hình thành phoi, so sánh với thực nghiệm để đánh giá sự tương đồng. Trong đó đã đưa ra các phương pháp mô phỏng phù hợp nhất với thực nghiệm từ đó có thể mô phỏng dự đoán quá trình tạo phoi của hợp kim nhôm A6061.
Luận án của TS. Nguyễn Trọng Hiếu [21] đã nghiên cứu về “Mô hình hóa phay cao tốc với dao phay chỏm cầu ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt”. Luận án tiến sỹ của TS. Phan Văn Hiếu [22] đã nghiên cứu xác định được miền ổn định khi gia công trên máy CNC ba trục gia công ở tốc độ cao. Nghiên cứu cũng tìm ra biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu cắt và tốc độ trục chính trong miền ổn định khi phay. TS. Hoàng Tiến Dũng [23] nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ khi phay cao tốc. Trong đó tác giả đã xây dựng mô hình toán học ảnh hưởng thông số cắt đến các yếu tố đầu ra như lực cắt, rung động, mài mòn và độ nhám bề mặt, tối ưu hóa chế độ cắt trong quá trình gia công đảm bảo hàm thích nghi hai mục tiêu cho lượng mòn dao và độ nhám bề mặt là nhỏ nhất. Xác định chế độ cắt tối ưu để độ nhám bề mặt
nhỏ nhất. Luận án TS. Nguyễn Thanh Bình [24] “ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến một số các thông số đặc trưng khi gia công cao tốc bề mặt khuôn”. Luận án cũng đã đánh giá mối quan hệ của lực cắt, mòn dao, độ nhám bề mặt của chi tiết trong quá trình phay cao tốc bề mặt khuôn bằng dao phay mặt đầu và dao phay ngón đầu cầu bằng vật liệu SKD11.
Nghiên cứu của TS Nguyễn Thành Huân [25] “ Nghiên cứu tiện thép hợp kim 9XC sau khi tôi có gia nhiệt bằng laser”. Tác giả đã đánh giá ảnh hưởng các thông số đầu vào như: loại khí bảo vệ, công suất lazer, thời gian nung nóng, các thông số chế độ cắt.. đến nhiệt độ bề mặt phôi, chiều sâu thấm nhiệt của chi tiết… Xây dựng được các mô hình thực nghiệm về độ nhám, lực cắt, mài mòn….
Nghiên cứu của TS Mạc Thị Bích [26]về vấn đề gia nhiệt bằng cảm ứng từ cho vật liệu SKD11. Tác giả cũng phân tích khả năng ứng dụng của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ trong việc giảm nhiệt cắt, lực cắt, rung động khi gia công SKD11.
Nghiên cứu của TS. Nguyễn Chí Công [14] về đặc tính cắt của mảnh dao thay thể nhiều cạnh hợp kim cứng khi gia công théo không gỉ SUS304. Nghiên cứu đã xây dựng được các quan hệ hình học profin chi tiết với các thông số hình học của dao. Xấy dựng phương pháp xác định, liệu chọn vật liệu HKC để chế tạo dao thay thế nhiều cạnh để gia công các vật liệu theo yêu cầu.
Nghiên cứu của TS. Phạm Quang Đồng “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ làm lạnh kết hợp với bôi trơn tối thiểu đến quá trình cắt khi phay cứng” Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn làm nguội; loại dung dịch; tác động của hạt nano MoS2; áp suất dòng khí và lưu lượng dòng khí đến quá trình cắt khi phay cứng thép SKD11. Kết quả cho thấy rõ hơn hiệu quả của MQCL sử dụng dung dịch MoS2 trong việc cải thiện chất lượng bề mặt, giảm trị số Ra. Cụ thể MQCL với dung dịch nano MoS2 0,5% đã đạt Ra = 0,130 µm (bằng 82,8% so với MQCL; 56,2% so với MQL và 44,5% so với không BTLN).
Các nghiên cứu trong nước về quá trình gia công chủ yếu tập trung về việc xác định mối quan hệ giữa thông số công nghệ với chất lượng bề mặt chi tiết gia công, mài mòn dụng cụ cắt và lực cắt. Các nghiên cứu cũng đã đề cập quá trinh gia công khô và gia công có dung dịch trơn nguội, nhưng chưa nghiên cứu nào so sánh hai điều
của các thông số đến độ nhám bề mặt, lực cắt, mài mòn khi gia công hợp kim nhôm A7075 ở điều kiện cắt khô và ướt chưa được tác giả nào trong nước đề cập tới.
1.5.2 Nghiên cứu ngoài nước
D. Dudzinski [27] đã nghiên cứu về vật liệu Inconel 718 khi gia công không sử dụng dung dịch làm mát và các kỹ thuật phun phủ khác nhau để có thể gia công khô. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng chất làm mát cũng có thể thay bằng các cách khác nhau. Các lớp phun phủ PVD làm giảm ma sát ở nhiệt độ cao với khả năng chống mài mòn cao. Ngoài ra sử dụng chất bôi trơn rắn cũng rất hữu ích khi gia công Inconel 718 trong điều kiện khô. Tác giả Anhai Li[28] phân tích bề mặt gia công khi phay khô Ti- 6Al-4V sử dụng mảnh hợp kim phủ cacbua. Kết quả cho thấy rằng lực cắt trung bình giảm rõ rệt khi tốc độ cắt tăng lên trên 150 m/phút, nhưng nhiệt độ cao tương ứng không gây hại cho bề mặt gia công.
Tác giả Zydrunas Vagnorius [29] đã nghiên cứu ảnh hưởng của làm mát áp suất cao đến tuổi thọ của dụng cụ cắt khi gia công Inconel 718. Khi làm mát ở áp suất cao thì tuổi thọ của dụng cụ cắt nhỏ hơn khi làm mát thông thường. Tuy nhiên với áp suất cao thì gây ra các vết nứt nhiệt sau đó là vết nứt tế vi. Trên hình 1.26 thể hiện ảnh hưởng của làm mát áp suất cao tới mài mòn và phoi hình thành khi gia công. Joshua [30] cùng các cộng sự đã thực nghiệm dự đoán các thông số chế độ cắt ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi phay tinh hợp kim nhôm A6061 có sử dụng dung dịch làm trơn nguội. Nghiên cứu sử dụng phương pháp ANOVA để phân tích ảnh hưởng của các thông số cắt đến độ nhám bề mặt. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy bước tiến dao có ảnh hưởng đáng kể nhất đến độ nhám bề mặt, sau đó là tốc độ trục chính và chiều sâu cắt có ảnh hưởng ít nhất. Khi sử dụng dung dịch trơn nguội độ nhám bề mặt giảm xuống còn 20% làm cho chất lượng bề mặt tốt hơn.
Hình 1.26. Ảnh hưởng của việc làm mát tới độ mòn của dao (a) và phoi hình thành(b) [29]
pháp bề mặt đáp ứng RSM và thuật toán di truyền để tối ưu hóa độ nhám bề mặt khi phay thép làm khuôn P20. Các tham số được xét đến trong nghiên cứu là bán kính mũi dao, tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt. Sau khi thực hiện tối ưu độ nhám bề mặt giảm so với ban đầu là 44,22%. Cui [32] khi nghiên cứu về lực cắt, sự hình thành phoi và mài mòn dụng cụ cắ khi phay cao tốc thép có độ cứng cao AISI H13, nghiên cứu xác định các đặc tính của lực cắt, sự hình thành phoi, độ mòn dụng cụ cắt trong phạm vị 200 đến 1200 m/phút. Thấy rằng ở tốc độ cắt 800 m/phút, tải trọng cơ học tương đối thấp, mức độ phân đoạn của phôi thấp, tuổi thọ của dụng cụ cắt dài. Cả mức độ phân đoạn và lực cắt trước hết giảm và sau đó tăng lên theo tốc độ cắt, tuy nhiên tuổi thọ của dụng cụ cắt lại có xu hướng ngược lại.
Về độ nhám bề mặt cũng được các nghiên cứu khác đề cập đến [33]–[36] các nghiên cứu trên xét đến ảnh hưởng của các yếu tố đến độ nhám bề mặt gia công. Trong nghiên [33] tác giả đã sử dụng mạng Nơ-ron để dự đoán độ nhám bề mặt và độ mòn của dụng cụ cắt trong nhiều điều kiện gia công khác nhau. Nghiên cứu [34] đã khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số cắt đến lực cắt và độ nhám bề mặt khi phay thép AISIH13 bằng các dụng cụ phun phủ cacbua. Nghiên cứu sử dụng phương pháp Taguchi để đánh giá ảnh hưởng của các thông số như tốc độ cắt, bước tiến dao, chiều sâu cắt hướng tâm và chiều sâu cắt dọc trục đến lực cắt và độ nhám bề mặt. Kết quả cho thấy rằng chiều sâu cắt dọc trục và bước tiến dao là hai yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt. Nghiên cứu [36] đánh giá mối quan hệ của bước tiến dao với chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công nhôm 6061. Nghiên cứu cũng đưa ra quy luật và vùng tốc độ cắt đến đạt giới hạn của độ nhám bề mặt trong phạm vi cho phép. Nghiên cứu về độ nhám bề mặt đo được khi gia công khô so với gia công ướt cũng được tác giả [37] đề cập đến. Kết quả cho thấy rằng khi tiện tinh thép 1045 khi có dầu tổng hợp và gia công khô thì độ nhám khi gia công khô nhỏ hơn. Một số nghiên cứu khác so sánh giữa các yếu tố về gia công khô, gia công ướt và gia công có sử dụng dầu bôi trơn như các nghiên cứu sau [38]–[42].
Nghiên cứu về lực cắt của tác giả M.Wang [43]đã sử dụng các thí nghiệm để khảo sát các hệ số lực cắt trong mô hình lực cắt trung bình, nhằm xác định chính xác hệ số lực cắt. Kết quả chứng minh rằng các hệ số chỉ liên quan đến cặp vật liệu dao – phôi và các thông số hình học của dao. Nghiên cứu của tác giả R.A.Ekanayake [44] cho thấy rằng sự phân bố không đều lực cắt. Lực tiếp tuyến thay đổi theo tốc độ cắt,
Ti-6Al-4V, tác giả cũng kết luận khi tăng bước tiến dao lực cắt cũng tăng theo. Tác giả M.J.Bermingham [45] đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất làm mát đến lực cắt và sự hình thành phoi và tuổi bền của dụng cụ cắt. Nghiên cứu cũng cho rằng việc lựa chọn chính xác tốc độ cắt và lượng tiến dao hiệu quả đến tuổi thọ dụng cụ cắt hơn nhiều việc lựa chọn các thông số cắt bằng chiến lược làm mát. Tuy nhiên với việc sử dụng thông số cắt tối ưu, tuổi thọ của dao có thể cải thiện hơn nữa với chất làm mát. Các nghiên cứu về cơ chế của lực cắt trong quá trình gia công cũng được nhiều tác giả đề cập đến [46]–[48] cho thấy lực cắt đóng vai trò lớn ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và năng suất gia công.
Nghiên cứu về sự mài mòn của dụng cụ cắt nghiên cứu của Xiaobin [49] khi phay cao tốc thép AISIH13 khảo sát ảnh hưởng của các thông số cắt đến tuổi thọ của dụng cụ cắt và cơ chế mài mòn của dụng cụ bonron nitride (CBN. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng đối với mỗi tốc độ cắt, tuổi thọ của dao CBN có thể được nâng cao bằng cách áp dụng sự phù hợp của các thông số cắt. Khi tốc độ cắt tăng lên giai đoạn mòn bình thường trở lên ngắn hơn và tốc độ mòn dao lớn hơn. Khi cắt ở tốc độ cao việc duy trì các đặc tính cơ học và khả năng chống va đập cơ học là rất quan trọng để nâng cao tuổi thọ của dụng cụ cắt. Cùng nghiên cứu độ mòn của dụng cụ cắt tác giả Xiaobin Cui [50] cho thấy rằng khi gia công thép AISI H13 ở tốc độ cắt 389 m/phút thì cơ chế mài mòn xảy ra là do hiện tượng bám dính. Tốc độ cắt 1592 m/phút thì sự đứt gãy lại góp phần lớn vào sự mài mòn của dụng cụ cắt. Nghiên cứu [51], [52] đã dự đoán các cơ chế mài mòn khác nhau của dụng cụ cắt khi gia công Ti6Al4V. Xây dựng được mô hình toán học về mài mòn dụng cụ cắt. Nghiên cứu cũng phát hiện rằng mài mòn khuếch tán và bám dính là các dạng mòn chính xảy ra khi ra công hợp kim Ti6Al4V bằng dao phủ cacbua vonfram. Cơ chế mài mòn cũng được tác giả B.L.Wang [53] đề cập đến trong nghiên cứu về dụng cụ phủ TiAl khi tiện khô hợp kim Tianium TC4. Các nghiên cứu ảnh hưởng của sự hình thành phoi đến chế mài mòn của dụng cụ cắt [54] [55] [56], nghiên cứu chỉ ra rằng ứng suất, nhiệt độ và ma sát trong vật liệu phôi và tại vùng tiếp xúc giữa dao và phoi ảnh hưởng riêng lẻ đến các hiện tượng mài mòn của dụng cụ cắt. Nghiên cứu của tác giả R. Suresh [57] cũng đã phân tích ảnh hưởng của các thông số tốc độ cắt, thời gian cắt, tốc độ tiến dao và thời gian cắt đến hiện tượng mài mòn dụng cụ cắt. Qua các hình ảnh phân tích bằng kính hiển vi điện tử cho thấy cơ chế mài mòn của dụng cụ cắt phun phủ là mòn dạng miệng núi lửa và mòn cạnh dụng cụ cắt. Trong nghiên cứu [58] nhằm mục đích đánh giá tổng hợp sự phát triển đặc tính cắt lớp bề mặt, nhấn mạnh đến sự tác động mài mòn
của dụng cụ cắt khi tiện khô Ti-6Al-4V, các thông số bề mặt 3D liên quan và các khuyết tật bề mặt.
Nghiên cứu của Akash Awale [59] cũng đánh giá ảnh hưởng của các thông số cắt đến chất lượng bề mặt và mài mòn dụng cụ cắt khi gia công cao tốc thép AISI S7. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng độ nhám bề mặt tốt nhất tìm thấy khi tốc độ cắt cao, ảnh hưởng của mài mòn do tốc độ cắt là cao hơn sơ với chiều sâu cắt.
Tác giả Uma Maheshwera Reddy Paturi [60] đã sử dụng phương pháp tối ưu hóa để giẩm thiểu độ nhám bề mặt và mài mòn dụng cụ cắt trong quá trình tiên thô théo AISI 52100. Kết quả cho thấy độ nhám bề mặt ảnh hưởng đáng kể bởi lượng tiến dao chiếm 88,56%, tiếp theo là tốc tốc độ cắt và chiều sâu cắt. Tốc độ cắt ảnh hưởng chính đến độ mòn của dụng cụ cắt, đóng góp tới 73,05%, tiếp theo là lượng tiến dao và chiều sâu cắt.
Như vậy các nghiên cứu ngoài nước đã đề cập các vấn đề liên quan đến độ nhám bề mặt, lực cắt, mài mòn. Nghiên cứu độc lập về gia công khô, gia công ướt và các vấn đề xảy ra trong quá trình cắt. Tuy nhiên so sánh đánh giá của các ảnh hưởng của gia công khô và ướt khi phay hợp kim nhôm A7075 chưa được đề cập. Nghiên cứu này sẽ làm sáng tỏ rõ ràng hơn ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới các yếu tố của quá trình cắt và tối ưu hóa quá trình cắt khi gia công khô và gia công có dung dịch làm mát vật liệu hợp kim nhôm A7075 sử dụng dao phủ Titan.
1.6 Kết luận chương 1
1. Tìm hiểu quá trình hình thành phoi khi gia công hợp kim nhôm A7075 và các vấn đề xảy ra trong quá trình tạo phoi đây là yếu tố quyết định đến các thông số đầu ra như: lực cắt, mài mòn, độ nhám bề mặt.
2. Đối với gia công hợp kim nhôm dụng cụ cắt là một phần giúp cải thiện chất lượng bề mặt gia công, giảm ma sát và nhiệt sinh ra trong quá trình cắt. Chương 1 cũng đã phân tích và đưa ra một số vật liệu làm dụng cụ cắt phổ biến khi gia công hợp kim nhôm như; hợp kim cứng, thép gió và vật liệu cắt có phun phủ. Nghiên cứu đã chọn được vật liệu cắt phù hợp cho gia công hợp kim nhôm A7075 đảm bảo tuổi thọ và năng suất gia công.
3. Để đánh giá ảnh hưởng hiệu quả của các phương pháp gia công khô và gia công có sử dụng dung dịch trơn nguội, nghiên cứu đã phân tích lợi ích và xu hướng phát triển của các phương pháp giúp quá trình thực nghiệm sau này.
CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG XẢY RA