3.6.2 Nghiên cứu ảnh hưởng c a quá trình gia nhiủ ệt đến hệ ố s co rút phoi khi gia công gia nhiệt thép SKD11
Hình 3. 23 trình bày kết quảthí nghiệm hệ s ố co rút phoi phụ thuộc nhiệ ột đ h ỗtrợ cho quá trình gia công v i ớ tham số công ngh ệ và điều ki n gia nhiệ ệt như sau:
Thí nghi m 1: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5, T = 25ệ oC. Thí nghi m 2: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5, T = 200ệ oC. Thí nghi m 3: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5, T = 300ệ oC. Thí nghi m 4: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5, T = 400ệ oC.
Bảng 3. 8 cho thấy giá trị ệ ố h s co rút phoi và sự ến đổ ệ ố bi i h s co rút phoi tại các điều ki n giaệ nhiệt khác nhau. Kết qu ả chỉ ra rằng, so với phương pháp gia công thông thường, hệ s ố co rút phoi tăng khi gia công gia nhiệt. Độ tăng hệ ố co rút phoi ΔK được s xác định theo công thức (3. 3). H s ệ ố co rút phoi tăng 27,6% khi gia công gia nhiệt 200oC. H s ệ ố co rút phoi tăng lớn nhất là 46,5% khi gia công gia nhiệt tại 400oC. Như vậy, khi nhiệt độ h ỗ trợquá trình cắt tăng thì hệ ố co rút phoi cũng tăng. Nguyên nhân là do dưới s tác động của nhiệ ột đ cao, vật liệu mềm hóa, sự liên kết giữa các nguyên tử ếu khi n cho y ế sự sắp x p cế ủa mạng tinh thể kim loại càng dễphá hủy. Do đó khi cắt kim lo i sạ ẽ b biị ến dạng nhiều hơn và hệ ố co rút phoi tăng lên s .
K(%) = K K K 100% (3. 3)
Trong đó: KT và KR theo thứ ự t là hệ ố s co rút phoi khi gia công gia nhi t và khi gia ệ công tại nhiệt độphòng T=25oC.
80 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 1 2 3 4 T = 2 5 o C T = 2 00 oC T = 3 00 oC T = 4 00 o C Thínghiệm số K
Hình 3. 23 H s co rút phoi t i các thí nghi m gia nhi t khác nhau ệ ố ạ ệ ệ
B ng 3. 8 ả Giá trị và độ tăng hệ ố s co rút phoi tại các điều kiện gia nhi t khác nhau ệ T (oC) T = 25oC T = 200oC T = 300oC T = 400oC
K 1,1325 1,4451 1,5456 1,6587
ΔK (%) - 27,6 36,5 46,5
3.7 Nghiên cứu ảnh hưởng c a quá trình gia nhiủ ệt đ n đế ộ nhám bề mặt
khi gia công gia nhi t thép SKD11ệ
Độ nhám bề mặt là một thông số đánh giá chất lượng b m t chi tiết ề ặ gia công. Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào các thông số như: thông số hình học lưỡi c t dắ ụng cụ, chế độ công nghệ và môi trường gia công. Độ nhám bề mặt chi tiết làm việc có ảnh hưởng đến khả năng làm việc, quyết định chỉ tiêu làm việc của chi tiết. Trong nghiên c u này, ứ phôi được nung nóng ngay trước khi gia công để đánh giá ảnh hưởng c a quá trình gia nhiủ ệ ết đ n độ nhám bề mặt chi tiết gia công và so sánh với phương pháp gia công thông thường tại nhiệt độ phòng.
3.7.1 Thiết bị đo độnhám bề ặ m t
Nghiên cứu sử dung máy đo độ nhám SV C3200 c a hãng Mitutoyo k– ủ ết hợp với phần mềm Formtracepak (Hình 3. 24). Bộ điều khiển đơn vị theo trục X và trục Z được trang bị b ộ mã hóa tuyến tính (loại ABS trên trục Z) có độ chính xác cao. Tốc đ đo của ộ máy: 0.02 - 5mm/s.
Phương pháp đo: đầu đo dịch chuy n theo vuông góc vể ới vết gia công. Đo tại 3 vị trí 1, 2, 3 như Hình 3. 24 và l y k t qu trung bình. ấ ế ả
81 Máy tính hiển thị kết quả đo Đầu đo Chi tiết 1 2 3
Hình 3. 24 Thiết bị đo nhám và vị trí đo
3.7.2 Nghiên c u ứ ảnh hưởng c a quá trình gia nhiủ ệt đến độnhám bề ặ m t khi gia công gia nhiệt thép SKD11
Để đánh giá ảnh hưởng của quá trình gia nhiệ ến đột đ nhám bề m t khi gia công gia ặ nhiệt thép SKD11 và so sánh với phương pháp gia công thông thường. Các thí nghiệm tại nhiệt độ phòng và tại nhiệt độcao lần lượt được thực hi n v i cùng ch cệ ớ ế độ ắt như sau: Thí nghiệm 1: V = 190 m/phút, f = 230 mm/phút, t = 0,5 mm, t i nhiạ ệ ột đ phòng T = 25oC; Thí nghiệm 2: V = 190 m/phút, f = 230 mm/phút, t = 0,5 mm, T = 200oC;
Thí nghiệm 3: V = 190 m/phút, f = 230 mm/phút, t = 0,5 mm, T = 300oC; Thí nghiệm 4: V = 190 m/phút, f = 230 mm/phút, t = 0,5 mm, T = 400oC.
Hình 3. 25 hình là ảnh độ nhám b m t ề ặ khi gia công thông thường và gia công gia nhi t 200ệ oC. Kết qu cho thả ấy độ nhám khi gia công gia nhi t giệ ảm đáng kể khi so sánh với gia công thông thường. Nguyên nhân là sự ềm hóa do nhiệt của vật liệu đã làm cho m quá trình cắt gọt được dễ dàng hơn, sự ổn định quá trình cắt tăng.
Ra (%) = Ra Ra Ra 100% (3. 4)
Trong đó: RaR và RaTtheo thứ ự là độ t nhám bề mặt khi gia công thông thường và gia công gia nhi ệt.
82
Gia công thông thường Gia công gia nhiệt
Hình 3. 25 Hình ảnh nhám khi gia công thông thường và gia công gia nhi t t i 200ệ ạ oC Hình 3. 26 là đồ thị độnhám bề ặ m t khi gia công tại các điều kiện nhiệt độ khác nhau tương ứng v i các thí nghiớ ệm số 1, 2, 3, 4. Bảng 3. trình bày giá trị9 trung bình độ nhám bề mặt khi gia công tại các điều kiện nhiệt độkhác nhau và phần trăm độ giảm độ nhám được xác định theo công thức (3. 4). Như vậy, độ nhám bề mặt giảm dần khi nhiệ ột đ h ỗ trợ quá trình gia công tăng từ 200oC lên đến 400oC. Độ nhám bề mặt gi m lớn nh t là ả ấ 47,1% khi gia công gia nhiệt tại 400oC.
0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 1 2 3 4 Ra (µm) Thínghiệm số
Hình 3. 26 Độ nhám b mề ặt khi phay tại các điều ki n nhiệ ệ ột đ khác nhau
B ng 3. 9 ả Giá trị và độ giảm độ nhám b m t khi phay tề ặ ại các điều kiện nhiệt độ khác nhau T (oC) T = 25oC T = 200oC T = 300oC T = 400oC Ra (μm) 0,174 0,128 0,108 0,092 ΔRa (%) - 26,4 37,9 47,1 T = 25oC T = 200oC T = 300oC T = 400oC
83
3.8 Nghiên cứu ảnh hưởng c a quá trình gia nhiủ ệt đ n rung đế ộng khi gia công gia nhi t thép SKD11ệ
3.8.1 Thiết bị đo rung động quá trình cắt
Thiết bị đo rung động được trình bày như Hình 3. 27. Mô đun thu thập dữliệu LAN – XI có 4 đầu vào và 2 đầu ra tần số 51,2 kHz của hãng Bruel&Kjaer Đan Mạch. Mô đun phân tích PULSE FFT 7770, 1 – 3 kênh, PULSE FFT của hãng Bruel&Kjaer Đan Mạch. Gia tốc kế theo 3 phương Triaxial DeltaTron ới kiểu TEDS 4525-B-v 001, vật liệu vỏ được làm từ Titan.
Gia tốc kế
Hình 3. 27 Thiết bị đo rung động quá trình c t ắ
3.8.2 Nghiên cứu ảnh hưởng c a quá trình gia nhiủ ệt đ n rung đế ộng khi gia công thép SKD11
3.8.2.1 Th c nghiự ệm phân tích hàm đáp ứng t n s ầ ố[81]
Thực nghiệm phân tích hàm đáp ứng tần số là quá trình xác định các đặc tính động học của một hệ thống thông qua các t n sầ ốriêng, các hệ s tố ắt dần và các mode shape rồi sử dụng các đặc tính đó để xây d ng mô hình toán h c. Các mô hình toán hự ọ ọc này được gọi là các mô hình modal của hệ thống và thông tin của các đặc tính được gọi là dữ liệu modal. Có hai lo i phân tích modal là: ạ
- Phân tích modal lý thuy t ế
- Phân tích modal th c nghiự ệm modal testing – Phân tích modal th c nghiự ệm gồm ba bước:
- Mô hình hóa kết cấu - Kích thích và đo đáp ứng
- Phân tích k t qu ế ả để xác định các thông s modal ố
Để đả m bảo các đáp ứng thu được một cách chính xác và tránh lãng phí thời gian phân tích một bộ d ữliệu đáp ứng sai, phương pháp phân tích modal thực nghiệm trước khi
84
s dử ụng cần phải được kiểm tra. Việc kiểm tra được thực hiện đơn giản ngay trên đồ thị đáp ứng thu được hoặc các đồ th xây dựng t th ị ừ đồ ị thu được. Nội dung ki m tra gồm: ể
- Kiểm tra tiệm cận dưới (tần s ốthấ ɷ<<ωp o) và tiệm cận trên (tần s ố cao ω>>ωo); - Kiểm tra sựphù h p cợ ủa cộng hưởng lồi và cộng hưởng lõm: giữa hai cộng hưởng
lồi phải có một cộng hưởng lõm, hình d ng cạ ộng hưởng l i và cồ ộng hưởng lõm là giống nhau;
- Kiểm tra dạng cộng hưởng (hình d ng bạ ộ khung t ng thổ ể ủa hàm đáp ứng t n s c ầ ố): các đỉnh cộng hưởng phải tăng dần hoặc giảm dần;
- Kiểm tra qua đồ th Nypuist: mị ỗi đỉnh cộng hưởng phải tại ra được một ph n cầ ủa đường tròn Nypuist.
Trong nghiên c u này, tác giứ ả s dử ụng phương pháp phân tích modal trên miền tần số và sử ụng phương pháp chọn đỉnh phân tích đáp ứng t n s d ầ ố [81]. T n sầ ốriêng và biên độ dao động riêng của hệ được xác định để đánh gia động lực học trong quá trình gia công. Để đánh giá tần số riêng, lựa chọn đỉnh cao nhất của đồ th đáp ị ứng, | ( ) | khi ωr = ωđỉnh. Sau đó đánh giá sự tắt dần. Lựa chọn hai điểm nửa công suất ωa và ωb tương ứng với điểm có biên độ , t ừ đó ta có hệ ố ảm chấ s gi n của hệ được xác định như sau:
=
4 2
(3. 5)
S dử ụng phép phân tích modal để xác định t n sầ ố dao động riêng của dụng cụ ắt sử c dụng trong mô hình thí nghiệm. Các tần sốnày sẽ ẫn vào l ph ổ rung động đo được khi tiến hành gia công. Vi c này cho phép loệ ại bỏ những t n sầ ố ngoại lai (nếu có) trong phổ đo rung động c a quá trình c t gọt. ủ ắ
Trên cơ sở phân tích đáp ứng tần số, ti n hành th c nghiế ự ệm. Sử d ng búa (Hammer) ụ gõ lên dao phay nhằm đo dao động riêng của hệ. Hình 3. 28 trình bày giao di n phân tích ệ Modal testing. Kết quả phân tích modal testing thu được như Hình 3. 29. Đây chính là tần số riêng của hệgá d ng cụ ụ ắ c t. Đây là cơ s đểở phân tích và ki m soát hiể ện tượng cộng hưởng gây ra m t ổn định trong quá trình gia công. ấ
85
Hình 3. 29 K t qu phân tích Modal testing ế ả [81] 3.8.2.2 Th c nghiự ệm phân tích rung động máy tại trạng thái không t i ả
Để phân tích rung động quá trình cắt một cách chính xác, c n ki m soát hiầ ể ện tượng cộng hưởng tần số dẫn đến phân tích sai. Ngoài việc phân tích rung động riêng, nghiên cứu đã làm thực nghiệm phân tích rung động máy ở ng thái không t i, còn g i là rung n n. trạ ả ọ ề
Hình 3. 30 K t qu ế ả phân tích rung động máy ng thái không t i ở trạ ả
Hình 3. 30 là kết quả ph tổ ần s rung n n vố ề ới tín hiệu rung động được chuyển đổi từ miền thời gian thực sang mi n t n s (Phép biề ầ ố ến đổi Fourier FFT – Fast Fourier Transformation). Như vậy, rung động được mô tả qua hai giá trị: biên độ và t n sầ ố. Biên độ mô tả mức đ rung động. T n sộ ầ ố mô tả tốc đ dao động của rung động. Đây cũng là cơ sởộ để phân tích và ki m soát hiể ện tượng cộng hưởng gây ra mất ổn định trong quá trình gia công.
86
3.8.2.3 Nghiên cứ ảnh hưởng c a quá trình gia nhiu ủ ệt đến rung động khi gia công gia nhiệt thép SKD11
Để đánh giá ảnh hưởng c a quá trình gia nhiủ ệt đến rung động, hai thí nghiệm tại nhiệt độ phòng và nhiệ ột đ cao lần lượt được thực hi n vệ ới cùng chế độ ắt: c
Thí nghiệm 1: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5 mm, T = 25oC Thí nghiệm 2: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5 mm, T = 200oC Thí nghiệm 3: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5 mm, T = 300oC Thí nghiệm 4: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5 mm, T = 400oC.
Hình 3. 31 K t qu ế ả đo rung động khi gia công t i nhiạ ệt độ phòng
Hình 3. 32 K t qu ế ả đo rung động khi gia công gia nhi t ệ
Biên độ rung động c a quá trình gia công là t ng hủ ổ ợp biên độ rung động theo hai phương X và Y được xác định theo công thức (3. 6).
A = A + A (3. 6)
Trong đó AXYlà tổng hợp biên độ rung động quá trình cắt. AX, AYtheo thứ ự t là biên độ rung động theo phương X và phương Y.
Hình 3. 31 và Hình 3. 32 theo thứ ự t là kết quả rung động thí nghiệm 1 (gia công tại nhiệt độ phòng) và thí nghi m 2 (gia công gia nhiệ ệt tại 200oC) theo hai phương X và Y. Trên cơ sở phân tích dữ liệu rung động khi gia công kết hợp dữ liệu rung động riêng và rung động không tải cho thấy, kết quả rung động thu được không xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Quan sát thấy biên độ rung động khi gia công gia nhi t giệ ảm so với gia công thông thường.
Độ ảm biên độ rung độ gi ng quá trình cắt (ΔAXY) của phương pháp gia công gia nhiệt khi so sánh với phương pháp gia công thông thường là:
A (%) = A A
A × 100%
87
Trong đó: AXY-R và AXY-Ttheo thứ ự là biên độ rung động theo hai phương X và Y t khi gia công tại nhiệt độ phòng và gia công gia nhi ệt.
B ng 3. 10 ả Giá trị và độ ảm biên độ gi rung ng khi phay tđộ ại các điều kiện nhiệt độ khác nhau T (oC) T = 25oC T = 200oC T = 300oC T = 400oC AXY 174,08 151,139 148,071 146,526 Δ AXY(%) - 13,2 14,9 15,8 0 40 80 120 160 200 1 2 3 4 AXY(dB) Thínghiệm số T = 25oC T = 200oC T = 300oC T = 400oC
Hình 3. 33 Biên độ rung động trung bình khi gia công tại các điều ki n nhiệ ệt độ khác nhau Biên độ rung động trung bình và độ giảm biên độ rung động trung bình quá trình phay thép SKD11 tại các điều kiện nhiệ ột đ khác nhau khi so sánh với phương pháp thông thường được trình bày như ảB ng 3. 10 và Hình 3. 33. Kết qu ảcho thấy, biên độ rung động trung bình giảm 13,2%, 14,9% và 15,8% theo thứ t ựgia công gia nhi t 200ệ oC, 300oC và 400oC. Điều đó cho thấy sự ổn định hơn của quá trình gia công thép SKD11 khi có sự h ỗ trợ ủ c a nhiệ ột đ cao. Nguyên nhân là do dưới tác dụng của nhiệ ột đ cao, các liên kết giữa các phần tử kim loại gi m khi n quá trình cả ế ắt gọt th c hiện dự ễ dàng hơn. Tuy nhiên sự giảm biên độ rung động thay đổi không đáng kể khi thay đổi nhiệ ột đ cao hỗtrợquá trình cắt.
3.9 Kết luận chương 3
Xây dựng sơ đồthí nghi m, sệ ự chuẩn bị ề v thiết bị thí nghiệm, vật li u thí nghiệm, ệ dụng c cụ ắt đã được trình bày.
Nghiên cứu thực nghiệm ả h hưởn ng của quá trình gia nhiệ ết đ n tính gia công vật liệu thép SKD11 đã đưara một số ế k t qu ả như sau:
- T ổ chức tế vi vật liệu không thay đổi dưới tác dụng của quá trình gia nhiệt với khoảng nhiệt độ thuộc phạm vi nghiên c u t 200ứ ừ oC – 400oC;
88
- Mẫu phôi sau gia nhiệt được làm nguội tự nhiên trong không khí có độ ứng không c thay đổi so với mẫu ban đầu;
- Hình thái hình học phoi thay đổi so với gia công thông thường khi có sự ỗ h trợ ủa c