3.5.2 Ảnh hưởng c a quá trình gia nhiủ ệt đến lực c t ắ khi gia công gia nhiệt thép SKD11
Nghiên cứu v ềgia công t i nhiạ ệ ột đ phòng và nhiệ ột đ cao với cùng bộ tham số công ngh ệ để đánh giá ảnh hưởng c a quá trình gia nhiủ ệ ết đ n lực cắ được thực hiệt n. Lực cắt là một hiện tượng động lực học, t c là trong chu trình th i gian gia công thì lứ ờ ực cắt không phải là một hằng số [20]. Lực cắt được biến đổi theo quãng đường của dụng cụ được biểu diễn trên Hình 3. 18. Hình 3. 18a và Hình 3. 18b theo thứ t ự là đồ lthị ực cắt khi gia công t i nhiạ ệ ột đ phòng 25oC và tại nhiệ ột đ cao 200oC với cùng b ộ tham sốgia công: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5 mm. Lực cắt trung bình F được tổng h p tợ ừ lực cắt thành
75
phần FX, FY, FZtheo công thức (3. 1). Giá trị ực cắt thành ph n và l l ầ ực cắt trung bình khi gia công thông thường và gia công gia nhiệt được trình bày như ảB ng 3. 6.
Gia công tại nhiệt độ phòng 25oC Gia công tại nhiệt độ cao 200oC
Hình 3. 18 Đồ thị ực cắt tại nhiệt độ l phòng và nhiệt độ cao
H ệtrục tọa đ máy được trình bày như Hình 3. 2. K t quộ ế ả ực cắt trung bình khi gia l công thông thường và gia công gia nhiệt như Hình 3. 18 cho th y, lấ ực cắt thành phần FY là lực cắt chính (lực tiếp tuyến) có giá trị lớn nhất. Lực hướng tâm FX và lực d c trọ ục FY có giá trị nhỏ. Lực cắt giảm mạnh khi gia công t i nhiạ ệt độcao. Độ giảm lực cắt trung bình
khi gia công gia nhiệt so với gia công thông thường xác định theo công thức (3. 2) là 37,5%.
F = F + F + F (3. 1)
Trong đó: FX, FY, FZ là l c cự ắt thành phần theo phương X, Y và Z.
B ng 3. 6 Lả ực cắt trung bình khi gia công thông thường và gia công gia nhi t ệ Lực cắt (N)
PP gia công FX FY FZ F
Gia công thông thường 4,317 360,031 9,028 360,170 Gia công gia nhi t 200ệ oC 8,958 214,583 9,071 214,962
Hình 3. 19 mô tả ế k t qu thí nghiả ệm lực cắt phụ thuộc nhiệ ột đ h ỗtrợcho quá trình gia công v ới:
Thí nghi m 1: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5 ệ mm, t i nhiạ ệ ột đ phòng T = 25oC Thí nghiệm 2: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5 mm, T = 200oC
Thí nghi m 3: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5 ệ mm, T = 300oC Thí nghi m 4: V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5 ệ mm, T = 400oC
Bảng 3. 7trình bày giá trị ực c l ắt tại các điều ki n cệ ắt khác nhau và độ ảm lực cắt gi khi gia công tại nhiệ ột đ cao so với gia công thông thường. K t quế ả cho thấy, lực cắt giảm mạnh khi gia công gia nhiệt tại 200oC so với gia công thông thường. Lực cắt giảm chậm hơn khi tăng nhiệ ột đ lên 300oC và 400oC. Độ giảm lực cắt ΔF xác định theo công thức (3. 2) cho thấy lực cắt giảm lớn nhất là 65,1% khi gia công gia nhiệt 400oC. Nhiệt độ h ỗ trợ quá trình c càng cao thì lắt ực cắt càng giảm. Điều này là do nhiệ ột đ h ỗtrợquá trình cắt đã
76
làm giảm độ bền, giảm liên kết giữa các phân tử kim loại. Lực liên kết giữa các phân tử kim lo i yạ ếu giúp quá trình cắt gọt được thực hi n dệ ễ dàng hơn. Ngoài ra, ng su t nén ứ ấ trong vùng bi n dế ạng thứ ấ c p giảm khi gia công gia nhiệt [44]. Do đó với cùng một chế độ c t, lắ ực cắt giảm rõ rệt khi gia nhiệt.
F(%) = F F
F 100%
(3. 2)
Trong đó: FT và FRtheo thứ ự t là lực cắt khi gia công gia nhi t và khi gia công tệ ại nhiệt độ phòng T=25oC.
B ng 3. 7 ả Giá trị và độ giảm lực cắt tại các điều kiện gia công khác nhau T (oC) T = 25oC T = 200oC T = 300oC T = 400oC F (N) 360.17 224.962 159.6134 125.7869 ΔF (%) - 37,5 55,7 65,1 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1 2 3 4 T = 2 5 oC T = 2 00 oC T = 3 00 oC T = 4 00 oC F (N) Thínghiệm số Hình 3. 19 Đồ thị ực cắt tại các nhiệt độ khác nhau l
3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình gia nhiệt đến h s ệ ố co rút phoi khi gia công gia nhiệt thép SKD11
H s ệ ốco rút phoi K là m t thông sộ ố ất quan trọ r ng đ đánh giá sự ến d ng dể bi ạ ẻo của vật liệu, ảnh hưởng đến s biự ến đổi kích thước của lớp kim loạ ịi b c tắ. Giá trị h s ệ ốco rút phoi phụ thuộc vào tất cả các yế ố có ảnh hưởng đếu t n sự biến dạng c a phoi: tính chủ ất cơ lý của vật liệu gia công, hình dạng hình học của dụng cụ cắt, chế cđộ ắt và các điều kiện cắt khác. Nghiên c u hứ ệ s ố co rút phoi khi gia công gia nhi t và so sánh vệ ới phương pháp gia công thông thường t i cùng chạ ế độ ắ c t, nhằm đánh giá ảnh hưởng của quá trình gia nhiệt đến hệ s ốco rút phoi. Từ đó đánh giá khả năng biến d ng cạ ủa phoi và độ mềm hóa của vật liệu dưới tác dụng của nhiệ ột đ cao.
77
3.6.1 Phương pháp xác định hệ ố s co rút phoi khi gia công gia nhiệt thép SKD11
3.6.1.1 Phương pháp xác định chi u dài phoi ề
Thông thường, chiều dài phoi được xác định bằng phương pháp đo tiếp xúc thủ công bằng sợi chỉ không giãn. Tuy nhiên, phương pháp này có độ chính xác không cao, phụ thuộc rất nhi u vào s t m cề ự ỉ ỉ ủa người đo trong khi phoi thu được khi gia công thép SKD11 rất nhỏ và bước xo n phoi ng n. Ngoài ra, mắ ắ ột phương pháp khác xác định chiều dài phoi là phương pháp sử dụng kính hiển vi điện tử. Tuy nhiên phương pháp này gặp ph i khó ả khăn do bước xoắn phoi có độ dài khác nhau, đường kính xoắn phoi khác nhau trên mỗi bước nên việc đo đạc và tính toán rất phức tạp.
Hình 3. 20 H ệ thống ATOS Scanport
Để xác định hệ s ốco rút phoi đạ ột đ chính xác cao, nghiên cứu đã đo chiều dài phoi bằng phương pháp pháp quét 3D kết hợp phần mềm phân tích dữ liệu 3D GOM Inspect Professional. Đầu tiên, phoi thí nghiệm được quét b ng máy quét 3D ATOS Core 80 trên ằ hệ thống ATOS Scanport như Hình 3. 20. Đểtoàn bộ phoi được quét một cách đầy đủ và chính xác, hệ thống ATOS Scanport hỗ trợ6 chuyể động xung quanh điểm làm việc gồm n có: ba trục điều khiển bằng động cơ: trục nghiêng, tr c quay, trụ ục tịnh tiến; ba trục điều khiển bằng tay: trục cảm biến quay vô c p tấ ừ 0 – 90o, đĩa quay đục lỗ l ch tâm với 2 bậc tự ệ do, bàn gá được điều khi n vể ới chiều cao khác nhau cho phép quét toàn bộ b mề ặt phoi một cách chính xác và dễ dàng. ATOS Core 80 sử ụng công nghệ d ánh sáng xanh (Blue Light Technology). Công nghệ này cho độ chính xác cao với kết qu quét không bả ị nh ả hưởng bởi ánh sáng môi trường do t n sầ ố ánh sáng khác nhau.Sau đó, phần mềm phân tích dữ liệu đo 3D GOM Inspect được sử ụng để d phân tích dữliệu và xác định chi u dài phoi. ề
78
Kết quả đo chiều dài phoi được trình bày như Hình 3. 21. Đây là hình ảnh phoi gia công với chế độ công nghệ V = 235 m/phút, f = 305 mm/phút, t = 1,5 mm và gia nhiệt tại T = 400oC.
79 3.6.1.2 Cân kh i ố lượng phoi
Để xác định hệ s co rút phoi, ố ngoài việc xác định chiều dài phoi cần phải xác định trọng lượng phoi. Vì trọng lượng phoi r t nh và yêu cấ ỏ ầu độ chính xác cao nên nghiên c u sứ ử dụng cân tiểu ly AND HR 200 của –
Nhật Bản (Hình 3. 22) để cân trọng lượng phoi.
Thông số k thuỹ ật cân tiểu ly AND HR – 200:
- Khả năng cân: 210 g - Độ chính xác: 0,0001 g - Kích thước đĩa cân: Ø85 mm
Để đả m bảo độ chính xác của phép đo cần kh âm, khử ử nhiễu do không khí trong phòng đặt dụng cụ, điều chỉnh cân v 0 sau mề ỗi phép đo.
Đĩa cân
Màn hình hiển thị kết quả
Hình 3. 22 Cân tiểu ly AND HR - 200
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