Theo tiêu chuẩn Ra được dùng khi độ bóng bề mặt từ cấp 6 ÷ 12, và trên bản vẽ chỉ ghi giá trị mà không cần ghi ký hiệu.
3.2.3. Chiều cao nhấp nhơ profin theo mười điểm Rz
Hình 3. 2: Mô tả nhám bề mặt khi xác định Rz
Rz là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao năm đỉnh cao nhất và chiều sâu của năm rãnh thấp nhất của profin trong khoảng chiều dài chuẩn (như hình 3.2).
RZ = ( ) ( ) (µm) (3.2)
Trong đó các giá trị Yp là chiều cao các đỉnh cao nhất, còn Yv chiều cao
của các đáy thấp nhất. Theo tiêu chuẩn Việt Nam Rz được biểu diễn cho cấp độ bóng từ cấp 1 ÷ 5 và cấp 13, 14, trên bản vẽ kỹ thuật phải ghi đầy đủ cả ký hiệu và giá trị.
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 33
3.2.4. Phương pháp kiểm tra chất lượng bề mặt chi tiết máy
Để xác định nhám bề mặt người ta thường dùng các phương pháp sau đây:
- So sánh bằng mắt thường, theo phương pháp này thì bề mặt gia cơng được so sánh với các mẫu có độ nhám cao nhất
- Dùng kính hiển vi, dụng cụ này thường dùng để xác định chiều cao nhấp nhô Rz
- Dùng máy đo profin, với dụng cụ đo này có thể xác định Ra, Rz, Rmax
…
Hình 3.3 Mơ hình ngun lý đo profin bề mặt [16]
Đối với độ sóng và sai số hình dáng được kiểm tra nhờ thiết bị và đồ gá chuyên dùng. Độ cứng tế vi của lớp bề mặt được xác định bằng máy đo độ cứng khi dùng mũi kim cương tác dụng lên bề mặt vật đo
3.2.5. Các giá trị nhám bề mặt có thể đạt được trong gia cơng cắt gọt
Đã có nhiều nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng độ bóng bề mặt trong gia công phụ thuộc rất nhiều yếu tố tạo thành: Vật liệu dao, vật liệu chi tiết gia cơng, thơng số hình học dao, điều kiện gia công… Cụ thể hình 3.4 ta thấy sự phụ thuộc giữa bán kính mũi dao r và lượng chạy dao s và chúng có quan hệ như sau:
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 34
Rmax =
. 1000 (µm) (3.3)
Ra = . .1000 (µm) (3.4)
Trong đó: - s là lượng chạy dao (mm/vòng) - r là bán kính mũi dao (mm)
Hình 3.4 Ảnh hưởng bán kính mũi dao và lượng chạy dao đến độ nhấp nhô bề mặt
Các phương pháp gia cơng khác nhau sẽ có độ bóng bề mặt khác nhau rất rõ rệt, ví dụ tiện tinh có thể đạt được độ bóng Ra = 1,6 ữ 3,2 (àm) trong gia công truyền thống. Ngày nay khi gia công trên máy tiện CNC với mảnh dao Insert có thể đạt Ra = 0,3 (µm). Qua tìm hiểu tài liệu tác giả giới thiệu một số phương pháp gia cơng và độ bóng đạt được tương ứng:
Doa đạt được độ bóng Ra = 0,08 ữ 0,63 (àm) khi dựng dao kim cng.
Phay mặt phẳng dao kim cương Ra = 0,04 ữ 0,16 (àm).
Mài vơ tâm có Ra = 0,32 ữ 0,16 (àm).
Mi khụn Ra = 0,08 ữ 0,32 (àm).
Mài nghiền Ra = 0,04 ữ 0,08 (àm).
3.3. Lựa chọn mơ hình quy hoạch
Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu trong và ngoài nước của một số tác giả cùng nghiên cứu về những chủ đề có liên quan, nhận thấy đối với nghiên cứu đang thực hiện, quy hoạch bậc nhất chỉ đáp ứng được cho nghiên cứu ảnh hưởng vận tốc cắt đến tuổi bền dao (phương trình 2.2) cịn phương trình
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 35
Taylor mở rộng, ban đầu sử dụng quy hoạch bậc nhất nếu thỏa mãn dừng thực nghiệm. Nếu sau khi kiểm định tính thích hợp phương trình hồi quy khơng thõa mãn, sẽ tiến hành thực nghiệm bậc hai .
Phân tích ưu và nhược điểm của một số dạng quy hoạch thực nghiệm trong bậc hai, kết hợp với những điều kiện có thể để làm thực nghiệm, tác giả đi đến quyết định chọn “Quy hoạch hỗn hợp đối xứng bậc hai dạng B”.
Sở dĩ chọn quy hoạch dạng B, vì có một số ưu điểm như: Tính chất hỗn hợp rất thuận tiện cho nhà nghiên cứu. Cho phép nhà nghiên cứu tiến hành quy hoạch từng bước. Đầu tiên ta tiến hành thực nghiệm nhân tố toàn phần hoặc riêng phần, để thu được phương trình hồi quy bậc nhất. Nếu mơ hình khơng thích hợp ta có thể bổ sung tại các điểm sao. Khi đó ta thu được phương trình hồi quy bậc hai [12]. Bằng phương pháp thực hiện từng giai đoạn giúp nhà làm thực nghiệm giảm thiểu chi phí.
Theo PGS. TS. Nguyễn Hữu Lộc, trong các bài toán tối ưu đối tượng nghiên cứu, ví dụ tìm chế độ cắt hợp lý, cần tiến hành thực nghiệm tại tâm quy hoạch. Điều đó nhằm tăng độ chính xác của phương trình hồi quy. Với dữ liệu yếu tố đầu vào trong nghiên cứu này là ba yếu tố (s,v,t), vì vậy số thí nghiệm cần thực hiện là 14 thí nghiệm bao gồm: tại nhân 23 = 8, tại điểm sao 2x3 = 6.
3.3.1. Lựa chọn giá trị chế độ cắt
Dựa trên điều kiện thiết bị (dựa vào độ cứng vững của hệ thông công nghệ) tại xưởng tiến hành thực nghiệm. Tham khảo theo lời khuyên của hãng SANDVIK, dữ liệu gia công tinh cho mảnh Insert phủ TiN khi gia công thép: t = (0.3 ÷ 1.5)mm; s = ( 0.07 ÷ 0.3)mm/vịng; v = ( 265 ÷ 395)m/phút. Nhằm bảo đảm tính tổng quát, chọn giữ liệu sát hai biên giá trị do nhà sản xuất khuyên dùng như bảng 3.1.
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 36 Bảng 3. 1 Miền giá trị các nhân tố đầu vào
Thông số
Mức Khoảng thay đổi nhân tố (Δ) Cao Cơ bản Thấp v là tốc độ cắt (m/ph) 390 340 290 50 s là tốc độ chạy dao (mm/vòng) 0.25 0.18 0.11 0.07 t là chiều sâu cắt (mm) 0.9 0.6 0.3 0.3 3.3.2. Phương pháp xác định mòn tới hạn
Chỉ tiêu xác mòn tới hạn trong nghiên cứu này dựa trên tuổi bền công nghệ của dao, cụ thể là dựa vào giới hạn độ bóng bề mặt và độ chính xác kích thước trong q trình gia cơng tinh, đồng thời đảm bảo giá trị giới hạn mòn cho phép theo tiêu chuẩn ISO -3685:1993 là độ mòn mặt sau VB = 0.3(mm).
Bây giờ chúng ta khảo sát trong quá trình tiện độ mòn mặt sau sẽ phản ảnh lên sai số gia công của chi tiết xét về mặt hình học (hình 3.5). Từ hình vẽ có thể tìm được mối quan hệ giữa độ mịn mặt sau và sai số gia cơng.
Nếu ta gọi δ là dung sai của chi tiết gia cơng, thì sai số theo phương hướng kính phải là ∆x ≤ δ/2, để không phá vỡ điều kiện gia cơng.
Xét phần diện tích mịn ta có quan hệ:
∆x = VB. tangα (3.5)
Trong đó:
VB: độ mịn mặt sau (mm) α: góc sau chính của dao
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 37 Hình 3.5 Mơ tả quan hệ giữa mịn dao và sai số gia công
Giả sử rằng lúc dao bắt đầu cắt dao chưa bị mịn, gia cơng được chi tiết có số đo đường kính là ØA (Hình 3.5), quá trình cắt tiếp tục và dao sẽ mịn và
kết quả là đường kính chi tiết sẽ tăng lên. Khi giá trị đường kính tăng đến mức đạt giá trị ØB (Hình 3.5), có nghĩa là dao đã mòn tới giá trị VB, kết hợp việc kiểm tra độ bóng theo điều kiện lắp ráp của sản phẩm sẽ quyết định dừng máy và có được tuổi bền dao tương ứng.
Theo cơng nghệ chế tạo máy, để đảm bảo tính ổn định các mối ghép trong quá trình làm việc, phải đảm bảo độ nhấp nhô tế vi.
- Nếu đường kính lắp ghép lớn hơn 50 mm thì Rz = (0,1 ÷ 0,15)δ
- Nếu đường kính lắp ghép từ 18 đến 50 mm thì Rz = (0,15 ÷0,2)δ
- Nếu đường kính lắp ghép nhỏ hơn 18 mm thì Rz = (0,2 ÷ 0,25)δ
Trong thí nghiệm này tác giả chọn độ bóng bề mặt và độ sai số đường kính cho giới hạn xác định tuổi bền. Với những lập luận như vậy có thể tìm được sai số kích thước đường kính tối đa khi dao mịn tới hạn trong thí nghiệm này là ∆x = 0,3. Tang60 = 31,5 µm. Để đảm bảo điều kiện chính xác trong gia cơng thì ∆x ≤ → δ = 2. ∆x = 63 µm, ở đây có thể chọn giá trị Ra = 1.25, Rz = 6.3 .Vì vậy, có thể tiến hành gia cơng và tính tuổi bền dao cho đến khi kiểm tra thấy đường kính chi tiết tăng lên 63 µm và đồng thời kiểm tra độ bóng bề mặt có giá trị Ra ≥ 1.25, Rz ≥ 6.3 µm thì dừng máy và xác định giá trị tuổi bền tại đó.
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 38
3.4. Trang thiết bị thực nghiệm 3.4.1. Máy tiện CNC 3.4.1. Máy tiện CNC
Thí nghiệm được thực hiện trên máy tiện CNC JG-100, của Đài Loan sản xuất.
Hình 3.6 Máy tiện CNC sử dụng trong thực nghiệm Bảng 3. 2 Thông số cơ bản của máy tiện CNC JG – 100 Bảng 3. 2 Thông số cơ bản của máy tiện CNC JG – 100
Số tt Loại thơng số Giá trị Đơn vị tính
1 Model của máy JG - 100
2 Số ký hiệu 070160
3 Ngày sản xuất 18 – 12 - 2007
4 Số vịng quay trục chính tối đa 6000 Vịng/phút
5 Khối lượng 2400 kg
6 Cầu chì chính 60 A
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 39
3.4.2. Dụng cụ cắt
Dụng cụ cắt sử dụng trong thực nghiệm này gồm mảnh dao Insert có ký hiệu WNMG 08 04 08-PF, và cán dao MWLNR2020K08, của nhà sản xuất SANDVIK (Hình 3.2). Phần mảnh dao và cán dao có kích thước cụ thể như bảng 3.3 và 3.4.
Hình 3.7 Cán và lưỡi dao sử dụng trong thực nghiệm
Bảng 3. 3 Thơng số kích thước mảnh Insert
Số tt Thơng số Giá trị Hình minh họa
1 Góc trước γ 00
2 Góc sau α 60
3 góc nghiêng chính φ 950 4 Chiều dài lưỡi cắt l (mm) 8,7
5 iC 12.7
6 Chiều dày mãnh s (mm) 4,76 7 Bán kính mũi dao rԐ (mm) 0.8
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 40 Bảng 3. 4 Thơng số kích thước cán dao
Số tt Thơng số Giá trị Hình minh họa 1 Chiều dài tổng l1(mm) 125
2 Chiều dài phần cắt l3 (mm) 34,5 3 Chiều rộng phần cắt f1(mm) 25 4 Chiều cao phần cắt h1(mm) 20 5 Chiều rộng thân dao b(mm) 20 6 Chiều cao thân dao h(mm) 20
3.4.3. Chi tiết gia công
Phôi liệu sử dụng cho thí nghiệm này là thép kết cấu S45C theo tiêu chuẩn của Nhật Bản. Vật liệu được mua tại cơng ty TNHH thép đặc chủng Hồ Sắt – Dĩ An, Bình Dương. Thành phần hố học của phơi được phân tích quang phổ, độ cứng được đo bằng thang Brinen đạt 198 HBW tại QUATEST 3, TP.HCM. Với các giá trị phần trăm nguyên tố bảng 3.5.
Bảng 3. 5 Thành phần hố học trong phơi làm thực nghiệm
S 45C C Mn Si P S Cr Ni
% nguyên tố 0,48 0,65 0,19 0,010 0,007 0,07 0,05
Kích thước phơi làm thực nghiệm được thiết kế dựa trên tiêu chuẩn ISO 3685-1993, tỉ lệ chiều dài trên đường kính khơng q 10 [29], đồng thời xem xét về độ cứng vững của hệ thống công nghệ nơi làm thực nghiệm. Tác giả chọn phơi ban đầu có kích thước Ø48x250, chiều dài phần tham gia cắt gọt 230(mm) đã gia công bán tinh. Tiến hành gia công cho đến lúc đạt Ø25 là thay mẫu phôi khác.
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 41
3.4.4. Dụng cụ đo trong thí nghiệm
Trong thực nghiệm này có hai loại thiết bị đo, đo độ chính xác kích thước và đo độ bóng bề mặt.
3.4.4.1. Thiết bị đo độ bóng bề mặt.
Thiết bị đo độ bóng là máy SJ – 301 của nhật sản xuất, máy có các thơng số kỹ thuật như sau:
- Hiển thị LCD. Tiêu chuẩn Din, ISO, JIS, ANSI
- Thông số đo được Ra, Rz, Rt, Rq, Rp, Ry, Pc, S, Sm
- Độ phân giải 0.03µm/300µm, 0.08µm/75µm, 0.04µm/9.4µm
- Bộ chuyển đổi A/D: RS232
- Phần điều khiển và xử lý số liệu MSTA TW324.0
Hình 3.8 Máy đo độ bóng bề mặt SJ - 301 sử dụng trong thực nghiệm
3.4.4.2. Dụng cụ đo kích thước.
Dụng cụ đo kích thước sử dụng thước cặp 300 (mm), và Panme 25-50, có độ chính xác tương ứng 0,02 và 0,01 (hình 3.9).
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 42 Hình 3.9 Dụng cụ đo kích thước sử dụng trong thực nghiệm
3.4.5. Phần mềm mơ phỏng và chương trình gia cơng
Phần mềm mơ phỏng
Nhằm đảm bảo tính an tồn và kiểm sốt sơ bộ thời gian gia công, tác giả có sử dụng phần mềm mô phỏng MTS trong gia cơng CNC (Hình 3.10), phần mềm này bản quyền của Cộng Hoà Liên Bang Đức sản xuất. Qua phần mềm này sẽ kiểm tra toàn bộ các chương trình gia cơng trong thí nghiệm, thiết kế sơ bộ quỹ đạo chuyển động của dao trong quá trình cắt trước khi tiến hành gia công thực tế.
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 43
Chương trình gia cơng
Chương trình gia cơng các thí nghiệm về cơ bản lập trình có cấu trúc giống nhau, chỉ khác biệt các giá trị điều kiện cắt. Ở đây chỉ đưa ra chương trình cho thí nghiệm đầu tiên trong bảng qui hoạch.
%O1111 G90 G21 G95 G28 U0 W0 T0101 S2500 M04 G54 G0 X50 Z2 G71 U….. R0.3 G71 P20 Q50 U0 W0 F…. N20 G1 X25 Z1 G1 X25 Z-230 N50 G1 X49 Z-230 G0 X100 Z100 G28 U0 W0 M30 % 3.5. Quy trình thực nghiệm
3.5.1. Chuẩn bị và kiểm tra mơ hình thực nghiệm
Trước lúc vào làm thực nghiệm, người nghiên cứu phải chuẩn bị, kiểm tra kỹ lưỡng các trang thiết bị, dụng cụ, máy móc như:
- Soạn thảo và chạy thử mơ phỏng chương trình gia cơng
- Hiệu chỉnh các thiết bị và dụng cụ đo
- Kiểm tra độ bóng bề mặt và kích thước phơi trước lúc gá
- Gá phơi vào vị trí máy, kiểm tra độ đồng tâm
- Gá dao và tiến hành đo dao
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 44 Hình 3.11 Mơ hình gia cơng thực nghiệm
Hiệu chỉnh lại dụng cụ đo là một việc cần thiết (Hình 3.12), vì sẽ phản ảnh trung thực kết quả thực nghiệm,
Hình 3.12 Hiệu chỉnh thiết bị đo độ bóng bề mặt và kiểm tra phôi trước lúc thực nghiệm
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 45
3.5.2. Xây dựng phương trình Taylor về tuổi bền dao khi chỉ xét đến ảnh hưởng của vận tốc cắt hưởng của vận tốc cắt
Qua một số nghiên cứu thực nghiệm đã khẳng định rằng trong các yếu tố chế độ cắt, vận tốc cắt ảnh hưởng đến tuổi bền dao là lớn nhất. Trong đó nghiên cứu của Taylor bằng thực nghiệm đưa ra khoảng năm 1907, khi gia công thép kết cấu bằng dụng cụ cắt thép gió như phương trình (3.6)
V.Tn = C (3.6)
Trong đó:
V – vận tốc cắt (m/phút) T – tuổi bền dao ( phút)
n, C là hằng số phụ thuộc vào vật liệu làm dao, vật liệu chi tiết gia công, điều kiện gia công.
Ở nghiên cứu này tiến hành thí nghiệm khi chỉ thay đổi yếu tố vận tốc cắt, còn các yếu tố khác giữ nguyên. Thực nghiệm được thực hiện trên máy tiện CNC JG – 100, dao phủ TiN, phôi thép kết cấu S45C, với vận tốc cắt thay đổi trong khoảng từ thấp nhất đến cao nhất theo lời khuyên của nhà sản xuất ( v = 290 ÷ 390), gia cơng khơng có dung dịch trơn nguội. Cịn các yếu tố khác được chọn ở chế độ trung tâm, tiến hành các thực nghiệm như bảng 3.6.
Tác giả: HỒ PHI ANH – TRẦN XUÂN TRINH Trang 46 Bảng 3. 6 Kết quả thực nghiệm Số TT Vận tốc cắt v(m/phút) Lượng chạy dao s(mm/vịng) Chiều sâu cắt t(mm) Sai số kích thước δ(µm) Độ bóng bề mặt Ra(µm) Tuổi bền dao T(phút) 1 390 0.18 0.6 50 1.2 17 2 390 0.18 0.6 55 1.25 18 3 390 0.18 0.6 57 1.2 16.5