Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ MÀI HỢP LÝ
4.1. LỰA CHỌN THÔNG SỐ THÍ NGHIỆM MÀI
Tiến hành thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ của quá trình mài và lựa chọn được bộ thông số mài hợp lý khi mài với hai hàm mục tiêu là nhám bề mặt và năng suất gia công khi mài bằng đá mài CBN trên máy phay CNC.
Đá mài trước khi gia công được sửa đá bằng máy sửa đá V-TDM-2 của Đài Loan với thông số sửa đá hợp lý đã khảo sát ở trên như Bảng 4.1 (kết quả thu được từ Mục 3.2 ở trên).
Bảng 4.1. Thông số sửa đá trước khi mài
Thông số Đơn vị Giá trị
Chiều sâu sửa đá aed mm 0.02
Tốc độ quay trục chính Rpm vòng/phút 1000
Bước tiến đá Fe mm/phút 200
Phương pháp Taguchi được sử dụng để thiết kế và phân tích thí nghiệm
nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến trị số nhám bề mặt và năng suất gia công khi mài bằng đá CBN trên máy phay CNC.
Các thông số công nghệ của quá trình mài được lựa chọn bao gồm: Chiều sâu cắt aed (mm); Tốc độ quay trục chính Rpm (vòng/phút); Bước tiến đá Fe (mm/phút); Đường kính đá mài d (mm).
Số lượng thí nghiệm trong ma trận thí nghiệm được lựa chọn dựa vào bậc tự do của thông số công nghệ. Bậc tự do của một thông số (DOF) được xác
định bằng số mức của thông số trừ 1. Bậc tự do của thí nghiệm được xác định bằng tổng số bậc tự do của các thông số thí nghiệm và bằng 11. Sử dụng phương pháp Taguchi với thiết kế L18 (6^1 3^3).
Chiều sâu cắt khi mài tinh thông thường từ 0.005 mm đến 0.03 mm [19].
Nếu chiều sâu cắt quá lớn sẽ dễ làm kín bề mặt đá mài và làm đá mài mất khả năng làm việc. Thêm vào đó, chiều sâu cắt quá lớn sẽ dẫn tới lực mài lớn và dễ làm các hạt mài bật ra khỏi chất dính kết. Kết quả là bề mặt chi tiết gia công tiếp xúc trực tiếp chất dính kết, đá mài bị mất cạnh sắc (bị cùn) và dẫn tới làm giảm khả năng cắt của đá mài hay làm giảm năng suất gia công Ngược lại, nếu chiều sâu cắt nhỏ quá thì đá mài dễ bị trượt trên bề mặt chi tiết gia công và làm giảm năng suất bóc tách. Vì những lý do đó, nghiên cứu này đã chọn khảo sát chiều sâu cắt trong khoảng nói trên.
Như đã nêu trong Mục 3.13, chi tiết bề mặt trụ vuông được tạo hình bề mặt nhờ mài công tua. Nói cách khác, bề mặt trụ vuông được tạo thành bởi chuyển động bao hình của đá mài có đường kính theo quỹ đạo đồng dạng với
mẫu (chi tiết) gia công. Do vậy, tâm đá mài khi gia công sẽ di chuyển trên quỹ đạo vuông với chiều rộng mỗi cạnh là (d+b) với d là đường kính đá mài và b là chiều rộng của mẫu hay chi tiết gia công (Hình 3.13). Khi này, thời gian để di chuyển hết quãng đường hay chính là thời gian gia công hết bề mặt chi tiết cần mài là:
t =d+b
Fe (4.1)
Từ phân tích trên ta thấy, quá trình mài bề mặt trụ vuông ngoài có 3 thông số cơ bản của quá trình mài hay gia công truyền thống là số vòng quay của đá Rpm, chiều sâu cắt aed, bước tiến đá Fe, còn có đường kính của đá mài d.
Mài là phương pháp gia công có vận tốc cắt cao. Vận tốc mài có thể đạt tới 30÷40 (m/s) với đá mài thông thường và có thể tới 100÷200 (m/s) với đá mài CBN. Tuy nhiên, những giá trị lớn có thể đạt được khi sử dụng các máy mài chuyên dùng, có độ cứng vững cao, và chất lượng đá cũng yêu cầu cao để tránh hiện tượng nứt, vỡ đá khi gia công với vận tốc lớn. Trong nghiên cứu này, quá trình mài được tiến hành trên máy phay CNC (Model M-V50C) là máy có có tốc độ trục chính tối đa 6000 vòng/phút. Qua khảo sát để lựa chọn, khi mài
bằng đá mài có đường kính 100 mm, nếu tốc độ trên 5000 vòng/phút thì trục chính máy (mang đá) sẽ rung nhiều, và chất lượng và độ chính xác bề mặt gia công chi tiết mài sẽ không đảm bảo. Do vậy nghiên cứu này đã giới hạn tốc độ lớn nhất của trục là là 5000 vòng/phút lựa chọn khoảng khảo sát của Rpm là 4000÷5000 vòng/phút.
Tương tự như việc xác định khoảng khảo sát của Rpm, các giá trị giới hạn trên của chiều sâu cắt aed và bước tiến đá Fe cũng được khảo sát trực tiếp trên
máy và tham khảo kinh nghiệm của chuyên gia mài tại Doanh nghiệp Tư nhân Cơ khí Chính Xác Thái Hà (đóng tại Phú Xá, Thái Nguyên). Bốn thông số chính của quá trình mài bề mặt trụ vuông và các mức khảo sát đã lựa chọn được trình bày trong Bảng 4.2.
Bảng 4.2. Thông số cắt và các mức của nó
TT Thông số cắt
Ký hiệu
Đơn vị Mức
1 2 3 4 5 6
1 Chiều sâu cắt
aed mm 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
2 Tốc độ quay trục chính
Rpm vòng/phút 4000 4500 5000 - - -
3 Bước tiến đá
Fe mm/phút 2000 2500 3000 - - -
4 Đường kính đá mài
d mm 100 125 150 - - -
Phần mềm Minitab 19 được dùng để thiết kế ma trận thí nghiệm. Bảng ma trận thí nghiệm với các thông số tương ứng để triển khai thí nghiệm như Bảng 4.3.
Thí nghiệm xác định chế độ cắt hợp lý khi mài chi tiết trụ vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC được tiến hành như sau. Phôi bề mặt
trụ ngoài định hình kích thước 15x15 mm, chiều dài mài 5 mm, phôi được cân trước khi mài. Tiếp đó, lần lượt sử dụng 3 viên đá mài CBN cùng loại và có đường kính 100, 125, 150 mm để mài các phôi đã cân, mỗi bộ thông số mài trong Bảng 4.3 sẽ mài 3 phôi. Sau khi mài xong sẽ tiến hành đo nhám bề mặt