CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÍNH GIA CÔNG CỦA VẬT LIỆU
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨ Ị ĐỂ XÁC ĐỊNH TÍNH GIA CÔNG VẬT LIỆU CHO MỘT SỐ NGUYÊN CÔNG
THỊ ĐỂ XÁC ĐỊNH TÍNH GIA CÔNG VẬT LIỆU CHO MỘT SỐ NGUYÊN CÔNG
Tất cả các nghiên cứu khoa học dưới đây thực hiện tại nhà Đạm Ninh Bình, trên máy tiện MORI SEIKI - SL20:
Thông số kĩ thuật : Model SL-20.
Sản xuất năm 1991.
Nước sản xuất Japan.
Đường kính mâm cặp 210mm.
Hành trình X: 211mm.
Hành trình Z: 521mm.
Tốc độ trục chính 4500 rpm.
Số dao dự trữ lớn nhất 10 pcs.
Thay dao tự động.
Công suất động cơ trục chính : 15 KW.
Trọng lƣợng máy 3.5 ton.
Kích thước (DxRxC): 2.5x1.5x1.85 m.
1. NGHIÊN CỨU SỐ 1
Đối tƣợng là phi kim titan Ti6A14V, đây là hợp kim rất cứng bởi đã qua xử lý nhiệt và ủ thường được dùng trong ngành hàng không vũ trụ. Sử dụng phương pháp Đồ thị và ma trận để xác định thuộc tính cắt gọt.
Các thông số sau đƣợc trích dẫn trong ví dụ của bài báo “MACHINABILITY- ANALYSIS-OF-TITANIUM-ALLOYS” của tạp chí “International Journal of Research in “ xuất bản tháng 8 năm 2015.
Bảng 3.1: Các thành phần kim loại trong hợp kim
Thành phần Tỉ lệ phần trăm
Ti 89.55
Al 6.40
V 3.89
Fe 0.16
C 0.002
Bảng 3.2: Cơ tính của vật liệu
Độ cứng (HRC) 30 – 38
Biến dạng Yield 900 Mpa
Độ bền kéo 950 Mpa
Hệ số dãn 14%
Hệ số Poisson 0.342
Modun đàn hồi 113 Gpa
Trọng lƣợng riêng 4.43 g/cm3
Độ dẫn nhiệt 6.7 W/m-K
Bảng 3.3: Điều kiện gia công để tính toán
Tốc độ quay (vòng/phút) 382 Tốc độ ăn dao (mm/phút) 80
Độ sâu cắt (mm) 1.5
Bảng 3.4: Bảng tính giá trị thuộc tính Di ( Ở đây ta chia theo thang từ 0-10. Có thể chia theo thang từ 0-L tùy ý).
Phân loại Giá trị thuộc tính (Di)
Đặc biệt thấp 0
Cực kỳ thấp 1
Rất thấp 2
Dưới ngưỡng trung bình 3
Trung bình 4
Trên trung bình 5
Khá 6
Cao 7
Rất cao 8
Cực kỳ cao 9
Đặc biệt cao 10
Bảng 3.5: Đánh giá mức độ của các giá trị liên quan của các thuộc tính gia công (aij)
Ý nghĩa Các giá trị thuộc tính liên quan aij aji = 10 – aij
Hai thuộc tính có giá trị bằng nhau 5 5
Một thuộc tính quan trọng hơn một chút 6 4
Một thuộc tính quan trọng hơn 7 3
Một thuộc tính quan trọng hơn nhiều 8 2
Một thuộc tính quan trọng hơn rất nhiều 9 1
Một thuộc tính quan trọng hơn hẳn thuộc tính kia 10 0 Công thức tính toán cho thuộc tính Di:
Di =
x 10 Với thuộc tính có giá trị nhỏ hơn là tốt (1) Di =
x 10 Với thuộc tính có giá trị lớn hơn là tốt (2) Trong đó:
Dii tương ứng là giá trị thực nghiệm tại vị trí đang xét.
Diu tương ứng là giá trị thực nghiệm lớn nhất.
Dil tương ứng là giá trị thực nghiệm nhỏ nhất.
Bảng 3.6: Bảng thực nghiệm của hợp kim Ti6A14V sau khi gia công (hợp kim đã qua ủ hóa).
Kí hiệu
Dao cắt
Năng lƣợng cắt (kW)
Độ nhám bề mặt – Ra (microns)
MRR (Mm3/min)
PLGC1030 TAGC1030R 0.179 0.8 1391
PMGC1030 TAGC1030S 0.198 0.545 1591
PMGC4020 TAGC4020R 0.18 0.27 1398
PMGC4020 TAGC4020S 0.201 0.8 1563
PLGCS30T TAGCS30TR 0.19 0.125 1460
PLGCS30T TAGCS30TS 0.21 0.480 1600
Trong đó :
Năng lƣợng cắt là năng lƣợng tiêu tốn trong quá trình gia công cắt bỏ vật liệu.
Độ nhám bề mặt là thể hiện mức độ nhẵn của bề mặt, là tập hợp những mấp mô có bước tương đối nhỏ trong một chiều dài chuẩn.
Chỉ số MRR là lƣợng vật liệu mà dao cắt bỏ đƣợc tính theo đơn vị là Mm3/min.
Các loại dao dung trong thực nghiệm ở đây đều đƣợc làm từ hợp kim Ti6A14V (Các loại dao này đã qua ủ hóa để có độ cứng nhất định) có thành phần cụ thể đã nêu nhƣ ở bảng 3.1. Chỉ khác nhau về hình dáng của các loại dao. Vật liệu gia công là thép UST 42-1 (Tiêu chuẩn DIN) tương đương thép CT3 tại Việt Nam.
Loại dao Hình dạng dao
PLGC1030 Tròn
PMGC1030 Hình chữ nhật
PMGC4020 Tròn
PMGC4020 Hình chữ nhật
PL GCS30T Tròn
PL GCS30T Hình chữ nhật
Bảng 3.7: Hình dáng các loại dao
Hình 3.1 : Dao tròn
Hình 3.2: Dao hình chữ nhật
Nhận xét :
Xét theo thuộc tính về năng lƣợng cắt thì dao cắt TAGC1030R là dao tiêu tốn ít năng lƣợng cắt nhất. Dao cắt TAGCS30TS tốn nhiều năng lƣợng cắt nhất.
Xét theo thuộc tính về độ nhám bề mặt (Ra) thì dao cắt TAGCS30TR là dao có khả năng gia công về mặt nhẵn nhất với độ nhám Ra = 0.125 (microns). Trong khi đó dao cắt TAGC1030R và dao cắt TAGC4020S có khả năng gia công bề mặt kém nhất với độ nhám bề mặt rất cao Ra = 0.8 (microns).
Xét theo thuộc tính chỉ số gia công cắt bỏ vật liệu thì dao TAGCS30TS có hiệu năng cao nhất với MRR = 1600 (Mm3/min). Còn dao TAGC1030R có hiệu năng thấp nhất chỉ với MRR = 1391 (Mm3/min).
Dựa theo công thức tính Di:
Hai thuộc tính là năng lƣợng cắt và độ nhám bề mặt thì giá trị nhỏ hơn là tốt nên sẽ áp dụng công thức (1).
Thuộc tính chỉ số gia công cắt gọt bề mặt sẽ áp dụng công thức (2).
Ví dụ cho dao TAGC1030R ta tính đƣợc giá trị thuộc tính năng lƣợng cắt dựa trên bảng số liệu thực nghiệm số 3.6:
D1 =
x 10= 10 D3 =
x 10 = 0
Như vd trên ta tính được các giá trị thuộc tính cho các loại dao như bảng dưới đây:
Bảng 3.8: Giá trị các thuộc tính Di
Dao cắt Năng lƣợng cắt Độ nhám bề mặt - Ra
Chỉ số gia công cắt bỏ vật liệu
TAGC1030R 10 0 0
TAGC1030S 4 4 10
TAGC4020R 10 8 0
TAGC4020S 3 0 8
TAGCS30TR 6 10 3
TAGCS30TS 0 5 10
Nhận xét:
Bảng giá trị thực thuộc tính ở đây được đánh giá theo thang 10 (Mọi người cũng có thể đánh giá theo thang 20, hay 50 hay 100 đều đƣợc). Chia thang càng nhỏ thì mức độ chính xác sẽ càng cao.
Xét theo thuộc tính năng lƣợng cắt. Trên thực tế gia công, dao cắt tiêu tốn càng ít năng lƣợng khi gia công thì càng tốt, bởi nó đem lại nhiều lợi nhuận hơn trong quá trình sản xuất chế tạo. Dao cắt TAGC1030R là dao tiêu tốn ít năng lƣợng cắt nhất nên xét theo bảng giá trị thuộc tính sẽ có giá trị là 10 (hay 10 điểm – giá trị thuộc tính đặc biệt cao). Dao cắt TAGCS30TS tốn nhiều năng lƣợng cắt nhất nên trong bảng giá trị thuộc tính sẽ có giá trị là 0 – giá trị thuộc tính đặc biệt thấp. Các loại dao còn lại đƣợc đánh giá dựa trên tính toán cụ thể, sẽ có các giá trị thuộc tính rơi vào khoảng từ 1-9 nhƣ bảng tính toán ở trên.
Xét đến thuộc tính độ nhám bề mặt. Khi gia công vật liệu thì dao cắt tạo ra độ nhám bề mặt càng thấp thì càng tốt (Không mất nhiều thời gian cho việc mài – đánh bóng sản phẩm). Ở đây dao cắt TAGCS30TR là dao có khả năng gia công về mặt nhẵn nhất với độ nhám Ra = 0.125 (microns) nên giá trị thuộc tính của nó sẽ là 10. Dao cắt TAGC1030R và dao cắt TAGC4020S có
khả năng gia công bề mặt kém nhất với độ nhám bề mặt rất cao Ra = 0.8 (microns) nên giá trị thuộc tính sẽ bằng 0.
Xét theo thuộc tính về tốc độ gia công cắt bỏ vật liệu thì dao cắt có tốc độ gia công cắt bỏ vật liệu càng cao càng tốt ( Tốc độ gia công cao đồng nghĩa với việc giảm thời gian gia công chi tiết). Nên ở đây dao TAGC1030R với MRR
= 1391 (Mm3/min) và dao TAGC4020R với MRR = 1398 (Mm3/min) sẽ có giá trị thuộc tính là 0( tính làm tròn). Còn dao TAGCS30TS với MRR = 1600(Mm3/min) sẽ có giá trị thuộc tính bằng 10.
Hình 3.3.Sơ đồ các thuộc tính: Trong đó 1 - Năng lƣợng cắt, 2 - Độ nhám bề mặt, 3 – Chỉ số gia công cắt bỏ vật liệu.
Bảng 3.9: Các giá trị thuộc tính liên quan aij:
Các thuộc tính 1 2 3
1 - 6 6
2 4 - 5
3 4 5 -
Bảng trên dùng để đánh giá mức độ quan trọng của các yếu tố khi so sánh với nhau theo thang 10.
6 6
4 4
6 6 4
4 5 5 5 5
Nhận xét bảng 3.9 và hình 3.3 :
So sánh thuộc tính năng lƣợng cắt với thuộc tính độ nhám bề mặt thì ở đây ta thấy năng lƣợng cắt quan trọng một chút so với độ nhám bề mặt do dao tạo ra nên năng lượng cắt so với độ nhám bề mặt thì mức độ ảnh hưởng là 6.
Ngược lại thì mức độ ảnh hưởng của độ nhám tới năng lượng cắt của dao cắt sẽ là 4.
Tương tự thuộc tính năng lượng cắt so với thuộc tính chỉ số gia công cắt bỏ vật liệu quan trọng hơn một chút nên mức độ ảnh hưởng của năng lượng cắt tới chỉ số gia công cắt bỏ vật liệu sẽ là 6. Ngược lại chỉ ảnh hưởng của chỉ số gia công cắt bỏ vật liệu tới năng lƣợng cắt sẽ là 4.
Mức độ ảnh hưởng của 2 thuộc tính xét trong ví dụ này là độ nhám bề mặt và chỉ số gia công cắt bỏ vật liệu là tương đương nhau nên ảnh hưởng tương quan giữa chúng sẽ là 5-5.
Ta có: Ma trận các thuộc tính trên:
C =
Per(C) =
= {D1 × D2 × D3}+ {(a12 × a21) × D3 + (a23 × a32) × D1 + (a31 × a13) × D2 } + {a12 × a23 × a31 + a13 × a32 × a21}
Dựa trên ma trận trên và theo công thức ta tính đƣợc các chỉ số của các thuộc tính gia công để xếp loại dao gia công như bảng dưới đây:
Bảng 3.10: Bảng chỉ số các thuộc tính gia công.
Dao cắt
Giá trị Di
Chỉ số
D1 D2 D3
TAGC1030R 10 0 0 490
TAGC1030S 4 4 10 836
TAGC4020R 10 8 0 682
TAGC4020S 3 0 8 507
TAGCS30TR 6 10 3 882
TAGCS30TS 0 5 10 600
Từ bảng trên ta đƣa ra bảng xếp loại dao:
Dao cắt Chỉ số Xếp loại
TAGCS30TR 882 1
TAGC1030S 836 2
TAGC4020R 682 3
TAGCS30TS 600 4
TAGC4020S 507 5
TAGC1030R 490 6
Bảng 3.11: Bảng xếp loại dao