CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC PROFILE RĂNG
2.3 Nghiên cứu phương pháp giảm sai số profile răng dạng nhấp nhô bề mặt
2.3.3 Xử lý kết quả và thảo luận
Mòn mặt sau răng cắt là thông số quan trọng đánh giá tuổi bền của dụng cụ cắt, nó ảnh hưởng trực tiếp tới thông số hình học của phần cắt. Trong thí nghiệm, mòn mặt sau răng cắt của dao trục vít trong quá trình phay lăn được đánh giá qua bề rộng vết mòn, sử dụng kính hiển vi quang học với phần mềm xử lý ảnh kết quả đo để nhận được hình ảnh của mòn dao.
a, Dầu công nghiệp
b, Dầu công nghiệp trộn bột nano
Hình 2. 9Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 5 sản phẩm
a, Dầu cụng nghiệp (40.83àm)
b, Dầu nano (21.78àm)
Hình 2. 10Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 50 sản phẩm
a, Dầu cụng nghiệp (48.1àm)
b, Dầu nano (27.24àm)
Hình 2. 11Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 100 sản phẩm
a, Dầu cụng nghiệp (63.52àm)
b, Dầu nano (42.66àm)
Hình 2. 12Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 200 sản phẩm
a, Dầu cụng nghiệp (107.98àm)
b, Dầu nano (53.54àm)
Hình 2. 13Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 300 sản phẩm
a, Dầu cụng nghiệp (146.09àm)
b, Dầu nano (79.85àm)
Hình 2. 14Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 400 sản phẩm
a, Dầu cụng nghiệp (178.75àm)
b, Dầu nano (134.29àm)
Hình 2. 15Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 500 sản phẩm Lượng mòn mặt sau răng cắt dao phay lăn răng khi sử dụng dầu công nghiệp VG46 và khi sử dụng dầu công nghiệp trộn 0,3% bột Al2O3 – 80nm đo tại các thời điểm khác nhau được tổng hợp trong bảng 2.1. Hình ảnh vết mòn mặt sau ở đỉnh răng cắt dao phay lăn răng sau khi gia công được 5 bánh răng sử dụng dầu công nghiệp VG46 và dầu nano được thể hiện trong hình 2.9. Khi sử dụng dầu nano, sau khi gia công 5 bánh răng, chỉ quan sát thấy lớp phủ bị mài mòn và chưa thấy hiện tượng nứt vỡ lớp phủ, hình 2.9b. Trong khi đó, khi dùng dầu công nghiệp VG46, đã có thể quan sát thấy lớp phủ đã bị bong và đã mòn lớp vật liệu nền sau khi gia công được 5 bánh răng, hình 2.9a.
Sau khi gia công được 50 sản phẩm, có thể quan sát thấy mòn lớp vật liệu nền trong cả hai trường hợp sử dụng bột và không sử dụng bột, Hình 2. 10. Tuy nhiên khi sử dụng dầu công nghiệp VG46, sau khi gia công 50 sản phẩm đã bắt đầu thấy mòn lớp vật liệu nền và có thể nhìn thấy rõ vùng tác động của nhiệt cắt (thay đổi màu sắc do bị cháy) trong trường hợp sử dụng dầu công nghiệp thông thường (hình 2.10a). Từ Hình 2. 11 đến Hình 2. 15 thể hiện hình ảnh vết mòn mặt sau của dao trong hai trường hợp sử dụng dầu công nghiệp VG46 và dầu nano, tại các thời điểm gia công được 100, 200, 300, 400 và 500 sản phẩm. Kết quả cho thấy mặt sau răng cắt của dao đã bị bong lớp phủ và đã mòn lớp vật liệu nền và mặt sau lưỡi cắt gia công bằng dầu công nghiệp bị cháy (màu sắc thay đổi) còn khi sử dụng bột thì gần như không quan sát thấy. Lượng mòn mặt sau răng cắt khi sử dụng dầu công nghiệp VG46 lớn hơn so với khi sử dụng dầu nano. Đặc biệt khi sử dụng dầu công nghiệp VG46 sau khi gia công được 500 bánh răng thì lượng mòn mặt sau răng cắt đo được là 178,75àm. Trong khi, sử dụng dầu nano thỡ lượng mũn mặt sau răng cắt sau khi gia cụng được 500 bỏnh răng chỉ là 134.29 àm và dao phay lăn răng vẫn cũn khả năng cắt, chưa phải dịch dao. Như vậy sử dụng dầu nano có thể giảm 24,87% lượng mòn mặt sau răng cắt (ở thời điểm gia công được 500 bánh răng) so với khi sử dụng dầu công nghiệp VG46.
Như vậy, Trong quá trình phay lăn răng do tác dụng của nhiệt cắt làm giảm độ cứng của lớp vật liệu nền và dưới tác động của lực cắt gây ra hiện tượng nứt vỡ, bong tróc lớp phủ TiN và sau đó mài mòn lớp vật liệu nền. Cơ chế này xảy ra trong cả hai thí nghiệm sử dụng dầu công nghiệp VG46 và dùng dầu có trộn bột nano. Tuy nhiên khi sử dụng dầu có trộn bột nano thì quá trình này xảy ra chậm hơn so với khi sử dụng dầu công nghiệp VG46.
2.3.3.2 Mòn mặt trước
Sau khi gia công xong 500 bánh răng, hình ảnh vết mòn mặt trước lưỡi cắt dao phay lăn răng được chụp trên kính hiển vi quang học, như hình 2.16 và 2.17.
a, Góc trái b,ở đỉnh c, Góc phải
Hình 2. 16Lượng mòn mặt trước dao phay lăn răng khi sử dụng dầu công nghiệp VG46 Vết mòn mặt trước răng cắt dao phay lăn răng được thể hiện trên hình 2.16. Kết quả đo thấy, khi sử dụng dầu công nghiệp VG46, mặt trước của dao đã bị mòn lớp vật liệu nền và vựng mũn khỏ rộng (vết mũn rộng nhất xuất hiện ở đỉnh 160.92àm), quan sỏt thấy hiện tượng nứt vỡ của lớp phủ, bong tróc lớp phủ ở vùng lân cận. Đồng thời quan sát thấy sự xuất hiện của các vết lõm sâu trên lớp vật liệu nền (đánh dấu trên hình 2.16), nguyên nhân là do khi cắt đã hình thành lẹo dao. Hình 2.17 thể hiện vết mòn mặt trước răng cắt của dao phay lăn răng khi sử dụng dầu công nghiệp có trộn bột nano. Kết quả cho thấy khi sử dụng dầu có trộn bột nano, lượng mòn mặt trước của răng cắt giảm đáng kể (Vết mòn rộng nhất 127 àm), hỡnh 2.17. Cơ chế mũn xảy ra chủ yếu là hiện tượng nứt, vỡ, bong lớp phủ TiN và mòn lớp vật liệu nền, không quan sát thấy các vết lõm sâu do lẹo dao sinh ra.
a, Góc trái b, ở đỉnh c, Góc phải
Hình 2. 17 Lượng mòn mặt trước dao PLR khi sử dụng dầu VG46+0,3% Al2O3-80nm 2.3.3.3 Sai lệch profile răng
Profile chuẩn của răng là đường cong thân khai, được xác định bởi các tham số module, số răng và góc ăn khớp. Trong gia công tạo hình profile răng bằng phay lăn răng
có rất nhiều nguyên nhân gây ra sai lệch profile răng so với profile chuẩn. Tuy nhiên trong thí nghiệm cùng điều kiện (chế độ cắt, dao phay lăn răng và máy), chỉ thay đổi dầu bôi trơn làm mát từ dầu công nghiệp bằng dầu công nghiệp có trộn bột nano Al2O3 (80nm), do đó chỉ ảnh hưởng tới quá trình hình thành phoi và ảnh hưởng tới mòn dao phay lăn răng, lực cắt, nhiệt cắt và rung động khi phay lăn răng. Kết quả đo sai số profile răng của bánh răng sau khi gia công tương ứng với các sản phẩm 50, 100, 200, 300, 400 và 500 trong hai trường hợp được thể hiện trong Hình 2. 18 và Hình 2. 19.
Từ kết quả đo sai số profile răng trong cả hai trường hợp, nhận thấy dạng sai số profile răng của hai má răng trái và phải là khác nhau, bên phải (R) có dạng sóng hình sin và bên trái không có dạng sóng hình sin. Sai số profile răng bên phải có dạng sóng với biên độ sóng lớn và ảnh hưởng chính tới giá trị sai số profile răng. Hình 2. 18 thể hiện kết quả đo sai số profile răng của các bánh răng khi phay lăn răng sử dụng dầu công nghiệp VG46.
Sai số profile răng của các bánh răng thứ 50, 100 và 200 khá trơn nhẵn. Bắt đầu từ bánh răng thứ 300 trở đi thì profile răng bên phải vẫn có dạng sóng nhưng không trơn (đặc biệt là bánh răng thứ 500-hình 2.20f), profile răng bên trái có dạng nhấp nhô bề mặt và đặc biệt thể hiện rõ ở kết quả đo sai số profile răng của bánh răng thứ 500. Xuất hiện sai số profile răng dạng nhấp nhô bề mặt là do khi dao mòn làm giảm khả năng cắt và gây ra rung động trong quá trình gia công.
a, Bánh răng thứ 50
b, Bánh răng thứ 100
c, Bánh răng thứ 200
d, Bánh răng thứ 300
e, Bánh răng thứ 400
f, Bánh răng thứ 500
Hình 2. 18 Sai số profile răng của bánh răng khi PLR sử dụng dầu công nghiệp VG46
a, Bánh răng thứ 50
b, Bánh răng thứ 100
c, Bánh răng thứ 200
d, Bánh răng thứ 300
e, Bánh răng thứ 400
f, Bánh răng thứ 500
Hình 2. 19 Sai số profile răng khi PLR sử dụng dầu VG46 + 0,3% Al2O3-80nm Kết quả đo sai số profile răng của bánh răng khi phay lăn răng sử dụng dầu công nghiệp có trộn 0,3% bột nano Al2O3-80nm được hiển thị trong Hình 2. 19. Nhận thấy khi sử dụng dầu có bột nano, profile răng trơn nhẵn hơn, đặc biệt duy trì ổn định dạng profile trong 400 sản phẩm đầu tiên và chỉ xuất hiện sai số profile răng dạng nhấp nhô bề mặt ở sản phẩm thứ 500. Tuy nhiên, sai số profile răng bên phải vẫn có dạng sóng hình sin khá trơn với biên độ lớn trong tất cả các mẫu khảo sát. Sai số profile răng bên trái khá trơn nhẵn và chỉ xuất hiện dạng nhấp nhô ở bánh răng thứ 500, nhưng với chiều cao nhấp nhô nhỏ.
Như vậy, sai số profile răng dạng nhấp nhô bề mặt chỉ xuất hiện ở những bánh răng cuối cùng của loạt (từ bánh răng 300 khi sử dụng dầu CN46 và từ bánh răng 500 khi sử dụng dầu nano), chủ yếu sinh ra do dao phay lăn răng đã bị mòn gây ra rung động trong quá trình cắt khi phay lăn răng. Khi sai số profile răng có dạng sóng hình sin, thì gần như dạng sai số này xuất hiện trong tất cả các bánh răng của loạt và không có nhấp nhô hay không bị ảnh hưởng bởi rung động do lượng mòn dao tăng. Cũng từ kết quả đo sai số profile răng nhận thấy, giá trị sai
số profile răng lớn nhất ít thay đổi khi sai số profile răng có dạng sóng hình sin. Khi sai số profile răng không có dạng sóng, thì giá trị sai số profile răng lớn nhất tăng dần và xuất hiện nhấp nhô bề mặt khi số lượng bánh răng gia công được tăng lên.
2.3.3.4 Ảnh hưởng của mòn răng cắt dao phay lăn răng tới sai số profile răng khi phay lăn răng
Kết quả đo sai số profile răng và lượng mòn mặt sau răng cắt tại các thời điểm tương ứng được tổng hợp trong bảng 2.1 và biểu diễn trong hình 2.20.
Hình 2. 20 Ảnh hưởng của mòn mặt sau răng cắt tới sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng sử dụng dầu công nghiệp VG46 và dầu nano 0,3%Al2O3-80nm
Từ đồ thị hình 2.20 cho thấy, trong cả hai trường hợp mòn răng cắt không ảnh hưởng lớn tới giá trị lớn nhất của sai số profile răng bên phải. Nguyên nhân là do sai số profile răng bên phải có dạng sóng hình sin, nên khi dao mòn gây ra rung động nhưng ảnh hưởng của rung động tới sai số profile răng nhỏ hơn biên độ sóng hình sin của profile răng.
Trong khi giá trị sai số profile răng bên trái không thay đổi nhiều khi lượng mòn mặt sau dao nhỏ (trong khoảng 400 bánh răng đầu tiên khi sử dụng dầu VG46 và khoảng 500 bánh răng đầu khi sử dụng dầu nano). Tuy nhiờn khi lượng mũn của dao lơn (178,75àm- BR 500 – dầu VG46) thỡ giỏ trị sai số profile răng bờn trỏi tăng nhanh (21.9 àm – hỡnh 2.18f).
Như vậy khi profile răng không có dạng gợn sóng, thì lượng mòn dao ảnh hưởng lớn tới sai số profile răng.
Hình 2. 21 Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và sai số profile răng của bánh răng sau khi gia công
0 5 10 15 20 25 30
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
50 100 200 300 400 500
Mòn dao - VG46
Mòn dao - 0,3% Al2O3 - 80nm
Sai số Profile bên phải - VG46
Sai số profile bên trái - VG46
Sai số profile bên phải - 0,3% Al2O3 - 80nm Sai số profile bên trái - 0,3% Al2O3 - 80nm
àm
BR àm
Từ kết quả đo, sử dụng modul xây dựng hàm hồi quy trong phần mềm Minitab, xây dựng được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lượng mòn mặt sau răng cắt và sai số profile răng bên trái của bánh răng trong trường hợp sai số profile răng không có dạng gợn sóng, khi sử dụng dầu công nghiệp VG46 như hình 2.21. Kết quả cho thấy,với độ tin cậy 95% và profile răng không có dạng gợn sóng thì có thể biểu diễn quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và sai số profile răng bằng hàm số: Fα=9.99082+0.00829957*e0.040668.hs
Qua đó có thể dự đoán được sai số profile răng khi biết lượng mòn mặt sau răng cắt và ngược lại. Sử dụng kết quả đo mòn mặt sau và sai số profile răng khi phay lăn răng sử dụng dầu có trộn bột nano để kiểm nghiệm mô hình hồi quy. Kết quả phân tích bằng phần mềm Minitab cho thấy, với độ tin cậy 95% thì mô hình hồi quy hoàn toàn phù hợp.
Bảng 2. 1 Lượng mòn mặt sau và kết quả phân tích hồi quy
BR thứ hs1(àm) Fα1(àm) hs2(àm) Fα2(àm) Fα-FIT SE 95% PI 50 40.83 9.5 21.78 8.9 10.01095 0.265671 8.327962 11.69394 100 48.1 10.6 27.24 9 10.01595 0.263683 8.336136 11.69577 200 63.52 10.2 42.66 9.9 10.03787 0.255974 8.370172 11.70556 300 107.98 10.5 53.54 10.7 10.06405 0.248248 8.408226 11.71988 400 146.09 13.2 79.85 11 10.2043 0.222175 8.586424 11.82218 500 178.75 21.9 134.29 13.6 11.94457 0.348968 10.11401 13.77514