Trong hầu hết các quá trình cắt kim l
giảm dần, ựến một lúc nào ựó sẽ không ựảm bảo yêu cầu kỹ thuật
cụ là một chỉ tiêu ựánh giá khả năng làm việc của dụng cụ vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp ựến ựộ chắnh xác gia
ồ thị quan hệ V-T ta thiết lập ựược công thức liên h lgV =lgA m− lgT lg lg lg m A V A m V T T − ⇒ = ⇒ = − . m onst = (2 9) m A V T c T V = ⇒ −
2.14. Quan hệ giữa V và T (ựồ thị lôgarit)
ổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng
ứu tuổi bền dụng cụ cắt trong tiện cứng do chủ yếu sử dụng ợp kim cứng phủ hay các mảnh CBN nên tuổi bền ự
ản. Sau các lần cắt có thể dựa vào chỉ tiêu mòn công ngh ị hỏng, không thể tiếp tục làm việc theo chất l ợc tổng thời gian gia công tắnh bằng T(phút) h
òn cho phép ở mặt sau dụng cụ ựể xác ựịnh tuổi bền. Trong thực ày là không khả thi vì sự phức tạp của nó, nên ch
ùng hơn.
ương 2
Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ ựến một lúc nào ựó sẽ không ựảm bảo yêu cầu kỹ thuật
t chỉ tiêu ựánh giá khả năng làm việc của dụng cụ vì nó hạn chế tuổi Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp ựến ựộ chắnh xác gia ên hệ giữa tốc ựộ và
(2 8)
⇒ = ⇒ = −
. = onst ⇒ = (2 9)−
ồ thị lôgarit).
ứu tuổi bền dụng cụ cắt trong tiện cứng do chủ yếu sử dụng ổi bền ựược xác ựịnh êu mòn công nghệ kết luận ệc theo chất lượng yêu cầu. ằng T(phút) hoặc dựa vào ở mặt sau dụng cụ ựể xác ựịnh tuổi bền. Trong thực ên chỉ tiêu mòn công
ại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ ựến một lúc nào ựó sẽ không ựảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Mòn dụng t chỉ tiêu ựánh giá khả năng làm việc của dụng cụ vì nó hạn chế tuổi Mòn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp ựến ựộ chắnh xác gia
công, chất lượng bề mặt và toàn bộ khắa cạnh kinh tế của quá trình gia công. Vì vậy việc lựa chọn dụng cụ và xác ựịnh ựiều kiện làm việc là rất quan trọng ựối với tất cả các quá trình gia công.
để gia công vật liệu có ựộ cứng cao có thể sử dụng nhiều loại vật liệu dụng cụ cắt khác nhau mà ựã ựược trình bày ở trên. Ceramics thắch hợp cho gia công khô nhưng tắnh giòn cao, sức bền uốn thấp nên không thắch hợp trong gia công có rung ựộng và va ựập. CBN có ựộ cứng và khả năng chịu nhiệt rất cao nên ựược sử dụng nhiều khi gia công vật liệu có ựộ cứng cao. Tuy nhiên CBN không thắch hợp về mặt kinh tế khi gia công thép có thành phần ferit cao và ựộ cứng dưới 50 HRC. đối với vật liệu phủ thì lớp phủ TiAlN có thể làm việc với tốc ựộ cắt cao, rất thắch hợp với gia công khô và giá thành mảnh dao phủ TiAlN hạ hơn PCBN nhiều. Vì vậy ở ựây tác giả nghiên cứu tiện có va ựập thép 45 sau khi tôi (ựộ cứng trong khoảng 40 ọ 45 HRC) sử dụng mảnh carbide phủ TiAlN.
Nội dung tiếp theo của luận văn sẽ ựi nghiên cứu thực nghiệm quá trình tiện có va ựập thép 45 qua tôi ựể xác ựịnh chế ựộ cắt hợp lý và tuổi bền của dao ở chế ựộ cắt ựó.
Chương 3. XÁC đỊNH CHẾ đỘ CẮT HỢP LÝ KHI TIỆN CÓ VA đẬP THÉP 45 QUA TÔI BẰNG MẢNH HỢP KIM CỨNG PHỦ TIALN 3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
3.1.1. Cơ sở lý thuyết a) Thực nghiệm tối ưu hóa a) Thực nghiệm tối ưu hóa
Một trong những mục ựắch chắnh của nghiên cứu thực nghiệm trong kỹ thuật là tìm giá trị cực trị hay tìm vùng tối ưu cho một quá trình hay các ựiều kiện tối ưu ựể vận hành một hệ thống. Lớp các bài toán nghiên cứu thực nghiệm về vấn ựề tối ưu thường ựược biết ựến với tên gọi ỘPhương pháp bề mặt chỉ tiêuỢ (Response Surface Methods Ờ RSM).
Phương pháp bề mặt chỉ tiêu rất hữu ắch trong việc phát triển, nâng cao hiệu quả và tối ưu hóa quá trình sản xuất. Nó cũng có các ứng dụng quan trọng trong việc thiết kế và phát triển các sản phẩm mới cũng như cải thiện các sản phẩm hiện có [3]. Nội dung chắnh của RSM là sử dụng một chuỗi các thắ nghiệm ựược thiết kế với các mục ựắch sau:
- Chỉ ra tập giá trị các biến ựầu vào(ựiều kiện vận hành, thực thi) sao cho tạo ra ứng xử của ựối tượng nghiên cứu là Ộtốt nhấtỢ;
- Tìm kiếm các giá trị biến ựầu vào nhằm ựạt ựược các yêu cầu cụ thể về ứng xử của ựối tượng nghiên cứu;
- Xác ựịnh các ựiều kiện vận hành mới ựảm bảo cải thiện chất lượng hoạt ựộng của ựối tượng so với tình trạng cũ;
- Mô hình hoá quan hệ giữa các biến ựầu vào với ứng xử của ựối tượng nghiên cứu, dùng làm cơ sở ựể dự ựoán hay ựiều khiển quá trình hay hệ thống.
để ựạt ựược các mục tiêu trên, phương pháp RSM thực hiện việc xây dựng hàm mô tả bề mặt chỉ tiêu(Response Surface) phụ thuộc các thông số ựầu vào.
b) Tiến trình tối ưu hoá
Tiến trình tối ưu hoá bằng RSM thường gồm 3 giai ựoạn sau:
- Gia ựoạn 1: Thắ nghiệm khởi ựầu. Sau khi tiến hành các thắ nghiệm sàng lọc(Screening Design) nhằm lựa chọn các biến thắ nghiệm ựược tiếp tục khảo sát, ta phân tắch mô hình rút gọn (ựã loại bỏ các yếu tố không ảnh hưởng ựáng kể) nhằm xây dựng mô hình hồi quy bậc nhất mô tả hàm mục tiêu. Việc ựánh giá mức ựộ phù hợp của mô hình bậc nhất cho phép ta kiểm tra ựược xem vùng khảo sát có ở vùng lân cận cực trị hay không. Nếu mô hình bậc nhất không phù hợp có nghĩa là hàm mục tiêu ựã ở vùng lân cận cực trị, chuyển sang giai ựoạn 3, trái lại chuyển sang giai ựoạn 2.
- Gia ựoạn 2: Leo dốc tìm vùng cực trị. Nếu vùng thắ nghiệm còn ở xa vùng cực trị, tiến hành các thắ nghiệm nhằm tìm nhanh ựến vừng chứa cực trị. Phương pháp thực hiện là leo dốc/xuống dốc tìm vùng cực trị. Nhiệm vụ cơ bản là xác ựịnh gia số cho từng biến thắ nghiệm. Sau ựó tiến hành các thắ nghiệm với các giá trị mới của biến cho ựến khi hàm mục tiêu ựổi chiều thay ựổi giá trị. Thắ nghiệm xác ựịnh mức ựộ không phù hợp của mô hình bậc nhất ựược tiến hành ựể khẳng ựịnh khả năng ựã ở vùng chứa cực trị.
- Gia ựoạn 3: Thắ nghiệm bề mặt chỉ tiêu. Khi ựã ở vùng lân cận cực trị, tiến hành các thắ nghiệm ựể mô tả quan hệ vào-ra dưới dạng hàm bậc cao (hồi quy bậc cao). Các thắ nghiệm ựược thiết kế theo kế hoạch thắ nghiệm bề mặt chỉ tiêu (Response Surface Design). Cuối cùng, tiến hành phân tắch ựánh giá ựưa ra các kết luận.
c) Mức ựộ phù hợp của mô hình
Trong quá trình ựi tìm vùng chứa cực trị của hàm mục tiêu, ta cần kiểm tra xem mô hình hồi quy mô tả hàm mục tiêu bậc nhất hay bậc cao. Sau khi xây dựng hàm mục tiêu ta tiến hành kiểm ựịnh giả thuyết thống kê ựể ựánh giá xem mô hình ựã khớp với dữ liệu ựến mức nào. Việc ựánh giá như vậy gọi là Ộkiểm ựịnh mức ựộ phù hợp của mô hìnhỢ (Lack of fit test).
d) Kế hoạch thắ nghiệm bề mặt chỉ tiêu
Khi ựã ở vùng chứa cực trị, ựể mô tả chắnh xác quan hệ giữa hàm mục tiêu với các biến thắ nghiệm, ta cần khảo sát nhiều mức giá trị cho mỗi biến. Có hai cách xây dựng kế hoạch thắ nghiệm là thiết kế thắ nghiệm hỗn hợp tâm xoay(Central Composite Design - CCD) và thiết kế Box-Behnken. Sau khi cân nhắc ưu nhược ựiểm của hai cách trên tác giả lựa chọn xây dựng kế hoạch thực nghiệm bề mặt chỉ tiêu theo dạng hỗn hợp tâm xoay - CCD.
Hình 3.1. Kế hoạch thắ nghiệm bề mặt chỉ tiêu.
a) Sơ ựồ thắ nghiệm K=22; b) 4 thắ nghiệm dọc trục và 1 thắ nghiệm trung tâm; c) Thắ nghiệm CCD
e) Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm * Nguyên tắc không lấy toàn bộ các trạng thái ựầu vào
Việc lấy toàn bộ trạng thái ựầu vào của thông số ảnh hưởng sẽ làm cho khối lượng tăng lên ựến mức không thể thực hiện ựược. Vì vậy, bắt buộc phải giảm số mức biến ựổi của các thông số vào sao cho số ựiểm thắ nghiệm là chấp nhận ựược. Trong quy hoạch thực nghiệm thường chọn số mức biến ựổi là 3 hoặc 5, sự lựa chọn này gắn liền với sự lựa chọn dạng hàm chỉ tiêu.
* Nguyên tắc phức tạp dần mô hình toán học
Nguyên tắc này nhằm ựảm bảo tắnh hiệu quả của thực nghiệm với mức ựộ chắnh xác phù hợp của mô hình.
đầu tiên tiến hành với một số ắt thắ nghiệm ựể có ựược mô hình ựơn giản, rồi kiểm tra mô hình (ựộ tương thắch, khả năng làm việc của mô hình), nếu ựạt thì dừng lại. Nếu không ựạt thì tiến hành những thắ nghiệm mới bổ
xung ựể nhận ựược mô hình phức tạp hơn. Quá trình ựược lặp lại ựến khi ựạt yêu cầu thì dừng lại. Cơ sở ựể kiểm tra mô hình là phân tắch phương sai và phân tắch hồi qui.
* Nguyên tắc ựối chứng với nhiễu
Khi xây dựng mô hình thì ựộ chắnh xác của nó cần lấy tương xứng với mức ựộ các nhiễu ngẫu nhiên sao cho sai số hệ thống có thể tương xứng với giá trị của trường nhiễu.
Trong cùng một ựiều kiện, mức ựộ nhiễu càng nhỏ thì mô hình càng phải chắnh xác (thường là càng phải phức tạp hơn). Ngược lại nhiễu càng lớn thì mô hình ựơn giản hơn sẽ có khả năng làm việc tốt hơn.
* Nguyên tắc ngẫu nhiên hoá
Nguyên tắc này quy ựịnh trình tự ngẫu nhiên của các thắ nghiệm, như vậy sẽ ựảm bảo ựược tắnh ựại diện của bộ chọn tức là ựảm bảo khả năng nghiên cứu tắnh chất của cả tập hợp trên cơ sở nghiên cứu bộ chọn.
* Nguyên tắc tối ưu của quy hoạch thực nghiệm
Kế hoạch thực nghiệm phải có những tiêu chuẩn tối ưu nào ựó theo quan ựiểm của một hay một nhóm các tiêu chuẩn tối ưu ựã xác ựịnh trước của kế hoạch loại này. Các tiêu chuẩn ựều theo xu hướng chung là ắt thắ nghiệm hơn, nhiều thông tin hơn, kết quả thu ựược có chất lượng hơn.
f) Phương pháp ựo và tổng hợp kết quả ựo
Các kết quả thu ựược là giá trị trung bình từ các phép ựo trên các mẫu khác nhau tại cùng một ựiểm thắ nghiệm và từ các phép ựo ở các vị trắ khác nhau trên mẫu. để ựánh giá kết quả ựo chắnh xác cần xác ựịnh các ựặc trưng thống kê quan trọng nhất: giá trị trung bình xtb, ựộ lệch quân phương σ, hệ số biến sai Cv, sai lệch tuyệt ựối Stự, ựộ không ựều H và khoảng tin cậy ∆x [3].
1 1 (3 1) n tb i i x x n = = ∑ −
2 1 ( ) (3 2) ( 1) n i tb i x x n σ = − = − − ∑ [ ]0 0 100 (3 3) tb Cv x σ = ừ − x hst khi 2 n 20 (3 4) n σ ∆ = ừ ≤ ≤ − [ ] 1 1 (3 5) n tự i tb i S x x n = = ∑ − − [ ]0 0 100 (3 6) tự tb S H x = ừ − Trong ựó:
xi - Kết quả ựo trong lần thứ i. n - Số lượng phép ựo.
hst - Hệ số phấn bố Student, phụ thuộc vào xác suất ựáng tin cậy Pựt, số lượng phép ựo n và ựược xác ựịnh theo bảng (khi n ≥ 20 thì tra bảng hệ số phân bố chuẩn hch). Như vậy, kết quả ựo xth (giá trị thực) nằm trong khoảng:
xtb - ∆x < xth < xtb + ∆x (3Ờ7) Quá trình tắnh toán các kết quả ựo ựược thực hiện trên máy tắnh.
3.1.2. Thiết kế thắ nghiệm a) Máy thắ nghiệm a) Máy thắ nghiệm
Thực nghiệm ựược tiến hành trên máy tiện CTX 310 eco (Trường Cao ựẳng công nghiệp Việt đức).
* Các thông số kỹ thuật của máy:
- Model: CTX310eco.
- Nước sản xuất: CHLB đức. - Năm sản xuất: 2009.
- Hệ ựiều khiển: Sinumerik 810D. - Số lượng trục: 03 (Trục X, Z, C).
- Công suất tiêu thụ: 12KW. - Khối lượng máy: 3200 kg. - đường kắnh mâm cặp: 210mm. - đường kắnh nòng tr
- đường kắnh tiện lớn nhất: 200mm.
- Khoảng cách mũi tâm so với mặt ựầu mâm cặp: 450mm. - Chiều dài tiện chống tâm lớn nhất: 400mm.
- Tốc ựộ trục chắnh cực ựại: 5000v/p.
- Số dao gá ựược: 12 dao, trong ựó có vị trắ lắp dao quay (mũi khoan, ta rô, dao phay, ...). - Khả năng di chuyển nhỏ nhất: 0.001mm. - Tốc ựộ tiến dao: 10 ựến 8000mm/p. - Hành trình các trục: + Trục X: 160mm. + Trục Z: 450mm. * Khả năng kết nối, lập tr
- Máy ựược trang bị 01 cổng kết nối Rs232 v phép truyền chương tr ụ: 12KW. ợng máy: 3200 kg. ờng kắnh mâm cặp: 210mm. òng trục chắnh: 51mm. ờng kắnh tiện lớn nhất: 200mm.
ảng cách mũi tâm so với mặt ựầu mâm cặp: 450mm. ện chống tâm lớn nhất: 400mm.
ốc ựộ trục chắnh cực ựại: 5000v/p.
ợc: 12 dao, trong ựó có vị trắ lắp dao quay (mũi khoan, ta rô,
ả năng di chuyển nhỏ nhất: 0.001mm. ốc ựộ tiến dao: 10 ựến 8000mm/p.
ục: ục X: 160mm. ục Z: 450mm.
Hình 3.2. Máy tiện CTX 310 eco. ả năng kết nối, lập trình:
ợc trang bị 01 cổng kết nối Rs232 và 01 cổng kết nối Erthenet cho ương trình từ máy tắnh vào máy tiện CNC.
ợc: 12 dao, trong ựó có vị trắ lắp dao quay (mũi khoan, ta rô,
- Máy sử dụng hệ ựiều khiển phép lập trình tự ựộng trực tiếp tr học. Công việc lập tr
biên dạng 3D. Ta có thể kiểm tra phát hiện lỗi v công nhờ chức năng chạy mô
- Ngoài khả năng lập tr
công nghệ phay, khoan, ta rô nhờ ự
b) Dụng cụ thắ nghiệm Mảnh dao hợp kim cứng PR1125 của hãng Kyocera - đường kắnh vòng tròn n - Bề dày mảnh: T = 4,76 - đường kắnh lỗ lắp mảnh dao - Bán kắnh mũi dao: r Hình c) Phôi thắ nghiệm
ử dụng hệ ựiều khiển Sinumerik 810D cùng với bảng ựiều khiển cho ự ựộng trực tiếp trên máy sử dụng các công cụ trợ giúp h ọc. Công việc lập trình ựơn giản hóa ngay cả với những bi
ạng 3D. Ta có thể kiểm tra phát hiện lỗi và chỉnh sửa ch ờ chức năng chạy mô phỏng trước khi chạy thật.
ả năng lập trình gia công tiện, máy còn lập trình ệ phay, khoan, ta rô nhờ ựược trang bị thêm trục C.
ệm
ợp kim cứng phủ TiAlN kắ hiệu CNMG120404HQ hãng Kyocera có các thông số cơ bản sau:
òng tròn nội tiếp: I.C = A = 12,70 ảnh: T = 4,76
ờng kắnh lỗ lắp mảnh dao ửd = 5,16 ũi dao: rε = 0,4
Hình 3.3. Các thông số cơ bản của mảnh dao
Hình 3.4. Phôi thắ nghiệm.
ới bảng ựiều khiển cho ử dụng các công cụ trợ giúp hình ản hóa ngay cả với những biên dạng phức tạp, ỉnh sửa chương trình gia
gia công ựược các ục C.
ệu CNMG120404HQ Ờ
Thép 45 ựược sử dụng trong thắ nghiệm có chiều d kắnh ử50, tôi thể tắch ựạt ựộ cứng 40 ọ 45HRC. Bảng 3.1. Bảng thành ph Ng/ tố C % 0,43508 0,22550 Ng/ tố Mo % 0,01730 0,00029 d) Dụng cụ ựo kiểm * Máy ựo ựộ nhám Sử dụng máy ựo ựộ nhám SJ đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguy
- Tiêu chuẩn: ISO, DIN, JIS, ANSI - Kiểu ựo trực tiếp bằng
- Hiển thị: LCD
- Bộ chuyển ựổi A/D: RS - độ phân giải: 0,32 ộ - Phần mềm ựiều khiển v * Kắnh hiển vi ựiện tử
Sử dụng kắnh hiển vi ựiện tử
(Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguy
ợc sử dụng trong thắ nghiệm có chiều d