5. Nội dung của luận văn 3
3.2. Giới thiệu hệ thống thực nghiệm 3 0-
3.2.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm
Việc xây dựng hệ thống thí nghiêm đảm bảo đƣợc các yêu cầu kỹ thuật có vai trò rất lớn trong nghiên cứu khoa học.
Một hệ thống thí nghiệm phải đảm bảo đƣợc các yêu cầu sau:
- Đáp ứng đƣợc yêu cầu của vấn đề lý thuyết cần nghiên cứu
- Đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và độ ổn định
- Đảm bảo việc thu thập và xử lý các số liệu thí nghiệm thuận lợi
- Đảm bảo tính khả thi
- Đảm bảo tính kinh tế
Hệ thống thiết bị thí nghiệm ở đây nhằm phục vụ đề tài:
“ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến quá trình cắt khi phay thép 60C2 qua
tôi bằng dao phay HKC phủ PVD ”.
3.2.2. Hệ thống thí nghiệm:
Hệ thống thí nghiệm phay cứng thép 60C2 qua tôi bằng dao phay mặt đầu Hợp kim cứng phủ PVD đƣợc tiến hành tại Trung tâm gia công VMC - 85S do hãng Maximart sản xuất năm 2003 với hệ điều khiển Fanuc OMD tại trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên nhƣ sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ (Hình 3.1: Hệ thống thí nghiệm)
3. 3. Thiết bị thí nghiệm
- Máy công cụ: Thí nghiệm đƣợc thực hiện tại Trung tâm gia công VMC - 85S do hãng Maximart sản xuất năm 2003 với hệ điều khiển Fanuc OMD tại trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ (Hình 3.2: Trung tâm gia công VMC - 85S)
- Dao: Sử dụng dao phay mặt đầu Ø 80 gắn 04 mảnh HKC phủ PVD của hãng LAMINA có Ký hiệu: APMT 1604 PDTR (LT 30 - PVD SUBMICRON).
(Hình 3.3: Mảnh dao Hợp kim cứng phủ PVD)
- Đồ gá: Sử dụng tấm gá và các thanh kẹp hiện có tại Trung tâm Thí nghiệm - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên để gá đặt đầu đo lực Kistler 9257 BA
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Thép lò xo 60C2 đã qua tạo hình dáng và tôi - Độ cứng: 35 ÷ 38 HRC
- Kích thƣớc: 100 x 80 x 7
(Hình 3.4: Phôi thép lò xo 60C2)
- Dụng cụ đo kiểm:
- Đầuđo lực kế Kistler 9257BA đƣợc kết nối với máy tính
(Hình 3.5:Bộ thiết bị đầu đo lực kế Kistler 9257BA)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
(Hình 3.6: Máy đo nhám SJ-201)
- Thƣớc cặp độ phân giải 0,01 – Mitutoyo – Nhật Bản
3.4. Xử lý số liệu thực nghiệm 3.4.1.Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm 3.4.1.Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm
Sử dụng sơ đồ quy hoạch thực nghiệm, ma trận quy hoạch thực nghiệm thể hiện nhƣ sau:
(Hình 3.7: Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm)
- Bộ thông số thí nghiệm đƣợc xác định thông qua sơ đồ quy hoạch thực nghiệm với ma trận thực nghiệm 6 điểm trong đó có 02 thông số công nghệ thay đổi là vận tốc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
cắt (n) và lƣợng chạy dao (S), cụ thể nhƣ sau:
Điểm TN S (mm/ph) n (v/ph) P1 (+) 80 (0) 479 P2 (+) 80 (-) 398 P3 (0) 64 (-) 398 P4 (-) 48 (0) 479 P5 (-) 48 (+) 560 P6 (0) 64 (+) 560 (Bảng 3.1: Ma trận thực nghiệm 6 điểm) 3.4.2. Mục đích thí nghiệm
Khảo sát độ nhám bề mặt chi tiết gia công (Ra) và lực cắt (F) thông qua các thông số tốc độ cắt (n) lƣợng chạy dao (S) để từ đó xác định đƣợc các thông số chế độ cắt hợp lý nhất cho quá trình cắt khi thực hiện gia công phay mặt phẳng thép 60C2 đã qua tôi bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh Hợp kim cứng phủ PVD.
Các chỉ tiêu đánh giá ảnh hƣởng của chế độ cắt đến các thông số kỹ thuật trong quá trình cắt khi phay cứng thép 60C2 qua tôi bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh Hợp kim cứng phủ PVD:
- Lực cắt khi phay
- Độ nhám bề mặt chi tiết
3.4.3. Trình tự tiến hành thí nghiệm: * Chuẩn bị trƣớc khi thí nghiệm: * Chuẩn bị trƣớc khi thí nghiệm:
- Tạo phôi: Xác định mác thép lò xo 60C2, gia công chuẩn bị phôi, tôi để đạt độ cứng 35 ÷ 38 HRC, đo độ cứng trƣớc khi gia công.
- Chuẩn bị đồ gá để gá đặt phôi lên máy đo lực kế Kistler 9257BA, sau đó gá đặt lên máy phay CNC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Chọn máy, lập trình gia công chi tiết trên máy phay CNC theo bộ thông số (S), (n) dùng để khảo sát.
- Xây dựng sơ đồ quy hoạch thực nghiệm, ma trận thực nghiệm với 2 thông số công nghệ thay đổi là vận tốc cắt (n) và lƣợng chạy dao (S).
* Phƣơng pháp tiến hành thực nghiệm: + Lập sơ đồ quy hoạch thực nghiệm:
- Quá trình tiến hành thí nghiệm đƣợc thực hiện theo sơ đồ quy hoạch thực nghiệm 6 điểm từ 1 đến 6 với các thông số công nghệ (n) và (S) theo đúng ma trận tính toán.
+ Tiến hành thí nghiệm:
- Thí nghiệm đƣợc tiến hành theo 6 bƣớc từ 1 - 6 với vận tốc cắt, lƣợng chay dao cụ thể theo bảng kê ở trên và chiều sâu cắt cho toàn bộ quá trình thí nghiệm là t = 0,3mm. Mỗi bƣớc thí nghiệm đƣợc tiến hành gia công trong điều kiện cắt khô hoàn toàn không có dung dịch tƣới nguội trong thời gian là 5 phút sau đó tiến hành đo độ nhám bề mặt chi tiết bằng máy đo độ nhám SJ-201 - Mitutoyo – Nhật Bản, đồng thời chi tiết gia công đƣợc gá đặt trên đầu đo lực Kistler 9257BA sẽ cho ta các số liệu cụ thể về các thành phần lực cắt trong quá trình gia công thí nghiệm. Các bƣớc đƣợc lập lại tƣơng tự cho đến hết 6 thí nghiệm và cho kết quả 6 thí nghiện đạt đƣợc nhƣ trong bảng.
+ Tổng hợp số liệu thí nghiệm: Thứ tự TN n (v/ph) S (mm/ph) Nhám bề mặt Ra(μm) Lực cắt F(N) Fx Fy Fz P1 479 80 0,53 166 191,33 182,6 P2 398 80 0,13 173,33 189,33 220 P3 398 64 0,25 161 178,33 200,67 P4 479 48 0,11 119,67 152,33 160,33 P5 560 48 0,15 104 156,67 212 P6 560 64 0,23 125,67 159 253,33 (Bảng 3.2: Kết quả thực nghiệm)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
3.4.4. Xử lý số liệu:
Thực nghiệm quá trình phay cứng, nghiên cứu chất lƣợng bề mặt gia công dƣới ảnh hƣởng của hai thông số chế độ cắt: n(v/ph); S (m/ph). Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng bề mặt gia công là: độ nhám Ra.
Kết quả của nhiều công trình nghiên cứu thực nghiệm về phay cứng đã cho thấy quan hệ giữa các chỉ tiêu đánh giá Y (Ra) với chế độ cắt (n, S) có dạng hàm mũ:
Ra C.na1.Sa2 (3.18)
Các số mũ a1, a2 và hệ số C của phƣơng trình (3.18) đƣợc xác định bằng thực nghiệm. Lấy logarit hai vế ta có:
y = ao + a1x1 + a2x2 (3.19)
Trong đó:
y = lnRa; a0 = lnC; x1 = lnt; x2 = lnS
Trong phƣơng trình (3.19) y, x1, x2 đã biết. Cần xác định các hệ số: ao; a1; a2.
Để nhận đƣợc các phƣơng trình dạng (3.18), dùng phần mềm Minitab 16 để giải phƣơng trình (3.19) với kết quả thực nghiệm trong bảng tổng hợp số liệu thí nghiệm (Bảng 3.2.), ta đƣợc phƣơng trình hồi quy nhƣ sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ b) Hàm hồi quy thực nghiệm của Fx
c) Hàm hồi quy thực nghiệm của Fy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Nhƣ vậy hàm hồi quy nhám bề mặt Ra, Fx, Fy và Fz có dạng nhƣ sau: lnRa = -19,1 + 1,56lnn + 1,9lnS
lnFx = 6,46 – 0,653lnn + 0,604lnS lnFy = 4,89 - 0.189lnn + 0.34lnS lnFz = -5,58 + 1,59lnn + 0,329lnS
Sau khi đổi biến có quan hệ giữa nhám bề mặt Ra, Fx, Fy và Fz với vận tốc cắt (n) và lƣợng chạy dao (S) theo hàm sau:
9 , 1 56 , 1 9 . . 10 . 07 , 5 n S Ra 604 , 0 653 , 0 . . 06 , 639 n S Fx 34 , 0 189 , 0 . . 95 , 132 n S Fy 329 , 0 59 , 1 3 . . 10 . 77 , 3 n S Fz
Đây chính là phƣơng trình hồi quy thực nghiệm của quan hệ giữa nhám, lực cắt với vận tốc cắt và lƣợng chạy dao. Dùng phần mềm Matlab7 để vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ của hàm nhƣ sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ (Hình 3.9:Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa S, n và Fx )
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ (Hình 3.10:Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa S, n và Fy )
(Hình 3.11:Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa S, n và Fz )
3.5. Thảo luận kết quả
- Dựa vào các biểu đồ, đồ thị quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và lực cắt ta
thấy ở cùng một giá trị lƣợng chạy dao khi vận tốc cắt tăng lực cắt giảm do đó ta cần cắt với tốc độ cao. Nhƣng khi vận tốc cắt tăng cao thì tuổi bền giảm, vì thế khi phay cứng trong điều kiện cắt khó khăn cần cân đối lựa chọn vận tốc cắt hợp lý. Còn ở cùng một giá trị vận tốc khi ta tăng lƣợng chạy dao thì giá trị các thành phần lực cắt tăng một lƣợng lớn. Tăng lƣợng chạy dao chiều dầy phoi tăng ma sát trên mặt trƣớc, mặt sau tăng, điều này cho thấy khi tăng lƣợng chạy dao thì lực cắt tăng nên lƣợng mòn cũng tăng. Vậy khi gia công cần chọn các thông số chế độ cắt hợp lý để có lực cắt nhỏ nhất nhằm tăng tuổi bền cho dao nên ta chọn chế độ cắt trong khoảng
500
400 n (v/phút) với lƣợng chạy dao S ≤ 48 (mm/phút).
- Trên biểu đồ ta thấy vận tốc cắt càng cao thì nhám bề mặt càng thấp (độ nhẵn bóng cao) và lƣợng chạy dao càng lớn thì nhám bề mặt cũng tăng theo (giảm độ nhẵn bóng). Đồng thời dựa theo bảng kết quả thực nghiệm ảnh hƣởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt ta nhận thấy ta thấy Ra ở thí nghiệm P4 bề mặt gia công đạt đƣợc là tốt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
nhất, đồng thời lực cắt nhỏ và lƣợng chạy dao hợp lý sẽ cho ta kết quả mòn dao là nhỏ nhất. Khi cắt với vận tốc cao, lƣợng chạy dao nhỏ thì lát cắt sau sẽ xóa vết lát cắt trƣớc làm tăng độ nhẵn bóng của bề mặt gia công. Do đó muốn dùng dao phay gắn mảnh HKC phủ PVD gia công tinh vật liệu thép 60C2 qua tôi đạt bề mặt chất lƣợng tốt ta có
thể chọn cắt ở vận tốc trong khoảng 400 n 560 (v/phút) với lƣợng chạy dao S ≤ 48
(mm/phút).
Từ các kết quả nhận xét ở trên, ta nên chọn chế độ cắt để có đƣợc chất lƣợng bề mặt Ra là nhỏ nhất với lực cắt hợp lý nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc năng suất gia công khi phay tinh thép 60C2 đã qua tôi bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh Hợp kim
cứng phủ PVD trong khoảng 400 n 560 (v/phút) với lƣợng chạy dao S ≤ 48
(mm/phút) và chiều sâu cắt (t) phù hợp với nguyên công phay tinh.
3.6. Kết luận chƣơng 3
1. Đã xây dựng đƣợc hệ thống thí nghiệm (máy, dao, vật liệu gia công, thiết bị đo,…) cùng với các điều kiện công nghệ cụ thể để tiến hành nghiên cứu bằng thực nghiệm nhằm xây dựng các mô hình thể hiện ảnh hƣởng của chế độ cắt tới một vài thông số đặc trƣng cho quá trình cắt khi phay cứng thép 60C2 qua tôi bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng phủ PVD.
2. Đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, đã thu nhận, lƣu trữ, xử lý đƣợc số liệu thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy.
3. Đã xây dựng đƣợc mối quan hệ hàm số giữa các đại lƣợng ra của quá trình phay cứng đó là nhám bề mặt (Ra) và lực cắt (F) và đại lƣợng vào là chế độ cắt (vận tốc cắt, lƣợng chạy dao S) dƣới dạng hàm số mũ. Đã đƣa ra nhận xét về quy luật ảnh hƣởng của chế độ cắt đến lực cắt và thông số đánh giá chất lƣợng bề mặt điển hình là nhám bề mặt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Nội dung của đề tài là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến quá trình
cắt khi phay thép 60C2 qua tôi bằng dao phay hợp kim cứng phủ PVD”. Qua ba chƣơng luận văn đã nêu đƣợc các vấn đề sau:
- Luận văn đã trình bày khái quát về quá trình phay cứng, đặc điểm của quá trình phay cứng thép qua tôi và các thông số cơ bản của quá trình cắt nhƣ: quá trình tạo phoi, lực cắt, nhiệt cắt,.... Đồng thời cũng đã khái quát đƣợc tình hình nghiên cứu về phay cứng trên Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, ứng dụng của phay cứng trong sản xuất các sản phẩm cơ khí.
- Đã tổng kết đƣợc các lý thuyết cơ bản về công nghệ phay cứng, các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng của bề mặt chi tiết khi phay cứng.
- Đã đặt ra đƣợc bài toán và đƣa ra phƣơng pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, xây dựng hệ thống thí nghiệm đảm bảo yêu cầu nghiên cứu với các thiết bị đo hiện đại.
- Đã tiến hành thực nghiệm đạt kết quả tốt.
- Đã xây dựng đƣợc quan hệ giữa nhám bề mặt và lực cắt với chế độ công nghệ gia công (vận tốc cắt, lƣợng chạy dao S) dƣới dạng các hàm thực nghiệm. Từ đó đã đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của các thông số công nghệ vận tốc cắt và lƣợng chạy dao tới nhám bề mặt và lực cắt khi phay cứng thép 60C2 qua tôi.
- Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn: Với các độ nhám bề mặt yêu cầu dựa vào hàm thực nghiệm có thể lựa chọn chế độ gia công hợp lý với lực cắt trong quá trình cắt là hợp lý nhất để góp phần nâng cao chất lƣợng hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của quá trình sản xuất khi thực hiện gia công các loại vật liệu thép lò xo, thép làm khuôn đã qua tôi bằng phay cứng.
Hƣớng nghiên cứu tiếp theo
Đề tài đã thu đƣợc một số kết quả khá tốt nhƣng vẫn còn nhiều hạn chế mà tác giả sẽ nghiên cứu và hoàn thiện trong tƣơng lai để hoàn thiện đề tài của mình. Sau đây là một số hƣớng chính:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
chất lƣợng bề mặt và độ chính xác khi phay cứng thép qua tôi 60C2.
- Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay hợp kim cứng phủ PVD khi phay cứng thông qua đánh giá mòn dao.
- Nghiên cứu, đánh giá các hiện tƣợng vật lý trong quá trình cắt để nâng cao độ chính xác, chất lƣợng bề mặt, mòn và tuổi bền dao phay khi phay cứng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS, TS. Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ƣu hoá quá trình gia công cắt gọt, NXB Giáo dục.
[2].Trần Minh Đức (2002), Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số công nghệ sửa đá
đến tuổi bền của đá mài khi mài tròn ngoài, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Hà Nội.
[3]. Phan Quang Thế (2002), Luận án Tiến sĩ. “Nghiên cứu khả năng làm việc của dụng cụ thép gió phủ dùng cắt thép cacbon trung bình”, Trƣờng ĐHBK Hà Nội
[4]. Trần Văn Địch, Nguyên lý cắt kim loại , Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội, 2006.
[5]. Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lƣợng của quá trình cắt, Trƣờng ĐH Kỹ thuật Công nghiệp.
[6]. Bùi Thế Tâm, Trần Vũ Thiệu (1998), Các phương pháp tối ưu hóa, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội.
[7]. Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sĩ Tuý. (2001), Nguyên Lý Gia Công Vật Liệu, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[8]. Phạm Quang Lê, Kỹ thuật phay, Nhà xuất bản Công nhân kỹ thuật, Hà nội, 1979. [9]. Trần Thế Lục (1988), Giáo Trình Mòn và Tuổi Bền Của Dụng Cụ Cắt, Khoa Cơ
Khí - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
[10]. Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2003), Công Nghệ Chế Tạo Máy, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[11]. Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ chính xác gia công bằng thực nghiệm, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[12]. Nguyễn Doãn Ý (2003), Giáo trình Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[13]. Nguyễn Tiến Thọ, Nguyễn Thị Xuân Bẩy, Nguyễn Thị Cẩm Tú (2001), Kỹ thuật