nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công vật liệu thép không gỉ sus201 khi phay bằng dao phay mặt đầu thép gió phủ tialn

Để góp phần nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt chi tiết gia công vật liệu thép không

THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công vật liệu thép không gỉ SUS201 khi phay bằng dao phay mặt đầu thép gió phủ TiAlN

Học viên: Phùng Văn Cảnh Lớp: K11 - CTM

Chuyên nghành: Công nghệ chế tạo máy Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn

Học viên

Phùng Văn Cảnh

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ SUS201 KHI PHAY BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU THÉP GIÓ PHỦ TIAlN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dưới

sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn

Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định

Người thực hiện

Phùng Văn Cảnh

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn trong suốt quá nghiên cứu đến khi hoàn thành luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo trong Ban giám hiệu trường

ĐH kỹ thuật công nghiệp, các Thầy giáo giảng dạy lớp cao học K11 – CNCTM đã tạo điều kiện và giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu làm luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo Khoa cơ khí, Khoa sau đại học, trung tâm thí nghiệm trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

2.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

2.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

14

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DỤNG CỤ CẮT TRÊN MÁY PHAY, ĐỘ

1.1 Các phương pháp phay và đặc điểm quá trình cắt khi phay 15

1.2 Tổng quan về dụng cụ cắt trên máy phay 17

1.2.2.1 Kết cấu của dao phay gắn mảnh lưỡi cắt với thân dao 19 1.2.2.1.1 Kết cấu của dao phay mặt đầu ghép mảnh lưỡi cắt 20 1.2.2.1.2 Kết cấu của dao vai và dao phay rãnh ghép mảnh 24

1.2.2.1.3 Kết cấu của dao phay đĩa gắn mảnh lưỡi cắt 26 1.2.2.1.4 Kết cấu cảu dao phay định hình gắn mảnh lưỡi cắt 28

1.3 Các thông số quá trình cắt khi phay 31 1.3.1 Mô hình hóa quá trình cắt khi phay 31 1.3.2 Phân tích các thông số quá trình cắt khi phay 33 1.4 Độ nhám bề mặt chi tiết gia công khi phay 34

1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi phay 42 1.4.4 Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 43

2.2.1 Đặc điểm cơ, lý tính của thép không gỉ 53

2.2.3 Tính gia công của các loại thép không gỉ

2.2.3.2 Thép không gỉ ferit và mactenxit 55

2.3 Gia công thép không gỉ bằng các phương pháp truyền thống 58

2.4 Gia công thép không gỉ bằng phương pháp gia công không truyền thống 82

2.4.3 Gia công bằng dòng điện tử và dòng điện phân định hình 82

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ

3.2 Các thông số cơ bản của hệ thống thí nghiệm 85

3.2.5 Dung dịch trơn nguội 89

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN VÀ

HƯƠNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 100

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

1 Bảng 1.1 Minh họa phạm vi ứng dụng của một số loại

7 Bảng 2.3 Bảng chế độ cắt khi tiện thép không gỉ bằng dao

tiện một lƣỡi và dao tiện hiều lƣỡi 59

8 Bảng 2.4 Bảng chế độ cắt khi tiện định hình và tiện cắt

11 Bảng 2.7 Bảng chế độ cắt khi phay thép không gỉ đƣợc

15 Bảng 3.2 Thành phần hóa hóa học của thép không gỉ

SUS201

88

16 Bảng 3.3 Bảng giá trị tính toán bộ thông số chế độ cắt v, s

17 Bảng 3.4 Bảng quy hoạch nghiệm xác định độ nhám bề mặt gia công 92

18 Bảng 3.5 Kết quả đo độ nhám ở các chế độ cắt khác nhau 93

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP

2 Hình 1.2 Các loại dao phay thông thường 18

3 Hình 1.3 Kết cấu của dao phay ngón ghép mảnh lưỡi cắt 19

4 Hình 1.4 Kết cấu của dao phay rãnh ghép mảnh lưỡi cắt 20

5 Hình 1.5 Kết cấu của dao phay ghép mảnh lưỡi cắt đặc biệt 20

6 Hình 1.6 Mã hiệu mảnh dụng cụ cắt dùng kiểu S 20

7 Hình 1.7 Mã hiệu mảnh dụng cụ cắt dùng kiểu A, P 21

8 Hình 1.8 Một số kiểu mảnh dao do hãng WALTER sản

9 Hình 1.9 Mã hiệu riêng của nhà sản xuất 22

10 Hình 1.10 Chọn dao với góc nghiêng  phù hợp với biên

11 Hình 1.11 Mã hiệu một số dao vai và dao phay rãnh 24

12 Hình 1.12 Kết cấu của dao phay có hệ thống dung dịch trơn

nguội, sử dụng mảnh S… 0603 24

13 Hình 1.13

Kết cấu của dao phay rãnh định hình kiểu chuôi

14 Hình 1.14 Kết cấu của dao phay rãnh định hình kiểu chuôi hình trụ 24

15 Hình 1.15 Các kiểu dao phay đĩa gắn mảnh lưỡi cắt 27

16 Hình 1.16 Dao phay rạng đĩa có mã hiệu F2253 27

17 Hình 1.17 Dao phay rạng đĩa có mã hiệu F2255 27

18 Hình 1.18 Mã hiệu một số loại dao phay định hình 28

19 Hình 1.19 Một số kiểu mảnh lưỡi cắt dùng cho dao phay

20 Hình 1.20 Kết cấu của dao phay định hình ghép mảnh lưỡi

cắt do hãng SUMITO sản xuất 29

21 Hình 1.21

Kết cấu của dao phay ngón phủ lớp TiN, có tử 2,

4, 6 lưỡi cắt, của hãng SUMITO (Nhật bản) sản xuất

30

22 Hình 1.22

Hình dạng - kích thước chế tạo của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản [6]

30

23 Hình 1.23 Một số dao phay rãnh và dao phay định hình liền

khối do hãng hãng Missubishi sản xuất 31

24 Hình 1.24 Mô hình hóa quá trình gia công khi phay 32

26 Hình 1.26 Biên dạng 3D của bề mặt gia công phay bằng dao

27 Hình 1.27 Vùng khảo sát để tính Rt và Ra 39

28 Hình 1.28 Phay với các mảnh dao có cạnh viền (a) và wiper

29 Hình 2.1 Tác động của hàm lượng Crom đến tốc độ ăn mòn

(Trong môi trường không khí bình thường) 46

30 Hình 2.2 Các góc của dao tiện khi gia công thép không gỉ 61

31 Hình 2.3 Dao tiên cắt đứt và dao tiện định hình khi gia công

32 Hình 2.4 Các góc của mũi khoan thép gió khi gia công thép

33 Hình 2.5 Kết cấu của ta rô gia công thép không gỉ 70

34 Hình 2.6 Hình dạng hình học của 4 loại bàn cắt ren 71

35 Hình 2.7 Góc và chiều rộng phần cắt dao phay thép gió khi

36 Hình 2.8 Kết cấu của dao chuốt khi gia công thép không gỉ 77

37 Hình 3.1 Mảnh dao APMT1604PDER – M2 VP15TF của

38 Hình 3.2 Ảnh Thân dao ký hiệu BAP400R-50-22-4T của

39 Hình 3.3 Ảnh phôi thép không gỉ SUS201 89

40 Hình 3.4 Ảnh Máy đo nhám Mittutoyo SJ-201 89

41 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa V, S với Ra 95

42 Hình 3.6 Hình ảnh bề mặt gia công với V = 130m/ph, S =

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác, ngành công nghệ chế tạo máy phát triển ngày càng mạnh mẽ đặc biệt trong những năm gần đây, trong đó khối lượng sản phẩm cơ khí gia công bằng cắt gọt chiếm tỷ lệ cao nhất trong các phương pháp gia công kim loại Cắt gọt kim loại là phương pháp hàng đầu về khả năng đáp ứng độ chính xác về hình dáng, kích thước và chất lượng bề mặt chi tiết gia công Cùng với nó là sự phát triển của ngành công nghệ vật liệu đã tạo ra nhiều loại vật liệu có độ cứng cao, độ bền cao, chịu mài mòn tốt ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Thép không gỉ Sus201 là một loại vật liệu như vậy, ngoài các đặc điểm trên thép không gỉ Su201 còn có khả năng chống sự ôxy hoá và ăn mòn rất cao Vì vậy thép không gỉ Su201 được ứng dụng rộng dãi trong nhiều lĩnh vực như công nghệ đóng tàu;ngành hóa chất; sản suất đồ gia dụng như: máy giặt, bình chứa, nồi hơi; trang trí nội thất và các công trình kiến trúc…

Với việc tạo ra nhiều loại vật liệu có độ cứng cao, độ bền cao khó gia công Người ta cũng đã nghiên cứu và chế tạo ra nhiều loại dụng cụ cắt với vùng cắt có nhiều tính năng ưu việt như: giảm ma sát, tăng khả năng chịu mài mòn, khả năng thoát nhiệt và độ bền nhiệt cao từ đó tăng khả năng cắt, một trong những loại dung

cụ được sử dụng phổ biến hiện nay trong lĩnh vực gia công cắt gọt đó là dụng cụ được phun, phủ để làm tăng khả năng cắt gọt của chúng Thép không gỉ được coi là khó gia công vì chúng có độ bền cao, độ dẻo cao, mức độ biến cứng lớn, tính dẫn nhiệt kém, gây mòn dụng cụ cắt cao Hiện nay chưa có nhiều nghiên cứu về quá trình gia công thép không gỉ và trong thực tế sản xuất tại Việt Nam việc gia công thép không gỉ bằng phương pháp cặt gọt truyền thống còn gặp nhiều khó khăn

Vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến năng suất và chất lượng sản phẩm là rất cần thiết Để góp phần nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt chi tiết gia công vật liệu thép không gỉ Sus201 khi phay bằng dao phay mặt đầu thép gió phủ TiAlN”

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

2.1 Ý nghĩa khoa học:

Bằng những nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài sẽ xây dựng mối quan hệ ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt của chi tiết gia công thép không gỉ Sus201 khi phay bằng dao phay mặt đầu thép gió phủ TiAlN Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho việc tối ưu hoá chế độ cắt khi phay

2.2.Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa rất lớn trong thực tiễn sản xuất, giúp cho việc lựa chọn hợp lý thông số chế độ cắt khi phay thép không gỉ góp phần nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công

3 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt của chi tiết gia công thép không gỉ khi phay bằng dao phay mặt đầu thép gió phủ TiAlN trên cơ sở đó có thể lựa chọn được chế độ cắt một cách hợp lý

4 Đối tượng nghiên cứu

Xác định mối quan hệ giữa các thông số:s, v, t với Ra

Dao phay mặt đầu thép gió phủ TiAlN hãng MITSUBISHI - Nhật Bản

Vật liệu gia công thép không gỉ Sus201

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu bằng thực nghiệm

6 Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi của đề tài, chỉ nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt chi tiết gia công với vật liệu gia công là thép Sus201, dao phay mặt đầu phủ TiAlN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DỤNG CỤ CẮT TRÊN PHAY,

ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY

1.1 Các phương pháp phay và đặc điểm của quá trình phay

Phay là phương pháp gia công cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt, phay là phương pháp gia công cắt gọt được sử dụng khá phổ biến trong ngành chế tạo máy Thường máy phay chiếm khoảng 20% trong tổng số các máy công cụ Độ chính xác gia công bằng phương pháp phay có thể đạt được cấp 3, cấp 4 và độ nhám bề mặt có thể đạt được Ra = 3,3 – 0,2 m khi gia công mặt phẳng, phay là phương pháp gia công đạt nưng suất cao nhất

Ngoài mặt phẳng, phay còn có thể gia công được nhiều dạng bề mặt khác như: phay rãnh, rãnh then, then hoa, phay mặt trụ, phay ren, răng, phay các mặt định hình v.v

Nguyên công phay được thực hiện trên các loại máy phay như: máy phay đứng, máy phay ngang, máy phay vạn năng, máy phay tổ hợp nhiều trục chính, máy phay giường, máy phay CNC.v.v.Ngoài ra nguyên công phay còn có thể được thực hiện trên các máy khác như: máy tiện, các trung tâm gia công.v.v

1.1.1 Các phương pháp phay

* Phay thuận: Là phương pháp phay trong đó véc tơ vận tốc cắt V của dao ở điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công cùng chiều với chiều chuyển động của bàn máy mang chi tiết gia công

- Phay thuận chiều dày phoi thay đổi từ max tới min nên sẽ không có hiện tượng trượt, năng suất cắt cao hơn Với cùng một điều kiện gia công, cùng chế độ cắt, do không có hiện tượng trượt khi cắt nên phay thuận có năng suất cao hơn phay nghịch tới 50%, dao đỡ mòn hơn Khi phay, thành phần lực cắt Py có chiều cùng chiều với chiều của lực kẹp chi tiết gia công nên tăng độ cứng vững của hệ thống công nghệ, do đó giảm được rung động khi phay

- Tuy nhiên phay thuận có va đập, đặc biệt ở thời điểm ban đầu dao tiếp xúc trực tiếp với bề mặt thô của phôi (thường có độ cứng cao do nguyên công tạo phôi

để lại như đúc trong khuôn kim loại, gia công áp lực hoặc có lớp cháy cắt, do đúc trong khuôn cắt) do đó dao chóng mòn Để giảm va đập cần phải khử bỏ khe hở giữa các bộ phận dịch chuyển của bàn máy

* Phay nghịch: là phương pháp phay trong đó véc tơ vận tốc V của dao ở điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công có chiều ngược chiều với chiều chuyển động của bàn máy mang chi tiết gia công

- Khi phay nghịch, thành phần lực cắt Py có tác dụng khử khe hở giữa vít me

và đai ốc do đó khử được đáng kể rung động trong quá trình gia công

- Phay nghịch chiều dày phoi biến đổi từ min tới max nên quá trình cắt ít bị

va đập nhưng dễ gây nên hiện tượng trượt ở thời điểm dao bắt đầu tiếp xúc với bề mặt chi tiết, làm tăng chiều cao nhấp nhô bề mặt, dao chóng mòn

Hình 1-1 Các phương pháp phay

1.1.2 Đặc điểm của quá trình phay

- Do có nhiều lưỡi cắt cùng tham gia cắt nên có năng suất cao hơn so với gia công bằng phương pháp tiện lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với kích thước và khối lượng của thân dao lớn nên đoeeuf kiện truyền nhiệt tốt Do vậy dao lâu mòn hơn và có thể gia công trong các điều kiện cắt khó khăn

- Diện tích cắt khi phay thay đổi và các lưỡi cắt làm việc gián đoạn do vậy lực cắt thay đổi, gây ra rung động trong quá trình cắt

1.2 Tổng quan về dụng cụ cắt trên máy phay

1.2.1 Các loại dao phay thông thường

Dụng cụ cắt khi phay được gọi là dao phay Dao phay có nhiều loại, căn cứ

vị trí lưỡi cắt, hình dáng kết cấu của giao người ta phân loai ra như sau: dao phay trụ, dao phay mặt đầu, dao phay đĩa (một, hai hoặc ba mặt), dao phay ngón, dao phay lăn răng, dao phay định hình.v.v (hình 1.2)

Các loại dao phay thông thường dùng trên các máy phay vạn năng, chúng có thể là dao liền thân hoặc dao ghép mảnh lưỡi cắt Vật liệu chế tạo dao: với các dao

có kích thước nhỏ được chế tạo bằng thép gió hoắc dao có lưỡi cắt là các mảnh hợp kim cứng, các mảnh lưỡi cắt này được hàn hoặc kẹp cơ khí với thân dao

i k Hình 1.2 Các loại dao phay thông thường

a Dao phay trụ răng xoắn b Dao phay mặt đầu gắn mảnh lưỡi cắt

c Dao phay đĩa d, e Dao phay mặt đầu chuôi trụ

g,h Dao phay lăn răng i,k Dao phay ngón và dao phay cầu

1.2.2 Dụng cụ cắt trên máy phay CNC

Dụng cụ cắt trên máy phay CNC được chế tạo với độ tiêu chuẩn hoá rất cao Các loại dụng cụ cắt trên máy phay CNC có thể được chia thành hai kiểu cơ bản:

- Kiểu1: Là loại có kết cấu lắp ghép giữa mảnh dụng cụ cắt (mảnh lưỡi cắt) và thân dao cắt nhờ cơ cấu kẹp tương ứng

- Kiểu 2: Là loại mà phần lưỡi cắt và thân dao có kết cấu liền khối (được hàn-ví

dụ mảnh carbide được hàn đồng với thân dao, dao thép gió phủ TiN có  <14mm) Dụng cụ cắt trên máy phay CNC gồm rất nhiều loại, theo tính chất biên dạng chi tiết gia công, có thể chia ra:

+ Dao phay mặt phẳng

+ Dao phay các bề mặt dạng tròn xoay

+ Dao phay các mặt định hình

+ Dao có cấu tạo đặc biệt

1.2.2.1 Kết cấu của dao phay gắn mảnh lƣỡi cắt với thân dao

Kết cấu cảu một số dao phay gắn mảnh lưỡi cắt do hãng NOVEX sản xuất

Hình 1.3 Kết cấu của dao phay mặt phẳng ghép mảnh lưỡi cắt

Hình 1.3 Kết cấu của dao phay ngón ghép mảnh lưỡi cắt

Hình 1.4 Kết cấu của dao phay rãnh ghép mảnh lưỡi cắt

Hình 1.5 Kết cấu của dao phay ghép mảnh lưỡi cắt đặc biệt

1.2.2.1.1 Kết cấu của dao phay mặt đầu ghép mảnh lƣỡi cắt

a Kết cấu mảnh lƣỡi cắt dùng cho dao phay mặt đầu

Dao phay mặt đầu dùng trên máy CNC rất đa dạng, vì vậy mà kết cấu của phần cắt cũng rất phong phú Mỗi một dao ohay như vậy bao gồm: Mảnh dụng cụ cắt, phần cắt (là nơi kẹp mảnh dụng cụ cắt), các chi tiết của cơ cấu kẹp chặt và phần thân dụng cụ cắt

SDGT 09T3 AEN – F57 SDHW 09T3 AEN – A57 SDGT 09T3 AEN – G88

Hình 1.6 Mã hiệu mảnh dụng cụ cắt dùng kiểu S

APHW 200420 TR- A27 APHT 200420R- D51 P20200- 1.1

Hình 1.7 Mã hiệu mảnh dụng cụ cắt dùng kiểu A, P Mảnh lưỡi cắt được tiêu chuẩn hoá, gồm rất nhiều loại, mỗi loại được đánh số với mã hiệu riêng để thuận lợi cho việc chọn, lắp, thay thế với các phần cắt sau này

Kiểu A Kiểu C Kiểu L Kiểu M Kiểu O Kiểu R

Kiểu T Kiểu X Kiểu Z

Hình 1.8 Một số kiểu mảnh dao do hãng WALTER sản xuất

Việc chọn mảnh dụng cụ cắt như thế nào cho phù hợp nó còn phụ thuộc vào vật liệu

chi tiết gia công, phương pháp gia công (thô, tinh, …)

Trong trường hợp những chi tiết là thép, gang, hay thép chất lượng cao, việc chọn mảnh hợp kim cứng loại P, M hay K cho phù hợp với điều kiện gia công (thô, bán tinh, hay gia công tinh) được thực hiện bằng cách tra bảng

Chọn mã hiệu mảnh dụng cụ cắt gồm các bước:

- Bước 1: Chọn kiểu mảnh dụng cụ cắt, các kiểu mảnh dụng cụ cắt được mã

hoá bằng các chữ cái Việc chọn kiểu nào còn phụ thuộc vào biên dạng chi tiết gia công và phương pháp gia công

- Bước 2: Chọn góc sau cho phép, để tiêu chuẩn hoá và dễ dàng cho việc thay

và chọn dao, các góc sau cũng được mã hoá bằng các chữ cái theo thứ tự tăng dần của góc sau: 00

,30 , 50 , 70 , 110 , 150 , 200 , 250 , 300

- Bước 3: Chọn dung sai kích thước của mảnh dụng cụ cắt

- Bước 4: Chọn kiểu lỗ kẹp chặt của mảnh dụng cụ cắt Các kiểu lỗ kẹp chặt

của mảnh dụng cụ cắt, cũng được mã hoá bằng các chữ cái

- Bước 5: Chọn chiều dài mảnh dụng cụ cắt

- Bước 6: Chọn chiều dầy của mảnh dụng cụ cắt

- Bước 7: Chọn bán kính góc lượn của mảnh lưỡi cắt

- Bước 8: Chọn kiểu vát của lưỡi cắt Các kiểu vát của lưỡi cắt cũng được mã

- Bước 12: Dành cho nhà sản xuất

Để đơn giản cho quá trình chọn mã hiệu mảnh dụng cụ cắt, ở bước 12 nhà sản xuất mảnh dụng cụ cắt đã đưa ra các chi tiêu kỹ thuật cần thiết Các chỉ tiêu này được mã hoá thông qua các mã hiệu:

Hình 1.9 Mã hiệu riêng của nhà sản xuất Nhà sản xuất sẽ cụ thể hoá các mã hiệu trên bằng các mã hiệu riêng tương đương với từng thông sô hình học của mảnh dụng cụ cắt Do đó không cân phải chọn qua bước 10 và 11

b Kết cấu của phần cắt

Phần cắt thuộc về phần làm việc của dao tiện, trên đó sẻ rãnh để lắp mảnh dao cắt vừa được chọn Phần cắt được chế tạo tiêu chuẩn, trên phần cắt có các rãnh được gia

công trước để khi đặt các mảnh dao, nó sẽ tự hoàn thành các góc nghiêng chính 

Hình 1.10 Chọn dao với góc nghiêng  phù hợp với biên dạng chi tiết gia công Việc chọn mã hiệu dao phay và mảnh lưỡi cắt còn phụ thuộc vào chi vật liệu chi tiết gia công

Bảng 1.1 Minh họa phạm vi ứng dụng của một số loại dao phay

1.2.2.1.2 Kết cấu của dao vai và dao phay rãnh ghép mảnh

Kết cấu của một số loại dao vai và dao phay rãnh thường gặp trên máy CNC

Hình 1.11 Mã hiệu một số dao vai và dao phay rãnh

Các loại dao này thường để gia công các rãnh và các hốc, kết cấu của các loại dao này phụ thuộc vào điều kiện gia công Trong những điều kiện gia công khó khăn (lực cắt lớn, điều kiện bôi trơn làm mát khó khăn…) người sử dụng kết cấu daocos

hệ thống dẫn dung dịch trơn nguội

H×nh 1.12 KÕt cÊu dao phay cã hÖ thèng dung dÞch tr¬n nguéi, sö dông m¶nh

SP… 0603

Phạm vi ứng của một số loại dao vai

Bảng 1.3 Minh họa phạm vi ứng dụng của một số loại dao vai

Dao phay rónh định hỡnh thường sử dụng mảnh lưỡi cắt kiểu: L, S, P, C, N> Thụng

số hỡnh học của cỏc mảnh lưỡi cắt này thường đơn giản hơn cỏc mảnh lưỡi cắt dựng cho dao vai

Mã hiệu của một số loại mảnh dao dùng cho dao phay rãnh định hình

Hình 1.13 Kết cấu của dao phay rãnh định hình kiểu chuôi côn

Hình 1.14 Kết cấu của dao phay rãnh định hình kiểu chuôi hình trụ

Kết cấu của phần chuôi dao và của mảnh lưỡi cắt đượ tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn ISO 4762

1.2.2.1.3 Kết cấu của dao phay đĩa gắn mảnh lƣỡi cắt

Dao phay đĩa thường được dùng để phay rãnh, hoặc người ta dùng dao phay đĩa hai mặt để gia công mặt phẳng

Hỡnh 1.15 Cỏc kiểu dao phay đĩa gắn mảnh lưỡi cắt

Dao phay đĩa có mã hiệu F2253 dùng để Gia công các vật liệu là thép và gang

Sử dụng mảnh dụng cụ cắt kiểu :

CN… 0805…

CN… 1206…

CN… 1608…

Hình 1.16 Dao phay rãnh dạng đĩa có mã hiệu F2253

Dao phay đĩa có mã hiệu F2255 dùng để gia công các vật liệu : thép, gang, và phi kim

…

Hình 1.17 Dao phay rãnh dạng đĩa có mã hiệu

F2255

Ưu điểm của dao phay đĩa gắn mảnh lưỡi cắt là năng suất cao, kết cấu của thân dao

và các loại mảnh dao được tiêu chuẩn hóa nên việc thay thế, lắp ghép dễ ràng

DC d1/ISO D3 Z(mm) SB(mm) X1 ae(max) M(kg) Type

Bảng 1.3 Bảng tra kích thước của dao phay đĩa theo tiêu chuẩn DIN 138

1.2.2.1.4 Kết cấu cảu dao phay định hình gắn mảnh lƣỡi cắt

Dao phay định hình dùng để gia công các bề mặt có biên dạng phức tạp, kết cấu của dao tiện định hình thường kết hợp nhiều kiểu mảnh dụng cụ cắt điều này

cho phép có thể gia công được nhiều bề mặt phức tạp cùng một lúc

Để gia công các bề mt ặt có biên dạng phức tạp, dao phay định hình sử dụng những mảnh dao có kết cấu hết sức đặc biệt

Hình 1.18 Mã hiệu một số loại dao phay định hình

Kiểu X Kiểu P23 Kiểu Z Kiểu R Kiểu P203 Kiểu P32

Hình 1.19 Một số kiểu mảnh lưỡi cắt dùng cho dao phay định hình

Hình 1.20 Kết cấu của dao phay định hình ghép mảnh lưỡi cắt do hãng SUMITO sản xuất

1.2.2.2 Kết cấu dao phay liền khối

1.2.2.2.1 Dao phay liền khối không phủ

Thực tế dao phay cầu liền khối không phủ được các hãng sản xuất chế tạo bằng những chủng loại vật liệu làm dao phổ biến như thép gió thường, thép gió chịu nhiệt, hợp him cứng….để gia công những chi tiết được làm từ những loại vật liệu có

độ cứng thấp như đồng, thép chưa tôi, nhôm hợp kim…

1.2.2.2.2 Dao phay liền khối phủ

Có thể nhận thấy rằng dao phay liền khối không phủ vẫn còn có những hạn chế như chỉ gia công được những vật liệu có độ cứng thấp, tuổi bền của dao ngắn, năng suất gia công thấp,… Nhưng khi những dụng cụ này được phủ CBN, TiAlN, TiN thì chúng có nhiều ưu điểm hơn so với dao phay cầu liền khối không phủ thông thường đó là:

 Tuổi thọ cao hơn

 Cải tiến được độ bền

 Cải tiến được cơ chế thoát phoi

 Ngăn chặn vỡ dao

 Làm chậm quá trình mòn dao

 Tăng tính chịu nhiệt

 Tăng độ chính xác và độ bóng của chi tiết gia công

Khi phải gia công các rãnh định hình kích thước nhỏ, thừơng người ta sử dụng dao phay chế tạo bằng thép gió, liền khối, các dao loại này được phủ CVD lớp bề mặt nên chất lượng gia công rất cao Một số loại dao khác phần cắt của dao được hàn các mảnh hợp kim cứng

Hình 1.21 Kết cấu của dao phay ngón phủ lớp TiN, có tử 2, 4, 6 lưỡi cắt, của hãng SUMITO (Nhật bản) sản xuất

Hình 1.22 Hình dạng - kích thước chế tạo của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu

BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản [6]

Hình 1.23 Một số dao phay rãnh và dao phay định hình liền khối do hãng hãng Missubishi sản xuất

1.3 Các thông số quá trình cắt khi phay

1.3.1 Mô hình hóa quá trình cắt khi phay

Quá trình cắt khi phay được mô hình tổng quát như sau:

Phùng Văn Cảnh CHK11 – CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

CÁC THÔNG SỐ XUẤT HIỆN TRONG QUÁ TRÌNH PHAY

- Sai lệch hình dáng hình học, kích thước và

vị trí tương quan

- Chất lượng bề mặt:

+ Độ nhẵn bề mặt

+ Tổ chức lớp bề mặt

+ Tính chất cơ lý lớp bề mặt

* Độ cứng tế vi

* Chiều sâu lắp biến cứng

* Ứng suất dư

TÍNH KINH

TẾ

- Chi phí gia công

- Năng suất gia công

Hình 1.24 Mô hình hóa quá trình gia công khi phay

1.3.2 Phân tích các thông số quá trình cắt khi phay

* Các thông số đầu vào:

Các thông số đầu vào của quá trình phay như: Máy, phôi, chế độ cắt, dụng cụ gia công, phương pháp gia công, dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng quyết định đến chi phí gia công và chất lượng bề mặt, độ chính xác của chi tiết gia công

Ứng với điều kiện gia công cụ thể thì chế độ cắt là thông số đầu vào duy nhất thay đổi

* Các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong quá trình cắt khi phay:

Các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong quá trình cắt khi phay bao gồm: Lực cắt, nhiệt cắt mòn dao, rung động Các đại lượng này chịu ảnh hưởng của các thông

sổ đầu vào có ảnh hướng qua lại lẫn nhau trong quá trình cắt và ảnh hưởng trực tiếp đến các thông số đầu ra là chất lượng và chi phí gia công Chính vì vậy các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong quá trình phay luôn là mục tiêu của nhiều công trình nghiên cứu

- Lực cắt: Là một trong những đại lượng đặc trưng quan trọng nhất của quá trình cắt gọt Lực cắt có ảnh hưởng quyết định đến biến dạng của hệ thống công nghệ, nhiệt cắt, quá trình mòn dụng cụ, do đó nó ảnh hưởng quyết định đến độ chính xác gia công Sự thay đồi các thông số chế độ cắt cũng như các thông số công nghệ khác làm cho lực cắt thay đổi

- Nhiệt cắt: Là đại lượng đặc trưng luôn luôn xuất hiện trong quá trình cắt gọt nói chung và phay nói riêng Nhiệt cắt có ảnh hưởng đến độ mòn và tuổi bền của dụng cụ gia công, chất lượng bề mặt gia công Các nguyên nhân sản sinh ra nhiệt cắt là: Hiện tượng nội ma sát xuất hiện trong quá trình biến dạng của vật liệu gia

công, ma sát giữa phoi với mặt trước của dụng cụ gia công và ma sát giữa mặt sau của dao và bế mặt chi tiết gia công

- Rung động: Trong quá trình gia công rung động là một đại lượng rất khó xác định Rung động có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bề mặt, độ chính xác gia công, độ bền của dao và năng suất gia công Rung động được chia ra làm hai loại: Rung động cưỡng bức và tự rung

- Độ mòn dao: Độ mòn dao ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, chất lượng bề mặt chi tiết gia công Vì vậy khi đánh giá tuổi bên của dụng cụ cắt người ta thường đánh giá thông qua lực cắt hoặc độ nhám bề mặt chi tiết gia công

* Các thông số đầu ra:

- Độ nhám bề mặt: Là một trong những chỉ tiêu quan trong đánh giá chất bề mặt gia công

- Chất lượng gia công: Chất lượng gia công là một trong các yểu tố cơ bản cần phải đạt được của tất cả các quá trình gia công Chất lượng gia công là chỉ tiêu đánh giá khả năng làm việc của chi tiết gia công Khi nghiên cứu tối ưu hoá quá trình cắt gọt thì chất lượng gia công được coi là các điều kiện biên bắt buộc của bài toán Chất lượng gia công bao gồm nhiều chỉ tiêu đánh giá khác nhau (Hình 1-3)

- Chi phí gia công và năng xuất gia công: Chi phỉ gia công hoặc năng xuất gia công thường được chọn là hàm mục tiêu để nghiên cứu tối ưu hoá nguyên công Đối với nguyên công phay người ta thường chọn hàm chi phí gia công K = f(V, Sz, B, t) làm hàm mục tiêu để giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu trên cơ sở các chỉ tiêu chất lượng nguyên công làm điều kiện ràng buộc

1.4 Độ nhám bề mặt chi tiết gia công khi phay

1.4.1 Độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt hay còn gọi là nhấp nhô tế vi là tập hợp tất cả những bề lồi, lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trong một phạm vi chiều dài chuẩn rất ngắn (l) Chiều dài chuẩn l là chiều dài dùng để đánh giá các thông số của độ nhám bề mặt (với l = 0,01 đến 25mm)

Độ nhám bề mặt gia công đã được phóng đại lên nhiều lần thể hiện trên hình 3.2

Theo TCVN 2511 – 1995 thì nhám bề mặt được đánh giá thông qua bảy chỉ tiêu Thông thường người ta thường sử dụng hai chỉ tiêu đó là Ra và Rz, trong đó:

Hình 1.25: Độ nhám bề mặt

- Ra: Sai lệch trung bình số học của prôfin là trung bình số học các giá trị tuyệt đối của sai lệch prôfin (y) trong khoảng chiều dài chuẩn Sai lệch prôfin (y) là khoảng cách từ các điểm trên prôfin đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình Đường trung bình m là đường chia prôfin bề mặt sao cho trong phạm vi chiều dài chuẩn l tổng diện tích ở hai phía của đường chuẩn bằng nhau Ra được xác định bằng công thức:

1 0

Ngoài ra độ nhám bề mặt còn được đánh giá qua chiều cao nhấp nhô lớn nhất

Rmax Chiều cao nhấp nhô Rmax là khoảng cách giữa hai đỉnh cao nhất và thấp nhấ của độ nhám (prôfin bề mặt trong giới hạn chiều dài chuẩn l)

Cũng theo TCVN 2511 – 1995 thì độ nhám bề mặt được chia thành 14 cấp, từ cấp 1 đến cấp 14 ứng với các giá trị Ra và Rz Trị số nhám càng bé thì bề mặt càng nhẵn và ngược lại Độ nhám bề mặt thấp nhất (hay độ nhẵn bề mặt cao nhất) ứng với cấp 14 (tương ứng với Ra  0,01 m và Rz  0,05 m) Việc chọn chỉ tiêu Ra

hay Rz là tuỳ thuộc vào chất lượng yêu cầu của bể mặt Chỉ tiêu Ra được gọi là thông số ưu tiên và được sử dụng phổ biến nhất do nó cho phép ta đánh giá chính xác hơn và thuận lợi hơn những bề mặt có yêu cầu nhám trung bình (độ nhám từ cấp 6 đến cấp 12) Đối với những bề mặt có độ nhám quá thô (độ nhám từ cấp 1 đến cấp 5) và rất tinh (cấp 13, cấp 14) thì dùng chỉ tiêu Rz sẽ cho ta khả năng đánh giá chính xác hơn khi dùng Ra (bảng 3-1)

Bảng 1.4 Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt Cấp độ

1.4.2 Độ nhám bề mặt gia công khi phay

Bề mặt gia công khi phay cũng bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố khác mà trong quá trình tiện không có; các yếu tố ảnh hưởng này không xuất hiện trong quá trình

tiện mà chỉ có trong quá trình phay chủ yếu là do sự khác nhau về động học của quá trình và của dụng cụ cắt

- Phay bằng dao phay mặt đầu: được thực hiện bằng các dao nhiều lưỡi cắt Do các lỗi khi lắp mảnh dao hoặc khi mài mà tất cả các lưỡi cắt đều cắt với lượng chạy dao và chiều sâu cắt khác nhau chút ít, đặc biệt là với các dao phay mặt đầu ghép mảnh Sự rung động do bản than quá trình phay không liên tục và sự thay đổi vị trí lưỡi cắt gây nên bởi trục chính hoặc sự biến dạng, độ ổn định của chi tiết gia công,

đồ gá càng làm cho lượng chạy dao và chiều sâu cắt thực tế của từng lưỡi cắt thay đổi Lượng chạy dao thực tế cũng thay đổi cùng với góc của lưỡi cắt từ phương của lượng chạy dao Từ đó thấy rằng, bề mặt gia công khi phay có độ đồng nhất kém hơn so với khi tiện - là quá trình cắt mà bề mặt gia công được tạo thành bằng dao có một lưỡi cắt – với lượng chạy dao và chiều sâu cắt tương đối ổn định (Hình 1.27)

Bề mặt gia công có sự thay đổi mà không thể phản ánh đầy đủ trong các thông số đánh giá độ nhám đơn giản như Rt và Ra Các phép đo Rt hoặc Ra tại một số điểm nhất định trên bề mặt chi tiết gia công có thể được sử dụng để đánh giá độ ổn định của quá trình; để đánh giá chính xác hơn chất lượng hình học của bề mặt thì cần phải dùng đến các phương pháp đo ba chiều

Hình 1.26 Biên dạng 3D của bề mặt gia công phay bằng dao phay mặt đầu một lưỡi cắt