tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 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

Vìvậy thép không gỉ Su201 được ứng dụng rộng dãi trongnhiều lĩnh vực như công nghệ đóng tàu;ngành hóa chất; sảnsuất đồ gia dụng như: máy giặt, bình chứa, nồi hơi; trang trínội thất và cá

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 lượngsản phẩm cơ khí gia công bằng cắt gọt chiếm tỷ lệ cao nhấttrong các phương pháp gia công kim loại Cắt gọt kim loại

là phương pháp hàng đầu về khả năng đáp ứng độ chínhxác về hình dáng, kích thước và chất lượng bề mặt chi tiếtgia công Cùng với nó là sự phát triển của ngành công nghệvật liệu đã tạo ra nhiều loại vật liệu có độ cứng cao, độ bềncao, chịu mài mòn tốt ngày càng được ứng dụng rộng rãitrong nhiều lĩnh vực Thép không gỉ Sus201 là một loại vậtliệu như vậy, ngoài các đặc điểm trên thép không gỉ Su201còn có khả năng chống sự ôxy hoá và ăn mòn rất cao Vìvậy thép không gỉ Su201 được ứng dụng rộng dãi trongnhiều lĩnh vực như công nghệ đóng tàu;ngành hóa chất; sảnsuất đồ gia dụng như: máy giặt, bình chứa, nồi hơi; trang trínội 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 vàchế tạo ra nhiều loại dụng cụ cắt với vùng cắt có nhiều tínhnăng ưu việt như: giảm ma sát, tăng khả năng chịu mài

mòn, khả năng thoát nhiệt và độ bền nhiệt cao từ đó tăngkhả năng cắt, một trong những loại dung cụ được sử dụngphổ biến hiện nay trong lĩnh vực gia công cắt gọt đó làdụng cụ được phun, phủ để làm tăng khả năng cắt gọt củachúng Thép không gỉ được coi là khó gia công vì chúng có

độ bền cao, độ dẻo cao, mức độ biến cứng lớn, tính dẫnnhiệt kém, gây mòn dụng cụ cắt cao Hiện nay chưa cónhiều nghiên cứu về quá trình gia công thép không gỉ vàtrong thực tế sản xuất tại Việt Nam việc gia công thépkhông gỉ bằng phương pháp cặt gọt truyền thống còn gặpnhiều khó khăn

Vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắtđến năng suất và chất lượng sản phẩm là rất cần thiết Đểgóp 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 thựcnghiệm, 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 phủTiAlN 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 lớntrong thực tiễn sản xuất, giúp cho việc lựa chọn hợp lýthông số chế độ cắt khi phay thép không gỉ góp phần nângcao chất lượng bề mặt chi tiết gia công

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ DỤNG CỤ CẮT TRÊN PHAY,

ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY1.1 Các phương pháp phay và đặc điểm của quá trình phay.

Phay là phương pháp gia công cắt gọt bằng dụng cụcắt có lưỡi cắt, phay là phương pháp gia công cắt gọt được

sử dụng khá phổ biến trong ngành chế tạo máy Thườngmáy phay chiếm khoảng 20% trong tổng số các máy công

cụ Độ chính xác gia công bằng phương pháp phay có thểđạt 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 phươngpháp gia công đạt nưng suất cao nhất

Ngoài mặt phẳng, phay còn có thể gia công đượcnhiều dạng bề mặt khác như: phay rãnh, rãnh then, thenhoa, phay mặt trụ, phay ren, răng, phay các mặt địnhhình v.v

Nguyên công phay được thực hiện trên các loại máyphay như: máy phay đứng, máy phay ngang, máy phay vạnnăng, máy phay tổ hợp nhiều trục chính, máy phay giường,máy phay CNC.v.v.Ngoài ra nguyên công phay còn có thểđược thực hiện trên các máy khác như: máy tiện, các trungtâm gia công.v.v

1.1.1 Các phương pháp phay

1.1.2 Đặc điểm của quá trình phay

1.2 Tổng quan về dụng cụ cắt trên máy phay

1.2.1 Các loại dao phay thông thường.

1.2.2 Dụng cụ cắt trên máy phay CNC

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

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

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

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

1.2.2.2 Kết cấu dao phay liền khối.

1.2.2.2.1 Dao phay liền khối không phủ.

1.2.2.2.2 Dao phay liền khối phủ.

1.3 Các thông số quá trình cắt khi phay.

1.3.1 Mô hình hóa quá trình cắt khi phay.

1.3.2 Phân tích các thông số quá trình cắt khi phay

1.4 Độ nhám bề mặt chi tiết gia công khi phay.

1.4.1 Độ nhám bề mặt

1.4.2 Độ nhám bề mặt gia công khi phay

1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi phay.

- Dụng cụ cắt đã góp phần không nhỏ vào việc nângcao năng suất và chất lượng sản phẩm, đáp ứng yêu cầu sảnxuất Dụng cụ cắt trên máy phay được các nhà sản xuấtnghiên cứu và chế tạo các loại dụng cụ cắt có kết cấu đadạng, vật liệu lưỡi cắt phong phú đáp ứng nâng cao năngsuất, chất lượng, gia công các loại vật liệu và gia công đượccác chi tiết có hình dáng biên dạng phức tạp

- Độ nhám bề mặt là một trong những tiêu chí quantrọng để đánh giá về độ chính xác cũng như chất lượng bề

mặt gia công Trong quá trình gia công phay, có nhiều yếu

tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt như: ảnh hưởng của chế

độ cắt, ảnh hưởng vật liệu gia công, dung dịch và chế độtưới trơn nguội, ảnh hưởng của dụng cụ cắt theo công thức(1.3), (1.5)

Sau đó hãng thép Krupp ở Đức tiếp tục cải tiến loạithép này bằng việc cho thêm nguyên tố niken vào thép đểtăng khả năng chống ăn mòn axit và làm mềm hơn để dễgia công Trên cơ sở hai phát minh này mà 2 loại mác thép

400 và 300 ra đời ngay trước Chiến tranh thế giới lần thứnhất Sau chiến tranh, những năm 20 của thế kỷ 20, mộtchuyên gia ngành thép người Anh là ông W H Hatfieldtiếp tục nghiên cứu, phát triển các ý tưởng về thép không

gỉ Bằng việc kết hợp các tỉ lệ khác nhau giữa Niken vàCrôm trong thành phần thép, ông đã cho ra đời một loạithép không gỉ mới 18/8 với tỉ lệ 8% Ni và 18% Cr, chính làmác thép 304 quen thuộc ngày nay Ông cũng là người phátminh ra loại thép 321 bằng cách cho thêm thành phần titanvào thép có tỉ lệ 18/8 nói trên

Trong ngành luyện kim, thuật ngữ thép không gỉ(inox) được dùng để chỉ một dạng hợp kim sắt chứa tốithiểu 10,5% crôm Tên gọi là "thép không gỉ" nhưng thật ra

nó chỉ là hợp kim của sắt không bị biến màu hay bị ăn mòn

dễ dàng như là các loại thép thông thường khác Vật liệunày cũng có thể gọi là thép chống ăn mòn Thông thường,

có nhiều cách khác nhau để ứng dụng inox cho những bềmặt khác nhau để tăng tuổi thọ của vật dụng Trong đờisống, chúng xuất hiện ở khắp nơi như những lưỡi dao cắthoặc dây đeo đồng hồ trang trí nội thất

Khả năng chống lại sự oxy hoá từ không khí xungquanh ở nhiệt độ thông thường của thép không gỉ có đượcnhờ vào tỷ lệ crôm có trong hợp kim (nhỏ nhất là 13% và

có thể lên đến 26% trong trường hợp làm việc trong môitrường làm việc khắc nghiệt) Trạng thái bị oxy hoá củacrôm thường là crôm ôxit(III) Khi crôm trong hợp kimthép tiếp xúc với không khí thì một lớp chrom III oxit rấtmỏng xuất hiện trên bề mặt vật liệu; lớp này mỏng đến mứckhông thể thấy bằng mắt thường, có nghĩa là bề mặt kimloại vẫn sáng bóng Tuy nhiên, chúng lại hoàn toàn khôngtác dụng với nước và không khí nên bảo vệ được lớp thépbên dưới Hiện tượng này gọi là sự oxi hoá chống gỉ bằng

kỹ thuật vật liệu Có thể thấy hiện tượng này đối với một sốkim loại khác như ở nhôm và kẽm

2.1.2 Phân loại và ứng dụng của thép không gỉ

2.1.2.1.Thép không gỉ austenitic:

2.1.2.2 Thép không gỉ Feritic 2.1.2.3 Thép không gỉ Mactenxit

2.1.2.4.Thép không gỉ Duplex (chứa hỗn hợp ferit và austenit).

2.1.2.5 Thép không gỉ tôi nhanh

(precipitation-hardenable)

2.1.3 Thép không gỉ SUS201

2.2 Tính gia công của thép không gỉ.

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

2.2.2 Tính gia công của thép không gỉ.

2.2.3 Tính gia công của các loại thép không gỉ.

2.2.3.1 Thép không gỉ austenit

2.2.3.2 Thép không gỉ ferit và mactenxit.

2.2.3.3 Thép không gỉ duplex.

2.2.4 Thép không gỉ dễ gia công.

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

2.3.1 Tiện thép không gỉ

2.3.2.Khoan thép không gỉ.

2.3.3 Taro ren thép không gỉ

2.3.4 Cắt ren ngoài bằng bàn ren.

2.4.1 Gia công bằng dòng hạt mài

2.4.2.Gia công điện hoá

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

2.4.4.Gia công bằng tia laze

2.5 Kết luận chương 2.

- Thép không gỉ ra đời từ lâu, ngày càng được sửdụng rộng dãi trong nhiều lĩnh vực như: ngành công nghệhóa chất, công nghệ đóng tàu, dụng cụ y tế, đồ dùng giađình hay trang trí nội thất Sở dĩ chúng được sưe dụng rộngrãi như vậy là do chúng có những ưu điểm vượt trội so vớicác loại kim loại khác như: Có khả năng chống ôxi hóa,chống ăn mòn tốt, độ dẻo và độ bền cao, có độ bền chịu lực

và độ cứng tốt…

- Thép không gỉ có nhiều loại, dựa vào cấu trúc tế vicủa các hợp kim chúng được chia làm 5 nhóm: ferit,mactexit, austenit hay duplex (austenit cộng ferit), vớinhiều mác thép khác nhau Với những cơ tính như trên,thép không gỉ nói chung là loại vật liệu khó gia công, năngsuất gia công thấp.

- Gia công thép không gỉ bằng cắt gọt phát sinh nhiệtlớn, thường xẩy ra các hiện tượng rung động, dính, kẹt phoi

vì vậy chất lượng bề mặt gia công thường thấp Hiện naychưa có nhiều nghiên cứu dánh giá ảnh hưởng của chế độcắt đến chất lượng bề mặt khi gia công thép không gỉ bằngdụng cụ cắt phủ

CHƯƠNG 3:

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT

QUẢ3.1 Yêu cầu với hệ thống thí nghiệm

3.2 Các thông số cơ bản của hệ thống thí nghiệm

3.2.1 Máy phay

Máy phay VMC - 85S do hãng Maximart sản xuấtnăm 2003 với hệ điều khiển Fanuc OMD, máy có khả năngtích hợp CAD/CAM qua cổng RS 232

3.2.2 Dao

Mảnh dao phay cầu phủ TiAlN hai lưỡi cắt ký hiệuAPMT1604PDER – M2 VP15TF của hãng Mitsubishi -Nhật Bản có thông số như sau:

+ Độ cứng của mảnh dao 91.5 HRA

THÔNG SỐ ĐẦU RA

R a , R z

R a , R z = f(V, S)

Hình 3-1 Mảnh dao APMT1604PDER – M2 VP15TF của hãng Mitsubishi

Thân dao ký hiệu BAP400R-50-22-4T của hãngMitsubishi - Nhật Bản có thông số như sau:

+ Đường kính thân dao: 50

+ Thân dao lắp 4 mảnh dao

16

÷18

3,5 ÷5,5

Bảng 3-2 Thành phần hóa hóa học của thép không gỉ SUS201

3.2.4 Phương pháp phay

3.2.5 Dung dịch trơn nguội

- Emusil: Mira EM40 5%.

Rz = f(xi) với (xi = v, s, t) (3.1)Hay: Ra = Cp.va.sb.tc (3.2)

Rz = Cp.va.sb.tc (3.3)Trong đó:

Logarit hai vế

Ln(Ra) = ao + a1ln(V) + a2ln(S) + a3ln(t) (3.4)Ln(Rz) = bo + b1ln(V) + b2ln(S) + b3ln(t) (3.5)

Đây là mô hình toán học được lựa chọn để xác địnhảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công.

3.4 Phương pháp tiến hành thực nghiệm.

3.4.1 Nội dung

 Chuẩn bị trước khi gia công gồm:

 Tiến hành gia công và xử lý kết quả:

3.4.2 Các thông số đầu vào của thí nghiệm

Gọi x1, x2, x3 là các biến tương đương với các thôngsố: Vận tốc dài v, lượng chạy dao s, chiều sâu cắt t Trên cơ

sở các điều kiện biên ta tiến hành thí nghiệm và xử lý kếtquả nhằm tìm ra chế độ cắt hợp lý để độ nhám bề mặt nhỏnhất khi gia công thép không rỉ Su201 bằng dao phay mặtđầu phủ TiAlN

vimax = 200 (m/phút) simax = 0,15(mm/răng)

vimin = 130 (m/phút) simin = 0,05(mm/răng)Các yếu tố xi thực nghiệm là:

Mức trên : xi(t) = x imax

Mức dưới : xi(d) = x imin

Mức cơ sở xi(0) = 1/2 (x i max + x i min)

Khoảng biến thiên: i = 1/2( x i max - x i min)

Bảng 3.3: Giá trị tính toán bộ thông số chế độ cắt v,

s cho thực nghiệm

Các yếu tố x1(m/p) x2(mm/răng)

3.4.3 Thực nghiệm xác định ảnh hưởng của chế độ cắt đến

độ nhám bề mặt

Trên cơ sở điều kiện giới hạn thí nghiệm (chon t =0,5mm) mô hình toán học được lựu chọn như sau:

Ln(Ra) = ao + a1ln(v) +a2ln(s) (3.6)Đặt: y = ln(Ra); x1 = ln(vi); x2 = ln(si);

Ln(Rz) = bo + b1ln(v) +b2ln(s) (3.7)Đặt: y1 = ln(Ra); x1 = ln(vi); x2 = ln(si);

Ta sẽ được phương trình mới:

y = a0 + a1 x1 + a2 x2 (3.8)

y1 = b0 + b1 x1 + b2 x2 (3.9)Dạng tổng quát:y = a0 + a1x1 + a2x2 + + anxn (3.10) Bài toán trở thành xác định hàm hồi quy thực nghiệm nbiến số Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu Bố tríthí nghiệm sao cho có tính chất của ma trận trực giao cấp 1

Với thực nghiệm có hai biến đầu vào (chiều sâu cắtchon cố định t = 0,5 mm) Vì vậy số thí nghiệm cần làm là

N = 22 = 4 thí nghiệm tại các đỉnh đơn hình đều và 2 thínghiệm ở trung tâm, ta lập bảng quy hoạch thực nghiệm vàtiến hành làm thực nghiệm:

Hàm hồi quy của Ra:y = 1,44 – 0,267x1 – 0,0925x2

Hàm hồi quy của Rz:y1 = 7,02 – 1,15x1 – 0,295x2

Như vậy hàm hồi quy nhám bề mặt Ra; Rt:

lnRa = ln(1,44) - 0,267lnV - 0,0925lnS lnRz = ln(7,02) -1,15lnV - 0.295lnS

Sau khi đổi biến có quan hệ giữa nhám bề mặt Ra vớichiều sâu cắt t và lượng chạy dao S theo hàm sau:

0925 0 267

0

2066 ,

R a

295 0 15 ,

1 971 ,

Luong chay dao s(mm/r)

Quan he giua Ra voi v,s

Van toc dai v(m/ph)

Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa v, s với R z

3.6 Thảo luận kết quả

Kết quả hồi qui đã cho biết quan hệ giữa độ nhám bềmặt và các thông số của chế độ cặt V, S được thể hiện ởphương trình (3.11; 3.12)

0 267 0 0925

.

2066 ,

R a

295 0 15 , 1

971 ,

120 140 160 180 200

0 0.05

0.1 0.15

Quan he giua Rz voi v,s

Luong chay dao s(mm/r)

hưởng của V lớn hơn ảnh hưởng của S (số mũ có giá trịtuyệt đối lớn hơn).

- Khi giảm V, tăng S thì nhấp nhô bề mặt Ra, Rt

tăng Nguyên nhân: Khi đó thì số lần lưỡi cắt đi qua mộtđiểm trên bề mặt gia công giảm nên độ nhám bề mặt tăng

- Khi tăng V, giảm S thì nhấp nhô bề mặt Ra, Rt

tăng Nguyên nhân: Khi đó thì số lần lưỡi cắt đi qua mộtđiểm trên bề mặt gia công tăng mức độ trà sát của dụng cụcắt lên bề mặt gia công tăng và xẩy ra hiện tượng dính bết

- Từ phương trình (3.11), (3.12) trên cho ta khả năngxác định giá trị cảu Ra, Rz tại thời điểm bất kỳ, với chế độcắt bất kỳ trong quá trình gia công

3.7 Kết luận chương 3

Nội dung chính của chương này là tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận tốc cắt v

và lượng chạy dao s khi chiều sâu cắt t = 0,5 mm đến

độ nhám bề mặt chi tiết gia công vật liệu thép không rỉ SUS201 khi phay băng dao phay mặt đầu thép gió phủ TiAlN Thực hiện trong điều kiện sản xuất thực tế trên máy phay CNC tại trường Đại học Kỹ Thuật Công

Nghiệp Thái Nguyên Trong đó tập trung giải quyết được một số vấn đề sau:

 Xây dựng được mô hình định tính của quá trình giacông bắt đầu từ các yếu tố đầu vào đến khi thực hiện và kếtthúc quá trình

 Đã tiến hành thí nghiệm thành công và thu được kết quảđảm bảo độ tin cậy

 Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số chế độcắt (v, s) khi chiều sâu cắt t = 0,5 mm đến độ nhám bề mặtchi tiết gia công vật liệu thép không gỉ SUS201 khi phaybằng dao phay mặt đầu thép gió phủ TiAlN cụ thể như ởcông thức (3.11); (3.12)

0925 0 267

0

2066 ,

R a

295 0 15 ,

1 971 ,

R z

 Từ phương trình trên ta thấy khi tăng lượng chạy dao S

và vận tốc cắt thì trong khoảng khảo sát thấy độ nhámgiảm Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết khi giacông thép không gỉ

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU