Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của tham số công nghệ tới chất lượng bề mặt khi PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

Đề tài Nghiên cứu khoa học nói về sự ảnh hưởng của tham số công nghệ tới chất lượng bề mặt khi phay cao tốc hợp kim nhôm. Với kết quả đạt được có thể áp dụng vào thực tiễn nên đây hoàn toàn có thể dùng để là luận văn báo cáo khoa học cao học hay phát triển lên thành luận văn thạc sỹ, tiến sỹ. Các bạn mua tài liệu pm vào đây:https://www.facebook.com/phamvan.hiep.56 để mình gửi toàn bộ tài liệu và tư vấn thắc mắc. Vì dung lượng nặng lên mình không upload lên đây được.

MỤC LỤC

Trang

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2

DANH MỤC CÁC BẢNG HÌNH VẼ 3

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHAY TỐC ĐỘ CAO 5

1.1.Hiện trạng nghiên cứu và phát triển của công nghệ phay tốc độ cao 5

1.1.1 Khái niệm phay tốc độ cao 5

1.1.2 Ưu điểm của phay tốc độ cao 5

1.1.3 Ứng dụng của phay tốc độ cao 7

1.1.4 Hướng phát triển mới trong công nghệ gia công cao tốc 7

1.2 Hiện trạng gia công hợp kim nhôm và ứng dụng 8

1.2.1 Hợp kim nhôm 8

1.2.2 Gia công hợp kim nhôm và ứng dụng 9

1.3 Một số vấn đề còn tồn tại 10

1.4 Nội dung nghiên cứu 11

CHƯƠNG 2 ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ TỚI CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI PHAY TỐC ĐỘ CAO HỢP KIM NHÔM 6061 12

2.1 Thiết bị và vật liệu thí nghiệm 12

2.1.1 Thiết bị thí nghiệm 12

2.1.2 Vật liệu thí nghiệm 14

2.3 Kết quả và phân tích 17

2.4 Ứng dụng vào gia công cánh tuabin thủy lực 22

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1 Ưu điểm của đề tài.

………

………

………

………

………

2 Nhược điểm của đề tài. ………

………

………

………

3 Kết luận. ………

………

………

………

Đánh giá Hà Nội, ngày…tháng…năm 2015 ……… Giáo viên hướng dẫn

ThS ĐOÀN TẤT KHOA

DANH MỤC CÁC BẢNG HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1 Biểu đồ so sánh gia công thông thường và gia công tốc độ cao 6

Hình 2.1 Máy phay CNC Spinner U5- 620 12

Hình 2.2 Dụng cụ cắt 13

Hình 2.3 Máy đo độ nhám TR200 14

Hình 2.4 Sản phẩm cánh tuabin thủy lực 23

Bảng 2.1.Thông số của dụng cụ cắt 13

Bảng 2.2 Thành phần các nguyên tố hóa học trong hợp kim nhôm 6061 14

Bảng 2.3 Đặc tính và cơ tính của hợp kim nhôm 15

Bảng 2.4 Miền giá trị các tham số công nghệ 15

Bảng 2.5 Các thí nghiệm 16

Bảng 2.6 Các thí nghiệm tại tâm 16

Bảng 2.7 Ma trận thực nghiệm 18

Bảng 2.8 Giá trị các hệ số trong phương trình hồi qui 18

Bảng 2.9 Kết quả thí nghiệm tại tâm 19

Bảng 2.10 Tính toán theo phương trình 20

Bảng 2.11: Kết quả tính bước chuyển động δj của các yếu tố 21

Bảng 2.12 Kết quả thí nghiệm leo dốc 22

Đây là một trong số phương pháp gia công mang lại hiệu quả kinh tế caonếu như chúng ta biết đầu tư đúng hướng và nắm bắt tốt công nghệ Chính vì thế

đề tài này của em nghiên cứu về các tham số công nghệ trong phay cao tốc hợpkim nhôm- là một phần trong gia công cao tốc

Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS.Đoàn Tất Khoa và GV.Nguyễn VănToàn đã hướng dẫn và chỉ bảo cho em rất tận tình để em hoàn thành đề tài này

Do khả năng thực tế còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những sai sót

Em rất mong được sự chỉ bảo tận tình của thầy cô và bạn bè để chúng em hiểuthêm về kiến thức chuyên môn

Hà nội, ngày…tháng…năm 2015

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHAY TỐC ĐỘ CAO 1.1.Hiện trạng nghiên cứu và phát triển của công nghệ phay tốc độ cao

1.1.1 Khái niệm phay tốc độ cao

Phay tốc độ cao là một trong những phương pháp gia công hiện đại cònđược biết đến với thuật ngữ High Speed Milling (HSM) Định nghĩa đầu tiên vềphay cao tốc được đưa ra năm 1931 bởi Carl Salomon Ông cho rằng khi phayvới tốc độ cắt gấp 5- 10 lần tốc cắt khi phay thông thường thì nhiệt độ phoi sẽgiảm Trên thực tế phay tốc độ cao được hiểu là phương pháp gia công có tốc độtrục chính và tốc độ chạy dao của máy cao Với từng máy và dụng cụ cụ thể màdải tốc độ cắt khác nhau cho những vật liệu cắt khác nhau và chiến lược gia côngkhác nhau

1.1.2 Ưu điểm của phay tốc độ cao

So với phương pháp phay truyền thống thì phay tốc độ cao có những ưuđiểm nổi bật như:

+ Nhiệt độ của dụng cụ cắt và của phôi luôn được duy trì ổn định ở mứcthấp trong phay tốc độ cao, điều này giúp kéo dài tuổi thọ của dụng cụ vàduy trì được trang thái của vật liệu phôi

+ Trong phay tốc độ cao thì chiều sâu cắt nhỏ, vì thế lực cắt tác động lên dao

và trục chính nhỏ Do đó, đảm bảo an toàn cho hệ thống trục chính, hệthống dẫn hướng và vít me bi cũng như hạn chế được sự va chạm mạnhtrong quá trình gia công giảm thiểu tối đa rủi ro cho độ cứng vững của hệthống công nghệ

+ Phay tốc độ cao có thể gia công được các hốc có thành rất mỏng, cácthành có độ dày khoảng 0,2mm và cao 20mm Trong quá trình gia công,

sự tiếp xúc giữa lưỡi cắt và phôi trong thời gian rất nhỏ tránh sự dao động

dẫn đến sự sai lệch của thành gia công Ngoài ra dụng cụ cắt sử dụng trongphương pháp gia công này phải có lưỡi cắt nhỏ và sắc.

+ Phay tốc độ cao tối ưu hóa được công nghệ làm khuôn Đặc biệt đối vớicông nghệ tạo mẫu nhanh thì gia công cao tốc tỏ ra vượt trội so với cácphương pháp khác, đặc biệt đối nhôm thì pahy tốc độ cao tỏ ra vượt trội sovới phay thông thường

+ Phay tốc độ cao đạt được độ chính xác cao và chất lượng bề mặt cao.Thông thường gia công tinh trong phay tốc độ cao đạt độ nhám bề mặt0,6µm so với phương pháp thông thường là 0,1- 0,2 mm Qua đó có thể ápdụng phay tốc độ cao vào chế tạo các chi tiết có độ chính xác cao phục vụtrong y tế hoặc công nghiệp hàng không, vũ trụ

=> Với các ưu điểm trên thì phay tốc độ cao rút ngắn được thời gian chuẩn

bị sản xuất, giảm thiểu các nguyên công qua đó rút ngắn thời gian sảnxuất, tăng chất lượng sản phẩm, qua đó tăng năng suất và lợi nhuận

Kết quả thực tế so sánh giữa gia công thông thường và gia công cao tốcđược thể hiện qua biểu đồ dưới đây:

Hình 1.1 Biểu đồ so sánh gia công thông thường và gia công tốc độ cao

Phương pháp thực tế: phay sử dụng dao phay cầu

Phay truyền thống: Dc= 20 (mm); vc= 100 (m/phút); fz= 0.1(mm/răng).Phay cao tốc: Dc= 20 (mm); vc= 900 (m/phút); fz= 0.05 (mm/răng)

1.1.3 Ứng dụng của phay tốc độ cao

Với những ưu điểm nổi bật trên, phay tốc độ cao được ứng dụng trong cáclĩnh vực công nghiệp chính sau:

+ Công nghiệp gia công nhôm: sản xuất ra các bộ phận của ô tô, các chi tiếtmáy tính nhỏ và các thiết bị y tế

+ Công nghiệp hàng không: để gia công các chi tiết bằng nhôm có thànhmỏng

+ Công nghiệp khuôn mẫu: để gia công tinh các lòng khuôn cần độ chínhxác cao

1.1.4 Hướng phát triển mới trong công nghệ gia công cao tốc

Với những thành công to lớn mà phay tốc độ cao mang lại, các trung tâmnghiên cứu ở nước ta đang dần phát triển nghiên cứu đưa ra các kết quả để ápdụng thực tiễn vào quá trình sản xuất ở nước ta Cụ thể các nghiên cứu tập trungvào các tham số công nghệ đối với từng vật liệu để tìm ra các miền giá trị tối ưunhất khi phay tốc độ cao với từng chiến lược chạy dao khác nhau

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật nói chung và các trungtâm công nghệ nói riêng thì việc tìm, đưa ra và áp dụng các hướng phát triển mớitrong gia công cao tốc mang lại lợi ích hết sức to lớn trong công nghiệp sản xuấtchế tạo Hiện nay một số hướng phát triển được tập trung vào như:

+ Thành lập các trung tâm gia công cao tốc: yêu cầu sản phẩm gia côngngày càng đa dạng và phức tạp cần thực hiện trong nhiều bước với cácnguyên công khác nhau trên các máy khác nhau thì việc thành lập cáctrung tâm gia công sẽ giảm được thời gian vận chuyển, thời gian thiết lậpqui trình công nghệ trên các máy khác nhau Áp dụng vào gia công hàngloạt và phát triển các trung tâm gia công cao tốc thành các dây chuyền sảnxuất tự động sẽ mang lại lợi ích to lớn cho xã hội

+ Tự động hóa trong gia công cao tốc: quá trình gá đặt và vận chuyển bánthành phẩm chiếm một thời gian lớn trong quá trình gia công nên tronghướng phát triển mới cần giảm thiểu thời gian này Việc thành lập cáctrung tâm gia công cũng như sử dụng robot trong việc gá đặt và lấy sảnphẩm tự động giảm thiểu được thời gian trễ này Bên cạnh đó, việc ápdụng dây chuyền sản xuất tự động khắc phục được thời gian máy khônghoạt động khi không có công nhân, qua đó nâng cao năng suất, hạ giáthành sản phẩm.

+ Nghiên cứu, phát triển các máy gia công tiên tiến, các máy nhiều trục: sảnphẩm gia công đòi hỏi ngày càng đạt độ phức tạp về hình dáng và chấtlượng sản phẩm gia công, áp dụng các máy tiên tiến vào gia công đáp ứngđược các yêu cầu kể trên Các máy nhiều trục có thể gia công được các chitiết phức tạp và có thể thực hiện được nhiều nguyên công trên một máy,điều này giúp giảm thời gian gá đặt và giảm sai số gá đặt tích lũy qua đónâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất Hiện nay, người ta đã sử dụngmáy CNC 5 trục để gia công tuabin khí cũng như các khuôn phức tạp

1.2 Hiện trạng gia công hợp kim nhôm và ứng dụng

mòn cao trong khí quyển, do đó chúng có thể dùng trong đa ngành màkhông cần sơn bảo vệ.

nhưng do nhôm nhẹ hơn nên chúng được sử dụng nhiều hơn bởi nếu cùngtruyền một dòng điện thì dây nhôm nhẹ hơn bằng 1/2; ít bị nung nóng hơn.+ Tính dẻo: Rất dẻo, nên rất thuận lợi cho việc kéo thành dây, tấm, lá, băng,

cửa, các loại tản nhiệt rất thuận tiện khi sản xuất)

+ Nhiệt độ nóng chảy: Tương đối thấp nên thuận tiện cho việc nấu chảy khiđúc, nhưng cũng làm nhôm và hợp kim nhôm không sử dụng được ở nhiệt

độ cao hơn 300-400 độ C

+ Độ bền, độ cứng: Thấp

Phân loại: Hợp kim nhôm được chia làm 2 loại: Hợp kim nhôm biến dạng

và hợp kim nhôm đúc

1.2.2 Gia công hợp kim nhôm và ứng dụng

gọt của các hợp kim nhôm được đánh giá qua các tiêu chuẩn khác nhau như: tuổithọ dụng cụ cắt, chất lượng bề mặt, phoi thoát trong quá trình gia công và tốc độcắt vật liệu Điều này được quyết định dựa vào thành phần và hàm lượng cácnguyên tố có trong hợp kim Ví dụ như đối với hợp kim nhôm 319, hàm lượngnguyên tố đồng (Cu) trong hợp kim có tác dụng làm giảm lực cắt Với các ưuđiểm và độ nhẹ và ít bị ăn mòn nên hợp kim nhôm được sử dụng rất rộng rãitrong các ngành công nghiệp hang không, vận tải, các thiết bị y tế Phương phápgia công hợp kim nhôm trên thế giới cũng rất đa dạng nhưng áp dụng rộng rãi và

có hiệu quả nhất là phay cao tốc

Trong nước: Gia công hợp kim nhôm mới được áp dụng ở nước ta trongthời gian gần đây Với các phương tiện máy móc cho phép, nước ta chủ yêu giacông hợp kim nhôm bằng phương pháp phay tốc độ cao, sản phẩm được ứngdụng chủ yếu trong công nghệ khuôn mẫu.

1.3 Một số vấn đề còn tồn tại

Gia công tốc độ cao hợp kim nhôm đòi hỏi cần có thiết bị máy móc hiệnđại Phay tốc độ cao cần thực hiên trên các máy phay CNC Ngoài ra, tùy vàohợp kim nhôm, vật liệu dao và chiến lược chạy dao khác nhau mà cần có cáctham số công nghệ khác nhau Những đòi hỏi đó đặt ra các vấn đề còn tồn tại:+ Yêu cầu chất lượng sản phẩm khác nhau cho ta các tham số khác nhau.+ Máy và thiết bị có đáp ứng được các tham số gia công

+ Vật liệu gia công: hợp kim nhôm có nhiều loại với các đặc tính và cơ tínhkhác nhau nên cần xác định các tham số khác nhau cho từng loại

+ Dụng cụ cắt: Tùy từng loại dụng cụ cắt với vật liệu, kích thước khác nhau

mà cho ta các tham số khác nhau

+ Chiến lược gia công: Tùy vào từng chiến lược gia công mà các tham số cócác giá trị khác nhau

Từ các vấn đề còn tồn tại trên nên khi nghiên cứu và áp dụng ta cần xácđịnh cụ thể các yếu tố: chất lượng sản phẩm, máy móc, vật liệu gia công, dụng

cụ cắt và chiến lược gia công để từ đó xác định được các tham số công nghệ tối

ưu để gia công tạo ra sản phẩm đó

1.4 Nội dung nghiên cứu

Từ các vấn đề còn tồn tại trên mà em tiến hành nghiên cứu này để xácđịnh ra các tham số công nghệ tối ưu khi phay tốc độ cao hợp kim nhôm 6061trên máy phay CNC Spinner U5- 620 bằng dao phay cầu Ø6 với chiến lược chạydao thẳng với các đường chạy dao 100mm

Với các thông số đầu vào như trên, ta thực hiện nghiên cứu để tìm ra cáctham số công nghệ tối ưu với 3 tham số:

+ Số vòng quay trục chính: n vòng/phút

Để đảm bảo cho chất lượng bề mặt theo yêu cầu, cụ thể là giá trị độ nhám

những có thể rút ngắn được các bước gia công tiếp theo mà đối với bề mặt khôngđòi hỏi thì vẫn có thể đáp ứng giá trị mong muốn, từ đó nâng cao tuổi bền củachi tiết khi đưa vào sử dụng Từ giá trị độ nhám yêu cầu, ta tiến hành thí nghiệmtheo tiến trình:

+ Từ đặc tính vật liệu và thông số dụng cụ cắt, dựa vào catalog mà các hãngdao cung cấp ta xác định được miền giá trị cho từng tham số trong 4 tham

số trên

+ Dựa vào phương pháp quy hoạch thực nghiệm ta xây dựng các thí nghiệm

từ các tham số trên và tiến hành đo độ nhám bề mặt cho từng thí nghiệm + Giải bài toán tối ưu để tìm ra giá trị tối ưu cho từng tham số

+ Áp dụng các tham số đó vào việc gia công cánh tuabin, kiểm tra chấtlượng bề mặt sau khi gia công và đưa ra kết luận

CHƯƠNG 2 ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ TỚI CHẤT LƯỢNG BỀ

MẶT KHI PHAY TỐC ĐỘ CAO HỢP KIM NHÔM 6061

2.1 Thiết bị và vật liệu thí nghiệm

2.1.1 Thiết bị thí nghiệm

Máy: Thí nghiệm được thực hiện trên máy phay CNC Spinner U5- 620

Hình 2.1 Máy phay CNC Spinner U5- 620

Thông số của máy:

+ Hành trình trục X: 620mm

+ Hành trình trục Y: 520mm

+ Hành trình trục Z: 460mm

+ Tốc độ quay trục chính tối đa: 12000 vòng/ phút

+ Công suất động cơ trục chính: 11kW

+ Số dao trên ổ chứa dao: 32 dao.

+ Khối lượng: 6500- 8500 kg

+ Kích thước máy (LxWxH): 2600x2350x2750 mm

Dụng cụ cắt: Thí nghiệm sử dụng dao phay cầu

Hình 2.2 Dụng cụ cắt Bảng 2.1.Thông số của dụng cụ cắt

Thông số Số lưỡi cắt Chiều dài

lưỡi cắt

Chiều dài dao

Vật liệu làm dao

với độ cứng65HRCThiết bị đo: Sử dụng máy đo độ nhám TR200 với các thông số:

+ Thông số độ nhám: Ra, Rz, Rq

+ Hệ đo: metric, English

+ Độ phân giải hiển thị: 0,01

+ Dải đo: 20, 40, 80

+ Chiều dài lấy mẫu giới hạn: 0,25mm; 0,8mm; 2,5mm; Auto

+ Chiều dài lấy mẫu max: 17,5mm.

+ Chiều dài lấy mẫu min: 1,3mm

Thí nghiệm sử dụng hợp kim nhôm 6061

Bảng 2.2 Thành phần các nguyên tố hóa học trong hợp kim nhôm 6061

0,4-≤0,7 0,15

- 0,4

≤0,15

1,2

0,8-0,35

0,04-≤0,25 ≤0,15 0,05-

0,15

Bảng 2.3 Đặc tính và cơ tính của hợp kim nhôm

Khối lượng riêng 2,7 g/cm3

Tiến hành thí nghiệm trên 3 tham số công nghệ Dựa vào các thí nghiệm

cơ sở, ta xác định được các miền giá trị của các tham số công nghệ:

Bảng 2.4 Miền giá trị các tham số công nghệ

Bảng 2.6 Các thí nghiệm tại tâm

Ta thu được ma trận thực nghiệm với các biến mã và kết quả đo Ra nhưsau:

Thiết lập phương trình hồi qui dạng: y= a0 + a1x1 + a2x2 + a3x3

Từ kết quả thực nghiệm, ta tính các hệ số ai theo công thức:

1 0

n

i i

y a

n

j i

i

z y a

N



Từ số liệu bảng 6 và áp dụng công thức trên ta thu được kết quả:

Bảng 2.8 Giá trị các hệ số trong phương trình hồi qui

th b

S S

Tra bảng phân phối phân vị Student với mức ý nghĩa p= 0,05; f= N0-1= 2

ta có t0,05(2)= 2,91999 Vậy các hệ số ti đều lớn hơn t0,075(2) nên các hệ số củaphương trình hồi qui đều có nghĩa

Vậy phương trình hồi qui có dạng:

yL= 0,31525.10-3+ 0,02475.10-3x1+ 0,01575.10-3x2+ 0,02025.10-3x3

(vì các tham số tính theo mm còn y tính theo µm nên các hệ số cần qui đổi

về cung đơn vị với y)

Kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi qui với thực nghiệm: thaycác giá trị của tham số vào phương trình sau đó so sánh với kết quả thí nghiệm tacó:

Bảng 2.10 Tính toán theo phương trình

du th

S

F

Tra bảng phân vị phân bố Fisher với: p= 0,05; f1= N- L= 4; f2= N0- 1= 2, tacó: F1p F0,095 (4;2) 19,3  Vậy F< F0,095(4;2) nên phương trình hồi qui tươngthích với thực nghiệm với mức ý nghĩa 95%.

Từ mức cơ sở của các yếu tố và phương trình hồi qui tuyến tính đối vớihàm mục tiêu ta tính các bước chuyển động δj (j=1, 2, 3) Kết quả được trình bày

Yếu tố

TN

n (vòng/phút)

Nhìn vào bảng kết quả, ta thấy kết quả thí nghiệm ở thí nghiệm 2 là cho

Ra nhỏ nhất Từ đó ta xác định được giá trị tối ưu cho các tham số công nghệ khiphay tinh cao tốc hợp kim nhôm 6061 là:

+ n= 11125 vòng/phút

+ vf= 2657 mm/phút

+ ap= 0,41mm

2.4 Ứng dụng vào gia công cánh tuabin thủy lực

Dùng các giá trị trên cho các tham số công nghệ để phay cánh tuabin thủylực trên máy phay Spinner U5- 620 Tuabin gồm 12 cánh (6 cánh lớn và 6 cánhnhỏ) với đường kính lớn nhất ở chân cánh là 180mm Các thông số cánh đượcxây dựng thông qua mẫu sẵn bằng phương pháp quét điểm ảnh

Sản phẩm sau khi tiến hành gia công: