Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao và chế độ cắt đến năng suất và nhám bề mặt khi gia công mặt cầu lồi trên trung tâm CNC 5 trục

- Đánh giá mức Ďộ ảnh hưởng của các thông số công nghệ Ďầu vào góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t Ďến các thông số công nghệ Ďầu ra lực cắt F, chiều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÙI LONG VỊNH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC NGHIÊNG TRỤC DAO VÀ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI GIA CÔNG MẶT CẦU LỒI TRÊN TRUNG TÂM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam Ďoan Ďây là công trình nghiên cứu của tôi Tất cả các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chƣa từng Ďƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Ďến thầy hướng dẫn GS.TS Trần Văn Địch Ďã tận

tình hướng dẫn và hỗ trợ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Ďến thầy TS Nguyễn Ngọc Kiên Ďã giúp Ďỡ tôi trong

thời gian làm luận án

Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, Viện Ďào tạo sau Ďại học, Viện Cơ Khí, bộ môn Công

nghệ chế tạo máy, bộ môn cơ khí chính xác và quang học, Trung tâm hỗ trợ Ďào tạo nghiên

cứu và Ďổi mới công nghệ cơ khí Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Ďã tạo Ďiều kiện tốt

nhất Ďể tôi hoàn thành luận án

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả

Bùi Long Vịnh

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CAD : Computer Aided Design (Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính)

CAM : Computer Aided Manufacturing (Gia công có sự trợ giúp của máy tính)

LCD : Liquid Crystal Display (Màn hình tinh thể lỏng)

Nf : Number of flute cut (số lưỡi cắt của dao)

Pt : phần trăm ảnh hưởng của yếu tố chiều sâu cắt

Ra : Sai lệch trung bình số học của profin

S/N : Signal to Noise (Độ sạch của tín hiệu)

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3 1 Đặc tính kỹ thuật của máy Mikron UCP600 41

Bảng 3 2 Thành phần vật liệu của thép SKD11 42

Bảng 3 3 Đặc tính kỹ thuật của dao phay cầu EMC56 43

Bảng 3 4 Đặc tính kỹ thuật của máy Ďo nhám Surtronic Duo 44

Bảng 3 5 Đặc tính kỹ thuật của máy VHX 45

Bảng 3 6 Đặc tính kỹ thuật cân Ďiện tử JWP 45

Bảng 3 7 Bảng trực giao OA25(54) 46

Bảng 3 8 Giá trị cho phép của thông số công nghệ khi gia công thép SKD11 47

Bảng 3 9 Kết quả thực nghiệm Ďo lực cắt 49

Bảng 3 10 Kết quả thực nghiệm Ďo chiều cao mòn dao h s 57

Bảng 3 11 Kết quả thực nghiệm Ďo nhám bề mặt R z 65

Bảng 3 12 Kết quả thực nghiệm Ďo năng suất gia công Q 73

Bảng 4 1 Thông số chế Ďộ cắt……….……….99

Bảng 4 2 Kết quả thử nghiệm chế Ďộ cắt thu Ďƣợc 99

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Trung tâm gia công CNC 5 trục kiểu bàn xoay AC 4

Hình 1 2 Trung tâm gia công CNC 5 trục kiểu Ďầu quay AB 5

Hình 1 3 Trung tâm gia công CNC 5 trục AC kiểu kết hợp Ďầu quay và bàn quay 6

Hình 1 4 Góc nghiêng trục dao 7

Hình 1 5 Các dạng nghiêng của dao 7

Hình 1 6 Trục dao nghiêng góc không Ďổi trên suốt Ďường dẫn dao 7

Hình 1 7 Góc nghiêng dao thay Ďổi trên dường dẫn dao 8

Hình 1 8 trục dao luôn Ďi qua một Ďiểm 8

Hình 1 9 trục dao luôn vuông góc với một Ďường thẳng 8

Hình 1 10 Trục dao nằm trong mặt phẳng tiếp dẫn 9

Hình 1 11 Trục dao nằm trong mặt phẳng pháp dẫn 9

Hình 1 12 Tối ưu hóa góc nghiêng trục dao 9

Hình 1 13 Dao phay ngón Ďầu phẳng 10

Hình 1 14 Dao phay ngón Ďầu cầu Error! Bookmark not defined.10 Hình 1 15 Khả năng hớt Ďi lượng dư của dao phay ngón Ďầu phẳng và Ďầu cầu khi gia công mặt phẳng 11

Hình 1 16 Khả năng hớt Ďi lượng dư của dao phay ngón Ďầu phẳng và Ďầu cầu khi gia công mặt phẳng 11

Hình 1 17 Khả năng hớt Ďi lượng dư của dao phay ngón Ďầu phẳng và Ďầu cầu khi gia công mặt cầu lồi 11

Hình 1 18 Khả năng hớt Ďi lượng dư của dao phay ngón Ďầu phẳng và Ďầu cầu khi gia công mặt cầu lõm 12

Hình 1 19 Thông số hình học của dao phay cầu 12

Hình 1 20 Mặt cắt ngang dao phay cầu 13

Hình 1 21 Mô hình lưỡi cắt trên phần cầu 14

Hình 1 22 Hình học của lưỡi cắt và các mặt phẳng chiếu 14

Hình 2 1 Quan hệ giữa lực cắt và Ďường dịch chuyển dụng cụ…… ……… 20

Hình 2 2 Mô tả dụng cụ cắt bề mặt có chiều dày cắt 21

Hình 2 3 Ảnh hưởng của t , S Ďến Px Py Pz, 22

Hình 2 4 ảnh hưởng của v Ďến Pz Py Px , 22

Hình 2 5 Các dạng mài mòn dụng cụ cắt 23

Hình 2 6 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian 24

Hình 2 7 Các chỉ tiêu Ďánh giá lượng mài mòn mặt sau và mặt trước 25

Hình 2 8 Cơ chế mòn phụ thuộc vào nhiệt Ďộ 27

Hình 2 9 Quan hệ tổng quát giữa T và V khi phay thép bằng hợp kim cứng 28

Hình 2 10 Quan hệ V-T Ďơn Ďiệu khi gia công gang bằng dao hợp kim cứng và P18 28

Hình 2 11 Quan hệ T-S 29

Hình 2 12 Quan hệ T-t 30

Hình 2 13 Profin bề mặt chi tiết máy 31

Hình 2 14 Ảnh hưởng của một số yếu tố của quá trình cắt Ďến Ďộ nhấp nhô của bề mặt gia công 33

Hình 2 15 Sự thay Ďổi của ứng suất dư theo chiều sâu chi tiết trong kim loại 33

Hình 2 16 Biểu Ďồ về Ďộ cứng nguội H và chiều sâu lớp cứng nguội 34

Hình 2 17 Ảnh hưởng của V,S , Ďến ứng suất tiếp T và 34

Hình 2 18 Các Ďại lượng Ďể xác Ďịnh năng suất cắt khi phay 36

Hình 3 1 sơ Ďồ thực nghiệm ……… 39

Hình 3 2 Máy phay Mikron UCP600 41

Hình 3 3 Thông số hình học của chi tiết thí nghiệm 42

Hình 3 4 Dao phay cầu EMC56 43

Hình 3 5 Lực kế khi phay 43

Hình 3 6 Máy Ďo nhám Surtronic Duo 44

Hình 3 7 Kính hiển vi kỹ thuật số VHX Z-450 44

Hình 3 8 Đường quan hệ thực nghiệm và dự Ďoán Error! Bookmark not defined.48 Hình 3 9 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và vận tốc cắt (V) tới lực cắt F 50

Hình 3 10 Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt ( t) và vận tốc cắt (V) tới lực cắt F 50

Hình 3 11 Đồ thị ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao và vận tốc cắt (V) tới lực cắt F 51 Hình 3 12 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và chiều sâu cắt (t) tới lực cắt F 51

Hình 3 13 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao S và góc nghiêng trục dao Ďến F 52

Hình 3 14 Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt t và góc nghiêng trục dao Ďến F 52

Hình 3 15 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của vận tốc cắt 54

Hình 3 16 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của lượng tiến dao 55

Hình 3 17 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của chiều sâu cắt 55

Hình 3 18 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao 56

Hình 3 19 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và vận tốc cắt (V) Ďến hs 58

Hình 3 20 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian cắt T và vận tốc cắt V Ďến hs 58

Hình 3 21 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và thời gian cắt( T) Ďến hs 59

Hình 3 22 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và thời gian cắt (T) Ďến hs 59

Hình 3 23 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và góc nghiêng trục dao ( ) tới hs 60

Hình 3.24 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian cắt T và góc nghiêng trục dao ( ) tới hs 60

Hình 3 25 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của vận tốc cắt 62

Hình 3 26 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của lượng tiến dao 63

Hình 3 27 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của thời gian cắt 63

Hình 3 28 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao 64

Hình 3 29 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và vận tốc cắt (V) tới Rz 66

Hình 3 30 Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt t và vận tốc cắt (V) tới Rz 66

Hình 3 31 Đồ thị ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao và tốc Ďộ tiến dao (V) tới Rz 67

Hình 3 32 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và chiều sâu cắt (t) tới Rz 67

Hình 3 33 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao S và góc nghiêng trục dao ( ) tới (Rz) 68

Hình 3 34 Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt (t) và góc nghiêng trục dao ( ) tới Rz 68

Hình 3 35 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của vận tốc cắt 70

Hình 3 36 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của lượng tiến dao 71

Hình 3 37 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của chiều sâu cắt 71

Hình 3 38 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao 72

Hình 3 39 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và vận tốc cắt (V) tới (Q) 74

Hình 3 40 Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt t và vận tốc cắt (V) tới (Q) 74

Hình 3 41 Đồ thị ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao( ) và vận tốc cắt (V) tới (Q) 75

Hình 3 42 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và chiều sâu cắt (t) tới (Q) 75

Hình 3 43 Đồ thị ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và góc nghiêng trục dao ( ) tới Q 76

Hình 3 44 Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt (t) và góc nghiêng trục dao ( ) tới Q 76

Hình 3 45 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của vận tốc cắt 78

Hình 3 46 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của lượng tiến dao 79

Hình 3 47 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của chiều sâu cắt 79

Hình 3 48 Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của góc nghiêng dao 80

Hình 4 1 Sơ Ďồ xây dựng bài toán tối ưu khi phay trên trung tâm gia công ……… 82

Hình 4 2 Nghiệm tối ưu Pareto và các Ďiểm hữu hiệu 88

Hình 4 3 Biên tối ưu Pareto (a), quan hệ giữa các nghiệm trong miền tối ưu Pareto (b) 88

Hình 4 4 Khoảng cách của 1 và 2 dựa trên J 90

Hình 4 5 Bầy Ďàn cá thể trong không gian tìm kiếm 2 chiều 91

Hình 4 6 Cấu trúc liên kết của các lân cận 92

Hình 4 7 Phương pháp PSO 92

Hình 4 8 Lưu Ďồ giải thuật PSO 94

Hình 4 9 Lưu Ďồ giải thuật PSO tìm miền Pareto 95

Hình 4 10 Sơ Ďồ khối giải thuật PSO tìm nghiệm tối ưu cho hàm Ďơn mục tiêu 96

Hình 4 11 Sơ Ďồ khối lọc biên Pareto 98

Hình 4 12 Đồ thị quan hệ giữa năng suất và Ďộ nhấp nhô tế vi bề mặt 99

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT I DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU II DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ III MỤC LỤC VI MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của Ďề tài 1

2 Mục Ďích và nội dung nghiên cứu của Ďề tài 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

4.Phương pháp nghiên cứu 2

5.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Ďề tài 2

6 Đóng góp mới của Ďề tài nghiên cứu 2

7 Cấu trúc của luận án 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHAY BỀ MẶT 3D TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 5 TRỤC 4

1.1 Đặc Ďiểm tạo hình trên trung tâm gia công CNC 5 trục 4

1.1.1 Cấu hình của trung tâm gia công CNC 5 trục 4

1.1.2 Định hướng dụng cụ trên trung tâm gia công 6

1.2 Dụng cụ gia công bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục 10

1.2.1 Khả năng cắt gọt của dao phay cầu 10

1.2.2 Thông số hình học của dao phay cầu 12

1.2.3 Phương trình lưỡi cắt của dao phay cầu 14

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 15

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 15

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 17

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 19

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH PHAY BỀ MẶT 3D 20

2.1 Lực cắt khi phay 20

2.1.1 Lực cắt trong hệ thống Ďộng lực học quá trình cắt 20

2.1.2 Lực tác dụng lên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt 20

2.1.3 Ảnh hưởng của chế Ďộ cắt Ďến lực cắt 21

2.2 Mòn dao khi phay 23

2.2.1 Mài mòn dụng cụ cắt 23

2.2.2 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ 23

2.2.3 Chỉ tiêu Ďánh giá mài mòn dụng cụ cắt 25

2.2.4 Cơ chế mài mòn dụng cụ cắt 26

2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng Ďến mòn dụng cụ cắt 27

2.3 Chất lượng bề mặt khi phay 31

2.3.1 Tính chất hình học bề mặt gia công 31

2.3.2 Ảnh hưởng của chế Ďộ cắt tới bề mặt chi tiết gia công 32

2.3.3 Ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao Ďến chất lượng bề mặt gia công 35

2.4 Năng suất khi phay 36

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 38

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC BẰNG THỰC NGHIỆM GIỮA GÓC NGHIÊNG TRỤC DAO VÀ CHẾ ĐỘ CẮT VỚI CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẦU RA 39

3.1 Xây dựng mô hình thực ngiệm 39

3.1.1 Sơ Ďồ thực nghiệm 39

3.1.2 Các Ďại lượng Ďầu vào 39

3.1.3 Các Ďại lượng Ďầu ra 40

3.1.4 Các Ďại lượng cố Ďịnh 40

3.1.5 Các Ďại lượng nhiễu 40

3.2 Điều kiện thực nghiệm 40

3.2.1 Máy phay CNC 40

3.2.2 Phôi thực nghiệm 41

3.2.3 Dụng cụ cắt 43

3.3 Các thiết bị Ďo 43

3.4 Thiết kế ma trận thực nghiêm Taguchi 45

3.5 Chỉ tiêu Ďánh giá chất lượng mô hình toán học xác Ďịnh mối quan hệ thực nghiệm 47

3.6 Xác Ďịnh mối quan hệ thực nghiệm 49

3.6.1 Xác Ďịnh mối quan hệ giữa chế Ďộ cắt và các thông số Ďầu ra khi cắt thép SKD11 49

3.6.1.1 Xác Ďịnh mối quan hệ thực nghiệm giữa chế Ďộ cắt và lực cắt F……49

3.6.1.2 Xác Ďịnh mối quan hệ thực nghiệm giữa chế Ďộ cắt và chiều cao mòn mặt sau hs ………56

3.6.1.3 Xác Ďịnh mối quan hệ thực nghiệm giữa chế Ďộ cắt và Ďộ nhám bề mặt Rz……… ………… 64

3.6.1.4 Xác Ďịnh mối quan hệ thực nghiệm giữa chế Ďộ cắt và năng suất cắt Q ……….72

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 81

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO ĐỂ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TỐI ƯU KHI PHAY BỀ MẶT 3D TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG BẰNG DAO PHAY CẦU 82

4.1 Xây dựng bài toán tối ưu khi phay trên trung tâm gia công 82

4.1.1 Xác Ďịnh hàm mục tiêu 83

4.1.2 Xác Ďịnh hàm biên 84

4.1.3 Thành lập bài toán tối ưu Ďa mục tiêu khi phay trên trung tâm gia công 86

4.2 Giải bài toán tối ưu Ďa mục tiêu khi phay trên trung tâm gia công 86

4.2.1 Một số phương pháp giải bài toán tối ưu Ďa mục tiêu 87

4.2.2 Ứng dụng giải thuật PSO Ďể xác Ďịnh miền tối ưu Pareto khi gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục 94

4.3 Xác Ďịnh góc nghiêng trục dao và chế Ďộ cắt tối ưu khi phay trên trung tâm gia công 98

4.3.1 Sử dụng phần mềm viết trên Matlab xác Ďịnh góc nghiêng trục dao và chế Ďộ cắt tối ưu 98

4.3.2 Kiểm nghiệm kết quả 99

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 101

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 107

PHỤ LỤC 1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong kỹ thuật gia công cơ khí thì năng suất, chất lượng và giá thành là các chỉ tiêu mang tính chất quyết Ďịnh Ďến sự tồn tại của sản phẩm trên thị trường Ngày nay việc ứng dụng các máy CNC vào trong kỹ thuật gia công góp phần hạ giá thành, nâng cao năng suất

và Ďộ chính xác gia công sản phẩm cơ khí Một trong những sản phẩm Ďó là khuôn mẫu Các bề mặt khuôn mẫu sau khi gia công thường là sau nhiệt luyện phải qua công Ďoạn mài Đối với các bề mặt có hình dáng phức tạp như khuôn ép phun thì việc gia công mài không phải Ďơn giản Để giải quyết vấn Ďề này có thể khắc phục Ďược bằng cách sử dụng dao phay cầu trên trung tâm gia công CNC 5 trục Ďể gia công tinh bề mặt khuôn Tuy nhiên quá trình cắt bằng dao phay cầu rất phức tạp vì lưỡi cắt của dao phay cầu Ďược bố trí trên mặt cầu nên cơ chế cắt gọt ở các vị trí trên lưỡi cắt là khác nhau Các vị trí Ďó phụ thuộc vào góc nghiêng của trục dao với pháp tuyến của bề mặt chi tiết tại Ďiểm cắt Như vậy bài toán Ďặt ra là xác Ďịnh thông số công nghệ (góc nghiêng trục dao và chế Ďộ cắt) tối ưu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công

Do Ďó Ďề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao và chế độ cắt đến năng suất và nhám bề mặt khi gia công mặt cầu lồi trên trung tâm CNC 5 trục” là cần

thiết và cấp bách Kết quả của Ďề tài làm tài liệu cho nhà công nghệ chọn chế Ďộ cắt khi gia công khuôn trên trung tâm gia công CNC 5 trục và nhà khoa học nghiên cứu về tối ưu hóa

quá trình gia công cắt gọt

2 Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài

- Xây dựng phương pháp Ďể thiết lập và giải bài toán tối ưu hóa Ďa mục tiêu khi gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục

- Tối ưu hóa bộ thông số công nghệ Ďầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) Ďến các thông số công nghệ Ďầu ra (lực cắt F, chiều cao mòn mặt sau hs, nhám bề mặt Rz và năng suất gia công Q)

- Đánh giá mức Ďộ ảnh hưởng của các thông số công nghệ Ďầu vào (góc nghiêng trục dao

θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) Ďến các thông số công nghệ Ďầu ra (lực cắt F, chiều cao mòn mặt sau hs, nhám bề mặt Rz và năng suất gia công Q) khi gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu quá trình phay 5 trục cắt vật liệu SKD11 bằng dao phay cầu

- Nghiên cứu quá trình gia công bề mặt 3D phức tạp trên trung tâm gia công CNC 5 trục bằng dao phay cầu

- Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm và Ďánh giá mức Ďộ ảnh hưởng của các thông số công nghệ Ďầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao

S, chiều sâu cắt t) Ďến các thông số công nghệ Ďầu ra (lực cắt F, chiều cao mòn mặt sau

hs, nhám bề mặt Rz và năng suất gia công Q) bằng phương pháp Taguchi

- Nghiên cứu trí tuệ nhân tạo và giải thuật PSO

- Nghiên cứu tối ưu hóa Ďa mục tiêu

4.Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về các hiện tượng xẩy ra trong quá trình gia công phay

- Phương pháp mô phỏng thực nghiệm

- Nghiên cứu xây dựng các mô hình toán học giữa các thông số công nghệ Ďầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) với các thông số công nghệ Ďầu ra (lực cắt F, chiều cao mòn mặt sau hs, nhám bề mặt Rz và năng suất gia công Q) của phương pháp phay bằng dao phay cầu trên trung tâm gia công CNC 5 trục

- Thiết lập mô hình bài toán tối ưu Ďa mục tiêu với hai chỉ tiêu là năng suất gia công Q và

6 Đóng góp mới của đề tài nghiên cứu

- Xác Ďịnh Ďược mức Ďộ ảnh hưởng của các thông số công nghệ Ďầu vào (góc nghiêng

(lực cắt F, lượng mòn dao mặt sau hs, nhám bề mặt Rz và năng suất cắt Q) khi phay bằng dao phay cầu trên trung tâm gia công CNC 5 trục

- Xây dựng Ďược các hàm toán học của lực cắt F, lượng mòn dao mặt sau hs, nhám bề mặt

Rz và năng suất cắt Q theo các thông số công nghệ (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt

v, lượng tiến dao S và chiều sâu cắt t) khi phay bằng dao phay cầu trên trung tâm gia công CNC 5 trục

- Xác Ďịnh Ďược bài toán tối ưu Ďa mục tiêu cho quá trình phay bề mặt 3D trên trung tâm CNC 5 trục bằng dao phay cầu

- Xác Ďịnh Ďược bộ thông số công nghệ tối ưu trong Ďiều kiện nghiên cứu

- Xây dựng Ďược giải thuật tối ưu PSO tìm miền tối ưu bằng phương pháp Pareto

7 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm 4 chương, nội dung chính của từng chương Ďược tóm tắt như sau:

Chương 1: Tổng quan về phay bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục

Kết luận của chương chỉ ra các tồn tại của các nghiên cứu hiện tại và hướng nghiên cứu của luận án

Chương 2: Một số Ďặc trưng của quá trình phay bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5

trục

Kết quả nghiên cứu của chương làm cơ sở cho các nghiên cứu ở các chương sau

Chương 3: Xây dựng mô hình toán học bằng thực nghiệm giữa góc nghiêng trục dao và

chế Ďộ cắt với các thông số Ďầu ra

Kết quả nghiên cứu của chương là tìm ra Ďược các phương tình toán học biểu diễn mối quan hệ giữa góc nghiêng trục dao và chế Ďộ công nghệ với lực cắt, mòn dao, nhám bề mặt, năng suất

Chương 4: Ứng dụng trí tuệ nhân tạo Ďể xác Ďịnh thông số công nghệ tối ưu khi phay bề

mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục bằng dao phay cầu

Phần cuối cùng là kết luận và Ďề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo của Ďề tài

Tài liệu tham khảo, danh mục các công trình Ďã công bố của luận án và phụ lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHAY BỀ MẶT 3D TRÊN

TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 5 TRỤC

1.1 Đặc điểm tạo hình trên trung tâm gia công CNC 5 trục

1.1.1 Cấu hình của trung tâm gia công CNC 5 trục

Trung tâm gia công phay dùng Ďể gia công khuôn mẫu thường có cấu hình từ 3- 5 trục Việc lập trình chuyển Ďộng Ďược thực hiện nhờ các hệ thống lập trình chuyên dụng chạy trên máy tính Nhược Ďiểm lớn nhất của trung tâm gia công 3 trục là phương của trục dụng

cụ luôn không Ďổi so với bàn máy Một khuynh hướng mới trong sản xuất là dùng trung tâm gia công phay 5 trục Ďiều khiển CNC Sử dụng trung tâm gia công CNC 5 trục cho các lợi thế sau Ďây [13]:

- Giảm thời gian gia công

- Gia công chi tiết có các bề mặt cong phức hợp trong một lần gá

- Nâng cao chất lượng bề mặt

- Tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt

Trung tâm gia công CNC 5 trục có thể Ďưa dụng cụ gia công tới một Ďiểm bất kì và chuyển Ďộng cắt trên bề mặt phôi, Ďồng thời duy trì một góc nghiêng Ďịnh trước so với bề mặt phôi

Các trung tâm gia công CNC 5 trục Ďược phân loại theo vị trí các trục quay Ďược thực hiện Cấu hình có thể là:

- Bàn máy mang phôi quay theo hai trục (kiểu bàn quay)

- Trục chính mang dụng cụ cắt quay theo hai trục (kiểu Ďầu quay)

- Bàn máy thực hiện quay theo 1 trục, trục chính thực hiện quay theo 1 trục (kiểu kết hợp giữa bàn quay và Ďầu quay)

Trung tâm gia công CNC 5 trục có bàn máy quay được theo hai trục (hình 1.1)

Hình 1 1 Trung tâm gia công CNC 5 trục kiểu bàn xoay AC

Ưu điểm:

- Bàn máy quay theo hai trục tạo Ďiều kiện thuận lợi cho quá trình thoát phoi, giúp nâng cao Ďược chất lượng gia công Đối với các chi tiết có dạng hốc, rãnh sâu phoi rất khó thoát ra và trở thành các lưỡi cắt cà vào bề mặt chi tiết Ďã gia công làm giảm chất lượng

bề mặt gia công, tăng lượng mòn dao, có thể làm gẫy dao Đối với các chi tiết dạng này việc sử dụng trung tâm gia công CNC 5 trục kiểu bàn quay Ďể cắt gọt rất có lợi

- Đối với các bề mặt chi tiết có biên dạng không Ďòi hỏi phải nội suy 5 trục Ďồng thời ta

có thể Ďịnh vị 5 trục và gia công theo phương thức 3, 4 trục Bằng cách phối kết hợp hai chuyển Ďộng quay của bàn máy ta có thể Ďưa các bề mặt chi tiết nghiêng một góc xác Ďịnh với trục Z sau Ďó gia công trong mặt phẳng XY Tạo Ďiều kiện thuận lợi cho người mới sử dụng máy 5 trục mà Ďã quen với vận hành máy 3, 4 trục

- Tâm xoay nằm trên bàn máy nên thuận lợi hơn cho việc lập trình gia công

- Kiểu kết cấu này có Ďộ cứng vững cao hơn các kết cấu khác vì trục quay nằm trên bàn máy, nên trong quá trình gia công ít gây ra rung Ďộng

Nhược điểm:

- Các máy kiểu bàn quay thường chỉ dùng cho phôi có kích thước hạn chế

- Không gian gia công thường nhỏ hơn nhiều so với các máy có kết cấu kiểu khác

- Việc thay Ďổi vị trí phôi khác vị trí tâm xoay trên bàn máy gây khó khăn cho việc cài Ďặt thông số của dao và phôi

Các áp dụng quan trọng đối với kiểu này là:

- Cắt 5 mặt của Ďiện cực dùng cho gia công tia lửa Ďiện

- Gia công các phôi chính xác

- Các tuabin và profin lốp xe…

Trung tâm gia công CNC 5 trục có đầu trục chính quay theo 2 trục (hình 1.2)

Hình 1 2 Trung tâm gia công CNC 5 trục kiểu đầu quay AB

Ưu điểm:

- Các máy này có thể gia công các phôi rất lớn

- Không gian gia công rộng hơn so với các máy có kết cấu kiểu khác

- Mỗi vị trí kẹp mới của phôi Ďược cài Ďặt lại dễ dàng hơn Điều này diễn ra với 1 dịch chuyển trong hệ Ďiều khiển CNC của máy

- Gặp khó khăn khi gia công các chi tiết có rãnh và hốc sâu do kết cấu máy không tạo Ďiều kiện cho sự thoát phoi

- Mỗi lần thay Ďổi vị trí phôi sự thay Ďổi chiều dài dụng cụ không thể Ďiều chỉnh Ďược bằng dịch chuyển zero trong hệ thống Ďiều khiển mà thường Ďòi hỏi phải tính toán lại toàn bộ chương trình

Các áp dụng quan trọng đối với kiểu này là:

- Gia công các phôi lớn như cánh máy bay…

- Điêu khắc tượng

Trung tâm gia công CNC 5 trục kiểu kết hợp cả bàn quay và trục chính quay (hình 1.3)

Hình 1 3 Trung tâm gia công CNC 5 trục AC kiểu kết hợp đầu quay và bàn quay

Ngày nay trên thị trường có nhiều máy với 1 trục quay trên trục chính dụng cụ và 1 trục quay trên bàn máy Chúng tổng hợp hầu hết các nhược Ďiểm của cả hai dạng máy nói trên

và thường Ďược sử dụng Ďể sản xuất các phôi nhỏ Bề mặt kẹp bị giới hạn, tuy nhiên chúng

Ďủ dùng Ďể gia công cho nhiều chi tiết có biên dạng phức tạp Ứng dụng của kiểu máy này cũng tương tự các máy có kiểu bàn máy quay theo hai trục

1.1.2 Định hướng dụng cụ trên trung tâm gia công

Góc nghiêng trục dao: là góc hợp bởi vector trục dao (hướng từ Ďỉnh dao Ďến chuôi dao)

và vector pháp tuyến của mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt chi tiết gia công tại Ďiểm cắt

Hình 1 4 Góc nghiêng trục dao

Nếu vector trục dao nằm trong mặt phẳng chứa vector pháp tuyến của mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt chi tiết và vector tiếp tuyến của Ďường dụng cụ tại Ďiểm cắt thì góc

nghiêng dao Ďược gọi là góc tiếp dẫn (hình 1.4)

Nếu vector trục dao nằm trong mặt phẳng chứa vector pháp tuyến của mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt chi tiết và vector vuông góc với tiếp tuyến của Ďường dụng cụ tại Ďiểm

cắt thì góc nghiêng dao Ďược gọi là góc pháp dẫn ( hình 1.4)

Hình 1 5 Các dạng nghiêng của dao

Kiểu cố Ďịnh góc pháp dẫn và góc tiếp dẫn Với dạng này giá trị của góc pháp dẫn và góc tiếp dẫn là hằng số (Hình 1.5 a)

Kiểu cố Ďịnh góc pháp dẫn và góc tiếp dẫn thay Ďổi Với kiểu này góc pháp dẫn là hằng

số và góc tiếp dẫn biến thiên (Hình 1.5 b)

Kiểu góc tiếp dẫn cố Ďịnh và góc pháp dẫn biến thiên Với kiểu này góc tiếp dẫn là hằng

số và góc pháp dẫn biến thiên (Hình 1.5 c)

Dẫn hướng trục dao

Góc nghiêng dao không Ďổi trên suốt Ďường dẫn dao

Hình 1 6 Trục dao nghiêng góc không đổi trên suốt đường dẫn dao

Góc nghiêng dao sẽ Ďược nội suy linh hoạt Ďể tránh va chạm trong không gian

Hình 1 7 Góc nghiêng dao thay đổi trên dường dẫn dao

Đường kéo dài của trục dao luôn Ďi qua một Ďiểm (hình 1.8a), Ďiểm hội tụ theo cùng chiều của vector trục dao (hình 1.8a, b), Ďiểm hội tụ ngược chiều vector trục dao (hình 1.8c)

Hình 1 8 trục dao luôn đi qua một điểm

Đường kéo dài của vector trục dao luôn vuông góc với một Ďường thẳng (hinh 1.9a), Ďường thẳng dẫn trục dao nằm cùng chiều với vector trục dao (hình 1.9a, b), Ďường thẳng dẫn trục dao nằm ngược chiều với vector trục dao (hình 1.9c)

Hình 1 9 trục dao luôn vuông góc với một đường thẳng

Trục dao Ďược chiếu lên bề mặt chứa Ďường dẫn dao và hợp với vector pháp tuyến của bề mặt chi tiết tại Ďiểm cắt một góc không Ďổi (hình 1.10)

Hình 1 10 Trục dao nằm trong mặt phẳng tiếp dẫn

Trục dao Ďược chiếu lên bề mặt vuông góc với Ďường dẫn dao và hợp với vector pháp

tuyến của bề mặt chi tiết tại Ďiểm cắt một góc không Ďổi (hình 1.11)

Phương pháp này là chìa khóa giúp giải mã hàng loạt các vấn Ďề công nghệ mà các phương pháp truyền thống chưa giải quyết Ďược hoặc giải quyết chưa triệt Ďể và tối ưu

1.2 Dụng cụ gia công bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục

Phay là phương pháp gia công cắt gọt kim loại bằng dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt Ďược dùng phổ biến Trước Ďây Ďể tạo các Ďường cong cho bề mặt khuôn mẫu, người ta sử dụng phương pháp phay chép hình và dao phay Ďịnh hình Ďể gia công [10] Ngày nay công nghệ CNC hiện Ďại cùng với kỹ thuật CAD/CAM các Ďường cong của bề mặt khuôn Ďược gia công bằng phương pháp bao hình và sử dụng các loại dao phay ngón Ďể gia công Điều này

Ďã giúp mở rộng khả năng công nghệ của phương pháp phay, làm Ďa dạng hóa các bề mặt khuôn và sản phẩm Các dao phay ngón có các loại khác nhau Ďể phù hợp với bề mặt cần gia công, Ďảm bảo cắt Ďược lượng dư nhiều nhất, chất lượng bề mặt tốt nhất và năng suất cao nhất Hiện nay dụng cụ cắt Ďược sử dụng trên máy phay CNC Ďể gia công bề mặt 3D thường là: dao phay ngón Ďầu phẳng và dao phay ngón Ďầu cầu

1.2.1 Khả năng cắt gọt của dao phay cầu

- Dao phay ngón đầu phẳng: có lưỡi cắt ở Ďỉnh vuông góc với tâm dao và lưỡi cắt

cạnh Ďược bố trí trên mặt trụ có tâm trùng với tâm dao (như hình 1.13)

Hình 1 13 Dao phay ngón đầu phẳng

Khi gia công các mặt phẳng: dao có khả năng lấy Ďi lượng dư rất tốt không Ďể lại chiều cao nhấp nhô do bước dịch ngang Ďể lại (hình 1.15) Vận tốc cắt không Ďổi trên phần lưỡi cắt tham gia cắt nên chất lượng bề mặt Ďồng Ďều Do Ďó sử dụng dao phay ngón Ďầu phẳng Ďể gia công tinh mặt phẳng và mặt trụ tốt hơn dao phay ngón Ďầu cầu

Khi gia công các mặt chêm và mặt cong: dao Ďể lại lượng dư gia công lớn hơn khi

sử dụng dao phay cầu với cùng một giá trị bước dịch ngang (hình 1.16, 1.17, 1.18)

- Dao phay ngón đầu cầu: có lưỡi cắt Ďược bố trí trên mặt cầu (như hình 1.14)

Khi gia công các mặt phẳng và mặt trụ: dao Ďể lại lượng dư gia công lớn hơn khi sử

dụng dao phay ngón Ďầu phẳng với cùng một giá trị bước dịch ngang (hình 1.15)

Khi gia công các mặt chêm và mặt cong: dao Ďể lại lượng dư gia công bé hơn khi

sử dụng dao phay ngón Ďầu phẳng với cùng một giá trị bước dịch ngang (hình 1.16,

1.17, 1.18) Do Ďó sử dụng dao phay ngón Ďầu cầu Ďể gia công tinh mặt chêm và mặt

cong tốt hơn dao phay ngón Ďầu phẳng

Hình 1 16 Khả năng hớt đi lượng dư của dao phay ngón đầu phẳng và đầu cầu khi gia

công mặt cầu lồi

Hình 1 17 Khả năng hớt đi lượng dư của dao phay ngón đầu phẳng và đầu cầu khi gia

công mặt cầu lõm

Nhận xét: qua phân tích trên thấy rằng khi gia công tinh bề mặt 3D nên dùng dao phay

ngón Ďầu cầu sẽ cho hiệu quả chất lƣợng bề mặt tốt hơn

1.2.2 Thông số hình học của dao phay cầu

Lƣỡi cắt của dao phay cầu trải trên mặt trụ và mặt cầu có cùng bán kính R0 Đặt hệ

tọa Ďộ Decac (O,X,Y,Z) tại Ďiểm O là Ďỉnh của dao Góc xoắn của lƣỡi cắt trên phần

mặt trụ của dao có giá trị không Ďổi i0 Gọi P là một Ďiểm thuộc lƣỡi cắt có Ďộ cao Z,

Ďặt hệ trục tọa Ďộ (P, e, ek, e ) tại Ďiểm P nhƣ hình 1.19 Chiếu Ďiểm P Ďến mặt phẳng

0

r

ic

o K

P' a

PP

k

e

r

 là góc xoay của Ďiểm P quanh Ďiểm O ( trong mặt phẳng OXY)

θ là góc xoay của dao quanh trục OZ

Nf là số lƣỡi cắt của dao

j là số thứ tự lƣỡi cắt (P thuộc lƣỡi cắt thứ j )

 là góc hợp bởi vecto tiếp tuyến của lƣỡi cắt tại Ďỉnh dao với vecto nối giữa Ďỉnh dao với

Ďiểm cắt P’

0 0

tan(i ) Z tan(i )

Z

R R

 (1.4)

Hình 1 19 Mặt cắt ngang dao phay cầu[14]

R(z) Ďƣợc xác Ďịnh nhƣ sau :

2 0

1.2.3 Phương trình lưỡi cắt của dao phay cầu

Hình 1 20 Mô hình lưỡi cắt trên phần cầu[14]

Hình 1 21 Hình học của lưỡi cắt và các mặt phẳng chiếu [14]

Phương trình tham số của lưỡi cắt có dạng [12]:

{

(1.6) Trong Ďó ( ) ( )

Suy ra phương trình chính tắc có dạng:

(1.7)

Suy ra phương trình tổng quát có dạng:

(X,Y,Z) = X Rcos Y (Rsin ) Rcos√ =0 (1.8)

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

- Tác giả Vũ Như Nguyệt “Nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công

bằng tối ưu hóa một số yếu tố kỹ thuật của quá trình phay tinh trên máy công cụ CNC”

[14]

Công trình này nghiên cứu về quá trình phay tinh các chi tiết có hình dáng hình học

phức tạp, sử dụng dao phay Ďầu cầu cho thấy việc tạo hình bề mặt, chọn dao và các yếu tố

hình học của nó cũng như chế Ďộ cắt trong quá trình gia công là rất phức tạp

Kết quả của nghiên cứu:

+ Mô hình hóa hình học bề mặt chi tiết gia công và quy luật biến thiên của vector

pháp tuyến của bề mặt chi tiết, làm cơ sở lựa chọn thông số kỹ thuật của quá trình

gia công hợp lý

+ Đã xác Ďịnh Ďược mối quan hệ giữa thông số hình học của dao với phôi có ảnh

hưởng Ďến Ďộ nhấp nhô bề mặt, lực cắt, nhiệt cắt, tuổi thọ của dao

+ Góc gá nghiêng phôi hoặc dao ảnh hưởng lớn Ďến Ďộ nhấp nhô bề mặt gia công

+ Đề xuất giải pháp tối ưu Ďể khắc phục một số nhược Ďiểm của gia công bằng dao

phay Ďầu cầu Ứng với một bề mặt cho trước Ďã xác Ďịnh Ďược góc gá nghiêng và

bán kính Ďầu cầu tối ưu

Các vấn đề còn tồn tại của nghiên cứu:

+ Chưa nghiên cứu Ďược ảnh hưởng Ďồng thời của các yếu tố công nghệ Ďầu vào: vận

tốc cắt, lượng tiến dao, chiều sâu cắt và góc nghiêng trục dao Ďến chất lượng bề mặt

chi tiết gia công

+ Nghiên cứu mới chỉ sử dụng phương pháp gá nghiêng phôi Ďể tạo góc nghiêng so

với trục dao nên bị giới hạn biên dạng bề mặt chi tiết có thể gia công Ďược

- Tác giả Phạm Văn Hiển “ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của

dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV” [9]

Công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của vân tốc cắt, lượng tiến dao, chiều sâu cắt Ďến

tuổi bền của dao Nghiên cứu Ďã chỉ ra Ďỉnh của dao phay cầu là nơi bị mài mòn khốc liệt

nhất vì tại Ďây vận tốc cắt bằng không nên không xẩy ra quá trình cắt gọt mà chỉ diễn ra

quá trình mài mòn Vì vậy cần phải tránh cắt tại Ďỉnh dao

Kết quả của nghiên cứu :

+ Đánh giá Ďược ưu Ďiểm, khả năng ứng dụng của dao phay cầu trong việc gia công các bề mặt phức tạp và Ďồng thời cũng chỉ ra những khó khăn, hạn chế khi sử dụng chúng Ďể gia công

+ Cơ chế cắt gọt của dao phay cầu rất phức tạp vị trí của lưỡi cắt thực thay Ďổi phụ thuộc vào vị trí tương Ďối giữa dao và phôi, qúa trình mòn tại từng vị trí của lưỡi cắt là khác nhau Vì vậy Ďể sử dụng hiệu quả dao phay cầu cần xác Ďịnh mối quan

hệ giữa tuổi bền của dao và chế Ďộ cắt cho từng vị trí trên chiều dài của lưỡi cắt

Các vấn đề còn tồn tại của ngiên cứu:

+ Chưa Ďiều khiển Ďược vị trí tiếp xúc giữa dao và phôi nên chưa Ďánh giá Ďược quá trình mòn dao một cách toàn diện trên biên dạng của lưỡi cắt

+ Chưa Ďịnh lượng Ďược sự ảnh hưởng của các thông số chế Ďộ cắt Ďến lượng mòn dao

- Tác giả Nguyễn Thanh Bình “ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến một số thông số đặc trưng khi gia công cao tốc bề mặt khuôn”.[6]

Kết quả của nghiên cứu:

+ Làm rõ bản chất, cơ sở lý thuyết gia công khi phay cao tốc bằng dao phay mặt Ďầu

và dao phay ngón Ďầu cầu Phân tích, so sánh HSM (gia công cao tốc) với phay truyền thống trong một số trường hợp

+ Làm rõ khái niệm Ďộ nhám bề mặt 3D cũng như ảnh hưởng của nó Ďến tính năng sử dụng chi tiết máy Xác Ďịnh Ďược mối quan hệ giữa các thông số công nghệ (v, s, t) với lực cắt, mòn dao và nhám bề mặt

+ Sự ảnh hưởng của các phương pháp cắt Ďến lực cắt, mòn dao và Ďộ nhám bề mặt + Ứng dụng phần mềm quy hoạch thực nghiệm Ďể xử lý số liệu, xây dựng mô hình toán học ảnh hưởng các thông số chế Ďộ cắt Ďến các thông số Ďặc trưng cơ bản trong quá trình phay cao tốc

Các vấn đề còn tồn tại của nghiên cứu:

+ Công trình này cũng nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao bằng cách cố Ďịnh chế Ďộ cắt, thay Ďổi góc nghiêng dao Ďể tìm ra góc nghiêng cho chất lượng bề mặt tốt hơn Vì vậy chưa Ďánh giá Ďược ảnh hưởng Ďồng thời của các thông số công nghệ Ďầu vào (vận tốc cắt, lượng tiến dao, chiều sâu cắt và góc nghiêng trục dao) Ďến các thông số Ďầu ra quan tâm (lực cắt, nhám bề mặt, mòn dao, năng suất gia công)

+ Mới chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục khi gia công mặt phẳng

- Tác giả Trần Mạnh Hà “ Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tạo hình bề mặt tự do cấu trúc elip lõm khi gia công trên máy phay CNC”.[10]

Kết quả của nghiên cứu:

+ Xây dựng Ďược sơ Ďồ thực nghiệm và hệ thống thực nghiệm khoa học trên cơ sở ứng dụng các thiết bị tiên tiến, hiện Ďại có ở trong nước

+ Đưa ra phương pháp Ďánh giá yếu tố lực cắt khi gia công bề mặt tự do có dạng elip lõm, sử dụng kỹ thuật ngược (phương pháp Ďám mây Ďiểm) Ďể kiểm tra Ďộ chính xác kích thước của bề mặt tự do

+ Nghiên cứu, phân tích, tổng hợp cơ sở lý thuyết của quá trình gia công trên máy phay CNC từ Ďó làm sáng tỏ mối quan hệ giữa chế Ďộ cắt với các yếu tố xuất hiện trong quá trình cắt như: lực cắt, mòn dụng cụ cắt, Ďộ nhám bề mặt làm cơ sở thực nghiệm nghiên cứu mối quan hệ giữa chế Ďộ cắt với các yếu tố Ďó

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dáng hình học bề mặt: ảnh hưởng của góc Ďến

mòn dao phay ngón Ďầu cầu, ảnh hưởng của góc Ďến nhấp nhô bề mặt elip lõm + Thông qua thực nghiệm xác Ďịnh kiểu Ďường dụng cụ tối ưu khi gia công bề mặt elip lõm là Rough Spiral

+ Xây dựng công thức hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa chế Ďộ cắt với yếu tố tốc Ďộ biến Ďổi lực cắt trung bình khi gia công bề mặt lõi khuôn cánh quạt có dạng elip lõm

Các vấn đề còn tồn tại của nghiên cứu:

+ Tương tự như nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thanh Bình nghiên cứu này cũng quan tâm Ďến ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao Nghiên cứu Ďánh giá ảnh hưởng của góc nghiêng bằng cách cố Ďịnh chế Ďộ cắt (vận tốc cắt, lượng tiến dao, chiều sâu cắt) và thay Ďổi góc nghiêng trục dao bằng cách sử dụng Ďồ gá kẹp phôi có khả năng xoay phân Ďộ một góc Ďể tạo một góc nghiêng xác Ďịnh Ďối với trục dao Nên không thể nghiên cứu Ďược ảnh hưởng Ďồng thời của các thông số công nghệ Ďầu vào Ďến chất lượng bề mặt gia công

+ Mới chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục khi gia công mặt phẳng

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

- Tác giả Mboujelbene, A.Moisan, W.Bouzid, S.Torbaty “Variation cutting speed on

the 5 axis milling”[32]

Bài báo này Ďã khảo sát ảnh hưởng của góc nghiêng trục tới vận tốc cắt khi gia công vật liệu làm khuôn ép nhựa (SP300) trên trung tâm gia công CNC 5 trục bằng dao phay cầu phủ hợp kim cứng TiCN

Kết quả của nghiên cứu:

- Bài báo phân tích các nghiên cứu trước Ďây cho thấy những bất lợi của việc gia công

Ďã thu Ďược một số kết quả như sau:

+ Phương pháp nghiêng trục dao khi gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục cải thiện Ďáng kể chất lượng bề mặt gia công

+ Mối quan hệ giữa vận tốc cắt với biên dạng bề mặt chi tiết có ảnh hưởng quyết Ďịnh Ďến việc tối ưu hóa chế Ďộ cắt

Các vấn đề còn tồn tại của nghiên cứu:

+ Bài báo mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu gia công chi tiết dạng mặt phẳng

+ Chỉ giới hạn nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt Ďến chất lượng bề mặt

+ Mới chỉ dùng trung tâm gia công CNC 5 trục Ďể Ďịnh vị chi tiết trên máy sau Ďó vẫn sử dụng phương pháp gia công 3 trục Ďể thí nghiệm

- Tác giả Mircea Lobontiu, Ioan Pasca “ Influence of tool axis inclination angle on

the surface roughness in ball nose end milling of C45 material” [35]

Tương tự các nghiên cứu về chất lượng bề mặt khi gia công sử dụng dao phay cầu [24] Bài báo này Ďã nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao tới chất lượng bề mặt chi

tiết khi gia công thép C45 trên trung tâm gia công CNC 5 trục (Okuma MU400) bằng dao phay cầu phủ VP15TF

Kết quả nghiên cứu của bài báo:

+ Nghiên cứu chỉ ra khả năng ứng dụng mạnh mẽ của dao phay cầu khi gia công khuôn trên trung tâm gia công CNC 5 trục

+ Ngoài các thông số về chế Ďộ cắt thì góc nghiêng trục dao cũng là một yếu tố ảnh hưởng Ďến chất lượng bề mặt khi gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục

Các vấn đề còn tồn tại của nghiên cứu:

+ Chưa tối ưu hóa Ďược chế Ďộ cắt và góc nghiêng trục dao Ďến chất lượng bề mặt + Chưa Ďánh giá Ďược mức Ďộ ảnh hưởng của từng yếu tố chế Ďộ cắt Ďến chất lượng

bề mặt

+ Nghiên cứu chỉ dừng lại ở gia công chi tiết dạng bề mặt phẳng

+ Trung tâm gia công CNC 5 trục chỉ dùng Ďể Ďịnh vị chi tiết sau Ďó vẫn sử dụng phương pháp gia công 3 trục Ďể thí nghiệm

- Tác giả A.Ben Amara, J.M.Linaries, E.Bayrakta, A.Daymi “Influence of workpiece

inclination angle on the surface roughness is ball end milling of the titanium alloy Ti6Al4V”[15]

Bài báo Ďã nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng phôi Ďến nhám bề mặt khi gia công thép hợp kim Ti6Al4V bằng dao phay cầu trên trung tâm gia công CNC 5 trục (DMU50)

Kết quả nghiên cứu của bài báo:

+ Đánh giá Ďược ảnh hưởng của: lượng dịch dao ngang ae, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S Ďến chất lượng bề mặt

+ Đánh giá Ďược ảnh hưởng của góc nghiêng phôi Ďến chất lượng bề mặt

Các vấn đề còn tồn tại của nghiên cứu:

+ Chỉ nghiên cứu gia công bề mặt phẳng

+ Chưa Ďịnh lượng Ďược ảnh hưởng của các thông số công nghệ Ďầu vào Ďến chất lượng bề mặt

Từ những nghiên cứu của các tác giả trong nước và ngoài nước thấy rằng:

- Các tác giả Ďã nghiên cứu về khả năng công nghệ cũng như chất lượng bề mặt khi gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục Khả năng tạo hình và chất lượng bề mặt phụ thuộc vào chế Ďộ cắt (v, s, t) và góc nghiêng trục dao Tuy nhiên các tác giả không nghiên cứu sự tương tác của các yếu tố Ďó Ďồng thời, chưa Ďánh giá Ďược mức Ďộ ảnh hưởng của từng yếu tố công nghệ Ďó Ďến chất lượng Ďầu ra Từ Ďó làm cơ sở Ďiều khiển thông số công nghệ Ďể Ďạt chất lượng Ďầu ra

- Các tác giả sử dụng giải pháp hồi quy thực nghiệm Ďể xác Ďịnh mối quan hệ toán học giữa các thông số Ďầu vào và Ďầu ra cũng như chỉ giải bài toán tối ưu Ďơn mục tiêu bằng phương pháp giải tích hoặc Ďồ thị

Từ những phân tích trên Ďề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao và

chế độ cắt đến năng suất và nhám bề mặt khi gia công mặt cầu lồi trên trung tâm CNC 5 trục” giải quyết các vấn Ďề Ďánh giá mức Ďộ ảnh hưởng của các thông số công nghệ Ďầu

vào (góc nghiêng trục dao, vận tốc căt, lượng tiến dao, chiều sâu cắt) Ďến các thông số công nghệ Ďầu ra (lực cắt, mòn dao, nhám bề mặt, năng suất gia công) và tối ưu hóa Ďa mục tiêu (chất lượng bề mặt, năng suất gia công)

4 Hiện nay, khi gia công trên trung tâm CNC 5 trục thì góc nghiêng trục dao Ďược xác Ďịnh trước so với bề mặt phôi chưa Ďược nghiên cứu triệt Ďể, chưa tối ưu

5 Nghiên cứu trong nước và ngoài nước Ďến công nghệ gia công tạo hình bề mặt phức tạp trên trung tâm gia công và ảnh hưởng của chế Ďộ công nghệ cũng như góc nghiêng trục dao Ďến năng suất và chất lượng bề mặt

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH

Hình 2 1 Quan hệ giữa lực cắt và đường dịch chuyển dụng cụ [1]

Trong quá trình gia công lực cắt thường xuyên thay Ďổi (hình 2.1) do Ďó sẽ gây ra hiện tượng rung Ďộng khi cắt và tạo nên Ďộ sóng bề mặt và sóng nhám ảnh hưởng xấu Ďến chất lượng bề mặt

2.1.2 Lực tác dụng lên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt

Trong quá trình cắt, tại vùng cắt dụng cụ như một nêm cắt chèn vào khối vật liệu gia công Sự tác Ďộng của dao gây ra biến dạng Ďàn hồi, biến dạng dẻo rồi phá hủy vật liệu, khi phoi trượt trên mặt trước của dao với áp lực rất lớn gây ra lực tác Ďộng lên mặt trước dao kết hợp với quá trình má sát gây ra mòn khốc liệt cho mặt trước dao Cũng như vậy, mặt sau của dao trà sát áp lực với bề mặt chi tiết Ďã gia công gây ra hiện tượng mòn mặt sau Lực tác Ďộng mặt sau và mòn mặt sau ảnh hưởng trực tiếp Ďến chất lượng bề mặt gia công Ngoài ra quá trình ma sát và lực tác Ďộng gây ra mòn tù lưỡi cắt, sự tác Ďộng tổng hợp này làm mất Ďi tính năng cắt gọt của dao và giảm chất lượng gia công Do vậy kiểm soát quá

trình này cho phép Ďiều khiển, giảm mức Ďộ tác Ďộng xấu tối Ďa của hiện tượng lực kết hợp

với mòn lên dao và chi tiết

Hình 2 2 Mô tả dụng cụ cắt bề mặt có chiều dày cắt [1]

Lực cắt tổng P tác dụng lên dao bao gồm các lực thành phần N, F, N1, F1

F1 = μ1.N1 là lực ma sát mặt sau, μ1 là hệ số ma sát trung bình trên mặt sau

Lực cắt tổng P phụ thuộc vào các thông số hình học của dụng cụ cắt cũng như chế Ďộ cắt

Lực cắt P có thể phân tích theo các hướng trục tọa Ďộ X, Y, Z của hệ trục tọa Ďộ OXYZ

Lực P phụ thuộc vào chế Ďộ cắt và Ďiều kiện cắt, thông số hình học dụng cụ cắt

Đồ thị hình 2.3 mô tả quan hệ giữa lực cắt với chiều sâu cắt t và lượng tiến dao S

2.1.3 Ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt

a Tăng chiều sâu cắt t và lượng chạy dao S : làm tăng diện tích cắt do Ďó các lực cắt

thành phần Ďều tăng Thực nghiệm Ďã xác Ďịnh ảnh hưởng của t lớn hơn của S Ďến lực

cắt [1]

Đồ thị hình 2.3 mô tả quan hệ giữa lực cắt với chiều sâu cắt t và lượng tiến dao S

Hình 2 3 Ảnh hưởng của t , S đến P x P y P z, [10]

Diện tích cắt là yếu tố cơ sở Ďể xác Ďịnh lực cắt, diện tích cắt tỷ lệ thuận với t và S Do vậy khi tăng t hay S thì lực cắt sẽ tăng

Đồ thị 2.4 thể hiện mối quan hệ giữa lực cắt với vận tốc cắt

b Ảnh hưởng của tốc độ cắt V đến các lực thành phần được nêu trên đồ thị thực nghiệm như sau :

Hình 2 4 Ảnh hưởng của V đến P z P y P x ,[1]

Tốc Ďộ cắt ảnh hưởng Ďến lực cắt phức tạp hơn Vận tốc cắt ảnh hưởng Ďến tần xuất ma sát của dao với phôi, do vậy sẽ làm tăng hay giảm nhiệt khi cắt Thực chất ảnh hưởng của vận tốc cắt tới lực cắt là ảnh hưởng gián tiếp thông qua nhiệt cắt Khi gia công với vận tốc cắt thấp, nhiệt cắt thấp do Ďó vật liệu phần trước mũi dao thấp nên tác dụng nhiệt này làm mềm vật liệu cắt thấp gây ra lực cắt sẽ lớn Ngược lại, khi cắt với vận tốc cắt cao tần xuất

ma sát giữa dao với phôi lớn gây ra nhiệt tăng, nhiệt lớn tại vùng vật liệu trước mũi dao sẽ làm giảm Ďộ cứng do Ďó tốn ít cơ năng Ďể bóc tách hơn, bởi vậy mà lực cắt sẽ Ďược giảm

Ďi Tuy nhiên Ďược lợi lực khi cắt vận tốc cao nhưng sẽ gây ra nhiều tác Ďộng khác Do Ďó phải thực nghiệm Ďể xác Ďịnh vùng làm việc ổn Ďịnh với một dải vận tốc cắt xác Ďịnh

Trong quá trình cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển Ďộng tiếp xúc với mặt sau

của dao gây nên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ Mài mòn dụng cụ là một quá trình

phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng lý hóa ở các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng

cụ gia công Khi bị mài mòn, dạng và thông số hình học phần cắt dụng cụ thay Ďổi, gây

nên các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt…) và ảnh hưởng xấu

Ďến chất lượng bề mặt chi tiết gia công Trong quá trình cắt, áp lực trên các bề mặt tiếp xúc

lớn hơn rất nhiều so với áp lực làm việc trên các chi tiết máy (15-20 lần) và dụng cụ bị mài

mòn theo nhiều dạng khác nhau [1]

2.2.2 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ

Phần cắt dụng cụ trong quá trình gia công thường bị mài mòn theo các dạng sau :

- Mài mòn theo mặt sau (hình 2.5a)

c)

d)

a Mài mòn theo mặt sau

Dạng mài mòn này Ďược Ďặc trưng bởi một lớp vật liệu dụng cụ bị tách ra khỏi mặt sau trong quá trình gia công và Ďược Ďánh giá bởi chiều cao mòn hs (hình 2.5.a) Trị số mòn hs Ďược Ďo trong mặt cắt theo phương vuông góc với lưỡi cắt từ lưỡi cắt thực tế Ďến Ďiểm mòn tương ứng (hình 2.5)

Mài mòn theo mặt sau thường xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ (a < 0.1 mm), Ďối với các loại vật liệu giòn (gang…)

b Mài mòn theo mặt trước

Trong quá trình cắt, do phoi trượt trên mặt trước hình thành một trung tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng nào Ďó nên mặt trước bị mòn theo dạng lưỡi liềm Vết lõm lưỡi liềm

Ďó trên mặt trước do vật liệu dụng cụ bị bóc theo phoi trong quá trình chuyển Ďông Vết lõm lưỡi liềm thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt và Ďược Ďánh giá bởi chiều rộng lưỡi liềm B Chiều sâu hf và khoảng cách từ lưỡi dao Ďến rãnh Kz Ďo theo mặt trước

Mài mòn theo mặt trước thường xảy ra khi cắt các loại vật liệu dẻo với chiều dày cắt lớn (a> 0.6mm) Trong trường hợp Ďó nhiệt cắt ở mặt trước cao hơn nhiệt Ďộ ở mặt sau

Hình 2 6 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian [10]

c Mài mòn đồng thời mặt trước và mặt sau – mài mòn lưỡi cắt (hình 2.5.c )

Dụng cụ bị mòn mặt trước và mặt sau tạo thành lưỡi cắt mới (lưỡi cắt từ Ďiểm 0 Ďến Ďiểm 1)

Chiều rộng vát trên mặt trước giảm dần từ hai phía và do Ďó Ďộ bền lưỡi cắt giảm Trường hợp này thường gặp khi gia công vật liệu dẻo với chiều dày cắt a=(0.1 0.5)mm

d Mòn tù lưỡi cắt

Ở dạng này dụng cụ bị mòn dọc theo lưỡi cắt, tạo thành dạng cung hình trụ Bán kính của cung Ďược Ďo trong bề mặt vuông góc với lưỡi cắt Dạng mòn này thường gặp khi gia công các loại vật liệu có tính dẫn nhiệt kém, Ďặc biệt khi gia công các chất dẻo Do nhiệt cắt tập trung ở mũi dao nên dao bị tù nhanh

Trong các dạng mòn trên thì mài mòn theo mặt sau (hs) là quan trọng và dễ xác Ďịnh nhất Chiều cao mài mòn hs Ďược dùng làm tiêu chuẩn Ďể Ďánh giá lượng mài mòn Lượng mài mòn cho phép [ hs] Ďược xác Ďịnh phụ thuộc vào yêu cầu Ďộ bóng và Ďộ chính xác chi tiết gia công

Quá trình mài mòn dụng cụ cắt theo thời gian cũng giống như quá trình mài mòn các chi tiết máy khi làm việc (hình 2.6) Ở giai Ďoạn Ďầu dao bị mòn nhanh (mòn ban Ďầu) – Ďoạn

AO, sau Ďó Ďến giai Ďoạn mòn bình thường ( quá trình làm việc) - Ďoạn AB Sau quá trình

mài mòn bình thường là giai Ďoạn mòn kịch liệt – Ďoạn BC Giai Ďoạn này dụng cụ không làm việc nữa trị số hs Ďược chọn làm chuẩn mài mòn

Quá trình mài mòn dụng cụ cắt rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố Đặc biệt là vật liệu dụng cụ và thông số hình học phần cắt Khi cùng một loại vật liệu dụng cụ thì thông số hình học phần cắt ảnh hưởng lớn Ďến lượng mòn dụng cụ Thông số hình học phần cắt Ďảm bảo lượng mòn ít nhất là thông số hình học hợp lý của phần cắt dụng cụ

2.2.3 Chỉ tiêu đánh giá mài mòn dụng cụ cắt

Lượng mòn mặt trước và mặt sau của dụng cụ Ďược Ďánh giá bởi các chỉ tiêu mài mòn tiêu chuẩn cho phép Khi dụng cụ mòn Ďến giá trị cho phép thì dụng cụ không làm việc tiếp tục Ďược mà phải mài lại

Chỉ tiêu mài mòn mặt sau

Lượng mòn ở mặt sau thường Ďược Ďánh giá bởi chỉ tiêu chiều cao mòn hs (hình 2.5) Chỉ tiêu mài mòn mặt sau hs, [hs] Ďược xác Ďịnh phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp gia công (thô, tinh), vật liệu làm dao và vật liệu gia công Khi gia công thô bằng dụng cụ hợp kim cứng [hs] = (0.8 1 mm) Ďối với thép và [hs] = (0.8 1.7 mm) Ďối với gang; khi gia công tinh thép [hs] = (0.2 0.8 mm)

mòn tương Ďối cho phép [K] trên mặt trước Ďối với dụng cụ bằng hợp kim cứng [K] = 0.4, Ďối với dụng cụ bằng thép gió có thể chọn lớn hơn Tùy thuộc vào Ďiều kiện cắt giá trị [K]

có thể Ďạt trước hoặc sau [hs]

Ở một số nguyên công Ďặc biệt chỉ tiêu Ďánh giá lượng mòn cho phép của dụng cụ phụ thuộc rất nhiều vào Ďộ chính xác gia công và Ďộ nhấp nhô bề mặt Trong các trường hợp Ďó chỉ tiêu Ďánh giá lượng mòn Ďược xác Ďịnh theo phương pháp tuyến với bề mặt gia công (lượng mòn hướng kính) Chỉ tiêu này Ďược gọi là chỉ tiêu mòn kích thước ∆ (hình 2.7)

2.2.4 Cơ chế mài mòn dụng cụ cắt

a Mài mòn hạt mài (cào xước) [1]

Một trong những cơ chế mòn dụng cụ cắt là mài mòn do cào xước (hạt mài) Bản chất của mòn hạt mài là các hạt cứng của vật liệu gia công và phoi cào xước (mài mòn) vào các

bề mặt tiếp xúc của dụng cụ Quá trình này như tác dụng của hạt nhỏ mài cắt vào các bề mặt dụng cụ trong quá trình làm việc Khi Ďộ cứng của bề mặt tiếp xúc với dụng cụ càng lớn thì dụng cụ bị mòn càng nhiều Đặc biệt khi có hiện tượng lẹo dao trên mặt trước, một

số phần tử nhỏ của lẹo dao gây ra vết mòn do dao cào xước trên mặt sau của dụng cụ Khi cắt ở tốc Ďộ thấp, nhiệt cắt thấp, cơ chế mài mòn hạt mài là chính Các tạp chất có Ďộ cứng cao trong vật liệu gia công, khi chuyển Ďộng cào xước các bề mặt tiếp xúc của dụng

cụ tạo thành các vết song song với phương thoát phoi

 càng lớn thì khối lượng phần tử chảy dính của dụng cụ càng nhỏ

(2 4)

Trong Ďó:

Hc là Ďộ cứng tiếp xúc của vật liệu gia công

Hd là Ďộ cứng tiếp xúc của vật liệu dụng cụ

c Mòn khuếch tán

Ở nhiệt Ďộ cao, mòn kịch liệt hợp kim cứng thường xảy ra do khuếch tán vật liệu dụng cụ vào vật liệu gia công

Khi cắt ở nhiệt Ďộ cao, biến dạng dẻo lớn nên xảy ra hiện tượng hòa tan lẫn nhau giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công Kết quả là một phần vật liệu dụng cụ khuếch tán trong quá trình cắt Phoi và vật liệu gia công cùng mang theo một phần vật liệu dụng cụ Trong quá trình cắt lượng vật liệu dụng cụ khuếch tán vào chi tiết và phoi vài nghìn lần lớn hơn

so với trường hợp hai vật tiếp xúc với nhau ở trạng thái tĩnh

Khi cắt bằng dụng cụ hợp kim cứng ở tốc Ďộ cao, nhiệt cắt khoảng 1000oC thì dao thường bị mòn vì khuếch tán (hình 2.8) Mòn khuếch tán xảy ra còn phụ thuộc vào thành phần vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công Khi gia công các loại thép hợp kim chịu nóng mòn khuếch tán có thể xảy ra ở nhiệt Ďộ thấp hơn khoảng 800oC vì có sự tương tác hóa học giữa vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ Thành phần hóa học của vật liệu gia công cũng

là thành phần của vật liệu dụng cụ hợp kim cứng (cacbit titan TiC, cacbit tantan TaC…) nên dụng cụ bị mòn nhanh

Hình 2 8 Cơ chế mòn phụ thuộc vào nhiệt độ [1]

Dụng cụ cắt bị mài mòn theo các cơ chế trên, song thực tế khó phân biệt chính xác giai Ďoạn mài mòn theo các cơ chế

2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến mòn dụng cụ cắt

2.2.5.1 Ảnh hưởng của tốc độ cắt V tới T

Tốc Ďộ cắt V là một nhân tố ảnh hưởng mạnh nhất tới T so với t và S Vì khi cắt với vận tốc V càng lớn nhiệt cắt càng cao Độ mòn của dao (chủ yếu là do mặt sau) càng nhanh Ďạt tới mức cho phép hs và dụng cụ cắt phải Ďược mài lại, nghĩa là tuổi bền T giảm Bằng thực nghiệm người ta xây dựng Ďược mối quan hệ giữa tốc Ďộ cắt V và tuổi bên T biểu diễn trên

Ďồ thị hình 2.9

Hình 2 9 Quan hệ tổng quát giữa T và V khi phay thép bằng hợp kim cứng [1]

Hình 2 10 Quan hệ V-T đơn điệu khi gia công gang bằng dao hợp kim cứng và P18 [1]

Nhìn dạng Ďường cong trên hình 2.9 ta thấy Ďường cong không Ďơn Ďiệu Nếu cắt gang bằng dao thép gió ( P18, P9) hay bằng dao hợp kim cứng BK thì Ďồ thị lại có dạng Ďơn Ďiệu như hình 2.10

Vì quan hệ V-T khá phức tạp như hình 2.9 nó vừa có cực tiểu lại vừa có cực Ďại Do Ďó

Ďể Ďơn giản cho việc khảo cứu, người ta chỉ quan tâm tới các nhánh Ďơn Ďiệu ab và cd trên hình 2.9 và hình 2.10, chúng có dạng của hàm hypecbol với phương trình tổng quát là

n

A y X

m

C T V C V T



 (2 6a) Đặt 1/m1 = m , C11/m1 = C

b

c a

m là số mũ nói lên mức Ďộ ảnh hưởng của tuổi bền Ďến tốc Ďộ cắt

Từ quan hệ (2.6a, 2.6b) có thể viết:

1 1m 2 2m i i m n n m

C V T V T  VT V T (2.6c) Riêng về tốc Ďộ cắt, nó là một nhân tố quan trọng của chế Ďộ cắt vì không những nó quyết Ďịnh năng suất gia công mà còn quyết Ďịnh chất lượng bề mặt gia công Thuật ngữ

“tốc Ďộ cắt” mà ta hay dùng là tốc Ďộ cắt dao cho phép Trong thực tế ta chọn chế Ďộ cắt

hợp lí và chế Ďộ cắt hợp lí với “ V tối ưu” , V tối ưu là tốc độ cắt vừa cho năng suất cao

nhất vừa cho giá thành rẻ nhất

Các biểu thức (2.6a), (2.6b) Ďều nói lên quan hệ giữa V – T và ngược lại Nghĩa là khi V tăng dụng cụ cắt nhanh mòn dần tới Ďộ mòn cho phép [hs] và dao phải ngừng làm việc Ďể mài lại Kết quả là T giảm xuống hoặc theo quan hệ (2.6b) thì tăng tuổi bền T ta phải giảm tốc Ďộ cắt V

2.2.5.2 Ảnh của hưởng t và S đến tuổi bền T

Diện tích cắt f = S.t Do Ďó tăng t và S hoặc tăng riêng S, riêng t Ďều làm f tăng Nghĩa là công suất cắt tăng lên, dẫn Ďến nhiệt cắt tăng làm dụng cụ cắt mòn nhanh Để giữ Ďộ mòn [hs] không Ďổi thì rõ ràng là phải giảm T

Bằng thực nghiệm, có thể xây dựng Ďược Ďồ thị biểu diễn các quan hệ (T-S), (T-t) như hình 2.11 và hình 2.12

Hình 2 11 Quan hệ T-S [1]

T = T(s)

T (phút)

s (mm/ph)