Nghiên cứu cơ sở lý thuyết gia công cao tốc HSM và ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi phay cao tốc thép cứng

Nghiên cứu lý thuyết điều khiển phanh ABS, hệ thống phanh ABS cụ thể trên xe thử nghiệm để xác định trạng thái chuyển động của bánh xe, đề xuất thật toán điều khiển. Qua đây đã thiết kế mô phỏng bộ điều khiển điện tử cho hệ thống ABS kiểu 4 van 3 vị trí nhờ phần mềm thiết kế mạch điện Proteus và tiến hành chế tạo bộ điều khiển. Nghiên cứu lý thuyết điều khiển phanh ABS, hệ thống phanh ABS cụ thể trên xe thử nghiệm để xác định trạng thái chuyển động của bánh xe, đề xuất thật toán điều khiển. Qua đây đã thiết kế mô phỏng bộ điều khiển điện tử cho hệ thống ABS kiểu 4 van 3 vị trí nhờ phần mềm thiết kế mạch điện Proteus và tiến hành chế tạo bộ điều khiển.

-*** -

DƯƠNG THANH ĐƯỜNG

NGHIÊN C ỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CÔNG CAO TỐC (HSM)

ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC THÉP CỨNG

LU ẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC (Chuyên ngành: Công ngh ệ chế tạo máy)

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ2 6 2

PHẦN MỞ ĐẦU2 9 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CAO TỐC HSM2 11 2

1.1 Khái quát chung về công nghệ gia công cao tốc HSM2 11 2

1.2 Ưu điểm của gia công cao tốc2 12 2

1.3 Ứng dụng2 13 2

1.4 Thiết bị dùng trong gia công cao tốc2 14 2

1.4.1 Động cơ dẫn động trục chính:2 15 2

1.4.2 Trục chính và ổ đỡ trục chính2 17 2

1.4.3 Hệ thống dẫn động bàn máy2 18 2

1.4.4 Bộ điều khiển CNC2 18 2

1.4.5 Bàn máy và đồ gá2 19 2

1.4.6 Hệ thống thân và đế máy2 20 2

1.4.7 Hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội2 20 2

1.5 Máy gia công cao tốc thường dùng2 21 2

1.6 Dụng cụ cắt2 24 2

1.7 Cơ sở vật lý gia công cao tốc2 29 2

1.7.1 Biến dạng vật liệu trong quá trình cắt2 29 2

1.7.2 Biến dạng xảy ra trong quá trình cắt2 29 2

1.7.2.1 Biến dạng chảy ban đầu bắt đầu từ vùng cắt sơ cấp đơn giản2 29 2

1.7.2.2 Đáp ứng của vật liệu diễn ra qua vùng cắt sơ cấp2 32 2

1.7.2.3 Đáp ứng của vật liệu dọc qua vùng cắt thứ cấp2 33 2

1.8 Động học và động lực học HSM2 34 2

1.8.1 Luồng phoi2 34 2

1.8.1.1 Các dạng phoi hình thành2 34 2

1.8.1.2 Ảnh hưởng của luồng phoi đến lực cắt2 36

1.8.2 Xác định lực cắt của qúa trình phay 36

2.3.3 Phương pháp đạt độ chính xác gia công bằng điều khiển thích nghi2 46 2

2.4 Các nguyên nhân gây ra sai số gia công2 47 2

2.4.1 Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ2 47 2

2.4.2 Ảnh hưởng do sai số của phôi2 47 2

2.4.3 Ảnh hưởng của độ chính xác của máy công cụ2 48 2

2.4.4 Ảnh hưởng của sai số của đồ gá2 48 2

2.4.5 Ảnh hưởng của sai số của dụng cụ cắt2 48 2

2.4.6 Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của máy tới độ chính xác gia công2 49 2

2.4.7 Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt tới độ chính xác gia công2 49 2

2.4.8 Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chi tiết tới độ chính xác gia công2 49 2

2.4.9 Ảnh hưởng của rung động trong quá trình cắt tới độ chính xác gia công2 50 2

2.4.10 Ảnh hưởng của phương pháp gá đặt tới độ chính xác gia công2 51 2

2.4.11 Ảnh hưởng của dụng cụ đo và phương pháp đo tới độ chính xác gia công2 51 2

CHƯƠNG 3: ĐỘ NHÁM BỀ MẶT2 53 2

3.1 Khái niệm độ nhám bề mặt2 53 2

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt2 57 2

3.2.1 Ảnh hưởng của thông số hình học của dụng cụ cắt2 58 2

3.2.3 Ảnh hưởng của lượng chạy dao2 61 2

3.2.4 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt2 62 2

3.2.5 Ảnh hưởng của vật liệu gia công2 62 2

3.2.6 Ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến độ nhám bề mặt2 63 2

3.2.7 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt2 63 2

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM, NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG2 64 2

CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI2 64 2

PHAY CAO TỐC THÉP CỨNG2 64

4.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm2 64 2

4.1.1 Mô hình thí nghiệm2 64 2

4.1.2 Thông số đầu vào của thí nghiệm2 65 2

4.1.2.1 Máy dùng để gia công2 65 2

4.1.2.2 Dụng cụ cắt2 66 2

4.1.2.3 Phôi dùng trong thí nghiệm2 67 2

4.1.2.4 Phương pháp phay2 67 2

4.1.2.5 Thiết bị đo độ nhám bề mặt chi tiết sau khi gia công2 69 2

4.2 Các thông số thí nghiệm2 70 2

4.3 Mô hình toán học xác định độ nhám bề mặt phụ thuộc vào chế độ cắt2 72 2

4.4 Thực hiện các thí nghiệm và thu thập số liệu2 74 2

4.5 Tính các hệ số của phương trình hồi quy2 74 2

4.6 Kiểm định các tham số aRiR2 75 2

4.7 Kiểm định sự phù hợp của mô hình2 76 2

4.8 Xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ2 78 2

4.8.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với V và S khi t = 0,1 (mm)2 78 2

4.8.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với V và t khi S = 0,05 (mm/vòng)2 78 2

4.8.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với S và t khi V = 200 (m/phút)2 79 2

4.9 Kết luận2 80 2

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI2 81 2

LỜI CẢM ƠN2 83 2

TÀI LIỆU THAM KHẢO2 84

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố ở bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Tác giả

Dương Thanh Đường

DANH MỤC CÁC BẢNG

trục thẳng đứng của một số hãng nổi tiếng

SV760

nhám chi tiết

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

vg/ph, tốc độ chạy dao nhanh lên đến 30m/ph

3D

ăn dao fRzR= 0,155 mm/răng

22 Hình 1.22: Mô hình xác định lực cắt khi phay

1 – ê tô; 2 – chi tiết gia công; 3 – dao phay

SV760

40 Hình 4.10 : Đồ thị quan hệ Ra - V – t khi gia công thép qua nhiệt luyện

PHẦN MỞ ĐẦU

Ngày nay, khi nền kinh tế nước ta ngày càng phát triển theo xu hướng hội nhập quốc tế Bên cạnh các ngành nghề trong nền kinh tế quốc dân thì ngành cơ khí đặc biệt là cơ khí chế tạo máy vẫn khẳng định được thế mạnh của mình Nó được thể hiện ở việc không ngừng cải tiến các công nghệ cũng như các phương pháp gia công với mục đích tạo ra những sản phẩm có chất lượng, độ tin cậy

Từ nhu cầu cuộc sống ngày càng cao, đòi hỏi các sản phẩm phải luôn có sự cạnh tranh Chính điều này đã luôn thúc đẩy khoa học kỹ thuật phải không ngừng phát triển tạo ra những sản phẩm có sức cạnh tranh cao Để làm ra các sản phẩm cơ khí có độ phức tạp cũng như độ chính xác cao bằng các máy công cụ truyền thống thông thường là rất khó có thể thực hiện được Bên cạnh sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật hiện đại như: Công nghệ hàng không, chế tạo ô tô, chế tạo khuôn mẫu… thì xuất hiện ngày càng nhiều các chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao Việc ứng dụng các kỹ thuật và công nghệ mới như máy công cụ gia công cao tốc CNC, công nghệ tạo mẫu nhanh đã giúp cho việc gia công các chi tiết có hình dáng phức tạp được dễ dàng hơn, đạt độ chính xác cao hơn Cùng với đó con người ngày càng hoàn thiện các kỹ thuật, công nghệ tiên tiến Với mục đích góp phần nâng cao độ chính xác và năng suất gia công các chi tiết có hình dáng phức tạp, việc tiếp cận các phương pháp gia công hiện đại luôn là nhu cầu cấp thiết trong nền kinh tế thị trường Một trong những phương pháp gia công đó là phương pháp gia công cao tốc (High Speed Machining - HSM) Đây là công nghệ gia công hiện đại hơn hẳn các dạng gia công thông thường và rất hiệu quả trong cắt gọt kim loại Những lợi thế của gia công cao tốc là: đạt được năng suất gia công, tiết kiệm thời gian gia công và kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt

Thực tế, công nghệ gia công cao tốc không phải là mới mà nó đã được thực hiện cách đây hơn 30 năm Tuy nhiên, gần đây với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghệ chế tạo máy với những công nghệ liên quan như: máy tính, dao cắt, máy

được quan tâm hơn Điển hình cho việc ứng dụng công nghệ gia công cao tốc trong một số lĩnh vực công nghiệp như:

- Công nghiệp gia công nhôm: Để sản xuất ra các bộ phận của ô tô, các chi tiết nhỏ trong máy tính hay các thiết bị y tế

- Công nghiệp hàng không: Để gia công các chi tiết làm bằng nhôm với thành mỏng

- Công nghiệp khuôn mẫu: Để gia công tinh với độ chính xác cao cho các chi tiết làm bằng vật liệu cứng như khuôn dập, khuôn rèn hay khuôn nhựa

Như vậy có thể thấy, gia công cao tốc là một bước tiến lớn của ngành cắt gọt kim loại Mặc dù đây không phải là công nghệ còn mới mẻ, nhưng những ứng dụng của nó tại Việt Nam còn rất hạn chế Nhằm tìm hiểu và nghiên cứu phương pháp gia công mới này cũng như một số ứng dụng cho công nghệ chế tạo khuôn mẫu, trong

nội dung luận văn cao học của mình tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

gia công cao tốc (HSM) và ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi phay cao tốc thép cứng”

Phạm vi nghiên cứu: Nội dung đề tài nghiên cứu cơ sở lý thuyết gia công

cao tốc và ảnh hưởng của các thông số công nghệ chế độ cắt (V, S, t) tới độ nhám

bề mặt chi tiết máy (Ra) khi gia công cao tốc trên máy phay CNC được thực hiện với vật liệu là thép qua nhiệt luyện có độ cứng đạt khoảng từ 40 – 45 HRC

Phương pháp nghiên cứu: Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên

cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết gia công cao tốc

- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm

- Phân tích và đánh giá kết quả

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CAO TỐC HSM

1.1 Khái quát chung về công nghệ gia công cao tốc HSM

Sự phát triển không ngừng của ngành cơ khí, trong đó phải kể đến sự cải tiến vượt bậc của hệ thống các máy công cụ và hệ điều khiển luôn đảm bảo chất lượng cũng như năng suất của sản phẩm Đây chính là điều kiện để các phương pháp gia công cắt gọt hiện đại ra đời Một trong những phương pháp đó là phương pháp gia công cao tốc (High Speed Machining - HSM) Hiện nay, công nghệ gia công cao tốc

có thể được xem là một trong những lĩnh vực chính của ngành chế tạo máy Mặc dù gia công cao tốc không còn phải là một công nghệ mới mẻ, nó đã được biết đến cách đây hơn 30 năm Tuy nhiên, gần đây với sự phát triển hết sức mạnh mẽ của ngành chế tạo máy đặc biệt với những công nghệ liên quan như máy tính, dao cắt, máy công cụ, bộ điều khiển CNC, hệ thống CAM… thì gia công cao tốc ngày càng được chú trọng hơn trong việc chế tạo các sản phẩm Ở đây, các ứng dụng chủ yếu

để thúc đẩy công nghệ theo hướng gia công cao tốc là: chế tạo khuôn mẫu, chế tạo các chi tiết ngành ô tô và ngành hàng không

Theo cách hiểu thông thường thì gia công cao tốc (High Speed Machining HSM) là gia công với tốc độ trục chính rất cao nhưng tốc độ chạy dao thấp Tuy nhiên rất khó để nêu nên một định nghĩa chung về gia công cao tốc Tốc độ gia công thì rất cụ thể cho từng ứng dụng Chẳng hạn khi tốc độ gia công cao tốc khi gia công thép vào khoảng 800m/ph nhưng giá trị này vẫn chưa phải là giá trị tốc độ gia công cao tốc khi gia công gang Như vậy gia công cao tốc không đơn giản là cắt với tốc độ cao Nó được xem như là một quá trình gia công mà ở đó các bước gia công được thực hiện bằng những phương pháp và thiết bị gia công cụ thể Để định nghĩa được gia công cao tốc cần dựa vào các yếu tố như: tốc độ cắt cao, tốc độ quay của trục chính cao, lượng chạy dao và năng suất cao Cũng có thể nói rằng gia công cao

Ngoài ra, các yếu tô khác như: Chế độ gia công, vật liệu dao cắt cũng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình gia công tốc độ cao Dải tốc độ cắt trong gia công cao tốc cho một số loại vật liệu khác nhau được thể hiện như ở hình dưới đây:

Hình 1.1: Vùng tốc độ gia công cao tốc một số loại vật liệu

1.2 Ưu điểm của gia công cao tốc

Có thể dễ dàng nhận thấy rằng, so với phương pháp gia công truyền thống thì gia công cao tốc có nhiều ưu điểm nổi bật Trong từng trường hợp cụ thể nó có thể làm giảm thời gian gia công đến 90% và giảm đến 50% các chi phí gia công, được thể hiện qua một số khía cạnh

Gia công thông thường bị giới hạn bởi độ cứng của vật liệu Trong khi đó gia công cao tốc có thể gia công được nhiều loại vật liệu với độ cứng không hạn chế ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim cứng bề mặt satellites Việc hợp kim satellites có thể gia công bằng gia công cao tốc đã mở rộng khả năng của gia công cao tốc kể cả công việc sửa chữa

Với việc sử dụng máy gia công cao tốc CNC sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao, cụ thể:

+ Khi chi tiết có độ phức tạp cao, lựa chọn phương pháp gia công phù hợp nhất là gia công trên máy gia công cao tốc CNC Bởi vì gia công trên máy cao tốc CNC rút ngắn thời gian gia công, đạt độ chính xác yêu cầu và giá thành rẻ hơn so với khi gia công trên máy công cụ vạn năng và máy tự động cứng

+ Khả năng thay đổi dạng sản phẩm chế tạo nhanh vì chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển mà không cần thay đổi cấu trúc máy hoặc thêm đồ gá chuyên dùng Máy điều khiển số đáp ứng được tính linh hoạt của sản xuất

+ Chi phí cho sản xuất dụng cụ cắt cho máy gia công cao tốc CNC nhỏ hơn

so với các dạng máy khác vì máy gia công cao tốc CNC được trang bị tính năng đánh giá lượng mòn dụng cụ và tự động điều chỉnh máy để bù lượng mòn

+ Máy gia công cao tốc CNC có tính năng tự động kiểm tra chất lượng chi tiết ngay trong quá trình gia công mà các máy gia công thông thường không có khả năng này Do vậy giảm đáng kể chi phí cho việc kiểm tra chất lượng chi tiết gia công

+ Thời gian gia công chi tiết trên máy gia công cao tốc CNC nhỏ hơn so với máy vạn năng do tập chung nguyên công cao

+ Máy gia công cao tốc CNC không cần dùng các đồ gá chuyên dùng để gá kẹp phôi, giảm thời gian gá kẹp chi tiết

Ngoài ra còn phải kể đến một số ưu điểm khi gia công cao tốc như:

• Tốc độ bóc vật liệu cao

• Chất lượng bề mặt gia công tốt

• Độ chính xác hình dáng cao

• Có khả năng gia công được các gân mỏng

• Giảm việc tạo các bavia

• Không gây hư hại bề mặt gia công

Phay cao tốc hợp kim nhôm nổi tiếng nhất và được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ trong những thập kỷ qua Gần đây HSM còn được ứng dụng trong việc gia công các vật liệu cứng, gia công sản xuất khuôn mẫu, khuôn đúc Vật liệu gia công cho cho phay cao tốc thường là gang, D2 (59 HRC), thép P20 (30 HRC) và H13 (46 HRC)… Các gang hợp kim với mác GM đặc biệt là

Hình 1.2: Sản phẩm được gia công bằng phương pháp gia công cao tốc

Công nghệ gia công cao tốc luôn được phát triển liên tục và được ứng dụng trong các ngành: Công nghệ ô tô, các bộ phận của máy bay, ngành công nghiệp điện

tử và trong sản xuất sản phẩm cơ khí Nhờ sự phát triển của gia công cao tốc dẫn đến sự phát triển của các máy công cụ có tốc độ cắt cao góp phần vào và sự phát triển của ngành gia công cắt gọt Trong một số trường hợp người ta cũng có thể sử dụng máy truyền thống để gia công cao tốc

12.000 vg/ph, tốc độ chạy dao nhanh lên đến 30m/ph

Tuy nhiên, để thực hiện gia công cao tốc thì máy cũng có những yêu cầu đặc biệt Sau đây là những yêu cầu chung đối với máy được sử dụng trong gia công cao tốc:

- Phải có độ cứng vững cao, chống rung động

- Công suất của động cơ trục chính phải lớn

- Độ cững vững tĩnh và động của trục chính phải cao

- Động cơ dẫn động chạy dao tốc độ cao

- Bộ điều khiển CNC có khả năng đáp ứng được cho gia công cao tốc

- Trục chính và thiết bị kẹp dao có độ đồng tâm cao và cân bằng tốt

- Hệ thống máy phải chắc chắn và độ cứng vững cao

Dưới đây là các yêu cầu cụ thể:

- Công suất của động cơ trục chính phải đủ lớn vì cần có một lượng công suất đáng kể để quay trục chính ở tốc độ cao Thông thường đối với các máy gia công cao tốc người ta sử dụng các động cơ servo điều khiển vô cấp có công suất cao

- Trục chính được điều khiển bởi các động cơ Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ vòng lặp kín, bằng công nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải nặng

- Hệ thống điều khiển chính xác góc giữa phần quay và phần tĩnh của động

cơ trục chính để tăng momen xoắn và gia tốc nhanh Hệ thống điều khiển này cho phép người sử dụng có thể tăng tốc trục chính lên rất nhanh

- Khả năng tăng tốc và giảm tốc nhanh rất quan trọng cho việc nâng cao năng suất Một máy công cụ với tốc độ tăng tốc/giảm tốc cao có thể duy trì vùng tốc độ chạy dao không đổi trên hầu hết hành trình cắt

Hình 1.4 : Kết cấu máy gia công cao tốc

- Các dạng điều khiển trục chính:

 Điều khiển đai: Truyền động từ động cơ tới trục chính thông qua dây đai

Sự kết hợp tốt giữa momen và tốc độ tạo ra nhiều sự lựa chọn cho chế độ làm việc của máy

chính lên đến 60.000v/ph Tạo ra quá trình làm việc êm

nặng

1.4.2 Trục chính và ổ đỡ trục chính

- Độ cứng vững tĩnh và động của trục chính phải cao Trục chính phải có độ cứng vững và độ ổn định nhiệt cao Các ổ đỡ phải có tần số vòng quay cao Kích thước ổ, kiểu ổ, số ổ, tải, kiểu bôi trơn ổ và vật liệu làm ổ yêu cầu phải được kiểm tra chặt chẽ cho máy công cụ gia công cao tốc Kiểu ổ đỡ lai hoặc hoàn toàn bằng ceramic cũng có thể được dùng cho máy gia công cao tốc

- Trục chính và thiết bị kẹp chặt dao phải có độ đồng tâm cao và cân bằng tốt Khi số vòng quay tăng thì lực ly tâm sẽ tăng tỷ lệ với bình phương của vận tốc quay Sự mất cân bằng trong hệ thống cũng như sự không đồng tâm sẽ làm gia tăng

tăng khả năng “look ahead” (dự đoán trước), có khả năng nội suy cung tròn thông qua đường cong NURBS

Để tăng độ chính xác, năng suất và tính vạn năng người ta thường sử dụng các bàn máy xoay (đối với các máy 4 trục hoặc 5 trục)

Hình 1.9: Bàn xoay trên máy CNC

Bàn xoay CNC có tác dụng làm tăng thêm tính vạn năng cho máy CNC Đối với các bàn xoay 2 trục, nhờ khả năng nghiêng bàn xoay đi một góc nào đó, nên cho phép máy CNC 3 trục gia công được các bề mặt phức tạp như cánh tua bin, cánh chân vịt ở tàu thủy Phạm vi sử dụng của bàn xoay là rất rộng, nhưng chủ yếu là dùng để gia công các chi tiết có bề mặt như:

- Mặt phẳng

- Các bề mặt định hình (bề mặt cam, cối dập, khuôn…)

- Các ren vít trong và ngoài

- Các bề mặt nghiêng

Đặc biệt với bàn xoay nhiều trục, có thể tiến hành gia công cùng một lúc nhiều chi tiết Từ đó sẽ làm tăng khả năng công nghệ của máy; Tăng năng suất gia công; Giảm thời gian tháo lắp và điều khiển dụng cụ cũng như thời gian gia công cơ bản

Khi gia công trên các máy cao tốc, tốc độ trục chính sẽ rất lớn Vấn đề an toàn phải được đặt lên hàng đầu Do vậy để đảm bảo an toàn trong quá trình gia công thì hệ thống thân máy phải được trang bị các thiết bị che chắn cũng như các thiết bị bảo vệ để đảm bảo an toàn khi có sự cố về dao Cụ thể khung máy và các hệ thống hỗ trợ như hệ thống che băng máy, hệ thống kẹp chặt… phải có độ cứng vững cao để chịu được ứng suất sinh ra khi gia công cao tốc

Các máy phay cao tốc thường có khối lượng nặng hơn 1,5 lần và có đế máy rộng hơn so với các máy CNC thông thường cùng kích cỡ để tạo ra sự chắc chắn Thân máy được làm từ gang đúc không có khuyết tật để tăng độ cứng vững cho máy

Với tốc độ cắt gọt rất lớn, do vậy yêu cầu đối với hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội cũng hết sức đặc biệt Khi tốc độ quay cao, xung quanh dao cắt xuất hiện vùng gió xoáy nên phương pháp làm nguội truyền thống không thể làm nguội hiệu quả Ở đây, hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội thường phải có áp suất cao

để có làm mát dao một cách nhanh chóng Việc thay dao nhanh yêu cầu dung dịch trơn nguội phải sạch hơn so với thông thường nên hệ thống cấp dung dịch trơn nguội phải có khả năng lọc tốt

Khi gia công ở tốc độ cao, nhiệt sinh ra rất lớn nên việc làm nguội bằng dung dịch trơn nguội không hiệu quả Nhưng có đến 70 – 80% nhiệt sinh ra được phoi và một phần nhờ dụng cụ đưa ra ngoài, vì vậy vấn đề ở đây là tăng khả năng thoát phoi khỏi bề mặt gia công để thoát nhiệt và tránh cào xước bề mặt gia công Vì vậy ở HSM người ta thường sử dụng khí nén để thổi bay phoi Thậm chí trong một số

trường hợp có thể người ta sử dụng kiểu phun sương (dung dịch làm mát ở dạng sương mù) với áp suất cao để tăng hiệu quả làm mát

Hiện nay có nhiều loại máy gia công cao tốc được sử dụng, phổ biến nhất là các trung tâm phay ngang và phay đứng 3 trục (HMC/VMC), đặc biệt là các trung tâm gia công ngang được sử dụng khá rộng rãi Với yêu cầu của sản xuất đòi hỏi ngày một nâng cao thì xu hướng sử dụng các trung tâm gia công HMC trong HSM

sẽ ngày càng được phát triển Máy phay CNC 4 trục đưa ra giải pháp làm nghiêng dao phay để cải thiện chế độ cắt Máy 5 trục với những đơn vị trục có thể thay thế cho phép gia công thô, bán tinh và gia công tinh với một chế độ thiết lập

Với nhiều tính năng vận hành cao (10000 – 50000vòng/phút), công suất trục 7,5 - 40kW và tốc độ cắt 10 – 60m/phút, các trung tâm gia công sẵn có trên thị trường và đang được sử dụng rộng rãi cho HSM trong thời gian gần đây Gia công cao tốc yêu cầu độ cứng vững cao, những trục chính cứng vững với những đặc trưng rung động rất thấp và đồ gá dụng cụ được cân bằng Những hệ động cơ servo

và bộ điều khiển phải đủ tiên tiến để hỗ trợ “look – ahead” Hệ thống CAM và hệ thống “look – ahead” phải cho phép máy công cụ dễ dàng tăng tốc và giảm tốc một cách hiệu quả nhất cho hiệu chỉnh dụng cụ Công nghệ máy công cụ hiện tại cho phép sử dụng động cơ tuyến tính vận tốc cao điều khiển, những đường ăn dao 3D với vận tốc trên 12m/ph, tăng tốc và giảm tốc độ gần 1,0g (g: là gia tốc trọng trường) Gia công cao tốc có thể được thực hiện trên một trung tâm gia công Nghiên cứu về gia công cao tốc tại phòng thí nghiệm Net ShapeManufacturing được thực hiện trên một trung tâm gia công ngang bốn trục (Makino A55 Delta) như hình dưới đây:

Hình 1.10 : Trung tâm phay cao tốc Makino A55 Delta

Hình 1.11 là máy phay cao tốc của hãng Akira seiki thuộc mác chủng loại SV760:

Bảng 1.1: So sánh thông số kỹ thuật của một số máy gia công cao tốc trục thẳng đứng của một số hãng nổi tiếng:

HSM 700

Mazak FJV-25N

Deckel DMC V65

Bộ điều khiển ATEK HS -

Dưới đây là máy phay cao tốc VelociRaptors của hãng DATRON Dynamics (Mỹ) Với tốc độ trục chính của máy từ 7000 ÷ 60000 (vòng/phút)

Hình 1.12 : Máy phay cao tốc của hãng Datron

Trong gia công cao tốc, đặc biệt là trong việc chế tạo khuôn mẫu, phương pháp phay các bề mặt khuôn mẫu trên máy phay CNC là phương pháp phay bao hình, dụng cụ cắt là các dao phay ngón Do các bề mặt khuôn mẫu có hình dáng hình học rất rất đa dạng nên hình dáng hình học của các dao phay ngón được sử dụng cũng có các loại khác nhau để phù hợp với bề mặt cần gia công, đảm bảo lấy

đi được nhiều lượng dư nhất, chất lượng bề mặt tốt nhất, năng suất cao nhất Hiện nay dụng cụ cắt được sử dụng trên máy phay CNC để gia công bề mặt 3D thường

sử dụng các dao: dao phay ngón đầu phẳng, dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn, dao phay ngón đầu cầu, dao phay ngón đầu côn cầu

Trong hầu hết các phần mềm CAD/CAM đều cho phép khai báo các loại hình dáng dao như trên Các thông số để định nghĩa hình học một dụng cụ gồm:

+ Hình dáng dao: đầu cầu (Ball mill), đầu phẳng (End mill)

+ Đường kính dao D (Diameter)

+ Góc côn A (Tapper angle)

+ Bán kính ở góc đối với dao đầu phẳng (Radius)

+ Chiều dài phần me cắt H1 (cut length)

+ Chiều dài an toàn H2 (clear length)

+ Chiều dài từ mũi dao đến chuẩn lỗ gá dụng cụ H3 (gauge length)

Từ 2 loại cơ bản là dao phay ngón đầu cầu và dao phay ngón đầu phẳng nếu cho thêm một góc côn ta được dao côn có hình dáng đầu tương ứng Nếu là dao đầu phẳng cho thêm góc lượn r ta được dao có đầu hình dao phay đầu cầu: có khả năng lấy đi lượng dư lớn nhất khi gia công các bề mặt cong, về lý thuyết nếu bán kính cong của mọi điểm trên bề mặt mà lơn hơn bán kính cong của đầu dao thì sẽ lấy đi hết lượng dư Khi gia công mặt phẳng thì dao phay đầu cầu để lại phần lượng dư giữa các đường chạy dao Về mặt chế độ cắt thì dao đầu cầu không tốt, vận tốt cắt biến thiên từ vận tốc cắt cực đại về 0 tại mũi dao, do đó tại vùng lân cận mũi dao vật liệu phôi không phải bị cắt gọt mà bị phá hủy do biến dạng, chính vì vậy chất lượng

bề mặt không cao Do những đặc điểm trên, dao phay đầu cầu chỉ được dung trong bước gia công tinh bề mặt

Dao phay ngón đầu phẳng: có khả năng lấy đi lượng dư kém dao phay đầu cầu khi gia công những bề mặt có độ cong, nhưng chế độ cắt tốt, vận tốc cắt tại phần lưỡi cắt tham gia cắt gọt không đổi do đó chất lượng bề mặt gia công cao Do

Hình 1.14 : Một số loại dao phay ngón thường dùng trong gia công bề mặt 3D

a Dao phay ngón đầu phẳng

b Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn

c Dao phay ngón đầu cầu

Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn: để hài hòa ưu nhược điểm của dao phay ngón đầu cầu và dao phay ngón đầu phẳng, người ta chế tạo dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn hay bán kính mũi dao r, loại dao này có khả năng lấy đi lượng dư tương đối tốt với các bề mặt cong và chế độ cắt cũng khá tốt

Để gia công vật đúc và thép hợp kim thì cacbit là loại vật liệu dụng cụ cắt phổ biến nhất Dụng cụ cacbit có một độ dẻo dai cao nhưng độ cứng kém hơn so với những vật liệu cao cấp khác như nitril bo (CBN) và gốm sứ Để cải thiện độ cứng và khả năng chịu mài mòn, dụng cụ cacbit được phủ lên lớp bề mặt với lớp mỏng các hợp chất hóa học như TiN, TiAlN và TiCN Cũng có thể sử dụng lớp phủ mềm/kép

có tên gọi là MOVIC (MOVIC là một lớp phủ kép molydisulfide (MOS 2)) được

dùng khi gia công như khoan khô, taro, phay và khoét doa các vật liệu như là nhôm

và hợp kim của nhôm, gang, thép kết cấu, thép có độ bền kéo cao, thép hợp kim cao

ở tốc độ cao

Những dụng cụ có đường kính nhỏ khoảng từ 1,5 đến 0,5 in, những dụng cụ gắn cacbit với lớp phủ TiCN có thể được dùng để gia công vật liệu có độ cứng nhỏ hơn 42 HRC, trong khi phủ AlTiN được sử dụng cho việc gia công vật liệu có độ cứng 42 HRC và lớn hơn Tuy nhiên phụ thuộc vào từng ứng dụng từng loại vật liệu kết hợp với lớp phủ cho các hiệu quả khác nhau Ứng dụng trong cắt cao tốc với những vật liệu dụng cụ và lớp phủ như vậy có thể được lựa chọn như sau: CBN và SiN cho gang; TiN và TiCN phủ lên cacbit cho thép hợp kim dưới 42 HRC; TiN và TiCN phủ lên cacbit cho hợp kim tôi luyện tới 42 HRC; TiAlN và AlTiN phủ lên cacbit cho hợp kim thép tôi luyện 42 HRC và lớn hơn Trường hợp đặc biệt khi tiện vật liệu có độ cứng tới 60 – 60 HRC có thể dùng PCBN gắn vào lưỡi cắt thích hợp

để gia công

Các vật liệu dụng cụ cắt thường sử trong gia công cao tốc:

 CBN (cubic boron nitride – Nitrit bo lập phương)

Các mảnh hợp kim CBN thường được sử dụng cho gia công cao tốc là CNGA, DNGA, VNGA, CNMP và TNG Các mảnh hợp kim cương được sử dụng cho gia công cao tốc là CCMT, CPGM và DCMT Nói chung các mảnh hợp kim sử dụng cho gia công cao tốc chứa khoảng 50% CBN tùy nhà chế tạo So với mảnh carbide thì mảnh CBN đắt hơn từ 4 – 5 lần, nhưng dao CBN chế tạo được nhiều sản phẩm hơn Chi phí dao cụ sẽ không đáng kể khi tính đến việc loại bỏ nguyên công mài tinh Qua kinh nghiệm sản xuất, người ta còn nhận thấy rằng việc giảm chi phí dung dịch trơn nguội do cắt khô bù đắp lượng chi phí cao hơn về dao

 PCBN

Các mảnh dao làm bằng PCBN có tính cắt gọt rất tốt Có thể cắt ở tốc độ cao, chiều sâu cắt lớn, gia công được các thép đã tôi cứng và các hợp kim bền nóng (độ cứng trên35 HRC) như inconel 600, rene, satellite, colmonoy…

 PCD

PCD được chế tạo tương tự như PCBN và cũng có những tính chất tương tự như PCBN, tuy nhiên chúng có những ứng dụng khác nhau Sự khác biệt chính là các dụng cụ kim cương không thích hợp cho gia công thép và các vật liệu chứa sắt khác Do kim cương là cacbon tinh khiết và thép có ái lực với cacbon cao, do đó ở tốc độ cắt cao, nhiệt phát sinh lớn, ái lực của thép và cacbon tăng nhanh làm cho các phân tử cacbon bị hút vào thép, làm cho lưỡi cắt dụng cụ nhanh chóng bị gãy

Titanium cacbonitride (TiCN) là lớp phủ cho dụng cụ cắt và mảnh dao Có tới hơn 90% của các mảnh dao được bảo vệ bởi lớp áo ngoài kết tủa từ các pha hơi (CVD) có ít nhất một lớp TiCN Lớp phủ TiCN chứa một lượng nhỏ cacbon và hạt nitơ có kích thước cỡ 50 – 300 nanomet sở hữu những đặc tính chống mài mòn rất cao Lớp phủ TiCN sử dụng cỡ hạt nhỏ đến 25 nanomet cùng khả năng chống nhiệt cao của VCD

Lớp phủ có cấu trúc tinh thể nano tạo lên cấu trúc bề mặt hình kim Bề mặt này cho phép sự phủ vật liệu thuận lợi với lớp kế tiếp là ôxít nhôm Sự gắn bó chặt chẽ của hai lớp phủ giúp chống mòn và nhiệt tốt, cung cấp một giải pháp khá toàn diện cho gia công cao tốc mà không sợ giảm tuổi thọ của dụng cụ

 TiN, TiCN và TiAlN

+ TiN – TitanNitride: Đây là loại vật liệu thường dùng nhất, quen thuộc với lớp phủ màu vàng, nó thường được phủ lên thép gió và carbide TiN có độ cứng cao, hệ số ma sát nhỏ, giảm được xói mòn, mài mòn và dính trong quá trình gia công Đặc biệt với lớp phủ màu vàng nên rất rễ nhận biết được lưỡi cắt bị mài mòn

+ TiCN – Titanium Carbide: Lớp phủ có màu xanh xám, cứng hơn TiN Nó cải thiện sự mài mòn của bề mặt khi căt thép cacbon, gang, thép hợp kim dụng cụ

+ TiAlN – Titanium Nitride: Cải thiện độ bền nóng và chống lại sự ôxít hóa khi phản ứng với TiN Loại lớp phủ này có màu tía xám, tính dẫn nhiệt kém nhưng

có độ cứng rất cao

1.7 Cơ sở vật lý gia công cao tốc

1.7.1 Biến dạng vật liệu trong quá trình cắt

Trạng thái của vật liệu trong quá trình gia công cao tốc phụ thuộc vào:

+ Phương thức chảy dẻo ban đầu do tốc độ biến dạng cao sinh ra

+ Đặc tính biến cứng do biến dạng của vật liệu gia công

+ Quan hệ theo thời gian giữa ứng suất chảy dẻo và nhiệt sinh ra trong quá trình biến dạng dẻo

Phạm vi thích hợp của tốc độ biến dạng trượt để gia công là khoảng 10P

4 P

sP -1 P Tốc độ biến dạng trượt hay sự xô lệch mạng tinh thể phụ thuộc vào liên kết mạng tinh thể của vật liệu cắt Trong phạm vi nghiên cứu, độ bền đàn hồi trượt quan hệ tuyến tính với tốc độ biến dạng

Trong hầu hết các nghiên cứu về quá trình gia công thì cần phải so sánh thuộc tính vật liệu phôi và vật liệu dụng cụ ở nhiệt độ vùng nghiên cứu Tuy nhiên tính chất vật liệu phôi cũng bị ảnh hưởng khi độ biến dạng lớn và tốc độ biến dạng cao phát sinh

1.7.2 Biến dạng xảy ra trong quá trình cắt

Nghiên cứu một qúa trình cắt trực giao, ta xét sự biến dạng của vật liệu xảy

ra ở hai vùng cắt như được thấy trong hình 1.17

Ở đây, ta có thể giả thiết được rằng việc làm biến dạng dẻo trong vùng cắt sơ cấp được thực hiện riêng biệt, đó là vùng được giới hạn bởi hai đường song song nằm gần lưỡi cắt như được thấy trong hình 1.17 Khi phần tử vật chất đi vào vùng cắt này, nó nhanh chóng đạt được tốc độ biến dạng cần thiết để gia công, làm biến đổi ứng suất chảy và sau đó tiếp tục bị biến dạng đến một giá trị γR P R, điều này chỉ bị ảnh hưởng bởi ứng suất chảy ban đầu của vật liệu, được rút ra từ việc thử nghiệm động học cắt kim loại Những hiệu ứng như biến dạng hóa cứng hay mềm đi sau khi biến dạng chảy này được xem xét ở dưới đây

Để có được dữ liệu về giới hạn độ bền chảy ở tốc độ biến dạng cao người ta ứng dụng phương pháp đột xây dựng các vùng trượt mỏng trong các tấm mỏng

nhôm, đồng, đồng thanh, thép mềm Kết quả đối với những tấm thép mềm trong phạm vi nhiệt độ 293K< T < 713K được kết hợp trong hình 1.18 Do cơ chế làm giảm sự lệch mạng tinh thể (dislocation), quan hệ giữa ứng suất chảy cắt và tốc độ biến dạng cắt có quan hệ tuyến tính trên vùng cắt

Điều rõ ràng được thấy trong hình 1.18 là giá trị phổ biến của tốc độ biến dạng trong vùng cắt sơ cấp là ở trong khoảng 2 – 20.10P

4 P

sP -1

P khi cắt cao tốc thép mềm Tốc độ biến dạng thu được bằng cách thử nghiệm cắt tốc độ với các loại vật liệu khác cũng tương đương

Hình 1.18: Ứng suất chảy dẻo ở các nhiệt độ khác nhau ở vùng sơ cấp

Vật liệu ở trạng thái này cho phép ta xác định một hệ số độ nhớt thô µ (macroscopic viscosity coefficient) Mỗi một giá trị của µ ứng với một đường ứng suất chảy cắt (shear yield streess) trong hình 1.18 Giá trị của µ có thể xác định là hệ

số góc của đường ứng suất cắt từ đó:

kR y R = kR 0 R(T) + µγ (1.1)

2930

primary zone

lower yield stress

SHEAR STRAIN RATE 104 s-1

1.7.2.2 Đáp ứng của vật liệu diễn ra qua vùng cắt sơ cấp

Nghiên cứu vùng cắt sơ cấp và thứ cấp được tách riêng biệt và sau đó lần lượt được đánh giá thông qua phương trình cơ bản sau:

)(

),,(),,

γ

γγγ

γγ

∆

∂

∂+

∆

∂

∂+

T

k T

k T

Phương trình được chia ra như vậy là để tách ảnh hưởng của biến dạng chảy dẻo ban đầu và những luồng kế tiếp theo Những dòng biến dạng kế tiếp được biểu diễn bởi ba thành phần như trong phương trình 1.2 Trong vùng cắt sơ cấp, vật liệu

bị biến dạng nhiều hơn sau khi biến dạng chảy dẻo và có thể đạt đến γ = 2 – 5 Như vậy có sự biến dạng làm hóa cứng xảy ra do cơ chế cản trở xô lệch mạng tinh thể được kể đến và đồng thời do biến dạng dẻo vật liệu một lượng nhiệt đáng kể được sinh ra làm mềm vật liệu Các cơ chế này bù đắp cho nhau trong một vài phạm vi nhất định, nhưng sự làm mềm là phụ thuộc vào thời gian Do vậy, phương trình 1.2 cần phải thêm:

)/exp(

Hình 1.19: Nhiệt độ tính toán trong vùng cắt sơ cấp

Thực nghiệm chỉ ra rằng vật liệu không có đủ thời gian trong vùng cắt sơ cấp

để được làm mềm hóa một cách đáng kể Như vậy, giá trị “ứng suất cắt động” của vật liệu trong vùng cắt sơ cấp là cao và không đổi ở tất cả các tốc độ gia công kể cả vùng tốc độ cao

Trong hình 1.17, vùng cắt thứ cấp kéo dài từ điểm (O) trên lưỡi cắt dụng cụ đến hết chiều dài tiếp xúc với phoi Khi một phần tử vật liệu đi qua vùng này, nó trải qua nhiều tác động bởi vì chiều dài vùng này ít nhất là 1 – 2 mm phụ thuộc vào vật liệu gia công (ngược lại vùng sơ cấp chỉ dài từ 0,1 – 0,2 mm)

Khi gia công thép không gỉ, thép hợp kim và hợp kim ngành hàng không thì nhiệt độ là cao hơn Tuy nhiên, nhìn lại phương trình (1.3) thì có nhiều thời gian chịu tác dụng và nhiệt độ cao hơn không có nghĩa là phần tử vật liệu được làm mềm hơn Cũng không thể suy diễn được nhiều từ ứng suất trung bình có thể tính được bằng cách chia lực cắt đo được cho diện tích tiếp xúc Ở đầu khu vực tiếp xúc, gần

ma sát phía sau Như vậy, có thể dự kiến được ứng suất cắt trung bình tăng cùng với sức bền vật liệu cắt

Kết quả các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, khó khăn khi cắt trong vùng cắt thứ cấp là phải đối phó với biến dạng hóa cứng ở đầu của vùng cắt Tuy phía sau vùng cắt này có sự mềm hóa vật liệu đáng kể do nhiệt, nhưng ứng suất trượt được tạo ra khi gia công các hợp kim ở tốc độ vẫn là rất lớn

Tốc độ cắt càng nhanh hơn, càng có nhiều phần tử vật liệu trong phần đầu của vùng cắt thứ cấp bị ảnh hưởng bởi sự ngăn cản xô lệch mạng tinh thể và biến dạng hóa cứng Hơn nữa, những ảnh hưởng này là rõ ràng hơn với các vật liệu làm việc là thép không gỉ, hợp kim thép, titan và các hợp kim niken

Ở tốc độ cắt lớn, sự phát triển của phoi dọc theo bề mặt dụng cụ sau lưỡi cắt làm cản trở quá trình cắt Sự lấn chiếm mạnh mẽ tại mặt trước của phoi là tương đương với một ứng suất ma sát rất lớn gây ra cản trở quá trình cắt

1.8 Động học và động lực học HSM

Phay cao tốc thép hợp kim có độ cứng cao được dùng trong sản xuất khuôn dập và khuôn đúc là một nguyên công đòi hỏi cao, bởi vì nhiệt độ và ứng suất cao được sinh ra trên dụng cụ cắt do tốc độ biến dạng cao Những quan hệ cơ bản giữa những thông số thay đổi (như lực dụng cụ, nhiệt độ, ứng suất) và chất lượng dụng

cụ (như tuổi bền dụng cụ cắt, độ bóng bề mặt) có thể được hiểu tốt hơn khi sử dụng máy tính mô phỏng qúa trình cắt Với mục đích này, FEM (Finite Element Method-

là một phương pháp kỹ thuật số cho phép giải gần đúng các phương trình vi phân cũng như các phương trình tích phân theo cách xấp xỉ.) FEM đặt cơ sở cho sự mô phỏng quá trình hình thành luồng phoi khi gia công cao tốc

1.8.1 Luồng phoi

Số liệu thực nghiệm chỉ ra khi gia công thép đã tôi thì cấu trúc vi mô vật liệu phôi (không phải chỉ là độ cứng) và những thuộc tính nhiệt ảnh hưởng đến luồng phoi thoát Nói chung, có thể thấy lực cắt càng cao khi độ cứng phôi càng cao Tuy nhiên cũng thấy được rằng những thuộc tính nhiệt khác nhau của vật liệu dụng cụ

có thể làm lực cắt thấp hơn Bởi vậy, để từng bước hiểu quá trình này tốt hơn và cải thiện năng suất của dụng cụ cắt, việc sử dụng lý thuyết biến dạng và kỹ thuật tối ưu hóa được đưa ra

Hình 1.20: Các dạng phoi hình thành khi gia công thép tôi

Trong việc gia công vật liệu cứng, sự hình thành phoi dây thường xảy ra với chiều dày cắt nhỏ hơn 0,1 mm và ở cả tốc độ cắt cao và thấp, tốc độ cắt chỉ ảnh hưởng đến dòng phoi thoát ra (hình 1.20a) Tuy nhiên, chiều dày cắt lớn hơn và ở tốc độ cắt cao thì phoi xếp dạng “răng cưa” được tạo ra (hình 1.20b) Loại phoi này

có thể gây ra dao động tuần hoàn của cả sự cắt lẫn lực cắt và có thể dẫn tới những

sự rung động tần số cao mà ảnh hưởng đến tuổi bền và sự phá hỏng của dụng cụ cắt

Những nghiên cứu gần đây đang sử dụng sự cắt gián đoạn và nghiên cứu hình ảnh tế vi vật liệu để minh họa sự hình thành của phoi “răng cưa” do sự hình thành tuần hoàn của những vết rạn phía trước dụng cụ như được thấy trong hình

Các loại phoi nói chung được thấy trong khi gia công những vật liệu cứng là phoi dây khi mà chiều dày phoi nhỏ và phoi xếp dạng răng cưa khi chiều dày phoi lớn (thông thường >0,1 mm) Theo những nghiên cứu gần đây, tần số rung động của

sự cắt tạo phoi xếp dạng răng cưa là rất cao Ảnh hưởng của sự hình thành phoi đến

sự mòn dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt vẫn chưa được nghiên cứu Tuy nhiên, sự hình thành phoi chắc chắn ảnh hưởng đến lực cắt

1.8.1.2 Ảnh hưởng của luồng phoi đến lực cắt

Luồng phoi thoát ra trong phay rãnh sử dụng dao phay ngón đầu bằng với lưỡi cắt thẳng bằng hợp kim được mô phỏng ở lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ bằng

mô phỏng FEM Sự hình thành phoi được dự đoán từ quá trình mô phỏng như thể hiện ở hình 1.21

tốc độ ăn dao fRzR= 0,155 mm/răng 1.8.2 Xác định lực cắt của qúa trình phay

Trong qúa trình phay, các răng cắt của dụng cụ tuần tự vào cắt Số răng cắt làm việc và tiết diện phoi ở mỗi răng cắt ra là không cố định, chúng thay đổi khi dụng cụ quay Hai bước cần thiết để xác định lực cắt khi phay là:

Hình 1.22: Mô hình xác định lực cắt khi phay

Bước thứ nhất bao gồm việc mô tả đặc điểm và mô hình hóa lực cắt tức thời của một răng cắt trên phôi (hình 1.22) Lực cắt này phụ thuộc trực tiếp vào tính chất vật liệu phôi, hình học dụng cụ cắt và các tham số cắt thay đổi Bởi vậy lực cắt thay đổi khi dụng cụ cắt quay Nó được đo theo phương X và phương Y bởi một lực kế Sau đó, nó được quy đổi trong một hệ thống tham chiếu khác ở trên răng cắt để có được một lực tiếp tuyến FR t Rvà một lực hướng kính FR R R

Bước thứ hai bao gồm việc xác định các lực tiếp tuyến trên tất cả các răng cắt khi phay Lực này cần quan tâm bởi vì công suất được sử dụng bởi trục chính đến máy có thể được tính toán từ nó Lực cắt tức thời có thể được tổng hợp lại để có được lực tổng hợp của dụng cụ cắt tác dụng lên phôi

Lực cắt có thể xác định được dễ dàng Khó khăn chính là việc mô hình hóa lực cắt tức thời của dụng cụ cắt tác dụng lên phôi Hầu hết người ta dựa trên mô hình mà ở đó lực cắt tỷ lệ với tiết diện phoi Những mô hình này có thể được biểu diễn bằng các phương trình sau:

θ

θ =

Ở đó: FR t R và FR R Rlà các lực cắt tức thời tiếp tuyến và hướng kính, KR T R, KR R R là các

hệ số lực cắt, t(θ) là chiều dày tức thời của phoi, d là chiều sâu cắt, fR t R là lượng chạy dao răng

Với: t(θ)= f t.Sin(θ) (1.6)

Hệ số KR T Rvà hệ số KR R R chủ yếu phụ thuộc vào thuộc tính của vật liệu phôi và dụng cụ cắt Hệ số KR T R và hệ số KR R R cũng có thể được xác định được khi phay nhờ xem xét ảnh hưởng của sự thay đổi chiều dày phoi Khi lực cắt giảm cùng với chiều dày phoi và có thể được biểu diễn bằng các phương trình:

m t

m r

- Gia công cao tốc có một vị trí quan trọng trong ngành cơ khí đặc biệt là cơ khí chính xác do nó có khả năng gia công tốc độ cao được những loại vật liệu có độ cứng, độ bền cao tạo ra các chi tiết cơ khí có độ chính xác và độ bóng bề mặt cao

- Do khả năng gia công chính xác và đạt được độ bóng bề mặt cao mà gia công cao tốc thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối

- Các thông số công nghệ như: V(m/ph), tốc độ chạy dao S(mm/ph) có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt của chi tiết gia công khi gia công cao tốc Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi phay cao tốc sẽ giúp chúng ta có thể lựa chọn được các giá trị thông số tối ưu khi phay cao tốc để chất lượng bề mặt chi tiết được nâng cao

- Việc nghiên cứu làm sao để sản phẩm làm ra đạt chất lượng tốt nhất, hiệu quả kinh tế cao nhất là một việc làm rất cần thiết Một trong những nghiên cứu quan

trọng đó là nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi gia công cao tốc đến chất lượng bề mặt chi tiết Với kết quả nghiên cứu này sẽ là cơ sở cho quá trình tối ưu hóa các thông số công nghệ khi gia công trên các máy phay cao tốc (máy phay cao tốc CNC)