Luận văn thạc sĩ nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám khi phay rãnh bằng dao phay đĩa trên máy phay đa năng TUM20VS​

Thực hiện ý tưởng nên trên và được sự đồng ý của BGH Trường Đại họcLâm nghiệp và Ban chủ nhiệm khoa sau Đại học, tôi thực hiện luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật với tên đề tài: "Nghiên

QUYỀN ĐÌNH BIÊN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ ĐỘ NHÁM KHI PHAY RÃNH BẰNG DAO PHAY ĐĨA TRÊN MÁY PHAY ĐA NĂNG TUM20VS

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2012

QUYỀN ĐÌNH BIÊN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ ĐỘ NHÁM KHI PHAY RÃNH BẰNG DAO PHAY ĐĨA TRÊN MÁY PHAY ĐA NĂNG TUM20VS

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá NLN

Mã số: 60.52.14

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRỊNH HỮU TRỌNG

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn bảy tháng làm việc khẩn trương, nghiêm túc với tinh thần cốgắng cao nhất bản luận văn đã được hoàn thành, trong suốt thời gian vừa quatôi đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể, cánhân Nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:

Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Trịnh Hữu Trọng đã dành nhiều thờigian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị

Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm thựchành Khoa Cơ điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp, Trường caođẳng nghề LILAMA Ninh Bình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thựchiện đề tài

Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi trong quátrình thực hiện đề tài

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những kếtquả trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giảnào công bố Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đượcchỉ dẫn nguồn gốc

Hà Nội, tháng 06 năm 2012

Tác giả

Quyền Đình Biên

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục hình v

Danh mục bảng vi

Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt vii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới 3

1.2 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở nước trong nước 12

Chương 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI GIỚI HẠN, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 19

2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 19

2.2 Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu 19

2.3 Nội dung nghiên cứu 20

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 20

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 20

2.4 Phương pháp nghiên cứu 21

2.4.1 Thí nghiệm thăm dò 21

2.4.2 Thực nghiệm đơn yếu tố 24

2.4.3 Thực nghiệm đa yếu tố 28

2.4.4 Xác định các giá trị hợp lý 37

Chương 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 40

3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy phay vạn năng TUM20VS 40

3.1.1 Cấu tạo 40

3.1.2 Nguyên lý hoạt động 42

3.2 Lực cắt và công suất cắt khi phay rãnh bằng dao phay đĩa 42

3.3 Những nhân tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng khi phay 46

3.4 Những nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi phay 47

3.4.1 Độ nhám bề mặt gia công 47

3.4.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công 49

3.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công 50

Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 55

4.1 Kết quả thí nghiệm thăm dò 55

4.1.1 Chuẩn bị thí nghiệm 55

4.1.2 Kết quả thí nghiệm thăm dò 55

4.2 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 58

4.2.1 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chi phí năng lượng riêng 58

4.2.2 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công 59

4.2.3 Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng 60

4.2.4 Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt gia công 61

4.3 Kết quả nghiên cứu đa yếu tố 63

4.3.1 Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các thông số đầu vào 63

4.3.2 Thành lập ma trận thí nghiệm 63

4.3.3 Xác định mô hình toán và thực hiện các phép tính kiểm tra 64

4.4 Các trị số công nghệ hợp lý khiphay rãnh bằng dao phay đĩa trên máy phay đa năng TUM20VS 65

4.4.1 Xác định các thông số hợp lý 65

4.4.2 Vận hành máy với các thông số hợp lý 66

KẾT LUẬN - KHUYẾN NGHỊ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

2.2 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành với hai 31

yếu tố ảnh hưởng

4.6 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành 624.7 Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm Nr 634.8 Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm Ra 64

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

f Tiết diện cắt ngang do một răng dao thực hiện tại mm2

thời điểm tính toán

A Hệ số tính đến điều kiện cắt và phụ thuộc vào tính

chất của vật liệu gia công

n Số mũ đặc trưng cho ảnh hưởng của a đến lực p

η Hiệu suất của máy

Kn Hệ số quá tải tức thời cho phép

W Chi phí năng lượng để làm ra khối lượng sản phẩm kWh

M

M Khối lượng sản phẩm mà thiết bị làm ra m3

Nd Công suất của động cơ cần thiết để cho máy phay kW

hoạt động trong thời gian T làm ra một khối lượngsản phẩm

T Thời gian máy phay tạo ra khối lượng sản phẩm M H

Ra Sai lệch profin trung bình cộng bằng giá trị trung mm, μmm

bình cộng của các chiều cao h tính từ đường trungbình trong phạm vi chiều dài chuẩn 1

Rz Chiều cao nhấp nhô của profin theo mười điểm mm

sm Bước trung bình các nhấp nhô của profin mm

S Bước trung bình nhấp nhô của profm theo đỉnh mm

Rmax Chiều cao lớn nhất các nhấp nhô của profin mm

∆% Sai số tương đối

Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu

Y

Gtt Tính đồng nhất theo tiêu chuẩn Kohren

S2max Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm

F Giá trị tính toán theo tiêu chuẩn Fisher

R Hệ số đơn định

T Giá trị chuẩn Student

ĐẶT VẤN ĐỀ

Máy phay là một trong những loại máy gia công kim loại được dùng phổbiến trong các nhà máy cơ khí.Máy phay được chế tạo từ thế kỷ XVI,cho đếnnay,hàng triệu máy phay với nhiều kiểu dáng khác nhau đã được chế tạo và đưavào sản xuất ởcác nước có nền công nghiệp chế tạo máy phát triển.Trong nhữngnăm qua, ngành Cơ khí nước ta đã có những đóng góp quan trọng cho nền kinh

tế Hàng năm, Ngành đã sản xuất trên 500 danh mục sản phẩm với tổng khốilượng hàng trăm ngàn tấn, đáp ứng nhu cầu cho các ngành kinh tế quốc dân Báocáo tại Hội nghị đánh giá Chiến lược phát triển ngành Cơ khí Việt Nam đến năm

2010, tầm nhìn đến năm 2020, cũng cho thấy, nếu như vào những năm đầu củathập kỷ 90 thế kỷ trước, ngành Cơ khí mới chỉ đáp ứng được khoảng 8-10% nhucầu trong nước, thì đến những năm gần đây, con số này đã đạt 40%, tốc độ tăngtrưởng bình quân đạt 40%/năm Theo báo cáo của Hiệp hội Doanh nghiệp Cơ khíViệt Nam, hiện nay, cả nước có khoảng 53.000 cơ sở sản xuất cơ khí, thu húttrên 500.000 lao động, chiếm gần 12% lao động công nghiệp

Phần lớn các chi tiết máy từ nhiều loại vật liệu khác nhau đều được tạohình bằng các phương pháp gia công cơ là gia công bằng cắt gọt, đặc biệttrong những trường hợp khi cần có chi tiết với độ chính xác cao và độ nhám

bề mặt thấp Để phương pháp gia công cơ đạt năng suất cao, giá thành hạ vàchất lượng đạt yêu cầu cần phải biết những quy luật cơ bản của quá trình cắtgọt, trên cơ sở đó có thể điều khiển được những hiện tượng xảy ra trong vùngcắt và lựa chọn được thông số công nghệ tối ưu

Phay là một phương pháp gia công phổ biến, là một phần quan trọng trongqui trình công nghệ gia công kim loại, đồng thời cũng là một trong nhữngphương pháp gia công cho năng suất cao Gia công các chi tiết máy tiện, máyphay chiếm khoảng 20% khối lượng gia công kim loại bằng cắt gọt, chính vì vậy,

ở nước ta trong những năm gần đây đã nhập khẩu và đưa vào sử dụng nhiều

loại máy phay khác nhau Để sử dụng hiệu quả các thiết bị nhập nội cần thiết

có những nghiên cứu về tính năng, tác dụng và các thông số kỹ thuật của thiết

bị, xác định được chế độ làm việc hợp lý nhằm nâng cao năng suất và giảmgiá thành sản phẩm nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm theo yêucầu Thực hiện ý tưởng nên trên và được sự đồng ý của BGH Trường Đại họcLâm nghiệp và Ban chủ nhiệm khoa sau Đại học, tôi thực hiện luận văn Thạc

sỹ khoa học kỹ thuật với tên đề tài: "Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng

đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay đĩa trên máy phay đa năng TUM20VS".

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới

Máy phay là một trong những loại máy gia công kim loại được dùngphổ biến trong các nhà máy cơ khí Máy phay được chế tạo từ thế kỷ XVIInhưng mãi tới nửa sau của thế kỷ XIX mới được sử dụng rộng rãi ở các nướccông nghiệp tiên tiến.Cho đến nay, hàng triệu máy phay với nhiều kiểu dángkhác nhau đã được chế tạo và đưa vào sản xuất

Ở các nước công nghiệp phát triển như Cộng hòa liên bang Đức,Mỹ,Nhật đã nghiên cứu, chế tạo rất nhiều loại máy phay khác nhau để phục vụ giacông cơ khí.ỞCộng hòa liên bang Đức, có hơn 450 hãng sản xuất máy công cụ, sảnxuất được trên 200000 thiết bị trong một năm, là một trong những nước xuất khẩumáy công cụ hàng đầu thế thế giới với cơ cấu sản phẩm: Máy mài chiếm20,1%,máy tiện tự động 16,2%, máy tiện thường 12,3% Một số hãng nổi tiếng như:HERMLE đã sản xuất các loại máy phay với mã hiệu UWF700,UWF800,UWF801,UWF802-M,UWF900,UWF1000-CNC,UWF1200-CNCcócông suất trục chính từ 2÷2,2 kw (hình 1.1)

Hãng DECKEL với các loại máy phay FP1, FP2, FP3(hình1.2) có côngsuất trục chính 2-5HP; máy phay giường Bernardo BFM 180, BFM200,BFM240(hình 1.3) có công suất trục chính 7,5KW

Trong số các nước công nghiệp phát triển thì Italy là một trong nhữngnước xuất khẩu máy công cụ hàng đầu thế giới Kim ngạch xuất khẩu máy củaItaly chiếm khoảng 6% tổng giá trị xuất khẩu máy công cụ của thế giới Italy

có khoảng 450 hãng sản xuất máy công cụ với tổng công suất 59 nghìn

máy trong một năm Trong cơ cấu sản phẩm có 26% là máy khoan, 14% làmáy tiện, 7,5% là máy mài, 4,1% là máy phay Một số hãng sản xuất máycông cụ nổi tiếng như Gruppo Parpac chế tạo các loại máy phay với các mãhiệu FB 125CNC, GMC 350, FS350, ML90, ML 100, ML120 (hình 1.4) cómột số thông số chính: hành trình bàn máy theo các trục X 4000÷30000 mm,

Y 2500÷4000mm, Z 1250÷1500mm; tốc độ trục dao10÷3000v/p; công suấtđộng cơ 37 Kw Hãng Juarísti có các loại máy phay CNC như: TX1D,TX3D,TX1D có công suất động cơ 37kW, hành trình bàn máy theo trục X4000mm, Y 2000mm, Z 2050mm Hãng Accuway sản xuất ra các máy phayvới các mã hiệu như: UT 300, UT 300L, UT300LM Hãng Bireton có cácsản phẩm như máy phay CNC Matrix 800/2T, CTX/V, NC-700

Hình 1.1 Máy phay UWF-1200 CNC

Hình 1.2 Máy phay tháp DECKEL FP1

Hình 1.3 Máy phay giường BFM200

Hình 1.4 Máy phay ML120

Trong số các nước đang phát triển thì Trung Quốc là nước đứng đầu vềchế tạo máy với hơn 600 xí nghiệp đang hoạt động.Trong số đó, 40/% là xínghiệp sản xuất máy cắt kim loại còn lại là xí nghiệp sản xuất máy gia côngkim loại Mặc dù, hàng năm ngành chế tạo máy của Trung Quốc có tốc độphát triển tương đối nhanh khoảng 28% nhưng từ năm 2002 Trung Quốc lànước nhập khẩu máy lớn nhất thế giới gần 20% sản phẩm chế tạo máy của thếgiới.Trung Quốc nhập khẩu máy chủ yếu từ các nước tư bản như Mỹ, Nhật,Tây Đức, Ý,Hàn Quốc, Đài Loan Năm 2010 Chính phủ Trung Quốc đã lập kếhoạch phát triển ngành chế tạo máy,theo đó tiến hành xây dựng các xí nghiệpchế tạo máy với qui mô lớn được đầu tư công nghệ hiện đại, có khả năng cạnhtranh trên thị trường quốc tế và đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ trong nước vềcác loại máy và thiết bị công nghiệp.Một số hãng chế tạo máy hàng đầu TrungQuốc như BeijingNorth Hong,ChangChun CNC, China Czechoslovakia,China Qiqihar,Jinan Huili,Qinghai No.1,Shandong Lunan, Dalian,Anhuichizou household đã có sản phẩm xuất khẩu đến nhiều nước

trên thế giới trong đó có các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Canada,Anh, Pháp, Đức,TâyBanNha Các loại máy phay của hãng Daliannhư:TX6216E, TX6113 TX6216 (hình 1.5);máy phay tháp: XW6032 có côngsuất trục chính là 4KW,máy phay X6333A có công suất trục chính 3,75 KW,MW5032, XK6325B, PTDM20, M4 Verticlevàmáy phay giường XL7036,BM360, BM400, BM4của hãng Centre có công suất trục chính 3,5-5,5kW, sốvòng quay 30÷3500 v/p Hãng Anhui chizou household sản xuất các loại máyphay vạn năng với các mã hiệu:X6036A,X6036B,X6325Z,

X6350C,X5032,X5040,X1545,X6140 có kích thước bànmáy1600x400mm;tốc độ quay của trục dao 30÷1500v/p, công suất động cơ11Kw; các loại máy phay CNC của hãng có các mã hiệu:VMC550,VMC420L,VMC330L,XK7124,XK7124A,XK7125(hình 1.7) cócác thông số kỹ thuật chính như hành trìnhbàn máy theo các trụcx:535mm,trục y: 320mm,trục z:375mm;tốc độ quay:4000v/p;công suất động

cơ chính:2,2Kw; công suất động cơ bơm chất làm mát: 370w; hệ điềuhànhGsk simen802s

Hình 1.5 Máy phay TX 6216

Hình 1.6 Máy phay XK7125

Tình hình sản xuất và sử dụng máy phay ở một số nước nêu ở trên chothấy rằng: Gia công các chi tiết máy bằng phương pháp phay là phương phápgia công thông dụng cho nên đã có nhiều loại máy phay khác nhau được chếtạo và đưa vào sản xuất,đáp ứng nhu cầu của ngành chế tạo máy ở các nướckhác nhau trên thế giới.Cùng với việc chế tạo máy phay thì nghiên cứu hoànthiện,nâng cao chất lượng máy và quá trình sử dụng máy đã được quan tâmtrong nhiều công trình nghiên cứu ở Nga và những nước có nền công nghiệpphát triển Các nghiên cứu tập trung vào các hướng chủ yếu sau:

+ Hướng thứ nhất: Nghiên cứu nâng cao năng suất lao động và chấtlượng sản phẩm khi sử dụng máy phay

Trong công trình [15], các tác giảA.N Gnhitkô và V.G Nhetrepaev đãkhảo sát quá trình hình thành phoi khi phay rãnh chữ T và xây dựng được các

mô hình toán học để khảo sát quá trình phoi lấp đầy không gian giữa các răngcắt của dao phay;

Sự chuyển dịch phoi dọc mặt cắt trước của các răng cắt dưới tác dụngcủa lực quán tính và lực thủy động Sự dịch chuyển của các phoi kim loại dọcmạch cắt dưới tác dụng lực thủy động học; Quá trình lắp đầy phoi trongkhông gian của mạch cắt; Xác định lực cần thiết tác dụng lên khối phoi vậtliệu vụn được tạo thành trong không gian của mạch cắt.

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng chỉ sau 2 đến 5 vòng quay của trụcdao không gian giữa các răng cắt đã được phoi lấp đầy Kết quả khảo nghiệmcho phép khẳng định rằng: Khi gia công thép và gang ở chế độ tiêu chuẩn có

từ 30÷100% trường hợp không có khả năng tự thoát phoi được nhờ lực quántính mà muốn quá trình thoát phoi được thuận lợi cần thiết phải có thêm lựctác dụng Trong quá trình gia công, phoi thép cũng nhanh chóng được lấp đầyrãnh cắt; chỉ sau 10÷30 mm chiều dài mạch cắt

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng: Nếu chủ động đẩy phoi

ra khỏi không gian giữa 2 răng cắt (hầu răng) và phoi cắt ra khỏi không giancủa mạch cắt cho phép tăng năng suất lên 2 lần lần nhờ tăng lượng chạy dao

từ 100mm/p lên 200 mm/p mà vẫn đảm bảo được yêu cầu chất lượng bề mặtcủa rãnh và tuổi bền của dao phay tăng 3lần so với phương pháp bôi trơn làmmát thông thường và tăng 6 lần so với trường hợp không sử dụng chất làmmát

Trong công trình [21], tác giả Lobanov.A.A đã nghiên cứu quá trìnhphay thép tôi có độ cứng lớn hơn 45HRC Trong quá trình nghiên cứu tác giả

đã khảo sát nhiệt ở vùng cắt gọt, xác định nhiệt độ; kiểm tra cấu tạo tinh thể

và độ cứng của phoi thép và đưa ra phương pháp chọn chế độ cắt gọt, khiphay thep qua tôi cứng; Xác định yêu cầu kỹ thuật của máy phay sử dụng đểphay các hợp kim cứng Sử dụng phương pháp phay kim loại ở trạng thái tôicứng mà đề tài đề xuất góp phần nâng cao năng suất, giảm độ nhám, giảm chiphí gia công của các chi tiết máy

Trong công trình [22], tác giả Ruđina I A đã nghiên cứu nâng cao hiệuquả gia công bề mặt của các chi tiết máy nhờ chọn thông số kỹ thuật của quátrình cắt hợp lý Đã xây dựng được mô hình toán học để xác định chế độ cắthợp lý khi phay ở tốc độ cao nhằm mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượngsản phẩm.

Trong công trình nghiên cứu [25], Tác giả Poliakova.E.V đã nghiên cứukhả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công bề mặt của chi tiết máy.Trong quá trình nghiên cứu đã xây dựng được mô hình xác định nhiệt độ cắtgọt khi phay chi tiết ở các chế độ cắt khác nhau Xây dựng mô hình toán họcxác định độ nhám bề mặt chi tiết phụ thuộc vào chế độ cắt Xác định được chế

độ cắt tối ưu bằng phương pháp qui hoạch thực hiện nghiệm phi tuyến Vớihàm mục tiêu là giá thành sản phẩm

Trong công trình [27],tác giả Haxan – Al – Đabac đã nghiên cứu nângcao chất lượng gia công nhờ chế tạo và sử dụng đầu măng danh khoan phay.Bằng lý thuyết đã khảo sát đặc tính đầu măng danh khoan phay và đề xuất cấutạo của đầu măng danh với mục tiêu nâng cao độ chính xác và chất lượng giacông Tiến hành nghiên cứu trạng thái biến dạng và ảnh hưởng của tốc độquay đến lực kẹp của đầu măng danh Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Khiphay với tốc độ từ 6000 đến 12000 vòng/phút lực ly tâm không ảnh hưởngđến lực kẹp Khi sử dụng đầu măng danh khoan phay độ nhám bề mặt chi tiếtgiảm 6÷10% so với đầu măng danh bình thường và chất lượng gia công tănglên rõ rệt

Trong công trình [20], tác giả Kirukhin.D.E cho rằng: Trong một vàinăm gần đây,việc sử dụng các chi tiết máy làm bằng vật liệu khó gia công từhợp chất của những chất không gỉ, chịu được axít, chịu nhiệt…được quan tâm

ở nhiều nước trên thế giới.Trong số các hợp chất được sử dụng rộng rãi cóhợp chất của titan với tính ưu việt nổi trội so với hợp chất của các kim loại

như sắt,niken, manhê, nhôm và các kim loại khác.Tuy nhiên, khi gia công cácchi tiết làm bằng hợp chất của titan gặp một số khó khăn do tính chất cơ lýcủa nó gây nên như làm mòn dụng cụ, giảm năng suất và chất lượng bề mặtgia công Tác giả, đã nghiên cứu nâng cao năng suất phay các chi tiết làmbằng hợp kim của titan nhờ áp dụng phương pháp cắt tốc độ cao.Trong côngtrình đã xây dựng được mô hình toán thể hiện được sự ảnh hưởng của cácthông số cắt đến mòn dụng cụ trong đó có mòn đặc trưng cho phương phápphay hợp kim titan tốc độ cao Từ những kết quả nghiên cứu thu được tác giả

đã khuyến cáo áp dụng phương pháp phay độ cao tốc để tăng năng suất vàchất lượng sản phẩm khi gia công các chi tiết làm từ hợp kim titan trên cácmáy phay có độ cứng vững cao

+ Hướng thứ hai: Nghiên cứu hoàn thiện kết cấu máy và quá trình cắt gọt kim loại

Trong công trình [13], các tác giả Antônhiuk.B.C,Uxachev.P.A đã xâydựng được mô hình toán học để tính toán các thành phần của lực cắt sinh ratrong quá trình phay đường viền các hợp kim khó gia công bằng dao phayngón Phân lực tiếp tuyến Px và phân lực vuông góc Py của lực cắt khi phayphụ thuộc vào rất nhiều yếu tố đó là chiều sâu cắt, lượng chạy dao, góc gặp,loại vật liệu…

Kết quả nghiên cứu của các học giả trên có thể dùng để nghiên cứu sựảnh hưởng của lực cắt đến độ bền lưỡi phay và độ chính xác gia công trongquá trình phay các hợp kim khó gia công bằng dao phay ngón

Trong công trình [22], tác giả Frolov.A.N đã nghiên cứu nâng cao ổnđịnh rung khi phay trên cơ sở sử dụng lưỡi phay mặt đầu có độ cứng thay đổi

đã góp phần làm hoàn thiện kết cấu của lưỡi phay Tác giả đã xây dựng được

mô hình toán học miêu tả quá trình dao động uốn của dao phay có độ cứngkhông đổi và dao phay có độ cứng thay đổi Mô hình hóa quá trình thay đổilực cắt khi gia công bề mặt bằng lưỡi phay mặt đầu có độ cứng của các răng

cắt không đổi và lưỡi phay có độ cứng của các răng cắt thay đổi Trên cơ sởkết quả nghiên cứu thu được, tác giả đã đề xuất được phương pháp tạo lưỡidao phay có răng cắt thay đổi độ cứng để tăng độ ổn định rung khi phay.

Trong công trình [23], tác giả Plavnik.C.L đã nghiên cứu nâng cao độbền vững và độ ổn định của quá trình cắt khi gia công chi tiết máy bằngphương pháp phay định hình nhằm nâng cao độ chính xác khi gia công chi tiếtmáy Bằng thực nghiệm đã xác định được sự ảnh hưởng của các thông sốcông nghệ đến lực cắt dưới dạng hàm phi tuyến Kết quả áp dụng các biệnpháp loại trừ khả năng phát sinh dao động và giảm biên độ dao động đến mứccho phép đã làm tăng được độ ổn định khi cắt và nâng cao được độ chính xáckhi gia công lên 1đến2 nhóm, sai lệnh hình dạng 0,5 ÷ 1 bậc chính xác, độnhám giảm 35 ÷ 55%

1.2 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở nước trong

và Cộng hoà Séc

Hiện nay, trong sản xuất ở nước ta sử dụng các loại máy phay nhập từBelarus như: Máy phay đứng ORSHA-F32U có kích thước bàn máy 320x1400công suất 9,6kW; máy phay ngang ORSHA F-32SH (hình 1.7); Máy phay vạnnăng ORSHA F-32G Các loại máy phay nhập từ liên bang Nga như: Máy phayđứng vạn năng 6T12, 6T13 (hình 1.8).Các loại máy phay của Trung Quốc cũngđược sử dụng rộng rãi ở các xí nghiệp qui mô vừa và nhỏ như máy phay ngang

X62G, X62GW, máy phay vạn năng XL6232G, BPV-4KV, XL6226A, sản phẩmcủa hãng Teng zhou;máy phay của hãng Denver với các mã hiệu như DM-180VA, DM-180VS, DM-4V, DM-4VS, DM-5V, DM-5VS (hình 1.9)có cácthông số kỹ thuật chính như kích thước bàn máy 1524mm x 350mm,tốc độ trụcchính 600÷3600 v/p, công suất động cơ trục chính 5HP.

Đài Loan là một trong những nước có sản phẩm máy công cụ đượcnhập khẩu vào nước ta tương đối lớn.Một số hãng nổi tiếng như Shaanxi yuanhang với các máy phay mã hiệu X6126, X6426, LXD 2560, hãng Hochun vớicác máy phay mã hiệu UH-1250B, H-1250, HV-1250 HV-1250,UH-1250A(hình 1.10) có các thông số kỹ thuật chính:Kích thước bàn máy 400x1800mm,tốc độ trục chính 40÷1750 v/p, công suất động cơ chính 5,5kw

Hình 1.7 Máy phay ngang ORSHA F-32SH

Hình 1.8 Máy phay đứng vạn năng 6T12

Hình 1.9 Máy phay DM-5VS

Hình 1.10 Máy phay UH-1250A

Từ những phân tích trên cho thấy:Để đáp ứng nhu cầu sản xuất, nước ta

đã nhập nhiều loại máy phay từ các nước khác nhau trên thế giới, do đónghiên cứu sử dụng máy phay sao cho hiệu quả để nâng cao năng suất, chấtlượng gia công và hạ giá thành sản phẩm là rất cần thiết.Tuy nhiên, do nhiềunguyên nhân khác nhau như ảnh hưởng của chiến tranh,kinh phí nghiên cứuhạn hẹp cho nên mãi đến những năm gần đây thì nghiên cứu về máy phayvàquá trình gia công kim loại trên máy phay mới được quan tâm nghiên cứu ởmột số trung tâm nghiên cứu lớn như các trường đại học, các viện nghiên cứuchuyên ngành.Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc xác định chế độ làmviệc tối ưu cho máy phay ở các điều kiện làm việc khác nhau được thể hiện ởmột số công trình sau:

Trong công trình [6], tác giả Đỗ Thị Làn đã nghiên cứu nâng cao độchính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công VMC-85S;

Đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của máy; đề xuất cácbiện pháp công nghệ nhằm nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khiphay trên trung tâm gia công đứng VMC-85S; Sử dụng công nghệCAD/CAM, CNC trong thiết kế gia công cơ khí chính xác.

Trong công trình nghiên cứu [8], tác giả Đặng Nguyệt Minh đã nghiêncứu lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu vớigang cầu có bôi trơn tối thiểu Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết cơ sở liên quanđến phay cũng bằng dao phay mặt đầu các bít như lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao

và lý thuyết về bôi trơn làm nguội tối thiểu khi phay bằng dao phay mặt đầunhư tác dụng của dung dịch bôi trơn nguội với các mức áp suất khác nhautrong công nghệ bôi trơn tối thiểu đã xây dựng được mối quan hệ giữa độmòn dao, độ nhám bề mặt và tuổi thọ của dao với thời gian cắt khi thay đổi ápsuất trong gia công có bôi trơn tối thiểu

Trong công trình [9], tác giả Ngô Đức Hạnh đã nghiên cứu đặc tínhrung động tự kích thích và ảnh hưởng của bước tiến dao đến sự tăng trưởngcủa nó trong quá trình cắt kim loại với sự trợ giúp của máy tính Tác giả đãxác định được đại lượng đặc trưng của rung động tự kích thích và nghiên cứuảnh hưởng của bước tiến dao đến rung động tự kích thích Kết quả nghiên cứucủa đề tài góp phần bổ sung cho lý luận về rung động trong kỹ thuật nóichung và lý luận về dao động trong quá trình cắt kim loại nói riêng, làm cơ sởcho việc nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế ảnh hưởng của rungđộng tự kích thích nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống công nghệ gia công,đảm bảo chất lượng sản phẩm

Trong công trình nghiên cứu [10], tác giả Đỗ Như Hoàng đã nghiên cứuảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới mòn dao và độ nhám bề

mặt chi tiết khi phay phẳng thép 65T đã tôi bằng dao phay mặt đầu các bít.Tác giả đã tập trung nghiên cứu các vấn đề chủ yếu như nghiên cứu mòn và

cơ chế mòn dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu các bítdưới các điều kiện cắt khô và bôi trơn làm nguội tối thiểu; Nghiên cứu ảnhhưởng của dung dịch làm nguội đến độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳngthép đã tôi bằng dao phay mặt đầu sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu

Trong công trình nghiên cứu [11], tác giả Bùi Đức Hùng đã nghiên cứuảnh hưởng của chế độ cắt, góc nghiêng của bề mặt gia công đến tuổi bền củadao phay cầu phủ TiAlN khi gia công khuôn thép R12 MOV qua tôi Trongquá trình nghiên cứu, đã xây dựng được mối quan hệ giữa chế độ cắt và gócnghiêng của phôi đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi cắt ở toàn bộbiên dạng dao để gia công thép hợp kim C12MOV qua tôi đạt độ cứng 40-45HRC thông qua các chỉ tiêu nhám bề mặt, bằng mô hình toán học về mốiquan hệ giữa tốc độ cắt, góc nghiêng phôi θ, chiều sâu cắt t=0,5mm, lượngchạy dao s=0,2mm/răng và tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN qua tôi đạt

độ cứng 40-45HRC

Nhận xét

Máy phay là một trong những loại máy công cụ được sử dụng rộng rãitrong các nhà máy cơ khí chế tạo để gia công kim loại bằng cắt gọt Ở trên thếgiới nghiên cứu về máy phay và quá trình phay kim loại đã được nghiên cứutương đối đầy đủ và hệ thống Các nghiên cứu tập trung vào hai hướng đểnăng cao năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm, trên cơ sở đảm bảochất lượng gia công theo yêu cầu bằng nhiều cách khác nhau như xác định chế

độ cắt tối thiểu, sử dụng phương pháp gia công tốc độ cao, sử dụng vật

liệu gia công thép qua tôi , nâng cao chất lượng sản phẩm; hoàn thành kết cấu máy và quá trình cắt gọt kim loại.

Ở nước ta, trong sản xuất sử dụng chủ yếu các loại máy phay nhậpkhẩu từ nhiều nước khác nhau trên thế giới cho nên các nghiên cứu về máy phay

và quá trình phay chủ yếu tập trung vào việc xác định chế độ cắt gọt hợp lý ở cácđiều kiện cắt gọt khác nhau Đây là hướng nghiên cứu đúng và phù

hợp với điều kiện hiện tại góp phần sử dụng hiệu quả các thiết bị nhập nội.Tuy nhiên, trong tất cả các nghiên cứu trong và ngoài nước, chưa có côngtrình nào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật của máy phay đếnchi phí năng lượng riêng, một chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy vàchi phí năng lượng là một phần chi phí đáng kể trong giá thành gia công mộtchi tiết máy trên máy phay, tiết kiệm năng lượng cũng là một vấn đề thời sựđược quan tâm hiện nay ở nước ta và trên thế giới Chính vì vậy, với những ý

tưởng nêu ở trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu một số

thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay đĩa trên máy phay đa năng TUM20VS".

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI GIỚI HẠN, NỘI DUNG VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Trên cơ sở xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số cắt như tốc

độ cắt,lượng chạy dao với chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khiphay rãnh bằng dao phay đĩa trên máyphay TUM20VS, xác định được giá trịhợp lý củatốc độ cắt và lượng chạy daođảm bảo được yêu cầu chi phí nănglượng riêng và độ nhám bề mặt rãnh phay là nhỏ nhất

2.2 Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu

Do thời gian nghiên cứu có hạn, đề tài giới hạn đối tượng nghiên cứu

và phạm vi nghiên cứu cụ thể sau:

Thiết bị gia công:Thiết bị nghiên cứu được sử dụng là máy phay đa

năng mã hiệu TUM20VS.Đây là máy phay vạn năng sản xuất tại Đài loan làloại máy phay được dùng ở các công ty có qui mô sản xuất vừa và nhỏ ở nướcta…Máy được lắp tại trung tâm thí nghiệm,thực hành khoa Cơ điện và Côngtrình để phục vụ cho công tác đào tạo

Vật liệu,chi tiết gia công và dao cắt: Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu

loại vật liệu dùng phổ biến trong ngành cơ khí đó là thép C45,sản phẩm là cácrãnh phay trêntrục thép.Dao phay đĩa được chọn làm bằng thép hợp kim dụng

cụ 9XC có độ cứng 62÷64 HRC

Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu:Chỉ tiêu đánh giá chất lượng máy là

chi phí năng lượng riêngvà chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm là độ nhám

bề mật.Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố như tốcđộcắt,lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi

phay rãnh bằng dao phay đĩathép C45, loại thép thông dụng sử dụng làm trục trên máy phayTUM20VS.

2.3 Nội dung nghiên cứu

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu lý thuyết nhằm tổng hợp được những cơ sở khoa học củaquá trình gia công cắt gọt kim loại nói chung và quá trình phay rãnh một chitiết máy bằng dao phay đĩa trên máy phay nói riêng, xây dựng được cơ sở lýluận của sự ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu đến chi phí năng lượngriêng và nhám bề mặt rãnh của chi tiết Nội dung nghiên cứu lý thuyết cầngiải quyết các vấn đề sau:

- Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy phay

- Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng khi phay rãnh chi tiết trên máy phay

- Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt của rãnh khi gia công trên máy phay

- Xác định mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng:tốc độ cắt,lượng chạy daođến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt rãnh phay

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính theo lýthuyết và xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt Từ các kếtquả đó làm cơ sở lựa chọn và xác định thông số hợp lý của máy phay đanăngTUM20VS

Nội dụng nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau:

- Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt cho một số chế

độ cắt khác nhau khi phay rãnh bằng dao phay đĩa

- Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt ứng với cácthông số khác nhau của máy phay đa năngTUM20VS khi phay rãnh bằng daophay đĩa.

- Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt rãnh phay khivận hành máy phay TUM20VSvới các thông số hợp lý của tốc độ cắt và

lượng chạy dao

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung nghiên cứu của đề tài là :

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:Được sử dụng trong các công trình

nghiên cứu tổng hợp nhằm xây dựng cơ sở lý luận của đề tài và xây dựng phầntổng quan nghiên cứu của đề tài

- Phương pháp kế thừa:Thông qua tổng quan nghiên cứu, tìm hiểu thu

thập được những kết quả nghiên cứu về lĩnh vực quan tâm của đề tài ở trên thế giới

và Việt Nam

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:Do các yếu tố chọn để nghiêncứu là nhưng yếu tố điều khiển được cho nên đề tài sử dụng phương pháp quihoạch thực nghiệm để giải quyết nội dung của đề tài.Đây là phương phápnghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực Cơ sở toánhọc, nền tảng của lý thuyết qui hoạch thực nghiệm là toán học thống kê vớihai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui

Nội dung và phương pháp luận của phương pháp qui hoạch thực nghiệm:

2.4.1 Thí nghiệm thăm dò

Tiến hành thí nghiệm thăm dò để xác định qui luật phân bố của đạilượng cần nghiên cứu Quy luật phân bố của đại lượng nghiên cứu có thể khái

quát hoá thành phân bố lý thuyết gọi là phân bố thực nghiệm Xây dựng cácphân bố thực nghiệm để khái quát hoá thành các phân bố lý thuyết là mộttrong những nhiệm vụ quan trọng.

Để có thể phát hiện ra qui luật phân bố khách quan trong tổng thể dựavào những tài liệu thu thập được ở đại lượng nghiên cứu, trước hết ta cần sắpxếp các trị số quan sát được của đại lượng theo một trật tự nhất định, rồi thống

kê các phần tử nằm trong những khoảng xác định Để lập được phân bố thựcnghiệm phải tiến hành chia tổ ghép nhóm các trị số thu thập được theo côngthức kinh nghiệm của Brooks và Carruther [7]:

a=5.lgnk=

xmax

xmin

mTrong đó: a- Số tổ được chia;

k- Cự ly tổ;

xmax, xmin- Trị số thu thập lớn nhất, bé nhất của đại lượngnghiên cứu

Xác định các đặc trưng của phân bố thực nghiệm:

Sai số trung bình mẫu:

(2.6)(2.7)

(2.8)

(2.9)

Ex>0 thì đỉnh đường cong nhọn so với phân bố chuẩn;

Ex<0 thì đỉnh đường cong bẹt hơn so vơi phân bố chuẩn

Nếu χn2 > χα2(k) thì luật phân bố của đại lượng nghiên cứu là phân bốchuẩn χα2(k) được xác định bằng cách tra bảng phụ lục 5[7], với k=n-1 là bậc

tự do và mức ý nghĩa α=0,05

Xác định số lần lặp cho các thí nghiệm: Việc xác định số lần lặp chocác thí nghiệm có ý nghĩa rất quan trọng, nó phải đủ lớn để đảm bảo mức độchính xác của luật phân bố chuẩn, nhưng lại phải tối thiểu để giảm bớt khối

τ2..S2

Δ%2.Y

Trong đó: m- Số lần lặp;

τ- Tiêu chuẩn Student tra bảng với mức ý nghĩa φ=0,05;

∆%- Sai số tương đối, ≤5%;

Y - Giá trịtrung bình của đại lượng nghiên cứu

2.4.2 Thực nghiệm đơn yếu tố

Nhiệm vụ cơ bản của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông sốảnh hưởng đã phân tích ở chương 2 để xem thông số nào thực sự ảnh hưởngđến các chỉ tiêu đánh giá, xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của chúngđến chỉ tiêu quan tâm Thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành theo các bướcsau:

1 Thực hiện thí nghiệm với từng thông số thay đổi với số mức khôngnhỏ hơn 4, khoảng thay đổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình của

phép đo giá trị thông số đó Số thí nghiệm lặp lại m=3

2 Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởngcủa mỗi yếu tố tới năng suất và chi phí năng lượng riêng Đánh giá tính thuần nhấtcủa phương sai trong quá trình thí nghiệm, để chứng tỏ ảnh hưởng khác

đối với thông số cần xét là không có hoặc không đáng kể

Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần nhất, [7] như sau:

a Đánh giá tính đồng nhất của phương sai

Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren

Trong đó: s 2 max-Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm

y ui- Giá trịtrung bình của thông sốra tại điểm u

m- Số lần lặp lại ở thí nghiệm mà ở đó có phương sai cực đại m = mu

Giá trị thống kê chuẩn Kohren được tính sẵn theo mức ý nghĩa α, hoặcbậc tự do  và ký hiệu G b tra bảng [7].

Nếu Gtt < Gb thì giả thiết H0 không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm

b Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố.

Phương pháp đánh giá này dùng chuẩn Fisher Thực chất là so sánhphương sai thành phần do thay đổi thông số nào gây nên và phương sai donhiễu gây ra Nếu tỷ số giữa hai phương sai này lớn hơn giá trị lý thuyết trabảng của tiêu chuẩn F thì sự khác biệt giữa các giá trị trung bình là đáng kể vàcác thông số vào có ảnh hưởng thực sự đến thông số ra, trội hẳn so với ảnhhưởng ngẫu nhiên

Giá trị tính toán của tiêu chuẩn F là tỷ số:

m u yui