Trường Đại học KTCN  1  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong nhưng năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp phát triển góp phần giúp các loại sản phẩm ngày càng hoàn thiện hơn về hình dạng, mẫu mã. Việc đó không thể không kể đến sự phát triển công nghệ gia công khuôn mẫu và đặc biệt là các loại khuôn mẫu làm bằng vật liệu nhôm phục vụ trong ngành Dược phẩm, Thực phẩm, Hóa mỹ phẩm, ngành Nhựa Trong lĩnh vực chế tạo gia công khuôn mẫu, người ta yêu cầu chất lượng sản phẩm ngày càng cao. Để nâng cao chất lượng sản phẩm: Một mặt người ta sử dụng ngày càng nhiều các loại vật liệu có cơ tính tốt, Nhôm hợp kim A7075 là một trong những loại vật liệu đó. Với thành phần nhôm và hợp kim chủ yếu: 5.1-6.1%Zn , 1.2-2%Cu, 2.1-2.9%Mg thì đây là loại vật liệu hợp kim có độ bền cao, chống ăn mòn tốt trong khoảng nhiệt độ rộng và đặc biệt do có tính nhiệt tốt nên cho chất lượng bề mặt sau gia công, đánh bóng là rất cao. Do vậy loại vật liệu này được sử dụng khá rộng rãi và rất thích hợp trong ngành Dược phẩm, các loại khuôn này chiếm phần lớn vì khi làm bằng vật liệu nhôm có ưu điểm là không nhiễm chéo, không gây độc hại, có khối lượng nhẹ, dễ vệ sinh, dễ sử dụng. Muốn vậy khi gia công cần yêu cầu cao về độ chính xác kích thước, hình dáng, vị trí tương quan và đặc biệt là chất lượng bề mặt. Mặt khác bên cạnh chọn vật liệu tốt người ta phải nâng cao chất lượng bề mặt gia công, giảm thời gian gia công sản phẩm. Chất lượng bề mặt và thời gian gia công lại phụ thuộc rất nhiều vào các phương pháp gia công. Do đó tác giả đã sử dụng phương pháp gia công phay để đạt được chính xác bề mặt lần cuối mà bỏ qua nguyên công mài. Vì vậy việc nghiên cứu điều khiển quá trình cắt khi phay là rất cần thiết. Trường Đại học KTCN  2  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam Các vấn đề cần nghiên cứu để điều khiển quá trình phay là rất rộng. Tuy nhiên chế độ cắt khi phay là một trong những yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả của quá trình phay. Từ những phân tích trên thấy rằng đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi phay bằng dao phay đầu cầu trên vật liệu nhôm A 7075 ”, là rất cần thiết và cấp bách. 2. Mục đích và phương pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến hiệu quả của quá trình phay rãnh trên vật liệu nhôm A 7075 từ đó xác định được chế độ cắt hợp lý khi phay. Kết quả sẽ đưa ra được các chỉ dẫn công nghệ về lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi phay loại hợp kim nhôm này. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp giữa lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm. 3. Đối tượng nghiên cứu Vật liệu gia công: Hợp kim nhôm A 7075 Máy phay CNC: Mazak SMART 530C Dao phay đầu cầu: 10 - P18 Phương pháp phay: Phay rãnh 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: + Bổ sung kiến thức cơ bản của bản chất vật lý vùng cắt, chất lượng bề mặt khi thay đổi chế độ cắt + Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của nhám bề mặt (R a ), với các thông số của chế độ cắt (S d , V d ) khi phay dưới dạng các hàm thực nghiệm. + Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ưu hoá quá trình phay. Trường Đại học KTCN  3  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam - Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt khi phay hợp kim nhôm A 7075 tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam để nâng cao độ chính xác, và chất lượng bề mặt chi tiết gia công. 5. Nội dung của luận văn Kết cấu của luận văn bao gồm ba chương và phần kết luận chung: Chương 1: Tổng quan về gia công vật liệu nhôm Chương này được tổng hợp từ các nghiên cứu đã có trước về vật liệu nhôm và các cơ sở lý thuyết về quá trình gia công tạo hình bề mặt. Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công khi phay bằng dao phay đầu cầu. Nghiên cứu lý thuyết về gia công phay sử dụng dao phay đầu cầu và các yếu tố tác động trong quá trình gia công nhằm nâng cao chất lượng bề mặt sau gia công. Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu Kết luận chung và thảo luận kết quả Trường Đại học KTCN  4  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam Chương I TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG VẬT LIỆU NHÔM 1.1 Tổng quan về hợp kim nhôm. Ngày nay nhôm là kim loại rất quan trọng trong đời sống của con người, nhưng về mặt lịch sử nhôm thuộc loại nguyên tố “trẻ”. Nhôm được tìm ra năm 1808, công lao ấy thuộc về Dauy. Nhờ các phản ứng hóa học ông đã tách được nguyên tố kim loại nhẹ có màu sáng gọi là Alumin. Bắt đầu rừ những năm 30 của thế kỷ 19 người ta đã sản xuất nhôm trên quy mô công nghiệp bằng phương pháp khoa học, tuy nhiên sản lượng hàng năm rất nhỏ. Từ năm 1854 đến 1890 toàn thế giới sản xuất được khoảng 200 tấn nhôm, vào năm 1890 nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch ôxít nhôm (Al2O3) nóng chảy trong Criolit (Na3AlF6). Chỉ trong vòng chín năm từ năm 1890 đến 1899 thế giới sản xuất được 2800 tấn nhôm. Riêng năm 1930 sản lượng đạt tới 270.000 tấn, năm 1968 sản lượng nhôm là 8.386.200 tấn, từ năm 1960 hàng năm sản lượng tăng 15%, những năm gần đây chỉ tăng 5%/năm. Ngày nay khi nhịp độ sản xuất tăng lên mạnh hơn, vị trí của vật liệu kim loại này được đưa lên hàng thứ hai sau thép. Hợp kim nhôm đầu tiên ra đời vào năm 1906, đó là hợp kim do Alfred Weinmer tìm ra, hiện nay được phát triển thành các Đura trên cơ sở Al-Cu- Mg đang được sử dụng rộng rãi. Sản lượng và nhu cầu ứng dụng nhôm so với các kim loại kết cấu khác tăng lên không ngừng. Những ưu điểm chính của nhôm là trọng lượng riêng nhỏ, độ dẫn điện dẫn nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn trong nhiều môi trường khá tốt. Trường Đại học KTCN  5  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam Độ bền riêng của hợp kim nhôm khoảng 16,5 trong khi đó của thép là 15,4. Vì vậy khi ứng dụng hợp kim nhôm làm vật liệu kết cấu và khuôn mẫu nó tỏ ra có những ưu điểm lớn, về mặt trữ lượng nhôm nhiều hơn sắt, theo tính toán nhôm chiếm khoảng 8,8% còn sắt chỉ chiếm 5,1% trọng lượng vỏ trái đất. Nhôm là nguyên tố có dạng mạng tinh thể lập phương tâm mặt, có màu sáng bạc, và có những đặc điểm sau : - Khối lượng riêng nhỏ (2,8 g/cm 3 ) chỉ khoảng 1/3 so với thép. Do vậy làm giảm khối lượng kết cấu, chi tiết, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không, vận tải… - Có tính chống mòn nhất định trong khí quyển do luôn có lớp màng ôxít (Al 2 O 3 ) phủ trên lớp bề mặt có tính bảo vệ cao. - Có tính dẫn điện cao: tính dẫn điện kém hơn vàng bạc đồng 1.2 Phân loại và kí hiệu của hợp kim nhôm B, Ký hiệu: Để ký hiệu các hợp kim nhôm người ta thường dùng hệ thống đánh số theo AA (Aluminum Association) của Hoa kỳ bằng xxxx cho loại biến dạng và xxx.x cho loại đúc, trong đó: - Số đầu tiên có các ý nghĩa sau. Loại biến dạng Loại đúc 1xxx - nhôm sạch (≥ 99,0%), 1xx.x - nhôm thỏi sạch thương phẩm, 2xxx - Al - Cu, Al - Cu - Mg, 2xx.x - Al - Cu, 3xxx - Al - Mn, 3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si - Cu, 4xxx - Al - Si, 4xx.x - Al - Si, 5xxx - Al - Mg, 5xx.x - Al - Mg, 6xxx - Al - Mg - Si, 6xx.x - không có, Trường Đại học KTCN  6  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam 7xxx - Al - Zn - Mg, Al - Zn - Mg - Cu, 7xx.x - Al - Zn, 8xxx - Al - các nguyên tố khác 8xx.x - Al - Sn. Ba số tiếp theo được tra theo bảng trong các tiêu chuẩn cụ thể. Để ký hiệu trạng thái gia công và hóa bền, các nước phương Tây thường dùng các ký hiệu sau. F: trạng thái phôi thô, O: ủ và kết tinh lại, H: hóa bền bằng biến dạng nguội, trong đó H1x (x từ 1 đến 9): thuần túy biến dạng nguội với mức độ khác nhau, H2x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ủ hồi phục, H3x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ổn định hóa, T: hóa bền bằng tôi + hóa già, trong đó T1: biến dạng nóng, tôi, hóa già tự nhiên, T3: tôi, biến dạng nguội, hóa già tự nhiên, T4: tôi, hóa già tự nhiên (giống đoạn đầu và cuối của T3), T5: biến dạng nóng, tôi, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T1), T6: tôi, hóa già nhân tạo (đoạn đầu giống T4), T7: tôi, quá hóa già, T8: tôi, biến dạng nguội, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T3), T9: tôi, hóa già nhân tạo, biến dạng nguội (hai đoạn đầu giống T6). (ngoài ra còn Txx, Txxx, Txxxx). TCVN 1659-75 có quy định cách ký hiệu hợp kim nhôm được bắt đầu bằng Al và tiếp theo lần lượt từng ký hiệu hóa học của nguyên tố hợp kim cùng chỉ số % của nó, nếu là hợp kim đúc sau cùng có chữ Đ. Ví dụ AlCu4Mg là hợp kim nhôm chứa ~4%Cu, ~1%Mg. Với nhôm sạch bằng Al và số chỉ phần trăm của nó, ví dụ Al99, Al99,5. Trường Đại học KTCN  7  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam 1.3. Quá trình hình thành phoi 1.3.1 Khái niệm và phân loại phoi Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.1a), sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.1b). Hiện tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1  5 (hình 1.1c). a P a) a b) P 2 1 C    B a c) P 2 1 C     B 3 4 5 Hình 1.1. Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng góc , góc này được gọi là góc tác động. Góc  1 gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trượt. Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và góc cắt  nhỏ. Hình 1.2 là các loại phoi được hình thành trong quá trình gia công các loại vật liệu khác nhau. Trường Đại học KTCN  8  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam Phoi dây (hình 1.2a) được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước  lớn [7]. Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước  nhỏ [7]. Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước  nhỏ [7]. Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước  lớn thì phoi vụn (hình 1.2d) có hình dạng không giống nhau được hình thành. a P a) a P C B a P C B a P C B c) b) d) Hình 1.2. Các loại phoi 1.3.2 Sự co rút phoi Biến dạng dẻo khi cắt kim loại được thể hiện ở chỗ chiều dày phoi a 1 lớn hơn chiều dày cắt a (hình 1.3). Nhưng trong trường hợp này có sự thay đổi về hình dáng, còn thể tích vẫn được giữ nguyên, cho nên chiều dài phoi L sẽ ngắn hơn quãng đường mà dao đi qua L 0 (chiều dài cắt). Hiện tượng phoi bị ngắn lại theo chiều dài và lớn lên theo bề dày được gọi là sự co rút phoi K: 1 1 0  a a L L K Hệ số co rút phoi là chỉ tiêu gián tiếp đánh giá cường độ biến dạng dẻo khi cắt kim loại Trường Đại học KTCN  9  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam L a L L 0 a 1 Hình 1.3. Sơ đồ co rút phoi   l l 0 Hình 1.4. Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi Khi xét một phần tử phoi (hình 1.4), hệ số co rút phoi sẽ bằng: 1 1 1 1 0 0 sin )cos( sin )90sin(         l l K Trong thực tế, K = 1,5  4. Sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm sự co rút của phoi [15]. 1.4. Lực cắt gọt. 1.4.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt. Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực. Các lực này tác dụng lên phôi và lưỡi cắt. Hình 1.5a là sơ đồ lực tác động lên phôi khi cắt tự do. Trường Đại học KTCN  10  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam L 0   N' F' 0 R 1 F R N 0 0 v  a) N' F' 0 R b) y z R P z P y 1 R 1 R 0 R c) d) Hình 1.5. Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do Mặt trước của dao chịu tác dụng của lực R 0 , lực R 0 là tổng hợp lực pháp tuyến N và lực ma sát của phoi lên mặt trước F 0 , có nghĩa là: 00 FNR  . Mặt sau của dao (gần lưỡi cắt) chịu tác dụng của lực pháp tuyến N’ và lực ma sát lên mặt sau của dao F 0 ’. Tổng của hai lực N’ và F 0 ’ là R 1 . Vì góc sau  nhỏ và có độ mòn ở mặt sau của dao, cho nên ta có thể tính lực như trên hình 1.5b, có nghĩa là phương của lực F 0 ’ ngược với phương tốc độ cắt V. Để thực hiện được quá trình cắt hoặc để giữ trạng thái cân bằng của dao thì từ ngoài phải có một lực tác dụng lên dao 10 RRR  (hình 1.5c). Phân tích lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần: - Thành phần lực P z theo phương chuyển động chính hoặc theo phương dịch chuyển của dao và ta gọi P z là lực tiếp tuyến. - Thành phần lực P y theo phương trùng với đường tâm dao và ta gọi P y là lực hướng kính. Khi chiếu các lực lên phương của trục y và trục z ta được: P z = Ncos + F 0 sin + F 0 ’ P y = -Nsin + F 0 cos+ N’ Lực pháp tuyến N có thể xác định theo công thức gần đúng sau đây: [...]... đảo dao hướng tâm Trường hợp đảo hướng trục do trục dao nghiêng thường được xét đến khi phay các mặt phẳng – khi mà độ nhám bề mặt chịu ảnh hưởng rất quan trọng bởi vị trí c a các lưỡi cắt, đồng thời đường kính c a dao cũng ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt gia cơng Trong trường hợp phay bằng dao phay cầu, do đường kính c a dao đã được giới hạn và dạng đầu dao là mặt cầu nên hiện tượng lỗi do trục dao nghiêng... xạ c a bề mặt, độ cứng tiếp xúc c a bề mặt, độ bền bám dính c a các bề mặt, chất lượng lớp mạ và sơn Nhám bề mặt c a chi tiết ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước c a chi tiết Trong nhiều trường hợp, nhám bề mặt cần thiết để tạo ra vẻ đẹp bên ngồi và độ nhẵn bóng c a bề mặt Nhám bề mặt có thể được xác định bằng phương pháp quang học với kính niển vi giao thoa, nếu bề mặt có độ nhẵn bóng bề mặt cao... ch a được nghiên cứu nhiều và ứng dụng thực tế tại Việt Nam Do vậy để giảm giá thành nhập khẩu một số loại khn thuốc c a nước ngồi dùng trong lĩnh vực y tế, và tự chủ vật tư dự phòng trong q trình sản xuất tác giả đã nghiên cứu đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng c a chế độ cắt đến nhám bề mặt khi phay bằng dao phay đầu cầu trên vật liệu nhơm A 7075 ” u cầu cụ thể c a đề tài là tìm ra chế độ cơng nghệ khi phay. .. ra ở mặt trước và mặt sau c a dao (mòn oxy h a) Dưới đây ta phân tích từng trường hợp cụ thể: - Mòn hạt mài: khi có ma sát c a phơi với mặt sau và ma sát c a phoi với mặt trước c a dao, các hạt tinh thể cứng c a vật liệu gia cơng làm xước vật liệu dao và dần dần phá hủy mặt dao Cường độ mòn hạt mài tăng khi lượng xêmentít (HB = 800) trong thép (vật liệu gia cơng) tăng Lẹo dao có thể làm xước bề mặt. .. tại lẹo dao cho nên cạnh ngồi c a vết lõm trùng với mặt sau c a dao, do đó mặt trước c a dao chỉ tồn tại vết lõm (hình 1.8c) Dạng mòn c a dụng cụ cắt phụ thuộc vào vật liệu gia cơng, chiều dày cắt a và tốc độ cắt v Khi gia cơng các vật liệu dẻo (thép) mòn dao xảy ra theo dạng thứ nhất và dạng thứ hai Khi gia cơng các vật liệu giòn (gang) mòn dao xảy ra theo dạng thứ nhất nhiều hơn dạng thứ hai [15]... phay rãnh thuốc con nhộng trên vật liệu nhơm A7 075 sử dụng dao phay đầu cầu 10P18 đạt độ bóng bề mặt cấp 9-10 Hình ảnh sản phẩm dự định gia cơng: Hướng dẫn KH: TS Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam  26  Trường Đại học KTCN Luận văn Thạc sĩ Chương 2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q TRÌNH TẠO PHOI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CƠNG BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU 2.1 Tổng quan về vật liệu gia cơng hợp kim nhơm A7 075... hình học c a dao phay đầu cầu Trong thực tế có nhiều loại dao phay đầu cầu (với kết cấu, hình dáng và quy cách khác nhau) nhưng về mặt hình học c a dao cơ bản là giống nhau được mơ tả trong hình 1.9 Hệ toạ độ c a dao là OT XT YT ZT, với E là điểm đỉnh dao Trên dao có thể có nhiều lưỡi cắt tùy thuộc và đường kính c a dao, nhưng mỗi một lưỡi cắt đều có các thơng số cơ bản sau: Hình bao c a lưỡi cắt nằm... cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật c a ngun cơng phay, các vấn đề về phay vẫn được quan tâm nghiên cứu * Trên thế giới: - Thí nghiệm về độ nhám bề mặt khi phay một số loại hợp kim nhơm đã được Yshio Mizugaki; Kazuki Takafuji; Koichi Kikkawa nghiên cứu - Ảnh hưởng c a dung dịch trơn nguội khi phay hợp kim nhơm đã được K.Weinert nghiên cứu - Các nghiên cứu quan trọng về gia cơng hợp kim nhơm đã được Mihaela... cơ lý c a lớp kim loại trên bề mặt chi tiết và độ chính xác hình dáng c a bề mặt là một trong những đặc trưng hình học cơ bản c a chất lượng bề mặt Nhám bề mặt đóng vai trò quan trọng trong các mối ghép động c a các chi tiết, có ảnh hưởng lớn đến ma sát và mòn c a các bề mặt ma sát c a cỏ trục, các đường dẫn hướng, các con lăn Khi các mặt ma sát khơng đạt nhám u cầu, sự tiếp xúc gi a các bề mặt tại... được Mihaela SMEADA; Maria STOICANESCU nghiên cứu - Gia cơng hợp kim nhơm A7 075 bằng dao phủ Ni-P đã được Jothi Sudagar; K.Venkateswarlu; Jainshe Lian nghiên cứu * Ở Việt Nam: - Nghiên cứu tính gia cơng c a một số loại hợp kim nhơm dùng trong chế tạo khn mẫu, ứng dụng xác định chế độ cắt cho các loại vật liệu này được Phạm Cường nghiên cứu 1.9.2 Định hướng nghiên cứu Khả năng làm việc c a chi tiết