ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HÀ ĐỨC THUẬN Tên luận văn: “NGHIÊNN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ ĐẾN Q TRÌNH TẠO PHOI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI PHAY THÉP SUS 304” Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên 2013 Công trình hồn thành tại: Trường ĐHKT Cơng nghiệp, Đại học Thái Nguyên Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Minh Đức Phản biện 1: GS.TSKH Bành Tiến Long Phản biện 2: TS Hoàng VỊ Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn cấp nhà trường họp tại: ĐHKT Công Nghiệp, ĐH Thái Nguyên Vào hồi 17 ngày 17 tháng năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên Và thư viện: Trường ĐHKT CN -1PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thép khơng gỉ (đặc biệt SUS 304) sử dụng phổ biến cơng nghiệp hố chất, đồ gia dụng, công nghiệp tầu thuỷ gần sử dụng làm khuôn ngành y tế [17] Trong công nghệ khuôn mẫu, việc mài thép không gỉ gặp số khó khăn: vật liệu dẻo, bền nhiệt gây dính bết, q trình tạo phoi khó khăn, nhiệt cắt sinh lớn Do đó, xu hướng ngày gia công thép không gỉ thường sử dụng phương pháp gia cơng có lưỡi cắt xác định thay cho mài [1,2,3] Trong trình cắt kim loại, trình hình thành biến dạng phoi định đến công suất cắt, lực cắt, nhiệt cắt ảnh hưởng đến độ xác gia cơng tuổi bền dụng cụ cắt [5,6,7] Do việc nghiên cứu ảnh hưởng số chế độ cắt đến trình tạo phoi chất lượng bề mặt phay mặt phẳng vật liệu SUS 304 cấp thiết Xuất phát từ yêu cầu trên, tác giả lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cơng nghệ đến q trình tạo phoi chất lượng bề mặt phay thép SUS 304.” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình tạo phoi xảy gia cơng thép SUS 304 từ đưa giải pháp công nghệ nhằm nâng cao chất lượng bề mặt sau gia công Đối tượng nghiên cứu Quá trình phay mặt phẳng vật liệu SUS 304, sử dụng dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC M1025R08 SANDVIK, bôi trơn tưới tràn dùng dung dịch Emuxil Phương pháp nghiên cứu -2Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu đề tài góp phần bổ xung lý thuyết ảnh hưởng số chế độ cắt đến trình tạo phoi chất lượng bề mặt phay mặt phẳng vật liệu SUS 304, sở ứng dụng cơng nghệ khn mẫu Ý nghĩa thực tiễn Ứng dụng kết nghiên cứu gia công khuôn mẫu phụ vụ ngành công nghiệp dược phẩm sở sản xuất Việt Nam -3Chương TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG VẬT LIỆU THÉP KHƠNG RỈ 1.1 Tổng quan thép khơng gỉ tính gia cơng thép khơng gỉ 1.1.1 Tổng quan thép không gỉ Thép không gỉ hợp kim thép %Cr>10.5% Crom tác dụng với Oxy ngồi khơng khí tạo lớp oxit crom mỏng, suốt bảo vệ kim loại Các nguyên tố hợp kim khác Molybden làm tăng khả ngăn chặn xâm nhập chlorith Niken nâng cao khả bảo vệ môi trường axit mạnh [1-3] Các loại thép khơng gỉ chia thành họ khác Bốn họ dựa tính chất cấu trúc tế vi hợp kim họ: ferit, mactenxit, austenit hay duplex (austenit cộng ferit) Họ thứ năm, hợp kim nhanh (precipitaton-hardenable), dựa loại chế độ xử lý nhiệt sử dụng cấu trúc tế vi Thêm vào đó, loại thép khơng gỉ chia thành hợp kim khó gia cơng dễ gia cơng Hợp kim dễ gia cơng tạo thành nhóm giới hạn bao gồm vài hợp kim năm họ Việc kí hiệu thép khơng gỉ việc làm phức tạp tăng nhanh hệ thống cạnh tranh Mỹ nước Hệ thống kí hiệu dùng rộng rãi kí hiệu AISI Gần Unifed Numbering System (UBS) dùng để xác định loại vật liệu kim loại bao gồm thép không gỉ đưa vào sử dụng Các số UBS kết hợp với phần số hóa định nghĩa AISI để đơn giản hóa việc nhận dạng.[1-3] Thép không gỉ ứng dụng nhiều từ sản phẩm gia dụng, máy móc đến thiết bị môi trường công nghiệp khắc nghiệt Các loại thép không gỉ cung cấp khoảng rộng tính chất, từ hợp kim có cơng thức đặc biệt có khả làm việc mơi trường khắc -4nghiệt loại phù hợp cách lý tưởng cho gia công hay chế tạo Thép không gỉ sử dụng rộng rãi thực tế lý chủ yếu sau: - Khả chống ăn mịn chịu nhiệt Thép khơng gỉ tùy theo thành phần có khả chống mịn điều kiện môi trường axit, ẩm tác động nhiệt độ cao hay thấp - Độ bền học cao Các chi tiết làm thép không gỉ thường bền dẻo dai so với thép cán kim loại màu kể môi trường nhiệt độ cao hay hàng trăm độ âm - Độ bền lâu Sự kết hợp khả chống ăn mòn độ bền học làm cho sản phẩm có tuổi bền làm việc lâu sai hỏng - Chi phí bảo dưỡng thấp Khách hàng dân dụng cơng nghiệp thích thép khơng gỉ khơng cần phải phủ lớp bảo vệ hay xử lý bề mặt đặc biệt khác để tránh sản phẩm xuống cấp - Hình thức sản phẩm Sản phẩm cho dù đánh bóng hay cần gia cơng lần cuối máy tự động cho độ bóng tính ánh kim lâu bền - Tính linh hoạt chế tạo Thép khơng gỉ cắt gọt, dập nguội, rèn hay hàn công cụ hay kĩ thuật đại.[1-3] 1.1.2 Tổng quan tính gia cơng thép khơng gỉ Tính gia cơng tính chất cơng nghệ quan trọng vật liệu Xác định tính chất vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến suất, chất lượng gia công cắt gọt cần thiết Tính gia cơng vật liệu liên quan trực tiếp với thành phần hóa học cấu trúc vật liệu, cịn chịu ảnh hưởng lớn, phức tạp -5tính chất học, tính nhiệt vật lý Những vấn đề lại phụ thuộc vào mạng tinh thể vật liệu Tính gia cơng vật liệu lại cịn phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt, kết cấu dụng cụ cắt điều kiện bôi trơn làm nguội Tính gia cơng phụ thuộc vào tính chất phương pháp gia công cụ thể Một khái niệm tính gia cơng thường hay sử dụng tính gia cơng động học động lực học: - Tính gia cơng động học tính gia cơng xác định theo quan điểm vận tốc tách bóc vật liệu - Tính gia cơng động lực học tính gia cơng xét theo quan điểm lực cắt Tính gia cơng tương đối loại thép khơng gỉ thông dụng mác dễ gia công tương đương mơ tả hình 1.1 Nếu coi tính gia công mác thép không gỉ dễ gia công AISI 416 100% tính gia cơng tốt nhát thép SUS 304 đạt từ 50% đến 60% Các loại thép khơng gỉ mơ tả có tính dính cắt, cho thấy xu tạo phoi dây, tạo lẹo dao Điều dẫn đến giảm tuổi bền dao giảm chất lượng bề mặt Các đặc tính chung thuộc tính sau đây: độ bền cao, độ bền uốn lớn, độ dai lớn mềm, tốc độ cao, độ dẫn nhiệt thấp.[1-3] Các hợp kim ferit mactenxit, hợp kim dễ gia công ferit hợp kim mactenxit ủ, hàm lượng cacbon thấp loại dễ gia công thép không gỉ Các hợp kim ferit thường có hàm lượng Cr thấp hợp kim mactenxit ủ có lượng cacbon thấp có Cr thường dễ gia công so với phần lớn loại thép hợp kim bình thường Các hợp kim ferit có hàm lượng Cr cao coi khó gia cơng so với thép hợp kim có hàm lượng Cr thấp tính dính tạo phoi dài cắt -6Ngồi việc khơng có phụ gia tạo mác dễ gia cơng, tính gia công loại thép không gỉ mactenxit bị ảnh hưởng biến sau: + Độ cứng + Hàm lượng cacbon + Hàm lượng Ni + Sự cân pha, tức phần trăm ferit tự hay ferit δ ma trận mactenxit Việc tăng độ cứng hợp kim cụ thể dẫn đến giảm tính gia cơng đo nhiều tiêu chí khác (tuổi bền dụng cụ, tính dính khoan ) giới hạn định Tuy nhiên chất lượng bề mặt nâng cao cách gia công loại vật liệu cứng Trong mác mactenxit, tính gia cơng giảm hàm lượng cacbon tăng dần mác từ S41000, S42000 tới S44004 hay từ S41600/S4123, S42020/S42023 tới S44020/S44023 Hàm lượng Ni ảnh hưởng đến tính gia cơng thơng qua tượng làm tăng độ cứng thép ủ Kết thép S42400 43100 khó gia cơng S41000 điều kiện ủ Thay đổi cân pha dùng để tăng tính gia cơng thép S41600 Người ta thường thấy việc tăng ferit tự hay ferit δ làm tăng tính gia cơng, bao gồm tuổi bền dao chất lượng bề mặt Việc tạo tỉ lệ ferit cao làm giảm độ cứng.[1] Hợp kim austenit Tính khó gia cơng thép khơng gỉ austenit có đặc điểm riêng so sánh với loại thép khơng gỉ nói chung So với loại thép không gỉ ferit mactenxit, hợp kim austenit có tỷ lệ biến cứng nguội cao hơn, độ bền uốn độ bền kéo lớn, độ dẻo dai cao Khi gia công thép không gỉ austenit, đặc biệt thép không gỉ tiêu chuẩn, có vài đặc điểm sau: -7+ Dao nóng có xu hướng tạo lẹo dao lớn + Phoi có dạng dây có xu hướng thành búi, làm cho q trình loại bỏ chúng khó khăn + Rung động dễ xảy độ cứng vững hệ thống công nghệ không đảm bảo hay bị giới hạn + Bề mặt gia công bị biến cứng khó gia cơng q trình cắt bị dừng hay bước tiến nhỏ Với đặc điểm trên, ý chung cho gia công thép không gỉ cần đặc biệt quan trọng hợp kim austenit Hiện tượng biến cứng vừa phải cho có lợi với tính chất cắt gọt thép không gỉ austenit Biến cứng nguội làm giảm tính dẻo vật liệu, làm phoi hạn chế xu hướng tạo lẹo dao Đều tạo chất lượng bề mặt tốt phần làm giảm tuổi bền dao độ cứng vật liệu gia công tăng cao Chất lượng bề mặt nâng cao tăng mức độ biến cứng hợp kim bình thường (S30400, S31600) Xu hướng giảm rung động dao tăng mức độ biến cứng nhận thấy cách này.[13] Việc thêm Mn hay Cu tăng tính gia cơng giảm tỷ lệ biến cứng thép không gỉ austenit có tỷ lệ hợp kim thấp Các hợp kim dễ gia cơng austenit có Mn và/hoặc Cu bao gồm mác S20300, S30310, S30330 S30431 Mặc dù tỷ lệ hợp kim cao làm giảm tỷ lệ biến cứng nguội, thép không gỉ austenit hợp kim cao S30900, S31000 N08020 có xu hướng khó gia cơng Cacbon Nito ảnh hưởng đến tỷ lệ biến cứng độ cứng thép không gỉ austenit Hàm lượng hay hai nguyên tố cao làm giảm tính gia cơng Do đó, hợp kim austenit có hàm lượng N cao -8như S20910 28200 khó gia cơng so với hợp kim austenit tiêu chuẩn có hàm lượng N thấp Các nguyên tố tạo các-bít nitrit mạnh bao gồm Ti Niobi dùng mác thép không gỉ S32100 S34700 để ngăn cản trình các-bít hóa biên giới hạt làm giảm khả chống ăn mòn biên giới hạt Tuy nhiên, tạp chất dạng các-bít nitrit có tính mài mòn cao làm tăng tốc độ mòn dao Hợp kim duplex (S32950) có độ cứng gần so với hợp kim austenit có hàm lượng N cao (S20910), có tính gia cơng cao Tuy vậy, tính gia công không giống hợp kim tiêu chuẩn hay loại có tính gia cơng nâng cao Các loại hợp kim duplex có hàm lượng N cao xác định gia công giống loại S32950 Hiện nay, thị trường khơng có mác hợp kim có tính gia cơng nâng cao Tính gia cơng hợp kim nhanh phụ thuộc vào loại hợp kim độ cứng Thép không gỉ mactenxit nhanh thường gia công điều kiện xử lý nhiệt Do đó, cần giai đoạn hóa già sau đạt độ bền mong muốn sản phẩm Trong điều kiện này, độ cứng tương đối cao hạn chế tính gia cơng phơi Phần lớn hợp kim loại có độ khó gia cơng gần giống phần khó khăn hợp kim austenit tiêu chuẩn S30400 Các thép không gỉ mactenxit tơi nhanh gia cơng điều kiện tơi tránh phải xử lý nhiệt sau gia công đảm bảo độ xác gia cơng cao Mức độ dễ dàng gia công thường thay đổi theo độ cứng hay điều kiện xử lý nhiệt Trong điều kiện ủ có cấu trúc austenit, hợp kim bán austenit có khó khăn gia cơng, mức độ khó gia cơng - 15 + Ảnh hưởng đến nhiệt độ vật liệu gia công + Ảnh hưởng đến xuất độ lớn lẹo dao[7] Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ lớn miền tạo phoi mức độ biến dạng Ảnh hưởng chế độ cắt đến nhiệt cắt Ảnh hưởng chế độ cắt đến lẹo dao 2.2.3 Ảnh hưởng dung dịch trơn nguội chế độ bôi trơn 2.3 Giới hạn nghiên cứu Trong khuôn khổ điều kiện trang thiết bị thí nghiệm nước, yêu cầu thực tế đặt quy trình gia cơng khn dập thuốc nước: nâng cao chất lượng bề mặt, giảm chi phí gia công Từ mục tiêu tác giả lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng chế độ công nghệ đến trình tạo phoi chất lượng bề mặt phay thép SUS 304 Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu ảnh hưởng vấn đề sau: + Tìm hiểu lý thuyết trình tạo phoi phay mặt phẳng vật liệu SUS 304 + Nghiên cứu ảnh hưởng số chế độ cắt (v,S) đến trình tạo phoi nhám bề mặt phay mặt phẳng vật liệu SUS 304 đánh giá thông qua tiêu: lực cắt, nhám bề mặt, cấu trúc tế vi bề mặt, độ mòn dụng cụ cắt Với vấn đề nghiên cứu trên, tác giả đưa mơ hình nghiên cứu sau: 2.4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm; - Tổng hợp phân tích số liệu thực tế; - 16 - Xử lý số liệu thực nghiệm có trợ giúp máy tính; - Rút quy luật từ kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Kết luận chương II: - Tác giả khái quát yếu tố ảnh hưởng đến trình tạo phoi chất lượng bề mặt gia công thép không gỉ nói chung thép SUS 304 nói riêng - Đã giới hạn vấn đề nghiên cứu nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt (v,S) đến trình tạo phoi chất lượng bề mặt phay thép SUS 304 đưa mơ hình nghiên cứu - Đã đưa phương pháp nghiên cứu nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm - 17 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO PHOI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI PHAY MẶT PHẲNG VẬT LIỆU SUS 304 3.1 Đặc điểm trình tạo phoi gia cơng SUS 304 Nghiên cứu thực nghiệm q trình tạo phoi gia công thép không gỉ SUS304 + Trang thiết bị thí nghiệm Máy cơng cụ: VMC-85S Dụng cụ cắt: Mảnh Sandvik 1025R08 Phôi: SUS 304 Chế độ công nghệ sau: V = 200 (m/phút); S = 0.3 (mm/răng); t = 0.5 (mm); bôi trơn tưới tràn Sau chụp SEM hình ảnh phoi + Kết thí nghiệm sau + Nhận xét đánh giá Từ hình ảnh SEM phoi, thấy rằng: + Phoi chuyển màu, màu sắc phoi sáng so với màu sắc phôi + Mức độ biến dạng phoi lớn phản ánh thơng qua bán kính cuộn phoi Kết chụp SEM thấy bán kính cuộn phoi 1.6 mm + Trên bề mặt tiếp xúc dao-phoi phoi, bề mặt xuất nhiều vết rỗ tế vi Các tượng phoi giải thích sau: Phoi bị chuyển màu, màu sắc phoi sáng mầu sắc phoi bề mặt tiếp xúc dao-phoi xuất vết nứt tế vi tác dụng nhiệt cắt Khi gia công SUS 304, nhiệt cắt sinh lớn, vùng có nhiệt - 18 độ cao vùng tiếp xúc dao-phoi đạt giá trị cực đại lưỡi cắt Nhiệt cắt chủ yếu truyền vào phoi tượng phoi bị xoắn lại (hình thành bán kính cuộn phoi) thay đổi màu sắc phoi Bán kính cuộn phoi 1.6 mm xem bán kính cuộn phoi nhỏ [12] mức độ biến dạng phoi lớn 3.2 Xây dựng hệ thống thí nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm đóng vai trị quan trọng khoa học kỹ thuật Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng giả thuyết khoa học, đưa kết luận hướng dẫn có sở khoa học để ứng dụng vào thực tiễn Để nghiên cứu thực nghiệm cách khoa học xác thực nghiệm, cần phải xây dựng hệ thống thí nghiệm phù hợp lý thuyết thực nghiệm với đề tài nghiên cứu 3.2.1 Yêu cầu hệ thống thí nghiệm - Đáp ứng yêu cầu lý thuyết cần nghiên cứu - Đảm bảo độ xác, độ tin cậy ổn định - Đảm bảo việc thu thập, lưu xử lý số liệu thuận lợi - Đảm bảo tính khả thi tính kinh tế 3.2.2 Hệ thống thí nghiệm * Thiết bị công nghệ - Máy phay trục CNC VMC85S - Dụng cụ cắt: Mảnh M1025R08 SANDVIK - Phôi: thép SUS 304: 3.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiêm Thiết kế thí nghiệm theo phương pháp “hai nhân tố trực giao” Phương pháp cho phép nghiên cứu đồng thời hai nhân tố thí nghiệm kiểm định tất tổ hợp mức khác yếu tố thí - 19 nghiệm Ngồi ảnh hưởng yếu tố riêng biệt gọi yếu tố chính, cịn tìm thấy tác động với hai yếu tố gọi tương tác Mơ hình thiết kế hồn tồn ngẫu nhiên đơn vị thí nghiệm phân với tổ hợp yếu tố hoàn toàn ngẫu nhiên Giả sử nhân tố A có a mức, nhân tố B có b mức, lặp lại r lần, có tất (a x b x r) đơn vị thí nghiệm Thiết kế thí nghiệm kiểu “hai nhân tố trực giao” có ưu diểm nghiên cứu đồng thời ảnh hưởng yếu tố độc lập ảnh hưởng tương tác yếu tố mơ hình thực cần thiết tồn tương tác mức yếu tố nhằm tránh kết luận sai lệch.[22] 3.4 Các bước tiến hành thí nghiệm Dựa vào nghiên cứu trước catalog hướng dẫn sử dụng mảnh dao, chế độ cơng nghệ thí nghiệm sau: + Vận tốc cắt: v = 125, 150 , 175 200 m/phút + Lượng chạy dao: S = 0.1; 0.2 0.3 mm/răng + Chiều sâu cắt: t = 0.5 mm + Chế độ trơn nguội: Bôi trơn làm nguội theo phương pháp tưới tràn dùng dung dịch emuxil Lực cắt đo lần lặp, sau lấy giá trị trung bình lần đo thành phần lực Fx, Fy, Fz Nhám bề mặt đo lần sau lấy giá trị trung bình Sau khoảng thời gian cắt tương ứng với chiều dài cắt 1200 mm, tiến hành dừng gia công, mang mảnh dao chụp SEM để xác định độ mòn dao - 20 Ngay lát cắt đầu tiên, lấy bề mặt gia công chụp SEM để xác định cấu trúc tế vi bề mặt 3.5 Kết thí nghiệm nhận xét 5.3.1 Ảnh hưởng V, S đến nhám bề mặt Sử dụng phần mềm Minitab 14 phân tích số liệu thấy rằng: Lượng chạy dao vận tốc cắt hai yếu tố ảnh hưởng đến giá trị nhám bề mặt, ảnh hưởng lượng chạy dao lớn Ảnh hưởng tương tác hai yếu tố không đáng kể Quy luật ảnh hưởng v,S đến nhám bề mặt thể hình 3.9 Trong khoảng vận tốc cắt 125 m/ph đến 200 m/ph, tăng vận tốc cắt nhám bề mặt giảm tăng lượng chạy dao nhám bề mặt lại tăng Nhám bề Nhám bề mặt Ra (xm) Ảnh hưởng V,S đến nhám bề mặt Với giá trị lượng chạy dao, 2.00 1.50 0.1 mm/răng 1.00 0.2 mm/răng 0.50 0.3 mm/răng 0.00 125 150 175 200 Vận tốc cắt (m/ph) mặt đạt giá trị nhỏ V = 200 m/ph S = 0.1 mm/răng 0.42 μm Điều giải thích sau: Trong yếu tố ảnh hưởng đến nhám bề mặt bao gồm ảnh hưởng mang tính chất in dập hình học dụng cụ cắt chế độ cắt, ảnh - 21 hưởng biến dạng dẻo ảnh hưởng rung động hệ thống cơng nghệ gia cơng vật liệu SUS 304, ảnh hưởng biến dạng dẻo bề mặt lớn Lẹo dao tượng gia công, mặt trước dao xuất khối vật liệu có cấu trúc khác hẳn vật liệu chi tiết gia cơng vật liệu dụng cụ cắt, có hình dáng hình chêm, dính vào mặt trước dao Khi gia công vật liệu dẻo SUS 304, thường xuất lẹo dao Khối lẹo dao hình thành đạt giá trị lớn vận tốc cắt nhỏ, lượng chạy dao lớn Khối lẹo dao hình thành liên tục làm lực cắt biến thiên gây rung động ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công Do vậy, tăng vận tốc cắt, tượng lẹo dao giảm, ảnh hưởng lẹo dao đến nhám bề mặt giảm, dẫn đến nhám bề mặt giảm tăng vận tốc cắt Điều giải thích nhám bề mặt có giá trị lớn cắt V = 125 m/ph S = 0.3 mm/răng Khi tăng vận tốc cắt giảm lượng chạy dao mức độ biến dạng vùng tạo phoi giảm, bán kính cuộn phoi tăng, chiều dày phoi giảm, làm lực cắt rung động giảm Do lực cắt rung động giảm làm ảnh hưởng biến dạng dẻo rung động hệ thống công nghệ đến nhám bề mặt giảm Kết tăng vận tốc cắt giảm lượng chạy dao - 22 nhám bề mặt giảm Điều quan điểm với R.A Mahdavinejad [12] Cả hai nguyên nhân giúp nhám bề mặt cải thiện 3.3.2 Ảnh hưởng v, S đến lực cắt Kết đo lực cho thấy, ba thành phần lực biến động Điều phù hợp với lý thuyết phay phẳng dao phay mặt đầu, diện tích phần lớp cắt ln thay đổi suốt q trình gia cơng Lực cắt pháp tuyến Fz có giá trị lớn nhất, hai thành phần lực Fx Fy có giá trị tương đương nhau: Như vậy, với hai thành phần Fx Fy, lượng chạy dao S vận tốc cắt v yếu tố ảnh hưởng chính, yếu tố cịn lại ảnh hưởng tương tác S, v khơng đáng kể Trong đó, ảnh hưởng S chủ yếu Khi tăng giá trị vận tốc cắt, lực cắt Fx Fy có Thành phần lực tiếp tuyến Fz, hai nhân tố lượng Lực cắt F X (N) xu hướng giảm chậm Ả nh hưởng V ,S đến FX 300.00 0.1 mm/răng 200.00 0.2 mm/răng 100.00 0.3 mm/răng 0.00 125 chạy dao S vận tốc cắt v có ảnh hưởng đáng kể Trong m/ph đến 200 m/ph lực cắt có xu hướng giảm Điều giải thích sau: 200 250.00 Lực cắt Fy (N) tốc cắt v khoảng 125 175 Ảnh hưởng V,S đến Fy đó, ảnh hưởng S chủ yếu Khi tăng giá trị vận 150 V ận tốc cắt (m/ph) 200.00 0.1 mm/răng 150.00 0.1 mm/răng 100.00 0.3 mm/răng 50.00 0.00 125 150 175 Vận tốc cắt (m/ph) 200 - 23 Khi tăng Ảnh hưởng V,S đến Fz chiều dày lớp cắt tăng, diện tích tiết diện cắt ngang lớp cắt tăng, Lực cắt Fz (N) lượng chạy dao S, 500.00 400.00 300.00 0.1 mm/răng 0.2 mm/răng 200.00 100.00 0.00 0.3 mm/răng 125 150 175 200 Vận tốc cắt (m/ph) lực biến dạng lực ma sát tăng, dẫn đến lực cắt tăng Điều giải thích tăng lượng chạy dao thành phần lực cắt tăng Trong khoảng vận tốc cắt từ 125 m/ph đến 200 m/ph tăng vận tốc cắt làm nhiệt cắt tăng lên, tác động nhiệt cắt mạnh Nhiệt cắt làm giảm tính vật liệu gia cơng, thay đổi q trình ma sát phoi mặt trước làm hệ số ma sát giảm Tất nguyên nhân dẫn đến tăng vận tốc cắt thành phần lực có xu hướng giảm 3.3.3 Ảnh hưởng v,S đến mịn dao Kết thí nghiệm cho thấy, gia cơng, tượng mịn chủ yếu xảy mặt trước dụng cắt Điều phù hợp với nghiên cứu trước đây.[1] Như vậy, vận tốc cắt v yếu tố ảnh hưởng đến lượng mòn dao Các yếu tố lại lượng chạy dao S ảnh hưởng tương tác v,S không đáng kể Quy luật ảnh hưởng v, S đến lượng mòn mặt trước dao sau: - 24 Khi tăng vận tốc cắt từ 125 m/ph đến 175 m/ph vận tốc cắt tăng, lượng mòn mặt trước dao giảm Khi tăng vận tốc cắt vượt qua 175 m/ph lượng mịn dao có xu hướng tăng lên Lượng chạy dao dao cao Lượng mòn dao nhỏ đạt Độ mịn mặt trước lớn lượng mịn mặt trước Ảnh hưởng V,S đến độ mòn mặt trước 150 0.1 mm/răng 100 0.2 mm/răng 50 0.3 mm/răng 125 150 175 200 Vận tốc cắt (m/phút) giá trị chế độ cắt v = 175 m/ph; S = 0.1 mm/răng 55.4 μm; có giá trị lớn chế độ cắt v = 125 m/ph, S = 0.3 mm/răng 112.3 μm Quy luật ảnh hưởng v,S đến lượng mịn mặt trước dao giải thích sau: Khi gia cơng SUS 304, vùng tiếp xúc dao-phoi xem bề rộng lưỡi cắt vùng có nhiệt cắt cao vùng khác Vùng có nhiệt độ cao phía cuối lưỡi cắt [14] Lượng mòn dao chịu ảnh hưởng hệ số dẫn nhiệt vật liệu chi tiết gia công Nhiệt cắt sinh chủ yếu truyền vào phoi, lượng nhiệt truyền vào dao khoảng 10% – 40% [6] Khi cắt vận tốc cắt thấp, thời gian tiếp xúc giữ mặt trước dao phoi tăng lên, thời gian dịch chuyển phoi vùng cắt chậm lại Tất nguyên nhân làm nhiệt cắt truyền nhiều vào dao, làm dao giảm độ cứng nóng Kết vận tốc cắt thấp (125 m/ph), lượng mòn mặt trước dao đạt giá trị cực đại 112.3 μm - 25 Khi tăng vận tốc cắt lên 200 m/ph, nhiệt cắt tăng lên, nhiệt truyền vào dao lại có xu hướng tăng, kết lượng mịn dụng cụ cắt bắt đầu tăng lên 3.3.4 Cấu trúc tế vi bề mặt Bề mặt chi tiết sau gia cơng chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hình ảnh SEM cấu trúc tế vi bề mặt bề mặt chi tiết sau gia công ứng với điểm cắt khác thể hình Cấu trúc tế vi bề mặt bị thay đổi tác dụng nhiệt cắt, lực cắt lượng hóa học Kết SEM bề mặt thấy giá trị vận tốc cắt thấp 125 m/ph, bề mặt chi tiết gia công xuất nhiều vết nứt vế vi vết gia công rõ nét Điều giải thích tác dụng lực cắt khối lẹo dao điểm cắt đạt giá trị cực đại làm mức độ biến dạng dẻo bề mặt gia công lớn Khi tăng vận tốc cắt khoảng 125 m/ph đến 175 m/ph, nhiệt cắt tăng lên, đồng thời khối lẹo dao lực cắt giảm hai yếu tố ảnh hưởng bù trừ cho kết việc lực cắt khối lẹo dao giảm có ảnh hưởng rõ nét Kết bề mặt gia cơng trở lên sẽ, rỗ, biến dạng Cấu trúc tế vi bề mặt “đẹp” điểm cắt v = 175 m/ph, S= 0.2 mm/răng Khi vận tốc cắt 200 m/ph, nhiệt cắt sinh lớn, ảnh hưởng nhiệt cắt chiếm ưu Kết bề mặt xuất nhiều vết nứt, rỗ tế vi Nhận xét: - Việc sử dụng thiết kế thí nghiệm theo phương pháp “hai nhân tố trực giao” cho phép nghiên cứu đồng thời hai nhân tố thí nghiệm kiểm - 26 định tất tổ hợp mức khác yếu tố thí nghiệm Ngồi ảnh hưởng yếu tố riêng biệt gọi yếu tố chính, cịn tìm thấy tác động với hai yếu tố gọi tương tác Việc chọn phương pháp thiết kế thí nghiệm hồn tồn phù hợp Kết nghiên cứu thấy rằng: Đối với nhám bề mặt, hai nhân tố S v có ảnh hưởng quan qua việc hình thành khối lẹo dao Khi cắt vận tốc lớn, lượng chạy dao nhỏ nhám bề mặt đạt kết tốt Đối với lực cắt Trong thành phần lực, thành phần lực Fz có giá trị lớn Hai nhân tố S, v có ảnh hưởng quan trọng Khi tăng vận tốc cắt làm nhiệt cắt tăng giúp vật liệu trở lên dễ cắt Kết tăng vận tốc cắt lực cắt giảm Đối với mòn dao, tăng vận tốc cắt làm thời gian tiếp xúc phoi – dao giảm Lượng nhiệt truyền vào dao giảm dẫn đến tăng vận tốc cắt lượng mịn dao có xu hướng giảm Đối với cấu trúc tế vi bề mặt chịu ảnh hưởng đồng thời lực cắt nhiệt cắt Cấu trúc tế vi bề mặt đẹp v = 175 m/ph S = 0.2 mm/răng Chế độ cắt khuyến nghị v = 175 m/ph S = 0.2 mm/răng - 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] SSINA; Thép không gỉ [2] AIMS; Gia cơng thép khơng gỉ [3] IAMS; Tính gia cơng thép không gỉ [4] Trent E M and Wright P.K (2000), Metal Cutting, ButterworthHeinemann, USA [5] GS.TS Bành Tiến Long; Nguyên lý gia công vật liệu; Nhà xuất khoa khọc kỹ thuật 2001 [6] Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng; Cơ sở chất lượng trình cắt; Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên; 1998 [7] TS Nguyễn Văn Hùng; Tính gia cơng vật liệu chế tạo máy; Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên; 2009 [8] E Kuram, B Ozcelik, E Demirbas and Esik; Optimization of the Cutting Fluids and Parameters Using Taguchi and ANOVA in Milling; Proceedings of the World Congress on Engineering 2010 Vol II [9] Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohammad Kamruzzaman; Effect of minimum quantity lubrication (MQL) on tool wear, surface roughness and dimansional deviation in turning AISI 4340 steel; G.U Journal of Science; 16.02.2000 [10] E Kuram, B Ozcelik, E Demirbas and Esik; Effects of the Cutting Fluid Types and Cutting Parameters on Surface Roughness and Thrust Force; Proceedings of the World Congress on Engineering 2010 Vol II [11] Safian Sharif, Mohd Azrul Mat Zin, Samsuri Aman; Evalution of Vegetable Oil Based Lubrication when end milling harded stainless steel using MQL; Faculty of Machanical Engineering Universiti Teknogogi Malaysia; - 28 [12] R.A Mahdavinejad, A Saeedy Yan; Investigation of the influential parameter of machining of AISI 304 stainless steel; Indian Academy of Science; Dercember 2011 [13] Ihsan Korkut, Mustafa Kasap, Ibrahim Ciftci, Ulvi Seker; Determination of optimum cutting parameters during machining of AISI 304 uastenit stainless steel; Science direct ; April 2003 [14] Lin.Yan, Wenyu Yang, Hongping.Jin, Zhiguang Wang; Microstrure Changes of Machined Surfaces on austenit 304 Stanless Steel; World Academy of Science, Engineering and Technology 5/7/2011 [15] D.Y.Jang, T.R.Watkins, K.J Kozaczek, C.R Hubbard, O.B Cavin; Surface residual stresses in machined austenic stainless steel; High Temperature Material Laborarory, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge TN 37831-6064, USA [16] Manubi Tanaka, Ryuichi Kato; Microtructures of Cutting chíp of SUS430 and SUS304 Steels, and NCF 750 and 6061-T6 Alloys; ISIJ International, Vol 51; 2011 [17] K.A Abou – El – Hossein; High speed end milling of AISI 304 stainless steel using new geometrically developed carbide inserts; COMMENT 16th – 19th May 2005; Poland [18] Hà Văn Vui; Dung sai lắp ghép; Nxb Khoa học kỹ thuật 2003 [19] ThS.Phạm Ngọc Duy; Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng bề mặt mài trịn ngồi thép khơng gỉ; Luận văn thạc sỹ kỹ thuật; Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái nguyên 2012 [20] ThS Ngô Kiên Dương; Nghiên cứu số biện pháp công nghệ nâng cao độ xác chất lượng bề mặt chi tiết gia công mài tinh thép không gỉ; Luận văn thạc sỹ kỹ thuật; Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái nguyên 2011 - 29 [21] ThS Hoàng Văn Vinh; Nghiên cứu mối quan hệ chế độ cắt với tuổi bền dụng cụ phủ TiAlN tiện thép không gỉ SUS 201 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật; Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái nguyên 2010 [22] Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang; Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp; Nxb Nông nghiệp ... HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO PHOI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI PHAY MẶT PHẲNG VẬT LIỆU SUS 304 3.1 Đặc điểm trình tạo phoi gia công SUS 304 Nghiên cứu thực nghiệm trình tạo phoi gia cơng thép. .. Ảnh hưởng vật liệu dụng cụ cắt 2.2.2 Ảnh hưởng chế độ cắt Khi xét ảnh hưởng chế độ cắt đến trình tạo phoi nghĩa xem xét ảnh hưởng chế độ cắt đến ba tiêu chí: + Ảnh hưởng đến độ lớn miền tạo phoi. .. mức độ biến dạng - 15 + Ảnh hưởng đến nhiệt độ vật liệu gia công + Ảnh hưởng đến xuất độ lớn lẹo dao[7] Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ lớn miền tạo phoi mức độ biến dạng Ảnh hưởng chế độ cắt đến