Đang tải... (xem toàn văn)
MỞ ĐẦU Gia công tinh là một giai đoạn gia công rất quan trọng trong quá trình công nghệ gia công cơ. Đây cũng là vấn đề mà ngành Công nghệ chế tạo máy cần tập trung giải quyết nhằm để tạo ra các sản phẩm, các chi tiết máy đạt yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả kinh tế. Đặc biệt là trong gia công khuôn mẫu, các bề mặt chính của khuôn thƣờng là những bề mặt phức tạp, có yêu cầu độ chính xác cao về kích thƣớc, vị trí, hình dáng hình học và độ nhẵn bóng bề mặt. Khuôn là dụng cụ để sản xuất ra hàng loạt sản phẩm giống nhau với năng suất cao, chất lƣợng ổn định và giá thành hạ. Bề mặt khuôn thƣờng có hình dạng phức tạp và yêu cầu độ cứng cao để đảm bảo độ bền và độ chính xác trong suốt quá trình sản xuất cả loạt sản phẩm đã định. Để đáp ứng các yêu cầu đó khuôn thƣờng đƣợc chế tạo từ phôi sống hoặc đã tôi cải thiện, sau đó qua nhiệt luyện rồi phải gia công sau nhiệt luyện, đây là các nguyên công rất khó thực hiện. Trƣớc kia gia công khuôn mẫu ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp gia công trên máy công cụ thông thƣờng hoặc máy CNC rồi gia công tinh bằng tay, song phƣơng pháp này mất nhiều thời gian, chất lƣợng không ổn định, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm, tay nghề của công nhân và chi phí sản xuất cao. Chính vì vậy cho đến nay công nghiệp khuôn mẫu của ta vẫn chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu sản xuất khuôn có bề mặt bóng gƣơng mà phải nhập ngoại. Để khắc phục các tình trạng trên hiện nay trong ngành công nghiệp chế tạo khuôn ngƣời ta áp dụng Công nghệ phay cao tốc kết hợp với quy trình đánh bóng khuôn bằng dụng cụ hạt mài. P (High Speed Milling – HSM) là một trong những công nghệ quan trọng trong công nghệ gia công cơ khí. Thực tế công nghệ phay cao tốc trên thế giới đang phát triển rất mạnh, đối với Việt Nam phay cao tốc còn mới, các Doanh nghiệp và cơ sở sản xuất gặp khó khăn trong khai thác và đầu tƣ. Với mục tiêu nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết khuôn từ công nghệ phay để giảm thời gian gia công tinh bóng bằng dụng cụ mang hạt mài tác giả đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng công nghệ phay cao tốc trong quá trình gia công khuôn phƣơng pháp nghiên cứu ở đây là kết hợp lý thuyết và thực nghiệm. Ngoài ra khi xét về ảnh hƣởng của các yếu tố vật liệu dụng cụ cắt và thông số hình học của dụng cụ đã đƣợc hãng chế tạo dụng cụ cắt nghiên cứu và đƣa ra các khuyến cáo [38,50]. Đối với một thiết bị hay một trung tâm gia công nhất định thì năng suất hay độ nhám bề mặt phụ thuộc chủ yếu vào thông số công nghệ. Đặc biệt hơn nữa bề mặt chi tiết sau khi phay cao tốc có thể đạt độ bóng bề mặt tƣơng đƣơng với phƣơng pháp mài, thời gian đánh bóng bề mặt sau khi phay cao tốc giảm rất nhiều so với phƣơng pháp phay truyền thống, năng suất bóc tách cao hơn phƣơng pháp phay truyền thống [41]. Tuy vậy, dụng cụ cắt mòn nhanh hơn trong quá trình gia công vì tốc độ cắt lớn. Các sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao về độ chính xác về kích thƣớc, hình dáng hình học và đảm bảo tính kinh tế là mục tiêu cần đạt đƣợc trong nền công nghiệp sản xuất cơ khí hiện đại. Vì vậy, máy công cụ đã phát triển theo hƣớng này, đặc biệt trong gia công các bộ phận phức tạp nhƣ khuôn, khuôn mẫu, chân tay giả, cánh tuabin và các bộ phận hàng không vũ trụ có thể đƣợc gia công một cách hiệu quả bằng phay năm trục. Nhờ sự tiến bộ của công nghệ chế tạo máy công cụ mà các thế hệ máy phay cao tốc đƣợc ra đời và đƣa vào nghiên cứu và sản xuất ở các nƣớc tiên tiến trên thế giới. Ở Việt Nam các nghiên cứu về lĩnh vực phay cao tốc chƣa nhiều vì máy và dụng cụ cắt cao tốc còn rất hiếm. Gần đây, do nhu cầu hội nhập và hiện đại hóa đất nƣớc, có nhiều dự án đầu tƣ trong giáo dục và trong công nghiệp mà các máy CNC 5 trục cao tốc đƣợc nhập ngoại vào Việt Nam, đề tài phay cao tốc trở nên có tính thực tiễn và cấp thiết. Những phân tích trên là cơ sở, tiền đề cho tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến một số thông số đặc trưng khi gia công cao tốc bề mặt khuôn” nhằm mục đích xác định chế độ cắt và phƣơng pháp cắt hiệu quả trong quá trình phay cao tốc góp phần vào khai thác, sử dụng có hiệu quả máy và thiết bị phay cao tốc trong sản xuất và các nghiên cứu tiếp theo. I
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU I Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu II Phương pháp nghiên cứu III Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài IV Những đóng góp V Cấu trúc luận án CHƢƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CAO TỐC 1.1 Định nghĩa gia công cao tốc 1.2 Đặc điểm phay cao tốc 1.3 So sánh phay cao tốc với phay truyền thống 1.4 Ứng dụng gia công cao tốc 1.5 Các công trình nghiên cứu nước 12 1.6 Giới hạn vấn đề nghiên cứu 14 Kết luận chương 14 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH PHAY CAO TỐC 15 2.1 Dụng cụ thiết bị dùng phay cao tốc 15 2.1.1.Dụng cụ dùng phay cao tốc 15 2.1.2.Thiết bị phay cao tốc 17 2.2 Sự hình thành phoi 22 2.3 Lực cắt phay cao tốc 27 2.3.1 Lực cắt phay mặt đầu 27 2.3.2 Lực cắt phay ngón 29 2.4 Mòn dụng cụ 33 2.4.1 Khái niệm mòn dụng cụ 33 2.4.2 Cơ chế mài mòn dụng cụ 34 2.4.3 Các dạng mòn phần cắt dụng cụ 37 2.4.4 Chỉ tiêu đánh giá mòn dụng cụ 38 2.4.5 Các thông số chế độ cắt ảnh hƣởng tới lƣợng mòn dao phay 38 2.5 Nhám bề mặt 40 2.5.1 Khái quát chất lƣợng bề mặt 40 2.5.2 Các thông số đặc trƣng cho độ nhám bề mặt 41 2.6 Ảnh hưởng yếu tố đến nhám bề mặt 48 2.6.1 Ảnh hƣởng chế độ công nghệ đến độ nhám bề mặt 48 2.6.2 Ảnh hƣởng lực, nhiệt cắt rung động đến nhám bề mặt phay cao tốc 51 2.6.3 Ảnh hƣởng chế độ tƣới nguội đến nhám bề mặt 52 2.7 Nhiệt cắt phay cao tốc 53 2.7.1 Nhiệt trình gia công 53 2.7.2 Đo nhiệt cắt trình gia công 55 2.7.3 Nhiệt trình gia công cao tốc 57 -iii- 2.8 Rung động phay cao tốc 59 Kết luận chương 59 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 60 3.1 Mô hình thực nghiệm 60 3.1.1 Sơ đồ thực nghiệm 60 3.1.2 Mô hình thực nghiệm 60 3.1.3 Các đại lƣợng đầu vào 62 3.1.4 Các đại lƣợng đầu 63 3.1.5 Các đại lƣợng cố định 63 3.1.6 Các đại lƣợng nhiễu 63 3.2 Điều kiện thực nghiệm 63 3.2.1 Máy phay CNC 63 3.2.2 Phôi thực nghiệm 64 3.2.3 Dụng cụ cắt 65 3.2.4 Đồ gá 65 3.2.5 Các thông số cố định khác 65 3.3 Các thiết bị đo 66 3.3.1 Thiết bị đo lực cắt 66 3.3.2 Thiết bị đo chiều cao nhấp nhô bề mặt 66 3.3.3 Thiết bị đo mòn dao 67 3.4 Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm 68 3.4.1 Vai trò quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu thực nghiệm 68 3.4.2 Đối tƣợng quy hoạch thực nghiệm ngành công nghiệp 69 3.4.3 Các phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm 70 3.5 Phần mềm quy hoạch thực nghiệm DX6 78 3.5.1 Giới thiệu phần mềm DX6 78 3.5.2 Các bƣớc thực phần mềm DX6 79 3.5.3 Phân tích kết 79 3.5.4 Giải toán tối ƣu hoá phần mềm DX6 80 3.6 Xây dựng mối quan hệ chế độ cắt đến độ nhám bề mặt, lực cắt mòn dao………………………… 80 3.6.1 Quy trình xây dựng mối quan hệ chế độ cắt đến độ nhám bề mặt, lực cắt mòn dao 81 3.6.2 Các bƣớc thực toán quy hoạch trực giao cấp I 81 Kết luận chương 82 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN LỰC CẮT, MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHUÔN KHI PHAY TRÊN MÁY UCP600 84 4.1 Mục đính thực nghiệm 84 4.2 Xác định miền thực nghiệm 84 4.3 Nội dung thực nghiệm 86 4.4 Kết đo thực nghiệm xử lý kết 87 4.4.1 Thực nghiệm đo lực cắt xây dựng mô hình toán học lực cắt phụ thuộc vào chế độ cắt phay cao tốc 87 4.4.2 Thực nghiệm đo độ mòn dụng cụ xây dựng mô hình toán học độ mòn dụng cụ phụ thuộc vào chế độ cắt phay cao tốc 96 4.4.3 Thực nghiệm đo độ nhám bề mặt xây dựng mô hình toán học nhám bề mặt phụ thuộc vào chế độ cắt phay cao tốc 102 PHỤ LỤC 117 -iv- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu HSC HSM HSM CNC EDM HRC HB HV Dtr D N n v s fz ae t(ap) Rz Ra Fx Fy Fz Fxc Fyc Fzc Fr Ft Fa h CBN TiCN TiN TiCN TiAlN DX6 QHTN Diễn giải High Speed Cutting (Cắt cao tốc) High Speed Machining (Gia công cao tốc) High Speed Milling (Phay cao tốc) Computer Numerical Control (Điều khiển số trợ giúp máy tính) Electrical Discharge Machining (Gia công tia lửa điện) Đơn vị đo độ cứng theo phƣơng pháp Rockwell C Đơn vị đo độ cứng theo phƣơng pháp Brinell Đơn vị đo độ cứng theo phƣơng pháp Vickers Đƣờng kính vòng ổ Đƣờng kính dụng cụ cắt Số lƣỡi cắt dụng cụ cắt Tốc độ vòng quay trục Tốc độ cắt Tốc độ lƣợng chạy dao Lƣợng chạy dao Chiều sâu cắt theo phƣơng hƣớng kính Chiều sâu cắt theo phƣơng dọc trục Chiều cao nhấp nhô trung bình bề mặt chi tiết Sai lệch profin trung bình bề mặt chi tiết Thành phần lực cắt theo phƣơng X phay dao mặt đầu Thành phần lực cắt theo phƣơng Y phay dao mặt đầu Thành phần lực cắt theo phƣơng Z phay dao mặt đầu Thành phần lực cắt theo phƣơng X phay dao cầu Thành phần lực cắt theo phƣơng Y phay dao cầu Thành phần lực cắt theo phƣơng Z phay dao cầu Thành phần lực cắt theo phƣơng pháp tuyến Thành phần lực cắt theo phƣơng tiếp tuyến Thành phần lực cắt theo phƣơng dọc trục Độ dày phoi Cubic boron nitride - Nitrit bo lập phƣơng Titanium carbonitride Titan Nitride Titanium Carbide Nitride Titanium Alumium Nitride Phần mềm quy hoạch thực nghiệm Quy hoạch thực nghiệm -v- Đơn vị HRC HB HV mm Vòng/phút m/phút mm/phút mm/răng mm mm m m N N N N N N N N N mm DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh vận tốc cắt sử dụng gia công thông thƣờng gia công cao tốc Bảng 2.1 So sánh tốc độ máy gia công cao tốc máy gia công thƣờng 21 Bảng 2.2 Một số máy gia công cao tốc trục thẳng đứng số hãng tiếng 22 Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật máy phay MIKRON UCP 600 63 Bảng 3.2 Thành phần hóa học tính thép SKD11 64 Bảng 3.3 Các thông số dao phay mặt đầu 65 Bảng 3.4 Các thông số dao phay ngón đầu cầu [14] 65 Bảng 4.1 Giá trị yếu tố đầu vào thực nghiệm phay mặt đầu 84 Bảng 4.2 Giá trị yếu tố đầu vào thực nghiệm phay dao phay ngón đầu cầu 84 Bảng 4.3 Quy hoạch thực nghiệm thông số đầu vào phay dao phay mặt đầu 85 Bảng 4.4 Quy hoạch thực nghiệm thông số đầu vào phay dao phay ngón đầu cầu 85 Bảng 4.5 Kết đo lực cắt thành phần Fx 87 Bảng 4.6 Kết đo lực cắt thành phần Fy 88 Bảng 4.7 Kết đo lực cắt thành phần Fz Error! Bookmark not defined Bảng 4.8 Các giá trị bj tốc độ 400 m/p 89 Bảng 4.9 Các giá trị bj tốc độ 300 m/p 90 Bảng 4.10 Các giá trị bj tốc độ 400 m/p 91 Bảng 4.11 So sánh lực cắt phay thƣờng phay cao tốc 91 Bảng 4.12 Kết đo lực cắt thành phần Fxc 92 Bảng 4.13 Kết đo lực cắt thành phần Fyc 92 Bảng 4.14 Kết đo lực cắt thành phần Fzc 93 Bảng 4.15 Các giá trị bj tốc độ 300 m/p 94 Bảng 4.16 Các giá trị bj tốc độ 400 m/p 94 Bảng 4.17 Các giá trị bj tốc độ 200 m/p 95 Bảng 4.18 So sánh lực cắt phay thƣờng phay cao tốc 95 Bảng 4.19 Kết đo độ mòn mặt sau thời điểm 15 phút 96 Bảng 4.20 Các giá trị bj tốc độ 300 m/p 97 Bảng 4.21 Kết đo độ mòn mặt trƣớc thời điểm 15 phút 98 Bảng 4.22 Các giá trị bj tốc độ 300 m/p 99 Bảng 4.23 Kết thực nghiệm đo độ mòn mặt sau gia công góc nghiêng θ khác 99 Bảng 4.24 Kết thực nghiệm đo độ mòn mặt trƣớc gia công góc nghiêng θ khác 101 Bảng 4.25 Kết đo độ nhám bề mặt phay mặt đầu 102 Bảng 4.26 Các giá trị bj tốc độ 300 m/p 103 Bảng 4.27 So sánh độ nhám phay thƣờng phay cao tốc 104 Bảng 4.28 Chế độ công nghệ gia công nghiêng dao 105 Bảng 4.29 Kết thực nghiệm gia công nghiêng dao 106 Bảng 4.30 Kết đo độ nhám bề mặt 107 Bảng 4.31 Các giá trị bj tốc độ 300 m/p 108 Bảng 4.32 So sánh độ nhám phay thƣờng phay cao tốc 108 Bảng PL1.1 Giá trị yếu tố đầu vào thực nghiệm phay mặt đầu 117 Bảng PL1.2 Giá trị yếu tố đầu vào thực nghiệm phay dao phay ngón đầu cầu 117 -vi- Bảng PL1.3 Quy hoạch thực nghiệm thông số đầu vào phay dao phay mặt đầu 117 Bảng PL1.4 Quy hoạch thực nghiệm thông số đầu vào phay dao phay ngón đầu cầu 118 Bảng PL2 Tiêu chuẩn Student 119 ( n1 , n2 ) Bảng PL3.1 Tiêu chuẩn Fisher f 120 ( n1 , n2 ) Bảng PL3.3 Tiêu chuẩn Fisher f (tiếp) 122 f ( n1 ,n2 ) Bảng PL3.4 Tiêu chuẩn Fisher (tiếp) 123 ( n1 , n2 ) Bảng PL3.5 Tiêu chuẩn Fisher f (tiếp) 124 ( n1 , n2 ) Bảng PL3.6 Tiêu chuẩn Fisher f (tiếp) 125 ( n1 , n2 ) Bảng PL3.7 Tiêu7chuẩn Fisher f (tiếp) 126 Bảng PL 4: Các giá trị Ra, Rz chiều dài chuẩn L ứng với cấp độ nhám bề mặt 127 -vii- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Nhiệt độ phay cao tốc theo dự đoán Salomon [32] Hình 1.2 Vùng tốc độ cắt cho dạng gia công [30] Hình 1.3 Ảnh hƣởng vận tốc cắt đến lực cắt Hình 1.4 Các vùng nhiệt cắt khác trình cắt vuông góc Hình 1.5 Đƣờng cong nhiệt Salomon Mc Gee Hình 1.6 Nhiệt cắt chi tiết dao v =600 m/phút, Sz=0,25mm/răng Hình 1.7 Ảnh hƣởng vận tốc cắt đến nhiệt cắt Hình 1.8 So sánh khả bóc tách vật liệu phay truyền thống phay cao tốc [41] Hình 1.9 Nhám bề mặt cắt dao phay ngón đầu cầu 10 Hình 1.10 Khuôn đúc pha đèn trƣớc 10 Hình 1.11 Điện cực đồng để gia công EDM 11 Hình 1.12 Khuôn dập 11 Hình 1.13 Các kiểu khuôn để gia công cao tốc 11 Hình1.14 Điện cực EDM có thành mỏng 11 Hình 1.15 Bộ phân phối nhiên liệu 12 Hình 1.16 Chi tiết phận hạ cánh máy bay vận tải Boeing Cargo C-17 12 Hình 1.17 So sánh thành phần lực cắt với độ sâu dọc trục khác thuận phay nghịch tốc độ cắt 314 m / phút chiều sâu cắt theo phƣơng bán kính ae= 0,5 mm 13 Hình 2.1 Mảnh hợp kim có CBN mũi mảnh CBN nguyên khối 16 Hình 2.2 Dụng cụ có lớp phủ TiCN 16 Hình 2.3 Kết cấu máy phay cao tốc 18 Hình 2.4 Trục máy gia công tốc độ cao (Fischer170-40-40:40 krpm/40kW,SK63F) 18 Hình 2.5 Ổ với bi làm ceramic 19 Hình 2.6 Vít me đai ốc bi 19 Hình 2.7 Bàn xoay máy CNC 20 Hình 2.8 Trung tâm phay cao tốc Mikron UCP600 22 Hình 2.9 Sơ đồ trình hình thành phoi 22 Hình 2.10 Sự biến dạng kim loại vùng cắt [9] 23 Hình 2.11 Các dạng phoi cắt [9] 24 Hình 2.12 Phoi sinh từ vận tốc cắt khác (f =10µm/vòng, t = 100µm) [47] 25 Hình 2.13 Bề dày phoi thay đổi vận tốc cắt khác (f =10µm/vòng, t = 100µm) [47] 25 Hình 2.14 Hình thái phoi nhận đƣợc vùng gia công thông thƣờng gia công cao tốc [47] 25 Hình 2.15 Mặt cắt việc hình thành phoi gia công cắt [47] 26 Hình 2.16 Tần số phoi xếp diện tích phoi xếp bị biến dạng thay đổi vận tốc cắt [47] 26 Hình 2.17 Dao phay mặt đầu 27 Hình 2.18 Chiều dày cắt phay 28 Hình 2.19 Lực cắt thay đổi hƣớng gia công [9] 28 -viii- Hình 2.20 Lực cắt phay mặt đầu 29 Hình 2.21 Phƣơng trình đƣờng xicloit (trên) phƣơng trình xấp xỉ đƣờng tròn (dƣới) [13] 30 Hình 2.22 Lƣợng chạy dao phay [13] 30 Hình 2.23 Góc dao vào, góc dao phay nghịch (a) phay thuận (b) 31 Hình 2.24 Lực cắt phay cao tốc [13] 31 Hình 2.25 Mô hình trình phay cao tốc [13] 32 Hình 2.26 Mài mòn hạt mài (cào xƣớc) 34 Hình 2.27 Cơ chế mài mòn dụng cụ 35 Hình 2.28 Mài mòn chảy dính 35 Hình 2.29 Mòn khuếch tán 36 Hình 2.30 Mòn ôxy hóa 36 Hình 2.31 Mòn nhiệt 37 Hình 2.32 Mòn mặt sau dao phay ngón 37 Hình 2.33 Mòn mặt trƣớc dao phay ngón 37 Hình 2.34 Mòn mặt trƣớc mặt sau 38 Hình 2.35 Mòn tù lƣỡi cắt dao phay ngón 38 Hình 2.36 Độ mòn mặt sau liên quan đến thời gian tốc độ cắt khác [36] 38 Hình 2.37 Ảnh hƣởng tốc độ cắt đến tuổi bền dao phay ngón rãnh xoắn phủ Cooltop gia công vật liệu Uddeholm Impax Hi Hard(CMC 03.22), 380HB [38] 39 Hình 2.38 Ảnh hƣởng lƣợng chạy dao đến tuổi bền dao phay ngón rãnh xoắn phủ Cooltop gia công vật liệu Uddeholm Impax Hi Hard (CMC 03.22), 380HB [38] 39 Hình 2.39 Ảnh hƣởng chiều sâu cắt ar đến tuổi bền dao phay ngón rãnh xoắn phủ Cooltop gia công vật liệu Uddeholm Impax Hi Hard (CMC 03.22), 380HB [38] 40 Hình 2.40 Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết máy 42 Hình 2.41 Bề mặt đƣợc số hóa theo ba kích thƣớc 43 Hình 2.42 Định nghĩa hƣớng vết gia công bề mặt 45 Hình 2.43 Đƣờng cong tỉ lệ vùng chịu lực 46 Hình 2.44 Ảnh hƣởng hình dáng hình học dụng cụ cắt chế độ cắt đến độ nhám bề mặt tiện [16] 48 Hình 2.45 Mối quan hệ vận tốc cắt với độ nhấp nhô tế vi lớp bề mặt [10] 49 Hình 2.46 Mối quan hệ vận tốc cắt V độ nhám bề mặt Ra 50 Hình 2.47 Mối quan hệ lƣợng tiến dao s độ nhám bề mặt Ra 50 Hình 2.48 Lƣợng tiến dao bán kính dao cắt ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt [22] 51 Hình 2.49 So sánh nhiệt trình gia công phƣơng pháp gia công truyền thống 52 gia công cao tốc 52 Hình 2.50 Các phƣơng pháp bôi trơn HSM 53 Hình 2.51 Các vùng sinh nhiệt trình cắt 54 Hình 2.52 Giao diện phần mềm ThermaCAM [58] 58 Hình 2.53 So sánh mức độ truyền nhiệt gia công HSM gia công truyền thống 59 Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu trình phay thực nghiệm 60 -ix- Hình 3.2 Mô hình phay trục 61 Hình 3.3 Mô hình phay trục 61 Hình 3.4 Mô hình thực nghiệm 61 Hình 3.5 Gia công mặt nghiêng 61 Hình 3.6 Gia công mặt cong dao phay ngón đầu cầu 61 Hình 3.7 Gia công mặt cong dao phay ngón đầu cầu 62 Hình 3.8 Gia công hốc phức tạp dao phay ngón đầu cầu 62 Hình 3.9 Gia công mặt cong dao phay mặt đầu 62 Hình 3.10 Mô hình thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng góc nghiêng dao hƣớng gia công 62 Hình 3.11 Hình ảnh máy UCP 600 64 Hình 3.12 Dao phay mặt đầu [14] 65 Hình 3.13 Dao phay ngón đầu cầu [14] 65 Hình 3.14 Thiết bị đo lực cắt biểu đồ đo lực 66 Hình 3.15 Máy đo độ nhám bề mặt chuyên dùng SV-C300CNC 67 Hình 3.16 Máy hiển vi quang học Quick Scope QS250Z kết đo 67 Hình 3.17 Hình ảnh vết mòn mặt sau dao phay ngón đầu cầu trƣớc sau gia công 67 Hình 3.18 Hình ảnh vết mòn mặt trƣớc dao phay ngón đầu cầu trƣớc sau gia công 68 Hình 3.19 Sơ đồ đối tƣợng nghiên cứu có nhiễu [4] 69 Hình 3.20 Mô hình đối tƣợng công nghệ MIMO (nhiều vào, nhiều ra) [4] 70 Hình 3.22 Màn hình lựa chọn số yếu tố đầu vào phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm 79 Hình 3.23 Các bƣớc thực phần mềm DX6 79 Hình 3.24 Lựa chọn hiển thị dạng điểm 80 Hình 3.26 Dạng phƣơng trình hồi quy tìm đƣợc 80 Hình 3.27 Kết giải toán tối ƣu 80 Hình 3.28 Lƣu đồ thuật toán bƣớc thực toán QHTNTG cấp I 82 Hình 4.1 Mô hình phay hốc 86 Hình 4.2 Bản vẽ chi tiết gia công 87 Hình 4.3 Hình ảnh chi tiết mẫu gia công 87 Hình 4.4 Ảnh hƣởng v,s,t đến Fx 90 Hình 4.5 Ảnh hƣởng v, s, t đến Fy 90 Hình 4.6 Ảnh hƣởng v,s,t đến Fz 91 Hình 4.7 Ảnh hƣởng t, s, v đến Fxc 94 Hình 4.8 Ảnh hƣởng t, s, v đến Fyc 95 Hình 4.9 Ảnh hƣởng t, s, v đến Fzc 95 Hình 4.10 Ảnh hƣởng v,s,t đến VB 97 Hình 4.11 Ảnh hƣởng v,s,t đến Bcr 99 Hình 4.12 Kết mòn mặt sau gia công mặt nghiêng phƣơng pháp cắt 100 Hình 4.13 Kết mòn mặt trƣớc gia công mặt nghiêng phƣơng pháp cắt 101 -x- Hình 4.14 Cơ chế tạo phoi góc nghiêng 102 Hình 4.15 Ảnh hƣởng v,s,t đến Ra 104 Hình 4.16 Các hƣớng nghiêng dao 104 Hình 4.17 Các phƣơng pháp cắt 105 Hình 4.18 Kết độ nhám Ra phƣơng pháp cắt 106 Hình 4.19 Phƣơng pháp cắt góc nghiêng dao θ=150, hƣớng chạy dao từ (+x) (-x) 107 Hình 4.20 Ảnh hƣởng t,s,v đến Ra 108 Hình PL5.1 Đặt tên thứ nguyên yếu tố đầu vào 128 Hình PL5.2 Khai báo biến đầu 128 Hình PL5.3 Lựa chọn phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm 128 Hình PL5.4 Lựa chọn thông số quy hoạch 128 Hình PL5.5 Các điểm thử nghiệm 129 Hình PL5.6 Lựa chọn mô hình toán học 129 Hình PL6.1 Ghi xử lý số liệu phần mêm đo lực 129 Hình PL6.2 Kết hợp với Giảng viên hƣớng dẫn kết nối thiết bị đo lực với máy tính 130 Hình PL6.3 Làm làm mát trình phay 130 -xi- MỞ ĐẦU Gia công tinh giai đoạn gia công quan trọng trình công nghệ gia công Đây vấn đề mà ngành Công nghệ chế tạo máy cần tập trung giải nhằm để tạo sản phẩm, chi tiết máy đạt yêu cầu kỹ thuật hiệu kinh tế Đặc biệt gia công khuôn mẫu, bề mặt khuôn thƣờng bề mặt phức tạp, có yêu cầu độ xác cao kích thƣớc, vị trí, hình dáng hình học độ nhẵn bóng bề mặt Khuôn dụng cụ để sản xuất hàng loạt sản phẩm giống với suất cao, chất lƣợng ổn định giá thành hạ Bề mặt khuôn thƣờng có hình dạng phức tạp yêu cầu độ cứng cao để đảm bảo độ bền độ xác suốt trình sản xuất loạt sản phẩm định Để đáp ứng yêu cầu khuôn thƣờng đƣợc chế tạo từ phôi sống cải thiện, sau qua nhiệt luyện phải gia công sau nhiệt luyện, nguyên công khó thực Trƣớc gia công khuôn mẫu ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp gia công máy công cụ thông thƣờng máy CNC gia công tinh tay, song phƣơng pháp nhiều thời gian, chất lƣợng không ổn định, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm, tay nghề công nhân chi phí sản xuất cao Chính công nghiệp khuôn mẫu ta chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu sản xuất khuôn có bề mặt bóng gƣơng mà phải nhập ngoại Để khắc phục tình trạng ngành công nghiệp chế tạo khuôn ngƣời ta áp dụng Công nghệ phay cao tốc kết hợp với quy trình đánh bóng khuôn dụng cụ hạt mài P (High Speed Milling – HSM) công nghệ quan trọng công nghệ gia công khí Thực tế công nghệ phay cao tốc giới phát triển mạnh, Việt Nam phay cao tốc mới, Doanh nghiệp sở sản xuất gặp khó khăn khai thác đầu tƣ Với mục tiêu nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết khuôn từ công nghệ phay để giảm thời gian gia công tinh bóng dụng cụ mang hạt mài tác giả tiến hành nghiên cứu ứng dụng công nghệ phay cao tốc trình gia công khuôn phƣơng pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết thực nghiệm Ngoài xét ảnh hƣởng yếu tố vật liệu dụng cụ cắt thông số hình học dụng cụ đƣợc hãng chế tạo dụng cụ cắt nghiên cứu đƣa khuyến cáo [38,50] Đối với thiết bị hay trung tâm gia công định suất hay độ nhám bề mặt phụ thuộc chủ yếu vào thông số công nghệ Đặc biệt bề mặt chi tiết sau phay cao tốc đạt độ bóng bề mặt tƣơng đƣơng với phƣơng pháp mài, thời gian đánh bóng bề mặt sau phay cao tốc giảm nhiều so với phƣơng pháp phay truyền thống, suất bóc tách cao phƣơng pháp phay truyền thống [41] Tuy vậy, dụng cụ cắt mòn nhanh trình gia công tốc độ cắt lớn Các sản phẩm khí ngày có yêu cầu cao độ xác kích thƣớc, hình dáng hình học đảm bảo tính kinh tế mục tiêu cần đạt đƣợc công nghiệp sản xuất khí đại Vì vậy, máy công cụ phát triển theo hƣớng này, đặc biệt gia công phận phức tạp nhƣ khuôn, khuôn mẫu, chân tay giả, cánh tuabin phận hàng không vũ trụ đƣợc gia công cách hiệu phay năm trục Nhờ tiến công nghệ chế tạo máy công cụ mà hệ máy phay cao tốc đƣợc đời đƣa vào nghiên cứu sản xuất nƣớc tiên tiến giới Ở Việt Nam nghiên cứu lĩnh vực phay cao tốc chƣa nhiều máy dụng cụ cắt cao tốc Gần đây, nhu cầu hội nhập đại hóa đất nƣớc, có nhiều dự án đầu tƣ giáo dục công nghiệp mà máy CNC trục cao tốc đƣợc nhập ngoại vào Việt Nam, đề tài phay cao tốc trở nên có tính thực tiễn cấp thiết Những phân tích sở, tiền đề cho tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến số thông số đặc trưng gia công cao tốc bề mặt khuôn” nhằm mục đích xác định chế độ cắt phƣơng pháp cắt hiệu trình phay cao -1- TUYỂN TẬP CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Hoang Tien Dung, Nguyen Huy Ninh, Tran Van Dich, Tran Ngọc Hien and Nguyen Thanh Binh (2014) Optimizing cutting conditions in high speed milling using evolution algorithms The 7th AUN/SEED-Net Regional conference in mechanical and manufacturing engineering, pp 146-150 Nguyễn Thanh Bình, Nguyễn Huy Ninh, Hoàng Tiến Dũng (2015), Khảo sát ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt phay cao tốc máy UCP600 – Tạp chí Khoa học công nghệ 53 (5) – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, trang 671-678 Nguyễn Thanh Bình, Nguyễn Huy Ninh, (2015), Khảo sát ảnh hưởng chế độ cắt đến lực cắt phay cao tốc máy UCP600 - Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 5, trang 129-136 -116- PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: Bộ số liệu thực nghiệm điểm sở Bảng PL1.1 Giá trị yếu tố đầu vào thực nghiệm phay mặt đầu Các yếu tố Mức +1 Mức dƣới -1 Mức sở Khoảng biên thiên X1(t) 0,6 0,2 0,4 0,2 X2(s) 0,07 0,03 0,05 0,02 X3(v) 400 200 300 100 Bảng PL1.2 Giá trị yếu tố đầu vào thực nghiệm phay dao phay ngón đầu cầu Các yếu tố Mức +1 Mức dƣới -1 Mức sở Khoảng biên thiên X1(t) 0,6 0,2 0,4 0,2 X2(s) 0,7 0,3 0,5 0,2 X3(v) 400 200 300 100 Bảng PL1.3 Quy hoạch thực nghiệm thông số đầu vào phay dao phay mặt đầu TT 10 11 X1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 0 Biến mã hoá X2 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 0 X3 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 0 t(mm) 0,2 0,6 0,2 0,6 0,2 0,6 0,2 0,6 0,4 0,4 0,4 -117- Biến thực nghiệm S(mm/r) V(m/ph) 0,03 200 200 0,03 200 0,07 200 0,07 400 0,03 400 0,03 400 0,07 400 0,07 300 0,05 0,05 300 0,05 300 Bảng PL1.4 Quy hoạch thực nghiệm thông số đầu vào phay dao phay ngón đầu cầu TT 10 11 X1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 0 Biến mã hoá X2 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 0 X3 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 0 -118- Biến thực nghiệm t(mm) S(mm/r) V(m/ph) 0,2 0,3 200 200 0,6 0,3 200 0,2 0,7 200 0,6 0,7 400 0,2 0,3 400 0,6 0,3 400 0,2 0,7 400 0,6 0,7 300 0,4 0,5 0,4 0,5 300 0,5 300 0,4 PHỤ LỤC 2: Tiêu chuẩn Student Bảng PL2 Tiêu chuẩn Student Bậc tự Mức độ ý nghĩa p=0.05 Mức độ ý nghĩa p=0.01 12,71 63,66 4,3 9,92 3,18 5,84 2,78 4,6 2,57 4,03 2,45 3,71 2,36 3,5 2,21 3,36 2,26 3,25 10 2,23 3,17 11 2,2 3,11 12 2,18 3,05 13 2,16 3,01 14 2,14 2,98 15 2,13 2,95 16 2,12 2,92 17 2,11 2,9 18 2,1 2,88 19 2,09 2,86 20 2,09 2,85 21 2,08 2,83 22 2,07 2,82 23 2,07 2,81 24 2,06 2,8 25 2,06 2,79 26 2,06 2,78 27 2,05 2,77 28 2,05 2,76 29 2,05 2,76 30 ∞ 2,04 1,96 2,75 2,58 -119- ( n ,n ) PHỤ LỤC 3: Tiêu chuẩn Fisher f ( n1 , n2 ) Bảng PL3.1 Tiêu chuẩn Fisher f -120- ( n1 , n2 ) Bảng PL3.2 Tiêu chuẩn Fisher f (tiếp) -121- ( n1 , n2 ) Bảng PL3.3 Tiêu chuẩn Fisher f (tiếp) -122- ( n1 , n2 ) Bảng PL3.4 Tiêu chuẩn Fisher f (tiếp) -123- ( n1 , n2 ) Bảng PL3.5 Tiêu chuẩn Fisher f (tiếp) -124- ( n1 , n2 ) Bảng PL3.6 Tiêu chuẩn Fisher f (tiếp) -125- Bảng PL3.7 Tiêu7chuẩn Fisher f ( n1 , n2 ) (tiếp) -126- Bảng PL 4: Các giá trị Ra, Rz chiều dài chuẩn L ứng với cấp độ nhám bề mặt Cấp độ nhám bề mặt Loại Thông số nhám (μm) Ra Rz Từ 320 đến 160 [...]... suất cao dể tăng hiệu quả làm mát Bảng 2.1 So sánh tốc độ của máy gia công cao tốc và máy gia công thường Các thông số Gia công thường Gia công cao tốc Tốc độ trục chính (vg/ph) 4.000 8.000 - 50.000 Tốc độ chạy dao trên các trục (mm/ph) 10.000 2.500 - 60.000 Tốc độ chạy dao nhanh (mm/ph) 20.000 20.000 - 60.000 Gia tốc (g) 0,5 - 2,0 So sánh một số thông số về tốc độ của máy gia công cao tốc và máy gia công. .. tác giả đã giải quyết ảnh hƣởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, mòn dao, nhám bề mặt, rung động, thực hiện tối ƣu hóa chế độ cắt và điều khi n thích nghi trên máy phay CNC Qua đó cho thấy để hoàn thiện hơn trong gia công phay và nghiên cứu động lực học gia công trong phay cao tốc, cần nghiên cứu ảnh hƣởng của thông số chế độ cắt (tốc độ cắt, lƣợng chạy dao, chiều sâu cắt) , của góc nghiêng dụng... Chƣơng 4 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của chế độ cắt đến lực cắt, mòn dao và độ nhám bề mặt khuôn khi phay trên máy UCP600 Kết luận và hƣớng nghiên cứu tiếp theo -3- CHƢƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CAO TỐC 1.1 Định nghĩa về gia công cao tốc Gia công tốc độ cao (High Speed Machining- HSM) đƣợc xem là một trong những lĩnh vực chính của ngành chế tạo máy Thực ra gia công cao tốc không mới,... mặt công nghệ gia công cắt gọt đặc biệt trong gia công cao tốc đòi hỏi có những nghiên cứu sâu, chất lƣợng và hiệu quả, trong thời đại ngày nay ngành công nghệ chế tạo khuôn mẫu đang đƣợc phát triển và có nhu cầu rất lớn, một trong những thế mạnh trong công nghệ sản xuất khuôn là gia công cao tốc Điều này thôi thúc tác giả nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến một số thông số đặc. .. cho rằng gia công cao tốc là sử dụng tốc độ cắt lớn gấp nhiều lần gia công thông thƣờng (2-50 lần) Một số ví dụ về tốc độ cắt trong gia công thông thƣờng và tốc độ cắt trong gia công cao tốc đƣợc thể hiện ở bảng 1.1 Bảng 1.1 So sánh vận tốc cắt sử dụng trong gia công thông thường và gia công cao tốc Vật liệu Steel 01.2 Steel 02.1/2 Steel 03.11 Steel 03.11 Steel 04 GCl 08.1 Al/Kirsite Non-Ferr Độ cứng... nghiên cứu sự hình thành nhám và các thông số đặc trƣng ảnh hƣởng đến nhám bề mặt khi phay cao tốc Nghiên cứu, ứng dụng trên phần mềm quy hoạch thực nghiệm DX6 xây dựng hàm quan hệ toán học giữa thông số chế độ cắt với các yếu tố: lực cắt, mòn dao và độ nhám bề mặt khi phay cao tốc gia công trên vật liệu thép làm khuôn SKD11 Dụng cụ cắt gia công đƣợc thép có độ cứng 19- 48 HRC Khi phay bằng dao phay mặt. .. nghiên cứu trong lĩnh vực gia công cao tốc, tuy vậy đây là một phƣơng pháp công nghệ mới còn có nhiều vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu làm sáng tỏ, đầy đủ các thông số ảnh hƣởng và mức độ ảnh hƣởng của các thông số đó trong quá trình gia công cao tốc - Đặc biệt đối với trong nƣớc cũng chƣa có nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ trong gia công phay cao tốc đến chất lƣợng bề mặt khuôn - Với sự phát... tích tác động tƣơng hỗ giữa các thông số chế độ cắt đến lực cắt, độ nhám bề mặt, mòn dao và phƣơng pháp gia công hợp lý Thực nghiệm gia công để xây dựng hàm quan hệ thông số chế độ cắt với các yếu tố trong và sau quá trình cắt: lực cắt, độ nhám bề mặt, mòn dao, phƣơng pháp cắt III Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài xác định đƣợc mối quan hệ giữa các số yếu tố công nghệ đến các thông số đặc trƣng... dụng để gia công tinh thép cứng với cả tốc độ và lƣợng chạy dao cao Gia công cao tốc có đƣợc hiệu quả cả về năng suất, chất lƣợng khi gia công các chi tiết từ thô đến tinh cũng nhƣ siêu tinh Chính vì vậy phƣơng pháp này thích hợp với công nghệ gia công khuôn 1.2 Đặc điểm phay cao tốc Phay cao tốc nâng cao khả năng cắt vật liệu, chất lƣợng bề mặt và độ bền của dụng cụ cắt nhờ việc tăng tốc độ cắt, giảm... tốc độ dịch chuyển nhanh và tốc độ tự động thay đổi dụng cụ (khoảng < 7s để thay từ dao này sang dao khác) Gia công cao tốc thƣờng đƣợc áp dụng để gia công tinh thép đã tôi cứng với tốc độ cắt và lƣợng chạy dao cao gấp 4-6 lần chế độ cắt áp dụng trong gia công truyền thống Tuy nhiên, về bản chất gia công cao tốc không đơn giản là gia công với tốc độ cắt cao mà nên đƣợc xem nhƣ là một quá trình gia công