Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY HỢP KIM TI-6AL-4V STUDYS EFFECT OF MACHINING PARAMETERS ON THE SURFACE ROUGHNESS DURING MILLING OF TI-6AL-4V ALLOY Nguyễn Văn Toàn Học viện Kỹ thuật quân sự, Hà Nội bkqs2020@gmail.com TÓM TẮT Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ cắt (Vc) tốc độ tiến dao (f) đến độ nhám bề mặt trung bình (Ra) phay hợp kim Ti-6Al-4V sử dụng dao cacbit điều kiện gia công khô Thí nghiệm sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Tauguchi, giải toán tối ưu hóa tìm tham số công nghệ tối ưu để nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm Kết thí nghiệm cho thấy, độ nhám bề mặt có xu hướng tăng tăng tốc độ tiến dao độ nhám bề mặt có xu hướng giảm dần tăng tốc độ cắt từ 100m/phút tới 180m/phút Điều kiện gia công tối ưu đạt tốc độ cắt 180m/phút tốc độ tiến dao 0,1mm/răng với độ nhám trung bình đạt 0,45 µm Từ khóa: hợp kim Ti-6Al-4V, tham số công nghệ, độ nhám bề mặt ABSTRACT This paper study the effect of cutting speed (V c ) and feed rate (f) on average surface roughness (R a ) during milling of Ti-6Al-4V alloy with carbide tools under dry conditions Experimental setup was determined by using Tauguchi method Solving optimization to find the optimal technology parameters to improve product surface quality According to experimental results, roughness increased with an increase in feed rate, whereas decreased with increase in cutting speed from 100 m/min to 180 m/min Optimum machining conditions was obtained at cutting speed of 180 m/min and feed rate of 0.1 mm/rev with average surface roughness reach 0,45 µm Key words: Ti-6Al-4V Alloy, machining parameters, surface roughness ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, hợp kim Ti-6Al-4V sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, công nghiệp ôtô, thiết bị y tế, công nghiêp quốc phòng, Phương pháp gia công hợp kim Ti-6Al-4V giới đa dạng, áp dụng rộng rãi phương pháp gia công truyền thống với thay đổi điều kiện gia công khác nhau, gia công tốc độ cao,…[1] Tuy nhiên, độ dẫn nhiệt thấp, phản ứng hóa học cao với hầu hết loại vật liệu dụng cụ [2], nên gặp nhiều khó khăn gia công cắt gọt, chất lượng bề mặt kém, độ nhám bề mặt thấp Để nâng cao chất lượng bề mặt gia công hợp kim Ti6Al-4V, có nhiều nghiên cứu quan trọng ứng dụng công nghệ gia công tốc độ cao, gia công điều kiện khác nhau, ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết, Các nghiên cứu tập trung giải toán nâng cao chất lượng bề mặt cho loại hợp kim Titan, đạt kết quan trọng [3-6] Bài báo sử dụng phương pháp gia công khô (không có dung dịch trơn nguội), mảnh dao cacbua phủ TiN, thực máy phay CNC năm trục; sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệmTauguchi để giải toán tối ưu tìm tham số công nghệ tối ưu nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm 476 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV THÍ NGHIỆM 2.1 Thiết bị vật liệu thí nghiệm 2.1.1 Thiết bị thí nghiệm Thí nghiệm thực máy phay CNC Spinner U5- 620 phòng thí nghiệm Chế tạo máy, Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, HVKTQS hình thể Thông số máy thể bảng Hình Máy phay CNC Spinner U5- 620 Bảng Thông số kỹ thuật máy phay CNC Spinner U5- 620 Hành trình trục X-Y-Z Tốc độ trục Công suất động trục Số dao (mm) (vòng/phút) (kW) đài dao (chiếc) 620×520×460 12000 11 32 Dụng cụ cắt: Thí nghiệm sử dụng mảnh dụng cụ chọn theo tiêu chuẩn ISO, hình thể Tốc độ cắt nằm khoảng 40÷200m/phút tốc độ tiến dao 0,03÷0,3mm/răng Phạm vi tham số công nghệ xác định dựa thí nghiệm sở, thể bảng Bảng Tham số công nghệ thí nghiệm Tham số công nghệ Giá trị Tốc độ cắt Vc (mm/phút) 100 – 140 – 180 Tốc độ tiến dao f (mm/răng) 0,1 – 0,2 – 0,3 Chiều sâu cắt hướng trục ap (mm) 0,6 Chiều sâu cắt xuyên tâm ae (mm) 12 Số n (răng) 477 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Dụng cụ cắt; (a) Thân dao; (b) Mảnh hợp kim Thiết bị đo: Sử dụng máy đo độ nhám TR200 − Vị trí đo: đầu dò đặt vị trí gia công bề mặt mẫu, dịch chuyển theo phương đường dao gia công; - Mỗi vị trí đo lần, lấy giá trị trung bình ba lần đo; 2.1.2 Vật liệu thí nghiệm Vật liệu thí nghiệm sử dụng hợp kimTi–6Al–4V có thành phần bảng thể hiện, đặc tính tính thể bảng Một khối hình chữ nhật có chiều dài 250mm, chiều rộng 150mm cao 20mm sử dụng thí nghiệm Bảng Thành phần nguyên tố hóa học hợp kim Ti–6Al–4V C Fe N Al V H Nguyên tố % khối lượng Tỷ trọng (g/cm3) 4,43 0,05 0,09 0,01 6,15 4,4 0,005 Ti Còn lại Bảng Đặc tính tính hợp kim Ti–6Al–4V Độ cứng Modun đàn hồi Độ bền Độ dẫn nhiệt (HB) (GPa) (MPa) (W/mK) 340 113 950 7,56 2.2 Phương pháp thí nghiệm Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi nghiên cứu ảnh hưởng hai tham số công nghệ đến độ nhám bề mặt gia công, tham số chọn ba mức bảng thể hiện, xây dựng mảng trực giao (với thí nghiệm) bảng thể Kí hiệu Bảng Các yếu tố mức độ Thông số gia công Mức Mức Mức A Tốc độ cắt(m/ phút) 100 140 180 B Tốc độ tiến dao f (mm/răng) 0,1 0,15 0,2 478 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết thí nghiệm thể hình bảng Hình Mẫu gia công hợp kim Ti-6Al-4V Bảng Bảng yếu tố đầu vào kết đo Thí nghiệm số A (m/phút) B (mm/răng) Ra (µm) 100 0,1 0,62 100 0,15 1,23 100 0,2 1,28 140 0,1 0,51 140 0,15 0,85 140 0,2 0,95 180 0,1 0,45 180 0,15 0,79 180 0,2 0,85 Phương pháp Taguchi sử dụng hệ số tín hiệu S/N công cụ phân tích định lượng để tối ưu hóa kết trình sản xuất Công thức tính hệ số tín hiệu S/N phụ thuộc vào chất lượng loại đặc tính nghiên cứu Công thức (1) tính toán hệ số tín hiệu S/N S n = −10 log (∑1 yi2 ) N n 479 (1) Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hệ số tín hiệu S/N Ra tính toán cách sử dụng kết thực nghiệm đưa Bảng công thức (1) Dựa tỷ lệ phân tích S/N bảng thể xác định hiệu suất cắt tối ưu cho Ra sau: tốc độ cắt 180 m/phút (mức 3), tốc độ tiến dao 0,1 mm/răng (mức 1) Số thí nghiệm Bảng7 Hệ số tín hiệu S/N R a (η) Ra (µm) Hệ số tín hiệu S/N (dB) A (m/phút) B (mm/răng) 100 0,1 0,62 3,88040 100 0,15 1,23 -1,69862 100 0,2 1,28 -2,26887 140 0,1 0,51 7,53801 140 0,15 0,85 1,59844 140 0,2 0,95 0,62934 180 0,1 0,45 7,96080 180 0,15 0,79 1,94020 180 0,2 0,85 1,42962 Bảng Bảng kết hệ số tín hiệu S/N có nghĩa cho Ra Tỷ số S/N có nghĩa, η Các thông số Mức Mức Mức Max-min A 0,00462 3,25156 3,69997 3,77090 B 6,43587 0,64967 -0,07907 6,54072 Hình Đồ thị kết hệ số tín hiệu S/N có nghĩa cho Ra Sự thay đổi độ nhám đo bề mặt gia công phụ thuộc vào tốc độ cắt tốc độ tiến dao hình 480 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Ảnh hưởng tham số công nghệ lên độ nhám bề mặt Trên hình thấy, giá trị độ nhám bề mặt có xu hướng giảm tăng tốc độ cắt từ 100m/phút tới 180m/phút tốc độ tiến dao 0,1mm/răng Độ nhám trung bình giảm 27,5% điều kiện cắt tương tự tốc độ tiến dao 0,2mm/răng Ra giảm 33,6% Khi tốc độ tiến dao tăng từ 0,1mm/răng tới 0,2mm/răng tốc độ cắt 100m/phút, Ra tăng 51,5% Điều chứng tỏ tăng tốc độ tiến dao giá trị độ nhám tăng tỷ lệ thuận Tại giá trị tốc độ cắt 180m/phút, Ra tăng 47% tăng tốc độ tiến dao từ 0,1mm/răng đến 0,2mm/răng Giá trị nhỏ Ra=0,45µm đạt tốc độ cắt 180m/phút tốc độ tiến dao 0,1mm/răng KẾT LUẬN Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi nghiên cứu ảnh hưởng tham số công nghệ đến độ nhám bề mặt phay hợp kim Ti-6Al-4V điều kiện cắt khô, kết thí nghiệm cho thấy: Độ nhám bề mặt chịu ảnh hưởng đáng kể tốc độ cắt tốc độ tiến dao Tham số công nghệ tối ưu đạt tốc độ cắt 180m/phút tốc độ tiến dao 0,1 mm/răng với độ nhám bề mặt đạt 0,45 µm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nurul Amin, A.K., Ismail, A.F and Nor, Khairusshima, M.K., Effectiveness of uncoated WC–Co and PCD inserts in end milling of titanium alloy—Ti–6Al–4V J Mater Process Technol, 2007, Vol 192–193, pp:147–158 [2] Rahman, M., Wong, Y.S and Zareena, A.R., Machinability of titanium alloys JSME Series C, 2003, Vol 46 (1), pp: 107-115 [3] Corduan, N., Himbert, T., Poulachon, G.,Wear Mechanisms of new tool materials for Ti-6AI-4V high performance machining CIRP Annals 52, 2003, Vol 1, pp: 73-76 [4] Budak, E and Kops, L.,Improving productivity and part quality in milling of titanium based impellers by chatter suppression and force control CIRP Annals-Manufacturing Technol, Vol 49(1), pp:31-36 [5] Diniz, A.E and Filho, J.C., Influence of the relative positions of tool and workpiece on tool life, tool wear and surface in the face milling process Wear, Vol 232, pp: 67–75 [6] Ginting, A and Nouari, M.,Experimental and numerical studies on the performance of alloyed carbide tool in dry milling of aerospace material Int J Mach Tools Manuf, 2006, Vol 46, pp: 758–768 481