BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN MẠNH THẮNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG THÉP SAU NHIỆT LUYỆN TRÊN MÁY TIỆN CNC Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN MẠNH THẮNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TIỆN CỨNG THÉP SAU NHIỆT LUYỆN TRÊN MÁY TIỆN CNC Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: 60 52 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2015CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Cán hướng dẫn chính: Cán hướng dẫn phụ: ` Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Ngày tháng năm 2015 Tôi xin cam đoan: Những kết nghiên cứu trình bày luận văn hoàn toàn trung thực tôi, không vi phạm điều luật sở hữu trí tuệ pháp luật Việt Nam Nếu sai, hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật TÁC GIẢ LUẬN VĂN NGUYỄN MẠNH THẮNG MỤC LỤC Trang phụ bìa Bản cam đoan Mục lục Tóm tắt luận văn Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ Tóm tắt luận văn: Họ tên học viên: Nguyễn Mạnh Thắng Lớp : Công nghệ chế tạo máy Khoá: 24 Cán hướng dẫn: Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ tiện cứng sau nhiệt luyện thép máy tiện CNC Tóm tắt: Nghiên cứu tổng quan công nghệ tiện cứng thép sau nhiệt luyện, nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công, phương pháp nghiên cứu đánh giá chất lượng từ sơ xác định tham số công nghệ chế độ cắt (v,s,t) phạm vi khảo sát, tạo sở cho việc nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu, khảo sát công nghệ tiện cứng tự động Phòng thí nghiệm công nghệ cao Học viện KTQS ĐH Công nghiệp Hà Nội, khai thác ứng dụng tiện cứng để tiến hành nghiên cứu thực ghiệm, khảo sát ảnh hưởng tham số công nghệ chế độ cắt độ cứng bề mặt đến chất lượng bề mặt tiện cứng Trên sở phân tích kết thực nghiệm, xác định tham số công nghệ hợp lý tiến tới tối ưu hóa công nghệ tiện cứng DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Viết tắt PCB Tiếng Anh Polycrystal Cubic Tiếng Việt Nitride Bo lập phương đa tinh thể N CBN Boron Nitride Cubic Boron Nitride Bo lập phương CNC Nitride Computer Máy gia công tự động có trợ Numerical giúp máy tính Control v s t γ α α1 φ φ1 λ δ β P Kf Kbd Vận tốc cắt Bước tiến Chiều sâu cắt Góc trước Góc sau Góc sau phụ Góc nghiêng Góc nghiêng phụ Góc nâng Góc cắt Góc sắc Lực cắt Mức độ biến dạng phoi Mức độ biến dạng phoi miền Kms tạo phoi Mức độ biến dạng phoi ma sát θ r D Q n HRC với mặt trước dao Góc trượt Hệ số cắt Đường kính phôi thời điểm cắt Năng suất cắt gọt Tốc độ vòng quay trục Độ cứng Rockwell theo cột C Rockwell Hardness C Scale H L t0 Rz Lượng dư gia công Chiều dài gia công thời gian gia công Chiều cao nhấp nhô prôphin theo mười r Φ i điểm bán kính mũi dao Đường kính phôi Số lần chạy dao 71 + Độ nhám bề mặt sản phẩm dự đoán trước thông qua thông số công nghệ: tốc độ cắt, lượng tiến dao, chiều sâu lớp cắt chúng có liên quan với thông qua hàm hồi quy: 2 y = 0,17 + 0,221x2 + 0,238 x3 + 0,238 x2 + 0,167 x12 (3.12) Trong đó: Y Ra ; x1, x2,x3 tương ứng V,S,t + Độ sai lệch kết thực nghiệm ban đầu kết tính toán từ hàm toán học là: 15.9%, độ sai lệch thông số kiểm tra tối ưu là: 11.6% Từ tính toán cho thấy dự đoán xác 80% ÷ 85% kết độ nhám mặt trụ sản phẩm biết thông số đầu vào hàm toán học xây dựng Kết nghiên cứu làm sở cho việc xác định hàm giới hạn toán tối ưu hoá chế độ cắt gia công máy tiện CNC + Trong ba thông số công nghệ nhận thấy tốc độ tiến dao có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt, tiếp đến vận tốc cắt cuối chiều sâu cắt 3.7.4 Phân tích kết thí nghiệm 3.7.4.1 Ảnh hưởng bước tiến(S) đến độ nhám bề mặt + lấy X1=conts, X3=conts hàm 3.12 trở thành hàm biến có dạng y = 0,17 + 0,221x2 + 0,238 x2 X Y -1 0.24 0.17 +1 0.629 Ra 0,629 0,24 0,17 -1 0,1 0,12 +1 0,14 S 72 Hình 3.13: Đồ thị ảnh hưởng bước tiến + Nhìn vào đồ thị cho ta thấy bước tiến ảnh hưởng thứ hai đến độ nhám bề mặt S thay đổi độ nhám thay đổi theo, cụ thể S= 0,12 độ nhám đạt giá trị nhỏ S= 0,14 độ nhám có giá trị cao 3.7.4.2 Ảnh hưởng chiều sâu cắt(t) đến độ nhám bề mặt + lấy X2= conts, X3= conts hàm 3.12 trở thành hàm biến có dạng y = 0,17 + 0,238 x1 X Y -1 0.408 0.17 +1 0.408 Ra 0,237 0,17 -1 0,03 0,04 +1 0,05 t 73 Hình 3.14: Đồ thị ảnh hưởng chiều sâu cắt + Nhìn vào đồ thị cho ta thấy chiều sâu cắt ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt t thay đổi độ nhám thay đổi theo, cụ thể t= 0,04 độ nhám đạt giá trị nhỏ t= 0,03 0,05 độ nhám có giá trị cao 3.7.4.3 Ảnh hưởng vận tốc cắt(V) đến độ nhám bề mặt + lấy X1= conts, X2= conts hàm 3.12 trở thành hàm biến có dạng y = 0,17 + 0,167 x3 X Y -1 0.237 Ra 0.17 +1 0.237 0,408 0,24 0,17 -1 100 125 +1 150 V Hình 3.14: Đồ thị ảnh hưởng chiều sâu cắt + Nhìn vào đồ thị cho ta thấy vận tốc cắt ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt V thay đổi độ nhám thay đổi theo, cụ thể V= 125 độ nhám đạt giá trị nhỏ V= 100và 150 độ nhám có giá trị cao nhấtso với V= 125 0,238, độ nhám thay đổi lớn 3.7.4.4 Giá trị tối ưu x1=( V -125)/ (25)= 0,0012 >V = 0,0012 x 25 +125 = 125.03 (m/ph) x2=(S -0,12)/(0,02)=-0,4634 >S=-0,4634 x 0,02 +0, 12 = 0,110732 mm/vòng 74 x3 = (t -0,04)/ (0,01) = -0,0012 > t = -0,0012 x 0,01 +0.04 = 0.039988 mm Như vậy, độ nhám cực tiểu đạt Ra = 0,1187 ( µm ) *Thông qua kết ta tiến hành thực nghiệm kiểm chứng 03 mẫu ta Bảng 3.9: TT x1 x2 x3 Ra(thực nghiệm) 0.03998 0,110732 125.0 0,1201 0.03998 0,110732 125.0 0,1193 0.03998 0,110732 125.0 Ra 0,1211 0,1187 => Dựa vào kết đo ta Ratb= (Ratn1+ Ratn2+ Ratn3)/3 tính = (0,1231+ 0,1223+ 0,1301)/3= 0,1251 Thực nghiệm kiểm chứng có sai số 0,0064(dộ sai số 5%)xác nhận độ tin cậy kết thí nghiệm 75 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương tác giả tiến hành thực nghiệm tiện cứng thép SKD11 sau nhiệt luyện, độ cứng 55~57 HRC, khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ (chiều sâu cắt t, vận tốc cắt V, bước tiến dao S) đến độ nhám bề mặt sau tiện Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp II tiến hành khảo sát Đã xây dựng phương trình hồi quy với hàm mục tiêu độ nhám bề mặt, biến 03 thông số công nghệ Đồng thời, xác định thông số công nghệ tối ưu tiện cứng thép SKD11 Thực nghiệm kiểm chứng có kết tương đối xác, cho phép đánh giá độ tin cậy số liệu thực nghiệm 76 KẾT LUẬN Kết luận Công nghệ tiện cứng thép sau nhiệt luyện phương pháp gia công tinh tiên tiến, có nhiều ưu điểm bật so với công nghệ gia công truyền thống, thay nguyên công mài với suất, chất lượng hiệu kinh tế cao, nghiên cứu phát triển mạnh mẽ Công nghệ tiện cứng thực độ cứng bề mặt phôi cao, thường từ 45~60 HRC, đòi hỏi dao cụ, máy, trang bị công nghệ đặc biệt dao thường dùng loại CBN, máy có độ cứng vững cao… Đề tài tập trung vào nghiên cứu thực nghiệm tiện cứng thép SKD11 sau nhiệt luyện (độ cứng 55~57 HRC) máy tiện CNC, khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ vận tốc cắt V, chiều sâu cắt t, bước tiện chạy dao S đến chất lượng bề mặt (độ nhám bề mặt) sau tiện Đã ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp II để khảo sát, xây dựng mối quan hệ chúng thông qua phương trình hồi quy với hàm mục tiêu độ nhám bề mặt, ba biến thông số công nghệ Kết thực nghiệm cho thấy, thông số công nghệ có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt tiện cứng Trong đó, vận tốc cắt V có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt, tiếp đến bước tiến S cuối chiều sâu t Độ nhám đạt tiện cứng khoảng Ra=0,2~1,2 (tương đương cấp độ nhám 8~10), tương đương với nguyên công mài Đã xác định giá trị thông số công nghệ tối ưu tiện cứng thép SKD11 sau nhiệt luyện: chiều sâu cắt t= 0.039988(mm); bước tiến dao S= 0,110732(mm/vòng); vận tốc cắt V= 125.03 (m/p) Khi đó, độ nhám bề mặt tương ứng Ramin= 0,1187 Đã tiến hành thực nghiệm kiểm chứng với thông số công nghệ trên, kết đạt Ra= 0,1251 sai số tính toán thực nghiệm kiểm chứng xác nhận độ tin cậy phương pháp kết 77 nghiên cứu, sở quan trọng để ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất Hướng phát triển - Phát triển nghiên cứu cho loại vật liệu sau nhiệt luyện khác (40X, 9XC, SKD61…); - Nghiên cứu tiện cứng vật liệu độ cứng khác nhau; - Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ công nghệ (V, S, t) đến yếu tố chất lượng bề mặt chi tiết: độ xác, cấu trúc tế vi lớp bề mặt… 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Phan Quang Thế, Th.S Nguyễn Thị Quốc Dung (2008), “Tương tác ma sát phoi mặt trước dao gắn mảnh PCBN tiện theo 9XC qua tôi”, Tạp chí Khoa học Công nghệ trường đại học (60) [2] PGS.TS Phan Quang Thế, Th.S Nguyễn Thị Quốc Dung (2008), “Ảnh hưởng vận tốc cắt đến mòn chế mòn dụng cụ gắn mảnh PCBN tiện tinh thép 9XC qua tôi”, Tạp chí Khoa học Công nghệ trường đại học (62) [3] Bành Tiến Long, Trần Thế Lực, Trần Sỹ Túy (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2003), Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Trần Văn Địch (2004), Gia công tinh bề mặt chi tiết máy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng trình cắt, trường Đh Kỹ thuật công nghiệp Barry J., Byrne G (2002), “Chip Formation, Acoustic Emission and [7] Surface White Layers in Hard Machining”, Annals of the CIRP, 51(1), pp 65-70 Bossom P K (1990), “Finish machining of hard ferrous [8] workpieces”, Industrial Diamond Review, pp 228-232 [9] König W., Klinger M., Link R (1990), “Machining Hard Materials with Geometrically Defined Cutting Edges-Field of Applications and Limitations”, Annals of the CIRP, 39, pp 61-64 [10] König W., Berktold A., Koch K F (1993), “ Turning versus Grinding - A Comparison of Surface Integrity Aspects and Attainable Accuracies”, Annals of the CIRP, 42(1), pp 39-43 [11] Liu X L., Wen D H., Li Z J., Xiao L., Yan F G (2002), “Experimental study on hardturning hardened GCr15 steel with PCBN tool”, Journal of Materials Processing Technology, 129, pp 217-221 79 [12] Rech J., Moisan A (2003), “Surface integrity in finish hard turning of case- hardened steels”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 43, pp 543-550 [13] Schwach D W., Guo Y B (2005), “Feasibility of producing optimal surface integrity by process design in hard turning”, Materials Science and Engineering A, 395, pp 116-123 [14] Tonshoff H K., Arendt C., Ben A R (2000), “Cutting of hardened steel”, Annals of the CIRP 49, pp 547-566 [15] Nakayama K., Arai M., Kanda T (1988), “Machining characteristics of hard materials”, Annals of the CIRP, 37, pp 89-92 80 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Chương trình gia công CNC mẫu thép SKD11 1.1 Chương trình CNC mẫu số 1.2 Chương trình CNC mẫu số 1.3 Chương trình CNC mẫu số 81 1.4 Chương trình CNC mẫu số 1.5 Chương trình CNC mẫu số 1.6 Chương trình CNC mẫu số 82 1.7 Chương trình CNC mẫu số 1.8 Chương trình CNC mẫu số 1.9 Chương trình CNC mẫu số 83 1.10 Chương trình CNC mẫu số 10 1.11 Chương trình CNC mẫu số 11 1.12 Chương trình CNC mẫu số 12 84 1.13 Chương trình CNC mẫu số 13 1.14 Chương trình CNC mẫu số 14 1.15 Chương trình CNC mẫu số 15 85 Phụ lục 2: kết đo độ nhám mẫu 7, 9, 13 14