Số hóa bởi trung tâm học liệu
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN THÁI BÌNH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN MÒN
DAO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY MẶT CONG
LÕM TRÊN VẬT LIỆU SKD61 BẰNG DAO PHAY CẦU
CACBIT PHỦ TIN Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 2
Số hóa bởi trung tâm học liệu
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn khoa học
của tôi, TS. Nguyễn Văn Hùng, ngƣời đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ
cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí và Bộ môn Chế
tạo máy Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện để
tôi đƣợc tham gia và hoàn thành khóa học này.
Lòng biết ơn chân thành tôi xin bày tỏ gia đình tôi, vì tất cả những gì mà mọi
ngƣời đã dành cho tôi. Mọi ngƣời đã chăm sóc, động viên tôi trong suốt thời gian
tôi sống, học tập và làm luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo, các bạn bè, đồng nghiệp trong
trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã hỗ trợ và giúp đỡ
trong thời gian học tập của tôi.
1.3.1. Cơ chế cắt của dao phay cầu 21
1.3.2. Kết cấu phần cắt của dao phay cầu 22
1.3.3. Sự hình thành bề mặt gia công 25
1.3.4. Xác định chiều cao nhấp nhô h
th
26
1.3.5. Vận tốc cắt khi phay 27
1.3.6. Sự hình thành phoi và thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay
cầu 28
1.4. Nghiên cứu về dao phay cầu trƣớc đây. 29
1.4.1. Điều kiện để tránh cắt ở đỉnh dao 29
1.4.2. Giá trị đánh giá quá trình cắt 32
1.5. Kết luận chƣơng 33
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 4
Số hóa bởi trung tâm học liệu
CHƢƠNG 2: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY CẦU 34
2.1. Mòn và tuổi bền dao phay cầu 34
2.1.1. Mòn dụng cụ cắt 34
2.1.1.1. Khái niệm chung về mòn 34
2.1.1.2. Mòn dụng cụ cắt: 35
2.1.1.3. Mòn dụng cụ phủ bay hơi 40
2.1.2.4. Cách xác định mòn dụng cụ cắt 41
2.1.2.5. Ảnh hƣởng của mòn dụng cụ đến chất lƣợng bề mặt gia công 43
2.1.1.6. Mòn của dao phay cầu phủ 44
2.1.2. Tuổi bền dụng cụ cắt 44
2.1.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 44
2.1.2.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 45
2.1.2.3. Phƣơng pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 48
2.1.2.4. Tuổi bền của dao phay cầu phủ 50
3.2.3. Các hàm mục tiêu khi gia công thép hợp kim SKD61 bằng dao phay đầu
cầu phủ TiN. 63
3.2.4. Chọn dạng hàm hồi quy. 63
3.2.5. Xây dựng ma trận thí nghiệm. 63
3.2.6. Tiến hành thí nghiệm 64
3.3. Xử lý kết quả thực nghiệm 71
3.3.1. Phân tích và đánh giá các thành phần lực cắt. 71
3.3.2. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu lƣợng mòn Hs. 73
3.3.3. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu độ chính xác . 77
3.4. Kết luận chƣơng 3. 80
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 81
PHỤ LỤC 84 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 6
Số hóa bởi trung tâm học liệu
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
TT
hình
Nội dung
22
1.10
Phƣơng pháp 3D-CAD mô phỏng lƣỡi cắt của dao phay đầu cầu
23
1.11
Mô tả quá trình cắt
24
1.12
Biên dạng của lƣỡi cắt
24
1.13
Phay mặt cong phức tạp bằng dao phay cầu
25
1.14
Ảnh chụp bề mặt chi tiết gia công
27
1.15
Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô h
th
khi gia công bằng dao phay
cầu
26
1.16
Sơ đồ tính vận tốc cắt của dao phay cầu
27
1.17
Thông số hình học của phoi khi phay bằng dao phay cầu
28
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 7
2.3
Mòn cả mặt sau và mặt trƣớc
36
2.4
Mòn mũi dao
37
2.5
Mô hình mòn dụng cụ cắt
37
2.6
Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trƣớc của dụng cụ thép gió phủ
TiN
40
2.7
Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng với thể
tích
41
2.8
Các thông số đặc trƣng cho mòn mặt trƣớc và mặt sau
42
2.9
Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trƣớc và mặt sau
45
2.10
Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr bằng dao T15K6
46
2.11
(a) Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt
dao tiện
(b) dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi cải thiện.
58
3.3
Gia công trên trung tâm gia công VMC-85S
64
3.4
Xác định sai số bề mặt gia công trên CMM-C544
64
3.5
Hình ảnh SEM chụp mặt sau một số lƣỡi cắt
65
3.6
Xác định các thành phần lực cắt trong quá trình gia công
65
3.7
Sơ đồ các thành phần lực cắt tác dụng lên lƣỡi cắt
70
3.8
Nhập số liệu thí nghiệm lƣợng mòn Hs
72
3.9
Kết quả phân tích số liệu thí nghiệm lƣợng mòn Hs
72
3.10
Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao với lƣợng
mòn
74
3.11
Biểu đồ đƣờng mức quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao với
lƣợng mòn
74
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 10
Số hóa bởi trung tâm học liệu
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
TT bảng
Nội dung
Trang
1.1
Trích bảng thông số kích thƣớc của dao phay cầu kiểu ký kiệu
BZD25G hãng Missubishi
17
1.2
Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký hiệu SRFHSMW,
SRFHSLW ghép một mảnh cắt hãng Mitssubishi
18
1.3
Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký hiệu SRM ghép
nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi
19
1.4
Trích bảng thông số kích thƣớc mảnh dao dùng cho dao
nhiềumảnh cắt hãng Mitssubishi
20
3.1
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 11
Số hóa bởi trung tâm học liệu
PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và đặc biệt là
công nghệ vật liệu nói riêng đã góp phần vào việc nghiên cứu và chế tạo nhiều
chủng loại dụng cụ cắt với vật vùng cắt có nhiều tính năng ƣu việt. Một trong những
ứng dụng mang tính phổ biến trong lĩnh vực gia công cắt gọt đó là vật liệu dụng cụ
đƣợc phun phủ để làm tăng khả năng cắt gọt của chúng. Với những dụng cụ cắt có
kết cấu phức tạp, việc chế tạo khó khăn thì ứng dụng đó là một trong những giải
pháp mang tính đột phá. Dao phay đầu cầu phủ TiN là một loại dụng cụ nhƣ vậy.
Có thể nói rằng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ khuôn, mẫu đã góp phần tạo
nên sự linh hoạt và hiệu quả trong lĩnh vực cơ khí chế tạo. Trong việc chế tạo khuôn
thì thép hợp kim SKD61 là một trong những loại vật liệu điển hình. Ngoài ra vật
liệu này còn đƣợc dùng để chế tạo nhiều dạng chi tiết khác nhau phục vụ trong
nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội. Thực tế việc gia công thép hợp kim SKD61
bằng dao phay đầu cầu phủ TiN là một giải pháp đang đƣợc rất nhiều nhà máy, cơ
sở sản xuất áp dụng để gia công nhiều dạng bề mặt phức tạp. Trƣớc đây những bề
mặt phức tạp này đƣợc gia công bằng các phƣơng pháp không truyền thống nhƣ là:
Gia công bằng điện hoá, gia công bằng xung điện, gia công bằng siêu âm nhƣng
những phƣơng pháp này có một số nhƣợc điểm: Giá thành đầu tƣ cao, năng suất gia
công thấp. Quá trình cắt bằng dao phay cầu có cơ chế gia công rất phức tạp vì lƣỡi
cắt của dao phay đƣợc bố trí trên mặt cầu. Trong đó có thể nhận thấy rằng đỉnh dao
là nơi có điều kiện cắt gọt khốc liệt nhất, cơ chế cắt gọt phức tạp nhất, mòn dao diễn
ra nhanh nhất. Nhƣng trong nhiều trƣờng hợp không thể tránh đƣợc hiện tƣợng đỉnh
dao tham ra cắt. Vì vậy, một trong nhƣng vấn đề cần đƣợc nghiên cứu để có thể
khai thác hiệu quả hơn nữa việc sử dụng dao phay đầu cầu phủ TiN khi gia công
thép hợp kim SKD61 đó là: “Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số chế độ cắt
đến mòn dao và độ chính xác gia công khi phay mặt cong lõm trên vật liệu
6.1. Ý nghĩa khoa học
- Nghiên cứu tình trạng mòn, quá trình mòn và nguyên nhân mòn của dao
phay cầu phủ TiN khi gia công thép SKD61.
- Xây dựng đƣợc phƣơng trình hồi quy mô tả quan hệ giữa các thông số của
chế độ cắt với mòn của dao phay cầu phủ TiN khi gia công thép hợp kim SKD61 độ
cứng 40 ÷ 50 HRC. Với các mục tiêu tăng năng suất, độ chính xác gia công và tuổi
bền của dao đề tài đƣa ra đƣợc vùng chế độ cắt tối ƣu. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ
sở khoa học cho việc tối ƣu quá trình phay.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Dao phay cầu làm dụng cụ thƣờng đƣợc sử dụng trong quá trình gia công
khuôn mẫu đặc biệt là các bề mặt 3D phức tạp. Chính vì vậy : kết quả nghiên cứu
với mác thép SKD61 có thể áp dụng trực tiếp hoặc dùng để tham khảo khi mài các
mác thép hợp kim cao, không gỉ, có độ bền cao (bền hóa, bền nhiệt) nhƣ: SKD4,
SKD5, SKD8, SKD11, SKD62 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 14
Số hóa bởi trung tâm học liệu
một cuộc cách mạng trong ngành cơ khí.
Việc chế tạo ra dao phay cầu, đặc biệt là sử dụng dao phay cầu phủ các vật
liệu CBN, TiAlN, TiN trên các máy CNC nhiều trục cho phép gia công các bề mặt
phức tạp, với năng suất gia công cao hơn rất nhiều so với các phƣơng pháp gia công
không truyền thống. Dụng cụ cắt phủ TiN có độ cứng 3000 - 4000 Kg/mm
2
[7]
tƣơng đƣơng với độ cứng hạt mài, Có độ cứng cao hơn TiN, có hiệu quả tốt khi gia
công thép chịu nhiệt, thép không gỉ và có thể gia công đƣợc thép đã tôi. Việc gia
công thép hợp kim SKD61 bằng dao phay đầu cầu cacbit phủ TiN là một giải pháp
đang đƣợc rất nhiều nhà máy, cơ sở sản xuất áp dụng để gia công nhiều dạng bề mặt
phức tạp của các loại khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, khuôn đùn ép. . .vì cho
năng suất cao hơn và giá thành hạ hơn so với các phƣơng pháp gia công không
truyền thống [1].
Nhƣng quá trình phay bằng dao phay đầu cầu rất phức tạp bởi vì quá trình
cắt gián đoạn và chiều dầy cắt thay đổi trong suốt quá trình cắt. Mặc dù cơ chế cắt
bằng dao phay đầu cầu đầu cầu đƣợc rất nhiều bài báo nhƣ : Điều khiển lực cắt
không đổi cho quá trình gia công khuôn mẫu bằng dao phay đầu cầu[9], Đo lực cắt
và độ chính xác gia công bằng dao phay đầu cầu [10], Tạo hình bề mặt gia công khi
phay bằng dao phay đầu cầu [11], Rung động khi cắt bằng dao phay đầu cầu [12].
Hình 1.1. Sơ đồ làm việc của dao phay cầu
(a) Trƣờng hợp cắt ở đỉnh dao, (b) Trƣờng hợp tránh cắt ở đỉnh dao LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 16
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Cải tiến đƣợc cơ chế thoát phoi.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 17
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Ngăn chặn vỡ dao.
Làm chậm quá trình mòn dao.
Tăng tính chịu nhiệt.
Tăng độ chính xác và độ bóng của chi tiết gia công.
Dao có lƣỡi cắt trên cả phần trụ và phần cầu.
Đặc điểm của dạng dao này là cả phần lƣỡi cắt cầu và trụ đều có thể tham gia cắt
đồng thời. Dao có đƣờng kính danh nghĩa phần cắt và phần chuôi bằng nhau nhƣ
hình 1.2 Đây là dạng dao có ƣu điểm trong gia công mặt cong lồi và hốc sâu vì kết
cấu dao không ảnh hƣởng đến việc tiến sâu của dao. Nhƣng độ cứng vững của dao
sẽ kém nếu gá dao quá dài, đặc biệt với những dao có đƣờng kính gia công nhỏ. Hình 1.2. Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu liền khối ký kiệu BZD25G hãng
Missubishi - Nhật Bản [7].
Bảng 1.1. Trích bảng thông số kích thƣớc của dao phay cầu ký kiệu BZD25G hãng Missubishi
(hình 1.2) [7].
Số hiệu dao
R
D1
ap
L1
D4
Số me
cắt N
2080SG
4.0
đều đƣợc làm từ những vật liệu có tính năng cắt tốt, hoặc đƣợc phủ để tăng tuổi bền
và khả năng cắt gọt. Thân dao ngoài việc đƣợc chế tạo bằng nhũng loại vật liệu có
độ bền cao chúng còn đƣợc tăng bền nhƣ thấm Nitơ, phủ TiN, TiAlN… để tăng
tuổi thọ của cán dao. Dao ghép mảnh có thể đƣợc phân ra:
Dao ghép một mảnh
Hình 1.3. Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW và mảnh
ghép ký hiệu SRFT vật liệu VP10MF của dao một mảnh [7].
Bảng 1.2. Trích bảng thông số kích thƣớc thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW ghép một
mảnh cắt hãng Mitssubishi-Nhật Bản (hình 1.3) [7]
Số hiệu thân dao
R
D1
D4
L1
D5
L2
L3
12S12MW
6
12
12
120
11.5
50
20
16S16MW
8
16
16
Số hiệu thân dao
R
D1
D4
L1
L2
ap
SRM2400WNLS
20
40
50.8
200
120
54
SRM2500WNLS
25
50
50.8
200
120
63 Bảng 1.4. Trích bảng thông số kích thƣớc mảnh dao dùng cho dao nhiềumảnh cắt hãng Mitssubishi
-Nhật Bản (hình 1.5c) [7].
Số hiệu thân dao
R
L1
L2
S1
5
o
Đối với dao phay cầu liền khối lƣỡi
cắt bao gồm cả phần đầu dao và phần trụ.
Góc trƣớc đo ở tiết diện chính tại một điểm A
bất kỳ trên lƣỡi cắt đƣợc xác định tƣơng tự nhƣ
trên mũi khoan theo công thức sau:
sin.
.
D
tgD
tg
A
AN
Trong đó:
Hình 1.6. Thông số hình học cơ bản của dao phay cầu
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 21
Số hóa bởi trung tâm học liệu
D
A
: đƣờng kính xét tại điểm A(mm).
D :đƣờng kính dao phay cầu(mm).
dụng theo sơ đồ hình 1.7a.
Quá trình cắt gọt của phần bán cầu trên dao là rất phức tạp. Bởi vì lƣỡi cắt
đƣợc xác định trên mặt cầu. Khi gia công bề mặt cong thì tuổi thọ của dao phụ
thuộc vào dạng của bề mặt (vì dạng của bề mặt sẽ quyết định vị trí tham ra cắt thực
– nơi xẩy ra quá trình phá huỷ). Khi xem xét khả năng cắt của phần đầu cầu trên dao
có thể nhận thấy rằng vị trí đỉnh dao là nơi quá trình cắt diễn ra rất phức tạp, là nơi
quá trình mòn dao diễn ra nhanh nhất, là vùng có tuổi bền thấp nhất vì tại đỉnh dao
tốc độ cắt bằng không. Hình 1.8 là tình trạng mòn của dao phôi đƣợc gá nghiêng
10
0
, cho thấy càng gần đỉnh dao mòn mặt sau càng nhiều, vì càng gần đỉnh tốc độ
cắt càng tiến dần tới không. Chính vì vậy mà trong quá trình gia công ngƣời ta cần
hạn chế đến mức cao nhất sự tham ra của khu vực này vào quá trình cắt gọt. Khi gia
công trên máy CNC-3D vị trí tƣơng đối giữa dụng cụ cắt là rất quan trọng để đạt
đƣợc chất lƣợng bề mặt tối ƣu và tuổi thọ của dụng cụ cắt lớn nhất.
Hình1.8: Mòn của dao cầu các bit phủ TiAlN khi gia công thép HPM1
độ cứng HRC 38-42 [13]
1.3.2. Kết cấu phần cắt của dao phay cầu
Hình 1.9 là kết cấu phần cắt của dao phay đầu cầu, gồm có các bề mặt: Mặt
trƣớc, mặt sau, giao tuyến giữa chúng hình thành lên lƣỡi cắt. Lƣỡi cắt đƣợc bố trí
trên chỏm cầu và có dạng xoắn vít.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 23
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Hình 1.9 Các bề mặt đƣợc hình thành trên phần cắt của dao phay cầu
* Mô phỏng quá trình hình thành phần cắt trên phần mềm 3D-CAD (CATIA-
V6):
Hình 1.10 là mô phỏng của dao phay cầu đƣờng kính D = 20mm với lƣỡi cắt và
0
O
2
.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HV: NGUYỄN THÁI BÌNH 24
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Quá trình cắt đƣợc thực hiện theo hƣớng trục X của phôi ở điều kiện chiều sâu
cắt theo phƣơng hƣớng hình là 0.1mm. P
f
là lƣợng chạy dao, hình 1.8 mô tả quá
trình cắt chuyển động chạy dao từ trên xuống dƣới theo bề mặt nghiêng. Gốc tọa độ
O là tâm chỏm cầu của dụng cụ, đƣờng nét đứt thể hiện lƣỡi cắt của dụng cụ. Phần
abcd ở hình 3 là thể tích của phoi chƣa biến dạng đƣợc bóc đi trong quá trình cắt,
thể tích này bao gồm 2 phần của mặt phẳng nghiêng bcd và adc, 2 phần của chỏm
cầu bad và bac. Tọa độ một điểm bất kỳ trên lƣỡi cắt P
c
(X
c
,Y
c
) phần chỏm cầu có
thể xác định theo công thức (1.1). Giả sử điểm giao của đƣờng qua điểm P
c
và mặt
phẳng X-Y là P‟
0
và góc P
0
OP‟
hiển vi số (Keyence VH-630), cho thấy hình dáng của lƣỡi cắt xác định bằng 2
phƣơng pháp hầu hết là trùng nhau và sai số góc quay của dụng cụ cắt
c
ở mỗi
điểm trên lƣỡi cắt ít hơn ± 3.7
0
. Nhƣ vậy, việc kiểm tra cho thấy phƣơng pháp xác
định hình dạng của lƣỡi cắt bằng tính toán là hợp lý.
Copyright: Tài liệu đại học ©