đại học
t
h
á
i
n
g
u
y
ê
n
TRNG I HC K THUT CễNG
NGHIP
l
u
ậ
n
văn
t
h
ạ
c
sỹ
K
THUT
n
g
à
Nó
T
R
O
N
G
Q
U
TRìNH
CT KIM LOI VI
S
TR
G
I
P
CA
M
Y
T
N
H"
Học viên : Ngô Đức
Hạnh
Ngi hng dn khoa hc: PGS.TS Dng Phỳc
Tý
T
sản
phẩm hoàn chỉnh của ngành cơ khí. Việc nắm bắt và điều khiển được các
quy
luật khoa học của quá trình cắt gọt sẽ góp phần nâng cao năng suất,
chất
lượng, hiệu quả kinh tế. Trong quá trình gia công cắt gọt kim loại có
nhiều
yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của quá trình cắt, một trong
những
yếu tố cơ bản đó là rung động. Từ trước đến nay trên thế giới đã
có
nhiều
công trình nghiên cứu về rung động của quá trình cắt trên máy
công cụ
nói
chung và trên máy phay
nó
i riêng, nhằm mục đích nâng cao các
chỉ tiêu
kinh
tế – kỹ thuật. Các công trình nghiên cứu đó đã đạt được nhiều
thành tựu to
lớn
góp phần xứng đáng vào sự nghiệp phát triển của ngành
chế tạo máy
nói
chung. Tuy nhiên do tính chất phức tạp của hiện tượng
này, cũng như sự
đòi
hỏi ngày càng cao về mặt năng suất, chất lượng của
hoàn
thành. Tuy nhiên do hạn chế về
đ
iều kiện nghiên cứu đặc biệt
là hạn chế
về
năng lực nghiên cứu của bản thân nên đề tài không tránh
khỏ
i những
thiếu
sót, vì vậy em rất mong được sự giúp đỡ chỉ bảo của các
thầy giáo và các
bạn
đồng nghiệp để từ đó em rút ra những kinh nghiệm
cho bản thân trong
lĩnh
vực nghiên cứu sau này. Một lần nữa em xin được
bày tỏ lòng
b
iết ơn đối
với
thày giáo hướng dẫn PGS.TS Dương Phúc Tý,
các thầy giáo khoa cơ
khí
trường Đại học kỹ thuật Công Nghiệp và các bạn
đồng nghiệp đã giúp đỡ
em
trong quá trình nghiên cứu để đề tài hoàn thành
đúng thời
hạn.
M Ở Đ
Ầ U TÊN
ĐỀ
TÀI
Nghiên cứu bằng thực nghiệm đặc tính của rung động tự kích thích
và
ảnh hưởng của bước tiến dao đến sự tăng trưởng của nó trong quá
trình
cắt kim loại với sự trợ giúp của máy
tính.
1
chất lượng gia công, ảnh hưởng đến sự mòn của dao cũng như độ chính
xác
của máy vì vậy, nghiên cứu đặc tính của rung động tự kích thích cũng
như
nghiên cứu những những nhân tố ảnh hưởng đến nó làm cơ sở cho
việc
nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế ảnh hưởng xấu của nó
đồng
thời làm cơ sở cho việc tối ưu hoá quá
trì
nh gia công kim loại luôn
luôn
là
vấn đề được quan tâm trong lĩnh vực gia công kim
loại.
2
.
Ý
n g
h ĩ a
t à
i .
2
. 1
. Ý
n
g
h ĩ a
k
h o a
h ọ c .
Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần bổ sung cho lý luận về rung
động
trong kỹ thuật nói chung và lý luận về dao động trong quá trình cắt kim
loại
nói riêng.
2
h
ĩ
a t
h
ự
c t
i
-
t nu . e
d
u . v
n
2
3 . M ụ
h
i
ê n c ứ
u
.
Vì đề tài có hai phần nên có hai phần nghiên cứu cụ n g
h i ê
n
c
ứ u
Rung động tự kích thích xuất hiện trong quá trình gia công kim
loại.
5 . N
h
i
ê n c ứ
loại.
6
.
P
h
ƣ
ơ n g
ph á
p
n g
h i ê
n
. P h
ạ m c ứ
u
Trong thực tế, quá trình cắt kim loại
d
iễn ra trên nhiều hệ thống gia
công
khác nhau. Trong điều kiện cơ sở vật chất cụ thể của Đại học Thái
Nguyên,
tác
giả chỉ khảo sát rung động tự kích thích trên hệ thống công nghệ
phay. Cụ
thể:
máy phay đứng 6P13Б và máy phay đứng turdimill, dao
phay mặt đầu
gắn
mảnh hợp kim cứng T5K10 với vật liệu gia công là thép
45.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái
Nguyên
h tt p
CÔNG
CỤ
I
. 1 . R un
n
g qu
á t
r ì
n
có quá trình cắt gọt kim loại nào mà hệ thống công nghệ không
rung
động.
Rung động là hiện tượng kèm theo trong quá trình gia công cắt
gọt kim
loại.
Trong những điều kiện cụ thể nhất định rung động này có
thể tăng
trưởng
mạnh trong quá trình gia công, do đó làm xấu các chỉ tiêu về
kinh tế và
chất
lượng sản phẩm. Cụ thể rung động có thể gây ra các hậu quả
sau:
-
Không cho phép sử dụng hết công suất
của
máy hoặc khả năng cắt
của
dụng
cụ.
-
Gây mòn nhanh các bộ phận chính của máy, làm
giảm
độ chính xác của
máy.
- Tăng mức độ nguy hiểm phá huỷ cơ học lưỡi cắt của dụng cụ
cắt.
- Phá huỷ cơ học dụng cụ cắt (gãy răng dao dụng cụ có nhiều lưỡi
-
t nu . e
d
u . v
n
6
1 .
2 .
r
un
g đ
ộ n
g v
nh
â n g
â y r
R
un g
đ
ộ n g
c ư ỡ n g
b
ứ c
Rung động cưỡng bức xuất hiện khi ngoại lực kích thích động lực
học
tác động lên hệ thống công nghệ: máy - dụng cụ cắt - chi tiết gia
công.
Nguyên nhân gây ra rung động cưỡng
bức:
a. Nhiễu từ bên ngoài truyền qua móng
máy.
b. Nhiễu bên trong hệ thống công nghệ
do:
- Các chi tiết quay nhanh không cân
bằng.
- Các bộ truyền động ăn khớp được chế tạo không chính xác hoặc bị
mòn
Nguyên
h tt p
://ww w .l r c
-
t nu . e
d
u . v
n
7
lớn.
n
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái
Nguyên
h tt p
://ww w .l r c
-
t nu . e
d
u . v
được xác định
theo công
thức:
.z
f H
z
60
(1-1)
Phần lớn các rung động cưỡng bức có thể làm giảm hoặc khử bỏ
bằng
cách khử nguồn gây kích thích hoặc làm thay đổi tần số kích thích đối
với
những kích thích có tính chu kỳ sao cho tần số của nó không gần với tần
số
riêng của hệ cụ
thể:
- Xây dựng bệ máy
tốt.
- Loại bỏ sai sót trong truyền động
máy.
- Cân bằng tĩnh và cân bằng động các chi tiết chuyển động
quay.
- Chọn tốc độ quay trục chính và số răng dao hợp
lý.
- Sử dụng thiết
b
ị thu giảm
rung.
1
hưởng
của rung động riêng trong quá trình cắt không đáng kể bởi vì nó là một
dao
động tắt dần rất nhanh. Nó chỉ có ý nghĩa khi có liên quan đến việc xác
định
đặc tính của quá trình dao động nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu
một
hiện
tượng rung động nào đó trong quá trình
cắt.
1
. 2
. 3
.
R
un g
đ
ộ n g
t ự
k
những
nguyên nhân gây ra hiện tượng rung động của máy công cụ. Theo
quan
điểm
lý thuyết năng lượng tới hạn ổn định của
q
uá trình cắt ta có
phương trình
cân
bằng năng lượng cho quá trình cắt như
sau:
Công suất tạo phoi được xác
định:
Q= P.V (w) (
1
-2)
Trong đó P là lực tạo phoi (thành phần lực tiếp tuyến). Với quá
trình
phay thì P được xác
định:
P = k.F = K.S
z
.T.Z
c
(N)
(1-3)
K - lực cắt riêng của vật liệu gia công
(N/m
k
.V (w)
(1-4)
Trong
đó:
P
k
- lực tạo phoi tới hạn xét tại một cấp tốc độ V xác định (N). Khi
lực
tạo phoi trong một quá trình cắt bất kỳ vượt quá giá trị đó thì hệ thống
công
nghệ bắt đầu mất ổn
định.
V - tốc độ cắt
(m/s).
Tại một vị trí gia công, theo một phương xác định, công suất tạo
phoi
tới hạn khi cắt với tốc độ V
1
sẽ
là:
Q
k1
= P
k1
. V
1
(1-5)
Tương tự, công suất tạo phoi tới hạn khi cắt với tốc độ V
2
(1-7)
cuối cùng ta
có:
P
k1
V
2
P
k
2
V
1
(1-8)
Công thức (1-8) biểu thị mối quan hệ giữa lực tạo phoi và tốc độ cắt.
Nó
đã lượng hóa được hiệu ứng suy giảm lực cắt tiếp tuyến theo chiều tăng
của
tốc độ cắt đây là một nguyên nhân gây ra hiện tượng rung
động.
Ngoài ra sự biến động của lực cắt do diện tích lớp cắt và tốc độ cắt,
khi
kích thước lớp cắt ảnh hưởng khác nhau đến biên độ rung
động.
Biên độ của rung động tự kích thích phụ thuộc vào kích thước lớp cắt
(a
và b) và tốc độ cắt (v). kích thước của lớp cắt ảnh hưởng khác nhau đến
b
iên
độ rung động (hình 1.1): khi tăng chiều dày cắt a, biên độ rung động
khi
đạt giá trị V xác
đ
ịnh thì biên độ dao động A bắt đầu giảm. Tốc độ cắt
ứng
với biên độ dao động lớn nhất và phạm vi tốc độ cắt mà tại đó tồn tại
rung
động phụ thuộc vào loại vật liệu gia công và điều kiện
cắt.
Góc trước cũng có ảnh hưởng đến cường độ rung động. khi
giảm
và
chuyển dần sang trị số âm thì biên độ dao động tăng đột biến (hình
1.2).
Góc trước càng nhỏ thì vùng tốc độ cắt có rung động sẽ
c
àng lớn.
khi
góc nghiêng chính tăng thì biên độ dao động giảm ( hình
1.3)
Góc sau α, nếu nó lớn hơn 8
0
÷10
0
sẽ không có ảnh hưởng đến cường
độ
rung động. Giảm góc sau α đến giá trị nhỏ hơn 3
0
sẽ làm giảm
1.2.3.2. Sự hình thành và phá huỷ lẹo
dao.
Trong quá trình cắt khi cắt ra phoi dây, trên mặt trước của dao kề
ngay
lưỡi cắt thường xuất hiện những lớp kim loại có cấu trúc kim loại khác
hẳn
với vật liệu gia công và vật liệu làm dao. Nếu lớp kim loại này bám
chắc
vào
lưỡi cắt của dụng cụ thì được gọi là lẹo
dao.
Cơ chế của quá trình hình thành lẹo dao có thể giải thích như
sau:
Do chịu áp lực lớn và nhiệt độ cao, mặt khác vì mặt trước của dao
không
tuyệt đối nhẵn nên các lớp kim loại bị cắt nằm kề sát với mặt trước
của
dao
trong quá trình cắt có tốc độ di chuyển chậm và trong những
đ
iều
kiện
nhất
định lực cản thắng được lực ma sát trong
nộ
i bộ kim loại thì lớp
kim loại
sẽ
nằm lại ở mặt trước tạo thành lẹo dao. Vì bị biến dạng rất lớn nên
độ cứng
i chiều cao
của
lẹo
dao có thể biểu diễn bằng công thức
sau
h=
90.7
v
1.8
s
0.195
(mm)
(1.9)
và có dạng như hình
1.6
Hình 1.6. Dạng lẹo dao
Hình 1.7. Quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao
Góc trước trong tiết diện chính của lẹo dao phụ thuộc vào tốc độ cắt
và
dao động trong phạm vi 22
0
÷37
0
. Tăng tốc độ góc cắt thì góc giảm. Mặt
lẹo
dao đối diện với mặt cắt khiến cho góc sau của lẹo dao bằng
không.
Bán kính cong
n
Tăng
tốc độ cắt thì chiều cao lẹo dao tăng . Giới hạn trên của khu vực II là
tốc
độ
cắt ứng với chiều cao lẹo dao lớn nhất
.
Ở khu vực III khi tiếp tục tăng tốc độ thì lẹo dao giảm. Giới hạn
trên
của khu vực này là tốc độ cắt ứng với thời điểm lẹo
dao.
Ở khu vực IV khi tốc độ cắt đã khá cao, không có hiện tượng lẹo
dao
Khi gia công thô thì hiện tượng lẹo dao có lợi vì nó làm tăng góc
trước
khiến cho quá trình tạo phoi dễ dàng. Ngoài ra lẹo dao bảo vệ lưỡi cắt
khỏ
i
bị
mài mòn. Nhưng khi gia công tinh không mong muốn có lẹo dao
vì nó
làm
giảm chất lượng bề mặt gia công. Thực vậy do sinh ra và mất đi
liên tục,
hiện
tượng lẹo dao gây ra rung động, mặt khác khi lẹo dao bị cuốn
đi có thể
bám
vào bề mặt gia công khiến cho độ bóng bề mặt gia công giảm
thấp.
1.2.3.3. Sự biến động trong thành phần của vật liệu gia
lúc
này gây rung động. Khi gia công vật liệu giòn thì lực cắt nhỏ hơn
khi gia
công
vật liệu dẻo, biên độ và tần số rung động nhỏ
hơn.
Có thể nói sự biến động trong thành phần của vật liệu gia công như:
khi
tăng hoặc giảm độ cứng, độ bền của vật liệu gia công sẽ gây ra sự biến
động
của lực cắt và dẫn đến rung động của
máy.
1.2.3.4. Rung động tự kích thích do hiệu ứng tái
sinh.
Khi tạo phoi trong những
đ
iều kiện bất ổn định do sai lệch
c
ủa
phô
i,
của
đồ gá, của dụng cụ cắt hoặc của trục chính sẽ dẫn đến sự biến động
của
lực cắt.
Sự biến động của lực cắt có thể dẫn đến rung động của máy. Rung
động
này của máy lại gây ra sự biến động phụ thêm của lực cắt. Sự biến động
của
lực cắt dù rất nhỏ cũng tạo lên sóng trên bề mặt gia công. Vì vậy gây
đối
giữa dao và phôi xảy ra ở tất cả các quá trình cắt vì hệ thống công nghệ
không
tuyệt đối cứng vững. Sự dịch chuyển
t
ương đối của hệ thống công
nghệ
này
sẽ để lại một đường cong có biên độ Y
i-1
trên bề mặt gia công.
Những
sóng
nhấp nhô của bề mặt gia công do lần cắt
tr
ước để lại sẽ
b
ị xoá
bỏ bởi răng
cắt
hay lần cắt tiếp theo và sóng mới được hình thành với biên
độ
Y
i
Lưỡi cắt đang cắt trên mặt lượn sóng chịu tác dụng của lực biến đổi
mà
sự biến đổi đó lại gây ra rung động bổ sung cho dụng cụ cắt. Nếu lực cắt
và
những sóng bề mặt cùng pha thì dẫn đến rung động với
b
- Hệ thống là tuyến
tính.
- Hướng của thành phần lực cắt là không thay đổi và nằm trong cùng
một
mặt phẳng với tốc độ
cắt.
- Các thành phần biến đổi của lực cắt chỉ phụ thuộc vào rung động
theo
hướng vuông góc với bề mặt
Y.
Trên (hình 1.8) hướng của dao động chính X tạo một góc (với
hướng
Y vuông góc với mặt cắt. Lực cắt F nghiêng một góc so với Y, tốc
độ
cắt
trung bình là V và chiều rộng cắt là B . Sự biến đổi chiều dày cắt do
sóng
trên
mặt Y
i-1
gây ra cho những lần cắt tiếp theo phụ thuộc vào độ lệch
pha
với
sóng bề mặt Y
i
do đó số sóng m giữa những lần cắt sẽ
là:
f
m = n
p
nó
i cách khác là sóng ở mặt trên và mặt dưới của phoi đồng pha,
khi
đó
chiều sâu cắt không thay đổi và quá trình cắt ổn định (Hình
1.9).
Khi = 180
0
tức là sóng ở mặt trên và mặt
dư
ới của phoi là ngược
pha
thì chiều sâu cắt thay đổi lớn nhất, do đó lực cắt động lực học thay
đổi
lớn
nhất và rung động tự kích thíchtăng trưởng một cách đột ngột với
biên độ
lớn,
gây rung động cho quá trình
cắt
Hình 1.9. Ảnh hưởng của góc
đến chiều dày
cắt
1.2.3.5. Rung động tự kích thích không tái
sinh.
Một loại rung động tự kích thích không tái sinh xuất hiện khi dụng cụ
cắt
dao động tương đối so với phôi ít nhất theo hai phương. Loại này xuất
hiện
đó dao cắt vào sâu hơn và do đó năng lượng đầu vào lớn hơn so với
năng
Copyright: Tài liệu đại học ©