BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðH NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
NGUYỄN THÀNH NHÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT
ðẾN ðỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT BẰNG THÉP
HỢP KIM KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA
NÔNG – LÂM NGHIỆP
Mã số : 60.52.14
Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. LÊ THƯỢNG HIỀN (HDC)
2. TS. PHAN CHÍ CHÍNH (HDP)
Tôi xin cảm ơn gia ñình, bạn bè và ñồng nghiệp ñã ñộng viên giúp ñỡ tôi
trong suốt thời gian qua.
Xin trân trọng cảm ơn!
Người thực hiện
NGUYỄN THÀNH NHÂN Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
iii
MỤC LỤC
PHẦN MỞ ðẦU 1
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài. 1
2. Mục tiêu của ñề tài: 1
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………………………………… 1
III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU …………………………………………………… 2
IV. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ………………………………………………………… 3
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHAY CNC ……………………… 4
1.1 Tổng quan về phay CNC 4
1.1.1 ðặc ñiểm chung 4
1.1.2. Những nét cơ bản về máy công cụ và máy phay CNC 5
1.1.3. Kết cấu cơ bản của máy phay CNC 6
1.2 Các dạng dao phay 7
1.3 Các phương pháp phay 9
1.9. Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt 22
1.9.1 Nhiệt cắt 22
1.9.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ñến nhiệt cắt 25
1.10. Lượng mòn dao 25
1.10.1. Sự mài mòn dao 25
1.10.2. Bản chất vật lý của sự mài mòn dao 26
1.10.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt 29
1.11. Dung dịch bôi trơn làm nguội khi phay 30
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ……………………………………………………………….32
CHƯƠNG 2. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT ðẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
CHI TIẾT KHI PHAY CNC ………………………………………………………….33
2.1. ðộ nhám bề mặt chi tiết gia công 33
2.1.1. Chất lượng bề mặt chi tiết gia công 33
2.1.2. Các thông số ñánh giá hình học lớp bề mặt 34
2.1.2.1. Sóng bề mặt. 34
2.1.2.2. Nhám bề mặt 34
2.1.3.Thông số cơ lý của bề mặt gia công 37
2.1.3.1. Sự biến cứng bề mặt 37
2.1.3.2. Ứng suất dư 38
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt 39
2.2.1. Ảnh hưỏng của hình dạng hình học dao cắt 40
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
v
2.2.2. Ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt. 42
2.2.2.1. Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt 42
2.2.2.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao 43
2.2.2.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 43
2.2.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công 43
vi
3.3. Các thông số cơ bản của hệ thống thí nghiệm 56
3.3.1.Máy thí nghiệm 56
3.3.2. Dụng cụ gia công dùng trong thí nghiệm. 56
3.3.3. Vật liệu phôi dùng trong thí nghiệm 57
3.3.4. Dụng cụ ño ñộ nhám bề mặt. 58
3.3.5. Chế ñộ cắt 58
3.3.6 . ðồ gá và dung dịch trơn nguội dùng trong thí nghiệm 58
3.4. Nội dung thí nghiệm 59
3.5 Tính toán xử lý kết quả ño 59
3.6 ðồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với t, s, v 65
3.7 Thảo luận kết quả 72
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ………………………………………………………………73
KẾT LUẬN CHUNG 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………….76
PHỤ LỤC …………………………………………………………………………… 78
Bảng 2.3 Mô hình quá trình cắt khi phay 50
Bảng 3.1 Sơ ñồ thí nghiệm phay CNC 55
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy 56
Bảng 3.3 Thành phần các nguyên tố hoá học thép 40Cr (40X) 58
Bảng 3.4 Thông số v và s cho mảnh dao APMT1135DER-M2 59
Bảng 3.5 ðiều kiện thí nghiệm ñược chọn 60
Bảng 3.6 Giá trị các biến mã hóa 60
Bảng 3.7 Bảng giá trị các thông số khi phay 61
Bảng 3.8 Kết quả ño ñộ nhám Ra và giá trị Y 62
Bảng 3.9 Các hệ số của phương trình hồi quy 63
Bảng 3.10 Giá trị phương sai tái sinh
2
ts
s
ñộ lệch chuẩn
bj
s
63
Bảng 3.11 Các hệ số
i
y
ˆ
của phương sai dư 64 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
- ðộ sóng bề mặt 34
Hình 2.2 - Prophin bề mặt chi tiết gia công 35
Hình 2.3 Sự phân bố lớp ứng suất dư và lớp hóa bền (biến cứng) trên bề mặt chi tiết. 39
Hình 2.4. Diện tích cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi r
≈
0 41
Hình 2.5. Diện tích cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi dao r ≠ 0 41
Hình 2.6. Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt ñến nhám bề mặt khi gia công thép 42
Hình 2.7. Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới ñộ nhám bề mặt 43
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
x
Hình 3.1. Thông số của mảnh dao APMT1135DER-M2 hãng Mitsubishi 57
Hình 3.2 Mẫu chi tiết gia công với các chế ñộ cắt ñược chọn 61
Hình 3.3: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và v lên Ra khi s = 0.05 (mm/răng) 66
Hình 3.4: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và v ñến Ra khi s = 0.1 (mm/răng) 67
Hình 3.5: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và s lên Ra khi v = 100m/phút 68
Hình 3.6: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và s lên Ra khi v = 160m/phút 69
Hình 3.7: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của s và v ñến Ra khi t=0.8 (mm) 70
Hình 3.8: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của s và v ñến Ra khi t=0.3 (mm) 71 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
1
PHẦN MỞ ðẦU
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài.
- Về lý thuyết:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
2
+ Xây dựng và nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt chi
tiết.
- Về thực nghiệm:
+ Xử lý các số liệu của chế ñộ cắt: vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt ñể
ñưa vào lập trình gia công mặt phẳng của chi tiết làm bằng thép hợp kim trên máy
CNC 3 trục theo chế ñộ tính toán.
+ Máy phay CNC MCV300 do hãng LONG CHANG MACHINERRY sản xuất
năm 2005 với hệ ñiều khiển Fanuc 21
+ Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt quay (Mảnh dao APMT1135DER-M2 hãng
Mitsubishi-Nhật Bản)
+ Vật liệu gia công: Thép hợp kim 40X (40Cr)
III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Thu thập, thống kê số liệu phục vụ cho luận án:
+ Các số liệu về máy, chi tiết gia công
+ Các số liệu về dao cụ và dụng cụ cắt.
- Nghiên cứu tổng quan:
Tính chất sử dụng của chi tiết không chỉ phụ thuộc vào tính chất cơ lý của
vật liệu, mà còn phụ thuộc vào trạng thái của lớp bề mặt và phương pháp gia công.
ðể ñảm bảo chất lượng bề mặt của chi tiết máy trong quá trình gia công ñược tốt
nhất thì phải xác ñịnh ñược các yếu tố ảnh hưởng ñến nó, trong ñó phụ thuộc rất
nhiều chế ñộ cắt gọt. Xác ñịnh ñược chế ñộ cắt hợp lý thì khi gia công sẽ ñem lại
ñược chi tiết có chất lượng cao.
Ngoài ra ñặc tính của từng loại máy khi gia công chi tiết cũng sẽ cho ra chất
lượng của bề mặt chi tiết khác nhau. Máy CNC hiện nay ñang ñược sử dụng rất
rộng rãi và hiệu quả nó ñem lại khi gia công so với các máy cơ truyền thống là rất
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
4
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHAY CNC
1.1 Tổng quan về phay CNC
1.1.1 ðặc ñiểm chung
- Phay là một phương pháp gia công cắt gọt kim loại. ðó là quá trình cắt ñi một
lớp kim loại (hay còn gọi là lượng dư gia công ñể tạo thành phoi) trên bề mặt của
phôi ñể ñược chi tiết có hình dáng, kích thước, ñộ chính xác, ñộ bóng theo yêu cầu
kỹ thuật trên bản vẽ. Quá trình ñó ñược thực hiện trên các máy phay (gọi chung là
máy công cụ hay máy cắt kim loại) bằng các loại dao phay, mũi khoan…gọi chung
là dụng cụ gia công cắt gọt.
- Quá trình cắt khi phay phức tạp hơn khi tiện. Khi tiện, dao tiện dao luôn tiếp
xúc với chi tiết và cắt phoi với tiết diện không thay ñổi. Trong tất cả các trường hợp
phay, phoi ñược cắt rời từng mảnh có chiều dày thay ñổi. Ngoài ra khi phay, ở mỗi
vòng quay của dao, mỗi răng của dao phay lúc vào chỉ tiếp xúc với chi tiết gia công
còn lúc ra thì không tiếp xúc. Lúc răng ăn vào chi tiết gia công có xảy ra hiện tượng
va ñập.
- Như vậy, ñiều kiện làm việc của dao phay nặng hơn rất nhiều so với ñiều kiện
làm việc của dao tiện. Cho nên cần phải biết các quy luật cơ bản của quá trình phay
+ Bàn trượt
+ ðầu trục chính
Ngoài ra chúng còn có một số ñiểm khác nhau như trong bảng 1.1
- Những ưu ñiểm nổi bật của máy CNC so với máy thông thường khi sản xuất loạt
vừa và nhỏ:
+ Gia công ñược những chi tiết phức tạp, ñộ chính xác gia công ổn ñịnh.
+ Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao, giảm thời gian
phụ và tăng ñược thời gian sản xuất.
+ Tính linh hoạt và quy hoạch thời gian sản xuất cao.
+ Chi phí kiểm tra và chi phí cho phế phẩm giảm
+ Hiệu suất cao và tăng năng lực sản xuất
+ Do có khả năng tự ñộng hóa cao nên rất thích hợp trên các dây chuyền sản xuất
linh hoạt.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
6
Bảng 1.1 Sự khác nhau cơ bản giữa máy CNC và máy công cụ vạn năng
TT
Nội dung Máy công cụ vạn năng Máy CNC
1 Nguồn ñộng
lực
- Mềm dẻo, linh hoạt cao
1.1.3. Kết cấu cơ bản của máy phay CNC
Gồm 2 phần chính ñó là:
+ Phần cơ khí: ðế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục mít me bi, ổ tích
dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng.
Ở Việt Nam hiện nay chưa thể chế tạo ra 2 bộ phận quan trọng của máy là: cụm trục
chính và băng dẫn hướng mà mới chỉ chế tạo ñược những cơ cấu ñơn giản là: thân
máy, bàn máy, bàn xoay.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
7
+ Phần ñiều khiển: các loại ñộng cơ, các hệ thống ñiều khiển và máy tính
trung tâm.
Hình 1.1. Kết cấu cơ bản của máy phay CNC
1.2 Các dạng dao phay
Bằng phương pháp phay, có các loại dao phay ñể gia công mặt phẳng,
mặt ñịnh hình, rãnh then, cắt ñứt, trục then hoa, bánh răng…
Hình 1.2: Các loại dao phay
Hình 1.2 a . Dao phay ñĩa
Hình 1.2 b . Dao phay rãnh
Hình 1.2 c . Dao phay trụ
Hình 1.2 d . Dao phay mặt ñầu
Hình 1.2 e . Dao phay góc ñơn
Hình 1.2 f . Dao phay góc kép
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
8
Hình 1.3 a. Phương pháp phay thuận
- Ưu ñiểm: Chiều dày thay ñổi từ a
max
ñến a
min
, do ñó ở thời ñiểm lưỡi cắt tiếp xúc
với chi tiết gia công không xảy ra sự trượt, vì vậy dao ñỡ mòn và tuổi bền của dao
ñược nâng cao. Khi gia công thành phần lực cắt có chiều cùng với chiều của lực kẹp
chi tiết gia công nên tăng ñộ cứng vững của hệ thống công nghệ, do ñó giảm rung
ñộng khi phay
- Nhược ñiểm: Tại thời ñiểm khi chạm dao vào bề mặt chi tiết gia công thì chiều
dày cắt a= a
max
nên xảy ra va ñập ñột ngột, răng dao dễ mẻ và rung ñộng tăng lên.
Lực cắt ñẩy chi tiết theo chiều chuyển ñộng chạy dao S nên sự tiếp xúc giữa bề mặt
ren của vít me truyền lực và ñai ốc có thể không liên tục. ðiều này làm cho máy
chuyển ñộng giật cục, do ñó phát sinh rung ñộng dễ gây mẻ, vỡ dao.
Nếu ta cắt với chiều dày cắt a thật mỏng thì lực va ñập và thành phần P
y
nhỏ,
do ñó ảnh hưởng rung ñộng không ñáng kể. Mặt khác vì không có hiện tượng trượt
dao do ñó tăng ñược ñộ bóng bề mặt chi tiết gia công và tuổi thọ dao.
Trong thực tế dùng phương pháp phay thuận khi gia công tinh.
1.3.2 Phay nghịch
Phay nghịch là phương pháp phay trong ñó véc tơ tốc ñộ cắt V của dao ở ñiểm
tiếp xúc giữa dao và bề mặt ñã gia công ngược chiều với chiều chuyển ñộng của bàn
máy mang chi tiết gia công (hình 1.3 b)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
ñược ñiều khiển là phẳng hay không gian mà người ta có thể bố trí số trục ñược
ñiều khiển ñồng thời là khác nhau. Từ ñó cũng xuất hiện thuật ngữ máy 2 trục, máy
3, 4, 5 trục ( tức có số trục ñược ñiều khiển ñồng thời theo quan hệ ràng buộc). ðể
chuẩn hóa việc sử dụng thuật ngữ, người ta thường sử dụng thuật ngữ máy ñiều
khiển 2D, 2D
2
1
, 3D, 4D và 5D.
Hình 1.5 ðiều khiển 2D trên máy phay
1.4.3 ðiều khiển 2D
Cho phép dịch chuyển dụng cụ trong một mặt phẳng nhất ñịnh nào ñó. Thí dụ
như trên máy tiện, dụng cụ sẽ dịch chuyển trong mặt phẳng xoz ñể tạo nên ñường
sinh khi tiện các bề mặt, trên các máy phay 2D, dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển
ñộng trong mặt phẳng xoy ñể tạo nên các ñường rãnh hay các mặt bậc có biên dạng
bất kỳ.
1.4.4 ðiều khiển 3D
Cho phép dịch chuyển dụng cụ trong 3 mặt phẳng ñồng thời ñể tạo nên một
ñường cong hay một mặt cong không gian bất kỳ. ðiều này cũng tương ứng với quá
trình ñiều khiển ñồng thời cả 3 trục của máy theo một quan hệ ràng buộc nào ñó tại
từng thời ñiểm ñể tạo nên vết quỹ ñạo của dụng cụ theo yêu cầu.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
13Hình 1.6 Phay trên máy phay 3D
1.4.5 ðiều khiển 2D
2
1
trong quá trình vận hành và sử dụng máy càng thấp (dễ bị va chạm dao vào phôi và
máy). Vì thế ñể sử dụng ñược các máy này, người ñiều khiển trước hết ñã sử dụng
rất thành thạo các máy ñiều khiển theo chương trình số 2D và 3D. Cũng dễ thấy là
máy phức tạp hơn có thể hoàn toàn ñảm nhiệm ñược vai trò của máy ñơn giản hơn,
ví dụ như máy 3D có thể ñảm nhiệm cho máy 2D và 2D
2
1Hình 1.8 ðiều khiển 4D và 5D
1.5 Qui trình công nghệ gia công trên máy CNC
Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC ñược chia thành các bước,
nhưng các bước lại chia thành các lớp cắt và mỗi lớp cắt ñược thực hiện sau mỗi
quỹ ñạo dịch chuyển của dụng cụ cắt.
Chương trình ñiều khiển là tập hợp tất cả các lệnh dịch chuyển và các ñiều
khiển công nghệ do bộ ñiều khiển của máy cung cấp.
Lập chương trình ñiều khiển cho máy phay CNC là một nhiệm vụ chuẩn bị
công nghệ.
Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết trên máy CNC bao gồm 3 giai
ñoạn sau ñây.
Copyright: Tài liệu đại học ©