ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******
BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỀ TÀI
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT
KHI PHAY CỨNG VẬT LIỆU SKD61
Học Viên: PHAN THỊ HƯƠNG
Lớp: K11 CTM
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆCHẾ TẠO M ÁY
HDKH: TS. NGUYỄN VĂN DỰ
THÁI NGUYÊN – 2010
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******
BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỀ TÀI
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT
KHI PHAY CỨNG VẬT LIỆU SKD61
Học Viên: PHAN THỊ HƯƠNG
Lớp: K11 CTM
Chuyên ngành: CHẾ TẠO M ÁY
HDKH: TS. NGUYỄN VĂN DỰ
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN
TS. Nguyễn Văn Dự Phan Thị Hương
THÁI NGUYÊN – 2010
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Ngày nay, nền công nghiệp gia công cơ đang phát triển và ngày càng lớn

mục đích tìm lời giải cho các vấn đề đã nêu.
Đề tài được nghiên cứu và hoàn thành sẽ góp phần hoàn thiện và nâng cao khả
năng nghiên cứu cả về lý thuyết và thực nghiệm cho tác giả trong quá trình thực hiện
luận văn. Đồng thời tác giả hy vọng sẽ đóng góp phần nhỏ vào hệ thống các kiến thức
về nghiên cứu phương pháp phay cứng các loại vật liệu chất lượng cao.
2. Tổng quan:
Vật liệu SKD 61 là thép hợp kim gia công nóng 2344 [2], có thành phần hóa
học: C 0,40%, Si 1,0%, Cr 5,3%, Mo 1,4%, V 1,0 % . Đặc điểm của vật liệu này là
thuộc nhóm thép hợp kim Crôm Molybden Vanadium gia công nóng, độ chống mài
mòn nóng cao, độ dai nóng cao, truyền nhiệt tốt, không bị nứt khi nhiệt cao, kích
thước ổn định sau khi nhiệt luyện, độ cứng sau khi nhiệt luyện đạt 54 HRC. Vật liệu
SKD61 được sử dụng phổ biến cho gia công nóng, khuôn đúc áp lực, khuôn rèn dập,
dao cắt nóng, v.v…
Cho đến nay đã có khá nhiều nghiên cứu về quá trình gia công cơ khí bằng cắt
gọt kim loại, các nghiên cứu đã xây dựng được các chỉ tiêu về chất lượng bề mặt [3],
nghiên cứu về mòn và cơ chế mòn của dụng cụ cắt nhằm tối ưu hoá các chỉ tiêu về
kinh tế và kỹ thuật của quá trình cắt [6]. Một dạng bài toán về tối ưu hoá chế độ gia
công khi phay mềm bằng dao phủ PVD-TiAlN đã được nghiên cứu [1]. Tuy nhiên,
cho đến nay chưa có nghiên cứu cụ thể nào về ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất
lượng bề mặt sau khi phay cứng SKD61 được công bố.
3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần hoàn thiện và bổ
sung thông tin cho bài toán tối ưu về kinh tế và chất lượng khi gia công vật liệu SKD
61.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để nâng cao chất
lượng và hiệu quả của quá trình gia công vật liệu SKD 61 trong chế tạo khuôn mẫu.
4. Mục tiêu nghiên cứu:
Trong đề tài này, mục tiêu chủ yếu là nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ cắt
đến độ nhám bề mặt khi phay cứng vật liệu SKD 61. Các mục tiêu cụ thể bao gồm:
 Xác định được các thông số chế độ cắt có ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng

cắt 0.1mm, trên các mẫu làm bằng vật liệu SKD 61, tôi và ram đạt độ cứng 45-48
HRC. Quá trình gia công được thực hiện trên máy phay CNC Ctek KM80/100D tại
trường Cao đẳng công nghiệp Việt Đức - Thái Nguyên. Máy thuộc Model KM - 80D
do Đài Loan sản xuất năm 2005, có dải tốc độ trục chính từ 0 đến 6.000 vòng/ phút;
phạm vi tốc độ chạy dao từ 10 đến 8000 mm/phút. Thành phần hóa học của vật liệu
được kiểm định bằng máy ARL 4360 và được trình bày trong bảng 1.
Bảng 1. Thành phần cơ bản vật liệu SKD 61
Nguyên tố C Si Mn Cr Mo V
Hàm lượng (%) trong
SKD 61 chuẩn
0.32 ÷ 0.42 0.80 ÷ 1.2 < 0.50 4.5 ÷ 5.5 1 ÷ 1.5 0.8 ÷ 1.2
Hàm lượng (%) trong
mẫu thí nghiệm
0.39 0.97 0.41 5.44 1.25 0.83
Dụng cụ gia công là dao phay ngón SPSED4A, phủ PVD – TiAlN, đường kính 10
mm của hãng Okazaki - Nhật Bản. Nhám bề mặt sau gia công được đo bằng máy
Mitutoyo - SJ 201P do Nhật Bản sản xuất.
7.1.2. Thiết kế thí nghiệm.
Tiến trình thí nghiệm được thiết kế theo phương pháp bề mặt chỉ tiêu [12], bao
gồm 3 bước sau:
Bước 1. Tiến hành các thí nghiệm toàn phần, 2 yếu tố là lượng chạy dao S
(mm/ph) và tốc độ trục chính n (v/ph). Mục đích là xác định mô hình quan hệ đơn
giản giữa nhám bề mặt và 2 yếu tố đầu vào. Phương trình hồi quy bậc nhất có được từ
kết quả thí nghiệm sẽ được dùng làm cơ sở cho bước 2.
Bước 2. Dựa vào phương trình hồi quy bậc nhất, xác định bước và hướng leo dốc
theo phương pháp Box-Wilson. Mục đích là tiến nhanh đến vùng có nhám bề mặt nhỏ
nhất, khảo sát các điểm trong phạm vi tốc độ và lượng chạy dao của máy.
Bước 3. Thiết kế và triển khai thí nghiệm dạng quy hoạch hợp CCD (Central
Composit Design) để xây dựng mô hình quan hệ giữa các hàm chỉ tiêu là nhám bề
mặt và năng suất cắt với các thông số chế độ cắt. Kỹ thuật tối ưu hóa bằng phương

Kết quả này được sử dụng để xác định phương trình hồi quy dạng đa thức bậc
nhất cho quan hệ giữa nhám bề mặt (Ra) với các thông số đầu vào là tốc độ trục chính
(n) và lượng chạy dao (S). Hình 1 trình bày kết quả phân tích mô hình hồi quy dưới
dạng mã hóa.
Hình 1. Kết quả phân tích mô hình hồi quy bậc 1
Phân tích kết quả trên hình 1, có thể thấy các hệ số của phương trình hồi quy
đều có giá trị p-value rất nhỏ hơn mức ý nghĩa xác xuất (α-level) thông dụng
(thông thường α=0,05). Do vậy, có thể kết luận rằng, các giá trị của các hệ số
phương trình hồi quy là chấp nhận được.
Theo kết quả này, phương trình hồi quy bậc nhất biểu diễn quan hệ của nhám
bề mặt được viết dưới dạng:
R
a
= 0.3875 – 0,03125 n + 0,03875 S (1)
Bước 2. Với mục tiêu tiến nhanh đến vùng các thông số cho ra giá trị Ra nhỏ
nhất, sử dụng kỹ thuật leo dốc Box-Wilson.
Hướng tiến và độ dài mỗi bước gia số thí nghiệm được xác định như dưới đây
Trước hết, vì mục tiêu là giảm Ra, các gia số tốc độ quay trục chính ∆n và gia
số lượng tiến dao ∆S sẽ được lấy ngược dấu với các hệ số trong phương trình hồi
quy (1). Tức là, các thí nghiệm xuống dốc với xu thế tăng tốc độ quay n và giảm
lượng chạy dao S sẽ được triển khai. Thứ hai, giá trị độ dài các bước tiến được xác
định theo phương pháp gradient [9], tức là cần theo tỷ lệ:
24.1
03125.0
03875.0
==
∆
∆
n
S

3 3700 148 0.32
4 3800 122 0.27
5 3900 96 0.23
6 4000 70 0.19
7 4100 44 0.14
8 4200 18 0.12
Qua bảng 4, có thể nhận thấy, giá trị độ nhám giảm khi tăng tốc độ trục
chính n và giảm lượng chạy dao S. Tuy nhiên, giảm lượng chạy dao S đồng nghĩa
với giảm năng suất, tức là tăng thời gian gia công, một chỉ tiêu quan trọng khi phay
tinh. Để đáp ứng đồng thời các yêu cầu giữa độ nhám đạt được và năng suất cắt,
quy hoạch thí nghiệm hợp CCD kết hợp với tối ưu hóa đa mục tiêu đã được tiến
hành.
Bước 3. Quy hoạch hợp và tối ưu hóa đa mục tiêu. Quy hoạch thí nghiệm 2 nhân tố
có các điểm dọc trục α = ± 1.4142 được tiến hành tại lân cận điểm có Ra≈0,2 (điểm
số 6 của bảng 4). Giá trị tốc độ quay 4000 vòng/phút và lượng chạy dao 70 mm/ph
là các giá trị nằm trong phạm vi thông dụng của các máy CNC. Các mức giá trị thí
nghiệm được trình bày trong bảng 5.
Mô hình hồi quy: Một số tác giả sử dụng mô hình biểu diễn quan hệ giữa
nhám bề mặt với các thông số cắt dưới dạng loga [5], một số khác lại biểu diễn
quan hệ này dưới dạng hàm đa thức bậc 1 hoặc bậc 2 [7,9-11]. Mô hình đa thức
được sử dụng trong nghiên cứu này do tính tiện dụng trong tính toán, nhưng vẫn
phản ánh đúng quan hệ trong phạm vi khảo sát.
Bảng 5. Các mức của thông số thí nghiệm CCD
Thông số
Giới hạn dưới Mức thấp Mức trung bình
Mức
cao
Giới hạn trên
(-α) (-1) (0) (+1) (+α)
n (v/p) 3858 3900 4000 4100 4142

mức α thông thường (0,05).
Hình 2. Phân tích mô hình hồi quy bậc 2
Do vậy, sự có mặt của các thành phần này trong phương trình hồi quy là
không có ý nghĩa.
Loại dần các hệ số có p-value lớn hơn 0,05, cuối cùng thu được mô hình
được phân tích phương sai như trên hình 3.
Hình 3. Phân tích phương sai cho mô hình hồi quy cuối cùng
Phân tích kết quả: Nhìn vào hình 3 (các vùng được đóng khung), nhận thấy
1) các hệ số của phương trình hồi quy đều có giá trị p-value nhỏ hơn 0,05 và 2) p-
value của “mức độ không khớp của mô hình” (Lack-of-fit) là lớn hơn 0,05. Từ đó,
tương ứng có thể kết luận, 1) các hệ số của phương trình hồi quy là có nghĩa và 2)
mô hình hồi quy tìm được là phù hợp.
Giả sử nhà sản xuất muốn lựa chọn chế độ cắt thỏa mãn đồng thời hai chỉ
tiêu về nhám bề mặt R
a
và năng suất cắt Q. Giải pháp cho vấn đề này được thực
hiện bằng cách, tính toán thêm các giá trị năng suất cắt tương ứng với các chế độ
cắt đã thí nghiệm, sau đó sử dụng công cụ xếp chồng đường mức và tối ưu hóa của
các phần mềm thiết kế thí nghiệm để xác định vùng các thông số đầu vào. Hình 4
trình bày một kết quả xác định chế độ cắt bằng phần mềm thiết kế thí nghiệm
Minitab® cho các giá trị Ra nằm trong khoảng [0,11-0,2], còn Q nằm trong khoảng
[0,21-0,45], tức là:



≤≤
≤≤
)3(45,021,0
)3(2,011,0
bQ

135 (2003), pp. 301–311;
[5]. Vivancos J., Optimal machining parameters selection in high speed milling of
hardened steels for injection moulds, Journal of Materials Processing
Technology 155–156 (2004) pp. 1505–1512;
[6]. Reddy N.S.K., Rao P.V., A Genetic Algorithmic approach for optimization of
surface roughness prediction model in dry milling, Machining Science and
Technology 9 (1) (2005), pp. 63-84.
[7]. Sahin Y., Motorcu A.R., Surface roughness model for machining mild steel
with coated carbide tool, Material & Design 26 (4) (2005), pp. 321-326.
[8]. Mansour A., Abdalla H., Surface roughness model for end milling: a semi-free
cutting carbon casehardening steel (EN32) in dry condition, Journal of
Materials Processing Technology, 124 (2002), 183-191.
[9]. Ktema H. O., Erzurumlu T., Kurtaran H., Application of response surface
methodology in the optimization of cutting conditions for surface roughness,
Journal of Materials Processing Technology 170 (2005), pp. 11–16;
[10]. Lopez L.N, Lamikiza A., Sancheza J.A., Arana J.L., Improving the
surface finish in high speed milling of stamping dies, Journal of Materials
Processing Technology 123 (2002) 292–302;
[11]. Zhang J. Z., Chenb J.C., Kirby D.E., Surface roughness optimization in
an end-milling operation using the Taguchi design method; Journal of
Materials Processing Technology 184 (2007) 233–239.
[12]. Myers R. H., Montgomery D.C. and Anderson-Cook C.M., Response
Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed
Experiments, Third Edition, 2009 John Wiley & Sons, Inc.