BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Nguyễn Đức Chuông

NGHIÊN CỨU ẢNH HUỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ
TỚI CHẤT LƢỢNG CỦA BỀ MẶT KHI PHAY KHUÔN LÀM BẰNG
THÉP AS 3678-250 TRÊN MÁY PHAY

Chuyên ngành : Chế tạo máy – Cơ khí chính xác và quang học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Thị Phƣơng Mai

Hà Nội – Năm 2012

1


MỤC LỤC

Trang
LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………..

6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU………………………………………......

7

1.2.1 Công nghệ phay……………………………………………………

18

1.2.2 Dao phay…………………………………………………………..

19

1.3 Khái niệm về chất lượng bề mặt…………………………………….

21

1.3.1 Khái niệm độ nhám (hình học tế vi, độ bóng)………………………

22

1.3.2 Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công………………………………

26

1.3.3 Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt……………………………

27

1.3.4 Một số thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt….

28

Chương II ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
TỚI CHẤT LƯỢNG CỦA BỀ MẶT


35

2.2.1.1 Ảnh hưởng của các thông số hình học phần cắt của dao phay…….

35

2.2.1.2 Ảnh hưởng của mòn dao và lẹo dao………………………………..

43

2.2.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt V, S, t0……………………………………………………....

44

2.2.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ cắt V (m/phút)……………………………..

44

2.2.2.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao S (mm/vòng)…………………….

44

2.2.2.3 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t0 (mm)………………………………

47

2.2.3. Ảnh hưởng của đường chạy dao, phay thuận hoặc phay nghịch……

47

62

3.2 Thực hiện thí nghiệm………………………………………………….

63

3.2.1 Phôi chuẩn bị để phay thử………………………………………………….

63

3.2.2 Máy thực hiện………………………………………………………………..

63

3.2.3 Dụng cụ cắt………………………………………………………………....

64

3.2.4 Thiết bị kiểm tra……………………………………………………………

65

3.2.4 Chế độ gia công………………………………………………………

69

3.2.5 Dung dịch trơn nguội……………………………………………………….

69



3.3.5 Thời gian phay…………………………………………………………

83

3.4. Kết luận chương 3……………………………………………………

84

Chương IV ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SO
VỚI GIA CÔNG TRÊN KHUÔN ÉP NHỰA MATRIX
4.1 Cấu tạo của khuôn ép nhựa……………………………………………..

85

4.1.1 Cấu tạo khuôn ép nhựa…………………………………………………….

85

4.1.2 Vật liệu làm khuôn………………………………………………………….

86

4.1.3 Yêu cầu kỹ thuật của khuôn………………………………………………

86

4.2 Quy trình công nghệ gia công một số chi tiết của khuôn ………….....

87


97

4.4.2 Gia công phay bề mặt ghép nửa khuôn trên …………………………….

99

4.4.3 Gia công phay mặt bịt đầu khuôn…………………………………………

100

4.5 Các kết quả kiểm tra, đo……………………………………………......

102

4.5.1 Kết quả đo nhiệt độ…………………………………………………………

102

4.5.2 Đo kiểm tra tốc độ trục chính……………………………………………..

103

4.5.3 Đo độ nhám………………………………………………………………….

103

4



3 Dimentions

2D

2 Dimentions

DOE

Design Of Experiment

S/N

Sign to Noise

OA

Orthology Array

ANOVA

Analysis Of Variance

Ra

Độ nhám bề mặt

Rz

Chiều cao nhấp nhô trung bình 10 điểm


Bảng 1.4

Mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng theo phương pháp gia
công

Bảng 2.1

Ví dụ về sự sắp xếp trực giao OA cho nhân tố A, B, C, D ở 3 mức
(1-nhỏ nhất, 2-trung bình, 3-lớn nhất)

Bảng 2.2

Một số khác biệt giữa phương pháp Taguchi và phương pháp tối ưu
hóa

Bảng 3.1

Một số đặc tính kỹ thuật của thiết bị đo độ nhám bề mặt SJ301

7


Bảng 3.2

Các mức giá trị thông số S, V, t0

Bảng 3.3

Sắp xếp trực giao tiêu chuẩn và kết quả thí nghiệm


001 và 002

Bảng 4.1b

Quy trình gia công nửa khuôn dưới theo bản vẽ 760679-100 phần
003

Bảng 4.1c

Quy trình gia công nửa khuôn dưới theo bản vẽ 760679-100

Bảng 4.2a

Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760679-104 phần
021 và 022

Bảng 4.2b

Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760679-104 phần
023

Bảng 4.2c

Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760680-101

Bảng 4.2d

Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760680-101

Bảng 4.3

Một số thân dao sử dụng mảnh cắt

Hình 1.5

Sơ đồ xác định độ nhám bề mặt

Hình 1.6

Sơ đồ tính bán kính cong và góc của đỉnh nhấp nhô

Hình 2.1

Đồ thị mối quan hệ giữa lượng mòn U và thời gian t hoặc quãng
đường ma sát L

Hình 2.2

Đồ thị mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt Ra và lượng mòn U

Hình 2.3

Hình vẽ bước tiến ngang của dao phay trụ đầu cầu

Hình 2.4

Chiều cao nhấp nhô khi gia công bằng dao đầu cầu

Hình 2.5

Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô khi phay mặt cong lồi bằng dao


Ảnh hưởng của lượng chạy dao đối với chiều sâu biến cứng tc, tùy
theo vật liệu gia công và vật liệu làm dao cắt

Hình 2.13

Ảnh hưởng của lượng tiến dao S và bán kính lưỡi cắt đến độ biến
cứng bề mặt

Hình 2.14

Đồ thị mối quan hệ lượng chạy dao và chiều cao nhấp nhô Rz

9


Hình 2.15

Một số kiểu đường dụng cụ 2D

Hình 2.16

Hình vẽ biểu diễn đường chạy dao theo kiểu gạch mặt cắt

Hình 2.17

Quỹ đạo đường chạy dao tối ưu

Hình 2.18


So sánh chi phí giữa các phương pháp gia công

Hình 3.1

Mẫu thử nghiệm

Hình 3.2

Máy phay giường CNC-Miyakawa

Hình 3.3

Các loại mảnh dao cắt hợp kim

Hình 3.4

Đài gá mảnh dao cắt

Hình 3.5

Thiết bị đo độ nhám bề mặt SJ-301

Hình 3.6

Sơ đồ nguyên lý đo của thiết bị đo nhám bề mặt SJ-301

Hình 3.7

Cần đo của thiết bị đo độ nhám bề mặt SJ-301


Khai báo chiều sâu cắt

Hình 3.16

Mô phỏng quá trình phay

10


Hình 3.17

Xuất file NC

Hình 3.18

Màn hình điều khiển sau khi chương trình đã được nạp

Hình 3.19

Bề mặt mẫu sau khi phay

Hình 3.20

Đồ thị mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và độ nhám bề mặt

Hình 3.21

Đồ thị mối quan hệ giữa lượng chạy dao và độ nhám bề mặt

Hình 3.22


Hình 4.3

Bề mặt nắp bên của khuôn

Hình 4.4

Bề mặt nửa khuôn trên

Hình 4.5

Bề mặt nửa khuôn dưới

Hình 4.6

Trung tâm gia công CNC-1600-MCV-Asia Masima

Hình 4.7

Một số dao phay

Hình 4.8

Một số mảnh dao cắt

Hình 4.9

Một số đài gá mảnh dao cắt

Hình 4.10


Hình 4.18

Gia công hệ lỗ mặt bên khuôn

11


Hình 4.19

Phay mặt phẳng mặt bên khuôn

Hình 4.20

Phay rãnh làm kín mặt bên khuôn

Hình 4.21

Kết quả đo nhiệt độ

Hình 4.22

Đo kiểm tra tốc độ của trục chính máy phay giường CNCMiyakawa

Hình 4.23

Đo độ nhám bề mặt

Hình 4.24


ép nhựa Matrix
Do thời gian trong khuôn khổ cho phép cần giải quyết một khối lượng lớn công
việc nên bản luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em xin chân
thành cám ơn sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và toàn thể các bạn.

13


Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo thuộc bộ môn Cơ khí chính xác
và quang học- trường đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện về kiến thức
khoa học cũng như điều kiện về cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm. Em cũng xin bày
tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới các đồng nghiệp đang làm việc tại Công ty cổ phần cơ
khí chính xác Vinashin đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ để em thực hiện một số nội
dung thực nghiệm của bản luận văn. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sự hướng
dẫn tận tình, chỉ bảo ân cần của cô giáo hướng dẫn TS Nguyễn Thị Phƣơng Mai,
gia đình và bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.

14


CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Khuôn kim loại và vật liệu làm khuôn
1.1.1. Khuôn kim loại
Khuôn kim loại là một dụng cụ được sử dụng trong chế tạo phôi hoặc sản phẩm
(vỏ ô tô, khuôn đúc cánh quạt, khuôn đúc chân vịt cho tàu thủy, vỏ điện thoại, vỏ
tivi…) bằng phương pháp đúc và được dùng trong dập thể tích (dập khuôn). Khi đó
hình dạng cũng như chất lượng của vật đúc phụ thuộc rất lớn vào chất lượng của
khuôn.
Yêu cầu về chất lượng của khuôn rất cao: về độ chính xác của lòng khuôn, độ

hình (mối quan hệ động học) mà là giải quyết tính toán đường chạy dao cho việc
điều khiển dụng cụ để gia công đạt kết quả mong muốn. Việc tính toán đường chạy
dao để gia công bề mặt không gian chỉ có thể thực hiện được với sự trợ giúp của các
phần mềm CAD/CAM và thực hiện gia công trên máy công cụ CNC.
1.1.2 Vật liệu làm khuôn
Yêu cầu vật liệu làm khuôn phải đảm bảo:
- Độ bền cơ học: Cơ tính của vật liệu phải cao, dưới tác dụng của lực trong quá trình
đúc và rèn dập khuôn không bị biến dạng.
- Tính chịu nhiệt: Tính chịu nhiệt là một trong những đặc tính quan trọng nhất quyết
định chất lượng của khuôn. Trong quá trình nung nóng kim loại lên tới nhiệt độ cao.
Và khả năng giữ được nhiệt trong quá trình làm nguội và nếu làm nguội đột ngột sẽ
gây ra hiện tượng nứt sản phẩm do bị co rút.

16


Bảng 1.1: Nhiệt độ rót của một số kim loại và hợp kim [2]
Nhiệt độ rót

Vật liệu
Gang

120013500C

Thép các bon và thép hợp kim

150016000C

Hợp kim đồng


0,55

1,7

0,04

0,04

0,04

0,1

Nhận xét:
- Từ bảng 1.2 cho thấy các thành phần của hợp kim thép trong đó có nguyên tố
Mn lớn làm tăng độ cứng và khả năng chịu mài mòn cho khuôn, đồng thời có thành
phần Al làm tăng độ dẻo dai và va đập của khuôn. Thành phần %C trung bình đảm
bảo cơ tính dẻo dai của khuôn trong quá trình làm việc. Đặc tính cơ của thép là lực
kéo căng bằng 250 MPa.
- Thép hợp kim kết cấu là loại vật liệu cho hiệu quả kinh tế cao, đảm bảo các
yêu cầu của khuôn đúc.
- Đây là loại thép có độ cứng cao, do đó khó gia công cắt gọt. Vì vậy để gia
công loại vật liệu này thường dùng các loại mảnh cắt hợp kim cứng hoặc mảnh cắt
có phủ hợp kim cứng. Đối với mảnh dao hợp kim cứng thì cắt ở vận tốc cắt cao.
17


- Với loại vật liệu này khi gia công thường là dạng phoi vụn do đó có khả
năng cho độ bóng bề mặt cao (độ nhám Ra giảm) hơn so với gia công vật liệu dẻo
hoặc vật liệu thép thông thường.
1.2 Giới thiệu về công nghệ phay


của hệ thống công nghệ cũng như biến dạng của lớp đàn hồi bề mặt chi tiết gia công
nhỏ dẫn tới độ chính xác gia công cao và chất lượng bề mặt cao.
Phay bao hình bề mặt khuôn mẫu:
+ Phay bao hình là phương pháp tạo hình bề mặt mà bề mặt tạo hình là mặt bao của
họ bề mặt tạo bởi lưỡi cắt dụng cụ. [4-tr76]
+ Phương pháp này dựa trên nguyên lý bề mặt được tạo thành coi là đúng khi chiều
cao nhấp nhô h để lại giữa các vết cắt nhỏ hơn một giá trị cho phép (h
1.3.1. Khái niệm độ nhám (hình học tế vi, độ bóng)
Có rất nhiều tài liệu trong nước cũng như nước ngoài đã nghiên cứu về nhám bề
mặt trong đó có độ nhám ngang và độ nhám dọc:
- Độ nhám dọc (trùng với phương véc tơ của tốc độ cắt), xuất hiện khi lực cắt có
biến đổi gây ra rung động hoặc do lẹo dao ( lớp kim loại bị dính chặt trên mũi dao).
- Độ nhám ngang (vuông góc với phương véc tơ tốc độ cắt)
Khái niệm: độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi) là tập hợp tất cả các bề lồi, lõm với
bước cực nhỏ và được quan sát trên một khoảng ngắn tiêu chuẩn [3-tr23].

Hình 1.5 Sơ đồ xác định độ nhám bề mặt
Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo ra
những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công. Như vậy, bề mặt có độ nhám. Độ
nhám của bề mặt gia công được đo bằng chiều cao nhấp nhô Rz và sai lệch profin
trung bình cộng Ra của lớp bề mặt.
+) Độ lệch trung bình của profin hình học bề mặt
n

l

1
Ra   h dl 
l0

h

i

1

n




5

h
i 1

vmi

(1.8)

5

Trong đó
- hpmi là độ lệch lớn nhất của nhấp nhô bề mặt so với đường trung bình
- hvmi là độ lệch nhỏ nhất của nhấp nhô bề mặt so với đường trung bình
Chiều dài chuẩn l là chiều dài của phần bề mặt được chọn để đo độ nhám bề mặt,
không tính đến những dạng mấp mô khác có bước lớn hơn l (sóng bề mặt chẳng
hạn).
*) Theo quan điểm về ma sát học thì nhấp nhô bề mặt còn có các thông số sau:
[5-tr17]

Hình 1.6 Sơ đồ tính bán kính cong và góc của đỉnh nhấp nhô
+) Chiều dài tương đối của nhấp nhô bề mặt trên đường trung bình tm
1 5
t m  . t mi
5 1

(1.10)


và rni 

ni

1

 c d i2
.
 n2 8.hi

(1.13)

( c và n là các giá trị khuyếch đại theo độ cao và phương nằm ngang, giá trị hi có
thể lấy bằng 0,3Ra hay 0,060Rmax)
rd bán kính cong trung bình theo phương dọc profin
+) Góc nghiêng của nhấp nhô bề mặt so với đương kính trung bình
tg i 

 n . yi
 c .x i

(1.14)

Trong đó: yi khoảng cách từ chân đỉnh nhấp nhô sau khi đã loại bỏ giá trị 0,06Rmax
ở hai đầu
xi khoảng cách từ chân đến đỉnh nhấp nhô theo phương ngang sau khi đã
loại bỏ giá trị 0,06Rmax ở hai đầu
+) Góc nghiêng của nhấp nhô bề mặt so với đường trung bình được tính sau một số
hữu hạn các phép đo

Cấp độ

Ra (m)

Rz (m)

Không lớn hơn

nhám

(mm)

1

84

320

2

40

150

3

20

80


9

0,32

1,6

10

0,16

0,8

11

0,08

0,4

12

0,04

0,2

13

0,02

0,1