Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ hợp lý khi phay các chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LÊ MẠNH ĐỨC

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ KHI

PHAY CÁC CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM THÀNH MỎNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã ngành: 8520103

TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Hoàng Vị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2019

2 LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: Lê Mạnh Đức

Học viên lớp cao học khóa K20 - Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí -

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại : Trung tâm phát triển khoa học và công nghệ -

Sở Khoa học công nghệ Thái Nguyên.

Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong luận văn là do bản thân

tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Hoàng Vị. Ngoài

thông tin trích dẫn từ các tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các kết quả và

số liệu thực nghiệm là do tôi thực hiện và chưa được công bố trong bất cứ

công trình nào khác.

Thái Nguyên, tháng 04 năm 2019

Người thực hiện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Lê Mạnh Đức

3 LỜI NÓI ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài:

Các chi tiết dạng thành mỏng thường được sử dụng trong nhiều ngành

công nghiệp bao gồm các lĩnh vực ô tô hàng không và máy chính xác. Vì các

chi tiết dạng thành mỏng thường dễ bị biến dạng vì có độ cứng thấp, rất khó

có thể kiểm soát độ chính xác gia công, thường dẫn đến làm tăng chi phí của

quá trình sản xuất. Để đảm bảo độ chính xác gia công, sự biến dạng cần được

kiểm soát trong quá trình làm việc. Nếu không các chi tiết sẽ bị hỏng. các biến

dạng của chi tiết có thể tách làm hai dạng là biến dạng do gia công và biến

dạng sau gia công. Biến dạng do gia công được sinh ra ngay trong quá trình

cắt phần vật liệu chứa ứng suất dư ban đầu, trong khi biến dạng sau gia công

(biến dạng tiếp theo) (thường xảy ra do tồn tại ứng xuất dư do gia công) xảy

ra sau khi lắp ráp xong. Nhiều trường hợp được báo cáo từ các ngành công

nghiệp về các ví dụ tương tự, các chi tiết thành mỏng bị loại bỏ vì xảy ra biến

dạng tiếp theo. Như vậy, việc hiểu về dạng của ứng suất dư trong gia công là

rất cần thiết.

Theo các tài liệu đã công bố về quá trình phay chi tiết thành mỏng làm

bằng hợp kim nhôm thì nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của thông số công

nghệ tới độ nhám bề mặt và biến dạng chi tiết, từ đó xác định chế độ công

nghệ hợp lý chưa được quan tâm. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “Nghiên

cứu xác định chế độ công nghệ hợp lý khi phay các chi tiết hợp kim nhôm

thành mỏng ”, góp phần hoàn thiện bổ sung kiến thức lý thuyết cũng như cải

thiện và nâng cao hiệu quả sản xuất khi phay chi tiết thành mỏng làm bằng

hợp kim nhôm.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là Tập trung giải quyết vấn đề ảnh hưởng của các yếu

tố công nghệ tới lực cắt, độ nhám và độ chính xác kích thước khi phay các chi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

tiết hợp kim nhôm thành mỏng, từ đó xác định được chế độ công nghệ tối ưu.

3. Dự kiến kết quả đạt được

- Xây dựng được mô hình nghiên cứu.

- Xác định được ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ (như vận tốc cắt,

lượng chạy dao, chiều sâu cắt và chiến lược chạy dao) tới độ nhám bề mặt và

sai lệch kích thước chiều dày thành khi phay chi tiết làm bằng hợp kim nhôm.

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Xác định được quy luật ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển kiểm soát

quá trình gia công thành mỏng

5. Phương pháp nghiên cứu

Với mục đích nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới biến

dạng chi tiết và nhám bề mặt, tác giả chọn phương pháp nghiên cứu là kết hợp

nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trong đó nghiên cứu thực

nghiệm là cơ bản. Nghiên cứu lý thuyết tổng quan các vấn đề liên quan đến

gia công trong phay chi tiết thành mỏng từ đó định hướng cho nghiên cứu về

biến dạng chi tiết khi gia công. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định được ảnh

hưởng các thông số công nghệ tới biến dạng chi tiết và nhám bề mặt, từ đó

đưa ra bộ thông số công nghệ hợp lý.

6. Các công cụ cần thiết cho nghiên cứu

- Phôi bằng hợp kim nhôm, dao phay.

- Trung tâm phay Mazak VC530

- Máy đo nhám.

- Dụng cụ đo vạn năng.

7. Nội dung nghiên cứu của luận văn

Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính gồm 3

chương và phần kết luận chung

Chương 1: Tổng quan về quá trình cắt – mòn dao thép gió khi phay

Chương 2: Ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn làm nguội tới các thông

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

số cơ bản của quá trình phay

Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của dầu Emusil có trộn bột Al2O3

vào dầu Emusil khi phay rãnh sử dụng dao phay thép gió

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Phần Kết luận chung

6 LỜI CẢM ƠN

Luận văn này đối với Tôi là một cơ hội lớn để rèn luyện khả năng thực

hiện một đề tài phục vụ thực tiễn sản xuất dựa trên cơ sở các lý thuyết khoa

học và công nghệ. Luận văn này được hoàn thành là nhờ có rất nhiều sự giúp

đỡ và hướng dẫn tận tình của cá nhân và tập thể. Lời cảm ơn sâu sắc nhất Tôi

xin gửi đến giáo viên hướng dẫn khoa học, thầy giáo PGS.TS. Hoàng Vị đã

tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành công

trình nghiên cứu này.

Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu, phòng Đào tạo sau đại học, các thầy cô

giáo trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình chỉ bảo và

giúp đỡ tôi trong quá trình học tập.

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tạo điều kiện của Ban Giám đốc

Trung tâm phát triển khoa học và công nghệ - Sở Khoa học và Công nghệ

Thái Nguyên cùng sự động viên khích lệ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp

trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn.

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2019

Người thực hiện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Lê Mạnh Đức

7 MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... 1

LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 3

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHAY CHI TIẾT HỢP KIM

NHÔM DẠNG THÀNH MỎNG ........................................................................... 12

1.1. Tổng quan hợp kim nhôm và các chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng ......... 12

1.1.1 Giới thiệu về hợp kim nhôm ............................................................................ 12

1.1.2. Đặc điểm hình học của các chi tiết thành mỏng ............................................. 14

1.2. Tổng quan về quá trình phay và quá trình hình thành phoi ............................... 16

1.2.1. Giới thiệu về quá trình phay ............................................................................ 16

1.2.2 Quá trình cắt khi phay ...................................................................................... 17

1.2.3 Các chuyển động cơ bản khi phay ................................................................... 21

1.2.4 Các thành phần của lớp bề mặt bị cắt khi phay................................................ 21

1.3.Các chỉ tiêu đánh giá tính gia công của vật liệu.................................................. 27

1.3.1.Tính chất cơ học của vật liệu ........................................................................... 27

1.3.2. Quá trình biến dạng và hình thành phoi .......................................................... 27

1.3.3. Lực cắt ............................................................................................................. 28

1.3.4.Nhiệt cắt ........................................................................................................... 28

1.3.5.Mòn dụng cụ cắt ............................................................................................... 29

1.3.6. Chất lượng bề mặt gia công ............................................................................ 33

1.3.7. Độ chính xác gia công ..................................................................................... 39

1.3.8. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế về quá trình gia

công chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng .................................................................. 40

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI BIẾN DẠNG VÀ HÁM BỀ

MẶT KHI PHAY CÁC CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM A6061 .......................... 48

2.1 Giới thiệu về hợp kim nhôm A6061 ................................................................... 45

2.1.1 Hợp kim nhôm A6061...................................................................................... 45

2.2 Phay chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng A6061 ................................................ 46

2.2.1 Tính gia công của hợp kim nhôm A6061 ......................................................... 46

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

8 2.2.2 Phay chi tiết thành mỏng .................................................................................. 47

2.3 Nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới nhám bề mặt khi phay chi tiết thành

mỏng .......................................................................................................................... 49

2.2.1 Ảnh hưởng của chế độ cắt ................................................................................ 49

2.2.2 Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu gia công ................................ 54

2.2.3 Ảnh hưởng của chiến lược chạy dao khi phay các chi tiết thành mỏng ............... 54

2.3 Giới hạn vấn đề nghiên cứu ................................................................................ 56

2.4 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 56

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT TỚI ĐỘ

NHÁM BỀ MẶT VÀ BIẾN DẠNG CHI TIẾT KHI PHAY CHI TIẾT HỢP

KIM NHÔM THÀNH MỎNG ............................................................................... 58

3.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................... 58

3.2 Thiết kế hệ thống thí nghiệm .............................................................................. 58

3.2.1 Yêu cầu của hệ thống thí nghiệm ..................................................................... 58

3.2.2 Hệ thống thí nghiệm ......................................................................................... 58

3.2.2.3 Chế độ công nghệ .......................................................................................... 60

3.2.2.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi ............................................. 61

3.3 Kết quả và thảo luận ............................................................................................ 69

3.4Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới biến dạng chi tiết khi phay chi tiết thành

mỏng .......................................................................................................................... 70

3.4.1 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới độ nhám bề mặt gia công ................... 81

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..................... 91

1. Kết luận chung ...................................................................................................... 91

2. Hướng nghiên cứu tiếp theo .................................................................................. 91

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

9 DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Các cấp độ nhám bề mặt theo TCVN 2511-1995 ..................................... 37

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của hợp kim nhôm A6061 ........................................ 45

Bảng 2.2 Đặc điểm cơ học của hợp kim nhôm A6061 ............................................. 45

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của dao phay ngón sử dụng cho thí nghiệm ................ 60

Bảng 3.2 Chế độ cắt khảo sát .......................................................................... 61

Bảng 3.3 Các thông số khảo sát và mức giá trị tương ứng ....................................... 62

Bảng 3.4 Bậc tự do của ma trận thí nghiệm .............................................................. 63

Bảng 3.5 Thiết kế thí nghiệm L9 .............................................................................. 63

Bảng 3.6 Ma trận thí nghiệm..................................................................................... 64

Bảng 3.7 Giá trị biến dạng chi tiết, độ nhám và tỷ số S/N tương ứng ...................... 70

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

10 DANH MỤC HÌNH

Hình 1. 1 Chi tiết có dạng thành mỏng ..................................................................... 15

Hình 1. 2 Quá trình hình thành phoi [5] .................................................................... 17

Hình 1. 3 Các dạng phoi khi gia công cắt gọt kim loại [5] ....................................... 18

Hình 1. 4 Góc tiếp xúc khi phay bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón ................ 23 Hình 1. 5 Phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón ................. 24

Hình 1. 6 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón, dao phay mặt đầu .............. 24

Hình 1. 7 Các phương pháp phay .............................................................................. 26

Hình 1. 8 Sơ đồ thể hiện các khả năng tương tác của hạt mài với bề mặt của vật liệu,

vết mòn và mặt cắt ngang của nó. ............................................................................. 31 Hình 1. 9 Cấu trúc tế vi lớp bề mặt gia công ............................................................ 34

Hình 1. 10 Nhám bề mặt, sóng bề mặt và các vết nứt vết gia công trên bề mặt ....... 35

Hình 1. 11 Xác định nhám bề mặt Rz ....................................................................... 37 Hình 1. 12 Đo nhám bằng phương pháp cơ học ....................................................... 38

Hình 1. 13 Đo nhám trên các bề mặt khác nhau ....................................................... 38

Hình 1. 14 Biến dạng của chi tiết trong quá trình gia công ...................................... 40

Hình 2. 1 Chi tiết thành mỏng được gia công bởi bởi Fokker Aerost ...................... 48

Hình 2. 2 Miền tạo phoi khi gia công kim loại ......................................................... 50

Hình 2. 3 Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới hệ số co rút phoi khi gia công thép

cacbon. ......................................................................................................... 50

Hình 2. 4 Ảnh hưởng của các thông số hình học tới nhám bề mặt khi tiện .............. 51

Hình 2. 5 Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt Rz ........................... 53

Hình 3. 1 Trung tâm phay đứng Mazak 530C .......................................................... 59

Hình 3. 2 Dao phay ngón của hãng YG .................................................................... 60

Hình 3. 3 Chế độ cắt khuyến cáo của nhà sản xuất khi phay cạnh ........................... 61 Hình 3. 4 Đồng hồ so 1/1000 mm ............................................................................. 65 Hình 3. 5 Đo độ nhám sản phẩm ............................................................................... 65 Hình 3. 6 Thiết lập các thông số trong mô hình thí nghiệm TAGUCHI .................. 68

Hình 3. 7 Đo biến dạng chi tiết ................................................................................. 69 Hình 3. 8 Đo nhám bề mặt ........................................................................................ 69

Hình 3. 9 Giá trị trung bình của biến dạng chi tiết và mức độ ảnh hưởng của các thông số ..................................................................................................................... 71

Hình 3. 10 Ảnh hưởng tới giá trị trung bình của lượng biến dạng chi tiết ............... 71

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

11 Hình 3. 11 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao tới lượng biến dạng của chi tiết ........................................................................................................ 73

Hình 3. 13 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới lượng biến

dạng của chi tiết ........................................................................................................ 74

Hình 3. 14 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt tới lượng biến dạng của chi tiết ................................................................................................. 74

Hình 3. 15 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều rộng cắt tới lượng

biến dạng của chi tiết ................................................................................................. 75

Hình 3. 16 Ảnh hưởng tương tác giữa chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới lượng biến

dạng của chi tiết ........................................................................................................ 75

Hình 3. 17 Tỷ số S/N trung bình của lượng biến dạng chi tiết và mức độ ảnh

hưởng của các thông số công nghệ ........................................................................... 76 Hình 3. 18 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới tỷ số S/N của lượng biến

dạng chi tiết ............................................................................................................... 77

Hình 3. 19 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao răng tới tỷ số

S/N của lượng biến dạng chi tiết ............................................................................... 78

Hình 3. 20 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều sâu cắt tới tỷ số S/N của

lượng biến dạng chi tiết ............................................................................................. 78

Hình 3. 21 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N

của lượng biến dạng chi tiết ...................................................................................... 79

Hình 3. 22 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao răng và chiều sâu cắt tới tỷ

số S/N của lượng biến dạng chi tiết .......................................................................... 79

Hình 3. 23 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao răng và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N của lượng biến dạng chi tiết .......................................................................... 80

Hình 3. 24 Ảnh hưởng tương tác giữa chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N

của lượng biến dạng chi tiết ...................................................................................... 80

Hình 3. 25 Giá trị độ nhám trung bình và mức độ ảnh hưởng của các thông số ...... 81 Hình 3. 26 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới giá trị độ nhám trung bình ........ 82 Hình 3. 27 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao tới giá trị độ nhám trung bình ........................................................................................................ 82

Hình 3. 28 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới giá trị độ

nhám trung bình ........................................................................................................ 83 Hình 3. 29 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều sâu cắt tới giá trị độ

nhám trung bình ........................................................................................................ 83

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

12 Hình 3. 30 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt tới giá trị độ nhám trung bình ........................................................................................................ 84

Hình 3. 31 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều rộng cắt tới giá trị

độ nhám trung bình ................................................................................................... 84

Hình 3. 32 Ảnh hưởng tương tác giữa chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới giá trị độ nhám trung bình ........................................................................................................ 85

Hình 3. 33 Tỷ số S/N của độ nhám trung bình và mức độ ảnh hưởng của các thông

số ............................................................................................................................... 85

Hình 3. 34 Ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số S/N của độ nhám trung bình ..... 86

Hình 3. 35 Ảnh hưởng tương tác vận tốc cắt và lượng chạy dao tới tỷ số S/N của độ

nhám trung bình ........................................................................................................ 87

Hình 3. 36 Ảnh hưởng tương tác vận tốc cắt và chiều sâu cắt tới tỷ số S/N của độ nhám trung bình ........................................................................................................ 87

Hình 3. 37 Ảnh hưởng tương tác vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N của độ

nhám trung bình ........................................................................................................ 88

Hình 3. 38 Ảnh hưởng tương tác lượng chạy dao và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N của

độ nhám trung bình ................................................................................................... 88

Hình 3. 39 Ảnh hưởng tương tác lượng chạy dao và chiều sâu cắt tới tỷ số S/N của

độ nhám trung bình ................................................................................................... 89

Hình 3. 40 Ảnh hưởng tương tác chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N của

độ nhám trung bình ................................................................................................... 89

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHAY CHI TIẾT HỢP

KIM NHÔM THÀNH MỎNG

1.1. Tổng quan hợp kim nhôm và các chi tiết dạng thành mỏng

1.1.1 Giới thiệu về hợp kim nhôm

Ngày nay nhôm là kim loại rất quan trọng trong đời sống của con

người, nhưng về mặt lịch sử nhôm thuộc loại nguyên tố “trẻ”. Nhôm được tìm

ra năm 1808, công lao ấy thuộc về Dauy. Nhờ các phản ứng hóa học ông đã

tách được nguyên tố kim loại nhẹ có màu sáng gọi là Alumin. Bắt đầu từ

những năm 30 của thế kỷ 19 người ta đã sản xuất nhôm trên quy mô công

nghiệp bằng phương pháp khoa học, tuy nhiên sản lượng hàng năm rất nhỏ.

Từ năm 1854 đến 1890 toàn thế giới sản xuất được khoảng 200 tấn

nhôm, vào năm 1890 nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung

dịch ôxít nhôm (Al2O3) nóng chảy trong Criolit (Na3AlF6). Chỉ trong vòng

chín năm từ năm 1890 đến 1899 thế giới sản xuất được 2800 tấn nhôm. Riêng

năm 1930 sản lượng đạt tới 270.000 tấn, năm 1968 sản lượng nhôm là

8.386.200 tấn, từ năm 1960 hàng năm sản lượng tăng 15%, những năm gần

đây chỉ tăng 5%/năm. Ngày nay khi nhịp độ sản xuất tăng lên mạnh hơn, vị trí

của vật liệu kim loại này được đưa lên hàng thứ hai sau thép.

Hợp kim nhôm đầu tiên ra đời vào năm 1906, đó là hợp kim do Alfred

Weinmer tìm ra, hiện nay được phát triển thành các Đura (hợp kim nhôm biến

dạng điển hình được dùng trong kỹ thuật hàng không) trên cơ sở Al-CuMg

(có 95% Al, 4% Cu và 1% Mg) đang được sử dụng rộng rãi. Sản lượng và

nhu cầu ứng dụng nhôm so với các kim loại kết cấu khác tăng lên không

ngừng. Những ưu điểm chính của nhôm là trọng lượng riêng nhỏ, độ dẫn điện

dẫn nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn trong nhiều môi trường khá tốt. Độ bền

riêng của hợp kim nhôm khoảng 16,5 trong khi đó của thép là 15,4. Vì vậy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

khi ứng dụng hợp kim nhôm làm vật liệu kết cấu và khuôn mẫu nó tỏ ra có

những ưu điểm lớn, về mặt trữ lượng nhôm nhiều hơn sắt, theo tính toán

nhôm chiếm khoảng 8,8% còn sắt chỉ chiếm 5,1% trọng lượng vỏ trái đất.

Nhôm là nguyên tố có dạng mạng tinh thể lập phương tâm mặt, có màu sáng

bạc, và có những đặc điểm sau :

- Khối lượng riêng nhỏ (2,8 g/cm3 ) chỉ khoảng 1/3 so với thép. Do vậy

làm giảm khối lượng kết cấu, chi tiết, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực

hàng không, vận tải…..

- Có tính chống mòn nhất định trong khí quyển do luôn có lớp màng

ôxít (Al2O3) phủ trên lớp bề mặt có tính bảo vệ cao.

- Có tính dẫn điện cao: tính dẫn điện kém hơn vàng, bạc, đồng

Phân loại và kí hiệu của hợp kim nhôm

Ký hiệu: Để ký hiệu các hợp kim nhôm người ta thường dùng hệ thống

đánh số theo AA (Aluminum Association) của Hoa kỳ bằng xxxx cho loại

biến dạng và xxx.x cho loại đúc, trong đó:

- Số đầu tiên có các ý nghĩa sau.

Loại biến dạng:

1xxx - nhôm sạch (≥ 99,0%)

2xxx - Al - Cu, Al - Cu – Mg

3xxx - Al – Mn

4xxx - Al – Si

5xxx - Al – Mg

6xxx - Al - Mg – Si

7xxx - Al - Zn – Mg, Al - Zn - Mg – Cu

8xxx - Al - các nguyên tố khác

Loại đúc:

1xx.x - nhôm thỏi sạch thương phẩm,

2xx.x - Al – Cu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si – Cu

4xx.x - Al – Si

5xx.x - Al – Mg

6xx.x - không có

7xx.x - Al – Zn

8xx.x - Al - Sn.

Ba số tiếp theo được tra theo bảng trong các tiêu chuẩn cụ thể. Để ký

hiệu trạng thái gia công và hóa bền, các nước phương Tây thường dùng các

ký hiệu sau. F: trạng thái phôi thô, O: ủ và kết tinh lại, H: hóa bền bằng biến

dạng nguội, trong đó H1x (x từ 1 đến 9): thuần túy biến dạng nguội với mức

độ khác nhau, H2x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ủ hồi phục, H3x (x từ 2

đến 9): biến dạng nguội rồi ổn định hóa, T: hóa bền bằng tôi + hóa già, trong

đó T1: biến dạng nóng, tôi, hóa già tự nhiên, T3: tôi, biến dạng nguội, hóa già

tự nhiên, T4: tôi, hóa già tự nhiên (giống đoạn đầu và cuối của T3), T5: biến

dạng nóng, tôi, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T1), T6: tôi, hóa già

nhân tạo (đoạn đầu giống T4), T7: tôi, quá hóa già, T8: tôi, biến dạng nguội,

hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T3), T9: tôi, hóa già nhân tạo, biến dạng

nguội (hai đoạn đầu giống T6). (ngoài ra còn Txx, Txxx, Txxxx). TCVN

1659-75 có quy định cách ký hiệu hợp kim nhôm được bắt đầu bằng Al và

tiếp theo lần lượt từng ký hiệu hóa học của nguyên tố hợp kim cùng chỉ số %

của nó, nếu là hợp kim đúc sau cùng có chữ Đ. Ví dụ AlCu4Mg là hợp kim

nhôm chứa ~4%Cu, ~1%Mg. Với nhôm sạch bằng Al và số chỉ phần trăm của

nó, ví dụ Al99, Al99,5.

1.1.2. Đặc điểm hình học của các chi tiết thành mỏng

Các chi tiết dạng thành mỏng thường được sử dụng trong nhiều ngành

công nghiệp bao gồm các lĩnh vực oto hàng không và máy chính xác. Nói

chung, các chi tiết có độ dày trong khoảng từ 1 đến 5 mm được coi là chi tiết

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

dạng thành mỏng (như hình 1.1). Đặc biệt các chi tiết thành mỏng bằng hợp

kim nhôm được sử dụng phổ biến trong ngành hàng không vì nó có nhiều ưu

điểm, như:

- Khối lượng của chi tiết dạng thành mỏng giảm đáng kể so với chi tết

đặc mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác cũng như đảm bảo khả năng

chịu lực [1]. Sử dụng các chi tiết thành mỏng có thể loại bỏ tới 95% trọng

lượng của khối chi tiết lắp ráp ban đầu [2].

- Sử dụng chi tiết dạng thành mỏng có thể giảm giá thành sản xuất nhờ

việc giảm khối lượng lắp ráp, giảm vật liệu, giảm chi phí quản lý, giảm chi

phí lưu kho...[1,3].

- Sử dụng chi tiết thành mỏng có thể tăng được độ chính xác tổng hợp

của sản phẩm [1].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hình 1. 1 Chi tiết có dạng thành mỏng

1.2. Tổng quan về quá trình phay và quá trình hình thành phoi

1.2.1. Giới thiệu về quá trình phay

Phay là một phương pháp gia công cắt đi một lớp kim loại (hay còn gọi

là lượng dư gia công để tạo thành phoi) trên bề mặt của phôi để được chi tiết

có hình dáng, kích thước, độ chính xác, độ bóng theo yêu cầu kỹ thuật trên

bản vẽ. Quá trình đó được thực hiện trên các máy phay. Phay là phương pháp

gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn cấp 3-4 và độ bóng không

hơn cấp 6, là một trong những phương pháp gia công đạt năng suất cao nhất.

Bằng phương pháp phay người ta có thể gia công mặt phẳng, định hình phức

tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt tròn xoay, trục then hoa, cắt ren, bánh

răng…

Phay có thể dùng để gia công tinh, gia công lần cuối để đạt được độ

bóng, độ chính xác cao, dễ cơ khí hoá, tự động hoá, cho năng suất cao, dùng

trong sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và hàng khối. Số lượng nguyên

công gia công cắt gọt đạt tới 60% - 70% công việc gia công cơ khí thì nguyên

công phay cũng chiếm một tỷ lệ lớn. Máy phay có số lượng nhiều, chiếm tỷ lệ

lớn và giữ một vị trí quan trọng trong các Nhà máy, Phân xưởng cơ khí.

Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi, trong quá trình cắt ngoài

những đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện, còn có những đặc điểm sau:

- Dao phay có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt, nên năng suất cắt khi

phay cao hơn khi bào.

- Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng

thân dao phay thường lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt.

- Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động

trong quá trình cắt.

- Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

năng tồn tại lẹo dao ít.

1.2.2 Quá trình cắt khi phay

Quá trình cắt kim loại thực chất là sử dụng dụng cụ hình chêm để hớt đi

một lớp kim loại từ phôi. Lực tác dụng sinh ra do sự tương tác giữa dụng cụ

cắt và phôi, đối với phương pháp phay thì sự tương tác đó là chuyển động

quay của dao phay và sự cản trở lại chuyển động quay của phôi. Như vậy, lực

tác dụng phải đủ lớn để tạo ra trong kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức

bền của vật liệu gia công (khả năng liên kết giữa các tinh thể kim loại), đồng

thời phải thắng được lực cản do ma sát trong quá trình gia công bao gồm:

- Ma sát giữa các tinh thể kim loại khi trượt lên nhau;

- Ma sát giữa phoi và mặt trước của dao trong quá trình tạo phoi;

- Ma sát giữa bề mặt đã gia công với mặt sau của dao.

Quá trình hình thành phoi đã được nhiều tác giả như: Trent, Wright [4],

Zorev N.N và các đồng nghiệp [5], Doyle E.D [6], nghiên cứu với nhiều

cách tiếp cận khác nhau. Tất cả các nghiên cứu đó đều kết luận rằng khi

chịu tác dụng của lực, kim loại bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo rồi biến

dạng phá huỷ.

Hình 1. 2 Quá trình hình thành phoi [5]

Khi quá trình cắt xảy ra, trước tiên là các tinh thể kim loại bị dồn ép

(nén), khi lực tác dụng vượt quá giới hạn bền của vật liệu thì các tinh thể kim

loại bị trượt lên nhau và tách ra khỏi vật gia công tạo thành phoi. Quá trình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

biến dạng đó xảy ra trong một vùng mà ta có thể gọi là vùng tạo phoi (giới

hạn bởi đường cong OA, OE, hình 1.2) [5]. Trong vùng này có những mặt

trượt OA, OB, OC, OD, OE. Vật liệu gia công trượt theo những mặt đó, các

tinh thể kim loại bị xếp chồng lên nhau. Tuỳ theo cấu trúc của vật liệu gia

công, chế độ cắt mà có thể tạo ra phoi vụn, phoi xếp hay phoi dây.

Như vậy, kết quả của biến dạng kim loại là tách ra khỏi phôi một phần

vật liệu, phần còn lại chính là chi tiết gia công. Tuy nhiên, do vùng biến dạng

của kim loại xảy ra ở cả phần vật liệu giữ lại (phía dưới điểm O) nên bề mặt

chi tiết sau khi gia công có tính chất khác hẳn trước khi gia công và thường có

độ cứng cao hơn. Hiện tượng đó chính là hiện tượng biến cứng lớp bề mặt.

Ngoài ra trong vùng cắt còn có rất nhiều hiện tượng vật lý khác xảy ra mà ta

sẽ nghiên cứu cụ thể ở các phần sau. Quá trình cắt kim loại khi phay về

nguyên tắc không khác quá trình cắt khi tiện. Ở đây tập trung nghiên cứu một

số hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt. Lớp kim loại được cắt gọi là phoi, có

thể có nhiều dạng khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện gia công.

Theo giáo sư I.A.Time thì phoi có các dạng sau đây: Phoi dây, phoi xếp

và phoi vụn.

- Phoi vụn: Là phoi tồn tại ở dạng hạt, thường nhận được khi gia công vật liệu

có tính dẻo thấp như gang, đồng thau, hình 1.3a.

Hình 1. 3 Các dạng phoi khi gia công cắt gọt kim loại [5]

Quá trình biến dạng của vật liệu trong vùng cắt thường không qua giai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

đoạn biến dạng dẻo (vì các vật liệu đó có tính dẻo rất thấp).

Khi cắt tạo thành phoi vụn thì có một số đặc điểm như: Chiều cao nhấp

nhô bề mặt không cao, tính chất lớp bề mặt ít thay đổi, lực cắt không ổn định,

ít gây mất an toàn [5].

- Phoi xếp: Là phoi tồn tại ở dạng đoạn ngắn, mặt dưới của phoi (mặt

tiếp xúc với mặt trước của dao) nhẵn, mặt trên xù xì như răng cưa. Dạng phoi

này thường có khi gia công vật liệu dẻo như thép có lượng các bon thấp, được

gia công với chiều dày cắt lớn, vận tốc cắt không cao, hình 1.3b.

Khi cắt tạo thành phoi xếp có một số đặc điểm: Chiều cao nhấp nhô bề

mặt không cao lắm, bề mặt chi tiết gia công bị biến dạng dẻo nên có tính chất

cơ lý khác một ít so với tính chất của vật liệu gia công. Phoi xếp thu được sau

khi gia công thép, có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2÷3

lần. Điều đó chứng tỏ vật liệu đã được hoá bền ở mức độ cao.

- Phoi dây: Là phoi tồn tại ở dạng dây dài, bề dày không lớn. Tuỳ theo

vật liệu gia công, hình dáng hình học đầu dao và chế độ công nghệ mà phoi

tồn tại ở dạng dây dài hay xoắn lò xo. Dạng phoi này thường có khi gia công

vật liệu có tính dẻo với tốc độ cắt cao, hình 1.3c.

Khi cắt hình thành phoi dây có đặc điểm: Chiều cao nhấp nhô bề mặt

gia công cao, lực cắt đơn vị nhỏ và ít thay đổi. Tuy nhiên cần chú ý tìm biện

pháp bẻ phoi vì phoi dây đặc biệt là dây dài rất dễ gây mất an toàn [5].

Khi gia công các vật liệu có tính dẻo cao như thép và nhôm, trên mặt

trước của dao (ngay gần mũi dao) thường xuất hiện những lớp kim loại có cấu

trúc khác hẳn so với cấu trúc của phoi và vật liệu gia công. Lớp kim loại này

bám rất chắc vào dao và tham gia cắt gọt như một mũi dao vì nó có độ cứng

rất cao. Hiện tượng này còn được gọi là hiện tượng lẹo dao (built up edge).

Hiện tượng lẹo dao được phân tích xem xét dưới nhiều góc độ khác nhau

nhưng đều có điểm thống nhất chung về nguyên lý hình thành. Khi cắt, do

nhiệt phát sinh nên một lớp mỏng kim loại nằm giữa mặt trước của dao và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

mặt dưới của phoi bị nóng chảy; lớp kim loại này hầu hết chuyển động theo

phoi ra ngoài. Tuy nhiên, do bề mặt dao không tuyệt đối nhẵn nên có lực ma

sát cản trở chuyển động đó làm cho nó di chuyển chậm lại và trong một điều

kiện nhất định, khi lực cản lớn hơn lực liên kết giữa lớp kim loại đó với phoi

thì nó bị giữ lại bám rất chắc vào mũi dao gây ra hiện tượng lẹo dao [5].

Chiều cao của lớp kim loại bám trên bề mặt càng ngày càng lớn nhưng nó

không tồn tại mãi mà đến một lúc nào đó nó lại bị cuốn theo phoi ra ngoài,

tiếp tục hình thành lớp kim loại bám tiếp theo.

Hiện tượng lẹo dao hình thành trong quá trình cắt có ưu điểm bảo vệ

đầu mũi dao và làm tăng khả năng thoát phoi (do góc trước của dao được tăng

lên). Tuy nhiên, sự xuất hiện lẹo dao lúc gia công có ảnh hưởng rất lớn đến

quá trình gia công và chất lượng bề mặt chi tiết. Lẹo dao làm thay đổi các

thông số hình học của dụng cụ cắt (góc cắt) do đó làm tăng lực cắt. Lực cắt

thay đổi, kéo theo các ảnh hưởng khác như tăng nhiệt cắt và rung độngDo đó,

mọi biện pháp để hạn chế sự xuất hiện của lẹo dao khi gia công tinh sẽ là yếu

tố rất quan trọng nhằm nâng cao chất lượng chi tiết gia công.

Để khử lẹo dao, cần phải mài bóng mặt trước của dao thật cẩn thận

hoặc thay đổi tốc độ cắt (thường thường tăng tới 30m/phút hoặc cao hơn),

đồng thời cũng có thể sử dụng dung dịch trơn nguội trong từng điều kiện gia

công cụ thể.

- Sự co rút phoi: Trong quá trình cắt phoi bị biến dạng và ngắn hơn so

với phần chi tiết được cắt ra. Hiện tượng phoi bị ngắn theo chiều dài được gọi

là sự co rút của phoi theo chiều dài. Thể tích của kim loại khi bị biến dạng

thực tế không thay đổi. Vì vậy, trong khi chiều dài của phoi giảm thì diện tích

tiết diện ngang của phoi tăng. Diện tích tiết diện ngang của phoi tăng được

gọi là sự co rút của phoi theo chiều ngang.

- Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt: Trong quá trình cắt chi tiết gia

công, dụng cụ cắt và phoi bị nung nóng. Khi tăng tốc độ cắt, đặc biệt là khi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

cắt các phoi mỏng, nhiệt độ trong vùng cắt sẽ tăng tới 600oC. Nếu tốc độ cắt

tiếp tục tăng, trong nhiều trường hợp phoi cắt sẽ bị nung nóng tới 900oC (màu

đỏ sáng). Nhiệt độ ở vùng cắt tăng là do có hiện tượng cơ năng chuyển thành

nhiệt năng trong quá trình cắt. Nhiệt cắt xuất hiện bằng sự chuyển đổi từ công

cắt, gần như tất cả công cần thiết trong quá trình cắt đều biến thành nhiệt trừ

công biến dạng đàn hồi và công kín (tổng của hai loại công này nhỏ, không

vượt quá 5%), phần còn lại chuyển thành nhiệt trong quá trình cắt. Khoảng 97

- 98% công suất cắt biến thành nhiệt. Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì

thông thường nhiệt độ cắt giảm nhanh vì ngoài tác dụng làm nguội, dung dịch

còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát trong quá trình cắt. Hiệu quả làm

nguội càng lớn thì nhiệt cắt càng giảm nhiều.

1.2.3 Các chuyển động cơ bản khi phay

Chuyển động cơ bản là các chuyển động để thực hiện quá trình cắt gọt,

hình thành các bề mặt chi tiết gia công, bao gồm:

- Chuyển động chính (chuyển động cắt): là chuyển động chủ yếu thực

hiện quá trình cắt tạo ra phoi, ký hiệu là V (m/phút) hoặc n (vòng/phút).

Chuyển động chính khi phay là chuyển động quay tròn của dao phay được

truyền dẫn qua trục chính.

- Chuyển động chạy dao S là chuyển động để thực hiện quá trình cắt

tiếp tục và cắt hết chiều dài chi tiết. Đó là chuyển động dọc, ngang hoặc thẳng

đứng của bàn máy phay có gá phôi. Chúng thường vuông góc với trục dao.

1.2.4 Các thành phần của lớp bề mặt bị cắt khi phay

Các thông số của yếu tố cắt và chế độ cắt khi phay bao gồm chiều sâu

lớp cắt to, lượng chạy dao S, vận tốc cắt V, chiều sâu phay t, chiều rộng phay

B, chiều dày cắt a. Khi phay các yếu tố này ảnh hưởng đến tuổi bền của dao,

chất lượng bề mặt gia công, công suất cắt và năng suất cắt.

- Chiều sâu cắt t: Chiều sâu cắt là kích thước lớp kim loại được cắt đi ứng

với một lần chuyển dao, đo theo phương vuông góc với bề mặt gia công (mm).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

- Lượng chạy dao S: Được phân làm 3 loại:

+ Lượng chạy dao răng Sz: là lượng dịch chuyển của bàn máy (mang

chi tiết gia công) sau khi dao quay được một góc răng (mm/răng).

+ Lượng chạy dao vòng Sv: là lượng dịch chuyển của bàn máy khi dao

quay được một vòng (mm/vòng). Sv= Sz.Z (1-1)

+ Lượng chạy dao phút Sph: là lượng dịch chuyển của bàn máy sau

thời gian 1 phút (mm/phút). Sph= Sz.Zn (1-2)

Tốc độ cắt: Tốc độ cắt khi phay được biểu diễn: (1-3)

(1-4)

Dấu (+) ứng với trường hợp phay nghịch, dấu (-) ứng với trường hợp

phay thuận.

Trong đó: Vn= π.D.n/1000 (m/phút) (1-5)

Vs= SzZn(mm/phút) (1-6)

Thực tế giá trị Vs rất nhỏ so với Vn khi tính toán chế độ cắt người ta

thường bỏ qua lượng Vs, khi đó công thức 1-3 có dạng:

Vc= Vn= π.D.n/1000 (m/phút) (1-7)

- Chiều sâu phay t

Chiều sâu phay là kích thước lớp kim loại được cắt đi, đo theo phương

vuông góc với trục của dao phay ứng với góc tiếp xúc ψ

Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đường kính

dao, khi phay bề mặt vuông góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt to.

- Chiều rộng phay B

Chiều rộng phay là kích thước lớp kim loại được cắt theo phương chiều

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

trục của dao phay.

Khi phay bằng dao phay ngón thì chiều rộng phay bằng chiều sâu rãnh,

khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì chiều rộng phay bằng chiều

sâu cắt to (B = to).

- Góc tiếp xúc ψ Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc t giữa dao và

chi tiết.

Khi phay bằng dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay

định hình góc tiếp xúc được tính theo công thức sau:

( 1- 8)

Hình 1. 4 Góc tiếp xúc khi phay bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón

Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:

(1-9)

Khi phay không đối xứng bằng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón thì:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

(1-10)

Hình 1. 5 Phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón

- Chiều dày cắt a khi phay

Chiều dày cắt khi phay là một trong những yếu tố quan trọng của quá

trình phay. Chiều dày cắt khi phay là khoảng cách giữa hai vị trí kế tiếp của

quỹ đạo chuyển động của một điểm trên lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng

Sz. Coi gần đúng quỹ đạo chuyển động tương đối của lưỡi cắt là đường tròn,

do đó chiều dày cắt a được đo theo phương đường kính của dao. Trong qúa

trình phay, chiều dày cắt a biến đổi từ trị số amin đến amax hoặc từ amax đến

amin tuỳ theo phương pháp phay.

Hình 1. 6 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón, dao phay mặt đầu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Chiều dày cắt tại điểm C: ac = AC

(1-11)

Gần đúng, coi ΔACB vuông tại C, ta có

Công thức tổng quát:

(1-12)

Với ψ là góc tiếp xúc tức thời giữa đường vuông góc với mặt gia công

và bán kính tại điểm tiếp xúc của đỉnh răng dao với chi tiết gia công.

Do góc ψ thay đổi từ 0 đến ϕ nên aC cũng thay đổi theo ψ

Với ψ = 00 có a = amin = 0.

Với ψ = φ có amax = SZ . sinφ

Vì chiều dày cắt a thay đổi từ a =0 đến amax = SZ . sinφ nên diện tích

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

cắt và lực cắt cũng bị thay đổi theo.

Hình 1. 7 Các phương pháp phay

Chiều rộng khi phay

Là kích thước lớp kim loại được cắt đo theo phương chiều trục của dao.

Khi phay bằng dao phay trụ, chiều rộng phay bằng chiều rộng chi tiết b= B.

Khi phay rãnh bằng dao phay đĩa, chiều rộng phay bằng chiều rộng rãnh.

Khi phay rãnh bằng dao phay ngón, chiều rộng phay bằng chiều sâu rãnh.

Khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu, chiều rộng phay bằng chiều

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

sâu cắt t.

1.3.Các chỉ tiêu đánh giá tính gia công của vật liệu

1.3.1.Tính chất cơ học của vật liệu

Vật liệu có độ bền, độ cứng càng cao thì ảnh hưởng không tốt của nó

đến quá trình gia công là rất lớn. Vì vậy, tính gia công sẽ tỷ lệ nghịch với tính

chất cơ lý của vật liệu gia công.

Khi gia công, độ cứng của vật liệu gia công thường được dùng như

phép đo tương đối để đánh giá tính gia công của vật liệu, vật liệu càng cứng

thì tính gia công càng kém. Tuy nhiên, thép với thành phần cacbon thấp, hợp

kim màu thường có tính dẻo cao và có xu hướng hình thành lẹo dao lại làm

giảm tính gia công của vật liệu. Ảnh hưởng của cơ lý tính vật liệu đến tính gia

công của vật liệu chế tạo máy là rất lớn, đôi khi nó quyết định đến tính gia

công của vật liệu [7].

1.3.2. Quá trình biến dạng và hình thành phoi

Khi cắt, để tạo ra phoi, lực tác dụng từ dao cần phải đủ lớn để tạo ra

trong lớp kim loại bicắtmột ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu gia công.

Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng, lớp kim

loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy. Việc nghiên cứu quá

trình tạo phoi có ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công suất cắt, độ mòn của

dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào quá trình tạo phoi [4-

7]. Đánh giá biến dạng phoi dùng hệ số co giãn phoi:

- Hệ số co giãn phoi theo chiều dọc:

Trong đó: L0 là chiều dài lớp kim loại bị cắt đo trên phôi

Lf là chiều dài thực tế đo của phoi

KL là hệ số co giãn phoi theo chiều dọc

- Hệ số co giãn phoi theo chiều dày:

Trong đó: a là chiều dày lớp kim loại bị cắt đo trên phôi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

af là chiều dày thực tế đo của phoi

Ka là hệ số co giãn phoi theo chiều dày

- Hệ số co giãn phoi theo chiều rộng:

Trong đó: b là chiều rộng lớp kim loại bị cắt đo trên phôi

bf là chiều dài thực tế đo của phoi

Kb là hệ số co giãn phoi theo chiều dọc

Hệ số co giãn phoi biểu thị mức độ biến dạng trung bình của phoi. Căn

cứ vào hệ số co giãn, có thể tìm ra các quan hệ ảnh hưởng giữa các yếu tố khi

cắt với quá trình biến dạng khi cắt.[6-7]

1.3.3. Lực cắt

Trong quá trình cắt, dưới tác dụng của dụng cụ cắt, kim loại gia công bị

biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Cùng một lúc, khi biến dạng lớp cắt, dao

chịu tác dụng lên mặt trước và mặt sau các lực tương ứng. Đây là một trong

những chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả quá trình gia công từ quan điểm lực cắt.

Lực cắt chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như tốc độ cắt, vật liệu gia

công, vật liệu làm dao...

Tính gia công phụ thuộc rất nhiều vào lực cắt. Lực cắt lớn thì tính gia

công sẽ thấp và ngược lại. Đánh giá theo quan điểm lực cắt là vật liệu cắt với

lực cắt nhỏ thì tính gia công tốt trong cùng điều kiện: phương pháp gia

công, dao, chế độ cắt, điều kiện cắt.[7]

1.3.4.Nhiệt cắt

Nguồn nhiệt phát sinh trong quá trình cắt là do công tiêu hao để

lại như: biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo lớp bị cắt và lớp tiếp xúc

giữa bề mặt đã gia công với dao, hay để khắc phục ma sát trên mặt

trước của dao với phoi và mặt sau của dao với phôi.

Đánh giá tính gia công theo quan điểm nhiệt cắt là cắt vật liệu

gia công với nhiệt cắt càng nhỏ thì tính gia công của vật liệu càng tốt,

nhiệt cắt là hệ quả của lực cắt. Khảo sát ảnh hưởng của tính gia công vật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

liệu theo nhiệt cắt cũng như với lực cắt.[7]

1.3.5.Mòn dụng cụ cắt

1.3.5.1 Cơ bản về mòn dụng cụ cắt

a, Khái niệm

Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt và sự tách vật liệu từ một hoặc cả

hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau.

Eyre và Davis định nghĩa mòn liên quan đến về khối lượng hoặc thể tích, dẫn

đến sự thay đổi vượt quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của

bề mặt. Nói chung mòn xảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt.

Trong quá trình chuyển động tương đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc

có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo,

nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào tách ra, sau đó

vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành

những hạt mài rời.

Do áp lực, nhiệt độ và tốc độ cắt, các bề mặt tiếp xúc của dao trong quá

trình sử dụng bị mài mòn. Tất cả các loại dụng cụ đều bị mài mòn: theo mặt

sau (dạng mài mòn thứ nhất) hoặc theo mặt sau và mặt trước (dạng mòn thứ

hai). Cả hai loại mòn này đều tồn tại khi gia công với mọi chế độ cắt được

dùng trong sản xuất.

b, Các cơ chế mòn của hai bề mặt trượt tương đối

* Mòn do dính

Khi hai bề mặt tiếp xúc với nhau, đỉnh các nhấp nhô sẽ bị biến dạng

dẻo dưới tác dụng của ứng suất pháp. Khi hai bề mặt chuyển động tương đối

với nhau lớp màng mỏng ôxy hoá và hấp thụ bị phá vỡ và vật liệu ở đỉnh các

nhấp nhô tiếp xúc trực tiếp gây dính.

Nếu sức bền dính đủ lớn để cản trở chuyển động trượt tương đối, một

vùng của vật liệu sẽ bị biến dạng dưới tác dụng của ứng suất nén và tiếp là sự

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

trượt xảy ra mạnh dọc theo các mặt phẳng trượt tạo thành các mảnh mòn dạng

lá mỏng. Nếu biến dạng xảy ra trên diện rộng ở vùng tiếp xúc đôi khi mảnh

mòn sinh ra có dạng như hình nêm và dính sang bề mặt đối tiếp.

Loladze và Rabinowicz cho rằng khi hai bề mặt làm từ vật liệu khác

nhau trượt tương đối với nhau các mảnh mòn của vật liệu cứng hơn cũng bị

tách ra khỏi vùng bề mặt. Nguyên nhân do sự dính ngẫu nhiên của vùng bề

mặt có sức bền bị giảm cục bộ với vùng bề mặt có sức bền cao cục bộ của vật

liệu mềm. Archard đã đưa ra mô hình tính toán mòn dính theo công thức sau:

(1-13)

Trong đó: Q là lượng mòn trên một đơn vị chiều dài quãng đường

trượt [khối lượng/chiều dài].

k - là xác suất của một tiếp xúc tạo ra một hạt mòn.

σ là giới hạn bền của vật liệu mềm hơn.

* Mòn do mỏi

Theo Bayer mòn do mỏi xảy ra vùng gần bề mặt do vật liệu chịu ứng

suất biến đổi theo chu kỳ. Các vết nứt về mỏi xuất hiện, phát triển từ bề mặt

và tự cắt nhau tạo nên các hạt mòn. Hiện tượng này xảy ra chủ yếu khi hai bề

mặt lăn và va chạm đối với nhau. Halling cho rằng khi các đỉnh nhấp nhô

không bị dính hoặc mòn do hạt mài thì sẽ bị biến dạng dẻo. Sau một số lần

tiếp xúc đủ lớn nhấp nhô có thể bị phá huỷ do mỏi tạo nên hạt mòn. Lý thuyết

mòn do dính không giải thích được tại sao các hạt mòn rời lại được tạo ra, đặc

biệt là hạt mòn từ bề mặt cứng hơn. Nhưng lại có thể giải thích bằng quá trình

mòn do mỏi. Vì thế Armarego cho rằng hai cơ chế mòn do mỏi và dính đều là

bộ phận của một quá trình mòn.

* Mòn do hạt mài

Trong nhiều trường hợp mòn bắt đầu do dính tạo nên các hạt mòn ở

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

vùng tiếp xúc chung, các hạt mòn này sau đó bị ôxy hoá biến cứng và tích tụ

lại là nguyên nhân tạo nên mòn hạt cứng ba vật, trong một số trường hợp hạt

cứng sinh ra và đưa vào hệ thống trượt từ môi trường. Vật liệu tách khỏi bề

mặt thông qua biến dạng dẻo trong quá trình mòn do cào xước có thể xảy ra

theo vài chế độ.

Cày là hiện tượng tạo rãnh do hạt mài cứng trượt và gây ra biến dạng

dẻo của vật liệu mềm hơn. Khi các nhấp nhô của bề mặt cứng và ráp hoặc các

hạt cứng trượt trên bề mặt mềm hơn và phá huỷ bề mặt tiếp xúc chung bằng

biến dạng dẻo hoặc nứt tách, trong trường hợp vật đối tiếp là vật liệu dẻo có

độ dai va đập cao, đỉnh các nhấp nhô cứng hoặc các hạt cứng sẽ gây nên biến

dạng dẻo của vật liệu mềm hơn trong cả trường hợp tải nhẹ nhất, trong trường

hợp vật liệu giòn có độ dai va đập thấp mòn xảy ra do nứt tách.

Mòn dụng cụ cắt do hạt mài có nguồn gốc từ các tạp chất cứng trong

vật liệu gia công như oxides và nitrides hoặc những hạt các bít của vật liệu gia

công trong vùng tiếp xúc giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công tạo nên

các vết cào xước trên bề mặt dụng cụ.

Hình 1. 8 Sơ đồ thể hiện các khả năng tương tác của hạt mài với bề mặt của

vật liệu, vết mòn và mặt cắt ngang của nó.

* Mòn do khuếch tán

Nhiệt độ cao phát triển trong dụng cụ đặc biệt là trên mặt trước khi cắt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

tạo phoi dây là điều kiện thuận lợi cho hiện tượng khuếch tán giữa vật liệu

dụng cụ và vật liệu gia công. Colwell đã đưa ra nghiên cứu của Takeyama cho

rằng có sự tăng đột ngột của tốc độ mòn tại nhiệt độ 9300C khi cắt bằng dao

hợp kim cứng. Điều này liên quan đến một cơ chế mòn khác đó là hiện tượng

mòn do khuếch tán, ôxy hoá hoặc sự phân rã hoá học của vật liệu dụng cụ ở

các lớp bề mặt. Theo Brierley và Siekman hiện nay mòn do khuếch tán đã

được chấp nhận rộng rãi như một dạng mòn quan trọng ở chế độ cắt cao, họ

chỉ ra các quan sát của Opitz cho thấy trong cấu trúc tế vi của các lớp dưới

của phoi thép cắt bằng dao hợp kim cứng chứa nhiều các bon hơn so với phôi.

Điều đó chứng tỏ rằng các bon từ các bít volfram đã hợp kim hoá hoặc

khuếch tán vào phoi làm tăng thành phần các bon của các lớp này.

Min và Youzhen đã phát hiện hiện tượng khuếch tán khi phay hợp kim

titan bằng dao phay gắn mảnh hợp kim cứng ở vận tốc cắt 200m/phút. Họ đã

quan sát một lớp giàu các bon dọc theo mặt tiếp xúc giữa bề mặt dụng cụ và

vật liệu gia công, dưới bề mặt dụng cụ xuất hiện một lớp thiếu các bon.

* Mòn do ôxy hoá

Dưới tác dụng của tải trọng nhỏ, các vết mòn kim loại trông nhẵn và

sáng. Mòn xảy ra với tốc độ thấp và các hạt mòn ôxits nhỏ được hình thành.

Bản chất của cơ chế mòn này là sự bong ra của các lớp ôxy hoá khi đỉnh các

nhấp nhô trượt lên nhau. Sau khi lớp ôxy hoá bị bong ra thì lớp khác lại được

hình thành theo một quá trình kế tiếp nhau liên tục. Tuy nhiên theo Halling

lớp màng ôxits và các sản phẩm của tương tác hoá học với môi trường trên bề

mặt tiếp xúc có khả năng ngăn ngừa hiện tượng dính của đỉnh các nhấp nhô.

Khi đôi ma sát trượt làm việc trong môi trường chân không thì mòn do

dính xảy ra mạnh do lớp màng ôxits không thể hình thành được.

1.3.5.2 Ảnh hưởng của mòn dụng cụ cắt tới tính gia công của vật liệu

Trong quá trinh cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

tiếp xúc với mặt sau của dao gây lên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ. Mài

mòn dụng cụ cắt là hiện tượng phức tạp xảy ra theo các hiện tượng lý hóa ở

các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công. Khi mài mòn, dạng

và thông số hình học của phần cắt dụng cụ cắt thay đổi gây nên các hiện

tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt (nhiệ tcắt,lực cắt...) và ảnh hưởng

xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công. Trong quá trình cắt, áp lực lên

bề mặt tiếp xúc lớn hơn rất nhiều sovới áplực làm việc của chi tiết máy và

dụng cụ bị mài mòn theo nhiều dạng khác nhau như mòn theo mặt sau, mòn

theo mặt trước...[7]

Đánh giá tính gia công của vật liệu theo quan điểm độ mòn và tuổi bền

của dụng cụ cắt có nghĩa là xem xét ảnh hưởng của vật liệu gia công tới

mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt.Vật liệu khi cắt cho tuổi bền của dao

thấp thì tính gia công thấp và ngược lại.[7]

1.3.6. Chất lượng bề mặt gia công

Chất lượng bề mặt (CLBM) gia công như một tiêu chí đánh giá tính gia

công của vật liệu. Chất lượng bề mặt càng tốt thì vật liệu càng dễ gia công.

Trong thực tế, chất lượng bề mặt của chi tiết máy có ý nghĩa quan trọng

để dảm bảo tuổi thọ của chúng. CLBM chi tiết máy ảnh hưởng trực tiếp đến

tính chất ma sát trong vùng làm việc; đến khá năng chống mài mòn cơ học;

chống ăn mòn hóa,... CLBM còn ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu tải trọng

va đập, đến độ bền mỏi,... của chi tiết máy. Chất lượng bề mặt chi tiết gia

công chịu ảnh hưởng rất lớn bởi phương pháp, qúa trình và chế độ công nghệ

gia công.

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt bao gồm:

+ Độ nhám bề mặt hay còn gọi là độ nhấp nhô tế vi

+ Độ sóng bề mặt.

+ Độ cứng tế vi hay cấu trúc tế vi lớp bề mặt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

+ Ứng suất dư bề mặt

Đánh giá tính gia công theo chất lượng bề mặt thường được sử dụng

khi gia công tinh. [7]

Mặt cắt ngang cấu trúc bề mặt chi tiết được tạo thành bởi quá trình gia

công cho ở (hình 1.9).

Hình 1. 9 Cấu trúc tế vi lớp bề mặt gia công

Chất lượng bề mặt được cấu thành bởi tính chất hình học tế vi lớp bề

măt (cấu trúc bề mặt -Surface texture), tính chất cơ lý lớp bề mặt gồm lớp

hư hỏng bề mặt (Surface integrity) và thay đổi cấu trúc tế vi (Microstructural

transformations). Cấu trúc lớp bề mặt và tính chất cơ lý lớp bề mặt phải

được đảm bảo và kiểm soát được trong suốt quá trình gia công.

Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt tác động vào bề mặt gia

công tạo thành phoi đồng thời hình thành những vết xước cực nhỏ trên bề

mặt gia công gọi là độ nhám bề mặt.

Độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tê vi) là tập hợp tất cả những bề mặt

lồi, lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trên một khoảng ngắn tiêu chuẩn.

1.3.6.1 Cấu trúc bề mặt (Surface texture)

Cấu trúc bề mặt liên quan đến những yếu tố về hình học đến bề mặt gia

công. Cấu trúc bề mặt gồm Profin bề mặt (nhám bề mặt; sóng bề mặt) và

các lỗi hình dáng trên bề mặt như vết gia công (Lay), các vết nứt, vết cào

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

xước,v.v. như hình 1.10.

a. Profin bề mặt(surface profile)

+ Nhám bề mặt (Surface roughness): tập hợp các mập mô bề mặt quan

sát trong khoảng ngắn tiêu chuẩn (theo TCVN TCVN 5120 : 2007: Profin

độ nhám (roughness profile)là Profile thu đƣợc từ profin ban đầu bằng

cách loại bỏ thành phần sóng dài thông qua sử dụng bộ lọc profin λc)..

+ Sóng bề mặt (Waviness): Độ không bằng phẳng của bề mặt quan sát

trong khoảng lớn tiêu chuẩn (theo TCVN TCVN 5120 : 2007: Profin độ

sóng (waviness profile) là Profin thu được bằng các ứng dụng tiếp sau của bộ

lọc profin λf và bộ lọc profin λc đối với profin ban đầu, bằng cách loại bỏ

thành phần sóng dài nhờ bộ lọc profin λf và loại bỏ thành phần sóng ngắn

nhờ bộ lọc profin (λc).

- Các lỗi hình dáng: các vết gia công (Lay); vết nứt, khuyết tật (Flaws);

vết chầy xước (cracks),v.v.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hình 1. 10 Nhám bề mặt, sóng bề mặt và các vết nứt vết gia công trên bề mặt

b. Tiêu chuẩn Quốc gia về nhám bề mặt

Tiêu chuẩn Quốc gia đặc tính hình học của sản phẩm – Nhám

bề mặt: các thuật ngữ, định nghĩa và các thông số nhám bề mặt được

quy định trong TCVN 5120 : 2007 (ISO 4287 : 1999); phương pháp Profin

quy định trong TCVN 2511: 2007 (ISO 12085 : 1996); cách ghi nhám bề mặt

trên tài liệu kỹ thuật của sản phẩm quy định trong TCVN 5707 : 2007 (ISO

1302 : 22002).

Hai thông số thường dùng để đánh giá nhám bề mặt gồm:

- Sai lệch trung bình cộng của profin được đánh giá Ra (Hình 1.11). Ra

được xác định theo công thức: (1.14)

Lm là chiều dài đo nhám, được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế.

Thực tế nhám là đại lượng không liên tục, phép tính tích phân (2.1)

được thay bằng phép cộng số để tính Ra:

(1.15)

- n là chỉ số nhấp nhô có giá trị đo yi.

Đơn vị đo chiều cao nhấp nhô là m hoặc -in do kích thước nhấp nhô

thường rất bé. Khi đo nhám theo Ra, quy định đo ngắt đoạn (Cutoff length)

trên khoảng 1:5 chiều dài chuẩn để kết quả đo không bị ảnh hưởng bởi các

đỉnh lượn sóng trên bề mặt.

Theo TCVN 2511-1995 quy định, nhám bề mặt có14 cấp độ (bảng 1.1).

Chất lượng bề mặt ở cấp độ “thô” và “siêu tinh”, đánh giá nhám theo chỉ số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Rz; ở cấp độ tinh và bán tinh, đánh giá nhám bề mặt theo chỉ số Ra.

Bảng 1.1. Các cấp độ nhám bề mặt theo TCVN 2511-1995

Hình 1. 11 Xác định nhám bề mặt Rz

RZ được xác định theo công thức sau:

(1.17)

1.3.6.2 Phương pháp xác định nhám bề mặt

Tất cả những nguyên tắc vật lý được nhắc đến trong kỹ thuật đo độ dài

cũng có thể áp dụng cho đo bề mặt. Do phương pháp đo cơ học và quang

học đã được chứng minh là có hiệu quả nhất trong lĩnh vực này, phần dưới

đây chỉ thảo luận về hai phương pháp này:

Dụng cụ đo bề mặt hoạt động dựa trên nguyên lý chức năng cơ học

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

thƣờng được gọi là dụng cụ đầu dò (stylus instruments). Phương pháp đo cơ

học được phân thành phương pháp quét và phương pháp cảm biến. Đối

với phương pháp quét (scanning), một đầu dò tiếp xúc được hạ xuống bề mặt

kiểm tra với tần số xác định.

Hướng bề mặt dưới mũi kim với tốc độ cấp liệu (tốc độ đưa vào) không

đổi. Đường tiếp xúc của đầu dò có thể nhận biết được một cách cơ học,

quang học, điện hoặc điện tử. Có thể nâng đầu dò tiếp xúc lên một mức cố

định (nguyên lý WOXEN) hoặc có thể nâng lên một lượng xác định từ

điểm tác động bề mặt tƣơng ứng (quá trình tiếp xúc phân tốc/ vi sai-

differential tactile procedure) (Hình 1.12).

Hình 1. 12 Đo nhám bằng phương pháp cơ học

Hình 1. 13 Đo nhám trên các bề mặt khác nhau

Trong quá trình tiếp xúc phân tốc, vi sai, năng lượng tác động của đầu

dò tiếp xúc thấp hơn sơ với nguyên lý WOXEN và cho thấy độ phân tán biên.

Do đó, độ sâu cắt của kim là không đổi, độ chính xác đo cao hơn so

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

với phƣơng pháp WOXEN. Trong trường hợp thiết bị hoạt động theo

phương pháp cảm biến, đầu dò được hứng liên tục trên bề mặt. Kim nâng lên

và hạ xuống phù hợp với mặt cạnh.

Chuyển động nâng chỉ ra tương ứng đối với điểm đối chiếu

trong thiết bị hoặc tương ứng với mức đối chiếu. Lúc này, bộ chuyển đối cơ

học, điện, quang học và điện tử đƣợc sử dụng.

Phương pháp cảm biến cạnh được sử dụng rất nhiều. Độc lập với kiểu

dáng thiết kế đầu dò được sử dụng, ba thiết kế hệ thống được phân biệt (Hình

1.13). Mặt phẳng hệ thống đối chiếu/ hệ thống tham chiếu Trong hệ thống

này, bộ phận quét được hướng trên mặt phẳng đối chiếu (mặt phẳng/ bào, cọc/

hình trụ) tƣơng ứng với mặt phẳng hình học lý tƣởng của mẫu thử nghiệm và

hướng dọc theo mặt phẳng đo. Ngoài các lỗi do hình dạnh thước cặp, hệ thống

quét này cho giá trị đáng tin cậy của độ nhám và độ lượn sóng của mẫu thử

nghiệm. Tuy nhiên, khi đo bề mặt rất nhỏ hoặc rất rộng, thao tác hệ thống

quét này dễ sai số. Một phương pháp thay thế là hệ thống tiếp xúc bề mặt

đối chiếu. Tại đây, phôi di chuyển theo chiều ngang trên bàn máy định hướng

chính xác dưới hệ thống quét được cố định chắc chắn. Bên cạnh độ nhám, có

thể xác định cấu trúc vĩ mô của bề mặt ở những khoảng nhất định.

1.3.7. Độ chính xác gia công

Độ chính xác gia công là mức độ đạt được khi gia công các chi

tiết thực so với độ chính xác thiết kế đề ra. Trong thực tế, độ chính xác

gia công thường được biểu hiện bằng sai lệch về kích thước và sai lệch

về hình dáng. Sai lệch gia công càng lớn tức là độ chính xác gia công

càng kém Trong quá trình gia công bằng bất kì phương pháp nào đều

phải dựa vào hình dáng và kích thước đã thiết kế. Trong thực tế, khó có

thể đạt được yêu cầu lý tưởng. Hình dáng kích thước thực so với yêu

cầu thiết kế có những sai lệch nhất định, dovậy người ta đánh giá tính

gia công trên quan điểm độ chính xác gia công thông qua sai số của quá

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

trình gia công.[7]

1.3.8. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế về quá

trình phay chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng

Trong quá trình gia công các chi tiết thành mỏng, các vách mỏng thường

bị biến dạng đàn hồi dưới tác động của lực cắt, như hình 1.14. Các chi tiết

dạng thành mỏng thường dễ bị biến dạng do có độ cứng thấp, rất khó có thể

kiểm soát độ chính xác gia công, thường dẫn đến làm tăng chi phí của quá

trình sản xuất. Vì vậy vấn đề quan trọng là phải kiểm soát được độ chính xác

gia công và sự biến dạng của chi tiết trong quá trình gia công.

Hình 1. 14 Biến dạng của chi tiết trong quá trình gia công

Trong gia công cắt gọt, phay là quá trình phổ biến được sử dụng để gia

công các chi tiết thành mỏng. Quá trình phay chi tiết dạng thành mỏng đã

được nhiều nhà nghiên cứu tập trung tìm hiểu và nghiên cứu, điển hình là các

nghiên cứu sau:

Các nghiên cứu về ứng suất dư gia công thường tập trung vào phân tích

và dự đoán dạng ứng suất dư bang cách xem xét các thông số xử lý khác

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

nhau, thông số dụng cụ và các thông số khác. Khabeery và Fattouch (1988) đã

phát hiện ra rằng biên độ của ứng suất dư thường tăng lên khi tăng lượng chạy

dao, chiều sâu cắt và độ bền kéo của vật liệu chi tiết [8]. Kuang và Wu (1995)

phát hiện ra rằng vận tốc cắt, lượng chạy dao, bán kính mũi dao có tác động

đáng kể tới ứng suất dư [9]. Coto et al. (2011) chỉ ra rằng lượn chạy dao tăng

sẽ làm tăng ứng suất dư kéo, tuy nhiên bằng cách tăng vận tốc cắt sẽ làm giảm

ứng suất dư kéo [10]. Navas et al. (2012) lưu ý rằng bằng cách giảm lượng

chạy dao và tăng vận tốc cắt có thể làm giảm ứng suất dư kéo khi gia công

thép AISI4340 [11].

Như vậy, rất khó có thể kiểm soát được dạng và độ lớn của ứng suất dư

của bề mặt gia công. Và không có quy luật rõ ràng nào được đưa ra khi sử

dụng vật liệu gia công khác nhau và với các thông số công nghệ khác nhau.

Ví dụ, Mohammadpour et al. (2010) cho thấy giá trị lớn nhất của ứng suất dư

lớp bề mặt (MMSRS) là 680MPa, và chiều sâu cắt ứng với ứng suất dư nén

tối đa là 200 micomet [12]. Liang và Su (2007) đã đo được MMSRS là 900

MPa, DMCRS dao động từ 25 đến 100 micromet [13]. Tuy nhiên, Ulutan et

al. (2007) tìm thấy MMSRS là 1200 MPa vàDMCRS có thể thậm chí nhỏ hơn

10 micomet [14]. Ảnh hưởng của các yếu tố tới các cấu trúc khác nhau trong

quá trình giảm nhiệt được nghiên cứu và tính toán. Robinson et al. (2011) đã

thảo luận về cơ chế phân phối lại ứng suất dư sau gia côn đối với vật liệu

Al7449 sau khi gia nhiệt [15]. Bằng cách loại bỏ vật liệu theo lớp, ảnh hưởng

của sự phân phối lại ứng suất dư tới biến dạng được thảo luận. Trong khi

không có dấu hiệu nào về giảm ứng suất, và mô hình được giới hạn trong quy

tắc dạng khối. Tóm lại, tất cả các nghiên cứu đều dựa trên chiều dày của mỗi

lớp (bằng hoặc gần bằng nhau) của chi tiết gia công, do đó khó có thể áp dụng

cho quá trình gia công chi tiết thành mỏng, khi mà chiều sâu cắt gia công thay

đổi. Do đó cần phân tích sâu hơn sự phân bố lại ứng suất dư của chi tiết dạng

thành mỏng với chiều sâu cắt khác nhau trong quá trình gia công, từ đó giảm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

biến dạng của chi tiết thành mỏng.

Nhiều nhà nghiên cứu đã tập trung nghiên cứu quá trình gia công chi

tiết thành mỏng, hiện tượng biến dạng xảy ra trong suốt quá trình phay chi

tiết. Một vài nghiên cứu tập trung xác định ảnh hưởng của các thông số công

nghệ tới biến dạng và độ nhám bề mặt. Ning và cộng sự, [16] đã sử dụng

phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để tính toán các biến dạng cấu trúc

thành mỏng trong quá trình gia công. Budak [17] phát triển mô hình phân tích

để tránh hiện tượng rung động khi phay hiệu suất cao mà không làm giảm

năng suất. Tang và Liu [18] đã mô phỏng và tính toán biến dạng của chi tiết

bằng FEM. Shamsuddin et al. [19] đã nghiên cứu chiến lược chạy dao tốt nhất

để gia công các chi tiết thành mỏng bằng hợp kim nhôm. Seguy et al. [20] đã

xây dựng một mô hình số sử dụng lý thuyết vùng ổn định để nghiên cứu độ

nhám bề mặt và rung động khi gia công chi tiết dạng thành mỏng. Tương tác

động lực học giữa dụng cụ cắt và trục chính được phân tích bằng cách sử

dụng FEM bởi Mane et al. [21]. Davies et al. [22] nghiên cứu các dao động

của thành mỏng trong quá trình phay. Benardos và cộng sự [23] đã sử dụng

các phương pháp khác nhau để dự đoán sự thay đổi của độ nhám bề mặt.

Thevenot et al. [24] nhằm mục đích tối ưu hóa các điều kiện cắt và xác định

chính xác các trường hợp phay mà các dao động không rõ ràng trong quá

trình gia công chi tiết thành mỏng.

Một số bài báo cũng mô tả các nghiên cứu về ảnh hưởng của các chiến

lược lập kế hoạch đường chạy dao và các thông số liên quan đến dụng cụ cắt

như lớp phủ, đường kính dao, góc xoắn đến độ nhám bề mặt và độ chính xác

chiều dày các chi tiết. Wan et al. [25] đã phát triển một phương pháp lý thuyết

mới để nghiên cứu cơ chế làm việc của góc xoắn và thu được góc xoắn tối ưu

cho các dao phay khi phay biên dạng ngoài. Tác giả đã chứng minh rằng giá

trị lớn nhất của lực cắt giảm khi tăng góc xoắn trong trường hợp cắt một cạnh.

Jabbaripour et al. [26] đã cải thiện độ chính xác hình học và tính toàn vẹn bề

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

mặt của các chi tiết thành mỏng trong quá trình phay tinh. Họ đã phân tích

ảnh hưởng của hướng cắt và vận tốc cắt tới biên độ của lực cắt, chất lượng bề

mặt gia công. Durakbasa et al. [27] tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của lớp

phủ dụng cụ và bán kính dụng cụ lên chất lượng bề mặt trong quá trình phay

tinh thép AISI H13. Herranz et al. [28] đề xuất các chiến lược chạy dao bằng

cách phân tích các hiện tượng tĩnh và động lực học xảy ra trong quá trình

phay cao tốc. Các tác giả đã đưa ra một số lời khuyên hữu ích khi gia công

các chi tiết có độ cứng thấp. Polishetty et al. [29] nghiên cứu mòn dụng cụ, độ

nhám bề mặt và lực cắt trong gia công hợp kim titan Ti-6Al-4V sử dụng

đường chạy dao trochoidal. Izamshah et al. [30] đã nghiên cứu ảnh hưởng của

ba chiến lược chạy dao gồm “water line-step”, “overlapping-step” và “tree

wise-steps” đến độ chính xác gia công. Kết quả cho thầy chiến lược chạy dao

ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết thành mỏng và kết quả chỉ ra rằng

chiến lược chạy dao waterline-step ảnh hưởng nhiều nhất tới độ chính xác gia

công. Vakondios et al. [31] cũng nghiên cứu ảnh hưởng của các chiến chạy

dao tới độ nhám bề mặt trong quá trình phay tinh hợp kim nhôm.

Subramanian et al. [32] đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của

các thông số hình học dao phay tới rung động trong suốt quá trình phay.

Kadirgama et al. [33] đã nghiên cứu tối ưu hóa độ nhám bề mặt khi phay hợp

kim nhôm (AA6061-T6) với dụng cụ cắt phủ cacbit. Karkalos et al. [34] sử

dụng RSM để phát triển mối quan hệ bậc hai giữa các tham số đầu vào và đầu

ra trong quá trình phay ngoại vi của hợp kim titan. Hơn nữa, một mô hình mô

phỏng dựa trên mạng nơron nhân tạo (ANN) cũng được phát triển.

Như vậy, theo các tài liệu đã công bố về quá trình phay các chi tiết

thành mỏng thì nghiên cứu xác định chế độ công nghệ hợp lý khi gia công các

chi tiết thành mỏng bằng hợp kim nhôm chưa được nhiều tác giả quan tâm.

Và đặc biệt nghiên cứu công nghệ gia công các chi tiết thành mỏng đang còn

khá mới ở Việt Nam.. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu xác

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

định chế độ công nghệ hợp lý khi phay các chi tiết hợp kim nhôm thành

mỏng”, góp phần hoàn thiện bổ sung kiến thức lý thuyết cũng như cải thiện và

nâng cao hiệu quả sản xuất.

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ

tới lực cắt, độ nhám, ứng suât dư, biến dạng của chi tiết và độ chính xác kích

thước khi phay các chi tiết thành mỏng, từ đó xác định được chế độ công nghệ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

hợp lý.

CHƯƠNG 2:

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI BIẾN DẠNG VÀ NHÁM BỀ MẶT

KHI PHAY CÁC CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM THÀNH MỎNG A6061

2.1 Giới thiệu về hợp kim nhôm A6061

2.1.1 Hợp kim nhôm A6061

Hợp kim nhôm A6061 là hợp kim nhôm hóa bền với thành phần chủ

yếu là nhôm, magie và hợp kim silicon. Hợp kim nhôm A6061 có tính chất cơ

học tốt, có khả năng chống ăn mòn, có hình hàn tốt và có khả năng định hình

tốt. Do đó hợp kim nhôm A6061 được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

công nghiệp như sản xuất linh kiện tự động hóa, khuôn gia công thực phẩm,

khuôn chế tạo và các chi tiết cơ khí.

Thành phần hóa học của hợp kim nhôm A6061 được thể hiện trong

bảng 2.1 và đặc điểm cơ tính của nhôm A6061 được thể hiện trong bảng 2.2.

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của hợp kim nhôm A6061

Tỷ lệ phần trăm về Tên nguyên tố khối lượng (%)

95.85–98.56 Nhôm (Al)

Silicon 0.4-0.8

Đồng (Cu) 0.15-0.4

Sắt (Fe) 0-0.7

Magan (Mn) 0-0.15

Magie (Mg) 0.8-1.2

Crom (Cr) 0.04-0.35

Kẽm (Zn) 0-0.25

Titan (Ti) 0-0.15

Các nguyên tố khác 0.05-0.15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Bảng 2.2 Đặc điểm cơ học của hợp kim nhôm A6061

Tính chất Giá trị

Độ cứng 95HB

Độ bền kéo 260MPa

Độ giãn dài tới hạn 12%

Modul đàn hồi 68.9 GPa

Hệ số poisson 0.33

Độ bền mỏi 96.5MPa

Độ dai va chạm 29Mpa-m1/2

Khả năng gia công so với hợp kim 50%

nhôm khác

Modul đàn hồi trượt 26Mpa

Độ bền cắt 207MPa

Nhiệt độ nóng chảy 5850C

Nhiệt dung riêng 897 J/(kg.K)

2.2 Phay chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm A6061

2.2.1 Tính gia công của hợp kim nhôm A6061

Hợp kim nhôm A6061 là một trong những vật liệu có tính gia công tốt

vì lực cắt thấp, có khả năng dẫn nhiệt tốt và có tốc độ mòn dụng cụ cũng thấp.

Tuy nhiên, vấn đề thường gặp và được quan tâm nhiều khi gia công hợp kim

nhôm là tuổi bền dụng cụ cắt, chất lượng bề mặt và quá trình hình thành phoi

do hiện tượng thoát phoi khó và dễ hình thành lẹo dao khi gia công. Với đặc

tính dễ gia công nên hợp kim nhôm A6061 có thể được gia công bằng nhiều

dụng cụ cắt khác nhau như dụng cụ cắt bằng thép gió, dao phủ PCD, hoặc dao

carbide. Do tính hòa tan silic vào nhôm cao nên các dụng cụ cắt gốm có nền

silic thường ít được sử dụng khi gia công nhôm.

Khi gia công nhôm, có thể tăng vận tốc cắt lên cao mà vẫn đảm bảo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

tuổi bền dao hợp lý. Thành phần của nhôm cũng ảnh hưởng lớn tới khả năng

gia công của hợp kim nhôm. Thành phần đồng trong hợp kim nhôm giảm sẽ

làm tăng tốc độ mòn dao và giảm tính gia công của hợp kim nhôm. Thành

phần tạp chất trong hợp kim nhôm cũng làm hạn chế tốc độ cắt và giảm tuổi

bền dụng cụ cắt khi gia công. Các hạt silic tự do trong nhôm cứng hơn nhiều

so với nền hợp kim, làm tăng ứng suất và nhiệt độ cục bộ làm cho quá trình

mòn dao diễn ra nhanh hơn với vật liệu PCD. Tốc độ cắt giới hạn khi tiện

dao carbide không phủ là 100m/ph nhưng có thể tăng tới 1000m/ph khi phủ

PCD [13], [19]. Sắt là một loại tạp chất có trong tất cả các hợp kim nhôm,

sắt cũng tạo ra các hợp chất cứng gây ra mòn dao và giảm tính gia công của

hợp kim nhôm.

Hợp kim nhôm A6061có thành phần hợp kim chính là Mg, Cu và

silicon. Đây là loại hợp kim mềm có tính gia công cao (50%), mặc dù quá

trình thoát phoi khó khăn thường làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt và chất

lượng bề mặt gia công.

2.2.2 Phay chi tiết thành mỏng

Các chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm được sử dụng phổ

biến trong ngành hàng không, như hình 2.1 và bảng 2.3 thể hiện hình dáng và

thông số của một chi tiết thành mỏng điển hình được sản xuât bởi Fokker

Aerost. Do tính chất chiểu dày của thành nhỏ, chỉ từ 1-5mm, nên ảnh hưởng

rất lớn tới việc lập kế hoạch cũng như chu trình gia công chúng. Nguyên nhân

chủ yếu là do chi tiết thành mỏng thường có độ cứng thấp và giảm liên tục

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

theo quy trình gia công chúng.

Hình 2. 1 Chi tiết thành mỏng được gia công bởi bởi Fokker Aerost

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật đặc trưng của chi tiết thành mỏng bằng

hợp kim nhôm

Kích thước Dải kích thước (mm)

Chiều dài 1000 – 1700

Chiều cao 400 - 900

Chiều sâu 100 - 150

Chiều dày thành 1-5 (thường 1.1mm)

Dung sai 0.1

Dung sai lỗ 0.03

Quá trình phay chi tiết thành mỏng được thực hiện trên trung tâm phay

đứng. Do phôi gia công có độ cứng thấp nên khó gia công do nó bị biến dạng

hoặc rung động xảy ra dưới ảnh hưởng của lực cắt. Khi phay các chi tiết thành

mỏng thường sử dụng kiểu chạy dạo song song, độ cứng chi tiết giảm dần khi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

phoi được bóc tách đi. Khi chiều dày phôi còn vài milimet có thể gây ra các

biến dạng đáng kế của chi tiết. Để giải quyết các vấn đề này, các nhà nghiên

cứu thường tập trung nghiên cứu các nội dụng sau:

- Tối ưu hoa điều kiện cắt hoặc hình dạng dụng cụ cắt để giảm biến dạng

và rung động của chi tiết thành mỏng.

- Tối ưu hóa đường chạy dao

- Thiết kế vị trí kẹp và lực kẹp hợp lý

- Phay đồng thời hai mặt của chi tiết thành mỏng bằng máy có hai trục

chính.

2.3 Nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới nhám bề mặt khi phay chi

tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm

2.2.1 Ảnh hưởng của chế độ cắt

2.2.1.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt

Vận tốc cắt có ảnh hưởng lớn tới nhám bề mặt khi gia công, do vận tốc

cắt thay đổi làm thay đổi quá trình tạo phoi, ảnh hưởng đến độ lớn và mức độ

biến dạng của quá trình tạo phoi, từ đó ảnh hưởng tới nhiệt cắt, quá trình hình

thành lẹo dao khi gia công.

Quá trình gia công bằng cắt là quá trình nén kim loại. Kim loại bị biến

dạng trong miền tạo phoi AOE cũng trải qua ba giai đoạn: biến dạng đàn hồi,

biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy. Trong quá trình cắt, miền tạo phoi AOE

di chuyển cùng với dao và khi tốc độ cắt lớn, miền tạo phoi co hẹp lại, chiều

rộng miền tạo phoi chỉ còn khoảng vài phần trăm milimet. Trong trường hợp

này, sự biến dạng của vật liệu gia công có thể xem như lân cận mặt OF. Để

đơn giản có thể xem như quá trình biến dạng xảy ra ngay trên mặt phẳng đi

qua lưỡi cắt và hợp với phương chạy dao góc F– góc trượt quy ước. Góc trượt

đặc trưng cho hướng và trị số của biến dạng dẻo trong miền tạo phoi. F càng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

nhỏ biến dạng càng lớn [5].

Hình 2. 2 Miền tạo phoi khi gia công kim loại

Mức độ biến dạng của phoi chịu ảnh hưởng chủ yếu của vận tốc cắt, từ

đó làm thay đổi nhám bề mặt gia công. Hình 2.3 mô tả ảnh hưởng của vận tốc

cắt tới hệ số co rút phoi khi gia công thép cacbon.

Hình 2. 3 Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới hệ số co rút phoi khi gia công thép

cacbon.

- Khi Vc tăng từ V1-V2 thì hệ số co rút phoi K giảm.

Trong vùng vận tốc cắt này khi Vc tăng m tăng thì lực ma sát tăng, biến

dạng của phoi tăng. Mặt khác khi đó lẹo dao xuất hiện và tăng dần làm tăng

góc trước, giảm góc cắt làm quá trình cắt dễ dàng hơn, phoi thoát ra dễ dàng

hơn biến dạng của phoi giảm và đạt giá trị cực tiểu tại B ứng với Vc =V2 (tại

đây chiều cao lẹo dao lớn nhất). Hai ảnh hưởng này bù trừ lẫn nhau nhưng

ảnh hưởng của lẹo dao lớn hơn. Do đó khi gia công trong vùng vận tốc này thì

chất lượng bề mặt gia công kém và có thể cho giá trị nhám bề mặt lớn nhất.

- Khi Vc tăng từ V2 - V3 thì hệ số co rút phoi K tăng.

Trong vùng vận tốc cắt này, khi Vc tăng chiều cao lẹo dao giảm dần,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

dẫn đến góc trước giảm, góc cắt tăng, biến dạng của phoi tăng. Nguyên nhân

là do khi Vc tăng, hệ số ma sát giảm, lực ma sát giảm, biến dạng của phoi

giảm. Kết hợp hai ảnh hưởng này, ảnh hưởng của lẹo dao lớn hơn nên khi Vc

tăng, biến dạng của phoi tăng và đạt giá trị cực đại khi Vc = V3 (tại đây lẹo

dao mất hẳn), làm nhám bề mặt giảm.

- Khi Vc > V3: lẹo dao không còn, mặt khác nhiệt độ ở vùng cắt rất

cao làm cho lớp kim loại của phoi sát mặt trước bị chảy nhão, hệ số ma sát

giữa phoi và mặt trước giảm, K giảm và nâng cao được độ nhẵn bóng bề mặt

gia công.

2.2.1.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao

Qua thực nghiệm đối với phương pháp tiện người ta đã xác định được

mối quan hệ đến các thông số độ nhám (chiều cao nhấp nhô tế vi) Rz, lượng

tiến dao S, bán kính mũi dao r và chiều dày phoi nhỏ nhất hmin Mô tả sự hình

thành độ nhám bề mặt khi gia công bằng các loại dao tiện khác nhau.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hình 2. 4 Ảnh hưởng của các thông số hình học tới nhám bề mặt khi tiện

Ở đây khi tiện, sau một vòng quay của chi tiết gia công dao thực hiện

một lượng ăn dao S1(mm/vòng) và dịch chuyển từ vị trí 1 sang vị trí 2 (hình

2.4a). Trong trường hợp này trên bề mặt gia công còn lại phần kim loại chưa

được hớt đi (phần m). Phần m này chính là độ nhám bề mặt sau khi gia công.

Ta thấy, hình dáng và giá trị của độ nhám bề mặt phụ thuộc vào lượng chạy

dao S1 và hình dáng lưỡi cắt. Ví dụ, khi giảm lượng chạy dao từ S1 xuống S2,

chiều cao nhấp nhô tế vi (chiều cao độ nhám) Rz giảm xuống Rz’(hình

2.4b).Nếu thay đổi góc nghiêng chính ϕ và góc nghiêng phụ ϕ1 thì chiều cao

và hình dáng của độ nhám sẽ thay đổi (hình 2.4c). Khi gia công bằng dao có

bán kính mũi dao lớn thì hình dáng của độ nhám cũng có dạng được vẽ tròn

(hình 2.4d). Nếu tăng bán kính mũi dao tới r2 thì chiều cao của độ nhám Rz

giảm xuống (hình 2.4e). Trong quá trình hình thành độ nhám khi tiện bằng

dao có bán kính mũi dao không lớn và lượng chạy dao lớn thì độ nhám bề mặt

không chỉ chịu ảnh hưởng của bán kính mũi dao mà còn chịu ảnh hưởng của

lưỡi cắt chính và lưõi cắt phụ (hình 2.4g) có nghĩa là ảnh hưởng của các góc

ϕ và ϕ1. Từ những lập luận trên đây mà giáo sư người Nga Trebưsep đã đưa

ra công thức biểu thị mối quan hệ đến Rz với s, r và hmin như sau:

Khi S > 0,15 mm/vòng thì:

Khi S < 0,1 mm/vòng thì:

Ở đây, chiều dày phoi kim loại hmin phụ thuộc vào bán kính mũi dao r.

Nếu mài lưỡi dao cắt bằng đá kim cương mịn ở mặt trước và mặt sau lưỡi cắt,

khi r = 10µm thì hmin= 4µm. Mài dao hợp kim cứng bằng đá thường nếu r =

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

40µm thì hmin≥ 20µm.

Nếu lượng chạy dao S quá nhỏ (S < 0,3 mm/vòng) thì trị số Rz

lại tăng, nghĩa là thực hiện bước tiện tinh hoặc phay tinh với lượng chạy dao

S quá nhỏ sẽ không có ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng bề mặt.

Lượng chạy dao S ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học như đã nói

ở trên, còn có ảnh hưởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi

ở bề mặt gia công, làm cho độ nhám thay đổi. Hình 2.9 là đồ thị quan hệ đến

lượng chạy dao S và chiều cao nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt) Rz khi gia

công thép cacbon.

Hình 2. 5 Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt Rz

Khi gia công với lượng chạy dao S = 0,02÷0,15 mm/vòng thì bề mặt

gia công có độ nhấp nhô tế vi giảm. Nếu gia công với S < 0,02 mm/vòng thì

độ nhấp nhô tế vi sẽ tăng lên (độ nhẵn bóng giảm xuống) vì ảnh hưởng của

biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học. Nếu lượng chạy

dao S > 0,15 mm/vòng thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành

các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học, làm cho

độ nhám bề mặt tăng lên (đoạn BC trên hình 2.5). Như vậy, để đảm bảo độ

nhẵn bóng bề mặt và năng suất gia công nên chọn giá trị lượng chạy dao S

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

trong khoảng từ 0,05÷0,12 mm/vòng đối với thép cacbon.

2.2.1.3 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt

Chiều sâu cắt nhìn chung không có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề

mặt. Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt

tăng, do đó độ nhám có thể tăng. Ngược lại, chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm cho

dao bị trượt trên bề mặt gia công và xảy ra hiện tượng cắt không liên tục, do

đó độ nhám bề mặt lại tăng. Hiện tượng gây trượt dao thường ứng với giá trị

của chiều sâu cắt trong khoảng 0,02÷0,03 mm

2.2.2 Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu gia công

Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt đến quá trình tạo phoi và chất

lượng bề mặt khi gia công được xét qua quan hệ giữa cơ lý tính của vật liệu

gia công và tính cắt của vật liệu làm dao. Tính cắt của vật liệu làm dao phải

đảm bảo các yêu cầu: độ cứng, độ bền cơ học, tính chịu nhiệt, tính chịu mòn

và tính công nghệ [7]. Do có tính dẻo, nên khi gia công hợp kim nhôm thường

bị dính trong khi cắt, có xu hướng hình thành phoi dài, dạng dây.

Vật liệu gia công ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi)

chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon) dễ

biến dạng dẻo sẽ làm cho độ nhám bề mặt tăng hơn so với vật liệu cứng và

giòn. Để đạt độ nhám bề mặt thấp (độ nhẵn bóng bề mặt cao) người ta thường

tiến hành thường hoá thép cacbon ở nhiệt độ 850÷8600C trước khi cắt gọt.

Độ cứng của vật liệu gia công tăng thì chiều cao nhấp nhô tế vi giảm và

hạn chế ảnh hưởng của tốc độ cắt tới chiều cao nhấp nhô tế vi. Khi độ cứng

của vật liệu gia công đật tới giá trị HB = 5000 N/mm2 thì ảnh hưởng của tốc

độ cắt tới chiều cao nhấp nhô tế vi (Rz) hầu như không còn. Mặt khác, giảm

tính dẻo của vật liệu gia công bằng biến cứng bề mặt cũng làm giảm chiều cao

n hấp nhô tế vi.

2.2.3 Ảnh hưởng của chiến lược chạy dao khi phay các chi tiết thành mỏng

Gia công các chi tiết có độ cứng vững thấp như các chi tiết thành mỏng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

thường gặp nhiều khí khăn bởi vì chi tiết thường bị biến dạng hoặc rung động

do tác dụng cuả lực cắt. Khi gia công chi tiết thành mỏng bằng cách phay

cạnh với đường chạy dao song song, độ cứng vững của chi tiết thường giảm

cùng với lượng kim loại được bóc tách đi. Khi chiều dày chiều dày giảm

xuống đến vài milimet, biến dạng của chi tiết có thể tăng rất lớn. Vì vậy có rất

nghiều nghiên cứu đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của chiến lược chạy

dao tới độ biến dạng của chi tiết trong quá trình gia công các chi tiết thành

mỏng. Dự đoán biến dạng của chi tiết bằng phần tử hữu hạn thông qua mô

hình lực cắt đã được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng [1]. Bằng cách tiếp cận

đó, nếu chiến lược chạy dao không được thiết kế phù hợp, chiều sâu cắt và

lượng chạy dao thường giảm dẫn tới hiệu quả của quá trình gia công. Quy luật

8:1 cũng được sử dụng phổ biến trong gia công các chi tiết của máy bay [3].

Theo đó, để gia công tinh một chi tiết thành mỏng có chiều rộng 1mm bằng

phay cạnh thì chiều sâu cắt phải nhỏ hơn hoặc bằng 8mm. Smith etal [3] đã đề

xuất một thiết kế đường chạy dao để gia công chi tiết thành mỏng của cấu trúc

máy bay. Trong thiết kế này, đường chạy dao luôn luôn được rời sang một

phần khác ở phía đối diện để gia công.

Đối với kế hoạch gia công, phần mềm gia công tự động lập trình hoạc

phần mềm CAM được sử dụng rộng rãi. Phần mềm gia công lập trình tự động

được thiết lập trên bộ điều khiển CNC của máy công cụ, ở đó các đường tạo

ra được tự động tạo ra khi quá trình gia công lựa chọn vùng gia công, đường

chạy dao, dụng cụ cắt và điều kiện cắt. Sử dụng phần mềm CAM, một đường

chạy dao được tự động hình thành khi điều kiện cắt được lựa chọn. Thiết kế

đường chạy dao chỉ dựa vào hình dạng sản phẩm. Khi độ cứng vững của chi

tiết nhỏ, biến dạng tức thời tại điểm cắt nên được chú ý. Tuy nhiên, một thiết

kế đường chạy dao phù hợp với độ cứng vững của chi tiết là rất khó.

Một nhóm tác giả khác lại quan tâm tới thuật toán thiết kế đường chạy

dao mà có thể tối thiểu hóa lượng biến dạng tức thời tại điểm cắt [8,9]. Thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

giải này đã được sử dụng trong quá trình thiết kế. Bằng cách chia nhỏ lượng

vật liệu cần được loại bỏ đi thành nhiều khối nhỏ. Và thuật toán sẽ tìm ra cách

thức loại bỏ các khối này đảm bảo lực cắt là nhỏ nhất. Từ đó đảm bảo biến

dạng phôi là nhỏ nhất.

2.3 Giới hạn vấn đề nghiên cứu

Trong điều kiện trang thiết bị trong nước, cũng như điều kiện trang thiết

bị thí nghiệm của trường đại học kỹ thuật công nghiệp, với mục đích nâng cao

độ nhám bề mặt và chi phí gia công các chi tiết thành mỏng. Từ những mục

tiêu đó, tác giả lựa giới hạn lại vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công

nghệ tới độ nhám bề mặt khi phay cạnh chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim

nhôm A6061.

Từ đó tác giả tập trung giải quyết các vấn đề sau:

+ Tìm hiểu lý thuyết về hợp kim nhôm, chi tiết thành mỏng và quá

phay hợp kim nhôm.

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số công nghệ tới nhám bề mặt

khi gia công chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm A6061.

2.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu thực nghiệm;

- Tổng hợp và phân tích số liệu thực tế;

- Xử lý các số liệu thực nghiệm có sự trợ giúp của máy tính;

- Rút ra những quy luật từ kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

nghiệm

KẾT LUẬN CHƯƠNG II:

- Chương này trình bày khái quát về hợp kim nhôm và chi tiết thành

mỏng làm bằng hợp kim nhôm A6061

- Phân tích quá trình phay chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm

cho thấy chi tiết thường bị biến dạng khi gia công do có độ cứng vững thấp.

- Tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi và nhám bề mặt khi phay chi tiết thành mỏng. Kết quả cho thấy, khi phay chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm, nhám bề mặt gia công bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số công nghệ như vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và chiều rộng cắt.

- Giới hạn vấn đề nghiên cứu là nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ (vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và chiều rộng cắt) tới nhám bề mặt và biến dạng chi tiết gia công. Từ đó xây dựng được mô hình nghiên cứu.

- Đưa ra phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

và biến dạng chi tiết khi phay chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm.

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT TỚI

ĐỘ NHÁM BỀ MẶT VÀ BIẾN DẠNG CHI TIẾT KHI PHAY CHI

TIẾT HỢP KIM NHÔM THÀNH MỎNG

3.1 Đặt vấn đề

Mục tiêu nghiên cứu được tác giả đặt ra là nghiên cứu ảnh hưởng của

chế độ công nghệ khi phay chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm

A6061. Thông số công nghệ được khảo sát bao gồm vận tốc cắt, lượng chạy

dao, chiều sâu cắt và chiều rộng cắt.

Đánh giá kết quả nghiên cứu thông qua một số chỉ tiêu là nhám bề mặt

và độ biến dạng chi tiết.

3.2 Thiết kế hệ thống thí nghiệm

3.2.1 Yêu cầu của hệ thống thí nghiệm

Xây dựng hệ thống thí nghiệm phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đáp ứng được yêu cầu lý thuyết cần nghiên cứu.

- Đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và độ ổn định.

- Đảm bảo việc thu thập, lưu trữ và xử lý số liệu thuận lợi.

- Đảm bảo tính khả thi.

- Đảm bảo tính kinh tế.

3.2.2 Hệ thống thí nghiệm

3.2.2.1 Máy gia công

Quá trình thí nghiệm được thực hiện trên trung tâm gia công Mazak

530 C do nhật bản sản xuất. Thông số kỹ thuật của trung tâm phay Mazak

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

530C được thể hiện trong bảng 3.1.

Hình 3. 1 Trung tâm phay đứng Mazak 530C

Giá trị Thông số kỹ thuật

1300x660mm Kích thước bàn máy

BT40 Côn trục chính

Tốc độ lớn nhất của trục chính 12000 vòng/phút

19Kw Công suất

30 Số dụng cụ

Hành trình chạy dao X-Y-Z 1060-630-610 mm

3.2.2.2 Dụng cụ cắt

Sử dụng dao phay ngón làm bằng vật liệu các bít không phủ có 3 răng

cắt, góc xoắn 450 của hãng YG Hàn Quốc với mã 36588, có thông số kỹ thuật

như bảng 3.1. Đây là dụng cụ cắt chuyên dụng gia công hợp kim nhôm và hợp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

kim màu, sử dụng khi gia công tinh với chất lượng bề mặt cao.

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của dao phay ngón sử dụng cho thí nghiệm

Chiều

Đường

Chiều

Vật

dài

Vật

Số

Góc

dài

kính

Loại

liệu

phần

liệu

răng

xoắn

tổng

dao

chuôi

dao

gia

cắt

dao

phủ

cắt

(0)

(in)

công

(in)

7/16

2

4 Carbide Không 3

Square 45

Nhôm

Hình 3. 2 Dao phay ngón của hãng YG

3.2.2.3 Chế độ công nghệ

Dao phay ngón bằng các bit của hãng YG được sử dụng để gia công

với vận tốc cắt lớn, cho năng suất gia công lớn. Tuy nhiên, hãng chỉ đưa ra

chế độ cắt khuyến cáo cho tất cả các trường hợp với cùng đường kính, như

hình 3.3. Căn cứ vào khả năng công nghệ của hệ thống thí nghiệm và khuyến

cáo từ nhà sản xuât, tác giả lựa chọn dải vận tốc cắt và lượng chạy dao như

bảng 3.2. Ngoài ra, với mục đích nghiên cứu lựa chọn bộ thông số công nghệ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

cho quá trình gia công tinh chi tiết thành mỏng và căn cứ khuyến cáo khi gia

công nhôm A6061 [35], tác giả lựa chọn chiều sâu cắt và chiều rộng cắt như

bảng 3.2.

Hình 3. 3 Chế độ cắt khuyến cáo của nhà sản xuất khi phay cạnh

Bảng 3.2 Chế độ cắt khảo sát

Thông số Dải tốc độ khảo sát

Vận tốc cắt (m/ph) 250 350

Lượng chạy dao răng (mm/răng) 0.02 0.06

Chiều sâu cắt (mm) 0.3 1.2

Chiều rộng cắt (mm) 8 16

3.2.2.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi

a, Thiết kế thí nghiệm

Phương pháp thiết kế thí nghiệm Taguchi sử dụng ma trận thí nghiệm

đơn giản, đã được ứng dụng có hiệu quả trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác

nhau. Nhiều nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 1970 đã chỉ ra rằng

phương pháp Taguchi có thể sử dụng cho nghiên cứu hàn lâm, cũng như cho

những ứng dụng trong sản xuất, và đặc biệt phù hợp cho những người có hiểu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

biết hạn chế về thống kê.

Các bảng Taguchi có thể được tạo ra bằng tay (với các bảng nhỏ) hoặc

bằng các thuật toán thông qua các phần mềm. Việc lựa chọn các bảng được

dựa theo số lượng các thông số khảo sát và các mức giá trị thay đổi của

chúng. Phân tích phương sai (ANOVA) dựa vào dữ liệu từ các ma trận thí

nghiệm của Taguchi có thể được sử dụng để lựa chọn các thông số mới để tối

ưu hóa các kết quả đầu ra. Dữ liệu từ các bảng có thể được phân tích bằng

biểu đồ, hình ảnh, ANOVA và hệ số kiểm tra fisher (F). Do đó phương pháp

này cho phép sử dụng tối thiểu các thí nghiệm cần thiết để để nghiên cứu ảnh

hưởng của các thông số lên một đặc tính được lựa chọn nào đó của một quá

trình/sản phẩm từ đó nhanh chóng điều chỉnh các thông số tiến đến tối ưu

nhanh nhất. Như vậy, có thể sử dụng phương pháp Taguchi để tìm tổ hợp các

thông số công nghệ ảnh hưởng tới các yếu tố cơ bản của quá trình cắt trong

mô hình thí nghiệm đơn lưỡi cắt.

b, Xây dựng ma trận thí nghiệm

Thông số đầu vào và các mức của các thông số

Với mục đích khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới biến

dạng chi tiết và nhám bề mặt khi phay chi tiết thành mỏng bằng hợp kim

nhôm sử dụng dao phay carbide không phủ, thí nghiệm lựa chọn các thông số

khảo sát bao gồm: Vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và chiều rộng

cắt với các mức giá trị khảo sát như trong bảng 3.3.

Bảng 3.3 Các thông số khảo sát và mức giá trị tương ứng

Mức giá trị TT Yếu tố khảo sát Ký hiệu

1 Vận tốc cắt (m/phút) A 1 250 2 300 3 350

2 Lượng chạy dao B 0.02 0.04 0.06

(mm/phút)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

3 4 Chiều sâu cắt Chiểu rộng cắt C D 0.3 8 0.6 12 1.2 16

Sự tương tác giữa các yếu tố

Việc lựa chọn sự tương tác giữa các thông số trong nghiên cứu phụ thuộc

vào sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các các thông số đến kết quả nghiên cứu. Trong

phạm vi nghiên cứu, tương tác giữa các yếu tố được xem xét nghiên cứu.

Bậc tự do của ma trận thí nghiệm

Bậc tự do của ma trận thí nghiệm được xác định bằng tổng bậc tự do của

các thông số với bậc tự do các sự tương tác, bảng 3.4:

Bậc tự do của một thông số: dof=K-1; với K là số mức giá trị của thông số.

Bậc tự do của mỗi tương tác giữa các thông số: dof(AxB)=(KA-1).(KB-1)

với KA, KB là số mức giá trị của thông số A, B.

Bảng 3.4 Bậc tự do của ma trận thí nghiệm

A

B

C

D

Tổng

Thông số

2

8 dof

Như vậy ma trận thí nghiệm này có bậc tự do là 8 và bảng ma trận thí

nghiệm của Taguchi được lựa chọn phải lớn hơn hoặc bằng 8.

Ma trận thí nghiệm

Như vậy, Với các thông số khảo sát với vận tốc cắt (A), lượng chạy dao

(B), chiều sâu cắt (C) và chiều rộng cắt (D) có 3 mức giá trị, thiết kế thí

nhiệm L9 (như bảng 3.5) được lựa chọn để phân tích ảnh hưởng của các thông

số A, B, C và D tới các yếu tố đầu ra. Từ đó thành lập được ma trận thí

nghiệm như bảng 3.6.

Bảng 3.5 Thiết kế thí nghiệm L9

STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9

A 1 1 1 2 2 2 3 3 3

B 1 2 3 1 2 3 1 2 3

C 1 2 3 2 3 1 3 1 2

D 1 2 3 3 1 2 2 3 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Bảng 3.6 Ma trận thí nghiệm

Vận tốc

Chiều sâu cắt

Chiều rộng cắt

Lượng chạy dao

STT

cắt

(mm)

(mm/răng)

(m/ph)

1

250

0.02

0.3

8

2

250

0.04

0.6

12

3

250

0.06

1.2

16

4

300

0.02

0.6

16

5

300

0.04

1.2

8

6

300

0.06

0.3

12

7

350

0.02

1.2

12

8

350

0.04

0.3

16

9

350

0.06

0.6

8 c, Chỉ tiêu đánh giá

Mô hình thí nghiệm được thiết lập với mục đích đánh ảnh hưởng của các

thông số công nghệ tới biến dạng chi tiết và độ nhám bề mặt khi. Vì vậy biến

dạng chi tiết và nhám bề mặt là hai chỉ tiêu chính được lựa chọn trong mô

hình thí nghiệm.

a, Biến dạng chi tiết

- Dụng cụ đo: dùng đồng hồ so có giá trị thang chia 0,001 mm

- Phương pháp:

Để đảm bảo biến dạng chi tiết không bị ảnh hưởng bởi độ chính xác

của phôi ban đầu, thì biến dạng chi tiết được đo ngay sau khi gia công trên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

máy phay CNC như hình 3.4.

Hình 3. 4 Đồng hồ so 1/1000 mm

b, Độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt là một thông số đánh giá chất lượng lớp bề mặt, độ

nhám thay đổi đáng kể khi dao bị mòn. Vì vậy lựa chọn độ nhám bề mặt sau

gia công là một chỉ tiêu dùng để khảo sát trong thí nghiệm. Độ nhám bề mặt

gia công được đo trên máy đo độ nhám SJ210 của bộ môn chế tạo máy như

hình 3.5.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hình 3. 5 Đo độ nhám sản phẩm

d, Phân tích kết quả

Phân tích phương sai

Phân tích sự thay đổi:

- Tổng các bình phương (SS): đo độ lệch của dữ liệu thí nghiệm từ trị

số trung bình của dữ liệu. Xét một hệ số A được khảo sát ta có:

(3.1)

Trong đó:

N – Số lượng giá trị được kiểm tra

– Giá trị trung bình của các kết quả kiểm tra yi của đối tượng thứ i.

- Tổng bình phương của hệ số A (SSA):

(3.2)

Trong đó:

Ai – Giá trị tại mức i của thí nghiệm.

NK – Số lượng kiểm tra tại trạng thái i.

T – Tổng giá trị kiểm tra.

– Giá trị trung bình của các kết quả khảo sát.

nAi – Số kết quả khảo sát ở điều kiện Ai.

- Tổng bình phương các lỗi (SSe): Phân bố bình phương của các giá trị

khảo sát từ giá trị trung bình của trạng thái A.

(3.3)

- Tổng bình phương của các tương tác (SSAxB):

(3.4)

- Tổng bình phương cho các hệ số ở trạng thái lặp: giả sử có A1 và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

trạng thái thể hiện việc lặp lại là ta có:

(3.5)

(3.6)

(3.7)

(3.8)

- Phần trăm phân bố sự thay đổi của thông số A:

(3.9)

Hệ số Fisher (F): Hệ số F được dùng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các

thông số khảo sát tới biến đầu ra. Thông số khảo sát có giá trị F lớn hơn sẽ có

ảnh hưởng mạnh hơn đến kết quả đầu ra và F được xác định như sau [34]:

(3.10)

Trong đó:

MSĐK – Giá trị trung bình bình phương cho điều kiện

MSLĐK – Giá trị trung bình bình phương cho lỗi điều kiện

Hệ số S/N

Phương pháp Taguchi sử dụng tỷ số tín hiệu nhiễu S/N để đánh giá mức

độ ảnh hưởng của các thông số ảnh hưởng tới giá trị đầu ra của sản phẩm.

Quá trình đánh giá thông qua hệ số S/N cho kết quả tối ưu và ít bị ảnh hưởng

bởi nhiễu nhất. Hệ số S/N của các kết quả đầu ra được xác định theo các chỉ

tiêu như sau Error! Reference source not found.:

- Giá trị lớn hơn là tốt hơn:

(S/N)HB=-10.log(MSDHB) (3.11)

Trong đó:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

MSDHB – Sai lệch bình phương trung bình

r – Số lần kiểm tra trong một thí nghiệm

yi – Các giá trị của thí nghiệm.

- Giá trị tiêu chuẩn là tốt nhất

(S/N)NB=-10.log(MSDNB) (3.12)

Trong đó:

MSDNB – Sai lệch bình phương trung bình

Y0 – Giá trị tiêu chuẩn hay giá trị mục tiêu

- Giá trị thấp hơn là tốt hơn:

(S/N)LB=-10.log(MSDLB) (3.13)

Trong đó:

MSDLB – Sai lệch bình phương trung bình

yi – Các giá trị của thí nghiệm.

Nghiên cứu này khảo sát hai kết quả đầu ra là biến dạng chi tiết và độ

nhám Ra được xác định theo đặc trưng thấp hơn là tốt hơn, như hình 3.6.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hình 3. 6 Thiết lập các thông số trong mô hình thí nghiệm TAGUCHI

3.3 Kết quả và thảo luận

Sau khi gia công tiến hành đo nhám và đo biến dạng chi tiết như hình

3.7 và 3.8. Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.7.

Hình 3. 7 Đo biến dạng chi tiết

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hình 3. 8 Đo nhám bề mặt

Bộ thí nghiệm được tổng hợp và xử lý bằng phần mềm minitab 16, thu

được kết quả tỷ số tín hiệu nhiễu S/N như trong bảng 3.7

Bảng 3.7 Giá trị biến dạng chi tiết, độ nhám và tỷ số S/N tương ứng

x

V

fz

a

b

S/Nx

Ra

S/NRa

STT

(μm)

(m/ph)

(mm/răng)

(mm)

0.3

250

0.02

-44.8110

0.217 13.2575

0.6

250

0.04

-39.7354

0.112 19.0415

1.2

250

0.06

-29.5424

174

0.267 11.4806

0.6

300

0.02

-35.9868

0.203 13.8644

1.2

300

0.04

-32.4650

0.176 15.0733

0.3

300

0.06

-30.1030

0.144 16.8328

1.2

350

0.02

-23.5218

0.250 12.0296

0.3

350

0.04

-44.8110

0.133 17.5012

0.6

350

0.06

-39.7354

0.229 12.8033

3.4Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới biến dạng chi tiết khi phay chi

tiết thành mỏng

Sử dụng phần mềm Minitab, phân tích phương sai cho giá trị lượng

biến dạng chi tiết. Kết quả phân tích cho thấy giá trị trung bình của biến dạng

chi tiết ứng với các mức khác nhau với từng thông số khảo sát và thứ tự ảnh

hưởng của các thông số tới giá trị lượng mòn mặt sau được thể hiện trong

hình 3.9. Kết quả phân tích cho thấy trong số các thông số khảo sát thì chiều

rộng cắt là thông số có ảnh hưởng mạnh nhất tới giá trị trung bình của biến

dạng chi tiết, vận tốc cắt có ảnh hưởng thứ 2 và tiếp theo là lượng chạy dao và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

chiều sâu cắt.

Hình 3. 9 Giá trị trung bình của biến dạng chi tiết và mức độ ảnh hưởng của

các thông số

Ảnh hưởng của các thông số công nghệ và tương tác của chúng tới biến

dạng chi tiết được thể hiện trên các hình 3.10-3.14. Qua đồ thị ảnh hưởng của

các thông số tới giá trị lượng biến dạng của chi tiết được phân tích và đánh

giá chi tiết.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hình 3. 10 Ảnh hưởng tới giá trị trung bình của lượng biến dạng chi tiết

Khi tăng vận tốc cắt từ 250 m/phút lên đến 350 m/phút thì giá trị trung

bình của lượng biến dạng chi tiết giảm từ 94 μm đến 64,33 μm. Như vậy, khi

phay nhôm với chiều sâu cắt nhỏ thì tăng vận tốc cắt làm lực cắt giảm và

giảm lượng biến dạng của chi tiết.

Quan sát đồ thị nhận thấy, khi tăng kích thước lớp cắt (chiều sâu cắt và

chiều rộng cắt) thì làm tăng lượng biến dạng chi tiết. Tuy nhiên, lượng biến

dạng chi tiết tăng mạnh hơn khi tăng chiều rộng cắt. Nguyên nhân có thể là do

khi tăng chiều sâu và chiều rộng cắt thì làm cho lực cắt tăng lên, đồng thời độ

cứng vững của chi tiết giảm đi dẫn tới tăng độ biến dạng chi tiết.

Kết quả phân tích cũng cho thấy lượng chạy dao ảnh hưởng đáng kể tới

lượng biến dạng chi tiết khi phay. Lượng biến dạng chi tiết giảm khi tăng

lượng chạy dao từ 0,02 mm/răng lên 0.04 mm/răng, và tăng khi tiếp tục tăng

lượng chạy dao lên 0.06 mm/răng.

Như vậy dựa vào phân tích ảnh hưởng của thông số công nghệ tới

lượng biến dạng chi tiết có thể chọn bộ thông số công nghệ như sau: V=350

m/ph; fz=0.04 mm/răng, a=0.3mm và b=8mm.

Phân tích Taguchi cũng cho phép ta đánh giá mức độ ảnh hưởng tương

tác giữa các thông số khảo sát tới giá trị trung bình của lượng biến dạng chi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

tiết, như hình 3.11-3.16.

Hình 3. 11 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao tới lượng

biến dạng của chi tiết

Hình 3. 12 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều sâu cắt tới lượng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

biến dạng của chi tiết

Hình 3. 13 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới lượng

biến dạng của chi tiết

Hình 3. 14 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt tới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

lượng biến dạng của chi tiết

Hình 3. 15 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều rộng cắt tới

lượng biến dạng của chi tiết

Hình 3. 16 Ảnh hưởng tương tác giữa chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

lượng biến dạng của chi tiết

Sử dụng phần mềm Minitab, phân tích tỷ số tín hiệu nhiễu S/N để ánh

giá ảnh hưởng của các thông số khảo sát tới lượng biến dạng chi tiết thành

mỏng khi phay. Kết quả phân tích cho thấy tỷ số tín hiệu nhiễu tính cho lượng

biến dạng chi tiết với các mức khác nhau với từng thông số khảo sát và thứ tự

ảnh hưởng của các thông số tới giá trị tỷ số S/N của biến dạng chi tiết được

thể hiện trong hình 3.17. Kết quả phân tích cho thấy trong số các thông số

khảo sát thì vận tốc cắt và chiều rộng cắt là thông số có ảnh hưởng mạnh nhất

tới tỷ số S/N của lượng biến dạng chi tiết.

Hình 3. 17 Tỷ số S/N trung bình của lượng biến dạng chi tiết và mức độ ảnh

hưởng của các thông số công nghệ

Ảnh hưởng của các thông số công nghệ khảo sát tới tỷ số S/N của giá

trị lượng biến dạng chi tiết được thể hiện trong hình 3.18. Kết quả cho thấy: tỷ

số S/N tăng nhanh khi tăng vận tốc cắt và có giá trị lớn nhất với vận tốc cắt

350m/ph. Đồng thời giá trị tỷ số s/N giảm mạnh khi tăng chiều rộng cắt.

Trong khi lượng chạy dao và chiều sâu cắt không ảnh hưởng mạnh tới tỷ số

S/N của lượng biến dạng chi tiết. Tỷ số S/N của lượng biến dạng chi tiết đạt

giá trị lớn nhất với bộ thông số V=350m/ph, fz=0.04mm/răng, a=0.6mm và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

b=8mm.

Hình 3. 18 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới tỷ số S/N của lượng

biến dạng chi tiết

Ảnh hưởng tương tác giữa các thông số khảo sát tới tỷ số S/N của

lượng biến dạng chi tiết cũng được phân tích và thể hiện trong các hình từ

3.19-3.24. Kết quả cũng cho thấy tương tác giữa các thông số công nghệ

ảnh hưởng khá nhiều tới tỷ số S/N của lượng biến dạng chi tiết, đặc biệt tại

vận tốc cắt 250m/ph, fz 0.06mm/răng, chiều sâu cắt 1.2mm và chiều rộng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

cắt 16mm.

Hình 3. 19 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao răng tới

tỷ số S/N của lượng biến dạng chi tiết

Hình 3. 20 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều sâu cắt tới tỷ số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

S/N của lượng biến dạng chi tiết

Hình 3. 21 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới tỷ số

S/N của lượng biến dạng chi tiết

Hình 3. 22 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao răng và chiều sâu cắt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

tới tỷ số S/N của lượng biến dạng chi tiết

Hình 3. 23 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao răng và chiều rộng cắt

tới tỷ số S/N của lượng biến dạng chi tiết

Hình 3. 24 Ảnh hưởng tương tác giữa chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới tỷ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

số S/N của lượng biến dạng chi tiết

3.4.1 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới độ nhám bề mặt gia công

Sử dụng phần mềm Minitab, phân tích ảnh hưởng của các thông số

công nghệ tới độ nhám bề mặt khi phay chi tiết thành mỏng bằng hợp kim

nhôm. Kết quả phân tích cho thấy giá trị trung bình của độ nhám ứng với các

mức khác nhau với từng thông số khảo sát và thứ tự ảnh hưởng của các thông

số tới giá trị độ nhám được thể hiện trong hình 3.25. Kết quả phân tích cho

thấy trong số các thông số khảo sát thì tỷ lệ bột là thông số có ảnh hưởng

mạnh nhất tới giá trị trung bình của độ nhám bề mặt gia công.

Hình 3. 25 Giá trị độ nhám trung bình và mức độ ảnh hưởng của các thông số

Ảnh hưởng của các thông số khảo sát và tương tác của chúng tới giá trị độ

nhám trung bình của bề mặt gia công được thể hiện trên các hình 3.26-3.32.

Kết quả cho thấy: Khi tăng vận tốc cắt từ 250 m/phút lên đến 300 m/phút thì

giá trị độ nhám trung bình giảm, nhưng khi tăng lên đến 350 m/ph thì độ

nhám lại tăng. Trong khoảng khảo sát, độ nhám đạt giá trị nhỏ nhất khi

v=300m/ph. Lượng chạy dao cũng ảnh hưởng mạnh tới độ nhám bề mặt, độ

nhám đạt giá trị nhỏ nhất khi fz=0.04mm. Trong khi đó chiều sâu cắt tăng

độ nhám bề mặt cũng tăng. Chiều rộng cắt ảnh hưởng không nhiều tới

nhám bề mặt.

Ảnh hưởng tương tác giữa các thông số khảo sát tới độ nhám bề mặt trung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

bình cũng được phân tích và thể hiện trong các hình từ 3.26-3.32. Kết quả

cũng cho thấy tương tác giữa các thông số công nghệ ảnh hưởng khá nhiều tới

độ nhám bề mặt chi tiết, đặc biệt tại vận tốc cắt 250m/ph, fz 0.06mm/răng,

chiều sâu cắt 1.2mm và chiều rộng cắt 16mm.

Hình 3. 26 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới giá trị độ nhám trung bình

Hình 3. 27 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao tới giá

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

trị độ nhám trung bình

Hình 3. 28 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới giá trị

độ nhám trung bình

Hình 3. 29 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều sâu cắt tới giá trị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

độ nhám trung bình

Hình 3. 30 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt tới giá

trị độ nhám trung bình

Hình 3. 31 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều rộng cắt tới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

giá trị độ nhám trung bình

Hình 3. 32 Ảnh hưởng tương tác giữa chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới giá

trị độ nhám trung bình

Sử dụng phần mềm Minitab, phân tích ảnh hưởng của các thông số

công nghệ tới tỷ số tín hiệu nhiễu S/N tính cho độ nhám trung bình. Kết quả

phân tích cho thấy tỷ số tín hiệu nhiễu tính cho độ nhám trung bình ứng với

các mức khác nhau với từng thông số khảo sát và thứ tự ảnh hưởng của các

thông số tới giá trị tỷ số S/N của độ nhám trung bình được thể hiện trong hình

3.33. Kết quả phân tích cho thấy trong số các thông số khảo sát thì lượng chạy

dao răng và chiều sâu cắt là thông số có ảnh hưởng mạnh nhất tới tỷ số S/N

của độ nhám trung bình của bề mặt gia công.

Hình 3. 33 Tỷ số S/N của độ nhám trung bình và mức độ ảnh hưởng của các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

thông số

Ảnh hưởng của các thông số khảo sát tới tỷ số S/N của độ nhám trung

bình được thể hiện trong Hình 3.28. Kết quả cho thấy: tỷ số S/N tăng nhanh

khi tăng tỷ lệ hạt lên 0,2 % và có giảm mạnh khi tiếp tục tăng lên 0,4%;

vận tốc cắt ảnh hưởng không nhiều tới tỷ số tín hiệu nhiễu S/N tính cho độ

nhám bề mặt gia công. Tỷ số S/N của độ nhám bề mặt đạt giá trị lớn nhất

ứng với bộ thông số: V=300m/ph, fz=0.04, chiều sâu cắt 0.3mm và chiều

rộng cắt 12mm.

Ảnh hưởng tương tác giữa các thông số khảo sát tới tỷ số S/N của độ

nhám bề mặt cũng được phân tích và thể hiện trong các hình từ 3.35-3.40. Kết

quả cũng cho thấy tương tác giữa các thông số công nghệ ảnh hưởng khá

nhiều tới độ nhám bề mặt chi tiết, đặc biệt tại vận tốc cắt 250m/ph, fz

0.06mm/răng, chiều sâu cắt 0.6 mm và chiều rộng cắt 12mm.

Hình 3. 34 Ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số S/N của độ nhám trung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

bình

Hình 3. 35 Ảnh hưởng tương tác vận tốc cắt và lượng chạy dao tới tỷ số S/N

của độ nhám trung bình

Hình 3. 36 Ảnh hưởng tương tác vận tốc cắt và chiều sâu cắt tới tỷ số S/N

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

của độ nhám trung bình

Hình 3. 37 Ảnh hưởng tương tác vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N

của độ nhám trung bình

Hình 3. 38 Ảnh hưởng tương tác lượng chạy dao và chiều rộng cắt tới tỷ số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

S/N của độ nhám trung bình

Hình 3. 39 Ảnh hưởng tương tác lượng chạy dao và chiều sâu cắt tới tỷ số S/N

của độ nhám trung bình

Hình 3. 40 Ảnh hưởng tương tác chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

của độ nhám trung bình

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.

Tác giả đã xây dựng được mô hình thí nghiệm phân tích ảnh hưởng của

vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới biến dạng chi

tiết và độ nhám bề mặt gia công.

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi được sử dụng đã cho

thấy vận tốc cắt và chiều rộng cắt ảnh hưởng mạnh nhất tới biến dạng chi tiết.

Thông qua phân tích tỷ số tín hiệu nhiễu S/N, tác giả cũng chỉ ra được bộ

thông số đảm bảo biến dạng chi tiết là nhỏ nhât (V=350m/ph,

fz=0.04mm/răng, a=0.6mm và b=8mm).

Đồng thời phân tích Taguchi cũng cho thấy, lượng chạy dao và chiều

sâu cắt là hai thông số ảnh hưởng mạnh nhất tới nhám bề mặt. Trong vùng

khảo sát thì nhám bề mặt ít bị ảnh hưởng bởi vận tốc cắt và chiều rộng cắt.

Nhám bề mặt đạt giá trị nhỏ nhất với bộ thông số công nghệ V=300m/ph,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

fz=0.04, chiều sâu cắt 0.3mm và chiều rộng cắt 12mm.

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

1. Kết luận chung

Qua 3 chương đề tài đã giải quyết được các vấn đề sau:

Nghiên cứu được đặc điểm của quá trình phay và các yếu tố cơ bản của

quá trình phay.

Nghiên cứu được đặc điểm và các yếu tố ảnh hưởng tới biến dạng và

nhám bề mặt khi phay chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm.

Xây dựng được ma trận thí nghiệm sử dụng phương pháp quy hoạch

thực nghiệm Taguchi để phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới

biến dạng chi tiết và độ nhám bề mặt gia công.

Nghiên cứu đã cho thấy khi gia công chi tiết thành mỏng, chi tiết bị

biến dạng khá lớn do độ cứng vững của chi tiết thấp. Đồng thời tác giả đã đề

xuất bộ thông số công nghệ đảm bảo lượng biến dạng chi tiết là nhỏ nhất

(V=350m/ph, fz=0.04mm/răng, a=0.6mm và b=8mm)

Nghiên cứu đã chỉ ra được bộ thông số công nghệ đảm bảo nhám bề

mặt chi tiết là nhỏ nhất V=300m/ph, fz=0.04, chiều sâu cắt 0.3mm và chiều

rộng cắt 12mm.

2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới lực cắt và rung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

động trong quá trình gia công.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Agba, E.I., Ishee, D. & Berry, J.T., "High speed machining of thin

walled structures", in: 3rd international machining and grinding conference

(SME), Cincinnati, Ohio, 1999.

[2] Sebastien, S., Francisco J., Campa and Norberto L. D. L., Lionel A.

and Gilles D., Gorka A., 2008, Toolpath dependent stability lobes for the

milling of thin-walled parts.

[3] Smith, S. & Dvorak, D., "Tool path strategies for high speed milling

of aluminium workpieces with thin webs", in: Mechatronics, vol. 8, 1998, p.

291-300.

[4] Trent E. M and Wright P.K. (2000), Metal Cutting, Butterworth-

Heinemann, USA.

[5] Zorev N. N. (1966), Metal Cutting Mechanics, Pergamon Press,

Oxford.

[6] Doyle E. D. Home J. C. and Tabor D. (1979), ‘’Frictional Interaction

beween Chip Land Rake Face in Continuous Chip Formation’’, Proceeding of

Royal Society Lodon, A. 336, pp. 173-183.

[7] TS. Nguyễn Văn Hùng; Tính gia công vật liệu chế tạo máy;

Trường ại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên; 2009

[8] Khabeery, M.M.El., Fattouh, M., 1988. Residual stress distribution

caused by milling.Int. J. Mach. Tools Manuf. 29 (3), 391–401.

[9] Kuang, H.F., Wu, C.F., 1995. A residual stress model for the

milling of aluminum alloy (2014-T6). J. Mater. Process. Technol. 51,

87–105.

[10] Coto, B., Navas, V.G., Gonzalo, O., Aranzabe, A., Sanz, C.,

2011. Influences of turning parameters in surface residual stresses in

AISI 4340 steel. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 53, 911–919.

[11] Navas, V.G., Gonzalo, O., Bengoetxea, I., 2012. Effect of

cutting parameters in the surface residual stresses generated by turning

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

in AISI4340 steel. Int. J. Mach. Tools Manuf. 61, 48–57.

[12] Mohammadpour, M., Razfar, M.R., Jalili Saffar, R., 2010.

Numerical investigating the effect of machining parameters on residual

stresses in orthogonal cutting. Simul. Model. Pract. Theory 18, 378–389.

[13] Liang, S.Y., Su, J.C., 2007. Residual stress modeling in

orthogonal machining. CIRPAnn.: Manuf. Technol. 56 (1), 65–68.

[14] Ulutan, D., Alaca, B.E., Lazoglu, I., 2007. Analytical modeling

of residual stresses in machining. J. Mater. Process. Technol. 183, 77–87.

[15] Robinson, J.S., Tanner, D.A., Truman, C.E., Wimpory, R.C.,

2011. Measurement and prediction of machining induced redistribution of

residual stress in the aluminium alloy 7449. Exp. Mech. 51, 981–993

[16] H. Ning, W. Zhigang, J. Chengyu, Z. Bing, Finite Elemet Method

Analysis and Control Stratagem for Machining Deformation of Thin Walled

Components, Journal of Materials Processing Technology,

139(1−3)(2003)332–336.

[17] E. Budak. Analytical Model for High Performance Milling. Part I:

Cutting Forces, Structural Deformations and Tolerance Intergrity,

International Journal of Machine Tools and Manufacture, 46 (12−13) (2006)

1489–1499.

[18] Z.T.Tang, Z.Q.Liu, Y.Z.Pan, Y.Wan,X.Ai, The Influence Of Tool

Flank Wear On Residual Stresses Induced By Milling Aluminium Alloy,

Journal of Materials Processing Technology, 209(9) (2009)4502–4508.

[19] K.A. Shamsuddin, A.R. Ab-Kadir, M.Z. Osman, A Comparison of

Milling Cutting Path Strategies for Thin-Walled Aluminum Alloys

Fabrication, The International Journal of Engineering and Science, 2 (3)

(2013)1−8.

[20] S. Seguy, G. Dessein, L. Arnaud, Surface Roughness Variation of

Thin Wall Milling, Related to Model Interactions, International Journal of

Machine Tools and Manufacture, 48(3−4) (2008) 261−274.

[21] I. Mane, V. Gagnol, B.C. Bouzgarrou, P. Ray, Stability-based

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Spindle Speed Control During Flexible WorkpieceHigh Speed Milling,

International Journal of Machine Tools and Manufacture,48(2) (2008)

184−194.

[22] M.A. Davies, B. Balachandran, Impact Dynamics in Milling of Thin

Walled Structures, Nonlinear Dynamics, 22(4)(2000) 375−392.

[23] P.G. Benardos, G.C. Vosniakos, Predicting Surface Roughness in

Machining, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 43(8)

(2003) 833−844.

[24] V. Thevenot, L. Arnoud, G. Dessien, G. Cazenava-Larroche,

Influence of Material Removal on Dynamic Behavior of Thin Walled

Structure in Peripheral Milling, Machining Science and Technology, 10(3) (

2006)275−287.

[25] M. Wan, J. Feng, W.H. Zhang, Y. Yang, Y.C. Ma, Working

mechanism of helix angle on peak cutting forces together with its design

theory for peripheral milling tools, J. Mater. Process. Technol. 249 (2017)

570–580.

[26] B. Jabbaripour, M.H. Sadeghi, Sh. Faridvand, A study of the

effects of cutter path strategies and cutting speed variations in milling of

thin-walled parts, The 7th Jordanian International Mechanical Engineering

Conference (JIMEC’7), (2010).

[27] M.N. Durakbasa, A. Akdogan, A.S. Vanli, A.G. Bulutsuz,

Optimization of end milling parameters and determination of the effects of

edge profile for high surface quality of AISI H13 steel by using precise and

fast measurements, Measurement 68 (2015) 92–99.

[28] S. Herranz, F.J. Campa, L.N. López, A. Rivero, A. Lamikiz, E.

Ukar, J. A. Sánchez and Bravo U., The milling of airframe components with

low rigidity: A general approach to avoid static and dynamic problems,

Proc. Inst. Mech. Engg. Part B: J. Engg. Manuf.219 (11) (2005) 789–801.

[29] A. Polishetty, M. Goldberg, G. Littlefair, M. Puttaraju, P. Patile, A.

Kalra, A preliminary assessment of machinability of titanium alloy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Ti6Al4V during thin wall machining using trochoidal milling, 12th

Global Congress on Manufacturing and Management, GCMM 2014,

Procedia Engineering 97 (2014) 357–364.

[30] R. Izamshah, M. Zulhairy, M. Shahir, M. Hadzley, M. Amran, M.

Amri, Sivarao, Cutter path strategies for shoulder milling of thin

deflecting walls, App. Mech. Mat. 529 (2014) 175–180.

[31] D. Vakondios, P. Kyratsis, S. Yaldiz, A. Antoniadis, Influence of

milling strategy on the surface roughness in ball end milling of the

aluminum alloy Al7075 -T6, Measurement 45 (2012) 1480–1488.

[32] M. Subramanian, M. Sakthivel, K. Sooryaprakash, R. Sudhakaran,

Optimization of end mill tool geometry parameters for Al7075-T6 machining

operations based on vibration amplitude by response surface methodology,

Measurement 46 (2013) 4005–4022.

[33] K. Kadirgama, M.M. Noor, N.M. Zuki, M.M. Rahman, M.R.M.

Rejab, R. Daud, K.A. Abou-El-Hossein, Optimization of surface roughness

in end milling on mould aluminium alloys (AA6061-T6) using response

surface method and radian basis function network, Jordan J. Mech. Ind.

Eng. 2(4) (2008) 209–214.

[34] N.E. Karkalos, N.I. Galanis, A.P. Markopoulos, Surface

roughness prediction for the milling of Ti–6Al–4V ELI alloy with the

use of statistical and soft computing techniques, Measurement 90 (2016)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

25–35.