1
B GIÁO DC VÀ ĐÀO TO
ĐẠI HC ĐÀ NNG
–––––
TRƯƠNG DIÊN TH
NGHIÃN CÆÏU ÂÄÜ NHAÏM BÃÖ MÀÛT GIA CÄNG
CUÍA MÄÜT SÄÚ LOAÛI THEÏP CACBON KHI
GIA CÄNG TRÃN MAÏY PHAY CNC
TÓM TT LUN VĂN THC SĨ K THUT
Người hướng dn khoa hc : PGS.TS. Trn Xuân Tùy
Đà Nng - Năm 2011
2
M ĐẦU
1. TÍNH CP THIT CA ĐỀ TÀI
Cht lượng b mt gia công ca chi tiết ý nghĩa ñặc bit quan
trng v kh năng làm vic tui bn ca chi tiết. T yêu cu thc
tế v chc năng ñiu kin làm vic ca máy móc thiết b ngày
càng ñòi hi rt cao v cht lượng ca b mt chi tiết máy như: tc ñộ
làm vic cao, ti ln, công sut ln, áp sut và nhit ñộ cao, tui th
ñộ tin cy cao, ñộ chính xác làm vic cao, trng lượng tương ñối
bé. Do ñó, vic nghiên cu các yếu t công ngh nh hưởng ñến cht
lượng b mt chi tiết máy là vic làm rt cn thiết. Đặc bit là nguyên
công gia công tinh bi vì nguyên công này các ñặc tính cht lượng
ca lp b mt ñược hình thành rõ nét.
Đối vi các máy vn năng, quy lut v ct gt cht lượng chi
tiết gia công ñã nhiu công trình nghiên cu, tng kết ñưa vào
chương trình ñào to, ng dng trong thc tế. Đối vi máy CNC còn
ít các công trình nghiên cu. Vì vy, ñề tài "Nghiên cu ñộ nhám b
mt gia công ca mt s loi thép Cacbon khi gia công trên máy
phay CNC" là hết sc cn thiết.
2. MC ĐÍCH NGHIÊN CU
Đề tài s kim chng thc nghim v ñộ nhám b mt vi mt s
vt liu gia công khi gia công trên máy CNC dùng làm tài liu tra
cu, phc v cho vic hc tp, nghiên cu.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHM VI NGHIÊN CU
Nghiên cu ñộ nm b mt ca mt s loi thép Cacbon khi gia công
ng chế ñ ct, dao, máy c ñiu kin khác trên máy phay CNC.
Vic nghiên cu thc nghim ñưc tiến nh vi các ñiu kin sau:
- Vt liu gia ng: thép Cacbon S40C, S45C, S55C và SKD11.
- Máy thc nghim: Máy phay CNC Mill 155 ca hãng EMCO.
- B mt gia công là mt phng.
3
- Thiết b ño ñộ nhám: Máy ño ñộ nhám ca Taylor Hobson -
United Kingdom.
- Chế ñộ ct (theo tài liu ch dn kh năng ct gt tt nht ca
dao): Trong quá trình gia công thép Cacbon bng dao phay mt ñầu
gn mãnh hp kim cng ca Nht Bn.
4. NI DUNG NGHIÊN CU
- thuyết v chế ñộ ct, ñộ nhám b mt, vt liu gia công nói
chung và thép Cacbon nói riêng, ñộ cng ca vt liu, phân tích x
s liu thc nghim.
- Chế ñộ ct, dao, dng b mt gia công ñin hình.
- Nghiên cu ñộ nhám và ñộ cng vt liu khi gia công.
- Xác ñịnh chế ñộ ct, lp trình gia côngc mu ñã la chn.
- Đo ñộ cng, ñộ nhám b mt và xác ñịnh quan h gia ñộ nhám
và thành phn cacbon.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CU
- S dng phương pháp nghiên cu thc nghim.
- S dng phương pháp thng kê ñ phân tích theo kết qu thc nghim.
6. D KIN KT QU ĐT ĐƯỢC
- Bng tng hp các kết qu thc nghim v ñộ nhám b mt vi
các loi thép Cacbon khi cùng mt chế ñộ ct các ñiu kin gia
công khác khi gia công trên máy phay CNC. Xây dng c phương
trình toán hc biu din mi quan h gia ñộ nhám thành phn
cacbon và quan h gia ñộ nhám và lượng chy dao.
- Nhng ñề xut nhm ci thin ñộ nhám b mt khi gia công trên
máy CNC.
7. CU TRÚC LUN VĂN
Chương 1: Tng quan và cơ s lý thuyết
Chương 2: Cơ s và quá trình thc nghim
Chương 3: X lý kết qu thc nghim
4
CHƯƠNG 1
TNG QUAN VÀ CƠ S LÝ THUYT
1.1. TNG QUAN
Cht lượng b mt chi tiết gia công liên quan ñến nhiu yếu t
ñiu kin gia công, c th như:
- Ph thuc vào vt liu gia công: tính do, ñộ cng...
- Ph thuc vào phương pháp gia ng: gia công bng hình thc o?
- Ph thuc vào tình trng máy: ñ cng vng ca máy, trng thái mòn...
- Ph thuc vào dng c ct: hình dáng hình hc, vt liu m dao...
- Ph thuc vào ñộ cng vng h thng công ngh, ph thuc vào
chế ñộ ct (vn tc ct, chiu sâu ct, lượng chy dao).
- Ph thuc vào chế ñộ bôi trơn làm mát.
Trong các yếu t k trên, nh hưởng ca chế ñộ ct mang tính cht
bao trùm hơn c. chính chế ñộ ct chi phi c s phát sinh nhit
ct, lc ct, phoi bám (lo dao), rung ñộng ca h thng công
ngh. Tuy nhiên, quan h gia ñộ nhám b mt thành phn phn
trăm ca mt s loi thép Cacbon khi gia công trên máy phay CNC
cũng cn ñược quan tâm.
1.2. LÝ THUYT CƠ BN V CH ĐỘ CT
1.2.1. Khái nim v ct gt kim loi
Quá trình ct kim loi quá trình ht b lp kim loi tha khi
chi tiết, nhm ñạt ñưc nhng yêu cu cho trước v hình dáng, kích
thước, v ttương quan gia các b mt cht lượng b mt ca
chi tiết gia công.
1.2.2. Các chuyn ñộng ct gt
Chuyn ñộng ct gt ñược phân làm hai loi chuyn ñộng:
-
Chuy
n
ñộ
ng chính.
-
Các chuy
n
ñộ
ng ph
.
5
1.2.2.1. Chuyn ñộng chính
Chuy
n
ñộ
ng chính chuy
n
ñộ
ng ch
y
ế
u th
c hi
n quá trình
t
o ra phoi và tiêu hao n
ă
ng l
ượ
ng c
t l
n nh
t.
1.2.2.2. Các chuyn ñộng ph
Chuyn ñộng ph là nhng chuyn ñộng tiếp tc to phoi.
1.2.3.
Lp ct và tiết din ct
Lp kim loi b ht b ñi ng vi mt vòng quay hay mt nh
trình kép ca chuyn ñng chính gi là lp ct.
1.3. CHT LƯNG CA CHI TIT GIA CÔNG VÀ NH HƯNG
CA CÁC YU T ĐẾN Đ NM B MT
Quá trình gia công kim lo
i th
ườ
ng ph
i
ñ
áp
ng các yêu c
u sau:
-
Ch
tiêu v
ch
t l
ư
ng:
ñ
m b
o ch
t l
ư
ng chi ti
ế
t theo yêu c
u.
-
Ch
tiêu v
n
ă
ng su
t:
ñả
m b
o n
ă
ng su
t gia công l
n nh
t hay
th
i gian gia công chi ti
ế
t là nh
nh
t.
-
Ch
tiêu v
kinh t
ế
:
ñả
m b
o chi phí gia công nh
nh
t.
1.3.1. Cht lượng chi tiết gia công
1.3.1.1. Độ chính xác gia công
a. Khái quát:
b. Điu chnh ñạt ñộ chính xác yêu cu:
1.3.1.2. Cht lượng b mt
Ch
t l
ượ
ng b
m
t c
a chi ti
ế
t máy t
p h
p nhi
u tính ch
t quan
tr
ng hình h
c c
ơ
lý c
a l
p b
m
t.
ñượ
c
ñ
ánh giá theo các
ch
tiêu sau
ñ
ây:
-
Đặ
c tính nh h
c c
a b
m
t (
ñộ
ng,
ñộ
nhám, sai s
hình h
c...).
-
Tr
ng thái nh ch
t c
ơ
c
a l
p b
m
t (
ñộ
c
ng,
ng su
t
d
ư
, chi
u sâu bi
ế
n c
ng,...).
-
Ph
n
ng c
a l
p b
m
t
ñố
i v
i môi tr
ườ
ng làm vi
c (tính
ch
ng mòn, kh
n
ă
ng ch
ng xâm th
c hóa h
c,
ñộ
b
n mõi...).
6
1.3.2. Các thông s ñánh giá cht lượng b mt
1.3.2.1. Tính cht hình hc ca b mt gia công
a. Độ nhám b mt:
Độ
nhám b
m
t hay còn g
i nh
p nhô t
ế
vi t
p h
p t
t c
nh
ng v
ế
t l
i, lõm v
i b
ướ
c c
c ng
n
ñể
t
o thành profin b
m
t chi
ti
ế
t trong ph
m vi chi
u dài chu
n l.
Thông th
ườ
ng ng
ườ
i ta th
ườ
ng s
d
ng hai ch
tiêu
ñ
ó là R
a
và R
z
:
-
Sai l
ch trung bình s
h
c c
a prôfin Ra,
ñượ
c
ñ
o b
ng
µ
m.
-
Chi
u cao nh
p nhô trungnh c
a profin R
z
,
ñượ
c
ñ
o b
ng
µ
m.
b. Độ sóng b mt:
Chu k
không b
ng ph
ng c
a b
m
t chi ti
ế
t gia công
ñượ
c quan
sát trong kho
ng l
n tiêu chu
n (t
1
ñế
n 10mm)
ñượ
c g
i là
ñộ
sóng
b
m
t.
1.3.2.2. Tính cht cơ lý ca b mt gia công
1.3.3. nh hưởng ca c yếu t ñến ñộ nhám b mt khi gia công cơ
-
Nh
ng nguyên nhân liên quan
ñế
n hình d
ng hình h
c c
a
dao c
t.
-
Nh
ng nguyên nhân có liên quan
ñế
n bi
ế
n d
ng
ñ
àn h
i và bi
ế
n
d
ng d
o c
a v
t li
u gia công.
-
Nh
ng nguyên nhân liên quan
ñế
n
ñộ
c
ng v
ng c
a h
th
ng công ngh
và rung
ñộ
ng.
-
Ph
thu
c vào ch
ế
ñộ
bôi tr
ơ
n làm mát: Lo
i dung d
ch tr
ơ
n
ngu
i, l
ư
u l
ượ
ng t
ướ
i, th
i
ñ
i
n t
ướ
i...
1.3.3.1. nh hưởng ca thông s hình hc ca dao ñến ñộ nhám b mt
-
Khi S > 0,15mm/vòng thì:
2
8
r
S
Rz=
(1.14)
-
Khi S > 0,15mm/vòng thì
:
2
min min
2
r
R8 2
1
z
h rhS
S
= + +
(1.15)
7
Hình 1.5. nh hưởng ca tc ñộ ct
ti ñộ nhám b mt khi gia công thép
Hình 1.6. nh hưởng ca lượng
chy dao ti ñộ nhám b mt
1.3.3.2. nh hưởng ca tc ñộ ct
Khi c
t thép Cacbon
t
c
ñộ
th
p, nhi
t c
t không cao,
phoi kim lo
i d
tách, bi
ế
n
d
ng c
a l
p kim lo
i không
nhi
u, v
y ch
t l
ượ
ng b
m
t gia công th
p. Khi t
ă
ng
t
c
ñộ
c
t lên kho
ng 15
÷
20
m/phút tnhi
t c
t l
c c
t
ñề
u t
ă
ng gây ra bi
ế
n d
ng d
o m
nh, trong
ñ
i
u ki
n nh
ư
v
y r
t
d
hình thành phoi bám do
ñ
ó
ñộ
nh
p nhô t
ế
vi l
p b
m
t t
ă
ng lên.
Khi c
t v
i t
c
ñộ
c
t t
30m/phút tr
lên thì khó nh thành phoi
bám, do
ñ
ó chi
u cao nh
p nhô b
m
t R
z
gi
m. Khi c
t v
i v
n t
c
c
t t
100m/phút tr
lên, nhi
t c
t cao, kim lo
i d
bi
ế
n d
ng, l
p
kim lo
i n
m gi
a m
t tr
ướ
c c
a dao phoi b
nóng ch
y làm gi
m
ma sát, gi
m l
c c
t, khó hình thành phoi bám, do
ñ
ó chi
u cao nh
p
nhô t
ế
vi l
p b
m
t gi
m,
ñộ
nh
n b
m
t t
ă
ng lên.
1.3.3.3. nh hưởng ca lượng chy dao
Khi gia công v
i l
ượ
ng ch
y dao 0,02
÷
0,15mm/vòng thì b
m
t
gia công
ñộ
nh
p nhô t
ế
vi gi
m. N
ế
u S < 0,02mm/vòng thì
ñộ
nh
p nhô t
ế
vi s
t
ă
ng lên
(t
c
ñộ
nh
n bóng s
gi
m
xu
ng)
nh h
ưở
ng c
a
bi
ế
n d
ng d
o l
n h
ơ
n
nh
h
ưở
ng c
a các y
ế
u t
nh
h
c. N
ế
u l
ượ
ng ch
y dao S >
0,15mm/vòng thì bi
ế
n d
ng
ñ
àn h
i s
nh h
ưở
ng
ñế
n s
8
hình thành các nh
p nhô t
ế
vi
ñồ
ng th
i k
ế
t h
p v
i
nh h
ưở
ng c
a
các y
ế
u t
hình h
c làm t
ă
ng
ñộ
nhám b
m
t.
Để
ñả
m b
o
ñộ
nh
n bóng b
m
t n
ă
ng su
t gia công,
ñố
i v
i
thép Cacbon ng
ườ
i ta th
ườ
ng ch
n giá tr
c
a l
ượ
ng ch
y dao S trong
kho
ng t
0,05
ñế
n 0,12mm/vòng.
1.3.3.4. nh hưởng ca chiu sâu ct
nh h
ưở
ng c
a chi
u sâu c
t
ñế
n
ñộ
nhám b
m
t không
ñ
áng
k
. Tuy nhiên n
ế
u chi
u u c
t quá l
n s
d
n
ñế
n rung
ñộ
ng trong
quá trình c
t t
ă
ng, do
ñ
ó làm t
ă
ng
ñộ
nhám. Ng
ượ
c l
i, chi
u sâu c
t
quá nh
s
làm cho dao b
tr
ượ
t trên b
m
t gia công. Th
c nghi
m
cho th
y khi c
t v
i chi
u sâu c
t t = 0,02
÷
0,03mm th
ườ
ng x
y ra
hi
n t
ượ
ng tr
ượ
t dao. Khi
ñ
ó kim lo
i ch
y
ế
u b
nén ch
t làm cho
chi
u cao nh
p nhô t
ế
vi t
ă
ng lên và l
p b
m
t b
bi
ế
n c
ng, gây khó
kh
ă
n cho l
n gia công ti
ế
p theo.
1.3.3.5. nh hưởng ca vt liu gia công
V
t li
u gia công (hay tính gia công c
a v
t li
u)
nh h
ưở
ng
ñế
n
ñộ
nhám b
m
t ch
y
ế
u do kh
n
ă
ng bi
ế
n d
ng d
o. V
t li
u d
o
và dai (thép ít cacbon) d
bi
ế
n d
ng d
o s
làm cho nhám b
m
t l
n
h
ơ
n so v
i v
t li
u c
ng và giòn.
1.3.3.6. nh hưởng ca rung ñng ca h thng công ngh
Quá trình rung
ñộ
ng trong h
th
ng công ngh
t
o ra chuy
n
ñộ
ng
t
ươ
ng
ñố
i có chu k
gi
a d
ng c
c
t và chi ti
ế
t gia công d
n
ñế
n làm
thay
ñổ
i
ñ
i
u ki
n ma sát, gây n
ñộ
sóng nh
p nhô t
ế
vi trên b
m
t gia ng. Sai l
ch c
a các b
ph
n máy m cho chuy
n
ñộ
ng
c
a máy không
n
ñị
nh, h
th
ng công ngh
s
dao
ñộ
ng c
ưỡ
ng
b
c.
Đ
i
u y ngh
ĩ
a các b
ph
n máy làm vi
c s
có rung
ñộ
ng v
i nh
ng t
n s
khác nhau gây ra sóng d
c ng ngang
trên b
m
t gia công v
i b
ướ
c sóng khác nhau.
9
Hình 1.7. nh hưởng ca cacbon
ti cơ tính ca thép thường
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
200
400
600
800
1000
1200
0
200
200
300
H B
60
50
40
30
20
10
2400
2000
1600
1200
800
400
% C
σ
b
, MN/m
ψ,
δ
%
a
k,
KJ/m
2
ψ
σ
b
a
k
δ
HB
1.4. CÁC THÀNH PHN VT LIU CA CÁC LOI THÉP CACBON
1.4.1. Khái nim thành phn hóa hc ca thép Cacbon
Thép h
p kim gi
a s
t cacbon v
i l
ượ
ng cacbon nh
h
ơ
n
2,14%. Do
ñ
i
u ki
n n
u luy
n t
qu
ng s
t, n ngoài hai nguyên
t
chính là Fe C, trong thépn các nguyên t
khác,
ñ
ó các
t
p ch
t th
ườ
ng có (Mn, Si, P, S), các t
p ch
t
n (H, N, O...) và các
t
p ch
t ng
u nhiên (Cr, Ni, Cu, Mo, Mn, Co, V, Ti...).
Thành ph
n hóa h
c c
a thép thông th
ườ
ng ngoài Fe ra
ñượ
c
gi
i h
n nh
ư
sau: C < 2,14%; Mn
0,5% ÷ 0,8%; Si
0,3% ÷
0,6%; P
0,03 ÷ 0,06%; S
0,03 ÷ 0,06% (theo tiêu chu
n ISO: S,
P
0,03%).
1.4.2. nh hưởng ca cacbon ti t chc, tính cht công dng
ca thép
1.4.2.1. T chc tế vi
1.4.2.2. Cơ tính
Khi thành ph
n cacbon t
ă
ng
n,
ñ
b
n và
ñộ
c
ng t
ă
ng, n
ñộ
d
o và
ñộ
dai gi
m.
V
m
t
ñ
nh l
ư
ng, có th
th
y c
t
ă
ng 0,1%C,
ñ
c
ng
HB s
t
ă
ng thêm kho
ng 20÷25
ñơ
n v
, gi
i h
n b
n (
σ
b
) t
ă
ng
thêm kho
ng 680Pa,
ñộ
giãn
dài (
δ
) gi
m
ñ
i kho
ng 4%,
ñộ
th
t t
ñố
i (
ψ
) gi
m
ñ
i
kho
ng 5%,
ñ
dai va
ñậ
p
(a
k
) gi
m
ñ
i kho
ng 200
kJ/m
2
,...
10
1.4.2.3. Vai trò ca cacbon. Công dng ca thép theo thành phn
cacbon
1.4.3. Phân loi thép Cacbon
1.4.3.1. Theo mc ñộ sch tp cht t thp ñến cao các mc cht
lượng sau
1.4.3.2. Theo phương pháp kh ôxy
1.4.3.3. Theo công dng
1.4.4. Ký hiu Thép cacbon
1.4.4.1. Nhóm thép cacbon cht lượng thường
1.4.4.2. Nhóm thép kết cu
1.4.4.3. Nhóm thép dng c
1.4.4.4. Nhóm thép Cacbon có công dng riêng
1.5. MÁY CNC VÀ CÔNG NGH GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC
(CAD/CAM/CNC)
1.5.1. Đặc trưng cơ bn ca máy CNC
1.5.2. Cu trúc cơ bn ca máy CNC
1.5.3. Công ngh gia công trên máy CNC (CAD/CAM-CNC)
1.5.3.1. H trc ta ñộ máy công c CNC
1.5.3.2. Các ñim gc, ñim chun trên máy công c CNC
1.5.3.3. Tng quan v công ngh CAD/CAM
1.5.3.4. Lp trình gia công theo công ngh CAD/CAM - CNC
1.6. Kết lun chương
Trong ch
ươ
ng này, lu
n v
ă
n gi
i thi
u lý thuy
ế
t c
ơ
b
n v
ch
ế
ñộ
c
t, ch
t l
ượ
ng c
a chi ti
ế
t gia công phân tích các
nh h
ưở
ng c
a
các y
ế
u t
nh
ư
: hình dáng hình h
c c
a dao, t
c
ñộ
c
t, l
ượ
ng ch
y
dao, chi
u sâu c
t, v
t li
u gia công c
ũ
ng nh
ư
rung
ñộ
ng c
a h
th
ng
công ngh
...
ñế
n
ñộ
nhám b
m
t trình bày tóm t
t các ch
tiêu
ñ
ánh giá ch
t l
ượ
ng b
m
t R
a
, R
z
. Bên c
nh
ñ
ó vi
c trình bày các