i
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Đức Toàn, người thầy đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo và động viên tôi thực hiện luận án.
Tôi vô cùng biết ơn đến GS.TSKH Bành Tiến Long đã định hướng đề tài, góp ý và tận
tình giúp đỡ và động viên tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo sau
Đại học, Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện tốt nhất và giúp
đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cám ơn tới Thầy, Cô bộ môn Gia Công Vật Liệu Và Dụng Cụ Công
Nghiệp - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã đóng góp ý kiến, hỗ trợ và giúp đỡ tôi.
Tôi xin cám ơn khoa Cơ khí – Phòng thí nghiệm Đo lường khoa Cơ khí, Trung Tâm
Hồng Hải Foxcon– Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ, hỗ trợ tôi hoàn thành
thực nghiệm của luận án.
Tôi gửi lời cám ơn đến Ban lãnh đạo Trường, khoa Cơ Khí, Bộ môn Kỹ thuật cơ sở -
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi về thời gian tạo
điều kiện giúp tôi hoàn thành luận án.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến tất cả đồng nghiệp, bạn bè, gia đình
và người thân đã luôn ở bên động viên khích lệ và mong muốn tôi hoàn thành luận án này.
Hà Nội, ngày …. tháng 08 năm 2017
Tác giả
Phạm Thị Hoa
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Đức Toàn. Kết quả nêu trong luận án là trung thực
và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác.
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Nguyễn Đức Toàn
Hà Nội, ngày …. tháng 08 năm 2017
Tác giả
Phạm Thị Hoa
iii
MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................ vi
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................. viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ............................................................................. x
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu ................................................................................... 1
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 3
2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 3
3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................... 3
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ............................................................... 4
5. Những đóng góp mới của đề tài .......................................................................................... 4
6. Cấu trúc của nội dung luận án ............................................................................................ 5
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ VẬT LÝ QUÁ TRÌNH TẠO PHOI KHI PHAY CAO TỐC .............. 6
1.1 Tổng quan chung về gia công cao tốc ............................................................................... 6
1.1.1 Lịch sử phát triển của gia công cao tốc ...................................................................... 6
1.1.2 Đặc điểm chung của phay cao tốc .............................................................................. 9
1.1.3 Một số ứng dụng của phay cao tốc ............................................................................. 9
1.2 Cơ sở vật lý quá trình phay cao tốc ................................................................................ 10
1.3 Hệ số co rút phoi và biến dạng xảy ra trong quá trình phay cao tốc ............................... 14
1.3.1 Hệ số co rút phoi ...................................................................................................... 14
1.3.2 Quan hệ giữa hệ số co rút phoi và biến dạng trong quá trình tạo phoi . .................. 18
1.3.3 Tốc độ biến dạng trong quá trình tạo phoi. .............................................................. 19
1.4 Đặc điểm biến dạng xảy ra trong quá trình tạo phoi khi phay cao tốc . ........................ 20
1.5 Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước về quá trình tạo phoi khi phay cao tốc 23
1.5.1 Nghiên cứu trong nước về quá trình phay cao tốc ................................................... 23
1.5.2 Nghiên cứu ngoài nước về quá trình tạo phoi khi phay cao tốc ............................... 24
CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHAY CAO TỐC ..................................... 31
2.1 Động lực học quá trình tạo phoi khi phay cao tốc .......................................................... 31
2.1.1 Mô hình lực trong quá trình tạo phoi ....................................................................... 32
2.1.2 Phân tích mối quan hệ giữa lực cắt và ứng suất – biến dạng của Oxley . ................ 35
2.2 Lực cắt trong quá trình phay cao tốc .............................................................................. 36
2.2.1 Thành phần lực cắt khi phay cao tốc . ...................................................................... 36
2.2.2 Mô hình lực cắt khi phay mặt phẳng ........................................................................ 38
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi phay cao tốc ................................................. 40
2.3 Ổn định và rung động trong quá trình phay cao tốc ....................................................... 42
2.3.1 Sự ổn định trong quá trình phay cao tốc . ................................................................ 42
2.3.2 Nguyên nhân gây mất ổn định ................................................................................. 43
iv
2.3.4 Mô hình rung động hai thành phần khi phay mặt phẳng . ........................................ 43
2.3.5 Miền ổn định của rung động . .................................................................................. 46
2.4 Hiện tượng mài mòn dụng cụ cắt trong quá trình phay cao tốc . .................................... 48
2.4.1 Các dạng mài mòn dụng cụ cắt . .............................................................................. 49
2.4.2 Cơ chế mài mòn của dụng cụ cắt . ........................................................................... 50
2.5 Độ nhám bề mặt chi tiết gia công khi phay cao tốc ........................................................ 52
2.6 Kết luận chương 2 ........................................................................................................... 54
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH TẠO PHOI KHI PHAY
CAO TỐC HỢP KIM NHÔM A6061 ...................................................................................... 55
3.1 Vật liệu, thiết bị và phương pháp nghiên cứu quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061 .................................................................................................................. 55
3.1.1 Máy, phôi, dụng cụ cắt khi nghiên cứu phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 .......... 55
3.1.2 Các thiết bị đo dùng cho thực nghiệm quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim
nhôm A6061 ...................................................................................................................... 57
3.1.3 Thiết kế thực nghiệm khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 ................................ 60
3.2 Nghiên cứu thực nghiệm hình thái hình học của phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061 .................................................................................................................................... 62
3.2.1 Mục đích nghiên cứu hình thái hình học phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061 ................................................................................................................................ 62
3.2.3 Cơ chế hình thành phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 ............................. 63
3.2.4 Đặc điểm hình thái hình học của phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 ..... 64
3.2.5 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến hình thái hình học của phoi khi phay
cao tốc hợp kim nhôm A6061 ........................................................................................... 66
3.3 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến hệ số co rút phoi
khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 ................................................................................ 70
3.4 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt khi phay
cao tốc hợp kim nhôm A6061 ............................................................................................... 74
3.5 Nghiên cứu thực nghiệm các thông số công nghệ ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi
phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 ...................................................................................... 77
3.6 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến vết tiếp xúc của
dao–phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 ................................................................. 80
3.7 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến biên độ rung động
khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 ................................................................................ 83
3.8 Quan hệ tương quan giữa hệ số co rút phoi với các yếu tố đầu ra khi phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061. ................................................................................................................. 86
3.9 Kết luận chương 3 ........................................................................................................... 88
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG QUÁ TRÌNH TẠO PHOI
KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM A6061 .................................................................... 90
4.1 Đặc điểm của mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn ...................................... 90
v
4.2.1 Một số nghiên cứu sử dụng mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn trong quá
trình gia công cắt gọt ............................................................................................................ 90
4.2.2 Phá hủy dẻo và sự phát triển các lỗ trống của vật liệu trong quá trình gia công ...... 91
4.3 Mô hình phá hủy vật liệu và cách xác định các tham số trong mô hình ......................... 93
4.3.1 Mô hình phá hủy Johnson-Cook (J-C) ..................................................................... 94
4.3.2 Mô hình phá hủy Bao-Wierzbicki (B-W) ............................................................... 99
4.3.3 Mô hình phá hủy B-W theo mô hình sửa đổi của Mohr-Coulomb (Modified Morh-
Coulomb MM-C)............................................................................................................. 104
4.3.4 Mô hình ma sát ....................................................................................................... 106
4.4 Phân tích so sánh lựa chọn mô hình mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn quá
trình hình thành phoi ........................................................................................................... 107
4.5 So sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm quá trình hình thành phoi khi phay hợp kim
nhôm A6061 ở vùng tốc độ cao .......................................................................................... 114
4.5.1 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng khi gia công ở vùng tốc độ cao ......................... 114
4.5.2 So sánh hình thái hình học của phoi giữa mô phỏng và thực nghiệm ở tốc độ cắt cao
khi phay hợp kim nhôm A6061 ....................................................................................... 118
4.6 Sự phân bố ứng suất trong vùng tiếp xúc giữa dao - phoi khi mô phỏng 3D quá trình tạo
khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 .............................................................................. 119
4.6.1 Thiết kế mô hình mô phỏng 3D quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061 .............................................................................................................................. 119
4.6.2 Phân tích sự phân bố ứng suất - biến dạng khi mô phỏng 3D quá trình tạo phoi khi
phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 ................................................................................ 120
4.6.3 Lực cắt trong mô phỏng 3D quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061 .............................................................................................................................. 121
4.7 Ảnh hưởng của các thông công nghệ đến hệ số co rút phoi và lực cắt khi mô phỏng ở
vùng tốc độ cao có xét đến ảnh hưởng của tốc độ biến dạng ............................................. 123
4.7.1 Ảnh hưởng của thông số cắt đến hệ số co rút phoi (KS) ............................................ 123
4.7.2 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến lực cắt FS ............................................... 124
4.8 Xác định bộ thông số chung cho hệ số co rút phoi và lực cắt khi mô phỏng quá trình
phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 .................................................................................... 126
4.8.1 Bộ thông số sử dụng để mô phỏng cho hệ số co rút phoi và lực cắt ...................... 126
4.8.2 Phân tích ANOVA ảnh hưởng của các thông số cắt đến K và F ........................... 127
4.8.3 Phân tích mối tương quan Grey ảnh hưởng đồng thời của các thông số cắt (V, t, α,
) đến hệ số co rút phoi K và lực cắt F ............................................................................ 129
4.9 Kết luận chương4 .......................................................................................................... 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 135
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .............................. 143
PHỤ LỤC ............................................................................................................................... 1