BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LÊ NHƢ TRANG
NGHIÊN CỨU PHAY KHÔ HỢP KIM NHÔM A7075 BẰNG
DỤNG CỤ PHỦ NITRIDE TITAN VÀ ĐỐI SÁNH VỚI PHAY ƢỚT
Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9520103
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hà Nội – 2021
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Người hướng dẫn: TS. Trần Xuân Thái
TS. Nguyễn Trọng Hải
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Trường họp tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Vào hồi……. giờ, ngày….. tháng…… năm…..
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
International
1. Le Nhu Trang, Xuan Thai - Tran, Nguyen Trong Hai & Nhu- Tung Nguyen (2020), “An investigation and analysis of surface roughness and tool wear in dry pocket milling of aluminum alloy AA7075”, Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development (IJMPERD) ISSN(P): ISSN(P): 2249–6890; ISSN(E): 2249–8001, IMPACT FACTOR(JCC) (2019): 8.8746; INDEX COPERNICUS VALUE (ICV) - (2016): 60.6; NAAS RATING: 3.11; Vol. 10, Issue 2, Apr 2020, 1307–1320.
2. Nhu–Trang Le , Thai - Xuan Tran1, Hai – Trong Nguyen (2020), “An Investigation and Analysis of Cutting Force and Tool Wear in Dry Pocket Milling of Aluminum Alloy Al7075”, International Journal of cientific Engineering and Science, ISSN (online): 2456-736, Volume 4, Issue 4, pp. 18-23.
3. Lê Như Trang1, Trần Xuân Thái2, Nguyễn Trọng Hải2, Hoàng Tiến Dũng3 (2020), “Khảo sát lực cắt khi phay khô và phay ướt vật liệu hợp kim nhôm AA7075”, Tạp chí khoa học và công nghệ - Trường đại học công nghiệp Hà Nội, P- ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619.
4. Lê Như Trang, Trần Xuân Thái, Nguyễn Trọng Hải (2020), “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đến mài mòn dụng cụ cắt khi phay hợp kim nhôm A7075”, Tạp chí cơ khí Việt Nam, Số 6 năm 2020, P 166 – 170, ISSN 2615-9910.
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay trong gia công cơ khí ngoài lựa chọn các phương án gia công tối ưu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, các doanh nghiệp còn chú ý đến việc đảm bảo sức khỏe của người thợ và mức độ ảnh hưởng tới môi trường trong quá trình sản xuất. Đối với ngành chế tạo máy hàng năm tiêu thụ một lượng lớn dung dịch dùng để tưới nguội cho các công đoạn gia công sản phẩm và sau khi sử dụng lượng lớn dung dịch này thải ra gây ô nhiễm môi trường. Dung dịch trơn nguội có tác dụng giảm sự mài mòn dao, giảm nhiệt từ chi tiết gia công, dao và máy, giúp quá trình thoát phoi dễ dàng và giảm ứng suất cắt sinh ra trong chi tiết gia công, dụng cụ và thiết bị. Tuy nhiên việc sử dụng dung dịch trơn nguội đã làm gia tăng đáng kể chi phí gia công, thông thường chi phí cho dung dịch trơn nguội có thể từ 7-17% chi phí sản xuất. Bên cạnh đó dung dịch trơn nguội làm ảnh hưởng đến sức khỏe người vận hành máy. Như vậy từ những chi phí về mua dung dịch, xử lý các vấn đề sau gia công của dung dịch trơn nguội, chi phí bảo vệ sức khỏe người thợ là các mối quan tâm lớn của các nhà sản xuất.
Với sự phát triển của vật liệu, xu thế của các nhà thiết kế chế tạo sản phẩm hiện nay đang thay dần các vật liệu thép bằng các vật liệu hợp kim nhôm với mục đích làm giảm trọng lượng của các thiết bị và tăng tuổi thọ cho thiết bị do vật liệu hợp kim nhôm có tính chịu nhiệt cao (khoảng 5600c) mà vẫn đảm bảo được chức năng làm việc của chi tiết máy.
Hiện nay gia công khô được coi phương pháp gia công được mong muốn của các doanh nghiệp vì có những ưu điểm đặc biệt đối hệ sinh thái. Đã nhiều nhà máy áp dụng bắt buộc với việc gia công khô để bảo môi trường và đảm bảo an toàn vệ sinh lao động. Những lợi thế của gia công khô bao gồm: không gây ô nhiễm khí quyển
1
(hoặc nước), không nguy hiểm cho sức khỏe, không gây tổn thương cho da và không gây dị ứng, đặc biệt hơn nữa là giảm chi phí gia công. Gia công khô làm giảm chi phí chế tạo từ dung dịch trơn nguội sinh ra. Đã có các nghiên cứu cho rằng khi gia công khô làm tăng ma sát, mài mòn dụng cụ cắt tăng, nhiệt độ gia công cao ảnh hưởng đến quá trình hình thành phoi và độ chính xác của bề mặt gia công. Tuy nhiên gia công khô lại có điểm tích cực như giảm sốc nhiệt và cải thiện tuổi thọ của dụng cụ cắt trong quá trình cắt không liên tục. Gia công khô đã được nghiên cứu và phát triển từ việc làm thế nào bù đắp tác dụng có lợi của việc gia công có dung dịch trơn nguội. Trong khi đó gia công không tưới nguội không phải là phù hợp cho tất cả các công đoạn và áp dụng cho tất cả các loại phôi liệu, trong một số trường hợp nếu chọn dao cụ một cách hợp lý và chính xác sẽ có thể làm giảm thiểu hoặc loại bỏ hoàn toàn dung dịch trơn nguội. Dao cụ với lớp phủ nitric titan sẽ cho phép gia công các vật liệu với bước tiến lớn, tốc độ cao làm giảm thời gian tiếp xúc của mảnh dao và phôi liệu, làm giảm được nhược điểm độ cứng giảm nhanh ở nhiệt độ cao của dao cụ và lớp phủ này làm giảm ma sát giữa dao và vật liệu gia công vì thế tăng được hiệu quả gia công khô.
Nhôm và hợp kim nhôm là vật liệu chủ yếu dùng gia công khô, do độ dẫn nhiệt cao, khả năng hấp thụ nhiệt của nhôm cũng khá lớn. Mặc khác khi gia công hợp kim nhôm có thể gây ra biến dạng do sự giãn nở nhiệt. Ngoài ra khi gia công hợp kim nhôm cũng gây ra các vấn đề liên quan đến sự hình thành phoi. Do vậy khi gia công nhôm và hợp kim nhôm cần phải sử dụng dụng cụ cắt với lớp phun phủ phù hợp.
Từ những phân tích nêu trên tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu phay khô hợp kim nhôm A7075 bằng dụng cụ phủ Nitride Titan và đối sánh với phay ướt” để nghiên cứu nhằm mục đích phân tích ảnh hưởng các thông số chế độ cắt đến một số thông số đặc trưng trong quá trình gia công hợp kim nhôm A7075 ở hai điều kiện gia công
2
khô (phay khô) và gia công có dung dịch trơn nguội (phay ướt). Đánh giá các ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt đến các thông số đầu ra như: lực cắt, mài mòn và độ nhám bề mặt. So sánh kết quả đầu ra ở hai điều kiện gia công khô và gia công có sử dụng dung dịch trơn nguội. Trên cơ sở đó tính toán chế độ cắt tối ưu góp phần vào tiếp cận, khai thác máy và thiết bị, tăng hiệu quả trong sản xuất và là cơ sở ban đầu cho các nghiên cứu tiếp theo.
2. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2.1 Mục đích
- Phân tích cơ sở lý thuyết về quá trình tạo phoi, động lực học quá trình phay nhôm hợp kim A7075 khi phay khô và phay ướt. - Phân tích mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt với lực cắt, độ nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt khi phay khô và phay ướt. Phân tích mối quan hệ lượng mòn dụng cụ cắt khi phay khô và phay ướt nhôm hợp kim.
- Xây dựng hàm mục tiêu tối ưu hóa, thiết lập điều kiện biên, miền giới hạn đối với hệ thống công nghệ để giải bài toán tối ưu hóa chế độ cắt khi phay khô vật liệu hợp kim nhôm.
- Xác định được ưu nhược điểm của gia công khô và gia công ướt nhôm hợp kim A7075 giúp cho nhà sản xuất dễ lựa chọn phương pháp gia công
2.2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
- Quá trình gia công hợp kim nhôm A7075 trong điều kiện phay khô và phay ướt khi sử dụng dao phay ngón có phủ Nitride Titan.
3
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu quá trình tạo phoi và động lực học và các hiện
tượng: nhiệt cắt, mài mòn…trong quá trình phay khô và phay ướt
hợp kim nhôm A7075.
- Thực nghiệm, đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ
đến lực cắt, mài mòn dụng cụ cắt, độ nhám bề mặt khi phay khô
và phay ướt hợp kim nhôm A7075 ở các khoảng thời gian khác
nhau.
- Đánh giá ảnh hưởng của phay khô và phay ướt, tối ưu hóa quá
trình phay hợp kim nhôm A7075.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, ứng dụng phần mềm trong quy hoạch thực nghiệm xử lý số liệu.
- Nghiên cứu lý thuyết để phân tích tác động tương hỗ giữa các thông số chế độ cắt đến lực cắt, độ nhám bề mặt và mòn dao. - Thực nghiệm gia công để xây dựng hàm quan hệ thông số công nghệ với các yếu tố trong quá trình cắt: Lực cắt, độ nhám bề mặt và mòn dao. Xây dựng mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và thời gian gia công với lực cắt, độ nhám bề mặt và mòn dao.
4
2.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học - Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt, độ nhám bề mặt và lượng mòn dao khi phay hợp kim nhôm A7075 thông qua các hàm toán
- Xây dựng mô hình toán học, phân tích và đánh giá ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến một số thông số đặc trưng như lực cắt, nhám bề mặt và mòn dao khi phay khô và phay có dung dịch trơn nguội.
- Giải bài toán tối ưu hóa chế độ cắt trong quá trình phay khô với hàm thích nghi đa mục tiêu (độ nhám bề mặt chi tiết và lượng mòn dao) nhỏ nhất.
- Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả của luận án là phương pháp luận để các nhà sản xuất chọn chế độ cắt tối ưu khi phay khô và phay ướt hợp kim nhôm A7075 bằng dao phủ TiN.
- Luận án cũng dùng làm tài học tập nghiên cứu của các cơ sở đào tạo về quá trình phay khô và phay ướt hợp kim nhôm.
2.5. Những đóng góp mới của đề tài
- Nghiên cứu một cách có hệ thống ảnh hưởng của chế độ cắt gồm: vận tốc cắt (V), bước tiến dao (S) và chiều sâu cắt (t) đến quá trình phay hợp kim nhôm A7075.
- Các phương trình thực nghiệm hồi quy biểu diễn mối liên hệ giữa chế độ cắt với lực cắt, độ nhám bề mặt chi tiết gia công khi phay hợp kim nhôm A7075 đã được đề xuất.
5
- Luận án cũng làm rõ được sự khác biệt của các yếu tố công nghệ đến quá trình phay khô và phay ướt ở các khoảng thời gian gia công khác nhau khi gia công hợp kim nhôm A7075.
- Đưa phương pháp tính toán chế độ cắt tối ưu khi phay khô và phay ướt vật liệu A7075 sử dụng dụng cụ cắt HSSCo8 có phủ TiN.
2.6. Cấu trúc nội dung của luận án
Luận án được chia làm 4 chương và phần kết luận chung:
Chương 1 Tổng quan về các yếu tố khi gia công hợp kim nhôm A7075.
Chương 2 Động lực học và các hiện tượng xảy ra khi phay hợp kim nhôm A7075.
Chương 3 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng các tố công nghệ đến lực cắt, độ nhám và mòn dụng cụ cắt khi phay hợp kim nhôm A7075 bằng dao phay phủ Nitride Titan.
Chương 4 Nghiên cứu tối ưu các thông số khi phay hợp kim nhôm A7075 bằng dao phay phủ Nitric Titan.
Kết luận chung và kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo.
Tài liệu tham khảo phụ lục I
6
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC YẾU TỐ KHI GIA CÔNG HỢP KIM NHÔM A7075
1.1 Đặc điểm và ứng dụng của hợp kim nhôm A7075
1.1.1 Đặc điểm của hợp kim nhôm
1.1.2 Phân loại hợp kim nhôm
1.1.3 Ứng dụng của hợp kim nhôm A7075
1.1.4 Các nghiên cứu về hợp kim nhôm A7075
1.2 Cơ sở vật lý quá trình tạo phoi khi gia công A7075
1.2.1 Quá trình tạo phoi khi gia công kim loại
1.2.2 Các dạng phoi hình thành trong quá trình cắt.
1.3 Dụng cụ cắt khi gia công hợp kim nhôm A7075
1.3.1Những yêu cầu của vật liệu làm dụng cụ cắt
1.3.2 Một số vật liệu dùng làm dụng cụ cắt khi gia công hợp kim
nhôm A7075
1.4 Những vấn đề khi gia công khô và gia công có dung dịch trơn
nguội khi gia công hợp kim nhôm A7075
1.5 Nghiên cứu trong và ngoài nƣớc gần đây
1.5.1 Nghiên cứu trong nước
1.5.2 Nghiên cứu ngoài nước
Các nghiên cứu trong nước gần đây về gia công kim loại và thấy
rằng chưa có nghiên cứu nào đề cập đến các vấn đề khi gia công vật
liệu hợp kim nhôm A7075. Các nghiên cứu ngoài nước về gia công
khô, gia công ướt, các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt, lực
cắt, mài mòn… cũng được tác giả tìm hiểu trong chương 1. Từ đó
7
giúp lựa chọn để nghiên cứu các nội dung trong các chương tiếp theo
và tìm được vùng thực nghiệm hợp lý cho luận án.
Kết luận chƣơng 1
1. Tìm hiểu quá trình hình thành phoi khi gia công hợp kim nhôm
A7075 và các vấn đề xảy ra trong quá trình tạo phoi đây là yếu tố
quyết định đến các thông số đầu ra như: lực cắt, mài mòn, độ
nhám bề mặt.
2. Đối với gia công hợp kim nhôm dụng cụ cắt là một phần giúp cải
thiện chất lượng bề mặt gia công, giảm ma sát và nhiệt sinh ra
trong quá trình cắt. Chương 1 cũng đã phân tích và đưa ra một số
vật liệu làm dụng cụ cắt phổ biến khi gia công hợp kim nhôm
như; hợp kim cứng, thép gió và vật liệu cắt có phun phủ. Nghiên
cứu đã chọn được vật liệu cắt phù hợp cho gia công hợp kim
nhôm A7075 đảm bảo tuổi thọ và năng suất gia công.
3. Để đánh giá ảnh hưởng hiệu quả của các phương pháp gia công
khô và gia công có sử dụng dung dịch trơn nguội, nghiên cứu đã
phân tích lợi ích và xu hướng phát triển của các phương pháp
giúp quá trình thực nghiệm sau này.
8
CHƢƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CÁC HIỆN TƢỢNG XẢY
RA KHI PHAY HỢP KIM NHÔM A7075
2.1 Lực cắt và các yếu tố ảnh hƣởng
2.1.1 Lực cắt khi phay hợp kim nhôm A7075
2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi phay
2.2 Rung động và ổn định trong quá trình phay hợp kim nhôm
A7075
2.2.1 Hiện tượng rung động khi cắt
2.2.2 Mô hình rung động khi phay
2.2.3 Sự ổn định trong quá trình gia công
2.3 Hiện tƣợng mài mòn dụng cụ cắt [9].
2.3.1 Các dạng mài mòn dụng cụ cắt
2.3.2 Cơ chế mài mòn của dụng cụ cắt khi phay hợp kim nhôm
A7075
2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến mài mòn dụng cụ cắt.
2.4 Hiện tƣợng nhiệt sinh ra trong quá trình gia công hợp kim
nhôm A7075 [11]
2.5 Chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công khi gia công hợp kim
nhôm A7075
2.5.1 Sự biến cứng lớp bề mặt khi gia công
2.5.2 Độ nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng khi phay hợp kim
nhôm A7075
Kết luận chƣơng 2
9
1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về lực cắt, rung động, ổn định trong
quá trình cắt, hiện tượng nhiệt cắt, mài mòn, các yếu tố ảnh
hưởng đến độ nhám bề mặt gia công và lượng mòn dao trong quá
trình gia công.
2. Nghiên cứu cho thấy rằng các thông số về công nghệ ảnh hưởng
rất lớn đến các yếu tố đầu ra như: lực cắt, độ nhám bề mặt chi
tiết gia công, rung động, mài mòn dụng cụ cắt.
3. Việc phân tích cơ sở lý thuyết của quá trình phay là cơ sở cho
việc xây dựng các phương án và quy trình thực nghiệm.
10
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN LỰC CẮT, ĐỘ NHÁM VÀ MÕN DỤNG CỤ KHI PHAY HỢP KIM NHÔM A7075 BẰNG DAO PHAY PHỦ NITRIDE TITAN
3.1 Mục tiêu của nghiên cứu thực nghiệm
3.2 Nội dung của nghiên cứu thực nghiệm
3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm khi phay hợp kim nhôm A7075
3.3.1 Tiến trình nghiên cứu thực nghiệm
3.3.2 Thiết kế các thông số và ma trận thực nghiệm khi phay hợp kim nhôm A7075.
a.Thiết kế các thông số đầu vào
3.4 Lựa chọn trang bị thí nghiệm
3.4.1 Dụng cụ gia công
3.4.2 Vật liệu và máy dùng cho thí nghiệm
3.4.3 Các thiết bị đo
a. Thiết bị đo lực
b. Thiết bị độ nhám
c.Thiết bị đo độ mòn dao
a. Thiết bị đo b. Phần mềm và thiết lập đoc. Xử lý kết quả đo
Hình 3.8. Thiết lập hệ thống đo mòn mặt sau dụng cụ cắt
11
3.5 Phân tích ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ đến lực cắt khi
phay hợp kim nhôm A7075. 3.5.1 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến lực cắt FU (N) khi phay ướt hợp kim nhôm A705.
(0.7) (0.8) (0.9)
a. t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.9. Lực cắt (FU1) ứng với t,S,V ở thời gian 90 phút khi phay ướt hợp kim nhôm A7075
a) t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.10. Lực cắt (FU2) ứng với t,S,V ở thời gian 180 phút khi phay
ướt hợp kim nhôm A7075
a. t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.11. Lực cắt (FU2) ứng với t,S,V ở thời gian 270 phút khi phay
ướt hợp kim nhôm A7075
12
3.5.2. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt (FK) khi
phay khô hợp kim nhôm A7075
(0.16) (0.17) (0.18)
a) t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.12. Lực cắt (FK1) ứng với t,S,V ở thời gian 90 phút khi phay ướt hợp kim nhôm A7075
b) t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.13. Lực cắt (FK2) ứng với t,S,V ở thời gian 180 phút khi phay ướt hợp kim nhôm A7075
c) t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.14. Lực cắt (FK3) ứng với t,S,V ở thời gian 270 phút khi phay ướt hợp kim nhôm A7075 3.6 Ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ nhám khi phay hợp kim nhôm A7075.
13
3.6.1 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám (RaU) khi phay ướt hợp kim nhôm A7075.
(0.25) (0.26) (0.27)
a)t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.15. Độ nhám (RaU1) ứng với t,S,V ở thời gian 90 phút khi
phay ướt hợp kim nhôm A7075
a. t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.16. Độ nhám (RaU2) ứng với t,S,V ở thời gian 180 phút khi
phay ướt hợp kim nhôm A7075
a. t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.17. Độ nhám (RaU3) ứng với t,S,V ở thời gian 270 phút khi
phay ướt hợp kim nhôm A7075
14
3.6.2 Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến độ nhám (RaK) khi phay khô hợp kim nhôm A7075.
(0.32) (0.33) (0.34)
a)t cố định b) S cố định c) V cố định Hình 3.18. Độ nhám (RaK1) ứng với t,S,V ở thời gian 90 phút khi
phay khô hợp kim nhôm A7075
a)t cố định b) S cố định c) V cố định Hình 3.19. Độ nhám (RaK2) ứng với t,S,V ở thời gian 180 phút khi
phay khô hợp kim nhôm A7075
a) t cố định b) S cố định c) V cố định Hình 3.20. Độ nhám (RaK3) ứng với t,S,V ở thời gian 270 phút khi
phay khô hợp kim nhôm A7075
3.7 Phân tích ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ đến độ mòn
dao HS khi phay hợp kim nhôm A7075
15
3.7.1 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ độ mòn dao (HsU) khi
phay ướt hợp kim nhôm A7075.
(0.41) (0.42) (0.43)
a) t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.21. Độ mòn (HsU1) ứng với t,S,V ở thời gian 90 phút khi
phay ướt hợp kim nhôm A7075
a. t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.22. Độ mòn (HsU1) ứng với t,S,V ở thời gian 180 phút khi
phay ướt hợp kim nhôm A7075
b) t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.23. Độ mòn (HsU1) ứng với t,S,V ở thời gian 270 phút khi
phay ướt hợp kim nhôm A7075
3.7.2 Kết quả phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến
độ mòn dao HsK khi phay khô hợp kim nhôm A7075.
16
(0.50)
(0.51) (0.52)
a)t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.24. Độ mòn (HsK1) ứng với t,S,V ở thời gian 90 phút khi
phay ướt hợp kim nhôm A7075
a)t cố định b) S cố định c) V cố định Hình 3.25. Độ mòn (HsK2) ứng với t,S,V ở thời gian 180 phút khi phay ướt hợp kim nhôm A7075
a)t cố định b) S cố định c) V cố định
Hình 3.26. Độ mòn (HsK3) ứng với t,S,V ở thời gian 270 phút khi
phay ướt hợp kim nhôm A7075
3.8 Kết luận chƣơng 3
Nghiên cứu đã xây dựng được các hàm toán học của các yếu tố đầu ra phụ thuộc vào các thông số công nghệ khi phay ướt và phay khô hợp kim nhôm A7075. Các hàm toán học giúp xây dựng các điều kiện biên, miền giới hạn cho việc giải bài toán tối ưu hóa quá trình 17
phay hợp kim nhôm A7075 ở điều kiện phay khô và phay ướt. Chất lượng, độ chính xác và an toàn trong quá trình phay hợp kim nhôm A7075 đều phụ thuộc vào miền giới hạn này.
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ TỐI ƢU HÓA QUÁ TRÌNH PHAY KHÔ HỢP KIM NHÔM A7075 BẰNG DAO PHAY PHỦ NITRIDE TITAN
4.1 Nghiên cứu đánh giá các thông số đầu ra của quá trình phay khô so với phay ƣớt hợp kim nhôm A7075
4.1.1 Đánh giá lực cắt khi phay khô so với phay ướt hợp kim nhôm A7075
4.1.2 Đánh giá độ nhám bề mặt khi phay khô so với phay ướt hợp kim nhôm A7075
4.1.3 Đánh giá độ mòn dao khi phay khô so với phay ướt hợp kim nhôm A7075
Hình 4.14. Lượng mòn dao mặt sau khi gia công với chế độ cắt V = 188 (m/phút), S = 1600 (mm/phút), t = 0,5 (mm) sau các thời gian
gia công khác nhau.
4.2 Phân tích mối quan hệ của các thông số đầu ra trong khi phay hợp kim nhôm A7075.
4.2.1 Phân tích mối quan hệ giữa lực cắt và độ nhám khi phay khô hợp kim nhôm A7075
18
a) b)
c)
Hình 4. 15. Mối quan hệ giữa lực cắt và độ nhám bề mặt a)Khi cố định tốc độ cắt và tốc độ chạy dao, b) khi cố định tốc độ cắt và chiều sâu cắt, c) khi cố định tốc độ chạy dao và chiều sâu cắt
4.2.2. Phân tích mối quan hệ giữa lực cắt và lượng mòn dao mặt sau khi phay khô hợp kim nhôm A7075
a) b)
(c)
Hình 4.16. Mối quan hệ giữa lực cắt và lượng mòn dao mặt sau
a) Khi cố định tốc độ cắt và tốc độ chạy dao, b) khi cố định tốc
độ cắt và chiều sâu cắt, c) khi cố định tốc độ chạy dao và chiều sâu cắt
4.2.3. Phân tích mối quan hệ giữa độ nhám và lượng mòn dao mặt sau khi phay khô hợp kim nhôm A7075
19
a) b)
(c)
Hình 4.17. Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và lượng mòn dao
mặt sau
a)Khi cố định tốc độ cắt và tốc độ chạy dao, b) khi cố định tốc độ cắt và chiều sâu cắt, c) khi cố định tốc độ chạy dao và chiều sâu cắt
4.3 Nghiên cứu tối ƣu một số thông số khi phay hợp kim nhôm
A7075 bằng dao phay phủ Nitride Titan
4.3.1 Đặt vấn đề
4.3.2 Các phương pháp tối ưu hóa
4.3.3 Tối ưu hóa quá trình phay
4.3.3.1. Hàm mục tiêu
4.3.3.2 Điều kiện biên và miền giới hàn
4.3.3.3 Tối ưu hóa đơn mục tiêu.
4.3.3.4 Tối ưu hóa đa mục tiêu
4.4 Kết luận chƣơng 4 Chương 4 đã phân tích các thông số đầu ra của quá trình phay khô hợp kim nhôm A7075 và so sánh với các thông số đầu ra khi phay ướt. Từ đó đánh giá những ưu điểm, cơ sở để lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi gia công khô và gia công ướt. Mối quan hệ của các thông số đầu ra cũng được phân tích, là cơ sở để xác định điều kiện cắt phục vụ tối ưu hóa quá trình phay. Cuối cùng, các bài toán tối ưu hóa
20
đơn mục tiêu và đa mục tiêu cũng được giải quyết. Các kết quả đạt được cụ thể như sau:
1. Sự thay đổi về lực cắt khi gia công ướt và gia công khô với các chế độ công nghệ khác nhau trong các khoảng thời gian gia công khác nhau là không đáng kể. Như vậy, dung dịch trơn nguội không có tác dụng làm giảm lực cắt trong quá trình phay hợp kim nhôm A7075; Lực cắt ổn định và thay đổi không đáng kể trong khoảng thời gian 90 phút, 180 phút và 270 phút;
2. Độ nhám bề mặt khi phay khô có cao hơn một chút so với khi phay ướt sau 90 phút gia công, độ tăng cao nhất là 5,8% ở thí nghiệm số 1. Tuy nhiên mức tăng này là rất nhỏ và không làm thay đổi cấp độ nhám của bề mặt chi tiết gia công. Sau thời gian gia công 180 phút và 270 phút, độ nhám bề mặt khi gia công khô thấp hơn so với khi gia công ướt, độ giảm cao nhất là 9% ở thí nghiệm số 5. Kết quả so sanh sự thay đổi độ nhám theo thời gian gia công cho thấy, trong khoảng thời gian gia công từ 90 phút đến 180 phút thì độ nhám giảm. Nhưng từ phút thứ 180 đến 270 thì độ nhám lại có xu hướng tăng mạnh;
3. Lượng mòn dao mặt sau khi gia công khô và gia công ướt thay đổi không đáng kể tại tất cả các thí nghiệm sau 90 phút và 180 phút gia công. Trong đó, tại thí nghiệm số 7, lượng mòn khi gia công khô tăng nhiều nhất là 9% so với khi gia công ướt. Tuy nhiên mức chênh lệch này giảm chỉ còn 2,6% sau 270 phút gia công. Khi gia công khô, lượng mòn dao tăng mạnh sau 180 phút gia công;
4. Nếu nhà sản xuất lựa chọn tiêu chí bảo vệ môi trường và sức khỏe của người lao động thì nên chỉ sử dụng phương pháp gia công khô. Nếu nhà sản xuất lựa chọn tiêu chí giảm chi phí cho dụng cụ cắt thì nên sử dụng dung dịch trơn nguội sau 180 phút gia công
21
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
KẾT LUẬN
Luận án nghiên cứu anh hưởng của dung dich trơn nguội và các
thông số công nghệ ảnh hưởng đến các thông số đầu ra như lực cắt,
độ nhám bề mặt và lượng mòn dao khi phay nhôm hợp kim A7075
đã đạt được một số kết quả mới như sau:
1. Đã phân tích, tổng hợp và làm rõ được cơ sở lý thuyết động lực
học gia công nhôm hợp kim A7075 khi phay có dung dich trơn
nguội và không có dung dịch trơn nguội
2. Từ các điều kiên trang thiết bị trong nước nghiên cứu cũng xây
dựng sơ đồ thực nghiệmvà hệ thống thiết bị đo khoa học. Xây
dựng các công thức hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ
các thông số công nghệ đến: lực cắt, độ nhám bề mặt và lượng
mòn dụng dao trong quá trình phay khô và phay ướt hợp kim
nhôm A7075 ở ba khoảng thời gian gia công là 90 phút, 180 phút
và 270 phút:
3. Trong quá trình gia công hợp kim nhôm A7075 nghiên cứu đa
phân tích ưu nhực điểm của quá trình phay khô và phay ướt để
giúp cho nhà sản xuất có thể lựa chọn một trong 2 quá trình phay
khô hoặc phay có dung dịch trơn nguộn
+ Nếu lựa chọn quá trình phay ướt thì giảm được chi phí về dụng
cụ cắt do tuổi thọ của dụng cụ cắt cao hơn 24% so với gia công
khô, dẫn đến giảm được 24% chi phí của dụng cụ cắt. Tuy nhiên
tốn về chi phí cho việc sử dụng dung dịch trơn nguội, làm anh
22
hưởng đến sức khỏe người vận hành máy và đặc biệt là chi phí
cho sử lý môi trường do dung dich trơn nguội đã qua sử dụng
thải ra.
+ Nếu lựa chọn quá trình phay khô thì chi phí dụng cụ cắt tăng
lên 24% do tuổi thọ dụng cụ cắt giảm tuy nhiêm phương pháp
này lại giảm được chi phí sự dụng dung dịch trơn nguội hơn nữa
bảo đảm an toàn cho người vận hành máy và bảo vệ môi trường
đây là xu thế của sự phát triển hiện nay cũng như mong muốn
của các quốc gia hiện nay.
4. Đã xây dựng được mô hình bài toán tối ưu hóa chế độ cắt khi
phay khô và phay ướt hợp kim nhôm A7075 với dụng cụ cắt dao
phay ngón HSSCo8 có phủ TiN. Đã ứng dụng giải thuật di
truyền (GA) đề giải bài toán tối ưu đơn mục tiêu và đa mục tiêu
qua đó giúp nhà công nghệ tham khảo áp dụng trong sản xuất
như sau:
Chế độ cắt tối ưu độ nhám bề mặt t=0,5mm, S=
800mm/phút=0.02mm/rang, V=376m/phút. tại thời gian 90
phút Ra=0.256µm, tại thời gian 180 phút Ra=0,162µm, tại
thời gian gia công 270 phút Ra=0,9µm
Chế độ cắt tối ưu đa mục tiêu là độ nhám bề mặt và lượng
mòn dao là t=1,5mm, S=800mm/phút=0.04mm/rang,
V=188m/phút, tại thời gian 90 phút Ra=0.33µm,
∆H=14.10µm tại thời gian 180 phút Ra=0,254µm,
∆H=24.10µm tại thời gian gia công 270 phút Ra=0,993µm
∆H=33,27µm
23
HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt cắt trong quá trình phay
khô và ướt hợp kim nhôm.
2. Nghiên cứu ứng dụng giải thuật mới để giải bài toán tối ưu đơn và đa mục tiêu với số lượng nhiều biến đầu vào và đầu ra trong quá trình phay khô và phay ướt hợp kim nhôm. 3. Nghiên cứu sự thay đổi tổ chức vật liệu khi phay khô và
phay ướt.
4. Nghiên cứu đánh giá mức độ ảnh hưởng đến môi trường và
kinh tế khi phay khô và phay ướt.
24
