tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật optimization of cutting parameters(duong xuan truong DHKTCN)

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X1W
MC LC
Danh mc cỏc ký hiu, cỏc ch vit tt
Danh mc cỏc bng
Danh mc cỏc hỡnh v, th

PHN M M U
8

CHNG 1. TNG QUAN V TI U HO
11
1.1 Lý thuyt tng quan v ti u hoỏ 11
1.1.1 Ti u hoỏ tnh 12
1.2.2 Ti u ng 13
1.2. Cỏc mụ hỡnh nghiờn cu ti u hoỏ quỏ trỡnh gia cụng 15
1.2.1 Mụ hỡnh nghiờn cu lc ct 16
1.2.1.1
Mụ hỡnh lc ct vi cỏc ph
ng phỏp gia cụng cú gúc = 90
o

18
1.2.1.2
Mụ hỡnh lc ct i vi cỏc phng phỏp gia cụng cú hng s
20
1.2.2 Mụ hỡnh nghiờn cu mũn v tui bn ca dng c ct 23
1.2.3 Mụ hỡnh nghiờn cu nhỏm b mt gia cụng 28
1.3 Cỏc ng dng v nghiờn cu ch ct trờn cỏc mỏy CNC 31
1.4 Kt lun chng 1 34

CHNG 2. TI U HO CH CT KHI PHAY VT
LIU SKD61 BNG MNH DAO PH PVD TiAlN
35
2.1 Mụ hỡnh hoỏ quỏ trỡnh ct khi phay 35
2.2 Nhng nh h
ng khi nghiờn cu ti u hoỏ ch ct khi phay vt
liu SKD61 bng mnh dao ph PVD-TiAlN
36
2.3 Mụ hỡnh hoỏ toỏn hc ti u hoỏ quỏ trỡnh ct khi phay 37
2.4 Kt lun chng 2 39

CHNG 3
H THNG CễNG NGH V QUY HOCH THC NGHIM
40
3.1 Mụ hỡnh quy hoch thc nghim 40
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X2W
3.1.1 S s lý kt qu thớ nghim 40
3.1.2 Hm hi quy mt bin 41
3.1.3 Quy hoch thớ nghim trc giao ton phn dng 2
k
43
3.1.4 Quy hoch thớ nghim trc giao bc hai (quy hoch Box-Wilson) 45
3.1.5 Bi toỏn ti u khụng cú iu kin rng buc 48
3.2 H thng cụng ngh 52
3.2.1 Mỏy gia cụng CNC 52
3.2.2 Thit b o, kim tra 52
3.2.3 Dng c ct thớ nghim 54

3.2.4 Vt liu gia cụng 54
3.2.5 Phng phỏp bụi trn, lm mỏt 55
3.3 Thc nghim gia cụng 55
3.3.1 Xỏc nh ma trn thớ nghim 55
3.3.1.1 Ch ct khi phay 55
3.3.1.2 Ma trn thớ nghim 56
3.3.2 Tin hnh thớ nghim 57
3.3.2.1 Chng trỡnh thớ nghim 57
3.3.2.2 Thc nghim gia cụng trờn mỏy VMC-85S/CNC 59
3.3 Quy ho
ch thc nghim v s lý kt qu nghiờn cu 62
3.3.1 Xõy dng thut toỏn quy hoch thc nghim 62
3.3.2 Xỏc nh hm hi quy 62
3.3.3 Xỏc nh hm mc tiờu ti u 65
3.3.4 Min ti u hoỏ 67
3.3.4.1 th nng sut 67
3.3.4.2 th mũn dng c ct 69
3.3.4.3 th Nhỏm b mt 71
3.4 Kt lun chng 3 74
LuËn v¨n Th¹c sü kü thuËt Tr−êng §H Kü thuËt c«ng nghiÖp
HDKH: TS.NguyÔn V¨n Hïng HV: D−¬ng Xu©n Tr−êng
X3W
CHƯƠNG 4
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG
75
4.1 Phân tích kết quả nghiên cứu
4.1.1 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến mòn dụng cụ cắt 75
4.1.1.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao 75
4.1.1.2 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và chiều sâu cắt 76
4.1.1.3 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao 78

4.1.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ
đến nhám bề mặt 79
4.1.2.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến nhám bền mặt 80
4.1.2.2 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và chiều sâu cắt đến nhám bền mặt 81
4.1.2.3 Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến nhám bền mặt 82
4.2 Cơ chế mòn của mảnh dao phủ PVD-TiAlN 83
4.3 Kết quả và bàn luận 83
4.4 Triển khai ứng dụng vào thực tế
sản xuất 84
4.4.1 Sản phẩm ứng dụng 84
4.4.2 Chương trình gia công 84
4.4.3 Kết quả ứng dụng 86
4.5 Kết luận chương 4 88

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN
89

TÀI LIỆU THAM KHẢO
91

PHỤ LỤC
93

TÓM TẮT LUẬN VĂN
120

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X4W
DANH MC CC T VIT TT DNG TRONG LUN VN
Ký hiu Ting anh Ting vit
CMM Coordinate Measuring Machine Mỏy o to 3 chiu
CIM Computer Integrated Manufacturing Sn xut tớch hp CIM
RE Reverse engineering K thut tỏi to ngc
VMC Vertical machining center Trung tõm gia cụng ng
CAD Computer Aided Design Thit k vi tr giỳp ca mỏy tớnh
CAM Computer Aided Manufacturing Sn xut cú tr giỳp ca mỏy tớnh
CNC Computer Numerical Control iu khin s bng mỏy tớnh
CAP Computer Aided Planning
Lp k hoch sn xut cú tr giỳp
ca mỏy tớnh
DNC Direct Numerical Control iu khin s trc tip
PKD Diamant a tinh th
CBN Cubic Bonitrit Vt liu Cubic Bonitrit
TiN Titan Nitrit Vt liu Titan Nitrit
TiCN Titan Cacbon Nitrit Titan Cacbon Nitrit
TiAlN Titan Aluminum Nitrit Vt liu Titan Aluminum Nitrit
RA Regression Analysis Phõn tớch hi quy
BNN Bayesian Neural Network Mng neural
PVD Physical Vapor Deposition Ph bay hi vt lý
CVD Chemical Vapor Deposition Ph bay hi hoỏ hc
SEM Scanning Electron Microscope Scan nh trờn kớnh hin vi in t

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X5W
DANH MC CC HèNH V
Hỡnh 1.1 Cỏc phng phỏp ti u hoỏ quỏ trỡnh gia cụng
Hỡnh 1.2 Mụ hỡnh ti u hoỏ ng khi phay
Hỡnh 1.3 Mụ hỡnh lc to phoi
Hỡnh 1.4 Mụ hỡnh phõn tớch cỏc thnh phn lc ct khi phay
Hỡnh 1.5
nh hng ca gúc trc n h s k
i

Hỡnh 1.6 nh hng ca tc ct ti lc ct n v
Hỡnh 1.7
Mụ hỡnh lc ct i vi gúc hng s
Hỡnh 1.8 nh hng ca vn tc ct V v chiu sõu ct t n lc ct
Hỡnh 1.9 nh hng ca vn tc V v lng chy dao S n lc ct
Hỡnh 1.10 Mụ hỡnh mũn dng c ct
Hỡnh 1.11 th mũn theo thi gian
Hỡnh 1.12 Quan h
gia tui bn T v vn tc ct V
Hỡnh 1.13 Phm vi s dng ca mụ hỡnh tui bn T = C
v
.V
k

Hỡnh 1.14 Quỏ trỡnh mũn theo thi gian
Hỡnh 1.15 nh hng ca vn tc V ti tui bn T

Hỡnh 1.16 nh hng ca lng chy dao S ti tui bn T
Hỡnh 1.17 Mi mũn do khuch tỏn
Hỡnh 1.18 Mi mũn do chy do
Hỡnh 1.19 S hỡnh thnh cỏc vt nt mnh dao
Hỡnh 1.20 Mụ hỡnh ti u hoỏ theo ch tiờu nhỏm b mt
Hỡnh 1.21 Quan h gia lng chy dao v chiu sõu ct vi nhỏm b mt
Hỡnh 1.22 Quan h gia vn tc v chiu sõu ct vi nhỏm b
mt
Hỡnh 1.23 Quan h gia lng chy dao v vn tc ct vi nhỏm b mt
Hỡnh 1.24 Giao din phn mm Secocut
Hỡnh 1.25 Th vin Dng c ct
Hỡnh 1.26 Th vin cỏc vt liu gia cụng
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X6W
Hỡnh 2.1 Mụ hỡnh hoỏ quỏ trỡnh gia cụng
Hỡnh 3.1 S s lý kt qu o
Hỡnh 3.2 S khi xỏc nh hm hi quy mt bin
Hỡnh 3.3 S khi xỏc nh hm hi quy nhiu bin
Hỡnh 3.4 S khi thut toỏn gradient
Hỡnh 3.5 Thụng s hỡnh hc mnh dao ph TiAlN
Hỡnh 3.6 Thit lp chng trỡnh thớ nghim
Hỡnh 3.7 Thớ nghim gia cụng trờn mỏy VMC-85S
Hỡnh 3.8 H thng o mũn dng c ct trờn mỏy CMM-C544/CNC
Hỡnh 3.9 o nhỏm b mt
Hỡnh 3.10 Chp nh SEM trờn kớnh hin vi
in t TM-1000
Hỡnh 3.11a Quan h ca nng sut vi V, S (t
ti u
= 0.8540mm)

Hỡnh 3.11b Quan h ca nng sut vi t, S (V
ti u
= 358.6m/ph)
Hỡnh 3.11c Quan h ca nng sut vi V, t (S
ti u
= 0.4210mm/vg)
Hỡnh 3.12a Quan h ca mũn dng c ct vi S, t (V
ti u
= 309.996 m/ph)
Hỡnh 3.12b Quan h ca mũn dng c ct vi S, V (t
ti u
= 0.246mm)
Hỡnh 3.12c Quan h ca mũn dng c ct vi V, t (S
ti u
= 0.2944mm/vg)
Hỡnh 3.13a Quan h ca nhỏm b mt Rz vi V, S (t
ti u
= 0.2460mm)
Hỡnh 3.13b Quan h ca nhỏm b mt Rz vi t, S (V
ti u
= 358.6m/ph)
Hỡnh 3.13c Quan h ca nhỏm b mt Rz vi V, t (S
ti u
= 0.1780mm/vg)
Hỡnh 4.1 nh hng ca vn tc ct v lng chy dao n mũn dng c
Hỡnh 4.2 nh SEM mũn Trờn li ct chớnh
Hỡnh 4.3 nh hng ca vn tc v chiu sõu ct n mũn dng c
Hỡnh 4.4 Hin tng nt tỏch v phỏ hu li dao
Hỡnh 4.5 nh hng ca lng chy dao v chiu sõu ct n mũn dng c
Hỡnh 4.6 Hin tng khuch tỏn vt liu gia cụng

Hỡnh 4.7 nh hng c
a vn tc ct v lng chy dao n nhỏm b mt
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X7W
Hỡnh 4.8 nh hng ca vn tc ct v chiu sõu ct n nhỏm b mt
Hỡnh 4.9 nh hng ca lng chy dao v chiu sõu ct n nhỏm b mt
Hỡnh 4.10 Bn v sn phm ỳc ỏp lc
Hỡnh 4.11 Kt cu khuụn ỳc ỏp lc
Hỡnh 4.12 Bn v tm khuụn cỏi
Hỡnh 4.13 Bn v tm khuụn c
Hỡnh 4.14 Thit lp chng trỡnh v mụ phng quỏ trỡnh gia cụng
Hỡnh 4.15 Khuụn ỳc ỏp lc np van
Hỡnh 4.16 Sn ph
m ỳc ỏp lc
DANH MC CC BNG
Bng 1.1 Tui bn ca dng c ct
Bng 1.2 Ch ct theo phn mm secocut
Bng 1.3 Ch ct theo hóng Misubishi
Bng 3.1 Thnh phn hoỏ hc ca vt liu SKD61
Bng 3.2 Min gii hn ch ct thc nghim
Bng 3.3 Cỏc cn trờn v di ca ma trn thớ nghim
Bng 3.4 Ma trn quy hoch thớ nghi
m
Bng 3.5 Kt qu thớ nghim gia cụng thộp SKD61

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X8W
PHN M U
1. Tớnh cp thit ca ti
Hin nay ngnh ch to v gia cụng khuụn mu phc v cỏc ngnh cụng
nghip khỏc Vit Nam ang phỏt trin v rt c quan tõm. Mc dự trờn th gii ó
cú nhiu ti v cụng trỡnh nghiờn cu v ch gia cụng ct gt v ti u hoỏ ch
ct trờn cỏc mỏy CNC. Tuy nhiờn, a s cỏc cụng trỡnh nghiờn cu liờn quan n
vn ny, thng c th
c hin trờn mt h thng cụng ngh c th vi cỏc vt liu
v dng c ct xỏc nh. Do ú khi ng dng kt qu nghiờn cu ny gia cụng khuụn
mu Vit Nam vn cho nng sut v cht lng cha cao, vỡ quỏ trỡnh gia cụng
khuụn mu trong nc thng s dng rt nhiu loi vt liu v dng c ct cú xut s
khỏc nhau trờn cỏc h thng cụng ngh khụng ng b
Do o, nõng cao hiu qu
kinh t v cht lng gia cụng khuụn mu thỡ cn phi cú nghiờn cu xỏc nh ch
ct hp lý cho tng quỏ trỡnh gia cụng c th trong cỏc iu kin xỏc nh.
Vỡ vy vic nh hng nghiờn cu "Ti u hoỏ ch ct khi phay vt liu
SKD61 bng mnh dao ph PVD-TiAlN" l rt cp thit i vi cỏc ngnh cụng
nghip núi chung v ngnh cụng nghip khuụn mu núi riờng.
2. Mc tiờu nghiờn cu
Mc tiờu ca ti l nghiờn cu ti u hoỏ ch ct khi phay vt liu SKD61
bng mnh dao TiAlN, trờn c s ú quỏ trỡnh nghiờn cu cn t c cỏc mc tiờu c
th nh sau:

- Xõy dng c mụ hỡnh nghiờn cu ti u hoỏ ch ct khi phay v cỏc
phng trỡnh hi quy toỏn hc vi cỏc ch tiờu ti u hoỏ c th.
- Thit l
p c chng trỡnh quy hoch thc nghim gii bi toỏn ti u hoỏ,
tỡm c cc tr ti u cỏc hm mc tiờu v nng sut ct cao nht, mũn dng c
ct v nhỏm b mt gia cụng nh nht.
- Xỏc nh c cỏc thụng s cụng ngh (S, V, t) ti u vi cỏc hm mc tiờu ó
ra v kim nghim kt qu nghiờn cu thụng qua phõn tớch c ch mũn ca
d
ng c ct TiAlN khi phay vt liu SKD61 trờn nh SEM.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X9W
3. Ni dung nghiờn cu
t mc tiờu nghiờn cu ca ti, ni dung nghiờn cu gm cỏc phn sau
- Lý thuyt tng quan v ti u hoỏ ch gia cụng ct gt
- Xõy dng mụ hỡnh nghiờn cu v h thng quy hoch thc nghim
- Thu thp cỏc d liu v ch gia cụng vt liu SKD61 v kho sỏt thc t
tỡm ra khong thc nghim
t mc tiờu ca ti
- Phõn tớch d liu quy hoch thc nghim
- Lp chng trỡnh quy hoch thc nghim, ti u hoỏ cỏc hm mc tiờu, tỡm cỏc
im cc tr v min ti u hoỏ
- Nghiờn cu, phõn tớch c ch mũn ca dng c ct thụng qua nh SEM kim
nghim v ỏnh giỏ kt qu nghiờn cu
- Trin khai ng dng kt qu
nghiờn cu vo thc t sn xut
4. Phng phỏp nghiờn cu
Trờn c s nghiờn cu lý thuyt v phõn tớch cỏc cụng trỡnh nghiờn cu liờn
quan n lnh v ca ti, kt hp vi quy hoch thc nghim tỡm cc tr v min

ti u hoỏ cỏc mc tiờu ó ra. ti ny s dng phng phỏp nghiờn cu suy din
lý thuyt kt vi vi phng phỏp thc nghim.
5.
í ngha khoa hc v thc tin ca ti
5.1. í ngha khoa hc ca ti
Da trờn c s lý thuyt v ti u hoỏ ch gia cụng ct gt, nghiờn cu xõy
dng c mụ hỡnh ti u hoỏ ch ct khi phay v gii cỏc phng trỡnh hi quy
toỏn hc tỡm cc tr v min ti u hoỏ theo cỏc ch tiờu v kinh t v k thut, xỏc
nh c mi quan h gi
a cỏc thụng s cụng ngh vi mũn dng c v cht lng b
mt khi phay vt liu SKD61. Kt qu nghiờn cu c phõn tớch v ỏnh giỏ khỏch
quan thụng qua nghiờn cu c ch mũn ca dng c ct TiAlN trờn nh SEM. õy l
nhng úng gúp chớnh v khoa hc ca lun vn ny.


Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X10W
5.1. í ngha thc tin ca ti
Kt qu nghiờn cu ny cú th lm c s tin hnh cỏc nghiờn cu tip theo
v ti u hoỏ ch gia cụng ct gt, ng thi ng dng kt qu nghiờn cu ny vo
thc t sn xut ch to khuụn mu s nõng cao nng sut gia cụng v cht lng ca
sn phm.

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X11W
CHNG 1. TNG QUAN V TI U HO
1.1. Lý thuyt tng quan v ti u hoỏ
Ti u hoỏ quỏ trỡnh gia cụng ct gt l phng phỏp xỏc nh ch ct ti u
thụng qua vic xõy dng mi quan h toỏn hc gia hm mc tiờu v kinh t hoc k
thut ca quỏ trỡnh gia cụng vi cỏc thụng s ca ch ct tng ng vi mt h
thng cụng ngh xỏc
nh, nhm t c cỏc mc tiờu v kinh t hoc k thut ca
quỏ trỡnh gia cụng. Nh vy, thc cht ca vic xỏc nh ch ct ti u l gii bi
toỏn ti u hoỏ bng phng phỏp thc nghim [2] vi cỏc bc c bn nh sau:
- Xõy dng mụ hỡnh hoỏ quỏ trỡnh nghiờn cu
- Xõy dng hm mc tiờu ca nghiờn cu

- Xỏc nh min gii hn c
a bi toỏn
- Nghiờn cu xỏc nh cỏc kt qu ti u ca quỏ trỡnh ct
Ti u hoỏ ch ct c thc hin theo hai phng phỏp l ti u hoỏ tnh v
ti u hoỏ ng nh s hỡnh 1.1

Hỡnh 1.1. Cỏc phng phỏp ti u hoỏ quỏ trỡnh gia cụng
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X12W
1.1.1. Ti u hoỏ tnh
Ti u hoỏ tnh l quỏ trỡnh nghiờn cu v gii quyt bi toỏn xỏc nh ch
ct ti u da trờn mụ hỡnh tnh ca quỏ trỡnh gia cụng [1], tc l xỏc nh ch ct
trc khi gia cụng thụng qua mi quan h toỏn hc gia hai mc tiờu v cỏc gii hn
(cỏc hm rng buc) [2]. Nhc im c bn ca phng phỏp ny l khụng chỳ ý n
ng lc hc ca quỏ trỡnh ct, ngha l khụng chỳ ý ti cỏc c
im mang tớnh ngu
nhiờn v thay i theo thi gian nh:
- cng ca vt liu gia cụng khụng ng nht
- Lng d gia cụng khụng ng u
- Lng mũn ca dng c ct thay i theo thi gian
Tuy nhiờn, ti u hoỏ tnh vn c nghiờn cu v ng dng rng rói vỡ phng
phỏp nghiờn cu ny n gin v khụng cn ti o lng ch ng m vn t
c
hiu qu mong mun trong nhiu trng hp.
1.1.2. Ti u ng
Ti u hoỏ ng l nghiờn cu da trờn mụ hỡnh ng ca quỏ trỡnh ct, do ú
trong quỏ trỡnh nghiờn cu cú chỳ ý ti c im mang tớnh ngu nhiờn v thay i
theo thi gian nh: Lng d khụng u, khụng ng nht ca vt liu, lng mũn
ca dao thay i theo thi gian hỡnh 1.2.

Trờn hỡnh 1.2. ta thy, trong quỏ trỡnh ct ngi ta o cỏc i lng xu
t hin
trong quỏ trỡnh gia cụng nh: Kớch thc, chiu cao nhp nhụ b mt, sai s hỡnh dng
ca b mt gia cụng, mũn dao, lc ct, nhit ct, rung ng ca h thng cụng
ngh ; sau ú b phn s lý nhanh chúng xỏc nh ch ct ti u v chuyn kt qu
cho b phn iu khin tin hnh t ng iu chnh mỏy lm vi
c theo ch cụng
ngh ti u tng ng vi thi im ú.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X13W

Hỡnh 1.2. Mụ hỡnh ti u hoỏ ng khi phay
Trong quỏ trỡnh lm vic, mc dự xut hin cỏc yu t ngu nhiờn v thay i
theo thi gian nh: cng ca vt liu cng nh lng d gia cụng khụng u, lng
mũn ca dao thay i theo thi gian Nhng nh cú cỏc tớn hiu do h thụng o lng
ch ng cung cp nờn h thng s lý nhanh luụn xỏc nh c ch ct hp lý
cỏc thi
im tng ng cung cp kp thi cho h thng iu khin t ng, m
bo cho mỏy luụn luụn lm vic vi ch ti u.
Nh vy, khỏc vi ti u hoỏ tnh, ti u hoỏ ng thỡ ch gia cụng khụng
nhng c iu chnh trc m cũn c t ng iu chnh ngay trong quỏ trỡnh ct.
Do
ú ti u hoỏ ng gii quyt vn trit hn so vi ti u hoỏ tnh v do
tớnh hiu qu ca nú, ti u hoỏ ng s c phỏt trin rt mnh trong tng lai. Tuy
nhiờn, ti u hoỏ ng phc tp hn ti u hoỏ tnh rt nhiu vỡ phng phỏp ny phi
gn liu vi o lng ch ng v iu khi
n thớch nghi.
Hiu qu ca ti u hoỏ ph thuc vo mc phự hp ca mụ hỡnh nghiờn cu
so vi quỏ trỡnh ct thc v mc chớnh xỏc ca mụ hỡnh toỏn hc c xõy dng

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X14W
mụ t quỏ trỡnh kho sỏt. Do ú, mun thc hin ti u hoỏ quỏ trỡnh gia cụng ct gt
phi xõy dng mụ hỡnh nghiờn cu da trờn cỏc iu kin cụng ngh c th. V mt
thc tin, nu xột c cng nhiu yu t nh hng ti quỏ trỡnh gia cụng thỡ vn
c gii quyt cng ton din v trit . Tuy nhiờn, v mt toỏn hc thỡ quỏ trỡnh
nghiờn cu cng phc tp v khú ỏp dng vo thc t
sn xut. Ngc li, nu b qua
nhiu yu t nh hng ti quỏ trỡnh gia cụng thỡ kt qu thu c khụng chớnh xỏc,
hiu qu kinh t ca vic ỏp dng ti u hoỏ s thp.
Nh vy, trc ht cn da vo cỏc thụng tin d bỏo k thut hoc cỏc nghiờn
cu thm dũ xỏc nh c mc nh hng ca cỏc thụng s cụng ngh ti hm
mc tiờu nhm gii hn bi toỏn, ngha l sau khi nghiờn cu thm dũ ch nờn gi li
cỏc yu t nh hng mnh, b qua cỏc yu t ớt nh hng bi toỏn n gin v d
ỏp dng vo thc t.
1.2. Cỏc mụ hỡnh nghiờn cu ti u hoỏ quỏ trỡnh gia cụng
iu khin c quỏ trỡnh gia cụng mt cỏch hiu qu nht, trờn c s m
bo c chớnh xỏc yờu cu, ta cn ph
i xõy dng c cỏc mụ hỡnh ca cỏc i
lng c trng xut hin trong v sau quỏ trỡnh ct. Mụ hỡnh lc to phoi v mụ hỡnh
mi mũn dng c ct l hai mụ hỡnh quan trng nht trong cỏc mụ hỡnh ú[1]. Da trờn
mụ hỡnh lc to phoi, ngi ta xỏc nh c yờu cu v nng lng v tớnh cht bin
dng ca h thng cụng ngh, da trờn mụ hỡnh mi mũn dng c ct s xỏc nh c
tui bn ca dng c c
t, t ú xỏc nh c cỏc thụng s cụng ngh hp lý trong quỏ
trỡnh gia cụng.
Thụng thng ngi ta s dng hai phng phỏp sau õy xõy dng cỏc mụ
hỡnh di dng cỏc biu thc gii tớch:
- Phng phỏp th nht: Da trờn cỏc tiờn ri dựng phng phỏp din gii

mụ t c ch tỏc ng c lý ca quỏ trỡnh to phoi, t ú rỳt ra cỏc biu thc gii tớch
mụ t cỏc i lng xut hin trong v sau quỏ trỡnh c
t. Khi s dng phng phỏp
ny, ngi ta phi n gin hoỏ cỏc iu kin biờn ca bi toỏn
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X15W
- Phng phỏp th hai: Nghiờn cu bng thc nghim da trờn c s lý thuyt
quy hoch thc nghim kt hp vi s lý s liu theo phng phỏp thng kờ rỳt ra
cỏc mụ hỡnh nghiờn cu phự hp. Nhc im ca phng phỏp ny l mụ hỡnh khụng
mang tớnh tng quỏt m ch cú giỏ tr tng ng vi cỏc iu kin cụng ngh c th
nhng li cú u im l t c
chớnh xỏc cao v d ỏp dng vo thc t sn xut.
c bit, do s tin b ca cụng ngh o lng v cụng ngh thụng tin, thi gian thớ
nghim v s lý s liu c rỳt ngn ỏng k. Vỡ vy, phng phỏp ny va m bo
tớnh kinh t trong quỏ trỡnh nghiờn cu, va t c chớnh xỏc cao v d trin khai
ỏp dng vo sn xut. Do ú, hin nay phng phỏp ny cũn c s dng rng rói

nghiờn cu v nhiu lnh vc khỏc.
Mụ hỡnh lc ct, quỏ trỡnh mi mũn v tui bn ca dng c ct c thit lp
da trờn bn cht Lý - Hoỏ ca quỏ trỡnh ct cng nh da trờn cỏc tớnh cht c trng
ca tng nguyờn cụng. Vỡ vy, ta kho sỏt cỏc mụ hỡnh nghiờn cu c th nh sau:
1.2.1. Mụ hỡnh nghiờn cu lc ct
Di tỏc dng ca ngoi lc khi dng c ct ti
n sõu vo phụi lm xut hin cỏc
bin dng n hi v tip theo l bin dng do. Nu dng c ct tip tc chuyn ng
v tin sõu hn na vo phụi s gõy ra bin dng phỏ hu v phoi c hỡnh thnh.
Cú th coi lc ct l tng hp
ca cỏc lc ma sỏt gia phoi vi mt
trc ca dao, gia phụi vi mt sau

v lc cn xut hin trong vựng bỏn
kớnh cong ca d
ng c ct hỡnh 1.3.
Nh vy, lc ct l mt vộc t trong
khụng gian m hng ca nú khụng
xỏc nh v khụng th o trc tip.
Hỡnh 1.3. Mụ hỡnh lc to phoi [1]
Vỡ vy, cn phõn tớch lc ct ra cỏc thnh phn nghiờn cu nh hỡnh 1.4
LuËn v¨n Th¹c sü kü thuËt Tr−êng §H Kü thuËt c«ng nghiÖp
HDKH: TS.NguyÔn V¨n Hïng HV: D−¬ng Xu©n Tr−êng
X16W

Hình 1.4. Mô hình phân tích các thành phần lực cắt khi phay [1]
Phân tích
F
r
thành hai thành phần:
pa
FFF
r
r
r
+=
(1-1)
Trong đó:
a
F
r
Trong mặt phẳng làm việc P
lv

,
P
F
r
Vuông góc với mặt phẳng làm việc và
đi qua tâm chi tiết
Trong mặt phẳng chứa trục dao ta phân tích
a
F
r
thành hai thành phần

chka
FFF
rrr
+=
(1-2)
Với
hk
F
r
: Lực hướng kính đi qua tâm dao;
C
F
r
: Lực cắt trùng với phương của tốc độ cắt
Trong mặt phẳng làm việc ta phân tích
a
F
r

thành hai thành phần

SNa
FFF
r
r
r
+=
(1-3)
Trong đó
S
F
r
: Lực tiến dao;
N
F
r
: Lực vuông góc với lực tiến dao
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X17W
Lc ct l thnh phn lc to phoi ln nht do ú c dựng xỏc nh cụng
sut ct v cụng sut ng c chớnh ca mỏy: P
C
= F
C
.V
C
(1-4)
P

c
= F
C
.V
c
/ (1-5)
Trong ú: - Hiu sut ca mỏy
Lc tin dao F
S
c dựng xỏc nh cụng sut tin dao P
TD

P
TD
= F
S
.V
S
(1-6)
Trong ú: F
S
: Lc tin dao; V
S
: Tc tin dao
Do tc tin dao V
S
rt nh so vi tc ct V
c
nờn cụng sut tin dao P
TD

rt nh so vi cụng sut ct P
C
. Vỡ vy trong tớnh toỏn cú th b qua cụng sut tin dao.
1.2.1.1. Mụ hỡnh lc ct vi cỏc phng phỏp gia cụng ct gt cú gúc

= 90
o

Theo mụ hỡnh lc ct ca Kienzle-Victor [9] ta cú: F
i
= k
i
.A = k
i
.b.a (1-7)
Trong ú: Ch s i din t cỏc thnh phn khỏc nhau ca lc ct, k
i
l lc ct n v
Nh vy: Lc ct n v k
i
l lc tỏc dng trờn din tớch bng 1mm
2
, k
i
ph
thuc vo rt nhiu yu t nh: Vt liu gia cụng, chiu dy ca phoi, thụng s hỡnh
hc ca dng c ct, phng phỏp gia cụng.v.v. cụng trỡnh nghiờn cu theo [9] ó
chng minh rng: quan h gia lc ct n v k
i

vi chiu dy ct a cú dng hm m :
k
i
= k
1i
.a.k
2i

(1-8)
Nu xột nh hng ca thụng s hỡnh hc ca dao, vn tc ct, phng phỏp
gia cụng n lc ct n v thỡ lc ct n v cú dng: k
i
= k
1i
.ak
2i
.k
3i
.k
4i
(1-9)
Trong ú
- k
1i
- H s nh hng ca vt liu gia cụng n lc ct n v.
- k
2i
- S m k n nh hng ca chiu dy phoi a n lc ct n v.
Cỏc kt qu nghiờn cu ó chng minh rng k
2i

< 0
- k
3i
- h s nh hng ca thụng s hỡnh hc dng c ct, vn tc ct n lc
ct n v, h s k
3i
c xỏc nh theo cụng thc:
k
3i
= k
i
.k
i
.k
i
.k
Vi
(1-10)
Trong ú:
LuËn v¨n Th¹c sü kü thuËt Tr−êng §H Kü thuËt c«ng nghiÖp
HDKH: TS.NguyÔn V¨n Hïng HV: D−¬ng Xu©n Tr−êng
X18W
+ k
γi
- hệ số xét tới ảnh hưởng của góc trước γ;
+ k
λi
- hệ số xét tới ảnh hưởng của góc nâng λ;
+ k
ϕi

- hệ số xét tới ảnh hưởng của góc nghiêng chính ϕ.
+ k
Vi
là hệ số xét tới ảnh hưởng của tốc độ cắt vC.
- k
4i
- Hệ số xét tới ảnh hưởng của phương pháp gia công (bào, xọc, khoan,
khoét, chuốt) đến lực cắt đơn vị.
Bằng thực nghiệm đã xác định được k
4i
ứng với các phương pháp gia công:
Mô hình lực cắt tổng quát có dạng: F
i
= k
1i
.b.a
k2i
.k
3i
.k
4i
(1-11)
Với dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt (khoan, khoét, doa) thì lực cắt F
c
được xác định bằng
biểu thức: F
Σ
= F
i
.Z

emax
(1-12)
Trong đó:
- F
i
- Lực cắt do 1 lưỡi cắt tạo ra cho ở biểu thức
- Z
emax
- số lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt.
Ảnh hưởng của một số hệ số đến lực cắt đơn vị
- Ảnh hưởng góc trước
γ
: Ảnh hưởng của góc trước γ đến hệ số k
γi
được xác định bằng
thực nghiệm theo công thức:
i
i
C
k
γ
γ
γ
γ
−
+=
0
1
(1-13)
Trong đó: γ

0
- góc trước ở điều kiện thí
nghiệm; γ - góc trước của dao đang dùng;
C
γi
- là hằng số xét tới ảnh hưởng
của góc γ. Chỉ số i để mô tả C
γ
ứng với
các thành phần khác nhau của lực tạo
phoi như lực cắt F
C
, lực tiến dao F
S
, lực
bị động F
p.
Qua thực nghiệm xác định
được: Cγc = 66,7; Cγs = 20; Cγp = 25
Hình 1.5.
Ảnh hưởng của góc trước
γ
đến hệ số k
γ
i

- Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới lực cắt đơn vị:
LuËn v¨n Th¹c sü kü thuËt Tr−êng §H Kü thuËt c«ng nghiÖp
HDKH: TS.NguyÔn V¨n Hïng HV: D−¬ng Xu©n Tr−êng
X19W

Qua thực nghiệm người ta xác định
được mối quan hệ giữa lực cắt đơn
vị k
i
với tốc độ cắt V
C
có dạng hàm
số mũ (hình 1.6) và được xác định
bằng phương trình:
k
Vi
= 1,1.V
C
-0,11
(1-14)


Hình 1.6
Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới lực cắt đơn vị
1.2.1.2. Mô hình lực cắt đối với các phương pháp gia công có góc
θ

≠
hằng số
Góc cắt θ là góc tạo bởi véc tơ tốc độ cắt với véc tơ hướng tiến dao, trong
trường hợp phay mặt đầu góc hướng cắt θ tại một vị trí bất kỳ trong vùng tiếp xúc
chính là góc tiếp xúc giữa dao và phôi tại vị trí đó hình 1.7

Hình 1.7. Mô hình lực cắt đối với góc
θ

≠
hằng số
LuËn v¨n Th¹c sü kü thuËt Tr−êng §H Kü thuËt c«ng nghiÖp
HDKH: TS.NguyÔn V¨n Hïng HV: D−¬ng Xu©n Tr−êng
X20W
Gọi lực cắt trên 1 lưỡi cắt tại một vị trí tức thời trong vùng tiếp xúc là F
i
*
ta có:
F
i
*
= k
i
.b.a
i
(1.15)
Từ hình cắt (n-n) ta có: a' =n.sinϕ Coi S
x
≈S
z
ta có: n = S
z
.cosθ
a
i
= S
z
.sinϕ.cosθ (1.16)

F
i
*
= k
i
.b.a
i
= k
i
.b.S
z
.sinϕ.sinθ (1.17)
Vậy lực cắt do 1 lưỡi cắt thứ i tạo ra trong vùng tiếp xúc khi phay đối xứng
như hình 1.7
∫∫
==
2/
0
2/
0
*
.cos.sin
2/
1
.
2/
1
ψψ
θθϕ
ψ

θ
ψ
dSbkdFF
ziii


ϕ
ψ
sin
.
2
bk
D
tS
F
itb
z
i
=
(1.18)
Hay:
ϕ
ψ
sin
.
2
D
tS
a
z

tb
=
(1.19)
Theo (1.12), thì lực cắt đơn vị được tính theo công thức: k
itb
=k
1i
.a
tb
k2
, lực cắt
trung bình trên một lưỡi cắt có dạng:

2
sin
.
2

1
k
z
itbitbitb
D
tS
bkabkF
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

⎜
⎝
⎛
==
ϕ
ψ
(1.20)
Với ϕ tính theo độ, ψ tính theo radian.
Vậy lực cắt trung bình F
ctb
khi phay mặt đầu là:
F
ctb
= F
itb
.Z
emax
(1.21)
Trong đó Z
emax
là số lưỡi cắt lớn nhất nằm trong vùng tiếp xúc:

360
.
2
.
0
max
dao
dao

e
Z
Z
Z
ψ
π
ψ
==
)
(lấy quy tròn) (1.22)
Với ψ
0
là góc tiếp xúc của dao với phôi đo bằng độ.
Theo kết quả nghiên cứu [9] thí nghiệm bằng mảnh dao CBN khi gia công vật
liệu 20MnCr5 thì ảnh hưởng của vận tốc cắt V là thấp hơn so với ảnh hưởng của chiều
sâu cắt t; Khi cắt ở vận tốc V = 50 - 250m/ph với chiều sâu cắt t = 0.1 - 0.5 mm thì lực
LuËn v¨n Th¹c sü kü thuËt Tr−êng §H Kü thuËt c«ng nghiÖp
HDKH: TS.NguyÔn V¨n Hïng HV: D−¬ng Xu©n Tr−êng
X21W
cắt tăng dần theo chiều sâu cắt t là chủ yếu còn ảnh hưởng của vận tốc V là rất nhỏ như
hình 1.8

Hình 1.8. Ảnh hưởng của vận tốc cắt V và chiều sâu cắt t đến lực cắt [9]
Tuy nhiên, ảnh hưởng của lượng chạy dao S tới lực cắt so với vận tốc cắt V là
khá lớn, vận tốc cắt càng cao thì lực cắt càng giảm, như hình 1.9 ta thấy khi thay đổi
vận tốc cắt khác nhau từ 90 - 150 m/ph thì các thành phần của lực cắt gần như không
thay đổi với lượng chạy dao 0.05 - 0.3 mm/vòng.

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng

X22W

Hỡnh 1.9. nh hng ca vn tc V v lng chy dao S n lc ct [9]
Kt qu nghiờn cu cho thy, chiu sõu ct v lng chy dao l cỏc thụng s
nh hng nhiu nht n lc ct, vn tc ct cng cao thỡ lc ct li cng gim
1.2.2. Mụ hỡnh nghiờn cu mũn v tui bn ca dng c ct
Cỏc hin tng mũn xut
hin dng c
ct nh hỡnh 1-10
- a: Mũn do khuch tỏn.
- b: Mũn do co xc.
- c: Mũn do kim loi b ụxi hoỏ
t
o
800
o
C.
- d: Mũn do dớnh bỏm dn ti hin
tng trúc lp b mt.
Hỡnh 1.10. Mụ hỡnh mũn dng c ct [1]
Chiu cao vt mũn mt sau hs ca dng c ct c dựng lm ch tiờu ỏnh
giỏ quỏ trỡnh mũn. Lng mũn mt sau hs ca dao c xỏc nh theo cụng thc:

2
1
C
Chs

= (1-23)
Trong ú: - l thi gian ct, C

1
l h s:

5
4
3

01
C
C
C
tSVCC =
(1-24)
LuËn v¨n Th¹c sü kü thuËt Tr−êng §H Kü thuËt c«ng nghiÖp
HDKH: TS.NguyÔn V¨n Hïng HV: D−¬ng Xu©n Tr−êng
X23W
Với C
0
, C
3
, C
4
, C
5
là các hệ số và số mũ phụ thuộc vào các điều kiện gia
công cụ thể và được xác định bằng thực nghiệm.
Quá trình mòn phụ thuộc chủ yếu vào thời gian cắt τ và tốc độ cắt v hình 1.11

Hình 1.11. Đồ thị mòn theo thời gian [1]
Khi lượng mòn dao hs = [hs] (lượng mòn dao cho phép) thì τ = T (tuổi bền

của dao). Người ta cũng có thể biểu diễn tuổi bền T dưới các dạng sau:
T = A
1
.v
A2
(1-25)
T = A
3
.v
A2
.S
A4
(1-26)
T = A
5
.v
A2
.S
A4
.t
A6
(1-27)
Trong đó A
1
÷ A
6
là các hệ số và số mũ phụ thuộc vào các điều kiện gia
công cụ thể và được xác định bằng thực nghiệm. Khi cắt kim loại ta luôn có:
A
1

, A
3
, A
5
> 0
A
2
, A
4
, A
6
< 0

642
AAA >>

Biểu thức (1-25) cho thấy tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất tới tuổi bền T
như hình 1.12
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X24W

Hỡnh 1.12. Quan h gia tui bn T v vn tc ct V [1]
Biu thc (1-27) phn ỏnh y nh hng ca bc tin dao v chiu sõu
ct ti tui bn ca dng c. Tuy nhiờn s m A
6
thng rt nh (A
6
0) do ú t
A6

1 cho nờn khi tớnh toỏn ngi ta b qua nh hng ca chiu sõu ct ti tui bn
ca dao v thng ly T theo biu thc (1-26)
H s A
3
c biu din nh sau:
A
3
= A
30
.A
31
.A
32
A
3pp
(1-28)
Trong ú A
3i
l cỏc h s xột n nh hng ca cỏc yu t c trng cho
cỏc iu kin ct c th ti tui bn T, õy c bit chỳ ý ti nh hng ca cp
vt liu gia cụng - vt liu dng c ct.
A
3pp
l h s c trng cho nh hng ca phng phỏp gia cụng ti tui
bn T v c xỏc nh bng thc nghim.
Biu thc (1-25) cú dng hm s m v l phng trỡnh tớnh gn ỳng ca tui bn
xỏc nh bng thc nghim. Mt khỏc t kt qu xỏc nh bng thc nghim nh
hỡnh 1.12 ta thy h to logarit quan h gia tui bn T v v
n tc ct V

c
l
quan h tuyn tớnh, t th ta cú:
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp
HDKH: TS.Nguyễn Văn Hùng HV: Dơng Xuân Trờng
X25W

CV
VKCLogT log.log +=

TCLogV
K
Tc
loglog
1
+=
Do ú: T = C
V
.V
C
K
(1-29)
Hay V
C
= C
T
.T
1/K
(1-30)
Vi K = -tg

Vc
,
K
T
C
V
C
1

=


Hỡnh 1.13. Phm vi s dng ca mụ hỡnh tui bn T = C
v
.V
k
[1]
Cỏc mụ hỡnh (1-29), (1-30) c xỏc nh trong khong T
min
< T < T
max
, Cỏc h
sC
v
, C
T
v s

m k tng ng vi mi cp vt liu gia cụng, vt liu dng c ct cú ý
ngha rt quan trng trong vic s dng mụ hỡnh mi mũn khi tin hnh nghiờn cu ti

u hoỏ quỏ trỡnh ct gt.
Theo kt qu nghiờn cu [13], M. Y. Noordin v cỏc ng nghip nghiờn cu
vi dng c ct ph PVD-TiAlN gia cụng thộp khụng r cng 47-48 HRC vi kt
qu mũn theo thi gian nh hỡnh 1.14