Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến một số thông số đặc trưng khi gia công cao tốc bề mặt khuôn (TT)

-1MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Gia công tinh là một giai đoạn gia công rất quan trọng trong quá
trình công nghệ gia công cơ. Nó cũng là vấn đề mà ngành công nghệ
chế tạo máy cần tập trung giải quyết nhằm để tạo ra các sản phẩm,
các chi tiết máy đạt yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả kinh tế. Đặc biệt là
trong gia công khuôn mẫu, các bề mặt chính của khuôn thường là
những bề mặt phức tạp, có yêu cầu độ chính xác cao về kích thước,
vị trí, hình dáng hình học và độ nhẵn bóng bề mặt. Trước kia gia
công khuôn mẫu người ta thường dùng phương pháp gia công trên
máy công cụ thông thường hoặc máy CNC rồi gia công tinh bằng
tay, song phương pháp này mất nhiều thời gian, chất lượng không ổn
định, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm, tay nghề của công nhân và
chi phí sản xuất cao. Chính vì vậy cho đến nay công nghiệp khuôn
mẫu của ta vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sản xuất khuôn có bề mặt
bóng gương mà phải nhập ngoại. Để khắc phục các tình trạng trên
hiện nay trong ngành công nghiệp chế tạo khuôn người ta áp dụng
Công nghệ phay cao tốc kết hợp với quy trình đánh bóng khuôn bằng
dụng cụ hạt mài.
P
– HSM) là một trong những
công nghệ quan trọng trong công nghệ gia công cơ khí. Thực tế công
nghệ gia công cao tốc trên thế giới đang phát triển rất mạnh, đối với
Việt Nam phay cao tốc còn mới, các Doanh nghiệp và cơ sở sản xuất
gặp khó khăn trong khai thác và đầu tư. Với mục tiêu nâng cao chất
lượng bề mặt chi tiết khuôn từ công nghệ phay để giảm thời gian gia
công tinh bóng bằng dụng cụ mang hạt mài tác giả đã tiến hành
nghiên cứu ứng dụng công nghệ phay cao tốc trong quá trình gia
công khuôn. Phương pháp nghiên cứu ở đây là kết hợp lý thuyết và
thực nghiệm.
Ngoài ra khi xét về ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu dụng cụ

cắt và thông số hình học của dụng cụ đã được hãng chế tạo dụng cụ
cắt nghiên cứu và đưa ra các khuyến cáo [38,50]. Đối với một thiết bị
hay một trung tâm gia công nhất định thì năng suất hay độ nhám bề
mặt phụ thuộc chủ yếu vào thông số công nghệ. Đặc biệt hơn nữa bề
mặt chi tiết sau khi phay cao tốc có thể đạt độ bóng bề mặt tương
đương với phương pháp mài, thời gian đánh bóng bề mặt sau khi
phay cao tốc giảm rất nhiều so với phương pháp phay truyền thống,
năng suất bóc tách cao hơn phương pháp phay truyền thống [41].


-2Tuy vậy, dụng cụ cắt mòn nhanh hơn trong quá trình gia công vì tốc
độ cắt lớn.
Những phân tích trên là cơ sở, tiền đề cho tác giả chọn đề tài
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến một số thông số đặc
trưng khi gia công cao tốc bề mặt khuôn” nhằm mục đích xác định
chế độ cắt và phương pháp cắt hiệu quả trong quá trình phay cao tốc
góp phần vào khai thác, sử dụng có hiệu quả máy và thiết bị phay
cao tốc trong sản xuất và các nghiên cứu tiếp theo.
2. Mục đích nghiên cứu
ối quan hệ giữa chế độ cắt,
chiến lược chạy dao, góc nghiêng dao đến lực cắt, mòn dao và độ
nhám bề mặt làm cơ sở để nâng cao năng suất và chất lượng sản
phẩm khi phay cao tốc bề mặt khuôn.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
sự hình thành
nhám và các thông số đặc trưng ảnh hưởng đến nhám bề mặt khi gia
công cao tốc.
Nghiên cứu, ứng dụng trên phần mềm quy hoạch thực nghiệm
DX6 xây dựng hàm quan hệ toán học giữa thông số chế độ cắt với

các yếu tố: lực cắt, mòn dao và độ nhám bề mặt khi phay cao tốc.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
*) Ý nghĩa khoa học:
xác định được mối quan hệ giữa các số yếu tố công
nghệ đến các thông số đặc trưng trong HSM
: ảnh hưởng
của các thông số công nghệ đến lực cắt, mòn dao và nhám bề mặt
hiện hành
*) Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo phục vụ cho các nghiên
cứu tiếp theo, cũng như là cơ sở để các nhà công nghệ chọn phương
pháp, chế độ cắt khi phay cao tốc trong thực tiễn.
trong
phay cao tốc.


-36. Những đóng góp mới
Đã xây dựng và kết nối hệ thống trang thiết bị đảm bảo tính khoa
học và độ tin cậy phục vụ cho các nghiên cứu thực nghiệm.
Đã nghiên cứu thực nghiệm để so sánh làm rõ ưu điểm của phay
cao tốc so với phay truyền thống trong một số trường hợp.
Đã đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ
đến lực cắt, mòn dao và độ nhám bề mặt của chi tiết trong quá trình
phay cao tốc bề mặt khuôn bằng dao phay mặt đầu và dao phay ngón
đầu cầu trên vật liệu thép hợp kim SKD11 trên phần mềm DX6.
Đã xây dựng được những hàm quan hệ của lực cắt, mòn dao và
độ nhám với các thông số chế độ cắt khi phay cao tốc bề mặt khuôn.
Đã xác định được phương pháp cắt và góc nghiêng trục dao phay

ngón đầu cầu hợp lý trong gia công khuôn.
7. Cấu trúc của luận án
 Phần mở đầu.
 Chương 1. Nghiên cứu tổng quan về phay cao tốc
 Chương 2. Nghiên cứu các đặc trưng cơ bản của quá trình phay
cao tốc
 Chương 3. Nghiên cứu xây dựng hệ thống thí nghiệm
 Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt
đến lực cắt, mòn dao và độ nhám bề mặt khuôn khi phay trên
máy UCP600
 Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo


-4CHƢƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHAY CAO TỐC
1.1. Định nghĩa về gia công cao tốc
Định nghĩa đầu tiên về HSM được công bố bởi Carl Salomon
vào năm 1931. Dựa trên nghiên cứu về cắt kim loại trên thép và hợp
kim màu: vận tốc cắt vc = 440 m/phút (thép), 1600 m/phút (đồng),
16.500 m/phút (nhôm) ông cho rằng ở một tốc độ cắt nhất định
(khoảng gấp 5 đến 10 lần so với gia công thông thường), nhiệt độ ở
vùng tiếp giáp của dụng cụ với phoi bắt đầu giảm.
Trên thực tế, gia công cao tốc không chỉ đơn thuần là cắt với vận
tốc cao. Nó là quá trình mà gia công được thực hiện với những
phương pháp và thiết bị đặc biệt.
Một số định nghĩa thông dụng về gia công cao tốc căn cứ vào các
yếu tố:
- Tỉ lệ D.n - đường kính trong của ổ đỡ nhân với tốc độ trục chính
cao nhất (mm.vòng/phút)
- Tỉ lệ của công suất với tốc độ nhanh nhất của trục chính (hp/rpm).
- Cả những yếu tố không cắt. Đó là tốc độ dịch chuyển nhanh và tốc

độ tự động thay đổi dụng cụ.
1.2. Đặc điểm của phay cao tốc
Phay cao tốc nâng cao khả năng cắt vật liệu, chất lượng bề mặt
và độ bền của dụng cụ cắt nhờ việc tăng tốc độ cắt, giảm tiết diện
phoi cũng như lực ma sát. Ở vận tốc cắt thường, khi tăng tốc độ cắt
lực cắt cũng tăng theo. Tuy nhiên, khi tốc độ vượt quá một giới hạn
nhất định, các lực cắt bắt đầu giảm [53]. Nguyên nhân là do các lực
cắt chịu tác động đồng thời của cả hai yếu tố nhiệt độ và biến dạng,
kết quả cuối cùng do ảnh hưởng tổng hợp của biến dạng, độ đàn hồi
của vật liệu.
1.3. So sánh phay cao tốc với phay truyền thống
Khác biệt quan trọng giữa phay cao tốc và phay thông thường
ngoài yếu tố năng suất là có được độ chính xác, chất lượng bề mặt
cao. Với gia công cao tốc, hầu hết nhiệt sản sinh đều được giảm thiểu
và tập trung vào phoi, vì vậy dụng cụ và quan trọng hơn là chi tiết
gia công nhiệt độ. Điều này rất hiệu quả khi gia công tinh hoặc chi
tiết có thành mỏng vì sẽ không làm biến dạng và nâng cao chất lượng
bề mặt chi tiết gia công.
Phay cao tốc có hiệu quả cả về năng suất, chất lượng khi gia
công các chi tiết bằng vật liệu cứng, từ thô đến tinh cũng như siêu
tinh. Chính vì vậy phương pháp này thích hợp với công nghệ gia
công khuôn.


-51.4. Ứng dụng của phay cao tốc: chia thành 3 nhóm
- Trong ngành công nghiệp hàng không, nơi mà những kết cấu thân
máy bay được gia công bằng những tảng nhôm lớn.
- Bao gồm việc gia công bằng cách tập trung nguyên công để sản
xuất ra những linh kiện cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau ví
dụ như: động cơ, máy tính và y tế. Do vậy sự thay đổi nhanh dụng cụ

và kiểm soát đường dẫn dao là rất quan trọng ở những nguyên công
này
- Nhóm ứng dụng thứ 3 cho ngành công nghiệp khuôn, ngành tạo ra
những hình khối phức tạp từ những vật liệu cứng (bóc kim loại
nhanh để tạo ra vùng lòng khuôn và gia công tinh để đạt được độ
chính xác và độ bóng của bề mặt cao của khuôn).
1.5. Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
 Nghiên cứu của tác giả nước ngoài
Tác giả Omar E.E.K.M.H. Omar đã nghiên cứu xác định hệ số
lực cắt, lực cắt và đánh giá trong quá trình gia công phay cao tốc.
Trên cơ sở đó tác giả tác giả đã thực nghiệm đánh giá xác định tần số
riêng của dụng cụ cắt, đồ gá trong hệ thống gia công và ảnh hưởng
của độ đảo dụng cụ cắt đến rung động
Yueqi Guan và nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp toán học
dựa trên lý thuyết tính toán lực cắt và các nguyên tắc gia công để mô
tả mô hình lực cắt 3D khi phay cao tốc trong trường hợp phay phẳng,
tác giả tính toán độ dày phoi tức thời dựa trên định hướng răng thật
và xxay dựng mô hình tính toán các lực cắt được xây dựng theo
phương pháp tích phân.
Ahmet Cekic và các đồng nghiệp đã nghiên cứu về tác động của
các thông số cắt đến các lực cắt trong quá trình tốc độ cao khi phay
mặt rên thép hợp kim EN 10.083-3 (41Cr4), và nhóm đã đưa ra kết
luận khi tăng tốc độ cắt thì lực cắt FR giảm. Ngoài ra nhóm tác giả
còn chi ra lượng chạy dao răng có ảnh hưởng đáng kể khi các giá trị
của lực cắt.
Soichi Ibaraki và các đồng nghiệp nghiên cứu để so sánh hiệu
quả của phay cao tốc, hiệu quả của các chiến lược gia công và điều
kiện cắt hoặc cắt hiệu quả, sau đó điều kiện gia công được lên kế
hoạch một cách tối ưu để tối đa hóa năng suất.
M. Boujelbene và các đồng nghiệp đã nghiên cứu tác động của

các hướng dụng cụ và tốc độ cắt hiệu quả đến chất lượng và kết cấu


-6bề mặt trong phay nhiều trục. Nhóm nghiên cứu đã chỉ ra nhược
điểm của gia công ba trục và tồn tại của gia công tốc độ cắt thấp.
Tác giả S.Zhang & J.F. Li & J.Sun & F. Jiang nghiên cứu, dự
đoán mòn dụng cụ và lực cắt thay đổi khi phay cao tốc sử dụng dao
phay ngón răng chắp, để gia công biên dạng vật liệu hợp kim Ti-6Al4V không sử dụng dung dịch tưới nguội. Nghiên cứu của tác giả là
cơ sở lý luận quan trọng để nghiên cứu ảnh hưởng thông số chế độ
cắt đến lực cắt. Tác giả V V K Lakshmi, Dr K Venkata Subbaiah
nghiên cứu mô hình hóa và tối ưu hóa độ nhám bề mặt và năng suất
cắt khi gia công thép cứng để hoàn thiện bài toán công nghệ.
Các nghiên cứu của nước ngoài còn giữ bí mật công nghệ, chưa
có tài liệu hướng dẫn chi tiết cụ thể
 Nghiên cứu của tác giả trong nước.
Trong nước, đã có một số bài báo nghiên cứu về gia công cao
tốc, tuy vậy lĩnh vực gia công phay cao tốc chỉ có công trình của tác
giả TS. Phan Văn Hiếu nghiên cứu “Xác định miền ổn định khi gia
công trên máy phay CNC ba trục tốc độ cao” tìm ra biểu đồ quan hệ
chiều sâu cắt và tốc độ trục chính (miền ổn định khi phay), tác giả
NCS. Hoàng Tiến Dũng Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã
nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy phay CNC
bằng dao phay ngón liền khối khi gia công thép 45 trên máy phay 3
trục, tác giả đã giải quyết ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến
lực cắt, mòn dao, nhám bề mặt, rung động, thực hiện tối ưu hóa chế
độ cắt và điều khiển thích nghi trên máy phay CNC.
Qua đó cho thấy để hoàn thiện hơn trong gia công phay và
nghiên cứu động lực học gia công trong phay cao tốc, cần nghiên
cứu ảnh hưởng của thông số chế độ cắt: tốc độ cắt, lượng chạy dao,
và chiều sâu cắt tới các thông số xuất hiện trong và sau quá trình cắt:

lực cắt, mòn dao và độ nhám bề mặt, ảnh hưởng của góc nghiêng
dụng cụ tới độ nhám bề mặt... Qua đó hoàn thiện hơn về cơ sở dữ
liệu gia công phay nói chung và phay cao tốc nói riêng.
Tuy nhiên các công trình của Việt Nam mới chỉ nghiên cứu trên
các vật liệu thép các bon kết cấu mà chưa quan tâm đến cụ thể đến
lĩnh vực công nghệ gia công khuôn mẫu.
1.6. Giới hạn vấn đề nghiên cứu
Xuất phát từ điều kiện nghiên cứu và sự cần thiết trong ngành
chế tạo khuôn mẫu mà mô hình nghiên cứu được thực hiện trong
điều kiện cụ thể sau:


-7- Thiết bị gia công: máy phay cao tốc 5 trục UCP600
- Vật liệu thực nghiệm: thép làm khuôn SKD11
- Dụng cụ cắt gia công được thép có độ cứng 19- 48 HRC.
 Khi phay bằng dao phay mặt đầu: dùng dao mặt đầu ф 32
 Khi phay bằng dao phay ngón đầu cầu: dùng dao cầu ф10 mm.
Trong khuôn khổ của luận án do điều kiện thiết bị, kinh phí và
thời gian có hạn cho nên vấn đề nghiên cứu được giới hạn là nghiên
cứu ảnh hưởng của thông số chế độ cắt (vận tốc cắt v, lượng chạy
dao s, chiều sâu cắt t), phương pháp cắt và chiến lược chạy dao đến
các thông số đặc trưng: Lực cắt, mòn dao và độ nhám bề mặt.
Kết luận chƣơng 1
- Trên thế giới đã có nhiều nhà công nghệ nghiên cứu trong lĩnh
vực gia công cao tốc, tuy vậy đây là một phương pháp công nghệ
mới còn có nhiều vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu làm sáng tỏ,
đầy đủ các thông số ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng của các thông
số đó trong quá trình gia công cao tốc.
- Đặc biệt đối với trong nước cũng chưa có nghiên cứu ảnh
hưởng thông số công nghệ trong gia công phay cao tốc đến chất

lượng bề mặt khuôn.
- Với sự phát triển ngày càng mạnh về mặt công nghệ gia công
cắt gọt đặc biệt trong gia công cao tốc đòi hỏi có những nghiên cứu
sâu, chất lượng và hiệu quả, trong thời đại ngày nay ngành công
nghệ chế tạo khuôn mẫu đang được phát triển và có nhu cầu rất lớn,
một trong những thế mạnh trong công nghệ sản xuất khuôn là gia
công cao tốc. Điều này thôi thúc tác giả nghiên cứu đề tài "Nghiên
cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến một số thông số đặc trưng khi
gia công cao tốc bề mặt khuôn”
Trong điều kiện có nhiều hạn chế về thiết bị thực nghiệm, thiết
bị đo, cần hoàn thiện nghiên cứu tổng thể về phay CNC cao tốc, đề
tài tiến hành nghiên cứu các vấn đề sau đây:

- Nghiên cứu tổng quan các công trình đã và đang nghiên cứu
trong nước và trên thế giới về lĩnh vực phay cao tốc.
- Nghiên cứu, phân tích cơ sở lý thuyết các thông số đặc trưng
khi phay cao tốc bằng dao phay mặt đầu và dao phay ngón đầu cầu.
- Nghiên cứu thực nghiệm và xây dựng mô hình toán học ảnh
hưởng của thông số chế độ cắt, phương pháp cắt và các chiến lược
chạy dao đến các thông số đặc trưng cơ bản của quá trình phay cao
tốc khi gia công khuôn.


-8CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ BẢN
CỦA QUÁ TRÌNH PHAY CAO TỐC
2.1. Dụng cụ và thiết bị dùng trong phay cao tốc
Dụng cụ cắt dùng trong gia công cao tốc với yêu cầu về tốc độ
cắt cao, dụng cụ cắt phải đảm bảo độ cứng vững, khả năng chống
mài mòn cao, để đáp ứng được các yêu cầu đó trong gia công cao tốc
thường dùng các dụng cụ có lớp phủ CBN, SiN, PCBN, PCD, TiN,

TiCN và TiAlN…
Để gia công cao tốc thì máy phay phải có những yêu cầu cao về
độ cứng vững, khả năng chống rung động tốt; công suất của động cơ
trục chính phải đủ, trục chính và thiết bị kẹp chặt dao có đồng tâm
cao, độ cứng vững và cân bằng tốt. Bộ điều khiển CNC có khả năng
đáp ứng được cho gia công tốc độ cao.
2.2. Sự hình thành phoi
Trong gia công cao tốc với nhiều thực nghiệm trên hợp kim
nhôm với nhiều vận tốc cắt khác nhau (từ 20÷260 m/s). Reza
Yousefi và Yoshio Ichida đã chỉ ra rằng bề ngoài phoi thay đổi từ
phoi dây dài đến dải bị nhàu khi tăng vận tốc cắt. Khi vận tốc cắt
tăng trên 200 m/s thì phoi sẽ bị nhàu vì chúng rất mỏng.

Hình 2.14. Hình thái của phoi nhận được trong vùng gia công thông thường và gia công cao
tốc [47]

2.3. Lực cắt trong phay cao tốc


Lực cắt khi phay mặt đầu

Một trong những ưu điểm nổi trội của gia công cao tốc so với
phương pháp gia công truyền thống là lực cắt nhỏ và thời gian tác
dụng trên bề mặt chi tiết gia công ngắn. Trong mục này chúng tôi
muốn làm rõ mô hình lực cắt trong phay cao tốc và ảnh hưởng của
nó đến chất lượng gia công.
Khi phay đối xứng ta có thể xác định gần đúng các thành phần
lực khác theo lực vòng Pv như sau [9]:
Px = (0.3-0.4).Pv
Py = (0.85-0.95).Pv

(2.7)
Pz = (0.5-0.55).Pv


-9-

Hình 2.20. Lực cắt khi phay mặt đầu



Hình 2.25. Mô hình quá trình phay cao tốc [13]

Lực cắt khi phay ngón

Mô hình được sử dụng trong luận án là một mô hình 2 bậc tự do
theo truc x và y gắn vào dụng cụ cắt như hình 2.25. Trong quá trình
phay thì lực cắt dọc trục không lớn nên ta có thể bỏ qua sẽ không xét
ở đây, cũng như vậy để mô hình đơn giản ta không xét bậc tự do gắn
với phôi do phôi tương đối cứng vững so với dao phay. Lực cắt tiếp
tuyến và lực cắt hướng tâm tính cho dao cắt thứ j được tính theo
công thức [13]

 Fxj 
 hxx

a
.
F 
p 
 yj 

 hyx

hxy   fz  x(t )  x(t   ) 
.
hyy   y (t )  y (t   ) 

(2.20)

2.4. Mòn dụng cụ
Khi hai vật thể chuyển động tương đối với nhau cả hai sẽ bị mài
mòn. Độ mòn của mỗi vật thể phụ thuộc vào bản chất của vật đó, tốc
độ chuyển động, điều kiện tiếp xúc (tải trọng, hệ số ma sát), môi
trường tiếp xúc (chất bôi trơn). Trong quá trình gia công (quá trình
cắt), dụng cụ cắt bị mài mòn cả mặt trước và mặt sau (mặt trước tiếp
xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với bề mặt chi tiết gia công).
Mòn, hỏng dụng cụ là một vấn đề phức tạp, nó phụ thuộc nhiều
yếu tố trong quá trình gia công như: đặc tính dụng cụ cắt (thông số
hình học dụng cụ cắt, vật liệu dụng cụ cắt, chịu nhiệt và tính chống
mòn), thông số gia công (dung dịch tưới nguội, chiều sâu cắt, tốc độ
cắt và lượng chạy dao), phôi gia công (thành phần hóa học của vật
liệu phôi, độ dẻo dai của vật liệu, độ cứng thay đổi), các hiện tượng
cắt gọt khác trong quá trình gia công (ma sát vùng cắt, lực cắt thay
đổi trong quá trình gia công, rung động, nhiệt độ thay đổi và mòn
lưỡi cắt trong quá trình gia công).
2.5. Nhám bề mặt
Độ nhám bề mặt là yếu tố đặc trưng quan trọng cho chất lượng
bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công, trong quá trình gia công


- 10 các nhà công nghệ muốn thay đổi chế độ công nghệ để có chế độ cắt

tối ưu để cho ra sản phẩm đạt năng suất, chất lượng bề mặt cao nhất.
để đánh giá độ nhám
Hình dáng tế vi của lớp bề mặt gia công có ảnh hưởng rất nhiều
đến tính chất làm việc của chi tiết máy. Tuy nhiên trước đây người ta
thường chỉ để ý đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz và sai lệch Profin
trung bình Ra và một vài chỉ tiêu khác Rq, Sm,S, tp…Hình dáng bề
mặt đại quan thường chỉ được đánh giá bằng bước sóng thông qua
chiều cao sóng H và bước sóng L. Trong luận án này tác giả muốn
làm rõ một số thông số đặc trưng cho độ nhám 3D của bề mặt chi tiết
gia công, ảnh hưởng của nó đến tính chất làm việc của chi tiết máy.
2.6. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến nhám bề mặt
Ngoài ảnh hưởng do sự in dập hình học của dụng cụ và chế độ
cắt lên bề mặt gia công, khi lớp bề mặt của vật liệu gia công bị biến
dạng dẻo mạnh, các cấu trúc tinh thể nhỏ biến thành cấu trúc sợi, làm
hình dáng và độ nhám bề mặt thay đổi rất nhiều. Mức độ biến dạng
phụ thuộc vào vật liệu gia công, chế độ cắt, dung dịch trơn nguội
v.v..
2.7. Ảnh hƣởng của lực, nhiệt cắt và rung động đến nhám
bề mặt khi phay cao tốc
Về cơ bản, các yếu tố hình thành bề mặt trong gia công cao tốc
tương tự như gia công thông thường. Tuy nhiên, có khác biệt về sự
phân bố nhiệt trong vùng cắt (chi tiết - phoi- dụng cụ) cũng như sự
giảm lực cắt khi tốc độ vượt quá một giới hạn cụ thể. Nó sẽ giúp làm
giảm độ nhám bề mặt cũng như tăng độ chính xác gia công.
Vết gia công tạo ra khi phay bằng dao mặt đầu có góc lượn ở
lưỡi cắt được biểu diễn trong hình 2.48
Hình 2.48. Lượng tiến dao và bán kính của dao cắt ảnh hưởng đến độ
nhám bề mặt [22]

Chiều cao nhấp nhô bề mặt được tạo ra do sự in dập hình học của

lưỡi cắt trên có thể được tính gần đúng công thức: (2.50) [22]
Y  CR 

CR 2  f z 2
4



f z2
8CR

(2.50)

2.8. Ảnh hƣởng của chế độ tƣới nguội đến nhám bề mặt
Khi gia công theo cách truyền thống, vì nhiệt đủ thời gian để lan
truyền sang chi tiết và dao nên ta thường sử dụng dung dịch trơn
nguội để tránh nhiệt độ tăng quá cao. Nhiệt có thể truyền từ chi tiết,


- 11 dao, đồ gá dao và dần đến trục chính. Kết quả là không đảm bảo
được dung sai do có biến dạng nhiệt của chi tiết và dao.
Một trong những yếu tố giúp đem lại ưu điểm cho HSM là khả
năng làm thoát phoi hoàn toàn khỏi vùng gia công. Việc tránh cắt lại
vào phoi khi gia công trên thép đã tôi rất quan trọng để kéo dài tuổi
bền dao và đảm bảo an toàn cho quá trình gia công.
2.9. Nhiệt cắt trong phay cao tốc
Trong gia công phay cao tốc nhiệt của chi tiết và dao được giữ ở
mức thấp (phần lớn nhiệt sinh ra trong quá trình gia công được loại
bỏ cùng với phoi), vì vậy nâng cao tuổi bền dao. Mặt khác, trong các
ứng dụng của phay cao tốc, chiều sâu cắt nhỏ và thời gian lưỡi cắt

tiếp xúc rất ngắn. Có thể nói rằng lượng chạy dao nhanh hơn tốc độ
truyền nhiệt.
2.10. Rung động trong phay cao tốc
Trong quá trình gia công cắt gọt muốn đạt được độ chính xác, độ
bóng bề mặt cao và tuổi bền của dụng cụ cắt cao, điều quan trọng là
hệ thống công nghệ không được rung động hoặc rung động trong
giới hạn cho phép [1]. Trong thực tế gia công không có hệ thống
công nghệ trong quá trình cắt gọt mà không xảy ra hiện tượng rung
động, nó luôn tồn tại cùng quá trình cắt gọt. Trong quá trình gia công
rung động phát sinh, phát triển gây mất ổn định trong quá trình gia
công và ảnh hưởng tới độ chính xác, chất lượng bề mặt và tuổi thọ
của dụng cụ cắt.
Kết luận chƣơng 2
Chiều cao nhấp nhô và hình dạng của nhấp nhô tế vi trên bề mặt
cùng với chiều của vết gia công có ảnh hưởng đến khả năng làm việc
của chi tiết máy [16]. Tuy nhiên lâu nay ta mới chỉ quan tâm tới vài
ba thông số đặc trưng cho profile của bề mặt chi tiết máy. Trong
phay cao tốc các yếu tố công nghệ và các yếu tố rung động là nguyên
nhân gây nên sự biến dạng trong quá trình gia công ảnh hưởng rõ đến
chất lượng bề mặt của chi tiết gia công mà đặc trưng là độ nhám bề
mặt. Trong chương này tác giả đã nghiên cứu đến các vấn đề sau:
Nghiên cứu xây dựng mô hình lực cắt trong phay cao tốc khi
phay mặt đầu, khi phay bằng dao phay ngón đầu cầu và ảnh hưởng
của nó đến chất lượng gia công
Nghiên cứu bản chất của quá trình mài mòn dụng cụ, các thông
số chế độ cắt ảnh hưởng tới lượng mòn dao và các nguyên nhân gây
ra sự mất ổn định trong phay cao tốc, từ các phân tích lý thuyết ở


- 12 trên là cơ sở để tiến hành nghiên cứu xây dựng các thực nghiệm sau

này.
Nghiên cứu các thông số đặc trưng của độ nhám bề mặt ở dạng 2
D và 3D. Đưa ra 17 thông số đặc trưng cho độ nhám bề mặt 3D của
chi tiết gia công. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến độ nhám
bề mặt chi tiết khi phay cao tốc, làm cơ sở lý thuyết để tiến hành các
thực nghiệm ở chương 4.
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC
NGHIỆM
Xây dựng hệ thống thực nghiệm bao gồm lựa chọn mô hình thực
nghiệm, các điều kiện thực nghiệm, trong chương này cũng đề cập lý
thuyết quy hoạch thực nghiệm cũng như là việc ứng dụng QHTN để
xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và các yếu tố đầu ra.
Hơn nữa để xây dựng mối quan hệ toán học giữa chế độ cắt với lực
cắt, mòn dao và độ nhám bề mặt khi thực nghiệm có kết quả nhanh
và chính xác luận án sẽ ứng dụng phần mềm DX6.
3.1. Mô hình thực nghiệm
Trên cơ sở sơ đồ nghiên cứu quá trình phay tác giả đã xây dựng
mô hình thực nghiệm để thực nghiệm phay truyền thống như hình
3.2, phay cao tốc như hình 3.3 và hình 3.4 với các thông số xác định
được đo và đánh giá đồng thời trên mỗi một mô hình thực nghiệm.

Hình 3.2. Mô hình phay 3 trục

Hình 3.3. Mô hình phay 5 trục

Hình 3.4. Mô hình thực nghiệm

3.2. Điều kiện thực nghiệm
3.2.1. Máy phay CNC
Quá trình phay được thực hiện trên máy phay CNC 5 trục

MIKRON UCP 600 tại trung tâm BK-CNC, Viện Cơ khí, Trường
Đại học Bách khoa Hà Nội.
3.2.2. Phôi thực nghiệm
Kích thước của phôi: dài 70mm, rộng 70mm, cao 90mm
Vật liệu: Thép làm khuôn của Nhật SKD11
3.2.3. Dụng cụ cắt


- 13 Dụng cụ cắt được sử dụng là dao phay mặt đầu và dao phay ngón
đầu cầu của hãng Sandvik. Các thông số của dao được thể hiện ở
bảng 3.3 và bảng 3.4, dụng cụ cắt gia công được thép có độ cứng 1948 HRC.
- Khi phay bằng dao phay mặt đầu: dùng dao Φ32.
- Khi phay bằng dao phay ngón đầu cầu: dùng dao Φ10.
3.2.4. Các thiết bị đo

Quá trình đo kiểm các mẫu thực nghiệm được tiến hành tại
Trung tâm đào tạo, nghiên cứu và phát triển công nghệ CNC – Viện
Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội.
3.2.5. Thiết bi đo lực cắt.
Đồ gá chi tiết là lực kế do Tập đoàn EMCO cung cấp, có khả
năng đo 3 thành phần lực cắt trong quá trình phay, giá trị các lực đo
được được hiển thị lên màn hình hoặc trên phần mềm cài đặt trong
máy vi tính. Kết nối máy tính thông qua giao tiếp RS232 với phần
mềm đo lực kèm theo

Hình 3.14. Thiết bị đo lực cắt

Hình 3.15. Máy đo độ nhám chuyên dùng
SV-C300CNC

3.2.6. Thiết bị đo chiều cao nhấp nhô bề mặt

Thiết bị đo chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết gia công sử
dụng thiết bị đo độ nhám bề mặt chuyên dùng SV-C300CNC hãng
Mitutoyo của Nhật Bản tại có khả năng xoay đầu đo trong phạm vi
1350 kết hợp với đồ gá xoay được đặt trên bàn đo có du xích điều
khiển các chuyển động theo các phương X,Y. Cho phép mở rộng
phạm vi đo các biên dạng mặt cong.v.v.
3.2.7. Thiết bị đo mòn dao:
Máy hiển vi quang học Quick Scope CNC QS250Z của hãng
Mitutoyo.
3.2.8. Lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm
QHTN là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm
hiện đại với cơ sở toán học nền tảng là thống kê toán học. Các
nguyên tắc cơ bản của QHTN bao gồm: Ít thí nghiệm - Nhiều thông
tin - Chất lượng kết quả [4, 5, 12].
3.3. Phần mềm quy hoạch thực nghiệm DX6


- 14 Các bài toán tối ưu trong kỹ thuật thường là bài toán lớn với
những tham số với điều kiện đầu vào dẫn tới việc tính toán xác định
tham số tối ưu cần khối lượng lớn và mất nhiều thời gian. Hiện nay
có nhiều phần mềm xử lý dữ liệu trong bài toán này, nhằm giảm thời
gian trong quá trình thực hiện. Trong đó phần mềm DX6 là một phần
mềm ứng dụng rộng rãi, nên được sử dụng khá phổ biến.
3.4. Xây dựng mối quan hệ giữa chế độ cắt đến độ nhám
bề mặt, lực cắt và mòn dao
Máy phay cao tốc UCP là máy CNC 5 trục được sử dụng có
nhiều tham số điều chỉnh như vận tốc cắt (v), chiều sâu cắt (t) và
lượng chạy dao (s)... Việc điều chỉnh chính xác các tham số này sẽ

nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Kết luận chƣơng 3
Trong chương này đã xây dựng được mô hình thực nghiệm để
nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ v, t, s khi phay
đến lực cắt, độ nhám và lượng mòn dụng cụ trong hai trường hợp
phay mặt đầu và phay ngón đầu cầu trên máy phay cao tốc 5 trục
Mikron UCP 600. Các trang bị, dụng cụ đo kiểm được sử dụng đáp
ứng được yêu cầu của thực nghiệm đề ra.
Nghiên cứu các phương pháp QHTN, Phương pháp QHTN trực
giao trong nghiên cứu thực nghiệm nhiều yếu tố cho độ tin cậy cao
khi xây dựng các mô hình toán học thực nghiệm, cho phép phân tích
ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố đầu vào tới một hay nhiều yếu
tố đầu ra của một quá trình công nghệ. Từ đó chọn ra phương pháp
QHTN trực giao cấp I xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công
nghệ với lực cắt, mòn dao và nhám bề mặt.
Giới hạn ba thông số tốc cắt (v), chiều sâu cắt (t) và lượng chạy
dao (s) để khảo sát, là ba thông số ảnh hưởng quan trọng nhất ảnh
hưởng đến độ nhám bề mặt.
Trong thực tế, các bài toán quy hoạch thực nghiệm thường có
nhiều phép tính, do đó khó có thể tính toán bằng tay. Vì vậy cần tính
toán bằng các ngôn ngữ lập trình hoặc bằng các phần mềm QHTN
chuyên dụng. Trong chương này đã giới thiệu áp dụng phần mềm
QHTN DX6 sử dụng cho quá trình thiết kế thực nghiệm cũng như
việc giải bài toán tìm mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ với lực
cắt, mòn dao và nhám bề mặt. Trên cơ sở phân tích và thực nghiệm
thống kê nhằm mục đích đánh giá mô hình trong phay cao tốc.


- 15 CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG

CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN LỰC CẮT, MÒN DAO VÀ ĐỘ
NHÁM BỀ MẶT KHUÔN KHI PHAY TRÊN MÁY 5 TRỤC
UCP600
Nghiên cứu quá trình phay cao tốc bằng thực nghiệm nhằm xây
dựng các hàm toán học mô tả mối quan hệ giữa các đại lượng đầu ra
và các đại lượng đầu vào của quá trình gia công. Làm thực nghiệm
so sánh giữa phay thường với phay cao tốc trong một vài trường hợp
cụ thể
4.1. Mục đính của thực nghiệm
Mục đích của thực nghiệm là đánh giá mức độ ảnh hưởng của
chế độ cắt đến lực cắt, độ nhám bề mặt và mòn dao trong quá trình
gia công phay cao tốc bằng dao phay mặt đầu và dao phay cầu; xác
định hàm toán quan hệ thông số đầu ra với thông số ảnh hưởng chính
là chế độ cắt: lực cắt F= f(t,s,v), độ nhám bề mặt Ra=f(t,s,v), độ mòn
mặt sau VB=f(t,s,v), mặt trước Bcr=f(t,s,v).
4.2. Xác định miền thực nghiệm
Hàm độ nhám bề mặt khi phay mặt đầu có dạng: Ra= C.tm.sn.vp;
khi phay cầu có dạng: Rac= C1.tm1.sn1.vp1; hàm quan hệ lực cắt khi
phay mặt đầu có dạng: Fx= C2.tm2.sn2.vp2, Fy= C3.tm3.sn3.vp3, Fz=
C4.tm4.sn4.vp4; Hàm quan hệ lực cắt khi phay bằng dao cầu có dạng:
Fxc= C5.tm5.sn5.vp5, Fyc= C6.tm6.sn6.vp6, Fzc= C7.tm7.sn7.vp7, hàm quan hệ
lượng mòn mặt sau của dao: VB=C8.tm8.sn8.vp8, hàm quan hệ lượng
mòn mặt trước của dao: Bcr=C9.tm9.sn9.vp9
Giá trị các yếu tố đầu vào của thực nghiệm được lựa chọn các
mức như trong bảng 4.1 và bảng 4.2.
Bảng 4.1. Giá trị các yếu tố đầu vào của thực nghiệm khi phay mặt đầu
Các yếu tố

X1(t)

X2(s)

X3(v)

Mức trên +1

0.6

0.07

400

Mức dưới -1

0.2

0.03

200

Mức cơ sở 0

0.4

0.05

300

Khoảng biên thiên

0.2

0.02

100

Bảng 4.2. Giá trị các yếu tố đầu vào của thực nghiệm khi phay bằng dao phay ngón đầu cầu
Các yếu tố

X1(t)

X2(s)

X3(v)

Mức trên +1

0.6

0.7

400

Mức dưới -1

0.2

0.3

200

Mức cơ sở 0

0.4

0.5

300


- 16 Khoảng biên thiên

0.2

0.2

100

4.3. Nội dung thực nghiệm
Khi phay phẳng ta lựa chọn phương án chạy dao như hình 2.19,
khi sử dụng sơ đồ cắt đối xứng như hình 2.19 thì giai đoạn đầu vào
cắt bên dưới chính là quá trình phay nghịch còn giai đoạn ra cắt bên
trên là quá trình phay thuận. Vì vậy trong quá trình phay mặt đầu lực
cắt không chỉ liên tục thay đổi giá trị mà còn thay đổi cả hướng của
nó, mô hình này áp dụng khi phay mặt phân khuôn

Hình 4.2. Mô hình phay hốc

Khi phay lòng khuôn, phay hốc khuôn ta chọn phương án chạy
dao như hình 4.2a hoặc hình 42b.

4.4. Kết quả đo thực nghiệm và xử lý kết quả
4.4.1. Thực nghiệm đo lực cắt và xây dựng mô hình toán học lực cắt
phụ thuộc vào chế độ cắt khi phay cao tốc

 Khi phay bằng dao phay mặt đầu
Thực hiện quá trình thực nghiệm và đo kiểm ta được kết quả
trong bảng 4.5, bảng 4.6, bảng 4.7

Hình 4.3. Bản vẽ chi tiết gia công

Kết quả đo thực nghiệm và xử lý kết quả
Bảng 4.5. Kết quả đo lực cắt thành phần Fx
Biến mã
hoá

T
T

Biến thực nghiệm

Kết quả đo lực
Lnt

X1

X2

X3

1

-1

-1

-1

0,2

0,03

2

+1

-1

-1

0,6

0,03

3

-1

+1

-1

0,2

4

+1

+1

-1

0,6

t(mm) S(mm/r) V(m/ph)

Fxtb(N)

Lns

Lnv

LnFxtb
(N)

Fx1(N)

Fx2(N)

Fx3(N)

200

130,87

132,85

131,89 131,8665 -1,6094 -3,5066 5,2983 4,88179

200

165,45

168,56

169,53 167,8499 -0,5108 -3,5066 5,2983 5,12307

0,07

200

180,64

169,95

170,43 173,6653 -1,6094 -2,6593 5,2983 5,15713

0,07

200

191,14

189,28

190,36 190,2635 -0,5108 -2,6593 5,2983 5,24841


- 17 5

-1

-1

+1

0,2

0,03

400

65,34

64,78

63,88

64,6734 -1,6094 -3,5066 5,9915 4,16935

6

+1

-1

+1

0,6

0,03

400

90,12

89,14

88,27

89,1776 -0,5108 -3,5066 5,9915 4,49063

7

-1

+1

+1

0,2

0,07

400

126,81

125,79

124,80 125,7996 -1,6094 -2,6593 5,9915 4,83469

8

+1

+1

+1

0,6

0,07

400

194,55

197,55

196,55 197,5457 -0,5108 -2,6593 5,9915 5,28597

9

0

0

0

0,4

0,05

300

155,94

154,98

156,84

155,92

-0,9163 -2,9957 5,7037 5.0493

10

0

0

0

0,4

0,05

300

155,68

156,42

157,16

156,42

-0,9163 -2,9957 5,7037 5.0525

11

0

0

0

0,4

0,05

300

154,16

159,94

158,86

157,65

-0,9163 -2,9957 5,7037 5.0604

 Khi phay bằng dao phay mặt đầu
Mô hình toán học lực cắt khi gia công dao phay mặt đầu khi phay
cao tốc trong giới hạn của các thông số cũng như các phương pháp
gia công truyền thống được miêu tả có dạng phi tuyến như sau:
Fx= C2.tm2.sn2.vp2, Fy= C3.tm3.sn3.vp3, Fz= C4.tm4.sn4.vp4
(4.1)
Trong đó: Fx, Fy, Fz là các lực cắt tương ứng theo các phương X,
Y, Z; t là chiều sâu cắt (mm); s là lượng chạy dao (mm/r); v là tốc độ
cắt (m/p); C2, m2, n2, p2, C3, m3, n3, p3, C4, m4, n4, p4,: hệ số được xác
định trong quá trình thực nghiệm. Để xác định hằng số và số mũ của
phương trình, mô hình toán học này được tuyến tính hóa bằng hàm
logarit và phương trình được viết lại như sau:
(4.2)
(4.3)
(4.4)
Phương trình hồi quy có dạng
y2= b02 +b12.X1 +b22.X2 + b32.X3

(4.5)
y3= b03 +b13.X1 +b23.X2 + b33.X3
(4.6)
y4= b04 +b14.X1 +b24.X2 + b34.X3
(4.7)
Việc tính toán tiếp theo có thể tính toán bằng tay. Tuy nhiên để
rút ngắn thời gian tính toán trong luận án tác giả đã sử dụng phần
mềm quy hoạch thực nghiệm DX6. Kết quả tính toán các giá trị bj
bằng phần mềm được thể hiện như trên bảng 4.8
Bảng 4.8. Các giá trị bj theo biến mã hóa
b02

4,89888

b12

0,13814

b22

0,23267

b32

-0,20372

Như vậy hàm số Fx phụ thuộc chế độ cắt được thể hiện như công
thức sau:

Như vậy hàm số Fx phụ thuộc chế độ cắt được thể hiện như

công thức sau:


- 18 LnFx= Y = 4,89888 + 0,13814*X1 + 0,23267*X2 – 0,20372*X3

(4.8)

Kết quả tính toán hệ số Fisher trên phần mềm cho thấy Ftn=188,3
trong khi đó tra bảng tiêu chuẩn Fisher (phụ lục 3) với mức ý nghĩa p
= 0,05, bậc tự do f1 = N-L = 4, f2 = n0-1 = 1 (N là số điểm thực
nghiệm, L là số các hệ số bj có nghĩa, n0 là số thử nghiệm tại tâm
quy hoạch) F = 5624,5833. So sánh nhận thấy Ftn < F do đó mô hình
toán đã chọn phù hợp với thực nghiệm.
Quy đổi từ giá trị mã hóa sang giá trị thực thì phương trình (4.8)
có dạng như phương trình (4.9)
(4.9)
Tương tự như trên dùng phần mềm DX6 ta cũng tìm được gia
strij của Fy và Fz.
(4.10)
(4.11)
Ảnh hưởng của chế độ cắt tới Fx, Fy, Fz trong ở phương trình
(4.9) được thể hiện ở hình 4.3,4.4,4.5
Luc cat Fx (N)

Luc cat Fx (N)

150

100

200

140

180

120
Luc cat Fy (N)

200

160
140
120

100

40

80
0.6

50
0.08
0.06
0.04
0.02

Luong chay dao s (mm/r)

200

300

250

0.8

400

350

80
60

100

0.4
0.2

Chieu sau cat t (mm)

200

0.08

0.6

400

350

300

0.06

0.4

0.04
0.2

250

Chieu sau cat t (mm)

0.02
Luong chay dao s (mm/r)

Van toc cat V (m/ph)

Van toc cat V (m/ph)

Hình 4.3. Ảnh hưởng của v,s,t đến Fx
300

300

300

280

260

200

150

250

Luc cat Fy (N)

Luc cát Fy (N)

Luc cat Fy (N)

250

240
220
200

200

180
150

160

100
0.08
0.06

0.04
0.02

Chieu sau cat t (mm)

200

250

300

350

140
0.8

400

0.6

0.6
0.4
0.2

Van toc cat V (m/ph)

200

Luong chay dao s (mm/r)

300

250

350

400

0.4
0.2

0.03

Chieu sau cat t (mm)

Van toc cat V (m/ph)

0.04

0.05

0.06

Luong chay dao s (mm/r)

Hình 4.3. Ảnh hưởng của v,s,t đến Fy
200
120

120

180

110

110

90
80

Luc cat Fz (N)

Luc cat Fz (N)

Luc cat Fz (N)

160
100

100
90
80

140
120
100

70

80

70
60
0.08
0.06

350
0.04

Luong chay dao s (mm/r)

0.02

250

400

300

200
Van toc cat v (m/ph)

60
0.8

60
0.08
0.06

350
0.04

Luong chay dao s (mm/r)

0.02

250

0.6

400

300

0.4
0.2
Chieu sau cat t (mm)

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

Luong chay dao s (mm/r)

200
Van toc cat v (m/ph)

Hình 4.3. Ảnh hưởng của v,s,t đến Fz

Cũng với mô hình thực nghiệm này, chúng tôi đã đo lực cắt khi
phay thường bằng dao mặt đầu của hãng Sandvik có các thông số
hình học tương đương dao phay cao tốc, trên máy UCP600 ở chế độ:
v =100 m/ph, t= 0.2 mm, sz = 0.07mm/răng và kết quả đo lực như
sau: Fx= 81 (N), Fy= 188 (N), Fz= 109 (N)


- 19 Bảng 4.11. So sánh lực cắt khi phay thường và phay cao tốc

V(m/ph)
Fx
Fy
Fz
Fz / Fy
100
81
188
109
0,595745
400
75
168
68
0,404762

Theo đồ thị mối quan hệ chế độ cắt khi phay mặt đầu (hình 4.3,
hình 4.4 và hình 4.5) ta có thể nhận xét như sau:
Khi tăng vận tốc cắt từ 300m/ph lên 400m/ph thì lực cắt có xu
hướng giảm. Điều này cũng phù hợp với những phân tích ở trên về
ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố lực cắt và nhiệt cắt phay cao tốc
với HSM. Tuy nhiên khi tốc độ cắt tăng, lực Pz có xu hướng giảm
nhiều hơn Py, vì vậy tỷ lệ Pz/Py khi phay cao tốc giảm nhiều so với
phay thông thường. Đây chính là ưu điểm của gia công cao tốc, khi
tăng v vừa tăng được năng suất cắt và lại giảm sai số gia công vì lực
cắt nhỏ sẽ là giảm biến dạng của hệ thống công nghệ.
So sánh với các kết quả lực cắt khi phay thường công bố trong
tài liệu [9] tỷ lệ Fx, Fy, Fz tương ứng khoảng 0,35; 0,9; 0.5 nhưng
trong dải tốc độ của thực nghiệm này tỷ lệ đó là: khoảng 0.4; 0.9;
0.35. Tỷ lệ này có thể sử dụng khi tính lực cắt theo các phương trong
thiết kế đồ gá khi gia phay cao tốc.
 Khi phay bằng dao phay ngón đầu cầu
Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến lực cắt khi
phay cầu

85

100

85

80

90

80

75

75
70
65

Luc cat Fxc (N)

Luc cat Fxc (N)

Luc cat Fxc (N)

90

70

80

70

65
60

60

60
50
0.8

55
0.6
0.5
0.4
0.3

Luong chay dao s (mm/r)

400

350

300

250

200

55
0.8
0.6

0.4
0.2

200

Chieu sau cat t (mm)

0.6

400

350

300

250

0.4
0.2

0.3

0.4

Chieu sau cat t (mm)

0.5

0.7

0.6

Luong chay dao s (mm/r)

Van toc cat v (m/ph)

Van toc cat v (m/ph)

Hình 4.6. Ảnh hưởng của t, s, v đến Fxc
140

130

130

120

160

110
100
90

140

Luc cat Fyc (N)

Luc cat Fyc (N)

Luc cat Fyc (N)

150

120

110

100

130
120
110
100
90

90

80

80
0.8
0.6
0.4
Luong chay dao s (mm/r)

200

250

300

350

400

Van toc cat v (m/ph)

0.6

80
0.8
0.6
0.4
0.2
Chieu sau cat t (mm)

200

250

300

350

400

0.4
0.2
Chieu sau cat t (mm)

Van toc cat v (mm/ph)

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Luong chay dao s (mm/r)


- 20 Hình 4.7. Ảnh hưởng của t, s, v đến Fyc
90

90

85

85

80

80

110

70
65

Luc cat Fzc (N)

Luc cat Fzc (N)

Luc cat Fzc (N)

100

75

75
70

90

80

70

65

60
0.5

300

250

0.4

0.3

60

0.8

400

350

0.6

0.6
0.4

200

0.2

Van toc cat v (m/ph)

Luong chay dao s (mm/r)

200

250

Chieu sau cat t (mm)

300

350

60

0.7

400

0.8
0.6

0.6

0.5

0.4

0.4

0.2

0.3

0.2

0
Luong chay dao s (mm/r)

Chieu sau cat t (mm)

Van toc cat v (m/ph)

Hình 4.8. Ảnh hưởng của t, s, v đến Fzc

4.4.2. Thực nghiệm đo độ mòn dụng cụ và xây dựng mô hình toán học
độ mòn dụng cụ phụ thuộc vào chế độ cắt khi phay cao tốc.

Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến mòn mặt
sau dao (VB)
0.2

0.24
0.23

0.16

0.14

0.12

0.18

Do mon mat sau VB (mm)

Do mon mat sau VB (mm)

Do mon mat sau VB (mm)

0.2
0.18

0.16

0.14

0.12

0.22
0.21
0.2
0.19
0.18
0.17

0.1
0.8
0.6
0.4
0.2

250

200

Luong chay dao s (mm/r)

0.1
0.8

400

350

300

0.6
0.4

Van toc cat v (m/ph)

0.2

200

Chieu sau cat t (mm)

0.16
0.8

400

350

300

250

0.6

0.8

0.4

0.6

0.4

0.2

Van toc cat v (m/ph)

0.2

Chieu sau cat t (mm)

Luong chay dao s (mm/r)

Hình 4.15. Ảnh hưởng của v,s,t đến VB.

Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến mòn mặt
trước dao (Bcr)
0.75

0.18

0.13
0.12
0.11
0.1
0.09
0.08

0.7

Do mon mat truoc Bcr (mm)

0.14

Do mon mat truoc Bcr (mm)

Do mon mat truoc Bcr (mm)

0.15

0.16

0.14

0.12

0.1
0.6

1

400

0.8

350
0.6
200

Luong chay dao s (mm/r)

0.4

250
0.2

Chieu sau cat t (mm)

0.6

300
0.3

Van toc cat v (m/ph)

0.5
0.45

350
0.4

300
250

0.4

0.6
0.55

0.4

400

0.5

0.65

200

Van toc cat v (m ph)

0.2

Chieu sau cat t (mm)

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Luong chay dao s (mm/r)

Hình 4.16. Ảnh hưởng của v,s,t đến Bcr

4.4.3. Thực nghiệm đo độ nhám bề mặt và xây dựng mô hình toán học

nhám bề mặt phụ thuộc vào chế độ cắt khi phay cao tốc.

0.32

0.3

0.3

0.28

0.28
0.26
0.24
0.22

Do nham Ra (micromet)

0.35
Do nham Ra (Micromet)

Do nham Ra (micromet)

Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến độ nhám bề
mặt (Ra) khi phay mặt đầu:
Đồ thị ảnh hưởng của chế độ cắt tới Ra của phương trình 4.31
được thể hiện ở hình (4.9)
0.26
0.24
0.22
0.2

0.3

0.25

0.2

0.2

0.8

0.18
0.8

0.18
0.08
0.06
0.04
Luong chay dao s (mm/r)

0.02

200

250

300

350

Van toc cat v (m/ph)

400

0.6
0.4
Chieu sau cat t (mm)

0.2

200

250

300

350

Van toc cat v (m/ph)

400

0.08

0.6
0.06
0.4
Chieu sau cat t (mm)

0.04

0.2

0.02

Luong chay dao s (mm/r)


- 21 Hình 4.9. Ảnh hưởng của v,s,t đến Ra

Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến độ nhám bề
mặt (Rac) khi phay cầu:
2

1.7
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4

Do nham Ra (mi cro met)

Do nham Ra (micromet)

Do nham Ra (micromet)

1.9

1.6
1.5

1.4
1.3

1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3

1.3

0.8

0.8
400

0.6

0.6

Luong chay dao s (mm)

0.2

200

300

0.4

250

250
Chieu sau cat t (mm)

Van toc cat v (m/ph)

0.4

350

350
300

0.4

0.8

400

0.6

0.2

200

0.6
0.4

0.2
Chieu sau cat t (mm)

Van toc cat v (m/ph)

0.2

Luong chay dao s (mm/r)

Hình 4.14. Ảnh hưởng của t,s,v đến Ra

Kết luận chƣơng 4
Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm, ứng dụng mềm quy hoạch
thực nghiệm DX6 đã xây dựng được mô hình toán học sau:
- Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến lực cắt khi
phay mặt đầu.

- Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến lực cắt khi
phay cầu

- Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến mòn mặt
sau dao (VB)

- Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến mòn mặt
trước dao (Bcr)

- Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến độ nhám bề
mặt (Ra) khi phay mặt đầu

- Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến độ nhám bề
mặt (Rac) khi phay cầu

- Phương pháp chạy dao khi gia công lòng khuôn là phay
contouring


- 22 -

- Hướng gia công hợp lý trong gia công khuôn bằng dao phay ngón
đầu cầu như hình 4.13
- Góc nghiêng dao hợp lý nằm trong phạm vi 15o đến 20o
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
KẾT LUẬN

1.

2.

3.
4.

Từ kết quả nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm, ứng
dụng mềm quy hoạch thực nghiệm DX6 đã xây dựng được mô hình
toán học và rút ra được những kết luận sau:
Làm rõ bản chất, cơ sở lý thuyết gia công khi phay cao tốc bằng dao
phay mặt đầu và dao phay ngón đầu cầu; phân tích, so sánh HSM
với phay truyền thống trong một số trường hợp.
Làm rõ khái niệm độ nhám bề mặt 3D cũng như ảnh hưởng của nó
đến tính năng sử dụng chi tiết máy. Xác định được mối quan hệ

giữa các số yếu tố công nghệ
ảnh hưởng của
các thông số công nghệ: v, t, s đến lực cắt, mòn dao và nhám bề
mặt.
ự ảnh hưởng của các phương pháp cắt đến lực cắt,
mòn dao và độ nhám bề mặt.
Ứng dụng phần mềm QHTN DX6 để xây dựng mô hình toán học
ảnh hưởng các thông số chế độ cắt đến các thông số đặc trưng cơ
bản trong quá trình phay cao tốc.
- Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến lực cắt khi
phay mặt đầu.

- Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến lực cắt khi
phay cầu

- Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến mòn mặt
sau dao (VB)


- 23 - Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến mòn mặt
trước dao (Bcr)
- Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến độ nhám bề
mặt (Ra) khi phay mặt đầu
- Mô hình toán học ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến độ nhám bề
mặt (Ra) khi phay cầu
- Hướng gia công hợp lý trong gia công khuôn bằng dao phay ngón
đầu cầu như hình 4.13
- Góc nghiêng dao hợp lý nằm trong phạm vi 15o– 20o

khảo cho các nghiên cứu tiếp theo. Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho

việc nghiên cứu đánh giá hiệu quả của phay cao tốc trong ứng dụng
gia công khuôn và cũng như là cơ sở để các nhà công nghệ chọn
phương pháp, chế độ cắt khi gia công cao tốc trong thực tiễn.
HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

1. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt khi phay cao tốc đến các
thông số 3D của độ nhám bề mặt, phân tích thông số công nghệ ảnh
hưởng tới chất lượng và khả năng biến dạng khi gia công chi tiết
thành mỏng.
2. Xây dựng mô hình nhiệt cắt và mở rộng thông số đầu vào để quá
trình nghiên cứu toàn diện hơn trong gia công cao tốc.
3. Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến tổ chức vật liệu
lớp bề mặt chi tiết sau khi gia công cao tốc.