Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của tham số công nghệ tới chất lượng bề mặt khi PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC..................................................................................................................... 1
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.........................................................2
DANH MỤC CÁC BẢNG HÌNH VẼ..........................................................................3
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................5
CHƯƠNG
1
TỔNG QUAN VỀ PHAY TỐC ĐỘ CAO...................................................................5

1.1.Hiện trạng nghiên cứu và phát triển của công nghệ phay tốc độ cao..........5
1.1.1. Khái niệm phay tốc độ cao..........................................................................................................................5
1.1.2 Ưu điểm của phay tốc độ cao ......................................................................................................................5
1.1.3 Ứng dụng của phay tốc độ cao.....................................................................................................................7
1.1.4 Hướng phát triển mới trong công nghệ gia công cao tốc.............................................................................7

1.2 Hiện trạng gia công hợp kim nhôm và ứng dụng........................................8
1.2.1 Hợp kim nhôm..............................................................................................................................................8
1.2.2 Gia công hợp kim nhôm và ứng dụng..........................................................................................................9

1.3 Một số vấn đề còn tồn tại..........................................................................10
1.4 Nội dung nghiên cứu.................................................................................11
CHƯƠNG
2
ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ TỚI CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
KHI PHAY TỐC ĐỘ CAO HỢP KIM NHÔM 6061..............................................12

2.1 Thiết bị và vật liệu thí nghiệm..................................................................12

2.1.1 Thiết bị thí nghiệm.....................................................................................................................................12
2.1.2 Vật liệu thí nghiệm.....................................................................................................................................14

2.3 Kết quả và phân tích..................................................................................16
2.4 Ứng dụng vào gia công cánh tuabin thủy lực...........................................22
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................23
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................24

1


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
1. Ưu điểm của đề tài.
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
2. Nhược điểm của đề tài.
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………….
3. Kết luận.
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

Đánh giá

Hà Nội, ngày…tháng…năm

………...

Giáo viên hướng dẫn

2015

ThS. ĐOÀN TẤT KHOA

2


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

DANH MỤC CÁC BẢNG HÌNH VẼ
Trang
MỤC LỤC..................................................................................................................... 1
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.........................................................2
DANH MỤC CÁC BẢNG HÌNH VẼ..........................................................................3
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................5
CHƯƠNG
1
TỔNG QUAN VỀ PHAY TỐC ĐỘ CAO...................................................................5

1.1.Hiện trạng nghiên cứu và phát triển của công nghệ phay tốc độ cao..........5
1.1.1. Khái niệm phay tốc độ cao..........................................................................................................................5
1.1.2 Ưu điểm của phay tốc độ cao ......................................................................................................................5

Hình 1.1. Biểu đồ so sánh gia công thông thường và gia công tốc độ cao.......................................6
Hình 1.1. Biểu đồ so sánh gia công thông thường và gia công tốc độ cao.......................................6
1.1.3 Ứng dụng của phay tốc độ cao.....................................................................................................................7
1.1.4 Hướng phát triển mới trong công nghệ gia công cao tốc.............................................................................7

1.2 Hiện trạng gia công hợp kim nhôm và ứng dụng........................................8
1.2.1 Hợp kim nhôm..............................................................................................................................................8
1.2.2 Gia công hợp kim nhôm và ứng dụng..........................................................................................................9

1.3 Một số vấn đề còn tồn tại..........................................................................10
1.4 Nội dung nghiên cứu.................................................................................11
CHƯƠNG
2
ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ TỚI CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
KHI PHAY TỐC ĐỘ CAO HỢP KIM NHÔM 6061..............................................12

2.1 Thiết bị và vật liệu thí nghiệm..................................................................12
2.1.1 Thiết bị thí nghiệm.....................................................................................................................................12

Hình 2.1. Máy phay CNC Spinner U5- 620.....................................................................................12
Hình 2.1. Máy phay CNC Spinner U5- 620.....................................................................................12
Hình 2.2. Dụng cụ cắt....................................................................................................................13
Hình 2.2. Dụng cụ cắt....................................................................................................................13
Bảng 2.1.Thông số của dụng cụ cắt...............................................................................................13
Hình 2.3. Máy đo độ nhám TR200.................................................................................................14

3


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM
Hình 2.3. Máy đo độ nhám TR200.................................................................................................14
2.1.2 Vật liệu thí nghiệm.....................................................................................................................................14

Bảng 2.2. Thành phần các nguyên tố hóa học trong hợp kim nhôm 6061....................................14
Bảng 2.3. Đặc tính và cơ tính của hợp kim nhôm..........................................................................14
Bảng 2.4. Miền giá trị các tham số công nghệ...............................................................................15
Bảng 2.5. Các thí nghiệm...............................................................................................................15
Bảng 2.6. Các thí nghiệm tại tâm...................................................................................................16

2.3 Kết quả và phân tích..................................................................................16
Bảng 2.7. Ma trận thực nghiệm.....................................................................................................18
Bảng 2.8. Giá trị các hệ số trong phương trình hồi qui..................................................................18
Bảng 2.9. Kết quả thí nghiệm tại tâm............................................................................................18
Bảng 2.10. Tính toán theo phương trình.......................................................................................19
Bảng 2.11. Kết quả tính bước chuyển động δj của các yếu tố.......................................................20
Bảng 2.12. Kết quả thí nghiệm leo dốc..........................................................................................21

2.4 Ứng dụng vào gia công cánh tuabin thủy lực...........................................22
Hình 2.4. Sản phẩm cánh tuabin thủy lực......................................................................................22
Hình 2.4. Sản phẩm cánh tuabin thủy lực......................................................................................22

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................23
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................24

4

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

LỜI MỞ ĐẦU
Nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa nhằm đưa
Việt Nam trở thành nước có nền công nghiệp văn minh, hiện đại.
Ngành chế tạo máy đã và đang là ngành được sự quan tâm và đầu tư đích
đáng của Nhà nước. Sự ứng dụng máy công cụ điều khiển theo chương trình số
CNC đã tạo nên bước nhảy mới để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm; cải
thiện được điều kiện lao động cho người công nhân. Với tiến bộ khoa học kỹ
thuật và máy CNC, một số phương pháp gia công mới đang được nghiên cứu để
ứng dụng rộng rãi vào trong sản xuất, trong đó điển hình là: gia công cao tốc.
Gia công cao tốc là một phương pháp gia công tiên tiến và hiện đại được
ứng dụng ở nhiều nước công nghiệp phát triển. Gia công cao tốc được biết đến ở
nước ta trong vài năm trở lại đây. Với cơ sở, hạ tầng của các cơ sở sản xuất của
nước ta hiện nay, gia công cao tốc còn đang được nghiên cứu để áp dụng sao cho
phù hợp với cơ sở sản xuất và yêu cầu thị trường ở nước ta.
Đây là một trong số phương pháp gia công mang lại hiệu quả kinh tế cao
nếu như chúng ta biết đầu tư đúng hướng và nắm bắt tốt công nghệ. Chính vì thế
đề tài này của em nghiên cứu về các tham số công nghệ trong phay cao tốc hợp
kim nhôm- là một phần trong gia công cao tốc .
Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS.Đoàn Tất Khoa và GV.Nguyễn Văn
Toàn đã hướng dẫn và chỉ bảo cho em rất tận tình để em hoàn thành đề tài này.
Do khả năng thực tế còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những sai sót.
Em rất mong được sự chỉ bảo tận tình của thầy cô và bạn bè để chúng em hiểu
thêm về kiến thức chuyên môn.

Hà nội, ngày…tháng…năm 2015

5


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHAY TỐC ĐỘ CAO
1.1.Hiện trạng nghiên cứu và phát triển của công nghệ phay tốc độ cao
1.1.1. Khái niệm phay tốc độ cao
Phay tốc độ cao là một trong những phương pháp gia công hiện đại còn
được biết đến với thuật ngữ High Speed Milling (HSM). Định nghĩa đầu tiên về
phay cao tốc được đưa ra năm 1931 bởi Carl Salomon. Ông cho rằng khi phay
với tốc độ cắt gấp 5- 10 lần tốc cắt khi phay thông thường thì nhiệt độ phoi sẽ
giảm. Trên thực tế phay tốc độ cao được hiểu là phương pháp gia công có tốc độ
trục chính và tốc độ chạy dao của máy cao. Với từng máy và dụng cụ cụ thể mà
dải tốc độ cắt khác nhau cho những vật liệu cắt khác nhau và chiến lược gia công
khác nhau.
1.1.2 Ưu điểm của phay tốc độ cao
So với phương pháp phay truyền thống thì phay tốc độ cao có những ưu
điểm nổi bật như:
+ Nhiệt độ của dụng cụ cắt và của phôi luôn được duy trì ổn định ở mức
thấp trong phay tốc độ cao, điều này giúp kéo dài tuổi thọ của dụng cụ và
duy trì được trang thái của vật liệu phôi.
+ Trong phay tốc độ cao thì chiều sâu cắt nhỏ, vì thế lực cắt tác động lên dao
và trục chính nhỏ. Do đó, đảm bảo an toàn cho hệ thống trục chính, hệ
thống dẫn hướng và vít me bi cũng như hạn chế được sự va chạm mạnh
trong quá trình gia công giảm thiểu tối đa rủi ro cho độ cứng vững của hệ
thống công nghệ.

+ Phay tốc độ cao có thể gia công được các hốc có thành rất mỏng, các
thành có độ dày khoảng 0,2mm và cao 20mm. Trong quá trình gia công,
sự tiếp xúc giữa lưỡi cắt và phôi trong thời gian rất nhỏ tránh sự dao động
5


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

dẫn đến sự sai lệch của thành gia công. Ngoài ra dụng cụ cắt sử dụng trong
phương pháp gia công này phải có lưỡi cắt nhỏ và sắc.
+ Phay tốc độ cao tối ưu hóa được công nghệ làm khuôn. Đặc biệt đối với
công nghệ tạo mẫu nhanh thì gia công cao tốc tỏ ra vượt trội so với các
phương pháp khác, đặc biệt đối nhôm thì pahy tốc độ cao tỏ ra vượt trội so
với phay thông thường.
+ Phay tốc độ cao đạt được độ chính xác cao và chất lượng bề mặt cao.
Thông thường gia công tinh trong phay tốc độ cao đạt độ nhám bề mặt
0,6µm so với phương pháp thông thường là 0,1- 0,2 mm. Qua đó có thể áp
dụng phay tốc độ cao vào chế tạo các chi tiết có độ chính xác cao phục vụ
trong y tế hoặc công nghiệp hàng không, vũ trụ.
=> Với các ưu điểm trên thì phay tốc độ cao rút ngắn được thời gian chuẩn
bị sản xuất, giảm thiểu các nguyên công qua đó rút ngắn thời gian sản
xuất, tăng chất lượng sản phẩm, qua đó tăng năng suất và lợi nhuận.
Kết quả thực tế so sánh giữa gia công thông thường và gia công cao tốc
được thể hiện qua biểu đồ dưới đây:
20

16.5

15

10
5
0

12
6
1

4.3
3.5
0.33
2
3

Phương pháp thông thường
Gia công cao tốc
1- lượng gia công phôi (cm3)
2- chất lượng bề mặt đạt được Ra(µm)
3- thời gian gia công (giờ)

Hình 1.1. Biểu đồ so sánh gia công thông thường và gia công tốc độ cao

Phương pháp thực tế: phay sử dụng dao phay cầu.
Phay truyền thống: Dc= 20 (mm); vc= 100 (m/phút); fz= 0.1(mm/răng).
Phay cao tốc: Dc= 20 (mm); vc= 900 (m/phút); fz= 0.05 (mm/răng).
6


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

1.1.3 Ứng dụng của phay tốc độ cao
Với những ưu điểm nổi bật trên, phay tốc độ cao được ứng dụng trong các
lĩnh vực công nghiệp chính sau:
+ Công nghiệp gia công nhôm: sản xuất ra các bộ phận của ô tô, các chi tiết
máy tính nhỏ và các thiết bị y tế.
+ Công nghiệp hàng không: để gia công các chi tiết bằng nhôm có thành
mỏng.
+ Công nghiệp khuôn mẫu: để gia công tinh các lòng khuôn cần độ chính
xác cao.
1.1.4 Hướng phát triển mới trong công nghệ gia công cao tốc
Với những thành công to lớn mà phay tốc độ cao mang lại, các trung tâm
nghiên cứu ở nước ta đang dần phát triển nghiên cứu đưa ra các kết quả để áp
dụng thực tiễn vào quá trình sản xuất ở nước ta. Cụ thể các nghiên cứu tập trung
vào các tham số công nghệ đối với từng vật liệu để tìm ra các miền giá trị tối ưu
nhất khi phay tốc độ cao với từng chiến lược chạy dao khác nhau.
Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật nói chung và các trung
tâm công nghệ nói riêng thì việc tìm, đưa ra và áp dụng các hướng phát triển mới
trong gia công cao tốc mang lại lợi ích hết sức to lớn trong công nghiệp sản xuất
chế tạo. Hiện nay một số hướng phát triển được tập trung vào như:
+ Thành lập các trung tâm gia công cao tốc: yêu cầu sản phẩm gia công
ngày càng đa dạng và phức tạp cần thực hiện trong nhiều bước với các
nguyên công khác nhau trên các máy khác nhau thì việc thành lập các
trung tâm gia công sẽ giảm được thời gian vận chuyển, thời gian thiết lập
qui trình công nghệ trên các máy khác nhau. Áp dụng vào gia công hàng
loạt và phát triển các trung tâm gia công cao tốc thành các dây chuyền sản
xuất tự động sẽ mang lại lợi ích to lớn cho xã hội.
7

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

+ Tự động hóa trong gia công cao tốc: quá trình gá đặt và vận chuyển bán
thành phẩm chiếm một thời gian lớn trong quá trình gia công nên trong
hướng phát triển mới cần giảm thiểu thời gian này. Việc thành lập các
trung tâm gia công cũng như sử dụng robot trong việc gá đặt và lấy sản
phẩm tự động giảm thiểu được thời gian trễ này. Bên cạnh đó, việc áp
dụng dây chuyền sản xuất tự động khắc phục được thời gian máy không
hoạt động khi không có công nhân, qua đó nâng cao năng suất, hạ giá
thành sản phẩm.
+ Nghiên cứu, phát triển các máy gia công tiên tiến, các máy nhiều trục: sản
phẩm gia công đòi hỏi ngày càng đạt độ phức tạp về hình dáng và chất
lượng sản phẩm gia công, áp dụng các máy tiên tiến vào gia công đáp ứng
được các yêu cầu kể trên. Các máy nhiều trục có thể gia công được các chi
tiết phức tạp và có thể thực hiện được nhiều nguyên công trên một máy,
điều này giúp giảm thời gian gá đặt và giảm sai số gá đặt tích lũy qua đó
nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất. Hiện nay, người ta đã sử dụng
máy CNC 5 trục để gia công tuabin khí cũng như các khuôn phức tạp.
1.2 Hiện trạng gia công hợp kim nhôm và ứng dụng
1.2.1 Hợp kim nhôm
Hợp kim nhôm là hợp kim của nhôm với các nguyên tố khác (Cu, Mn, Si,
Mg, …).
Tính chất:
+ Khối lượng riêng nhỏ (~2,7g/cm³) nên nhôm và hợp kim nhôm chỉ nặng
bằng 1/3 thép, đó là tính chất đặc biệt được chú trọng khi các thiết bị cần
chế tạo phải chú trọng đến trọng lượng (trong ngành hàng không, vận tải...).
+ Tính chống ăn mòn trong khí quyển: Do đặc tính ôxy hoá của nó đã biến
lớp bề mặt của nhôm thành ôxít nhôm (Al2O3) rất xít chặt và chống ăn

8


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

mòn cao trong khí quyển, do đó chúng có thể dùng trong đa ngành mà
không cần sơn bảo vệ.
+ Tính dẫn điện: Tính dẫn điện của nhôm bằng 2/3 của đồng (kim loại),
nhưng do nhôm nhẹ hơn nên chúng được sử dụng nhiều hơn bởi nếu cùng
truyền một dòng điện thì dây nhôm nhẹ hơn bằng 1/2; ít bị nung nóng hơn.
+ Tính dẻo: Rất dẻo, nên rất thuận lợi cho việc kéo thành dây, tấm, lá, băng,
màng, ép chảy thành các thanh có biên dạng đặc biệt (dùng cho khung
cửa, các loại tản nhiệt...rất thuận tiện khi sản xuất).
+ Nhiệt độ nóng chảy: Tương đối thấp nên thuận tiện cho việc nấu chảy khi
đúc, nhưng cũng làm nhôm và hợp kim nhôm không sử dụng được ở nhiệt
độ cao hơn 300-400 độ C.
+ Độ bền, độ cứng: Thấp.
Phân loại: Hợp kim nhôm được chia làm 2 loại: Hợp kim nhôm biến dạng
và hợp kim nhôm đúc.
1.2.2 Gia công hợp kim nhôm và ứng dụng
Trên thế giới: Hợp kim nhôm có tính cắt gọt tương đối cao. Khả năng cắt
gọt của các hợp kim nhôm được đánh giá qua các tiêu chuẩn khác nhau như: tuổi
thọ dụng cụ cắt, chất lượng bề mặt, phoi thoát trong quá trình gia công và tốc độ
cắt vật liệu. Điều này được quyết định dựa vào thành phần và hàm lượng các
nguyên tố có trong hợp kim. Ví dụ như đối với hợp kim nhôm 319, hàm lượng
nguyên tố đồng (Cu) trong hợp kim có tác dụng làm giảm lực cắt. Với các ưu
điểm và độ nhẹ và ít bị ăn mòn nên hợp kim nhôm được sử dụng rất rộng rãi
trong các ngành công nghiệp hang không, vận tải, các thiết bị y tế. Phương pháp
gia công hợp kim nhôm trên thế giới cũng rất đa dạng nhưng áp dụng rộng rãi và

có hiệu quả nhất là phay cao tốc.

9


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

Trong nước: Gia công hợp kim nhôm mới được áp dụng ở nước ta trong
thời gian gần đây. Với các phương tiện máy móc cho phép, nước ta chủ yêu gia
công hợp kim nhôm bằng phương pháp phay tốc độ cao, sản phẩm được ứng
dụng chủ yếu trong công nghệ khuôn mẫu.
1.3 Một số vấn đề còn tồn tại
Gia công tốc độ cao hợp kim nhôm đòi hỏi cần có thiết bị máy móc hiện
đại. Phay tốc độ cao cần thực hiên trên các máy phay CNC. Ngoài ra, tùy vào
hợp kim nhôm, vật liệu dao và chiến lược chạy dao khác nhau mà cần có các
tham số công nghệ khác nhau. Những đòi hỏi đó đặt ra các vấn đề còn tồn tại:
+ Yêu cầu chất lượng sản phẩm khác nhau cho ta các tham số khác nhau.
+ Máy và thiết bị có đáp ứng được các tham số gia công.
+ Vật liệu gia công: hợp kim nhôm có nhiều loại với các đặc tính và cơ tính
khác nhau nên cần xác định các tham số khác nhau cho từng loại.
+ Dụng cụ cắt: Tùy từng loại dụng cụ cắt với vật liệu, kích thước khác nhau
mà cho ta các tham số khác nhau.
+ Chiến lược gia công: Tùy vào từng chiến lược gia công mà các tham số có
các giá trị khác nhau.
Từ các vấn đề còn tồn tại trên nên khi nghiên cứu và áp dụng ta cần xác
định cụ thể các yếu tố: chất lượng sản phẩm, máy móc, vật liệu gia công, dụng
cụ cắt và chiến lược gia công để từ đó xác định được các tham số công nghệ tối
ưu để gia công tạo ra sản phẩm đó.

10


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

1.4 Nội dung nghiên cứu
Từ các vấn đề còn tồn tại trên mà em tiến hành nghiên cứu này để xác
định ra các tham số công nghệ tối ưu khi phay tốc độ cao hợp kim nhôm 6061
trên máy phay CNC Spinner U5- 620 bằng dao phay cầu Ø6 với chiến lược chạy
dao thẳng với các đường chạy dao 100mm.
Với các thông số đầu vào như trên, ta thực hiện nghiên cứu để tìm ra các
tham số công nghệ tối ưu với 3 tham số:
+ Số vòng quay trục chính: n vòng/phút.
+ Tốc độ chạy dao: vf mm/phút.
+ Chiều sâu cắt: ap mm.
Để đảm bảo cho chất lượng bề mặt theo yêu cầu, cụ thể là giá trị độ nhám
bề mặt Ra. Với từng nguyên công cụ thể, việc kiểm soát được giá trị R a không
những có thể rút ngắn được các bước gia công tiếp theo mà đối với bề mặt không
đòi hỏi thì vẫn có thể đáp ứng giá trị mong muốn, từ đó nâng cao tuổi bền của
chi tiết khi đưa vào sử dụng. Từ giá trị độ nhám yêu cầu, ta tiến hành thí nghiệm
theo tiến trình:
+ Từ đặc tính vật liệu và thông số dụng cụ cắt, dựa vào catalog mà các hãng
dao cung cấp ta xác định được miền giá trị cho từng tham số trong 4 tham
số trên.
+ Dựa vào phương pháp quy hoạch thực nghiệm ta xây dựng các thí nghiệm
từ các tham số trên và tiến hành đo độ nhám bề mặt cho từng thí nghiệm.
+ Giải bài toán tối ưu để tìm ra giá trị tối ưu cho từng tham số.
+ Áp dụng các tham số đó vào việc gia công cánh tuabin, kiểm tra chất
lượng bề mặt sau khi gia công và đưa ra kết luận.

11


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

CHƯƠNG 2
ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ TỚI CHẤT LƯỢNG BỀ
MẶT KHI PHAY TỐC ĐỘ CAO HỢP KIM NHÔM 6061
2.1 Thiết bị và vật liệu thí nghiệm
2.1.1 Thiết bị thí nghiệm
Máy: Thí nghiệm được thực hiện trên máy phay CNC Spinner U5- 620.

Hình 2.1. Máy phay CNC Spinner U5- 620

Thông số của máy:
+ Hành trình trục X: 620mm.
+ Hành trình trục Y: 520mm.
+ Hành trình trục Z: 460mm.
+ Tốc độ quay trục chính tối đa: 12000 vòng/ phút.
+ Công suất động cơ trục chính: 11kW.
12


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

+ Số dao trên ổ chứa dao: 32 dao.
+ Khối lượng: 6500- 8500 kg.

+ Kích thước máy (LxWxH): 2600x2350x2750 mm.
Dụng cụ cắt: Thí nghiệm sử dụng dao phay cầu

Hình 2.2. Dụng cụ cắt
Bảng 2.1.Thông số của dụng cụ cắt

Thông số
Giá trị

Số lưỡi cắt
2

Chiều dài

Chiều dài

Vật liệu làm

lưỡi cắt

dao

dao

12 mm

90 mm

Thép hợp kim
với độ cứng

65HRC

Thiết bị đo: Sử dụng máy đo độ nhám TR200 với các thông số:
+ Thông số độ nhám: Ra, Rz, Rq.
+ Hệ đo: metric, English.
+ Độ phân giải hiển thị: 0,01.
+ Dải đo: 20, 40, 80.
+ Chiều dài lấy mẫu giới hạn: 0,25mm; 0,8mm; 2,5mm; Auto.
13


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

+ Chiều dài lấy mẫu max: 17,5mm.
+ Chiều dài lấy mẫu min: 1,3mm.
+ Dung sai: ±10 %.
+ Độ lặp: <6%.
+ Kích thước: 141x56x48mm.
+ Khối lượng: 480g.

Hình 2.3. Máy đo độ nhám TR200

2.1.2 Vật liệu thí nghiệm
Thí nghiệm sử dụng hợp kim nhôm 6061
Bảng 2.2. Thành phần các nguyên tố hóa học trong hợp kim nhôm 6061

Nguyê

Al

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Cr

1,2

0,35

Zn

Ti

Nguyên

n tố
% khối

95,85- 0,4- ≤0,7 0,15

tố khác
≤0,1 0,8- 0,04- ≤0,25 ≤0,15 0,05-

lượng

98,56

5

0,8

- 0,4

Bảng 2.3. Đặc tính và cơ tính của hợp kim nhôm

14

0,15


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

Thông số
Khối lượng riêng
Độ cứng
Độ bền kéo
Modun đàn hồi
Độ bền mỏi
Ứng suất trượt
Độ dẫn nhiệt
Nhiệt độ nóng chảy

2.2 Phương pháp thí nghiệm

Giá trị
3

2,7 g/cm
95 HB
310 MPa
68,9 GPa
96,5 MPa
207 MPa
167 W/mK
582- 652 °C

Tiến hành thí nghiệm trên 3 tham số công nghệ. Dựa vào các thí nghiệm

Mô hình ban đầu

cơ sở, ta xác định được các miền giá trị của các tham số công nghệ:
Bảng 2.4. Miền giá trị các tham số công nghệ

Tham số

n (vòng/phút)

Giá trị

vf (mm/phút)

10000- 11500

2000- 3000

ap (mm)
0,2- 0,5

Theo phương pháp qui hoạch thực nghiệm ta có số thí nghiệm cần thực hiện
là: N= nk; trong đó:
+ N: số thí nghiệm cần thực hiện.
+ n: Số lượng mức của các yếu tố.
+ k: số yếu tố ảnh hưởng.
Ở thí nghiệm này ta có n= 2; k=3. Vậy số thí nghiệm cần thực hiện là:
N= 23= 8 thí nghiệm.
Thực hiện qui hoạch trực giao cấp I, ta thực hiện thêm 3 thí nghiệm ở tâm
của các thông số. Từ đó ta có bảng các thí nghiệm cần thực hiện:
Bảng 2.5. Các thí nghiệm

TT

n (vòng/ phút)

vf (mm/phút)

ap (mm)

1

11500

3000

0,5

2

11500

3000

0,2

15


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

3

11500

2000

0,5

4

11500

2000

0,2

5

10000

3000

0,5

6

10000

3000

0,2

7

10000

2000

0,5

8

10000

2000

0,2

Tiến hành đo giá trị độ nhám bề mặt Ra từ mẫu sản phẩm thí nghiệm.
Lập phương trình hồi qui để tìm ra sự phụ thuộc của Ra vào 3 tham số trên
Xác định các hệ số của phương trình hồi qui bằng phương án thực nghiệm
tại tâm bằng cách ta tiến hành thêm 3 thí nghiệm tại tâm:
Bảng 2.6. Các thí nghiệm tại tâm

TT

n (vòng/phút)

vf (mm/phút)

ap (mm)

1

10750

2500

0,35

2

10750

2500

0,5

3

10750

2500

0,2

Kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi qui với thực nghiệm thông
qua chuẩn Fisher (E).
Từ một giá trị Ra cụ thể ta xác định các giá trị cho các tham số.
2.3 Kết quả và phân tích
Đặt: y= Ra; x1= n; x2= vf; x3= ap. Bài toán cần giải quyết là tìm mối liên hệ
giữa Ra với 3 tham số trên, hay cách khác là ta xác định: y= f(x1, x2, x3).
Giá trị ở tâm phương án khi n= 10750 vòng/phút; v f= 2500 mm/phút; ap=
0,35 mm được xác định bằng thực nghiệm thu được Ra = 0,267µm.
Trong hệ mã hóa không thứ nguyên ta có:
+ Mức trên: kí hiệu +1.
+ Mức sơ sở: kí hiệu 0.
16


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

+ Mức dưới: kí hiệu -1.
Công thức chuyển hệ từ hệ đơn vị thực qua đơn vị mã hóa không thứ
nguyên:
zj =

x j − x 0j

∆x j =

∆x j

, j = 1,...., k

x max
− x min
j
j
2

(2.1)
(2.2)

, j = 1,...., k

17


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

Ta thu được ma trận thực nghiệm với các biến mã và kết quả đo R a như
sau:
Bảng 2.7. Ma trận thực nghiệm

TT

z0

z1

z2

z3

y (µm)

1

1

1

1

1

0,4

2

1

1

1

-1

0,314

3

1

1

-1

1

0,326

4

1

1

-1

-1

0,32

5

1

-1

1

1

0,328

6

1

-1

1

-1

0,282

7

1

-1

-1

1

0,288

8

1

-1

-1

-1

0,264

Thiết lập phương trình hồi qui dạng: y= a0 + a1x1 + a2x2 + a3x3.
Từ kết quả thực nghiệm, ta tính các hệ số ai theo công thức:
n

a0 =

∑y
i =1

(2.3)

i

N
n

ai =

∑z y
ij

i =1

(2.4)

j

N

Từ số liệu bảng 6 và áp dụng công thức trên ta thu được kết quả:
Bảng 2.8. Giá trị các hệ số trong phương trình hồi qui

a0

a1

a2

a3

0,31525

0,02475

0,01575

0,02025

Để tính phương sai tái hiện ta làm thêm 3 thí nghiệm tại tâm. Thông số các
thí nghiệm tại tâm được cho trong bảng 4 và ta thu được kết quả:
Bảng 2.9. Kết quả thí nghiệm tại tâm

18


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

N0

yu0

1

0,267

2

0,29

3

0,262

y0

0,273

yu0 − y 0

( yu0 − y 0 ) 2

-0,006

3,6x10-5

0,017

2,89x10-4

-0,011

1,21x10-4

∑

( yu0 − y 0 ) 2

4,46x10-4

Phương sai tái hiện được tính theo công thức:
Sth2 =

1
( yu0 − y 0 ) 2
∑
m −1

(2.5)

Trong đó: m là số thí nghiệm ở tâm. Ở đây, m= 3 nên ta có:
Sth2 = 2, 23x10−4

Kiểm định sự có nghĩa của các hệ số a i trong phương trình hồi qui bằng
tiêu chuẩn Student:
ti =

ai
Sbi

(2.6)

ai: hệ số thứ i trong phương trình hồi qui.
Sb : độ lệch quân phương của hệ số thứ i.
i

Sbi =

Sth
0,015
=
= 5, 2915x10−3
N
8

(2.7)

khi đó các hệ số ti thu được là:
t0

t1

t2

t3

59,71

4,688

2,9831

3,8355

Tra bảng phân phối phân vị Student với mức ý nghĩa p= 0,05; f= N 0-1= 2
ta có t0,05(2)= 2,91999. Vậy các hệ số ti đều lớn hơn t0,075(2) nên các hệ số của
phương trình hồi qui đều có nghĩa.
Vậy phương trình hồi qui có dạng:

yL= 0,31525.10-3+ 0,02475.10-3x1+ 0,01575.10-3x2+ 0,02025.10-3x3
(vì các tham số tính theo mm còn y tính theo µm nên các hệ số cần qui đổi
về cung đơn vị với y)
Kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi qui với thực nghiệm: thay
các giá trị của tham số vào phương trình sau đó so sánh với kết quả thí nghiệm ta
có:
Bảng 2.10. Tính toán theo phương trình
19


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

STT

yL

yi

yi- yL

(yi- yL)2

1

0,3322

0,4

0,0678

0,004597

2

0,332194

0,314

-0,01819

0,000331

3

0,31645

0,326

0,00955

9,12.10-5

4

0,316444

0,32

0,003556

1,26.10-5

5

0,295075

0,328

0,032925

0,001084

6

0,295069

0,282

-0,01307

0,000171

7

0,279325

0,288

0,008675

7,52.10-5

8

0,279319

0,264

-0,01532

0,000235

Phương sai dư được tính theo công thức:
N

Sdu2 =

∑( y
i =1

i

− yL )2

(N là số thí nghiệm, L là hệ số có nghĩa)

(2.8)

N −L

Thay số vào ta có:
N

Sdu2 =

∑( y
i =1

i

− yL )2

8−4

(2.9)

= 0,001649

Tiêu chuẩn Fisher:
F=

Sdu2
0,001649
=
= 7,3946
2
Sth 2,23x10−4

(2.10)

Tra bảng phân vị phân bố Fisher với: p= 0,05; f1= N- L= 4; f2= N0- 1= 2, ta
có: F1− p = F0,095 (4;2) = 19,3 . Vậy F< F0,095(4;2) nên phương trình hồi qui tương
thích với thực nghiệm với mức ý nghĩa 95%.
Từ mức cơ sở của các yếu tố và phương trình hồi qui tuyến tính đối với
hàm mục tiêu ta tính các bước chuyển động δj (j=1, 2, 3). Kết quả được trình bày
ở bảng dưới đây:
Bảng 2.11. Kết quả tính bước chuyển động δj của các yếu tố

Các yếu tố ảnh hưởng
Các mức
Mức cơ sở

n (vòng/phút)

vf (mm/phút)

ap (mm)

10750

2500

0,35

20


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

Khoảng biến thiên (Δj)

750

500

0,15

Hệ số bj

0,02475

0,01575

0,02025

bjΔj

18,5625

7,7875

0,003038

Bước chuyển động (δj)

375

157,323

0,0622

Làm tròn

375

157

0,06

Theo số liệu ta có b1Δ1max= 18,5625 khi đó ta chọn:
δ1= 0,5.750= 375. Từ đó ta xác định được:
b2 ∆ 2
7,7875
= 375.
= 157,323
b1∆1
18,5625
b∆
0,003038
δ 2 = δ1. 3 3 = 375.
= 0,06222
b1∆1
18,5625

δ 2 = δ1 .

(2.11)
(2.12)

Từ kết quả các bước chuyển động δj, ta tổ chức thí nghiệm leo dốc và
điểm xuất phát là tâm thực nghiệm.
Bảng 2.12. Kết quả thí nghiệm leo dốc

Yếu tố

n
(vòng/phút)

vf
(mm/phút)

ap
(mm)

Ra
(µm)

TN
1 (TN tại tâm)

10750

2500

0,35

0,267

2

11125

2657

0,41

0,25

3

11500

2814

0,47

0,308

4

11875

2971

0,53

0,403

Nhìn vào bảng kết quả, ta thấy kết quả thí nghiệm ở thí nghiệm 2 là cho
Ra nhỏ nhất. Từ đó ta xác định được giá trị tối ưu cho các tham số công nghệ khi
phay tinh cao tốc hợp kim nhôm 6061 là:
+ n= 11125 vòng/phút
+ vf= 2657 mm/phút
+ ap= 0,41mm

21


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

2.4 Ứng dụng vào gia công cánh tuabin thủy lực
Dùng các giá trị trên cho các tham số công nghệ để phay cánh tuabin thủy
lực trên máy phay Spinner U5- 620. Tuabin gồm 12 cánh (6 cánh lớn và 6 cánh
nhỏ) với đường kính lớn nhất ở chân cánh là 180mm. Các thông số cánh được
xây dựng thông qua mẫu sẵn bằng phương pháp quét điểm ảnh.
Sản phẩm sau khi tiến hành gia công:

Hình 2.4. Sản phẩm cánh tuabin thủy lực

Nhận xét:
+ Sản phẩm được phay qua 2 bước: phay thô và phay tinh.
+ Do sự cố về máy nên sau khi phay thô xong đã tháo sản phẩm ra và bị mất
gốc chuẩn nên không tiến hành phay tinh được.

22

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Qua một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và được sự hướng dẫn nhiệt tình
của thầy giáo Đoàn Tất Khoa, Nguyễn Văn Toàn đề tài đến nay đã hoàn thành
đúng tiến độ.
Đề tài đã đạt được những kết quả sau:
+ Nắm bắt được gia công tốc độ cao và khả năng gia công của hợp kim
nhôm.
+ Tìm ra các giá trị tối ưu cho từng tham số công nghệ khi phay cao tốc hợp
kim nhôm để đạt chất lượng bề mặt tốt nhất. Giá trị tối ưu: n= 11125
vòng/phút, vf= 2657 mm/phút, ap= 0,41mm thì Ra= 0,25µm khi phay bằng
dao cầu Ø6 trên hợp kim nhôm 6061.
+ Liên hệ với thực tiễn: lập trình và gia công sản phẩm trên máy phay 5 trục.
Hướng phát triển đề tài:
+ Nâng cao khả năng công nghệ của các máy gia công phát triển các tham số
tiến tới phay cao tốc
+ Tiến hành nghiên cứu các tham số tối ưu trên biên dạng bất kì và tiến hành
với các dụng cụ cắt khác nhau.
+ Ứng dụng vào gia công các sản phẩm thực tế yêu cầu độ chính xác cao.
Sau một thời gian đến nay em đã hoàn thành đề tài nhưng vẫn còn nhiều
thiếu sót. Vì vậy để hoàn thiện đề tài hơn em mong được sự đóng góp ý kiến,
đánh giá của thầy cô giáo cùng toàn thể các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn !

23

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Chi-Hsiang Chen, Yung-Cheng Wang, Bean-Yin Lee, “The Effect of
Surface Roughness of End-Mills on Optimal Cutting Performance for
High-Speed Machining”, Strojniški vestnik - Journal of Mechanical
Engineering 59(2013)2, 124-134

Received for review: 2012-06-26 ©

2013 Journal of Mechanical Engineering.
[2] D.Bhanu

prakash

,

G.Rama

Balaji

,

A.Gopi

chand,

V.Ajay

kumar,D.V.N.Prabhaker, “Optimization Of Machining Parameters For
Aluminium Alloy 6082 In Cnc End Milling”, International Journal of
Engineering Research and Applications (IJERA)

ISSN: 2248-9622

www.ijera.com Vol. 3, Issue 1, January -February 2013, pp.505-510.
[3] V. Songmene, R. Khettabi, I. Zaghbani, J. Kouam, and A. Djebara,
“Machining and Machinability of Aluminum Alloys”, École de
technologie

supérieure

(ÉTS),

Department

of

Mechanical

Engineering,1100 Notre-Dame Street West, Montreal Quebec H3C 1K3,
Canada.
[4] Julia Hricova, Martin Kovac, Peter Sugar, “Experimental investigation of
high speed milling of aluminum alloy”, ISSN 1330-3651 (Print), ISSN
1848-6339 (Online), UDC/UDK 620.179.118:621.914.02-408.8.
[5] GS. Trần Văn Địch, “Giáo trình Công nghệ Chế tạo máy”, NXB Khoa học
Kỹ thuật, 2004.
[6] Giang Thị Kim Liên, “Bài giảng quy hoạch thực nghiệm”, Đại học sư
phậm, đại học Đà Nẵng.

24