Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt khi gia công các vật liệu có tính dẻo cao trên máy tiện CNC
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.99 MB, 108 trang )
Bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
-------------***------------
nguyễn chí công
Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất
lợng bề mặt khi gia công các vật liệu có tính dẻo
cao trên máy tiện CNC
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
luận văn thạc sĩ kỹ thuật
công nghệ chế tạo máy
ngời hớng dẫn khoa học
1. TS nguyễn Thành Nhân
2. GS.TS Nguyễn Đắc lộc
hà nội - 2012
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. Sơ lược lý lịch:
Họ và tên: Nguyễn Chí Công; Giới tính: Nam
Sinh ngày, tháng, năm: 27 - 12 - 1981.
ảnh 4x6
Nơi sinh(Tỉnh mới): Xã Phú Hộ, Thị xã Phú Thọ, Tỉnh phú Thọ
Quê quán: Thọ Xương, Thành phố Bắc Giang, Tỉnh Bắc Giang
Chức vụ: Trợ lý kỹ thuật
Đơn vị công tác: Nhà máy Z121-Tổng cục CNQP-Bộ Quốc phòng
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Khu 16, Xã Phú Hộ, Thị xã Phú Thọ, Tỉnh Phú Thọ
Điện thoại CQ: 0210.3865.055; Điện thoại NR: 0210.6568.138; Điện thoại di động:0988262656
Fax: 0210.3865.054 ....................... E-mail:
II. Quá trình đào tạo:
1. Trung học chuyên nghiệp (hoặc cao đẳng):
- Hệ đào tạo(Chính quy, tại chức, chuyên tu) : Thời gian đào tạo: từ. . . . /. . . . .. đến.
- Trường đào tạo. ..............................................................................................................................
- Ngành học: ..................................................... Bằng tốt nghiệp đạt loại:
2. Đại học:
- Hệ đào tạo(Chính quy,tại chức, chuyên tu) : Chính quy Thời gian đào tạo: từ 6 /2002 đến 4/2007
- Trường đào tạo: Học viện Kỹ thuật Quân sự..................................................................................
- Ngành học: Cơ khí
Bằng tốt nghiệp đạt loại: Khá
3. Thạc sĩ:
- Hệ đào tạo:: Thạc sĩ kỹ thuật; Thời gian đào tạo: từ tháng 9/2010 đến tháng 4/2012
- Chuyên ngành học: Chế tạo máy
- Tên luận văn: Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt khi
gia công các vật liệu có tính dẻo cao trên máy tiện CNC
- Người hướng dẫn Khoa học: 1. HDC: TS. Nguyễn Thành Nhân
2. HDP: GS.TS. Nguyễn Đắc Lộc
4. Trình độ ngoại ngữ (Biết ngoại ngữ gì, mức độ nào): Tiếng Anh - B1 - Khung Châu Âu
III. Quá trình công tác chuyên môn kể từ khi tốt nghiệp đại học:
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhận
Nhà máy Z121-Tổng cục
20/3/2007 đến nay
Trợ lý kỹ thuật
CNQP-Bộ Quốc phòng
IV. Các công trình khoa học đã công bố:
Tôi cam đoan những nội dung viết trên đây là đúng sự thật.
Ngày 26 tháng 2 năm 2012
NGƯỜI KHAI KÝ TÊN
Mục lục
Trang phụ bìa
1
Lời cam đoan
2
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
3
Danh mục các bảng
4
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
5
Mở đầu
11
Chơng 1 - Tổng quan các công trình nghiên cứu về xác lập quan hệ giữa
16
độ nhám bề mặt với thông số công nghệ.
Chơng 2 - Khái quát về lý thuyết cắt gọt bằng phơng pháp tiện, chất
18
lợng bề mặt và các yếu tố ảnh hởng đến chất lợng bề mặt
2.1 Một số khái niệm cơ bản có liên quan đến phơng pháp tiện
18
2.1.1 Các chuyển động chính trong quá trình cắt
19
2.1.2 Các đại lợng thuộc chế độ cắt
20
2.1.3 Thông số hình học của dao ở trạng thái tĩnh
20
2.1.4 Thông số hình học của lớp kim loại bị cắt
21
2.2 Quá trình cắt
23
2.3 Khái niệm chất lợng bề mặt và các phơng pháp xác định.
25
2.3.1 Các yếu tố đặc trng cho chất lợng bề mặt
25
2.3.2 Phơng pháp xác định chất lợng bề mặt
25
2.4 Khái niệm độ nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hởng đến độ nhám .
26
2.4.1 Khái niệm độ nhám bề mặt
26
2.4.2 Các yếu tố ảnh hởng đến độ nhám bề mặt
28
Chơng 3 - Giới thiệu đặc điểm công nghệ CNC.
32
3.1 Độ chính xác đạt đợc
32
3.2 Các hệ điều khiển số
33
3.2.1 Hệ điều khiển NC (Numerical Control)
33
3.2.2 Hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control)
34
3.2.3 Hệ điều khiển DNC (Direct Numerical Control)
34
3
lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi.
Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực, các thông số, kết
quả đo đợc là hoàn toàn chính xác và cha đợc công bố ở bất kỳ công trình
nghiên cứu nào khác.
Tác giả
Nguyễn Chí Công
2
3.2.4 Hệ điều khiển thích nghi
34
3.3 Kết cấu và khả năng công nghệ của máy tiện CNC
35
3.3.1 Đặc điểm kết cấu chung
35
3.3.2 Hệ thống điều khiển trục chính
37
3.3.3 Hệ thống điều hiển chạy dao
37
3.3.4 Thiết bị gá kẹp chi tiết
40
3.3.5 Hệ thống thay dao
40
Chơng 4 - Tính dẻo của vật liệu
43
4.1 Nhôm và hợp kim nhôm
43
4.1.1 Các đặc tính của nhôm nguyên chất
43
4.1.2 Hợp kim nhôm và phân loại
44
4.1.3 Nhôm hợp kim 16 (Dura)
45
4.1.4 Nhôm hợp kim AlMg2
47
4.2. Đồng và hợp kim đồng
49
4.2.1 Đặc tính của đồng nguyên chất:
49
4.2.2 Hợp kim đồng
50
4.2.3 Hợp kim đồng 62 (Latông)
50
4.2.4 Hợp kim đồng C59-1 (Latông)
51
4.2.5 ứng dụng của Latông
52
4.3 Thép không gỉ
52
4.3.1 Thép không gỉ SUS304, SUS201
53
4.3.2 ứng dụng của thép không gỉ SUS304, SUS201
54
Chơng 5 - Nội dung và phơng pháp thi nghiệm.
5.1 Thiết kế thí nghiệm
55
55
5.1.1 Các giả thiết của thí nghiệm
55
5.1.2 Điều kiện thực hiện thí nghiệm
55
5.2 Thí nghiệm các loại vật liệu
55
5.2.1 Thí nghiệm với hợp kim đồng Latông 62
59
5.2.2 Thí nghiệm với hợp kim đồng Latông C59-1
67
4
5.2.3 Thí nghiệm với hợp kim nhôm AlMg2
74
5.2.4 Thí nghiệm với hợp kim nhôm 16T
81
5.2.5 Thí nghiệm với thép không gỉ SUS201
88
5.2.6 Thí nghiệm với thép không gỉ SUS304
95
Kết luận và kiến nghị
103
Tóm tắt luận văn
104
Tài liệu tham khảo
5
danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Ký hiệu
Nội dung
Thứ nguyên
Vc
Vận tốc cắt
m/phút
Vs
Vận tốc tiến dao
m/phút
Vt
Vận tốc tác động
m/phút
D
Đờng kính trung bình của bề mặt cần gia
công và bề mặt đã gia công
n
Số vòng quay của phôi trong 1 phút
t
Chiều sâu cắt
Góc nghiêng chính của dao
độ (o)
Góc trợt
độ (o)
Góc trớc lỡi dao
độ (o)
à
Hệ số ma sát
Ra
Sai lệch số học trung bình
àm
Rz
Chiều cao nhấp nhô prôfin theo mời điểm
àm
Độ thắt tỷ đối
%
Độ dãn dài tơng đối
%
fd
Diện tích cắt còn d
mm2
mm
Vòng/phút
mm
6
danh mục các bảng
STT
Ký hiệu
Nội dung
1
Bảng 3.1
So sánh mức tự động hóa các thế hệ máy công cụ, NC, CNC
2
Bảng 4.1
Thành phần hóa học của hợp kim Dura OCT 4784-97
3
Bảng 4.2
Cơ tính của 16 sau khi ủ, tôi và hoá già
4
Bảng 4.3
Thành phần hóa học (theo tiêu chuẩn Nhật JIS G4303-91)
5
Bảng 5.1
Tiêu chuẩn kỹ thuật máy tiện PLG-42
6
Bảng 5.2
Tiêu chuẩn kỹ thuật máy đo độ nhám POCKETSURF
7
Bảng 5.3
Bảng qui hoạch thực nghiệm của Latông 62
8
Bảng 5.4
Bảng kết quả thực nghiệm đo độ nhám của Latông 62
9
Bảng 5.5
Ma trận thực nghiệm của Latông 62
10
Bảng 5.6
Hệ số phơng trình hồi qui của hợp kim Latông 62
11
Bảng 5.7
Giá trị phơng sai của hợp kim Latông 62
12
Bảng 5.8
Bảng giá trị phơng sai thực nghiệm của Latông 62
13
Bảng 5.9
Bảng qui hoạch thực nghiệm của Latông C59-1
14
Bảng 5.10 Bảng kết quả thực nghiệm đo độ nhám của Latông C59-1
15
Bảng 5.11 Ma trận thực nghiệm của Latông C59-1
16
Bảng 5.12 Hệ số phơng trình hồi qui của Latông C59-1
17
Bảng 5.13 Giá trị phơng sai của Latông C59-1
18
Bảng 5.14 Bảng kết quả phơng sai thực nghiệm của Latông C59-1
19
Bảng 5.15 Bảng qui hoạch thực nghiệm củaHợp kim nhôm AlMg2
20
Bảng 5.16 Bảng kết quả thực nghiệm đo độ nhám của nhôm AlMg2
21
Bảng 5.17 Ma trận thực nghiệm của nhôm AlMg2
22
Bảng 5.18 Hệ số phơng trình hồi qui của nhôm AlMg2
23
Bảng 5.19 Giá trị phơng sai của nhôm AlMg2
24
Bảng 5.20 Bảng giá trị phơng sai thực nghiệm của nhôm AlMg2
25
Bảng 5.21 Bảng qui hoạch thực nghiệm của nhôm 16T
26
Bảng 5.22 Bảng kết quả thực nghiệm đo độ nhám của nhôm 16T
7
STT
Ký hiệu
Nội dung
27
Bảng 5.23 Ma trận thực nghiệm của nhôm 16T
28
Bảng 5.24 Hệ số phơng trình hồi qui của nhôm 16T
29
Bảng 5.25 Giá trị phơng sai của nhôm 16T
30
Bảng 5.26 Bảng giá trị phơng sai thực nghiệm của nhôm 16T
31
Bảng 5.27 Bảng qui hoạch thực nghiệm của thép không gỉ SUS201
32
Bảng 5.28 Bảng kết quả thực nghiệm đo độ nhám của thép không gỉ SUS201
33
Bảng 5.29 Ma trận thực nghiệm của thép không gỉ SUS201
34
Bảng 5.30 Hệ số phơng trình hồi qui của thép không gỉ SUS201
35
Bảng 5.31 Giá trị phơng sai của thép không gỉ SUS201
36
Bảng 5.32 Bảng giá trị phơng sai thực nghiệm của thép không gỉ SUS201
37
Bảng 5.33 Bảng qui hoạch thực nghiệm của thép SUS304
38
Bảng 5.34 Bảng kết quả thực nghiệm đo độ nhám của thép SUS304
39
Bảng 5.35 Ma trận thực nghiệm của thép không gỉ SUS304
40
Bảng 5.36 Hệ số phơng trình hồi qui của thép SUS304
41
Bảng 5.37 Giá trị phơng sai của thép không gỉ SUS304
42
Bảng 5.38 Bảng kết quả phơng sai thực nghiệm của thép không gỉ SUS304
8
danh mục các hình
STT
1
Ký hiệu
Hình 2.1
Nội dung
Các bề mặt gia công điển hình trên máy tiện
2
Hình 2.2
Các hớng chuyển động và các vận tốc trong quá trình tiện
3
Hình 2.3
Các đại lợng thuộc chế độ cắt
4
Hình 2.4
Thông số hình học của dao tiện thép gió
5
Hình 2.5
Thông số hình học của dao tiện có gắn mảnh hợp kim
6
Hình 2.6
Các bộ phận của dao tiện có gắn mảnh hợp kim
7
Hình 2.7
Diện tích cắt khi tiện và tthông số hình học lớp cắt khi tiện
8
Hình 2.8
Sự hình thành các bề mặt trên chi tiết trong quá trình cắt
9
Hình 2.9
Sơ đồ vùng tạo phoi
10
Hình 2.10
Miền tạo phoi ứng với các vận tốc cắt khác nhau
11
Hình 2.11
Thay đổi chiều sâu lát cắt khi đỉnh dao có bán kính cong
12
Hình 2.12
Độ nhám bề mặt chi tiết
13
Hình 2.13
ảnh hởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt đến độ
nhám bề mặt khi tiện
14
Hình 2.14
ảnh hởng của lợng chạy dao đến độ nhấp nhô tế vi Rz.
15
Hình 3.1
Cấu trúc máy CNC
16
Hình 3.2
Sơ đồ khắc vạch trên thớc
17
Hình 3.3
Sơ đồ khắc vạch trên thớc đo theo gia số
18
Hình 3.4
Đài Revolver
19
Hình 3.5
Kho chứa dụng cụ kiểu xích
20
Hình 3.6
Cơ cấu thay dao
21
Hình 4.1
Giản đồ pha Al-nguyên tố hợp kim
22
Hình 4.2
Giản đồ pha Al - Mg.
23
Hình 4.3
ảnh hởng của Mg đến cơ tính của nhôm
24
Hình 4.4
Giản đồ pha Cu-Zn
25
Hình 4.5
ảnh hởng của nhiệt độ đến cơ tính của 62
9
STT
Ký hiÖu
Néi dung
26
H×nh 5.1
M¸y tiÖn PLG-42
27
H×nh 5.2
Dao tiÖn CoROMANT-T-max P cña h·ng SANDVIK
28
H×nh 5.3
M¸y ®o ®é nh¸m bÒ mÆt POCKETSURF
29
H×nh 5.4
MÉu thùc nghiÖm hîp kim Lat«ng Л62
30
H×nh 5.5
MÉu thùc nghiÖm hîp kim Lat«ng ЛC59-1
31
H×nh 5.6
MÉu thùc nghiÖm hîp kim nh«m AlMg2
32
H×nh 5.7
MÉu thùc nghiÖm hîp kim nh«m Д16T
33
H×nh 5.8
MÉu thùc nghiÖm thÐp kh«ng gØ SUS201
34
H×nh 5.9
MÉu thùc nghiÖm thÐp kh«ng gØ SUS304
10
Mở đầu
1. Lý do chọn đề tài:
Công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc đang là nguyện vọng chung của toàn
Đảng, toàn dân đặc biệt trong bối cảnh hiện nay khi Việt Nam đã gia nhập tổ chức
thơng mại thế giới W.T.O. Trong thời kỳ hội nhập bên cạnh những điều kiện thuận
lợi để phát triển đất nớc nh: Chúng ta đợc tiếp xúc với khoa học công nghệ cao
của các nớc tiên tiến trên thế giới, các thành phần kinh tế trong nớc đợc tự do
giao dịch, kinh doanh.v.v...Tuy nhiên, cũng có không ít những khó khăn, thách thức
nh: Một số ngành công nghiệp trong nớc còn non trẻ, lạc hậu không đủ sức cạnh
tranh trên thị trờng, nguy cơ chảy máu chất xám.v.v... một khó khăn nữa phải kể
đến là các thế lực thù địch luôn dình dập phá hoại, chúng thực hiện những âm mu
đen tối hòng gây mất đoàn kết, chia rẽ nội bộ, gây bạo loạn, lật đổ.v.v... Muốn đất
nớc phát triển bền vững, thì bên cạnh việc phát triển nền kinh tế quốc dân phải đi
đôi với đảm bảo an ninh Quốc phòng. Trong đó, ngành Công nghệ chế tạo máy nói
chung là một trong những ngành công nghiệp có tầm quan trọng hàng đầu.
Đối với nền kinh tế quốc dân: Công nghệ chế tạo máy có một vị trí quan
trọng vì nó tạo ra máy móc, thiết bị công cụ cho các ngành nghề khác. Tuy nhiên để
đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế và đảm bảo tính cạnh tranh trên thị trờng thì nâng
cao chất lợng và hạ giá thành sản phẩm là một nhiệm vụ quan trọng của ngành chế
tạo máy.
Đối với an ninh Quốc phòng của quốc gia: Sức mạnh của lực lợng vũ trang
là sự kết hợp của con ngời giác ngộ cách mạng và vũ khí. Vũ khí luôn phát triển
cùng với trình độ công nghiệp và trình độ khoa học kỹ thuật. Có thể thấy quốc gia
nào trên thế giới cũng có chiến lợc phát triển khoa học - công nghệ trong đó có
khoa học - công nghệ quân sự và coi đó là thành phần quan trọng trong chiến lợc
phát triển quốc gia. Về phơng diện khoa học kỹ thuật thì mỗi loại vũ khí là một
loại máy. Do vậy, về cơ bản công nghệ chế tạo vũ khí không khác gì các chi tiết
máy. Tuy nhiên, các chi tiết vũ khí thờng có yêu cầu kỹ thuật cao hơn, nh phải
làm việc tốt trong điều kiện khắc nghiệt (nh nơi có nhiệt độ cao, áp suất cao ...), lắp
ghép có độ chính xác cao hơn, chất lợng bề mặt yêu cầu cao hơn để đảm bảo bảo
quản, sử dụng lâu dài cho bộ đội trong luyện tập và chiến đấu, do vậy quy trình công
11
nghệ chế tạo, thử nghiệm phức tạp hơn. Hiện nay, công nghệ chế tạo vũ khí phát
triển theo hớng công nghệ lỡng dụng, vừa góp phần phát triển kinh tế vừa để chế
tạo vũ khí, trang bị và các sản phẩm quân dụng khác, các đơn vị trong Tổng cục
Công nghiệp Quốc phòng là một ví dụ.
Nhng năm gần đây ngành cơ khí Việt Nam nói chung và các đơn vị quốc
phòng nói riêng có xu hớng đầu t các loại máy gia công cắt gọt hiện đại, gia công
trên máy điều khiển theo chơng trình số (NC, CNC, DNC ...), hớng đi đúng đắn
này thực sự đã đem lại kết quả tốt đẹp. Tuy nhiên, việc khai thác, sử dụng các máy
CNC vào thực tiễn sản xuất còn có nhiều hạn chế, thực tế cho thấy là chất lợng đã
đợc cải thiện nhng giá thành cha giảm thậm chí còn cao hơn so với gia công trên
máy vạn năng. Có rất nhiều nguyên nhân nhng chủ yếu là cha đảm bảo các thông
số công nghệ phù hợp.
Khả năng làm việc của chi tiết máy chịu ảnh hởng quyết định bởi các thông
số về chất lơng bề mặt làm việc, các công trình nghiên cứu cũng chứng tỏ rằng chất
lợng bề mặt của chi tiết không những chịu ảnh hởng của nguyên công cuối cùng
mà còn chịu ảnh hởng suốt quá trình gia công tạo nên chi tiết. Vì vậy, muốn đạt
đợc khả năng làm việc có hiệu quả nhất của chi tiết máy, thì phải đảm bảo đợc
các yêu cầu về chất lợng bề mặt, để giải quyết đợc vấn đề đó ta phải tìm đợc mối
quan hệ giữa các thông số của chất lợng bề mặt nh Ra, Rz ... với các thông số công
nghệ nh: chế độ cắt, thông số hình học của dụng cụ cắt.v.v...
Trong ngành công nghiệp quốc phòng, các hợp kim 62, C59-1, 16T,
AlMg2, SUS201, SUS304, đợc sử dụng khá phổ biến để chế tạo các sản phẩm
quốc phòng nh: các loại đạn, ống nổ, hạt lửa, cụm bộ lửa đạn pháo, các chi tiết có
liên quan đến thuật phóng... Do vậy, việc xác lập mối quan hệ giữa các thông số chế
độ cắt đối với các vật liệu trên là vô cùng cần thiết
Xuất phát từ những lý do trên, do yêu cầu thực tế sản xuất đối với các vật liệu
trên, đợc sự gợi ý của Bộ môn Công nghệ chế tạo máy- Trờng Đại học Bách Khoa
- Hà Nội; GS.TS Nguyễn Đắc Lộc; TS Nguyễn Thành Nhân, tôi đã quyết định
nhận đề tài: Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lợng bề mặt
khi gia công các vật liệu có tính dẻo cao trên máy tiện CNC.
2. Lịch sử nghiên cứu
Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lợng bề mặt chi tiết gia
12
công thực chất là đi xác lập quan hệ giữa các thông số công nghệ (đầu vào), với chất
lợng bề mặt chi tiết gia công (đầu ra), từ đó các nhà công nghệ điều chỉnh các
thông số công nghệ để đạt đợc chất lợng bề mặt sản phẩm theo yêu cầu.
Hiện nay, ở Việt Nam việc xác định các dữ liệu nh vậy đã có những bớc đi
đúng hớng đầu tiên, đã có những đề tài khoa học trong việc lập một ngân hàng dữ
liệu khi gia công vật liệu trong điều kiện cụ thể. Trong đó, có thể kể đến: Nguyễn
Trọng Bình, Hoàng Việt Hồng "ảnh hởng của chế độ cắt đến nhấp nhô tế vi bề mặt
khi phay bằng dao phay mặt đầu trên máy phay CNC", Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số
60 (5/2002); "ảnh hởng của chế độ cắt đến lợng mòn dao khi phay bằng dao phay
mặt đầu trên máy CNC",Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 61 (6/2002); "Nghiên cứu ảnh
hởng của các thông số công nghệ đến chất lợng bề mặt chi tiết máy khi gia công
trên máy phay CNC", Luận văn thạc sỹ, ĐHBKHN (2002); Phan Công Trình "Nghiên
cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ đến chất lợng bề mặt chi tiết máy khi gia
công trên máy phay CNC", Luận văn thạc sỹ ĐHBKHN (2006); Hà Quang Sáng "Xác
lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với các thông số công nghệ khi gia công vật
liệu có tính dẻo cao trên máy tiện CNC", Luận văn thạc sỹ ĐHBKHN (2006); Lê Văn
Toản "Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ khi mài phẳng tới độ nhám
bề mặt của một số vật liệu có tính dẻo cao", Luận văn thạc sỹ ĐHBKHN (2005); Trần
Xuân Việt, Phạm Văn Bổng "Khảo sát thực nghiệm về ảnh hởng của các thông số
công nghệ v, t, s đến lực cắt trên máy tiện CNC", Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 105
(12/2005); Nguyễn Quốc Tuấn "Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất
lợng bề mặt chi tiết khi gia công vật liệu nhôm và hợp kim nhôm trên máy phay
CNC " Luận văn thạc sỹ ĐHBKHN (2007).v.v...
3. Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tợng, phạm vi nghiên cứu
3.1 Mục đích nghiên cứu:
- Đánh giá chất lợng bề mặt các chi tiết bằng các hợp kim 62, C59-1,
16T, AlMg2, SUS201, SUS304, gia công cắt gọt trên máy tiện CNC PLG-42, từ
đó xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết với các thông số công nghệ của
chế độ cắt, để từ đó ngời làm công nghệ dễ dàng lập trình, điều khiển máy gia công
với chế độ cắt phù hợp với độ nhám yêu cầu của sản phẩm.
13
- Kết quả nghiên cứu dùng làm tài liệu tham khảo cho quá trình sản xuất tại
đơn vị đồng thời có định hớng mở rộng nghiên cứu với các vật liệu gia công khác.
3.2 Đối tợng, phạm vi nghiên cứu:
3.2.1 Đối tợng
Chất lợng bề mặt khi gia công các hợp kim 62, C59-1, 16T, AlMg2,
SUS201, SUS304 trên máy tiện CNC, ký hiệu: PLG-42. ảnh hởng của chế độ cắt
đến độ nhám bề mặt gia công khi gia công các hợp kim trên, trên máy tiện CNC
PLG-42.
3.2.1 Phạm vi áp dụng
- Thực nghiệm trên máy tiện CNC (ký hiệu PLG-42) của Đài Loan
- Dao tiện: Dùng dao tiện ngoài ký hiệu CoROMANT-T-max P của Đức.
- Vật liệu gia công: Hợp kim 62, C59-1, 16T, AlMg2, SUS201, SUS304
- Đối tợng gia công: Tiện mặt ngoài.
- Thiết bị đo độ nhám ký hiệu: POCKETSURF của Mỹ.
- Xác lập mối quan hệ của độ nhám bề mặt chi tiết máy Ra với các thông số
công nghệ chế độ cắt, đối với từng mác vật liệu trên, ảnh hởng của thông số công
nghệ nào là nhiều nhất, ít nhất.
4. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả:
- Nghiên cứu khái quát về chất lợng bề mặt gia công, các yếu tố ảnh hởng
đến các thông số đặc trng của chất lợng bề mặt gia công.
- Nghiên cứu khái quát về công nghệ CNC.
- Nghiên cứu khái quát về hợp kim nhôm, đồng và thép không gỉ
- Đánh gia chất lợng bề mặt khi tiện trên máy tiện CNC.
- Thí nghiệm với điều kiện thực tế, kiểm tra kết quả, sử lý số liệu, xây dựng
mô hình thực nghiệm về quan hệ giữa độ nhám bề mặt với các thông số chế độ cắt.
- ý nghĩa khoa học: Dựa trên cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận văn
đa ra đợc hàm toán học mô tả mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với các thông số
chế độ cắt. Dùng làm tài liệu tham khảo cho các nhà công nghệ, điều khiển chế độ cắt
của mình đạt độ nhám bề mặt chi tiết theo yêu cầu. Làm cơ sở cho các quá trình
nghiên cứu khác, hỗ trợ thiết kế, lập trình các phần mềm điều khiển chế độ cắt.
14
- ý nghĩa thực tiến: Kết quả nghiên cứu của tác giả sẽ đóng góp thêm vào
ngân hàng tra cứu cho các nhà công nghệ trong và ngoài quân sự, trong quá trình
khai thác và sử dụng máy tiện CNC, để đảm bảo chất lợng theo yêu cầu và hiệu
quả cao nhất. Đới với thực tế tại đơn vị, kết quả nghiên cứu đợc áp dụng trong quá
trình sản xuất, qua đó đạt đợc chất lợng bề mặt theo yêu cầu và năng xuất cao.
Làm cơ sở cho quá trình nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt. Làm tài
liệu tham khảo trong quá trình đào tạo tại nhà trờng.
5. Phơng pháp nghiên cứu:
Đề tài đợc nghiên cứu bằng phơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm, các bớc tiến hành: Nghiên cứu lý thuyết, Tiến hành thí nghiệm, sử lý
số liệu thực nghiệm, Phân tích đánh giá kết quả. Sử lý số liệu đợc tiến hành bằng
phơng pháp quy hoạch thực nghiệm, phơng pháp này cho phép nghiên cứu ảnh
hởng đồng thời của nhiều yếu tố công nghệ tới một chỉ tiêu nào đó của độ chính
xác gia công, của chất lợng bề mặt hay của bất kỳ một tính chất nào khác. Chỉ thực
nghiệm mới cho ta kết quả chính xác nhất về các mối ảnh hởng. Phơng pháp quy
hoạch thực nghiệm còn cho phép tối u hoá đợc thông số đầu ra, có nghĩa tối u
hoá đợc nguyên công hay quy trình.
Đề tài chỉ có thể giải quyết một phần rất nhỏ trong yêu cầu cấp thiết của
ngành công nghệ chế tạo máy nớc nhà. Luận văn này đối với tôi là một cơ hội lớn
để áp dụng những kiến thức mình đã học, rèn luyện khả năng thực hiện một đề tài
phục vụ thực tiễn sản xuất. Luận văn này hoàn thành với sự giúp đỡ, hỡng dẫn của
nhiều tập thể, cá nhân. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Đắc Lộc;
TS Nguyễn Thành Nhân luôn chỉ bảo và định hớng giứp tôi trong quá trình thực
hiện đề tài, lời cảm ơn đến các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ chế tạo máy, Viện
Cơ khí, Viện đào tạo sau đại học, Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giứp đỡ tôi
hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Phú Thọ, ngày 20 tháng 3 năm 2012
Nguyễn Chí Công
15
Chơng 1
TổNG QUAN CáC CÔNG TRìNH NGHIÊN CứU Về QUAN Hệ GIữA
CHấT LƯợNG Bề MặT CHI TIếT GIA CÔNG VớI THÔNG Số CÔNG
NGHệ TRONG QUá TRìNH GIA CÔNG
Quá trình gia công cơ khí thờng phải đáp ứng đồng các yêu cầu về: Chỉ tiêu
chất lợng, chỉ tiêu năng suất và chỉ tiêu kinh tế. Quá trình gia công cơ khí là quá
trình cơ lý phức tạp, chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố và điều kiện cắt gọt, liên quan
đến nhiều thiết bị và tính chất sản xuất. Tuy nhiên, tùy theo tính chất sản phẩm và
yêu cầu cụ thể ngời ta tính toán cân đối các chỉ tiêu trên cho phù hợp. Trong đó,
chất lợng bề mặt chi tiết gia công là chỉ tiêu quan trọng có ảnh hởng quyết định
đến khả năng làm việc và tuổi thọ của chi tiết máy.
Trong nền sản xuất tự động hóa, gia công cơ khí thực hiện trên các máy
CNC, khi toàn bộ thiết kế và chế tạo đợc thực hiện nhờ sự trợ giúp của máy tính
điện tử, chất lợng chi tiết gia công không còn phụ thuộc vào tay nghề và tình trạng
sức khỏe ngời công nhân mà chịu ảnh hởng trực tiếp từ các yếu tố nh: Vật liệu
gia công, thiết bị, dụng cụ, đồ gá, hệ thống đo lờng tự động và một yếu tố rất quan
trọng đó là việc thiết đặt các thông số công nghệ cho quá trình gia công. Các yếu tố
thiết bị gia công, dụng cụ, đồ gá, hệ thống đo lờng tự động là những yếu tố thờng
đợc tiêu chuẩn hóa, ít thay đổi, chỉ có vật liệu gia công và thông số công nghệ gia
công là các yếu tố có tính thay đổi thờng xuyên, chúng có mối quan hệ phụ thuộc
lẫn nhau. Để khẳng định vấn đề này chúng ta phải tìm đợc mối quan hệ giữa các
thông số của chất lợng bề mặt nh Ra, Rz ... với các thông số công nghệ nh: chế
độ cắt.v.v...
Xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt (đầu ra) với thông số công nghệ
(đầu vào) trên thế giới đã đợc nghiên cứu từ lâu, nhng các kết quả thực sự của các
công trình này ít khi đợc phổ biến rộng rãi, các công bố báo cáo khoa học đợc
đăng tải chỉ đa ra các kết quả nghiên cứu mang tính chất định hớng. Mục đích
chính của các công trình nghiên cứu này là tìm ra công thức tổng quát mối quan hệ
giữa độ nhám bề mặt Ra và các thông số công nghệ thông qua thực nghiệm.
Hầu hết các công trình nghiên cứu đều đi đến kết luận:
16
- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào tính chất hình học dụng cụ cắt và chế độ cắt.
- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt vật liệu.
- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào độ cứng vững hệ thống công nghệ
Trên cùng một hệ thống công nghệ, để gia công các vật liệu khác nhau đạt
chất lợng nh mong muốn ta phải điều khiển các thông số công nghệ gia công cho
phù hợp. Một công trình nghiên cứu mới đây mà tác giả đợc tiếp cận, là luận văn
tốt nghiệp cao học của Hà Quang Sáng (15). Trong luận văn này Hà Quang Sáng đã
đi sâu nghiên cứu, xác lập mối quan hệ giữa các thông số công nghệ khi tiện, đến độ
nhám bề mặt trên vật liệu có tính dẻo cao. Tuy nhiên, công trình này còn giới hạn về
số lợng vật liệu thực nghiệm. Một công trình nghiên cứu khác của Nguyễn Quốc
Tuấn (16), cũng đi sâu nghiên cứu, điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo
chất lợng bề mặt, khi gia công nhôm và hợp kim nhôm. Tuy nhiên, công trình này
nghiên cứu về phay.
Các kết quả nghiên cứu của các đề tài trên phù hợp với thực tế. Điều này thể
hiện tính đúng đắn hớng nghiên cứu mà Hà Quang Sáng, Nguyễn Quốc Tuấn đã
thực hiện. Kế thừa và phát huy các thành quả nghiên cứu trên tác giả đã lựa chọn
nghiên cứu đề tài "Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lợng bề
mặt khi gia công các vật liệu có tính dẻo cao trên máy tiện CNC". Từ những phân
tích, đánh giá trên dự định nội dung đề tài sẽ giải quyết những vấn đề sau:
- Nghiên cứu về lý thuyết cắt gọt bằng phơng pháp tiện, khái niệm độ nhám
bề mặt, cách xác định và các yếu tố ảnh hởng đến độ nhám bề mặt.
- Nghiên cứu công nghệ gia công CNC.
- Nghiên cứu tính dẻo của vật liệu chế tạo máy.
- Tiến hành thí nghiệm, quy hoạch thực nghiệm để tìm ra mối quan hệ giữa
các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt.
Do phạm vi của một đề tài luận văn tốt nghiệp cao học, không đủ để thực
hiện một công trình nghiên cứu mang tính toàn diện, đối với tất cả các vật liệu của
ngành chế tạo máy, cũng nh mọi yếu tố ảnh hởng đến độ nhám, nên đề tài sẽ tập
trung vào 3 nhóm vật liệu dẻo là hợp kim Latông (Đồng thau) 62, C59-1; Thép
không gỉ Austenit SUS201, SUS304 và hợp kim nhôm AlMg2, 16T.
17
Chơng 2
Khái quát về lý thuyết cắt gọt bằng phơng pháp tiện,
chất lợng bề mặt và các yếu tố ảnh hởng đến
chất lợng bề mặt
2.1 Một số khái niệm cơ bản có liên quan đến phơng pháp tiện
- Tiện là phơng pháp gia công cắt gọt kim loại thông dụng nhất. Trong các
nhà máy cơ khí, máy tiện chiếm số lợng lớn nhất khoảng 30% đến 40%.
- Tiện chủ yếu để gia công
các bề mặt có dạng tròn xoay
nh mặt trụ ngoài, trụ trong, mặt
côn ngoài, côn trong, các mặt
đầu, mặt định hình tròn xoay,
ren trong, ren ngoài.v.v...
- Độ chính xác của gia
công tiện phụ thuộc vào các yếu
tố sau đây:
+ Độ chính xác máy tiện.
+ Độ cứng vững của hệ
thống công nghệ.
+ Dụng cụ cắt.
Hình 2.1. Các bề mặt gia công
+ Trình độ tay nghề của
điển hình trên máy tiện
công nhân.
- Chất lợng bề mặt chi tiết gia công phụ thuộc vào các yếu tố nh vị trí bề mặt
gia công (mặt ngoài, mặt trong, mặt đầu) và phơng pháp gia công (tiện thô, bán
tinh, tiện tinh.v.v..).
- Độ chính xác về vị trí tơng quan nh độ đồng tâm giữa các bậc của trục,
giữa mặt trong và mặt ngoài có thể đạt tới 0,01 (mm) tuỳ thuộc vào phơng pháp gá
đặt phôi.
18
- Năng suất gia công tiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh độ chính xác về hình
dạng, kích thớc và vị trí tơng quan của các chi tiết, phơng pháp gá đặt, vật liệu
làm dao, kết cấu dao, vật liệu gia công, dung dịch trơn nguội.v.v.. Nhìn chung năng
suất của tiện là thấp. Muốn nâng cao năng suất khi tiện phải có những giải pháp
công nghệ thích hợp cụ thể.
2.1.1 Các chuyển động chính trong quá trình cắt
Chuyển động chính khi tiện là chuyển động quay tròn của phôi, chuyển động
chạy dao là chuyển động thẳng của dao tiện theo phơng dọc trục hoặc hớng kính
phôi.
Nếu bỏ qua không xét đến các chuyển động phụ của dao thì ta có các chuyển
động sau đây.
- Chuyển động cắt: Là chuyển động giữa lỡi cắt và chi tiết đợc gia công khi
ta coi không có chuyển động chạy dao (lợng tiến dao bằng 0), khi đó lỡi cắt sẽ cắt
ra duy nhất 1 phoi trong một vòng quay hay một lần dịch dao.
- Chuyển động tiến dao: Là chuyển động tơng đối giữa dụng cụ cắt và chi tiết,
chuyển động tiến dao sẽ cùng với chuyển động cắt liên tục tạo ra phoi trong nhiều
vòng quay hoặc nhiều lần tiến dao.
- Chuyển động tác động: Là tổng hợp của chuyển động cắt và chuyển động
tiến dao.
Trên cơ sở các chuyển động chính nêu trên, ngời ta định nghĩa hớng cắt và
vận tốc cắt Vc là hớng trùng với chuyển động cắt và vận tốc của dụng cụ với chi tiết
theo phơng của chuyển động cắt. Các khái niệm hớng tiến dao và vận tốc tiến dao
Vs cũng nh hớng tác động và vận tốc tác động Vt cũng đợc định nghĩa nh vậy.
Hình 2.2. Các hớng chuyển động và các vận tốc trong quá trình tiện
19
2.1.2 Các đại lợng thuộc chế độ cắt
Hình 2.3. Các đại lợng thuộc chế độ cắt
- Vận tốc cắt Vc: Là vận tốc của dao theo hớng cắt, xác định theo công thức:
Vc =
n . . D
(m/ph)
1000
Trong đó: D- đờng kính trung bình của bề mặt cần gia công và bề mặt đã gia
công (mm).
n- số vòng quay của phôi trong một phút (vg/ph).
- Lợng chạy dao (bớc tiến) s: Là khoảng cách dao dịch chuyển theo hớng
chuyển động tiến dao trong một vòng quay, đợc biểu thị bằng quãng đờng của
mũi dao di chuyển sau một vòng quay của phôi, có đơn vị tính là: mm/vòng.
- Chiều sâu cắt t: Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và bề mặt cha gia
công, đợc tính theo công thức:
Trong đó:
t=
Dd
(mm )
2
D - đờng kính của bề mặt cần gia công (mm)
d- đờng kính của bề mặt đã đợc gia công (mm)
2.1.3 Thông số hình học của dao ở trạng thái tĩnh
Các thông số hình học của dao có ảnh hởng rất lớn đến khả năng cắt của
dao, đặc biệt là các góc của dao. Các góc của dao đợc định nghĩa trên các mặt
phẳng và tiết diện là mặt phẳng cắt, mặt phẳng đáy, các tiết diện chính và phụ:
20
H×nh 2.4. Th«ng sè h×nh häc cña dao tiÖn thÐp giã
H×nh 2.5. Th«ng sè h×nh häc cña dao tiÖn cã g¾n m¶nh hîp kim
21
Hình 2.6. Các bộ phận của dao tiện có gắn mảnh hợp kim
2.1.4 Thông số hình học của lớp kim loại bị cắt
Kích thớc của lớp kim loại bị cắt phụ thuộc vào chế độ cắt và kích thớc
hình học của dao. Đặc trng cho lớp kim loại bị cắt là diện tích cắt với diện tích cắt
danh nghĩa và diện tích cắt còn d.
Hình 2.7. Diện tích cắt khi tiện và tthông số hình học lớp cắt khi tiện
Diện tích cắt danh nghĩa fdn là diện tích cắt mà phần cắt của lỡi cắt chính tạo
ra khi dao dịch chuyển theo hớng tiến dao một quãng đờng bằng lợng tiến dao s
khi ta coi nh chi tiết không quay.
Trong thực tế, dao không cắt hết diện tích danh nghĩa mà chừa lại trên bề mặt
đã gia công một đờng răng ca đều. Diện tích của một răng ca (phần dao chừa lại,
không cắt trong một vòng quay nằm trong phạm vi chiều sâu lớp cắt) gọi là diện tích
cắt còn d fd.
22
2.2 Quá trình cắt
Hình 2.8. Sự hình thành các bề mặt trên chi tiết trong quá trình cắt
Quá trình cắt đợc xem là quá trình biến dạng dẻo. Quá trình tạo phoi ảnh
hởng rất lớn đến độ mòn của dao và chất lợng bề mặt gia công. Để tạo ra phoi, lực
tác dụng vào dao phải đủ lớn để tạo ra trong lớp kim loại một ứng suất lớn hơn độ
bền của vật liệu đợc gia công.
Hình 2.9. Sơ đồ vùng tạo phoi
Do tác dụng lên vật liệu gia công một áp lực theo mặt trớc, khi dao tiến
trong vật liệu gia công phát sinh các vùng biến dạng liên tục. ở các điểm xa lỡi cắt,
đó là các biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo
khi đến gần lỡi cắt. Phoi đợc tạo ra khi vật liệu trợt qua mặt trợt và trợt dọc
qua mặt trớc của dao. Khu vực vật liệu bị biến dạng dẻo ở phía trớc dao đợc gọi
23
là vùng tạo phoi, các mặt OA, OB, OC, OD, OE nơi có ứng suất tiếp lớn nhất vật
liệu gia công trợt theo mặt đó gọi là mặt trợt.
Trong quá trình cắt, miền tạo phoi AOE di chuyển cùng với dao, khi vận tốc
cắt tăng sẽ có sự xê dịch của miền tạo phoi theo chiều hớng thu hẹp miền tạo phoi
tạo ra miền A'OE'. Khi vận tốc cắt đủ lớn, miền tạo phoi sẽ thu hẹp đến mức chỉ còn
rộng vài phần trăm mm, do vậy ngời ta coi sự trợt xảy ra ngay trên mặt phẳng OF
đi qua lỡi cắt và làm với phơng chuyển động một góc .
Hình 2.10. Miền tạo phoi ứng với các vận tốc cắt khác nhau
Về giá trị của hiện nay tồn tại 3 giả thuyết.
- Theo Hucks: = 45o -
F
1
arctan 2 à , với à là hệ số ma sát à = T
FN
2
- Theo Ernst và Marchant góc có giá trị:
= 45o -
2
, với = arctanà, là góc ma sát.
- Theo Lee và shaffer:
= 45o - (-)
Phoi cắt ra chịu biến dạng rất lớn và do đó bị thay đổi kích thớc so với kích
thớc của lát cắt, hiện tợng này gọi là sự co rút phoi. Tùy theo vật liệu gia công và
chế độ cắt mà ta thu đợc phoi xếp, phoi dây hay phoi vụn. Phoi xếp và phoi dây
24
