Luận án tiến sĩ nghiên cứu quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm a6061 (tt)

MỞ ĐẦU
Gia công cao tốc (High Speed Machining - HSM) đã được
nghiên cứu từ những năm đầu của thế kỷ IXX, tuy nhiên cách đây hơn
3 thập niên gia công cao tốc đã bắt đầu được thực hiện và được xem là
một trong những phương pháp gia công chính của ngành chế tạo máy.
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành cơ khí cũng như trang
thiết bị phụ trợ hiện đại như: máy công cụ điều khiển số, bộ điều khiển
CNC (Computer Numerical Control) của các hãng tiên tiến trên thế
giới, hệ thống phần mềm hỗ trợ gia công CAM (Computer Aided
Manufacture), gia công cao tốc ngày càng được sử dụng rộng rãi trong
việc chế tạo sản phẩm chất lượng cao tại các cơ sở sản xuất, các nhà
máy xí nghiệp trong và ngoài nước.
So với gia công truyền thống thì gia công cao tốc có ưu điểm
làm giảm thời gian gia công đến 90% và giảm chi phí gia công đến
50%. Tốc độ bóc tách kim loại nhanh, lực cắt thấp, chất lượng bề
mặt gia công tốt [34], gia công được vật liệu có độ cứng cao, chi tiết
thành mỏng và không cần tưới nguội [58]. Trong quá trình gia công
cao tốc thì phoi di chuyển ra khỏi vùng cắt nhanh hơn làm giảm đáng
kể nhiệt cắt vì trong cắt nhiệt sẽ truyền chủ yếu vào phoi [64]. Ngày
nay gia công cao tốc được ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp
khuôn mẫu, công nghiệp ô tô, công nghiệp hàng không, công nghiệp
nhẹ... Sự khác biệt của gia công cao tốc so với gia công truyền thống
là gia công cao tốc có: vận tốc cắt cao, lượng chạy dao cao và năng
suất gia công lớn [115]. Một số nghiên cứu về gia công cao tốc như:
phay cao tốc thép cứng [112], thép AISI H13 [34, 35], Inconel 718
[88], hợp kim nhôm 7475 [27], Ti6Al4V [123] các nghiên cứu đã
đánh giá chất lượng bề mặt gia công và lực cắt cũng như tuổi bền
dụng cụ cắt, về cơ chế mài mòn dụng cụ cắt khi phay cao tốc …Như
vậy các nghiên cứu trên cũng cho thấy các lợi ích vượt trội của gia
công cao tốc nói chung và phay cao tốc nói riêng về năng suất, chất
lượng chi tiết sau khi gia công.

Để phân tích, dự đoán các hiện tượng xảy ra trong quá trình
gia công cao tốc thì mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn
(Finite element method-FEM) được sử dụng như một biện pháp thay
thế cho quá trình thực nghiệm. Lợi ích của việc sử dụng mô phỏng
theo phương pháp phần tử hữu hạn cho khả năng quan sát và dự báo
một cách trực quan tại vùng cắt về các đặc trưng như: ứng suất, biến
dạng và các trạng thái tiếp xúc khác nhau của dao– phoi, dao - chi
1


tiết gia công. Những đặc trưng này chính là cơ sở để có thể dự báo
chính xác một số các hiện tượng xảy ra như lực cắt, nhiệt cắt trong
quá trình gia công cao tốc. Ngày nay với sự phát triển của công nghệ
phần mềm dùng cho mô phỏng và sự ra đời của các siêu máy tính có
cấu hình cao, dung lượng lớn là tiền đề cho các sản phẩm thương mại
trong việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào mô phỏng.
Một số phần mềm thương mại như ABAQUS, DEFORM,
DYNAFORM…được ứng dụng phổ biến rộng rãi trong nhiều trường
đại học, các viện nghiên cứu và cơ sở sản xuất kinh doanh. Rất nhiều
nhà nghiên cứu đã tìm hiểu về cơ chế sự hình thành phoi và đặc điểm
của phoi liên quan đến điều kiện gia công cắt gọt khi sử dụng
phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn, một số lượng lớn các
nghiên cứu sử dụng mô hình Johson-Cook (J-C) [36]. Mô hình J-C
cùng với sự kết hợp các tiêu chí vùng ứng suất Von-Mises, biến dạng
dẻo tương đương, tốc độ biến dạng và nhiệt độ [101]. Một số tác giả
đã sử dụng các mô hình phá hủy khác nhau để mô phỏng quá trình
gia công vật liệu chẳng hạn như các mô hình biến dạng phá hủy [18,
95]. Mô hình của Wilkins [116], mô hình sửa đổi của CockcroftLatham [28, 72, 73], hoặc các mô hình nguồn, tất cả các mô hình có
thể dự đoán về lực cắt, chiều dày phoi, ứng suất, biến dạng và nhiệt
độ ….Mô hình Bao-Wierzbicki (B-W) thường xuyên được sử dụng

với mục đích để kiểm tra đặc tính của vật liệu [47, 48, 98, 103]. Gần
đây nghiên cứu của Li cùng các đồng nghiệp [30, 66] đã khảo sát lực
cắt, chiều dày phoi trong suốt quá trình phay nhôm Ti6Al4V, vật liệu
Inconel 718 với việc sử dụng mô hình J-C để xác định ứng suất chảy
sinh ra trong quá trình gia công. Điều đó cho thấy sử dụng mô hình
mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn giúp cho việc mô tả
quá trình cắt ngày càng chính xác. Sự đa dạng về kết quả đầu ra
trong quá trình gia công kim loại như lực cắt, ứng suất, nhiệt, hình
dáng phoi…có thể dự đoán bằng mô phỏng theo phương pháp phần
tử hữu hạn mà không cần đến những thực nghiệm tương ứng [13, 14,
20, 33, 38, 39, 118]. Ở Việt Nam việc sử dụng phương pháp phần
tửu hữu hạn vào mô phỏng quá trình gia công vẫn còn rất hạn chế
và chưa có nghiên cứu nào sử dụng mô phỏng theo phương pháp
này vào việc mô tả và dự đoán các hiện tượng xảy ra trong quá
trình phay cao tốc.
Hợp kim nhôm A6061 là loại vật liệu được các nhà nghiên
cứu, kỹ sư công nghệ và thiết kế quan tâm đặc biệt. Bởi vì hợp kim
2


nhôm A6061 hứa hẹn đem lại nhiều lợi ích về kinh tế, kỹ thuật cho
công nghiệp ô tô, tàu thủy, hàng không… do có độ bền tương đối tốt,
khả năng tạo hình dễ dàng, khả năng chống ăn mòn và chi phí thấp
hơn so với các hợp kim cùng loại. Hợp kim nhôm A6061 hiện được
ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô cụ thể là chế tạo phụ tùng
như: bánh xe và một số các cơ cấu khác trong xe. Các sản phẩm của
hợp kim nhôm A6061 tạo thành khi phay cao tốc cũng đang sử dụng
rất rộng rãi trong ngành gia công khuôn mẫu, trong ngành công
nghiệp nhẹ, y tế, điện tử… với chất lượng bề mặt gia công tốt và
năng suất cao. Do đó nhu cầu xã hội về các sản phẩm khi phay cao

tốc nhôm là rất lớn. Việc nghiên cứu quá trình phay cao tốc hợp kim
nhôm là cần thiết và cấp bách vì các hiện tượng xảy ra trong quá
trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 sẽ quyết định
đến sự ổn định quá trình gia công, năng suất, chất lượng chi tiết gia
công. Tuy nhiên quá trình phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 chưa
có nghiên cứu nào gần đây đề cập đến.
Quá trình tạo phoi khi phay cao tốc chịu ảnh hưởng bởi
thông số cơ bản như: vận tốc cắt, chiều sâu cắt, lượng chạy dao…
Các thông số chế độ cắt này được coi là ảnh hưởng tích cực và liên
quan mật thiết đến các yếu tố đầu ra như: hệ số co rút phoi, lực cắt,
vết tiếp xúc giữa dao - phoi, rung động, chất lượng bề mặt gia công.
Từ giá trị của các yếu tố đầu ra cho phép điều chỉnh quá trình phay
hợp lý để đạt được các chỉ tiêu về năng suất và chất lượng chi tiết sau
gia công. Từ những vấn đề cấp thiết trên luận án đã lựa chọn đề tài
nghiên cứu: “Nghiên cứu quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061”.
+Mục đích của luận án
- Phân tích quá trình phay cao tốc hợp kim nhôm A6061
thông qua việc mô phỏng và thực nghiệm quá trình hình thành phoi.
- Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá
trình phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 như: hình thái hình học
phoi, hệ số co rút phoi, lực cắt, rung động, vết tiếp xúc giữa daophoi, chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công.
- Phân tích và dự đoán các hiện tượng xảy ra trong quá trình
phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 sử dụng bằng mô phỏng theo
phương pháp phần tử hữu hạn.
+ Đối tượng nghiên cứu:
- Quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061.
3

- Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu cơ sở vật lý và động lực học quá trình phay cao
tốc.
- Nghiên cứu một số mô hình phá hủy vật liệu sử dụng trong
mô phỏng quá trình phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 theo phương
pháp phần tử hữu hạn.
- Thực nghiệm quá trình tạo phoi, đánh giá ảnh hưởng của
các thông số công nghệ đến hình thái hình học của phoi, hệ số co rút
phoi, lực cắt, rung động, vết tiếp xúc giữa dao - phoi và độ nhám bề
mặt chi tiết gia công khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061.
- Mô phỏng quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim
nhôm A6061, so sánh và kiểm chứng với thực nghiệm.
- Ý nghĩa khoa học luận án:
- Đánh giá được mức độ biến dạng của phoi khi phay cao tốc
hợp kim nhôm A6061 thông qua việc xác định sự biến đổi hệ số co
rút phoi.
- Xây dựng các biểu đồ thể hiện mức độ ảnh hưởng của các
thông số công nghệ đến yếu tố đầu ra như: Hệ số co rút phoi, lực cắt,
rung động, vết tiếp xúc giữa dao - phoi và độ nhám bề mặt chi tiết
sau gia công khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061.
- Mô phỏng quá trình hình thành phoi, phân tích ứng suất biến dạng sinh ra trong vùng tiếp xúc giữa dao - phoi từ đó có thể dự
đoán chính xác quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061.
+Ý nghĩa thực tiễn luận án:
- Có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các nhà máy xí
nghiệp, các cơ sở sản xuất và phòng nghiên cứu tham khảo về mức
độ ảnh hưởng của thông số công nghệ đến các yếu tố đầu ra như: hệ
số co rút phoi, lực cắt, rung động, vết tiếp xúc giữa dao - phoi và độ
nhám bề mặt chi tiết sau gia công khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061.

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở đào tạo về cách
thức mô tả quá trình phay cao tốc khi sử dụng mô phỏng theo phương
pháp phần tử hữu hạn.
+Những đóng góp mới của luận án:
- Cơ chế hình thành phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061 đã được làm rõ dựa trên việc phân tích hình thái học của phoi
thông qua việc quét ảnh bằng kính hiển vi điện tử.
4


- Ảnh hưởng của chế độ cắt gồm: vận tốc cắt (V), bước tiến
dao (f) và chiều sâu cắt (t) đến quá trình phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061 đã được nghiên cứu một cách có hệ thống. Các phương trình
thực nghiệm hồi quy biểu diễn mối liên hệ giữa chế độ cắt với lực cắt,
hệ số co rút phoi, rung động của đồ gá phôi, chiều dài tiếp xúc giữa
dao – phoi và độ nhám bề mặt chi tiết gia công đã được đề xuất.
- Luận án cũng đưa ra được các phương trình thực nghiệm
phản ánh mối liên hệ giữa hệ số co rút phoi với lực cắt, rung động,
chiều dài tiếp xúc giữa dao - phoi và độ nhám bề mặt chi tiết sau gia
công.
- Luận án đề xuất một mô hình phần tử hữu hạn có độ chính
xác cao để áp dụng cho quá trình phay hợp kim nhôm A6061 trong
điều kiện gia công ở vùng tốc độ cao. Mô hình này đã được kiểm
nghiệm dựa trên các kết quả thực nghiệm. Để đạt được mục tiêu đó,
các mô hình phá hủy vật liệu khác nhau đã được nghiên cứu, phân
tích, đánh giá, chọn lựa và áp dụng cho quá trình mô phỏng bằng
phương pháp phần tử hữu hạn; từ đó tìm ra mô hình phù hợp nhất.
Trong đó, ảnh hưởng của tốc độ biến dạng đến kết quả dự đoán sau
khi mô phỏng đã được kiểm tra so sánh và xác nhận bằng thực
nghiệm.

- Cuối cùng, bộ thông số chung đã được tìm ra hướng tới các
hàm mục tiêu giảm tối đa yếu tố bao gồm: lực cắt, hệ số co rút phoi
khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061.
+Cấu trúc luận án: Luận án gồm 4 chương và các phụ lục sau:
Chương 1: Cơ sở vật lý quá trình tạo phoi khi phay cao tốc.
Chương 2: Động lực học quá trình phay cao tốc.
Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm quá trình tạo phoi khi phay cao
tốc hợp kim nhôm A6061.
Chương 4. Nghiên cứu mô phỏng và kiểm chứng quá trình
tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061.

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ VẬT LÝ QUÁ TRÌNH TẠO PHOI KHI

PHAY CAO TỐC
1.1 Tổng quan chung về gia công cao tốc
1.1.1 Lịch sử phát triển của gia công cao tốc
1.1.2 Đặc điểm chung của gia công cao tốc
1.1.3 Một số ứng dụng của gia công cao tốc
1.2 Cơ sở vật lý của quá trình phay cao tốc
5


1.3 Hệ số co rút phoi và biến dạng xảy ra trong quá trình phay
cao tốc
1.3.1 Hệ số co rút phoi
Hệ số co rút phoi đánh giá mức độ biến đổi kích thước của
lớp kim loại bị cắt do biến dạng dẻo và được viết bằng công thức
sau:
t
L

K
 2
(1.6)
Lf
t1
Trong gia công kim loại hệ số co rút phoi phụ thuộc vào
tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến dạng của phoi như: Tính
chất vật liệu gia công, hình dáng hình học của dao, chế đ ộ cắt và
các điều kiện khác.

Hì nh 1.11 Sơ đồ cắt kim loại [70].

1.3.2 Quan hệ giữa hệ số co rút phoi và biến dạng trong quá
trình tạo phoi
1.3.3 Tốc độ biến dạng của phoi
1.4 Đặc điểm biến dạng xảy ra trong quá trình tạo phoi khi phay
cao tốc
1.5 Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước về quá trình
tạo phoi khi phay cao tốc
1.6 Kế luận chương 1
Chương 1 cho thấy gia công cao tốc hiện đang được sử dụng
phổ biến rộng rãi trong các nhà máy xí nghiệp, các khu công nghiệp
hiện đại với các ưu điểm về tốc độ bóc tách kim loại nhanh, lực cắt
thấp, chất lượng bề mặt gia công tốt, gia công được vật liệu có độ
cứng cao và không cần tưới nguội. Phân tích cơ sở vật lý quá trình
phay cao tốc, phân tích đặc điểm biến dạng của phoi hình thành trong
quá trình gia công cắt gọt và đặc điểm các dạng phoi hình thành ở
vùng tốc độ khác nhau chứng minh rằng ở vùng tốc độ cao, tốc độ
biến dạng liên quan mật thiết đến quá trình tạo phoi.
6

Các nghiên cứu trong trong và ngoài nước cho thấy rằng khi
phay cao tốc thì phoi hình thành đều có dạng phân lớp (phân đoạn),
sự phân đoạn phụ thuộc vào vật liệu gia công và thông số của chế độ
cắt. Trong vùng tốc độ cao sự thay đổi theo hướng tích cực của lực
cắt và chất lượng bề mặt cùng với sự hao mòn nhanh chóng của dụng
cụ cắt.
Tuy nhiên chưa có công trình nào nghiên cứu về sự biến
dạng trong quá trình hình thành phoi, hệ số co rút phoi, mối quan hệ
giữa hệ số co rút phoi với các thông số đầu ra như: lực cắt, rung
động, vết tiếp xúc giữa phoi-dao, chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
Mặt khác việc mô phỏng dự đoán các hiện tượng xảy ra và so sánh
với thực nghiệm quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061 cũng chưa có công trình nào công bố. Như vậy đề tài “Nghiên
cứu quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061” là vấn
đề rất cấp thiết cho quá trình gia công hợp kim nhôm A6061.
CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHAY CAO TỐC
2.1. Động lực học qúa trình tạo phoi khi phay cao tốc
2.1.1. Mô hình lực cắt trong quá trình tạo phoi
2.1.2 Phân tích mối quan hệ giữa lực cắt và ứng suất- biến dạng
của Oxley
2.2 Lực cắt trong quá trình phay cao tốc
2.2.1 Thành phần lực cắt khi phay cao tốc
Lực cắt cũng có thể chia thành các thành phần theo hướng x
và y lần lượt là Fx và Fy. Ngoài việc sử dụng lực kế để đo thì còn có
thể tính toán các lực đó bằng các thông số hình học cụ thể như sau:

(2.32)
Fx  C.b.S z sin  sin   cos 

Fy  C.b.( S z sin )  (sin   cos )

(2.33)

Trong quá trình phay phản lực cắt F được phân tích thành hệ
thống Fz , Fx, Fy theo hướng tiếp tuyến với đường tròn dao phay,
hướng pháp tuyến và theo chiều trục của dao và mối quan hệ giữa
các thành phần lực như công thức sau:
F  Fx  Fy  Fz  Fr  Ft  F0
(2.34)
2.2.2 Mô hình lực cắt khi phay mặt phẳng
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi phay cao tốc
2.3 Ổn định và rung động trong quá trình phay cao tốc
7


2.3.1 Sự ổn định trong quá trình phay cao tốc
2.3.2 Nguyên nhân gây ra mất ổn định
2.3.4 Mô hình rung động hai thành phần khi phay mặt phẳng
2.3.5 Miền ổn định của rung động
2.4. Hiện tượng mài mòn dụng cụ cắt trong quá trình phay cao tốc
2.4.1 Các dạng mài mòn dụng cụ cắt
2.4.2 Cơ chế mài mòn của dụng cụ cắt
2.5 Độ nhám bề mặt chi tiết gia công khi phay cao tốc
2.6 Kết luận chương 2
Từ việc phân tích nghiên cứu các mô hình toán học về lực
cắt, rung động, mài mòn và độ nhám bề mặt trong quá trình phay cao
tốc cho thấy rằng các thông số về công nghệ ảnh hưởng rất lớn đến
các yếu tố đầu ra như: hệ số co rút phoi, lực cắt, độ nhám bề mặt chi
tiết gia công, rung động, mài mòn dụng cụ cắt khi thực nghiệm. Việc

phân tích động lực học quá trình phay là cơ sở cho việc xây dựng các
phương án và quy trình thực nghiệm, xây dựng các mô hình toán học
của các thông số công nghệ đến hệ số co rút phoi, lực cắt, rung động,
mài mòn và độ nhám bề mặt bề mặt chi tiết gia công. Chương 2 cũng
là cơ sở cho các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng được trình
bày trong chương 3 và 4.
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH
TẠO PHOI KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM NHÔM A6061
3.1 Vật liệu, thiết bị và phương pháp nghiên cứu quá trình tạo
phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061
3.1.1 Máy, phôi, dụng cụ cắt khi nghiên cứu phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061
3.1.2 Các thiết bị đo dùng khi nghiên cứu quá trình phay cao tốc
hợp kim nhôm A6061
3.1.3 Thiết kế thực nghiệm khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061
Bảng 3.3 Giá trị biến thiên trong miền thực nghiệm
Yếu tố
Mức trên (+1)
Mức dưới (-1)
Mức cơ sở (0)
Khoảng biến thiên

X1
1000
1256
1128
128

X2

800
1800
1300
500

8

X3
0,5
1,5
1,0
0,5


Chuyển từ biến tự thiên sang biến mã hóa không thứ nguyên
lựa chọn được bảng quy hoạch thực nghiệm các thông số đầu vào khi
phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 như Bảng 3.4.
3.2 Nghiên cứu thực nghiệm hình thái hình học của phoi khi
phay cao tốc hợp kim nhôm A6061
3.2.1 Mục đích nghiên cứu hình thái hình học phoi khi phay cao
tốc hợp kim nhôm A6061

Hì nh 3.13 Sơ đồ phân tích sự tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061.

3.2.3 Cơ chế hình thành phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061
Khi phay với tốc độ cao dưới ảnh hưởng của tốc độ biến
dạng và nhiệt độ, biến dạng cắt xảy ra tại vùng biến dạng cấp 1 Hình
3.15, vùng này bắt đầu xuất hiện biến dạng dẻo trên mặt trượt của

phoi, vùng biến dạng cấp 2 là vùng phoi tiếp xúc với dụng cụ cắt,
phoi hình thành có dạng mảnh và chiều rộng hẹp.

Hì nh 0.1 Cơ chế hình thành phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061.

3.2.4. Đặc điểm hình thái hình học của phoi khi phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061
Các bề mặt của phoi bao gồm: mặt ngoài của phoi gọi là mặt
tự do; mặt phía trong tiếp xúc với dao gọi là mặt trong, ngoài hai mặt
cơ bản trên phoi còn cấu tạo bởi hai cạnh phía ngoài phoi và cạnh
phía trong phoi. Sự biến dạng của phoi quan sát rõ ràng nhất trên bề
mặt tự do, cạnh phoi phía ngoài và phía trong phoi. Bề mặt tự do và
bề mặt tiếp xúc của dao-phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061
được thể hiện trên Hình 3.16b
9


+Phân tích cấu trúc của bề mặt tự do của phoi khi phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061

Hình 3.17 Cấu trúc lớp bề mặt tự do của phoi hình thành khi phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061 (V = 1000 m/phút, f = 1800 mm/phút, t = 1,5 mm).

Trên Hình 3.17 là ảnh chụp SEM bề mặt tự do phoi hợp kim nhôm
A6061với tốc độ cắt 1000 m/phút. Quan sát cho thấy trên bề mặt
phoi có sự xếp chồng kim loại với nhau tạo thành các lớp liên tiếp
nhau (các đoạn).
3.2.5. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến hình thái hình học
của phoi
+ Ảnh hưởng của vận tốc cắt

Tốc độ cắt ảnh hưởng đến chiều rộng của phoi khi phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061, ở cùng lượng chạy dao là 1800 mm/phút và chiều
sâu cắt 1,5 mm, chiều rộng của phoi ở tốc độ cắt 1256 m/phút là 1,84
mm trong khi ở tốc độ cắt 1000 m/phút chiều rộng phoi là 2,0 mm.

Hì nh 3.20 Chiều rộng của phoi hợp kim nhôm A6061 khi phay cao tốc.

Chiều cao lớp phoi giảm 12,5%, khoảng cách giữa hai đỉnh
lớp phoi giảm 9,6% khi tốc độ cắt giảm từ 1256 m/phút đến 1000
m/phút như Hình 3.10.
+ Ảnh hưởng của lượng chạy dao
Khi tăng lượng chạy dao thì có sự dồn nén của vật liệu nhiều hơn
lượng chạy dao mỏng trên bề mặt tự do của phoi Hình 3.21.
10


.
Hì nh 3.21 Ảnh SEM hình thái của phoi A6061 khi phay cao tốc ứng với vận
tốc cắt khác nhau

+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt
Chiều sâu cắt thay đổi cũng ảnh hưởng đến chiều rộng và mức
độ phân lớp của phoi như quan sát trên Hình 3.23 ở cùng điều kiện cắt
(V =1256 m/phút, f = 1800 mm/phút) với chiều sâu cắt 0,5 mm thì nhỏ
hơn rất nhiều so với chiều sâu cắt 1,5 mm

Hì nh 3.23 Ảnh SEM chiều rộng phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061 với t khác nhau.

3.3 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công

nghệ đến hệ số co rút phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061
3.3.1 Mục đích thí nghiệm hệ số co rút phoi khi phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061
3.3.2 Phương pháp xác định hệ số co rút phoi khi phay cao tốc
hợp kim nhôm A6061[1]
Hệ số co rút phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 được
tính theo công thức (3.3):
K

1000.Q
.l. f v .t

(3.3)

3.3.3 Xây dựng hàm toán học của K phụ thuộc vào các thông số
công nghệ (V, f, t)
11


Hàm toán học K phụ thuộc vào thông số công nghệ (V,f,t)
khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 được mô tả bằng phương
trình phi tuyến sau:
(3.4)
K  a1.V a 2 . f a3 .t a3
Phương trình (3.2) được viết như sau:
(3.8
K  V 0, 009071. f 0, 03395 .t 0,14026
Bảng 3.5 Lograrit các biến (V, f, t) và kết qủa đo K khi phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061

Th
ứ
tự
1
2

t
(mm
)
0,5
0,5

K

lnV

lnf

lnt

lnK

1000
1256

f
(mm/p
h)
800
800

1,294
1,304

6,908
7,136

6,685
6,685

-0,693
-0,693

0,258
0,266

3

1000

1800

0,5

1,232

6,908

7,496

-0,693

0,279

4

1256

1800

0,5

1,401

7,136

7,496

-0,693

0,323

5

1000

800

1,5

1,264

6,908

6,685

0,4055

0,134

6

1256

800

1,5

1,106

7,136

6,685

0,4055

0,097

7
8

9
10

1000
1256
1128
1128

1800
1800
1350
1350

1,5
1,5
1,0
1,0

1,110
1,173
1,213
1,236

6,908
7,136
7,028
7,028

7,496
7,496

7,208
7,208

0,4055
0,4055
0
0

0,128
0,125
0,212
0,212

11

1128

1350

1,0

1,236

7,028

7,208

0

0,212

V
(m/ph))

a) Cố định V

b) Cố định f

c) Cố định t

Hì nh 3.29 Mối quan hệ giữa K với V, f và t.

3.4 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công
nghệ đến lực cắt khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061
3.4.1 Mục đích thí nghiệm lực cắt khi phay cao tốc hợp kim
nhôm A6061
3.4.2 Xây dựng hàm toán học của lực cắt đến phụ thuộc vào
thông số công nghệ khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061
12


Mô hình toán học lực cắt phụ thuộc vào thông số công nghệ
(V, f, t) khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 được miêu tả bằng
phương trình sau:
(3.10)
F  b1.V b2 . f b3 .t b3
Khi đó phương trình(3.10) sẽ được viết lại như sau:

F  1264,01.V 0,369 . f 0,0475 .t 0,0983 (N)

(3.14)

Bảng 3.6 Logarit các biến đầu vào và k ết quả đo lực cắt F khi phay cao tốc
hợp kim nhôm A6061
Thứ
tự

V
(m/ph)

f
(mm/p
h)

t
(mm
)

F

lnV

lnf

lnt

lnF

1
2

3

1000
1256
1000

800
800
1800

0,5
0,5
0,5

125,69
119,55
131,99

6,908
7,136
6,908

6,685
6,685
7,496

-0,69
-0,69
-0,69

4,911
4,844
4,795

4

1256

1800

0,5

122,44

7,136

7,496

-0,69

4,716

5
6
7
8
9
10
11

1000
1256
1000
1256
1128
1128
1128

800
800
1800
1800
1350
1350
1350

1,5
1,5
1,5
1,5
1,0
1,0
1,0

142,83
128,42
149,19
134,70
130,86
131,82

131,72

6,908
7,136
6,908
7,136
7,028
7,028
7,028

6,685
6,685
7,496
7,496
7,208
7,208
7,208

0,405
0,405
0,405
0,405
0
0
0

4,986
4,855
4,94
4,765

4,832
4,827
4,842

a) Cố định V
b) Cố định f
c)Cố định t
Hì nh 3.31 Mối quan hệ giữa F với các thông số công nghệ V,f và t.

3.5 Nghiên cứu thực nghiệm các thông số công nghệ ảnh hưởng
đến độ nhám bề mặt khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061
3.5.1 Mục đích thí nghiệm đo độ nhám bề mặt khi phay cao tốc
hợp kim nhôm A6061
Mô hình toán học đo độ nhám bề mặt phụ thuộc vào thông
số công nghệ (V, f, t) khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061 được
miêu tả bằng phương trình phi tuyến sau:
R a  c1 .V c2 . f c3 .t c4
(3.15)
13


Phương trình phụ thuộc của Ra tới các thông số công nghệ V,f và t
lúc này sẽ là:
(3.19)
Ra  5820,7812.V 1,3788427. f 0,0497873.t 0,1013876
Bảng 3.10 Kết quả và logarit hóa các thông số công nghệ (V,f,t) ảnh
hưởng đến Ra
Thứ
tự

V
(m/phút)

f
(mm/ph)

t
(mm)

Ra

lnV

lnf

lnt

ln(Ra)

1

1000

800

0,5

0,64

6,908

6,685

-0,693

-0,54

2

1256

800

0,5

0,39

7,136

6,685

-0,693

-0,94

3

1000

1800

0,5

0,60

6,908

7,496

-0,693

-0,51

4

1256

1800

0,5

0,31

7,136

7,496

-0,693

-0,89

5

1000

800

1,5

0,53

6,908

6,685

0,406

-0,53

6
7
8
9

1256
1000
1256
1128

800

1800
1800
1350

1,5
1,5
1,5
1,0

0,48
0,55
0,35
0,44

7,136
6,908
7,136
7,028

6,685
7,496
7,496
7,208

0,406
0,406
0,4055
0

-0,73

-0,45
-0,71
-0,69

10

1128

1350

1,0

0,44

7,028

7,208

0

-0,69

11

1128

1350

1,0

0,44

7,028

7,208

0

-0,69

Phương trình (3.19) cho ta đồ thị mối quan hệ giữa Ra với các
thông số công nghệ V,f,t như Hình 3.33.

a) Cố định V
b) Cố định f
c)Cố định t
Hì nh 3.33 Mối quan hệ Ra với các thông số công nghệ V,f và t

3.6 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công
nghệ đến vết tiếp xúc của dao – phoi khi phay cao tốc hợp kim
nhôm A6061
3.6.1 Mục đích thí nghiệm đo vết tiếp xúc dao-phoi khi phay cao
tốc hợp kim nhôm A6061
3.6.2 Hàm toán học của vết tiếp xúc dao-phoi phụ thông vào
thông số công nghệ

H S  d1 .V d2 . f d3 .t d4
14

(3.20)

Phương trình phụ thuộc của Hs tới V,f và t lúc này sẽ là:
H S  0,0000397.V 1,316 . f 0,1734.t 0, 2925 (mm)

(3.23)

Bảng 3.12 Kết quả đo độ mòn mặt trước và logarit các tham số ảnh hưởng
đến mài mòn dụng cụ cắt
Th
ứ
tự
1
2

V
(m/phú
t
1000
1256

f
(mm/p
hút)
800
800

3

1000

4
5

t
(mm)

Hs

lnV

lnf

lnt

ln(Hs)

0,5
0,5

0,32
0,27

6,908
7,136

6,685
6,685

-0,693

-0,693

-1,139
-1,309

1800

0,5

0,41

6,908

7,496

-0,693

-0,892

1256

1800

0,5

0,29

7,136

7,496

-0,693

-1,238

1000

800

1,5

0,46

6,908

6,685

0,406

-0,777

6

1256

800

1,5

0,37

7,136

6,685

0,406

-0,994

7
8
9

1000
1256
1128

1800
1800
1350

1,5
1,5
1

0,56
0,41
0,37

6,908

7,136
7,028

7,496
7,496
7,208

0,406
0,406
0

-0,579
-0,892
-0,994

10

1128

1350

1

0,37

7,028

7,208

0

-0,994

11

1128

1350

1

0,37

7,028

7,208

0

-0,994

a) Cố định V
b) Cố định f
c)Cố định t
Hì nh 3.35 Sự phụ thuộc của Hs đến các thông số công nghệ V, f và t

3.7 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công
nghệ đến biên độ rung động khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061
3.7.1 Mục đích thí nghiệm đo biên rung động khi phay cao tốc

hợp kim nhôm A6061
3.7.2 Hàm toán học của biên độ rung động phụ thuộc vào thông
số công nghệ khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061
Hàm toán học của biên độ rung động khi gia công phay cao
tốc trong giới hạn của các tham số cắt có dạng như sau:

A xy  k1 .V k2 . f k3 .t k4

(3.24)

Phương trình phụ thuộc của Axy tới V,f và t lúc này sẽ là:
Axy  409758,6126.V 1, 426 . f 0,11552 .t 0,3254

15

(dB)

(3.28)


Bảng 3.12 Thông số đầu vào và k ết quả đo rung động khi phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061
Thứ
tự

V
(m/phú
t

f

(mm/p
hút)

t
(mm
)

1

1000

800

0,5

2

1256

800

3

1000

1800

4

1256

5
6

Axy

lnV

lnf

lnt

ln(Axy)

34,569

6,908

6,685

-0,693

3,543

0,5

28,895

7,136

6,685

-0,693

3,364

0,5

42,006

6,908

7,496

-0,693

3,738

1800

0,5

28,972

7,136

7,496

-0,693

3,366

1000

800

1,5

55,687

6,908

6,685

0,406

4,020

1256

800

1,5

37,027

7,136

6,685

0,406

3,612

7

1000

1800

1,5

58,990

6,908

7,496

0,406

4,077

8

1256

1800

1,5

41,981

7,136

7,496

0,406

3,737

KHz

9

1128

1350

1,0

41,591

7,028

7,208

0

3,728

10

1128

1350

1,0

41,120

7,028

7,208

0

3,716

11

1128

1350

1,0

41,267

7,028

7,208

0

3,720

a) Cố định V
b) Cố định f
c) Cố định t
Hì nh 3.37 Sự phụ thuộc của Axy đến các thông số công nghệ V, f và t

3.8 Quan hệ tương quan giữa hệ số co rút phoi với các yếu tố đầu
ra khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061.
3.8.1 Mối quan hệ của hệ số co rút phoi và lực cắt khi phay cao
tốc hợp kim nhôm A6061

Hình 3.38 Mối quan hệ giữa K và F.

3.8.2 Mối quan hệ giữa hệ số co rút phoi và độ nhám bề mặt
khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061
16


Hình 3.39 Mối quan hệ giữa K và Ra.
3.8.3 Mối quan hệ giữa hệ số co rút phoi và vết tiếp xúc dao-phoi
khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061

Hình 3.40 Mối quan hệ giữa K và Hs .
3.8.4 Mối quan hệ giữa hệ số co rút phoi và biên độ rung động
khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061

Hình 3.41 Mối quan hệ giữa Axy và K.
3.9 Kết luận chương 3
Phân tích cơ chế hình thành phoi khi phay cao tốc hợp kim
nhôm A6061, đánh giá mức độ ảnh hưởng của chế độ cắt đến sự biến
dạng của phoi. Phân tích cấu trúc bề mặt của phoi trên bề mặt tự do, bề
mặt tiếp xúc với dao và ảnh hưởng của chế độ cắt đến các bề mặt đó.
Nghiên cứu đã xây dựng được các hàm toán học của các yếu
tố đầu ra phụ thuộc vào các thông số công nghệ khi phay cao tốc hợp
kim nhôm A6061 như sau:
Hàm toán học ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến hệ số co
rút phoi:

K  0,8899V 0 ,009071 . f 0 ,03395 .t 0 ,14026
F  1264,01.V 0,369 . f 0,0475 .t 0,0983 (N)
17


R a  5820,7812.V 1,3788427 . f 0,04978427 .t 0,1013876 (m)
H s  0,0000937.V 1,1316 . f 0,1734 .t 0, 2925 (mm)
Axy  409758,6126.V 1, 426 . f 0,11552 .t 0,3254 (dB)
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG
QUÁ TRÌNH TẠO PHOI KHI PHAY CAO TỐC HỢP KIM
NHÔM A6061
4.1 Đặc điểm của mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn
4.2.1 Một số nghiên cứu sử dụng mô phỏng theo phương pháp
phần tử hữu hạn trong quá trình gia công cắt gọt
4.2.2 Phá hủy dẻo và sự phát triển các lỗ trống của vật liệu trong
quá trình gia công
4.3 Mô hình phá hủy vật liệu và cách xác định các tham số

4.3.1 Mô hình phá hủy Johnson-Cook (J-C)
4.3.2 Mô hình phá hủy Bao-Wierzbicki (B-W)
4.3.3 Mô hình phá hủy B-W theo mô hình sửa đổi của MohrCoulomb (Modified Morh- Coulomb MM-C)
4.3.4 Mô hình ma sát
4.4 Phân tích so sánh lựa chọn mô hình mô phỏng theo phương
pháp phần tử hữu hạn quá trình hình thành phoi
a. Thiết kết mô phỏng

Hì nh 4.17 Mô hình phần tử hữu hạn của quá trình cắt

b. Sự hình thành và biến dạng của phoi

Xét ảnh hưởng tốc độ cắt đến hệ số co rút phoi thể hiện
trên Hình 4.20, ở cùng điều kiện cắt hệ số co rút phoi ở tốc độ
419 m/phút so với hệ số co rút phoi ở tốc độ cắt 1256 m/phút
giảm 24,4% với chiều sâu cắt 0,5 mm, giảm 16,2% khi cắt với
chiều sâu cắt là 1 mm, và giảm 17,4% khi chiều sâu cắt 1,5
mm.
18


Bảng 4.5 Chiều dày phoi trong quá trình mô phỏng
V (m/phút)

419

565

1000

1256

t (mm)

tp-m(mm)

 (o )

K

tp-t(mm)

% t

0,5

0,870

32

1,74

0,841

0,034

1,0

1,540

33

1,54

1,62

0,049

1,5

2,145

34,5

1,43

2,23

0,038

0,5

0,835

33

1,67

0,812

0,028

1,0

1,550

34

1,55

1,56

0,006

1,5

2,115

35,5

1,41

2,223

0,049

0,5

0,693

36,5

1,385

0,716

0,033

1,0

1,381

39

1,381

1,317

0,049

1,5

2,034

39,5

1,356

1,943

0,047

0,5

0,658

40

1,316

0,637

0,033

1,0

1,414

37,5

1,354

1,233

0,021

1,5

2,052

38,5

1,345

1,79

0,021

4.4.2 So sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm trong vùng tốc độ
không bị ảnh hưởng của tốc độ biến dạng
a. So sánh ứng suất biến dạng giữa mô hình J-C và mô hình B-W
b. So sánh hệ số co rút phoi giữa mô phỏng và thực nghiệm
Qua việc xác định phần trăm sai lệch nhỏ nhất khi sử dụng
mô hình B-W và mô hình J-C tương ứng là 3,92% và 6,463%, trong
khi sai lệch lớn nhất giữa hai mô hình trên tương ứng là 8,46% và
10,95%. Như vậy cho thấy phần trăm sai lệch của mô hình B-W là ít
hơn so với kết quả thực nghiệm và sai có phần trăm sai lệch nhỏ hơn
mô hình J-C.
c. Sự phụ thuộc của hệ số co rút phoi với thông số cắt
d. Sự phụ thuộc của lực cắt đến các thông số cắt
4.5 So sánh giữa mô và thực nghiệm quá trình hình thành phoi
khi phay hợp kim nhôm A6061 ở vùng tốc độ cao
4.5.1 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng đến vùng tốc độ cao
a. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng đến ứng suất – biến dạng
sinh ra trong quá trình hình thành phoi.
b.Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng đến hệ số co rút phoi
Nhìn chung kết quả cho thấy sự sai lệch của Ks so với KTN
nhiều nhất là 5,3% và sai lệch nhiều nhất của KN so với KTN là
16,3%. Trường hợp có xét đến ảnh hưởng của tốc độ biến dạng là ít
hơn nhiều so với trường hợp không xét đến ảnh hưởng của tốc độ

19


biến dạng. Như vậy tốc độ biến dạng ảnh hưởng đến hệ số co rút
phoi là rất lớn.
Bảng 4.8 Ảnh hưởng của hệ số co rút phoi đến tốc độ biến dạng
TT

t (mm)

KTN (N)

KS (N)

KN (N)

Sai lệch (%)
KS

Sai lệch %
KN

1

0,5

1,350

1,316

1,364

0,025

-0,011

2

1,0

1,225

1,29

1,354

-0,053

-0,106

3

1,5

1,157

1,18

1,345

-0,020

-0,163

c. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng đến lực cắt

Hình 4.31 ảnh hưởng của lực cắt giữa mô phỏng và thực nghiệm ở vận
tốc cắt khác nhau.
Kết quả cho thấy sai lệch nhiều nhất của lực cắt giữa thực
nghiệm (FTN) và lực mô phỏng xét đến ảnh hưởng của tốc độ biến
dạng (FS) là 10,39% và lực mô phỏng không xét đến ảnh hưởng của
tốc độ biến dạng (FN) là 43,85% ở vận tốc cắt 1256 m/phút. Sai lệch
nhỏ nhất của FTN với FS là 8,31% ở tốc độ cắt 1512 m/phút và FN thì
sai lệch nhỏ nhất là 41,17% ở tốc độ cắt 1000 m/phút.
4.5.2 So sánh hình thái hình học của phoi giữa mô phỏng và thực
nghiệm ở tốc độ cắt cao hợp kim nhôm A6061

a)
b)
Hình 0.2 Hình thái hình học của phoi tạo thành khi phay hợp kim
nhôm A6061 giữa mô phỏng và thực nghiệm.
4.6 Sự phân bố ứng suất trong vùng tiếp xúc giữa dao và phoi khi
mô phỏng 3D quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061
20


Tương tự như mô phỏng 2D, trên phoi cũng chia thành ba
phần bao gồm: phần tạo phoi, phần bị phá hủy và phần còn lại của
phôi.

Hì nh 4.33 Mô hình 3D phay cao tốc.
4.6.2 Phân tích sự phân bố ứng suất -biến dạng khi mô phỏng 3D
quá trình hình thành phoi khi phay cao tốc hợp kim nhôm A6061
4.6.3 Lực cắt sinh ra khi mô phỏng 3D quá trình phay cao tốc
hợp kim nhôm A6061
4.7 Ảnh hưởng của các thông số cắt đến số co rút phoi và lực cắt
khi mô phỏng ở vùng tốc độ cao có xét đến ảnh hưởng của tốc độ
biến dạng
4.7.1 Ảnh hưởng của thông số cắt đến hệ số co rút phoi (KS)
Phương trình phụ thuộc của KS tới các thông số V và t lúc này sẽ là:
(4.54)
K s  1,845.V 0,096.t 0,273

4.7.2 Ảnh hưởng của thông số cắt đến lực cắt (FS)
Phương trình phụ thuộc của FS tới các tham số V và t lúc này sẽ là:
(4.59)
Fs  335.75.V 0,1959.t 0,6702
4.8 Xác định bộ thông số chung cho hệ số co rút phoi và lực cắt
khi mô phỏng quá trình phay cao tốc hợp kim nhôm A6061
4.8.1 Bộ thông số sử dụng để mô phỏng cho hệ số co rút phoi và
lực cắt
4.8.2 Phân tích ANOVA ảnh hưởng của các thông số cắt đến K
và F

Hì nh 4.42 Tỷ lệ S/N của hệ số co rút phoi K.

21

Hì nh 4.43 Tỷ lệ S/N của lực cắt F

4.8.3 Phân tích mối tương quan Grey ảnh hưởng đồng thời của
các thông số cắt (V, t, α,  ) đến hệ số co rút phoi K và lực cắt F

Hì nh 4.45 Sự phụ thuộc của các thông số cắt khi phân tích mối quan hệ
tương quan Grey

Theo phân tích trên bộ thông số tối ưu cho K và F tương ứng với tốc
độ cắt là 1000 m/phút, chiều sâu cắt là 1mm, góc sau của dao là 15o ,
góc trước là 4o Hình 4.45. Mô phỏng kiểm chứng bộ thông số chung
cho thấy giá trị của hệ số co rút phoi K là: 1,24 và lực cắt F là: 77,08
(N). Như vậy bộ thông số trên đảm bảo điều kiện hệ số co rút phoi và
lực cắt là nhỏ nhất.
4.9 Kết luận chương 4
Chương 4 tiến hành so sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng
quá trình hình thành phoi theo phương pháp phần tử hữu hạn:
Mô phỏng với tốc độ cắt thấp (vùng tốc độ không xét đến
ảnh hưởng của tốc độ biến dạng) và so sánh hệ số co rút giữa hai mô
hình mô phỏng J-C, B-W với thực nghiệm. Kết quả cho thấy mô hình
B-W có hệ số co rút phoi gần với thực nghiệm và được sử dụng để
mô phỏng quá trình tạo phoi, dự đoán lực cắt cho quá trình phay, tìm
ra phương trình phụ thuộc của hệ số co rút phoi và lực cắt đến các
thông số: vận tốc cắt, chiều sâu cắt.
Phân tích đánh giá khi mô phỏng có xét đến ảnh hưởng của
tốc độ biến dạng và không xét đến ảnh hưởng của tốc độ biến dạng ở
vùng tốc độ cao, chỉ số so sánh bao gồm: ứng suất- biến dạng, hệ số
22

co rút phoi. Kết quả thấy rằng khi mô phỏng có xét đến ảnh hưởng
của tốc độ biến dạng là phù hợp thực nghiệm ở vùng tốc độ cắt cao.
Hàm toán học của hệ số co rút phoi và lực cắt vào V và t
trong vùng tốc độ cắt cao có xét đến ảnh hưởng của tốc độ biến dạng
khi mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn được xây dựng có
phương trình là:
K s  1,845.V 0,096.t 0,273

Fs  335.75.V 0,1959.t 0,6702 (N)
Phân tích mối tương quan của các thông số cắt: vận tốc cắt,
chiều sâu cắt, góc sau và góc trước ảnh hưởng đồng thời đến hệ số co
rút phoi và lực cắt, bằng phân tích hệ số tương quan Grey tìm ra bộ
thông số phù hợp tương ứng là 1000 m/phút, 1 mm, 15o và 4o .
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
KẾT LUẬN
Luận án nghiên cứu quá trình tạo phoi khi phay cao tốc hợp kim
nhôm A6061 và đã đạt được một số kết quả nghiên cứu mới như sau:
1. Nghiên cứu, phân tích các biến dạng của phoi hình thành
trong quá trình phay cao tốc hợp kim nhôm A6061, xác định cơ chế
hình thành phoi thông qua hình thái hình học của phoi hình thành
bằng cách chụp ảnh SEM bề mặt phoi. Nghiên cứu cho thấy hình thái
hình học phoi thay đổi phụ thuộc vào các tham số cắt: vận tốc cắt,
chiều sâu cắt, lượng chạy dao.
2. Từ các điều kiện, trang thiết bị trong nước nghiên cứu cũng
xây dựng sơ đồ thực nghiệm và hệ thống thực nghiệm khoa học. Xây
dựng các công thức hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa
các tham số công nghệ đến: hệ số co rút phoi, lực cắt, nhám bề mặt
chi tiết gia công, vết tiếp xúc dao - phoi, rung động khi phay cao tốc
hợp kim nhôm A6061:

K  0,8899.V 0,009071. f 0,03395.t 0,14026
F  1264,01.V 0,369 . f 0,0475.t 0,0983 (N)

Ra  5820,7812.V 1,3788427. f 0,0497873.t 0,1013876 (m)
H S  0,0000937.V 1,1316 . f 0,1734 .t 0, 2925 (mm)

Axy  409758,6126.V 1, 426 . f 0,11552.t 0,3254 (dB)
3. Nghiên cứu phân tích mô hình phá hủy J-C và mô hình B-W
dùng để mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn quá trình phay
23


cao tốc hợp kim nhôm A6061. Từ kết quả so sánh, phân tích kết quả
giữa mô phỏng và thực nghiệm về hệ số co rút phoi, lựa chọn mô
hình B-W để mô phỏng quá trình cắt và đánh giá các thông số về:
vận tốc cắt, chiều sâu cắt đến hệ số co rút phoi, lực cắt.
4. Phân tích đánh giá mô phỏng có xét đến ảnh hưởng của tốc
độ biến dạng và không xét đến ảnh hưởng của tốc độ biến dạng ở
vùng tốc độ cao (vận tốc khảo sát 1000 đến 1512 m/phút) thông qua
chỉ tiêu về ứng suất- biến dạng, hệ số co rút phoi, lực cắt. Kết quả
cho với vùng tốc độ cao mô hình có xét đến ảnh hưởng của tốc độ
biến dạng là phù hợp hơn với thực tế. Đưa ra được hàm số phụ thuộc
vào vận tốc cắt và chiều sâu cắt của hệ số co rút phoi và lực cắt trong
vùng tốc độ cắt cao có xét đến ảnh hưởng của tốc độ biến dạng khi
mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn là:

K S  1,845.V 0,096 .t 0, 273
FS  335,75.V 0,1959 .t 0,6702 (N)
5. Phân tích mối tương quan của các thông số cắt như vận tốc
cắt, chiều sâu cắt, góc sau và góc trước ảnh hưởng đồng thời đến hệ

số co rút phoi và lực cắt, bằng phân tích hệ số tương quan Grey tìm
ra bộ thông số chung ứng với chỉ tiêu nhỏ nhất là tốt nhất tương ứng
là V = 1000 m/phút, t = 1 mm , α = 15o và  = 4o.
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
1. Nghiên cứu thực nghiệm hệ số co rút phoi ở các vật liệu và
các chế độ cắt khác nhau.
2. Hoàn thiện các cơ sở lý thuyết về sự hình thành phoi và
xác định được gốc phoi ở các thời điểm.
3. Nghiên cứu xác định các tham số phá hủy của các vật liệu
khác nhau ứng với vật liệu khác nhau.
4. Nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa hệ số co rút phoi với
các yếu tố xảy ra trong quá trình cắt (nhiệt, lực, mài mòn, rung động,
nhám bề mặt…) với các vật liệu khác nhau .
5. Nghiên cứu hoàn thiện cơ sở lý thuyết về mô phỏng với
phương pháp phần tử hữu hạn ở các mô hình phá hủy, mô hình vật
liệu và mô hình nhiệt cho các vật liệu khác nhau.

24