NGHIÊN cứu tối ƣu hóa một số THÔNG số CÔNG NGHỆ KHI TIỆN CỨNG SKD11 sử DỤNG DAO QUAY

HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

NGHIÊN CỨU TỐI ƢU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI
TIỆN CỨNG SKD11 SỬ DỤNG DAO QUAY
Dƣơng Quốc Dũng1, Lâm Thanh Danh2, Lê Thành Tân1
1

Học viện Kỹ thuật Quân sự

2

Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

TÓM TẮT:
Nghiên cứu này trình bày chung về tiện quay;
tối ưu hóa các thông số công nghệ nhằm giảm
nhám bề mặt khi tiện thép SKD11 sau nhiệt luyện
bằng dao tự quay. Các thông số công nghệ khảo
sát bao gồm chiều sâu cắt (t), lượng chạy dao (S)
và tốc độ cắt (V); hàm mục tiêu là nhám bề mặt

(Ra). Các thí nghiệm của quá trình tiện quay được
thực hiện trên cơ sở phương pháp quy hoạch thực
nghiệm trực giao cấp II. Kết quả nghiên cứu chỉ ra
rằng, nhám bề mặt đạt giá trị tối ưu R a = 0,78 µm
khi V = 135 m/phút, S=0,16 mm/vòng, t = 0,64
mm.

Từ khóa: tiện quay, tiện cứng, nhám bề mặt, tối ưu hóa
1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Khác biệt cơ bản của phương pháp tiện sử
dụng dao quay so với tiện thông thường là phần
cắt của dao luôn dịch chuyển (quay quanh trục
của nó) vào – ra khỏi vùng cắt, do đó điều kiện
cắt (nhiệt độ, ma sát, mài mòn,…) và chất lượng
bề mặt gia công được cải thiện [1], [2]. Khi tiện
cứng, điều kiện cắt khắc nghiệt hơn, song chất
lượng bề mặt gia công thường yêu cầu cao hơn
so với tiện thông thường. Chính vì vậy, nghiên
cứu ứng dụng dao quay khi tiện cứng là rất phù
hợp.
2. TIỆN QUAY
Trong quá trình tiện, sự di chuyển của phoi làm
cho một phần lớn nhiệt sinh ra truyền vào phoi.
Nếu không có sự truyền nhiệt này, nhiệt độ vùng
cắt cao hơn và tuổi thọ dao tiện sẽ giảm đáng kể.
Và cũng như vậy, một phương pháp để giảm
nhiệt độ, giảm mài mòn dao tiện là không ngừng
thay đổi vị trí của phần mũi dao trong vùng gia
công. Về lý thuyết, một lưỡi cắt dài vô hạn cần
được tạo ra để đáp ứng điều đó. Tuy nhiên, một
sự thay thế thực tế là sử dụng mảnh dụng cụ cắt
hình nón cụt có khả năng xoay quanh trục của nó,
như vậy lưỡi cắt được luân chuyển liên tục qua
vùng gia công. Điều này sẽ tạo ra sự tiếp xúc
tuần hoàn giữa các phần của lưỡi cắt và mặt
trước dụng cụ cắt với phôi trong suốt quá trình

hình thành phoi. Chuyển động mang tính chu kỳ
này cho phép có một khoảng thời gian “nghỉ

ngơi”, tạo ra tính năng “tự làm mát” của dụng cụ
cắt. Các dụng cụ cắt này được gọi là “dụng cụ
quay” và quá trình gia công sử dụng dụng cụ này
được gọi là “quá trình cắt quay”. Dạng hình học
của phần cắt dụng cụ dạng này là một hình nón
cụt, khi đó mặt trước có thể dùng mặt đáy nón
(loại I) hoặc bề mặt ngoại biên hình nón (loại II),
như trên Hình 1 [3]. Nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm cho thấy rằng với cùng dụng cụ cắt, cùng
chế độ cắt, khi tiện tinh bằng dao tự quay nhám
bề mặt giảm và đặc biệt nhiệt độ vùng cắt giảm
đáng kể [3], [4]. Hình 2 và Bảng 1 thể hiện kết
quả thực nghiệm kiểm chứng của tác giả khi tiện
thường và tiện quay vật liệu SKD11 sau nhiệt
luyện (45-50 HRC).

Hình 1. Các sơ đồ tiện quay

Trang 217


HỘI NGHỊ KH&CN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

(a)

(b)
Hình 2. Một kết quả đo nhiệt độ tại vùng cắt (a) và nhám bề mặt gia công (b) khi tiện thường và tiện quay
Bảng 1. Kết quả đo nhiệt độ vùng cắt và nhám bề mặt gia công khi tiện thường và tiện quay

t
(mm)

Nhám bề
mặt Ra (µm)

Nhiệt độ
vùng cắt (độ)

STT

V
(m/ph)

S
(mm/vg)

1

100

0,2

0,2

Cố định

1,35

329

2

100

0,2

0,2

Cố định

1,28

344

3

100

0,2

0,2

Cố định

1,30

339

1,31

337,3

Dao

Giá trị trung bình khi tiện thƣờng
1

100

0,2

0,2

Quay

1,01

140

2

100

0,2

0,2

Quay

1,12

129

3

100

0,2

0,2

Quay

1,05

134

1,06

134,3

Giá trị trung bình khi tiện quay

Trang 218


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

3. TỐI ƢU HÓA NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN
CỨNG SỬ DỤNG DAO QUAY
Khi tiện cứng, chất lượng bề mặt thường yêu
cầu cao hơn tiện thường. Một trong những chỉ
tiêu chất lượng cần đạt đó là nhám bề mặt.
3.1. Chuẩn bị thực nghiệm
Các thông số công nghệ khảo sát bao gồm
chiều sâu cắt t (0,2÷0,6 mm), lượng chạy dao S
(0,2÷0,6 mm/vg) và tốc độ cắt V (100÷200 m/ph)
[5] lần lượt được mã hóa bằng các biến x1, x2, x3.
Trên cơ sở lý thuyết của phương pháp quy
hoạch thực nghiệm trực giao bậc 2 với 3 biến số,
xây dựng ma trận thực nghiệm (Bảng 2), các giá
trị của nhám bề mặt y được xác định từ kết quả
thực nghiệm.

Thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí
nghiệm Chế tạo máy, Trường ĐHCN TP HCM.
Phôi thép SKD11 tiện đạt đường kính 50, nhiệt
luyện đạt độ cứng 45-50 HRC (đo bằng máy ATK600), dao tiện có trục phần quay nghiêng 25o,
mảnh cắt Hitachi mã hiệu RDMT1604M0NT có 
= 16 mm, α = 15 o. Tiến hành thí nghiệm trên máy
tiện KDM PL160i, nhám bề mặt được đo bằng
máy đo độ nhám SJ – 301 (Hình 2).
3.2. Kết quả và xử lý số liệu
Sau khi thí nghiệm, mỗi chi tiết đo nhám bề
mặt 3 lần tại 3 vị trí khác nhau (ghi vào các cột y1,
y2, y3 và lấy giá trị trung bình ghi vào cột ytb -Bảng
2).

(a)

(b)

(c)

(d)
Hình 3. Trang thiết bị và sơ đồ thí nghiệm
a – Phôi và dao tiện, b – máy đo nhám, c – máy tiện CNC, d – gá đặt dụng cụ cắt và phôi trên máy.

Trang 219


HỘI NGHỊ KH&CN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM
Bảng 2. Ma trận quy hoạch và kết quả thực nghiệm
Biến thực

Biến mã

Hàm mục tiêu, y (Ra)

TN
X1

X2

X3 X0

X1

X2

X3

X1 X2 X1 X3 X2 X3

X1

’

X2

’

15 thí nghiệm trong vùng mở rộng α=+/-1,215
1
100
0,2 0,2 +
+
+
+
0,27 0,27
2
200
0,2 0,2 +
+
+
0,27 0,27
3

100
0,6 0,2 +
+
+
0,27 0,27
4
200
0,6 0,2 +
+
+
+
0,27 0,27
5
100
0,2 0,6 +
+
+
0,27 0,27
6
200
0,2 0,6 +
+
+
+
0,27 0,27
7
100
0,6 0,6 +
+
+

+
0,27 0,27
8
200
0,6 0,6 +
+
+
+
+
+
+
0,27 0,27
9 210,75 0,4 0,4 + 1,215
0
0
0
0
0
0,746 -0,73
10 89,25 0,4 0,4 + -1,215 0
0
0
0
0
0,746 -0,73
11
150 0,64 0,4 +
0
1,215
0

0
0
0
-0,73 0,746
12
150 0,16 0,4 +
0 -1,215 0
0
0
0
-0,73 0,746
13
150
0,4 0,64 +
0
0
1,215
0
0
0
-0,73 -0,73
14
150
0,4 0,16 +
0
0 -1,215 0
0
0
-0,73 -0,73
15

150
0,4 0,4 +
0
0
0
0
0
0
-0,73 -0,73

1
2
3
4

150
150
150
150

0,4
0,4
0,4
0,4

0,4
0,4
0,4
0,4

+
+
+
+

0
0
0
0

0
0
0
0

0
0
0
0

4 thí nghiệm ở tâm
0
0
0
0
0
0
0
0
0

0
0
0

-0,73
-0,73
-0,73
-0,73

-0,73
-0,73
-0,73
-0,73

X3

’

y1

y2

y3

ytb

0,27
0,27
0,27
0,27

0,27
0,27
0,27
0,27
-0,73
-0,73
-0,73
-0,73
0,746
0,746
-0,73

1,05 1,12 1,07
1,04 0,88 1,06
0,83 0,91 0,82
0,92 1,01 0,89
0,87 0,85 0,91
1,16 1,2 1,35
0,97 1,05 1,01
1,29 1,34 1,35
1,35 1,27 1,34
1,07 0,94 1,14
1,27 1,13 1,05
0,95 1,01 0,78
1,01 1,16 1,05
0,86 0,93 0,78
0,93 1,06 0,9
Trung bình

1,08

0,99
0,85
0,94
0,88
1,24
1,01
1,33
1,32
1,05
1,15
0,91
1,07
0,86
0,96
1,043

-0,73
-0,73
-0,73
-0,73

0,87 0,85 0,96
0,88 0,84 0,9
0,9 0,97 0,88
0,84 0,9 0,85
Trung bình ở tâm

0,89
0,87
0,92

0,86
0,885

Hàm mục tiêu y là nhám bề mặt có dạng [6]:

y  b0   bi xi   bij xi x j   bii xi2

(1)

i j

Trong đó: b0, bi, bij, bii, là các hệ số của hàm hồi quy; xi là các biến mã hóa.
Sau khi tính toán, kiểm tra tính có nghĩa của các hệ số và sự tương thích của hàm hồi quy nhám bề
mặt, ta thu được:

y  1,027  0,092 x1  0,078x3  0,085x1 x3  0,063x2 x3  0,092 x12  0,057 x32

(2)

Dùng Matlab dễ dàng xác định được cực tiểu của hàm (2) như Bảng 3:
Bảng 3. Kết quả tìm cực tiểu của hàm hồi quy (2)
Thông số

Ký hiệu

Giá trị mã hóa

Giá trị thực

Độ nhám

y

0,7518

0,7518 µm

Tốc độ cắt

x1

0,062

153 m/ph

Chiều sâu cắt

x2

1,215

0,64 mm

Bước tiến dao

x3

-1,215

0,16 mm/vg

Tiến hành kiểm chứng kết quả bằng thực nghiệm tại chế độ cắt tối ưu: t = 0,64 mm; S = 0,16 mm/vg;
V = 153 m/ph, ta có kết quả như Bảng 4:

Trang 220


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Bảng 4. Các giá trị nhám đo được khi thực nghiệm kiểm chứng
TN

Ra1(μm)

Ra2(μm)

Ra3(μm)

Ratb(μm)

1

0,82

0,76

0,79

0,79

2

0,78

0,87

0,81

0,82

3

0,76

0,74

0,69

0,73

4

0,83

0,71

0,80

0,78

Giá trị trung bình

0,78

Như vậy, giá trị độ nhám trung bình qua 4 mẫu thử là y = 0,78 μm lớn hơn giá trị tối ưu
ymin= 0,752 μm (sai lệch  3%). Điều này khẳng định tính đúng đắn của kết quả nghiên cứu.
Trên Hình 4 là đồ thị nhám bề mặt phụ thuộc lần lượt vào các thông số tốc độ cắt, chiều sâu cắt và
lượng chạy dao (khi 2 thông số còn lại bằng giá trị tại điểm cực tiểu của nhám bề mặt).

Hình 4. Đồ thị nhám bề mặt phụ thuộc vào các thông số công nghệ

Trang 221


HỘI NGHỊ KH&CN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

4. KẾT LUẬN
Nhiệt độ tại lưỡi cắt trong quá trình tiện quay
giảm đáng kể so với tiện cố định. Vì vậy chất
lượng bề mặt gia công được cải thiện (nhám bề
mặt giảm), tuổi thọ của dao tiện tự quay cũng cao
hơn nhiều so với dao tiện cố định.

đến sự biến dạng ở vùng cắt ít. Chiều sâu cắt
tăng làm cho quá trình cắt không có hiện tượng
trượt, nhám sẽ giảm. Lượng chạy dao tăng làm
chiều dày cắt tăng, do đó biến dạng tăng, nhám
sẽ tăng.

Trong miền khảo sát, nhám bề mặt chịu sự ảnh
hưởng nhiều nhất của lượng chạy dao, tiếp đến
là chiều sâu cắt và cuối cùng là tốc độ cắt. Sự
ảnh hưởng của tốc độ cắt đến nhám bề mặt
không nhiều có thể giải thích bởi do dao quay,
nên nhiệt độ vùng cắt thay đổi không nhiều dẫn

Hướng nghiên cứu tiếp theo ta có thể mở rộng
miền thực nghiệm, nghiên cứu ứng dụng tiện
quay các loại vật liệu khó gia công, tối ưu hóa
thông số dụng cụ để đạt chất lượng bề mặt gia
công tốt hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Motofumi Kuroda, Tetsuya Myoji, Hikotaro
Itani, Katsutoshi Itakura. Improvement of
cutting efficiency by rotary tool. Mitsubishi
Heavy Industries, Ltd. Technical review.
Vol.37. No.1, 2012, 24-28.

[2]. Nikhil NS, Lalu PP, Biju CV. Investigation of
machinability of self propeled rotary cutting
tool. International journal of research in
aeronautical and mechanical engineering.
Vol.1, 2012, 84-93.

[4]. Utku Olgun, Erhan Budak. Machining of
difficult to cut alloys using rotary turning
tools. 14th CIRP Conference on Modeling of

Machining Operations. 2013, 81-87.
[5]. Nguyễn Đắc Lộc và các tác giả. Sổ tay Công
nghệ chế tạo máy, tập 2. NXB Khoa học và
Kỹ thuật. Hà Nội. 2007.
[6]. Nguyễn Minh Tuyển. Quy hoạch thực
nghiệm. NXB Khoa học và Kỹ thuật. Hà Nội.
2011.

[3]. Spinning Tool. A Revolution In Turning
Operations. dmgmoriseikiusa.com.

A STUDY ON OPTIMIZING SOME TECHNOLOGY PARAMETERS FOR
HARD TURNING OF SKD11 USING ROTARY TOOL.
ABSTRACT:
In this study, the general information of rotary
turning will be shown; the optimization of
technology parameters will help to reduce surface
roughness when turning steel SKD11 after
annealing by self-propelled rotary tool. Some
technology parameters of investigation are
included depth of cut (t), feed rate (S), cutting

speed (V) and surface roughness (Ra ). The
experiments of rotary tool process are carried out
base on the strategies for planning experiments
using orthogonal arrays level II method. The
result of the study showed that the minimum value
of surface roughness Ra = 0,78 µm at V = 135
m/min, S=0,16 mm/rev, t = 0,64 mm.

Keywords: rotary turning, hard turning, surface roughness, optimization

Trang 222