Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng sản phẩm khi gia công lỗ bậc trên máy phay CNC DMG 635

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Đôc lập — Tự do — Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ
công trình nghiên cứu nào khác.
Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên cứu
nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận đánh giá
luận văn của Hội đồng khoa học.
Hà Nội, ngày tháng....năm

Người cam đoan

(Tác giả kỷ và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, em xin kính gửi
lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:
Thầy PGS TS. Đặng Thiện Ngôn - Thầy hƣớng dẫn thực hiện luận văn đã tận
tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên em trong suốt quá trình thực hiện.
Quý thầy cô tham gia trong công tác giảng dạy và hƣớng dẫn em cũng nhƣ lớp
cao học kỹ thuật cơ khí K22
Quý thầy, cô giảng dạy tại khoa Cơ khí Chế tạo máy, phòng Đào tạo – bộ phận
sau đại học – Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp đã giúp đỡ ngƣời thực hiện trong thời
gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng.
Kính gửi lời cảm tạ tới BGH trƣờng Đại học Lâm Nghiệp đã tạo điều kiện
thuận lợi cho cho các học viên tại trƣờng đƣợc học tập và nghiên cứu.
Kính chúc Quý thầy, cô dồi dào sức khỏe.

Học Viên Thực Hiện

Nguyễn Văn Hiếu


BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐAI HOC LÂM NGHIỆP
Đôc Ỉâp - Tự do - Hạnh phúc

BẢN NHẬN XÉT
Của ngƣời hƣớng dẫn luận văn thạc sĩ
Họ và tên ngƣời hƣớng dẫn: ............................................................................................
Họ và tên học viên: ..........................................................................................................
Chuyên ngành: .................................................................................................................
Khóa học: .........................................................................................................................
Nội dung nhận xét:
1. Tinh thần, thái độ làm việc, ý thức tổ chức kỷ luật: ....................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
2. Về năng lực và trình độ chuyên môn:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
3. Về quá trình thực hiện đề tài và kết quả của luận văn:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
4. Đồng ý cho học viên bảo vệ luận văn trƣớc Hội đồng: □ Có □ Không
Hà Nội, ngày .......... tháng....năm .......

Người nhận xét

(Người hướng dẫn ký và ghi rõ họ
tên)


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..........................................................1
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. ........................................................................................2
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. ................................................................2
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ................................................................................2
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN .........................................3
6. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƢỢC. .............................................................................3
CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN....................................................................................4
1.1. LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SKD61: .................................................4
1.2. VAI TRÒ THÉP SKD 61 ......................................................................................5
1.3. PHAY CỨNG VẬT LIỆU SKD61 VÀ NHỮNG LƢU Ý VỀ CHẾ ĐỘ CẮT. ...................6
1.4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT GỌT KIM LOẠI ...............................................................7
1.5. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ PHAY ................................................................9
1.6. ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY.....................................................................15
1.7. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NGOÀI NƢỚC ĐÃ CÔNG BỐ. ..................................25
1.8. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG VÀ NGHIÊN CỨU MÁY PHAY KIM LOẠI Ở TRONG NƢỚC. .31
CHƢƠNG 2..............................................................................................................37
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ...........................................................................37
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT LỰC TÁC DỤNG CỦA PHẦN TỬ CẮT LÊN PHÔI .....................37
2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH PHAY ...............................................................39
2.2.1. Các yếu tố chế độ cắt ......................................................................................39
2.2.1.2. Lượng chạy dao S .........................................................................................39
2.2.2. Thông số hình học lớp cắt khi phay ................................................................40

2.2.2.1. Chiều sâu phay t0 .........................................................................................40
2.2.2.2. Chiều rộng phay B (mm) ..............................................................................41
2.2.2.3. Góc tiếp xúc  ............................................................................................41


2.2.2.4. Số răng đồng thời tham cắt n .......................................................................42
2.2.2.5. Chiều dày cắt a (mm) ...................................................................................42
2.2.2.6. Chiều rộng cắt b (mm) .................................................................................46
2.2.2.7. Diện tích cắt khi phay ..................................................................................46
2.2.3. Lực cắt khi phay ..............................................................................................46
2.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN LỰC CẮT..........................................................49
2.3.1. Ảnh hưởng của bề rộng và chiều sâu cắt đến lực cắt PZ ................................49
2.3.2. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến lực cắt ........................50
2.3.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến lực cắt..................................................51
2.3.4. Ảnh hưởng của vật liệu dao tới lực cắt ...........................................................53
2.3.5. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt .............................................................53
2.3.6. Ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt ...........................55
2.4. XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ PHAY .................................................................................59
2.4.1.Xác định chiều sâu cắt t (mm) ..........................................................................59
2.4.2. Xác định lượng chạy dao fz (mm/răng) ...........................................................59
2.4.3. Xác định tốc độ cắt khi phay ...........................................................................60
CHƢƠNG 3..............................................................................................................62
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC
NGHIỆM ..................................................................................................................62
3.1. PHƢƠNG PHÁP QUI HOẠCH THỰC NGHIỆM ......................................................62
3.2. PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁM TỐI ƢU ĐA MỤC TIÊU .......................................65
CHƢƠNG 4..............................................................................................................69
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHI GIA CÔNG LỖ BẬC TRÊN MÁY
PHAY CNC DMG 635 ............................................................................................69
4.1. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ....................................................69

4.1.1. Chọn phương pháp nghiên cứu .......................................................................69
4.1.2. Chọn hàm mục tiêu nghiên cứu .......................................................................69
4.1.3. Chọn tham số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu ...................................................72


4.2. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM MỤC TIÊU........................................................73
4.2.1. Phương pháp xác định chi phí điện năng riêng ..............................................73
4.2.2. Phương pháp xác định độ nhám bề mặt gia công ...........................................74
4.3. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ DỤNG CỤ ĐO. ...........................................................74
4.3.1. Thiết bị thí nghiệm ..........................................................................................74
4.3.2. Dụng cụ đo ......................................................................................................77
4.4. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM .....................................................78
4.4.1. Kiểm tra số liệu thí nghiệm và xác định số lần lặp lại tối thiểu .....................78
4.4.2. Xác định mô hình toán học..............................................................................79
4.4.3. Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai ........................................................79
4.4.4. Kiểm tra giá trị có nghĩa của hệ số hồi qui ....................................................80
4.4.5. Kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi qui .......................................80
4.4.6. Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình hồi qui ...........................................81
4.4.7. Chuyển phương trình hồi qui về dạng thực ....................................................81
4.5. TỔ CHỨC THÍ NGHIỆM .....................................................................................82
4.6. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐƠN YẾU TỐ .................................................................83
4.6.1. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám và chi phí điện
năng riêng .................................................................................................................83
4.6.1.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí điện năng riêng ..............................84
4.6.1.2 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt ..........................................85
4.6.2. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám và chi phí
điện năng riêng .........................................................................................................86
4.6.2.1 Ảnh hưởng của lượng chạy dao (fz) đến chi phí điện năng riêng .................86
4.6.2.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao (fz) đến độ nhám bề mặt .............................87
4.6.3. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám và chi phí điện

năng riêng .................................................................................................................88
4.6.3.1. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt (t) đến chi phí điện năng riêng .....................89
4.6.3.2. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt( t) đến độ nhám bề mặt .................................89
4.7. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐA YẾU TỐ ...................................................................90


4.7.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của thông số đầu vào ..........91
4.7.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm .......................................................................91
4.7.3. Tổ chức thí nghiệm đa yếu tố ..........................................................................92
4.7.3.1. Tiến hành thí nghiệm thăm dò......................................................................92
4.7.3.2. Kết quả thí nghiệm .......................................................................................93
4.7.4. Kết quả xác định hàm tương quan với các thông số ảnh hưởng ....................94
4.8. XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ TỐI ƢU CỦA THAM SỐ ẢNH HƢỞNG ....................................96
4.8.1. Lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu ...................................................96
4.8.2. Xác định giá trị thông số sử dụng hợp lý của máy phay CNC DGM 635.......99
4.8.3. Thực nghiệm phay theo chế độ tối ưu .............................................................99
KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG CỦA ĐỀ TÀI ..................................................101
1. KẾT LUẬN ........................................................................................................101
2. KHUYẾN NGHỊ ..................................................................................................101
TÀI LIÊU THAM KHẢO ....................................................................................102


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tên

Đơn vị

Nr

Chi phí năng lƣợng riêng

kWh/m3

Nđ

Công suất chi phí của động cơ

kW

T

Thời gian làm việc để thực hiện đƣợc khối lƣợng công việc M

giây

M

Khối lƣợng công việc thực hiện trong thời gian T

m3

Nc

Công suất của máy

kW

m

Hiệu suất của máy

Kt

Hệ số quá tải cho phép

Pz

Lực tiếp tuyến

N

Py

Lực hƣớng kính

N

Px

Lực chạy dao

N

Vz

Tốc độ cắt

vòng/ph

Vx

Tốc độ chạy dao

m/p

Cp

Hệ số phụ thuộc tính chất của vật liệu gia công

Cv

Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công

Ra

Sai lệch trung bình số học của profin (độ nhám bề mặt gia công)

Rz

Chiều cao nhấp nhô trung bình của profin

Vc

Vận tốc cắt

m/phút

fz

Lƣợng ăn dao

mm/răng

t

Chiều sâu cắt

mm

hz

Mức độ mòn mặt sau của dao cắt



Góc nghiêng chính

Độ

1

Góc nghiêng phụ

Độ



Góc mũi dao

Độ



Góc trƣớc

Độ



Góc sau chính

Độ

m




Góc cắt

Độ



Góc sắc

Độ

c

Số lƣợng nhóm

K

Khoảng chia nhóm

a

Số tổ đƣợc chia

n

Số lần thí nghiệm

xmax, min

Trị số thu nhập lớn nhất, bé nhất của đại lƣợng nghiên cứu

St

Sai tiêu chuẩn

S%

Hệ số biến động

R

Phạm vi biến động

Sk

Độ lệch

Ex

Độ nhọn

L

Số tổ hợp

M

Số lần lặp

%

Sai số tƣơng đối

Ῡ

Giá trị trung bình của đại lƣợng nghiện cứu

Gtt

Tính đồng nhất theo tiêu chuẩn Kohren

S2max

Phƣơng sai lớn nhất trong N thí nghiệm

F

Giá trị tính toán theo tiêu chuẩn Fisher

N

Tổng số thí nghiệm

e

Khoảng biến thiên

R

Hệ số đơn định

T

Giá trị chuẩn Student


I

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng

Tên bảng biểu

Trang

1.1

Các thông số thành phần cơ bản của vật liệu SKD61

4

1.2

Nhiệt luyện và độ cứng

5

1.3

Các giá trị thông số độ nhám bề mặt (TCVN 2511 - 78)

20

1.4

Các giá trị tiêu chuẩn của Ravà Rz

20

1.5

Chọn trị số nhám bề mặt theo cấp chính xác kích thƣớc

25

2.1

Xác định hệ số cv

38

Kết quả độ nhám và chi phí điện năng riêng khi làm thí
4.1

65
nghiệm thay đổi vận tốc cắt
Kết quả độ nhám và chi phí điện năng riêng khi làm thí

4.2

67
nghiệm thay đổi lƣợng chạy dao
Kết quả độ nhám và chi phí điện năng riêng khi làm thí

4.3

69
nghiệm thay đổi chiều sâu cắt

4.4

Mức thí nghiệm của các thông số đầu vào

72

4.5

Bảng ma trận thí nghiệm Boks - Benken 3 thông số dầu vào

73

4.6

Kết quả đa yếu tố độ nhám và chi phí điện năng riêng

74

4.7

Kết quả thí nghiệm phay lỗ bậc theo chế độ tối ƣu

87


II

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Tên hình, đồ thị

Hình

Trang

1.1

Hệ thống công nghệ

7

1.2

Chuyển động cơ bản của dao khi phay

8

1.3

Phay nghịch

10

1.4

Phay thuận

11

1.5

Dao phay mặt trụ

12

1.6

Dao phay góc

12

1.7

Dao phay đĩa

12

1.8

Dao phay ngón

13

1.9

Khả năng công nghệ của dao phay

14

1.10

Các loại nhấp nhô trên bề mặt chi tiết

15

1.11

Ảnh hƣởng đến tính chống mòn

16

1.12

Ảnh hƣởng đến độ bền mỏi của chi tiết

16

1.13

Ảnh hƣởng đến tính chống ăn mòn

17

1.14

Ảnh hƣởng đến tính chống ăn mòn

17

1.15

Prôphin bề mặt

18

1.16

Prôphin bề mặt

19

1.17

Kí hiệu độ bóng theo Ra và Rz

19

1.18

Cách ghi ký hiệu nhám bề mặt

21

1.19

Cách ghi ký hiệu nhám bề mặt

22

1.20

Cách ghi ký hiệu nhám bề mặt

22


III

1.21

Ký hiệu nhám khi tất cả bề mặt có cùng độ nhám

23

1.22

Ký hiệu nhám khi có một số bề mặt cùng độ nhám

23

1.23

Ký hiệu nhám cho bề mặt có hai mức dộ nhám khác nhau

23

1.24

Ký hiệu nhám của mặt răng và then hoa

24

1.25

Ký hiệu nhám bề mặt làm việc của ren

24

2.1

Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do

37

2.2

Tốc độ cắt khi phay

39

2.3

Thông số lớp cắt khi phay (phay bằng dao trụ)

40

2.4

Phay đối xứng

41

2.5

phay không đối xứng

41

2.6

Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay trụ

43

2.7

Chiều dày cắt a, chiều rộng cắt b khi phay mặt đầu

44

2.8

Các thành phần lực cắt khi phay

47

2.9

Ảnh hƣởng của vật liệu dao tới lực cắt

53

2.10

Lực cắt PZ phụ thuộc vào tốc độ cắt v và góc trƣớc γ khi gia

54

công
2.11

Lực cắt PZ phụ thuộc vào v khi gia công gang

55

2.12

Chiều dài đoạn tiếp xúc của dao và chi tiết theo mặt sau

55

2.13

Ảnh hƣởng của góc nghiêng λ đến các lực cắt PZ, PY, PX

57

2.14

Ảnh hƣởng của vật liệu dao đến lực cắt

59

4.1

Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi

71

4.2

Máy phay cnc DMG 635

75


IV

4.3

Kích thƣớc phôi

76

4.4

Gá dao vào đầu kẹp

76

4.5

Thiết bị đo Fluke nối máy tính

77

4.6

Máy đo nhám TR 200

77

4.7

Tổ chức thí nghiệm

82

4.8

Kết quả đo chi phí điện năng riêng

83

4.9

Sản phẩm thí nghiệm lỗ bậc 30x5mm

83

4.10

Biểu đồ thể hiện ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến độ nhám và

85

chi phí điện năng riêng
4.11

Biểu đồ thể hiện ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao đến độ

87

nhám và chi phí điện năng riêng
4.12

Biểu đồ thể hiện ảnh hƣởng của chiều sâu cắt đến độ nhám

90

và chi phí điện năng riêng
4.13

Quá trình thí nghiệm đa yếu tố

92

4.14

Kết quả đo chi phí điện năng riêng

93

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Theo báo cáo thống kê của bộ Công Thƣơng tăng trƣởng của ngành công
nghiệp tăng 9-10%, trong đó ngành chế tạo máy tăng 8-9%, tổng giá trị của ngành
chế tạo máy thực hiện măn 2014 ƣớc đạt 30 tỷ USD, đã tạo ra hàng triệu việc làm
cho xã hội, đóng góp quan trọng vào phát triển kinh tế xã hội của đất nƣớc
Thực hiện nghị quyết đại hội lần thứ 11 của Đảng, phấn đấu đến năm 2020
đƣa nƣớc ta trở thành nƣớc công nghiệp theo hƣớng hiện đại. Để thực hiện đƣợc
nhiệm vụ này Chính phủ đã có nhiều chính sách khuyến kích các doanh nghiệp đầu
tƣ xây dựng các nhà máy chế tạo, đầu tƣ phát triển công nghiệp phụ trợ để Việt Nam
có thể chế tạo ra các sản phẩm cơ khí có chất lƣợng cao đáp ứng nhu cầu trong nƣớc
và xuất khẩu.
Ở Việt Nam việc nghiên cứu chế độ sử dụng hợp lý cho từng đối tƣợng vật
liệu khi gia công và cho từng loại nguyên công chƣa đƣợc quan tâm, chƣa có nhiều
công trình, tài liệu đƣợc công bố để khuyến cáo các đơn vị sử dụng các máy công cụ
thực hiện nhằm mang lại năng suất chất lƣợng và giảm chi phí tiêu thụ điện năng
góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất chế tạo máy.
Máy phay CNC DMG 635 đƣợc sử dụng khá phổ biến hiện nay ở các dây
chuyền chế tạo máy, công dụng chủ yếu là làm khuôn mẫu, gia công chi tiết chính
xác, phay lỗ bậc, phay rãnh then, khoan, doa..., mỗi một nguyên công khác nhau,
mỗi một loại vật liệu khác nhau đều có chế độ phay khác nhau. Việc xác định chế
độ phay sao cho năng suất cao, chất lƣợng đáp ứng yêu cầu và chi phí năng lƣợng
riêng nhỏ nhất là rất cần thiết và có ít công trình nghiên cứu đƣợc công bố.
Với những lý do đã đƣợc trình bày ở trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí năng lượng riêng và
chất lượng sản phẩm khi gia công lỗ bậc trên máy phay cnc DMG 635

2
2. Mục đích của đề tài.
Xuất phát từ những lý do thực hiện đề tài đã nêu ở trên chúng tôi đặt mục đích
nghiên cứu là:
- Xác định đƣợc ảnh hƣởng của một số thông số đến chất lƣợng sản phẩm và
chi phí năng lƣợng riêng khi phay lỗ bậc trên máy phay cnc DMG 635.
- Xác định đƣợc chế độ cắt sử dụng hợp lý cho máy phay CNC DMG 635.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
a. Các đối tượng nghiên cứu trong đề tài như sau:
- Chế độ cắt khi phay (trên máy phay CNC DMG 635)
- Thép SKD61 thƣờng đƣợc áp dụng khi sản xuất khuôn mẫu. Vật liệu này
thuộc nhóm thép hợp kim Crôm Molybden Vanadium gia công nóng.

- Dụng cụ cắt là dao phay ngón kí hiệu: 16050IBC32P
Đƣờng kính dao 16mm, chiều dài cán dao l = 92 mm.Xuất xứ là sản phẩm của
hãng Sandvik
b. Phạm vi nghiên cứu:
- Chỉ nghiên cứu công việc phay lỗ bậc.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.
 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Dựa vào lý thuyết "Nguyên lý và dụng cụ cắt" [9], [20], [22] để phân tích
lực tác dụng lên phần tử cắt, thiết lập công thức lực cắt khi phay, phân tích các yếu
tố ảnh hƣởng đến lực cắt khi phay và xác định chế độ phay hợp lý.
 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Phƣơng pháp đo các đại lƣợng nghiên cứu trong luận văn đƣợc thực hiện
theo phƣơng pháp đo lƣờng các đại lƣợng điện bằng thiết bị đo điện chuyên
dụng. Nội dung của phƣơng pháp cũng nhƣ việc xử lý các kết quả thực
nghiệm đƣợc trình bày trong các tài liệu [12], [13], [14].

- Việc tổ chức và tiến hành thí nghiệm xác định chi phí năng lƣợng riêng,
đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp thống kê toán học và phƣơng pháp kế
hoạch hoá thực nghiệm, việc lập kế hoạch và tổ chức thực nghiệm cũng nhƣ


3
xử lý các số liệu thí nghiệm đƣợc trình bày rõ trong các tài liệu [13], [14],
[19].
- Sử dụng phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu để tìm ra chế độ sử dụng hợp
lý của máy phay cnc DMG 635
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của luận văn đã xác định đƣợc qui
luật ảnh hƣởng của vận tốc cắt, chiều sâu cắt và lƣợng chạy dao đến độ nhám bề
mặt sản phẩm và chi phí điện năng riêng, từ qui luật ảnh hƣởng này là cơ sở khoa
học cho việc xác định chế độ sử dụng hợp lý của máy khi phay lỗ bậc trên máy
phay CNC DMG 635
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận văn đã xác định đƣợc thông
số sử dụng hợp lý của máy để nâng cao chất lƣợng sản phẩm và giảm chi phí điện
năng, kết quả nghiên cứu này góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng phay CNC DMG
635 trong thực tế sản xuất
6. Kết quả dự kiến đạt đƣợc.
Đề tài này đã giải quyết đƣợc vấn đề đặt ra là xác định đƣợc ảnh hƣởng của chế
độ cắt đến chất lƣợng bề mặt và chi phí điện năng riêng khi gia công.
Các kết quả chính đã đạt đƣợc bao gồm:
- Phân tích và khảo sát đƣợc mức độ ảnh hƣởng của vận tốc cắt và lƣợng chạy
dao đến chất lƣợng bề mặt và chi phí điện năng riêng khi gia công.
- Xác định đƣợc vùng thông số cắt hợp lý thoả mãn đồng thời hai chỉ tiêu về
chất lƣợng bề mặt và chi phí điện năng riêng.
- Chỉ ra đƣợc nguyên tắc xác định vùng chế độ cắt hợp lý cho hai chỉ tiêu nói
trên.

4

CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1. Lý thuyết tổng quan về vật liệu SKD61:
Vật liệu SKD 61 là thép hợp kim gia công nóng 2344 theo tiêu chuẩn JIS G4404 của Nhật bản. Vật liệu này, theo tiêu chuẩn của Mỹ có ký hiệu là AISI H13. Các
thông số thành phần cơ bản của vật liệu này đƣợc trình bày trong bảng 1.1
1.1: Các thông số thành phần cơ bản của vật liệu SKD61.
Mác thép
SKD61

C

Si

Mn

Cr

Mo

V

0.32-0.42

0.8-1.2

< 0.5

4.5-5.5

1.0-1.5

0.8 ÷ 1.2

P

S

< 0.03

<0.03

Đặc đểm của vật liệu n{y l{ thuộc nhóm thép hợp kim Crôm Molybden
Vanadium gia công nguội, , độ dai nóng cao, truyền nhiệt tốt, không bị nứt khi nhiệt
cao, kích thƣớc ổn định sau khi nhiệt luyện, độ cứng sau khi nhiệt luyện đạt khoảng 53
HRC. Vật liệu SKD61 đƣợc sử dụng phổ biến cho gia công nóng, khuôn đúc áp lực,
khuôn rèn dập, dao cắt nóng, v.v...
Việc xác định chế độ cắt khi phay cứng vật liệu SKD61 phụ thuộc vào độ cứng
vững của hệ thống công nghệ, công suất của máy, phạm vi làm việc của dụng cụ cắt và
độ bóng yêu cầu của chi tiết gia công. Để nghiên cứu và xác định đƣợc chế độ cắt hợp
lý phải thực hiện bằng phƣơng pháp thực nghiệm bao gồm một loạt các thí nghiệm
đƣợc lặp lại nhiều lần trong những điều kiện không đổi để có khả năng ghi nhận kết
quả. Điều kiện thí nghiệm đƣợc xác định bằng những yếu tố (hoặc những biến số)
không phụ thuộc. Trong đề tài nghiên cứu của luận văn, tác giả đề cập đến các yếu tố
nghiên cứu ảnh hƣởng của tốc độ cắt, lƣợng chạy dao ảnh hƣởng tới đối tƣợng nghiên
cứu là thời gian cắt và độ nhám bề mặt sau khi gia công.Với kết quả của các thí
nghiệm cho phép ta xây dựng đƣợc quan hệ ảnh hƣởng này dƣới dạng hàm y = f(xi, x2

5
1.2: Nhiệt luyện v{ độ cứng:
Ủ
Nhiệt
Môi
Độ cứng
độ trường (HRB)
C
830Làm
< 248
880 nguội
chậm

Tôi

Ram

Nhiệt độ
C

Môi
trường

10001050

Làm nguội
bằng khí

Nhiệt

độ
C
150200

9801030

Làm nguội
bằng khí

500580

Môi
trường

Độ
cứng
(HRC)

Làm
nguội
bằng khí

> 58

1.2. Vai trò thép SKD 61
Hiện nay nhiều phần mềm thiết kế và lập kế hoạch sản xuất đã ra đời với
những tính năng nổi trội có thể giúp con ngƣời khắc phục nhiều khó khăn trong quá
trình hoạt động sản xuất. Bên cạnh đó, việc áp dụng công nghệ thông tin phục vụ
cho hoạt động sản xuất sẽ làm giảm đáng kể giá thành sản phẩm, đa dạng hoá sản
phẩm, nâng cao độ tin cậy, đảm bảo sức khoẻ và điều kiện làm việc cho con ngƣời.

Ứng dụng công nghệ thông tin vào sản xuất sẽ nhanh chóng chuyển đổi các quá
trình sản xuất theo kiểu truyền thống sang sản xuất công nghệ cao (CNC), nhờ đó,
các giai đoạn thiết kế và chế tạo khuôn mẫu từng bƣớc đƣợc tự động hoá
(CAD/CAM). Trong đó CAD là thiết kế với sự trợ giúp của máy tính điện tử, CAM
là sản xuất với sự trợ giúp của máy tính điện tử, còn đƣợc gọi là gia công điều khiển
số.
Song song với việc áp dụng tiến bộ của công nghệ thông tin vào sản xuất thì
việc chọn ra những loại vật liệu phù hợp với sản phẩm là điều cũng hết sức quan
trọng. Tuỳ thuộc vào tính chất và điều kiện làm việc của khuôn mẫu mà chọn vật
liệu làm khuôn sao cho đáp ứng đƣợc những yêu cầu về giá thành và yêu cầu kỹ
thuật của khuôn mẫu.
Vật liệu SKD 61 là loại thép công cụ hợp kim cao.Trong ngành sản xuất
khuôn mẫu,có vai trò rất quan trong trong việc chế tạo khuôn gia công nguội,dập
cán - kéo - cắt - chấn kim loại và làm trục cán, công cụ - chi tiết đột dập,lƣỡi cƣa…
Tại Việt Nam thƣờng dùng để làm các khuôn lớn dập tôn silic, làm bánh cán ren.
Với ƣu điểm của vật liệu SKD 61 là tính chịu mài mòn tốt có tính tôi cứng cao,độ
thấm tôi tuyệt vời và ứng suất tôi là thấp nhất, độ biến dạng sau xử lý nhiệt thấp.


6
1.3. Phay cứng vật liệu SKD61 và những lƣu ý về chế độ cắt.
Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về vật liệu làm khuôn và những ƣu điểm
của phƣơng pháp gia công sau nhiệt luyện, cụ thể là phƣơng pháp phay cứng vật
liệu làm khuôn SKD61. Dựa vào điều kiện thực tiễn của nền sản xuất trong nƣớc
khi gia công các loại vật liệu khó gia công và điều kiện trang thiết bị hiện có tại
Việt nam. Đề tài xây dựng những điều kiện và nhiệm vụ nghiên cứu lý thuyết và
thực nghiệm về ảnh hƣởng của chế độ cắt tới năng suất cắt và độ nhẵn bóng bề mặt
sau khi phay thép làm khuôn SKD61 có độ cứng 45 ^ 48 HRC. Đối tƣợng, thiết bị
và điều kiện thí nghiệm đƣợc xác định với những yêu cầu cụ thể sau:
❖ Vật liệu gia công là thép SKD61 có thành phần hoá học sau khi phân tích

quang phổ phải đáp ứng đƣợc các thông số theo tiêu chuẩn JIS - G4404 [17]
của Nhật bản. Đây là loại thép đại diện cho nhóm thép phổ biến trong lĩnh
vực làm khuôn, đặc biệt là khuôn đùn ép, khuôn dập nóng.
❖ Máy phay CNC đảm bảo độ chính xác và chế độ cắt đƣợc điều khiển vô cấp

để đáp ứng đƣợc việc điểu chỉnh các thông số theo tính toán.
❖ Dụng cụ cắt tiêu chuẩn của hãng SANDVIK bản đảm bảo tính năng cắt gọt

ổn định.
❖ Các thông số đƣợc quan tâm nghiên cứu là: vận tốc cắt V (m/p), lƣợng chạy

dao fz (mm/răng). Các thông số này đã đƣợc những nghiên cứu trƣớc khằng
định là có ảnh hƣởng đến nhám bề mặt và chi phí điện năng riêng. Điều này
cần đƣợc kiểm chứng qua thí nghiệm của nghiên cứu.
❖ Đảm bảo độ chính xác của các kết quả khảo sát. Các số liệu đo đạc thu đƣợc

khi nghiên cứu thực nghiệm đƣợc phân tích, xử lý, lƣu giữ, hiển thị... bằng
máy tính với các phần mềm hiện đại, tiên tiến.
❖ Tối ƣu hoá chế độ cắt khi phay đƣợc thực hiện bằng cách khảo sát cực trị các

hàm mục tiêu. Bằng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để tìm cực trị, giá
trị điểm tối ƣu, vùng tối ƣu. Từ đó rút ra đƣợc kết luận và hƣớng dẫn cụ thể
cho quá trình phay tinh phẳng thép làm khuôn SKD61.


7
1.4. Cơ sở lý thuyết cắt gọt kim loại
1.4.1 Đặc điểm và vai trò của gia công cắt gọt
Hiện nay có rất nhiều phương ph|p để gia công kim loại: Đúc, rèn, cán,

h{n ... song c|c phương ph|p n{y cơ bản là tạo phôi hoặc các sản phẩm thô sơ,
thường độ chính x|c v{ độ bóng không cao.
Để n}ng cao độ bóng v{ độ chính xác của các chi tiết theo yêu cầu kỹ thuật
thì phải tiến hành gia công bằng cắt gọt kim loại.
Cắt gọt kim loại là quá trình công nghệ tạo nên những sản phẩm cơ khí có
hình d|ng kích thước độ bóng bề mặt … theo yêu cầu kỹ thuật từ một phôi liệu
ban đầu nhờ sự cắt bỏ lớp kim loại dưới dạng phoi.
Gia công cắt gọt được thực hiện ở nhiệt độ bình thường của môi trường
(cả trước và sau nguyên công nhiệt luyện ). Nó cho độ bóng v{ độ chính xác cao
hơn c|c phương ph|p gia công h{n, đúc, rèn, dập nóng…
C|c phương ph|p cắt gọt kim loại cơ bản: tiện, phay, bào, khoan, khoét,
doa, chuốt, mài.
Phương ph|p gia công bằng cắt gọt chiếm 30% khối lượng công việc gia
công cơ khí v{ trong tương lai có thể nhiều hơn.
Hệ thống thiết bị dùng để hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt được gọi là hệ
thống công nghệ, bao gồm: Máy – Đồ gá – Dao – Chi tiết.

nh 1.1: ệ thống công nghệ
- Máy có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình cắt gọt.
- Đồ gá có nhiệm vụ x|c định và giữ vị trí tương quan chính x|c giữa dao, máy
và chi tiết gia công trong suốt quá trình gia công chi tiết.
- Dao có nhiệm vụ trực tiếp cắt bỏ lớp “kim loại thừa” ra khỏi chi tiết nhờ năng
lượng của máy cung cấp thông qua các chuyển động tương đối.


8
- Chi tiết gia công l{ đối tượng của quá trình cắt gọt. Mọi kết quả của quá trình
cắt đều được phản ảnh lên chi tiết gia công.
1.4.2. Các chuyển động cơ bản khi cắt gọt
Mỗi một loại máy cắt kim loại có quỹ đạo chuyển động tương đối giữa dao

và chi tiết kh|c nhau. Người ta phân ra ba loại chuyển động :
Chuyển động chính: (chuyển động cắt chính) là chuyển động cơ bản của
máy cắt được thực hiên qua dụng cụ cắt hay chi tiết gia công. Nó có thể là
chuyển động quay, tịnh tiến khứ hồi hoặc ở dạng kết hợp…
Ví dụ: Khi tiện chuyển động chính l{ chuyển động quay tròn của phôi g|
trên m}m cặp. Khi phay, khoan, m{i chuyển động chính l{ chuyển động quay
tròn của dao phay, khoan v{ đ| m{i; còn khi b{o v{ xọc l{ chuyển động tịnh tiến
khứ hồi qua lại v{ lên xuống của dao…
Chuyển động chạy dao: l{ chuyển động của dao hay chi tiết gia công nó kết
hợp với chuyển động chính tạo nên qu| trình cắt gọt.
Chuyển động chạy dao có thể liên tục hay gi|n đoạn. Chuyển động này
thường được thực hiện trong xu hướng vuông góc với chuyển động chính, cụ
thể :
- Khi tiện, chuyển động chạy dao là chuyển động ngang – dọc của bàn dao khi
cắt;
- Khi phay là chuyển động ngang- dọc- đứng của bàn máy mang phôi;
- Khi bào là chuyển động ngang (đứng) của bàn máy và chuyển động lên xuống
của đầu dao;
- Khi mài là chuyển đông tịnh tiến ngang (dọc) của bàn máy mang phôi hay trục
của đ| m{i.
- Khi khoan là chuyển động ăn xuống của mũi khoan.
Chuyển động phụ: là chuyển động không trực tiếp tạo ra phoi như chuyển
động tịnh tiến, lùi dao (không cắt vào phôi).

nh 1.2: Chuyển động cơ bản của dao khi phay
Để đặc trưng cho chuyển động chính, ta sử dụng hai đại lượng:


9
- L{ lượng dịch chuyển tương đối giữa lưỡi cắt và chi tiết gia công trong một

đơn vị thời gian (hoặc lượng dịch chuyển tương đối của một điểm trên bề mặt
chi tiết gia công v{ lưỡi cắt trong một đơn vị thời gian).
- Số vòng quay n (hoặc số hành trình kép) trong đơn vị thời gian.
Ta có công thức mối liên hệ giữa V v{ n như sau:
(1.1)
Trong đó:
D : Đường kính chi tiết gia công (mm).
“Khi tiện lỗ thì D l{ đường kính lỗ sau khi gia công, khi khoan D l{ đường
kính mũi khoan, khi phay D l{ đường kính dao phay, khi m{i D l{ đường kính
của đ| m{i“.
n : số vòng quay của chi tiết gia công trong một phút (vòng/phút).
1.4.3. Chuyển động chạy dao và lượng chạy dao
Là quãng đƣờng tƣơng đối của lƣỡi cắt so với chi tiết theo phƣơng chuyển
động chạy dao sau một đơn vị thời gian, sau một vòng quay của phôi hay sau một
hành trình kép. Lƣợng chạy dao có thể là lƣợng chạy dao vòng, lƣợng chạy dao
phút …
Khi tiện, lƣợng chạy dao S là lƣợng dịch chuyển của dao theo phƣơng chạy
dao dọc theo bề mặt gia công sao một vòng quay của phôi (mm/vg).
Khi bào và xọc lƣợng chay dao S là lƣợng dịch chuyển của dao hay bàn máy
sau một hành trình kép của bàn máy (hoặc dao) – mm/h.t.kép.
Đối với dao nhiều lƣỡi cắt nhƣ dao phay có thể tính lƣợng chạy dao sau một
răng dao (mm/rg), lƣợng chạy dao sau một vòng quay của dao (mm/vg), lƣợng chạy
dao sau một phút làm việc của dao (mm/ph).
1.4.4. Chuyển động phụ và chiều sâu cắt
Là chiều sâu lớp kim loại bị hớt đi sau một lần cắt (hoặc là khoảng cách giữa
hai bề mặt đã và chƣa gia công kề nhau đo theo phƣơng vuông góc với phƣơng chạy
dao).
=> Tập hợp các yếu tố vận tốc cắt V, chiều sâu cắt t, lƣợng chạy dao S gọi là chế
độ cắt
1.5. Cơ sở lý thuyết công nghệ phay

1.5.1. Tổng quan về phương pháp gia công phay


10
Phay là phƣơng pháp gia công kim loại sử dụng dao cắt có nhiều lƣỡi cắt.
Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của dao, chuyển động chạy dao là
chuyển động thẳng theo các phƣơng ngang, dọc, và thẳng đứng do bàn máy thực
hiện.
Tốc độ cắt khi phay đƣợc tính theo công thức:
(1.2)

Trong đó: D – đƣờng kính của dao phay [mm]
n- số vòng quay của dao [vòng/phút].
Lƣợng chạy dao khi phay đƣợc xác định bằng một trong ba yếu tố:
- Lƣợng chạy dao răng (fz) là lƣợng dịch chuyển của chi tiết trong thời gian
một răng (1 lƣỡi cắt) của dao phay ăn vào kim loại, đơn vũ là mm/răng.
- Lƣợng chạy dao vòng là lƣợng dịch chuyển của chi tiết khi dao phay quay
đƣợc một vòng, kí hiệu là Sv và có đơn vị là mm/vòng.
- Lƣợng chạy dao phút là lƣợng dịch chuyển của chi tiết sau thời gian một phút,
ký hiệu là Sm và đơn vị là mm/phút.
Nhƣ vậy mối quan hệ giữa các loại lƣợng chạy dao trên nhƣ sau:
Sm = Sv.n = fz.Z.n [mm/phút]. (1.3)
Trong đó:
Z – số răng (số lƣỡi cắt ) của dao phay.
n- số vòng quay của dao sau một phút.
Khi phay có thể thực hiện theo hai phƣơng pháp:
-Phay thuận là khi hƣớng tịnh tiến của phôi trùng chiều quay của dao.
-Phay nghịch là phƣơng hƣớng chuyển động của phôi ngƣợc chiều quay của dao

nh 1.3: Phay nghịch

11

Hình 1.4: Phay thuận
Khi phay thuận, chiều dày của phần cắt thay đổi từ amax đến không. Dao
phay tạo nên lực ép phôi xuống bàn máy. Không gây hiện tƣợng trƣợt khi ăn dao
nên độ bóng bề mặt tốt hơn phay nghịch. Sự va đập giữa dao và chi tiết lớn . Phù
hợp với gia công tinh. Khi phay nghịch quá trình cắt ít bị va đập, máy và dao ít bị
hỏng hơn, phù hợp với phay thô.
Ưu điểm của phay nghịch là chiều dai cắt tăng từ amin=0 đến amax, nên lực
cắt tăng từ từ, tránh đƣợc va đập, lực tác dụng theo phƣơng tiến có tác dụng làm
khích giữa đai ốc và vít me của bàn máy , không tạo ra độ rơ không gây ra rung
động.
Nhược điểm là ở thời điểm đầu khi răng mới vào cắt, chiều dày cắt a min=0
nên xảy ra hiện tƣợng trƣợt giữa lƣỡi cắt và bề mặt gia công, làm cho độ nhẵn bề
mặt gia công kém và làm dao mòn nhanh. Do đó phay nghịch chỉ dùng để gia công
thô.
Ưu điểm của phay thuận là không có hiện tƣợng trƣợt lúc lƣỡi cắt mới vào cắt
vỡ chiều dầy lƣỡi cắt thay đổi từ amax đến amin. Do vậy dao ít mòn tuổi bền dao
tăng lên, đô nhẵn bề mặt cao.
Nhược điểm là khi mới vào cắt có va đập, dao dễ vỡ,rung động lớn …Lực cắt
theo phƣơng tiến dao làm cho sự ăn khớp giữa vít me và đai ốc ở bàn máy không
liên tục …
Nếu ta cắt với chiều dầy cắt nhỏ thì lực va đập nhỏ ảnh hƣởng đến rung động
không đáng kể.
1.5.2. Các loại dao phay
Khác với dao tiện ,dao phay có rất nhiều lƣỡi cắt, các lƣỡi cắt này có thể chế tạo
liền với thân dao, có thể đƣợc chế tạo riêng gọi là răng chắp. Lƣỡi cắt đƣợc bố trí
trên mặt trụ, mặt đầu hoặc cả mặt trụ và mặt đầu. Tuỳ theo hình dạng , vị trí lƣỡi

cắt và cấu tạo, dao phay đƣợc chia thành các loại sau:


12

nh 1.5: Dao phay mặt trụ

nh 1.6: Dao phay góc

nh 1.7: Dao phay đĩa