Tài liệu Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi phay cứng vật liệu skd61

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 0- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT ðẾN ðỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY CỨNG VẬT LIỆU SKD61 PHAN THỊ HƯƠNG THÁI NGUYÊN – 2010 HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 1- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT ðẾN ðỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY CỨNG VẬT LIỆU SKD61 Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số: Học Viên: 60.52.04 PHAN THỊ HƯƠNG Người HD Khoa học : TS. NGUYỄN VĂN DỰ NGƯỜI HD KHOA HỌC HỌC VIÊN THỰC HIỆN TS. Nguyễn Văn Dự Phan Thị Hương BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ðẠI HỌC HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 2- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan các kết quả ñược trình bày trong luận văn này là hoàn toàn do bản thân thực hiện. Những kết quả này, theo hiểu biết của cá nhân tôi, chưa từng ñược công bố trên tài liệu khoa học nào, ngoài những thông tin tham khảo ñược trích dẫn. Thái nguyên, tháng 08 năm 2010 Phan Thị Hương HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 3- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM LỜI CÁM ƠN ðể có ñược kết quả của ñề tài trong trình bày trong luận văn này, trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến Tiến sỹ Nguyễn Văn Dự, giáo viên hướng dẫn khoa học của tôi, người ñã tận tình chỉ bảo, ñộng viên và giúp ñỡ cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Tôi xin trân trọng cám ơn Ban giám hiệu trường Cao ðẳng công nghiệp Việt ðức ñã tạo ñiều kiện ñể tôi ñược tham gia và hoàn thành khóa học này. Cám ơn Ban giám ñốc và các cán bộ nhân viên công ty TNHH Vạn Xuân ñã giúp ñỡ tôi trong việc chuẩn bị mẫu thí nghiệm. Xin ñược cám ơn tập thể giáo viên khoa Cơ khí Cắt gọt, trường Cao ñẳng công nghiệp Việt ðức ñã giúp ñỡ tôi trong việc gia công các mẫu thí nghiệm. Tôi cũng xin cám ơn anh Vũ Xuân Thoàn và tập thể cán bộ nhân viên phòng quản lý chất lượng công ty TNHH NN MTV DIEZEN Sông công ñã tạo ñiều kiện giúp tôi ño kiểm các mẫu sau mỗi bước thí nghiệm. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng cám ơn các thầy cô giáo, các bạn bè, ñồng nghiệp trường ðại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên ñã cùng thảo luận và hỗ trợ tôi trong suốt thời gian học tập. HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 4- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM TÓM TẮT Luận văn này trình bày một nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến năng suất gia công và ñộ nhám bề mặt khi phay cứng vật liệu SKD61. ðề tài tập trung ñánh giá và giải quyết một vấn ñề thực tế sản xuất ñang ñặt ra tại nhiều sơ sở sản xuất khuôn mẫu. Tuy phay cứng ñang ñược sử dụng rộng rãi ñể gia công khuôn mẫu, nhưng thường ñòi hỏi thêm nguyên công ñánh bóng bề mặt khá tốn kém mới ñạt yêu cầu. Sau khi phay và ñánh bóng khuôn mẫu SKD61 có ñộ cứng 45 ÷ 48HRC, ñộ nhám Ra thường ñạt ñược trong khoảng 0,63 ñến 0,36 micromet (khảo sát tại Công ty DISOCO và công ty TNHH Vạn Xuân, Sông công). Kết quả của nghiên cứu của tác giả ñã cho thấy có thể gia công cho ñộ nhám Ra thấp hơn 0,2 ñến 0,3 micromet nhưng vẫn ñạt năng suất cắt cao hơn so với thực tế ở cơ sở sản xuất. Khi chọn chế ñộ cắt phù hợp, phay cứng thậm chí có thể ñạt ñộ nhám Ra cỡ 0,11 µm. ðiều này cho phép việc ứng dụng phương pháp phay cứng thay cho mài và ñánh bóng trong sản xuất khuôn mẫu trở nên khả quan hơn. Nghiên cứu ñược thực hiện bằng thực nghiệm. Thiết kế thí nghiệm toàn phần trên cơ sở ứng dụng phần mềm Minitab ñã ñược triển khai ñể xây dựng các mô hình quan hệ giữa ñộ nhám bề mặt và năng suất cắt với các biến gia công bao gồm tốc ñộ cắt và lượng chạy dao. Hai biến này, qua phân tích thí nghiệm cho thấy, có ảnh hưởng mạnh nhất ñến nhám bề mặt khi phay cứng. Các thí nghiệm leo dốc ñược thiết kế và triển khai nhằm khảo sát quan hệ vào-ra trong một dải chế ñộ cắt thông dụng. Phương pháp bề mặt chỉ tiêu (RSM) ñược ứng dụng ñể xây dựng mô hình xác ñịnh chế ñộ cắt tối ưu trong một phạm vi giá trị ñộ nhám nhất ñịnh. Mức ñộ phù hợp của mô hình dự ñoán ñược phân tích bằng phương pháp phương sai (ANOVA). HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 5- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM Các thí nghiệm ñược thực hiện trên máy CNC cho phép gia công với tốc ñộ cắt cao và ñộ cứng vững tốt, sử dụng dao phay ngón bốn lưỡi phủ PVD – TiAlN trong ñiều kiện tưới tràn. Kết quả cho thấy, quá trình gia công ổn ñịnh, cho thấy khả năng triển khai ứng dụng trên các hệ thống gia công tương tự. Phương pháp thực nghiệm tối ưu hoá ña mục tiêu ñã xác ñịnh ñược dải chế ñộ cắt ñồng thời thoả mãn cả hai yêu cầu về nhám bề mặt và thời gian gia công. Cách tiếp cận này có thể áp dụng cho các dạng gia công tương tự. HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 6- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam ñoan ……………………………………………………………... 1 Lời cảm ơn ………………………………………………………………... 2 Tóm tắt …………………………………………………………………… 3 Mục lục …………………………………………………………………… 5 Danh mục các hình vẽ …………..………………………………………... 8 Danh mục các bảng biểu ………………………………………................. 10 Các ký hiệu viết tắt ……………………………………………………… 11 Chương I: GIỚI THIỆU ………………………………………………... 12 1.1. Tính cấp thiết của ñề tài……………………….. ……….………… 12 1.2. Mục tiêu và nội dung chính của ñề tài ………………………….…. 14 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu …………..……………………………… 14 1.2.2. Nội dung nghiên cứu …………………………………………. 14 1.3. Phương pháp nghiên cứu …………………………………………. 15 1.3.1. Nghiên cứu thực nghiệm ……………………………………... 15 1.3.2. Thiết kế thí nghiệm và xử lý kết quả …………………………. 16 1.4. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu ………………………………… 17 1.4.1. ðối tượng nghiên cứu ………………………………………… 17 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu …………………………………………... 18 1.5. Các kết quả chính ñã ñạt ñược …………………………………… 18 1.6. Bố cục luận văn …………………………………………………... 19 Chương II: TỔNG QUAN ……………………………………………… 20 2.1. Lý thuyết tổng quan về vật liệu khuôn mẫu SKD61 ……………... 20 HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 7- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM 2.2. Vai trò của vật liệu SKD61 trong ngành công nghiệp sản xuất 21 khuôn mẫu ..………………………………………………………. 2.3. Phay cứng vật liệu SKD61 và những lưu ý về chế ñộ cắt ………... 22 2.4. Các nghiên cứu gần ñây về gia công cứng và nhám bề mặt khi phay cứng …………………………………………………………. 23 2.5. Mô hình quy hoạch thực nghiệm …………………………………. 25 2.5.1. Chọn các thông số ñầu vào ………………………………….. 27 2.5.2. Chọn chỉ tiêu ñánh giá .……………………………………… 28 2.5.3. Qui hoạch trực giao toàn phần dạng 2k ..……………………... 28 2.5.4. Quy hoạch thí nghiệm trực giao bậc hai CCD (Quy hoạch Box - Wilson) ……………………………………………………... 30 2.5.5. Bài toán tối ưu không có ñiều kiện ràng buộc. ……………….. 32 2.6. Kết luận chương ………………………………………………….. 32 Chương III: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM ………………………………. 33 3.1. Vật liệu, máy, dao …………. ..…………………………………… 33 3.1.1. Vật liệu thí nghiệm …………………………………………… 33 3.1.2. Máy gia công CNC …………………………………………… 35 3.1.3. Dụng cụ cắt …………………………………………………… 37 3.2. Thiết bị ño ………………………………………………………... 37 3.3. Thiết kế thí nghiệm …………….…………………………………. 39 3.3.1. Thiết kế thí nghiệm sơ bộ (2k) ………………………..………. 39 3.3.2. Thiết kế thí nghiệm “leo dốc”. ……..………………………… 47 3.3.3. Thiết kế thí nghiệm RSM dạng CCD …..……………………. 48 3.4. Mẫu thí nghiệm và cách thu thập, nhập dữ liệu ñể xử lý. ……..…. 53 3.4.1. Mẫu thí nghiệm ……………………………………………… 53 HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 8- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM 3.4.2. Cách ño và lưu kết quả ………………………………………. 54 3.5. Kết luận chương. ……………….…………………………………. 54 Chương IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..…………………………... 56 4.1. Mô tả mô hình quan hệ toán học ………………………………….. 56 4.2. Thí nghiệm sơ bộ. ……….………………………………………… 58 4.2.1. Bảng thí nghiệm ………………..…………………………….. 58 4.2.2. Phân tích hồi quy kết quả thí nghiệm sơ bộ ………………….. 58 4.3. Thiết kế thí nghiệm xuống dốc. ………………………..……….... 60 4.4. Thiết kế thí nghiệm CCD …………………………………………. 64 4.3.1. Bảng ma trận thí nghiệm CCD ………………………………. 64 4.3.2. Phân tích hồi quy kết quả thí nghiệm CCD ……………..…… 65 4.5.Tối ưu hoá hàm ña mục tiêu ……………………………………….. 71 4.6. Thảo luận kết quả, so sánh với thực tế ……………………………. 76 4.7. Kết luận chương ……………….………………………………….. 77 Chương V. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ………………………… 78 5.1. Các quả chính ñã ñạt ñược ………………...……………………... 78 5.2. Những khuyến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo ………………… 78 Tài liệu tham khảo …………………………………………………… 80 HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 9- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Nội dung Trang Hình 2.1 Sơ ñồ nghiên cứu thực nghiệm ……………………………. 26 Hình 2.2 So sánh thiết kế CCD và thiết kế Box-Behnken…………… 32 Hình 3.1 Máy phay CNC C-Tek KM80/D100………………………. 35 Hình 3.2 Thông số của dao phay SPSED4A………………………… 37 Hình 3.3 Máy phân tích quang phổ ARL 4360……………………… 38 Hình 3.4 Máy ño ñộ cứng Akashi AR 20 và máy ño ñộ nhám SJ201P 38 Hình 3.5 Cửa sổ tạo một thí nghiệm mới trong Minitab…………….. 41 Hình 3.6 Cửa sổ menu và sub menu của Minitab .…………………... 41 Hình 3.7 Hộp thoại chính lựa chọn các cức năng cần thiết của thí nghiệm khảo sát sơ bộ……………………………………... 41 Hình 3.8 Hộp thoại lựa chọn số thí nghiệm cần thiết ……………….. 42 Hình 3.9 Hộp thoại lựa chọn loại thí nghiệm và số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm …………………………………………….. 43 Hình 3.10 Hộp thoại lựa chọn ngẫu nhiên hoá thí nghiệm …………… 44 Hình 3.11 Gia công trên máy CNC …………………………………... 47 Hình 3.12 Hộp thoại chính thiết kế thí nghiệm CCD ………………… 49 Hình 3.13 Hộp thoại lựa chọn khối sơ ñồ khối thí nghiệm CCD …….. 50 Hình 3.14 Mô hình thiết kế thí nghiệm CCD ………………………… 51 Hình 3.15 Hộp thoại lựa chọn kiểu nhập biến thí nghiệm ……………. 51 Hình 3.16 Hộp thoại chính tạo thiết kế bề mặt phản hồi ……………... 51 Hình 3.17 Ngẫu nhiên hoá thí nghiệm CCD ...………………………. 52 Hình 3.18 Mẫu thí nghiệm ……………………………………………. 53 Hình 3.19 ðo ñộ nhám bề mặt bằng máy ño SJ 201 P………………... 54 Hình 4.1 Phân tích hồi quy bậc 1 và ANOVA ……………………… 59 HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 10- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM Hình 4.2 Biểu ñồ Pareto các thông số thí nghiệm …………………... Hình 4.3 Biểu ñồ Contuor khảo sát ảnh hưởng của n và S ñến ñộ 60 nhám bề mặt ………………………………………………. 60 Hình 4.4 ðồ thị của bước xuống dốc ………………………………... 63 Hình 4.5 Phân tích hồi quy bậc 2 và ANOVA ……………………… 65 Hình 4.6 ðồ thị Contuor bậc 2 ……………………………………… 66 Hình 4.7 Bề mặt chỉ tiêu của mô hình CCD bậc 2 ………………….. 66 Hình 4.8 Loại bỏ các tương tác ít ảnh hưởng trong thí nghiệm CCD.. 67 Hình 4.9 Phân tích hồi quy và ANOVA ñã loại bỏ tương tác n*S ít ảnh hưởng ………………………………………………… Hình 4.10 Phân tích hồi quy và ANOVA ñã loại bỏ tương tác n*S và n*n ít ảnh hưởng………………………………………… Hình 4.11 69 Bề mặt phản hồi của mô hình CCD ñã loại bỏ tương tác ít ảnh hưởng …………………………………………………. Hình 4.13 69 Phân tích hồi quy và ANOVA ñã loại bỏ tương tác n*S, n*n, S*S ít ảnh hưởng ………….………………………… Hình 4.12 68 70 Hộp thoại chính xác ñịnh các thông số ñầu vào thoả mãn hàm ña chỉ tiêu ……….……………………………………. 71 Hình 4.14 ðồ thị Contour thoả mãn ñồng thời hai chỉ tiêu …………... 72 Hình 4.15 Tối ưu hoá ñồng thời thoả mãn hai chỉ tiêu về nhám bề mặt và năng suất cắt ……………………………………………. Hình 4.16 72 Một số ví dụ về lựa chọn thông số ñầu vào thoả mãn ñồng thời 2 chỉ tiêu ñầu ra………………………………………. 73 Hình 4.17 Phân tích tối ưu hoá hàm ña chỉ tiêu. . …………………….. 74 Hình 4.18 Tối ưu hoá ñộ nhám bề mặt và năng suất cắt ……………... 74 Hình 4.19 Chọn chế ñộ cắt phù hợp 2 chỉ tiêu bằng cách Click và kéo Hình 4.20 chuột. ……………………………………………………… 74 ðánh bóng sau khi phay tại cơ sở sản xuất ……………… 77 HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 11- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Nội dung Bảng 2.1 Thành phần các nguyên tố hoá học của thép SKD 61 theo Trang tiêu chuẩn JIS – G4404 - Nhật bản ………………………... 20 Bảng 2.2 ðiều kiện quy hoạch thực nghiệm hai yếu tố (22) ………… 29 Bảng 2.3 ðiều kiện quy hoạch thực nghiệm ba yếu tố (23) …………. 30 Bảng 2.4 Giá trị α và ñiểm tâm cho thiết kế CCD thông thường ……. 31 Bảng 3.1 Thành phần các nguyên tố hoá học của mẫu thí nghiệm ...... 35 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của máy phay C-tek KM 80 D/100D…... 36 Bảng 3.3 So sánh ñiều kiện thực hiện thí nghiệm …………………… 36 Bảng 3.4 Các thông số thí nghiệm …………………………………... 40 Bảng 3.5 Xác lập biến thí nghiệm …………………………………… 44 Bảng 3.6 Thông số thí nghiệm khảo sát sơ bộ ………………………. 45 Bảng 3.7 Ma trận thí nghiệm khảo sát sơ bộ .………………………... 46 Bảng 3.8 Thông số thí nghiệm CCD ………………………………… 49 Bảng 3.9 Ma trận thí nghiệm CCD ………………………………… . 52 Bảng 4.1 Kết quả của thí nghiệm khảo sát sơ bộ ……………………. 58 Bảng 4.2 Kết quả của thí nghiệm xuống dốc ………………………... 62 Bảng 4.3 Kết quả của thí nghiệm CCD ……………………………… 64 Bảng 4.4 Thông số cắt thực tế tại Công ty TNHH Vạn Xuân ………. 76 Bảng 4.5 Kết quả của một số thông số cắt thí nghiệm ………………. 76 HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 12- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT RSM Response Surface Methodology - Lý thuyết tối ưu hóa bề mặt chỉ tiêu. CCD Central Composite Design – Thí nghiệm toàn phần. ANOVA Analysis of Variance - Phân tích phương sai. P-value Probability value - Giá trị xác suất xác ñịnh ý nghĩa của hệ số ước lượng. α-level Mức ý nghĩa anpha. Pareto Chart Biểu ñồ Pareto HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM - 13- Chương 1 GIỚI THIỆU Nội dung của chương này giới thiệu các cơ sơ lý luận chung và tóm tắt các kết quả ñã ñạt ñược của ñề tài mà tác giả nghiên cứu. Khái quát chung về tính cấp thiết của ñề tài ñược trình bày trong phần 1.1. Phần 1.2 nói lên mục tiêu và nội dung chính của ñề tài. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, ứng dụng phần mềm cho thiết kế và kiểm chứng thực nghiệm ñược giới thiệu trong phần 1.3. Tiếp theo phần 1.4 sẽ trình bày về phạm vi nghiên cứu và ñối tượng nghiên cứu của ñề tài. Trong phần 1.5 tác giả giới thiệu về những kết quả chính ñã ñạt ñược. Cấu trúc của luận văn ñược mô tả trong phần cuối của chương, phần 1.6. 1.1. Tính cấp thiết của ñề tài: Gia công cắt gọt sau nhiệt luyện ñang thu hút ñược sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu [1, 2, 3]. ðặc biệt, trong chế tạo khuôn mẫu với những loại vật liệu có ñộ cứng và ñộ bền cao thì việc gia công tinh sau nhiệt luyện chiếm ưu thế nhất ñịnh, nó có thể thay thể cho mài và có những ưu ñiểm vượt trội [1 - 6], chẳng hạn như:
Giảm thời gian chu kỳ gia công một sản phẩm.
Giảm chi phí ñầu tư thiết bị.
Tăng ñộ chính xác gia công.
Nâng cao ñộ bóng bề mặt và năng suất gia công.
Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá.
Gia công ñược các bề mặt 3D phức tạp... Gia công tinh lần cuối bằng phương pháp mài có nhược ñiểm là bề mặt chịu ảnh hưởng rất lớn của nhiệt sinh ra trong quá trình cắt. Do ñó ảnh hưởng ñến chất lượng bề mặt gia công. Trái lại, gia công tinh sau nhiệt luyện bằng phay cứng có khả năng tạo ra lớp bề mặt có ứng suất dư nén. Ứng suất dư này có tác dụng tăng ñộ HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM - 14- bền mỏi của chi tiết gia công. Vì vậy, việc áp dụng gia công cứng bề mặt khuôn mẫu thay cho mài ñang trở nên khá phổ biến. Gia công cứng (Hard machining) là quá trình gia công các chi tiết có ñộ cứng từ 40-70 HRC [1]. Nhám bề mặt và ñộ chính xác kích thước là các vấn ñề quan trọng mà các quá trình này cần quan tâm [1-7]. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này [1-6] chủ yếu ñánh giá các tham số khi gia công cao tốc (tốc ñộ quay trục chính từ 10.000 ñến 100.000 v/ph [1]). Dải tốc ñộ trục chính trung bình (vài ngàn vòng/phút), giá trị mà hầu hết các máy gia công ở Việt Nam ñang vận hành, lại chưa có nghiên cứu nào ñề cập ñến. Với vật liệu làm khuôn SKD 61, có nghiên cứu quan tâm ñến nhám bề mặt và tuổi bền dao khi khoan cứng [1] mà chưa ñánh giá quá trình phay. Mô hình hóa các tham số tối ưu cũng ñã ñã ñược phát triển [2,7] nhưng hoặc là cho vật liệu khác [2], hoặc cho quá trình phay mềm [7]. Trong khi ñó, tại nhiều cơ sở sản xuất, quá trình phay cứng SKD 61 ñang ñược vận hành chủ yếu theo kinh nghiệm công nhân chứ chưa có nghiên cứu khoa học nào ñể chỉ ra cách thức gia công ñể ñạt ñược cấp ñộ nhám theo yêu cầu. Trong ngành công nghiệp sản xuất khuôn mẫu, chất lượng bề mặt là một chỉ tiêu ñặc biệt quan trọng trong ñánh giá, nghiệm thu sản phẩm. ðể ñạt ñược chất lượng bề mặt theo yêu cầu, sau gia công cứng thường có công ñoạn mài, ñánh bóng. Việc làm này tốn khá nhiều thời gian và công sức. Nâng cao chất lượng bề mặt sau gia công cứng có thể dẫn ñến giảm thời gian, thậm chí loại bỏ ñược công ñoạn này. Việc xác ñịnh chế ñộ cắt khi phay cứng vật liệu SKD61 phụ thuộc vào ñộ cứng vững của hệ thống công nghệ, công suất của máy, phạm vi làm việc của dụng cụ cắt và ñộ bóng yêu cầu của chi tiết gia công. ðể nghiên cứu và xác ñịnh ñược chế ñộ cắt hợp lý phải thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm bao gồm một loạt các thí nghiệm ñược lặp lại nhiều lần trong những ñiều kiện không ñổi ñể có khả năng ghi nhận kết quả. ðiều kiện thí nghiệm ñược xác ñịnh bằng những yếu tố (hoặc những biến số) không phụ thuộc. Trong ñề tài nghiên cứu của luận văn, tác giả ñề cập ñến các yếu tố nghiên cứu ảnh hưởng của tốc ñộ cắt, lượng chạy dao ảnh HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM - 15- hưởng tới ñối tượng nghiên cứu là thời gian cắt và ñộ nhám bề mặt sau khi gia công. Với kết quả của các thí nghiệm cho phép ta xây dựng ñược hàm y = f(x). Nghiên cứu trong luận văn này ñược thực hiện nhằm ñánh giá “ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến ñộ nhám bề mặt sau khi phay cứng vật liệu SKD61”. Qua ñó, xác ñịnh chế ñộ cắt tối ưu cho chỉ tiêu nhám bề mặt và thời gian gia công. Kết quả nghiên cứu giải quyết ñược vấn ñề thực tế ñang ñặt ra là nâng cao chất lượng bề mặt trong gia công tinh khuôn mẫu sau nhiệt luyện. 1.2. Mục tiêu và nội dung chính của ñề tài: 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu: Trong ñề tài này, mục tiêu chủ yếu là nghiên cứu về ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến ñộ nhám bề mặt khi phay cứng vật liệu SKD 61. Các mục tiêu cụ thể gồm: 1. Xác ñịnh ñược các thông số chế ñộ cắt có ảnh hưởng và mức ñộ ảnh hưởng của chúng ñến ñộ nhám bề mặt sau gia công bằng phay cứng. 2. Xây dựng ñược mô hình nghiên cứu thực nghiệm cho bài toán tối ưu hóa chế ñộ cắt khi phay cứng. 3. Thiết lập ñược chương trình quy hoạch thực nghiệm ñể giải bài toán tối ưu hóa. Tìm ñược miền cực trị tối ưu của hàm mục tiêu về ñộ nhám bề mặt gia công. 4. Kiểm ñịnh ñể kiểm nghiệm kết quả ñối với hàm mục tiêu ñã ñề ra. 1.2.2. Nội dung nghiên cứu:
Thí nghiệm sơ bộ ñể xác ñịnh các thông số chế ñộ cắt có ảnh hưởng lớn ñến ñộ nhám bề mặt sau khi phay cứng SKD61.
Thiết kế thí nghiệm theo theo phương pháp bề mặt chỉ tiêu (Response Surface Methodology) nhằm tìm cực trị cho hàm mục tiêu là ñộ nhám bề mặt sau gia công [9].
Thu thập các dữ liệu thí nghiệm về chế ñộ gia công vật liệu SKD61 và khảo sát thực tế ñể tìm ra khoảng thực nghiệm ñạt mục tiêu của ñề tài. HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM - 16-
Lập chương trình quy hoạch thực nghiệm, tối ưu hoá hàm mục tiêu, tìm các ñiểm cực trị và miền tối ưu hoá.
Kiểm nghiệm kết quả. 1.3. Phương pháp nghiên cứu: 1.3.1. Nghiên cứu thực nghiệm: *- Mẫu thí nghiệm: ðể thực hiện cho việc nghiên cứu mà không làm mất tính tổng quát của kết quả, quá trình thực hiện ñược tiến hành trên mẫu có dạng hình hộp chữ nhật, vật liệu SKD61, tôi cứng 45 ÷ 48HRC. *- Máy gia công. Quá trình thực nghiệm ñược tiến hành trên máy phay CNC Ctek KM80/100D tại trường Cao ñẳng công nghiệp Việt ðức - Thái nguyên. Máy thuộc Model KM - 80D do ðài loan sản xuất năm 2005. Thông số kỹ thuật của máy ñược trình bày cụ thể trong chương 3, phần 3.1.2. *- Máy phân tích thành phần hoá học của vật liệu: Trong quá trình chuẩn bị phôi, dùng máy ARL 4360 ñể phân tích các thành phần hoá học của vật liệu nhằm khẳng ñịnh chính xác mác vật liệu gia công. *- Máy ño ñộ cứng: Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện ñề tài, sử dụng máy Akashi AR - 20 ñể ño ñộ cứng HRC của vật liệu gia công. Máy Akashi AR - 20 có thể ño ñộ cứng từ 0 ÷ 100 HRC, hoặc 0 ÷ 100 HB *- Máy ño ñộ nhám bề mặt: Dùng máy SJ – 201 của hãng Mitutoyo có ñộ phân giải 0.03µm/300µm, 0.08µm/75µm, 0.04µm/9.4µm ñể ño sự thay ñổi của ñộ nhám bề mặt sau khi gia công. HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 17- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM *- Dụng cụ kiểm tra kích thước: - Thước cặp 1/50 L200 Mitutoyo, ñộ phân giải 0,02mm. - Pan me 0 - 25 Mitutoyo, ñộ phân giải 0,01mm. *- Dụng cụ cắt: Sử dụng dao phay SPSED4A của hãng Okazaki - Nhật bản sản xuất. Các thông số kỹ thuật của dao ñược giới thiệu cụ thể trong phần 3.1.3 của chương 3. 1.3.2. Thiết kế thí nghiệm và xử lý kết quả. Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tốc ñộ cắt và lượng chạy dao ñến năng suất cắt và ñộ nhám bề mặt ñược thiết kế qua 3 giai ñoạn như sau:  Giai ñoạn 1. Thiết kế thí nghiệm sơ bộ (Screening Design) là ñể khảo sát mức ñộ ảnh hưởng của các yếu tố ñầu vào. Trong thiết kế thí nghiệm sơ bộ mỗi yếu tố ñầu vào có 2 mức giá trị ñược mã hoá +1 (mức trên) và -1 (mức dưới).  Giai ñoạn 2. Thiết kế thí nghiệm leo dốc khảo sát ảnh hưởng của các thông số ñầu vào. Trong phạm vi khảo sát, xác ñịnh quan hệ bậc nhất của của các yếu tố ảnh hưởng ñến hàm mục tiêu.  Giai ñoạn 3. Thiết kế thí nghiệm RSM (Response Surface Metrodology) dạng CCD (Central Composite Design) xác ñịnh quan hệ bậc cao của các yếu tố ảnh hưởng ñến hàm mục tiêu [9]. Ở mỗi giai ñoạn, sau khi lập ñược kế hoạch thực nghiệm thích hợp và xác ñịnh ñược miền quy hoạch cùng các mức biến ñổi của các yếu tố ảnh hưởng, tiến hành thực nghiệm ñế lấy số liệu. Số lượng thí nghiệm ở mỗi giai ñoan ñược xác ñịnh tuân theo các nguyên tắc: lặp lại và ngẫu nhiên hoá của lý thuyết thiết kế thí nghiệm. Cho ñến nay, trên thế giới có nhiều phần mềm thương mại phục vụ cho thiết kế và xử lý số liệu thí nghiệm [10 - 13]. Ở Việt nam, phần mềm Matlab® thường HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - 18- CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM ñược sử dụng ñể xử lý số liệu thí nghiệm. ðiều này ñòi hỏi nhà nghiên cứu phải biết kỹ thuật lập trình ñể xử lý các mã lệnh cần thiết. MiniTab là một công cụ thiết kế thí nghiệm và phân tích dữ liệu hữu hiệu và phổ biến trên thế giới [14]. Giao diện của MiniTab cho phép hoặc gõ các câu lệnh trong cửa sổ thao tác (Session Window) hoặc thực thi chương trình bằng cách chọn lệnh từ thanh Menu lệnh và ñiền ñầy ñủ yêu cầu vào các hộp thoại. Chính vì vậy, nó không ñòi hỏi người dùng phải có kiến thức sâu về máy tính và kỹ thuật lập trình. Trong luận văn này, tác giả ứng dụng tính năng phân tích và sử lý dữ liệu của phần mềm Minitab ñể xác ñịnh ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến năng suất và ñộ nhám bề mặt khi phay cứng vật liệu SKD61. Từ ñó tìm ra ñược một chế ñộ cắt phù hợp với thiết bị, dụng cụ cắt và yêu cầu thực tế ñảm bảo các hàm mục tiêu theo yêu cầu cụ thể. Tuy nhiên, trước khi tiến hành thí nghiệm cần phải ñưa ra ñược các yếu tố ñầu vào ảnh hưởng ñến hàm mục tiêu ñề ra. Trong ñề tài của luận văn này, các yếu tố ñược tác giả ñưa vào ñể nghiên cứu ảnh hưởng ñến năng suất cắt và ñộ nhám bề mặt khi phay cứng vật liệu SKD61 là chế ñộ cắt, bao gồm tốc ñộ cắt và lượng chạy dao. Các thông số ảnh hưởng khác ñến hàm mục tiêu xuất hiện trong quá trình gia công khác như: Mòn dụng cụ cắt, nhiệt cắt, chiều sâu cắt, lực cắt… chưa ñược khảo sát do hạn chế về mặt thời gian. Trình tự các bước thí nghiệm cũng như các thông số của từng bước ñược xác lập bằng cách sử dụng phần mềm Minitab. Nội dung của các bước ñược trình bày chi tiết trong phần 3.3 của chương 3. 1.4. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu: 1.4.1. ðối tượng nghiên cứu: ðề tài khảo sát trên mẫu thí nghiệm làm bằng vật liệu SKD 61 nhiệt luyện ñạt ñộ cứng 45 ÷ 48HRC. ðây là dải ñộ cứng thường ñược áp dụng khi sản xuất khuôn mẫu [15]. Vật liệu này thuộc nhóm thép hợp kim Crôm Molybden Vanadium gia công nóng. HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM - 19- Quá trình phay ñược thực hiện trên máy phay CNC C-Tek KM80D/100D ðài loan sản xuất năm 2005, Model KM - 80D. Máy phay này có dải tốc ñộ từ 0 ÷ 6000 v/ph, lượng chạy dao 0 ÷ 8000 mm/p. Dụng cụ cắt là dao phay ngón SPSED4A phủ PVD - TiAlN của hãng Okazaki - Nhật bản sản xuất. 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu: Nội dung ñề tài của luận văn này chỉ thực hiện nghiên cứu trong các phạm vi sau: Vật liệu thí nghiệm là mẫu khuôn SKD 61 có ñộ cứng 45 ÷ 48HRC. Gia công trên máy phay CNC khảo sát trong vùng tốc ñộ cắt từ 2900 ÷ 4142 (v/p), lượng chạy dao từ 33 ÷ 450 (mm/p). Cắt gọt bằng dao phủ PVD – TiAlN. Giới hạn trên ñược thiết lập dựa trên khả năng thực tế của máy dùng cho thí nghiệm. Vùng khảo sát này là phổ dụng cho các loại máy, dao và ñiều kiện gia công ở hầu hết các cơ sở sản xuất khuôn mẫu. 1.5. Các kết quả chính ñã ñạt ñược. ðề tài này ñã giải quyết ñược vấn ñề ñặt ra là xác ñịnh ñược ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến năng suất cắt và ñộ nhám bề mặt sau khi gia công. Các kết quả chính ñã ñạt ñược bao gồm:
Phân tích và khảo sát ñược mức ñộ ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao ñến năng suất cắt và ñộ nhám bề mặt sau khi gia công.
Xác ñịnh ñược vùng thông số cắt hợp lý thoả mãn ñồng thời hai chỉ tiêu về năng suất cắt và nhám bề mặt.
Chỉ ra ñược nguyên tắc xác ñịnh vùng chế ñộ cắt hợp lý cho hai chỉ tiêu nói trên.
Công bố ñược 01 bài báo trên tạp chí Cơ khí Việt nam, số 09 tháng 9 năm 2010. Các nghiên cứu cụ thể sẽ ñược trình bày chi tiết ở các chương của luận văn. HDKH: TStâm Nguyễn Dự Số hóa bởi Trung Học liệuVăn – Đại học Thái Nguyên HVTH: Phan Thị Hương – K11 CNCTM http://www.lrc-tnu.edu.vn