Tài liệu Khảo sát chất lượng bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------- PHẠM NGỌC THÀNH KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA THÉP LÀM KHUÔN ĐÃ QUA TÔI KHI PHAY CỨNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Thái Nguyên – 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần tham khảo đã đƣợc ghi rõ trong Luận văn. Thái Nguyên, ngày 15 tháng 12 năm 2014 Tác giả Phạm Ngọc Thành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Đình Mãn - Thầy giáo TS. Trần Quốc Hùng. Thầy hƣớng dẫn khoa học của tôi về sự định hƣớng đề tài, sự hƣớng dẫn tận tình của Thầy trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu cũng nhƣ những chỉ bảo trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi đƣợc tiến hành thí nghiệm tại Trung tâm thí nghiệm của Trƣờng ĐHKTCN trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn cán bộ Khoa Sau đại học của trƣờng, cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Cơ khí – ĐHKTCN đã dành cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong muốn sẽ nhận đƣợc những chỉ dẫn từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện và có ý nghĩa hơn nữa trong thực tiễn. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Phạm Ngọc Thành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1 LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 3 MỤC LỤC ......................................................................................................... 4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................... 7 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU ............................................................... 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP .................................. 9 PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................. 11 1. Tính cấp thiết của đề tài. ......................................................................... 11 2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu .................................. 14 2.1. Mục đích của đề tài ........................................................................ 14 2.2. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................... 14 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................... 14 3. Ý nghĩa của đề tài .................................................................................... 15 3.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................. 15 3.2. Ý nghĩa thực tiễn .............................................................................. 15 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG ........................... 15 1.1. Khái niệm về quá trình phay ................................................................ 15 1.2. Các yếu tố cắt của dao phay ................................................................. 17 1.2.1. Chiều sâu cắt ap ............................................................................ 18 1.2.2. Lƣợng chạy dao S ......................................................................... 18 1.2.3. Vận tốc cắt khi phay...................................................................... 18 1.2.4. Chiều sâu phay t ............................................................................ 19 1.2.5. Chiều rộng phay B ........................................................................ 19 1.2.6. Góc tiếp xúc  .............................................................................. 19 1.2.7. Chiều dày cắt a khi phay ............................................................... 20 1.3. Các thành phần lực cắt khi phay .......................................................... 20 1.4. Quá trình phay cứng ............................................................................. 22 1.5. Kết luận chƣơng 1 ................................................................................ 25 CHƢƠNG 2: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT ......................... 26 2.1. Mòn của dụng cụ khi phay ................................................................... 26 2.2. Ma sát và mòn của dụng cụ phủ ........................................................... 27 2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ................................................................. 27 2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ .................................................................... 28 2.3. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt .......................................................... 29 2.4. Mòn dao khi phay cứng........................................................................ 31 2.5. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ .......... 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.5. Mòn và tuổi bền của dụng cụ khi phay cứng ....................................... 33 2.5.1. Mòn của dao khi phay cứng .......................................................... 33 2.5.2. Tuổi bền của dao khi phay cứng ................................................... 34 2.6. Kết luận chƣơng 2 ............................................................................ 34 CHƢƠNG 3 : CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG................................... 35 3.1. Khái niệm về chất lƣợng bề mặt gia công............................................ 35 3.1.1. Khái niệm ...................................................................................... 35 3.1.2. Cơ lý tính lớp bề mặt..................................................................... 35 3.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến nhám bề mặt khi phay cứng .................... 38 3.3. Ảnh hƣởng của độ nhám bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết máy .. 39 3.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu về độ nhám bề mặt ............................... 39 3.4.1. Nghiên cứu nhám bề mặt dựa trên thực nghiệm ........................... 40 3.4.2. Nghiên cứu dựa trên các mô hình mô phỏng ................................. 48 3.5. Kết luận chƣơng 3 ................................................................................ 57 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ............................................ 60 4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm ................................................ 60 4.1.1. Lý thuyết thực nghiệm. ................................................................. 60 4.1.1.1. Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm ............................................ 60 4.1.1.2. Các loại thí nghiệm .................................................................... 60 4.1.1.3. Lựa chọn thiết kế thí nghiệm ..................................................... 61 4.1.2. Cơ sở lý thuyết .............................................................................. 61 4.1.2.1. Thực nghiệm tối ƣu hoá ............................................................. 61 4.1.2.2. Tiến trình tối ƣu hoá ................................................................... 62 4.1.2.3. Mức độ phù hợp của mô hình .................................................... 63 4.1.2.4. Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu ......................................... 63 4.1.2.5. Phƣơng pháp đo và tổng hợp kết quả đo.................................... 64 4.1.3. Các giới hạn của thí nghiệm.......................................................... 64 4.1.4. Các thông số đầu vào của thí nghiệm ........................................... 65 4.1.5. Các hàm mục tiêu .......................................................................... 66 4.1.6. Chọn dạng hàm hồi quy ................................................................ 66 4.1.7. Xây dựng ma trận thí nghiệm ....................................................... 66 4.1.8. Trang thiết bị thí nghiệm ............................................................... 67 4.1.8.1. Máy thí nghiệm .......................................................................... 67 4.1.8.2. Dụng cụ cắt thí nghiệm .............................................................. 69 4.1.8.3. Phôi............................................................................................. 70 4.1.8.4. Dụng cụ đo kiểm ........................................................................ 70 4.2. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................... 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4.3. Xử lý kết quả thí nghiệm ...................................................................... 71 4.3.1. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu nhám bề mặt .... 71 4.3.2. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và nhám bề mặt .. 73 4.3.3. Phân tích biểu đồ và lời khuyên công nghệ .................................. 74 4.4. Kết luận chƣơng 4 ................................................................................ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT KÍ HIỆU Ý NGHĨA γ Góc trƣớc  Góc tác động 1 Góc trƣợt  Góc cắt t Ciều sâu cắt S Lƣợng chạy dao V Vận tốc cắt Ra Độ nhám bề mặt L Chiều dài phoi Lo Chiều dài cắt a1 Chiều dầy phoi thực tế a Chiều dầy phoi lý thuyết R Tổng hợp lực tác dụng lên dao Ro Lực tổng hợp pháp tuyến R1 Tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau N Lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trƣớc Fo Lực ma sát của phoi lên mặt trƣớc N' Lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau Fo Lực ma sát của phoi lên mặt sau Px Thành phần lực cắt theo phƣơng X Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Py Thành phần lực cắt theo phƣơng Y Pz Thành phần lực cắt theo phƣơng Z n Số vòng quay của trục chính A Công hớt phoi Ps Lực trong mặt phẳng trƣợt Q Nhiệt lƣợng tỏa ra trong quá trình cắt o Độ mòn dao  Thời gian làm việc của dao ϕ Góc nghiêng chính của dao  Góc sau D Đƣờng kính dao phay P Lực vòng DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ TT Bảng số Nội dung Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt V, S Trang 51 1 Bảng 4.1 2 Bảng 4.2 Ma trận thí nghiệm 53 3 Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy 54 4 Bảng 4.4 Thành phần các nguyên tố hoá học thép SKD11 57 5 Bảng 4.5 cho thực nghiệm Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác định tuổi bền của dao 58 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP Hình 1.1. Dao phay trụ răng xoắn ................................................................... 16 Hình 1.2. Dao phay mặt đầu............................................................................ 17 Hình 1.3. Dao phay răng nhọn và dao phay hớt lƣng ..................................... 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 1.4. Các yếu tố cắt khi phay ................................................................... 17 Hình 1.5: Tốc độ cắt khi phay ......................................................................... 18 Hình 1.6: Góc tiếp xúc khi phay: (a) Bằng dao phay trụ; (b) Bằng dao phay mặt đầu ............................................................................................ 20 Hình 1.7: Lực tác dụng lên răng dao phay trụ răng xoắn ............................... 22 Hình 1.8: Máy phay CNC ............................................................................... 23 Hình 1.9. Hình dạng – kích thƣớc chế tạo của thân dao kí hiệu TRM4 và mảnh ghép hãng Mitssubishi- Nhật Bản [2] ................................... 23 Hình 1.10. Dao phay rãnh có gắn mảnh ghép hãng Sandvik [2] .................... 24 Hình 2.1: Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Mamin. ............................. 28 Hình 2.2: Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục ......... 30 Hình 2.3: Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt gián đoạn ..... 30 Hình 2.4: Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trƣớc của dụng cụ thép gió phủ TiN .................................................................................................. 31 Hình 2.5: Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr ................................... 32 Hình 2.6. (a) Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt dao tiện ................................................................................................... 33 (b) Dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi cải thiện. ...................... 33 Hình 3.1. Kính hiển vi đo độ nhám ................................................................. 37 Hình 3.2. Máy đo độ nhám.............................................................................. 37 Hình 3.3. Thử nghiệm thiết lập, thu thập dữ liệu và điều chỉnh ..................... 41 Hình 3.4. Cảm biến vị trí của sensor điều khiển tích hợp cho trục chính ....... 42 Hình 3.5. Mô hình và quá trình thí nghiệm 2-D VAMEM ............................. 43 Hình 3.6. Mòn dụng cụ cắt: (a) không có rung động , (b) có các rung động.. 44 Hình 3.7. Độ nhám bề mặt với biên độ và tần số rung động khác nhau [13] . 44 Hình 3.8. Kết thúc phay (a) dụng cụ mới; (b) và (c) sau khi cắt 1 đoạn 150 mm; (b) bằng tia laser và ( c) không có laser ( tốc độ cắt: 32m/phút, chiều sâu trục cắt: 25 μm, chiều sâu cắt 1 μm/flute, công suất: 7,5 W), ................................................................................................... 46 Hình 3.9. Ảnh hƣởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt và chiều rộng phoi 47 Hình 3.10. Mô tả lƣỡi cắt ................................................................................ 50 Hình 3.11. Tạo khối 3D phoi và phôi ............................................................. 50 Hình 3.12. Thí nghiệm và kết quả mô phỏng ................................................. 51 Hình 3.13. Mối quan hệ giữa thiết lập phôi với hƣớng cắt. FX: ăn dao theo phƣơng x (N), FY: chọn lƣợng ăn dao phƣơng y (N), FZ: trục cắt chính (N). ........................................................................................ 52 Hình 3.14. 2D profiles độ nhám bề mặt của các định hƣớng đƣờng cắt, đo dọc theo một hƣớng lựa chọn ăn dao ..................................................... 53 Hình 3.15. Ứng dụng 3D FEM mô phỏng trong gia công phay ..................... 54 Hình 3.16. Ứng suất không đều của phoi trong quá trình bóc tách ................ 54 Hình 3.17. So sánh giữa FEM (a) và dùng giải tích (b) đƣờng cong của lực cắt để ..................................................................................................... 55 phay 2 đƣờng răng ........................................................................................... 55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.18. Mô hình dụng cụ cắt không phủ WC/Co và phủ CBN ................. 56 Hình 3.19. So sánh dự đoán của phân bố nhiệt độ (TºC)................................ 56 Hình 3.20. So sánh dự đoán tỉ lệ phân bố phủ CBN và không phủ WC/Co ... 56 Hình 3.21. Tối ƣu các thông số phay micro biểu diễn trong không gian hàm toán học (bên trái) và không gian giải pháp (bên phải) .................. 57 Hình 4.1 . (a) Sơ đồ thí nghiệm 22; (b) 4 thí nghiệm dọc trục và 1 thí nghiệm trung tâm; (c) Thí nghiệm CCD ...................................................... 64 Hình 4.3. Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao ................... 73 và nhám bề mặt ............................................................................................... 73 Hình 4.4. Biểu đồ đƣờng mức quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và nhám bề mặt .............................................................................................. 74 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Phay cứng đƣợc hiểu là phay các chi tiết có độ cứng cao (45  70 HRC), có thể tiến hành với điều kiện cắt khô (dry – không sử dụng dung dịch trơn nguội) hoặc gần giống nhƣ cắt khô và phổ biến sử dụng dao gắn mảnh Nitrit Bo lập phƣơng đa tinh thể (PCBN – Polycrystalline Cubic Boron Nitride, hay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vẫn thƣờng đƣợc gọi là CBN – Cubic Boron Nitride). Ngƣời ta cho rằng, sự ra đời và phát triển của vật liệu dụng cụ cắt CBN nhƣ là một giải pháp tối ƣu cho phay cứng. Bởi vật liệu CBN có độ cứng rất cao chỉ thấp hơn so với kim cƣơng, nhƣng không giống nhƣ kim cƣơng CBN có tính ổn định và bền nhiệt cao (hơn 10000C). Mặt khác, CBN có thể tạo hình với các hình dạng và kích thƣớc khác nhau….. Công nghệ phay cứng đã và đang phát triển đầy tiềm năng với những ƣu điểm có thể so sánh (trong nhiều trƣờng hợp có thể thay thế cho mài) với công nghệ mài – một phƣơng pháp gia công tinh lần cuối mang tính truyền thống đối các thép có độ cứng cao. Việc áp dụng công nghệ phay cứng để gia công lần cuối các chi tiết so với công nghệ mài có các ƣu điểm nổi bật sau: - Giảm thời gian chu kỳ gia công một sản phẩm. - Giảm chi phí đầu tƣ thiết bị. - Tăng độ chính xác. - Đạt độ bóng bề mặt cao. - Cho phép nâng cao tốc độ bóc vật liệu (từ 2 - 4 lần), nâng cao năng suất gia công. - Gia công đƣợc các contour phức tạp. - Cho phép thực hiện nhiều bƣớc gia công trong cùng một lần gá. - Phay cứng có khả năng tạo ra lớp bề mặt có ứng suất dƣ nén (lớp bề mặt này có tác dụng nâng cao sức bền mỏi của chi tiết máy). Hơn nữa, thông thƣờng nhƣ trƣớc đây những chi tiết nhƣ vòng ổ lăn, vòi phun, bánh răng, cam và những chi tiết của hệ thống thủy lực .v.v… sau khi nhiệt luyện phải qua công đoạn mài, mài khôn. Những công đoạn này thiếu tính linh hoạt và tốn nhiều thời gian. Một hạn chế nữa là chi phí cho dung dịch trơn nguội của các công đoạn mài khá cao. Những lý do trên làm tăng chi phí cho các công đoạn gia công chính xác. Mặt khác chất thải ra khi mài gây ô Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ nhiễm môi trƣờng, thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công chi tiết. Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài phay cứng ngày càng đƣợc các nhà sản xuất yêu thích hơn. Tuy nhiên phay cứng cũng có những nhƣợc điểm cần lƣu ý nhƣ: do chủ yếu là cắt khô nên nhiệt của quá trình rất cao, chi phí dụng cụ cắt cao (mảnh CBN đắt hơn so với mảnh cacbide khoảng 4-5 lần), khi gia công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằm ngoài vùng cho phép, khi chiều sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới hạn (t min) thì quá trình cắt không thể thực hiện đƣợc. Việc áp dụng phay cứng thay cho mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới bởi những ƣu điểm nổi bật của nó, nhất là hiện nay vấn đề môi trƣờng đang đƣợc sự quan tâm đặc biệt của toàn thế giới. Ở nƣớc ta, phay cứng đã và đang đƣợc áp dụng và phát triển khá mạnh, các chi tiết nhƣ con lăn trong các dây truyền cán thép, chày cối dập thuốc, vòng ổ v.v… cũng đã đƣợc gia công lần cuối bằng tiện cứng thay cho mài. Việc nghiên cứu ảnh hƣởng của các nhân tố đến quá trình phay cứng, phân tích các quá trình vật lý trong phay cứng đã và đang đƣợc quan tâm, tiến hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu cũng nhƣ các trƣờng đại học trên thế giới. Chất lƣợng bề mặt gia công là một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối với chi tiết máy vì nó ảnh hƣởng trực tiếp đến khả năng làm việc, độ bền, độ bền mòn cũng nhƣ tuổi thọ của chi tiết máy. Quá trình tạo lớp bề mặt gia công có chất lƣợng bằng phƣơng pháp gia công cơ chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố công nghệ. Việc nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ khi phay cứng đến chất lƣợng bề mặt gia công là cần thiết đối với ngành cơ khí. Chế độ cắt có ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến chất lƣợng bề mặt khi phay thép làm khuôn đã qua tôi ( SKD11 hoặc SKD61). Việc tìm ra bộ chế độ cắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ tối ƣu để đạt chất lƣợng bề mặt tốt nhất cho quá trình này đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuất. Từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu “Khảo sát chất lƣợng bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng” 2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích của đề tài - Xác định đƣợc độ ảnh hƣởng các yếu tố của chế độ cắt (t, s, v) đến độ nhám bề mặt thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng. - Xác định đƣợc chế độ cắt đáp ứng theo chỉ tiêu độ nhám bề mặt gia công. 2.2. Đối tƣợng nghiên cứu Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến độ nhám lớp bề mặt thép làm khuôn SKD11 đã qua tôi khi phay cứng bằng dao phay gắn mảnh CBN. 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp nghiện cứu: + Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Khảo sát ảnh hƣởng của chế độ cắt ( v, s, t ) đến độ nhám bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng có sự thay đổi gì sau mỗi lần thay đổi thông số cắt. Từ đó so sánh các thông số để lựa chọn đƣợc bộ thông số phù hợp nhất. Nghiên cứu thực nghiệm: Gia công chi tiết trên máy phay CNC, với phôi thép hợp kim SKD11 đã qua tạo hình dáng và tôi đạt độ cứng 45 ÷ 50HRC, dụng cụ cắt là dao phay CBN hai lƣỡi cắt ký hiệu VP15TF (dao phay mặt đầu) của hãng Mitsubishi –Nhật Bản. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3. Ý nghĩa của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học - Bằng cách nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài sẽ làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình gia công thép hợp kim đã qua tôi. - Các phƣơng pháp nâng cao độ nhám bề mặt chi tiết gia công hiện nay vẫn đƣợc các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc quan tâm nghiên cứu. Đề tài sẽ đóng góp một số kết quả vào hƣớng nghiên cứu này. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu ảnh hƣởng của thông số chế độ cắt đến độ nhám bề mặt của thép làm khuôn SKD11 đã qua tôi khi phay bằng dao phay gắn mảnh CBN để lựa chọn các thông số tối ƣu khi gia công. Vì thế nghiên cứu này có thể đƣợc ứng dụng khi phay tinh thép làm khuôn trên máy công cụ CNC. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG 1.1. Khái niệm về quá trình phay Phay là phƣơng pháp gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn cấp 4 - 3 và độ bóng không hơn cấp 6; là một trong những phƣơng pháp gia công đạt năng suất cao nhất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Bằng phƣơng pháp phay, ngƣời ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt xoay tròn, trục then hoa, cắt ren, bánh răng... Dụng cụ để cắt kim loại khi phay goi là dao phay. Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lƣỡi nên quá trình cắt ngoài những đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện còn có những đặc điểm sau: - Do có một số lƣỡi cùng tham gia cắt nên năng suất khi phay cao. - Lƣỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lƣợng thân dao thƣờng lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt. - Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động trong quá trình cắt. - Do lƣỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động nên khả năng tồn tại lẹo dao ít. Hình 1.1. Dao phay trụ răng xoắn ( Mặt trƣớc 1; mặt sau 2; cạnh viền 3; lƣng rang 4; lƣỡi cắt xoắn 5 ) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 1.2. Dao phay mặt đầu Hình 1.3. Dao phay răng nhọn và dao phay hớt lưng 1.2. Các yếu tố cắt của dao phay Hình 1.4. Các yếu tố cắt khi phay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.2.1. Chiều sâu cắt ap Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công với bề mặt chƣa gia công đo theo phƣơng vuông góc với bề mặt đã gia công sau một lát cắt. 1.2.2. Lƣợng chạy dao S Lƣợng chạy dao răng Sz (mm/răng): Là lƣợng chạy dao xác định khi dao quay đƣợc một góc răng. Lƣợng chạy dao vòng Sv (mm/vòng): Là lƣợng chạy dao xác định sau khi dao quay đƣợc một vòng. Lƣợng chạy dao phút Sph (mm/phút): Là lƣợng chạy dao xác định trong một phút. Giữa chúng có quan hệ nhƣ sau: Sv= Z . Sz (1 – 1) Sph = n . Sv = n . Z . Sz (1 – 2) 1.2.3. Vận tốc cắt khi phay Trong quá trình phay do sự phối hợp của hai chuyển động tạo hình, chuyển động quay của dao và chuyển động tịnh tiến của chi tiết gia công. y dao n Vn Vc D Chi tiÕt Vs s Hình 1.5: Tốc độ cắt khi phay Tốc độ cắt khi phay đƣợc biểu diễn: Vc  Vn  Vs Vc  Vn 2 V 2 s  2 Vn .Vn .Cos(VnVs ) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu (1-3) http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Dấu (+) ứng với trƣờng hợp phay nghịch. Dấu (-) ứng với trƣờng hợp phay thuận. Trong đó: Vn  Dn 1000 (1 – 4) ( m / ph) (1 – 5) Vs  S z .Z .n (m / ph) Thực tế thì giá trị của Vs rất nhỏ so với V n khi tính toán chế độ cắt ngƣời ta thƣờng bỏ qua lƣợng Vs khi đó công thức (1-3) có dạng: Vc  Vn  Dn 1000 ( m / ph) (1 – 6) 1.2.4. Chiều sâu phay t Là kích thƣớc lớp kim loại đƣợc cắt đi, đo theo phƣơng vuông góc với lực của dao phay ứng với góc tiếp xúc  . Khi phay bằng dao phay hình trụ răng thẳng và xoắn, dao phay đĩa, dao phay định hình, dao phay góc thì chiều sâu phay trùng với chiều sâu cắt t0 Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đƣờng kính dao, khi phay bề mặt vuông góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt t0 Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì chiều sâu phay t0 đƣợc đo ứng với góc tiếp xúc  , còn khi phay đối xứng chiều sâu phay bằng chiều rộng chi tiết. 1.2.5. Chiều rộng phay B Là kích thƣớc lớp kim loại đƣợc cắt đo theo phƣơng chiều trục của dao phay. Khi cắt bằng dao phay hình trụ thì chiều rộng phay bằng chiều rộng chi tiết, khi phay rãnh bằng dao phay đĩa thì chiều rộng phay bằng chiều dày dao phay (hay chiều rộng rãnh); Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều rộng phay bằng chiều sâu rãnh, khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì chiều rộng phay bằng chiều sâu cắt t0 (B = t0). 1.2.6. Góc tiếp xúc  Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc l giữa dao và chi tiết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ D2 t O  D2 O   t t 2  t 2 n s n s l a) b) Hình 1.6: Góc tiếp xúc khi phay: (a) Bằng dao phay trụ; (b) Bằng dao phay mặt đầu Khi phay bằng dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay định hình góc tiếp xúc đƣợc tính theo công thức sau: Cos  1 2t D sin  hay 1  cos  2 t D (1-7) Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:   2  Sin    2 2t 1 D  arcSin(   arcSin( 2t  1) D (1-8) 2t  1) D 1.2.7. Chiều dày cắt a khi phay Chiều dày cắt a khi phay là một trong những yếu tố quan trong của quá trình phay. Chiều day cắt khi phay là khoảng cách giữa 2 vị trí của quỹ đạo chuyển động của một điểm trêm lƣỡi cắt ứng với lƣợng chạy dao răng Sz. Ở trên ta coi gần đúng quỹ đạo chuyển động tƣơng đối của lƣỡi cắt là đƣờng tròn, do đó chiều dày cắt a đƣợc đo theo phƣơng đƣờng kính của dao. Trong quá trình phay, chiều dày cắt a biến đổi từ trị số amin đến amax hoặc từ amax đến amin tùy theo phƣơng pháp phay. 1.3. Các thành phần lực cắt khi phay - Lực cắt tổng R tác dụng lên một răng dao phay cũng nhƣ lực cắt khi tiện có thể đƣợc phân tích những lực thành phần theo các phƣơng xác định. - Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng ta có: R  Pr  Pz hoặc R  Pd  Pn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/