Tài liệu Nghiên cứu nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng bằng điều chỉnh độ đảo hướng kính và dùng dầu bôi trơn làm mát có hạt nano

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGÔ MINH TUẤN NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PROFILE RĂNG CỦA BÁNH RĂNG TRỤ THÂN KHAI KHI PHAY LĂN RĂNG BẰNG ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ĐẢO HƯỚNG KÍNH VÀ DÙNG DẦU BÔI TRƠN LÀM MÁT CÓ HẠT NANO LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGÔ MINH TUẤN NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PROFILE RĂNG CỦA BÁNH RĂNG TRỤ THÂN KHAI KHI PHAY LĂN RĂNG BẰNG ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ĐẢO HƯỚNG KÍNH VÀ DÙNG DẦU BÔI TRƠN LÀM MÁT CÓ HẠT NANO Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh PGS.TS Hoàng Vị Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình được thực dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh và PGS.TS Hoàng Vị. Kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa công bố trên bất cứ một công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Người hướng dẫn Khoa học 1 PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh Người hướng dẫn Khoa học 2 PGS.TS Hoàng Vị i Nghiên cứu sinh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................. i MỤC LỤC .......................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ............................................................... v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................ viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................ viii MỞ ĐẦU ............................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................................. 1 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 2 2.1 Mục đích ....................................................................................................................... 2 2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 2 4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................ 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................................ 2 6. Những đóng góp mới của luận án ................................................................................... 3 7. Bố cục của luận án .......................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT RĂNG CỦA BÁNH RĂNG TRỤ THÂN KHAI BẰNG PHAY LĂN RĂNG .................. 4 1.1 Sơ lược về quá trình phay lăn răng ............................................................................... 4 1.1.1 Sự hình thành biên dạng răng khi gia công bằng dao phay trục vít ...................... 4 1.1.2 Lực cắt khi phay lăn răng ...................................................................................... 5 1.1.3 Nhiệt cắt khi phay lăn răng ................................................................................... 6 1.2 Dao phay lăn răng ......................................................................................................... 7 1.2.1 Cấu tạo dao phay lăn răng ..................................................................................... 7 1.2.2 Độ chính xác dao phay lăn răng ............................................................................ 8 1.2.3 Mòn dao phay lăn răng ........................................................................................ 10 1.3 Máy phay lăn răng ...................................................................................................... 13 1.3.1 Cấu tạo máy phay lăn răng .................................................................................. 13 1.3.2 Độ chính xác máy phay lăn răng ......................................................................... 13 1.4 Sai số profile răng của bánh răng trụ .......................................................................... 16 1.4.1 Sơ lược về độ chính xác của bánh răng trụ ......................................................... 16 1.4.2 Sai số profile răng ............................................................................................... 16 1.4.3 Đo sai số profile răng của bánh răng trụ ............................................................. 18 1.4.3.1 Cơ sở lý thuyết đo sai số profile răng của bánh răng trụ .................................. 18 ii 1.4.3.2 Một số phương pháp đo sai số profile răng ...................................................... 19 1.5 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước về quá trình phay lăn răng ............. 22 1.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................................... 22 1.5.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước ......................................................................... 23 1.6. Khảo sát độ chính xác profile răng của bánh răng khi phay lăn răng trong điều kiện Việt Nam ............................................................................................................... 26 1.6.1 Mục đích khảo sát ............................................................................................... 26 1.6.2 Đối tượng khảo sát .............................................................................................. 26 1.6.3 Điều kiện khảo sát ............................................................................................... 27 1.6.4 Kết quả và thảo luận ............................................................................................ 28 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ................................................................................................. 31 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC PROFILE RĂNG ................................................ 31 2.1 Cơ sở xác định sai số profile răng của bánh răng khi gia công .................................. 32 2.2 Một số thông số ảnh hưởng tới sai số profile răng khi phay lăn răng......................... 35 2.2.1 Ảnh hưởng của độ chính xác dao phay lăn răng .................................................. 35 2.2.2 Ảnh hưởng của sai số gá đặt dao phay lăn răng ................................................... 36 2.2.3 Ảnh hưởng của điều kiện cắt tới sai số profile răng ............................................. 38 2.2.4 Ảnh hưởng của chế độ bôi trơn làm mát tới sai số profile răng ........................... 40 2.3 Nghiên cứu phương pháp giảm sai số profile răng dạng nhấp nhô bề mặt ................. 42 2.3.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................... 42 2.3.2 Điều kiện và tiến trình khảo sát........................................................................... 43 2.3.3 Xử lý kết quả và thảo luận .................................................................................. 43 2.4 Nghiên cứu phương pháp giảm sai số profile răng dạng song hình sin của bánh răng sau khi phay lăn răng ............................................................................................. 51 2.4.1 Cơ sở lý thuyết ......................................................................................................... 51 2.4.2 Thí nghiệm kiểm chứng ........................................................................................... 53 2.4.2.1 Thiết bị thí nghiệm ........................................................................................... 53 2.4.2.2 Phương pháp điều chỉnh ................................................................................... 54 2.4.3 Kết quả và thảo luận ............................................................................................ 56 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ................................................................................................. 60 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA DẦU CÔNG NGHIỆP CÓ TRỘN BỘT NANO ..... 61 3.1 Đặt vấn đề ................................................................................................................... 61 iii 3.2. Hệ thống thí nghiệm ................................................................................................. 61 3.3 Thiết kế thí nghiệm Taguchi ...................................................................................... 69 3.4 Tối ưu hóa nhiều mục tiêu sử dụng Fuzzy logic kết hợp với phương pháp Taguchi . 96 3.4.1 Chuẩn hóa dữ liệu đầu vào .................................................................................. 97 3.4.2 Thiết lập hàm mờ và các quy luật mờ ................................................................. 98 3.4.3 Kết quả và thảo luận .......................................................................................... 102 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................................... 103 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO QUÁ TRÌNH PHAY LĂN RĂNG TRONG THỰC TẾ SẢN XUẤT ............................................................................ 104 4.1 Đặt vấn đề ................................................................................................................. 105 4.2 Điều kiện thực nghiệm và chỉ tiêu đánh giá ............................................................. 105 4.2.1 Điều kiện thực nghiệm ...................................................................................... 105 4.2.2 Chỉ tiêu đánh giá ............................................................................................... 106 4.3 Kết quả thử nghiệm và thảo luận .............................................................................. 106 4.3.1 Sai số profile răng của bánh răng ...................................................................... 106 4.3.2 Mòn dụng cụ cắt ................................................................................................ 111 4.3.3 Topography bề mặt ........................................................................................... 114 4.3.4. Đánh giá sự xâm nhập bột vào bề mặt phôi và dao.......................................... 114 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ............................................................................................... 115 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................. 119 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU fα Sai số profile tổng ffα Sai số dạng profile fHα Độ lệch của profile răng rb Bán kính vòng tròn cơ sở Z Số răng của bánh răng m Mô dul của bánh răng P Bước của thanh răng sinh e2, e1 Độ đảo hướng kính của trục dao PLR Ek là vị trí điểm Pk theo phương dọc trục dao Rk bán kính của điểm tạo hình Pk trên răng cắt thứ k θi Góc xoay của điểm Pk so với vị trí đường tâm tạo hình φ góc xoay của trục dao α góc áp lực của bánh răng cần gia công Sh chiều dày răng đo trên đường chia A Sai lệch lớn nhất của bước giữa các răng dao phay lăn răng (µm) Ψ Góc lệch của tâm tạo hình so với vị trí sai lệch lớn nhất ε1 , ε2 Góc lệch của vecto độ đảo so với đường tâm bao hình ∆R k Sai lệch bán kính của điểm Pk ∆k Độ đảo của trục dao tại vị trí răng cắt thứ k εk Góc lệch của vec tơ độ đảo tại vị trí răng thứ k so với đường tâm bao hình Smax Chiều dày phoi lớn nhất v lmax Chiều dài phoi lớn nhất Zf Số răng của bánh răng gia công β Góc xoắn của bánh răng d0 Đường kính ngoài của dao N Số rãnh thoát phoi f Lượng chạy dao vòng t Chiều sâu cắt θ Góc chắn cung phoi có chiều dài L μ hệ số ma sát F Hệ số Fisher Fy Lực cắt theo phương y Fz Lực cắt theo phương z Ra Độ nhám bề mặt vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VLGC Vật liệu gia công VLDCC Vật liệu dụng cụ cắt ISO Tiêu chuẩn ISO SCM420 Thép hợp kim crom và molipden Al2O3 Oxit nhôm PLR Phay lăn răng DCC Dụng cụ cắt FUTU1 Công ty cổ phần máy và phụ tùng số 1, TP Sông Công CNC Computer numerical control Điều khiển số bằng máy tính ANOVA Analysis of variance Phân tích phương sai S/N Signal-to-Noise ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu DOF Degrees of freedom Bậc tự do Adj SS The adjusted sum of squares tổng bình phương điều chỉnh Seq SS Sequential sums of squares tổng bình phương liên tiếp Adj MS Adjusted mean squares bình phương trung bình điều chỉnh vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1 Thông số kỹ thuật của dao PLR (Dragon, Inc.) .................................................. 27 Bảng 1. 2 Chế độ công nghệ của quá trình phay lăn răng .................................................. 28 Bảng 1. 3 Sai số profile răng trong thí nghiệm khảo sát (µm) ............................................ 28 Bảng 2. 1 Lượng mòn mặt sau và kết quả phân tích hồi quy .............................................. 51 Bảng 2. 2 Thông số cơ bản của dao PLR -05 ...................................................................... 54 Bảng 2. 3 Độ đảo hướng kính của trục dao PLR khi gia công trên máy PLR CNC GE15A. ........ 56 Bảng 2. 4 Độ đảo hướng kính của trục dao PLR khi gia công trên máy PLR YBS3120..... 56 Bảng 3. 1 Thông số kỹ thuật của dao phay phay lăn răng dùng trong thí nghiệm.............. 62 Bảng 3. 2 Kích thước phoi lớn nhất khi phay lăn răng và chế độ cắt khi phay bằng dao phay đơn lưỡi cắt ................................................................................................................. 66 Bảng 3. 3 Kết quả đo độ nhớt (cSt) ở 400C của dầu công nghiệp khi trộn bột nano Al2O3 67 Bảng 3. 4 Kết quả đo độ dẫn nhiệt (W.m/K) của dầu công nghiệp khi trộn bột nano Al2O3 ............................................................................................................................................. 69 Bảng 3. 5 Các thông số khảo sát và mức giá trị tương ứng ................................................ 70 Bảng 3. 6 Bậc tự do của ma trận thí nghiệm ....................................................................... 70 Bảng 3. 7 Thiết kế thí nghiệm L18[] Bảng 3. 8 Ma trận thí nghiệm ............................. 71 Bảng 3. 9 Giá trị lực cắt, nhiệt độ cắt, độ nhám và tỷ số S/N tương ứng............................ 78 Bảng 3. 10 Phân tích ANOVA cho giá trị lực cắt tổng R .................................................... 79 Bảng 3. 11 Giá trị trung bình của lực cắt R và mức độ ảnh hưởng của các thông số tới giá trị lực cắt R .......................................................................................................................... 79 Bảng 3. 12 Phân tích phương sai ANOVA cho giá trị S/N của lực cắt R ............................ 82 Bảng 3. 13 Mức độ ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số tín hiệu nhiễu S/N..................... 82 Bảng 3. 14 Phân tích phương sai ANOVA cho tỷ số Fz/Fy ................................................. 84 Bảng 3. 15 Mức độ ảnh hưởng của các thông số tới tỷ sỗ Fz/Fy ........................................ 84 Bảng 3. 16 Phân tích phương sai ANOVA cho tỷ số tín hiệu nhiễu S/N của Fz/Fy ............ 86 Bảng 3. 17 Mức độ ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số tín hiệu nhiễu S/N của tỷ lệ Fz/Fy ............................................................................................................................................. 86 Bảng 3. 18 Phân tích phương sai ANOVA cho giá trị nhiệt độ cắt T .................................. 88 Bảng 3. 19 Mức độ ảnh hưởng của các thông số khảo sát tới giá trị nhiệt độ cắt.............. 88 Bảng 3. 20 Phân tích phương sai ANOVA cho tỷ số S/N của giá trị nhiệt độ cắt T ............ 90 Bảng 3. 21 Mức độ ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số S/N của giá trị nhiệt độ cắt T ... 90 Bảng 3. 22 Phân tích phương sai ANOVA cho giá trị độ nhám trung bình ........................ 92 Bảng 3. 23 Mức ảnh hưởng của các thông số tới giá trị độ nhám trung bình .................... 92 Bảng 3. 24 Phân tích phương sai ANOVA cho tỷ số tín hiệu nhiễu S/N của độ nhám Ra .. 94 Bảng 3. 25 Mức độ ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số S/N của giá trị độ nhám ........... 94 Bảng 3. 26 Dữ liệu chuẩn hóa cho các tỷ số S/N ................................................................ 97 Bảng 3. 27 Quy luật mờ ..................................................................................................... 100 Bảng 3. 28 Hệ số mờ và xếp hạng ảnh hưởng của các bộ thông số thí nghiệm ................ 102 Bảng 4. 1 Chế độ công nghệ trong thí nghiệm đánh giá ................................................... 105 Bảng 4. 2 Sai số profile lớn nhất trong 03 thí nghiệm đánh giá ....................................... 108 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. 1 Quá trình phay lăn răng ........................................................................................ 4 Hình 1. 2 Sơ đồ tính toán lực cắt khi phay lăn răng [23] ..................................................... 5 Hình 1. 3 Sơ đồ phân bố nhiệt trong vùng tạo phoi [32] ...................................................... 6 Hình 1. 4 Dao phay lăn răng ................................................................................................. 8 Hình 1. 5 Độ đảo hướng kính của dao phay lăn răng ........................................................... 8 Hình 1. 6 Độ thẳng mặt trước dao phay lăn răng ................................................................. 9 Hình 1. 7 Sơ đồ xác định sai số profile lưỡi cắt của dao phay lăn răng ............................... 9 Hình 1. 8 Sai số bước dọc của đường xoắn vít: Sai lệch hai răng cắt liền kề (a), Sai lệch lớn nhất trong một bước chiều trục (b), Sai lệch lớn nhất trong ba bước chiều trục ................................................................................................. 10 Hình 1. 9 Sai số chiều dày răng cắt của đao phay lăn răng ............................................... 10 Hình 1. 10 Các dạng mòn lưỡi cắt dao phay lăn răng ........................................................ 12 Hình 1. 11 Cấu trúc máy phay lăn răng(1.Thân máy, 2. Ụ đứng, 3. Ụ đứng phụ, 4. Dẫn hướng ụ chống tâm, 5. Ụ chống tâm, 6 Trục gá phôi, 7. Dẫn hướng chạy dao đứng, 8. Bàn dao, 9. Dẫn hướng chạy dao tiếp tuyến, 10. Cụm trục chính .......................................................................................................... 13 Hình 1. 12 Sơ đồ kiểm tra độ đảo của trục gá phôi ............................................................ 14 Hình 1. 13 Sơ đồ kiểm tra độ đảo ổ trục chính máy ............................................................ 14 Hình 1. 14 Sơ đồ kiểm tra độ thẳng của băng máy chạy dao đứng..................................... 15 Hình 1. 15 Sơ đồ kiểm tra độ chính xác động học ............................................................... 15 Hình 1. 16 Sai số profile tổng cộng ..................................................................................... 17 Hình 1. 17 Sai số dạng profile ............................................................................................. 17 Hình 1. 18 Sai số góc profile ............................................................................................... 18 Hình 1.19 Tọa độ của một điểm bất kì trên biên dạng răng của bánh răng trụ thân khai ....... 18 Hình 1. 20 Biên dạng răng của bánh răng thân khai .......................................................... 19 Hình 1. 21 Phương pháp đo profile dựa trên vòng tròn cơ sở ............................................ 20 Hình 1. 22 Phương pháp đo profile sử dụng bộ khuếch đại dịch chuyển ........................... 20 Hình 1. 23 Phương pháp đo sai lệch profile sử dụng đầu dò linh hoạt .............................. 21 Hình 1. 24 Sơ đồ phân tích lượng dịch chuyển của đầu dò................................................. 21 Hình 1. 25 Máy đo bánh răng chuyên dụng ........................................................................ 22 Hình 1.26 Bánh răng Z21, m1.75mm (nguồn FUTU1) ....................................................... 27 Hình 1. 27 Sơ đồ gia công răng trên máy YBS3120 ............................................................ 27 Hình 1. 28 Sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng trong mỗi lần dịch dao ............................................................................................................ 29 Hình 1. 29 Sai số profile răng có dạng gợn sóng ................................................................ 29 Hình 1. 30 Sai số profile răng có xuất hiện vết lõm ............................................................ 30 Hình 1. 31 Sai số profile răng có dạng nhấp nhô liên tục ................................................... 30 Hình 2. 1 Quá trình phay bánh răng trụ răng thẳng bằng dao phay lăn răng ................... 32 Hình 2. 2 Vị trí của một điểm bất kỳ trên lưỡi cắt thứ k sau khi dao quay đi một góc θi.......... 34 Hình 2. 3 Sai lệch bước răng (hob lead error) của dao phay lăn răng............................... 35 Hình 2. 4 Sơ đồ đo độ đảo trục dao khi phay lăn răng ....................................................... 37 Hình 2. 5 Sai số vị trí tâm quay của một điểm trên răng cắt thứ k khi xuất hiện đảo ......... 37 Hình 2. 6 Sai số profile răng khi trục dao phay lăn răng bị đảo hướng kính [64] ............. 38 Hình 2. 7 Sai lệch cơ bản của profile răng và đường răng khi phay lăn răng.................... 40 Hình 2. 8 Phương pháp chạy dao truyền thống và chạy dao đường chéo .......................... 40 Hình 2. 9 Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 5 sản phẩm .... 44 ix Hình 2. 10 Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 50 sản phẩm .............. 44 Hình 2. 11 Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 100 sản phẩm ............... 44 Hình 2. 12 Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 200 sản phẩm ............... 45 Hình 2. 13 Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 300 sản phẩm ............... 45 Hình 2. 14 Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 400 sản phẩm ............... 45 Hình 2. 15 Ảnh chụp mặt sau răng cắt của dao PLR sau khi gia công được 500 sản phẩm ............... 46 Hình 2. 16 Lượng mòn mặt trước dao phay lăn răng khi sử dụng dầu công nghiệp VG46................. 47 Hình 2. 17 Lượng mòn mặt trước dao PLR khi sử dụng dầu VG46+0,3% Al2O3-80nm..... 47 Hình 2. 18 Sai số profile răng của bánh răng khi PLR sử dụng dầu công nghiệp VG46 ........... 48 Hình 2. 19 Sai số profile răng khi PLR sử dụng dầu VG46 + 0,3% Al2O3-80nm ............... 49 Hình 2. 20 Ảnh hưởng của mòn mặt sau răng cắt tới sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng sử dụng dầu công nghiệp VG46 và dầu nano 0,3%Al2O3-80nm ............................................................................................. 50 Hình 2. 21 Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và sai số profile răng của bánh răng sau khi gia công ................................................................................................ 50 Hình 2. 22 Một số trường hợp đảo trục dao khi phay lăn răng .......................................... 52 Hình 2. 23 Máy phay lăn răng YBS3120 (a), máy phay lăn răng CNC GE15 (b) .............. 54 Hình 2. 24 Sai số bước răng dao phay lăn răng (a), vị trí sai số bước răng lớn nhất (b) ........... 55 Hình 2. 25 Điều chỉnh độ đảo trục dao phay lăn răng........................................................ 55 Hình 2. 26 Sai số profule răng khi phay lăn răng trên máy GE15: a,; b, có điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈5 µm và e1≈5 µm............................................... 57 Hình 2. 27 Sai số profile răng khi PLR trên máy GE15, không điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈10 µm và e1≈10 µm; b, có điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈10 µm và e1≈10 µm ................................................................. 57 Hình 2. 28 Sai số profile răng khi PLR trên máy GE15, không điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈16 µm và e1≈16 µm; b, có điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈16 µm và e1≈16 µm ................................................................. 57 Hình 2. 29 Sai số profule răng khi PLR trên máy GE15, không điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈20µm và e1≈20 µm; b, có điều chỉnh vị trí đảo với e2≈20µm và e1≈20 µm....................................................................................... 58 Hình 2. 30 Sai số profile răng khi PLR trên máy YBS3120: a, không điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈5µm và e1≈3µm; b, có điều chỉnh vị trí đảo với e2≈5µm và e1≈3µm............................................................................................ 58 Hình 2. 31 Sai số profile răng khi PLR trên máy YBS3120: a, không điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈10µm và e1≈5µm; b, có điều chỉnh vị trí đảo với e2≈10µm và e1≈5 µm......................................................................................... 58 Hình 2. 32 Sai số profile răng khi PLR trên máy YBS3120: a, không điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈16µm và e1≈5µm; b, có điều chỉnh vị trí đảo với e2≈16 µm và e1≈5µm......................................................................................... 58 Hình 2. 33 Sai số profile răng khi PLR trên máy YBS3120: a, không điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈20 µm và e1≈10 µm; b, có điều chỉnh vị trí đảo của trục dao với e2≈20 µm và e1≈10 µm .......................................................... 59 Hình 3. 1 Mô hình thí nghiệm sử dụng dao phay một răng cắt ........................................... 62 Hình 3. 2 Dao phay có một răng cắt ................................................................................... 62 Hình 3. 3 Bộ thu thập dữ liệu từ cảm biến nhiệt ................................................................. 63 Hình 3. 4 Cảm biến lực kisler 9257BA ................................................................................ 63 Hình 3.5 Chiều dày phoi lớn nhất khi phay lăn răng .......................................................... 64 Hình 3. 6 Kích thước phoi khi phay bằng dao phay một răng ............................................ 65 x Hình 3. 7 Máy khuấy dung dịch........................................................................................... 66 Hình 3. 8 Thiết bị đo độ nhớt TV250, xuất xứ Hà lan ......................................................... 67 Hình 3. 9 Quan sát lắng đọng bột nano Al2O3 20nm với các tỷ lệ bột khác nhau .............. 67 Hình 3. 10 Quan sát lắng đọng bột nano Al2O3 80nm với các tỷ lệ bột khác nhau ............ 68 Hình 3. 11 Quan sát lắng đọng bột nano Al2O3 135nm với các tỷ lệ bột khác nhau .......... 68 Hình 3. 12 Sơ đồ phân tích lực cắt ...................................................................................... 72 Hình 3. 13 Sơ đồ đo độ nhám .............................................................................................. 73 Hình 3. 14 Đánh giá độ sai lệch của dữ liệu lực cắt tổng R ............................................... 76 Hình 3. 15 Đánh giá độ sai lệch của dữ liệu tỷ lệ lực cắt ................................................... 76 Hình 3. 16 Đánh giá độ sai lệch của dữ liệu nhiệt độ cắt T ................................................ 77 Hình 3. 17 Đánh giá độ sai lệch của dữ liệu độ nhám bề mặt Ra ....................................... 77 Hình 3. 18 Ảnh hưởng của các thông số tới lực cắt R ......................................................... 80 Hình 3. 19 Ảnh hưởng tương tác của các thông số tới giá trị lực cắt R ............................. 81 Hình 3. 20 Ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số S/N của các giá trị lực cắt R ................. 83 Hình 3. 21 Ảnh hưởng tương tác của các thông số tới tỷ số S/N của lực cắt R .................. 83 Hình 3. 22 Ảnh hưởng của các thông số đầu vào tới tỷ lệ lực cắt Fz/Fy ............................ 85 Hình 3. 23 Ảnh hưởng tương tác của các thông số tới tỷ số lực cắt Fz/Fy ......................... 85 Hình 3. 24 Ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số tín hiệu nhiễu S/N của tỷ lệ Fz/Fy ......... 87 Hình 3. 25 Ảnh hưởng tương tác của các thông số tới tỷ số S/N của Fz/Fy ....................... 87 Hình 3. 26 Ảnh hưởng của các thông số tới giá trị trung bình của nhiệt độ cắt T.............. 89 Hình 3. 27 Ảnh hưởng tương tác của các thông số tới giá trị nhiệt độ cắt trung bình ....... 89 Hình 3. 28 Ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số tín hiệu nhiễu S/N của giá trị nhiệt độ cắt T ........................................................................................................................................... 91 Hình 3. 29 Ảnh hưởng tương tác của các thông số tới tỷ số S/N của giá trị nhiệt độ cắt T 91 Hình 3. 30 Ảnh hưởng của các thông số khảo sát tới giá trị độ nhám trung bình .............. 93 Hình 3. 31 Ảnh hưởng tương tác giữa các thông số tới giá trị độ nhám trung bình ........... 93 Hình 3. 32 Ảnh hưởng của các thông số đầu vào tới tỷ số S/N của Ra ............................... 95 Hình 3. 33 Ảnh hưởng tương tác giữa các thông số tới tỷ số S/N của Ra ........................... 95 Hình 3. 34 Sơ đồ mô tả thuật toán giải mờ với hai biến đầu vào và 2 quy luật mờ ............ 99 Hình 3. 35 Mô hình mờ với 4 thông số đầu vào và 1 thông số đầu ra .............................. 100 Hình 3. 36 Hàm thành viên của lực cắt (a), tỷ lệ lực cắt (b), nhiệt độ cắt (c), độ nhám bề mặt (d) và thông số đầu ra FRTS ...................................................................................... 101 Hình 3. 37 Ảnh hưởng của các thông số tới hệ số mờ ....................................................... 103 Hình 4. 1 Sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng sử dụng dầu dầu công nghiệp VG46 .......................................................................................... 106 Hình 4. 2 Sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng sử dụng dầu công nghiệp trộn 0.3% bột nano Al2O3 với kích thước 20nm ................................. 107 Hình 4. 3 Sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng sử dụng dầu công nghiệp trộn 0.5% bột nano Al2O3 với kích thước 20nm ................................. 108 Hình 4. 4 Biểu đồ sai số profile răng khi gia công sử dụng dung dịch bôi trơn làm nguội khác nhau .............................................................................................. 109 Hình 4. 5 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa sai số profile răng lớn nhất và số bánh răng gia công được khi sử dụng dầu VG46 .................................................... 109 Hình 4. 6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa sai số profile răng lớn nhất và số bánh răng gia công được khi sử dụng dầu VG-0,3%-20nm .................................... 110 Hình 4. 7 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa sai số profile răng lớn nhất và số bánh răng gia công được khi sử dụng dầu VG-0,5%-20nm .................................... 110 xi Hình 4. 8 Hình ảnh mặt trước của lưỡi cắt dao phay lăn răng sau khi gia công xong 500 bánh răng sử dụng dầu công nghiệp thông thường ................................. 111 Hình 4. 9 Hình ảnh mặt trước của lưỡi cắt dao phay lăn răng sau khi gia công xong 500 bánh răng sử dụng dầu nano (trộn 0.3% bột nano Al2O3 - 20nm) .......... 112 Hình 4. 10 Hình ảnh mặt trước của lưỡi cắt dao phay lăn răng sau khi gia công xong 500 bánh răng sử dụng dầu nano (trộn 0.5% bột nano Al2O3 - 20nm) .......... 112 Hình 4. 11 Hình ảnh mặt sau lưỡi cắt dao phay lăn răng sau khi gia công 500 bánh răng sử dụng các dung dịch làm mát khác nhau ............................................ 113 Hình 4. 12 Biểu đồ so sánh mòn dao khi phay lăn răng sử dụng các dầu bôi trơn khác nhau ........................................................................................................ 113 Hình 4. 13 Ảnh chụp bề mặt răng của bánh răng thứ 500 khi phay lăn răng trong 3 trường hợp: Dầu công nghiệp (a),dầu trộn 0.3% Al2O3 20nm (b), dầu trộn 0.5% Al2O3 20nm (c) ............................................................................... 114 Hình 4. 14 Kết quả phân tích EDX sau khi PLR sử dụng dầu công nghiệp VG46............ 114 Hình 4. 15 Kết quả phân tích EDX sau khi PLR sử dụng dầu công nghiệp ...................... 115 Hình 4. 16 Kết quả phân tích EDX sau khi PLR sử dụng dầu công nghiệp ...................... 115 xii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bộ truyền bánh răng trụ thân khai được sử dụng rất phổ biến trong mọi lĩnh vực kinh tế, đặc biệt là trong các thiết bị công nghiệp. Chất lượng của truyền động bánh răng phụ thuộc rất lớn vào độ chính xác của các bánh răng. Tăng độ chính xác của bánh răng sẽ làm tăng hiệu suất truyền dẫn, giảm rung động và giảm tiếng ồn trong truyền dẫn. Một số lượng lớn bánh răng sử dụng trong ngành cơ khí được chế tạo theo phương pháp phay lăn răng, một phương pháp có năng suất cao và được ứng dụng rộng rãi trong các cơ sở sản xuất, các nhà máy, doanh nghiệp trong và ngoài nước. Quá trình phay lăn răng là quá trình gia công hiệu quả nhất đối với các bánh răng ăn khớp ngoài có độ chính xác trung bình (cấp 8-10) khi sử dụng dao thép gió và đạt độ chính xác cấp 6-8 khi sử dụng dao phay hợp kim cứng [2][4][61]. Đặc biệt, trong điều kiện sản xuất còn thiếu trang thiết bị, quá trình phay lăn răng không thể thiếu trong các phân xưởng sản xuất bánh răng. Quá trình phay lăn răng là một quá trình gia công sử dụng dao phay lăn răng với các chuyển động tạo hình phức tạp, theo phương pháp bao hình. Độ chính xác của bánh răng sau khi phay lăn răng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như độ chính xác của dao, độ chính xác máy và độ chính xác gá đặt. Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu nhằm mục đích nâng cao độ chính xác của bánh răng thân khai nói chung và nâng cao độ chính xác profile răng của chúng. Các nghiên cứu chủ yếu tập trung nghiên cứu lý thuyết tạo hình biên dạng răng [13][12], cải tiến thiết kế của dụng cụ cắt [15][16][17], nghiên cứu ứng dụng các loại vật liệu dụng cụ cắt mới [21][18] hoặc nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt tới độ chính xác của bánh răng… Các nghiên cứu cho thấy tầm quan trọng của phương pháp phay lăn răng và cho thấy sự cần thiết phải cải thiện độ chính xác của bánh răng sau khi phay lăn răng. Trong nước, công nghệ chế tạo bánh răng cũng được tiếp cận từ khá lâu tuy nhiên quá trình phay lăn răng không quan tâm nhiều đến sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng, vì quá trình phay lăn răng là một quá trình tạo hình phức tạp và cũng do không có đầy đủ trang thiết bị đo phục vụ nghiên cứu. Tuy nhiên, với sự phát triển của nền sản xuất hiện đại, hướng tới nâng cao tỷ lệ nội địa hóa trong công nghiệp sản xuất xe máy và ô tô, thì việc kiểm soát, nâng cao độ chính xác bánh răng nói chung và độ chính xác profile răng nói riêng đã và đang là một nhu cầu thiết yếu của nhiều doanh nghiệp chế tạo cơ khí tại Việt Nam. Vì vậy nhằm mục đích nâng cao độ chính xác của bánh răng trụ thân khai, tiếp cận với nền sản xuất hiện đại, tác giả tập trung nghiên cứu: “Nghiên cứu nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng bằng cách điều chỉnh độ đảo hướng kính và dùng dầu bôi trơn làm mát có trộn bột nano” 1 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố tới sai số profile răng của bánh răng sau khi phay lăn răng và đưa ra một số giải pháp nhằm nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng. 2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Sai số profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng. Phạm vi nghiên cứu: Quá trình phay lăn răng bánh răng trụ bằng dao phay lăn răng thép gió có phủ TiN trong điều kiện sản xuất ở Việt Nam. 4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết được sử dụng để phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới sai số profile răng của bánh răng trụ khi phay lăn răng, từ đó đề xuất biện pháp giảm sai số. - Phương pháp khảo sát thực nghiệm được sử dụng để phân tích tổng hợp các dạng sai số profile răng thường xuất hiện trong điều kiện thực tế và kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu. - Phương pháp quy hoạch thí nghiệm được sử dụng để xác định thành phần trộn dầu nano hợp lý. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với phân tích, đánh giá, so sánh và luận giải các hiện tượng. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: Đề tài làm rõ ảnh hưởng của các yếu tố tới sai số profile răng của bánh răng khi phay lăn răng. Xây dựng được công thức xác định lượng xê dịch vị trí của điểm tạo hình trên răng cắt ra khỏi bề mặt thanh răng sinh khởi thủy, từ đó đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố tới sai số profile răng của bánh răng khi phay lăn răng. Đề xuất được các biện pháp nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng: Xây dựng được công thức xác định độ đảo hướng kính của trục dao và vị trí đảo phù hợp với sai số bước răng của dao phay lăn răng để có thể giảm sai số profile dạng gợn sóng hình sin; Giảm mòn dao phay lăn răng bằng cách sử dụng dầu nano (dầu có trộn bột nano), từ đó giảm sai số profile răng dạng nhấp nhô bề mặt. Áp dụng quy hoạch thực nghiệm Taguchi đề nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới lực cắt, điều kiện ma sát, nhiệt độ cắt và độ nhám bề mặt trên mô hình thí nghiệm sử dụng dao phay một răng cắt. Đồng thời kết hợp với phương pháp tối ưu sử dụng Fuzzy logic để xác định được điều kiện công nghệ tối ưu. 2 Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án có thể được sử dụng để: dự đoán nguyên nhân gây ra sai số profile răng của bánh răng khi phay lăn răng và đề xuất các biện pháp giảm sai số profile răng; dự đoán sai số profile răng gia công được, từ đó xác định thời điểm mài lại dao hợp lý. Phương pháp bôi trơn làm mát bằng dầu có trộn bột nano (dầu nano) có thể áp dụng vào quá trình phay lăn răng trong điều kiện sản xuất của Việt Nam Dùng làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở đào tạo và nghiên cứu. 6. Những đóng góp mới của luận án Luận án có những đóng góp sau: Phân tích, đánh giá và tổng hợp được các dạng sai số profile răng chủ yếu của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam. Đề xuất phương pháp giảm sai số profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng bằng cách giảm lượng sai lệch vị trí điểm tạo hình trên răng cắt ra khỏi bề mặt thanh răng sinh khởi thủy. Kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, luận án đã phân tích và đưa ra hai giải pháp giảm sai số profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng: Thứ nhất là điều chỉnh độ đảo hướng kính của trục dao phay lăn răng phù hợp với sai số bước răng của dao phay lăn răng; Thứ hai là giảm mòn dao phay lăn răng bằng cách sử dụng dầu bôi trơn làm mát có trộn bột nano Al2O3. Ảnh hưởng của vận tốc cắt, cỡ hạt nano và nồng độ hạt nano trộn vào dầu bôi trơn làm mát đến lực cắt, điều kiện ma sát, nhiệt độ cắt và độ nhám đã được nghiên cứu trên mô hình thí nghiệm sử dụng dao phay một lưỡi cắt. Thông số cỡ hạt và nồng độ hạt nano Al2O3 tối ưu trộn vào dầu bôi trơn làm mát đã được xác định bằng phương pháp tối ưu hóa Fuzzy Logic kết hợp với quy hoạch thực nghiệm Taguchi. Thử nghiệm giải pháp điều chỉnh độ đảo hướng kính của trục dao phay lăn răng và sử dụng dầu có trộn bột nano với thông số tối ưu vào điều kiện phay lăn răng thực tế tại công ty cổ phần phụ tùng máy số 1-TP Sông Công Thái Nguyên. Kết quả bước đầu khẳng định hiệu quả nghiên cứu và cho thấy khả năng áp dụng vào điều kiện sản xuất thực tế. 7. Bố cục của luận án Luận án được chia thành 04 chương: Chương 1: Tổng quan về quá trình cắt răng của bánh răng trụ thân khai bằng phay lăn răng Chương 2: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác profile răng Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số tối ưu của dầu công nghiệp có trộn bột nano Chương 4: Đánh giá khả năng ứng dụng kết quả nghiên cứu vào quá trình phay lăn răng trong thực tế sản xuất Tiếp theo là phần kết gồm các kết luận và kiến nghị của luận án với những vấn đề cần nghiên cứu tiếp. Cuối cùng của luận án là các tài liệu tham khảo, các công trình đã công bố liên quan đến luận án và phần phụ lục. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT RĂNG CỦA BÁNH RĂNG TRỤ THÂN KHAI BẰNG PHAY LĂN RĂNG 1.1 Sơ lược về quá trình phay lăn răng 1.1.1 Sự hình thành biên dạng răng khi gia công bằng dao phay trục vít Quá trình phay lăn răng là một quá trình gia công răng theo phương pháp bao hình, nhờ nhắc lại sự ăn khớp cưỡng bức bằng cắt gọt dọc theo đường răng giữa dao trục vít (dao phay lăn răng) với phôi bánh răng cần gia công (Hình 1. 1), nhằm mục đích hớt bỏ lớp kim loại ở rãnh răng để tạo hình bề mặt răng [1][2][5]. Đảm bảo độ chính xác của răng chủ yếu là đảm bảo độ chính xác profile răng, độ chính xác bước răng, độ đồng tâm của vòng chia với tâm quay của răng. Quá trình phay lăn răng sử dụng dao phay lăn răng với chuyển động tạo hình phức tạp, đồng thời điều kiện cắt và tiết diện cắt luôn luôn thay đổi theo từng răng cắt và tại cùng thời điểm thì có nhiều răng cùng tham gia cắt. Quá trình cắt khi phay lăn răng cũng rất phức tạp, tại từng thời điểm mỗi răng cắt sẽ cắt đi một lượng phoi khác nhau và ở mỗi điểm trên lưỡi cắt lại có tốc độ cắt cũng khác nhau và lượng chạy dao cũng khác nhau. Hơn nữa, lưỡi cắt có hình dạng phức tạp, chuyển động tương đối của lưỡi cắt so với phoi cũng rất phức tạp nên góc mài sắc cũng như góc cắt thường không đạt được những trị số của điều kiện cắt lý tưởng. Hình 1. 1 Quá trình phay lăn răng Quá trình tạo hình bề mặt răng là quá trình nhắc lại sự ăn khớp của cặp truyền động trục vít bánh răng một cách cưỡng bức. Trong đó trục vít được tạo hình thành dao gọi là dao phay lăn răng và bánh răng đóng vai trò là phôi. Quá trình phay lăn răng được thể hiện trong hình 1.1, bao gồm các chuyển động cần thiết: chuyển động quay của dao (n d) đóng vai trò là chuyển động cắt chính, chuyển động quay của phôi (np) đóng vai trò là chuyển động chạy dao vòng tương ứng với chuyển động quay của dao và chuyển động chạy dao đứng (Tđ) giữa dao với phôi. Theo lý thuyết bao hình, bề mặt bánh răng được hình thành chính là mặt bao của các vị trí liên tiếp của trục vít cơ sở, khi trục vít thực hiện chuyển 4 động quay tương ứng (nd) với chuyển động quay của bánh răng cần gia công (np) theo mối tương quan tỷ số truyền tương ứng: 𝑘 1 vòng quay của dao phay trục vít → 𝑍 vòng quay của phôi bánh răng Với k là số đầu mối của dao phay trục vít và Z là số răng của bánh răng cần gia công. Thông thường quá trình phay lăn răng sử dụng dao phay trục vít một đầu mối. Khi dao phay trục vít thực hiện chuyển động quay sẽ lần lượt ăn khớp với tất cả các răng của bánh răng. Do đó mỗi rãnh răng của bánh răng sẽ được gia công bởi tất cả các răng của dao phay trục vít trên chiều dài tạo hình. Khi đó mỗi lưỡi cắt sẽ vẽ nên một quỹ đạo tròn, hay tạo ra một bề mặt cắt và hình bao của các bề mặt tạo hình này sẽ hình thành nên bề mặt răng của bánh răng cần gia công. 1.1.2 Lực cắt khi phay lăn răng Trong gia công cắt gọt kim loại, lực cắt là một trong những thông số quan trọn để đánh giá điều kiện cắt, vì dưới tác động của lực cắt phoi được tách ra, gây biến dạng (biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo) và công biến dạng chuyển hóa thành nhiệt cắt. Trong vùng gia công, lực cắt, lực ma sát và nhiệt cắt gây ra mòn bề mặt tiếp xúc và biến dạng lưỡi cắt của dụng cụ, mà cụ thể là trên mặt trước và mặt sau. Ngoài ra lực cắt được sử dụng trong các tính toán trong quá trình thiết kế máy, thiết kế công nghệ như tính công suất cắt, tính đồ gá, tính bền…. Sự ổn định của lực cắt cũng là một vấn đề quan trọng nó ảnh hưởng đến khả năng làm việc ổn định của hệ thống công nghệ, nó là một thông số quan trọng tác động đến chất lượng và độ chính xác của quá trình gia công. Quá trình cắt khi phay lăn răng rất phức tạp, không chỉ trạng thái của mỗi răng cắt là khác nhau mà trạng thái tại các điểm trên cùng một răng cắt cũng khác nhau. Vì chiều dày cắt và chiều rộng cắt là không giống nhau tại mỗi thời điểm khác nhau, nên nó tạo ra những vùng cắt thay đổi gây ra những thay đổi về động lực học. Vì vậy lực cắt khi phay lăn răng thường được xác định bằng cách xác định vùng cắt, tính toán lực cắt trên mặt phẳng cắt và lực cắt trên mỗi răng cắt, sau đó tính tổng lực cắt trên răng cắt tham gia vào bóc tách vật liệu ở cùng thời điểm hay chính là lực tác dụng lên dao phay lăn răng [23][26], Hình 1. 2. Hình 1. 2 Sơ đồ tính toán lực cắt khi phay lăn răng [23] 5 1.1.3 Nhiệt cắt khi phay lăn răng Trong quá trình cắt kim loại nói chung, năng lượng bị tiêu tốn vào việc tạo phoi và thắng lực ma sát giữa phôi và dụng cụ. Nhiệt cắt sinh ra trong quá trình cắt răng là do công sinh ra làm biến dạng vật liệu gia công và công sinh ra do ma sát. Biến dạng dẻo của vật liệu gia công trong vùng tạo phoi, vùng biến dạng thứ hai và tương tác ma sát giữa vật liệu gia công với các mặt của dụng cụ trong quá trình cắt sinh nhiệt làm tăng nhiệt độ ở vùng gần lưỡi cắt dẫn đến giảm sức bền của dao ở vùng này gây phá hủy bộ phận đến toàn bộ khả năng làm việc của lưỡi cắt. Nhiệt độ cắt trong dụng cụ tăng khi cắt với vận tốc cắt cao và lượng chạy dao lớn hoặc vật liệu gia công có nhiệt độ nóng chảy cao là nguyên nhân làm giảm năng xuất cắt gọt [31]-[39]. Các nghiên cứu đã chứng tỏ rằng khoảng 98%-99% công suất cắt biến thành nhiệt từ ba nguồn nhiệt, vùng tạo phoi (quanh mặt phẳng trượt AB), mặt trước (AC) và mặt sau (AD) (Hình 1. 3). Nhiệt từ ba nguồn này truyền vào dao, phoi, phôi và môi trường với tỷ lệ khác nhau phụ thuộc vào chế độ cắt và tính chất nhiệt của hệ thống dao, phoi, phôi và môi trường 0. Thực tế vận tốc cắt là nhân tố có ảnh hưởng lớn nhất đến tỷ lệ này, khi vận tốc cắt đủ lớn phần lớn nhiệt cắt truyền vào phoi. Gọi Q là tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt: Q = Qmặt phẳng trượt + Qmặt trước + Qmặt sau (1.1) Theo định luật bảo toàn năng lượng thì nhiệt lượng này sẽ truyền vào hệ thống phoi, phôi, dao và môi trường theo công thức sau: Q = Qphoi + Qphôi + Qdao + Qmt (1.2) Hình 1. 3 Sơ đồ phân bố nhiệt trong vùng tạo phoi [32] Nhiệt sinh trong vùng biến dạng thứ nhất (QAB) Nghiên cứu của Trent [28] đã chỉ ra rằng phần lớn công sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất biến thành nhiệt. Tốc độ sinh nhiệt trong vùng biến dạng thứ nhất có thể gần đúng trên mặt phẳng cắt theo công thức sau: 𝑑𝑤 𝑑𝑡 = 𝑄1 = 𝑘𝐴𝐵 . 𝐴𝑆 . 𝑉𝑆 (1.3) Trong đó: kAB là ứng suất cắt trung bình trong miền biến dạng thứ nhất AS là diện tích của mặt phẳng trượt VS là vận tốc của vật liệu trên mặt phẳng trượt 6