TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHAY CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM DẠNG THÀNH MỎNG
Tổng quan về quá trình phay và quá trình hình thành phoi
1.2.1 Giới thiệu về quá trình phay
Phay là phương pháp gia công cắt bỏ lớp kim loại trên bề mặt phôi để tạo ra chi tiết với hình dáng, kích thước và độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật Quá trình này diễn ra trên các máy phay, với độ chính xác đạt cấp 3-4 và độ bóng không vượt quá cấp 6, đồng thời là một trong những phương pháp gia công có năng suất cao nhất Phương pháp phay cho phép gia công nhiều loại hình dạng như mặt phẳng, định hình phức tạp, rãnh then, mặt tròn xoay, trục then hoa, cắt ren và bánh răng.
Phay là phương pháp gia công tinh cuối cùng, giúp đạt độ bóng và độ chính xác cao, đồng thời dễ dàng cơ khí hoá và tự động hoá, mang lại năng suất lớn cho sản xuất đơn chiếc, hàng loạt và hàng khối Trong gia công cơ khí, nguyên công phay chiếm tỷ lệ đáng kể, với khoảng 60% - 70% công việc gia công cắt gọt Máy phay đóng vai trò quan trọng, chiếm số lượng lớn trong các nhà máy và phân xưởng cơ khí.
Dao phay là dụng cụ cắt đa lưỡi, trong quá trình cắt, nó không chỉ có những đặc điểm tương tự như khi tiện mà còn sở hữu những đặc điểm riêng biệt.
- Dao phay có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt, nên năng suất cắt khi phay cao hơn khi bào
- Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng thân dao phay thường 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 lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả năng tồn tại lẹo dao ít
1.2.2 Quá trình cắt khi phay
Quá trình cắt kim loại sử dụng dụng cụ hình chêm để loại bỏ lớp kim loại từ phôi Lực tác dụng phát sinh từ sự tương tác giữa dụng cụ cắt và phôi, đặc biệt trong phương pháp phay, là do chuyển động quay của dao phay và lực cản từ phôi Để cắt kim loại hiệu quả, lực tác dụng cần đủ lớn để tạo ra ứng suất vượt qua sức bền của vật liệu, đồng thời phải vượt qua lực ma sát trong quá trình gia công.
- Ma sát giữa các tinh thể kim loại khi trượt lên nhau;
- Ma sát giữa phoi và mặt trước của dao trong quá trình tạo phoi;
- Ma sát giữa bề mặt đã gia công với mặt sau của dao
Nhiều tác giả như Trent, Wright, Zorev N.N và đồng nghiệp, cùng Doyle E.D đã nghiên cứu quá trình hình thành phoi với nhiều cách tiếp cận khác nhau Tất cả các nghiên cứu này đều thống nhất rằng khi kim loại chịu tác dụng của lực, nó trải qua ba giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và cuối cùng là biến dạng phá huỷ.
Hình 1 2 Quá trình hình thành phoi [5]
Trong quá trình cắt, các tinh thể kim loại bị nén và khi lực tác dụng vượt quá giới hạn bền của vật liệu, chúng trượt lên nhau và tách ra khỏi vật gia công, tạo thành phoi Biến dạng này diễn ra trong vùng tạo phoi, được xác định bởi đường cong OA, OE Trong vùng này, các mặt trượt OA, OB, OC, OD, OE cho phép vật liệu gia công trượt, dẫn đến việc các tinh thể kim loại xếp chồng lên nhau Tùy thuộc vào cấu trúc vật liệu và chế độ cắt, có thể tạo ra các loại phoi khác nhau như phoi vụn, phoi xếp hoặc phoi dây.
Kết quả của biến dạng kim loại là tách một phần vật liệu ra khỏi phôi, trong khi phần còn lại trở thành chi tiết gia công Vùng biến dạng xảy ra ở cả phần vật liệu giữ lại, dẫn đến bề mặt chi tiết sau gia công có tính chất khác biệt và thường có độ cứng cao hơn, hiện tượng này được gọi là biến cứng lớp bề mặt Ngoài ra, trong vùng cắt còn xảy ra nhiều hiện tượng vật lý khác mà chúng ta sẽ nghiên cứu sau Quá trình cắt kim loại khi phay tương tự như khi tiện, và chúng ta sẽ tập trung vào một số hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt Lớp kim loại bị cắt được gọi là phoi, có thể có nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào điều kiện gia công.
Theo giáo sư I.A.Time thì phoi có các dạng sau đây: Phoi dây, phoi xếp và phoi vụn
- Phoi vụn: Là phoi tồn tại ở dạng hạt, thường nhận được khi gia công vật liệu có tính dẻo thấp như gang, đồng thau, hình 1.3a
Hình 1 3 Các dạng phoi khi gia công cắt gọt kim loại [5]
Quá trình biến dạng của vật liệu trong vùng cắt thường không qua giai đoạn biến dạng dẻo (vì các vật liệu đó có tính dẻo rất thấp)
Khi cắt tạo thành phoi vụn, có một số đặc điểm nổi bật như: chiều cao bề mặt không đồng đều, tính chất lớp bề mặt ít biến đổi, lực cắt không ổn định và ít gây mất an toàn.
Phôi xếp là loại phôi có dạng đoạn ngắn, với mặt dưới nhẵn mịn tiếp xúc với dao, trong khi mặt trên lại có cấu trúc xù xì giống như răng cưa Loại phôi này thường xuất hiện khi gia công các vật liệu dẻo như thép có hàm lượng carbon thấp, đặc biệt khi được gia công với chiều dày cắt lớn và vận tốc cắt không cao.
Khi cắt tạo thành phoi xếp, có một số đặc điểm nổi bật như chiều cao bề mặt không cao lắm và bề mặt chi tiết gia công bị biến dạng dẻo, dẫn đến tính chất cơ lý khác biệt so với vật liệu gia công ban đầu Đặc biệt, phoi xếp thu được sau khi gia công thép có độ cứng cao hơn từ 2 đến 3 lần so với vật liệu gia công, cho thấy vật liệu đã được hoá bền ở mức độ cao.
Phôi dây là loại phôi có dạng dây dài và bề dày không lớn, thường xuất hiện khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ cắt cao Hình dạng của phôi dây có thể là dây dài hoặc xoắn lò xo, tùy thuộc vào vật liệu gia công, hình dáng đầu dao và chế độ công nghệ sử dụng.
Khi cắt hình thành phoi dây, bề mặt gia công có chiều cao nhấp nhô cao, lực cắt đơn vị nhỏ và ít thay đổi Tuy nhiên, cần chú ý đến biện pháp bẻ phoi, vì phoi dây, đặc biệt là dây dài, có thể gây mất an toàn.
Khi gia công các vật liệu dẻo như thép và nhôm, hiện tượng lẹo dao (built up edge) thường xảy ra, với lớp kim loại có cấu trúc khác biệt bám chắc vào mũi dao Lớp kim loại này, do nhiệt phát sinh trong quá trình cắt, nóng chảy và bị giữ lại bởi lực ma sát trên bề mặt dao, tạo thành một mũi dao mới có độ cứng cao Mặc dù chiều cao của lớp kim loại bám ngày càng tăng, nhưng nó không tồn tại mãi mà sẽ bị cuốn theo phoi ra ngoài, tiếp tục hình thành lớp kim loại mới.
Hiện tượng lẹo dao trong quá trình cắt có thể bảo vệ đầu mũi dao và tăng khả năng thoát phoi, nhưng nó cũng ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình gia công và chất lượng bề mặt chi tiết Lẹo dao làm thay đổi các thông số hình học của dụng cụ cắt, dẫn đến tăng lực cắt, nhiệt cắt và rung động Do đó, việc hạn chế sự xuất hiện của lẹo dao trong gia công tinh là rất quan trọng để nâng cao chất lượng chi tiết Để khử lẹo dao, cần mài bóng mặt trước của dao cẩn thận, thay đổi tốc độ cắt (tăng lên 30m/phút hoặc cao hơn), và sử dụng dung dịch trơn nguội trong các điều kiện gia công cụ thể.
Sự co rút phoi xảy ra khi phoi bị biến dạng và ngắn hơn so với phần chi tiết được cắt ra Hiện tượng này được chia thành hai loại: sự co rút theo chiều dài, khi chiều dài của phoi giảm, và sự co rút theo chiều ngang, khi diện tích tiết diện ngang của phoi tăng Mặc dù thể tích của kim loại không thay đổi, nhưng sự biến dạng dẫn đến sự gia tăng diện tích tiết diện ngang của phoi.
Các chỉ tiêu đánh giá tính gia công của vật liệu
1.3.1.Tính chất cơ học của vật liệu
Vật liệu có độ bền và độ cứng cao sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình gia công Do đó, tính gia công của vật liệu thường tỷ lệ nghịch với các tính chất cơ lý của nó.
Trong quá trình gia công, độ cứng của vật liệu thường được sử dụng như một chỉ số để đánh giá tính gia công, với nguyên tắc rằng vật liệu càng cứng thì tính gia công càng kém Tuy nhiên, thép có thành phần cacbon thấp và hợp kim màu thường có tính dẻo cao, dẫn đến hiện tượng hình thành lẹo dao, từ đó làm giảm khả năng gia công Cơ lý tính của vật liệu có ảnh hưởng đáng kể đến tính gia công, và trong nhiều trường hợp, nó có thể quyết định khả năng gia công của vật liệu chế tạo máy.
1.3.2 Quá trình biến dạng và hình thành phoi
Khi cắt kim loại để tạo ra phoi, lực từ dao phải đủ lớn để tạo ra ứng suất vượt quá sức bền của vật liệu Hình dạng, độ cứng và cấu trúc của phoi cho thấy lớp kim loại đã chịu áp lực này Nghiên cứu quá trình tạo phoi rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến công suất cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công.
7] Đánh giá biến dạng phoi dùng hệ số co giãn phoi:
- Hệ số co giãn phoi theo chiều dọc:
Trong đó: L0 là chiều dài lớp kim loại bị cắt đo trên phôi
Lf là chiều dài thực tế đo của phoi
KL là hệ số co giãn phoi theo chiều dọc
- Hệ số co giãn phoi theo chiều dày:
Trong đó: a là chiều dày lớp kim loại bị cắt đo trên phôi af là chiều dày thực tế đo của phoi
Ka là hệ số co giãn phoi theo chiều dày
- Hệ số co giãn phoi theo chiều rộng:
Trong đó: b là chiều rộng lớp kim loại bị cắt đo trên phôi bf là chiều dài thực tế đo của phoi
Kb là hệ số co giãn phoi theo chiều dọc
Hệ số co giãn phoi đo lường mức độ biến dạng trung bình của phoi trong quá trình cắt Dựa vào hệ số này, có thể xác định mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến dạng khi cắt.
Trong quá trình cắt, kim loại gia công trải qua biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo do tác động của dụng cụ cắt Khi lớp cắt bị biến dạng, dao sẽ chịu lực từ cả mặt trước và mặt sau, điều này là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả của quá trình gia công từ góc độ lực cắt.
Lực cắt chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như tốc độ cắt, vật liệu gia công, vật liệu làm dao
Tính gia công phụ thuộc chủ yếu vào lực cắt; lực cắt lớn dẫn đến tính gia công thấp và ngược lại Khi lực cắt nhỏ, vật liệu cắt sẽ có tính gia công tốt hơn trong cùng điều kiện như phương pháp gia công, loại dao, chế độ cắt và điều kiện cắt.
Nguồn nhiệt trong quá trình cắt phát sinh do công tiêu hao, bao gồm biến dạng đàn hồi và dẻo của lớp bị cắt, cũng như ma sát giữa dao và phôi Tính gia công của vật liệu được đánh giá qua nhiệt cắt, với nhiệt cắt càng nhỏ thì tính gia công càng tốt, và nó là hệ quả của lực cắt Việc khảo sát ảnh hưởng của nhiệt cắt và lực cắt đến tính gia công vật liệu là rất quan trọng.
1.3.5.1 Cơ bản về mòn dụng cụ cắt a, Khái niệm
Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt và tách vật liệu giữa hai bề mặt trong chuyển động tương đối, như trượt hoặc va chạm Eyre và Davis định nghĩa mòn liên quan đến sự thay đổi khối lượng hoặc thể tích, dẫn đến biến đổi hình dạng hoặc topography bề mặt vượt quá giới hạn cho phép Mòn xảy ra do tương tác giữa các nhấp nhô bề mặt, khi vật liệu trên bề mặt tiếp xúc bị biến dạng do ứng suất vượt quá giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần nhỏ vật liệu có thể tách ra, dẫn đến việc tách rời hoặc hình thành các hạt mài.
Trong quá trình sử dụng, dao bị mài mòn do áp lực, nhiệt độ và tốc độ cắt, ảnh hưởng đến các bề mặt tiếp xúc Tất cả các loại dụng cụ đều trải qua mài mòn, có thể xảy ra theo mặt sau (mài mòn thứ nhất) hoặc cả mặt sau và mặt trước (mài mòn thứ hai) Hai loại mòn này đều xuất hiện khi gia công với mọi chế độ cắt trong sản xuất Các cơ chế mòn của hai bề mặt trượt tương đối cũng cần được xem xét.
Khi hai bề mặt tiếp xúc, đỉnh các nhấp nhô sẽ bị biến dạng dẻo do ứng suất pháp Khi hai bề mặt chuyển động tương đối, lớp màng ôxy hóa và hấp thụ bị phá vỡ, dẫn đến việc vật liệu ở đỉnh các nhấp nhô tiếp xúc trực tiếp và gây ra hiện tượng dính.
Khi sức bền dính đủ lớn để ngăn chặn chuyển động trượt, một vùng của vật liệu sẽ bị biến dạng do ứng suất nén Tiếp theo, sự trượt mạnh xảy ra dọc theo các mặt phẳng trượt, tạo ra các mảnh mòn dạng lá mỏng Nếu biến dạng diễn ra rộng rãi tại vùng tiếp xúc, các mảnh mòn có thể hình thành giống như hình nêm và dính vào bề mặt đối tiếp.
Loladze và Rabinowicz cho rằng khi hai bề mặt từ vật liệu khác nhau trượt qua nhau, các mảnh mòn từ vật liệu cứng hơn sẽ bị tách ra khỏi bề mặt Nguyên nhân là do sự dính ngẫu nhiên giữa vùng bề mặt có sức bền bị giảm cục bộ và vùng bề mặt có sức bền cao cục bộ của vật liệu mềm Archard đã phát triển một mô hình tính toán mòn dính dựa trên công thức cụ thể.
Q đại diện cho lượng mòn trên mỗi đơn vị chiều dài quãng đường trượt, được tính bằng khối lượng trên chiều dài K là xác suất xảy ra tiếp xúc dẫn đến sự hình thành một hạt mòn, trong khi σ là giới hạn bền của vật liệu mềm hơn.
Mòn do mỏi xảy ra gần bề mặt vật liệu khi chịu ứng suất biến đổi theo chu kỳ, dẫn đến sự hình thành và phát triển của các vết nứt Những vết nứt này tự cắt nhau tạo ra các hạt mòn, hiện tượng này chủ yếu diễn ra khi hai bề mặt lăn và va chạm Halling cho rằng các đỉnh nhấp nhô không bị dính hoặc mòn do hạt mài sẽ bị biến dạng dẻo, và sau nhiều lần tiếp xúc, chúng có thể bị phá hủy do mỏi, tạo ra hạt mòn Trong khi lý thuyết mòn do dính không giải thích được sự hình thành của các hạt mòn rời, đặc biệt từ bề mặt cứng hơn, thì quá trình mòn do mỏi lại có thể Do đó, Armarego cho rằng mòn do mỏi và mòn do dính đều là các cơ chế liên quan trong một quá trình mòn tổng thể.
Mòn bắt đầu từ việc dính tạo ra các hạt mòn ở vùng tiếp xúc chung, sau đó các hạt này bị ôxy hoá và biến cứng, dẫn đến hiện tượng mòn hạt cứng ba vật Trong một số trường hợp, hạt cứng có thể sinh ra và xâm nhập vào hệ thống trượt từ môi trường Vật liệu tách khỏi bề mặt qua biến dạng dẻo trong quá trình mòn có thể xảy ra theo nhiều chế độ khác nhau.
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI BIẾN DẠNG VÀ HÁM BỀ MẶT KHI PHAY CÁC CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM A6061
Giới thiệu về hợp kim nhôm A6061
Hợp kim nhôm A6061 là một loại hợp kim nhôm bền, chủ yếu được cấu thành từ nhôm, magie và silicon Với tính chất cơ học vượt trội, khả năng chống ăn mòn, và tính năng hàn cũng như định hình tốt, hợp kim nhôm A6061 được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, bao gồm sản xuất linh kiện tự động hóa, khuôn gia công thực phẩm, khuôn chế tạo và các chi tiết cơ khí.
Thành phần hóa học của hợp kim nhôm A6061 được thể hiện trong bảng 2.1 và đặc điểm cơ tính của nhôm A6061 được thể hiện trong bảng 2.2
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của hợp kim nhôm A6061
Tên nguyên tố Tỷ lệ phần trăm về khối lượng (%)
Bảng 2.2 Đặc điểm cơ học của hợp kim nhôm A6061
Phay chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng A6061
Độ cứng 95HB Độ bền kéo 260MPa Độ giãn dài tới hạn 12%
Hệ số poisson 0.33 Độ bền mỏi 96.5MPa Độ dai va chạm 29Mpa-m 1/2
Khả năng gia công so với hợp kim nhôm khác
Modul đàn hồi trượt 26Mpa Độ bền cắt 207MPa
2.2 Phay chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm A6061
2.2.1 Tính gia công của hợp kim nhôm A6061
Hợp kim nhôm A6061 là vật liệu có tính gia công tốt với lực cắt thấp, khả năng dẫn nhiệt cao và tốc độ mòn dụng cụ thấp Tuy nhiên, khi gia công hợp kim này, tuổi bền của dụng cụ cắt, chất lượng bề mặt và quá trình thoát phoi thường gặp khó khăn, dễ dẫn đến hiện tượng lẹo dao Với đặc tính dễ gia công, A6061 có thể sử dụng nhiều loại dụng cụ cắt như thép gió, dao phủ PCD và dao carbide Tuy nhiên, do hàm lượng silic cao trong nhôm, các dụng cụ cắt gốm có nền silic thường ít được ưa chuộng.
Khi gia công nhôm, việc tăng tốc độ cắt có thể thực hiện mà vẫn đảm bảo tuổi bền dao hợp lý Thành phần của hợp kim nhôm, đặc biệt là hàm lượng đồng, ảnh hưởng lớn đến khả năng gia công; giảm đồng sẽ làm tăng tốc độ mòn dao và giảm tính gia công Các tạp chất trong hợp kim nhôm, như silic tự do, cũng hạn chế tốc độ cắt và làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt Silic tự do cứng hơn nền hợp kim, dẫn đến tăng ứng suất và nhiệt độ cục bộ, làm quá trình mòn dao diễn ra nhanh hơn, đặc biệt với vật liệu PCD Tốc độ cắt tối đa khi sử dụng dao carbide không phủ là 100m/ph, nhưng có thể tăng lên 1000m/ph khi sử dụng dao phủ PCD Sắt, một tạp chất có mặt trong tất cả các hợp kim nhôm, tạo ra các hợp chất cứng, gây mòn dao và giảm tính gia công của hợp kim.
Hợp kim nhôm A6061 chứa các thành phần chính là Mg, Cu và silicon, nổi bật với tính gia công cao lên đến 50% Mặc dù vậy, quá trình thoát phoi trong gia công thường gặp khó khăn, dẫn đến việc giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt và ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt sản phẩm.
2.2.2 Phay chi tiết thành mỏng
Chi tiết thành mỏng bằng hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không, với hình dáng và thông số điển hình được sản xuất bởi Fokker Aerost Đặc điểm chiều dày chỉ từ 1-5mm của chi tiết này ảnh hưởng lớn đến việc lập kế hoạch và quy trình gia công Nguyên nhân chủ yếu là do độ cứng của chi tiết thành mỏng thường thấp và giảm dần trong suốt quá trình gia công.
Hình 2 1 Chi tiết thành mỏng được gia công bởi bởi Fokker Aerost
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật đặc trưng của chi tiết thành mỏng bằng hợp kim nhôm
Kích thước Dải kích thước (mm)
Chiều dày thành 1-5 (thường 1.1mm)
Quá trình phay chi tiết thành mỏng trên trung tâm phay đứng gặp khó khăn do phôi có độ cứng thấp, dẫn đến biến dạng và rung động dưới lực cắt Khi phay, thường áp dụng kiểu chạy dạo song song, nhưng độ cứng của chi tiết giảm dần khi phoi được bóc tách Khi chiều dày phôi chỉ còn vài milimet, các biến dạng đáng kể có thể xảy ra Để khắc phục những vấn đề này, các nhà nghiên cứu tập trung vào việc tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phay.
- Tối ưu hoa điều kiện cắt hoặc hình dạng dụng cụ cắt để giảm biến dạng và rung động của chi tiết thành mỏng
- Tối ưu hóa đường chạy dao
- Thiết kế vị trí kẹp và lực kẹp hợp lý
- Phay đồng thời hai mặt của chi tiết thành mỏng bằng máy có hai trục chính.
Nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới nhám bề mặt khi phay chi tiết thành mỏng
2.2.1 Ảnh hưởng của chế độ cắt
2.2.1.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt
Vận tốc cắt đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến nhám bề mặt trong gia công Sự thay đổi của vận tốc cắt sẽ tác động đến quá trình tạo phoi, từ đó ảnh hưởng đến kích thước và mức độ biến dạng của phoi Điều này cũng dẫn đến sự thay đổi nhiệt cắt và hình thành lẹo dao trong quá trình gia công.
Quá trình gia công bằng cắt diễn ra thông qua việc nén kim loại, với ba giai đoạn chính: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy Trong quá trình này, miền tạo phoi AOE di chuyển cùng với dao; khi tốc độ cắt lớn, miền này co hẹp lại, chỉ còn vài phần trăm milimet Sự biến dạng của vật liệu gia công có thể được xem xét gần như xảy ra ngay trên mặt phẳng đi qua lưỡi cắt, hợp với phương chạy dao tại góc F – góc trượt quy ước Góc trượt này thể hiện hướng và trị số của biến dạng dẻo trong miền tạo phoi, với F càng nhỏ thì biến dạng càng lớn.
Hình 2 2 Miền tạo phoi khi gia công kim loại
Mức độ biến dạng của phoi chủ yếu bị ảnh hưởng bởi vận tốc cắt, điều này dẫn đến sự thay đổi nhám bề mặt gia công Hình 2.3 minh họa tác động của vận tốc cắt đối với hệ số co rút của phoi khi gia công thép cacbon.
Hình 2 3 Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới hệ số co rút phoi khi gia công thép cacbon
- Khi Vc tăng từ V1-V2 thì hệ số co rút phoi K giảm
Trong vùng vận tốc cắt, khi tốc độ Vc tăng, khối lượng m cũng tăng, dẫn đến lực ma sát tăng và biến dạng của phoi gia tăng Tuy nhiên, sự xuất hiện và gia tăng của lẹo dao làm tăng góc trước và giảm góc cắt, giúp quá trình cắt diễn ra dễ dàng hơn và phoi thoát ra thuận lợi, giảm biến dạng của phoi đến mức tối thiểu tại điểm B tương ứng với Vc = V2, nơi chiều cao lẹo dao đạt giá trị lớn nhất Mặc dù hai yếu tố này có tác động đối kháng, nhưng ảnh hưởng của lẹo dao là mạnh mẽ hơn Do đó, khi gia công trong vùng vận tốc này, chất lượng bề mặt gia công thường kém và có thể đạt giá trị nhám bề mặt lớn nhất.
- Khi Vc tăng từ V2 - V3 thì hệ số co rút phoi K tăng
Trong vùng vận tốc cắt, khi tốc độ Vc tăng, chiều cao lẹo dao giảm, dẫn đến giảm góc trước và tăng góc cắt, làm tăng biến dạng của phoi Nguyên nhân là do tốc độ Vc cao làm giảm hệ số ma sát và lực ma sát, từ đó giảm biến dạng của phoi Tuy nhiên, ảnh hưởng của lẹo dao lớn hơn, nên khi Vc tăng, biến dạng của phoi cũng tăng và đạt giá trị cực đại khi Vc = V3, lúc này lẹo dao hoàn toàn mất đi, dẫn đến bề mặt trở nên nhẵn hơn.
Khi vận tốc cắt (Vc) lớn hơn vận tốc tiến (V3), hiện tượng lẹo dao sẽ không còn xảy ra Đồng thời, nhiệt độ tại vùng cắt tăng cao khiến lớp kim loại của phoi sát mặt trước bị chảy nhão, dẫn đến hệ số ma sát giữa phoi và mặt trước giảm Điều này làm cho hệ số K giảm và nâng cao độ nhẵn bóng của bề mặt gia công.
2.2.1.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao
Qua thực nghiệm, phương pháp tiện đã cho thấy mối quan hệ giữa các thông số độ nhám bề mặt, bao gồm chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, lượng tiến dao S, bán kính mũi dao r và chiều dày phoi nhỏ nhất hmin Những yếu tố này ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành độ nhám bề mặt khi gia công bằng các loại dao tiện khác nhau.
Hình 2.4 minh họa ảnh hưởng của các thông số hình học đến độ nhám bề mặt trong quá trình tiện Khi dao thực hiện một vòng quay trên chi tiết gia công, nó sẽ ăn vào một lượng S1 (mm/vòng) và di chuyển từ vị trí 1 sang vị trí 2 Kết quả là trên bề mặt gia công sẽ còn lại một phần kim loại chưa được hớt đi, được gọi là phần m, đây chính là độ nhám bề mặt sau khi gia công.
Hình dáng và giá trị của độ nhám bề mặt phụ thuộc vào lượng chạy dao S1 và hình dáng lưỡi cắt Khi giảm lượng chạy dao từ S1 xuống S2, chiều cao nhấp nhô tế vi Rz giảm xuống Rz’ Thay đổi góc nghiêng chính ϕ và góc nghiêng phụ ϕ1 cũng làm thay đổi chiều cao và hình dáng của độ nhám Khi gia công bằng dao có bán kính mũi dao lớn, hình dáng độ nhám có dạng tròn Tăng bán kính mũi dao tới r2 dẫn đến sự giảm chiều cao độ nhám Rz Trong quá trình hình thành độ nhám khi tiện bằng dao có bán kính mũi dao nhỏ và lượng chạy dao lớn, độ nhám bề mặt bị ảnh hưởng không chỉ bởi bán kính mũi dao mà còn bởi lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ, tức là các góc ϕ và ϕ1 Dựa trên những lập luận này, giáo sư Trebưsep đã đưa ra công thức biểu thị mối quan hệ đến Rz với s, r và hmin.
Khi S < 0,1 mm/vòng, chiều dày phoi kim loại hmin phụ thuộc vào bán kính mũi dao r Cụ thể, nếu mài lưỡi dao cắt bằng đá kim cương mịn ở mặt trước và mặt sau với r = 10, thì hmin = 4 Đối với mài dao hợp kim cứng bằng đỏ thường, khi r ≥ 40, hmin sẽ lớn hơn hoặc bằng 20.
Nếu lượng chạy dao S quá nhỏ (S < 0,3 mm/vòng) thì trị số Rz lại tăng, nghĩa là thực hiện bước tiện tinh hoặc phay tinh với lượng chạy dao
S quá nhỏ sẽ không có ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng bề mặt
Lượng chạy dao S không chỉ ảnh hưởng đến các yếu tố hình học mà còn tác động lớn đến mức độ biến dạng dẻo và đàn hồi trên bề mặt gia công, dẫn đến sự thay đổi độ nhám Hình 2.9 minh họa mối quan hệ giữa lượng chạy dao S và chiều cao nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt) Rz trong quá trình gia công thép cacbon.
Hình 2 5 Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt Rz
Khi gia công với lượng chạy dao S từ 0,02 đến 0,15 mm/vòng, độ nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công sẽ giảm Nếu S nhỏ hơn 0,02 mm/vòng, độ nhấp nhô tế vi sẽ tăng, dẫn đến độ nhẵn bóng giảm do ảnh hưởng của biến dạng dẻo Ngược lại, khi S lớn hơn 0,15 mm/vòng, biến dạng đàn hồi sẽ tác động đến sự hình thành nhấp nhô tế vi, kết hợp với các yếu tố hình học, làm tăng độ nhám bề mặt Do đó, để đảm bảo độ nhẵn bóng và năng suất gia công, lượng chạy dao S nên được chọn trong khoảng từ 0,05 đến 0,12 mm/vòng cho thép cacbon.
2.2.1.3 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt
Chiều sâu cắt ảnh hưởng không đáng kể đến độ nhám bề mặt, nhưng nếu quá lớn sẽ gây rung động và làm tăng độ nhám Ngược lại, nếu chiều sâu cắt quá nhỏ, dao sẽ trượt trên bề mặt gia công, dẫn đến hiện tượng cắt không liên tục và cũng làm tăng độ nhám Hiện tượng trượt dao thường xảy ra khi chiều sâu cắt nằm trong khoảng 0,02 đến 0,03 mm.
2.2.2 Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu gia công Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt đến quá trình tạo phoi và chất lượng bề mặt khi gia công được xét qua quan hệ giữa cơ lý tính của vật liệu gia công và tính cắt của vật liệu làm dao Tính cắt của vật liệu làm dao phải đảm bảo các yêu cầu: độ cứng, độ bền cơ học, tính chịu nhiệt, tính chịu mòn và tính công nghệ [7] Do có tính dẻo, nên khi gia công hợp kim nhôm thường bị dính trong khi cắt, có xu hướng hình thành phoi dài, dạng dây
Vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt, chủ yếu do khả năng biến dạng dẻo của chúng Các vật liệu dẻo và dai như thép ít cacbon dễ dàng biến dạng, dẫn đến độ nhám bề mặt cao hơn so với vật liệu cứng và giòn Để đạt được độ nhám bề mặt thấp, thường tiến hành tôi thép cacbon ở nhiệt độ 850-860°C trước khi cắt gọt Khi độ cứng của vật liệu gia công tăng, chiều cao nhấp nhô tế vi giảm, đồng thời hạn chế tác động của tốc độ cắt đến chiều cao nhấp nhô tế vi Khi độ cứng đạt giá trị HB = 5000 N/mm², ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều cao nhấp nhô tế vi gần như không còn Ngoài ra, việc giảm tính dẻo của vật liệu bằng cách biến cứng bề mặt cũng góp phần làm giảm chiều cao nhấp nhô tế vi.
2.2.3 Ảnh hưởng của chiến lược chạy dao khi phay các chi tiết thành mỏng
Giới hạn vấn đề nghiên cứu
Trong bối cảnh trang thiết bị trong nước và điều kiện thí nghiệm tại trường đại học kỹ thuật công nghiệp, mục tiêu của nghiên cứu là nâng cao độ nhám bề mặt và giảm chi phí gia công cho các chi tiết thành mỏng Tác giả tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến độ nhám bề mặt khi phay cạnh các chi tiết thành mỏng được làm từ hợp kim nhôm A6061.
Từ đó tác giả tập trung giải quyết các vấn đề sau:
+ Tìm hiểu lý thuyết về hợp kim nhôm, chi tiết thành mỏng và quá phay hợp kim nhôm
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số công nghệ tới nhám bề mặt khi gia công chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm A6061.
Phương pháp nghiên cứu
- Tổng hợp và phân tích số liệu thực tế;
- Xử lý các số liệu thực nghiệm có sự trợ giúp của máy tính;
- Rút ra những quy luật từ kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
- Chương này trình bày khái quát về hợp kim nhôm và chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm A6061
Quá trình phay chi tiết mỏng bằng hợp kim nhôm thường gặp phải tình trạng biến dạng do độ cứng vững thấp của vật liệu Điều này ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và yêu cầu các biện pháp kiểm soát trong gia công để giảm thiểu sự biến dạng.
Quá trình tạo phoi và nhám bề mặt khi phay chi tiết thành mỏng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố quan trọng Nghiên cứu cho thấy, khi phay các chi tiết mỏng từ hợp kim nhôm, nhám bề mặt gia công bị tác động bởi các thông số công nghệ như vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và chiều rộng cắt.
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của chế độ công nghệ, bao gồm vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và chiều rộng cắt, đến nhám bề mặt và biến dạng của chi tiết gia công Mục tiêu là xây dựng một mô hình nghiên cứu rõ ràng từ những yếu tố này.
Nghiên cứu này áp dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm nhằm khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt và biến dạng của chi tiết khi phay các chi tiết mỏng được chế tạo từ hợp kim nhôm.
