ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRIỆU QUÝ HUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN MỊN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ TiAlN KHI PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA TÔI Chuyên ngành: Kỹ Thuật khí LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT PHỊNG QLĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Văn Hùng XÁC NHẬN KHOA CƠ KHÍ PGS.TS Nguyễn Văn Dự Thái Nguyên - 2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRIỆU QUÝ HUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ TiAlN KHI PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA TƠI Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy Mã số: TNU11862504002 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Văn Hùng Thái Nguyên - 2014 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, tơi xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo TS Nguyễn Văn Hùng - Thầy hướng dẫn khoa học định hướng đề tài, hướng dẫn tận tình Thầy việc tiếp cận khai thác tài liệu bảo q trình tơi làm thực nghiệm viết luận văn Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Thầy giáo ThS Đặng Văn Thanh tạo điều kiện thuận lợi cho tiến hành thí nghiệm Trung tâm thí nghiệm trường ĐHKT Cơng Nghiệp suốt q trình hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn cán Khoa Sau đại học trường, cán phòng thí nghiệm khoa khí – ĐHKTCN dành cho điều kiện thuận lợi nhất, giúp hồn thành nghiên cứu Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, đồng nghiệp ủng hộ, động viên, giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Thái Nguyên, Ngày 26 tháng 02 năm 2014 Học viên Triệu Quý Huy MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cảm ơn Tran g Mục lục Danh mục bảng số liệu Danh mục hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp Phần mở đầu 12 Tính cấp thiết đề tài 12 Mục đích, đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài 13 2.2 Đối tượng nghiên cứu 13 2.3 Phương pháp nghiên cứu 14 Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn 14 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG 14 14 15 1.1 Khái niệm trình phay 15 1.2 Các yếu tố cắt dao phay 16 1.2.1 Chiều sâu cắt ap 17 1.2.2 Lượng chạy dao S 17 1.2.3 Vận tốc cắt phay 17 1.2.4 Chiều sâu phay t 18 1.2.5 Chiều rộng phay B 18 1.2.6 Góc tiếp xúc  19 1.2.7 Chiều dày cắt a phay 19 1.3 Các thành phần lực cắt phay 20 1.4 Quá trình phay cứng 21 1.5 Kết luận chương 23 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT 24 ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN KHI PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA TÔI BẰNG DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ 2.1 Mòn dụng cụ phay 24 2.1.1 Các dạng mòn dụng cụ cắt 25 2.1.2 Các chế mòn dụng cụ cắt 27 a Mòn cào xước 28 b Mòn dính 28 c Mòn hạt mài 29 d Mòn khuếch tán 30 e Mòn ơxy hố 31 f Mòn nhiệt 31 2.1.3 Cách xác định mòn dụng cụ cắt 31 2.1.4 Ảnh hưởng mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt gia cơng 33 2.2 Ma sát mòn dụng cụ phủ 34 2.2.1 Ma sát dụng cụ phủ 34 2.2.2 Mòn dụng cụ phủ 35 2.3 Mòn dao phay cứng 36 2.4 Tuổi bền dụng cụ cắt 37 2.4.1 Khái niệm chung tuổi bền dụng cụ cắt 37 2.4.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền dụng cụ cắt 39 2.4.2.1 Ảnh hưởng chế độ cắt đến tuổi bền dụng cụ cắt 39 2.4.2.2 Vai trò lớp phủ cứng việc tăng tuổi bền dụng cụ 40 2.5 Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt 42 2.6 Mòn tuổi bền dụng cụ phay cứng 43 2.6.1 Mòn dao phay cứng 43 2.6.2 Tuổi bền dao phay cứng 44 2.7 Kết Luận chương 44 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 45 3.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 45 3.1.1 Lý thuyết thực nghiệm 45 3.1.1.1 Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm 45 a Nguyên tắc ngẫu nhiên 45 b Nguyên tắc lặp lại 45 c Nguyên tắc tạo khối 45 3.1.1.2 Các loại thí nghiệm 46 a Thí nghiệm sàng lọc 46 b Thí nghiệm so sánh 46 c Thí nghiệm tối ưu hóa 46 3.1.1.3 Lựa chọn thiết kế thí nghiệm 47 3.1.2 Cơ sở lý thuyết 47 3.1.2.1 Thực nghiệm tối ưu hoá 47 3.1.2.2 Tiến trình tối ưu hố 48 3.1.2.3 Mức độ phù hợp mơ hình 48 3.1.2.4 Kế hoạch thí nghiệm bề mặt tiêu 49 3.1.2.5 Phương pháp đo tổng hợp kết đo 49 3.1.3 Các giới hạn thí nghiệm 50 3.1.4 Các thơng số đầu vào thí nghiệm 50 3.1.5 Các hàm mục tiêu 51 3.1.6 Chọn dạng hàm hồi quy 51 3.1.7 Xây dựng ma trận thí nghiệm 52 3.1.8 Trang thiết bị thí nghiệm 53 3.1.8.1 Máy thí nghiệm 53 3.1.8.2 Dụng cụ cắt thí nghiệm 54 3.1.8.3 Phơi 55 3.1.8.4 Dụng cụ đo kiểm 55 3.2 Tiến hành thí nghiệm 56 3.3 Xử lý kết thí nghiệm 57 3.3.1 Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu lực cắt F 57 a Nhập kết thí nghiệm 57 b Biểu đồ quan hệ vận tốc, lượng chạy dao lực cắt 59 c Phân tích biểu đồ lời khun cơng nghệ 60 3.3.2 Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu lượng mòn hs 60 a Nhập kết thí nghiệm 60 b Biểu đồ quan hệ vận tốc, lượng chạy dao lượng mòn 62 c Phân tích biểu đồ lời khun cơng nghệ 63 3.3.3 Biểu đồ quan hệ vận tốc, lượng chạy dao tuổi bền 64 3.3.4 Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu nhám bề mặt 65 a Nhập kết thí nghiệm 65 b Biểu đồ quan hệ vận tốc, lượng chạy dao nhám bề mặt 66 c Phân tích biểu đồ lời khuyên công nghệ 66 3.3.5 Mối liên hệ thành phần lực, lượng mòn, tuổi bền, nhám 67 bề mặt thông số chế độ cắt 3.3.6 Thử nghiệm đánh giá kết chọn 68 3.4 Kết luận chương 69 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Tài liệu tham khảo 80 81 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU TT Bảng số Tran g Nội dung Giá trị tính tốn giá trị thông số chế độ cắt V, S 51 Bảng 3.1 cho thực nghiệm Bảng 3.2 Ma trận thí nghiệm 52 Bảng 3.3 Thơng số kỹ thuật máy 53 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Thành phần nguyên tố hoá học thép CR12MOV Bảng quy hoạch kết thực nghiệm xác định tuổi bền dao Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ http://www.lrc- 55 56 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP TT Hình Nội dung Tran g Hỡnh 1.1 Dao phay trụ xoắn 15 Hỡnh 1.2 Dao phay mặt đầu 16 Dao phay nhọn dao phay hớt lng 16 Các yếu tố cắt phay 16 Tc ct phay 17 Góc tiếp xúc phay 19 Lực tác dụng lên dao phay trụ xoắn 21 Mòn mặt sau 25 Mòn mặt trước 26 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 2.1 Hình 2.2 10 Hình 2.3 Mòn đồng thời mặt trước mặt sau 26 11 Hình 2.4 Cùn lưỡi cắt 26 12 Hình 2.5 Ảnh hưởng vận tốc cắt đến chế mòn 27 cắt liên tục 13 Hình 2.6 Ảnh hưởng vận tốc cắt đến chế mòn 28 cắt gián đoạn 14 Hình 2.7 Quan hệ số dạng mòn dụng cụ hợp 32 kim cứng với thể tích V t tính c 0,6 , V 15 Hình 2.8 m/ph; số t1 tính Các thơng đặc trưngmm/vg cho mòn mặt trước 33 mặt sau – ISO3685 16 Hình 2.9 Sơ đồ vùng ma sát Shaw,Ber Mamin 35 17 Hình 2.10 Sơ đồ thể giai đoạn mòn mặt trước 37 dụng cụ thép gió phủ TiN 18 Hình 2.11 Vị trí lực cắt tác dụng vào dao Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ http://www.lrc- 39 19 Hình 2.12 Quan hệ V.T-V V.T.a cắt thép 40Cr Quan hệ tuổi bền dao thép gió phủ PVD 40 20 Hình 2.13.a 21 Hình 2.13.b 22 Hình 2.14 23 Hình 2.15 Quan hệ tốc độ cắt V tuổi bền T dao 42 24 Hình 2.16 Quan hệ V T (đồ thị lơgarit) 43 25 Hình 3.1.a Sơ đồ thí nghiệm 26 Hình 3.1.b thí nghiệm dọc trục thí nghiệm trung tâm 49 27 Hình 3.1.c Thí nghiệm CCD 49 28 Hình 3.2 Các thơng số mảnh dao 54 29 Hình 3.3 Kết cấu thân dao 54 30 Hình 3.4 Sơ đồ gá dao 55 31 Hình 3.5 32 Hình 3.6 33 Hình 3.7 34 Hình 3.8 35 Hình 3.9 theo vận tốc cắt dao tiện Dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon cải thiện Quan hệ thời gian, tốc độ độ mòn dao 41 42 49 Bề mặt tiêu quan hệ vận tốc, lượng chạy dao lực cắt Biểu đồ đường mức quan hệ vận tốc, lượng chạy dao lực cắt Sơ đồ đo mòn dao theo góc sau Bề mặt tiêu quan hệ vận tốc, lượng chạy dao lượng mòn Biểu đồ đường mức quan hệ vận tốc, lượng chạy dao lượng mòn Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ 41 http://www.lrc- 59 59 62 62 63 100±0,1 25 0,63 0,63 50 50 ±0,1 ±0,1 1,25 0,63 5±0,1 20 ±0,1 1,25 ±0,1 Ø8 Ø8 Ø8 Ø8 130 ±1 84 23 80 23 34 80 ±1 23 23 Chức Họ tên Chữ kí Ngày Thiết kế Kiểm tra Số lợng Khuôn ép gạch vỉ ốp Khối lợng Tỉ lệ 1:1 Hỡnh 3.14 Bn vẽ khuôn ép gạch ốp Sau chọn V = 100(m/ph), S = 170(mm/ph), t = 0,2(mm) để gia công khuôn ép gạch sử dụng cho nhà máy chuyên sản xuất gạch vỉ ốp trang trí xây dựng ta có kết sau: - Về thời gian gia công là: 67(phút) - Độ nhám bề mặt đo 1,443( m ) đạt mức cho phép gia cơng bề mặt - Lưỡi cắt có xu hướng mòn vật liệu gia cơng có hạt cứng trơn trượt bám dính lên mặt trước dao gây biến dạng dẻo cào xước lớp bề mặt Theo thời gian lớp phủ bề mặt lưỡi cắt gây bong tróc phá hủy lưỡi cắt Như vậy, với chế độ cắt phù hợp cho gia công khuôn ép gạch vỉ ốp với loạt lớn góp phần nâng cao hiệu sử dụng dao 3.4 Kết luận chương Quá trình nghiên cứu ảnh hưởng thơng số chế độ cắt đến mòn, tuổi bền phay vật liệu CR12MOV sau dao phay gắn mảnh hợp kim phủ TiAlN xây dựng mối quan hệ ảnh hưởng thơng số (V,S) với lực cắt, mòn, nhám bề mặt tuổi bền Từ kết thực nghiệm vấn đề ta nên chọn vận tốc cắt 92  V  100 (m/phút) với lượng chạy dao 170  S  176 (mm/phút) phay cứng thép CR12MOV qua dao phay gắn mảnh hợp kim cứng phủ TiAlN chế độ hợp lý để gia công tinh, đảm bảo tuổi bền dao lớn mà chất lượng bề mặt tốt Đây sở khoa học để đưa kết luận định hướng nghiên cứu đề tài triển khai ứng dụng vào thực tế sản xuất Hình 3.15 Trung tâm gia cơng phay CNC thiết bị đo gá phơi Hình 3.16 Thiết bị đo lực kết nối với q trình gia cơng Hình 3.17 Hình ảnh mòn mảnh dao thí nghiệm Hình 3.18 Hình ảnh mòn mảnh dao thí nghiệm Hình 3.19 Hình ảnh mòn mảnh dao thí nghiệm Hình 3.20 Hình ảnh mòn mảnh dao thí nghiệm Hình 3.21 Hình ảnh mòn mảnh dao thí nghiệm Hình 3.22 Hình ảnh mòn mảnh dao thí nghiệm Hình 3.23 Hình ảnh mòn mảnh dao thí nghiệm Hình 3.24 Hình ảnh mòn mảnh dao thí nghiệm Hình 3.25 Hình ảnh mòn mảnh dao thí nghiệm Hình 3.26 Xác định thành phần lực cắt trình thí nghiệm Hình 3.27 Xác định thành phần lực cắt q trình thí nghiệm Hình 3.28 Xác định thành phần lực cắt trình thí nghiệm Hình 3.29 Xác định thành phần lực cắt q trình thí nghiệm Hình 3.30 Xác định thành phần lực cắt trình thí nghiệm Hình 3.31 Xác định thành phần lực cắt q trình thí nghiệm Hình 3.32 Xác định thành phần lực cắt trình thí nghiệm Hình 3.33 Xác định thành phần lực cắt q trình thí nghiệm Hình 3.34 Xác định thành phần lực cắt trình thí nghiệm CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Trong giới hạn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến mòn tuổi bền dao phay hợp kim cứng phủ TiAlN phay thép hợp kim qua tơi” điều kiện thiết bị thí nghiệm Việt Nam Quá trình nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt gia công vật liệu CR12MOV sau đạt độ cứng 50HRC dao phay gắn mảnh hợp kim phủ TiAlN hoàn thành đạt kết sau: - Đã xây dựng mơ hình ma trận quy hoạch thí nghiệm phù hợp với nội dung mục tiêu nghiên cứu luận văn - Đánh giá ảnh hưởng thơng số chế độ cắt (S, v) đến mòn tuổi bền dụng cụ sở cho người kĩ sư công nghệ lựa chọn miền thông số phù hợp 92  V  100 (m/phút) 170  S  176 (mm/phút) với mục tiêu - Kết nghiên cứu phân tích, đánh giá khách quan thơng qua nghiên cứu lực cắt lượng mòn - Dựa sở nội dung nghiên cứu làm cở sở gia công loại vật liệu khác phương pháp phay vật liệu sau Hướng nghiên cứu tiếp theo: Để đảm bảo áp dụng dao phay gắn mảnh gia công tinh, gia công lần cuối loại khn cần có phải nghiên cứu đánh giá chi tiết tượng vật lý q trình cắt để nâng cao độ xác, chất lượng bề mặt, mòn tuổi bền Vậy, tác giả mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy giáo bạn đồng nghiệp, để đề tài hoàn thiện có triển vọng phát triển tương lai Xin trân trọng cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS, TS Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hố q trình gia công cắt gọt, NXB Giáo dục [2] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sĩ Tuý (2001), Nguyên Lý Gia Công Vật Liệu, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] PGS TS Nguyễn Đăng Bình, PGS TS Phan Quang Thế (2006), Một số vấn đề ma sát, mòn bơi trơn kỹ thuật Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Phan Quang Thế (2002), Luận án Tiến sĩ “Nghiên cứu khả làm việc dụng cụ thép gió phủ dùng cắt thép cacbon trung bình”, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [5] MITSUBISHI General catalogue (2008), Turning tools, rotating tools, tooling solutions [6] SUMITOMO General catalogue (2008), Performance cutting tools [7] Marius Cosma , Assist Eng., North University Baia Mare, Dr V Babeş 62A street, Romania (2006), Geometrc method of undeformed chip study in ball nose end milling, The international conference of the Carpathian EURO – th Region specialists in industrial systems edition, pp 49-54 [8] Marius Cosma, Assist Eng North University of Baia Mare, Romania (2007), Horizontal path strategy for 3D-CAD analysis of chip area in – th axes ball nose end milling, International multidisciplinary conference, Baia Mare, Romania, May 17-18, 2007 ISSN-1224-3264, pp115-120 [9] Hiroyasu Iwabe and Kazufumi Enta (2008), Tool Life of Small Diameter Ball End Mill for High Speed Milling of Hardened Steel – Effects of the Machining Method and the Tool Materials –, Graduate School of Science and Technology, Niigata University 8050, Ikarashi 2-nocho, Nishi-ku, Niigata 950-2181, Japan, pp 425-426 + + [10] Ching – Chih Tai and Kuang – hua Fuh (1995), Model for cutting forces prediction in ball end milling, Int J Mach Tools Manufact Vol 35 No pp 511-534.1995 Printed in Great Britain [11] EE Meng Lim, His – Yung Feng, Chia-Hsiang Menqhi-Hang Lin (1995), The prediction of dimenional error for sculptured surface producctions using the ball end milling process Part 1: Chip geometry analysis and cutting force prediction, Int J Mach Tools Manufact Vol 35 No pp 1149-1169.1995 Printed in Great Britain [12] EE Meng Lim, His – Yung Feng, Chia-Hsiang Menqhi-Hang Lin (1995), The prediction of dimenional error for sculptured surface producctions using the ball end milling process Part 2: Surface generration model and exrerimental verification, Vol 35 No pp 1171-1185.1995 Printed in Great Britain [13] Trần Thế Lục (1988), Giáo Trình Mòn Tuổi Bền Của Dụng Cụ Cắt, Khoa Cơ Khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [14] Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2003), Công Nghệ Chế Tạo Máy, NXB Khoa học Kỹ thuật [15] Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng trình cắt, Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp [16] Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ xác gia cơng thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật [17] Nguyễn Dỗn Ý (2003), Giáo trình Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật [18] Nguyễn Tiến Thọ, Nguyễn Thị Xuân Bẩy, Nguyễn Thị Cẩm Tú (2001), Kỹ thuật đo lường kiểm tra chế tạo khí, NXB Giáo dục ... khảo chế độ cắt sử dụng dao phay hợp kim cứng phủ TiAlN gia công vật liệu thép hợp kim qua 2.2 Đối tượng nghiên cứu - Ảnh hưởng thông số đến mòn tuổi bền dao phay TiAlN phay thép hợp kim qua tơi... QUÝ HUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN MỊN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ TiAlN KHI PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA TƠI Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy Mã số: TNU11862504002... kim qua tơi có độ cứng từ 45 ÷ 55HRC Do việc tiến hành nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến mòn tuổi bền dao phay hợp kim cứng phủ TiAlN phay thép hợp kim qua tơi.” cần thiết