Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định được mối quan hệ giữa một số yếu tố đến chất lượng bề mặt gia công và chi phí năng lượng riêng khi tiện thép, làm cơ sở cho việc xác định chế độ làm việc tối ưu của máy tiện. Mời các bạn cùng tham khảo!
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện trên thế giới
Từ xa xưa, con người đã sử dụng đôi tay để tạo ra nhiều vật dụng từ đất sét, gỗ, xương, và đá Khi nhu cầu cuộc sống ngày càng tăng, con người đã chế tạo và sử dụng nhiều vật dụng bằng kim loại Để giảm bớt sức lao động, họ đã phát minh ra các cơ cấu máy móc, dẫn đến việc sản xuất quy mô lớn Qua thời gian, ngành chế tạo máy đã hình thành và phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu sản xuất ngày càng cao.
Ngành khảo cổ đã phát hiện máy công cụ đầu tiên trong lịch sử nhân loại tại Ai Cập và Ấn Độ cách đây khoảng 2000 năm Máy công cụ này hoạt động nhờ sự phối hợp của hai người: một người kéo dây cung để điều khiển chuyển động của chi tiết gia công, trong khi người còn lại điều khiển dao cắt gỗ.
Hình 1.1 Mô hình máy tiện gỗ đầu tiên của loài người
Vào cuối thế kỷ 15 và đầu thế kỷ 16, Leonardo da Vinci, một nghệ sĩ và kỹ sư tài ba người Ý, đã phát minh ra nhiều cấu trúc cơ bản của máy tiện, bao gồm trục vít me và bàn dao, đồng thời phác thảo nguyên tắc hoạt động của một số máy tiện và máy cắt ren Đến đầu thế kỷ 17, sức nước đã được ứng dụng làm động lực cho máy công cụ, và một bước tiến quan trọng là sự ra đời của bàn chạy dao tự động Năm 1712, A Nator người Nga đã ứng dụng thành công loại bàn dao này vào máy tiện Đến năm 1774, các nhà thiết kế máy công cụ Nga như Jacôbatitreps, L Xôbôkin, A Xunrin và Mikail Lômônôxốp đã có những đóng góp quan trọng, đặc biệt trong việc thiết kế máy tiện hình cầu Hiện nay, Nga sản xuất nhiều loại máy tiện, trong đó hãng KRAMATORSK cung cấp các máy tiện vạn năng với mã hiệu KJ1909, 1A680, 1A670, 1A675, có khả năng tiện phôi với đường kính từ 1400mm đến 1600mm, công suất động cơ 130 HP và tốc độ trục chính từ 2,5 đến 280 vòng/phút Hãng RYAZAN cũng sản xuất máy tiện vạn năng với các mã hiệu RT817, RT317, 16R25P, đáp ứng nhu cầu công nghiệp hiện đại.
Hình 1.2 Máy tiện vạn năng RT817 kính từ 1200mm đến 1600mm, công suất động cơ 30 HP, tốc độ trục chính 5 -
Trong những năm gần đây, hãng RYAZAN đã cho ra mắt các máy tiện CNC như 16R35F3, 16R50F3 và 16R70F3 Những máy này là loại tự động hai trục, có công suất từ 2 đến 30 HP và tốc độ trục chính đạt từ 5 đến 1800 vòng/phút.
Máy tiện vạn năng KSL-1440 và máy tiện CNC mã hiệu 16R35F3 là những sản phẩm tiêu biểu trong ngành chế tạo máy Vào năm 1873, hãng Senser tại Mỹ đã phát triển máy tiện tự động đầu tiên, mở ra một kỷ nguyên mới cho công nghệ chế tạo Đến thế kỷ 20, nhiều công ty như Gridley, Kliben và Kent đã cho ra đời các loại máy tiện tự động và nửa tự động với nhiều trục, trong đó có các mẫu máy nổi bật như 1340A và KSL.
Máy tiện chính xác TLR-1340, MRL-1440VT và MRL-2280C có đường kính trục chính từ 1.5 đến 4.2 inch, với công suất động cơ dao động từ 2 đến 10 HP và tốc độ trục chính từ 32 đến 2000 vòng/phút Các dòng máy này, như KLS-180G và KLS-2280C, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu gia công chính xác trong ngành công nghiệp.
1640T, ML-260T … (hình 1.5) có đường kính trục chính 1.56 - 6 inch, công suất động cơ 3 - 30 HP, tốc độ trục chính 40 - 2000 vòng/phút
Hình 1.5 Máy tiện vạn năng MRL-1640T
Hình 1.6 Máy tiện CNC mã hiệu CNL 2000
Trong những năm gần đây, Mỹ đã tập trung nghiên cứu và phát triển máy tiện tự động như máy CNC, bao gồm các mẫu như CNL-2000, CNL-2040, CNL-2060 và CNL-2080, với công suất từ 7.5-10 HP và tốc độ trục chính đạt 20-2800 vòng/phút Tại Đức, vào năm 1880, công ty Pittler, Ludwiglowe đã sản xuất nhiều loại máy tiện tự động đầu tiên, trong khi hãng Worsley và Dabenpart cũng đã cho ra đời máy tiện đại hình dọc tự động vào năm 1989 Hiện nay, Đức vẫn tiếp tục phát triển máy tiện, với hãng OPTIMUM cho ra các loại máy tiện vạn năng như OPTI D 320x630, OPTI D 320x630 DPA và OPTI D 320x920, có đường kính trục chính 38 mm, công suất động cơ 2 HP và tốc độ trục chính từ 65 đến 1800 vòng/phút.
Về lĩnh vực máy CNC, hãng Traub sản suất các loại máy tiện CNC như TNS30D, TNS60, TND360, TND400…, có công suất 30 - 35 HP, tốc độ trục chính
7 - 4000 vòng/phút, hãng Gildemeister (Đức) đã sản xuất ra các loại máy tiên CNC
Máy tiện vạn năng OPTI D 320x630 có độ chính xác cao tương đương với các mẫu CTX400E, CTX600E, CT60EPL2, CT40EPL, với công suất từ 15 đến 33 HP và tốc độ trục chính từ 20 đến 5000 vòng/phút Tại Nhật Bản, hãng Wasino sản xuất các máy tiện vạn năng như LEO-80A, LEO-125A, LE-19J, có đường kính trục chính từ 50 đến 54 mm, công suất động cơ 3 HP và tốc độ trục chính từ 50 đến 1500 vòng/phút Hãng TAKISAWA cũng cung cấp các loại máy tiện vạn năng với mã hiệu TLS-130.
550, LL-100, LLA-1000… (hình 1.9) có đường kính trục chính 190 mm, công suất động cơ 3 HP, tốc độ trục chính 83 - 1800 vòng/phút
Hình 1.8 Máy tiện CNC CTX600E
Hình 1.9 Máy tiện vạn năng mã hiệu TSL-550
Hãng TAKISAWA của Nhật Bản chuyên sản xuất máy tiện CNC với các mẫu mã như TMM-200, TMM-250, TY-2000 và TY-200CS Các máy này có công suất từ 20 đến 30 HP và tốc độ trục chính dao động từ 20 đến 6000 vòng/phút.
Hãng BIRMINGHAM (Trung Quốc) chuyên sản xuất máy tiện vạn năng mang thương hiệu YCL-1236, YCL-1340, YCL-1440 với đường kính trục chính từ 50 đến 70 mm Các máy này có công suất động cơ từ 2.5 đến 3.0 HP và tốc độ trục chính dao động từ 70 RPM trở lên.
Hãng ZHENG ZHOU (Trung Quốc) sản xuất các loại máy tiện vạn năng với mã hiệu FL – 400B, FL - 450B, FL – 500B, và FL-600B, có tốc độ 1400 vòng/phút Những máy này có đường kính trục chính từ 65 đến 80 mm và công suất động cơ từ 6 đến 10.
HP, tốc độ trục chính 22 - 1800 vòng/phút
Sản xuất và sử dụng máy tiện ở nhiều quốc gia cho thấy rằng phương pháp gia công chi tiết máy bằng tiện là phổ biến và được quan tâm Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện tại Nga và các nước có nền công nghiệp phát triển, tập trung vào các hướng nghiên cứu chính trong lĩnh vực này.
Hình 1.10 Máy tiện vạn năng mã hiệu TMM-200
- Nghiên cứu nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm; -Nghiện cứu hoàn thiện các thông số hình học của dao cắt;
- Nghiên cứu sử dụng các vật liệu mới làm dao cắt;
- Nghiên cứu hoàn thiện chế độ cắt gọt khi gia công các chi tiết…
Một số công trình nghiên cứu điển hình của nước Nga là:
Nghiên cứu của tác giả Anokhina A.H chỉ ra rằng việc nâng cao chất lượng bề mặt gia công khi tiện vật liệu kim loại khó gia công có thể đạt được bằng cách sử dụng dao cắt bằng vật liệu sứ có độ cứng 90 HRA Tốc độ cắt tối ưu là từ 600 đến 800 m/phút, với lượng ăn dao từ 0.05 đến 0.1 mm/vòng và chiều sâu cắt từ 0.15 đến 0.25 mm, giúp đảm bảo năng suất cao và chất lượng bề mặt tốt Ngược lại, khi cắt với tốc độ dưới 300 m/phút, nếu lượng ăn dao lớn hơn 0.15 mm/vòng và chiều sâu cắt lớn hơn 0.3 mm, chất lượng bề mặt gia công sẽ không đạt yêu cầu.
Trong công trình [27], tác giả Pustov A.A đã nghiên cứu việc nâng cao chất lượng sử dụng của các chi tiết máy trong công nghiệp khai thác mỏ nhờ
Máy tiện vạn năng FL-500BS được nghiên cứu bởi tác giả Kuznhesova A.V nhằm nâng cao hiệu quả gia công chi tiết máy thông qua việc sử dụng vật liệu mới cho dao cắt Tác giả cũng đề xuất phương pháp chọn chế độ cắt và phương pháp gia công hợp lý, giúp đạt được hiệu quả gia công cao nhất và cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm.
Trong công trình [29] tác giả Skrưnphikov V.C đã nghiên cứu hoàn thiện kết cấu của dao tiện gắn các mảnh gồm nhiều cạnh để tăng tính vạn năng của nó
Các tác giả Boguslavski V.A và Ivtrenko T.G đã nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt gọt cho vật liệu khó gia công, chú trọng đến giới hạn nhiệt độ Nghiên cứu của họ phân tích sự thay đổi của dòng nhiệt và nhiệt độ dựa trên tốc độ cắt và lượng ăn dao Bằng phương pháp quy hoạch tuyến tính, họ xác định chế độ cắt gọt tối ưu nhằm đạt năng suất gia công cao nhất và đảm bảo nhiệt độ không ảnh hưởng đến chất lượng gia công tiện.
Tình hình nghiên cứu, sử dụng máy tiện ở việt nam
Hiện nay, Việt Nam đang sử dụng khoảng 40.000 máy công cụ trong ngành cơ khí, trong đó 30% là máy tiện, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất máy móc và thiết bị Hầu hết máy tiện này được sản xuất tại Đông Âu vào những năm 60-70 và nhập khẩu về Việt Nam thông qua viện trợ hoặc vốn vay dài hạn Các máy tiện này nổi bật với độ bền cao, dễ vận hành và sử dụng hệ thống điều khiển bằng rơle, công tắc cùng các bộ truyền động truyền thống Tuy nhiên, thế hệ máy tiện này thường thiếu các hệ thống đo lường tích hợp.
Một số loại máy tiện được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam được nhập tư nước Đức như máy tiện Tongil TIPL 4/SP 400x1050, Tongil 0232-0233,
Hình 1.12 Máy tiện vạn năng Sui 32
Máy tiện Tongil 0235-0236 có đường kính mâm cặp 58 mm và đường kính lỗ trục chính từ 20 đến 50 mm Với công suất động cơ từ 3 đến 4.9 Kw và tốc độ trục chính dao động từ 60 đến 1600 vòng/phút, những máy tiện này đảm bảo chất lượng gia công chính xác.
Máy tiện Ý với các mã hiệu Sui 32, Sui 40, Sui 50 có đường kính mâm cặp từ 150 đến 400 mm, đường kính lỗ trục chính từ 20 đến 50 mm Công suất động cơ của máy dao động từ 4 đến 7,5 Kw, trong khi tốc độ trục chính có thể đạt từ 14 đến 3150 vòng/phút.
Máy tiện Đài Loan có mã hiệu 660x1200/1700, 720x2200/3200, 760x3200/4200, với đường kính mâm cặp 254 mm và đường kính lỗ trục chính từ 80 - 105 mm Động cơ của máy có công suất từ 5.6 - 7.5 Kw và tốc độ trục chính đạt 23 - 1300 vòng/phút, phù hợp cho gia công chính xác với kích thước lớn.
Tại Việt Nam, một số doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực sản xuất máy tiện, trong đó Công ty cơ khí Hà Nội nổi bật với việc chế tạo máy tiện đầu tiên của quốc gia Công ty đã phát triển các dòng máy tiện mang mã hiệu T630, T616, T6M16, T18A, với đường kính mâm cặp từ 200 đến 240 mm, đường kính lỗ trục chính từ 30 đến 32 mm, công suất động cơ từ 2.8 đến 4.5 Kw, và tốc độ trục chính đạt 45 vòng/phút.
Hình 1.13 Máy tiện vạn năng 660x1200/1700
Công ty cơ khí Minh Toàn cũng sản xuất ra những máy tiện mang mã hiệu G-1264-1, G-1264-2, G-1264-3… (hình 1.15) có đường kính mâm cặp
240 mm, đường kính lỗ trục chính 100 mm, công suất động cơ từ 2.2 Kw, tốc độ trục chính 290 - 600 vòng/phút
Trong những năm gần đây, sự kết hợp giữa cơ khí, điện tử và công nghệ thông tin đã dẫn đến sự ra đời của máy công cụ CNC với tính năng hiện đại Thế hệ máy này không chỉ kế thừa các công nghệ trước đó mà còn mang lại nhiều ưu điểm vượt trội trong sản xuất.
Máy tiện vạn năng G-1264-1 và T18A mang lại nhiều ưu điểm cho ngành cơ khí, nhờ vào việc tích hợp bộ điều khiển điện tử giúp đơn giản hóa quá trình điều khiển các chuyển động cần thiết, từ đó tăng độ chính xác gia công Công nghệ thông tin hỗ trợ thiết kế và lập trình điều khiển cho phép gia công các chi tiết phức tạp mà trước đây phải thực hiện thủ công Các doanh nghiệp cơ khí Việt Nam đang đầu tư vào thế hệ máy CNC mới, chủ yếu nhập khẩu từ các quốc gia có nền công nghiệp chế tạo phát triển như Đức, Ý, Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan Ví dụ, máy tiện CNC Moriseiki NL3000MC/1250, ZL-153SMC, ZL-25MC/1000 sử dụng hệ điều hành FANUC, với công suất động cơ từ 30 - 40 HP và tốc độ trục chính từ 15 - 3000 vòng/phút.
Hãng Shunchuan (Đài Loan) chuyên sản xuất máy tiện CNC với các mã hiệu như CRL-1640, CRL-1440, CHL-21120, và CHL-2160 Các máy này sử dụng hệ điều hành FANUC, có khả năng điều khiển hai trục, với công suất động cơ từ 5.5 đến 7.5 Kw và tốc độ trục chính dao động từ 25 đến 3000 vòng/phút.
Hình 1.16 Máy tiện CNC NL3000MC/3000
Máy tiện ở Việt Nam có nhiều loại và nguồn gốc khác nhau, từ những năm đầu xuất hiện đã có nhiều nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng, năng suất và chất lượng gia công Các trung tâm nghiên cứu lớn như trường đại học và viện nghiên cứu chuyên ngành đã thực hiện nhiều đề tài quan trọng Một trong số đó là nghiên cứu của Trần Ngọc Giang tại trường đại học Kỹ thuật công nghiệp (2008), tập trung vào mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN khi tiện thép 9XC qua tôi Nghiên cứu này đã phát triển công thức mô tả mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của mảnh dao CBN, giúp tối ưu hóa quy trình gia công Tuy nhiên, kết quả vẫn chưa đủ độ tin cậy do chỉ nghiên cứu trong một chế độ công nghệ nhất định Đề tài khác của Hoàng Minh Phúc cũng tại trường này đã xác định trường nhiệt độ trong dụng cụ PCBN khi tiện cứng trực giao.
(2008) đã xác định được trường nhiệt độ bằng lý thuyêt của một loại vật liệu
Hình 1.17 Máy tiện CNC CRL-1640 nhưng chưa có các nghiên cứu thực nghiệm để so sánh và kiểm chứng kết quả nghiên cứu bằng lý thuyết
Một số đề tài luận văn tốt nghiệp Cao học tại các trường như Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, Đại học Bách khoa Hà Nội, và Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh bao gồm: “Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN sử dụng tiện tinh thép 9XC qua tôi” (2009) và “Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) đã qua tôi” (2009).
Nghiên cứu về ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn trong quá trình gia công đã chỉ ra rằng loại dung dịch này có tác động đáng kể đến lực cắt và độ nhám bề mặt khi tiện thép 9xc (2009) Bên cạnh đó, độ cứng của thép X12M sau khi tôi cũng ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và mức độ mòn của dụng cụ trong quá trình tiện cứng (2009) Việc tối ưu hóa chế độ cắt là một yếu tố quan trọng để cải thiện hiệu suất gia công (1992) Nghiên cứu cũng cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến chất lượng gia công tiện (1995), và việc sử dụng dụng cụ phủ Titan trong tiện thép C45 có thể làm giảm năng lượng tiêu hao đáng kể (2005).
Phân tích tình hình sử dụng máy tiện kim loại cho thấy rằng máy công cụ, đặc biệt là máy tiện, đã trở thành một phần quan trọng trong ngành công nghiệp ở nhiều quốc gia, bao gồm cả Việt Nam Tùy thuộc vào quy mô sản xuất, chất lượng sản phẩm và nhu cầu sử dụng, các công ty và xí nghiệp sẽ lựa chọn loại máy phù hợp Ở các nước phát triển, máy tiện lớn, đặc biệt là máy CNC, được ưa chuộng, trong khi ở Việt Nam, máy tiện vạn năng và các loại máy CNC nhỏ thường được sử dụng nhiều hơn.
Nghiên cứu về máy tiện đã được tiến hành bài bản tại các nước công nghiệp phát triển, tập trung vào nâng cao năng suất lao động, chất lượng sản phẩm, hoàn thiện thông số hình học của dao cắt, sử dụng vật liệu mới và cải thiện chế độ cắt gọt Tuy nhiên, ở Việt Nam, nghiên cứu về công nghệ máy tiện trong gia công cơ khí còn hạn chế, đặc biệt trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm năng lượng trong quá trình cắt gọt kim loại Do đó, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công một số chi tiết trên máy tiện” là cần thiết để nâng cao hiệu quả sử dụng máy tiện trong gia công cắt gọt kim loại.
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công và chi phí năng lượng riêng trong quá trình tiện thép, từ đó làm cơ sở cho việc thiết lập chế độ làm việc tối ưu cho máy tiện.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu này tập trung vào máy tiện EER-1330 của hãng EA-TAR (Trung Quốc) tại Trung tâm Thí nghiệm và thực hành Khoa Cơ điện và Công trình, trường Đại học Lâm nghiệp Xuân Mai – Hà Nội Nghiên cứu sẽ chỉ xem xét loại thép chế tạo C45 với hàm lượng carbon trung bình, do điều kiện hạn chế trong việc nghiên cứu nhiều loại thép khác.
Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của chiều sâu cắt và bước tiến dao đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt (độ nhám) trong quá trình tiện trục bậc có đường kính 30 mm, do hạn chế về quy mô đề tài và thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, đề tài đã sử dụng một số phương pháp nghiên cứu như sau:
Phương pháp thừa kế tư liệu giúp chúng ta tìm hiểu các kết quả nghiên cứu trên toàn cầu và trong nước, từ đó có cái nhìn tổng quan về vấn đề nghiên cứu Điều này sẽ làm cơ sở cho việc định hướng đề tài ở phần cơ sở lý luận, đồng thời xác định mối quan hệ định tính giữa các thông số nghiên cứu.
Phương pháp quy hoạch thực nghiệm là một nghiên cứu mới, trong đó toán học đóng vai trò quan trọng Cơ sở lý thuyết của phương pháp này dựa vào toán học thống kê, với hai lĩnh vực chủ yếu là phân tích phương sai và phân tích hồi quy.
Quy hoạch thực nghiệm là một tập hợp các tác động nhằm phát triển chiến thuật thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tượng, bao gồm việc thu thập thông tin mô phỏng, xây dựng mô hình toán học và xác định các điều kiện tối ưu Quy hoạch này có thể áp dụng trong những trường hợp mà cơ chế của đối tượng đã hoặc chưa được hiểu biết đầy đủ Một trong những ưu điểm nổi bật của quy hoạch thực nghiệm là khả năng tối ưu hóa quy trình nghiên cứu.
- Giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết
- Giảm thời gian thí nghiệm và chi phí thời gian, phương tiện, vật chất
Hàm lượng thông tin được cải thiện rõ rệt nhờ vào việc đánh giá vai trò của sự tác động qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàm mục tiêu.
Nhận diện mô hình toán học thực nghiệm giúp đánh giá sai số thí nghiệm cho phép và xác định ảnh hưởng của các thông số thí nghiệm với mức độ tin cậy đã được chỉ định.
Xác định điều kiện tối ưu đa yếu tố trong nghiên cứu có thể thực hiện một cách chính xác thông qua các hàm toán học, hoặc áp dụng phương pháp giải gần đúng Bên cạnh đó, việc tìm kiếm tối ưu cục bộ cũng có thể được thực hiện tương tự như trong các thực nghiệm thụ động.
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp các tài liệu và công trình nghiên cứu liên quan, nhằm hoàn thiện phần tổng quan của đề tài Qua đó, hệ thống công thức tính chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia công khi tiện được xây dựng, tạo nền tảng lý luận cho đề tài Đồng thời, nghiên cứu cũng xác định các nhân tố ảnh hưởng đến hai chỉ tiêu này, góp phần nâng cao hiệu quả trong quá trình gia công.
Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện dựa trên các nhân tố ảnh hưởng đã được xác định trong phần nghiên cứu lý thuyết, với các bước công việc cụ thể như sau:
Thực hiện các thí nghiệm thăm dò cơ sở với số lượng từ 50 đến 140, nhằm kiểm tra quy luật phân bố chuẩn của đại lượng đầu ra Đồng thời, xác định số lần lặp lại của những thí nghiệm để đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy của kết quả.
Mục đích của các thí nghiệm thăm dò là xác định sai số tiêu chuẩn thực nghiệm, trong đó phương sai của các giá trị đo phản ánh độ chính xác của dụng cụ đo.
Theo lý thuyết quan trắc, nếu trong quá trình đo không có sai số hệ thống mà chỉ có sai số ngẫu nhiên, thì sai số này sẽ tuân theo quy luật chuẩn Để kiểm tra xem số liệu đo được có tuân theo quy luật chuẩn hay không, có nhiều phương pháp khác nhau có thể được áp dụng Quy trình kiểm tra bao gồm một số bước cụ thể để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu.
- Tiến hành 50 thí nghiệm thăm dò ở mức 0
Chia các số đo của đại lượng thành nhiều nhóm, mỗi nhóm cần có ít nhất 5 số đo, theo công thức kinh nghiệm của Brooks và Carruther: n a = 5.lg (2.1) m.
Trong đó: a - Số tổ được chia; n – Số lượng thí nghiệm; k - Cự ly tổ;
Xmax, Xmin – Trị số thu thập lớp nhất, bé nhất của đại lượng nghiên cứu Xác định các đặc trung của phân bố thực nghiệm:
Sai số trung bình mẫu:
(2.3) Sai số tiêu chuẩn trong trường hợp mẫu lớn (n > 30);
Phương sai mẫu là phương sai tiêu chuẩn: S 2
S s (2.6) Phạm vi biến động: R= Xmax – Xmin (2.7) Độ lệch: 1 3
Nếu Sk = 0, thì phân bố là đối xứng;
Sk > 0 Thì đỉnh đường cong lệch trái so với số trung bình;
Sk < 0 Thì đỉnh đường cong lệch phải so với số trung bình; Độ nhọn phân bố:
Nếu Ex =0, thì đường cong tiệm cận chuẩn;
Ex > 0 Thì đỉnh đường cong nhọn so với tiệm cận chuẩn;
Ex < 0 Thì đỉnh đường cong bẹt hơn so với tiệm cận chuẩn;
Xác định luật phân bố:
1 - Số tổ hợp sau khi đã gộp những tổ hợp có tầng số f i
Nếu n 2 2 (k) thì quy luật phân bố của đại lượng nghiên cứu là phân bố chuẩn. 2 (k) được xác định bằng cách tra bảng, với bậc tự do k = n - 1 và mức ý nghĩa 0 , 05
Tính số lần lặp lại của thí nghiệm:
Trong đó: - Chỉ tiêu Student tra bảng; s - Phương sai của thí nghiệm;
Y - Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu; m - Số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm
2.4.2 Thực Nghiệm đơn yếu tố
Thực nghiệm đơn yếu tố nhằm xác định các thông số ảnh hưởng đến các chỉ tiêu đánh giá, từ đó làm rõ mức độ và quy luật tác động của chúng Quy trình thực hiện thực nghiệm đơn yếu tố bao gồm các bước cụ thể để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc phân tích.
Để thực hiện thí nghiệm, cần thay đổi từng thông số với ít nhất 4 mức khác nhau, trong đó khoảng thay đổi phải lớn hơn 2 lần sai số bình quân của phép đo giá trị thông số đó Số lần thí nghiệm lặp lại được xác định là n = 3.
2 Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới yếu tố đầu ra (độ nhám bề mặt gia công và chi phí năng lượng riêng) Đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm để chứng tỏ ảnh hưởng khác đối với thông số cần xét là không có hoặc không đáng kể
Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần nhất [7] như sau:
2.4.2.1 Đánh giá tính đồng nhất của phương sai
Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren
2 s max- Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm
(2.13) m u - Số lần lặp lại ở mỗi điểm thí nghiệm; y ui - Giá trị của thông số tại điểm u; y ui - Giá trị trung bình của thông số ra tại điểm u;
1 u=1, 2, 3,…N (2.14) Ứng với N điểm thí nghiệm trong kế hoạch thực nghiệm ta có N phương sai S u 2 Trong đó luôn có giá trị S max 2 tt
G Chuẩn Kohren được tính toán dựa trên phương pháp thực nghiệm, với bậc tự do ở tử số là m 1 và ở mẫu số là K=N (m - 1) Trong đó, m đại diện cho số lần lặp lại trong thí nghiệm, tại điểm có phương sai cực đại, được xác định là m = m u.
Giá trị thống kê chuẩn Kohren được tính sẵn theo mức ý nghĩa , hoặc tự do và ký hiệu G b tra bảng [7]
Nếu G tt < G b thì giả thiết không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm
2.4.2.2 Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố
Phương pháp đánh giá sử dụng chuẩn Fisher (F) để so sánh phương sai do thay đổi thông số và phương sai do nhiễu Nếu tỷ số giữa hai phương sai này vượt quá giá trị lý thuyết trong bảng tiêu chuẩn F, thì sự khác biệt giữa các giá trị trung bình là đáng kể, cho thấy các thông số đầu vào có ảnh hưởng rõ rệt đến thông số đầu ra, vượt trội hơn so với ảnh hưởng ngẫu nhiên.
Giá trị tính toán của tiêu chuẩn F là tỷ số:
S y - Phương sai do sự thay đổi thông số vào X gây nên;
S e - Ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra;
(2.17) y 0 - Giá trị trung bình của thông số đầu ra tính cho toàn bộ thí nghiệm;
Bậc tự do của S y 2 là 1 =N - 1; của S e 2 là 2 =N(m - 1)
Giá trị thống kê của chuẩn F được tính sẵn theo mức ý nghĩa = 0,005, bậc tự do 1 , 2 ở phụ lục 3 tài liệu [7]
Nếu giá trị tính toán F nhỏ hơn F b, thì ảnh hưởng của các thông số vào là không đáng kể trong bối cảnh các biến ngẫu nhiên Nguyên nhân có thể do việc đưa vào thí nghiệm những thông số không có ảnh hưởng rõ rệt hoặc do bước biến đổi của các thông số quá nhỏ, dẫn đến hiệu ứng của chúng không đáng kể so với nhiễu.
Nếu F > F b thì ảnh hưởng của các thông số vào là đáng kể
2.4.2.3 Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố để tiến hành các phân tích và dự báo cần thiết
Bằng cách sử dụng máy tính để xử lý số liệu thu thập, chúng ta có thể xây dựng phương trình tương quan giữa các chỉ tiêu đầu ra mà chúng ta quan tâm và các yếu tố đầu vào ảnh hưởng, thông qua mô hình hồi quy.
2.4.2.4 Kiểm tra tính tương thích của mô hình hồi quy
Phép kiểm tra này so sánh phương sai S² do sự chênh lệch giữa giá trị tính toán theo mô hình và giá trị thực nghiệm với phương sai Sₑ² do nhiễu gây ra, dựa trên tiêu chuẩn Fisher.
Tỷ số hai phương sai S²/Sₑ² càng nhỏ thì mô hình càng thích ứng mạnh mẽ, trong khi tỷ số lớn cho thấy tính thích ứng yếu Khi giá trị vượt ngưỡng thống kê Fₐ, mô hình sẽ bị đánh giá là không tương thích.
Phương sai do nhiễu tạo nên S e 2 là giá trị trung bình của các bình phương độ lệch nhiễu của các điểm thí nghiệm S u 2
(2.19) Phương sai tuyển chọn S 2 được tính theo công thức:
K *- Hệ số hồi quy có nghĩa
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy tiện eer - 1330
Hình 3.1 Cấu tạo của máy tiện EER-1330
1 - Hộp tốc độ; 2 Nắp bảo vệ; 3 Mâm cặp; 4 Bàn trượt dọc; 5 Ổ dao; 6 Bàn trượt phụ;
7 Bàn trượt ngang; 8 Chắn bảo vệ; 9 Ụ động; 10 Bệ máy sau; 11 Tấm chắn bảo vệ các trục bên trong; 12 Trục vít me; 13 Hộp xe dao ; 14 Máng hứng phoi ; 15 Bàn đạp (phanh khẩn cấp); 16 Gới hạn hành trình bàn xe dao; 17 Bệ máy trước; 18 Hộp số (Hộp chạy dao); 19 Bộ truyền động bánh răng
Máy tiện EER - 1330 hoạt động bằng cách khởi động động cơ, từ đó truyền động lên trục chính thông qua dây đai và bánh răng Quá trình này làm cho trục chính, nơi gắn mâm cặp, quay Khi tiện, mâm cặp sẽ kẹp chặt phôi và phôi sẽ cùng chuyển động.
18 động, dao cắt phôi được gá trên ổ gá dao và chạy tịnh tiến đến chi tiết thực hiện quá trình cắt gọt
* Một số thông số thông số kỹ thuật chính của máy tiện EER-1330
Mã hiệu máy tiện EER-1330
Kích thước máy tiện, mm:
Khối lượng máy tiện, kg 980
Cấp Tốc độ, Vòng/Phút 80 - 2000
Các cấp tốc độ của trục chính (Vòng/phút):
+ Cấp tốc độ chậm: Số truyền 1
+ Cấp tốc độ nhanh: Số truyền 1
+ Cấp tốc độ chậm: Số truyền 1
+ Cấp tốc độ nhanh: Số truyền 1
Sử dụng đảo pha điện
Chi phí năng lượng riêng
Chi phí năng lượng, bao gồm cả chi phí năng lượng riêng, đóng vai trò quan trọng trong giá thành sản xuất và là tiêu chí đánh giá chất lượng thiết bị cũng như hiệu quả của quá trình gia công Do đó, nghiên cứu này nhằm tìm ra các biện pháp kỹ thuật hiệu quả để giảm chi phí năng lượng, từ đó giảm giá thành sản phẩm và nâng cao chất lượng thiết bị.
Chi phí năng lượng riêng, được xác định bằng công thức:
N đ : Công suất chi phí của động cơ, KW;
T: Thời gian làm việc để thực hiện được khối lượng công việc M, (h); M: Khối lượng công việc thực hiện trong thời gian T, (m 3 )
Theo [5], công suất cần thiết của động cơ của máy tiện được xác định theo công thức: t m đ c
Trong đó: Nc - Công suất cắt của máy;
Kt- Hệ số quá tải cho phép (Kt = 1,3 ÷ 1.5)
Khi hiểu rõ về lực cắt, ta có thể xác định công suất cần thiết cho quá trình cắt, được gọi là công suất hữu ích, vì nó không cần thiết phải vượt qua các lực ma sát trong cơ cấu máy.
Hình 3.2 Phân lực cắt ra các lực thành phần
Pz - Lực tiếp tuyến (lực cắt chính) tác dụng theo phương chuyển động của máy;
Py - Lực hướng kính tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang vuông góc với đường tâm chi tiết;
Px - Lực chạy dao (lực dọc trục) tác dụng song song với đường tâm chi tiết, ngược chiều với phương chạy dao;
VZ = V - Tốc độ cắt (m/phút);
VY = 0 - Tốc độ dịch chuyển của dao theo phương hướng kính (m/phút);
Do giá trị của Vx rất nhỏ so với Vz, thành phần thứ ba trong công thức (3.3) có thể được loại bỏ Chẳng hạn, khi tiện với tốc độ V0 là 800 vòng/phút, S = 0.3 mm/vòng, thì Vx chỉ đạt 0.24 m/phút.
Công suất cắt Nc được tính theo công thức:
Khi biết công suất căt Nc thay vào công thức (3.2) có thể tính được công suất của động cơ máy theo công thức: t m đ Z
*Ảnh hưởng của các yếu tố đến lực cắt khi tiện a Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt
Theo các nghiên cứu thực nghiệm, các thành phần lực cắt Pz, Py, Pz cho thấy rằng ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt có thể được biểu diễn bằng một công thức cụ thể.
Hệ số Cp và các số mũ xp, yp chịu ảnh hưởng từ tính chất của vật liệu gia công, cùng với các thông số hình học của dao và loại dung dịch bôi trơn nguội được sử dụng Vật liệu gia công đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất cắt và chất lượng bề mặt sản phẩm.
Theo [5] để tính pz có thể dùng các công thức gần đúng sau đây:
Trong đó: Cv - Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công;
HB - Độ cứng của vật liệu
Khi gia công thép có độ cứng HB ≤ 170 thì số mũ q = 0,35, còn với HB
> 170 thì q = 0,75, khi gia công gang q = 0.55 c Ảnh hưởng của góc nghiêng chính
Theo nghiên cứu, khi gia công gang, việc tăng góc cắt sẽ dẫn đến sự giảm của lực Pz Ngược lại, trong gia công thép, lực Pz ban đầu giảm nhưng sẽ tăng trở lại khi góc cắt đạt 50 độ hoặc lớn hơn Hiện tượng này xảy ra do việc tăng góc làm giảm bề rộng cắt b và tăng chiều dày cắt a, trong khi chiều sâu cắt và lượng chạy dao vẫn không thay đổi, dẫn đến sự giảm của lực cắt Pz.
Góc có ảnh hưởng đáng kể đến các lực Px, Py và Pz Sự tác động của góc này đối với lực Px và Py được giải thích thông qua tương quan lực tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang, như thể hiện trong hình 3.4.
Hình 3.4 Ảnh hưởng của góc đến các thành phần lực căt P x và P y
Ta thấy, khi góc tăng, lực Px tăng, còn lực Py giảm, khi góc = 90 o thì lực Py = 0
P y P y d Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao
Khi tăng bán kính đỉnh dao r, điều kiện cắt sẽ thay đổi và góc nghiêng chính sẽ giảm Hình 3.5 minh họa mối quan hệ giữa lực cắt (Px, Py, Pz) và bán kính đỉnh dao r.
Bán kính đỉnh dao r ảnh hưởng đáng kể đến các thành phần lực cắt trong quá trình gia công Cụ thể, công thức cho thành phần lực Pz được biểu diễn là Pz = Cz r^0,1, trong khi đó thành phần lực Py có công thức Py = Cy r^0,25 Cuối cùng, thành phần lực Px được xác định bằng công thức Px = Cx r^-0,25 Những công thức này cho thấy mối quan hệ giữa bán kính đỉnh dao và các lực cắt khác nhau trong quá trình gia công.
Theo [5], nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt Pz, nhưng chưa có nghiên cứu tổng hợp nào Do đó, trong đề tài này, chúng tôi sẽ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng của máy tiện.
Như vậy, thay công thức (3.6) vào công thức (3.5) ta được: t m yp xp đ z
Thay công thức (3.8) vào công thức (3.1) ta được:
Chất lượng (độ nhám) bề mặt gia công
Chất lượng bề mặt gia công, đặc biệt là độ nhám, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng của chi tiết máy Khả năng hoạt động của chi tiết máy phụ thuộc nhiều vào bề mặt của nó, do đó, việc đạt được chất lượng bề mặt tốt là mục tiêu chính trong quá trình gia công tinh Theo nghiên cứu, bề mặt chi tiết máy gia công trên máy cắt kim loại thường không thể tránh khỏi độ mấp mô, với chiều cao và bước mấp mô nhỏ Tập hợp những mấp mô này trên chiều dài chuẩn được gọi là độ nhám bề mặt, và nó được xác định thông qua một hoặc nhiều thông số cụ thể.
Ra-sai lệch trung binhg số học của prôfin:
Rz: Chiều cao nhấp nhô trung bình của prôfin theo 10 điểm:
Trong đó: Hi max - Sai lệch năm đỉnh cao nhất của profin;
Hi min - Sai lệch năm đỉnh thấp nhất của profin
+ Chiều cao lớn nhất của profin Rmax là khoảng cách giữa đường đỉnh và đường đáy của profin trong giới hạn chiều dài chuẩn
Theo tiêu chuẩn Ra, chỉ số này được sử dụng để đánh giá độ nhám bề mặt của các mẫu chuẩn và được áp dụng rộng rãi trong tài liệu kỹ thuật toàn cầu.
Trong quá trình gia công cắt và gọt, độ nhám bề mặt gia công bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như góc nghiêng chính của dao cắt (), góc nghiêng phụ (1), bán kính cạnh cắt (), lượng chạy dao (s), tốc độ cắt (v) và chiều sâu cắt (t).
Việc xác định thông số Ra thông qua lý thuyết là không khả thi, do đó tác giả Phoomenko trong nghiên cứu của mình đã thực hiện các thí nghiệm để xác định thông số Ra liên quan đến độ nhám bề mặt khi gia công thép bằng hợp kim 50H Từ đó, ông đã phát triển một công thức thực nghiệm để tính toán giá trị Ra.
Trong đó: v - Tốc độ căt (m/phút); s - Lượng chạy dao (mm/vòng); t - Chiều sâu căt (mm) ; hz - Mức độ mòn mặt sau của dao cắt
Từ phương trình đã nêu, chúng ta có thể xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công và độ nhám bề mặt của chi tiết, điều này là cơ sở quan trọng cho nghiên cứu của đề tài này.
Tóm lại, từ những phân tích trên, các yếu tố ảnh hưởng đồng thời đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia công của máy tiện bao gồm: tốc độ cắt, loại vật liệu, và độ sâu cắt.
+ Nhóm yếu tố thuộc về máy :
+ Nhóm yếu tố thuộc về vật liệu gia công
+ Nhóm yếu tố thuộc về dao:
- Mức độ mòn mặt sau của dao
Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Mục tiêu thực nghiệm và lựa chọn tham số điều khiển
Đề tài lựa chọn hai chỉ tiêu làm việc quan trọng của máy tiện là chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công khi tiện trục bậc
Chi phí năng lượng riêng là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng và hiệu suất làm việc của máy móc, phản ánh mức năng lượng cần thiết để sản xuất một đơn vị sản phẩm.
Chất lượng bề mặt gia công là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm và lựa chọn chế độ làm việc hợp lý Để đạt được mục tiêu này, bài viết tập trung vào hai tham số điều khiển chính là lượng chạy dao s và chiều sâu cắt t trong quá trình tiện trục bậc.
- Lượng chạy dao được chọn với 5 mức thay đổi khi tiện thô và tiện tinh: Tiện thô: 0.05, 0.085, 0.165, 0.22, 0.28 (mm/vòng)
- Chiều sâu cắt cũng được chọn với 5 mức thay đổi ở hai chế độ tiện thô và tiện tinh :
Vật liệu gia công
Trong gia công cắt gọt bằng máy tiện, thép cacbon là loại kim loại được sử dụng phổ biến nhất Để thực hiện nghiên cứu thực nghiệm, chúng tôi đã chọn loại thép cacbon với những đặc điểm lý và hóa học nhất định.
Thép cacbon là hợp kim chủ yếu gồm sắt và cacbon, với các nguyên tố khác như mangan, silic và đồng có hàm lượng rất thấp Khi hàm lượng cacbon giảm, độ dẻo của thép cacbon tăng lên, trong khi tăng hàm lượng cacbon sẽ làm tăng độ cứng và độ bền nhưng đồng thời giảm tính dẻo và đàn hồi Ngoài ra, hàm lượng cacbon cao cũng làm giảm nhiệt độ nóng chảy của thép.
Dựa vào hàm lượng cacbon trong thành phần, thép cacbon được phân loại như sau:
Thép mềm (thép ít cacbon): Lượng cacbon chiếm khoảng 0,05 – 0,29%
Thép mềm, như thép 1018 theo tiêu chuẩn AISI, có độ bền kéo vừa phải, giá thành thấp và dễ dàng trong quá trình cán và rèn Loại thép này thường được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng, sản xuất tấm và rèn phôi.
Thép cacbon trung bình: Lượng cacbon chiếm khoảng 0,30 – 0,59%
Thép cacbon trung bình, như thép 1040 theo tiêu chuẩn AISI, nổi bật với sự cân bằng giữa độ mềm và độ bền, đồng thời có khả năng chống bào mòn tốt Loại thép này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các chi tiết máy và thép định hình.
Thép cacbon cao có hàm lượng cacbon từ 0,6 đến 0,99%, nổi bật với độ bền cao, khả năng chịu tải và chống mài mòn tốt Loại thép này thường được ứng dụng trong sản xuất nhíp, lò xo và dây thép chịu cường độ lớn.
Thép cacbon đặc biệt cao: Lượng cacbon chiếm khoảng 1,0 – 2,0%
Loại thép này, với hàm lượng 1,2% carbon, sau khi tôi đạt được độ cứng cao, thường được sử dụng để chế tạo các công cụ dân dụng như dao cắt, trục xe và đầu búa Nó cũng được xếp vào loại thép cacbon có hợp kim cao trong công nghệ luyện kim bột.
Trong nghiên cứu này, vật liệu thí nghiệm được chọn là thép carbon C45, có thành phần chính là sắt (Fe) và carbon (C) với nồng độ carbon 0,45% Thép C45 có đường kính 32 mm và thuộc loại vật liệu carbon trung bình, thường được sử dụng trong chế tạo cơ khí, thiết kế trục và bánh răng.
Dao cắt làm thí nghiệm
4.3.1 Những bộ phận chính của dụng cụ cắt
Dao cắt kim loại là yếu tố then chốt trong gia công, vì nó trực tiếp tác động lên phôi liệu để tạo ra phoi và hình thành bề mặt gia công chất lượng.
Hình 4.1 Cấu tạo của dao tiện
Mỗi dao (điển hình là dao tiện) thường gồm hai phần:
Thân dao: Dùng để gá vào bàn dao, nó phải đủ độ bền và độ cứng vững
Để duy trì sự ổn định trong mối quan hệ giữa dao và chi tiết gia công, đầu dao đóng vai trò quan trọng trong quá trình cắt gọt Phần đầu dao được cấu tạo bởi nhiều bề mặt khác nhau, như được minh họa trong Hình 4.1.
- Mặt trước: Là bề của dao tiếp xúc với phoi và phoi trực tiếp trượt trên trên đó để thoát ra ngoài trong quá trình tiện;
- Mặt sau chính: Là bề mặt của dao đối diện với mặt đang gia công;
- Mặt sau chính: Là bề của dao đối diện với mặt đã gia công;
Lưỡi cắt chính là điểm giao nhau giữa mặt trước và mặt sau của dao cắt, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiện khi trực tiếp cắt vào phôi Độ dài của lưỡi cắt chính ảnh hưởng đến chiều sâu cắt và bề rộng của phoi, do đó cần được chú ý để đảm bảo hiệu suất cắt tối ưu.
Lưỡi cắt phụ là điểm giao giữa mặt trước và mặt sau của dao, trong đó một phần gần mũi dao cũng tham gia vào quá trình cắt cùng với lưỡi cắt chính.
Lưỡi cắt nối tiếp chỉ có ở một số loại dao tiện, đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ Khi thiếu lưỡi cắt nối tiếp, dao tiện sẽ có mũi, có thể là nhọn hoặc lượn tròn với bán kính từ 1 đến 2mm Các lưỡi cắt của dao có thể thẳng hoặc cong, cho phép một đầu dao có thể trang bị một hoặc hai lưỡi cắt phụ.
4.3.2 Các thông số hình học của dao tiện ở trạng thái tĩnh Để đảm bảo năng suất – chất lượng bề mặt gia công, dao cắt cần phải có hình dáng và góc độ hợp lý
Thông số hình học của dao được đánh giá trong trạng thái tĩnh, khi dao chưa hoạt động Các góc độ của dao được xem xét khi dao tiện đầu thẳng được đặt vuông góc với phương chạy dao, trong khi mũi dao được gá ngang tâm phôi.
Các thông số hình học của dao rất quan trọng để xác định vị trí các góc độ trên đầu dao Những thông số này được xác định tại tiết diện chính N – N, ở mặt đáy, tiết diện phụ N1 – N1 và trên mặt phẳng cắt gọt (Hình 4.2).
+ Góc trước : là góc tạo thành giữa mặt trước và mặt đáy đo trong tiết diện chính N – N Góc trước thường được chọn trong khoảng =-5 o ÷ 40 o ;
Góc trước của dao cắt có giá trị dương khi mặt trước thấp hơn mặt đáy, giá trị âm khi mặt trước cao hơn mặt đáy, và bằng không khi mặt trước song song với mặt đáy Một góc trước lớn giúp giảm biến dạng phoi, tạo điều kiện cho việc thoát phoi dễ dàng hơn, đồng thời giảm lực cắt và công cắt tiêu hao, từ đó tăng năng suất cắt.
Góc sau chính là góc giữa mặt sau và mặt phẳng cắt gọt, được đo trong tiết diện chính Góc sau thường có giá trị dương, và khi góc sau lớn hơn, mặt sau sẽ ít bị ma sát với bề mặt gia công, từ đó nâng cao chất lượng bề mặt gia công Giá trị góc sau thường được chọn trong khoảng = 4° đến 12° Đối với dao thép gió, góc sau thường nằm trong khoảng = 6° đến 12°, trong khi dao HKC thường được chọn trong khoảng = 4° đến 12°.
Hình 4.2 Các góc độ của dao tiện ở trạng thái tỉnh
Góc cắt là góc hình thành giữa mặt trước và mặt cắt đo trong tiết diện chính Trong khi đó, góc sắc được tạo bởi mặt trước và mặt sau chính cũng đo trong tiết diện chính.
+ + = 90 o ; = + Khi cắt vật liệu mềm, góc sắc được chọn trong khoảng = 40 o ÷ 50 o ; Khi cắt vật liệu dẻo (như thép C45) góc sắc được chọn trong khoảng
Khi cắt vật liệu giòn, góc sắc được chọn trong khoảng = 75 o ÷ 85 o + Góc trước phụ 1: Góc trước phụ 1 tương tự như góc trước, nhưng đo trong tiết diện phụ N – N;
+ Góc sau phụ 1: Góc sau phụ 1 tương tự như góc sau, nhưng đo trong tiết diện phụ N – N;
+ Góc mũi dao : Là góc hợp bởi hình chiếu lưỡi cắt chính và hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt phẳng đáy Ta có:
+ + 1 = 180 o + Góc nghiêng chính : Là góc giữa hình chiếu của lưỡi cắt chính với phương chạy dao đo trong mặt đáy
Góc nghiêng chính của dao thép gió thường được chọn trong khoảng 30° đến 90°, với lựa chọn phổ biến là 45° Đối với dao HKC sử dụng mảnh hợp kim kẹp chặt bằng cơ học, góc nghiêng chính thường nằm trong khoảng 45° đến 107°.
+Góc nghiêng phụ 1: Là góc của hình chiếu lưỡi cắt phụ với phương chạy dao đo trong mặt đáy
Khi gia công thô, góc nghiêng phụ được chọn trong khoảng = 10 o ÷
15 o , còn khi gia công tinh thì góc nghiêng phụ thường được chọn trong khoảng = 5 o ÷ 10 o Riêng đối với dao tiện đầu cong, góc nghiêng phụ thường chọn là = 45 o
Tác dụng chủ yếu của góc nghiêng phụ là làm giảm ma sát giữa lưỡi cắt phụ với bề mặt đã gia công
+ Góc nâng của lưỡi cắt chính : là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và hình chiếu của nó trên mặt đáy
Có giá trị dương khi mũi dao là điểm thấp nhất của lưỡi cắt
Có giá trị âm, khi mũi dao là điểm cao nhất của lưỡi cắt
= 0 Khi lưỡi cắt nằm ngang (song song với mặt đáy)
Các định nghĩa trên cũng đúng cho các loại dao khác
4.3.3 Vật liệu làm dao tiện
Từ năm 1915 - 1925 ở Mỹ và Đức đã tiến hành thử nghiệm chế tạo hợp kim cứng (HKC) Ở Liên Xô cũ, HKC ra đời vào những năm 1930 - 1935
HKC là vật liệu chế tạo phần cắt dụng cụ, được sản xuất bằng phương pháp luyện kim bột Thành phần chính của HKC bao gồm các kim loại khó nóng chảy như Vonfran, Titan và Tantan, được liên kết với nhau bằng kim loại cơ bản.
Tính chống chịu cắt của HKC do các pha Cácbit kim loại quyết định Độ bền cơ học do Coban tạo nên
Những tính năng cơ bản của HKC so với các loại vật liệu làm dao khác như sau:
- Độ cứng cao: HRA = 80 – 90 (HRC > 70 - 71);
- Độ chịu nhiệt cao: 800 - 1000 o C, do đó tốc độ cắt cho phép của HKC có thể đạt đến V >100 m/ph;
- Độ chịu mòn gấp 1,5 lần so với thép gió;
- Khả năng chịu nén tốt hơn chịu uốn (hàm lượng Coban càng lớn thì sức bền uốn càng cao)
HKC được sản xuất theo tiêu chuẩn với các mảnh HKC được hàn và kẹp lên thân dụng cụ tiêu chuẩn Hiện nay, các mảnh HKC được phủ một lớp mỏng vài micromet bằng các loại cácbít cứng.
TiC, TiC/ TiN (Cácbít Titan, Nitrít Titan)… Để sử dụng hợp lí và có hiệu quả HKC cần chú ý các điều kiện sau:
- Lựa chọn HKC cho vật liệu gia công (các nhóm P,K) và theo yêu cầu gia công (gia công thô, gia công tinh, gia công lần cuối…);
Để đạt hiệu quả tối ưu trong gia công, cần xác định chế độ gia công phù hợp như tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt dựa trên cặp vật liệu giữa chi tiết gia công và dụng cụ cắt Đồng thời, việc lựa chọn tuổi bền kinh tế cũng cần được chú trọng để đảm bảo yêu cầu gia công được thực hiện hiệu quả.
- Không dùng dung dich trơn nguội (gia công khô) hoặc phải tưới mạnh và nhiều
Bảng 4.1 Phạm vi ứng dụng của các mảnh HKC
Mác HKC Phạm vi ứng dụng
BK2 Cắt bán tinh, cắt ren, doa lỗ (tiện lỗ) khi gia công gang và vật liệu phi kim
BK3M Tiện tinh và bán tinh gang, gia công vật liệu cứng
BK4 Tiện thô, phay thô và phay tinh; khoét; cắt đứt khi gia công gang, kim loại màu, vật liệu phi kim, thép chịu nhiệt và thép không gỉ
BK6M Gia công tinh và bán tinh HKC chịu lửa, thép không gỉ, gang, đồng, chất dẻo…
Xác định số vòng quay của trục chính
Chất lượng gia công chi tiết phụ thuộc vào việc lựa chọn số vòng quay khi tiện Tốc độ quay trục chính được xác định dựa trên việc phân tích sự phụ thuộc của nó vào nhiều yếu tố khác nhau.
- Yếu tố vật liệu làm dao và vật liệu gia công:
Tốc độ cắt trung bình khi tiện ngoài với dao gắn mũi hợp kim T15K6 để tiện thép trong quá trình tiện thô khoảng.
Số vòng quay sẽ được tính theo công thức:
Trong đó: n - số vòng quay của trục chính (vòng/phút); v - Tốc độ cắt trung bình của dao (m/phút);
D - Đường kính của vật liệu gia công (mm)
Số vòng quay cho phép khi tiện thô bằng dao gắn mảnh hợp kim T15K6 là: n = 3,14.32
Số vòng quay cho phép khi tiện tinh bằng dao gắn mảnh hợp kim T15K6 là: n = 3,14.32
- Yếu tố chỉ tiêu kỹ thuật của máy:
Theo [19] số vòng quay của trục chính được tính theo công thức:
Trong đó: RPM - số vòng quay của trục chính (vòng/phút);
CS - Tốc độ cắt trên bề mặt (feet/phút);
D - Đường kính của vật liệu gia công (in)
Theo [19] tốc độ cắt trên bề mặt thép cacbon trung bình khi tiện thô là 90(feet/phút), tiện tinh là 120(feet/phút)
Số vòng quay khi tiện thô: RPM 25 1
Số vòng quay khi tiện tinh: RPM 2 1
Từ hai yếu tố trên và tra bảng trên ụ máy, chọn số vòng quay khi tiện thô là 320 (vòng/phút) và tiện tinh là 488 (vòng/phút).
Tiến hành thí nghiệm
+ Chuẩn bị các thiết bị đo:
- Máy tiện vạn năng EER-1330;
- Đo công suất tiêu thụ dòng điện bằng máy đo Fluke 41B;
- Đo độ nhám bề mặt Ra bằng máy TR 200;
Hình 4.3 Máy đo công suất Fluke 41B và máy đo độ nhám R a TR200
Các bước tiến hành thí nghiệm được thực hiện theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã nêu ở chương 2.
Kết quả thí nghiệm thăm dò
Nghiên cứu này tiến hành 50 thí nghiệm thăm dò nhằm xác định quy luật phân bố của các hàm chi phí năng lượng riêng và hàm chất lượng bề mặt gia công Kết quả từ các thí nghiệm sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về mối quan hệ giữa chi phí năng lượng và chất lượng bề mặt trong quá trình gia công.
Từ những số liệu thăm dò (phụ lục) thu thập được ta có:
Số lượng nhóm các giá trị thu thập: c = 5log50 = 8 nhóm
+ Xét hàm chi phí năng lượng riêng:
Bảng 4.2 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm
STT N r N rtb f i N rtb 2 f i N rb f i N rtb 2
+ Xác định đặc trưng của phân bố thực nghiệm (bảng 4.3):
Bảng 4.3 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm
Số trung bình toàn phương z 0.0091
Sai tiêu chuẩn S 0.0008 hệ số biến động S% 9.3452
Phạm vi biến động R 0.0032 Độ lệch Sk -0.2920 Độ nhọn phân bố Ex -1.9110
Bậc tự do k = n - 1 = 49 Như vậy tt 2