TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài
Gia công tiện ren là phương pháp quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo máy, được sử dụng rộng rãi cho các chi tiết như trục truyền động, trục chịu tải và đai ốc Trong đó, gia công tiện ren trong yêu cầu độ chính xác cao về gá đặt và điều kiện gia công Năng suất của quá trình này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và dụng cụ gia công Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về chế độ cắt và dụng cụ cắt, nhưng việc ứng dụng công nghệ cán dao giảm chấn để nâng cao năng suất vẫn còn hạn chế, đặc biệt tại Việt Nam Do đó, nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này là cần thiết để đáp ứng nhu cầu của các doanh nghiệp.
Để đạt được hiệu quả kinh tế kỹ thuật, việc gia công không chỉ cần tăng năng suất mà còn phải đảm bảo chất lượng bề mặt Chất lượng bề mặt của các chi tiết gia công là yếu tố quan trọng, góp phần tạo ra sản phẩm và máy móc thiết bị có độ chính xác cao và tuổi thọ bền lâu.
Xuất phát từ nhu cầu nâng cao năng suất trong gia công ren, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu "Nâng cao năng suất khi gia công ren trong trên máy tiện CNC sử dụng cán dao giảm chấn" Nghiên cứu này nhằm tối ưu hóa quy trình gia công, cải thiện hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã được công bố
Hiện nay, các nhà sản xuất dao cắt cơ khí đã có những tiến bộ đáng kể trong công nghệ cán giảm chấn Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng công nghệ này ảnh hưởng tích cực đến chất lượng của các chi tiết sản phẩm.
Nghiên cứu của tác giả Trương Thị Ngọc Thư về ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt trong gia công trên máy phay CNC đã xây dựng thành công phương trình mô tả mối quan hệ giữa chế độ cắt và độ nhám bề mặt Cụ thể, nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng dao phay ngón thép gió HSS-Eco8 và chỉ ra mối liên hệ giữa các yếu tố chế độ cắt (S,t) và độ nhám bề mặt, góp phần quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình gia công.
Nghiên cứu của Nguyễn Thị Thanh Vân về ảnh hưởng của vận tốc cắt tới cơ chế mòn dụng cụ PCBN khi tiện tinh thép 9XC qua tôi cho thấy mòn mặt trước và mặt sau là hai dạng mòn chủ yếu Kết quả này giúp giải thích nguyên nhân gây ra hai dạng mòn này trong quá trình gia công.
Đề tài nghiên cứu của thạc sỹ Vũ Thành Hƣng tập trung vào ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt khi phay bằng dao phay ngón trên máy CNC Kết quả nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo mô hình đo lực cắt, đồng thời xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt (V, S, t) và lực cắt theo phương chuyển động trục x và trục y Mối quan hệ này được thể hiện dưới dạng hàm số mủ, áp dụng cho dao phay ngón bằng thép P18 khi gia công trên vật liệu hợp kim nhôm 6061 trong điều kiện không có tưới nguội.
Đề tài nghiên cứu của Phạm Văn Hiển tập trung vào ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công thép hợp kim CR12MOV Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra những ưu điểm và khả năng ứng dụng của dao phay cầu trong việc gia công các bề mặt phức tạp Đồng thời, nghiên cứu cũng xác định được mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN, thông qua các chỉ tiêu về độ nhám bề mặt.
Đề tài "Nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết máy khi phay tinh" của Hoàng Trọng Hiếu đã đạt được những kết quả quan trọng, bao gồm việc xây dựng hàm thực nghiệm và biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa chế độ cắt và nhám bề mặt Nghiên cứu cũng đề xuất các biện pháp công nghệ, vật liệu và dụng cụ cắt nhằm cải thiện chất lượng bề mặt trong quá trình phay tinh.
Đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng của chi tiết khi mài phẳng" của tiến sĩ Phùng Xuân Sơn đã mang lại những kết quả quan trọng, tạo cơ sở khoa học giúp các nhà công nghệ xác định chế độ mài tối ưu Luận án cũng góp phần xác định tuổi bền của đá mài, từ đó nâng cao độ bóng, độ chính xác và năng suất trong quá trình mài.
Đề tài nghiên cứu của Th.S Ngô Đức Hạnh tập trung vào đặc tính rung động tự kích thích và ảnh hưởng của bước tiến dao đến sự tăng trưởng trong quá trình cắt kim loại với sự hỗ trợ của máy tính Kết quả nghiên cứu đã làm sáng tỏ hiện tượng rung động kích thích trong gia công, đồng thời chứng minh mối quan hệ giữa bước tiến dao và chiều sâu cắt tới hạn, cho thấy rằng chiều sâu cắt tới hạn tuân theo quy luật của một hàm số mũ.
Bài báo "A simple approach to analyze process damping in chatter vibration" của Erol Türkeş và Süleyman Neşeli, công bố ngày 28/9/2013, trình bày phương pháp mô phỏng quá trình rung động của hệ thống sử dụng cán dao giảm chấn Nghiên cứu tiến hành thực nghiệm để kiểm định tính chính xác của mô phỏng, và kết quả cho thấy rằng các dữ liệu thu được từ thí nghiệm phù hợp với mô phỏng đã thực hiện.
The article titled “Analyzing the design of vibration reduction with the rubber-layered laminates in precision turning with a diamond cutting tool,” authored by Chih-Cherng Chen and Ko-Ta Chiang and published on April 6, 2011, explores the application of rubber for vibration reduction during precision turning with diamond cutting tools The findings indicate that the vibrations affecting the tool holder equipped with rubber tend to stabilize, resulting in improved surface quality and a reliability rate of 95% Furthermore, using cutting tools combined with SBR and SI rubber under the same cutting conditions enhances surface roughness by 5.77% and 13.22%, respectively, compared to tool holders without rubber attachments.
The article titled "Investigation into Effect of Particle Impact Damping (PID) on Surface Topography in Boring Operation" by C.V Biju and M.S Shunmugam, published on August 15, 2014, explores the application of particle impact damping (PID) in boring operations The study reveals that utilizing PID significantly enhances surface quality by approximately 25%.
4 gia cụng khoan khi sử dụng PID từ 3,12 àm (khụng sử dụng hạt PID) xuống 2,29 àm (khi sử dụng hạt PID)[24]
Bài báo “Hệ thống dự đoán độ nhám bề mặt trong quá trình gia công bằng rung động cắt” của D.R Salgado, F.J Alonso, I Cambero và A Marcelo, được công bố vào ngày 6/9/2008, đã phát triển một hệ thống dự đoán độ nhám bề mặt dựa trên các điều kiện gia công như tốc độ cắt (V), chiều sâu cắt (S), thời gian (t), bán kính lưỡi cắt và cảm biến đo rung động trong gia công tiện Hệ thống này đã cho kết quả dự đoán độ nhám bề mặt một cách chính xác dựa trên các giá trị đầu vào và rung động trong quá trình gia công.
Hầu hết các thử nghiệm về chất lượng bề mặt với dao đều được thực hiện bởi các hãng danh tiếng như Sandvik, Kennametal, Mitsubishi, Kyocera, Iscar và Walter, với kết quả lý tưởng trên các vật liệu tiêu chuẩn trong điều kiện gia công hoàn hảo Những nghiên cứu này không chỉ phục vụ cho mục đích thương mại mà còn được công bố trong các catalog và hội chợ công nghệ Tuy nhiên, hiện chưa có nghiên cứu nào công bố về ảnh hưởng của cán dao giảm chấn lên độ bóng bề mặt của chi tiết tiện ren.
Mục đích của đề tài
- Nhằm tiếp cận công nghệ mới của cán dao giảm chấn
Nghiên cứu này tập trung vào việc nâng cao năng suất tiện ren cho các vật liệu như thép C45, nhôm 6061 và gang xám Bằng cách sử dụng cán dao giảm chấn, nghiên cứu nhằm tăng vận tốc cắt mà vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt của chi tiết.
Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài
Lý thuyết về cắt gọt kim loại đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng bề mặt gia công Các yếu tố như rung động, loại dụng cụ cắt và phương pháp khắc phục ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt gia công ren Hiểu rõ những yếu tố này giúp tối ưu hóa quy trình gia công, nâng cao hiệu suất và đảm bảo độ chính xác cho sản phẩm.
Quy trình thí nghiệm được xây dựng nhằm khảo sát vận tốc cắt ren trong đối với các vật liệu như thép C45, nhôm 6061 và gang xám Thí nghiệm sử dụng hai loại cán dao: cán dao thường và cán dao giảm chấn để so sánh hiệu quả cắt Kết quả sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc tối ưu hóa quá trình gia công.
- Xử lý số liệu và phân tích đánh giá kết quả
1.4.2 Giới hạn của đề tài Đề tài giới hạn các thí nghiệm đƣợc thực hiện trong điều kiện:
- Mẫu đƣợc cắt thử trên máy tiện CNC Takamaz EX-12
- Thí nghiệm tiến hành trên 2 loại cán dao của hãng Sandvik: cán dao bình thường và cán dao giảm chấn
- Dụng cụ cắt gọt là mảnh insert của hãng Sandvik : R166.0L–11VM01-001
- Chỉ sử dụng 3 loại vật liệu để tiến hành thí nghiệm : Thép C45, gang xám và nhôm 6061, tất cả vật liệu này đều sản xuất tại Việt Nam
Nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao năng suất tiện ren bằng cách sử dụng cán dao giảm chấn, giúp tăng tốc độ cắt mà vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết.
Nghiên cứu chỉ tập trung vào độ nhám bề mặt Ra, vì có mối liên hệ chặt chẽ giữa Ra và Rz Đối với ren, cấp độ nhám bề mặt thường nằm trong khoảng từ cấp 6 đến 8, do đó, việc chọn giá trị đo là Ra là hợp lý hơn.
Khi xem xét các thông số gia công, cần bỏ qua lượng chạy dao (S) và chiều sâu cắt (t) vì chiều sâu cắt ít ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt, trong khi lượng chạy dao có thể gây ra sai lệch biên dạng ren.
- Môi trường thí nghiệm: nhiệt độ phòng 30 – 35 0 C.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm
- Nghiên cứu lý thuyết cơ sở cắt gọt kim loại, kỹ thuật gia công ren, lý thuyết nhám bề mặt và lý thuyết rung động trong gia công
- Thu thập dữ liệu về cán dao giảm chấn, insert gia công của hãng sandvik
Nghiên cứu thực nghiệm đã được thực hiện với cán dao giảm chấn của hãng Sandvik trên máy tiện CNC Takamaz EX-12 tại xưởng cơ khí Thế Hải, thuộc Trường Trung Cấp Nghề Đông Sài Gòn, Quận 9, Tp Hồ Chí Minh.
- Phân tích, xử lý số liệu thực nghiệm và đƣa ra các kết luận.
Giá trị thực tiễn của đề tài
Kết quả của luận văn hỗ trợ thiết kế quy trình gia công ren hiệu quả hơn bằng cách điều chỉnh vận tốc cắt, đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt và thông số hình học của ren.
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên, học viên ngành cơ khí, đặc biệttrong chuyên ngành gia công chính xác
Nghiên cứu đã được chuyển giao cho công ty Sandvik Việt Nam, giúp định hướng vận tốc cắt tối ưu để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm tiện ren.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cơ sở lý thuyết cắt gọt
Gia công kim loại bằng cắt gọt, hay còn gọi là gia công cơ có phoi, là quá trình loại bỏ lớp kim loại thừa để tạo ra hình dáng chi tiết theo yêu cầu kỹ thuật Các phương pháp cắt gọt kim loại cơ bản bao gồm tiện, phay, bào, khoan, khoét, doa, chuốt và mài.
Hệ thống thiết bị dùng để hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt đƣợc gọi là hệ thống công nghệ, bao gồm: Máy – Đồ gá – Dao – Chi tiết (Hình 2.1)
Hình 2.1: Hệ thống công nghệ
- Máy có nhiệm vụ cung cấp năng lƣợng cần thiết cho quá trình cắt gọt
Đồ gá đóng vai trò quan trọng trong việc xác định và duy trì vị trí chính xác giữa dao cắt, máy móc và chi tiết gia công trong suốt quá trình chế biến.
Dao có chức năng chính là loại bỏ lớp "kim loại thừa" trên bề mặt chi tiết, sử dụng năng lượng từ máy thông qua các chuyển động tương đối.
- Chi tiết gia công là đối tƣợng của quá trình cắt gọt Mọi kết quả của quá trình cắt đều đƣợc phản ảnh lên chi tiết gia công
2.1.2 Khái niệm về chuyển động cắt gọt[1]
2.1.2.1 Các chuyển động cơ bản khi cắt gọt
Là những chuyển động tương đối để hình thành bề mặt gia công gọi là chuyển động cắt gọt, có 3 loại chuyển động
- Chuyển động cắt chính : Là chuyển động cơ bản để tạo ra phoi cắt, chuyển động tiêu hao năng lƣợng cắt lớn nhất
- Chuyển động chạy dao: Là chuyển động cần thiết để tiếp tục tạo ra phoi cắt Chuyển động chạy dao có thể tịnh tiến, nhƣng cũng có thể quay
- Chuyển động phụ: Bao gồm các chuyển động nhƣ đƣa dao vào, lùi dao ra, chạy dao về cắt lần hai
Với đề tài này tác giả chỉ quan tâm đến quá trình gia công tiện:
- Khi tiện chuyển động cắt chính là chuyển động quay tròn của chi tiết, chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến của dao (Hình 2.2)
Chuyển động cắt chính trong gia công tiện được đặc trưng bởi hai đại lượng quan trọng: vận tốc cắt và các yếu tố liên quan đến hiệu suất gia công Vận tốc cắt ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt sản phẩm và tuổi thọ của dụng cụ cắt.
Vận tốc cắt V c, hay còn gọi là tốc độ cắt, được định nghĩa là lượng dịch chuyển tương đối giữa lưỡi cắt và chi tiết gia công trong một đơn vị thời gian Nó cũng có thể được hiểu là sự dịch chuyển tương đối của một điểm trên bề mặt chi tiết gia công so với lưỡi cắt trong cùng một khoảng thời gian.
- Số vòng quay n (hoặc số hành trình kép) trong đơn vị thời gian
Tiện ngoài chi tiết đường kính D (mm) số vòng quay trục chính n (vg/ph) thì công thức mối liên hệ giữa V c và n nhƣ sau:
D : Đường kính chi tiết gia công (mm) n : số vòng quay của chi tiết gia công trong một phút (vòng/phút)
2.1.2.3 Chuyển động chạy dao và lƣợng chạy dao Để đặc trƣng cho chuyển động chạy dao đó là lƣợng chạy dao Lƣợng chạy dao là quãng đường tương đối của lưỡi cắt so với chi tiết theo phương chuyển động chạy dao sau một đơn vị thời gian, sau một vòng quay của phôi hay sau một hành trình kép, lƣợng chạy dao có thể là lƣợng chạy dao vòng, lƣợng chạy dao phút … 2.1.2.4 Chuyển động phụ và chiều sâu cắt
Chiều sâu cắt t (mm) đề cập đến độ dày của lớp kim loại bị loại bỏ trong một lần cắt, hoặc là khoảng cách đo theo phương vuông góc giữa hai bề mặt đã gia công và chưa gia công kề nhau.
Khi tiện thì chiều sâu cắt đƣợc tính: t = (D – d)/2 (khi tiện ngoài) (2.2) t = (d – D)/2 (khi tiện trong) (2.3)
D : Đường kính chi tiết trước khi gia công (mm) d: Đường kính chi tiết sau khi gia công (mm)
Tập hợp các yếu tố: t, s, v gọi là chế độ cắt
2.1.3 Các phương pháp cắt gọt kim loại
Yêu cầu bề mặt gia công rất đa dạng, vì vậy phải có nhiều phương pháp cắt gọt để thỏa mãn những yêu cầu đa dạng đó
Có nhiều cách phân loại các phương pháp cắt gọt, xuất phát từ mục đích nghiên cứu và sử dụng khác nhau:
Phương pháp gia công định hình dựa trên nguyên lý tạo hình bề mặt bao gồm nhiều kỹ thuật khác nhau Đầu tiên, phương pháp gia công định hình tạo hình dáng dao trên bề mặt chi tiết gia công Tiếp theo, phương pháp gia công chép hình cho phép sao chép hình dáng của chi tiết mẫu Ngoài ra, phương pháp gia công theo vết, còn gọi là phương pháp quỹ tích, bao gồm các kỹ thuật như tiện, phay, và bào Cuối cùng, phương pháp bao hình sử dụng đường bao của profil dao cắt khi chúng chuyển động, như trong phay răng.
Xuất phát từ máy cắt kim loại: Phương pháp cắt gọt như tiện, bào, xọc, phay, mài, khoan, khoét, do, chuốt
Xuất phát từ yêu cầu chất lương chi tiết gia công: Gia công thô, gia công bán tinh, gia công tinh, gia công siêu tinh
Xuất phát từ bề mặt chi tiết gia công: Gia công mặt phẳng, gia công mặt tròn xoay…
2.1.4 Khái niệm về các bề mặt hình thành khi gia công chi tiết
Hình 2.3: Các bề mặt hình thành khi gia công chi tiết
Trên bề mặt chi tiết gia công đƣợc chia làm 3 phần (Hình 2.3):
Mặt chừa gia công 1 là quá trình cắt bỏ lớp kim loại thừa trên bề mặt chi tiết, trong đó lớp kim loại bị loại bỏ được gọi là phoi.
Mặt đang gia công 2 là bề mặt nối tiếp giữa phần chưa gia công và phần đã gia công Trong quá trình cắt, bề mặt này luôn tiếp xúc với lưỡi cắt chính của dao.
Mặt đã gia công 3 là bề mặt chi tiết đƣợc tạo thành sau khi cắt đi một lớp kim loại
2.1.5 Khái niệm cơ bản về dụng cụ cắt
Để cắt kim loại hiệu quả, dao cần đáp ứng yêu cầu về độ cứng, độ bền và khả năng chịu nhiệt cao, đồng thời phải có hình dáng phần cắt hợp lý Có nhiều loại dao như dao tiện, phay, mũi khoan, khoét, doa… được sử dụng trên các máy khác nhau Tuy nhiên, bất kể độ phức tạp, phần cắt của chúng đều có cấu tạo cơ bản tương tự như dao tiện ngoài.
Do đó chủ yếu ta sẽ nghiên cứu kết cấu và thông số hình học của dao tiện ngoài và sau đó mở rộng cho các loại dao khác
2.1.6 Thông số hình học của dao ở trạng thái tĩnh[1] Để đảm bảo năng suất – chất lƣợng bề mặt gia công, dao cắt cần phải có hình dáng và góc độ hợp lý
Thông số hình học của dao được phân tích khi ở trạng thái tĩnh, tức là khi dao chưa hoạt động Góc độ của dao được xác định dựa trên việc 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 quyết định vị trí các góc độ trên đầu dao Những thông số này được xác định tại tiết diện chính N – N, mặt đáy, tiết diện phụ N1 – N1 và trên mặt phẳng cắt gọt (Hình 2.4).
Hình 2.4: Thông số hình học của dao ở trạng thái tĩnh
- Góc trước : là góc tạo thành giữa mặt trước và mặt đáy đo trong tiết diện chính N – N
Góc trước có giá trị dương khi mặt trước thấp hơn mặt đáy từ mũi dao, giá trị âm khi mặt trước cao hơn mặt đáy, và bằng không khi mặt trước song song với mặt đáy.
Khi góc trước lớn biến dạng phoi nhỏ, việc thoát phoi dễ dàng, lực cắt và công tiêu hao giảm, năng suất tăng
Cơ sở lý thuyết ren
2.2.1 Khái niệm chung về ren[7] Đường ren được tạo thành khi gia công là sự phối hợp đồng thời hai chuyển động: chuyển động quay đều của chi tiết gia công và chuyển động tịnh tiến của dụng cụ cắt hoặc ngƣợc lại (Hình 2.7)
Hình 2.7: Quá trình hình thành ren và cắt ren
Các yếu tố của ren
+ Bước ren Bước ren là khoảng cách giữa hai đỉnh ren kề nhau Ở ren một đầu mối bước ren bằng bước xoắn
+ Bước xoắn, góc nâng ren
+ Góc đỉnh ren, góc đỉnh ren là góc tạo bởi hai cạnh bên của ren
2.2.2 Ren tam giác hệ Met[14]
Ren tam giác hệ Met là loại ren phổ biến tại Việt Nam và nhiều quốc gia khác, với các đặc tính kỹ thuật được quy định trong tiêu chuẩn ASME B1.13M-2005 Tiêu chuẩn này tương thích với tiêu chuẩn ISO 68 về hình dạng ren và tiêu chuẩn ISO 965/1 về dung sai ren.
Hình 2.8: Profile cơ bản của ren tam giác hệ Met
Khác biệt chính giữa ren hệ Met và ren UN là ren hệ Met có góc đỉnh 60 độ và tính bước ren bằng mm, trong khi ren UN tính số vòng ren trên 1 inch Bước ren hệ Met được phân chia thành bước thô và bước mịn, trong đó bước thô thường được ưu tiên cho các mối ghép thông thường Thông tin về sự phối hợp giữa đường kính danh nghĩa và bước ren của một số loại ren hệ Met được trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Phối hợp giữa đường kính danh nghĩa và bước ren hệ Met (trích tiêu chuẩn ASME B1.13M-2005) Đường kính
Tiêu chuẩn ISO 965-1 qui định cấp chính xác cho các yếu tố hình học của ren nhƣ sau :
– Đường kính đáy ren trong : 4, 5, 6, 7, 8
– Đường kính đỉnh ren ngoài : 4, 6, 8
– Đường kính trung bình ren trong : 4, 5, 6, 7, 8
– Đường kính trung bình ren ngoài : 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Đối với sai lệch cơ bản :
Dưới đây giải thích một số kí hiệu ren hệ Met thường gặp
M10 : ren hệ met có kích thước danh nghĩa 10mm
1 : bước ren 1mm (không cần ghi nếu là bước ren thô)
5g : dung sai đường kính trung bình của ren là 5g
6g : dung sai đường kính đỉnh ren là 6g
LH : hướng xoắn trái (hướng xoắn phải không cần ghi)
M42 : ren hệ met có đường kính danh nghĩa 42mm
6g : dung sai đường kính trung bình và đường kính đỉnh ren là 6g
0.63R : bán kính bo tròn nhỏ nhất tại đáy ren
M16 : ren hệ met có đường kính danh nghĩa 16mm
TWO STARTS : ren hai đầu mối
4G6G EXT : nếu buộc phải soạn thảo bằng chữ in hoa thì thêm EXT để chỉ ren ngoài, INT để chỉ ren trong
MJ : loại ren đặc biệt đƣợc dùng trong ngành hàng không
2.2.3 Một số cách phân loại ren[7]
Theo mặt cắt của ren (Hình 2.9):
- Ren tam giác: Ren có biên dạng ren là hình tam giác đều hoặc tam giác cân, ren tam giác thường được dùng làm ren kẹp chặt
- Ren thang: Ren thang có biên dạng ren là hình thang, ren thang thường được dùng làm ren truyền động hoặc ren tải đƣợc cả hai phía
- Ren vuông: ren vuông có biên dạng là hình vuông hoặc hình chữ nhật, ren vuông cũng thường được dùng làm ren truyền động hoặc ren tải
- Ren răng cưa: ren răng cưa có biên dạng là hình tam giác thường, ren răng cƣa đƣợc dùng làm ren truyền động hoặc ren tải một phía
Hình 2.9: Phân loại ren theo mặt cắt của ren Theo hướng xoắn của đường phát triển ren (Hình 2.10):
Ren phải là loại ren có hướng phát triển sang bên phải, nghĩa là góc nâng của ren nghiêng về phía tay phải Khi quan sát chi tiết trục ren, ta sẽ thấy rằng độ cao của ren tăng dần về phía bên phải.
Ren trái là loại ren có hướng phát triển sang bên trái, nghĩa là góc nâng của ren nằm ở phía bên trái Khi quan sát chi tiết trục ren, ta sẽ thấy ren cao dần về phía tay trái.
Hình 2.10: Phân loại ren theo hướng xoắn
Theo số đầu mối (Hình 2.11):
+ Ren một đầu mối: Ren đƣợc tạo thành do một biên dạng ren tạo thành, trong ren một đầu mối thì bước xoắn bằng bước ren
Ren nhiều đầu mối được hình thành từ nhiều biên dạng ren được sắp xếp cách đều Trong cấu trúc này, bước xoắn được tính bằng cách nhân số đầu mối với bước ren.
Ren một, hai đầu mối Ren ba, bốn đầu mối
Hình 2.11: Phân loại ren theo số đầu mối
2.2.4 Các dạng phế phẩm và các phương pháp đo kiểm ren[7]
2.2.4.1 Các dạng phế phẩm trong gia công ren
Khi gia công ren trên máy tiện, có thể xảy ra nhiều loại phế phẩm khác nhau, mỗi loại phế phẩm này đều có nguyên nhân và biện pháp khắc phục riêng biệt.
Bảng 2.2: Các dạng phế phẩm khi gia công ren trên máy tiện, nguyên nhân và biện pháp khắc phục
Dạng phế phẩm Nguyên nhân Biện pháp khắc phục
Bước ren không chính xác Điều chỉnh dao theo bước ren không chính xác
Kiểm tra lại bảng ghi bước ren ở hộp chạy dao và kiểm tra lại phép tính chọn bánh răng thay thế
Prophin ren không chính xác
-Chọn lƣợng ăn dao không hợp lý
-Chọn lại bước ăn dao chính xác cho bước cuối cùng
Góc đỉnh ren không chính xác
-Chọn mảnh insert có góc độ không đúng
-Gá dao không đúng tâm máy -Prophin ren bị biến dạng
-Chọn lại insert có góc độ đúng -Gá dao đúng tâm máy
22 khi gia công Vòng ren không vuông góc với tâm của phôi
Gá dao không vuông góc với tâm của phôi
Kiểm tra vị trí của dao bằng dƣỡng
Vòng ren đầu tiên và vòng ren cuối cùng có chiều dài lớn hơn chiều dài của các vòng ren khác
Dao bị ép khi ăn dao bà bị nắn thẳng khi thoát dao
Tăng số bước cắt và giảm chiều sâu cắt của bước cuối cùng giúp cải thiện chất lượng bề mặt Điều này cũng giúp điều chỉnh lượng dư cho vòng ren thứ nhất và vòng ren cuối cùng, tránh tình trạng độ nhám bề mặt ren quá cao.
Khi thực hiện quá trình gia công, rung động có thể xảy ra khi sử dụng dao dài, đặc biệt là trong bước cắt cuối cùng với chiều sâu cắt quá lớn Điều này dẫn đến cả hai lưỡi cắt của dao đều hoạt động, gây ra sự mòn nhanh chóng trong quá trình gia công Hơn nữa, hiện tượng lẹo dao có thể hình thành do thiếu hệ thống tưới nguội, làm giảm hiệu suất và chất lượng cắt.
Để cải thiện hiệu quả cắt, cần chọn gá dao phù hợp hoặc thay cán dao giảm chấn Nên ăn dao theo mặt bên để tăng độ chính xác Thay insert mới khi cần thiết để đảm bảo chất lượng cắt Cuối cùng, giảm tốc độ cắt và sử dụng dung dịch tưới nguội có chất lượng để duy trì hiệu suất và độ bền của dụng cụ.
2.2.4.2 Đo và kiểm tra ren Để đo và kiểm tra ren có thể dùng thước lá, thước cặp, Panme đo ren, dưỡng đo ren hoặc các dƣỡng kiểm tra chuyên dùng (Hình 2.12)
Đo và kiểm tra ren bằng thước lá, thước cặp
Để xác định giá trị danh nghĩa của ren, cần đo đường kính ngoài của trục ren, tương tự như cách đo đối với trục trơn.
- Xác định bước ren: Dùng thước lá hay thước cặp đo khoảng cách của 10 hay
20 bước ren, lấy khoảng cách đo được chia cho 10 hoặc 20 để xác định bước ren
Hình 2.12: Kiểm tra ren bằng thước lá
Đo và kiểm tra ren bằng dƣỡng đo ren
Bằng dưỡng đo ren có thể xác định bước ren và biên dạng sơ bộ của ren (Hình 2.13)
Hình 2.13: Kiểm tra ren bằng dƣỡng đo ren
Đo và kiểm tra ren bằng calip
Trong sản xuất hàng loạt, việc kiểm tra ren thường sử dụng calip giới hạn Calip giới hạn bao gồm hai đầu: đầu lọt với biên dạng ren chính xác, được sử dụng để vặn hết chiều dài đoạn ren cần kiểm tra, và đầu không lọt có khoảng 2-3 vòng ren với biên dạng hẹp, chỉ vặn vào ren kiểm tra có kích thước đúng không quá 1-2 vòng ren.
Hình 2.14: Kiểm tra ren bằng calip
Cơ sở lý thuyết độ nhám bề mặt
Bề mặt chi tiết sau gia công thường không phẳng lý tưởng như trong bản vẽ, mà có độ nhấp nhô do vết dao và rung động trong quá trình cắt Độ nhám bề mặt phản ánh những nhấp nhô tế vi của lớp bề mặt, bao gồm độ lồi lõm, độ sóng và độ bóng (nhám).
Hình 2.15: Bề mặt của chi tiết sau khi gia công
Chất lượng lớp kim loại bề mặt phụ thuộc vào vật liệu, phương pháp và chế độ gia công Điều này có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất sử dụng của chi tiết máy.
2.3.2 Chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt[3]
Theo TCVN 2511 – 1995, nhám bề mặt được đánh giá dựa trên 7 chỉ tiêu, trong đó hai chỉ tiêu phổ biến nhất là Ra và Rz (μm) Tiêu chuẩn này, tương tự như ISO, quy định 14 cấp độ nhám được ký hiệu bằng ký hiệu √ cùng với các trị số tương ứng.
Ra là sai lệch trung bình của các khoảng cách từ các điểm đo được trên profin đến đường trung bình ox, được tính theo phương vuông góc với đường trung bình của độ nhấp nhô tế vi trên chiều dài chuẩn L Thông số Ra thường được sử dụng để kiểm tra độ nhám trung bình của bề mặt.
Rz là chỉ số đo lường chiều cao nhấp nhô tế vi trên chiều dài chuẩn L, được tính bằng giá trị trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao 5 đỉnh cao nhất h.
9 và chiều sâu của 5 đáy thấp nhất h
10 của profin trong khoảng chiều dài chuẩn [3]
Rz được sử dụng để kiểm tra độ nhám bề mặt trong quá trình gia công, bao gồm cả độ nhám thô và rất tinh Đối với các cấp độ nhám bề mặt từ cấp 1 đến cấp 5 và cấp 13, 14, chỉ số Rz sẽ được ghi nhận để đánh giá chất lượng bề mặt.
Khi độ nhám bề mặt đạt từ cấp 6 đến cấp 12, được ghi theo Ra, trong khi độ nhám từ cấp 1 đến cấp 5 và cấp 13, 14 sẽ được ghi theo Rz Trong sản xuất, các phương pháp gia công khác nhau sẽ tạo ra các cấp độ bóng khác nhau.
Hình 2.16: Chiều cao nhấp nhô bề mặt
Kí hiệu độ bóng theo R a và R z (Hình 2.17)
Hình 2.17: Ký hiệu độ bóng theo Ra và Rz
Độ chính xác gia công là mức độ chính xác đạt được khi thực hiện gia công so với yêu cầu thiết kế, được thể hiện qua các sai số kích thước, sai lệch hình dáng và vị trí tương đối giữa các yếu tố hình học Các yếu tố này được biểu thị bằng dung sai, đồng thời độ chính xác gia công cũng phản ánh qua hình dáng hình học lớp tế vi bề mặt, bao gồm độ bóng và độ nhẵn, hay còn gọi là độ nhám.
Cấp chính xác được phân loại từ nhỏ đến lớn dựa trên mức độ chính xác kích thước TCVN và ISO quy định 20 cấp chính xác, được đánh số theo thứ tự giảm dần từ 01, 0, 1, 2, , cho đến 15, 16, 17, 18.
- Cấp 01 ÷ cấp 1 là các cấp siêu chính xác
- Cấp 1 ÷ cấp 5 là các cấp chính xác cao, đƣợc dùng cho các chi tiết chính xác, dụng cụ đo
- Cấp 6 ÷ câp 11 là các cấp chính xác thường, áp dụng cho các mối lắp ghép
- Cấp 12 ÷ cấp 18 là các cấp chính xác thấp, dùng cho các kích thước tự do
Bảng 2.3: Giá trị quy đổi cấp độ nhám bề mặt Rz và Ra
Cấp độ nhám Ra Rz
Bảng 2.4 : Các giá trị thông số độ nhám bề mặt (TCVN 2511 - 78)
Trị số nhám Chiều dài chuẩn L (mm)
Phương pháp gia công Ứng dụng
Tiện thô, cƣa, dũa, khoan
Các bề mặt không tiếp xúc, không quan trọng: giá đỡ, chân máy v.v
Tiện tinh, dũa tinh, phay
Bề mặt tiếp xúc tĩnh, động, trục vít, bánh răng
Bề mặt tiếp xúc động: mặt răng, mặt pittông, xi lanh, chốt v.v
Mài tinh mỏng, nghiền, rà, gia công đặc biệt, ph pháp khác
Bề mặt mút, van, bi, con lăn, dụng cụ đo, căn mẫu v.v
13 0,1 - 0,05 0,08 Bề mặt làm việc chi tiết chính xác, dụng cụ đo
Bảng 2.5 : Bảng độ chính xác gia công khi tiện
Dạng bề mặt và phương pháp tiện Độ chính xác kích thước (TCVN)
2.3.3 Ảnh hưởng của độ nhám đến khả năng làm việc của chi tiết[3]
Ma sát và mòn của chi tiết máy phụ thuộc vào chiều cao, hình dáng của độ nhám bề mặt và phương của vết g/c Các điểm 01 và 02 thể hiện độ mòn ban đầu nhỏ nhất của bề mặt tiếp xúc Trong điều kiện làm việc nặng, đường cong 2 dịch chuyển lên trên và sang phải, tương ứng với độ nhám tối ưu (02) có giá trị lớn hơn Ngược lại, đường cong 1 biểu thị điều kiện làm việc nhẹ.
Hình 2.18: Ảnh hưởng của Ra đến độ mòn U của chi tiết
Khi làm việc, các bề mặt chi tiết tiếp xúc tại những đỉnh nhấp nhô, dẫn đến diện tích tiếp xúc thực tế chỉ chiếm một phần nhỏ so với diện tích tính toán Áp suất tại các điểm tiếp xúc này rất lớn, gây ra sự phá vỡ dòng chảy tầng của dầu bôi trơn, từ đó đẩy dầu ra khỏi khu vực tiếp xúc Điều này làm tăng khả năng chống mài mòn của bề mặt tiếp xúc.
Nhám bề mặt có tác động đáng kể đến độ bền mỏi của chi tiết, đặc biệt khi chi tiết phải chịu tải trọng chu kỳ đổi dấu và tải trọng động Các nhấp nhô trên bề mặt càng lớn thì khả năng tập trung ứng suất ở đáy nhấp nhô càng cao, dẫn đến nguy cơ nứt và gãy của chi tiết.
Độ bền mỏi và tính chống ăn mòn hóa học của bề mặt vật liệu chịu ảnh hưởng bởi các chỗ lõm và nhấp nhô Những khu vực này dễ tích tụ axit, muối và tạp chất, làm gia tăng nguy cơ ăn mòn Do đó, độ nhẵn bóng của bề mặt càng cao thì khả năng chống ăn mòn càng tốt.
Hình 2.21 : Ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn hóa học
Độ chính xác của mối lắp ghép bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ hở và độ dôi Trong trường hợp lắp ghép có độ hở, bề mặt nhấp nhô sẽ nhanh chóng bị mòn, dẫn đến sự gia tăng khe hở và làm giảm độ chính xác Ngược lại, đối với lắp ghép có độ dôi, khi hai chi tiết ép sát vào nhau, các nhấp nhô sẽ bị san phẳng, làm giảm độ dôi và ảnh hưởng đến độ bền chắt của mối ghép.
Hình 2.22: Ảnh hưởng đến độ chính xác lắp ghép Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt
Yếu tố hình học của dao cắt bao gồm góc nghiêng chính φ, góc nghiêng phụ φ1, bán kính mũi dao và lượng chạy dao, tất cả đều ảnh hưởng đến quá trình bóc tách kim loại dư cũng như việc bẻ và thoát phoi Bán kính mũi dao có tác động trực tiếp đến chất lượng bề mặt; bán kính lớn giúp giảm độ nhấp nhô của bề mặt Trong gia công ren, lượng chạy dao thường được giữ cố định để tránh sai lệch hình dạng ren.
Góc nghiêng chính φ tăng thì Ra sẽ tăng
Góc nghiêng phụ φ1 tăng thì Ra tăng
Bán kính mũi dao r tăng thì Ra giảm
Cán dao giảm chấn (silent tool) cấu tạo và khả năng giảm chấn
2.5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động[9]
Cán dao giảm chấn được thiết kế với hai phần: phần đầu có cấu trúc đặc biệt nhằm giảm thiểu rung động khi sử dụng, trong khi phần đuôi được chế tạo như các loại dao thông thường khác.
Việc thiết lập, gá lắp cán dao giảm chấn cũng tương tự như các cán dao bình thường
Hệ thống điều chỉnh trước trong cán dao giảm chấn bao gồm một thân có khối lượng nặng nằm giữa hai bạc cao su Thân cán dao được bao bọc bởi một loại dầu đặc biệt Khi rung động gia tăng trong quá trình gia công, hệ thống giảm chấn sẽ ngay lập tức tạo ra lực để hấp thu năng lượng chuyển động của cán dao Kết quả là rung động được giảm thiểu, giúp đảm bảo và thậm chí nâng cao năng suất gia công.
Hình 2.43: Cấu tạo cán dao giảm chấn
A – Điều chỉnh khối đối trọng chính với một lƣợng quán tính nhất định
B – Vòng lò xo cao su
C – Đối trọng đƣợc bao phủ bên trong cán bằng 1 lớp dung dịch dầu nhờn
2.5.2 Khả năng chống rung động của cán dao giảm chấn
Khi gia công với các trường hợp yêu cầu gá dao dài, rung động sẽ xảy ra do biến thiên của lực cắt và sự thiếu ổn định, cứng vững của cán dao.
Khi tần số rung động đạt đến 55, hiện tượng cộng hưởng sẽ xuất hiện, dẫn đến việc phá hủy bề mặt chi tiết và tạo ra độ ồn lớn trong quá trình gia công Việc sử dụng cán dao giảm chấn trong gia công giúp kích hoạt hệ thống giảm chấn khi rung động xảy ra, tạo ra lực chống lại rung động, từ đó giảm thiểu sự cộng hưởng và biên độ rung động.
Khi gia công gá dao có chiều dài gấp 4 lần đường kính, nếu sử dụng insert hợp lý và điều kiện gia công đúng, sẽ không xảy ra rung động Tuy nhiên, khi chiều dài vượt quá 4 lần đường kính, rung động có xu hướng gia tăng, và việc sử dụng cán dao giảm chấn sẽ là giải pháp hiệu quả cho vấn đề này.
Khi tăng chiều dài dao lên 6-10 lần đường kính cán, chuyển vị có thể đạt đến 16 lần với cùng lực cắt Nếu tăng chiều dài lên 10-12 lần, độ lệch sẽ tăng 70% Đặc biệt, khi giữ nguyên chiều dài và tăng đường kính lên 25-32 mm, độ lệch giảm 62% Điều này cho thấy việc gia công chính xác các chi tiết có lỗ sâu hoặc lỗ sâu có ren là một thách thức không nhỏ.
Hình 2.44: Đồ thị thể hiện rung động giữa cán dao thường và cán dao giảm chấn
2.5.3 Ƣu nhƣợc điểm của cán dao giảm chấn
- Cải thiện năng suất trong gia công
- Cải thiện chất lƣợng bề mặt sau gia công
- Cải thiện độ an toàn trong quá trình gia công
- Không có yêu cầu đặc biệt về loại máy sử dụng
- Giảm chi phí trên mỗi chi tiết gia công
- Chi phí đầu từ cho dao cụ sẽ cao hơn so với cán dao thường
- Không phù hợp với việc sản xuất đơn chiếc
Bộ phận giảm chấn của cán dao hoạt động hiệu quả chỉ trong môi trường nhiệt độ dưới 70 độ C, do đó, việc sử dụng dụng cụ tưới nguội trong quá trình gia công là điều cần thiết.
2.5.4 Ứng dụng của cán dao giảm chấn trong sản xuất
Cán dao giảm chấn là giải pháp tối ưu cho việc gia tăng năng suất trong sản xuất, kết hợp hiệu quả kỹ thuật và kinh tế Đặc biệt, khi gia công các chi tiết và linh kiện dài (6-14 x D), việc sử dụng cán dao giảm chấn giúp giảm rung động, từ đó đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết một cách tốt nhất.
Những chi tiết thông dụng: trục, giá đỡ, dụng cụ thủy lực…(Hình 2.44)
Trong ngành năng lượng, các linh kiện và chi tiết quan trọng bao gồm tuabin khí, đĩa tuabin khí, máy bơm, các chi tiết có ren và thân valve trước, như được minh họa trong hình 2.45.
Hình 2.46: Bộ phận trong ngành năng lƣợng
Những chi tiết, linh kiện trong ngành hàng không, vũ trụ: thiết bị hạ cánh, các trục, động cơ (Hình 2.46)
Hình 2.47: Linh kiện trong hàng không, vũ trụ
