(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn dao tiện đến độ nhám bề mặt

TỔNG QUAN

Dụng cụ cắt giảm chấn

Trong gia công, nhiều bề mặt khó tiếp cận yêu cầu sử dụng cán dao dài, nhưng cán dao không cứng vững có thể gây rung động Cán dao được coi là dài khi chiều dài gấp 5 lần đường kính Để giảm rung động, giải pháp hiệu quả là sử dụng cán dao giảm chấn.

Cán dao giảm chấn đang thu hút sự chú ý trong ngành dụng cụ cắt gọt kim loại nhờ vào thiết kế đặc biệt giúp giảm rung động trong quá trình cắt Hệ thống giảm chấn bên trong cán dao cho phép sử dụng hiệu quả trong các trường hợp khó tiếp cận bề mặt gia công, đặc biệt là khi yêu cầu gá dao dài Điều này không chỉ nâng cao năng suất cắt gọt mà còn cải thiện chất lượng bề mặt gia công.

Cán dao giảm chấn không loại bỏ hoàn toàn rung động trong quá trình cắt, nhưng là biện pháp hiệu quả giúp giảm thiểu rung động Hiện tượng rung động thường xảy ra khi dao mới vào cắt, khi lẹo dao hoặc khi phôi biến cứng Việc sử dụng cán dao giảm chấn giúp giảm rung động hiệu quả, từ đó cải thiện năng suất và hiệu quả trong quá trình gia công.

Rung động có thể làm giảm giá trị của các tham số chế độ cắt như vận tốc cắt, bước tiến và chiều sâu cắt, dẫn đến giảm năng suất trong quá trình gia công Việc sử dụng cán dao giảm chấn giúp tăng các giá trị tham số chế độ cắt mà vẫn đảm bảo an toàn, đồng thời giảm thiểu rung động, dung sai kích thước và cải thiện chất lượng bề mặt Điều này không chỉ tăng năng suất bóc tách kim loại mà còn giảm thời gian gia công và chi phí sản xuất.

- Một số hình ảnh về dụng cụ cắt chống rung của Sandvik Coromant [1,2]

Hình 1.1: Cán dao tiện chống rung

Hình 1.2: Cán dao phay chống rung

Hình 1.3: Cán dao doa chống rung 1.1.2 Các kết cấu cơ bản

- Cán dao giảm chấn tiện, phay và doa có cấu tạo giống nhau đƣợc sản xuất từ hãng Sandvik có cấu tạo rất đặc biệt

Cán dao giảm chấn được thiết kế với một hệ thống giảm chấn bên trong, bao gồm một khối kim loại làm đối trọng, được giữ cố định giữa hai miếng đệm cao su Hệ thống này còn chứa một loại dầu đặc biệt nhằm nâng cao hiệu quả giảm chấn.

Trong quá trình cắt, rung động cắt được tạo ra, nhưng hệ thống giảm chấn sẽ hấp thụ những rung động này, giúp giảm thiểu rung động trong quá trình gia công.

Hình 1.4: Cấu tạo cán dao giảm chấn [1]

Hình 1.5: Cán dao phay giảm chấn [1]

Tình hình nghiên cứu

The article "Effect of Magnetorheological Damper on Tool Vibration During Hard Turning" by P Sam Paul, published in 2012, investigates the use of magnetorheological (MR) dampers in reducing tool vibration while machining AISI 4340 steel with a hardness of 46 HRC The findings indicate that the MR damper significantly decreases vibrations compared to traditional cutting tools, enhancing machining performance.

Hình 1.6: Sơ đồ lực cắt chính và lực giảm chấn của cơ cấu MR [3]

The article "Effect of nanoparticles on the performance of magnetorheological fluid damper during hard turning process" by P Sam Paul (2015) explores the use of magnetorheological (MR) fluid dampers in the hard turning of AISI 4340 steel with a hardness of 46 HRC The author enhances the thermal performance and viscosity of the MR fluid by incorporating nanoparticles, specifically aluminum oxide (0.1%) and titanium oxide (0.2%), resulting in improved cutting characteristics.

Hình 1.7: Sơ đồ cơ cấu giảm chấn MR [3]

The article "Development of Designs of Damping Cutting Tools" by V V Malyhin, E I Yatsun, Yu N Seleznev, and S G Novikov, published in 2016, focuses on the research and design of damping mechanisms for cutting tools The authors propose innovative structures aimed at improving the performance and efficiency of these tools through effective vibration reduction.

Kiểm soát độ ổn định của dụng cụ cắt trong quá trình gia công là yếu tố quan trọng để cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm Nghiên cứu này dựa trên việc xác định sự thay đổi không theo quy luật của cấu trúc tế vi bề mặt Nhóm tác giả đã phát triển mô hình cơ cấu giảm chấn cho dao tiện, bao gồm hai nửa chi tiết bạc lót và các vít điều chỉnh để cố định thân cán dao Cán dao được lắp bên trong chi tiết giảm chấn làm từ vật liệu đặc biệt nhằm giảm biên độ dao động Kết quả thí nghiệm cho thấy chất lượng bề mặt gia công được cải thiện rõ rệt, với độ nhám bề mặt R a giảm từ 20 – 40% khi sử dụng cơ cấu giảm chấn Thiết bị đo gia tốc dao động cho thấy cơ cấu này giúp giảm dao động lên đến 30% so với các dao tiện thông thường, khẳng định hiệu quả của cơ cấu giảm chấn trong việc giảm độ dao động và va đập trong quá trình gia công tiện.

Hình 1.8: Dụng cụ cắt giảm chấn [3]

Bài báo “Cải thiện hiệu suất của dụng cụ cắt CBN bằng cách tăng cường tính chất giảm chấn” của L N Devin và A A Osadchii (2012) nghiên cứu thiết kế dụng cụ cắt với chi tiết giảm chấn nhằm nâng cao độ ổn định trong quá trình gia công Nghiên cứu chỉ ra rằng cơ cấu giảm chấn có ảnh hưởng tích cực đến biên độ dao động, tuổi thọ dụng cụ cắt CBN và chất lượng bề mặt sau gia công Các tác giả đã thử nghiệm với nhiều phương pháp giảm chấn, bao gồm sử dụng chi tiết giảm rung, lớp phủ đặc biệt và vật liệu giảm chấn cho cán dao Kết quả cho thấy cơ cấu giảm chấn không chỉ tăng cường độ ổn định mà còn giảm lực P y và P z trên cán dao Thí nghiệm cho thấy khi tăng tốc độ cắt, nhiệt độ vùng cắt tăng và giảm dao động, trong khi tăng tốc độ tiến dao làm tăng lực cắt và biên độ dao động Việc sử dụng vật liệu TiNi cho chi tiết giảm chấn giúp giảm biên độ rung và tăng tuổi thọ dụng cụ, đồng thời giảm độ nhám bề mặt R a lên đến 35 – 45% Tóm lại, cơ cấu giảm chấn là giải pháp hiệu quả cho gia công vật liệu cứng.

60 HRC với tốc độ cắt lớn hơn 2 m/s

1 – insert cắt cBN; 2 – tấm đỡ giảm chấn; 3 – gia tốc kế; 4 – mỏ kẹp chặt

Hình 1.9: Cơ cấu giảm chấn dao tiện với tấm đỡ [3]

Bài báo “Bifurcation analysis of milling process with tool wear and process damping: regenerative chatter with primary resonance” của Hamed Moradi và các cộng sự (2012) nghiên cứu ảnh hưởng của độ mài mòn và rung động dụng cụ cắt trong quá trình gia công phay Các thông số được khảo sát bao gồm độ mòn dụng cụ, cơ cấu giảm chấn và sự phục hồi rung động phi tuyến Nghiên cứu tập trung vào chu kỳ dao động, chu kỳ tuần hoàn và bất ổn định của dụng cụ cắt, với các yếu tố như cộng hưởng, độ giảm chấn và mài mòn dụng cụ được xem là các thông số độc lập Nhóm tác giả áp dụng mô hình động lực học dụng cụ cắt để phân tích quá trình phay định hình, khảo sát các chế độ gia công khác nhau như tốc độ, chiều sâu cắt và số lưỡi cắt Các yếu tố ảnh hưởng đến độ mài mòn dụng cụ bao gồm độ ăn mòn vật liệu, tỏa nhiệt, độ bám dính phoi, oxy hóa lớp bề mặt và nứt bề mặt do tác động cơ học Nghiên cứu cũng phân tích hai loại giảm chấn: giảm chấn kết cấu và giảm chấn quy trình.

Lực cắt và lớp phoi bám dính trên lưỡi cắt ảnh hưởng đáng kể đến biên độ rung động của dụng cụ Nghiên cứu cho thấy biên độ rung động giảm khi tần số và chu trình giảm chấn tăng lên Hơn nữa, khi chu trình làm việc của lưỡi cắt lệch pha so với tần số rung động, biên độ rung động sẽ được hạn chế rõ rệt Ngược lại, độ mài mòn cao của lưỡi cắt sẽ dẫn đến sự gia tăng biên độ rung động.

Hình 1.10: Mô hình động học của quá trình phay [3]

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp Việt Nam đã ghi nhận sự tăng trưởng mạnh mẽ về sản xuất và xuất khẩu, nhờ vào việc tham gia vào thị trường kinh tế toàn cầu Việt Nam gia nhập AFTA vào năm 1996 và WTO vào đầu năm 2007, đồng thời là một phần của Cộng đồng Kinh tế ASEAN (AEC) từ cuối năm 2015 Sự chuyển mình này đã tạo ra nhiều cơ hội cũng như thách thức cho nền kinh tế và quá trình công nghiệp hóa của đất nước Cạnh tranh giữa các sản phẩm ngày càng gia tăng, đòi hỏi ngành công nghiệp phải phát triển đồng bộ với thiết bị sản xuất Do đó, cần thiết phải có các biện pháp cải tiến nhằm nâng cao năng suất, giảm chi phí và cải thiện chất lượng sản phẩm gia công.

Trong đại hội Đảng toàn quốc lần thứ X, việc hướng tới công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước đã được xác định, với ngành cơ khí đóng vai trò nền tảng trong quá trình chuyển đổi từ nền kinh tế nông nghiệp sang nền kinh tế công nghiệp Để thực hiện điều này, cần có nhiều chính sách ưu tiên cho lĩnh vực cơ khí Hiện nay, thiết bị gia công cắt gọt, đặc biệt là thiết bị điều khiển chương trình số và các hệ thống tự động, đang phát triển mạnh mẽ Sự phát triển của thiết bị kéo theo sự phát triển của dụng cụ cắt, cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa máy gia công và dụng cụ cắt Tuy nhiên, tại Việt Nam, số lượng cơ sở chế tạo dụng cụ cắt còn hạn chế, với một số công ty như công ty cổ phần dụng cụ số 1, công ty Vạn Xuân và công ty TNHH dụng cụ An Mi Nước ta chủ yếu nhập khẩu và ứng dụng các nghiên cứu có sẵn vào sản xuất, trong khi dụng cụ cắt nội địa vẫn còn nhiều hạn chế về năng suất, đặc biệt là chưa có sản phẩm chú trọng đến giảm rung động trong quá trình gia công.

Việc sản xuất dụng cụ cắt trong nước đang gặp khó khăn trong việc cạnh tranh với sản phẩm quốc tế do chất lượng và giá thành chưa đạt yêu cầu Các công ty thường phải nhập khẩu dụng cụ cắt với chi phí cao, dẫn đến sự phụ thuộc vào nhà sản xuất nước ngoài Để cải thiện tình hình, Việt Nam cần nghiên cứu và áp dụng công nghệ dụng cụ cắt tiên tiến từ thế giới, nhằm chủ động sản xuất các sản phẩm có tính năng cắt gọt tốt và giá thành hợp lý.

Độ nhám bề mặt là yếu tố quan trọng phản ánh tính chất của quá trình gia công và đặc điểm làm việc của chi tiết Nhiều nghiên cứu trong nước đã chỉ ra ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công.

Luận văn của Nguyễn Văn Toàn tại Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM năm 2016 nghiên cứu ảnh hưởng của cán dao giảm chấn đến độ bóng bề mặt trong quá trình phay mặt phẳng Tác giả đã thực nghiệm với cán dao phay giảm chấn ở các chế độ cắt khác nhau cho từng loại vật liệu, từ đó xác định được chế độ cắt tối ưu Tuy nhiên, trong các điều kiện cắt gọt khác, cán dao giảm chấn vẫn chưa thể hiện ưu thế vượt trội so với cán dao thường do cơ cấu giảm chấn chưa đủ linh hoạt.

Luận văn của Nguyễn Trường Sinh tại Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM năm 2015 nghiên cứu ảnh hưởng của cán dao giảm chấn đến độ bóng bề mặt của chi tiết tiện lỗ Tác giả đã thực hiện các thí nghiệm với cán dao tiện giảm chấn trong nhiều chế độ cắt khác nhau cho các loại vật liệu khi tiện lỗ sâu Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đề cập đến việc thay đổi linh hoạt của cơ cấu giảm chấn, điều này có thể mở rộng phạm vi ứng dụng trong cắt gọt.

Nghiên cứu về dụng cụ cắt trong nước còn hạn chế, đặc biệt là tác động của các cơ cấu cán dao giảm chấn đến độ nhám bề mặt trong quá trình tiện Quá trình gia công cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo độ chính xác về kích thước, chất lượng bề mặt và năng suất Kích thước và chất lượng bề mặt là chỉ số quan trọng phản ánh hiệu quả gia công, trong đó độ nhám ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng lắp ráp, tính năng hoạt động và độ bền của sản phẩm Độ nhám trong gia công chủ yếu do rung động gây ra, và rung động này có tác động trực tiếp đến độ nhám, chất lượng sản phẩm, năng suất cũng như chi phí sản xuất.

Tính cấp thiết đề tài

Rung động là hiện tượng tự nhiên và kỹ thuật phổ biến, xảy ra khi các vật thể có khối lượng và tính đàn hồi chịu tác động của lực Trong quá trình gia công, máy công cụ, với đặc tính đàn hồi, sẽ rung động do ngoại lực và lực cắt tác động lên hệ thống Không có quá trình cắt gọt kim loại nào mà không có rung động, và hiện tượng này có thể gia tăng trong những điều kiện nhất định, dẫn đến giảm hiệu quả kinh tế và chất lượng sản phẩm Các hậu quả do rung động gây ra cần được chú ý trong quá trình gia công cắt gọt kim loại.

+ Không cho phép sử dụng hết công suất của máy hoặc khả năng cắt của dụng cụ

+ Tăng mức độ nguy hiểm phá huỷ cơ học đến lƣỡi cắt của dụng cụ cắt

+ Giảm độ chính xác hình học của chi tiết gia công, độ nhám bề mặt không tốt

Hiện nay, nghiên cứu về dụng cụ cắt nhằm giảm rung động vẫn còn hạn chế Trên toàn cầu, các phương pháp chủ yếu được áp dụng để giảm rung động là tăng cường độ cứng vững của cán dao.

Nghiên cứu về vật liệu dụng cụ cắt và góc dao cắt là một lĩnh vực quan trọng, nhưng ở Việt Nam, việc giảm rung động và cơ cấu giảm chấn của cán dao vẫn còn mới mẻ Hiện tại, chưa có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng phù hợp với điều kiện gia công, thành phần vật liệu và thiết bị trong nước.

Nghiên cứu về cơ cấu giảm chấn của cán dao trên các dụng cụ cắt là rất cần thiết, đặc biệt trong bối cảnh sản xuất tại Việt Nam Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn dao tiện đến độ nhám bề mặt” không chỉ phục vụ cho sản xuất mà còn góp phần vào nghiên cứu và giáo dục Việc phát triển cơ cấu giảm chấn của cán dao tiện sẽ thúc đẩy ngành cơ khí và mở ra cơ hội cho sự phát triển của các ngành công nghiệp khác.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của cán dao tiện giảm chấn

- Đánh giá khả năng ứng dụng của dao tiện giảm chấn trong sản xuất

- Đánh giá, so sánh rung động và độ nhám của cán dao tiện giảm chấn so với cán dao tiện thường bằng thực nghiệm.

Nhiệm vụ, giới hạn và phương pháp nghiên cứu

- Chế tạo thử nghiệm các cán dao tiện giảm chấn

- Thí nghiệm đo rung động của các cán dao tiện giảm chấn và cán dao thường

- Thí nghiệm đo độ nhám bề mặt chi tiết gia công khi sử dụng các cán dao tiện giảm chấn và cán dao thường

- Xử lý số liệu, lập biểu đồ và phân tích đánh giá kết quả

Tác giả thực hiện thí nghiệm với các cơ cấu giảm chấn dao tiện do điều kiện thực tế Cán dao giảm chấn hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ rung động, chuyển đổi dao động lực cắt trong quá trình gia công thành dao động riêng của bộ phận giảm chấn.

- Vật liệu gia công: thép C30

- Mẫu đƣợc thí nghiệm trên máy tiện CNC TX-2 CNC LATHE

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của khối lượng con trượt và độ cứng của lò xo đối với các cơ cấu giảm chấn trong quá trình gia công dao tiện Mục tiêu là so sánh sự khác biệt về rung động và độ nhám bề mặt của chi tiết gia công, từ đó đưa ra những nhận định quan trọng giúp cải thiện chất lượng sản phẩm.

Kế thừa các nghiên cứu và công trình đã được công bố trong và ngoài nước về giảm rung động, chúng tôi nhằm mục đích tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả trong lĩnh vực này.

1.5.3.2 Phương pháp thu thập thông tin

Để tiếp cận tài liệu nghiên cứu và thông tin cần thiết liên quan đến đề tài, bạn có thể tìm kiếm trên các tạp chí khoa học, tài liệu chuyên ngành, cũng như qua các nguồn tin từ báo chí, truyền hình và internet.

1.5.3.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Thực hiện tiến hành thực nghiệm, để có thể tối thiểu hóa số thí nghiệm cần thiết mà vẫn đảm bảo mức độ tin cậy

Tác giả nghiên cứu tác động của rung động đến độ nhám bề mặt và các phương pháp giảm rung, cùng với công nghệ giảm rung của cán dao giảm chấn Thông qua việc áp dụng môn học quy hoạch thực nghiệm, tác giả thực hiện thí nghiệm và xử lý số liệu để xây dựng biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa khối lượng con trượt, độ cứng lò xo, rung động và độ nhám bề mặt trong quá trình gia công bằng các cơ cấu giảm chấn dao tiện, từ đó đưa ra kết luận rõ ràng.

Bố cục đề tài

Đề tài được chia làm 5 chương với các nội dung như:

Lý do chọn đề tài, tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học – thực tiễn, nhiệm vụ, giới hạn và phương pháp nghiên cứu

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Rung động trong quá trình cắt gọt kim loại có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt sản phẩm, làm giảm chất lượng và độ chính xác của chi tiết gia công Để cải thiện tình trạng này, cần nghiên cứu các giải pháp giảm rung động, như tối ưu hóa thông số cắt, sử dụng công nghệ tiện hiện đại và vật liệu dao cắt phù hợp Bài viết sẽ trình bày tổng quan về rung động, tác động của nó đến độ nhám bề mặt và các biện pháp khắc phục, đồng thời cung cấp cơ sở lý thuyết về cắt gọt kim loại và công nghệ tiện để định hướng cho nghiên cứu sâu hơn.

- Chương 3: Thiết kế và chế tạo thử nghiệm

Trong công nghệ tiện, dụng cụ cắt giảm chấn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả gia công Bài viết này trình bày chi tiết về các đặc điểm và chức năng của dụng cụ cắt giảm chấn Từ đó, tác giả đề xuất một phương án thiết kế cán dao tiện giảm chấn, nhằm phục vụ cho các nghiên cứu và thí nghiệm trong lĩnh vực này.

- Chương 4: Thí nghiệm và đánh giá kết quả

Thí nghiệm và đánh giá kết quả nhằm lựa chọn phương án thiết kế tối ưu nhất

- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Lý thuyết về độ nhám

Bề mặt chi tiết sau gia công thường không hoàn toàn phẳng mà có những nhấp nhô vi mô do rung động của lưỡi dao trong quá trình gia công Những nhấp nhô này có thể xuất hiện dưới nhiều hình thức khác nhau.

- Quan sát một phần bề mặt đã đƣợc khuếch đại, nhận thấy các loại nhấp nhô:

+ Nhấp nhô có chiều cao h 1 là sai lệch hình dạng hình học đại quang

+ Nhấp nhô có chiều cao h 2 là độ sóng bề mặt

+ Nhấp nhô có chiều cao h 3 là nhám bề mặt Đây là những nhấp nhô tế vi trên bề mặt xét trong phạm vi chiều dài chuẩn l rất nhỏ

- Để phân biệt độ sóng và độ nhám bề mặt, có thể dùng tỉ lệ tương đối giữa bước

P i và chiều cao h i Độ nhám: 𝑃 𝑖

Hình 2.1: Các loại nhấp nhô trên bề mặt chi tiết

2.1.2 Chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt

Để đánh giá độ nhám bề mặt, cần xem xét một số yếu tố hình học của các nhấp nhô như R a và R z (đơn vị đo μm) trong một phạm vi nhỏ của bề mặt, cụ thể là trong chiều dài chuẩn l (mm) Chiều dài chuẩn là khoảng bề mặt được sử dụng để đo nhấp nhô tế vi, và giá trị của nó phụ thuộc vào độ nhám bề mặt.

Độ nhám của bề mặt được phân chia thành nhiều cấp độ khác nhau, với các chiều dài chuẩn tương ứng Cụ thể, độ nhám cấp 1 đến 3 có chiều dài chuẩn l = 8 mm, cấp 4 đến 6 là l = 2,5 mm, cấp 7 đến 9 là l = 0,8 mm, cấp 10 đến 12 là l = 0,25 mm, và cuối cùng, độ nhám cấp 13 đến 14 có chiều dài chuẩn l = 0,08 mm.

Sai lệch trung bình số học của prôfin R a được định nghĩa là sai lệch trung bình số học của các khoảng cách giữa các điểm trên đường nhấp nhô và đường trung bình, được tính theo giá trị tuyệt đối trong phạm vi chiều dài chuẩn l.

𝑛 𝑛 𝑖=1 𝑦 𝑖 (2.1) Đường trung bình là đường chia các nhấp nhô bề mặt thành hai phần sao cho diện tích của hai phần đó bằng nhau

Hình 2.2: Prôfin trên bề mặt xét theo R a

Chiều cao trung bình của prôfin theo 10 điểm R z

Chiều cao trung bình của prôfin theo 10 điểm R z được xác định bằng giá trị trung bình của 5 khoảng cách giữa 5 đỉnh cao nhất và 5 điểm đáy thấp nhất trong phạm vi chiều dài chuẩn l.

Hình 2.3: Prôfin trên bề mặt xét theo R z 2.1.3 Ảnh hưởng của độ nhám đến tính chất làm việc và độ bền của chi tiết

Độ nhám bề mặt ảnh hưởng lớn đến tính chống mòn của các chi tiết trong mối ghép động như ổ trượt, sống dẫn và con trượt Khi hoạt động, bề mặt tiếp xúc chỉ chiếm một phần diện tích do có các đỉnh nhấp nhô, dẫn đến việc dầu bị đẩy ra khỏi khu vực tiếp xúc Điều này làm giảm hiệu suất làm việc, tăng nhiệt độ, và giảm khả năng chống mòn, từ đó rút ngắn thời gian sử dụng Do đó, độ nhẵn bóng càng cao thì khả năng chống mài mòn càng tốt.

Hình 2.4: Độ nhám ảnh hưởng đến tính chống mòn

Độ nhám bề mặt đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến độ bền mỏi của các chi tiết khi chịu tải trọng chu kỳ và tải trọng động Việc tối ưu hóa độ nhám có thể giúp cải thiện khả năng chịu tải và kéo dài tuổi thọ của sản phẩm.

Bề mặt có nhô lớn dễ dàng tập trung ứng suất tại đáy các nhấp nhô, trong khi độ nhám bề mặt là yếu tố chính gây ra rạn nứt, dẫn đến giảm độ bền mỏi.

Hình 2.5: Độ nhám ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết

Tính chống ăn mòn của bề mặt vật liệu bị ảnh hưởng bởi các chỗ lõm và nhấp nhô, nơi dễ tích tụ axit, muối và tạp chất gây hại Độ nhẵn bóng cao giúp nâng cao khả năng chống ăn mòn hiệu quả.

Hình 2.6: Độ nhám ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn

Độ chính xác của mối lắp ghép chịu ảnh hưởng lớn từ các yếu tố như độ hở và độ dôi Trong trường hợp lắp ghép có độ hở, các nhấp nhô bề mặt sẽ bị mòn nhanh chóng trong giai đoạn đầu, dẫn đến việc tăng khe hở và làm giảm độ chính xác của mối ghép Ngược lại, đối với lắp ghép có độ dôi, khi hai chi tiết được ép lại với nhau, các nhấp nhô bề mặt sẽ bị san phẳng, gây giảm độ dôi trong mối ghép và ảnh hưởng đến độ bền chặt của nó.

Hình 2.7: Độ nhám ảnh hưởng đến độ chính xác mối ghép

2.1.4 Phương pháp đánh giá độ nhám

- Các phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt:

Phương pháp so sánh là một kỹ thuật đơn giản, sử dụng mắt thường để đối chiếu bề mặt gia công với mẫu nhám đã được chọn theo cấp độ nhám Tuy nhiên, độ chính xác của phương pháp này thường không cao.

Phương pháp sử dụng máy dò prôfin là một kỹ thuật hiệu quả để xác định độ nhám bề mặt, với khả năng đo từ cấp 4 đến cấp 11 Phương pháp này nổi bật với độ chính xác cao, giúp đảm bảo kết quả đáng tin cậy trong các ứng dụng công nghiệp.

+ Phương pháp đo quang học (dùng kính hiển vi): Phương pháp này thường đo độ nhám từ cấp 10 đến cấp 14, đạt độ chính xác rất cao

Đánh giá chất lượng bề mặt được thực hiện thông qua các chỉ tiêu như độ nhám, độ biến cứng, chiều sâu lớp biến cứng và ứng suất dư Trong nghiên cứu này, tác giả chọn độ nhám làm chỉ tiêu chính để đánh giá chất lượng bề mặt, sử dụng phương pháp máy dò prôfin để thực hiện so sánh.

Lý thuyết về rung động

Trong quá trình cắt gọt, rung động xảy ra trên toàn bộ hệ thống công nghệ, bao gồm máy, dao, đồ gá và chi tiết Nguyên nhân gây rung động có thể là do độ cứng của hệ thống, sự không đồng đều của vật liệu chi tiết, lượng dư gia công không đồng đều, hoặc rung động từ các bộ phận và máy móc khác Hiện tượng này dẫn đến chất lượng bề mặt gia công kém.

Để giảm thiểu hiện tượng rung động và kéo dài tuổi thọ của dao, cần xác định nguyên nhân gây ra rung động và áp dụng các biện pháp khắc phục phù hợp Các biện pháp này bao gồm làm móng cục bộ cho máy có rung động lớn, cân bằng động các chi tiết và bộ phận máy, cũng như cân bằng khi gá chi tiết lên bàn máy và mâm cập Ngoài ra, việc tăng độ cứng vững của hệ thống công nghệ, như tăng khối lượng thân máy và độ cứng vững của đồ gá, cũng rất quan trọng Gá dao hoặc chi tiết ngắn lại và sử dụng cán dao giảm chấn cũng là những giải pháp hiệu quả.

Hình 2.8: Hệ thống công nghệ 2.2.2 Các loại rung động và nguyên nhân gây ra rung động

- Rung động trong quá trình cắt thường bao gồm các loại sau:

Rung động là hiện tượng do các lực tác động từ bên ngoài, có thể là tác động cưỡng bức chu kỳ hoặc không chu kỳ tùy thuộc vào nguồn lực Các nguyên nhân gây ra lực tác động bao gồm sai số của chi tiết máy, khe hở giữa các mặt tiếp xúc, khâu quay không cân bằng, lượng dư gia công không đồng đều, bề mặt gia công không liên tục, và rung động truyền từ các máy xung quanh.

Biện pháp để giảm rung động cƣỡng bức:

- Tăng độ cứng vững của hệ thống công nghệ (máy, dao, đồ gá)

- Yêu cầu độ chính xác chế tạo – lắp ráp máy, đồ gá có độ chính xác cao

- Tránh cắt không liên tục

- Phôi cần đƣợc chọn lọc và gia công sơ bộ

- Trang bị thêm cơ cấu giảm rung động

- Móng máy đủ khả năng dập tắt rung động và đƣợc cách ly chấn động với tác động lực ở xung quanh

- Đặt những máy làm việc có độ rung động lớn nhƣ: máy dập, máy rèn, máy búa…xa những máy gia công chính xác

- Là loại rung động do bản thân chuyển động cắt gây ra, việc khắc phục nó rất khó khăn và khó tìm ra nguyên nhân [8]

Nguyên nhân gây ra rung động tự phát do:

- Lực ma sát giữa dao và phoi biến đổi khi gia công (đặc biệt là trong gia công hình thành phoi vụn)

- Sự hóa cứng không đều

- Lƣợng dƣ cắt gọt không đều

- Sự thay đổi chiều cao phoi bám

- Sự không đồng nhất của vật liệu gia công…

Rung động tự phát chỉ khắc phục đƣợc một phần chứ không loại trừ đƣợc hoàn toàn

Các nhân tố ảnh hưởng đến rung động

Khi tăng tốc độ cắt, biên độ dao động trong vùng lẹo dao sẽ tăng lên Tuy nhiên, khi biên độ dao động đạt đến một giá trị cực đại, việc tăng tốc độ cắt sẽ dẫn đến sự giảm biên độ dao động.

- Chiều sâu cắt tăng biên độ dao động tăng ảnh hưởng đến hệ thống công nghệ

Khi gia công gang, việc cắt tạo ra phoi vụn và lực cắt biến đổi, dẫn đến sự gia tăng rung động Đối với vật liệu dẻo, điều kiện hình thành lẹo dao lớn cũng dễ dàng gây ra rung động.

Rung động trong quá trình cắt gọt bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau Bài viết này tập trung vào việc so sánh ảnh hưởng của cán dao tiện giảm chấn với cán dao thông thường đến độ nhám bề mặt Kết quả cho thấy, cán dao giảm chấn có khả năng cải thiện độ nhám bề mặt trong cùng điều kiện cắt gọt, mang lại hiệu quả cao hơn so với cán dao thông thường.

Chiều dài cán dao là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chế độ cắt, độ nhám và năng suất gia công, đặc biệt trong những vị trí bất lợi như khi gá đặt dài Việc sử dụng cán dao dài giúp cải thiện hiệu quả cắt và tăng cường chất lượng bề mặt.

2.2.3 Rung động trong quá trình cắt gọt

Rung động là hiện tượng tự nhiên và kỹ thuật phổ biến, xảy ra khi các vật thể có khối lượng và tính đàn hồi chịu tác động của lực Trong quá trình gia công kim loại, máy công cụ, với tính chất là hệ đàn hồi, sẽ rung động do ngoại lực và lực cắt tác động lên Không có quá trình cắt gọt nào mà không có rung động, và hiện tượng này có thể gia tăng trong những điều kiện nhất định, dẫn đến những ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả kinh tế và chất lượng sản phẩm Cụ thể, rung động có thể làm giảm công suất sử dụng của máy và khả năng cắt của dụng cụ, đồng thời gây mòn nhanh các bộ phận chính của máy như băng máy và trục chính, từ đó giảm độ chính xác của máy và bộ phận gá lắp phôi.

+ Tăng mức độ nguy hiểm phá huỷ cơ học lƣỡi cắt của dụng cụ cắt

+ Phá huỷ cơ học dụng cụ cắt (gãy răng dụng cụ cắt) hoặc cán dao

+ Giảm độ chính xác hình học của chi tiết gia công, độ bóng bề mặt

+ Gây tiếng ồn cho môi trường làm việc

2.2.4 Giải pháp để giảm rung động trong quá trình cắt gọt

2.2.4.1 Các giải pháp liên quan tới cấu trúc máy

- Đảm bảo độ cứng vững của nền máy nhƣ giải pháp lắp đặt máy có bộ phận giảm chấn

- Lựa chọn vị trí đặt máy tối ƣu tránh nguồn rung động từ bên ngoài

- Bàn trƣợt, bàn dao đƣợc gia công và lắp ráp đúng yêu cầu

- Giải pháp định hướng lực cắt sao cho lực cắt vuông góc với hướng của máy có độ mềm dẻo động lực học tốt nhất

2.2.4.2 Các giải pháp liên quan tới phôi và dụng cụ gia công

- Dùng các bộ phận đỡ phụ làm tăng độ cứng vững của chi tiết gia công

- Giảm trọng lƣợng của phôi, thay đổi hình dạng phôi

- Sử dụng dao có độ cứng vững cao, dao có bộ phận giảm rung

- Chọn dao phù hợp vật liệu gia công, góc dao sắc, dao có bán kính mũi dao nhỏ hơn chiều sâu cắt

- Nếu dao gá dài cần phải tăng đường kính dao hoặc sử dụng cán dao giảm chấn

2.2.4.3 Các giải pháp liên quan tới quá trình cắt

- Sử dụng dung dịch tưới nguội phù hợp, giải nhiệt tốt, thoát phoi tốt

- Chọn hướng vào và ra dao tối ưu, quá trình gia công liên tục

- Chọn chế độ cắt tránh hiện tƣợng lẹo dao, phoi bám

- Sử dụng giải pháp giảm rung động, hấp thụ rung động

- Chọn chế độ cắt tối ƣu, phù hợp từng loại dao và từng loại vật liệu

2.2.5.1 Các tham số động học của dao động điều hòa

- Dao động điều hòa được mô tả về phương diện động học như sau [9]: y(t) = Asin(ωt + α) = Asinψ(t)

Dao động điều hòa, hay còn gọi là dao động hình sin, có biên độ không đổi được ký hiệu là A Đại lượng ψ(t) = ωt + φ thể hiện góc pha, trong đó góc α là pha ban đầu Tần số vòng của dao động điều hòa, ký hiệu là ω, được đo bằng rad/s hoặc s⁻¹.

- Chu kỳ của dao động điều hòa:

- Tần số của dao động điều hòa f (Hz hoặc s -1 ): f T1

- Mối quan hệ giữa tần số dao động f và tần số vòngω: ω = 2πf (2.7)

- Giả sử các điều kiện ban đầu có dạng: t = 0;

- Phương trình dao động có dạng: y 0 = Asinα (2.8)

2.2.5.2 Phương trình vi phân dao động

- Các phương trình Lagrange loại II được áp dụng để thiết lập các phương trình vi phân chuyển động của hệ có dạng tổng quát nhƣ sau [9]: i i i q Q

(  (2.10) i = 1 – n q i : là tọa độ suy rộng

T: là biểu thức động năng n: là số bậc tự do của hệ a Dao động cƣỡng bức không cản chịu kích động điều hòa

Dao động tuyến tính cƣỡng bức không cản của hệ n bậc tự do chịu kích động điều hòa có dạng: t f q C q

(2.11) Ở chế độ bình ổn ta tìm được nghiệm phương trình có dạng: t u t q ( )  sin 

(2.12) Thế vào phương trình trên ta có: f H u f u C

( 2      (2.13) Trong đó ma trận truyền theo công thức:

24 b Phương trình đường đàn hồi của thanh chịu uốn

- Phương trình vi phân của đường đàn hồi là [10]: x x

(2.15) Trong đó EI x là độ cứng của dầm khi chịu uốn

- Lấy tích phân lần thứ nhất ta được phương trình góc xoay là:

- Lấy tích phân lần thứ hai ta được phương trình đàn hồi là:

Trong đó, các hằng số tích phân C và D sẽ được xác định dựa trên các điều kiện biên Những điều kiện này không chỉ phụ thuộc vào cách liên kết của dầm mà còn vào sự thay đổi tải trọng tác động lên dầm (Hình 2.9).

Hình 2.9: Các liên kết của dầm

- Phương trình đàn hồi và góc xoay cho dầm console như hình vẽ sau đây:

Hình 2.10: Dầm console chịu uốn

- Phương trình moment uốn tại mặt cắt có hoành độ z là:

- Ta được phương trình vi phần đàn hồi như sau:

Trong đó C, D đƣợc xác định từ các điều kiện biên về độ võng và góc xoay tại ngàm: z = L; φ = 0; y = 0 x x

- Vậy phương trình đường đàn hồi và góc xoay là: x x x x x

(2.19) c Phương trình dao động dọc của thanh chịu nén

Hình 2.11: Sơ đồ chuyển vị của thanh do lực dọc trục tác dụng

- Điều kiện ban đầu: l : Chiều dài dao chịu nén

A = BxH: Tiết diện cán dao

E: Mođun đàn hồi của dầm

Vị trí của điểm A được xác định bởi lực hướng kính P y Nếu P y dao động theo chu kỳ, lặp lại sau mỗi vòng quay của trục chính, ta có thể mô tả dao động này bằng phương trình cụ thể.

 , với chu kỳ dao động của P y là thời gian của 1 vòng quay trục chính

(2.21) d Đối với hệ giảm chấn sử dụng lò xo:

Hình 2.12: Mô hình vật lý của hệ giảm chấn

- Với: m 1 : là khối lƣợng của con trƣợt

K 1 : là độ cứng lò xo

A: tiết diện thanh chịu nén

K: độ cứng của hệ tương đương l

- Ta có phương trình dao động:

Lý thuyết về quá trình tiện

2.3.1 Các chuyển động khi tiện

- Chuyển động chính (ký hiệu V hoặc n): là chuyển quay tròn của chi tiết

- Chuyển động tiến: là chuyển động tịnh tiến của dao, gồm 2 chuyển động:

+ Chuyển động tiến dọc (S d ): là chuyển động dọc theo đường tâm chi tiết gia công

+ Chuyển động tiến ngang (S n ) : là chuyển động vuông góc với đường tâm chi tiết gia công

Hình 2.13: Các chuyển động khi tiện

- Nghiên cứu lực cắt rất quan trọng vì từ lực cắt ta có thể tính đƣợc công suất tiêu hao trong quá trình cắt

Lực cắt là yếu tố quan trọng trong quá trình gia công, giúp đánh giá hiệu quả gia công cho các loại vật liệu và dụng cụ cắt khác nhau.

Để tối ưu hóa thiết kế hệ thống công nghệ, việc xác định chính xác lực cắt là rất quan trọng Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất cắt mà còn đưa ra giải pháp hiệu quả để giảm rung động trong quá trình cắt.

Trong gia công, lực cắt đóng vai trò quan trọng, phản ánh tính chất của quá trình gia công và là căn cứ để lựa chọn chế độ cắt phù hợp cho từng loại vật liệu Việc tối ưu hóa lực cắt không chỉ giúp tăng năng suất mà còn nâng cao độ chính xác trong gia công.

Người ta phân tích lực làm 3 phần:

- Lực dọc trục P x : có phương song song với bước tiến, chiều ngược với bước tiến S

- Lực hướng kính P y : có phương vuông góc với bước tiến,chiều đẩy dao ra khỏi chi tiết gia công

Hai lực Px , P y hợp thành lực P N và nằm trên mặt phẳng cơ bản

- Lực tiếp tuyến P z : có phương trùng với vectơ vận tốc V nhưng ngược chiều

Tổng hợp 3 lực P x , P y , P z ta có: z y

R   Thực nghiệm cho thấy nếu φ = 45 o , γ = 15 o thì:

Ta thấy P Z nhỏ hơn R không bao nhiêu nên lấy R = P Z làm lực cắt khi tiện

- Với dao vai ta có P y = 0 0

- Với dao tiện cắt đứt ta có P x = 0 0

Hình 2.14: Phân tích lực cắt khi tiện

Ta đã biết tổng hợp lực R ở trên, nhƣng lực này do đâu mà có

Khi cắt phoi, tác động lên mặt trước của dao tạo ra áp lực N1 nhằm vượt qua lực liên kết nội bộ của kim loại và lực ma sát F1 Hợp lực từ những yếu tố này là rất quan trọng trong quá trình gia công.

- Tương tự trên mặt sau của dao xuất hiện áp lực N 2 và lực ma sátF 2 Ta có hợp lực:

- Hợp lực RQ 1 Q 2 Đó là tất cả các lực tác dụng lên dao

Hình 2.15: Hợp lực cắt khi tiện 2.3.2.2 Tác dụng của lực lên máy – dao – chi tiết gia công a Tác dụng của lực lên dao

- Lực P z : gây uốn thân dao, dao phải thỏa mãn điều kiện an toàn:

- σ u : ứng suất uốn do lực P Z tạo ra

- l: chiều dài dao chịu uốn (mm)

- [σ u ]: ứng suất uốn cho phép của vật liệu làm thân dao

- Wx : moment chống uốn của tiết diện chịu uốn (mm3) Đối với dao gắn hợp kim cứng hoặc sứ thì không cần kiểm nghiệm σu vì lực

P Z gây mẻ mảnh hợp kim hoặc sứ trước khi thân dao gãy

- Lực P y : đẩy dao ra khỏi chi tiết gia công, gây nén lệch tâm (nhỏ, thường bỏ qua) chỉ tính đối với dao tiện cắt đứt

- Lực P x : gây uốn thân dao theo phương ngang (nhỏ, thường bỏ qua) chỉ tính đối với dao tiện vai

Hình 2.16: Lực tác dụng của dao vào phôi b Tác dụng của lực lên máy

- Lực P z : tạo nên moment cản quay, gây xoắn trục chính, uốn các bánh răng trong hộp tốc độ Điều kiện để cắt gọt đƣợc là M c ≤ [M t ]

Với [Mt] là moment cho phép của trục chính, tra thuyết minh máy

- Lực P y kết hợp với lực P z tạo nên lực Q gây uốn trục chính, thông qua bàn xa dao làm uốn trục trơn và trục vitme

Lực P x tác động lên trục chính (nhỏ) khi lựa chọn ổ lăn, gây cản trở chuyển động tiến và làm uốn các chi tiết truyền động trong hộp bước tiến Điều này dẫn đến việc tăng áp lực của bàn xa dao lên rãnh trượt, làm cho rãnh trượt nhanh chóng bị mòn.

Q tạo ra moment xoắn và uốn cho các chi tiết, trong đó chi tiết có dạng trống sẽ bị chống tâm ở hai đầu, trong khi chi tiết có dạng loa kèn sẽ được cố định bằng mâm cặp.

Vì vậy khi gia công phải đảm bảo:

- f: là độ võng chi tiết

- L: là chiều dài chi tiết gia công chịu lực

- E: là modul đàn hồi của vật liệu

E thép = 2.10 4 kG/mm 2 ; E gang = 8.10 3 kG/mm 2

J = 0,05D 4 khi tiết diện chi tiết hình tròn

- [f]: là độ võng cho phép

- m: là hệ số cứng vững, phụ thuộc vào cách gá chi tiết

+ m = 3: chi tiết kẹp trên mâm cặp

+ m = 48: chi tiết chống trên 2 mũi chống tâm

+ m = 79: chi tiết đƣợc kẹp một đầu mâm cặp, một đầu chống tâm

- Lực P x : gây nén lệch tâm chi tiết (nhỏ, bỏ qua)

- Ngoài ra, muốn cắt gọt đƣợc ta phải kiểm nghiệm công suất máy:

+ V: là vận tốc cắt (m/ph)

+ N ĐC (KW): là công suất động cơ tra thuyết minh máy

+ η: là hiệu suất của bộ truyền tra thuyết minh máy

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới rung động khi gia công tiện

- Trong quá trình gia công tiện các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến biến dạng thì đều ảnh hưởng đến rung động như:

2.3.3.1 Ảnh hưởng của kim loại gia công

- Kim loại dẻo thì dễ biến da ̣ng và biến da ̣ng nhiều hơn kim loại dòn

- Vật liệu dẻo có độ bền càng cao càng khó biến dạng và ngƣợc lại

- Vật liệu dòn có độ cứng HB càng cao càng khó biến dạng và ngƣợc lại

2.3.3.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt (t, S, V)

- Vận tốc cắt V: ảnh hưởng đến biến dạng nhiều nhất:

+ Khi V ≤ 50 m/ph thì biến dạng tăng vì ma sát tăng

Khi tốc độ V vượt quá 50 m/ph, biến dạng giảm do lớp phoi tiếp xúc với mặt trước của dao trở nên mềm, tạo ra một lớp nhờn trên bề mặt dao, từ đó làm giảm ma sát.

Hình 2.17: Quan hệ giữa V và biến dạng 2.3.3.3 Ảnh hưởng của thông số hình học dao đến biến dạng

- Góc trước γ: γ tăng thì phoi thoát dễ dàng nên biến dạng giảm

- Góc sau α: α tăng thì ma sát giữa dao và chi tiết giảm nên biến dạng giảm

- Góc lệch chính φ: gọi R là bán kính mũi dao

+ Khi R = 0: φ tăng thì a tăng nên biến dạng giảm

Nếu φ ≤ 60˚ khi φ tăng thì a tăng nên biến dạng giảm

Khi góc φ lớn hơn 60˚, sự biến dạng có xu hướng tăng ít khi φ tăng Điều này xảy ra vì khi φ tăng, kích thước a cũng tăng, dẫn đến sự giảm biến dạng Tuy nhiên, khi φ tăng, cung tiếp xúc A’B’ trở nên lớn hơn cung AB, làm cho biến dạng tăng Cuối cùng, sự gia tăng của φ cũng làm thay đổi phương biến dạng, dẫn đến sự tăng biến dạng.

Do đó khi φ tăng thì biến dạng tăng ít

Bán kính mũi dao R ảnh hưởng đến biến dạng và độ dày phoi cắt; khi R tăng, biến dạng cũng tăng Nếu R khác 0, độ dày phoi cắt không đồng đều và việc thoát phoi trở nên khó khăn, khiến dao có R không phù hợp cho gia công thô Ngược lại, trong gia công tinh, khi R tăng, diện tích dư để lại giảm nhưng ma sát lại tăng cao.

Hình 2.18: Quan hệ giữa φ và biến dạng

Ngoài ra, dung dịch tưới nguội cũng làm giảm nhiệt cắt và giảm ma sát cũng làm giảm biến dạng

2.3.4 Chất lƣợng bề mặt gia công

Chất lƣợng bề mặt gia công đƣợc đánh giá bởi các yếu tố:

- Cơ tính lớp bề mặt

- Dung sai về kích thước gia công

- Dung sai về hình dạng và vị trí bề mặt gia công

Độ nhám bề mặt gia công là một yếu tố quan trọng, thể hiện rõ rệt ảnh hưởng của việc chọn dao và chế độ cắt đến chất lượng bề mặt Để đánh giá độ nhám bề mặt, hai thông số phổ biến nhất được sử dụng là

- Sai lệch trung bình số học của profin Ra

- Chiều cao mấp mô của Profin theo mười điểm Rz

* Những nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công

Diện tích dư còn lại trên bề mặt gia công là nguyên nhân chính gây ra các nhấp mô trên bề mặt chi tiết gia công vết răng lược.

Theo tính toán, ta có:

Diện tích tính toán để cắt: F tt = S.t (dùng khi λ = 0, γ = 0)

Diện tích cắt thực tế: F c = F tt - F dƣ Diện tích dƣ Fd để lại trên chi tiết gia công gây ra vết răng lƣợc

Diện tích dƣ Fd chính là ΔABC

Mà BC = S, xét ΔABC, ta có:

Cotgφ = HB AH Cotgφ 1 = HC AH

Cotg φ + Cotg φ1 Tóm lại: F d = 2(Cotg φ + Cotg S 2 φ1)

Diện tích dƣ chính là hình CAB dễ dàng tính toán, ta xem CAB nhƣ là hình tam giác

Ta có: AH = HK – KA = R – KA Xét ΔOAK, ta có:

Qua hai công thức trên, ta nhận thấy Fd chịu ảnh hưởng của S, ,  1 và R

Nhận xét: muốn giảm h hay F d ta có thể:

- Giảm S: nhƣng làm giảm năng suất chỉ dùng khi giải quyết yêu cầu độ nhám bề mặt cao

- Giảm ,  1 : làm lực hướng kính P y tăng, nên độ cứng vững của hệ thống máy, dao, đồ gá cũng phải tăng lên

Tăng R là phương pháp chính trong việc mài dao, nhưng việc sử dụng bán kính R cho hợp kim cứng gặp nhiều khó khăn Do đó, người ta thường thay thế bán kính R bằng lưỡi cắt nối tiếp với góc  0 = 0 0 và chiều rộng f từ 1 đến 2 mm.

2.3.4.2 Một số thông số khác

Tốc độ cắt V ảnh hưởng lớn đến quá trình gia công, đặc biệt ở giai đoạn vận tốc thấp (nhỏ hơn V1), khi sự hóa cứng tăng cao và dễ hình thành phoi bám, dẫn đến chiều cao h của vết răng lưỡi lớn Khi tốc độ cắt vượt quá 30 m/ph, hiện tượng phoi bám giảm và biến dạng tăng lên, nhưng khi đạt 50 m/ph, vết răng lưỡi lại tiếp tục giảm dần theo tốc độ cắt tăng.

Hình 2.21: Ảnh hưởng của V và góc thoát γ đến bề mặt

Vật liệu bôi trơn làm nguội: Làm giảm ma sát, giảm nhiệt, làm tăng V, cắt dễ dàng hơn nên h giảm.

Cán dao giảm chấn của hãng Sandvik

2.4.1 Cấu tạo cán dao giảm chấn

- Cán dao giảm chấn tiện, phay và doa có cấu tạo giống nhau đƣợc sản xuất từ hãng Sandvik có cấu tạo rất đặc biệt

Cán dao giảm chấn được thiết kế với một hệ thống giảm chấn hiệu quả, bao gồm một khối kim loại làm đối trọng, được giữ vững ở giữa nhờ hai miếng đệm cao su Bên trong cán dao chứa một loại dầu đặc biệt, giúp tăng cường khả năng giảm chấn, đảm bảo hiệu suất sử dụng tối ưu.

Trong quá trình cắt, rung động cắt được sinh ra, và hệ thống giảm chấn sẽ hấp thụ những rung động này, từ đó giảm thiểu rung động trong quá trình gia công.

Hình 2.22: Cấu tạo cán dao giảm chấn

Hình 2.23 minh họa cán dao phay giảm chấn, trong khi đồ thị hình 2.24 thể hiện sự khác biệt về rung động giữa cán dao thường và cán dao giảm chấn theo thời gian t.

Hình 2.24: Đồ thị thể hiện quá trình tắt rung động của cán dao thường và dao giảm chấn [1]

2.4.2 Nguyên lý giảm chấn trong cán dao

Cán dao giảm chấn hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ rung động, chuyển đổi dao động lực cắt trong gia công thành dao động riêng của bộ phận giảm chấn Bộ phận này sẽ dao động với tần số riêng lệch pha 180 so với rung động bên ngoài, tạo ra một lực ngược chiều và có độ lớn bằng với ngoại lực tác động Nhờ vào cơ chế này, rung động được loại bỏ trong suốt quá trình gia công, giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

Trong quá trình gia công, rung động phát sinh sẽ được toàn bộ động năng và năng lượng hấp thụ qua đối trọng Nhờ lớp dầu nhờn bao phủ, năng lượng sẽ được hấp thụ trong lớp dầu, giúp triệt tiêu rung động hiệu quả.

2.4.3 Ƣu - Nhƣợc điểm khi sử dụng cán dao giảm chấn Ƣu điểm:

- Năng suất sẽ tăng thêm ít nhất 50% với cán dao nhỏ và có thể tăng 300% với cán dao lớn

- Cải thiện bề mặt gia công, giảm rung động trong suốt quá trình gia công

- Cải thiện sự an toàn khi gia công

- Dao đƣợc lắp ráp theo các môđun để có thể đạt đƣợc các độ dài khác nhau, tối ƣu hóa sự linh động

- Khi sản suất hàng loạt, chi phí dụng cụ thấp

- Chi phí mua cán dao giảm chấn cao hơn so với cán dao thường

- Không phù hợp với sản xuất đơn chiếc

- Bộ phận giảm chấn không làm việc trong nhiệt độ cao hơn 70 o C

- Đặc biệt là vùng giới hạn giảm chấn nhỏ, khó sử dụng

2.4.4 Tính kinh tế trong đầu tƣ dụng cụ cắt giảm chấn

Mặc dù chi phí đầu tư cho cán dao giảm chấn cao hơn so với cán dao thông thường, nhưng lợi ích mà nó mang lại trong hệ thống công nghệ như máy móc, đồ gá, dao và chi tiết gia công là rất lớn.

+ Băng máy ít mòn, trục chính ít rung động, tăng tuổi thọ của máy

+ Đồ gá ít rung động, tăng độ chính xác gia công và tuổi thọ đồ gá

+ Mảnh insert ít mẻ, cán dao ít dao động, tăng tuổi thọ của dao

+ Tăng độ chính xác dung sai kích thước và độ nhám bề mặt gia công

+ Chi tiết gia công đạt yêu cầu chế tạo, yêu cầu lắp ráp, tăng độ bền

+ Tăng chế độ cắt, giảm thời gian gia công, tăng năng suất

+ Giảm tiếng ồn nơi làm việc, cải thiện sự an toàn khi gia công

+ Cán dao có thể giảm chấn trong suốt quá trình gia công và sử dụng trong loạt sản xuất

Cán dao giảm chấn có chi phí mua cao hơn so với cán dao thông thường, điều này được thể hiện rõ ràng trong hóa đơn mua hàng, thu hút sự quan tâm của mọi người Chi phí này không chỉ dễ dàng nhận thấy mà còn cho thấy giá trị vượt trội của sản phẩm.

Sử dụng cán dao giảm chấn mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, nhưng để hiểu rõ những ảnh hưởng tích cực của nó, cần phải phân tích kỹ lưỡng Nhiều công ty sản xuất tại Việt Nam thường chỉ chú trọng vào lợi nhuận trước mắt mà bỏ qua những lợi ích lâu dài và tiềm ẩn từ việc áp dụng công nghệ này.

Việc chứng minh ưu điểm của cán dao giảm chấn có thể thực hiện thông qua các sản xuất cụ thể, so sánh chi phí sản xuất với cán dao thường bằng cách xem xét tổng chi phí như cán dao, insert dao, thời gian gia công, thời gian ngừng máy và số phế phẩm Năng suất và doanh thu cũng cần được so sánh bằng số liệu cụ thể trong quá trình chứng minh Để phát triển sản xuất theo hướng công nghiệp hiện đại và chuyên môn hóa, cần phân tích sâu rộng các yếu tố ảnh hưởng của cán dao giảm chấn để nhận diện giá trị thực sự của nó.

Cán dao giảm chấn có chi phí đầu tư cao hơn so với cán dao thông thường, nhưng việc sử dụng chúng lại mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí sản xuất, đảm bảo an toàn trong quá trình gia công, và giảm thời gian gia công cũng như thời gian ngừng máy Nhờ đó, doanh nghiệp có thể tăng năng suất, tăng lợi nhuận và nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM

Mô hình toán học

3.1.1 Cán dao thiết kế theo phương án I

3.1.1.1 Trường hợp cán dao thường

Hình 3.1: Sơ đồ chuyển vị của cán dao tiện do lực P z tác dụng Điều kiện ban đầu:

- Tiết diện cán dao: BxH = 25x25 (mm)

- Mođun đàn hồi của cán dao: E = 205.10 3 (N/mm 2 )

Phương trình chuyển vị của thanh chịu uốn là:

Vị trí của điểm A được xác định bởi P Z, trong đó P Z có sự dao động tuần hoàn Sự dao động này lặp lại sau mỗi vòng quay của trục chính, dẫn đến phương trình dao động cụ thể.

 , với chu kỳ dao động của P z là thời gian của 1 vòng quay trục chính

3.1.1.2 Trường hợp cán dao giảm chấn

Dao động của dầm tại điểm B tương đương với dao động của lò xo có độ cứng K, với K theo công thức sau:

Từ mô hình dao, ta đƣa ra mô hình vật lý nhƣ sau (hình 3.6b):

Hình 3.2: Mô hình vật lý của cán dao tiện giảm chấn theo phương án I

Với: m = 0,08 kg: khối lƣợng ống giảm chấn m 1 = 0,012 kg: khối lƣợng con trƣợt

Theo lý thuyết dao động, phương trình dao động của điểm B là: Z B Asin(t)

- Phương trình dao động của cán dao thường:

- Phương trình dao động của cán dao giảm chấn:

Kết luận: Trong quá trình gia công, dao động của cán dao thường có biên độ lớn hơn so với dao động của cán dao giảm chấn tại cùng một thời điểm.

3.1.2 Cán dao thiết kế theo phương án II

3.1.2.1 Trường hợp cán dao thường

Hình 3.3: Sơ đồ chuyển vị của cán dao tiện do lực P x tác dụng Điều kiện ban đầu:

- Tiết diện cán dao: BxH = 25x25 (mm)

- Mođun đàn hồi của cán dao: E = 205.10 3 (N/mm 2 )

Phương trình chuyển vị của thanh chịu uốn là:

Vị trí của điểm A được xác định bởi P X Nếu P X có sự dao động tuần hoàn và lặp lại sau mỗi vòng quay của trục chính, thì phương trình dao động có thể được thiết lập.

 , với chu kỳ dao động của P x là thời gian của 1 vòng quay trục chính

3.1.2.2 Trường hợp cán dao giảm chấn

Dao động của dầm tại điểm B tương đương với dao động của lò xo có độ cứng K, với K theo công thức sau:

Từ mô hình dao, ta đƣa ra mô hình vật lý nhƣ sau (hình 3.6b):

Hình 3.4: Mô hình vật lý của cán dao tiện giảm chấn theo phương án II

Với: m = 0,08 kg: khối lƣợng ống giảm chấn m 1 = 0,012 kg: khối lƣợng con trƣợt

Theo lý thuyết dao động, phương trình dao động của điểm B là: X B  Asin(t)

- Phương trình dao động của cán dao thường:

- Phương trình dao động của cán dao giảm chấn:

Kết luận: Trong quá trình gia công, dao động của cán dao thường có biên độ lớn hơn so với dao động của cán dao giảm chấn tại cùng một thời điểm.

3.1.3 Cán dao thiết kế theo phương án III

3.1.3.1 Trường hợp cán dao thường

Hình 3.5: Sơ đồ chuyển vị của cán dao tiện do lực Py tác dụng Phương trình dao động: l y

- Tiết diện cán dao: BxH = 25x25 (mm)

- Mođun đàn hồi của cán dao: E = 205.10 3 (N/mm 2 )

Vị trí của điểm A phụ thuộc vào P y, và khi P y dao động tuần hoàn, nó lặp lại sau mỗi vòng quay của trục chính Điều này dẫn đến phương trình dao động mô tả sự thay đổi vị trí của điểm A theo thời gian.

 , với chu kỳ dao động của P y là thời gian của 1 vòng quay trục chính

3.1.3.2 Trường hợp cán dao giảm chấn

Khi lắp thêm 2 lò xo với độ cứng K1, mô hình tương đương là:

Hình 3.6: Mô hình vật lý của cán dao tiện giảm chấn theo phương án III

Với: m 1 : là khối lƣợng của con trƣợt

K 1 : là độ cứng lò xo

K: độ cứng của hệ tương đương

Ta có phương trình dao động:

Từ (3.18) và (3.19), ta có nghiệm của hệ phương trình là:

- Phương trình dao động của cán dao thường:

- Phương trình dao động của cán dao giảm chấn:

Kết luận: Dao động của cán dao trong quá trình gia công thường có biên độ ổn định và không thay đổi nhiều so với dao động của cán dao giảm chấn tại cùng một thời điểm gia công.

Chế tạo thử nghiệm

Dựa trên nguyên lý giảm chấn trong cán dao tiện của hãng Sandvik, tác giả đã đề xuất một nguyên lý giảm chấn mới, sử dụng con trượt kim loại làm đối trọng di chuyển dọc theo trục, kết hợp với hai lò xo thay thế cho hai đệm cao su ở hai đầu.

52 con trƣợt kim loại có nhiệm vụ giảm chấn rung động Cuối cùng lắp vào cán dao tiện theo 3 phương án I, II, III

- Phương án I: gắn cơ cấu giảm chấn theo phương thẳng đứng so với trục cán dao (Hình 3.9)

- Phương án II: gắn cơ cấu giảm chấn theo phương nằm ngang so với trục cán dao (Hình 3.10)

- Phương án III: gắn cơ cấu giảm chấn theo phương dọc trục so với trục cán dao (Hình 3.11)

Hình 3.7: Mô hình cơ cấu giảm chấn

Hình 3.8: Mô hình cán dao tiện thường

Hình 3.9: Mô hình cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án I

Hình 3.10: Mô hình cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án II

Hình 3.11: Mô hình cán dao tiện gắn cơ cấu giảm chấn theo phương án III

THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ