Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Khái quát về máy phay. Phay là phương pháp gia công cắt gọt trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra chuyển động cắt. Chuyển động tiến dao thông thường do máy, cũng có khi do dao hoặc do cả máy và dao cùng thực hiện theo các hướng khác nhau.
Theo nguyên liệu và sản phẩm được gia công có thể phân ra gia công kim loại và gia công vật liệu phi kim loại. Bánh răng là chi tiết quan trọng được dùng phổ biến trong truyền động cơ khí nói chung. Phương pháp chủ yếu để tạo răng là gia công cắt gọt. Các bánh răng có độ chính xác thấp có thể được tạo hình bằng phương pháp cán.
Tạo răng bằng dụng cụ cắt có lưỡi có thể thực hiện bằng phương pháp chép hình và phương pháp bao hình. Phương pháp chép hình Bản chất của phương pháp này là prôphin răng của chi tiết được chép lại theo prôfin lưỡi cắt của dao. Sơ đồ cắt răng bằng phương pháp chép hình a.Dùng dao phay đĩa môđun; b.Dùng dao phay ngón mô đun - Phương pháp này thường được dùng trong sản xuất nhỏ và vừa hoặc sửa chữa bánh răng vì có thể dùng trên các máy phay vạn năng có đầu phân độ. Phương pháp bao hình.
Gia công răng theo phương pháp này được tiến hành theo nguyên lý ăn khớp của hai bánh răng hoặc một bánh răng và một thanh răng, trong đó một là dụng cụ cắt một là chi tiết gia công. Phương pháp này dùng chủ yếu trong sản xuất hàng loạt. Sơ đồ cắt răng bằng phương pháp xọc răng 1. Đặc điểm của quá trình cắt răng - Tiết diện lớp cắt của mỗi răng thay đổi trong quá trình gia công.
- Các phần khác nhau của lưỡi cắt chịu tác dụng lực không như nhau, bởi vì chúng có tốc độ khác nhau và cắt những lớp tiết diện khác nhau. - Các dao cắt răng không có thông số hình học tối ưu, bởi vì chúng có hình dạng rất phức tạp và một số dao cắt khi gia công thực hiện các chuyển động phức tạp. Các công trình nghiên cứu về công nghệ gia công bằng máy phay trên thế giới Phay là phương pháp gia công cắt gọt trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra chuyển động cắt. Chuyển động tiến dao thông thường do máy, cũng có khi do cả máy và dao cùng thực hiện theo các hướng khác nhau.
Quá trình phay kim loại là quá trình gia công bằng cơ học một trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông dụng nhất của ngành chế tạo máy đã thu hút sự chú ý của nhiều học giả vì vậy nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại ra đời. Lý thuyết cắt gọt kim loại đi sâu nghiên cứu về quá trình tạo phoi, các lực phát sinh trong quá trình gia công bằng cơ giới, công suất thiết bị, chất lượng sản phẩm khi gia công.những đại lượng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn 6 hình dáng, tính toán kích thước của các công cụ gia cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công. Năm 1780, Giáo sư trường Đại học Mỏ địa chất Petecbua I. Time công bố công trình: Sức bền của kim loại và của gỗ khi cắt gọt.
Trong đó, quá trình biến dạng của kim loại khi hình thành phoi lần đầu tiên được nghiên cứu vì vậy công trình này được coi là điểm bắt đầu của lý thuyết cắt gọt kim loại và tác giả của nó là người sáng lập ra lý thuyết cắt gọt. Năm 1893, Giáo sư trường Đại học Công nghệ Kharcốp K.Z vôzưkin đã xuất bản cuốn sách "Công và lực cần thiết để tách phoi kim loại". Trong cuốn sách tác giả đã đưa ra phương pháp nghiên cứu để xác định lực tác dụng lên dao cắt, lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của lưỡi cắt và bằng lý thuyết ông đã chứng minh rằng áp lực tác dụng lên mặt trước của lưỡi cắt tạo ra lực ma sát giữa các phoi khi cắt và cản trở chúng chuyển động. Ngoài ra một phần đáng kể trong cuốn sách dành cho việc nghiên cứu sự phụ thuộc của lực cắt vào chiều dày của phoi.
Nhiều công trình đi sâu giải quyết các vấn đề chuyên môn sâu trong lý thuyết cắt gọt như quá trình biến dạng bề mặt kim loại khi cắt, hiện tượng nhiệt và mòn dụng cụ.Một số công trình chủ yếu được công bố trong thời gian này như: V. A Krioukhôvưi "Sự biến dạng của các lớp mặt kim loại trong quá trình cắt gọt. Bexprôzvanưi "Cơ sở vật lý của lý thuyết cắt gọt kim loại"; C. Glebovưi "Cơ chế biến dạng dẻo khi cắt gọt kim loại" C.Glebovưi "Cơ chế biến dạng dẻo khi cắt gọt kim loại".Ixaevưi "Quá trình hình thành lớp mặt khi gia công kim loại".
Đanhielian "Mòn dụng cụ và hiện tượng nhiệt khi cắt gọt kim loại. Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loại ngày càng được hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về lực phát sinh trong quá trình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn về cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt. Nghiên cứu quá trình cắt gọt kim loại theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M.với những kết luận quan trọng về các sơ đồ cắt động lực học, quá trình hình thành phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt. Trong quá trình gia công kim loại, chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu hao năng lượng và năng suất của máy gia công vì vậy nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
Trong công trình nghiên cứu, tác giả Poliakova. V đã nghiên cứu khả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công bề mặt của chi tiết máy. Trong quá trình nghiên cứu đã xây dựng được mô hình xác định nhiệt độ cắt gọt khi phay chi tiết ở các chế độ cắt khác nhau. Xây dựng mô hình toán học xác định độ nhám bề mặt chi tiết phụ thuộc vào chế độ cắt.
Xác định được chế độ cắt tối ưu bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm phi tuyến. Với hàm mục tiêu là giá thành sản phẩm [31]. Trong công trình của tác giải Ruđina. A đã nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia công bề mặt các chi tiết máy nhờ chọn thông số kỹ thuật của quá trình cắt hợp lý.
Đã xây dựng được mô hình toán học để xác định chế độ cắt hợp lý khi phay ở tốc độ cao nhằm mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Trong một vài năm gần đây, việc sử dụng các chi tiết máy làm bằng vật liệu khó gia công từ hợp chất những chất không gỉ, chịu được axit, chịu nhiệt, được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới. Trong số các hợp chất được sử dụng rộng rãi có hợp chất của titan với tính ưu việt nổi trội so với hợp chất của các kim loại như sắt, niken, manhê, nhôm và các kim loại khác. Tuy nhiên khi gia công các chi tiết làm bằng hợp chất titan gặp một số khó khăn do tính chất cơ lý của nó gây nên như làm mòn dụng cụ, giảm năng suất và chất lượng bề mặt gia công.
Tác giả, đã nghiên cứu nâng cao năng suất phay các chi tiết làm bằng hợp kim của titan nhờ áp dụng phương pháp cắt tốc độ cao. Trong công trình tác giả Kirukhin D.E đã xây dựng được mô hình toán thể hiện được sự ảnh hưởng của các thông số cắt đến mòn dụng cụ trong đó có mòn đặc trưng cho phương pháp phay hợp kim titan tốc độ cao. Từ những kết quả nghiên cứu thu được tác giả đã khuyến cáo áp dụng phương pháp phay tốc độ cao để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm khi gia công các chi tiết làm từ hợp kim titan trên các máy phay có độ cứng vững cao. 8 Nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm trong quá trình phay các vật liệu khác nhau là vấn đề mang tính thời sự cũng được quan tâm nghiên cứu.
Trong công trình, tác giả Gilaev.V xây dựng được lý thuyết mới miêu tả quá trình phay thực hiện chuyển động quay và chuyển động dọc trục quay. Trên cơ sở phân tích quan hệ giữa răng cắt và vật liệu trong quá trình gia công đã xây dựng được phương pháp xác định lực cắt khi phay có tính đến dao động dọc trục và độ tù của cạnh cắt. Xác định được chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị mới để gia công gót giầy đảm bảo được phay đi lượng dư vật liệu và đạt được độ bóng theo yêu cầu, [29]. Trong công trình tác giả Kovalevski A.V đã nghiên cứu nâng cao năng suất, độ chính xác khi gia công mặt chi tiết định hình làm từ hợp kim chịu nhiệt niken bằng phương pháp phay.
Tác giả đã xây dựng được phương pháp xác định các thông số công nghệ cho phép nâng cao độ chính xác gia công, giảm độ nhám bề mặt chi tiết, nâng cao năng suất và độ cứng vững của dao cắt 2 2,5 lần khi phay chi tiết làm bằng hợp kim chịu nhiệt niken. Trong công trình tác giả Haxan - Al- Đabac đã nghiên cứu nâng cao chất lượng gia công nhờ chế tạo và sử dụng đầu măng danh khoan phay. Bằng lý thuyết đã khảo sát đặc tính đầu măng danh khoan phay và đề xuất cấu tạo của đầu măng danh với mục tiêu nâng cao độ chính xác và chất lượng gia công. Tiến hành nghiên cứu trạng thái biến dạng và ảnh hưởng của tốc độ quay đến lực kẹp của đầu măng danh.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Khi phay với tốc độ từ 6000 đến 12000 vòng/phút lực ly tâm không ảnh hưởng đến lực kẹp. Khi sử dụng đầu măng danh khoan phay độ nhám bề mặt chi tiết, [34]. Chế độ cắt được đặc trưng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt. Chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu hao năng lượng và năng suất các máy.
Nhiều công trình của các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự hao mòn của dụng cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - dao cắt - đồ gá - chi tiết gia công” cũng như các hiện tượng lý - hoá xảy ra trong vùng cắt.