Luận văn thạc sĩ hcmute nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội tới độ chính xác gia công chi tiết piston trên máy tiện cnc

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội đến độ chính xác gia công chi tiết piston trên máy tiện CNC.

• Tác giả: Huỳnh Công Danh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Ngọc Phương
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Tưới Nguội Đến Độ Chính Xác Gia Công Piston Trên Máy Tiện CNC
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Cắt gọt kim loại với bôi trơn tưới nguội
• 1.2. Nguyên lý cắt gọt và sự hình thành các loại phoi
• 1.3. Quá trình hình thành phoi khi tiện thường
• 1.4. Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng
• 1.5. Nhiệt cắt khi tiện
• 1.6. Dung dịch trơn nguội và công dụng
• 1.7. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.7.1. Khái quát về tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.7.2. Khái quát về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
• 1.8. Tổng quan về gia công tinh vật liệu sau nhiệt luyện trên máy CNC
• 1.9. So sánh tiện cứng với tiện thường và mài
• 1.10. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Các phương pháp bôi trơn tưới nguội
• 2.2. Ý nghĩa của bôi trơn tưới nguội trong gia công cắt gọt
• 2.3. Bôi trơn kiểu tưới tràn
• 2.4. Gia công thô
• 2.5. Bôi trơn tưới nguội tối thiểu
• 2.6. Độ chính xác của gia công. Khái niệm và định nghĩa
• 2.7. Các phương pháp đạt độ chính xác gia công trên máy
• 2.8. Các phương pháp xác định độ chính xác gia công
• 2.9. Phương pháp xác định quy luật và đặc tính phân bố
• 2.10. Quy luật phân bố của sai số gia công và phương pháp xác định đặc tính phân bố
• 2.11. Phương pháp xác định đặc tính phân bố trên cơ sở thực nghiệm hạn chế
• 2.12. Phương pháp đánh giá sai số gia công trong các điều kiện khác nhau thông qua các đặc tính phân bố
• 2.13. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 3.1. Trang thiết bị thực nghiệm. Hệ thống cung cấp dung dịch tưới nguội, làm mát tưới nguội kiểu sương mù
• 3.2. Thiết bị cung cấp khí nén
• 3.3. Dụng cụ cắt
• 3.4. Phôi gia công
• 3.5. Thiết bị đo lường
• 3.6. Chế độ công nghệ
• 3.7. Kế hoạch thực nghiệm
• 3.8. Tiến hành thực nghiệm
• 3.9. Kết quả thực nghiệm: Thông số đầu ra
• 3.10. Kết luận chương 3
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội đến độ chính xác gia công chi tiết piston trên máy tiện CNC. Độ chính xác trong gia công là yếu tố quyết định đến chất lượng sản phẩm, đặc biệt trong ngành cơ khí chế tạo máy. Các yếu tố công nghệ như tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt đã được nghiên cứu nhiều, tuy nhiên, ảnh hưởng của các phương pháp bôi trơn tưới nguội cũng cần được xem xét. Các phương pháp phổ biến như tưới tràn, tưới nguội phun sương mù và gia công khô đã được áp dụng, nhưng nghiên cứu gần đây cho thấy việc kết hợp làm mát vùng lưỡi cắt với không khí nén có thể nâng cao hiệu quả gia công. Điều này cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp này để tối ưu hóa quy trình gia công.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, yêu cầu về độ chính xác và chất lượng bề mặt của chi tiết máy ngày càng cao. Đặc biệt, chi tiết piston là một trong những bộ phận quan trọng trong nhiều loại máy móc. Việc gia công chính xác các chi tiết này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động mà còn đến tuổi thọ của sản phẩm. Nghiên cứu này nhằm mục đích xác định rõ ràng ảnh hưởng của các phương pháp tưới nguội đến độ chính xác gia công, từ đó đề xuất các giải pháp cải tiến quy trình công nghệ, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí sản xuất.

II. Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết của nghiên cứu này bao gồm các phương pháp bôi trơn tưới nguội và độ chính xác trong gia công. Các phương pháp như tưới tràn, tưới nguội phun sương mù và gia công khô đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tưới nguội không chỉ giúp làm mát vùng cắt mà còn giảm ma sát, từ đó nâng cao tuổi thọ của dụng cụ cắt. Độ chính xác gia công được xác định thông qua các chỉ số như sai số kích thước và sai lệch hình dạng. Việc xác định quy luật phân bố của các sai số này là rất quan trọng để đánh giá chất lượng gia công. Các phương pháp xác định quy luật phân bố và đặc tính phân bố cũng được trình bày chi tiết trong phần này.

2.1. Các phương pháp bôi trơn tưới nguội

Các phương pháp bôi trơn tưới nguội đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công. Tưới tràn là phương pháp truyền thống, nhưng có thể gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Tưới nguội phun sương mù là một giải pháp hiệu quả hơn, giúp tiết kiệm dung dịch và giảm thiểu ô nhiễm. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ tưới nguội tối thiểu có thể cải thiện đáng kể độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn bảo vệ môi trường, tạo ra không gian làm việc sạch sẽ hơn.

III. Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên máy tiện CNC với ba phương pháp gia công khác nhau: tưới nguội tưới tràn, tưới nguội kiểu sương mù và gia công khô. Mỗi phương pháp được áp dụng cho cùng một loại vật liệu và chế độ công nghệ để đảm bảo tính chính xác trong việc so sánh kết quả. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng phương pháp tưới nguội kiểu sương mù mang lại độ chính xác cao nhất và chất lượng bề mặt tốt nhất. Việc thực hiện gia công hàng loạt 30 chi tiết piston đã giúp đánh giá năng lực quy trình và khả năng áp dụng vào sản xuất thực tế.

3.1. Thiết bị và phương pháp thực nghiệm

Thiết bị thực nghiệm bao gồm máy tiện CNC, dụng cụ cắt hợp kim và hệ thống cung cấp dung dịch tưới nguội. Các thông số kỹ thuật của dụng cụ cắt và chế độ công nghệ được thiết lập để đảm bảo tính chính xác trong quá trình gia công. Kế hoạch thực nghiệm được xây dựng chi tiết, bao gồm các bước kiểm tra độ nhám và đánh giá chất lượng bề mặt sau gia công. Kết quả thu được từ thực nghiệm sẽ được phân tích để xác định quy luật phân bố của các sai số kích thước và hình dạng, từ đó đưa ra các khuyến nghị cho quy trình gia công trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành kỹ thuật cơ khí, đặc biệt là gia công chi tiết piston trên máy tiện CNC, độ chính xác gia công đóng vai trò quyết định đến chất lượng và tuổi thọ sản phẩm. Theo ước tính, độ chính xác gia công piston chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố công nghệ như tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt. Tuy nhiên, một yếu tố ít được chú trọng nhưng có ảnh hưởng đáng kể là phương pháp bôi trơn tưới nguội trong quá trình gia công. Các phương pháp phổ biến hiện nay gồm tưới tràn, tưới nguội kiểu sương mù và gia công khô. Nghiên cứu này tập trung đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp tưới nguội đến độ chính xác gia công chi tiết piston bằng thép sau nhiệt luyện trên máy tiện CNC, trong phạm vi thời gian từ tháng 8/2019 đến tháng 5/2020 tại Thành phố Hồ Chí Minh.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xác định sự ảnh hưởng của các phương pháp tưới nguội và chế độ công nghệ (tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt) đến độ chính xác gia công piston, đồng thời xác định quy luật phân bố sai số kích thước và sai lệch hình dạng chi tiết. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng bề mặt, tăng tuổi thọ dụng cụ cắt, giảm chi phí sản xuất và bảo vệ môi trường thông qua việc lựa chọn phương pháp tưới nguội tối ưu. Nghiên cứu cũng góp phần hoàn thiện công nghệ tiện cứng, thay thế cho công đoạn mài truyền thống vốn tốn kém và gây ô nhiễm môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Nguyên lý cắt gọt kim loại: Quá trình tạo phoi khi gia công, bao gồm các kiểu phoi như phoi không liên tục, phoi dây, phoi xếp lớp và phoi răng cưa, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công.
• Lý thuyết nhiệt cắt: Nhiệt sinh ra trong quá trình cắt gọt ảnh hưởng đến biến dạng nhiệt của chi tiết và dụng cụ, từ đó tác động đến độ chính xác và tuổi thọ dụng cụ.
• Các phương pháp bôi trơn tưới nguội: Bao gồm tưới tràn, tưới nguội kiểu sương mù (Minimum Quantity Lubricant - MQL) và gia công khô, với các ưu nhược điểm khác nhau về khả năng làm mát, bôi trơn và bảo vệ môi trường.
• Quy luật phân bố sai số gia công: Áp dụng quy luật phân bố chuẩn (Gauss) và quy luật phân bố lệch tâm để đánh giá đặc tính phân bố sai số kích thước và hình dạng chi tiết gia công.
• Khái niệm độ chính xác gia công: Định nghĩa và phương pháp xác định độ chính xác dựa trên sai số kích thước, sai lệch hình dạng và độ nhám bề mặt.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, trong đó phần thực nghiệm chiếm ưu thế. Cỡ mẫu gồm 30 chi tiết piston được gia công trên máy tiện CNC DOOSAN LYNX220A sử dụng dao hợp kim Kyocera VNGA 16 04 04T01215 ME và cán dao MVLNR2020K-16. Vật liệu phôi là thép CSM415 đã qua nhiệt luyện với độ cứng đạt 56-58 HRC.

Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn ngẫu nhiên các chi tiết trong lô sản xuất để đảm bảo tính đại diện. Các chế độ công nghệ được điều chỉnh gồm tốc độ cắt (v), lượng chạy dao (s), chiều sâu cắt (t) theo kế hoạch thực nghiệm đã thiết lập. Hệ thống cung cấp dung dịch tưới nguội được thiết kế để thử nghiệm ba phương pháp: tưới tràn, tưới nguội kiểu sương mù và gia công khô.

Phân tích dữ liệu sử dụng các công cụ đo lường độ nhám bề mặt, sai số kích thước và hình dạng chi tiết, đồng thời áp dụng phương pháp thống kê để xác định quy luật phân bố sai số. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 8/2019 đến tháng 5/2020, bao gồm giai đoạn chuẩn bị, thực nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội đến độ chính xác gia công: Kết quả thực nghiệm cho thấy phương pháp tưới nguội kiểu sương mù đạt độ chính xác gia công cao nhất, với sai số kích thước trung bình giảm khoảng 15% so với tưới tràn và giảm 25% so với gia công khô. Độ nhám bề mặt Ra khi sử dụng tưới nguội kiểu sương mù thấp hơn 0,2 µm so với tưới tràn và thấp hơn 0,4 µm so với gia công khô.

2. Ảnh hưởng của chế độ công nghệ (v, s, t): Tốc độ cắt và lượng chạy dao có ảnh hưởng đáng kể đến lực cắt và độ chính xác gia công. Khi tăng tốc độ cắt từ 900 đến 1200 vòng/phút, lực cắt giảm nhẹ khoảng 5%, đồng thời độ chính xác gia công cải thiện khoảng 10%. Lượng chạy dao tăng từ 0,1 đến 0,15 mm/vòng làm tăng lực cắt khoảng 12% và giảm độ chính xác gia công khoảng 8%. Chiều sâu cắt có ảnh hưởng nhỏ hơn, với sự thay đổi độ chính xác dưới 5%.

3. Quy luật phân bố sai số gia công: Sai số kích thước và sai lệch hình dạng chi tiết piston tuân theo quy luật phân bố chuẩn với độ lệch chuẩn nhỏ hơn 0,01 mm, cho thấy quy trình gia công ổn định và có thể kiểm soát được sai số trong phạm vi cho phép.

4. Năng lực quy trình (Cp): Chỉ số năng lực quy trình Cp đo được trong thực nghiệm đạt giá trị khoảng 1,33 khi sử dụng phương pháp tưới nguội kiểu sương mù, cao hơn so với tưới tràn (1,1) và gia công khô (0,9), chứng tỏ quy trình gia công với tưới nguội kiểu sương mù có khả năng duy trì độ chính xác tốt hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc tưới nguội kiểu sương mù vượt trội là do khả năng làm mát và bôi trơn hiệu quả tại vùng lưỡi cắt, giúp giảm nhiệt độ cắt và ma sát, từ đó giảm mòn dụng cụ và biến dạng nhiệt chi tiết. So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với báo cáo của ngành về ưu điểm của công nghệ Minimum Quantity Lubricant trong gia công tinh.

Biểu đồ so sánh độ nhám bề mặt và sai số kích thước giữa ba phương pháp tưới nguội minh họa rõ ràng sự khác biệt về hiệu quả. Bảng phân tích sai số phân bố chuẩn cũng cho thấy sự ổn định cao của phương pháp tưới nguội kiểu sương mù.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc lựa chọn phương pháp tưới nguội phù hợp để nâng cao chất lượng gia công piston, giảm chi phí bảo trì dụng cụ và bảo vệ môi trường do giảm lượng dung dịch trơn nguội sử dụng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp tưới nguội kiểu sương mù trong sản xuất piston trên máy tiện CNC: Động tác này nhằm nâng cao độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt, giảm mòn dụng cụ, dự kiến triển khai trong vòng 6 tháng tới, do bộ phận kỹ thuật và sản xuất thực hiện.

2. Tối ưu chế độ công nghệ (tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt): Khuyến nghị điều chỉnh tốc độ cắt lên khoảng 1100-1200 vòng/phút và lượng chạy dao từ 0,1-0,12 mm/vòng để cân bằng giữa năng suất và độ chính xác, áp dụng trong các lô sản xuất tiếp theo.

3. Đào tạo nhân viên vận hành về kỹ thuật tưới nguội kiểu sương mù: Tổ chức các khóa đào tạo trong 3 tháng nhằm nâng cao nhận thức và kỹ năng vận hành hệ thống tưới nguội, đảm bảo hiệu quả sử dụng công nghệ mới.

4. Xây dựng hệ thống giám sát và kiểm soát chất lượng gia công: Thiết lập quy trình đo kiểm định định kỳ sai số kích thước và độ nhám bề mặt, sử dụng chỉ số năng lực quy trình Cp làm tiêu chuẩn đánh giá, thực hiện liên tục trong quá trình sản xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư công nghệ gia công cơ khí: Nghiên cứu cung cấp kiến thức về ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội và chế độ công nghệ đến độ chính xác gia công, giúp họ lựa chọn và tối ưu quy trình sản xuất.

2. Quản lý sản xuất trong ngành chế tạo máy: Thông tin về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của các phương pháp tưới nguội hỗ trợ quyết định đầu tư công nghệ và cải tiến quy trình sản xuất.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Luận văn là tài liệu tham khảo thực tiễn về ứng dụng công nghệ tưới nguội trong gia công tinh, giúp nâng cao hiểu biết chuyên môn và nghiên cứu khoa học.

4. Nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ gia công: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình phân tích sai số gia công, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về tối ưu hóa công nghệ tiện cứng và bôi trơn tưới nguội.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp tưới nguội kiểu sương mù có ưu điểm gì so với tưới tràn?
   Phương pháp này sử dụng lượng dung dịch rất nhỏ, tập trung làm mát và bôi trơn vùng cắt hiệu quả, giảm nhiệt độ và ma sát tốt hơn, từ đó nâng cao độ chính xác và tuổi thọ dụng cụ, đồng thời giảm ô nhiễm môi trường.

2. Gia công khô có thể áp dụng trong tiện piston không?
   Gia công khô có thể áp dụng nhưng thường dẫn đến nhiệt độ vùng cắt cao, tăng mòn dụng cụ và giảm độ chính xác gia công so với các phương pháp có bôi trơn tưới nguội.

3. Làm thế nào để xác định quy luật phân bố sai số gia công?
   Quy luật phân bố được xác định bằng cách thu thập dữ liệu sai số kích thước và hình dạng từ mẫu thực nghiệm, sau đó sử dụng phân tích thống kê để kiểm tra tính phù hợp với phân bố chuẩn hoặc phân bố lệch tâm.

4. Chế độ công nghệ nào ảnh hưởng nhiều nhất đến lực cắt?
   Chiều rộng cắt (tương đương với chiều sâu cắt) và lượng chạy dao ảnh hưởng lớn đến lực cắt, trong khi tốc độ cắt có ảnh hưởng nhỏ hơn trong phạm vi tốc độ cao.

5. Làm sao để nâng cao năng lực quy trình gia công?
   Nâng cao năng lực quy trình có thể thực hiện bằng cách tối ưu chế độ công nghệ, áp dụng phương pháp tưới nguội hiệu quả như kiểu sương mù, đồng thời kiểm soát chặt chẽ sai số và duy trì ổn định quy trình sản xuất.

Kết luận

• Phương pháp tưới nguội kiểu sương mù cho kết quả độ chính xác gia công piston tốt nhất, giảm sai số kích thước và độ nhám bề mặt đáng kể so với tưới tràn và gia công khô.
• Chế độ công nghệ như tốc độ cắt và lượng chạy dao ảnh hưởng rõ rệt đến lực cắt và độ chính xác, cần được tối ưu để đạt hiệu quả cao nhất.
• Sai số gia công tuân theo quy luật phân bố chuẩn, cho thấy quy trình gia công ổn định và có thể kiểm soát được.
• Năng lực quy trình Cp cao nhất đạt được khi sử dụng tưới nguội kiểu sương mù, chứng tỏ tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này trong sản xuất.
• Đề xuất áp dụng tưới nguội kiểu sương mù kết hợp tối ưu chế độ công nghệ và đào tạo nhân viên để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất trong thời gian tới.

Hành động tiếp theo là triển khai áp dụng phương pháp tưới nguội kiểu sương mù trong sản xuất thực tế, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng về ảnh hưởng của các loại dung dịch bôi trơn và điều kiện vận hành nhằm hoàn thiện công nghệ gia công piston trên máy tiện CNC.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Cắt gọt kim loại với bôi trơn tưới nguội 1. Nguyên lý cắt gọt và sự hình thành các loại phoi Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại rất phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy. Quá trình cắt gọt kim loại là quá trình người công nhân sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp kim loại thừa khỏi phôi, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt của chi tiết gia công.

Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lượng dư gia công cơ. Lớp kim loại được cắt bỏ khỏi chi tiết được gọi là phoi cắt. Để tạo phoi khi gia công cần một lực tác dụng vào dao phải đủ lớn để tạo ra trong lớp kim loại một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công. Ban đầu do tác dụng của lực P dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước của dụng cụ cắt.

Lực P này yêu cầu phải đủ lớn để tạo ra trong vật liệu gia công một ứng suất lớn hơn sức bền của nó, tức là lớn hơn khả năng liên kết của các tinh thể kim loại, đồng thời phải thắng được lực cản do ma sát trong quá trình gia công (ma sát giữa các tinh thể trượt lên nhau, ma sát giữa phoi và dao, ma sát giữa dao và vật liệu gia công). Khi dao tiếp tục chuyển động tương đối trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày tp được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày t, di chuyển dọc theo mặt trước của dao (Hình 1. Để hình thành được phoi trước đó lớp kim loại bị cắt đã trải qua một quá trình biến dạng nhất định, nghĩa là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi luôn có một khu vực biến dạng. Khu vực này có thể gọi là miền tạo phoi.

Miền tạo phoi được giới hạn bởi miền AOE trong đó: đường OA là đường phát sinh những biến dạng dẻo đầu tiên, đường OE là đường kết thúc những biến dạng dẻo, đường AE nối liền khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi. Miền tạo phoi AOE sẽ di chuyển cùng dao trong quá trình cắt. Miền này được sơ đồ hóa như hình 1. Trên miền này có những mặt trượt OA, OB, OC, OD, OE khi hình thành phoi vật liệu gia công trượt trên những mặt đó.

4 Luan van Hình 1.1- Sơ đồ tạo phoi khi gia công [6] Phoi cắt có bốn kiểu cơ bản, đặc trưng cho phương pháp công nghệ và chất lượng bề mặt chi tiết gia công, cụ thể như hình 1.2 - Các dạng phôi khi gia công cắt gọt [9] - Phoi không liên tục: Được hình thành khi gia công các vật liệu dòn, kể cả vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc cắt nhỏ (hình 1. Quá trình hình thành phoi không liên tục sẽ tạo ra bề mặt nhám trên chi tiết gia công. - Phoi dây (phoi liên tục): Được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc cắt lớn (hình 1. Đặt điểm công nghệ của quá trình hình thành phoi liên tục cho chi tiết có độ bóng bề mặt gia công tốt.

Để có chất lượng bề mặt chi tiết tốt, độ chính xác gia công cao, chúng ta sử dụng các điều kiện sau đây để tạo ra kiểu phoi liên tục:  Vật liệu gia công dẻo.  Chiều dày phoi nhỏ (lượng cắt nhỏ). 5 Luan van  Góc cắt sắc.  Tốc độ cắt cao.

 Dụng cụ cắt và chi tiết được giữ đủ nguội bằng dung dịch làm nguội.  Góc thoát phoi lớn trên dụng cụ cắt.  Trở lực thoát phoi tối thiểu do (độ bóng cao trên mặt dụng cụ cắt, sử dụng dung dịch cắt để tránh sự hình thành biên tích tụ, dụng cụ cắt bằng vật liệu siêu cứng CBN, PCBN, PCD, …). - Phoi xếp lớp (phoi liên tục có biên tích tụ hình 1.2c): Được hình thành khi gia công thép kết cấu, các vật liệu dẻo khác, khi cắt gọt ở tốc độ cắt từ thấp đến trung bình, chiều sâu cắt lớn, góc cắt nhỏ với dụng cụ cắt bằng thép gió và thường không sử dụng dung dịch làm mát.

Trường hợp này, khi gia công cho ra chi tiết có bề mặt gia công thô nhám, là nguyên nhân gây ra nhám bề mặt chi tiết gia công và làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt. - Phoi răng cưa (hình 1.2d): Phoi răng cưa được tạo thành khi gia công các loại thép có độ cứng vừa phải, gia công vật liệu nhôm và các hợp kim của nhôm với tốc độ cắt trung bình. Loại phoi này có dạng sợi mặt dưới nhẵn và mặt trên có răng cưa. Quá trình hình thành phoi khi tiện thường Qua nghiên cứu quá trình tiện nói chung thì thực tế phoi được tách ra khỏi chi tiết khi cắt không theo phương của vận tốc 𝑣⃗ (tức là phương lực tác dụng).

Phoi khi cắt ra khi bị uốn cong về phía mặt tự do, kích thước của phoi bị thay đổi so với lớp cắt khi còn trên chi tiết (hình 1. 6 Luan van Hình 1.3 - Quá trình hình thành phoi khi tiện thường [7] Khi dao dịch chuyển các phần tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.4 a), sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự sắp xếp lớp của các phần tử phoi và sự trượt của chúng trên bề mặt BC (hình 1.4 b), hiện tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1 - 5 (hình 1.4 – Sơ đồ quá trình hình thành phoi [2] 7 Luan van Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng góc , góc này được gọi là góc tác động. Góc i gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt trượt.

Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và góc cắt nhỏ. Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng Đối với quá trình hình thành phoi khi tiện cứng cũng xảy ra cũng giống khi tiện thường, tuy nhiên đối với tiện cứng do chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt lớn nên phoi hình thành trong quá trình tiện cứng là phoi dây. Biến dạng cắt khi tạo phoi dây là bé nhất. Vì vậy trong những trường hợp gia công tinh ta cần cố gắng tạo phoi dây bằng cách nâng cao tốc độ cắt.

Khi tạo phoi dây, do phoi được hình thành một cách liên tục, do đó lực cắt khá ổn định, ít rung động. Nhờ vậy dễ đạt được độ bóng cao.5 - Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng [7] 1. Chế độ cắt [3] Chất lượng bề mặt chi tiết sau khi gia công trên máy tiện CNC phụ thuộc rất nhiều yếu tố. Trong đó, ảnh hưởng của chế độ cắt là rất lớn.

Các nghiên cứu cho thấy sự ảnh hưởng độc lập của vận tốc cắt V và bước tiến dao s đến độ nhấp nho tế vi Ra là đáng kể, còn ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến độ nhấp nhô tế vi ra không nhiều. Từ các thực nghiệm, nhiều tác giả cũng chỉ ra rằng về mặt toán học, mối liên hệ giữa chế độ cắt (biến số) với nhám bề mặt Ra (hàm số) tuân theo quy luật hàm số mũ. Đó là: Ra = Ci.tc 8 Luan van Trong đó: Ci là hằng số, a,b,c là các số mũ tính đến ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám về mặt. các hằng số và số mũ này được xác định bằng thực nghiệm trong điều kiện nhất định.

Lực cắt khi tiện và các yếu tố ảnh hưởng Trong quá trình cắt kim loại, để tách được phoi và thắng được ma sát cần phải có lực. Lực sinh ra trong quá trình cắt là động lực cần thiết cần thực hiện quá trình biến dạng và ma sát. Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình cắt kim loại có ý nghĩa cả lý thuyết lẫn thực tiễn. Trong thực tế, những hiểu biết về lực cắt rất quan trọng để thiết kế dụng cụ cắt, đồ gá, tính toán thiết kế máy móc thiết bị,… Dưới tác dụng của lực và nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá hủy.

a) Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện * Ảnh hưởng của chi tiết gia công đến lực cắt Bản chất biến dạng và ma sát của quá trình cắt kim loại cho ta thấy rằng: Chi tiết gia công có ảnh hưởng lớn đến quá trình cắt, đặc biệt đến lực cắt. Thực nghiệm ghi nhận chi tiết gia công ảnh hưởng đến lực cắt bởi các yếu tố sau: - Độ bền, độ cứng của vật liệu. - Thành phần hóa học. - Cấu trúc kim loại của vật liệu.

- Phương pháp chế tạo phôi… Thực tế, nếu tiến hành khảo sát ảnh hưởng của từng yếu tố trên đến lực cắt thì rất phức tạp và khó khăn, do vậy, trong các công thức thực nghiệm tính toán lực cắt, người ta biểu thị mức độ ảnh hưởng của vật liệu cụ thể đến lực cắt trong điều kiện cắt gọt, xác định bằng độ lớn lực cần thiết để tách 1mm2 diện tích tiết diện phoi cắt khỏi chi tiết gia công. Theo phân tích trên đây chính là lực cắt đơn vị P. Tuy vậy, đối với một loại vật liệu thì P còn phụ thuộc vào chiều dày cắt a. Vì vậy để phân biệt qua khảo sát trong công thức kinh nghiệm: Lực cắt đơn vị P được định nghĩa là lực cần thiết để tách một lớp phoi tiết diện 1mm2 có chiều dày trung bình atb = 1mm và chiều rộng b = 1mm trong điều kiện dao động tiêu chuẩn.

* Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt Điều kiện cắt gọt bao nhiều gồm yếu tố như chế độ cắt v, s, t, độ cứng vững của hệ thống công nghệ, ảnh hưởng của tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt,… Ở luận 9 Luan van văn này, tác giả chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt, khảo sát ảnh hưởng của các thông số v, s, t đến lực cắt. Sử dụng nguyên lý cộng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số nào đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho yếu tố đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận được ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố xét đến lực cắt.