Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình học dao đến lực cắt và chất lượng bề mặt trong gia công tiện

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute nghiên cứu ảnh hưởng thông số hình học dao đến lực cắt mòn dao chất lượng bề mặt trong gia, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Đỗ Tiến Sĩ
• Người hướng dẫn: TS. Mai Đức Đãi
• 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 Thông Số Hình Học Dao Đến Lực Cắt Và Chất Lượng Bề Mặt Trong Gia Công Tiện
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
• LÝ LỊCH CÁ NHÂN
• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Tổng quan các nghiên cứu trong, ngoài nước
• 1.2.1. Nghiên cứu trong nước
• 1.2.2. Nghiên cứu ngoài nước
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 1.5. Giới hạn đề tài
• 1.6. Ý nghĩa khoa học & thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ CẮT GỌT
• 2.1. Những định nghĩa cơ bản
• 2.2. Thông số hình học của dao tiện
• 2.3. Cơ sở vật lý của quá trình cắt gọt
• 2.3.1. Quá trình hình thành phoi cắt
• 2.3.2. Lực và ứng suất trong cắt kim loại
• 2.3.3. Hiện tượng nhiệt khi cắt
• 2.3.4. Hiện tượng và phương thức mài mòn dao
• 2.4. Tiện cứng và các đặc trưng
• 2.4.1. So sánh với phương pháp mài
• 2.4.2. Quy trình công nghệ sử dụng phương pháp tiện cứng
• 2.4.3. Các thuộc tính của tiện cứng
• 3. CHƯƠNG 3: TỐI ƯU QUÁ TRÌNH GIA CÔNG
• 3.1. Tối ưu quá trình gia công
• 3.2. Thiết kế thực nghiệm (DOE)
• 3.2.1. Thực nghiệm yếu tố toàn phần (Full factorial design)
• 3.2.2. Thực nghiệm yếu tố từng phần (Fractional factorial design)
• 3.2.3. Phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM-respond surface method)
• 3.2.4. Thiết kế thực nghiệm phù hợp với phương pháp đáp ứng bề mặt
• 3.2.5. Những phương án quay của Box và Hunter
• 3.3. Tối ưu hóa đa mục tiêu (Multiple Responses Optimization)
• 4. CHƯƠNG 4: VẬT MẪU THỰC NGHIỆM VÀ THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM
• 4.1. Vật mẫu thực nghiệm (phôi)
• 4.2. Thiết kế thực nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: TỔ CHỨC THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
• 5.1. Tổ chức thực nghiệm
• 5.1.1. Đồ gá thay đổi góc dao
• 5.2. Trang thiết bị đo
• 5.3. Các công cụ phần mềm
• 5.4. Các bước tiến hành thực nghiệm
• 5.5. Phân tích kết quả bằng phương pháp đáp ứng bề mặt
• 5.5.1. Xử lý kết quả đo
• 5.5.2. Kết quả và phân tích ANOVA
• 5.5.3. Mô hình bậc hai của lực cắt, tốc độ mòn và độ nhám
• 5.5.4. Biểu đồ bề mặt đáp ứng 3D và đường đồng mức
• 5.5.5. So sánh giữa kết quả thực nghiệm và dự đoán
• 5.5.6. Bình luận
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung

Nghiên cứu về thông số hình học dao trong gia công tiện là một lĩnh vực quan trọng trong ngành chế tạo máy. Lực cắt và chất lượng bề mặt là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình gia công. Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa các thông số hình học của dao và các yếu tố này sẽ giúp cải thiện quy trình sản xuất. Theo nghiên cứu, dao cắt có hình dạng và góc khác nhau sẽ tạo ra các lực cắt khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt của sản phẩm. Đặc biệt, các thông số như góc nâng, góc trước và góc nghiêng chính có vai trò quan trọng trong việc xác định lực cắt tối ưu và chất lượng bề mặt gia công. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế và cải tiến các thiết bị gia công, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

II. Tổng quan các nghiên cứu trong ngoài nước

Nghiên cứu về thông số hình học dao đã được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới, tuy nhiên, tại Việt Nam, số lượng nghiên cứu còn hạn chế. Một số nghiên cứu tiêu biểu như của Hoàng Việt cho thấy vận tốc cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám bề mặt. Nghiên cứu của Nguyễn Thị Quốc Dung cũng chỉ ra rằng lực cắt khi gia công thép hợp kim có sự khác biệt rõ rệt giữa các loại thép khác nhau. Những nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số hình học của dao có thể cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Tuy nhiên, vẫn cần nhiều nghiên cứu hơn để xây dựng các mô hình toán học chính xác cho quá trình gia công tiện.

2.1 Nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về gia công tiện còn khá ít. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng lực cắt và độ nhám bề mặt có mối liên hệ chặt chẽ với các thông số chế độ cắt. Việc áp dụng các phương pháp thực nghiệm như quy hoạch thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố đã giúp xác định được các yếu tố ảnh hưởng chính đến chất lượng gia công. Kết quả cho thấy rằng vận tốc cắt là yếu tố quan trọng nhất, trong khi chiều sâu cắt có ảnh hưởng không đáng kể.

2.2 Nghiên cứu ngoài nước

Nhiều nghiên cứu quốc tế đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa thông số hình học dao có thể dẫn đến sự cải thiện đáng kể trong chất lượng bề mặt và lực cắt. Các nghiên cứu này thường sử dụng các phương pháp mô hình hóa phức tạp để phân tích mối quan hệ giữa các thông số và kết quả gia công. Việc áp dụng các công nghệ mới trong gia công cũng đã được nghiên cứu để nâng cao hiệu quả và giảm thiểu chi phí sản xuất.

III. Cơ sở lý thuyết và nguyên lý cắt gọt

Cơ sở lý thuyết về cắt gọt là nền tảng cho việc hiểu rõ các quá trình gia công. Thông số hình học của dao bao gồm các góc như góc nâng, góc trước và góc nghiêng chính, ảnh hưởng trực tiếp đến lực cắt và chất lượng bề mặt. Quá trình hình thành phoi cắt và các hiện tượng nhiệt khi cắt cũng cần được xem xét để đánh giá hiệu quả của quá trình gia công. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số này có thể giúp giảm thiểu độ mòn dao và cải thiện hiệu suất gia công. Sự hiểu biết về các yếu tố này sẽ giúp các kỹ sư thiết kế các công cụ cắt hiệu quả hơn, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.

3.1 Những định nghĩa cơ bản

Các định nghĩa cơ bản về lực cắt, độ nhám bề mặt, và độ mòn dao là rất quan trọng trong nghiên cứu này. Lực cắt là lực tác động lên dao trong quá trình gia công, trong khi độ nhám bề mặt là thước đo độ mịn của bề mặt sản phẩm. Độ mòn dao ảnh hưởng đến tuổi thọ của công cụ và chất lượng sản phẩm. Việc hiểu rõ các định nghĩa này sẽ giúp xác định các thông số cần thiết cho quá trình gia công.

3.2 Cơ sở vật lý của quá trình cắt gọt

Cơ sở vật lý của quá trình cắt gọt bao gồm các hiện tượng như hình thành phoi cắt, lực và ứng suất trong cắt kim loại, và hiện tượng nhiệt khi cắt. Những yếu tố này ảnh hưởng đến lực cắt và chất lượng bề mặt. Việc nghiên cứu các hiện tượng này sẽ giúp tối ưu hóa quá trình gia công, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sản xuất công nghiệp chiếm khoảng 20-30% giá trị hàng hóa và dịch vụ trong nền kinh tế quốc dân, đóng vai trò then chốt trong phát triển kinh tế và nâng cao tiêu chuẩn sống. Trong đó, ngành chế tạo máy là xương sống, cung cấp thiết bị và công cụ cho các ngành khác. Tuy nhiên, tại Việt Nam, nhiều xưởng gia công nhỏ và vừa còn gặp khó khăn về chất lượng, năng suất và chi phí sản xuất cao, ảnh hưởng đến tính cạnh tranh sản phẩm. Một trong những nguyên nhân chính là thiếu các nghiên cứu khoa học sâu sắc về ảnh hưởng của các thông số hình học dao đến chất lượng gia công, đặc biệt trong gia công tiện cứng.

Tiện cứng là phương pháp gia công các vật liệu có độ cứng trên 45 HRC, được xem là giải pháp thay thế hiệu quả cho mài truyền thống nhờ tính linh hoạt, chi phí thấp và khả năng gia công chính xác. Tuy nhiên, quá trình này còn nhiều thách thức về độ ổn định, độ tin cậy, lực cắt, mòn dao và chất lượng bề mặt gia công. Độ nhám bề mặt là chỉ số quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và chi phí sản xuất. Việc cải tiến các thông số hình học dao như góc nâng, góc trước, góc nghiêng chính nhằm tối ưu lực cắt, giảm mòn dao và nâng cao chất lượng bề mặt là nhu cầu cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu là xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của các thông số hình học dao đến lực cắt, độ mòn dao và độ nhám bề mặt trong gia công tiện cứng sử dụng mảnh hợp kim tiêu chuẩn. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi gia công thép hợp kim cứng trên máy tiện tại Việt Nam, với thời gian thực nghiệm và phân tích dữ liệu trong năm 2019. Kết quả nghiên cứu góp phần thiết lập cơ sở khoa học cho việc thiết kế, cải tiến và sử dụng hiệu quả thiết bị gia công, nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất trong ngành cơ khí chế tạo máy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản trong công nghệ cắt gọt kim loại, bao gồm:

• Nguyên lý cắt gọt và chuyển động trong gia công tiện: Chuyển động chính (vận tốc cắt), chuyển động chạy dao và chuyển động phụ tạo nên quá trình cắt gọt. Các thông số chế độ cắt gồm vận tốc cắt (Vc), chiều sâu cắt (t), lượng chạy dao (S) ảnh hưởng trực tiếp đến lực cắt và chất lượng bề mặt.

• Thông số hình học dao tiện theo tiêu chuẩn ISO: Bao gồm góc nâng (λ), góc trước (γO), góc nghiêng chính (Φ), góc sau chính (αO). Các góc này ảnh hưởng đến lực cắt, nhiệt độ vùng cắt, mòn dao và độ nhám bề mặt.

• Mô hình lực cắt Ernst và Merchant: Lực tổng hợp F được phân tích thành các thành phần lực cắt chính (Fz), lực dọc trục (Fx), lực đẩy (Fy) và các lực ma sát trên mặt trước và mặt sau dao. Mối quan hệ giữa các lực này và các góc hình học dao giúp dự đoán lực cắt và mòn dao.

• Hiện tượng mài mòn dao: Mài mòn mặt sau, mặt trước, mài mòn lưỡi liềm và cùn lưỡi cắt là các dạng mòn phổ biến. Quá trình mòn dao diễn ra qua ba giai đoạn: mòn bắt đầu, mòn bình thường và mòn cấp tốc dẫn đến hỏng dao.

• Tiện cứng và các đặc trưng: Tiện cứng là gia công vật liệu có độ cứng từ 42 đến 65 HRC, ưu điểm là tốc độ gia công nhanh, không cần tưới nguội, giảm chi phí và thân thiện môi trường. Tuy nhiên, cần kiểm soát tốt các thông số để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng bề mặt và tuổi thọ dao.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp mô hình toán học và tối ưu hóa:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm gia công tiện cứng trên máy tiện với mảnh hợp kim tiêu chuẩn TNGA160404S01525 6050, vật liệu phôi là thép hợp kim AISI 1055 đã tôi cứng.

• Thiết kế thực nghiệm: Sử dụng thiết kế thực nghiệm cấu trúc có tâm (Central Composite Design) với ba yếu tố chính là góc nâng (λ), góc trước (γO), góc nghiêng chính (Φ) ở nhiều mức khác nhau để khảo sát ảnh hưởng đến lực cắt (Fx, Fy, Fz), độ mòn dao (Vb) và độ nhám bề mặt (Ra).

• Phương pháp phân tích: Áp dụng phương pháp đáp ứng bề mặt (Response Surface Methodology - RSM) để xây dựng mô hình bậc hai mô tả mối quan hệ giữa các thông số hình học dao và các chỉ tiêu đầu ra. Phân tích phương sai (ANOVA) được sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng và ý nghĩa thống kê của các yếu tố.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình thực nghiệm và thu thập dữ liệu diễn ra trong năm 2019, bao gồm giai đoạn chuẩn bị thiết bị, thực hiện thí nghiệm, xử lý số liệu và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của góc nâng (λ) đến lực cắt và độ mòn dao: Khi góc nâng tăng từ khoảng 0° đến 20°, lực cắt thành phần Fx giảm trung bình 15%, trong khi độ mòn dao giảm khoảng 10%. Điều này cho thấy góc nâng lớn giúp giảm ma sát và nhiệt sinh ra, kéo dài tuổi thọ dao.

2. Góc trước (γO) ảnh hưởng mạnh đến độ nhám bề mặt: Tăng góc trước từ -10° đến 10° làm giảm độ nhám bề mặt Ra trung bình từ 1,2 μm xuống còn 0,7 μm, tương đương giảm 42%. Góc trước lớn giúp giảm biến dạng vật liệu và lực cắt, cải thiện chất lượng bề mặt.

3. Góc nghiêng chính (Φ) tác động đến lực đẩy (Fy) và độ mòn dao: Khi góc nghiêng chính tăng từ 30° đến 60°, lực đẩy Fy giảm khoảng 20%, đồng thời độ mòn dao giảm 12%. Góc nghiêng lớn giúp phân bố lực cắt đều hơn, giảm áp lực lên dao.

4. Mối quan hệ tương tác giữa các góc hình học dao: Phân tích ANOVA cho thấy tương tác giữa góc nâng và góc trước có ảnh hưởng đáng kể đến lực cắt và độ nhám bề mặt (p < 0,05). Mô hình bậc hai dự đoán lực cắt và độ nhám với sai số trung bình dưới 5%, phù hợp với dữ liệu thực nghiệm.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ảnh hưởng của thông số hình học dao đến quá trình tiện cứng. Việc tăng góc nâng và góc trước giúp giảm lực cắt và nhiệt độ vùng cắt, từ đó giảm mòn dao và cải thiện độ nhám bề mặt. Góc nghiêng chính lớn làm giảm lực đẩy, giúp ổn định quá trình gia công và kéo dài tuổi thọ dao.

So sánh với nghiên cứu của Samir Khamel và Süleyman Neseli, các kết quả về ảnh hưởng của góc trước và góc nghiêng chính tương đồng, tuy nhiên nghiên cứu này mở rộng thêm phân tích về góc nâng và tương tác giữa các góc, cung cấp cái nhìn toàn diện hơn. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ bề mặt 3D và đường đồng mức thể hiện sự biến đổi lực cắt và độ nhám theo từng cặp thông số hình học dao, giúp trực quan hóa mối quan hệ phức tạp.

Việc xác định bộ thông số hình học dao tối ưu không chỉ nâng cao chất lượng bề mặt mà còn giảm chi phí sản xuất do giảm mòn dao và lực cắt, phù hợp với điều kiện sản xuất tại các xưởng gia công nhỏ và vừa ở Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa góc nâng dao trong khoảng 15°-20° nhằm giảm lực cắt và mòn dao, kéo dài tuổi thọ dụng cụ, áp dụng trong vòng 6 tháng tại các nhà máy gia công cơ khí.

2. Điều chỉnh góc trước dao từ 5° đến 10° để cải thiện độ nhám bề mặt, nâng cao chất lượng sản phẩm, thực hiện trong quy trình gia công tinh.

3. Tăng góc nghiêng chính lên 50°-60° để giảm lực đẩy và ổn định quá trình gia công, giảm thiểu rung động và hư hại dao, áp dụng trong các công đoạn gia công thô và bán tinh.

4. Áp dụng phương pháp thiết kế thực nghiệm và phân tích đáp ứng bề mặt (RSM) để liên tục theo dõi và điều chỉnh các thông số hình học dao phù hợp với từng loại vật liệu và điều kiện gia công cụ thể, triển khai trong các trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ.

5. Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân vận hành máy tiện về tầm quan trọng của các thông số hình học dao và cách điều chỉnh phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình toán học giúp thiết kế và tối ưu hóa dụng cụ cắt, nâng cao hiệu quả gia công tiện cứng.

2. Nhà quản lý sản xuất tại các nhà máy cơ khí: Tham khảo để xây dựng quy trình gia công chuẩn, giảm chi phí sản xuất và tăng chất lượng sản phẩm, đặc biệt trong các xưởng gia công nhỏ và vừa.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ cắt gọt và gia công tiện cứng.

4. Các nhà nghiên cứu phát triển công nghệ gia công: Cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các công cụ tối ưu hóa, mô phỏng quá trình gia công và ứng dụng công nghệ mới trong sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

1. Góc nâng dao ảnh hưởng như thế nào đến lực cắt trong gia công tiện cứng?
   Góc nâng dao lớn giúp giảm lực cắt bằng cách giảm ma sát và nhiệt sinh ra tại vùng cắt, từ đó giảm mòn dao và tăng tuổi thọ dụng cụ. Ví dụ, tăng góc nâng từ 0° lên 20° có thể giảm lực cắt thành phần Fx khoảng 15%.

2. Tại sao góc trước dao lại quan trọng đối với độ nhám bề mặt?
   Góc trước dao ảnh hưởng đến biến dạng vật liệu và lực cắt. Góc trước lớn giúp giảm lực cắt và biến dạng, tạo bề mặt gia công mịn hơn. Nghiên cứu cho thấy tăng góc trước từ -10° đến 10° giảm độ nhám Ra đến 42%.

3. Làm thế nào để xác định bộ thông số hình học dao tối ưu?
   Sử dụng thiết kế thực nghiệm cấu trúc có tâm kết hợp phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) để xây dựng mô hình toán học dự đoán và tối ưu hóa các thông số hình học dao nhằm đạt mục tiêu giảm lực cắt, mòn dao và độ nhám bề mặt.

4. Mòn dao ảnh hưởng thế nào đến chất lượng gia công?
   Mòn dao làm tăng lực cắt, giảm độ chính xác và chất lượng bề mặt, đồng thời làm tăng chi phí do phải thay thế dao thường xuyên. Kiểm soát mòn dao thông qua điều chỉnh góc hình học dao giúp nâng cao hiệu quả gia công.

5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các loại vật liệu khác không?
   Mặc dù nghiên cứu tập trung vào thép hợp kim cứng AISI 1055, các kết quả và mô hình có thể được điều chỉnh và áp dụng cho các vật liệu cứng khác với điều kiện gia công tương tự, tuy nhiên cần thực nghiệm bổ sung để hiệu chỉnh mô hình.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định rõ ảnh hưởng của các thông số hình học dao (góc nâng, góc trước, góc nghiêng chính) đến lực cắt, độ mòn dao và độ nhám bề mặt trong gia công tiện cứng.
• Mô hình bậc hai xây dựng bằng phương pháp đáp ứng bề mặt cho phép dự đoán chính xác các chỉ tiêu đầu ra với sai số dưới 5%.
• Bộ thông số hình học dao tối ưu được đề xuất giúp giảm lực cắt khoảng 15%, giảm mòn dao 10-12% và cải thiện độ nhám bề mặt đến 42%.
• Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, hỗ trợ thiết kế, cải tiến dụng cụ cắt và nâng cao hiệu quả sản xuất trong ngành cơ khí chế tạo máy.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu với các loại vật liệu và điều kiện gia công khác, đồng thời ứng dụng mô hình vào thực tế sản xuất để đánh giá hiệu quả lâu dài.

Khuyến nghị hành động: Các nhà máy và trung tâm nghiên cứu nên áp dụng bộ thông số hình học dao tối ưu và phương pháp thiết kế thực nghiệm để nâng cao chất lượng gia công tiện cứng, giảm chi phí và tăng năng suất sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỖ TIẾN SĨ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THÔNG SỐ HÌNH HỌC DAO ĐẾN LỰC CẮT, MÒN DAO & CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT TRONG GIA CÔNG TIỆN SỬ DỤNG MẢNH HỢP KIM TIÊU CHUẨN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 8520103 S K C0 0 6 3 4 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9/2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỖ TIẾN SĨ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THÔNG SỐ HÌNH HỌC DAO ĐẾN LỰC CẮT, MÒN DAO & CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT TRONG GIA CÔNG TIỆN SỬ DỤNG MẢNH HỢP KIM TIÊU CHUẨN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 8520103 Hướng dẫn khoa học: TS. MAI ĐỨC ĐÃI Th.S PHẠM MINH ĐỨC Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9/2019 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: ĐỖ TIẾN SĨ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15/1/1995 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Thái Bình Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 9/5 Đường số 7, Linh Chiểu, Thủ Đức, Tp. HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0367331125 Fax: E-mail: dotiensi000@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 2013 đến 2017 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.

HCM Ngành học: Công nghệ chế tạo máy Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy cắt nhôm định hình chính xác Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 7/2017- Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Đoàn III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Luan van i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 9 năm 2019 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Đỗ Tiến Sĩ Luan van ii CẢM TẠ Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ. Trước hết tôi kính gửi đến quý thầy, cô giáo trong phòng sau đại học, khoa Cơ khí chế tạo máy, Ngành Kỹ thuật cơ khí trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân thành. Trân trọng cảm ơn TS. Trương Quang Tri và PGS.

TS Phạm Huy Tuân đã sát cánh cùng lớp 2018A trong thời gian qua. Và đặc biệt, tôi xin gửi đến TS. Mai Đức Đãi và Th.S Phạm Minh Đức, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ lời cảm ơn sâu sắc. Trân trọng cảm ơn TS.

Tôn Thiện Phương cùng Ban giám hiệu Đại học Bách khoa Tp.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ hỗ trợ trang thiết bị thí nghiệm. Trân trọng cảm ơn Th.S Trần Chí Thiên và Th.S Nguyễn Nhựt Phi Long đã nhiệt tình giúp đỡ hỗ trợ trang thiết bị thí nghiệm. Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, ứng dụng thực tế tại trường để tôi hoàn thành tốt luận văn thạc sĩ này. Cuối cùng, kính chúc quý thầy, cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý, hoàn thành tốt mọi nhiệm vụ được giao.

Ngày 15 tháng 9 năm 2019 Người viết Luan van iii TÓM TẮT Nghiên cứu các đặc trưng để hiểu rõ và điều khiển các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả quá trình tiện cứng đã và đang được tiến hành tại nhiều nơi trên thế giới, các kết quả công bố cho thấy việc nghiên cứu vẫn chưa đủ sâu sắc và triệt để. Chính vì độ ổn định và độ tin cậy thấp khi gia công nên tiện cứng chính xác còn chưa thỏa mãn được yêu cầu của hầu hết các ngành công nghiệp. Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có đủ nghiên cứu để tạo lập cơ sở khoa học xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng gia công, thiết lập các mô hình toán học bài toán tối ưu hóa quá trình và nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị hiện có. Cải tiến để tăng độ bóng bề mặt là một nhu cầu cần thiết trong các sản phẩm công nghiệp.

Bên cạnh đó, sự lãng phí các yếu tố trong quá trình gia công như công cụ cắt, hiệu suất máy, thời gian vv… là một trong các nguyên nhân chính gây tăng giá sản phẩm. Từ những yêu cầu thực tiễn nêu trên, tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến chất lượng gia công trên máy tiện với mục tiêu xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của một số tham số chủ yếu của thông số hình học dao (góc nâng, góc trước, góc nghiêng chính) đến các thông số ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và tính hiệu quả của quá trình gia công (độ nhám bề mặt chi tiết, độ mòn dao, lực cắt). Kết quả nghiên cứu là tài liệu cần thiết cho tính toán thiết kế, cải tiến và sử dụng hiệu quả các thiết bị phụ vụ thực tiễn sản xuất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Luan van iv ABSTRACT Research the characteristics to identify and control the factors that affect the efficiency of hard turning processes has been carried out in many parts of the world, the published results show that the research is still not deep enough and thorough.

Because of the low stability and reliability in machining, precision hard turning does not meet the requirements of most industries. There are many reasons for high production costs and low product quality, but the main reason is that there aren’t enough researchs to create a scientific theory to determine the effects factors on machining quality and equipment, calculate mathematical models for problem optimization and research and efficient use of available equipments. Improvements to increasing roughness quality are an important things in industrial products. In addition, the waste of processing such as cutting tools, machine performance, time, etc.

is one of the main causes of high product price. From the reality requirements mentioned above, the author decided to research about the influence of the geometry parameters of the cutting tool on the quality of machining on the lathe, with the aim of determining the level and rule of influence of some key parameters of tool geometry ( Inclination Angle, Orthogonal Rake Angle, Principal Cutting Edge Angle) to parameters that affect product quality and the efficiency of the machining process (surface roughness of parts, tool wear, cutting force). Research results are documents for design calculations, improvements and effective use of equipment for production practices, contributing to improving product quality and production efficiency. Luan van v MỤC LỤC Quyết định giao đề tài i Lý lịch cá nhân ii Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt viii Danh sách các hình ix Danh sách các bảng x 1 1.1 Giới thiệu chung 1 1.2 Tổng quan các nghiên cứu trong, ngoài nước 3 1.1 Nghiên cứu trong nước 3 1.2 Nguyên cứu ngoài nước 5 1.3 Đối tượng nghiên cứu 10 1.4 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 10 1.5 Giới hạn đề tài 11 1.6 Ý nghĩa khoa học & thực tiễn 11 13 2.1 Cơ sở lý thuyết và nguyên lý cắt gọt 13 2.1 Những định nghĩa cơ bản 13 2.2 Thông số hình học của dao tiện 14 2.2 Cơ sở vật lý của quá trình cắt gọt 17 2.1 Quá trình hình thành phoi cắt 17 2.2 Lực và ứng suất trong cắt kim loại 18 2.3 Hiện tượng nhiệt khi cắt 21 2.4 Hiện tượng và phương thức mài mòn dao 22 2.3 Tiện cứng và các đặc trưng 25 Luan van vi 2.1 So sánh với phương pháp mài 26 2.2 Quy trình công nghệ sử dụng phương pháp tiện cứng 28 2.3 Các thuộc tính của tiện cứng 29 32 3.1 Tối ưu quá trình gia công 32 3.2 Thiết kế thực nghiệm (DOE) 34 3.2 Thực nghiệm yếu tố toàn phần (Full factorial design) 35 3.3 Thực nghiệm yếu tố từng phần (Fractional factorial design) 35 3.3 Phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM-respond surface method) 35 3.1 Thiết kế thực nghiệm phù hợp với phương pháp đáp ứng bề mặt 36 3.2 Những phương án quay của Box và Hunter 38 3.3 Tối ưu hóa đa mục tiêu (Multiple Responses Optimization) 40 42 4.1 Vật mẫu thực nghiệm (phôi) 42 4.4 Thiết kế thực nghiệm 47 48 5.1 Tổ chức thực nghiệm 48 5.1 Đồ gá thay đổi góc dao 48 5.2 Trang thiết bị đo 49 5.3 Các công cụ phần mềm 55 5.4 Các bước tiến hành thực nghiệm 56 5.2 Phân tích kết quả bằng phương pháp đáp ứng bề mặt 60 5.1 Xử lý kết quả đo 60 5.2 Kết quả và phân tích ANOVA 64 5.3 Mô hình bậc hai của lực cắt, tốc độ mòn và độ nhám 72 Luan van vii 5.4 Biểu đồ bề mặt đáp ứng 3D và đường đồng mức 77 5.3 So sánh giữa kết quả thực nghiệm và dự đoán 82 5.5 Bình luận 88 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Luan van viii DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT/KÝ HIỆU KHOA HỌC Kí hiệu Mô tả Đơn vị (nếu có) ∅ Góc trượt o a Chiều dày cắt mm Aver.Vb Độ mòn mặt sau μm b Chiều rộng cắt mm FF Lực ma sát ở trên mặt trước của dụng cụ N FN Lực pháp tuyến với mặt trước của dụng cụ N F Lực tổng hợp N FS Lực cắt nằm trong mặt phẳng trượt N FSN Lực vuông góc với mặt phẳng trượt N Fx Lực theo phương chạy dao N Fy Lực theo phương hướng kính N Fz Lực theo phương tiếp tuyến N R Bán kính mũi dao mm Ra Độ nhám bề mặt μm S Lượng chạy dao mm/vòng t Chiều sâu cắt mm Vc Vận tốc cắt m/phút w Chiều rộng phoi mm o α Góc sau chính o α1 Góc sau phụ o γO Góc trước o λ Góc nâng μ Hệ số ma sát o Φ Góc nghiêng chính Luan van ix o Φ1 Góc nghiêng phụ DF Bậc tự do Seq SS Tổng bình phương Adj SS Tổng bình phương đã điều chỉnh Adj MS Trung bình bình phương đã điều chỉnh F-Value Giá trị F P-Value Giá trị P Luan van x DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tóm tắt các nghiên cứu về quá trình gia công tiện .1 Tính toán lực cắt theo công thức (2.1) cho trường hợp thép có σa=750 Mpa, Vc = 120 m/ph, S = 0.1 Ma trận thiết kế thực nghiệm cấu trúc có tâm, 3 yếu tố [26].2 Trị số cánh tay đòn sao và số điểm thí nghiệm ở tân phương án quay đồng đều [26].