Luận văn thạc sĩ về chất lượng bề mặt gia công thép không gỉ austenitic SUS XM7

Luận văn thạc sĩ phân tích hcmute xác định chất lượng bề mặt gia công tốc độ cao thép không gỉ austenitic sus xm7, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi

• Tác giả: Lữ Quốc Bảo
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương
• Trường học: Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công thép không gỉ austenitic SUS XM7
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài
• 1.3. Mục đích nghiên cứu
• 1.4. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Giá trị thực tiễn của đề tài
• 1.7. Kết cấu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TỐC ĐỘ CAO
• 2.1. Lịch sử hình thành
• 2.2. Những nhân tố kinh tế và kỹ thuật của gia công tốc độ cao
• 2.3. Lĩnh vực áp dụng HSM
• 2.4. Thuận lợi của HSM
• 2.5. Các thông số ảnh hưởng đến HSM
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Khái niệm chất lượng bề mặt gia công
• 3.2. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến bề mặt gia công
• 3.2.1. Thông số hình học của dụng cụ cắt
• 3.2.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt
• 3.2.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao
• 3.2.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt
• 3.2.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia công
• 3.2.6. Ảnh hưởng của rung động hệ thống công nghệ
• 3.3. Lựa chọn phương pháp thực nghiệm và mô hình thực nghiệm
• 3.3.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 3.3.1.1. Tổng quan về phương pháp
• 3.3.1.2. Những khái niệm cơ bản của quy hoạch thực nghiệm
• 3.3.2. Lý thuyết phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 3.3.2.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 3.3.2.2. Quy hoạch tuyến tính (quy hoạch trực giao cấp I)
• 3.3.2.3. Quy hoạch phi tuyến tính (quy hoạch trực giao cấp II)
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ THỰC NGHIỆM
• 4.1. Điều kiện thực nghiệm
• 4.2. Dụng cụ cắt
• 4.3. Vật liệu thực nghiệm (thép không gỉ SUS XM7 - JIS G4303)
• 4.3.1. Miền giới hạn thực nghiệm
• 4.3.1.1. Vận tốc cắt Vc (m/phút)
• 4.3.1.2. Chiều sâu cắt t (mm)
• 4.3.1.3. Lượng chạy dao fz (mm/răng)
• 4.4. Ma trận thí nghiệm
• 4.5. Kết quả thực nghiệm
• 4.6. Đánh giá kết quả và đưa ra thông số tối ưu
• 4.6.1. Ứng dụng phần mềm Matlab R2010b để tìm cực trị hàm đa biến
• 4.6.2. Khảo sát cực trị của hàm hồi quy
• 4.6.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến nhám bề mặt
• 4.6.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và vận tốc cắt đến nhám bề mặt
• 4.6.5. Ảnh hưởng của lượng chạy dao và vận tốc cắt đến nhám bề mặt
• 4.6.6. Kiểm chứng kết quả bằng thực nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Đề tài "Xác định chất lượng bề mặt gia công tốc độ cao thép không gỉ austenitic SUS XM7" được thực hiện nhằm nâng cao chất lượng bề mặt của chi tiết gia công trong ngành công nghiệp ô tô. Chất lượng bề mặt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của sản phẩm. Thép không gỉ SUS XM7 được chọn do khả năng chống ăn mòn cao, phù hợp với môi trường làm việc khắc nghiệt. Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc cải thiện bề mặt gia công mà còn tìm kiếm các thông số tối ưu trong quá trình gia công tốc độ cao. Việc áp dụng công nghệ gia công tốc độ cao (HSM) giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất, đồng thời đảm bảo chất lượng sản phẩm. Từ đó, nghiên cứu này có thể cung cấp những thông tin hữu ích cho các doanh nghiệp trong ngành chế tạo ô tô.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Gia công tốc độ cao đã trở thành công nghệ chủ chốt trong ngành gia công cơ khí chính xác. Việc sử dụng vật liệu SUS XM7 trong sản xuất linh kiện ô tô, đặc biệt là chi tiết EGR Valve, yêu cầu độ nhám bề mặt rất cao. Nếu bề mặt chi tiết không đạt yêu cầu, sẽ dẫn đến hư hỏng và khó khăn trong việc sửa chữa. Do đó, nghiên cứu này nhằm xác định các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và tìm ra miền chế độ cắt tối ưu, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

1.2 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu

Nghiên cứu về chất lượng bề mặt trong gia công tốc độ cao đã được nhiều tác giả quan tâm. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt. Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu tập trung vào thép không gỉ SUS XM7. Do đó, đề tài này sẽ bổ sung vào kho tàng kiến thức hiện có và mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp chế tạo.

II. Tổng quan về phương pháp gia công tốc độ cao

Gia công tốc độ cao (HSM) là một phương pháp gia công hiện đại, sử dụng tốc độ cắt cao hơn nhiều so với phương pháp truyền thống. Công nghệ gia công này không chỉ giúp tăng năng suất mà còn cải thiện chất lượng bề mặt của sản phẩm. HSM được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ chế tạo ô tô đến hàng không. Các thông số như tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt đều có ảnh hưởng lớn đến kết quả gia công. Việc lựa chọn đúng các thông số này là rất quan trọng để đạt được đặc tính cơ học tốt nhất cho sản phẩm. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến HSM và đưa ra các khuyến nghị cụ thể cho việc gia công thép không gỉ SUS XM7.

2.1 Lịch sử hình thành

Gia công tốc độ cao đã có lịch sử phát triển từ những năm 1930. Friedrich Krupp A. đã cấp bằng sáng chế cho phương pháp gia công kim loại với tốc độ cắt cao. Theo lý thuyết của Salomon, HSM được định nghĩa là gia công với tốc độ cắt nhanh hơn từ 5 đến 10 lần so với phương pháp truyền thống. Ngày nay, HSM không chỉ đơn thuần là tốc độ cắt cao mà còn bao gồm nhiều yếu tố như thiết bị, dụng cụ cắt và quy trình gia công. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu quả gia công và nâng cao chất lượng bề mặt.

2.2 Những nhân tố kinh tế và kỹ thuật của gia công tốc độ cao

Sự cạnh tranh trong ngành công nghiệp đang thúc đẩy nhu cầu về các phương pháp gia công hiệu quả hơn. HSM đáp ứng được yêu cầu này bằng cách giảm thời gian sản xuất và chi phí. Sự phát triển của vật liệu mới cũng đòi hỏi các phương pháp gia công tiên tiến hơn. HSM cho phép gia công các vật liệu khó như thép không gỉ SUS XM7 với độ chính xác cao, từ đó nâng cao tính năng và độ bền của sản phẩm. Nghiên cứu này sẽ chỉ ra những lợi ích kinh tế và kỹ thuật của HSM trong việc gia công thép không gỉ.

III. Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết của nghiên cứu này tập trung vào mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và chất lượng bề mặt. Các yếu tố như tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt đều có ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt của sản phẩm. Nghiên cứu sẽ phân tích các thông số này và đưa ra các mô hình lý thuyết để dự đoán chất lượng bề mặt trong quá trình gia công. Việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp tối ưu hóa quy trình gia công và nâng cao hiệu quả sản xuất. Đặc biệt, nghiên cứu sẽ chỉ ra cách mà các thông số này tương tác với nhau để đạt được đặc tính cơ học tốt nhất cho thép không gỉ SUS XM7.

3.1 Khái niệm chất lượng bề mặt gia công

Chất lượng bề mặt gia công được định nghĩa qua các thông số như độ nhám, độ bóng và hình dạng bề mặt. Độ nhám bề mặt là yếu tố quan trọng nhất, ảnh hưởng đến khả năng chịu mài mòn và độ bền của sản phẩm. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc xác định các thông số ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt trong gia công tốc độ cao thép không gỉ SUS XM7. Việc cải thiện chất lượng bề mặt không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí bảo trì và sửa chữa.

3.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến bề mặt gia công

Các thông số công nghệ như tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt đều có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt. Tốc độ cắt cao thường dẫn đến độ nhám bề mặt thấp hơn, trong khi lượng chạy dao và chiều sâu cắt cũng cần được điều chỉnh để đạt được kết quả tối ưu. Nghiên cứu sẽ phân tích mối quan hệ giữa các thông số này và đưa ra các khuyến nghị cụ thể cho việc gia công thép không gỉ SUS XM7.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp ô tô hiện nay phát triển mạnh mẽ, đòi hỏi vật liệu chế tạo linh kiện có chất lượng cao và khả năng chịu môi trường khắc nghiệt. Thép không gỉ Austenitic SUS XM7 (theo tiêu chuẩn JIS G4303) là vật liệu được sử dụng phổ biến trong các chi tiết chịu ăn mòn cao như chi tiết Valve trong cụm điều hòa khí thải Exhaust Gas Recirculation (EGR) trên các dòng xe Toyota và Mazda. Độ nhám bề mặt của chi tiết này ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và hiệu suất làm việc, do bề mặt tiếp xúc trực tiếp với khí thải có thể bị oxi hóa, trầy xước hoặc móp méo nếu không được gia công đúng cách.

Gia công tốc độ cao (High Speed Machining - HSM) là công nghệ tiên tiến giúp nâng cao năng suất gấp 5-10 lần so với phương pháp truyền thống, đồng thời cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết. Tuy nhiên, việc áp dụng HSM cho vật liệu SUS XM7 còn nhiều thách thức do đặc tính vật liệu và yêu cầu khắt khe về độ nhám bề mặt. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ như vận tốc cắt (Vc), lượng chạy dao (fz) và chiều sâu cắt (t) đến chất lượng bề mặt gia công phay tốc độ cao thép không gỉ SUS XM7, từ đó đề xuất miền chế độ cắt tối ưu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào gia công phay tốc độ cao trên máy Fanuc Robodrill α-D21LiA, sử dụng dụng cụ cắt mảnh insert của hãng Taegu Tec, vật liệu SUS XM7 sản xuất tại Nhật Bản. Nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ phòng 30-35°C, chỉ đánh giá độ nhám bề mặt Ra, bỏ qua các yếu tố rung động và độ cứng vững hệ thống. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ doanh nghiệp sản xuất linh kiện ô tô nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết, giảm chi phí sửa chữa và thay thế, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho ngành gia công chính xác.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Khái niệm chất lượng bề mặt gia công: Đánh giá bằng độ nhám bề mặt (Ra, Rz) và tính chất cơ lý của lớp kim loại bề mặt như độ biến cứng, ứng suất dư. Độ nhám bề mặt được xác định qua các thông số như chiều cao nhấp nhô trung bình Rz, sai lệch trung bình số học Ra, chiều dài tựa profin, bước nhấp nhô trung bình.

• Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt: Bao gồm vận tốc cắt (Vc), lượng chạy dao (fz), chiều sâu cắt (t), thông số hình học dụng cụ cắt, vật liệu gia công và rung động hệ thống. Ví dụ, vận tốc cắt cao giúp giảm lẹo dao và tăng độ nhẵn bề mặt; lượng chạy dao ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô; chiều sâu cắt quá nhỏ gây trượt dao làm tăng độ nhám.

• Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: Sử dụng quy hoạch trực giao cấp II để xây dựng mô hình hồi quy đa biến phi tuyến tính, mô tả mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và độ nhám bề mặt. Phương pháp này giúp giảm số lượng thí nghiệm cần thiết, đánh giá tương tác giữa các yếu tố và tìm điều kiện tối ưu.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm gia công phay tốc độ cao trên máy Fanuc Robodrill α-D21LiA tại công ty TNHH Cơ khí Việt San, tỉnh Bình Dương. Vật liệu thử nghiệm là thép không gỉ SUS XM7 (JIS G4303) sản xuất tại Nhật Bản. Dụng cụ cắt là mảnh insert Taegu Tec mã 3PKT-100408R-M.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp II để thiết kế thí nghiệm, thu thập dữ liệu độ nhám bề mặt Ra dưới các tổ hợp thông số Vc, fz, t. Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm Matlab R2010b để xây dựng hàm hồi quy đa biến phi tuyến, tìm cực trị hàm mục tiêu nhằm xác định miền chế độ cắt tối ưu.

• Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 10/2014 đến tháng 4/2017, kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết, thiết kế thí nghiệm, thu thập và phân tích dữ liệu, kiểm chứng kết quả thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt (Vc) đến độ nhám bề mặt: Khi tăng vận tốc cắt từ khoảng 15 m/phút lên trên 60 m/phút, độ nhám bề mặt giảm rõ rệt do hiện tượng lẹo dao biến mất, giúp bề mặt gia công mịn hơn. Ở vận tốc cắt trên 60 m/phút, độ nhám Ra giảm xuống mức thấp nhất, cải thiện chất lượng bề mặt.

2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao (fz): Lượng chạy dao trong khoảng 0.05 – 0.12 mm/răng cho độ nhám bề mặt thấp nhất. Khi fz nhỏ hơn 0.02 mm/răng, độ nhám tăng do biến dạng dẻo lớn; khi fz lớn hơn 0.15 mm/răng, độ nhám cũng tăng do biến dạng đàn hồi và ảnh hưởng hình học của dao.

3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt (t): Chiều sâu cắt quá nhỏ (<0.02 mm) gây trượt dao, làm tăng độ nhám bề mặt. Chiều sâu cắt trong khoảng 0.1 – 0.2 mm được khuyến nghị để đảm bảo độ nhám thấp và tránh rung động hệ thống. Chiều sâu cắt quá lớn có thể làm tăng rung động, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng bề mặt.

4. Mô hình hồi quy đa biến phi tuyến: Mô hình xây dựng từ dữ liệu thực nghiệm cho phép dự đoán độ nhám Ra với sai số nhỏ, thể hiện rõ ảnh hưởng tương tác giữa Vc, fz và t. Mô hình giúp xác định miền chế độ cắt tối ưu, ví dụ: Vc khoảng 200-250 m/phút, fz 0.05-0.12 mm/răng, t 0.1-0.2 mm cho chất lượng bề mặt tốt nhất.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các lý thuyết về ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt trong gia công tốc độ cao. Việc tăng vận tốc cắt giúp giảm hiện tượng lẹo dao, cải thiện độ nhẵn bề mặt, đồng thời giảm nhiệt độ truyền vào dụng cụ cắt, kéo dài tuổi thọ dao. Lượng chạy dao và chiều sâu cắt cần được điều chỉnh hợp lý để tránh trượt dao và rung động, đảm bảo độ ổn định của hệ thống công nghệ.

So sánh với các nghiên cứu trước đây trên vật liệu khác như thép SKD11 hay hợp kim Titan, kết quả cho thấy vật liệu SUS XM7 có đặc tính gia công tương tự nhưng yêu cầu chế độ cắt tối ưu riêng biệt do tính chất vật liệu chịu ăn mòn cao và độ dẻo dai. Việc sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp II giúp giảm số lượng thí nghiệm cần thiết, đồng thời cung cấp mô hình dự báo chính xác, hỗ trợ doanh nghiệp trong việc lựa chọn chế độ cắt phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa từng cặp thông số (Vc – Ra, fz – Ra, t – Ra) và bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng bề mặt.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng chế độ cắt tối ưu: Khuyến nghị sử dụng vận tốc cắt trong khoảng 200-250 m/phút, lượng chạy dao 0.05-0.12 mm/răng và chiều sâu cắt 0.1-0.2 mm khi gia công phay tốc độ cao thép không gỉ SUS XM7 để đạt độ nhám bề mặt thấp nhất và tăng năng suất sản xuất. Thời gian áp dụng: ngay lập tức trong các dây chuyền sản xuất hiện tại.

2. Đầu tư dụng cụ cắt chất lượng cao: Sử dụng dao phay ngón carbide rắn phủ TiC, TiN hoặc TiAlN có độ bền và độ cứng cao ở nhiệt độ cắt lớn, giúp duy trì độ sắc bén và tuổi thọ dao lâu dài, giảm chi phí thay thế. Chủ thể thực hiện: bộ phận kỹ thuật và quản lý sản xuất.

3. Kiểm soát và giảm rung động hệ thống: Thiết kế và sử dụng hệ thống gá kẹp chi tiết có độ đồng tâm cao, đảm bảo độ cứng vững của máy móc và dụng cụ, hạn chế rung động trong quá trình gia công để duy trì chất lượng bề mặt ổn định. Thời gian thực hiện: trong vòng 6 tháng tới.

4. Đào tạo nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật gia công tốc độ cao, hiểu rõ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm, giúp nhân viên vận hành điều chỉnh chế độ cắt chính xác và kịp thời. Chủ thể thực hiện: phòng nhân sự và kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp sản xuất linh kiện ô tô: Nắm bắt kiến thức về gia công tốc độ cao thép không gỉ SUS XM7 để tối ưu quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí bảo trì, thay thế chi tiết.

2. Sinh viên và học viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, quy hoạch thực nghiệm và ứng dụng trong gia công tốc độ cao, giúp nâng cao kiến thức chuyên môn và kỹ năng nghiên cứu.

3. Chuyên gia và kỹ sư gia công chính xác: Cập nhật các thông số công nghệ tối ưu, phương pháp phân tích và mô hình hóa chất lượng bề mặt, hỗ trợ trong việc thiết kế quy trình gia công hiệu quả.

4. Nhà nghiên cứu vật liệu và công nghệ chế tạo: Tham khảo kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thông số gia công đến vật liệu SUS XM7, mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các vật liệu tương tự trong công nghiệp chế tạo.

Câu hỏi thường gặp

1. Gia công tốc độ cao là gì và có ưu điểm gì?
   Gia công tốc độ cao (HSM) là phương pháp gia công sử dụng tốc độ trục chính và bước tiến lớn với lượng dịch dao nhỏ và chiều sâu cắt nhỏ, giúp tăng năng suất gấp 5-10 lần, giảm nhiệt độ cắt, lực cắt và cải thiện chất lượng bề mặt.

2. Tại sao chọn thép không gỉ SUS XM7 cho chi tiết EGR Valve?
   SUS XM7 có khả năng làm việc tốt trong môi trường ăn mòn cao như khí thải động cơ, đảm bảo độ bền và tuổi thọ chi tiết, phù hợp với yêu cầu khắt khe của ngành ô tô.

3. Các thông số công nghệ nào ảnh hưởng nhiều nhất đến độ nhám bề mặt?
   Vận tốc cắt (Vc), lượng chạy dao (fz) và chiều sâu cắt (t) là ba thông số chính ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt trong gia công tốc độ cao, cần được điều chỉnh hợp lý để đạt chất lượng tối ưu.

4. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm giúp gì trong nghiên cứu này?
   Phương pháp này giúp thiết kế thí nghiệm hiệu quả, giảm số lượng thí nghiệm cần thiết, xây dựng mô hình hồi quy đa biến phi tuyến chính xác, từ đó tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình gia công.

5. Làm thế nào để giảm rung động trong quá trình gia công tốc độ cao?
   Sử dụng hệ thống gá kẹp có độ đồng tâm cao, đảm bảo độ cứng vững của máy và dụng cụ, cân bằng dụng cụ cắt, đồng thời kiểm soát chế độ cắt phù hợp để hạn chế rung động và tăng tuổi thọ thiết bị.

Kết luận

• Gia công tốc độ cao thép không gỉ Austenitic SUS XM7 giúp nâng cao năng suất gấp 5-10 lần và cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết.
• Vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt là các thông số công nghệ chủ yếu ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt, cần được tối ưu hóa.
• Mô hình hồi quy đa biến phi tuyến xây dựng từ phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp II cho phép dự đoán chính xác độ nhám và xác định miền chế độ cắt tối ưu.
• Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, hỗ trợ doanh nghiệp sản xuất linh kiện ô tô nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí.
• Đề xuất áp dụng chế độ cắt tối ưu, đầu tư dụng cụ cắt chất lượng, kiểm soát rung động và đào tạo nhân viên để khai thác hiệu quả công nghệ gia công tốc độ cao.

Các doanh nghiệp và kỹ sư gia công nên áp dụng các khuyến nghị từ nghiên cứu để cải tiến quy trình sản xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các vật liệu và chi tiết khác trong ngành cơ khí chính xác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu  Chương 2: Tổng quan về phương pháp gia công tốc độ cao  Chương 3: Cơ sở lý thuyết  Chương 4: Xây dựng mô hình thực nghiệm và thực nghiệm  Chương 5: Kết luận và kiến nghị 4 Luan van Chương 2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TỐC ĐỘ CAO 2.1 Lịch sử hình thành. Vào ngày 27 tháng tư năm 1931, Friedrich Krupp A. đã được cấp bằng sáng chế của Đức về "phương pháp gia công kim loại với các công cụ cắt". Dựa trên các nghiên cứu cắt kim loại của nhà sáng chế C.

Salomon, tốc độ cắt của sắt, thép, kim loại màu và kim loại ánh kim ở tốc độ cắt 440 m / phút, đồng thiếc 1.840 m / phút và nhôm lên đến 16. Cho đến nay trên thế giới vẫn chưa có một định nghĩa thống nhất cho thuật ngữ “Gia công tốc độ cao”. Theo lý thuyết được Salomons đưa ra vào năm 1931 thì “Gia công tốc độ cao là gia công với vận tốc cắt nhanh hơn vận tốc cắt khi gia công truyền thống từ 5 đến 10 lần”. Về sau này có thêm một số cách hiểu khác về HSM như gia công với tốc độ trục chính cao (high spindle speed maching), gia công với bước tiến lớn (high feed machining), gia công năng suất cao (high productive machining).

Tuy nhiên, các cách hiểu này chỉ mang tính tương đối vì một tốc độ (của trục chính và bàn máy) được xem là nhanh đối với loại vật liệu này có thể bị xem là chậm với một loại vật liệu khác hoặc được xem là nhanh ngày hôm nay sẽ bị xem là bình thường nếu tốc độ cắt được nâng lên trong tương lai. Ngày nay, khái niệm thường được nhắc đến khi nói về HSM là : “Gia công tốc độ cao là phương pháp gia công sử dụng tốc độ trục chính cao và bước tiến lớn với lượng dịch dao ngang nhỏ và chiều sâu cắt nhỏ”. Khái niệm này trực quan giúp mọi người có thể phân biệt HSM với các phương pháp gia công khác nhưng nó chưa thể hiện hết bản chất của HSM vì HSM là một phương pháp gia công được tổng hợp từ nhiều yếu tố công nghệ như máy móc, thiết bị, phần mềm lập trình và chế độ cắt gọt … để đạt hiệu quả gia công cao nhất. [9] 5 Luan van Thực tế thì gia công tốc độ cao không đơn giản là vận tốc cắt cao.

Nó phải được xem như là một quá trình gia công mà ở đó các bước gia công được thực hiện bằng những phương pháp và thiết bị gia công rất cụ thể. Một số thông số tham khảo giữa gia công thường và gia công tốc độ cao trong bảng 2.1 Một số thông số tham khảo giữa gia công thường và tốc độ cao. Các thông số Gia công thường Gia công tốc độ cao Tốc độ trục chính (v/ph) ≤ 4.000 Tốc độ chạy dao trên các trục ≤ 10.000 Gia công tốc độ cao cũng không phải là gia công với tốc độ trục chính cao hoặc tốc độ chạy dao cao bởi vì có nhiều ứng dụng gia công cao tốc được thực hiện với máy có tốc độ bình thường. Gia công tốc độ cao thường được sử dụng khi gia công tinh thép đã tôi với việc sử dụng cả hai yếu tố là tốc độ cao và lượng ăn dao cao.

Tùy theo loại vật liệu mà dãy tốc độ gia công tốc độ cao khác nhau [18]. Trên thực tế, có nhiều cách khác nhau để định nghĩa gia công tốc độ cao ta có thể dựa vào các yếu tố sau: - Gia công với vận tốc cắt cao. - Gia công với tốc độ quay trục chính cao. - Gia công với tốc độ chạy dao cao.

- Gia công với vận tốc cắt cao và tốc độ chạy dao cao. - Gia công với năng suất cao. Tóm lại, gia công tốc độ cao là sự kết hợp của tốc độ trục chính máy cao, lượng ăn dao lớn, hệ điều khiển CNC cao cấp, thiết bị gá dao ổn định, cân bằng; dụng cụ cắt đảm bảo và phần mềm CAD/CAM phù hợp. Tốc độ trục chính khoảng 5000 v/phút có thể là điểm khởi đầu cho gia công tốc độ cao.

Trong thực tế, tốc độ cao nhất cho gia công tốc độ cao trên các máy công cụ ngày càng tăng, lên đến 60.000 v/phút và hơn thế nữa. Tốc độ chạy dao trung bình là 10m/phút trong khi tốc độ di chuyển 6 Luan van nhanh lên đến 60m/phút và cao hơn, công suất động cơ trục chính từ 15kW trở lên [18].2 Những nhân tố kinh tế và kỹ thuật của gia công tốc độ cao. [17] Sự sống còn: sự gia tăng cạnh tranh trên thương trường đang không ngừng thiết lập những tiêu chuẩn mới. Sự đòi hỏi về thời gian và giá thành ngày càng cao hơn.

Điều này buộc sự phát triển của những quá trình và kỹ thuật sản xuất mới có ý nghĩa quan trọng. Gia công tốc độ cao tạo ra hy vọng và giải pháp cho vấn đề đó. Vật liệu: sự phát triển của vật liệu mới và khó gia công đã nhấn mạnh sự cần thiết phải tìm ra những phương pháp gia công mới. Trong công nghiệp hàng không có thép hợp kim cách nhiệt và chống gỉ.

Công nghiệp tự động hóa có nhiều loại composit lưỡng tính, compact graphic iron và nhôm tỉ trọng nhẹ. Công nghiệp khuôn mẫu phải đối mặt với vấn đề gia công thép dụng cụ có độ cứng cao, tiến hành gia công thô đến tinh với sai số chế tạo thấp, thời gian gia công đồng nghĩa với thời gian đáp ứng giao hàng là ngắn nhất. Chất lượng: sự đòi hỏi cao hơn về chất lượng của chi tiết và sản phẩm là kết quả của sự cạnh tranh khốc liệt. Gia công tốc độ cao đưa ra những giải pháp, nếu áp dụng đúng cho lĩnh vực này, sự thay thế công đoạn hoàn chỉnh bằng tay (làm nguội, cạo rà) là một ví dụ.

Đặc biệt quan trọng với việc gia công khuôn mẫu và những chi tiết có hình dáng 3D phức tạp.3 Lĩnh vực áp dụng HSM. [12] - Phay hốc: có thể áp dụng gia công tốc độ cao để gia công thép hợp kim dụng cụ chất lượng độ cứng từ 60 – 63 HRC. - Khi gia công các hốc làm bằng vật liệu cứng: cốt yếu cần chọn dao và cán dao thích hợp cho mỗi nguyên công: thô, bán tinh và tinh. Để thành công điều quan trọng là phải tối ưu đường chạy dao, chế độ cắt và chiến lược gia công.

- Gia công khuôn rèn: hầu hết các khuôn rèn phù hợp với gia công tốc độ cao vì hầu hết chúng thuộc dạng cạn. Dao ngắn luôn gia công được với năng suất cao hơn vì ít bị uốn nhất. Bảo trì các khuôn rèn thường đòi hỏi gia công các bề mặt cứng và thường. 7 Luan van - Gia công khuôn đúc: có thể sử dụng gia công tốc độ cao có năng suất đối với hầu hết khuôn đúc làm bằng thép dụng cụ có kích cỡ vừa phải hoặc nhỏ.

- Khuôn thổi và ép phun: gia công tốc độ cao phù hợp để gia công các khuôn loại này đặc biệt bởi vì chúng thường có kích thước nhỏ, điều mà tạo cho gia công tốc độ cao mang lại hiệu quả kinh tế để thực hiện toàn bộ các nguyên công (từ thô đến tinh) trong một lần gá đặt. Nhiều khuôn có hốc khá sâu đòi hỏi phải có phương pháp gia công, đường chạy dao tốt. - Gia công các điện cực bằng graphit và đồng đỏ: ứng dụng này rất phù hợp với gia công tốc độ cao, graphit được gia công một cách có năng suất với dao phay mặt đầu TiCN, hoặc dao carbide rắn phủ kim cương. Khuynh hướng dùng tia lửa điện để gia công các điện cực ngày càng giảm trong khi khuynh hướng dùng gia công tốc độ cao ngày càng cao.

- Các khuôn và mẫu mô hình: đây là ứng dụng dùng gia công tốc độ cao sớm nhất, rất dễ để gia công các vật liệu kim loại màu, nhôm, …. Vận tốc cắt thường cao 1500-5000m/phút và do vậy bước tiến cũng rất cao.4 Thuận lợi của HSM. [17] - Nhiệt cắt thấp: chiều sâu cắt mỏng và thời gian làm việc của lưỡi cắt cực kì ngắn. Có thể nói là vận tốc tiến dao nhanh hơn sự truyền nhiệt.

Trong gia công tốc độ cao, khối vật liệu bị loại bỏ nhanh chóng, nhiệt sinh ra phần lớn xuất phát từ năng lượng biến dạng tại vùng tách phoi, ma sát giữa dao và phoi. Do vậy, tốc độ truyền nhiệt vào dao và chi tiết nhỏ hơn bước tiến dao. - Lực cắt nhỏ: với đặc trưng chiều sâu cắt nhỏ khi gia công tốc độ cao, lực hướng kính Pz tác dụng lên dụng cụ và trục chính cũng nhỏ. Nhờ đó bảo vệ vòng bi trục chính, rãnh dẫn hướng và trục vít me đai ốc bi.

Gia công tốc độ cao và phay theo trục thẳng đứng cũng là một sự kết hợp tốt do tác động lên vòng bi trục chính nhỏ và phương pháp đó cho phép dụng cụ dài hơn và ít rủi ro do rung động. - Chất lượng bề mặt cao: độ bóng bề mặt có thể đạt đến 0.1µm khi gia công ở tốc độ 200m/phút và độ dày lớp biến cứng nhỏ hơn 90 µm. 8 Luan van - Quá trình cắt năng suất cao với chi tiết kích thước lớn: khi tiến hành gia công thô, bán tinh và tinh thì lợi về kinh tế khi tổng lượng vật liệu cắt bỏ tương đối nhỏ. Năng suất gia công tinh và cần thiết để đạt được bề mặt tinh cực kì tốt.

Thông thường có khoảng Ra ~ 0. Có thể gia công những thành rất mỏng, ví dụ chiều dày thành có thể là 0.2mm và chiều cao 20mm. Thời gian tiếp xúc giữa lưỡi cắt và phôi cực kì ngắn để tránh rung động và cong vênh thành phôi. Hình dáng tế vi của dụng cụ cắt phải chắc chắn và lưỡi cắt rất bén.

Độ chính xác hình học của khuôn giúp cho việc lắp ráp dễ dàng và nhanh chóng. Không cần người điều khiển, không có vấn đề kỹ năng, có thể hoàn tất với CAM/CNC tạo ra cấu tạo và hình dáng bề mặt. Nếu thêm vài giờ cho gia công, thời gian cho công đoạn đánh bóng bằng tay có thể cắt giảm đột ngột. Thông thường khoảng 60 – 100%.

- Giảm công đoạn gia công: Sự giảm bớt công đoạn chế tạo như tôi cứng, phay điện cực và EDM có thể giảm thiểu. Điều này giảm bớt tiền đầu tư và đơn giản hóa quá trình chuẩn bị. Ít chiếm diện tích cho các trang thiết bị EDM.