Nghiên cứu chế độ công nghệ hợp lý phay hợp kim nhôm thành mỏng - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

Nghiên cứu chế độ công nghệ phay hợp kim nhôm mỏng. Tối ưu hóa thông số cắt, đạt hiệu quả gia công cao, giảm rung động, tăng độ chính xác.

• Tác giả: Lê Mạnh Đức
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Vị
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ hợp lý khi phay các chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Khám phá gia công nhôm thành mỏng và ứng dụng thực tiễn

Gia công hợp kim nhôm thành mỏng là một kỹ thuật tiên tiến trong lĩnh vực gia công cơ khí chính xác. Các chi tiết dạng này, với độ dày thường chỉ từ 1 đến 5 mm, đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi vật liệu nhẹ và độ bền cao như hàng không, ô tô và chế tạo máy chính xác. Ưu điểm của vật liệu hợp kim nhôm là khối lượng riêng nhỏ, chỉ bằng khoảng 1/3 so với thép, giúp giảm đáng kể trọng lượng kết cấu. Nghiên cứu của Lê Mạnh Đức (2019) chỉ ra rằng việc sử dụng chi tiết thành mỏng có thể loại bỏ tới 95% trọng lượng của khối lắp ráp ban đầu, đồng thời giảm chi phí vật liệu, lưu kho và quản lý. Tuy nhiên, quá trình phay CNC nhôm vách mỏng đặt ra nhiều thách thức do độ cứng của chi tiết thấp, dễ dẫn đến sai lệch. Việc hiểu rõ bản chất vật liệu, đặc điểm hình học và các yếu tố công nghệ ảnh hưởng là nền tảng để xây dựng một quy trình sản xuất hiệu quả. Mục tiêu chính là xác định được chế độ công nghệ tối ưu để kiểm soát biến dạng và đạt được chất lượng bề mặt mong muốn, qua đó nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo độ chính xác cho sản phẩm cuối cùng.

1.1. Tổng quan về vật liệu hợp kim nhôm trong công nghiệp

Hợp kim nhôm là vật liệu kim loại phổ biến thứ hai sau thép, với những ưu điểm vượt trội như trọng lượng riêng nhỏ (khoảng 2.8 g/cm³), độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, cùng khả năng chống ăn mòn tốt nhờ lớp màng oxit Al2O3 bảo vệ. Đặc biệt, các loại hợp kim nhôm 6061 và hợp kim nhôm 7075 được sử dụng rộng rãi nhờ tính chất cơ học tốt, dễ gia công và hóa bền. Hệ thống ký hiệu theo tiêu chuẩn AA (Aluminum Association) giúp phân loại rõ ràng các loại hợp kim, ví dụ như 6xxx cho hợp kim Al-Mg-Si. Trạng thái gia công và hóa bền (như T6 - tôi và hóa già nhân tạo) quyết định đến độ cứng và độ bền của vật liệu, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cắt gọt. Việc lựa chọn đúng loại vật liệu hợp kim nhôm là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong việc lập kế hoạch gia công nhôm thành mỏng.

1.2. Đặc điểm hình học và vai trò của chi tiết thành mỏng

Chi tiết thành mỏng được định nghĩa là các chi tiết có tỷ lệ giữa chiều dài và chiều dày lớn, thường có vách mỏng từ 1-5 mm. Các chi tiết này không chỉ giúp giảm trọng lượng tổng thể của sản phẩm mà còn tăng độ chính xác lắp ráp. Trong ngành hàng không, việc giảm trọng lượng đồng nghĩa với việc tiết kiệm nhiên liệu và tăng tải trọng hữu ích. Tuy nhiên, chính đặc điểm hình học này lại là nguyên nhân chính gây ra các khó khăn trong gia công. Độ cứng của chi tiết thấp và giảm dần trong quá trình bóc tách vật liệu, khiến chúng rất nhạy cảm với lực cắt. Điều này đòi hỏi các kỹ thuật phay chi tiết mỏng đặc biệt, từ việc lựa chọn dao cụ, thông số cắt cho đến chiến lược chạy dao và phương pháp gá kẹp, nhằm giảm thiểu sai lệch và đảm bảo dung sai cho phép.

II. Thách thức lớn khi phay nhôm thành mỏng Biến dạng rung động

Quá trình gia công nhôm thành mỏng luôn đối mặt với hai thách thức lớn nhất là biến dạng khi gia công nhôm và rung động khi phay. Do độ cứng vững của chi tiết thấp, lực cắt phát sinh trong quá trình phay dễ dàng làm vách mỏng bị uốn cong, dẫn đến sai lệch kích thước và hình học. Luận văn của Lê Mạnh Đức (2019) nhấn mạnh rằng biến dạng có thể chia thành hai loại: biến dạng trong quá trình gia công và biến dạng sau gia công do ứng suất dư. Biến dạng sau gia công đặc biệt nguy hiểm vì nó có thể khiến chi tiết bị loại bỏ sau khi đã hoàn thiện. Rung động, hay còn gọi là chatter, là một hiện tượng tự kích động xảy ra khi tần số của lực cắt trùng với tần số dao động riêng của hệ thống máy-dao-chi tiết. Rung động không chỉ làm giảm độ nhám bề mặt, gây ra các vết lượn sóng không mong muốn mà còn làm giảm tuổi thọ của dao phay nhôm và trục chính máy CNC. Việc kiểm soát đồng thời cả biến dạng và rung động là bài toán cốt lõi, đòi hỏi sự kết hợp hài hòa giữa lý thuyết và thực nghiệm để tìm ra bộ thông số phay nhôm hợp lý.

2.1. Phân tích nguyên nhân gây biến dạng khi gia công nhôm

Nguyên nhân chính gây ra biến dạng khi gia công nhôm là lực cắt tác động lên thành mỏng có độ cứng thấp. Lực này bao gồm cả thành phần lực hướng kính và hướng trục, có xu hướng đẩy vách mỏng ra khỏi vị trí ban đầu. Khi dao đi qua, vách mỏng đàn hồi trở lại nhưng không hoàn toàn, gây ra sai lệch về chiều dày. Một yếu tố khác là ứng suất dư bên trong phôi. Quá trình gia công bóc đi lớp vật liệu chứa ứng suất dư, gây ra sự mất cân bằng và làm chi tiết bị cong vênh. Nhiệt cắt sinh ra cũng góp phần gây biến dạng nhiệt, đặc biệt khi không sử dụng dung dịch tưới nguội cho nhôm hiệu quả. Cuối cùng, lực kẹp quá lớn hoặc gá đặt không hợp lý cũng có thể làm biến dạng phôi ngay từ trước khi gia công, dẫn đến sai số tích lũy.

2.2. Hiện tượng rung động khi phay và ảnh hưởng tới bề mặt

Hiện tượng rung động khi phay (chatter) là một trong những rào cản lớn nhất để đạt được năng suất cao và chất lượng bề mặt tốt. Rung động xảy ra khi có sự tương tác động lực học giữa dụng cụ cắt và chi tiết. Khi phay vách mỏng, độ cứng của chi tiết rất thấp, làm giảm ngưỡng ổn định của quá trình cắt và dễ phát sinh rung động. Hậu quả trực tiếp của rung động là độ nhám bề mặt tăng đột ngột, bề mặt gia công có các vết sóng không đều, ảnh hưởng nghiêm trọng đến thẩm mỹ và chức năng của chi tiết. Ngoài ra, rung động còn gây mòn dao nhanh, có thể làm gãy, mẻ lưỡi cắt và làm giảm tuổi thọ của các bộ phận máy CNC như ổ bi trục chính. Kiểm soát rung động đòi hỏi phải tối ưu hóa các thông số cắt, lựa chọn dao có hình học phù hợp và sử dụng các chiến lược chạy dao thông minh.

III. Bí quyết tối ưu chế độ cắt khi phay nhôm hợp kim thành mỏng

Việc lựa chọn chế độ cắt khi phay nhôm là yếu tố quyết định đến sự thành công của quá trình gia công, ảnh hưởng trực tiếp đến biến dạng, độ nhám và năng suất. Ba thông số cơ bản cần được tối ưu hóa bao gồm tốc độ cắt phay nhôm (Vc), bước tiến dao (Sz hoặc F), và chiều sâu cắt (ap và ae). Một tốc độ cắt quá cao có thể gây ra nhiệt cắt lớn, dẫn đến hiện tượng lẹo dao và làm giảm tuổi thọ dụng cụ. Ngược lại, tốc độ quá thấp lại làm giảm năng suất. Tương tự, lượng chạy dao và chiều sâu cắt lớn giúp tăng tốc độ bóc tách vật liệu nhưng cũng làm tăng lực cắt, dẫn đến nguy cơ biến dạng và rung động cao hơn. Nghiên cứu thực nghiệm của Lê Mạnh Đức trên máy phay Mazak VC530 cho thấy sự tương tác phức tạp giữa các thông số này. Ví dụ, ảnh hưởng của tốc độ cắt đến biến dạng phụ thuộc nhiều vào lượng chạy dao đang được sử dụng. Do đó, không thể xem xét các thông số một cách độc lập mà phải tìm ra một tổ hợp tối ưu, cân bằng giữa chất lượng và hiệu quả kinh tế cho việc phay CNC nhôm vách mỏng.

3.1. Xác định tốc độ cắt phay nhôm Vc và bước tiến dao F

Tốc độ cắt phay nhôm (Vc) là vận tốc dài của điểm ngoài cùng trên lưỡi cắt so với chi tiết. Thông số này ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ vùng cắt và sự hình thành lẹo dao. Với hợp kim nhôm, có thể gia công ở tốc độ cao, nhưng cần có dung dịch tưới nguội cho nhôm đầy đủ để kiểm soát nhiệt. Bước tiến dao (lượng chạy dao răng Sz) là quãng đường bàn máy dịch chuyển sau khi một lưỡi cắt đi qua. Thông số này quyết định độ dày phoi và ảnh hưởng trực tiếp đến lực cắt và độ nhám bề mặt. Theo lý thuyết, tăng bước tiến dao sẽ làm tăng độ nhám, tuy nhiên trong thực tế, một bước tiến quá nhỏ có thể gây ra hiện tượng trượt, làm chai cứng bề mặt và tăng rung động. Cần tìm một khoảng giá trị hợp lý cho cả Vc và F để vừa đảm bảo năng suất, vừa kiểm soát được chất lượng bề mặt.

3.2. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt dọc trục ap và hướng kính ae

Chiều sâu cắt dọc trục (ap) và hướng kính (ae) là hai thông số quan trọng trong chiến lược gia công. Chiều sâu cắt lớn giúp loại bỏ vật liệu nhanh chóng nhưng làm tăng đáng kể lực cắt và nguy cơ biến dạng. Đối với kỹ thuật phay chi tiết mỏng, chiến lược gia công thô thường sử dụng ap lớn và ae nhỏ, gọi là phay cao tốc (HSM), để giảm lực hướng kính tác động lên thành mỏng. Ngược lại, trong gia công tinh, ap nhỏ được ưu tiên để đạt được độ nhám bề mặt tốt nhất. Nghiên cứu chỉ ra rằng sự tương tác giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt có ảnh hưởng đáng kể đến lượng biến dạng của chi tiết. Việc lựa chọn tổ hợp ap và ae phù hợp với độ cứng còn lại của thành mỏng ở mỗi lớp cắt là chìa khóa để kiểm soát sai lệch hình học.

IV. Top chiến lược chạy dao và gá kẹp khi phay chi tiết mỏng

Ngoài việc tối ưu các thông số cắt, chiến lược chạy dao và phương pháp gá kẹp chi tiết mỏng là hai yếu tố có tầm quan trọng đặc biệt trong việc kiểm soát biến dạng và chất lượng bề mặt. Một chiến lược chạy dao không hợp lý có thể tạo ra lực cắt không đều, gây rung động và làm biến dạng chi tiết ngay cả khi chế độ cắt đã được tối ưu. Các chiến lược phổ biến bao gồm phay thuận, phay nghịch, chạy dao zig-zag, hoặc các đường chạy dao trochoidal trong phay cao tốc (HSM). Mỗi chiến lược có ưu và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phụ thuộc vào hình dạng chi tiết, độ cứng vững và yêu cầu về chất lượng bề mặt. Tương tự, gá kẹp là nền tảng để đảm bảo sự ổn định của chi tiết trong suốt quá trình gia công. Lực kẹp phải đủ lớn để chống lại lực cắt nhưng không được quá mạnh để làm biến dạng phôi. Vị trí các điểm kẹp cần được tính toán cẩn thận để hỗ trợ các vùng yếu nhất của chi tiết. Sử dụng đồ gá chuyên dụng, đồ gá chân không hoặc các vật liệu hỗ trợ có thể là giải pháp hiệu quả để nâng cao độ cứng vững của hệ thống.

4.1. Lựa chọn chiến lược chạy dao để giảm thiểu lực cắt

Chiến lược chạy dao đóng vai trò quyết định trong việc phân bổ lực cắt. Phay thuận (climb milling) thường được ưu tiên khi phay hợp kim nhôm vì nó tạo ra phoi dày ở đầu và mỏng dần, giúp giảm ma sát, nhiệt cắt và kéo dài tuổi thọ dao. Tuy nhiên, nó có thể gây rung động nếu hệ thống máy không đủ cứng vững. Ngược lại, phay nghịch (conventional milling) tạo ra lực hướng lên, có xu hướng nâng chi tiết khỏi bàn máy. Các chiến lược hiện đại như phay trochoidal hay peel milling sử dụng đường chạy dao tròn để duy trì góc ăn dao không đổi và giảm tải trọng đột ngột lên dao, rất hiệu quả để phá thô các hốc sâu hoặc rãnh trên chi tiết mỏng. Đối với gia công tinh, các đường chạy dao song song hoặc contour theo biên dạng chi tiết giúp tạo ra bề mặt đồng đều.

4.2. Kỹ thuật gá kẹp chi tiết mỏng chống biến dạng hiệu quả

Phương pháp gá kẹp chi tiết mỏng cần đảm bảo hai yếu tố: cố định chắc chắn và không gây biến dạng ban đầu. Sử dụng mỏ kẹp cơ khí truyền thống cần cẩn thận với lực kẹp; nên dùng các tấm đệm để phân bổ lực trên diện tích rộng. Một giải pháp tiên tiến là sử dụng bàn gá chân không, cung cấp lực giữ đều trên toàn bộ bề mặt đáy của chi tiết, lý tưởng cho các chi tiết dạng tấm mỏng. Đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp, có thể sử dụng đồ gá theo biên dạng hoặc đổ các vật liệu hỗ trợ có nhiệt độ nóng chảy thấp (như sáp) vào các hốc để tăng độ cứng vững trong quá trình gia công, sau đó loại bỏ chúng. Việc bố trí các điểm kẹp và điểm hỗ trợ phụ phải được tính toán để giảm thiểu độ võng của thành mỏng dưới tác dụng của lực cắt.

V. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa thông số phay nhôm A6061

Nghiên cứu thực nghiệm của Lê Mạnh Đức (2019) đã áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để xác định ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến biến dạng và độ nhám bề mặt khi gia công nhôm 6061. Các thông số được khảo sát bao gồm vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và chiều rộng cắt. Kết quả phân tích tỷ số Tín hiệu trên Nhiễu (S/N) và phân tích phương sai (ANOVA) đã cung cấp những kết luận khoa học quan trọng. Cụ thể, nghiên cứu đã chỉ ra mức độ ảnh hưởng của từng thông số đến các đầu ra chất lượng. Đối với biến dạng chi tiết, lượng chạy dao và chiều rộng cắt được xác định là hai yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất. Trong khi đó, đối với độ nhám bề mặt, lượng chạy dao lại là yếu tố chi phối tuyệt đối. Những kết quả này cung cấp một cơ sở khoa học vững chắc để các kỹ sư và người vận hành máy có thể lựa chọn bộ thông số phay nhôm tối ưu, không chỉ dựa vào kinh nghiệm mà còn dựa trên dữ liệu thực nghiệm, nhằm cải thiện chất lượng sản phẩm và nâng cao hiệu quả sản xuất khi phay hợp kim nhôm thành mỏng.

5.1. Ảnh hưởng của thông số công nghệ tới biến dạng chi tiết

Kết quả thực nghiệm cho thấy, trong các yếu tố được khảo sát, lượng chạy dao có ảnh hưởng mạnh nhất đến lượng biến dạng của chi tiết, chiếm tỷ lệ cao nhất trong tổng phương sai. Điều này là do lượng chạy dao lớn làm tăng lực cắt một cách đáng kể. Yếu tố có ảnh hưởng lớn thứ hai là chiều rộng cắt (ae). Một chiều rộng cắt lớn hơn có nghĩa là dao tiếp xúc với vật liệu trên một cung dài hơn, làm tăng tổng lực tác động lên vách mỏng. Vận tốc cắt và chiều sâu cắt (ap) có ảnh hưởng nhỏ hơn. Phân tích tương tác giữa các yếu tố cũng cho thấy sự kết hợp giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao có thể tạo ra các hiệu ứng cộng hưởng, làm tăng hoặc giảm biến dạng. Từ đó, bộ thông số tối ưu để giảm thiểu biến dạng được đề xuất là sử dụng lượng chạy dao và chiều rộng cắt ở mức thấp, kết hợp với vận tốc cắt ở mức cao.

5.2. Yếu tố quyết định đến độ nhám bề mặt gia công Ra Rz

Đối với độ nhám bề mặt, kết quả nghiên cứu khẳng định lại một quy luật cơ bản trong gia công cắt gọt: lượng chạy dao là yếu tố có ảnh hưởng mang tính quyết định. Lượng chạy dao càng lớn, các đỉnh nhấp nhô do quỹ đạo của lưỡi cắt để lại trên bề mặt càng cao, dẫn đến giá trị Ra và Rz tăng. Các yếu tố khác như vận tốc cắt, chiều sâu cắt và chiều rộng cắt cũng có ảnh hưởng nhưng ở mức độ thấp hơn nhiều. Vận tốc cắt cao trong một khoảng nhất định có thể cải thiện độ bóng bề mặt do giảm hiện tượng lẹo dao và quá trình cắt diễn ra ổn định hơn. Dựa trên phân tích, để đạt được độ nhám bề mặt thấp nhất, khuyến nghị hàng đầu là giảm lượng chạy dao đến mức thấp nhất có thể, đồng thời duy trì vận tốc cắt ở mức trung bình đến cao. Đây là thông tin quan trọng cho các nguyên công gia công tinh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHAY CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM THÀNH MỎNG 1. Tổng quan hợp kim nhôm và các chi tiết dạng thành mỏng 1.1 Giới thiệu về hợp kim nhôm Ngày nay nhôm là kim loại rất quan trọng trong đời sống của con người, nhưng về mặt lịch sử nhôm thuộc loại nguyên tố “trẻ”. Nhôm được tìm ra năm 1808, công lao ấy thuộc về Dauy.

Nhờ các phản ứng hóa học ông đã tách được nguyên tố kim loại nhẹ có màu sáng gọi là Alumin. Bắt đầu từ những năm 30 của thế kỷ 19 người ta đã sản xuất nhôm trên quy mô công nghiệp bằng phương pháp khoa học, tuy nhiên sản lượng hàng năm rất nhỏ. Từ năm 1854 đến 1890 toàn thế giới sản xuất được khoảng 200 tấn nhôm, vào năm 1890 nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch ôxít nhôm (Al2O3) nóng chảy trong Criolit (Na3AlF6). Chỉ trong vòng chín năm từ năm 1890 đến 1899 thế giới sản xuất được 2800 tấn nhôm.

Riêng năm 1930 sản lượng đạt tới 270.000 tấn, năm 1968 sản lượng nhôm là 8.200 tấn, từ năm 1960 hàng năm sản lượng tăng 15%, những năm gần đây chỉ tăng 5%/năm. Ngày nay khi nhịp độ sản xuất tăng lên mạnh hơn, vị trí của vật liệu kim loại này được đưa lên hàng thứ hai sau thép. Hợp kim nhôm đầu tiên ra đời vào năm 1906, đó là hợp kim do Alfred Weinmer tìm ra, hiện nay được phát triển thành các Đura (hợp kim nhôm biến dạng điển hình được dùng trong kỹ thuật hàng không) trên cơ sở Al-CuMg (có 95% Al, 4% Cu và 1% Mg) đang được sử dụng rộng rãi. Sản lượng và nhu cầu ứng dụng nhôm so với các kim loại kết cấu khác tăng lên không ngừng.

Những ưu điểm chính của nhôm là trọng lượng riêng nhỏ, độ dẫn điện dẫn nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn trong nhiều môi trường khá tốt. Độ bền riêng của hợp kim nhôm khoảng 16,5 trong khi đó của thép là 15,4. Vì vậy khi ứng dụng hợp kim nhôm làm vật liệu kết cấu và khuôn mẫu nó tỏ ra có Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 13 những ưu điểm lớn, về mặt trữ lượng nhôm nhiều hơn sắt, theo tính toán nhôm chiếm khoảng 8,8% còn sắt chỉ chiếm 5,1% trọng lượng vỏ trái đất. Nhôm là nguyên tố có dạng mạng tinh thể lập phương tâm mặt, có màu sáng bạc, và có những đặc điểm sau : - Khối lượng riêng nhỏ (2,8 g/cm3 ) chỉ khoảng 1/3 so với thép.

Do vậy làm giảm khối lượng kết cấu, chi tiết, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không, vận tải…. - Có tính chống mòn nhất định trong khí quyển do luôn có lớp màng ôxít (Al2O3) phủ trên lớp bề mặt có tính bảo vệ cao. - Có tính dẫn điện cao: tính dẫn điện kém hơn vàng, bạc, đồng Phân loại và kí hiệu của hợp kim nhôm Ký hiệu: Để ký hiệu các hợp kim nhôm người ta thường dùng hệ thống đánh số theo AA (Aluminum Association) của Hoa kỳ bằng xxxx cho loại biến dạng và xxx.x cho loại đúc, trong đó: - Số đầu tiên có các ý nghĩa sau. Loại biến dạng: 1xxx - nhôm sạch (≥ 99,0%) 2xxx - Al - Cu, Al - Cu – Mg 3xxx - Al – Mn 4xxx - Al – Si 5xxx - Al – Mg 6xxx - Al - Mg – Si 7xxx - Al - Zn – Mg, Al - Zn - Mg – Cu 8xxx - Al - các nguyên tố khác Loại đúc: 1xx.x - nhôm thỏi sạch thương phẩm, 2xx.x - Al – Cu 3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si – Cu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.x - Al – Si 5xx.x - Al – Mg 6xx.x - Al – Zn 8xx.

Ba số tiếp theo được tra theo bảng trong các tiêu chuẩn cụ thể. Để ký hiệu trạng thái gia công và hóa bền, các nước phương Tây thường dùng các ký hiệu sau. F: trạng thái phôi thô, O: ủ và kết tinh lại, H: hóa bền bằng biến dạng nguội, trong đó H1x (x từ 1 đến 9): thuần túy biến dạng nguội với mức độ khác nhau, H2x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ủ hồi phục, H3x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ổn định hóa, T: hóa bền bằng tôi + hóa già, trong đó T1: biến dạng nóng, tôi, hóa già tự nhiên, T3: tôi, biến dạng nguội, hóa già tự nhiên, T4: tôi, hóa già tự nhiên (giống đoạn đầu và cuối của T3), T5: biến dạng nóng, tôi, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T1), T6: tôi, hóa già nhân tạo (đoạn đầu giống T4), T7: tôi, quá hóa già, T8: tôi, biến dạng nguội, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T3), T9: tôi, hóa già nhân tạo, biến dạng nguội (hai đoạn đầu giống T6). TCVN 1659-75 có quy định cách ký hiệu hợp kim nhôm được bắt đầu bằng Al và tiếp theo lần lượt từng ký hiệu hóa học của nguyên tố hợp kim cùng chỉ số % của nó, nếu là hợp kim đúc sau cùng có chữ Đ.

Ví dụ AlCu4Mg là hợp kim nhôm chứa ~4%Cu, ~1%Mg. Với nhôm sạch bằng Al và số chỉ phần trăm của nó, ví dụ Al99, Al99,5. Đặc điểm hình học của các chi tiết thành mỏng Các chi tiết dạng thành mỏng thường được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm các lĩnh vực oto hàng không và máy chính xác. Nói chung, các chi tiết có độ dày trong khoảng từ 1 đến 5 mm được coi là chi tiết dạng thành mỏng (như hình 1.

Đặc biệt các chi tiết thành mỏng bằng hợp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 15 kim nhôm được sử dụng phổ biến trong ngành hàng không vì nó có nhiều ưu điểm, như: - Khối lượng của chi tiết dạng thành mỏng giảm đáng kể so với chi tết đặc mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác cũng như đảm bảo khả năng chịu lực [1]. Sử dụng các chi tiết thành mỏng có thể loại bỏ tới 95% trọng lượng của khối chi tiết lắp ráp ban đầu [2]. - Sử dụng chi tiết dạng thành mỏng có thể giảm giá thành sản xuất nhờ việc giảm khối lượng lắp ráp, giảm vật liệu, giảm chi phí quản lý, giảm chi phí lưu kho. - Sử dụng chi tiết thành mỏng có thể tăng được độ chính xác tổng hợp của sản phẩm [1].

1 Chi tiết có dạng thành mỏng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc. Tổng quan về quá trình phay và quá trình hình thành phoi 1. Giới thiệu về quá trình phay Phay là một phương pháp gia công cắt đi một lớp kim loại (hay còn gọi là lượng dư gia công để tạo thành phoi) trên bề mặt của phôi để được chi tiết có hình dáng, kích thước, độ chính xác, độ bóng theo yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ. Quá trình đó được thực hiện trên các máy phay.

Phay là phương pháp gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn cấp 3-4 và độ bóng không hơn cấp 6, là một trong những phương pháp gia công đạt năng suất cao nhất. Bằng phương pháp phay người ta có thể gia công mặt phẳng, định hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt tròn xoay, trục then hoa, cắt ren, bánh răng… Phay có thể dùng để gia công tinh, gia công lần cuối để đạt được độ bóng, độ chính xác cao, dễ cơ khí hoá, tự động hoá, cho năng suất cao, dùng trong sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và hàng khối. Số lượng nguyên công gia công cắt gọt đạt tới 60% - 70% công việc gia công cơ khí thì nguyên công phay cũng chiếm một tỷ lệ lớn. Máy phay có số lượng nhiều, chiếm tỷ lệ lớn và giữ một vị trí quan trọng trong các Nhà máy, Phân xưởng cơ khí.

Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi, trong quá trình cắt ngoài những đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện, còn có những đặc điểm sau: - Dao phay có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt, nên năng suất cắt khi phay cao hơn khi bào. - Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng thân dao phay thường lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt. - Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động trong quá trình cắt. - Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả năng tồn tại lẹo dao ít.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.2 Quá trình cắt khi phay Quá trình cắt kim loại thực chất là sử dụng dụng cụ hình chêm để hớt đi một lớp kim loại từ phôi. Lực tác dụng sinh ra do sự tương tác giữa dụng cụ cắt và phôi, đối với phương pháp phay thì sự tương tác đó là chuyển động quay của dao phay và sự cản trở lại chuyển động quay của phôi. Như vậy, lực tác dụng phải đủ lớn để tạo ra trong kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu gia công (khả năng liên kết giữa các tinh thể kim loại), đồng thời phải thắng được lực cản do ma sát trong quá trình gia công bao gồm: - Ma sát giữa các tinh thể kim loại khi trượt lên nhau; - Ma sát giữa phoi và mặt trước của dao trong quá trình tạo phoi; - Ma sát giữa bề mặt đã gia công với mặt sau của dao. Quá trình hình thành phoi đã được nhiều tác giả như: Trent, Wright [4], Zorev N.N và các đồng nghiệp [5], Doyle E.D [6], nghiên cứu với nhiều cách tiếp cận khác nhau.

Tất cả các nghiên cứu đó đều kết luận rằng khi chịu tác dụng của lực, kim loại bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo rồi biến dạng phá huỷ. 2 Quá trình hình thành phoi [5] Khi quá trình cắt xảy ra, trước tiên là các tinh thể kim loại bị dồn ép (nén), khi lực tác dụng vượt quá giới hạn bền của vật liệu thì các tinh thể kim loại bị trượt lên nhau và tách ra khỏi vật gia công tạo thành phoi. Quá trình biến dạng đó xảy ra trong một vùng mà ta có thể gọi là vùng tạo phoi (giới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 18 hạn bởi đường cong OA, OE, hình 1. Trong vùng này có những mặt trượt OA, OB, OC, OD, OE.

Vật liệu gia công trượt theo những mặt đó, các tinh thể kim loại bị xếp chồng lên nhau. Tuỳ theo cấu trúc của vật liệu gia công, chế độ cắt mà có thể tạo ra phoi vụn, phoi xếp hay phoi dây.