- NGUYỄN ANH TUẤN Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt khi gia công các vật liệu thép các bon thông thường trên máy phay CNC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : GS.TS. - Chất lượng hình học của bề mặt gia công . - Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công . - Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt . - Các nguyên nhân ảnh hưởng đến độ biến cứng lớp bề mặt. - Ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt . - Phương pháp đạt độ nhẵn bề mặt . - Phương pháp đạt độ cứng bề mặt . - phương pháp đạt ứng suất dư bề mặt . - Tiêu chuẩn các nước Chương 4: ĐIỀU KHIỂN CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐỂ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU THÉP CACBON THƯỜNG TRÊN MÁY PHAY CNC . - 16 2 1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt 16 3 1.3 Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô và lượng tiến dao khi tiện. - Chất lượng của chi tiết chính là khả năng làm việc của nó, khả năng làm việc của chi tiết máy chịu ảnh hưởng quyết định bởi các thông số về chất lượng bề mặt - 11 - làm việc. - Vì vậy muốn đạt được khả năng làm việc của chi tiết máy được hiệu quả nhất thì phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng bề mặt, để giải quyết vấn đề đó thì ta phải tìm được mối quan hệ giữa các thông số chất lượng bề mặt như Ra, Rz,...với các điều kiện gia công như chế độ cắt (V, t, S), thông số hình học của dao ...Dựa vào mối quan hệ đó thì người làm công nghệ có thể điều khiển các thông số công nghệ của máy và dao để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công, từ đó dẫn đến tăng năng suất do(Khai thác được tối đa công suất của máy) và hạ giá thành sản phẩm tiến tới tối ưu hóa quá trình cắt gọt trên máy đó. - Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên tác giả chọn đề tài: “Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt khi gia công các vật liệu thép các bon thông thường trên máy phay CNC”. - Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công thực chất là xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt(đầu ra) với thông số công nghệ(đầu vào) sau đó các nhà công nghệ dựa vào mối quan hệ đó để điều khiển chế độ cắt phù hợp cho máy và dao trong quá trình gia công đạt được yêu cầu chất lượng bề mặt. - Nguyễn Ngọc Ánh, Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy khi gia công trên máy phay CNC, Luận văn cao học, ĐHBKHN (2002. - Phan Công Trình, Nghiên cứu - 12 - các ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy khi gia công trên máy phay CNC, Luận văn cao học, ĐHBKHN (2006. - Hà Quang Sáng , Xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với các thông số công nghệ khi gia công vật liệu có tính dẻo cao trên máy tiện CNC, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK-HN (2006). - Nguyễn Quốc Tuấn, Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy khi gia công vật liệu Nhôm và hợp kim Nhôm trên máy phay CNC, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK-HN (2007). - Nguyễn Thị Linh, Nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài thép SUJ 2 bằng đá mài CBN trên máy mài phẳng, Luận văn thạc sỹ, ĐHKTCN - THÁI NGUYÊN…… Trong nhóm đề tài trên có nhiều đề tài trực tiếp nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, điều đó chứng tỏ việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy là rất quan trọng. - Mục đích nghiên cứu là: Đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công thép cacbon thông thường trên máy phay CNC(DMU 60T), từ đó xác lập mối quan hệ giữa các thông số độ nhám bề mặt với chế độ cắt để người làm công nghệ điều khiển máy gia công với chế độ cắt phù hợp theo độ nhám yêu cầu. - Chất lượng bề mặt khi gia công thép cacbon thông thường trên máy phay CNC - Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công khi gia công vật liệu thép cacbon thông thường trên máy phay CNC. - Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy gồm nhiều yếu tố như thông số chế độ cắt, thông số hình học của dao… Phạm vi nghiên - 13 - cứu của đề tài là tìm ra mối quan hệ của chất lượng bề mặt chi tiết máy Ra với các thông số chế độ cắt V, t, S khi phay vật liệu thép cacbon thông thường trên máy CNC. - Vật liệu gia công là thép cacbon C45 và S50C. - Đối tượng gia công là phay công tua ngoài - Thiết bị đo độ nhấp nhô tế vi bề mặt của hãng Mitutoyo – Nhật Bản 4. - Nghiên cứu khái quát về chất lượng bề mặt gia công và các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số đặc trưng cho chất lượng bề mặt gia công. - Đánh giá chất lượng bề mặt khi phay trên máy phay CNC. - Thực nghiệm với điều kiện thực tế, đo và kiểm tra kết quả thực nghiệm, Xử lý số liệu, xây dựng mô hình thực nghiệm về quan hệ giữa độ nhám bề mặt gia công với chế độ cắt khi khi phay vật liệu thép cacbon trên máy phay CNC . - Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu trên của tác giả sẽ đóng góp thêm vào ngân hàng tra cứu cho các nhà công nghệ trong quá trình khai thác và sử dụng máy phay CNC với hiệu quả cao nhất để gia công chi tiết đảm bảo yêu cầu của chất lượng bề mặt. - Đạt được khả năng cho năng suất cao nhất nhưng vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt theo yêu cầu trong sản xuất. - Độ chính xác về kích thước các bề mặt. - Độ chính xác về hình dáng các bề mặt. - Độ chính xác về vị trí tương quan các bề mặt. - Chất lượng bề mặt. - Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của lớp bề mặt. - Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt chi tiết máy bao gồm: -Hình dáng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám. - -Trạng thái và tính chất cơ lý lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu lớp biến cứng, ứng suất dư. - -Chất lượng bề mặt chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ thể. - Chất lượng bề mặt là mục tiêu chủ yếu cần đạt được ở bước gia công tinh của các chi tiết máy. - Lớp bề mặt chi tiết máy khác với lớp lõi về cáu trúc của kim loại, về tính chất cắt gọt và trạng thái biến cứng. - Nguyên nhân chính của sự khác nhau là sự biến dạng dẻo lớp bề mặt. - Chất lượng hình học của bề mặt gia công Bề mặt sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà có những nhấp mô. - Những nhấp mô này là do qúa trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết khi - 16 - Hình 1.2. - Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt h3h2 h1 Hình 1.1. - Các yếu tố hình học của lớp bề mặt. - h1 : Sai lệch hình dạmg h2 : Sóng bề mặt h3 : Độ nhám bề mặt gia công cắt gọt, và là vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt gia công, là ảnh hưởng của chấn động khi cắt và nhiều nguyên nhân khác. - Rung động sẽ tạo ra chuyển động tương đối giữa phôi và dao dẫn đến độ nhám và độ sóng bề mặt tăng. - Khi thay đổi chế độ cắt bằng cách tăng lực cắt và mức độ biến dạng dẻo thì mức độ biến cứng bề mặt tăng. - Khi tiện mức độ biến cứng bề mặt chi tiết gia công sẽ tăng nếu tăng lượng tiến dao S và bán kính mũi dao r (hình 1.8. - 25 - Hình 1.9 - Ảnh hưởng của góc trước tới lớp biến cứng bề mặt [8]. - Hình 1.8 - Ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và bán kính lưỡi cắt (r) đến độ biến cứng bề mặt. - Nói cung chế độ cắt, hình dáng hình học dụng cụ cắt và dung dịch trơn nguội là những yếu tố ảnh hưởng nhiều đến sự hình thành ứng suất dư bề mặt chi tiết máy, kể cả ứng suất tiếp tuyến, pháp tuyến và hướng trục. - PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT Để đảm bảo chất lượng bề mặt gia công, trước hết phải chuẩn bị hệ thống công nghệ tốt. - Ở đây đưa ra phương pháp đảm bảo về độ nhẵn bề mặt, chiều sâu và mức độ biến cứng bề mặt và ứng suất dư bề mặt. - Phương pháp đạt độ nhẵn bề mặt Có thể chọn phương pháp gia công với chế độ cắt hợp lý để tạo ra độ nhẵn (độ nhám) đạt giá trị yêu cầu. - Phương pháp đạt độ cứng bề mặt Chiều sâu và mức độ biến cứng bề mặt phụ thuộc vào phương pháp gia công. - cho biết khả năng biến cứng của các phương pháp gia công. - phương pháp đạt ứng suất dư bề mặt Khi gia công bằng dụng cụ cắt có lưỡi thì ứng suất dư phụ thộc vào biến dạng đàn hồi của vật liệu gia công và dụng cụ cắt, đồng thời cũng phụ thuộc vào chế độ cắt thông số hình học của dao và dung dịch trơn nguội. - Các thành phần khác nhau trên bề mặt gia công thường có ứng suất dư khác nhau về trị số và dấu, nên ảnh hưởng của chế độ cắt, của thông số hình học dụng cụ cắt, của dung dịch trơn nguội đối với ứng suất dư cũng khác nhau. - Dựa vào những kết quả nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến ứng suất dư lớp bề mặt của chi tiết gia công có thể kết luận sơ bộ như sau [5. - Tăng vận tôc cắt (v) hoặc tăng lượng chạy dao (S) có thể tăng hoặc giảm ứng suất dư bề mặt chi tiết máy. - NHẬN XÉT Chất lượng bề mặt bao gồm nhiều yếu tố, do nhiều thông số tác động với các mức độ khác nhau, như các thông số công nghệ, vật liệu, dụng cụ cắt… Do hạn chế về thời gian và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn nên đề tài chỉ tập trung vào việc tìm hiểu sự ảnh hưỏng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi phay trên máy CNC, vật liệu gia công là thép 45 và thép S50C để điều khiển các thông số đó. - Các yếu tố của chất lượng bề mặt có ảnh hưởng đến chức năng làm việc của chi tiết theo từng mức độ nhất định. - Do đó khi gia công hai loại vật liệu này thì chất lượng bề mặt cần quan tâm đó là độ nhám bề mặt. - Vì vậy tìm hiểu và khống chế độ nhám bề mặt - 29 - khi gia công thép cacbon thông thường là một yêu cầu tất yếu của quá trình gia công. - Trong các thông số tác động đến độ nhám bề mặt thì các thông số về chế độ cắt ảnh hưởng rõ nét nhất. - Do vậy nội dung của đề chỉ còn là việc xác định các thông số công nghệ ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công thép cacbon thông thường trên máy phay CNC. - Cụ thể là tìm mối liên hệ toán học giữa độ nhám bề mặt với các chế độ cắt. - Đặc biệt chúng có thể gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp. - Nói chung chúng có phạm vi sử dụng rất rộng, nhưng chủ yếu là dùng để gia công các chi tiết có các dạng bề mặt sau. - Các bề mặt nghiêng. - Tăng năng suất gia công. - Các dạng điều khiển số Khi gia công các chi tiết khác nhau thì các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi sự chuyển động khác nhau giữa dao và chi tiết. - Khâu chương trình gia công (programming), do vậy được thực hiện nhờ hệ thống lập trình có máy tính trợ giúp và các hệ xử lý thích nghi (hậu xử lý) phù hợp với máy. - 55 - Chương 4 ĐIỀU KHIỂN CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐỂ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG CÁC VẬT LIỆU THÉP CACBON THƯỜNG TRÊN MÁY PHAY CNC 4.1. - Như chương 1 đã trình bày, khả năng làm việc của chi tiết máy chịu ảnh hưởng bởi các thông số về chất lượng bề mặt chi tiết máy( Hình dáng hình học độ nhấp nhô, độ sóng, độ nhám. - Muốn đạt được khả năng làm việc của chi tiết máy hay bộ phận của chi tiết máy thì chi tiết đó phải đảm bảo được các yêu cầu về chất lượng bề mặt và phù hợp với điều kiện làm việc của chi tiết đó(Yêu cầu kỹ thuật). - Muốn chi tiết đạt được nhưng yêu cầu như vậy thì thì ta phải biết mối quan hệ giữa các thông số của chất lượng bề mặt chi tiết máy(Ra, Rz, σH. - với các điều kiện gia công như chế độ cắt (V, t, S) và thông số hình học của dao..v.v. - Trong đó chế độ cắt chịu ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt nhiều nhất và là yếu tố quyết định cho chất lượng của bề mặt đó. - Các công trình nghiên cứu đều chứng tỏ rằng chất lượng bề mặt của chi tiết gia công không chịu nhiều ảnh hưởng của nguyên công cuối mà còn chịu ảnh hưởng của các nguyên công trước đó trong suốt quá trình tạo nên chi tiết. - Tuy nhiên ảnh hưởng của các thông số công nghệ ở nguyên công cuối là chủ yếu tác động đến chất lượng bề mặt chi tiết máy đó. - Từ mối quan hệ đó ta có thể điều khiển các thông số công nghệ đã được chọn phù hợp để gia công được những sản phẩm đạt được các yêu cầu về chất lượng bề mặt và đảm bảo năng suất trong quá trình gia công. - Vì vậy: Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy trong suốt quá trình gia công chính là điều khiển lựa chọn các yếu tố của điều kiện gia công(V, t, S. - để đạt được chất lượng bề mặt phù hợp theo yêu cầu. - Để tiến hành công việc điều khiển các thông số công nghệ thì ta phải xác lập được mối quan hệ giữa chất lượng bề mặt chi tiết máy với các thông số công nghệ - 56 - theo một quy luật nhất định. - Khi có yêu cầu về chất lượng bề măt chi tiết máy ta có thể chọn và điều khiển các thông số công nghệ trong quá trình gia công một cách thuận lợi. - Vì vậy đề tài được giao sẽ tập trung vào hai loại vật liệu là: Thép cacbon C45 và S50C khi gia công trên máy CNC và xác lập mốt quan hệ giữa độ nhám bề mặt Ra với các thông số (V, t, S) của chế độ cắt. - Mục tiêu của việc xây dựng thí nghiệm là nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công thép cacbon thông thường trên máy phay CNC. - Để điều khiển được các thông số công nghệ thì ta phải xác định được mối qua hệ toán học giữa độ nhám bề mặt (Ra) với chế độ cắt (V,t,S) khi phay trên máy phay CNC. - Như đã nêu ở trên, chế độ cắt có ảnh hưởng lớn đến độ nhắm bề mặt. - Nghiên cứu sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đó, các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng mối quan hệ độ nhấp nhô tế vi lớp bề mặt có quan hệ với chế độ cắt tuân theo quy luật toán học của hàm số mũ (phi tuyến). - Ra = KRa.tα.Sβ.Vγ - 60 - Để xác định mô hình toán học về sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi cắt trên máy Phay CNC có giống như trên các thiết bị truyền thống hay không thì ta phải thử nghiệm. - Giả thiết mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và chế độ cắt tuân theo quy luật hàm số mũ(Phi tuyến). - x,y,z là số mũ tính đến sự ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt - được xác định bằng thực nghiệm. - Vì vậy muốn đạt được chất lượng bề mặt theo mong muốn thì nhà công nghệ quan tâm đến - 67 - bước tiến dao S là chủ yếu. - Và cũng dựa vào phương trình trên các nhà công nghệ có thể điều khiển các thông số công nghệ phù hợp để gia công chi tiết đảm bảo chất lượng bề mặt theo mong muốn của mình. - Đồ thị quan hệ Ra – V – t khi gia công thép C . - Đồ thị quan hệ Ra –V - S khi gia công thép C . - Đồ thị quan hệ S, t , Ra Khi gia công vật liệu thép C
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt