ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
NGUYỄN HOÀNG PHÚC
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG DAO CHỐNG RUNG ĐẾN
CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN LỖ SÂU VÀ
PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC DAO CHỐNG RUNG
Ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Mã số: 8520103
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2023.
Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG-TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. Phạm Huy Hoàng
Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS. Bùi Thanh Luân
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Phạm Minh Tuấn
Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. Lê Thể Truyền
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM,
ngày 24 tháng 06 năm 2023.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.
2.
3.
4.
5.
PGS. TS. Bùi Trọng Hiếu
TS. Bành Quốc Nguyên
TS. Phạm Minh Tuấn
PGS. TS. Lê Thể Truyền
PGS. TS. Trương Nguyên Luân Vũ
- Chủ tịch hội đồng.
- Thư ký hội đồng.
- Ủy viên Phản biện 1.
- Ủy viên Phản biện 2.
- Ủy viên hội đồng.
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập – Tự do – Hạnh phúc
___________________________
______________________________
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ, tên học viên: Nguyễn Hoàng Phúc
Ngày, tháng, năm sinh: 21/12/1994
Ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
MSHV: 2170604
Nơi sinh: Ba Tri - Bến Tre
Mã số: 8520103
TÊN ĐỀ TÀI:
a. Tên đề tài tiếng việt:
“Khảo sát ảnh hưởng dao chống rung đến chất lượng bề mặt khi tiện lỗ sâu và
phân tích động lực học dao chống rung”.
b. Tên đề tài tiếng anh:
“Survey the effects of anti-vibration tools on surface quality when deep holes
lathe and dynamic analysis of anti-vibration tools”.
I.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tìm hiểu lý thuyết về rung động, lý thuyết về chế độ cắt trong gia công và các lý
thuyết liên quan khác.
2. Phân tích sai số hình học về đường kính lỗ và ảnh hưởng của rung động đến chất
lượng bề mặt chi tiết khi tiện lỗ sâu, phân tích độ nhám bề mặt.
3. Phân tích cấu tạo và động lực học của dao chống rung.
4. Xây dựng các quy trình và thơng số thí nghiệm khi tiện lỗ sâu.
5. Phân tích, đánh giá kết quả và nhận xét sau thực nghiệm.
6. Đưa ra kết luận về kết quả đã thực hiện trong thực nghiệm.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 06 tháng 02 năm 2023.
III. NGÀY HOÀN THÀNH LUẬN VĂN: ngày 12 tháng 06 năm 2023.
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. Phạm Huy Hồng - TS. Bùi Thanh Ln
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1
PGS. TS. Phạm Huy Hoàng
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2
TS. Bùi Thanh Luân
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
ĐÀO TẠO
GV. TS. Hồ Triết Hưng
TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ
i
LỜI CÁM ƠN
Trên con đường học vấn tìm kiếm và học hỏi những kiến thức mới không chỉ là
mục tiêu để phát triển nghề nghiệp cho bản thân và trở thành người cơng dân có ích
cho xã hội. Trong suốt quá trình học tập tại trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM,
ngoài sự cố gắng, nghị lực của bản thân, em còn nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ, cũng
như sự ủng hộ của gia đình, thầy cơ và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, q thầy cơ và các bạn. Đặc
biệt hơn, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy PSG. TS Phạm Huy
Hoàng, người đã hướng dẫn em thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS. Bùi Thanh Luân đã hỗ trợ
máy móc, thiết bị đo trong q trình thực nghiệm tại nhà máy cơ khí Hiệp Phát.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS. Nguyễn Trí Dũng đã hỗ trợ
em sử dụng và thực hành thiết bị đo rung động trong quá trình thực nghiệm
Với sự chỉ bảo tận tình và đầy tâm huyết của quý thầy cô, em đã được cũng cố
lại kiến thức và học hỏi thêm nhiều điều bổ ích. Xin kính chúc q thầy cơ ln ln
có sức khỏe và sẽ còn tiếp tục truyền đạt kiến thức cho nhiều thế hệ sau hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
Học viên thực hiện:
Nguyễn Hoàng Phúc
ii
TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trong ngun cơng tiện lỗ sâu, tỷ lệ chiều dài trên đường kính L/D của dao tiện
lỗ sâu có ảnh hưởng quyết định đến sự ổn định của quá trình cắt, nghĩa là giá trị
khoảng cách chiều dài làm việc của cán dao là có giới hạn. Chiều dài làm việc của
cán dao ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của dao. Xu hướng rung động của dao
tiện lỗ sâu sẽ tăng theo tỷ lệ L/D. Rung động khi tiện lỗ có tác động bất lợi đến nhiều
khía cạnh khác nhau đến chất lượng sản phẩm như độ chính xác về kích thước và độ
bóng bề mặt. Việc sử dụng dao tiện chống rung khi tiện lỗ sâu sẽ giúp cải thiện năng
suất, không cần thay đổi các thông số kỹ thuật mà vẫn đáp ứng được bề mặt sau gia
công và nâng cao tuổi thọ dụng cụ cắt. Đặc tính của dao tiện chống rung là một chủ
đề nghiên cứu tích cực của nhiều nghiên cứu sinh và nhà khoa học hiện nay. Qua việc
khảo sát dao chống rung góp phần hiểu rỏ hơn về cấu tạo và nguyên lý của dao và từ
thực nghiệm tìm ra được phạm vi giới hạn làm việc đối với các chế độ gia công khác
nhau của dao chống rung, góp phần làm giảm thiểu thời gian lựa chọn chế độ cắt.
Việc nghiên cứu các ảnh hưởng và thực nghiệm trên dao chống rung là điều cấp thiết.
Do đó, em chọn đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng dao chống rung đến chất lượng bề mặt
khi tiện lỗ sâu và phân tích động lực học dao chống rung” làm đề tài luận văn tốt
nghiệp.
iii
ABSTRACT
In the deep hole turning operation, the length to diameter ratio (L/D) of the deep
hole turning tool has a decisive influence on the stability of the cutting process, the
working length distance value of the tool holder is limited. The working length of the
tool directly affects the stability of the tool. The vibration tendency of the wormhole
tool will increase with the (L/D) ratio. Vibration when turning holes has a detrimental
effect on various aspects of product quality such as dimensional accuracy and surface
finish. The use of anti-vibration turning tools when turning deep holes will help
improve productivity, without changing specifications, but still adapt the surface after
machining and prolong the life of the cutting tool. Through the survey of antivibration turning tools, it contributes to a better understanding of the structure and
principles of tools. Through experimentation, will be found the working limit range
for different machining modes of anti-vibration tools, contributing to minimizing the
time of choosing the hole turning machining mode. In the content of this research,
with the survey objective is to find the limited range of working mode of antivibration tool when processing deep hole turning in many different modes. Through
the evaluation of parameters of surface roughness and hole diameter to compare antivibration tools better than normal tools based on experimental data.
iv
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan dữ liệu và kết quả trong luận văn này là nghiên cứu độc lập
của tơi. Trong các đoạn được trích dẫn trong luận văn đã được liệt kê và thể hiện
trong phần tài liệu tham khảo. Đồng thời, dữ liệu có được là từ q trình thực nghiệm,
đây là kết quả nghiên cứu hồn tồn trung thực, khơng sao chép từ bất kỳ cơng trình
nghiên cứu nào khác. Nếu có sai sót, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm và chịu mọi
hình thức kỷ luật của khoa cũng như nhà trường.
TP.HCM, Ngày ... tháng ... năm 2023.
Học viên thực hiện:
Nguyễn Hoàng Phúc
v
MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................... I
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ............................................................... III
ABSTRACT ................................................................................................... IV
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ V
MỤC LỤC ...................................................................................................... VI
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... X
DANH MỤC BẢNG ................................................................................... XIII
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .............................................................1
1.1 -
TỔNG QUAN .........................................................................................1
1.2 -
MỤC TIÊU.............................................................................................2
1.3 -
GIẢ THIẾT ............................................................................................2
1.4 -
PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ..............................................................3
1.5 -
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................3
1.6 -
CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN ...................................................................4
1.7 -
PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ...................................................................5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ......6
2.1 -
CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CÔNG KIM LOẠI ...............................................6
2.1.1 - Tổng quan về gia công kim loại ......................................................6
2.1.2 - Chế độ cắt khi gia cơng ...................................................................7
2.1.3 - Sự hình thành bề mặt trên chi tiết trong quá trình cắt .....................9
2.1.4 - Các mặt phẳng cơ bản trong q trình gia cơng .............................9
2.1.5 - Thành phần và cấu tạo chính của dụng cụ cắt ..............................10
2.1.6 - Thơng số hình học của dao ở trạng thái tĩnh .................................12
2.1.7 - Thơng số hình học của dao trong q trình cắt .............................13
2.1.8 - Các thơng số của lớp vật liệu bị cắt ..............................................17
vi
2.2 -
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ RUNG ĐỘNG .....................................................18
2.2.1 - Lý thuyết về rung động .................................................................18
2.2.2 - Nhược điểm của rung động trong gia công ...................................18
2.2.3 - Phân loại rung động ......................................................................19
2.2.3.1 - Rung động tự do .....................................................................19
2.2.3.2 - Rung động cưỡng bức trong gia công ....................................19
2.2.3.3 - Cộng hưởng rung động trong gia cơng ..................................20
2.2.4 - Vai trị của lực cắt đối với rung động ...........................................20
2.2.5 - Sự ổn định của máy công cụ đối với rung động ...........................22
2.2.6 - Tỷ lệ L/D .......................................................................................23
2.3 -
CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ............................................................23
2.4 -
PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG .....................................................................24
2.4.1 - Phương trình chuyển động ............................................................24
2.4.2 - Phân tích động lực học tuyến tính .................................................26
2.5 -
ĐỘNG LỰC HỌC RUNG ĐỘNG..............................................................27
2.5.1 - Hệ một bậc tự do ...........................................................................28
2.5.2 - Hệ nhiều bậc tự do ........................................................................30
2.5.3 - Hệ liên tục .....................................................................................32
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC DAO TIỆN CHỐNG
RUNG .......................................................................................................................34
3.1 -
THIẾT KẾ QUY TRÌNH MƠ PHỎNG .......................................................34
3.1.1 - Thiết kế quy trình ..........................................................................34
3.1.2 - Tổng quan Matlab .........................................................................35
3.2 -
PHÂN TÍCH CẤU TẠO DAO CHỐNG RUNG ............................................36
3.1.3 - Cấu tạo dao chống rung ................................................................36
3.1.4 - Cơ chế giảm rung động của dao ....................................................37
3.3 -
PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC DAO CHỐNG RUNG ..................................39
3.2.1 - Mơ hình tĩnh của dao ....................................................................39
3.2.2 - Mơ hình động lực học của dao ......................................................41
vii
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ QUY TRÌNH VÀ THỰC NGHIỆM .................43
4.1 -
QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM .................................................................43
4.1.1 - Mục tiêu thực nghiệm ...................................................................43
4.1.2 - Thiết kế quy trình thực nghiệm .....................................................43
4.2 -
VẬT LIỆU VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ..................................................43
4.2.1 - Thơng số và vật liệu Phôi ..............................................................43
4.2.2 - Thông số kỹ thuật dao tiện chống rung .........................................47
4.2.3 - Thông số kỹ thuật dao tiện thường ...............................................51
4.2.4 - Thông số máy tiện .........................................................................52
4.2.5 - Quy trình thực nghiệm tiện lỗ .......................................................57
4.3 -
XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ GIA CÔNG .................................................58
4.3.1 - Kiểm tra điều kiện ổn định máy ....................................................58
4.3.2 - Xác định chế độ gia công thô ........................................................59
4.3.3 - Xác định chế độ gia công tinh .......................................................59
4.3.4 - Chế độ gá dao trên máy.................................................................61
4.4 -
XÁC ĐỊNH HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG .......................................................61
4.4.1 - Phương pháp đo ............................................................................61
4.4.2 - Đo kích thước ................................................................................62
4.4.3 - Đo độ nhám bề mặt .......................................................................63
4.4.4 - Đo độ rung động............................................................................68
4.4.4.1 - Cở sở lý thuyết .......................................................................68
4.4.4.2 - Thiết kế quy trình đo rung động .............................................69
4.5 -
CHI PHÍ VÀ THỜI GIAN THỰC NGHIỆM DỰ KIẾN ..................................70
4.5.1 - Chi phí thực hiện ...........................................................................70
4.5.2 - Tiến độ thực nghiệm .....................................................................71
4.6 -
THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM ..................................................................72
CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH SỐ LIỆU ...........................................................77
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................94
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................96
viii
PHỤ LỤC A ....................................................................................................99
PHỤ LỤC B...................................................................................................102
PHỤ LỤC C ..................................................................................................105
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .............................................................107
ix
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 - Quy trình thực hiện luận văn. ..................................................................5
Hình 2.1 - Một số ví dụ về các bộ phận điển hình được gia cơng trên máy tiện. .....7
Hình 2.2 - Mơ hình điển hình trong q trình tiện....................................................8
Hình 2.3 - Mơ hình lượng chạy dao S trong quá trình tiện.......................................8
Hình 2.4 - Các bề mặt dao hình thành trong q trình gia cơng. ..............................9
Hình 2.5 - Biểu diễn mặt phẳng cơ bản trong quá trình tiện. .................................10
Hình 2.6 - Các thông số bề mặt của dao tiện. .........................................................11
Hình 2.7 - Thơng số hình học của dao ở trạng thái tĩnh. ........................................12
Hình 2.8 - Sự thay đổi giá trị các góc và khi gá trục dao khơng vng góc với
đường tâm phơi. ........................................................................................................14
Hình 2.9 - Mơ hình biểu diễn dao động trong dao tiện...........................................18
Hình 2.10 - Mơ hình biểu diễn tần số rung động tự do. ...........................................19
Hình 2.11 - .. Mơ hình biểu diễn tần số rung động cưỡng bức (f = tần số và A = Biên
độ)..............................................................................................................................19
Hình 2.12 - Mơ hình biểu diễn tần số rung động cộng hưởng. .................................20
Hình 2.13 - Lực cắt của dao gây rung khi gia cơng kim loại. ..................................20
Hình 2.14 - . Trường hợp lực cắt động có thể ảnh hưởng đến rung động cộng hưởng.
...................................................................................................................................21
Hình 2.15 - Sự bất thường trong cấu trúc vật liệu gây ra rung động. .......................22
Hình 2.16 - Các thông số ổn định (Tlusty và Tobias) máy cơng cụ. ........................22
Hình 3.1 - Quy trình thực hiện mơ phỏng...............................................................34
Hình 3.2 - Giao diện cơng cụ phần mềm Matlab. ...................................................35
Hình 3.3 - Thành phần cấu tạo tổng thể dao chống rung. .......................................36
Hình 3.4 - Thành phần cấu tạo bên trong thân dao chống rung. ............................36
Hình 3.5 - Thành phần cấu tạo đầu dao chống rung. ..............................................37
Hình 3.6 - Mơ hình vật lý dao thường và dao chống rung. ....................................38
Hình 3.7 - Mơ hình động lực học của dao thường và dao chống rung. ..................38
Hình 3.8 - Kết quả phân tích mơ hình trên Matlab. ................................................39
Hình 3.9 - Mặt cắt ngang của dao. ..........................................................................40
x
Hình 3.10 - Mơ hình động học của dao chống rung. ................................................40
Hình 3.11 - Mơ hình vật lý dao thường và dao chống rung. ....................................41
Hình 3.12 - Kết quả phân tích mơ hình tốn trên matlab, Phụ lục C. .......................42
Hình 4.1 - Thiết kế quy trình thực nghiệm. ............................................................43
Hình 4.2 - Thơng số của Phơi thực nghiệm. ...........................................................44
Hình 4.3 - Mẫu Phơi thực tế. ..................................................................................44
Hình 4.4 - Mơ hình ký hiệu xác định kích thước lỗ hai đầu phơi. ..........................47
Hình 4.5 -.......... Mơ hình và thơng số cán dao chống rung theo nhà sản xuất Sandvik
Coromant. ..................................................................................................................47
Hình 4.6 - Mơ hình và thơng số đầu cắt theo nhà sản xuất Sandvik Coromant. ....48
Hình 4.7 - Mơ hình và thơng số đầu cắt theo nhà sản xuất Sandvik Coromant. ....50
Hình 4.8 - Mơ hình cán dao thường theo nhà sản xuất Sandvik Coromant. ..........51
Hình 4.1 - Thơng số cán dao thường theo nhà sản xuất Sandvik Coromant. .........51
Hình 4.2 - Máy tiện OKUMA - LR10. ...................................................................54
Hình 4.3 - Tháp gá dao. ..........................................................................................55
Hình 4.4 - Màn hình điều khiển. .............................................................................55
Hình 4.5 - Mơ hình trục X và Ys trên máy tiện LR10. ...........................................55
Hình 4.6 - Mơ hình trục 3D của tháp dao Terret. ...................................................55
Hình 4.7 -... Mơ hình trục chính máy tiện được tích hợp với motor dẫn động (built in
motor). .......................................................................................................................56
Hình 4.8 - Quy trình thực nghiệm tiện lỗ trên máy CNC. ......................................57
Hình 4.9 - Thiết lập sơ đồ thực nghiệm. .................................................................57
Hình 4.10 - Máy tiện OKUMA-LR10. .....................................................................58
Hình 4.11 - Xác định chế độ chiều sâu cắt trên phơi. ...............................................59
Hình 4.12 - Xác định chế độ gá dao. ........................................................................61
Hình 4.13 - Thước kẹp điện tử Mitutoyo. .................................................................62
Hình 4.14 - Panme đo đường kính ngồi. .................................................................63
Hình 4.15 - Đồng hồ đo lỗ. .......................................................................................63
Hình 4.16 - Kiểm tra mẫu bằng phương pháp so sánh mẫu Accretech. ...................63
Hình 4.17 - Máy đo độ nhám bề mặt Accretech. ......................................................64
xi
Hình 4.18 - Biều đồ mấp mơ giá trị đo trong khoảng chiều dài chuẩn.....................65
Hình 4.19 - Biều đồ mấp mơ giá trị đo theo Rmax...................................................66
Hình 4.20 - Bộ dụng cụ đo rung động. .....................................................................68
Hình 4.21 - Thiết lập mơ hình thực nghiệm đo độ rung. ..........................................69
Hình 4.22 - Đầu đo độ rung. .....................................................................................69
Hình 4.23 - Mơ hình hấp thu lực trên ụ gá dao. ........................................................70
Hình 4.24 - Thiết lập thí nghiệm...............................................................................72
Hình 4.25 - Đầu đo độ rung được gá lên ổ dao tiện thường và chống rung. ............72
Hình 4.26 - Kẹp phôi bằng cờ lê hiển thị giá trị lực kẹp. .........................................73
Hình 4.27 - Gá phơi trên mâm cặp máy tiện CNC. ..................................................74
Hình 4.28 - Kiểm tra đồng trục của phơi. .................................................................74
Hình 4.29 - Gá dao trên tháp dao máy tiện CNC......................................................74
Hình 4.30 - Kiểm tra lực kẹp dao và phơi. ...............................................................75
Hình 4.31 - Viết chương trình code cho máy CNC. .................................................75
Hình 4.32 - Lắp thiết bị đo cảm biến rung động. ......................................................75
Hình 5.1 - Biểu đồ phân bố xác suất đường kính lỗ - Thơ. ....................................79
Hình 5.2 - Biểu đồ phân bố xác suất đường kính lỗ - Tinh. ...................................81
Hình 5.3 - Kiểm định phân bố chuẩn của dữ liệu đường kính lỗ. ..........................82
Hình 5.4 - Biểu đồ phân bố kích thước của dữ liệu đường kính lỗ. .......................83
Hình 5.5 - Biểu đồ phân tích capacity của dữ liệu kích thước lỗ gia cơng - Thơ. ..83
Hình 5.6 - Kiểm định phân bố chuẩn của dữ liệu đường kính lỗ. ..........................84
Hình 5.7 - Biểu đồ phân bố kích thước của dữ liệu đường kính lỗ. .......................85
Hình 5.8 - Biểu đồ phân tích capacity của dữ liệu kích thước lỗ gia cơng tinh. ....85
Hình 5.9 - Chế độ gá phơi trên mâm cặp máy tiện CNC. .......................................86
Hình 5.10 - Chế độ gá dao trên tháp dao máy tiện CNC. .........................................87
Hình 5.11 - Tần số rung động của dao thường gia cơng – THƠ. .............................87
Hình 5.12 - Khoảng cách đo độ nhám bền mặt lỗ. ...................................................89
xii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 - Một số mơ hình hàm giảm rung động: ..................................................32
Bảng 4.1 - Thành phần hóa học: .............................................................................45
Bảng 4.2 - Tính chất cơ tính mác thép C45: ...........................................................46
Bảng 4.3 - Độ cứng thép C45:.................................................................................46
Bảng 4.4 - Bảng hướng dẫn xác định kích thước lỗ của Phơi trước khi gia công: .47
Bảng 4.5 - Thông số kỹ thuật cán dao chống rung: ................................................48
Bảng 4.6 - Thông số kỹ thuật đầu cắt:.....................................................................49
Bảng 4.7 - Thông số gia công của mảnh dao T:......................................................50
Bảng 4.8 - Thông số kỹ thuật mảnh dao T: .............................................................50
Bảng 4.9 - Thông số kỹ thuật cán dao thường: .......................................................52
Bảng 4.10 - Thông số chế độ gia công tinh dao thường – Normal: ..........................60
Bảng 4.11 - Thông số chế độ gia công tinh dao chống rung – Anti: ........................60
Bảng 4.12 - Thông số kỹ thuật của máy đo độ nhám Surfcom: ................................66
Bảng 4.13 - Theo TCVN 2511: 1995 quy định 14 cấp độ nhám dựa theo các trị số
Ra và Rz, được thể hiện cụ thể trong bảng sau: ........................................................67
Bảng 4.14 - Bảng dự tốn chi phí thực nghiệm: .......................................................71
Bảng 4.15 - Chi tiết cho các bước: ............................................................................74
Bảng 4.16 - Phôi trước gia công và sau gia công: .....................................................76
Bảng 5.1 - Kết quả thống kê trong bảng sau: ..........................................................79
Bảng 5.2 - Kết quả thống kê được cho trong bảng sau: ..........................................81
Bảng 5.3 - So sánh capacity sai số kích thước lỗ gia cơng trên dao thường và dao
chống rung gia công tinh: ..........................................................................................86
Bảng 5.4 - Thông số độ rung theo chế độ gia công t = 0.4 – TINH: ......................87
Bảng 5.5 - Thông số độ rung theo chế độ gia công t = 0.2 – TINH: ......................88
Bảng 5.6 - Thông số đo độ nhám theo chế độ gia cơng – THƠ:.............................89
Bảng 5.7 - Thơng số đo độ nhám theo chế độ gia công t = 0.4 – TINH: ................90
Bảng 5.8 - Thông số độ nhám theo chế độ gia công t = 0.2 – TINH: .....................92
Bảng 5.9 - Bảng tổng họp kết quả đo độ nhám theo từng chế độ gia công: ...........93
xiii
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 - Tổng quan
Tiện là một trong những q trình gia cơng được sử dụng phổ biến. Năng suất
của quá trình tiện chủ yếu bị giới hạn bởi rung động của máy gây ra bởi sự tương tác
giữa dụng cụ cắt và phôi, động lực học của quá trình cắt [1]. Rung động xảy ra trong
q trình gia cơng chịu tác động của các thơng số lượng chạy dao và chiều sâu cắt,
dẫn đến sự phân bố độ dày không đều dọc theo lưỡi cắt. Trong một quy trình khơng
ổn định, biên độ dao động có thể tăng theo cấp số nhân cho đến khi chúng trở nên lớn
bằng độ dày phoi [2]. Rung động khơng ổn định sẽ tạo ra lực cắt lớn, có thể làm hỏng
máy và gây mòn dao, gãy dao, độ hồn thiện bề mặt khơng đạt u cầu và sai số kích
thước lớn [3]-[7]. Độ nhám bề mặt là một trong những yếu tố quan trọng trong thiết
kế cơ khí, vì nó ảnh hưởng đến hiệu suất của các bộ phận cơ khí như khả năng sinh
nhiệt, khả năng chống mài mòn và ăn mòn, tuổi thọ và độ bền mỏi [8]. Trong quá
trình tiện, một số yếu tố như dụng cụ cắt và vật liệu phôi, tốc độ cắt, tốc độ trục chính,
chiều sâu cắt, dung dịch làm mát, cấu tạo dao cắt, bán kính mũi dao và góc cạnh của
dao cũng ảnh hưởng đến độ rung và độ hồn thiện bề mặt chi tiết. Do đó, cần phải
cung cấp một mối quan hệ giữa rung động của dụng cụ và các điều kiện cắt, các thơng
số hình học của dao và các đặc tính của vật liệu gia cơng và vật liệu làm dao, điều
này là rất khó do tính phức tạp của quy trình gia cơng chẳng hạn như nhiệt độ, biến
dạng và tốc độ biến dạng cao và thiếu dữ liệu phù hợp [9]. Ngoài ra, điều kiện cắt tối
ưu có thể giảm chi phí, thời gian sản xuất và nâng cao độ hoàn thiện bề mặt [10].
Trong những năm gần đây, việc thiết kế và phân tích động học của dao chống
rung, nhằm mục đích giảm rung động và giảm thiểu độ nhám bề mặt trong q trình
gia cơng đã trở thành một trong những chủ đề chính được nhiều nhà nghiên cứu quan
tâm. Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu đưa ra các mơ hình để dự đốn rung động về
mối liên hệ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công.
Hiện tại đã có khá nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng các thơng số gia công và hệ
thống công nghệ… lên độ nhám bề mặt trong quá trình tiện, nhưng chủ yếu chỉ tập
1
trung ở q trình tiện mặt ngồi. Tuy nhiên việc nghiên cứu ảnh hưởng của cán dao
giảm chấn (một công nghệ mới trong gia cơng cắt gọt) đến độ bóng bề mặt chi tiết
trong quy trình tiện lỗ thì có rất ít cơng trình nghiên cứu, do cơng nghệ này còn mới
và chưa được phổ biến ở Việt Nam. Việc khảo sát là rất cần thiết vì yêu cầu về độ
bóng bề mặt của chi tiết tiện lỗ có tính đặc thù, địi hỏi khắc khe về quy trình và công
nghệ gia công. Xuất phát từ nhu cầu, em chọn đề tài nghiên cứu: “Khảo sát ảnh hưởng
dao chống rung đến chất lượng bề mặt khi tiện lỗ sâu và phân tích động lực học dao
chống rung”.
1.2 - Mục tiêu
▪ Phân tích động lực học dao chống rung (tiện lỗ).
▪ Khảo sát sự ảnh hưởng của dao tiện chống rung khi tiện lỗ.
▪ Khảo sát sự ảnh hưởng của dao tiện thường khi tiện lỗ.
▪ Xác định độ bóng bề mặt trước và sau gia công.
▪ Xác định thông số kích thước trước và sau gia cơng.
▪ Tiến hành thí nghiệm đối với dao chống rung và dao thường để nghiên
cứu ảnh hưởng của các thông số và so sánh với cán dao thường trong
cùng điều kiện gia công, cùng vật liệu, cũng như các thông số kỹ thuật.
1.3 - Giả thiết
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến rung động như máy, phôi, dao, chế độ cắt,
môi trường, nhiệt độ, dung dịch làm mát…Tuy nhiên, trong luận văn này chỉ tập trung
nghiên cứu ảnh hưởng của dao chống rung và dao thường trong ngun cơng tiện lỗ.
Do đó, giả thiết của mơ hình:
▪ Rung động trên hai dao là như nhau, gia công trên cùng một máy.
▪ Vật liệu phơi là đồng nhất.
▪ Tính chất cơ lý của phơi thay đổi không đáng kể.
▪ Dung dịch làm mát không ảnh hưởng đến rung động.
▪ Ảnh hưởng của nhiệt độ là rất nhỏ, không đáng kể.
▪ Lực kẹp dao là như nhau, không xảy ra hiện tượng trượt, xoay dao và
phôi.
2
1.4 - Phạm vi và giới hạn đề tài
Hệ thống lý thuyết về gia công kim loại và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng
bề mặt gia công:
▪ Lý thuyết về rung động trong gia cơng
▪ Lập quy trình thí nghiệm tiện lỗ
▪ Thực hiện thí nghiệm
▪ Thu thập số liệu
▪ Xử lý số liệu và đánh giá kết quả
Do còn nhiều hạn chế về thời gian cũng như trang thiết bị nên phạm vi tìm hiểu
chỉ tập trung vào:
▪ Phân tích động lực học dao tiện chống rung.
▪ Thí nghiệm tiến hành trên hai loại cán dao khác nhau: dao cán thường và
dao cán có tích hợp giảm chấn của hãng Sandvik.
▪ Gia công trên cùng một loại máy tiện CNC OKUMA-LR10.
▪ Gia công cùng một loại vật liệu thép C45.
▪ Đánh giá thông số độ nhám và sai số kích thước đường kính lỗ.
▪ Chỉ đo độ nhám và rung động với các mẫu đại diện.
1.5 - Phương pháp nghiên cứu
Trong khuôn khổ nội dung nghiên cứu, sử dụng các phương pháp tiếp cận bao
gồm:
▪ Phương pháp kế thừa: Đây là phương pháp tổng hợp, phân tích, đánh giá các
tài liệu từ các nghiên cứu trước, chọn lọc các kết quả có ý nghĩa và kế thừa
những kết quả nghiên cứu trước đây, trong phạm vi vùng nghiên cứu. Kết quả
của phương pháp này là đánh giá được các thành tựu và kết quả hiện có như
phương pháp nghiên cứu, cách tiếp cận, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, kỹ
thuật sử dụng và các kết quả đã đạt được, ... Trên cơ sở phân tích các kết quả,
sẽ lập ra các điểm chính, nghiên cứu bổ sung và bám sát thực tiễn cho nghiên
cứu.
3
▪ Thu thập thông tin, lưu trữ thông tin và xử lý số liệu: từ các tài liệu, các nghiên
cứu chuyên ngành được thu thập. Dữ liệu sơ cấp được thu thập từ các hệ thống
cơ sở dữ liệu riêng lẻ dạng file, các bản đồ, sơ đồ, bảng biểu, báo cáo khoa
học.
▪ Phương pháp liệt kê các vấn đề (Checklist): Lập bảng liệt kê mô tả các vấn đề
trong quá trình thực nghiệm và dữ liệu về số liệu có được từ thực nghiệm.
▪ Phương pháp tổng hợp, phân tích: trên cơ sở các thơng tin đã thu thập, tiến
hành tổng hợp, phân tích đánh giá, ứng dụng các cơng cụ hỗ trợ để tiến hành
phân tích, truy xuất kết quả.
▪ Phương pháp chuyên gia: do đặc thù của dữ liệu chun mơn về khoa học kỹ
thuật, q trình áp dụng các cơng nghệ và tiêu chuẩn có thể cần phải sửa đổi
cho phù hợp với điều kiện thực nghiệm. Phương pháp chuyên gia là một
phương pháp quan trọng và hiệu quả do huy động được kinh nghiệm và hiểu
biết liên ngành về lĩnh vực nghiên cứu từ nhiều chun gia trong và ngồi
nước khác nhau, từ đó sẽ cho các kết quả có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao,
kế thừa các thành quả nghiên cứu đã đạt được và hạn chế những trùng lặp với
các nghiên cứu đã có. Phương pháp này được thực hiện thơng qua các tham
vấn ý kiến của các chuyên gia trong cùng lĩnh vực.
1.6 - Cấu trúc của luận văn
Bố cục, ngồi các phần: Lời cám ơn, Tóm tắt đề cương, Kết luận, Danh mục tài
liệu tham khảo và Phụ lục; đề cương luận văn gồm có 6 chương:
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết và nghiên cứu liên quan
Chương 3: Phân tích động lực học dao tiện chống rung
Chương 4: Thiết kế quy trình và thực nghiệm
Chương 5: Phân tích số liệu
Chương 6: Kết luận và kiến nghị
4
1.7 - Phương pháp thực hiện
Vấn đề
Nhận diện được vấn
đề đang tìm hiểu.
v
Thơng tin
Tổng quan về nội
dung tìm hiểu.
Các trường hợp nghiên
cứu liên quan.
Đo lường thực tế.
Kế hoạch và hành động
Tìm hiểu phương
pháp thực hiện.
Thiết lập thực nghiệm.
Xây dựng mơ hình.
Quy trình thực hiện
Phân tích
Thu thập
Kiểm chứng
Kết luận
Kết luận và kiến nghị
Hình 1.1 - Quy trình thực hiện luận văn.
5
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
2.1 - Cơ sở lý thuyết gia công kim loại
2.1.1 -
Tổng quan về gia công kim loại
Gia công kim loại là q trình cơng nghệ tạo nên những sản phẩm cơ khí có
hình dáng kích thước và độ bóng bề mặt... theo yêu cầu kỹ thuật từ một phôi liệu ban
đầu, nhờ quá trình cắt bỏ lớp kim loại dưới dạng phoi.
Một trong những hoạt động loại bỏ kim loại cơ bản nhất được sử dụng trong
ngành sản xuất là quá trình tiện, được thực hiện bằng dao tiện dài và mảnh để nó có
thể vừa khít hoặc xun qua hình dạng phơi phức tạp. Q trình gia cơng phụ thuộc
vào nhiều yếu tố như độ cứng của máy, độ ổn định, độ cứng của dao, khả năng giảm
rung động tốt và độ cứng của các bộ phận cấu thành [1]. Độ nhám bề mặt là một trong
những khía cạnh quan trọng trong thiết kế cơ khí, vì nó chi phối các yêu cầu của nhiều
bộ phận cơ khí như khả năng chống mài mòn và ăn mòn, độ bền mỏi, tuổi thọ sản
phẩm và khả năng sinh nhiệt [2]. Rung động xảy ra trong quá trình tiện tạo ra lực cắt
lớn, có thể làm hỏng máy, làm hỏng dụng cụ cắt và phơi, gây mịn dụng cụ, gãy dụng
cụ, bề mặt hồn thiện khơng đáp ứng u cầu kỹ thuật đề ra và sai số về kích thước
[2,3]. Do đó, việc giảm rung động trong q trình tiện là rất quan trọng. Bên cạnh đó,
hoạt động tiện chứa nhiều thông số như vật liệu phôi và dụng cụ cắt, tốc độ cắt, tốc
độ trục chính, chiều sâu cắt, dung dịch làm mát, cấu tạo dụng cụ, phần nhô ra của
dụng cụ, bán kính và góc cạnh của dụng cụ [4,5,6]. Do đó, trong một quy trình tiện
sẽ chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, vì vậy khó đạt được chất lượng bề mặt theo yêu
cầu [6,7]. Trong đó, các rung động lớn xảy ra trong quá trình tiện do chuyển động
động giữa chi tiết gia công và dụng cụ cắt gây ra ảnh hưởng lớn đến khả năng hoàn
thiện bề mặt gia cơng [7,8,9].
Trong đó, máy tiện là một trong những máy công cụ linh hoạt và lâu đời trong
lĩnh vực gia cơng. Hoạt động chính của máy tiện là kẹp giữ và xoay phôi gia công
dựa vào dụng cụ cắt. Dao di chuyển dọc theo mặt ngoài của phơi để tách vật liệu và
tạo ra chi tiết có biên dạng hình trụ đối xứng (Hình 2.1).
6
Hình 2.1 - Một số ví dụ về các bộ phận điển hình được gia cơng trên máy tiện.
2.1.2 -
Chế độ cắt khi gia công
a) Vận tốc cắt (Vc):
Vận tốc cắt (Vc) là lượng dịch chuyển tương đối giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia
công trong một đơn vị thời gian (hoặc lượng dịch chuyển tương đối của một điểm
trên bề mặt chi tiết gia công và dụng cụ cắt trong một đơn vị thời gian) ta có:
⃗⃗⃗⃗
⃗ +𝑆
𝑉𝐶 = 𝑉
(2.1)
Đa số các trường hợp trị số của vận tốc chuyển động chạy dao S rất nhỏ nên có
thể coi vận tốc cắt là vận tốc chuyển động chính V ~ V. Ví dụ khi tiện ngồi chi tiết
đường kính D (mm) số vịng quay trục chính n (vịng/phút) thì trị số của tốc độ cắt có
thể tính theo công thức:
𝑉=
𝜋. 𝐷. 𝑛 𝑚
(
)
1000 𝑝ℎú𝑡
(2.2)
b) Chiều sâu cắt (t):
Chiều sâu cắt (t) là chiều sâu lớp kim loại bị tách đi sau một lần cắt (hoặc là
khoảng cách giữa hai bề mặt đã và chưa gia công kề nhau đo theo phương vng góc
7
với phương chạy dao). Ví dụ: Khi tiện thì chiều sâu cắt được tính: t = (D-d)/2 (khi
tiện ngồi) mm (khi tiện trong) mm t = (d-D)/2.
c) Lượng chạy dao (S):
Lượng chạy dao (S) là quãng đường tương đối của dụng cụ cắt so với chi tiết
theo phương chuyển động chạy dao sau một đơn vị thời gian, sau một vịng quay của
phơi hay sau một hành tình kép.
Hình 2.2 - Mơ hình điển hình trong q trình tiện.
Khi tiện, lượng chạy dao S là lượng dịch chuyển của dao theo phương chạy dao
dọc theo bề mặt gia công sao một vịng quay của phơi (mm/vịng).
Tập hợp các yếu cấu vận tốc cắt V, chiều sâu cắt t và lượng chạy dao S được
gọi là chế độ cắt. Một chế độ cắt được xác lập dựa trên hệ thống công nghệ bao gồm:
máy – dao – đồ gá và chi tiết gia cơng.
Hình 2.3 -
Mơ hình lượng chạy dao S trong quá trình tiện.
8
2.1.3 -
Sự hình thành bề mặt trên chi tiết trong q trình cắt
Bất kỳ phương pháp gia cơng nào, q trình tách dần lớp lượng dư gia cơng cơ
(q trình cắt) đều hình thành trên chi tiết ba bề mặt có đặc điểm khác nhau. Xét tại
một thời điểm nào đó trong q trình gia cơng (khi tiện), ba bề mặt trên được phân
biệt như sau:
▪ Mặt sẽ gia công: là bề mặt của phôi mà dao sẽ cắt đến theo qui luật
chuyển động. Tính chất của bề mặt này là tính chất bề mặt phơi.
▪ Mặt đã gia cơng: là bề mặt trên chi tiết mà dao đã cắt qua. Tính chất của
bề mặt này là phản ánh những kết quả của các hiện tượng cơ lý trong quá
trình cắt.
▪ Mặt đang gia công: là bề mặt trên chi tiết mà lưỡi dao đang trực tiếp thực
hiện tách phoi. Cũng là mặt nối tiếp giữa mặt đã gia công và mặt sẽ gia
công. Trên bề mặt này đang diễn ra các hiện tượng phức tạp.
▪ Vùng cắt: Là phần kim loại của chi tiết vừa được tách ra ở gần mũi dao
và lưỡi cắt nhưng chưa thốt ra ngồi. Đây là vùng đang xảy ra các quá
trình cơ lý phức tạp.
Hình 2.4 - Các bề mặt dao hình thành trong q trình gia cơng.
2.1.4 -
Các mặt phẳng cơ bản trong q trình gia cơng
Để xác định các góc độ của dao và khảo sát về lực cắt, vận tốc cắt, nhiệt độ ...
người ta qui định các mặt phẳng toạ độ của dao (dao tiện).
9
Hình 2.5 -
Biểu diễn mặt phẳng cơ bản trong quá trình tiện.
⃗ ):
Hệ toạ độ được xác định trên cơ sở của ba phương chuyển động cắt (𝑆, 𝑡 , 𝑉
⃗ và vectơ chạy dao 𝑆
▪ Mặt phẳng cơ bản 1: Được tạo bởi vectơ tốc độ 𝑉
⃗ và vectơ chiều sâu cắt
▪ Mặt phẳng cơ bản 2: Được tạo bởi vectơ tốc độ 𝑉
𝑡.
▪ Mặt phẳng cơ bản 3:(còn gọi là mặt đáy) được tạo bởi vectơ chạy dao 𝑆
và vectơ chiều sâu cắt 𝑡. Là mặt phẳng đi qua một điểm của lưỡi cắt chính
và vng góc với vectơ vận tốc cắt tại điểm đó. Đối với dao có tiết diện
là hình lăng trụ thì mặt đáy song song với mặt tỳ của thân dao trên ổ gá
dao.
▪ Mặt phẳng cắt là mặt phẳng đi qua một điểm của lưỡi cắt chính và tiếp
⃗ . Hay mặt
xúc với mặt đang gia công. Mặt cắt chứa vectơ vận tốc cắt 𝑉
phẳng chứa lưỡi cắt chính và vectơ vận tốc cắt mà nó vng góc với mặt
đáy (gọi là mặt phẳng gia cơng).
2.1.5 -
Thành phần và cấu tạo chính của dụng cụ cắt
Dao tiện giữ vai trò quan trọng trong q trình gia cơng, nó trực tiếp tác động
vào phơi để tách phoi ra khỏi bề mặt cần gia công. Thành phần của dao tiện điển hình,
gồm các thành phần chính:
10