Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ tới chất lượng của bề mặt khi phay khuôn làm bằng thép AS 3678 250 trên máy phay

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.05 MB, 109 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Nguyễn Đức Chuông

NGHIÊN CỨU ẢNH HUỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ
TỚI CHẤT LƢỢNG CỦA BỀ MẶT KHI PHAY KHUÔN LÀM BẰNG
THÉP AS 3678-250 TRÊN MÁY PHAY

Chuyên ngành : Chế tạo máy – Cơ khí chính xác và quang học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Thị Phƣơng Mai

Hà Nội – Năm 2012

1

MỤC LỤC

Trang
LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………..

6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU………………………………………......

7

DANH MỤC CÁC BẢNG……………………………………………...

7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ…………………………………

9

MỞ ĐẦU ………………………………………………………………..

13

Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Khuôn kim loại và vật liệu làm khuôn……………………………….

15

1.1.1. Khuôn kim loại…………………………………………………………..

15

1.1.2 Vật liệu làm khuôn……………………………………………………..

16

1.2 Giới thiệu về công nghệ phay………………………………………..

18

1.2.1 Công nghệ phay……………………………………………………

18

1.2.2 Dao phay…………………………………………………………..

19

1.3 Khái niệm về chất lượng bề mặt…………………………………….

21

1.3.1 Khái niệm độ nhám (hình học tế vi, độ bóng)………………………

22

1.3.2 Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công………………………………

26

1.3.3 Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt……………………………

27

1.3.4 Một số thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt….

28

Chương II ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
TỚI CHẤT LƯỢNG CỦA BỀ MẶT

2.1 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết
máy………………………………………………………………………….

30

2.1.1 Ảnh hưởng tới độ mòn của chi tiết……………………………….......

30

2.1.2. Ảnh hưởng đến tính ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết……….

33

2.1.3. Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy…………………...........

34

2.1.4. Ảnh hưởng đến độ chính xác các mối ghép………………………….

34

2

2.2 Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tới chất lượng bề mặt chi
tiết khi phay khuôn…………………………………………………………

35

2.2.1 Ảnh hưởng của dụng cụ cắt…………………………………………..

35

2.2.1.1 Ảnh hưởng của các thông số hình học phần cắt của dao phay…….

35

2.2.1.2 Ảnh hưởng của mòn dao và lẹo dao………………………………..

43

2.2.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt V, S, t0……………………………………………………....

44

2.2.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ cắt V (m/phút)……………………………..

44

2.2.2.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao S (mm/vòng)…………………….

44

2.2.2.3 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t0 (mm)………………………………

47

2.2.3. Ảnh hưởng của đường chạy dao, phay thuận hoặc phay nghịch……

47

2.2.4. Ảnh hưởng của vật liệu gia công…………………………………….

51

2.2.5. Ảnh hưởng của rung động hệ thống công nghệ (máy – dao - đồ gá chi tiết gia công)……………………………………………………………

51

2.3. Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt…………………………….

52

2.4. Phương pháp Taguchi lựa chọn thông số tối ưu……………………….

56

2.4.1 Phương pháp Taguchi………………………………………………………

56

2.4.2 So sánh giữa phương pháp Taguchi và phương pháp tối ưu hóa…….

60

Chương III NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ
ĐỘ CẮT VÀ HÌNH DẠNG MŨI DAO ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
KHI PHAY KHUÔN
3.1 Mục đích, yêu cầu………………………………………………………

62

3.2 Thực hiện thí nghiệm………………………………………………….

63

3.2.1 Phôi chuẩn bị để phay thử………………………………………………….

63

3.2.2 Máy thực hiện………………………………………………………………..

63

3.2.3 Dụng cụ cắt………………………………………………………………....

64

3.2.4 Thiết bị kiểm tra……………………………………………………………

65

3.2.4 Chế độ gia công………………………………………………………

69

3.2.5 Dung dịch trơn nguội……………………………………………………….

69

3.2.6 Nhiệt độ môi trường xung quanh………………………………………….

69

3

3.2.7 Thực hiện gia công…………………………………………………………

69

3.3. Nhận xét và đánh giá…………………………………………………..

76

3.3.1 Biến đổi của độ nhám bề mặt khi thay đổi các thông số cắt…………

76

3.3.2 Biến đổi của độ nhám bề mặt khi thay đổi hành dạng mảnh dao……

80

3.3.3 Ảnh hưởng góc của dao tới việc tạo phoi………………………………..

81

3.3.4 Nhiệt độ ở các tốc độ cắt khác nhau với cùng lượng chạy dao……

82

3.3.5 Thời gian phay…………………………………………………………

83

3.4. Kết luận chương 3……………………………………………………

84

Chương IV ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SO
VỚI GIA CÔNG TRÊN KHUÔN ÉP NHỰA MATRIX
4.1 Cấu tạo của khuôn ép nhựa……………………………………………..

85

4.1.1 Cấu tạo khuôn ép nhựa…………………………………………………….

85

4.1.2 Vật liệu làm khuôn………………………………………………………….

86

4.1.3 Yêu cầu kỹ thuật của khuôn………………………………………………

86

4.2 Quy trình công nghệ gia công một số chi tiết của khuôn ………….....

87

4.2.1 Quy trình công nghệ gia công nửa khuôn dưới……………….............

87

4.2.2 Quy trình công nghệ gia công nửa khuôn trên…………………………

89

4.2.3 Quy trình công nghệ gia công tấm bịt, với các lỗ điền đầy…………..

91

4.3 Thiết bị máy móc, dụng cụ kiểm tra chất lượng khi phay…………….

93

4.3.1 Máy phay, dao, dung dịch trơn nguội……………………………………

93

4.3.2 Thiết bị kiểm tra………………………………………………………

96

4.4 Công việc thực hiện…………………………………………………….

97

4.4.1 Gia công phay bề mặt lắp ghép khuôn dưới ……………………………

97

4.4.2 Gia công phay bề mặt ghép nửa khuôn trên …………………………….

99

4.4.3 Gia công phay mặt bịt đầu khuôn…………………………………………

100

4.5 Các kết quả kiểm tra, đo……………………………………………......

102

4.5.1 Kết quả đo nhiệt độ…………………………………………………………

102

4.5.2 Đo kiểm tra tốc độ trục chính……………………………………………..

103

4.5.3 Đo độ nhám………………………………………………………………….

103

4

KẾT LUẬN…………………………………………………………………

106

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………...

107

5

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung và thí nghiệm được trình bày trong quyển
luận văn này là hoàn toàn trung thực, do tôi thực hiện và chưa được thông báo hoặc
đăng tải trên bất cứ phương tiện thông tin nào.
Hà nội, ngày tháng 11 năm 2012

Nguyễn Đức Chuông

6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CNC

Computer Numeral Control

3D

3 Dimentions

2D

2 Dimentions

DOE

Design Of Experiment

S/N

Sign to Noise

OA

Orthology Array

ANOVA

Analysis Of Variance

Ra

Độ nhám bề mặt

Rz

Chiều cao nhấp nhô trung bình 10 điểm

Rq

Độ lệch tiêu chuẩn

Hv

Độ biến cứng

U

Lượng mòn

tc

Chiều sâu biến cứng
DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng 1.1

Nhiệt độ rót của một số kim loại và hợp kim.

Bảng 1.2

Thành phần của các nguyên tố trong thép AS 3678 grade 250
(% max)

Bảng 1.3

Cấp độ nhám và giá trị tương đương theo TCVN2511-95

Bảng 1.4

Mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng theo phương pháp gia
công

Bảng 2.1

Ví dụ về sự sắp xếp trực giao OA cho nhân tố A, B, C, D ở 3 mức
(1-nhỏ nhất, 2-trung bình, 3-lớn nhất)

Bảng 2.2

Một số khác biệt giữa phương pháp Taguchi và phương pháp tối ưu
hóa

Bảng 3.1

Một số đặc tính kỹ thuật của thiết bị đo độ nhám bề mặt SJ301

7

Bảng 3.2

Các mức giá trị thông số S, V, t0

Bảng 3.3

Sắp xếp trực giao tiêu chuẩn và kết quả thí nghiệm

Bảng 3.4

Kết quả đo độ nhám với mỗi loại mảnh dao cắt khác nhau

Bảng 3.5

ANOVA cho nhám bề mặt của quá trình phay do ảnh hưởng của S
và V

Bảng 3.6

ANOVA cho nhám bề mặt của quá trình phay do ảnh hưởng của t0
và V

Bảng 3.7

ANOVA cho nhám bề mặt của quá trình phay do ảnh hưởng của S
và t0

Bảng 3.8

Giá trị  đặc trưng cho tỷ lệ S/N ở các mức khác nhau

Bảng 3.9

Nhiệt độ cắt với các mức tốc độ cắt khác nhau

Bảng 4.1a

Quy trình gia công nửa khuôn dưới theo bản vẽ 760679-100 phần

001 và 002

Bảng 4.1b

Quy trình gia công nửa khuôn dưới theo bản vẽ 760679-100 phần
003

Bảng 4.1c

Quy trình gia công nửa khuôn dưới theo bản vẽ 760679-100

Bảng 4.2a

Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760679-104 phần
021 và 022

Bảng 4.2b

Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760679-104 phần
023

Bảng 4.2c

Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760680-101

Bảng 4.2d

Quy trình gia công nửa khuôn trên theo bản vẽ 760680-101

Bảng 4.3

Quy trình công nghệ gia công tấm bịt đầu với lỗ điền đầy

Bảng 4.4

Quy trình công nghệ gia công tấm bịt đầu với lỗ thông phun

Bảng 4.5

Quy trình công nghệ gia công lõi bu lông

8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1

Hình dạng 3D của bề mặt khuôn mẫu

Hình 1.2

Kết cấu của dao phay mặt đầu ghép răng

Hình 1.3

Một số hình dạng của mảnh dao cắt

Hình 1.4

Một số thân dao sử dụng mảnh cắt

Hình 1.5

Sơ đồ xác định độ nhám bề mặt

Hình 1.6

Sơ đồ tính bán kính cong và góc của đỉnh nhấp nhô

Hình 2.1

Đồ thị mối quan hệ giữa lượng mòn U và thời gian t hoặc quãng
đường ma sát L

Hình 2.2

Đồ thị mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt Ra và lượng mòn U

Hình 2.3

Hình vẽ bước tiến ngang của dao phay trụ đầu cầu

Hình 2.4

Chiều cao nhấp nhô khi gia công bằng dao đầu cầu

Hình 2.5

Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô khi phay mặt cong lồi bằng dao

đầu cầu

Hình 2.6

Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô khi phay mặt cong lõm bằng
dao đầu cầu

Hình 2.7

Vị trí tương quan giữa dao và bề mặt gia công

Hình 2.8

Phay mặt cong bằng dao phay ngón đầu phẳng

Hình 2.9

Lượng dư để lại sau khi gia công mặt cong bằng dao
phay ngón đầu phẳng

Hình 2.10

Ảnh hưởng của góc trước tới lớp biến cứng bề mặt
(độ cứng và chiều sâu biến cứng tc )

Hình 2.11

Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt khi gia công thép

Hình 2.12

Ảnh hưởng của lượng chạy dao đối với chiều sâu biến cứng tc, tùy
theo vật liệu gia công và vật liệu làm dao cắt

Hình 2.13

Ảnh hưởng của lượng tiến dao S và bán kính lưỡi cắt đến độ biến
cứng bề mặt

Hình 2.14

Đồ thị mối quan hệ lượng chạy dao và chiều cao nhấp nhô Rz

9

Hình 2.15

Một số kiểu đường dụng cụ 2D

Hình 2.16

Hình vẽ biểu diễn đường chạy dao theo kiểu gạch mặt cắt

Hình 2.17

Quỹ đạo đường chạy dao tối ưu

Hình 2.18

Chạy dao theo Contour

Hình 2.19

Hình vẽ hướng tiến dao

Hình 2.20

Hình vẽ đường chạy dao tối ưu

Hình 2.21

So sánh khả năng làm việc của dụng cụ cắt có các lớp phủ có thành
phần hóa học khác nhau

Hình 2.22

So sánh các phương pháp bôi trơn làm nguội khi phay bằng dao
phay mặt đầu

Hình 2.23

Các đặc điểm của cắt ở tốc độ cao

Hình 2.24

So sánh thời gian gia công giữa các phương pháp gia công

Hình 2.25

So sánh chi phí giữa các phương pháp gia công

Hình 3.1

Mẫu thử nghiệm

Hình 3.2

Máy phay giường CNC-Miyakawa

Hình 3.3

Các loại mảnh dao cắt hợp kim

Hình 3.4

Đài gá mảnh dao cắt

Hình 3.5

Thiết bị đo độ nhám bề mặt SJ-301

Hình 3.6

Sơ đồ nguyên lý đo của thiết bị đo nhám bề mặt SJ-301

Hình 3.7

Cần đo của thiết bị đo độ nhám bề mặt SJ-301

Hình 3.8

Thiết bị đo nhiệt độ IRtec Microray Xtreme

Hình 3.9

Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo nhiệt độ IRtec Microray Xtreme

Hình 3.10

Phạm vi đo của mục tiêu

Hình 3.11

Khai báo chọn loại hình gia công

Hình 3.12

Khai báo phôi

Hình 3.13

Khai báo chế độ gia công

Hình 3.14

Khai báo dao phay

Hình 3.15

Khai báo chiều sâu cắt

Hình 3.16

Mô phỏng quá trình phay

10

Hình 3.17

Xuất file NC

Hình 3.18

Màn hình điều khiển sau khi chương trình đã được nạp

Hình 3.19

Bề mặt mẫu sau khi phay

Hình 3.20

Đồ thị mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và độ nhám bề mặt

Hình 3.21

Đồ thị mối quan hệ giữa lượng chạy dao và độ nhám bề mặt

Hình 3.22

Đồ thị mối quan hệ giữa tốc độ cắt và độ nhám bề mặt

Hình 3.23

Đồ thị giá trị trung bình Ra ở 3 mức cho ba thông số

Hình 3.24

Đồ thị quan hệ giữa bán kính mũi mảnh cắt và độ nhám bề mặt

Hình 3.25

Hình vẽ tính diện tích cắt thực khi r ≠ 0

Hình 3.26

Các mảnh dao được gá trên đài gá dao

Hình 3.27

Phoi tạo bởi 2 loại mảnh cắt khác nhau

Hình 4.1

Tổng thể khuôn ép nhựa

Hình 4.2

Sản phẩm của khuôn đúc nhựa

Hình 4.3

Bề mặt nắp bên của khuôn

Hình 4.4

Bề mặt nửa khuôn trên

Hình 4.5

Bề mặt nửa khuôn dưới

Hình 4.6

Trung tâm gia công CNC-1600-MCV-Asia Masima

Hình 4.7

Một số dao phay

Hình 4.8

Một số mảnh dao cắt

Hình 4.9

Một số đài gá mảnh dao cắt

Hình 4.10

Thiết bị đo tốc độ trục chính

Hình 4.11

Sơ đồ nguyên lý đo tốc độ vòng quay

Hình 4.12

Gia công nửa khuôn dưới

Hình 4.13

Lấy chuẩn gia công nửa khuôn dưới

Hình 4.14

Gia công mặt lắp ghép nửa khuôn dưới

Hình 4.15

Gia công nửa khuôn trên

Hình 4.16

Gia công mặt cong 3D nửa khuôn trên

Hình 4.17

Gia công mặt lắp ghép nửa khuôn trên

Hình 4.18

Gia công hệ lỗ mặt bên khuôn

11

Hình 4.19

Phay mặt phẳng mặt bên khuôn

Hình 4.20

Phay rãnh làm kín mặt bên khuôn

Hình 4.21

Kết quả đo nhiệt độ

Hình 4.22

Đo kiểm tra tốc độ của trục chính máy phay giường CNCMiyakawa

Hình 4.23

Đo độ nhám bề mặt

Hình 4.24

Kết quả đo độ nhám của mặt bên khuôn

12

MỞ ĐẦU
Từ trước đến nay các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công
nghệ đến chất lượng bề mặt của các quá trình gia công cơ khí nói chung, của quá
trình phay nói riêng đều có ý nghĩa to lớn trong sản xuất. Các nghiên cứu đã có
những thành tựu quan trọng không những về mặt lý luận khoa học và cả thực tiễn
chế tạo cho tính kinh tế cao. Nghiên cứu sau luôn kế thừa thành quả, phát triển ở
những khía cạnh mới.
Trong các phương pháp gia công cơ khí thì phương pháp phay là một trong
những phương pháp ưu thế, chiếm một tỷ trọng tương đối lớn. Sản phẩm của
phương pháp gia công phay rất đa dạng từ những chi tiết rất nhỏ đến những chi tiết
rất lớn, từ những chi tiết đơn giản đến các chi tiết rất phức tạp, từ những chi tiết có
độ chính xác thấp đến các chi tiết có độ chính xác cao, trong đó chất lượng bề mặt
là một yêu cầu của chất lượng sản phẩm.
Hiện nay có nhiều phương pháp để lựa chọn thông số cắt tối ưu cho quá trình gia
công như phương pháp Taguchi, phương pháp tối ưu hóa..Trong đó phương pháp
Taguchi là một phương pháp tiếp cận mới, dễ sử dụng và đang được sử dụng rất
rộng rãi trong các ngành sản xuất công nghiệp.
Bản luận văn này “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ tới chất
lượng của bề mặt khi phay khuôn làm bằng thép AS 3678-250 trên máy phay”, gồm
các phần sau:
+) Chương 1: Tổng quan về đề tài
+) Chương 2: Ảnh hưởng cuả một số thông số công nghệ tới chất lượng của bề mặt
+) Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt và hình dạng mũi
dao đến chất lượng bề mặt khi phay khuôn
+) Chương 4: Đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm so với gia công trên khuôn

ép nhựa Matrix
Do thời gian trong khuôn khổ cho phép cần giải quyết một khối lượng lớn công
việc nên bản luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em xin chân
thành cám ơn sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và toàn thể các bạn.

13

Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo thuộc bộ môn Cơ khí chính xác
và quang học- trường đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện về kiến thức
khoa học cũng như điều kiện về cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm. Em cũng xin bày
tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới các đồng nghiệp đang làm việc tại Công ty cổ phần cơ
khí chính xác Vinashin đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ để em thực hiện một số nội
dung thực nghiệm của bản luận văn. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sự hướng
dẫn tận tình, chỉ bảo ân cần của cô giáo hướng dẫn TS Nguyễn Thị Phƣơng Mai,
gia đình và bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.

14

CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Khuôn kim loại và vật liệu làm khuôn
1.1.1. Khuôn kim loại
Khuôn kim loại là một dụng cụ được sử dụng trong chế tạo phôi hoặc sản phẩm
(vỏ ô tô, khuôn đúc cánh quạt, khuôn đúc chân vịt cho tàu thủy, vỏ điện thoại, vỏ
tivi…) bằng phương pháp đúc và được dùng trong dập thể tích (dập khuôn). Khi đó
hình dạng cũng như chất lượng của vật đúc phụ thuộc rất lớn vào chất lượng của
khuôn.
Yêu cầu về chất lượng của khuôn rất cao: về độ chính xác của lòng khuôn, độ

bóng bề mặt cao. Riêng đối với các khuôn kín còn yêu cầu bề mặt phân khuôn có
chất lượng bề mặt tốt đảm bảo khi đúc không khí không xâm thực vào trong vật đúc
qua bề mặt phân khuôn.
Khuôn kim loại được sử dụng nhiều lần vì thường dùng trong sản xuất công
nghiệp hàng khối do đó cơ tính của bề mặt khuôn cũng phải đảm bảo về độ cứng,
độ bền và khả năng chống mài mòn cao.
Bề mặt khuôn rất phức tạp, hầu hết là mặt cong (mặt 3D), mặt cong trơn, do đó
việc chế tạo khuôn đảm bảo có độ chính xác rất phức tạp. Để tăng khả năng làm
việc của khuôn người ta phủ lên bề mặt khuôn một lớp hợp kim rất mỏng (cỡ
micron) như AlTiN, TiN, TiCN, TiB2. [1]

Hình 1.1 Hình dạng 3D của bề mặt khuôn mẫu

15

Để chế tạo khuôn có nhiều phương pháp như đúc, dập, phay. Trong đó công
nghệ phay là công nghệ chủ yếu trong chế tạo khuôn và công nghệ này cho độ chính
xác cao, chất lượng bề mặt tốt. Đồng thời phương pháp này chế tạo được nhiều loại
khuôn từ đơn giản đến phức tạp, và sử dụng đối với nhiều loại vật liệu. Trong công
nghệ phay khuôn chủ yếu là phay bao hình.
Phương pháp này dựa trên nguyên lý bề mặt được tạo thành coi là đúng khi
chiều cao nhấp nhô để lại giữa các vết cắt nhỏ hơn một giá trị cho phép. Chiều cao
nhấp nhô phụ thuộc vào hình dáng dụng cụ, hình dáng bề mặt chi tiết, bước tiến
ngang So và góc nghiêng của trục dao với pháp tuyến bề mặt. Dụng cụ để gia công
các loại bề mặt trên là các dụng cụ tiêu chuẩn, có hình dáng hình học xác định, điển
hình là các loại dao phay ngón.
Máy để gia công là các máy phay CNC hay các trung tâm gia công CNC nhiều
trục. Trong phương pháp gia công bao hình để tạo thành các bề mặt khuôn mẫu, vấn
đề khó khăn nhất không phải là xác định biên dạng dụng cụ hay xác định xích bao

hình (mối quan hệ động học) mà là giải quyết tính toán đường chạy dao cho việc
điều khiển dụng cụ để gia công đạt kết quả mong muốn. Việc tính toán đường chạy
dao để gia công bề mặt không gian chỉ có thể thực hiện được với sự trợ giúp của các
phần mềm CAD/CAM và thực hiện gia công trên máy công cụ CNC.
1.1.2 Vật liệu làm khuôn
Yêu cầu vật liệu làm khuôn phải đảm bảo:
- Độ bền cơ học: Cơ tính của vật liệu phải cao, dưới tác dụng của lực trong quá trình
đúc và rèn dập khuôn không bị biến dạng.
- Tính chịu nhiệt: Tính chịu nhiệt là một trong những đặc tính quan trọng nhất quyết
định chất lượng của khuôn. Trong quá trình nung nóng kim loại lên tới nhiệt độ cao.
Và khả năng giữ được nhiệt trong quá trình làm nguội và nếu làm nguội đột ngột sẽ
gây ra hiện tượng nứt sản phẩm do bị co rút.

16

Bảng 1.1: Nhiệt độ rót của một số kim loại và hợp kim [2]
Nhiệt độ rót

Vật liệu
Gang

120013500C

Thép các bon và thép hợp kim

150016000C

Hợp kim đồng

104011700C

Hợp kim nhôm

7007500C

- Tính chịu mài mòn: trong quá trình đúc bề mặt lòng khuôn luôn chịu một áp lực
dòng kim loại rất lớn. Do đó lực đó gây mài mòn bề mặt lòng khuôn ảnh hưởng
không tốt tới chất lượng bề mặt vật đúc.
- Tính chịu ăn mòn hóa học: dưới ảnh hưởng của môi trường thì bề mặt lòng khuôn
không bị ăn mòn hay bị oxy hóa.
Đối với thép làm khuôn AS 3678 grade 250 là loại thép thuộc nhóm thép hợp kim
kết cấu theo tiêu chuẩn Ôtxtrâylia.
Bảng 1.2: Thành phần các nguyên tố trong thép AS 3678 grade 250 (% max)
C

Si

Mn

P

S

Ti

Al

0,22

0,55

1,7

0,04

0,04

0,04

0,1

Nhận xét:
- Từ bảng 1.2 cho thấy các thành phần của hợp kim thép trong đó có nguyên tố
Mn lớn làm tăng độ cứng và khả năng chịu mài mòn cho khuôn, đồng thời có thành
phần Al làm tăng độ dẻo dai và va đập của khuôn. Thành phần %C trung bình đảm
bảo cơ tính dẻo dai của khuôn trong quá trình làm việc. Đặc tính cơ của thép là lực
kéo căng bằng 250 MPa.
- Thép hợp kim kết cấu là loại vật liệu cho hiệu quả kinh tế cao, đảm bảo các
yêu cầu của khuôn đúc.
- Đây là loại thép có độ cứng cao, do đó khó gia công cắt gọt. Vì vậy để gia
công loại vật liệu này thường dùng các loại mảnh cắt hợp kim cứng hoặc mảnh cắt
có phủ hợp kim cứng. Đối với mảnh dao hợp kim cứng thì cắt ở vận tốc cắt cao.
17

- Với loại vật liệu này khi gia công thường là dạng phoi vụn do đó có khả
năng cho độ bóng bề mặt cao (độ nhám Ra giảm) hơn so với gia công vật liệu dẻo
hoặc vật liệu thép thông thường.
1.2 Giới thiệu về công nghệ phay

1.2.1 Công nghệ phay
Phay là phương pháp gia công cắt gọt trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra
chuyển động cắt. Chuyển động tiến dao thông thường do máy. Khác với tiện và
khoan, lưỡi cắt dao phay không tham gia cắt liên tục, do đó phoi ngắn hơn, lưỡi cắt
bị nung nóng gián đoạn nên khả năng chịu tải tốt hơn.
Tiết diện ngang của phoi không đồng đều nên lực cắt dao động và lưỡi cắt chịu
tải trọng va đập gây rung động cho quá trình phay, vì vậy máy phay phải được chế
tạo sao cho có độ cứng vững cao. Hiện nay có nhiều loại máy phay như máy phay
đứng, máy phay ngang, máy phay giường, máy phay chuyên dùng. Gần đây máy
phay CNC được đưa vào sử dụng rộng rãi trong sản xuất. Máy phay CNC cũng đã
phát triển rất nhanh như máy phay CNC 3 trục, 5 trục.
Dao phay có nhiều loại khác nhau như dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay
mặt đầu, dao phay lăn răng, dao phay định hình, dao phay đĩa…Dao cũng có thể
được chế tạo liền như dao phay trụ, dao phay ngón hoặc tách rời với thân dao là các
mảnh cắt. Mỗi mảnh cắt có nhiều lưỡi cắt. Khi lưỡi cắt bị mòn, người ta có thể xoay
mảnh cắt tới vị trí lưỡi cắt mới. Khi tất cả lưỡi cắt bị mòn thì mới thay mảnh cắt
mới.
Khả năng của phay rất đa dạng bao gồm phay mặt phẳng, phay các mặt trụ tròn
xoay, phay rãnh then, phay ren, phay các mặt định hình.
Ngày nay phay tốc độ cao đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp vì phay ở tốc độ cao cho năng suất cao, lực cắt nhỏ. Bằng thực
nghiệm người ta đã chứng minh rằng ở phạm vi cắt tốc độ cao lực cắt tỷ lệ nghịch
với tốc độ cắt Fc 

1
[3]. Do đó tốc độ cắt càng cao, lực cắt càng nhỏ, biến dạng
Vc

18

của hệ thống công nghệ cũng như biến dạng của lớp đàn hồi bề mặt chi tiết gia công
nhỏ dẫn tới độ chính xác gia công cao và chất lượng bề mặt cao.
Phay bao hình bề mặt khuôn mẫu:
+ Phay bao hình là phương pháp tạo hình bề mặt mà bề mặt tạo hình là mặt bao của
họ bề mặt tạo bởi lưỡi cắt dụng cụ. [4-tr76]
+ Phương pháp này dựa trên nguyên lý bề mặt được tạo thành coi là đúng khi chiều
cao nhấp nhô h để lại giữa các vết cắt nhỏ hơn một giá trị cho phép (h<[]).
1.2.2 Dao phay
Dao phay là đài gá dao được gắn các mảnh cắt hợp kim cứng (răng). Các mảnh
cắt có hình dạng khác nhau. Mỗi đài gá dao có thể lắp từ 4 đến 8 răng.

Hình 1.2 Kết cấu của dao phay mặt đầu ghép răng
- Đối với dao phay mặt đầu hợp kim cứng thường làm răng chắp. Lúc đó răng dao
phay giống như một con dao tiện (hình 1.2b). Nó chỉ có một lưỡi cắt chính và lưỡi
cắt phụ. Để tăng sức bền của lưỡi cắt và tuổi bền của dao, người ta thêm một lưỡi
cắt nối tiếp với chiều dài f0 bằng 1 mm đến 1,5 mm với góc nghiêng  0   / 2 hoặc
thay bằng cung tròn bán kính r (hình 1.2c).
19

- Đối với dao phay mặt đầu ghép răng: Các mảnh răng là các mảnh cắt có phần lưỡi
cắt được phủ bằng lớp hợp kim cứng và được gắn vào thân dao nhờ các vít. Hoặc
các mảnh đó được làm bằng vật liệu là gốm và cũng được phủ bởi các hợp kim
cứng. Các mảnh dao hợp kim có nhiều hình dạng khác nhau và được thay thế dễ
dàng khi tất cả các lưỡi cắt của mảnh dao cắt bị mòn hoặc bị vỡ. Và mỗi mảnh dao
cắt có nhiều lưỡi cắt và khi một lưỡi cắt bị mòn hoặc bị vỡ thì người ta xoay mảnh
dao cắt để sử dụng lưỡi cắt mới khác. Kết cấu dao kiểu này cho phép giảm thời gian
gá dao, mài dao, điều chỉnh dao, đồng thời vẫn đảm bảo bộ phận cắt luôn có các góc
cắt tiêu chuẩn [3].

Hình 1.3 Một số hình dạng của mảnh dao cắt
Nhận xét:
Đối với mảnh cắt trên có độ cứng cao, mảnh cắt hình tam giác có bán kính mũi cắt
nhỏ thường dùng cho cắt thô bề mặt. Đối với mảnh cắt hợp kim có bán kính mũi cắt
lớn hơn (mảnh cắt hình tròn, mảnh cắt hình chữ nhật) thường được dùng cho phay
tinh bề mặt vì nó cho chiều cao nhấp nhô (độ nhám nhỏ). Đối với mảnh cắt này
thường cắt với tốc độ cắt tương đối cao (V = 110÷190 m/phút)[21].

20

Hình 1.4 Một số thân dao sử dụng các mảnh cắt
1.3 Khái niệm về chất lƣợng bề mặt
Chất lượng bề mặt được đánh giá bằng các yếu tố đặc trưng [3]:
- Hình dạng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám...)
- Trạng thái và tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu biến
cứng, ứng suất dư...)
Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc (tính chống mòn, khả năng
chống xâm thực hóa học, độ bền mỏi...)
Chất lượng của lớp kim loại bề mặt được tạo thành bởi tính chất cảu kim loại và
phương pháp gia công. Mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng phụ thuộc vào
phương pháp gia công và chế độ cắt (lượng chạy dao, chiều sâu cắt, vận tốc cắt).
Khi tăng lượng chạy dao và chiều sâu cắt thì chiều sâu biến cứng tăng, khi tăng tốc
độ cắt thì chiều sâu biến cứng giảm xuống [3- tr21].
Bề mặt có độ nhám và độ sóng. Độ nhám bề mặt được tạo thành bằng những vết
lồi, lõm dưới tác dụng của lưỡi cắt.
21

1.3.1. Khái niệm độ nhám (hình học tế vi, độ bóng)
Có rất nhiều tài liệu trong nước cũng như nước ngoài đã nghiên cứu về nhám bề
mặt trong đó có độ nhám ngang và độ nhám dọc:
- Độ nhám dọc (trùng với phương véc tơ của tốc độ cắt), xuất hiện khi lực cắt có
biến đổi gây ra rung động hoặc do lẹo dao ( lớp kim loại bị dính chặt trên mũi dao).
- Độ nhám ngang (vuông góc với phương véc tơ tốc độ cắt)
Khái niệm: độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi) là tập hợp tất cả các bề lồi, lõm với
bước cực nhỏ và được quan sát trên một khoảng ngắn tiêu chuẩn [3-tr23].

Hình 1.5 Sơ đồ xác định độ nhám bề mặt
Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo ra
những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công. Như vậy, bề mặt có độ nhám. Độ
nhám của bề mặt gia công được đo bằng chiều cao nhấp nhô Rz và sai lệch profin
trung bình cộng Ra của lớp bề mặt.
+) Độ lệch trung bình của profin hình học bề mặt
n

l

1
Ra   h dl 
l0

h

i

1

n

(1.6)

Trong đó: l là chiều dài chuẩn
h là tung độ của profin được đo từ đường thẳng chuẩn
n số lượng tung độ của profin được đo
+) Độ lệch tiêu chuẩn của profin hình học bề mặt, Rq

22

Rq 

1 l 2
h dl
l 0

(1.7)

+) Chiều cao nhấp nhô Rz: là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của
chiều cao 5 đỉnh cao nhất và chiều sâu 5 đáy thấp nhất của profin tính trong phạm vi
chiều dài chuẩn đo l. Trị số Rz được xác định như sau:
5

Rz 

h
i 1

pmi



5

h
i 1

vmi

(1.8)

5

Trong đó
- hpmi là độ lệch lớn nhất của nhấp nhô bề mặt so với đường trung bình
- hvmi là độ lệch nhỏ nhất của nhấp nhô bề mặt so với đường trung bình
Chiều dài chuẩn l là chiều dài của phần bề mặt được chọn để đo độ nhám bề mặt,
không tính đến những dạng mấp mô khác có bước lớn hơn l (sóng bề mặt chẳng
hạn).
*) Theo quan điểm về ma sát học thì nhấp nhô bề mặt còn có các thông số sau:
[5-tr17]

Hình 1.6 Sơ đồ tính bán kính cong và góc của đỉnh nhấp nhô
+) Chiều dài tương đối của nhấp nhô bề mặt trên đường trung bình tm
1 5
t m  . t mi
5 1

(1.10)

23

Trong đó: t mi 

1 n
 l mi
L 1

(1.11)

lmi chiều dài mặt cắt thứ i trên đường trung bình
L chiều dài đường khảo sát
+) Bán kính cong trung bình của đỉnh nhấp nhô bề mặt
r

(1.12)

rn .rd

Trong đó: rn bán kính cong trung bình theo phương ngang profin
rn 

1
K

K

r

và rni 

ni

1

 c d i2
.
 n2 8.hi

(1.13)

( c và n là các giá trị khuyếch đại theo độ cao và phương nằm ngang, giá trị hi có
thể lấy bằng 0,3Ra hay 0,060Rmax)
rd bán kính cong trung bình theo phương dọc profin
+) Góc nghiêng của nhấp nhô bề mặt so với đương kính trung bình
tg i 

 n . yi
 c .x i

(1.14)

Trong đó: yi khoảng cách từ chân đỉnh nhấp nhô sau khi đã loại bỏ giá trị 0,06Rmax
ở hai đầu
xi khoảng cách từ chân đến đỉnh nhấp nhô theo phương ngang sau khi đã
loại bỏ giá trị 0,06Rmax ở hai đầu
+) Góc nghiêng của nhấp nhô bề mặt so với đường trung bình được tính sau một số
hữu hạn các phép đo

tg 

1 n
 tg i
n 1

(1.15)

Sai lệch profin trung bình số học Ra: là trung bình số học các giá trị tuyệt đối của
khoảng cách từ các điểm trên profin đến đường trung bình, đo theo phương pháp
tuyến với đường trung bình.
Độ nhám bề mặt là cơ sở để đánh giá độ nhẵn bề mặt trong phạm vi chiều dài (l)
chuẩn rất ngắn. Theo tiêu chuẩn Nhà nước thì độ nhẵn bề mặt được chia làm 14 cấp
ứng với giá trị của Ra, Rz (cấp 14 là cấp nhẵn nhất, cấp 1 là cấp nhám nhất).

24

Trong thực tế sản xuất, độ nhám bề mặt của chi tiết máy được đánh giá theo các
mức độ sau: thô (cấp 1 ÷ 4), bán tinh (cấp 5 ÷ 7), tinh (cấp 8 ÷ 11), siêu tinh (cấp 12
÷ 14) [3].
Mặt khác, thường đánh giá nhám bề mặt bằng một trong hai chỉ tiêu trên, việc
chọn chỉ tiêu tùy thuộc vào chất lượng yêu cầu và đặc tính kết cấu của bề mặt. Chỉ
tiêu Ra được sử dụng phổ biến nhất vì nó cho phép ta đánh giá chính xác hơn và
thuận lợi hơn những bề mặt có yêu cầu nhám trung bình. Với những bề mặt quá
nhám hoặc quá bóng thì chỉ tiêu Rz lại cho ta khả năng đánh giá chính xác hơn là
dùng chỉ tiêu Ra. Chỉ tiêu Rz còn được sử dụng đối với những bề mặt không thể
kiểm tra trực tiếp thông số Ra, như những bề mặt kích thước nhỏ hoặc có profin
phức tạp.
Bảng 1.3 : Cấp độ nhám và các giá trị tương ứng theo TCVN 2511-95 [6].