Tải bản đầy đủ

Khảo sát chất lượng bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------

PHẠM NGỌC THÀNH

KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA THÉP LÀM KHUÔN
ĐÃ QUA TÔI KHI PHAY CỨNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Thái Nguyên – 2015

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực

và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những
phần tham khảo đã được ghi rõ trong Luận văn.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 12 năm 2014
Tác giả

Phạm Ngọc Thành

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo PGS.TS.
Nguyễn Đình Mãn - Thầy giáo TS. Trần Quốc Hùng. Thầy hướng dẫn khoa
học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn tận tình của Thầy trong
việc tiếp cận và khai thác các tài liệu cũng như những chỉ bảo trong quá trình
tôi làm thực nghiệm và viết luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy
cô đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi được tiến hành thí nghiệm tại
Trung tâm thí nghiệm của Trường ĐHKTCN trong suốt quá trình hoàn thành
luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn cán bộ Khoa Sau đại học của
trường, cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Cơ khí – ĐHKTCN đã dành cho tôi
những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã ủng
hộ, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.
Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên
chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong muốn
sẽ nhận được những chỉ dẫn từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để
luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa hơn nữa trong thực tiễn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả

Phạm Ngọc Thành

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


MỤC LỤC


LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 3
MỤC LỤC ......................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................... 7
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU ............................................................... 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP .................................. 9
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................. 11
1. Tính cấp thiết của đề tài. ......................................................................... 11
2. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu .................................. 14
2.1. Mục đích của đề tài ........................................................................ 14
2.2. Đối tượng nghiên cứu .................................................................... 14
2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................... 14
3. Ý nghĩa của đề tài.................................................................................... 15
3.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................. 15
3.2. Ý nghĩa thực tiễn .............................................................................. 15
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG ........................... 15
1.1. Khái niệm về quá trình phay ................................................................ 15
1.2. Các yếu tố cắt của dao phay ................................................................. 17
1.2.1. Chiều sâu cắt ap ............................................................................ 18
1.2.2. Lượng chạy dao S ......................................................................... 18
1.2.3. Vận tốc cắt khi phay...................................................................... 18
1.2.4. Chiều sâu phay t ............................................................................ 19
1.2.5. Chiều rộng phay B ........................................................................ 19
1.2.6. Góc tiếp xúc  .............................................................................. 19
1.2.7. Chiều dày cắt a khi phay ............................................................... 20
1.3. Các thành phần lực cắt khi phay .......................................................... 20
1.4. Quá trình phay cứng ............................................................................. 22
1.5. Kết luận chương 1 ................................................................................ 25
CHƯƠNG 2: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT ......................... 26
2.1. Mòn của dụng cụ khi phay ................................................................... 26
2.2. Ma sát và mòn của dụng cụ phủ........................................................... 27
2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ................................................................. 27
2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ .................................................................... 28
2.3. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt .......................................................... 29
2.4. Mòn dao khi phay cứng........................................................................ 31
2.5. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ .......... 32
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


2.5. Mòn và tuổi bền của dụng cụ khi phay cứng ....................................... 33
2.5.1. Mòn của dao khi phay cứng .......................................................... 33
2.5.2. Tuổi bền của dao khi phay cứng ................................................... 34
2.6. Kết luận chương 2 ............................................................................ 34
CHƯƠNG 3 : CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG................................... 35
3.1. Khái niệm về chất lượng bề mặt gia công............................................ 35
3.1.1. Khái niệm ...................................................................................... 35
3.1.2. Cơ lý tính lớp bề mặt..................................................................... 35
3.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến nhám bề mặt khi phay cứng .................... 38
3.3. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết máy..
39
3.4. Các phương pháp nghiên cứu về độ nhám bề mặt ............................... 39
3.4.1. Nghiên cứu nhám bề mặt dựa trên thực nghiệm ........................... 40
3.4.2. Nghiên cứu dựa trên các mô hình mô phỏng ................................. 48
3.5. Kết luận chương 3 ................................................................................ 57
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ............................................ 60
4.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ................................................ 60
4.1.1. Lý thuyết thực nghiệm. ................................................................. 60
4.1.1.1. Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm ............................................ 60
4.1.1.2. Các loại thí nghiệm .................................................................... 60
4.1.1.3. Lựa chọn thiết kế thí nghiệm ..................................................... 61
4.1.2. Cơ sở lý thuyết .............................................................................. 61
4.1.2.1. Thực nghiệm tối ưu hoá ............................................................. 61
4.1.2.2. Tiến trình tối ưu hoá................................................................... 62
4.1.2.3. Mức độ phù hợp của mô hình .................................................... 63
4.1.2.4. Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu ......................................... 63
4.1.2.5. Phương pháp đo và tổng hợp kết quả đo.................................... 64
4.1.3. Các giới hạn của thí nghiệm.......................................................... 64
4.1.4. Các thông số đầu vào của thí nghiệm ........................................... 65
4.1.5. Các hàm mục tiêu.......................................................................... 66
4.1.6. Chọn dạng hàm hồi quy ................................................................ 66
4.1.7. Xây dựng ma trận thí nghiệm ....................................................... 66
4.1.8. Trang thiết bị thí nghiệm............................................................... 67
4.1.8.1. Máy thí nghiệm .......................................................................... 67
4.1.8.2. Dụng cụ cắt thí nghiệm .............................................................. 69
4.1.8.3. Phôi............................................................................................. 70
4.1.8.4. Dụng cụ đo kiểm ........................................................................ 70
4.2. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................... 70
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


4.3. Xử lý kết quả thí nghiệm...................................................................... 71
4.3.1. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu nhám bề mặt .... 71
4.3.2. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và nhám bề mặt .. 73
4.3.3. Phân tích biểu đồ và lời khuyên công nghệ .................................. 74
4.4. Kết luận chương 4 ................................................................................ 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 77

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
KÍ HIỆU
γ

Ý NGHĨA
Góc trước



Góc tác động

1

Góc trượt



Góc cắt

t

Ciều sâu cắt

S

Lượng chạy dao

V

Vận tốc cắt

Ra

Độ nhám bề mặt

L

Chiều dài phoi

Lo

Chiều dài cắt

a1

Chiều dầy phoi thực tế

a

Chiều dầy phoi lý thuyết

R

Tổng hợp lực tác dụng lên dao

Ro

Lực tổng hợp pháp tuyến

R1

Tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau

N

Lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước

Fo

Lực ma sát của phoi lên mặt trước

N'

Lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau

Fo

Lực ma sát của phoi lên mặt sau

Px

Thành phần lực cắt theo phương X

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


Py

Thành phần lực cắt theo phương Y

Pz

Thành phần lực cắt theo phương Z

n

Số vòng quay của trục chính

A

Công hớt phoi

Ps

Lực trong mặt phẳng trượt

Q

Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cắt

o

Độ mòn dao



Thời gian làm việc của dao

ϕ

Góc nghiêng chính của dao



Góc sau

D

Đường kính dao phay

P

Lực vòng

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


TT

Bảng số

Nội dung
Giá trị tính toán giá trị thông số chế độ cắt V, S

Trang

1

Bảng 4.1 cho thực nghiệm

51

2

Bảng 4.2 Ma trận thí nghiệm

53

3

Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy

54

4

Bảng 4.4 Thành phần các nguyên tố hoá học thép SKD11

57

5

Bảng 4.5

Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác định
tuổi bền của dao

58

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP
Hình 1.1. Dao phay trụ răng xoắn ................................................................... 16
Hình 1.2. Dao phay mặt đầu............................................................................ 17
Hình 1.3. Dao phay răng nhọn và dao phay hớt lưng ..................................... 17
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


Hình 1.4. Các yếu tố cắt khi phay ................................................................... 17
Hình 1.5: Tốc độ cắt khi phay ......................................................................... 18
Hình 1.6: Góc tiếp xúc khi phay: (a) Bằng dao phay trụ; (b) Bằng dao phay
mặt đầu ............................................................................................ 20
Hình 1.7: Lực tác dụng lên răng dao phay trụ răng xoắn ............................... 22
Hình 1.8: Máy phay CNC ............................................................................... 23
Hình 1.9. Hình dạng – kích thước chế tạo của thân dao kí hiệu TRM4 và
mảnh ghép hãng Mitssubishi- Nhật Bản [2] ................................... 23
Hình 1.10. Dao phay rãnh có gắn mảnh ghép hãng Sandvik [2] .................... 24
Hình 2.1: Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Mamin. ............................. 28
Hình 2.2: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục ......... 30
Hình 2.3: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt gián đoạn ..... 30
Hình 2.4: Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trước của dụng cụ thép gió phủ
TiN .................................................................................................. 31
Hình 2.5: Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr ................................... 32
Hình 2.6. (a) Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD theo vận tốc cắt dao
tiện ................................................................................................... 33
(b) Dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi cải thiện. ...................... 33
Hình 3.1. Kính hiển vi đo độ nhám ................................................................. 37
Hình 3.2. Máy đo độ nhám.............................................................................. 37
Hình 3.3. Thử nghiệm thiết lập, thu thập dữ liệu và điều chỉnh ..................... 41
Hình 3.4. Cảm biến vị trí của sensor điều khiển tích hợp cho trục chính ....... 42
Hình 3.5. Mô hình và quá trình thí nghiệm 2-D VAMEM ............................. 43
Hình 3.6. Mòn dụng cụ cắt: (a) không có rung động , (b) có các rung động.. 44
Hình 3.7. Độ nhám bề mặt với biên độ và tần số rung động khác nhau [13] . 44
Hình 3.8. Kết thúc phay (a) dụng cụ mới; (b) và (c) sau khi cắt 1 đoạn 150
mm; (b) bằng tia laser và ( c) không có laser ( tốc độ cắt: 32m/phút,
chiều sâu trục cắt: 25 μm, chiều sâu cắt 1 μm/flute, công suất: 7,5
W), ................................................................................................... 46
Hình 3.9. Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt và chiều rộng phoi 47
Hình 3.10. Mô tả lưỡi cắt ................................................................................ 50
Hình 3.11. Tạo khối 3D phoi và phôi ............................................................. 50
Hình 3.12. Thí nghiệm và kết quả mô phỏng ................................................. 51
Hình 3.13. Mối quan hệ giữa thiết lập phôi với hướng cắt. FX: ăn dao theo
phương x (N), FY: chọn lượng ăn dao phương y (N), FZ: trục cắt
chính (N). ........................................................................................ 52
Hình 3.14. 2D profiles độ nhám bề mặt của các định hướng đường cắt, đo dọc
theo một hướng lựa chọn ăn dao ..................................................... 53
Hình 3.15. Ứng dụng 3D FEM mô phỏng trong gia công phay ..................... 54
Hình 3.16. Ứng suất không đều của phoi trong quá trình bóc tách ................ 54
Hình 3.17. So sánh giữa FEM (a) và dùng giải tích (b) đường cong của lực cắt
để ..................................................................................................... 55
phay 2 đường răng........................................................................................... 55
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


Hình 3.18. Mô hình dụng cụ cắt không phủ WC/Co và phủ CBN .................
56
Hình 3.19. So sánh dự đoán của phân bố nhiệt độ (TºC)................................ 56
Hình 3.20. So sánh dự đoán tỉ lệ phân bố phủ CBN và không phủ WC/Co ...
56
Hình 3.21. Tối ưu các thông số phay micro biểu diễn trong không gian hàm
toán học (bên trái) và không gian giải pháp (bên phải) .................. 57
2
Hình 4.1 . (a) Sơ đồ thí nghiệm 2 ; (b) 4 thí nghiệm dọc trục và 1 thí nghiệm
trung tâm; (c) Thí nghiệm CCD ...................................................... 64
Hình 4.3. Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao ................... 73
và nhám bề mặt ............................................................................................... 73
Hình 4.4. Biểu đồ đường mức quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và nhám
bề mặt .............................................................................................. 74

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Phay cứng được hiểu là phay các chi tiết có độ cứng cao (45 
HRC),

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

70

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


có thể tiến hành với điều kiện cắt khô (dry – không sử dụng dung dịch trơn
nguội) hoặc gần giống như cắt khô và phổ biến sử dụng dao gắn mảnh Nitrit
Bo lập phương đa tinh thể (PCBN – Polycrystalline Cubic Boron Nitride, hay

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


vẫn thường được gọi là CBN – Cubic Boron Nitride). Người ta cho rằng, sự
ra đời và phát triển của vật liệu dụng cụ cắt CBN như là một giải pháp tối ưu
cho phay cứng. Bởi vật liệu CBN có độ cứng rất cao chỉ thấp hơn so với kim
cương, nhưng không giống như kim cương CBN có tính ổn định và bền nhiệt
0

cao (hơn 1000 C). Mặt khác, CBN có thể tạo hình với các hình dạng và kích
thước khác nhau…..
Công nghệ phay cứng đã và đang phát triển đầy tiềm năng với những ưu
điểm có thể so sánh (trong nhiều trường hợp có thể thay thế cho mài) với
công nghệ mài – một phương pháp gia công tinh lần cuối mang tính truyền
thống đối các thép có độ cứng cao.
Việc áp dụng công nghệ phay cứng để gia công lần cuối các chi tiết so
với công nghệ mài có các ưu điểm nổi bật sau:
- Giảm thời gian chu kỳ gia công một sản phẩm.
- Giảm chi phí đầu tư thiết bị.
- Tăng độ chính xác.
- Đạt độ bóng bề mặt cao.
- Cho phép nâng cao tốc độ bóc vật liệu (từ 2 - 4 lần), nâng cao năng
suất gia công.
- Gia công được các contour phức tạp.
- Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá.
- Phay cứng có khả năng tạo ra lớp bề mặt có ứng suất dư nén (lớp bề
mặt này có tác dụng nâng cao sức bền mỏi của chi tiết máy).
Hơn nữa, thông thường như trước đây những chi tiết như vòng ổ lăn, vòi
phun, bánh răng, cam và những chi tiết của hệ thống thủy lực .v.v… sau khi
nhiệt luyện phải qua công đoạn mài, mài khôn. Những công đoạn này thiếu
tính linh hoạt và tốn nhiều thời gian. Một hạn chế nữa là chi phí cho dung
dịch trơn nguội của các công đoạn mài khá cao. Những lý do trên làm tăng chi
phí cho các công đoạn gia công chính xác. Mặt khác chất thải ra khi mài gây ô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


nhiễm môi trường, thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy
trình công nghệ gia công chi tiết.
Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài phay cứng ngày
càng được các nhà sản xuất yêu thích hơn.
Tuy nhiên phay cứng cũng có những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ
yếu là cắt khô nên nhiệt của quá trình rất cao, chi phí dụng cụ cắt cao (mảnh
CBN đắt hơn so với mảnh cacbide khoảng 4-5 lần), khi gia công các chi tiết
có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằm ngoài vùng cho phép, khi chiều
sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới hạn (t min) thì quá trình cắt không thể thực
hiện được.
Việc áp dụng phay cứng thay cho mài đang trở nên khá phổ biến trên thế
giới bởi những ưu điểm nổi bật của nó, nhất là hiện nay vấn đề môi trường
đang được sự quan tâm đặc biệt của toàn thế giới. Ở nước ta, phay cứng đã và
đang được áp dụng và phát triển khá mạnh, các chi tiết như con lăn trong các
dây truyền cán thép, chày cối dập thuốc, vòng ổ v.v… cũng đã được gia công
lần cuối bằng tiện cứng thay cho mài.
Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố đến quá trình phay cứng,
phân tích các quá trình vật lý trong phay cứng đã và đang được quan tâm, tiến
hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu cũng như các trường đại học trên
thế giới.
Chất lượng bề mặt gia công là một trong những yêu cầu quan trọng nhất
đối với chi tiết máy vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, độ bền,
độ bền mòn cũng như tuổi thọ của chi tiết máy. Quá trình tạo lớp bề mặt gia
công có chất lượng bằng phương pháp gia công cơ chịu ảnh hưởng của nhiều
yếu tố công nghệ. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi
phay cứng đến chất lượng bề mặt gia công là cần thiết đối với ngành cơ khí.
Chế độ cắt có ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng bề mặt khi phay
thép làm khuôn đã qua tôi ( SKD11 hoặc SKD61). Việc tìm ra bộ chế độ cắt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


tối ưu để đạt chất lượng bề mặt tốt nhất cho quá trình này đang là yêu cầu cần
thiết của các nhà sản xuất.
Từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu “Khảo sát chất lượng
bề mặt của thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng”
2. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích của đề tài
- Xác định được độ ảnh hưởng các yếu tố của chế độ cắt (t, s, v) đến độ
nhám bề mặt thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng.
- Xác định được chế độ cắt đáp ứng theo chỉ tiêu độ nhám bề mặt gia công.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám lớp bề mặt thép làm khuôn
SKD11 đã qua tôi khi phay cứng bằng dao phay gắn mảnh CBN.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiện cứu:
+ Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm
Khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt ( v, s, t ) đến độ nhám bề mặt của
thép làm khuôn đã qua tôi khi phay cứng có sự thay đổi gì sau mỗi lần thay
đổi thông số cắt. Từ đó so sánh các thông số để lựa chọn được bộ thông số
phù hợp nhất.
Nghiên cứu thực nghiệm: Gia công chi tiết trên máy phay CNC, với
phôi thép hợp kim SKD11 đã qua tạo hình dáng và tôi đạt độ cứng 45 ÷
50HRC, dụng cụ cắt là dao phay CBN hai lưỡi cắt ký hiệu VP15TF (dao phay
mặt đầu) của hãng Mitsubishi –Nhật Bản.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Bằng cách nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài sẽ
làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình gia công thép
hợp kim đã qua tôi.
- Các phương pháp nâng cao độ nhám bề mặt chi tiết gia công hiện nay
vẫn được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Đề tài
sẽ đóng góp một số kết quả vào hướng nghiên cứu này.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số chế độ cắt đến độ nhám bề mặt của
thép làm khuôn SKD11 đã qua tôi khi phay bằng dao phay gắn mảnh CBN để
lựa chọn các thông số tối ưu khi gia công. Vì thế nghiên cứu này có thể được
ứng dụng khi phay tinh thép làm khuôn trên máy công cụ CNC.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG
1.1. Khái niệm về quá trình phay
Phay là phương pháp gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn
cấp 4 - 3 và độ bóng không hơn cấp 6; là một trong những phương pháp gia
công đạt năng suất cao nhất.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


Bằng phương pháp phay, người ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định
hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt xoay tròn, trục then hoa, cắt
ren, bánh răng... Dụng cụ để cắt kim loại khi phay goi là dao phay.
Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi nên quá trình cắt ngoài
những đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện còn có những đặc điểm sau:
- Do có một số lưỡi cùng tham gia cắt nên năng suất khi phay cao.
- Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng
thân dao 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.

Hình 1.1. Dao phay trụ răng
xoắn

( Mặt trước 1; mặt sau 2; cạnh viền 3; lưng rang 4; lưỡi cắt xoắn 5 )

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


Hình 1.2. Dao phay mặt
đầu

Hình 1.3. Dao phay răng nhọn và dao phay hớt
lưng

1.2. Các yếu tố cắt của dao phay

Hình 1.4. Các yếu tố cắt khi
phay
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


1.2.1. Chiều sâu cắt ap
Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công với bề mặt chưa gia công đo theo
phương vuông góc với bề mặt đã gia công sau một lát cắt.
1.2.2. Lượng chạy dao S
Lượng chạy dao răng Sz (mm/răng): Là lượng chạy dao xác định khi dao
quay được một góc răng.
Lượng chạy dao vòng Sv (mm/vòng): Là lượng chạy dao xác định sau khi
dao quay được một vòng.
Lượng chạy dao phút Sph (mm/phút): Là lượng chạy dao xác định trong
một phút.
Giữa chúng có quan hệ như sau:

Sv= Z . Sz

(1 – 1)

Sph = n . Sv = n . Z . Sz

(1 – 2)

1.2.3. Vận tốc cắt khi phay
Trong quá trình phay do sự phối hợp của hai chuyển động tạo hình,
chuyển động quay của dao và chuyển động tịnh tiến của chi tiết gia công.
y

Vn

Vc
Chi tiÕt

Vs
s

Hình 1.5: Tốc độ cắt khi phay

Tốc độ cắt khi phay được biểu diễn:
Vc  Vn  Vs
Vc 

2

Vn  Vs

2

2 Vn .Vn .Cos(VnVs )

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

(1-3)

http://www.lrc-tnu.edu.vn/


Dấu (+) ứng với trường hợp phay nghịch. Dấu (-) ứng với trường hợp
phay thuận.
Trong đó:

Vn 

Dn
(m/
1000 ph)

Vs  S z .Z.n (m / ph)

(1 – 4)
(1 – 5)

Thực tế thì giá trị của Vs rất nhỏ so với V n khi tính toán chế độ cắt người
ta thường bỏ qua lượng Vs khi đó công thức (1-3) có dạng:
Vc  Vn 

Dn
(m/
1000 ph)

(1 – 6)

1.2.4. Chiều sâu phay t
Là kích thước lớp kim loại được cắt đi, đo theo phương vuông góc với
lực của dao phay ứng với góc tiếp xúc  .
Khi phay bằng dao phay hình trụ răng thẳng và xoắn, dao phay đĩa, dao
phay định hình, dao phay góc thì chiều sâu phay trùng với chiều sâu cắt t 0
Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đường kính
dao, khi phay bề mặt vuông góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt t0
Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì chiều sâu phay t0
được đo ứng với góc tiếp xúc  , còn khi phay đối xứng chiều sâu phay bằng
chiều rộng chi tiết.
1.2.5. Chiều rộng phay B
Là kích thước lớp kim loại được cắt đo theo phương chiều trục của dao
phay. Khi cắt bằng dao phay hình trụ thì chiều rộng phay bằng chiều rộng chi
tiết, khi phay rãnh bằng dao phay đĩa thì chiều rộng phay bằng chiều dày dao
phay (hay chiều rộng rãnh); Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều rộng
phay bằng chiều sâu rãnh, khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì
chiều rộng phay bằng chiều sâu cắt t0 (B = t0).
1.2.6. Góc tiếp xúc 
Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc l giữa dao và chi tiết


O

t

t
2

t

O



t
2

s

s

a)
b)

Hình 1.6: Góc tiếp xúc khi phay: (a) Bằng dao phay trụ; (b) Bằng dao phay mặt
đầu
Khi phay bằng dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay định hình
góc tiếp xúc được tính theo công thức sau:
Cos  1 

2t
D

hay

sin 

1  c o s

t
D

(1-7)


2

Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:


2
2t
2t
Sin 
1
  arcSin( 1)
D
D

2t
   arcSin( 1)
2
D
 

(1-8)

1.2.7. Chiều dày cắt a khi phay
Chiều dày cắt a khi phay là một trong những yếu tố quan trong của quá
trình phay. Chiều day cắt khi phay là khoảng cách giữa 2 vị trí của quỹ đạo
chuyển động của một điểm trêm lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng Sz.
Ở trên ta coi gần đúng quỹ đạo chuyển động tương đối của lưỡi cắt là
đường tròn, do đó chiều dày cắt a được đo theo phương đường kính của dao.
Trong quá trình phay, chiều dày cắt a biến đổi từ trị số amin đến amax
hoặc từ amax đến amin tùy theo phương pháp phay.
1.3. Các thành phần lực cắt khi phay
- Lực cắt tổng R tác dụng lên một răng dao phay cũng như lực cắt khi
tiện có thể được phân tích những lực thành phần theo các phương xác định.


- Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng ta có: R  Pr  Pz hoặc R  Pd  Pn


Pz -Lực vòng hay còn gọi là lực tiếp tuyến. Nó là lực cắt chính để tạo phoi,

khi thiết kế hay kiểm tra người ta tính toán động lực học của máy theo Pz.
Pr -Lực hướng kính tác dụng vuông góc với phương trục chính của máy

phay. Nó có xu hướng làm võng trục gá dao, đồng thời nó tạo ra một áp lực
trên các ổ của trục chính, do đó gây ra momen ma sát phụ trên ổ. Khi tính
toán sức bền trục gá dao cũng như tính toán ổ trục chính phải dùng lực này.
Pd -Thành phần lực thẳng đứng, tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà

nó có tác dụng đè chi tiết xuống hay nâng chi tiết lên. Qua Pd người ta có thể
tính kết cấu đồ gá kẹp chi tiết và tính áp lực trên bề mặt của sống trượt bàn
máy phay.
Từ hình 1.7, ta có quan hệ sau: Pd  Pz sin  i  Pr

(1-9)

cos i

Dấu (+) khi phay thuận, dấu (-) khi phay nghịch.
Pn -Thành phần lực nằm ngang hay là lực chạy dao vì nó có phương trùng

với phương chạy dao. Tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác
dụng tăng hay khử độ giơ của cơ cấu truyền động vít me đai ốc. Tính toán cơ
cấu chạy dao cũng như đồ gá kẹp chi tiết tiến hành theo lực này ta có:
(1-10)

Pn  Pz cos i  Pr sin  i

Dấu (+) khi phay nghịch, dấu (-) khi phay thuận.
Mối quan hệ giữa các lực trên trong điều kiện tiêu chuẩn có giá trị gần
đúng đối với dao phay trụ răng thẳng và xoắn.
Pr  (0,6 
Pn  (0,8 
Khi phay thuận:
Khi phay nghịch:

0,8)Pz ;

0,9)Pz ;

Pr  (0,6 
0,8)Pz ;

Pn  (1,0 
1,2)Pz ;

Pd  (0,7  0,9)Pz

Pd  (0,2  0,3)Pz


Ps
P0
Ps
P0

Pr

R

Q
PN

Pz

R

(a)

(b)

Hình 1.7: Lực tác dụng lên răng dao phay trụ răng xoắn

Nếu ta ký hiệu Q là lực tổng tác dụng lên răng xoắn thì nó có thể được
biểu diễn như sau: Q  R  P0 hay Q  PN  Pz
(1-11)
R -Thành phần lực tác dụng trong mặt phẳng vuông góc với trục dao
theo hình 1-9a, giống như dao răng thẳng ta có: R  Pr  Pz
PN -Thành phần lực tác dụng vuông góc với lưỡi cắt.
Ps - Thành phần lực dọc trục theo lưỡi cắt được tạo ra do ma sát của

phôi trên mặt trước dao theo phương xoắn vít, do đó gây ra sự co rút phoi
theo chiều rộng lớp cắt.
P0 -Lực chiều trục.

Các thành phần lực trên phụ thuộc góc xoắn  và phương răng, giữa
P0, Pz và Ps có quan hệ như sau: P0 = 0,28Pztg 
(1-12) Ps = 0,28Pzsin 
(1-13)
Chiều của lực P0 và Ps phụ thuộc phương của rãnh xoắn. Độ lớn của
chúng ngoài phụ thuộc vào Pz còn phụ thuộc vào góc 
1.4. Quá trình phay cứng
Phay cứng là tên gọi của phương pháp gia công phay các chi tiết đã qua
tôi (thường là thép hợp kim) có độ cứng cao khoảng 40 ÷ 70 HRC [1].
Phương pháp này có thể sử để thay thế một số phương pháp gia công khác
như mài, gia công bằng xung điện…Khi chi tiết có hình dạng tương đối phức
tạp. Phay cứng cho năng suất cao với vốn đầu tư ban đầu thấp hơn nhiều, vật
liệu làm dao phay cứng là các vật liệu phun phủ như: TiN, TiAlN, CBN


(Cubic Boron Nitride )… với vật liệu nền là thép gió hoặc thép hợp kim cứng
để làm tăng khả năng cắt gọt của chúng.
Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng
một lần gá. Cấp chính xác khi phay cứng đạt IT6 và độ bóng bề mặt (Rz = 2 4 μm), có thể so sánh với chất lượng khi mài. Khi gia công thép đã tôi, người
ta thường gia công khô hoàn toàn. Để thực hiện phay cứng thì máy phay phải
cứng vững, dụng cụ cắt bằng vật liệu siêu cứng, tốc độ quay trục chính và
công suất phù hợp. Máy phay CNC được lựa chọn để thực hiện công việc
phay cứng.

Hình 1.8: Máy phay
CNC

Các mảnh hợp kim thường sử dụng cho phay cứng là: CBN, CNGA, DNGA,
VNGA. Vật liệu phun phủ như: TiAl, TiN…

Hình 1.9. Hình dạng – kích thước chế tạo của thân dao kí hiệu TRM4 và mảnh
ghép hãng Mitssubishi- Nhật Bản [2]


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×