ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP BÙI THẾ NAM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU TRÊN VẬT LIỆU NHƠM A7075 Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Ngun - 2013 Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Trường Đại học KTCN  1  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong nhưng năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành cơng nghiệp phát triển góp phần giúp các loại sản phẩm ngày càng hồn thiện hơn về hình dạng, mẫu mã. Việc đó khơng thể khơng kể đến sự phát triển cơng nghệ gia cơng khn mẫu và đặc biệt là các loại khn mẫu làm bằng vật liệu nhơm phục vụ trong ngành Dược phẩm, Thực phẩm, Hóa mỹ phẩm, ngành Nhựa Trong lĩnh vực chế tạo gia cơng khn mẫu, người ta u cầu chất lượng sản phẩm ngày càng cao. Để nâng cao chất lượng sản phẩm: Một mặt người ta sử dụng ngày càng nhiều các loại vật liệu có cơ tính tốt, Nhơm hợp kim A7075 là một trong những loại vật liệu đó. Với thành phần nhơm và hợp kim chủ yếu: 5.1-6.1%Zn , 1.2-2%Cu, 2.1-2.9%Mg thì đây là loại vật liệu hợp kim có độ bền cao, chống ăn mòn tốt trong khoảng nhiệt độ rộng và đặc biệt do có tính nhiệt tốt nên cho chất lượng bề mặt sau gia cơng, đánh bóng là rất cao. Do vậy loại vật liệu này được sử dụng khá rộng rãi và rất thích hợp trong ngành Dược phẩm, các loại khn này chiếm phần lớn vì khi làm bằng vật liệu nhơm có ưu điểm là khơng nhiễm chéo, khơng gây độc hại, có khối lượng nhẹ, dễ vệ sinh, dễ sử dụng. Muốn vậy khi gia cơng cần u cầu cao về độ chính xác kích thước, hình dáng, vị trí tương quan và đặc biệt là chất lượng bề mặt. Mặt khác bên cạnh chọn vật liệu tốt người ta phải nâng cao chất lượng bề mặt gia cơng, giảm thời gian gia cơng sản phẩm. Chất lượng bề mặt và thời gian gia cơng lại phụ thuộc rất nhiều vào các phương pháp gia cơng. Do đó tác giả đã sử dụng phương pháp gia cơng phay để đạt được chính xác bề mặt lần cuối mà bỏ qua ngun cơng mài. Vì vậy việc nghiên cứu điều khiển q trình cắt khi phay là rất cần thiết. Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Trường Đại học KTCN  2  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam Các vấn đề cần nghiên cứu để điều khiển q trình phay là rất rộng. Tuy nhiên chế độ cắt khi phay là một trong những yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả của q trình phay. Từ những phân tích trên thấy rằng đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi phay bằng dao phay đầu cầu trên vật liệu nhơm A 7075 ”, là rất cần thiết và cấp bách. 2. Mục đích và phương pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến hiệu quả của q trình phay rãnh trên vật liệu nhơm A 7075 từ đó xác định được chế độ cắt hợp lý khi phay. Kết quả sẽ đưa ra được các chỉ dẫn cơng nghệ về lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi phay loại hợp kim nhơm này. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp giữa lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm. 3. Đối tượng nghiên cứu Vật liệu gia cơng: Hợp kim nhơm A 7075 Máy phay CNC: Mazak SMART 530C Dao phay đầu cầu: 10 - P18 Phương pháp phay: Phay rãnh 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: + Bổ sung kiến thức cơ bản của bản chất vật lý vùng cắt, chất lượng bề mặt khi thay đổi chế độ cắt + Xây dựng được mối quan hệ giữa các thơng số của nhám bề mặt (R a ), với các thơng số của chế độ cắt (S d , V d ) khi phay dưới dạng các hàm thực nghiệm. + Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ưu hố q trình phay. Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Trường Đại học KTCN  3  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam - Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt khi phay hợp kim nhơm A 7075 tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam để nâng cao độ chính xác, và chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng. 5. Nội dung của luận văn Kết cấu của luận văn bao gồm ba chương và phần kết luận chung: Chương 1: Tổng quan về gia cơng vật liệu nhơm Chương này được tổng hợp từ các nghiên cứu đã có trước về vật liệu nhơm và các cơ sở lý thuyết về q trình gia cơng tạo hình bề mặt. Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia cơng khi phay bằng dao phay đầu cầu. Nghiên cứu lý thuyết về gia cơng phay sử dụng dao phay đầu cầu và các yếu tố tác động trong q trình gia cơng nhằm nâng cao chất lượng bề mặt sau gia cơng. Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu Kết luận chung và thảo luận kết quả Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Trường Đại học KTCN  4  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam Chương I TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG VẬT LIỆU NHƠM 1.1 Tổng quan về hợp kim nhơm. Ngày nay nhơm là kim loại rất quan trọng trong đời sống của con người, nhưng về mặt lịch sử nhơm thuộc loại ngun tố “trẻ”. Nhơm được tìm ra năm 1808, cơng lao ấy thuộc về Dauy. Nhờ các phản ứng hóa học ơng đã tách được ngun tố kim loại nhẹ có màu sáng gọi là Alumin. Bắt đầu rừ những năm 30 của thế kỷ 19 người ta đã sản xuất nhơm trên quy mơ cơng nghiệp bằng phương pháp khoa học, tuy nhiên sản lượng hàng năm rất nhỏ. Từ năm 1854 đến 1890 tồn thế giới sản xuất được khoảng 200 tấn nhơm, vào năm 1890 nhơm được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch ơxít nhơm (Al2O3) nóng chảy trong Criolit (Na3AlF6). Chỉ trong vòng chín năm từ năm 1890 đến 1899 thế giới sản xuất được 2800 tấn nhơm. Riêng năm 1930 sản lượng đạt tới 270.000 tấn, năm 1968 sản lượng nhơm là 8.386.200 tấn, từ năm 1960 hàng năm sản lượng tăng 15%, những năm gần đây chỉ tăng 5%/năm. Ngày nay khi nhịp độ sản xuất tăng lên mạnh hơn, vị trí của vật liệu kim loại này được đưa lên hàng thứ hai sau thép. Hợp kim nhơm đầu tiên ra đời vào năm 1906, đó là hợp kim do Alfred Weinmer tìm ra, hiện nay được phát triển thành các Đura trên cơ sở Al-Cu- Mg đang được sử dụng rộng rãi. Sản lượng và nhu cầu ứng dụng nhơm so với các kim loại kết cấu khác tăng lên khơng ngừng. Những ưu điểm chính của nhơm là trọng lượng riêng nhỏ, độ dẫn điện dẫn nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn trong nhiều mơi trường khá tốt. Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Trường Đại học KTCN  5  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam Độ bền riêng của hợp kim nhơm khoảng 16,5 trong khi đó của thép là 15,4. Vì vậy khi ứng dụng hợp kim nhơm làm vật liệu kết cấu và khn mẫu nó tỏ ra có những ưu điểm lớn, về mặt trữ lượng nhơm nhiều hơn sắt, theo tính tốn nhơm chiếm khoảng 8,8% còn sắt chỉ chiếm 5,1% trọng lượng vỏ trái đất. Nhơm là ngun tố có dạng mạng tinh thể lập phương tâm mặt, có màu sáng bạc, và có những đặc điểm sau : - Khối lượng riêng nhỏ (2,8 g/cm 3 ) chỉ khoảng 1/3 so với thép. Do vậy làm giảm khối lượng kết cấu, chi tiết, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng khơng, vận tải… - Có tính chống mòn nhất định trong khí quyển do ln có lớp màng ơxít (Al 2 O 3 ) phủ trên lớp bề mặt có tính bảo vệ cao. - Có tính dẫn điện cao: tính dẫn điện kém hơn vàng bạc đồng 1.2 Phân loại và kí hiệu của hợp kim nhơm B, Ký hiệu: Để ký hiệu các hợp kim nhơm người ta thường dùng hệ thống đánh số theo AA (Aluminum Association) của Hoa kỳ bằng xxxx cho loại biến dạng và xxx.x cho loại đúc, trong đó: - Số đầu tiên có các ý nghĩa sau. Loại biến dạng Loại đúc 1xxx - nhơm sạch (≥ 99,0%), 1xx.x - nhơm thỏi sạch thương phẩm, 2xxx - Al - Cu, Al - Cu - Mg, 2xx.x - Al - Cu, 3xxx - Al - Mn, 3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si - Cu, 4xxx - Al - Si, 4xx.x - Al - Si, 5xxx - Al - Mg, 5xx.x - Al - Mg, 6xxx - Al - Mg - Si, 6xx.x - khơng có, Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Trường Đại học KTCN  6  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam 7xxx - Al - Zn - Mg, Al - Zn - Mg - Cu, 7xx.x - Al - Zn, 8xxx - Al - các ngun tố khác 8xx.x - Al - Sn. Ba số tiếp theo được tra theo bảng trong các tiêu chuẩn cụ thể. Để ký hiệu trạng thái gia cơng và hóa bền, các nước phương Tây thường dùng các ký hiệu sau. F: trạng thái phơi thơ, O: ủ và kết tinh lại, H: hóa bền bằng biến dạng nguội, trong đó H1x (x từ 1 đến 9): thuần túy biến dạng nguội với mức độ khác nhau, H2x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ủ hồi phục, H3x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ổn định hóa, T: hóa bền bằng tơi + hóa già, trong đó T1: biến dạng nóng, tơi, hóa già tự nhiên, T3: tơi, biến dạng nguội, hóa già tự nhiên, T4: tơi, hóa già tự nhiên (giống đoạn đầu và cuối của T3), T5: biến dạng nóng, tơi, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T1), T6: tơi, hóa già nhân tạo (đoạn đầu giống T4), T7: tơi, q hóa già, T8: tơi, biến dạng nguội, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T3), T9: tơi, hóa già nhân tạo, biến dạng nguội (hai đoạn đầu giống T6). (ngồi ra còn Txx, Txxx, Txxxx). TCVN 1659-75 có quy định cách ký hiệu hợp kim nhơm được bắt đầu bằng Al và tiếp theo lần lượt từng ký hiệu hóa học của ngun tố hợp kim cùng chỉ số % của nó, nếu là hợp kim đúc sau cùng có chữ Đ. Ví dụ AlCu4Mg là hợp kim nhơm chứa ~4%Cu, ~1%Mg. Với nhơm sạch bằng Al và số chỉ phần trăm của nó, ví dụ Al99, Al99,5. Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Trường Đại học KTCN  7  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam 1.3. Q trình hình thành phoi 1.3.1 Khái niệm và phân loại phoi Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.1a), sau đó bị biến dạng dẻo, q trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.1b). Hiện tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1  5 (hình 1.1c). a P a) a b) P 2 1 C    B a c) P 2 1 C     B 3 4 5 Hình 1.1. Sơ đồ q trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng góc , góc này được gọi là góc tác động. Góc  1 gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trượt. Q trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia cơng các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và góc cắt  nhỏ. Hình 1.2 là các loại phoi được hình thành trong q trình gia cơng các loại vật liệu khác nhau. Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Trường Đại học KTCN  8  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam Phoi dây (hình 1.2a) được hình thành khi gia cơng vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước  lớn [7]. Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia cơng các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước  nhỏ [7]. Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia cơng các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước  nhỏ [7]. Khi gia cơng các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước  lớn thì phoi vụn (hình 1.2d) có hình dạng khơng giống nhau được hình thành. a P a) a P C B a P C B a P C B c) b) d) Hình 1.2. Các loại phoi 1.3.2 Sự co rút phoi Biến dạng dẻo khi cắt kim loại được thể hiện ở chỗ chiều dày phoi a 1 lớn hơn chiều dày cắt a (hình 1.3). Nhưng trong trường hợp này có sự thay đổi về hình dáng, còn thể tích vẫn được giữ ngun, cho nên chiều dài phoi L sẽ ngắn hơn qng đường mà dao đi qua L 0 (chiều dài cắt). Hiện tượng phoi bị ngắn lại theo chiều dài và lớn lên theo bề dày được gọi là sự co rút phoi K: 1 1 0  a a L L K Hệ số co rút phoi là chỉ tiêu gián tiếp đánh giá cường độ biến dạng dẻo khi cắt kim loại Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Trường Đại học KTCN  9  Luận văn Thạc sĩ Hướng dẫn KH: TS. Trần Minh Đức Học viên: Bùi Thế Nam L a L L 0 a 1 Hình 1.3. Sơ đồ co rút phoi   l l 0 Hình 1.4. Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi Khi xét một phần tử phoi (hình 1.4), hệ số co rút phoi sẽ bằng: 1 1 1 1 0 0 sin )cos( sin )90sin(         l l K Trong thực tế, K = 1,5  4. Sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm sự co rút của phoi [15]. 1.4. Lực cắt gọt. 1.4.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt. Trong q trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực. Các lực này tác dụng lên phơi và lưỡi cắt. Hình 1.5a là sơ đồ lực tác động lên phơi khi cắt tự do. Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ [...]... nhỏ trên chiều dài chuẩn gọi là nhám bề mặt Nhám bề mặt cùng với các đặc tính khác của bề mặt như màu sắc bề mặt, mức độ phản xạ của bề mặt cũng như tính chất cơ lý của lớp kim loại trên bề mặt chi tiết và độ chính xác hình dáng của bề mặt là một trong những đặc trưng hình học cơ bản của chất lượng bề mặt Nhám bề mặt đóng vai trò quan trọng trong các mối ghép động của các chi tiết, có ảnh hưởng lớn đến. .. được nghiên cứu nhiều và ứng dụng thực tế tại Việt Nam Do vậy để giảm giá thành nhập khẩu một số loại khn thuốc của nước ngồi dùng trong lĩnh vực y tế, và tự chủ vật tư dự phòng trong q trình sản xuất tác giả đã nghiên cứu đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi phay bằng dao phay đầu cầu trên vật liệu nhơm A 7075 ” u cầu cụ thể của đề tài là tìm ra chế độ cơng nghệ khi phay. .. đọ bền chịu an mòn của các chi tiết, đặc biệt là các chi tiết khơng sử dụng lớp phủ bảo vệ Nhám bề mặt cũng có quan hệ với các u cầu quan trong của sản phẩm như độ kín khít của mối ghép, khả năng phản xạ của bề mặt, độ cứng tiếp xúc của bề mặt, độ bền bám dính của các bề mặt, chất lượng lớp mạ và sơn Nhám bề mặt của chi tiết ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước của chi tiết Trong nhiều trường hợp, nhám. .. cứng bề mặt phụ thuộc vào tác dụng của lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và ảnh hưởng của nhiệt trong vùng cắt Lực cắt làm tăng mức độ biến dạng dẻo của vật liệu tăng, qua đố làm tăng mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt Như vậy, mức độ biến cứng của lớp bề mặt phụ thuộc vào tỷ lệ tác động giữa hai yếu tố nhiệt cắt và lực cắt sinh ra trong vùng cắt Độ cứng bề mặt được xác định bằng. .. Trong nhiều trường hợp, nhám bề mặt cần thiết để tạo ra vẻ đẹp bên ngồi và độ nhẵn bóng của bề mặt Nhám bề mặt có thể được xác định bằng phương pháp quang học với kính niển vi giao thoa, nếu bề mặt có độ nhẵn bóng bề mặt cao thường từ cấp 10 đến cấp 14 Có thể đo lớp profin bề mặt bằng mũi dò khi nhám bề mặt đạt cấp 11 Đối với các bề mặt lỗ thơng thường phải in bằng chất dẻo bề mặt chi Hướng dẫn KH: TS... thể cứng của vật liệu gia cơng làm xước vật liệu dao và dần dần phá hủy mặt dao Cường độ mòn hạt mài tăng khi lượng xêmentít (HB = 800) trong thép (vật liệu gia cơng) tăng Lẹo dao có thể làm xước bề mặt dụng cụ nhanh hơn cả vật liệu gia cơng bởi độ cứng của lẹo dao cao hơn nhiều so với độ cứng của vật liệu gia cơng Mòn hạt mài của dụng cụ bằng thép dụng cụ và thép gió nhanh hơn so với dụng cụ bằng hợp... lẹo dao, lẹo dao giữ cho mặt trước khơng bị phoi cọ sát nhiều Khi gia cơng thép với tốc độ cắt lớn bằng dao hợp kim cứng khơng tồn tại lẹo dao cho nên cạnh ngồi của vết lõm trùng với mặt sau của dao, do đó mặt trước của dao chỉ tồn tại vết lõm (hình 1.8c) Dạng mòn của dụng cụ cắt phụ thuộc vào vật liệu gia cơng, chiều dày cắt a và tốc độ cắt v Khi gia cơng các vật liệu dẻo (thép) mòn dao xảy ra theo... dạng thứ nhất và dạng thứ hai Khi gia cơng các vật liệu giòn (gang) mòn dao xảy ra theo dạng thứ nhất nhiều hơn dạng thứ hai [15] Chiều dày lớp cắt và tốc độ cắt có ảnh hưởng như nhau đến dạng mòn của dụng cụ Khi cắt với chiều dày cắt nhỏ (< 0,1 mm) và tốc độ cắt thấp, dao mòn theo mặt sau (dạng mòn thứ nhất) Khi tăng chiều dày cắt và tốc độ cắt ngồi mặt sau ra, mặt trước của dao cũng bị mòn (dạng mòn... nhộng trên vật liệu nhơm A7075 sử dụng dao phay đầu cầu 10P18 đạt độ bóng bề mặt cấp 9-10 Hình ảnh sản phẩm dự định gia cơng: Hướng dẫn KH: TS Trần Minh Đức Số hóa bởi Trung tâm học liệu Học viên: Bùi Thế Nam http://lrc.tnu.edu.vn/  26  Trường Đại học KTCN Luận văn Thạc sĩ Chương 2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q TRÌNH TẠO PHOI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CƠNG BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU 2.1 Tổng quan về vật liệu. .. Việc giảm nhám bề mặt đến mức cần thiết có ảnh hưởng quyết định đến tính chất của mối ghép các chi tiết Khe hở hoặc độ dơi được xác định khi đo các chi tiết của mối ghép khác với khe hở hay độ dơi có hiệu quả khi lắp ghép và trong q trình vận hành của mối ghép Độ dơi có hiệu quả sẽ giảm đi, còn khe hở có hiệu quả sẽ tăng lên khi nhám bề mặt của các bề mặt đối tiếp trong mối ghép tăng Độ bền của các chi . NGHIỆP BÙI THẾ NAM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU TRÊN VẬT LIỆU NHƠM A7075 Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy LUẬN. tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi phay bằng dao phay đầu cầu trên vật liệu nhơm A 7075 ”, là rất cần thiết và cấp bách. 2. Mục đích và phương pháp nghiên cứu 2.1 cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến hiệu quả của q trình phay rãnh trên vật liệu nhơm A 7075 từ đó xác định được chế độ cắt hợp lý khi phay. Kết quả sẽ đưa