Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC GÁ DAO CAO HƠN TÂM ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN CÔN A STUDY THE EFFECT OF TOOL FIXING HIGH ABOVE CENTER ON SURFACE QUALITY IN CONE TURNING TS Phạm Văn Bổng Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội phambong1963@gmail.com TÓM TẮT Chất lượng bề mặt chi tiết máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có ảnh hưởng việc gá dao gia công máy cắt kim loại Thông qua thực nghiệm phân tích, báo đề cập đến ảnh hưởng việc gá dao cao tâm đến chất lượng bề mặt chi tiết máy, bao gồm độ nhám bề mặt độ thẳng đường sinh bề mặt chi tiết tiện chi tiết dạng côn máy tiện Khi gá dao cao tâm, đường tiếp xúc dao chi tiết gia công không trùng với đường sinh chi tiết dẫn đến tạo bề mặt chi tiết dạng côn có đường sinh đường phi tuyến, đồng thời bề mặt gia công tiếp xúc với mặt sau dao nên độ nhám bề mặt bị ảnh hưởng, dao gá cao tâm chiều cao nhấp nhô lớp bề mặt tăng Từ khóa: gá dao cao, nhám bề mặt, độ thẳng, đường sinh, tiện côn ABSTRACT Surface quality is affected by many factors such as the tool fixing on metal cutting machine Through the experimental and analysis, this paper deals with the influence of the tool fixing high above center on surface quality part including roughness surface and generatrix line straightness of cone turning part When tool is fixed high above center, the contact line between tool tip and cutting part is not coincidental with the generatrix line Thus, the surface turning part is cone with non-linear generatrix line and the roughness surface is affected by the contact between the cutting part surface and end-relief tool surface Tool fixing is higher than the center, the roughness surface is higher Keywords: tool fixing high, roughness surface, straightness, generatrix line, cone turning ĐẶT VẤN ĐỀ Chi tiết có dạng bề mặt côn (hình nón) sử dụng nhiều ngành chế tạo máy dạng trục côn như: loại chuôi côn dụng cụ cắt, trục gá, loại bạc côn lắp ráp,… hay mối lắp yêu cầu độ xác đồng tâm cao Để tạo mặt côn thông qua cắt gọt có nhiều phương pháp tiện côn, mài côn, khoét côn, tiện côn chiếm tỷ trọng nhiều Bề mặt côn tiện phải đáp ứng yêu cầu độ xác góc côn φ, độ thẳng đường sinh, độ nhám bề mặt Các nghiên cứu tiện côn việc gá dao cao (hoặc thấp) tâm máy có ảnh hưởng đến suất, chất lượng bề mặt gia công [1], [3], [4] hầu hết nghiên cứu đưa việc gá dao cao tâm lượng H làm thay đổi số góc dao nên ảnh hưởng đến trình cắt chất lượng bề mặt Tuy nhiên tài liệu chưa đề cập đến ảnh hưởng đến độ thẳng đường sinh tiện chưa đưa mối quan hệ độ cao H với độ nhám bề mặt R a 154 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NỘI DUNG 2.1 Khảo sát ảnh hưởng việc gá dao cao tâm đến độ thẳng đường sinh tiện côn Khi tiện mặt trụ dao gá ngang hay cao(thấp) tâm không làm ảnh hưởng đến độ thẳng đường sinh Tuy nhiên tiện mặt côn, việc gá dao không ngang tâm ảnh hưởng đến độ thẳng đường sinh Để làm rõ vấn đề ta xét trường hợp cụ thể sau (hình 1): 1- Hình chiếu đường chạy dao mặt phẳng 2- Hình chiếu đường sinh chi tiết gia công Hình Gá dao cao tâm tiện côn Gọi khoảng cách từ mặt đầu chi tiết đến vị trí dao tiện x, mặt hình học ta xác định bán kính vị trí dao cắt sau: Với y = (L +x).tgα Vậy Rx = Với x = ÷ l; α =φ/2 (1) Như vậy, đường chuyển dịch dao bắt đầu cắt gọt có tọa độ gốc điểm giao hai đường sinh(đường1) đường sinh thực chi tiết đường phi tuyến (đường 2) hình Phương trình biểu diễn đường sinh phương trình (1) 1- Đường sinh lý thuyết; 2- Đường sinh thực Hình Đường sinh chi tiết gá dao cao tâm 155 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Lượng sai lệch ΔR = R - R độ không thẳng lớn đường sinh Với R = R 1t – R 1lt = R x(tại x =0) – R 1lt (2) R = R 2t – R 2lt = R x(tại x=l) – R 2lt (3) Lượng sai lệch ảnh hưởng lớn đến chiều dài tiếp xúc hai bề mặt côn lắp ráp 2.2 Sự ảnh hưởng việc gá dao cao tâm đến độ nhám bề mặt tiện côn máy tiện 2.2.1 Xác định mô hình hàm toán học biểu diễn mối quan hệ độ nhám bề mặt chiều cao H Để xác định mô hình hàm toán học biểu diễn mối quan hệ độ nhám bề mặt chiều cao gá dao H ta làm thực nghiệm sau: Thực với loạt thực nghiệm cắt với loại chi tiết chế tạo vật liệu thép 45 có kích thước chiều dài đoạn đường kính phần để gá kẹp máy nhau, kích thước đường kính lớn bề mặt côn khác Loại gồm chi tiết có kích thước đường kính lớn côn Φ = 50mm (hình 3a), loại gồm chi tiết có kích thước Φ = 40mm (hình 3b), loại gồm chi tiết có kích thước Φ = 30mm (hình 3c) Hình Các chi tiết thực nghiệm Sử dụng dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng có thông số góc là: Góc sau α = 10 , góc sau phụ α = 60, góc trước γ = 00, góc nghiêng lưỡi cắt λ = 00, góc lệch φ = 750, góc lệch phụ φ = 150 Gá dao cao tâm với chiều cao H thay đổi khoảng từ 0,25 ÷ 2mm Thực cắt máy tiện CNC hãng ECOCA Đài Loan sản xuất có tốc độ quay trục lớn 2000vg/phút, công suất động 3,7KW Chế độ cắt thực nghiệm V = 80m/ph; S=0,1mm/vg; t = 0,5mm Mỗi loạt thực nghiệm thực với lần tiện tương ứng với lần thay đổi độ cao H Sau cắt thực nghiệm, tiến hành đo chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt gia công thiết bị chuyên dùng máy đo SJ – 201- Mitutoyo Kết đo thực nghiệm bảng N0 H mm Bảng Kết đo độ nhám bề mặt Kết đo nhám bề mặt Ra (µm) Đối với thực nghiệm Đối với thực nghiệm Đối với thực nghiệm 0,25 0,58 0,6 0,61 0,5 0,62 0,67 0,71 0,75 0,72 0,85 0,8 0,6 0,86 0,94 1,25 0,66 0,83 0,97 1,5 0,71 0,87 0,99 1,75 0,72 0,9 130 0,83 0,94 1,43 156 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Để xác định mô hình hàm toán học, giả thiết mối quan hệ chiều cao gá dao cao tâm với độ nhám bề mặt theo dạng là: hàm tuyến tính, hàm phi tuyến, hàm bậc ba Sử dụng phần mềm tính toán MATLAB R6.5 [5] cho kết sau (bảng 2) Bảng 2: Các hàm biểu diễn mối quan hệ Loạt thực nghiệm số Dạng hàm Mô hình toán học Hàm biểu diễn mối quan hệ Độ tin cậy Tuyến tính R a = aH + b R a =0,164H+0,4793 r=70,13% Phi tuyến R a = C.Har R a =0,681 H0.1288 r= 58,5% Bậc R a =A.X3+ B.X2+ C.X+D R a =0,27X3- 0,89X2+ 0,92X+ 0.37 r= 92,42% Tuyến tính R a = aH + b R a =0,2H+0,581 r=73,66% ar 0.2103 Phi tuyến R a = C.H R a =0,8172H r= 69,66% Bậc R a =A.X3+ B.X2+ C.X+D R a =0,08X3- 0,36X2+ 0,625X+ 0,49 r= 94,73% Tuyến tính R a = aH + b R a =-0,1825H + 0,8428 r=14,59% Phi tuyến R a = C.Har R a =0,50896H-0.5274 r=19,07% Bậc R a =A.X3+ B.X2+ C.X+D R a =-0,48X3+ 0,83X2- 0,053X+ 0,61 r= 75,87% Theo kết ta thấy mối quan hệ độ nhám bề mặt chiều cao gá dao cao tâm theo hàm bậc có độ tin cậy cao nhất, theo hàm tuyến tính phi tuyến có độ tin cậy thấp Vì ta chọn mô hình toán biểu diễn mối quan hệ độ nhám bề mặt R a chiều cao H là: R a =A.X3+ B.X2+ C.X+D 2.2.2 Thực nghiệm xử lý kết 2.2.2.1 Hệ thống thực nghiệm * Mô hình thực nghiệm: Lựa chọn hệ thống thực nghiệm có mô hình Hình Mô hình cắt thực nghiệm * Máy dùng thực nghiệm: Quá trình thí nghiệm thực máy Tiện CNC hãng ECOCA Đài Loan sản xuất có tốc độ quay trục lớn 2000vg/phút, công suất động 3,7KW * Chế độ cắt cắt thực nghiệm: Tham khảo tài liệu [2] lựa chọn chế độ cắt bán tinh gia công thép 45, chế độ cắt thực nghiệm lựa chọn là: Vận tốc cắt V = 80m/phút; Lượng chạy dao S = 0,1mm/vòng; Chiều sâu cắt t = 1mm 157 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV * Dụng cụ cắt: Sử dụng dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng có thông số góc là: Góc sau α = 100, góc sau phụ α = 60, góc trước γ = 00, góc nghiêng lưỡi cắt λ = 00, góc lệch φ = 750, góc lệch phụ φ = 150 * Phôi dùng thực nghiệm: Sử dụng phôi chế tạo thép 45, tiện thô có kích thước sau (hình 5): Hình Phôi dùng thực nghiệm * Dụng cụ đo Đo nhám bề mặt: Đo chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt gia công thiết bị chuyên dùng máy đo SJ – 201- Mitutoyo có độ phân giải 0,32/300µm; 0,08/75µm; 0,04/9,4µm; Phần mềm điều khiển xử lý số liệu MSTATW A/D:RS – 232 * Chiều cao gá dao cao tâm: Chiều cao gá dao cao tâm máy khoảng từ 0,25 đến 2mm Thay đổi chiều cao gá dao cao tâm máy cách dùng lót (căn đệm gá dao) có kích thước bề dày khác lượng chênh lệch 0,25mm Ứng với thực nghiệm ta có chiều cao dao gá cao tâm máy theo bảng Bảng Chế độ thực nghiệm Chế độ cắt TT V S t (m/ph) (mm/vg) (mm) H - Chiều cao gá cao tâm máy Độ nhám bề mặt R a (mm) (µm) 80 0,1 0,5 0,25 80 0,1 0,5 0,50 80 0,1 0,5 0,75 80 0,1 0,5 1,00 80 0,1 0,5 1,25 80 0,1 0,5 1,50 80 0,1 0,5 1,75 80 0,1 0,5 2,00 2.2.2.2 Kết đo xử lý số liệu thực nghiệm * Kết đo Tiến hành thực nghiệm với thí nghiệm, đo độ nhám điểm chi tiết với vị trí đo khác (cách 1200) lấy giá trị trung bình, ta kết sau (bảng 4) 158 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bảng Kết đo độ nhám bề mặt Chế độ cắt TT V S (m/ph) (mm/vg) t (mm) H - Chiều cao gá cao tâm máy (mm) Độ nhám bề mặt R a (µm) 80 0,1 0,5 0,25 1,06 80 0,1 0,5 0,50 1,17 80 0,1 0,5 0,75 1,35 80 0,1 0,5 1,00 1,42 80 0,1 0,5 1,25 1,46 80 0,1 0,5 1,50 1,45 80 0,1 0,5 1,75 1,58 80 0,1 0,5 2,00 1,63 * Xử lý kết thực nghiệm Từ mô hình toán học: R a =A.X3+ B.X2+ C.X+D, đặt Y = Ra, ta có phương trình: Y= A.X3+ B.X2+ C.X+D Hệ phương trình xác định hệ số A,B,C,D có dạng [6]:  Yi = n.D + C ∑ X i + B ∑ X i + A∑ X i ∑   ∑ X iYi = D ∑ X i + C ∑ X i + B ∑ X i + A∑ X i  2 ∑ X i Yi = D ∑ X i + C ∑ X i + B ∑ X i + A∑ X i  ∑ X i 3Yi = D ∑ X i + C ∑ X i + B ∑ X i + A∑ X i  n: số lần thực nghiệm Y i : giá trị độ nhám độ nhám đo thực nghiệm X i : giá trị điều chỉnh độ cao H theo thực nghiệm Bảng Kết giá trị theo bảng Yi Xi3 Xi4 Xi2 (mm) (mm) (mm) (µm) Xi5 (mm) Xi6 (mm) 0,004 0,001 0,0003 0,125 0,063 0,031 0,0157 0,5625 0,422 0,316 0,237 0,178 1,42 1 1 1,25 1,46 1,5625 1,953 2,442 3,052 3,815 1.6 1,5 1,45 2,25 3,375 5,063 7,594 11,391 1.7 1,75 1,58 3,0625 5,359 9,379 16,413 28,723 1.8 1,63 16 32 64 Tổng giá trị 11,12 12,75 20,25 34,2656 60,328 109,122 Tổng giá trị ∑ X Y =12,3075 N0 Xi (mm) 1.1 0,25 1,06 0,0625 0,016 1.2 0,5 1,17 0,25 1.3 0,75 1,35 1.4 1.5 i i ∑X i Yi =19,441 159 ∑X i Yi =31,405 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Thay giá trị biến thực nghiệm vào hệ phương trình ta có phương trình mới: 11,12 = D + 9C + 12, 75 B + 20, 25 A   13,3075 =+ D 12, 75C + 20, 25 B + 34, 2656 A    19, 441 = 12, 75 D + 20, 25C + 34, 2656 B + 60,328 A 31, 405 =20, 25 D + 34, 2656C + 60,328 B + 109,1221A Giải hệ phương trình ẩn ta hệ số: A=0,181, B=-0,727,C=1,1479,D=0,7993 Thay vào ta hàm hồi quy: R a = 0,181X3 – 0,727X2+ 1,1479X+0,7993 Tọa độ điểm thực nghiệm Đường xây dựng lý thuyết Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ R a H * Đánh giá độ tin cậy hàm hồi quy thực nghiệm Độ tin cậy đánh giá công thức [6]: σ y − σ ,2 y r= σ y2 = σ y2 Trong đó: ( n ∑ yi − y n −1 ) n = σy ∑ ( yi − yi , ) n −1 ,2 Với: yi : Giá trị đo độ nhám Ra thực nghiệm yi : Giá trị trung bình Ra thực nghiệm yi , : Giá trị đo độ nhám Ra theo hàm hồi quy thực nghiệm 160 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bảng Kết giá trị theo bảng S t H yi yi , (mm/vòng) (mm) (mm) (y − y ) (y − y )2 STT V (m/phút) 1.1 100 0,1 0,25 1,06 1,04 0,1089 0,000266 1.2 100 0,1 0,5 1,17 1,21 0,0484 0,00194 1.3 100 0,1 0,75 1,35 1,32 0,0016 0,00049 1.4 100 0,1 1 1,42 1,40 0,0009 0,00035 1.5 100 0,1 1,25 1,46 1,45 0,0049 0,00007 1.6 100 0,1 1,5 1,45 1,50 0,0036 0,00214 1.7 100 0,1 1,75 1,58 1,55 0,0361 0,0008 1.8 100 0,1 1,63 1,64 0,0576 0,00003 0,262 0,0061 Tổng 11,12 Trung bình yi =1,39 Kết ta tính được: r = i i 0, 262 − 0, 0061 =0,9767 0, 262 * Kiểm tra tồn hệ số A,B,C,D phương trình hồi quy Sự có nghĩa hệ số hồi quy kiểm định theo tiêu chuẩn Student [6]: ti = bi Sbj Trong đó: b i hệ số thứ i phương trình hồi quy S bi độ lệch quân phương hệ số thứ i,N: số lượng thí nghiêm Mà ta có: Sbj = Sth N S th phương sai tái tính theo công thức: S 2th = N N ∑S j S j phương sai mẫu thực nghiệm X = Sj N ∑( X N i −X ) X i : giá trị H theo biến thực nghiệm lần đo thứ i X : giá trinh trung bình H theo biến thực nghiệm 161 , i i Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bảng Kết giá trị theo bảng STT yi Xj N ∑( X N i −X ) 1.1 0,25 1,06 0,096 1.2 0,5 1,17 0.049 1.3 0,75 1,35 0.017 1.4 1,42 0.002 1.5 1,25 1,46 0.002 1.6 1,5 1,45 0.017 1.7 1,75 1,58 0.048 1.8 1,63 0.095 Tổng S 2j = 0,327 X =1,125 Ta có: S 2th= N N ∑S= j Như vậy: = Sbj (0, 096 + 0, 049 + 0, 017 + 0, 002 + 0, 002 + 0, 017 + 0, 048 + 0, 095)= 0,041 Sth = N 0, 041 = 0, 071 Thay vào ta biểu thức: ti = bi Sbj = t0 b0 D 0, 7993 b1 C 1,1479 = = = 11, 26 := t1 = = = 16,167 0, 071 Sbj Sbj Sbj Sbj 0, 071 = t2 b1 B 0, 727 b3 A 0,181 = = = 10, 24 ;= t3 = = = 2,546 Sbj Sbj 0, 071 Sbj Sbj 0, 071 Theo đánh giá hàm student với xác suất tin cậy P=0,95 số lượng thí nghiệm m=N=8 t(P y m)=2,365 ≤ t i hệ số A,B,C,D thực tồn KẾT LUẬN Qua phân tích nghiên cứu cho thấy tiện bề mặt côn, việc gá dao cao tâm khoảng H ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công sau: - Đường sinh bề mặt côn đường phi tuyến, Sự ảnh hưởng chiều cao gá dao cao tâm đến kích thước bán kính mặt côn điểm cách mặt đầu côn khoảng x biểu diễn qua phương trình: R x = Đường kính bề mặt côn nhỏ độ không thẳng đường sinh lớn - Do mặt sau dao cà sát vào bề mặt gia công nên độ nhám bề mặt gia công kém, độ cao H lớn độ nhấp nhô lớp bề mặt gia công cao Trong phạm vi thực nghiệm cắt thép 45 với vận tốc cắt V = 80m/phút; lượng chạy dao S = 0,1mm/vòng; chiều sâu cắt t = 1mm mối quan hệ H R a xác định công thức: R a = 0,181X3 – 0,727X2+ 1,1479X+0,7993 162 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quang Châu (dịch), Kỹ thuật tiện, NXB CNKT,1981 [2] Trần Văn Địch (chủ biên), Công nghệ chế tạo máy, NXB KHKT, 2008 [3] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy, Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nôi, 2008 [4] Trần Đức Quý tác giả, Giáo trình công nghệ chế tạo máy, NXB Giáo dục, 2011 [5] Hoàng Phương, MATLAP giải trình đồ họa, NXB trẻ, TP Hồ Chí Minh, 2000 [6] Nguyễn Doãn Ý, Quy Hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2003 163 ... công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NỘI DUNG 2.1 Khảo sát ảnh hưởng việc gá dao cao tâm đến độ thẳng đường sinh tiện côn Khi tiện mặt trụ dao gá ngang hay cao( thấp) tâm không làm ảnh hưởng đến. .. x(tại x=l) – R 2lt (3) Lượng sai lệch ảnh hưởng lớn đến chiều dài tiếp xúc hai bề mặt côn lắp ráp 2.2 Sự ảnh hưởng việc gá dao cao tâm đến độ nhám bề mặt tiện côn máy tiện 2.2.1 Xác định mô hình... 232 * Chiều cao gá dao cao tâm: Chiều cao gá dao cao tâm máy khoảng từ 0,25 đến 2mm Thay đổi chiều cao gá dao cao tâm máy cách dùng lót (căn đệm gá dao) có kích thước bề dày khác lượng chênh