Su Kien 2016

Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi gia công cao tốc vật liệu C45

Thứ năm - 08/06/2017 16:58
So với phương pháp cắt gọt truyền thống thì gia công cao tốc có khả năng nâng cao năng suất, độ chính xác và chất lượng chi tiết gia công, giảm chi phí sản xuất và thời gian gia công
1. Đặt vấn đề
        Về cơ bản, gia công cao tốc là một sự kết hợp tốc độ trục chính của máy cao (high spindle speed), lượng ăn dao lớn (high feed), hệ điều khiển CNC cao cấp . Trong thực tế, tốc độ cao nhất cho gia công cao tốc trên các máy công cụ ngày càng tăng, lên đến 40.000 vg/ph và hơn thế nữa. Tốc độ ăn dao trung bình ít nhất là 10m/s trong khi tốc độ di chuyển nhanh lên đến 40m/ph và cao hơn, công suất động cơ trục chính ít nhất là 15 kW. Thực tế thì gia công cao tốc không đơn giản là cắt với tốc độ cao. Nó phải được xem như là một quá trình gia công mà ở đó các bước gia công được thực hiện bằng những phương pháp và thiết bị gia công rất cụ thể.
 Gia công cao tốc cũng không phải là gia công với tốc độ trục chính cao bởi vì có nhiều ứng dụng gia công cao tốc được thực hiện với máy có tốc độ bình thường. Gia công cao tốc thường được sử dụng khi gia công tinh thép đã tôi với việc sử dụng cả hai yếu tố là tốc độ cao và lượng ăn dao cao. Tùy theo loại vật liệu mà dải (vùng) tốc độ gia công cao tốc khác nhau
2. Giải quyết vấn đề
        Có  nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám: Lực cắt, lượng chạy dao S, vận tốc cắt, vật liệu gia công, mức độ biến dạng dẻo, nhiệt cắt, mòn dụng cụ cắt, rung động,…Tuy nhiên để khảo sát sự ảnh hưởng của  tất cả các yếu tố trên đến độ nhám bề mặt thì bài toán sẽ có rất nhiều biến và khó thực hiện. Để đơn giản trong việc mô hình hóa bài toán, ta sẽ khống chế một số yếu tố, nghĩa là coi các yếu tố đó là lý tưởng. Trong bài viết này ta chỉ đề cập đến sự ảnh hưởng của chế độ công nghệ gồm S,V,t đến độ nhám bề mặt khi gia công một vật liệu cụ thể là thép C45.  
2.1. Mô hình thực nghiệm
      Ở đây thông số đầu vào là các thông số trong hệ thống công nghệ như máy, dao, chế độ cắt. Phương pháp cắt được sử dụng cho thí nghiệm nghiên cứu độ nhám là tiện ngoài. Chi tiết được gá trên mâm cặp ba chấu tự định tâm. Đầu ra của quá trình là độ nhám bề mặt chi tiết máy được đặc trưng bởi hai giá trị Ra và Rz.
 
1
 
Hình 1. Sơ đồ thực nghiệm 
2.2.  Máy CNC
Quá trình tiện được thực hiện trên máy tiện CNC SL-153 của hãng Mori Seiki đảm bảo được các thông số như tốc độ vòng quay, độ chính xác dịch chuyển.

 
2
Hình 2. Máy tiện CNC SL -153
2.3. Vật liệu gia công
Là loại vật liệu được sử dụng phổ biến và rộng rãi trong ngành cơ khí với những cơ tính tốt thể hiện ở độ cứng, độ bền cao, khả năng chịu ma sát mài mòn tốt. Tương đối dễ gia công cắt gọt, gia công áp lực và hàn. Đặc biệt thép C45 có tính nhiệt luyện cao, sau khi nhiệt luyện thép C45 có sự thay đổi nhiều về cơ tính. Giá thành vừa phải vì vậy phú hợp để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng lớn như trục, trục khuỷu, thanh truyền, bánh răng,…
2.4. Dụng cụ cắt
Vật liệu dao chứa một lớp CVD dày 9µm (một chất thu được từ quá trình bay hơi hóa học) TiCN-Al2O3-TiN, được phủ lên trên lớp nền trong một diện tích khá dốc, sát với bề mặt. Điều này sẽ tạo ra một sự dính bám tuyệt vời, cùng với hiệu quả làm việc cao, tăng khả năng chống mài mòn trên diện rộng, và biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao. Nó cũng làm giảm ma sát và qua đó làm giảm sự hình thành lẹo dao.
 
3
Hình 3. Mảnh dao CNC 
2.5. Phương pháp gia công
Chi tiết được định vị và kẹp chặt (hình vẽ). Khi tiện có sử dụng dung dịch làm mát trong suốt quá trình tiện

 
4
Hình 4. Sơ đồ định vị và kẹp chặt chi tiết gia công
2.6. Kết quả thực nghiệm
2.7. Thảo luận
Thép C45 là vật liệu dẻo sau khi tôi cải thiện có tính gia công cắt gọt cao, có độ đồng đều cao về cơ tính. Do là vật liệu dẻo nên trong quá trình gia công khi tốc độ cắt thích hợp sẽ có hiện tượng lẹo dao làm tăng độ nhám và làm giảm độ chính xác gia công
Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt của chi tiết được thể hiện trên hình 5 và 6. Ta thấy rằng khi tốc độ càng tăng thì độ nhám bề mặt Ra và Rz có xu hướng giảm xuống
+ Ảnh hưởng của tốc độ cắt
5
Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới Ra và Rz khi t = 0,2mm và S=0,1mm/vòng
6
Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới Ra và Rz khi t = 0,2mm và S=0,1mm/vòng
         Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt của chi tiết được thể hiện trên hình 5 và 6. Ta thấy rằng khi tốc độ càng tăng thì độ nhám bề mặt Ra và Rz có xu hướng giảm xuống. Khi thí nghiệm cắt với vận tốc cắt V > 100 (m/ph) thì vấn đề của biến dạng dẻo do lẹo dao gần như không cần xem xét nữa. Khi tăng tốc độ cắt thì lực cắt giảm xuống và đi vào ổn định vì vậy biến dạng dẻo kim loại cũng giảm xuống, rung động cũng giảm xuống. Đồng thời nhiệt cắt đi vào ổn định và bị khử do khi gia công có sử dụng dung dịch trơn nguội vì vậy khi tăng tốc độ cắt tới V = 500m/phút thì Ra và Rz giảm xuống và đạt giá trị nhỏ nhất tại V = 500m/phút. Còn khi tốc độ cắt tăng quá 500m/phút thì Ra và Rz lại có xu hướng tăng lên do lúc này độ mòn dao tăng nhanh, nhiệt cắt tăng mức độ bôi trơn và làm mát của dung dịch trơn nguội dần không đáp ứng được. Lực cắt lúc này cũng tăng lên làm độ nhám bề mặt có xu hướng tăng. Khi cắt với t = 0.2 mm thì cho các giá trị độ nhám nhỏ hơn khi t = 0.5 mm. Khi tăng chiều sâu cắt thì diện tích lớp cắt cũng tăng lên vì vậy lực cần thiết để tạo phoi cũng tăng làm cho rung động tăng, mức độ mòn dao tăng, giảm tuổi bền của dao. Vì vậy khi cắt với chiều sâu cắt t = 0.2mm độ nhám bề mặt nhỏ hơn khi cắt với t = 0.5mm.
+ Ảnh hưởng của lượng chạy dao
 
8
 
 
Hình 7. Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới Ra và Rz khi t = 0,5mm và S=0,1mm/vòng​
7
Hình 8. Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới Ra và Rz khi t = 0,5mm và S=0,1mm/vòng
        Trong trường hợp giữ nguyên chiều sâu cắt và tốc độ cắt. Khi lượng chạy dao tăng ta thấy độ nhám bề mặt cũng tăng theo vì khi lượng chạy tăng thì diện tích lớp cắt sẽ tăng lên. Lực cắt tăng vì vậy nhiệt cắt tăng, biến dạng kim loại tăng, tăng rung động từ đó làm tăng độ nhám bề mặt. Ta thấy rằng khi lượng chạy dao quá bé thì độ nhám bề mặt cũng tăng vì lúc này biến dao sẽ bị trượt trên bề mặt gia công. Vì vậy độ nhám bề mặt tăng. Khi S = 0.04 mm/vòng thì độ nhám bề mặt là nhỏ nhất. Vì lúc này mức độ ảnh hưởng của lực cắt, nhiệt cắt, độ mòn dao cân bằng với ảnh hưởng của biến dạng kim loại trên bề mặt chi tiết gia công. Ở hai chế độ gia công thì độ nhám của lần gia công với chiều sâu cắt  t = 0,5mm lớn hơn khi gia công với chiều sâu cắt t = 0,2 mm. Điều này có thể giải thích như sau: Quá trình tạo phoi gồm hai quá trình là quá trình cắt tạo phoi và quá trình trượt của dao trên bề mặt phôi. Khi tốc độ cắt và lượng chạy dao quá nhỏ sẽ làm cho quá trình trượt nhiều hơn quá trình cắt vì vậy ở cùng vận tốc và lượng tiến dao khi chiều sâu cắt t = 0,2 thì độ nhám nhỏ hơn khi cắt t = 0,5mm.
3. Kết luận
         Từ kết quả của các thí nghiệm ta thấy rằng để tăng được chất lượng bề mặt thì phải cân bằng được các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng gia công. Sao cho tổng ảnh hưởng của các yếu tố tới độ bóng bề mặt là nhỏ nhất từ đó làm tăng được chất lượng gia công. Khi gia công thép C45 tôi cải thiện nếu điều kiện công nghệ cho phép nên cắt với tốc độ V = 500m/phút và lượng chạy dao S = 0.04mm/vòng.

Tác giả bài viết: Nguyễn Hoàng

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá

Click để đánh giá bài viết

Những tin cũ hơn

Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây