Ảnh hưởng của độ cứng cán dao tiện đến chất lượng bề mặt tiện trụ

Nội dung text: Ảnh hưởng của độ cứng cán dao tiện đến chất lượng bề mặt tiện trụ

1. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG CÁN DAO TIỆN ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT TIỆN TRỤ EFFECT OF THE TOOL HARDNESS ON THE SURFACE QUALITY OF TURNING PROCESS Phạm Sơn Minh 1, Đỗ Thành Trung 1, Hồ Ngọc Thế Quang 1, Phan Thế Nhân 2 Nguyễn Thanh Giang 1, Bùi Thế Phong 1 1. Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM 2. Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ TP. Hồ Chí Minh Tóm tắt Trong nghiên cứu này, các cán dao tiện với độ cứng khác nhau được sử dụng trong quá trình tiện trụ. Trong quá trình thực nghiệm, thông số cắt gọt được giữ cố định cho các loại thép C10, C30, và C45. Quá trình dao động của cán dao tiện được ghi nhận thông qua cảm biến đo góc. Kết quả thực nghiệm cho thấy với thép C10, độ bóng chi tiết sẽ được cản thiện khi sử dụng cán dao có độ cứng cao hơn. Ngược lại, với théo C30 và C45, cán dao có độ cứng 50 HRC sẽ cho kết quả tốt nhất về độ bóng. Kết quả đo độ bóng khá phù hợp với kết quả về dao động góc của cán dao. Từ khóa: Gia công kim loại, công nghệ tiện, cán dao tiện, độ nhám, dao động. Abstract In this research, the turning tools with different hardness will be used for the cylindrical turning process. By experiment, the cutting paramenters will be fitted with the work piece’s materials as C10, C30, and C45. The vibration of the turning tool will be collected by the angle sensor. With the C10 steel, the experiment result shows that the gloss of the product will be better with the harder tooling. However, with the steel of C30 and C45, the 50 HRC tooling show the best gloss of product. The gloss result got a good agreement with the vibration result. Keyword: Metal cutting, turning process, tool for turning, roughness, vibration. 1. Giới thiệu chung Ngày nay khi trình độ sản xuất được tự động hóa ở mức độ cao, khi các lĩnh vực công nghệ hiện đại được tổ hợp với nhau để hình thành một công nghệ mới cao hơn như tổ chức cơ khí, điện, điện tử, tin học thì khoa học gia công vật liệu đã có những bước phát triển mới. Một trong những minh chứng rõ nhất là việc gia công vật liệu trong sản xuất tổ hợp điều khiển bằng máy vi tính CAD/CAM/CNC đã đem lại hiệu quả kinh tế và cải thiện được chất lượng bề mặt chi tiết [1 – 3]. Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, sự bùng nổ thông tin khiến cho công nghệ cao trở thành cuộc cách mạng thời đại với các loại máy tiện hiện đại, máy tổ hợp, máy điều khiển theo chương trình. Nhưng bất kỳ một phương án công nghệ, một phương án kết cấu, một phương án tự động hóa quá trình gia công hay một phương án tổ chức làm việc nào đều phải được đánh giá trên quan điểm hiệu quả kinh tế và chất lượng sản phẩm [4]. Chất lượng bề mặt của chi tiết bị ảnh hưởng bởi các yếu tố: hệ thống công nghệ [5], các yếu tố ngoại cảnh, vật liệu [6], tưới nguội [7], ngoài ra, công nghệ ngày càng có sự thay đổi đáng kể về cả dao, máy gia công và vật liệu gia công. Khi đề cập đến chất lượng gia công, không thể không đề cập đến độ 1
2. bóng bề mặt mặt chi tiết và độ nhám là chỉ tiêu để đánh giá điều này [8]. Đến thời điểm hiện tại đã có khá nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng các phương pháp cắt gọt, thông số cắt gọt, hệ thống công nghệ đến độ nhám bề mặt trong quá trình gia công trên máy vạn năng cũng như máy CNC [2 – 4]. Tuy nhiên việc nghiên cứu độ cứng của cán dao tiện ảnh hưởng đến độ bóng bề mặt sản phẩm (một công nghệ mới trong gia công cắt gọt) thì chưa có công trình nào nghiên cứu chuyên sâu do công nghệ này chưa được phổ biến ở Việt Nam. 2. Phương pháp thí nghiệm Trong nghiên cứu này, mô hình thí nghiệm cán dao tiện như Hình 1 sẽ được sử dụng cho quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng cán dao đến độ bóng bề mặt sản phẩm tiện. Trên thân cán dao tiện, cảm biến đo dao động của góc chuyển vị sẽ được gắn tại vị trí như Hình 1. Cảm biến này sẽ cung cấm dữ liện về dao động góc theo 3 phương: dP, dR và dY ( Hình 2). Trong đó, dao động góc theo phương dP chủ yếu được gây ra bởi lực cắt chính. Qua quá trình thực nghiệm, giá trị góc dP thay đổi khá rõ với các thông số cắt khác nhau. Vì vậy, trong bài báo này, giá trị dao động theo phương dP sẽ được sử dụng khi so sánh các trường hợp gia công khác nhau. Phục vụ cho quá trình thí nghiệm, qui trình tiện trụ bề mặt chi tiết có đường kính 25 mm với chiều dài tiện 47 mm. Phôi tiện sẽ được tiến hành thực nghiệm với 3 loại vật liệu: thép C10, C30 và C45. Quá trình gia công tiện trụ ngoài được thực hiện với chiều sâu cắt t = 0.5mm , tốc độ quay của trục chính n = 800 vòng/phút và bước tiến dao F = 0.1 mm/vòng trên máy tiện CNC. Hình 1. Mô hình thí nghiệm dao động của cán dao tiện. 2
3. Hình 2. Góc dao động của cán dao Ngoài ra, cán dao tiện sẽ được tiến hành chế tạo và nhiệt luyện để đạt các mức độ cứng khác nhau, thay đổi từ 40 đến 60 HRC. Trong quá trình thí nghiệm, các cán dao với các độ cứng khác nhau sẽ được sử dụng. Trong quá trình gia công, góc dao động của cán dao theo phương dP sẽ được thu thập. Sau đó, độ nhám bề mặt của sản phẩm tiện sẽ được tiến hành đo với thiết bị độ nhám Mitutoyo SJ-301. Quá trình thu thập kết quả về độ nhám bề mặt được tiến hành với 5 lần đo trên 1 mẫu. Mỗi trường hợp cắt ứng với độ cứng cán dao khác nhau sẽ được tiến hành trên 10 mẫu. Dao động của cán dao được thu thập thông qua cảm biến ứng với 10 mẫu gia công cho mỗi trường hợp. Hình 3. Quá trình đo độ nhám của máy Surftest SJ-301 3. Phân tích kết quả thí nghiệm Trong nghiên cứu này, các cán dao tiện có độ cứng thay đổi từ 40 đến 60 HRC sẽ được tiến hành thí nghiệm. Sau đó, giá trị đo độ nhám bề mặt và độ dao động góc của cán dao được tiến hành thu thập như Bảng 1. Nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng cán dao đến dao động của dao trong quá trình gia công, tất cả các trường hợp cắt gọt được tiến hành cắt với chiều sâu cắt t = 0.5mm , tốc độ quay của trục 3
4. chính n = 800 vòng/phút và bước tiến dao F = 0.1 mm/vòng. Các kết quả về độ nhám và góc dao động của cán dao được so sánh như Hình 4 và 5. Kết quả thực nghiệm cho thấy với thép C10, cán dao có độ cứng càng cao thì độ nhám càng giảm (Hình 4). Điều này có thể giải thích bởi khả năng cứng vững của cơ hệ. Với cán dao càng cứng, độ cứng vững của hệ thống cắt gọt sẽ tốt hơn, kết quả là dao động của cơ hệ sẽ giảm (Hình 5), tạo điều kiện tăng độ bóng của chi tiết sau khi gia công. Qua quá trình thực nghiệm với thép C10, khi tăng độ cứng cán dao từ 40 HRC lên 60 HRC, độ nhấp nhô bề mặt giảm từ 25.9 µm xuống 16.85 µm, tương tự, độ dao động của cán dao theo phương dP (Hình 2) cũng giảm từ 0.129061° xuống 0.054442°. Khi cắt với thép C30 và C45, kết quả thực nghiệm cho thấy có sự khác biệt so với thép C10. Khi thay đổi độ cứng cán dao từ 40 HRC đến 50 HRC, độ nhám cán dao sẽ giảm. Tuy nhiên, khi tiếp tụ tăng độ cứng cán dao lên hơn 50 HRC, độ nhấp nhô bề mặt sẽ tăng theo (Hình 4). Hiện tương này có thể được giải thích dự vào ảnh hưởng của tần số riêng của hệ thống cắt gọt. Khi tăng độ cứng từ 40 HRC đến 50 HRC, hệ thống sẽ ổn định hơn, tuy nhiên, khi tiếp tục tăng độ cứng của cán dao, tần số dao động của hệ sẽ tiệm cận với tần số riêng, do đó, biên độ dao động có khuynh hướng gia tăng. Kết quả thí nghiệm cho thấy giá trị đo góc chuyển vị của dao phản ảnh đúng với giải thích trên (Hình 5). Bảng 1. Kết quả thực nghiệm Thép C10 Thép C30 Thép C45 Độ cứng cán Góc dao Độ Góc dao Độ Góc dao Độ nhám dao (HRC) động dP nhám động dP nhám động dP (µm) o ( ) (µm) (o) (µm) (o) 40 0.129061 25.9 0.1073765 26.96 0.1051305 23.96 45 0.073154 25.99 0.090712 25.37 0.087383 22.34 50 0.0561715 22.54 0.080539 20.63 0.0530855 17.85 55 0.061456 18.2 0.0753105 26.61 0.067219 23.91 60 0.054442 16.85 0.07193 30.6 0.0577155 25.6 4
5. 4. Kết luận Qua quá trình thí nghiệm và đo kiểm thực tế, phương pháp tiện trụ tròn với các cán dao có độ cứng thay đổi từ 40 HRC đến 60 HRC đã được tiến hành nghiên cứu. Qua quá trình phân tích các giá trị độ nhám chi tiết và góc dao động của cán dao, các kết luận sau được rút ra: • Khi gia công với cùng thông số cắt gọt, với vật liệu thép C10, độ cứng cán dao càng cao, độ ổn định của cơ hệ càng tốt, và độ bóng của sản phẩm sẽ tăng. • Với các thông số cắt gọt như thép C10, nhưng khi ứng dụng cho thép C30 và C45, hiện tượng công hưởng tại tần số riêng của hệ đã xuất hiện. Với trường hợp này, giá trị độ cứng cán dao là 50 HRC cho kết quả tốt nhất về độ bóng sản phẩm, cũng như góc dao động của cán dao sẽ nhỏ nhất. 5
6. Tài liệu tham khảo 1. Dr. Oğuzhan YILMAZ, Cutting Tool Materials and Cutting Fluids 2. Application guide – Sanvik Coromant – Năm 2000. 3. Metacutting Technical guide, turning – milling – drilling – boring – toolholding, handbook from sandvik coromant. 4. Metalworking Products Turning tools – Sanvik Coromant – Năm 2000. 5. George Schneider – Cutting tool Applications. 6. John Moriarty – Application of high-rate cutting tools – Manufacturing Methods – Technology Project - March 1989. 7. J. Kopac, Advanced tool materials for high-speed machining 8. Mechanical Engineering, University of Ljubljana, Slovenia. 6
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn B n ti ng Vi t ©, T NG I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH và TÁC GI Bản quếy n táệc ph mRƯ ãỜ cĐ bẠ o hỌ b Ưi Lu tẠ xu t Ỹb n vàẬ Lu t S hỒ u trí tu Vi t Nam. NgẢhiêm c m m i hình th c xu t b n, sao ch p, phát tán n i dung khi c a có s ng ý c a tác gi và ả ng ề i h ẩ pđh đưm ợK thuả tộ TP.ở H ậChí Mấinh.ả ậ ở ữ ệ ệ ấ ọ ứ ấ ả ụ ộ hư ự đồ ủ ả Trườ Đạ ọCcÓ Sư BÀI BạÁO KHỹ OA ậH C T ồT, C N CHUNG TAY B O V TÁC QUY N! ĐỂ Ọ Ố Ầ Ả Ệ Ề Th c hi n theo MTCL & KHTHMTCL h c 2017-2018 c a T vi n ng i h c S ph m K thu t Tp. H Chí Minh. ự ệ Năm ọ ủ hư ệ Trườ Đạ ọ ư ạ ỹ ậ ồ