LỜ I NÓ I ĐẦU

Gia công cắt gọt kim loại là một trong những quá trình chế tạo sản phẩm hoàn chỉnh của ngành cơ khí. Việc nắm bắt và điều khiển được các quy luật khoa học của quá trình cắt gọt sẽ góp phần nâng cao năng suất, chất lượng, hiệu quả kinh tế. Trong quá trình gia công cắt gọt kim loại có nhiều yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của quá trình cắt, một trong những yếu tố cơ bản đó là rung động. Từ trước đến nay trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về rung động của quá trình cắt trên máy công cụ nói chung và trên máy phay nó i riêng, nhằm mục đích nâng cao các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật. Các công trình nghiên cứu đó đã đạt được nhiều thành tựu to lớn góp phần xứng đáng vào sự nghiệp phát triển của ngành chế tạo máy nói chung. Tuy nhiên do tính chất phức tạp của hiện tượng này, cũng như sự đòi hỏi ngày càng cao về mặt năng suất, chất lượng của ngành công nghệ chế tạo máy nên việc nghiên cứu rung động trong quá trình cắt để tìm ra các biện pháp khống chế nó, nhằm mục đích ổn định trạng thái của quá trình cắt vẫn đòi hỏi phải tiếp tục.

Qua hơn hai năm học tập và rèn luyện tại trường Đại học kỹ thuật CôngNghiệp đến nay cuối khoá học bản thân em được giao đề tài:

" Nghiên cứu bằng thực nghiệm đặc tính của rung động tự kích thích và ảnh hưởng của bước tiến dao đến sự tăng trưởng của nó trong quá trình cắt kim loại với sự trợ giúp của máy tính”

Trong thời gian thực hiện đề tài với sự cố gắng nỗ lực nghiên cứu của bản thân cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS. TS Dương Phúc Tý và các thầy thuộc khoa cơ khí trường Đại học kỹ thuật Công Nghiệp, sự giúp đỡ của các bạn đồng nghiệp, đến nay đề tài của em đã hoàn thành. Tuy nhiên do hạn chế về đ iều kiện nghiên cứu đặc biệt là hạn chế về năng lực nghiên cứu của bản thân nên đề tài không tránh khỏ i những thiếu sót, vì vậy em rất mong được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy giáo và các bạn đồng nghiệp để từ đó em rút ra những kinh nghiệm cho bản thân trong lĩnh vực nghiên cứu sau này. Một lần nữa em xin được bày tỏ lòng b iết ơn đối với thày giáo hướng dẫn PGS.TS Dương Phúc Tý, các thầy giáo khoa cơ khí trường Đại học kỹ thuật Công Nghiệp và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu để đề tài hoàn thành đúng thời hạn.

HỌC VIÊN

Ngô Đức Hạnh

P HẦN M Ở Đ ẦU TÊN ĐỀ TÀI

Nghiên cứu bằng thực nghiệm đặc tính của rung động tự kích thích và

ảnh hưởng của bước tiến dao đến sự tăng trưởng của nó trong quá trình cắt kim loại với sự trợ giúp của máy tính.

1 . T ính cấ p thiế t c ủa đề tà i

Rung động trong quá trình cắt kim loại là một hiện tượng cố hữu. Rung động mà đặc biệt là rung động tự kích thích ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng gia công, ảnh hưởng đến sự mòn của dao cũng như độ chính xác của máy... vì vậy, nghiên cứu đặc tính của rung động tự kích thích cũng như nghiên cứu những những nhân tố ảnh hưởng đến nó làm cơ sở cho việc nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế ảnh hưởng xấu của nó đồng thời làm cơ sở cho việc tối ưu hoá quá trì nh gia công kim loại luôn luôn là vấn đề được quan tâm trong lĩnh vực gia công kim loại.

2 . Ý ng hĩa k ho a học và thực tiễ n c ủa đề tà i.

2 .1 .Ý n g hĩa k hoa học.

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần bổ sung cho lý luận về rung động trong kỹ thuật nói chung và lý luận về dao động trong quá trình cắt kim loại nói riêng.

2 .2 . Ý ng hĩa thực ti ễn .

Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho việc nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế ảnh hưởng của rung động tự kích thích nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống công nghệ gia công, đảm bảo chất lượng sản phẩm. Đồng thời kết quả nghiên cứu cũng là cơ sở dữ liệu để tối ưu hoá chế độ giacông theo mục tiêu ổn định.

3 . M ục đíc h ng hiê n c ứu.

Vì đề tài có hai phần nên có hai phần nghiên cứu cụ thể:

3.1. Tìm được những đặc tính của rung động tự kích thích làm cơ sở cho việc nghiên cứu tiếp theo về những nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển của nó. Trên cơ sở đó có thể tiếp tục nghiên cứu các giải pháp hạn chế sự phát triển này nhằm đảm bảo cho quá trình cắt luôn ổn định.

3.2. Tìm ra mối quan hệ giữa bước tiến dao với rung động tự kích thích

làm cơ sở cho việc nghiên cứu tiếp theo về tối ưu hoá chế độ gia công.

4 . Đ ố i tƣợ ng ng hiê n c ứu

Rung động tự kích thích xuất hiện trong quá trình gia công kim loại.

5 . N ộ i dung ng hiê n c ứ u

5.1. Nghiên cứu xác định các đại lượng đặc trưng của rung động tự kích thích.

5.2. Xây dựng mô hình thí nghiệm để nghiên cứu đặc tính của rung động tự kích thích và nghiên cứu ảnh hưởng của bước tiến dao đến rung động tự kích thích.

5.3. Lựa chọn hệ thống trang thiết bị, dụng cụ và vật liệu phục vụ cho quá trình cắt kim loại và hệ thống thiết b ị thu và xử lý dữ liệu thí nghiệm.

5.4. Quy hoạch thực nghiệm cho cả hai trường hợp.

5.5. Triển khai thí nghiệm theo quy hoạch.

5.6. Thu và xử lý dữ liệu theo lý thuyết thống kê.

5.7 Từ kết quả xử lý mà rút ra kết luận về đặc tính của rung động tự kích thích và kết luận về ảnh hưởng của bước tiến dao đến sự tăng trưởng của nó trong quá trình cắt kim loại.

6. Phƣơ ng phá p ng hiê n c ứu

6.1. Khi nghiên cứu lý thuyết dùng các phương pháp phân tích, tổng hợp.

6.2. Khi nghiên cứu thực nghiệm dùng phương pháp cắt thử và phương pháp nghiên cứu quy nạp

6.3. Khi xử lý dữ liệu dùng phương pháp bình phương bé nhất.

7 . P hạ m vi ng hiê n c ứu

Trong thực tế, quá trình cắt kim loại d iễn ra trên nhiều hệ thống gia công khác nhau. Trong điều kiện cơ sở vật chất cụ thể của Đại học Thái Nguyên, tác giả chỉ khảo sát rung động tự kích thích trên hệ thống công nghệ phay. Cụ thể: máy phay đứng 6P13Б và máy phay đứng turdimill, dao phay mặt đầu gắn

mảnh hợp kim cứng T5K10 với vật liệu gia công là thép 45.

mục lục Trang

mở đầu 1

chương 1 : tổng quan về nhữn g thành tự khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu trung động tự kích thích trên máy công cụ

1.1. Rung động trong quá trình cắt 4

1.2. Các dạng rung động và nguyên nhân gây ra rung động 5

1.2.1. Rung động cưỡng bức 5

1.2.2. Rung động riêng 6

1.2.3. Rung động tự kích thích 7

1.2.3.1 Sự biến động của lực cắt do sự biết động của tốc độ và tiết diện 7 lớp cắt

1.2.3.2 Sự hình thành và phá huỷ lẹo dao 11

1.2.3.3. Sự biến động trong thành phần của vật liệu gia công 13

1.2.3.4. Rung động tự kích thích do hiệu ứng tái sinh 14

1.2.3.5. Rung động tự kích thích không tái sinh 17

1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến rung động tự kích thích của quá 19 trình cắt

1.3.1. ảnh hưởng của máy 19

1.3.1.1. ảnh hưởng của móng máy và điều kiện lắp đặt 19

1.3.1.2 ảnh hưởng của vị trí của các chi tiết cấu thành máy 20

1.3.1.3 ảnh hưởng của nhiệt độ làm việc của máy 22

1.3.2. ảnh hưởng của vị trí tương đối giữa dao và phôi 22

1.3.3. Ảnh hưởng của độ mềm dẻo của phôi 25

1.3.4. ảnh hưởng của điều kiện cắt đến rung động của quá trình cắt 25

1.3.4.1. ảnh hưởng của chiều rộng lớp cắt b

1.3.4.2. ảnh hưởng của chiều dày lớp cắt a

1.3.4.3. ảnh hưởng của vận tốc cắt v

1.3.4.4. ảnh hưởng của thông số hình học phần cắt

1.3.4.5. ảnh hưởng của thông số hình học

1.3.5 ảnh hưởng của vật liệu 26

1.4 Rung động tự kích thích theo quan điểm năng lượng của quá 35

trình cắt

1.4.1. Các luận điểm 35

1.5. Các biện pháp hạn chế rung động trong quá trình cắt 38

1.5.1. Nhóm biện pháp liên quan đến cấu trúc máy 38

1.5.2. Các biện pháp liên quan đến phôi và dụng cụ gia công 39

1.5.3. Các biện pháp liên quan đến quá trình cắt 39

1.6. Kết luận về công trình nghiên cứu rung động tự kích thích của

quá trình cắt trên máy công cụ 39

Chương 2: Nghiên cứu đặc tính của rung động tự kích 41

thích bằng thực nghiệm với sự trợ giúp của máy tính khi cắt kinh loại trên máy phay

2.1. Sơ đồ lôgic để phân biệt rung động cưỡng bức và rung động tự 43 kích thích xuất hiện trong quá trình cắt kim loại và giải pháp kỹ

thuật để giám sát sự xuất hiện và biến đổi của chúng.

2.1.1. Sơ đồ logic 43

2.1.2. Giải pháp kỹ thuật để giám sát sự xuất hiện và biến đổi của rung 45

động cưỡng bức và rung động tự kích thích

2.2 Triển khai thí nghiệm 47

2.2.1. Xác định các thông số thí nghiệm 47

2.2.2. Sơ đồ thí nghiệm cắt thử 48

2.3. Xác định kích thước mẫu thí nghiệm 49

2.4 Triển khai thí nghiệm và thu dữ liệu thí nghiệm 49

3. Đo dao động trong quá trình cắt 55

3a. Đo dao động trong quá trình cắt theo lớp 55

3b. Thí nghiệm đo dao động trong quá trình cắt theo mặt phẳng 64

nghiêng

Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của bước tiến dao 71

đến rung động tự kích thích bằng thực nghiệm

3.1 Ba trạng thái của quá trình cắt 71

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của bước tiến dao đến sự biến đổi của chiều 75 sâu cắt tới hạn bằng thực nghiệm

3.2.1. Mục đích, nội dung, phương pháp và phương tiện nghiên cứu 75

3.2.2. Sơ đồ thí nghiệm cắt thử để khảo sát sự biến đổi của chiều sâu 77 cắt tới hạn trong sự phụ thuộc vào bước tiến dao

3.3. Các thí ngh.iêm cắt thử mất ổn định 78

3.3.1. Thông số thí nghiệm 78

3.3.2. Thí nghiệm cắt thử mất ổn định trên máy phay đứng Turndimill 79

3.3.3 Kết quả thí nghiệm trên máy phay đứng Turndimill 92

3.3.4. Thí nghiệm cắt thử mất ổn định trên máy phay đứng 6P13 Á 93

3.4. Sử lý dữ liệu- xây dựng phương trình đặc trưng cho quan hệ giữa96 chiều sâu cắt tới hạn tk và bước tiến dao

3.4.1 Hàm hồi quy đặc trưng cho quan hệ giữa chiều sâu cắt tới hạn

tk và bước tiến dao s khi tiến hành các thí nghiệm cắt thử mất ổn

định trên máy phay đứng Turndimill

3.5. Hàm hồi quy khi cắt thử mất ổn định trên máy phay đứng

3.6. Đánh giá kết quả hồi quy 107

Tài liệu tham khảo 113