Nghiên Cứu Xác Định Chế Độ Công Nghệ Hợp Lý Khi Phay Các Chi Tiết Hợp Kim Nhôm Thành Mỏng.doc

Viết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
Tải tài liệu tại sividoc.com
1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LÊ MẠNH ĐỨC
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ KHI
PHAY CÁC CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM THÀNH MỎNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã ngành: 8520103
TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Hoàng Vị
Thái Nguyên, tháng 4 năm 2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

2
LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên: Lê Mạnh Đức
Học viên lớp cao học khóa K20 - Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí -
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại : Trung tâm phát triển khoa học và công nghệ -
Sở Khoa học công nghệ Thái Nguyên.
Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong luận văn là do bản thân
tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Hoàng Vị. Ngoài
thông tin trích dẫn từ các tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các kết quả và số
liệu thực nghiệm là do tôi thực hiện và chưa được công bố trong bất cứ công
trình nào khác.
Người thực hiện
Lê Mạnh Đức

3
LỜI NÓI ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Các chi tiết dạng thành mỏng thường được sử dụng trong nhiều ngành
công nghiệp bao gồm các lĩnh vực ô tô hàng không và máy chính xác. Vì các
chi tiết dạng thành mỏng thường dễ bị biến dạng vì có độ cứng thấp, rất khó
có thể kiểm soát độ chính xác gia công, thường dẫn đến làm tăng chi phí của
quá trình sản xuất. Để đảm bảo độ chính xác gia công, sự biến dạng cần được
kiểm soát trong quá trình làm việc. Nếu không các chi tiết sẽ bị hỏng. các biến
dạng của chi tiết có thể tách làm hai dạng là biến dạng do gia công và biến
dạng sau gia công. Biến dạng do gia công được sinh ra ngay trong quá trình
cắt phần vật liệu chứa ứng suất dư ban đầu, trong khi biến dạng sau gia công
(biến dạng tiếp theo) (thường xảy ra do tồn tại ứng xuất dư do gia công) xảy
ra sau khi lắp ráp xong. Nhiều trường hợp được báo cáo từ các ngành công
nghiệp về các ví dụ tương tự, các chi tiết thành mỏng bị loại bỏ vì xảy ra biến
dạng tiếp theo. Như vậy, việc hiểu về dạng của ứng suất dư trong gia công là
rất cần thiết.
Theo các tài liệu đã công bố về quá trình phay chi tiết thành mỏng làm
bằng hợp kim nhôm thì nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của thông số công
nghệ tới độ nhám bề mặt và biến dạng chi tiết, từ đó xác định chế độ công
nghệ hợp lý chưa được quan tâm. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “Nghiên
cứu xác định chế độ công nghệ hợp lý khi phay các chi tiết hợp kim nhôm
thành mỏng ”, góp phần hoàn thiện bổ sung kiến thức lý thuyết cũng như cải
thiện và nâng cao hiệu quả sản xuất khi phay chi tiết thành mỏng làm bằng
hợp kim nhôm.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là Tập trung giải quyết vấn đề ảnh hưởng của các yếu tố
công nghệ tới lực cắt, độ nhám và độ chính xác kích thước khi phay các chi tiết
hợp kim nhôm thành mỏng, từ đó xác định được chế độ công nghệ tối ưu.

4
3. Dự kiến kết quả đạt được
- Xây dựng được mô hình nghiên cứu.
- Xác định được ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ (như vận tốc cắt,
lượng chạy dao, chiều sâu cắt và chiến lược chạy dao) tới độ nhám bề mặt và
sai lệch kích thước chiều dày thành khi phay chi tiết làm bằng hợp kim nhôm.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Xác định được quy luật ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển kiểm soát
quá trình gia công thành mỏng
5. Phương pháp nghiên cứu
Với mục đích nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới biến
dạng chi tiết và nhám bề mặt, tác giả chọn phương pháp nghiên cứu là kết hợp
nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trong đó nghiên cứu thực
nghiệm là cơ bản. Nghiên cứu lý thuyết tổng quan các vấn đề liên quan đến
gia công trong phay chi tiết thành mỏng từ đó định hướng cho nghiên cứu về
biến dạng chi tiết khi gia công. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định được ảnh
hưởng các thông số công nghệ tới biến dạng chi tiết và nhám bề mặt, từ đó
đưa ra bộ thông số công nghệ hợp lý.
6. Các công cụ cần thiết cho nghiên cứu
- Phôi bằng hợp kim nhôm, dao phay.
- Trung tâm phay Mazak VC530
- Máy đo nhám.
- Dụng cụ đo vạn năng.
7. Nội dung nghiên cứu của luận văn
Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính gồm 3
chương và phần kết luận chung
Chương 1: Tổng quan về quá trình cắt – mòn dao thép gió khi phay
Chương 2: Ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn làm nguội tới các thông
số cơ bản của quá trình phay

5
Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của dầu Emusil có trộn bột Al2O3
vào dầu Emusil khi phay rãnh sử dụng dao phay thép gió
Phần Kết luận chung

6
LỜI CẢM ƠN
Luận văn này đối với Tôi là một cơ hội lớn để rèn luyện khả năng thực
hiện một đề tài phục vụ thực tiễn sản xuất dựa trên cơ sở các lý thuyết khoa
học và công nghệ. Luận văn này được hoàn thành là nhờ có rất nhiều sự giúp
đỡ và hướng dẫn tận tình của cá nhân và tập thể. Lời cảm ơn sâu sắc nhất Tôi
xin gửi đến giáo viên hướng dẫn khoa học, thầy giáo PGS.TS. Hoàng Vị đã
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành công
trình nghiên cứu này.
Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu, phòng Đào tạo sau đại học, các thầy cô
giáo trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình chỉ bảo và
giúp đỡ tôi trong quá trình học tập.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tạo điều kiện của Ban Giám đốc
Trung tâm phát triển khoa học và công nghệ - Sở Khoa học và Công nghệ
Thái Nguyên cùng sự động viên khích lệ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp
trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn.
Người thực hiện
Lê Mạnh Đức

7
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... 1
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 6
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHAY CHI TIẾT HỢP KIM
NHÔM DẠNG THÀNH MỎNG ........................................................................... 12
1.1. Tổng quan hợp kim nhôm và các chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng ......... 12
1.1.1 Giới thiệu về hợp kim nhôm ............................................................................ 12
1.1.2. Đặc điểm hình học của các chi tiết thành mỏng ............................................. 14
1.2. Tổng quan về quá trình phay và quá trình hình thành phoi ............................... 16
1.2.1. Giới thiệu về quá trình phay ............................................................................ 16
1.2.2 Quá trình cắt khi phay ...................................................................................... 17
1.2.3 Các chuyển động cơ bản khi phay ................................................................... 21
1.2.4 Các thành phần của lớp bề mặt bị cắt khi phay................................................ 21
1.3.Các chỉ tiêu đánh giá tính gia công của vật liệu.................................................. 27
1.3.1.Tính chất cơ học của vật liệu ........................................................................... 27
1.3.2. Quá trình biến dạng và hình thành phoi .......................................................... 27
1.3.3. Lực cắt ............................................................................................................. 28
1.3.4.Nhiệt cắt ........................................................................................................... 28
1.3.5.Mòn dụng cụ cắt ............................................................................................... 29
1.3.6. Chất lượng bề mặt gia công ............................................................................ 33
1.3.7. Độ chính xác gia công ..................................................................................... 39
1.3.8. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế về quá trình gia
công chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng .................................................................. 40
CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI BIẾN DẠNG VÀ HÁM BỀ
MẶT KHI PHAY CÁC CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM A6061 .......................... 48
2.1 Giới thiệu về hợp kim nhôm A6061 ................................................................... 45
2.1.1 Hợp kim nhôm A6061...................................................................................... 45
2.2 Phay chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng A6061 ................................................ 46
2.2.1 Tính gia công của hợp kim nhôm A6061 ......................................................... 46

8
2.2.2 Phay chi tiết thành mỏng .................................................................................. 47
2.3 Nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới nhám bề mặt khi phay chi tiết thành
mỏng .......................................................................................................................... 49
2.2.1 Ảnh hưởng của chế độ cắt ................................................................................ 49
2.2.2 Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu gia công ................................ 54
2.2.3 Ảnh hưởng của chiến lược chạy dao khi phay các chi tiết thành mỏng ............... 54
2.3 Giới hạn vấn đề nghiên cứu ................................................................................ 56
2.4 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 56
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT TỚI ĐỘ
NHÁM BỀ MẶT VÀ BIẾN DẠNG CHI TIẾT KHI PHAY CHI TIẾT HỢP
KIM NHÔM THÀNH MỎNG ............................................................................... 58
3.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................... 58
3.2 Thiết kế hệ thống thí nghiệm .............................................................................. 58
3.2.1 Yêu cầu của hệ thống thí nghiệm ..................................................................... 58
3.2.2 Hệ thống thí nghiệm ......................................................................................... 58
3.2.2.3 Chế độ công nghệ .......................................................................................... 60
3.2.2.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi ............................................. 61
3.3 Kết quả và thảo luận ............................................................................................ 69
3.4Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới biến dạng chi tiết khi phay chi tiết thành
mỏng .......................................................................................................................... 70
3.4.1 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới độ nhám bề mặt gia công ................... 81
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..................... 91
1. Kết luận chung ...................................................................................................... 91
2. Hướng nghiên cứu tiếp theo .................................................................................. 91

9
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các cấp độ nhám bề mặt theo TCVN 2511-1995 ..................................... 37
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của hợp kim nhôm A6061 ........................................ 45
Bảng 2.2 Đặc điểm cơ học của hợp kim nhôm A6061 ............................................. 45
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của dao phay ngón sử dụng cho thí nghiệm ................ 60
Bảng 3.2 Chế độ cắt khảo sát .......................................................................... 61
Bảng 3.3 Các thông số khảo sát và mức giá trị tương ứng ....................................... 62
Bảng 3.4 Bậc tự do của ma trận thí nghiệm .............................................................. 63
Bảng 3.5 Thiết kế thí nghiệm L9 .............................................................................. 63
Bảng 3.6 Ma trận thí nghiệm..................................................................................... 64
Bảng 3.7 Giá trị biến dạng chi tiết, độ nhám và tỷ số S/N tương ứng ...................... 70

10
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 Chi tiết có dạng thành mỏng ..................................................................... 15
Hình 1. 2 Quá trình hình thành phoi [5] .................................................................... 17
Hình 1. 3 Các dạng phoi khi gia công cắt gọt kim loại [5] ....................................... 18
Hình 1. 4 Góc tiếp xúc khi phay bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón ................ 23
Hình 1. 5 Phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón ................. 24
Hình 1. 6 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón, dao phay mặt đầu .............. 24
Hình 1. 7 Các phương pháp phay .............................................................................. 26
Hình 1. 8 Sơ đồ thể hiện các khả năng tương tác của hạt mài với bề mặt của vật liệu,
vết mòn và mặt cắt ngang của nó. ............................................................................. 31
Hình 1. 9 Cấu trúc tế vi lớp bề mặt gia công ............................................................ 34
Hình 1. 10 Nhám bề mặt, sóng bề mặt và các vết nứt vết gia công trên bề mặt ....... 35
Hình 1. 11 Xác định nhám bề mặt Rz ....................................................................... 37
Hình 1. 12 Đo nhám bằng phương pháp cơ học ....................................................... 38
Hình 1. 13 Đo nhám trên các bề mặt khác nhau ....................................................... 38
Hình 1. 14 Biến dạng của chi tiết trong quá trình gia công ...................................... 40
Hình 2. 1 Chi tiết thành mỏng được gia công bởi bởi Fokker Aerost ...................... 48
Hình 2. 2 Miền tạo phoi khi gia công kim loại ......................................................... 50
Hình 2. 3 Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới hệ số co rút phoi khi gia công thép
cacbon. ......................................................................................................... 50
Hình 2. 4 Ảnh hưởng của các thông số hình học tới nhám bề mặt khi tiện .............. 51
Hình 2. 5 Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt Rz ........................... 53
Hình 3. 1 Trung tâm phay đứng Mazak 530C .......................................................... 59
Hình 3. 2 Dao phay ngón của hãng YG .................................................................... 60
Hình 3. 3 Chế độ cắt khuyến cáo của nhà sản xuất khi phay cạnh ........................... 61
Hình 3. 4 Đồng hồ so 1/1000 mm ............................................................................. 65
Hình 3. 5 Đo độ nhám sản phẩm ............................................................................... 65
Hình 3. 6 Thiết lập các thông số trong mô hình thí nghiệm TAGUCHI .................. 68
Hình 3. 7 Đo biến dạng chi tiết ................................................................................. 69
Hình 3. 8 Đo nhám bề mặt ........................................................................................ 69
Hình 3. 9 Giá trị trung bình của biến dạng chi tiết và mức độ ảnh hưởng của các
thông số ..................................................................................................................... 71
Hình 3. 10 Ảnh hưởng tới giá trị trung bình của lượng biến dạng chi tiết ............... 71

11
Hình 3. 11 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao tới lượng biến
dạng của chi tiết ........................................................................................................ 73
Hình 3. 13 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới lượng biến
dạng của chi tiết ........................................................................................................ 74
Hình 3. 14 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt tới lượng
biến dạng của chi tiết ................................................................................................. 74
Hình 3. 15 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều rộng cắt tới lượng
biến dạng của chi tiết ................................................................................................. 75
Hình 3. 16 Ảnh hưởng tương tác giữa chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới lượng biến
dạng của chi tiết ........................................................................................................ 75
Hình 3. 17 Tỷ số S/N trung bình của lượng biến dạng chi tiết và mức độ ảnh
hưởng của các thông số công nghệ ........................................................................... 76
Hình 3. 18 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới tỷ số S/N của lượng biến
dạng chi tiết ............................................................................................................... 77
Hình 3. 19 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao răng tới tỷ số
S/N của lượng biến dạng chi tiết ............................................................................... 78
Hình 3. 20 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều sâu cắt tới tỷ số S/N của
lượng biến dạng chi tiết ............................................................................................. 78
Hình 3. 21 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N
của lượng biến dạng chi tiết ...................................................................................... 79
Hình 3. 22 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao răng và chiều sâu cắt tới tỷ
số S/N của lượng biến dạng chi tiết .......................................................................... 79
Hình 3. 23 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao răng và chiều rộng cắt tới tỷ
số S/N của lượng biến dạng chi tiết .......................................................................... 80
Hình 3. 24 Ảnh hưởng tương tác giữa chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N
của lượng biến dạng chi tiết ...................................................................................... 80
Hình 3. 25 Giá trị độ nhám trung bình và mức độ ảnh hưởng của các thông số ...... 81
Hình 3. 26 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới giá trị độ nhám trung bình ........ 82
Hình 3. 27 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao tới giá trị độ
nhám trung bình ........................................................................................................ 82
Hình 3. 28 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới giá trị độ
nhám trung bình ........................................................................................................ 83
Hình 3. 29 Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều sâu cắt tới giá trị độ nhám
trung bình ........................................................................................................ 83

12
Hình 3. 30 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt tới giá trị độ
nhám trung bình ........................................................................................................ 84
Hình 3. 31 Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều rộng cắt tới giá trị
độ nhám trung bình ................................................................................................... 84
Hình 3. 32 Ảnh hưởng tương tác giữa chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới giá trị độ
nhám trung bình ........................................................................................................ 85
Hình 3. 33 Tỷ số S/N của độ nhám trung bình và mức độ ảnh hưởng của các thông
số ............................................................................................................................... 85
Hình 3. 34 Ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số S/N của độ nhám trung bình ..... 86
Hình 3. 35 Ảnh hưởng tương tác vận tốc cắt và lượng chạy dao tới tỷ số S/N của độ
nhám trung bình ........................................................................................................ 87
Hình 3. 36 Ảnh hưởng tương tác vận tốc cắt và chiều sâu cắt tới tỷ số S/N của độ
nhám trung bình ........................................................................................................ 87
Hình 3. 37 Ảnh hưởng tương tác vận tốc cắt và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N của độ
nhám trung bình ........................................................................................................ 88
Hình 3. 38 Ảnh hưởng tương tác lượng chạy dao và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N của
Hình 3. 39 Ảnh hưởng tương tác lượng chạy dao và chiều sâu cắt tới tỷ số S/N của
Hình 3. 40 Ảnh hưởng tương tác chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới tỷ số S/N của

12
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHAY CHI TIẾT HỢP
KIM NHÔM THÀNH MỎNG
1.1. Tổng quan hợp kim nhôm và các chi tiết dạng thành mỏng
1.1.1 Giới thiệu về hợp kim nhôm
Ngày nay nhôm là kim loại rất quan trọng trong đời sống của con
người, nhưng về mặt lịch sử nhôm thuộc loại nguyên tố “trẻ”. Nhôm được tìm
ra năm 1808, công lao ấy thuộc về Dauy. Nhờ các phản ứng hóa học ông đã
tách được nguyên tố kim loại nhẹ có màu sáng gọi là Alumin. Bắt đầu từ
những năm 30 của thế kỷ 19 người ta đã sản xuất nhôm trên quy mô công
nghiệp bằng phương pháp khoa học, tuy nhiên sản lượng hàng năm rất nhỏ.
Từ năm 1854 đến 1890 toàn thế giới sản xuất được khoảng 200 tấn
nhôm, vào năm 1890 nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung
dịch ôxít nhôm (Al2O3) nóng chảy trong Criolit (Na3AlF6). Chỉ trong vòng
chín năm từ năm 1890 đến 1899 thế giới sản xuất được 2800 tấn nhôm. Riêng
năm 1930 sản lượng đạt tới 270.000 tấn, năm 1968 sản lượng nhôm 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 nhôm đầu tiên ra đời vào năm 1906, đó là hợp kim do Alfred
Weinmer tìm ra, hiện nay được phát triển thành các Đura (hợp kim nhôm biến
dạng điển hình được dùng trong kỹ thuật hàng không) trên cơ sở Al-CuMg
(có 95% Al, 4% Cu và 1% Mg) đang được sử dụng rộng rãi. Sản lượng và
nhu cầu ứng dụng nhôm so với các kim loại kết cấu khác tăng lên không
ngừng. Những ưu điểm chính của nhôm là trọng lượng riêng nhỏ, độ dẫn điện
dẫn nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn trong nhiều môi trường khá tốt. Độ bền
riêng của hợp kim nhôm khoảng 16,5 trong khi đó của thép là 15,4. Vì vậy
khi ứng dụng hợp kim nhôm làm vật liệu kết cấu và khuôn mẫu nó tỏ ra có

13
những ưu điểm lớn, về mặt trữ lượng nhôm nhiều hơn sắt, theo tính toán
nhôm chiếm khoảng 8,8% còn sắt chỉ chiếm 5,1% trọng lượng vỏ trái đất.
Nhôm là nguyên 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/cm3 ) 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 không, vận tải…..
- Có tính chống mòn nhất định trong khí quyển do luôn có lớp màng
ôxít (Al2O3) phủ trên lớp bề mặt có tính bảo vệ cao.
- Có tính dẫn điện cao: tính dẫn điện kém hơn vàng, bạc, đồng
Phân loại và kí hiệu của hợp kim nhôm
Ký hiệu: Để ký hiệu các hợp kim nhôm 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:
1xxx - nhôm sạch (≥ 99,0%)
2xxx - Al - Cu, Al - Cu – Mg
3xxx - Al – Mn
4xxx - Al – Si
5xxx - Al – Mg
6xxx - Al - Mg – Si
7xxx - Al - Zn – Mg, Al - Zn - Mg – Cu
8xxx - Al - các nguyên tố khác
Loại đúc:
1xx.x - nhôm thỏi sạch thương phẩm,
2xx.x - Al – Cu
3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si – Cu

14
4xx.x - Al – Si
5xx.x - Al – Mg
6xx.x - không có
7xx.x - Al – Zn
8xx.x - Al - Sn.
Ba số tiếp theo được tra theo bảng trong các tiêu chuẩn cụ thể. Để ký
hiệu trạng thái gia công và hóa bền, các nước phương Tây thường dùng các ký
hiệu sau. F: trạng thái phôi thô, 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 tôi + hóa già, trong
đó T1: biến dạng nóng, tôi, hóa già tự nhiên, T3: tôi, biến dạng nguội, hóa già
tự nhiên, T4: tôi, hóa già tự nhiên (giống đoạn đầu và cuối của T3), T5: biến
dạng nóng, tôi, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T1), T6: tôi, hóa già
nhân tạo (đoạn đầu giống T4), T7: tôi, quá hóa già, T8: tôi, biến dạng nguội,
hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T3), T9: tôi, hóa già nhân tạo, biến dạng
nguội (hai đoạn đầu giống T6). (ngoài ra còn Txx, Txxx, Txxxx). TCVN
1659-75 có quy định cách ký hiệu hợp kim nhôm được bắt đầu bằng Al và
tiếp theo lần lượt từng ký hiệu hóa học của nguyên tố hợp kim cùng chỉ số %
của nó, nếu là hợp kim đúc sau cùng có chữ Đ. Ví dụ AlCu4Mg là hợp kim
nhôm chứa ~4%Cu, ~1%Mg. Với nhôm sạch bằng Al và số chỉ phần trăm của
nó, ví dụ Al99, Al99,5.
1.1.2. Đặc điểm hình học của các chi tiết thành mỏng
Các chi tiết dạng thành mỏng thường được sử dụng trong nhiều ngành
công nghiệp bao gồm các lĩnh vực oto hàng không và máy chính xác. Nói
chung, các chi tiết có độ dày trong khoảng từ 1 đến 5 mm được coi là chi tiết
dạng thành mỏng (như hình 1.1). Đặc biệt các chi tiết thành mỏng bằng hợp

15
kim nhôm được sử dụng phổ biến trong ngành hàng không vì nó có nhiều ưu
điểm, như:
- Khối lượng của chi tiết dạng thành mỏng giảm đáng kể so với chi tết
đặc mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác cũng như đảm bảo khả năng
chịu lực [1]. Sử dụng các chi tiết thành mỏng có thể loại bỏ tới 95% trọng
lượng của khối chi tiết lắp ráp ban đầu [2].
- Sử dụng chi tiết dạng thành mỏng có thể giảm giá thành sản xuất nhờ
việc giảm khối lượng lắp ráp, giảm vật liệu, giảm chi phí quản lý, giảm chi
phí lưu kho...[1,3].
- Sử dụng chi tiết thành mỏng có thể tăng được độ chính xác tổng hợp
của sản phẩm [1].
Hình 1. 1 Chi tiết có dạng thành mỏng

16
1.2. Tổng quan về quá trình phay và quá trình hình thành phoi
1.2.1. Giới thiệu về quá trình phay
Phay là một phương pháp gia công cắt đi một lớp kim loại (hay còn gọi
là lượng dư gia công để tạo thành phoi) trên bề mặt của phôi để được chi tiết
có hình dáng, kích thước, độ chính xác, độ bóng theo yêu cầu kỹ thuật trên
bản vẽ. Quá trình đó được thực hiện trên các máy phay. Phay là phương pháp
gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn cấp 3-4 và độ bóng không
hơn cấp 6, là một trong những phương pháp gia công đạt năng suất cao nhất.
Bằng phương pháp phay người ta có thể gia công mặt phẳng, định hình phức
tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt tròn xoay, trục then hoa, cắt ren, bánh
răng…
Phay có thể dùng để gia công tinh, gia công lần cuối để đạt được độ
bóng, độ chính xác cao, dễ cơ khí hoá, tự động hoá, cho năng suất cao, dùng
trong sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và hàng khối. Số lượng nguyên
công gia công cắt gọt đạt tới 60% - 70% công việc gia công cơ khí thì nguyên
công phay cũng chiếm một tỷ lệ lớn. Máy phay có số lượng nhiều, chiếm tỷ lệ
lớn và giữ một vị trí quan trọng trong các Nhà máy, Phân xưởng cơ khí.
Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi, trong quá trình cắt ngoài
những đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện, còn có những đặc điểm sau:
- Dao phay có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt, nên năng suất cắt khi
phay cao hơn khi bào.
- Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng
thân dao phay thường lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt.
- Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động
trong quá trình cắt.
- Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả
năng tồn tại lẹo dao ít.

17
1.2.2 Quá trình cắt khi phay
Quá trình cắt kim loại thực chất là sử dụng dụng cụ hình chêm để hớt đi
một lớp kim loại từ phôi. Lực tác dụng sinh ra do sự tương tác giữa dụng cụ
cắt và phôi, đối với phương pháp phay thì sự tương tác đó là chuyển động
quay của dao phay và sự cản trở lại chuyển động quay của phôi. Như vậy, lực
tác dụng phải đủ lớn để tạo ra trong kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức
bền của vật liệu gia công (khả năng liên kết giữa các tinh thể kim loại), đồng
thời phải thắng được lực cản do ma sát trong quá trình gia công bao gồm:
- Ma sát giữa các tinh thể kim loại khi trượt lên nhau;
- Ma sát giữa phoi và mặt trước của dao trong quá trình tạo phoi;
- Ma sát giữa bề mặt đã gia công với mặt sau của dao.
Quá trình hình thành phoi đã được nhiều tác giả như: Trent, Wright [4],
Zorev N.N và các đồng nghiệp [5], Doyle E.D [6], nghiên cứu với nhiều cách
tiếp cận khác nhau. Tất cả các nghiên cứu đó đều kết luận rằng khi chịu tác
dụng của lực, kim loại bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo rồi biến dạng phá
huỷ.
Hình 1. 2 Quá trình hình thành phoi [5]
Khi quá trình cắt xảy ra, trước tiên là các tinh thể kim loại bị dồn ép
(nén), khi lực tác dụng vượt quá giới hạn bền của vật liệu thì các tinh thể kim
loại bị trượt lên nhau và tách ra khỏi vật gia công tạo thành phoi. Quá trình
biến dạng đó xảy ra trong một vùng mà ta có thể gọi là vùng tạo phoi (giới

18
hạn bởi đường cong OA, OE, hình 1.2) [5]. Trong vùng này có những mặt
trượt OA, OB, OC, OD, OE. Vật liệu gia công trượt theo những mặt đó, các
tinh thể kim loại bị xếp chồng lên nhau. Tuỳ theo cấu trúc của vật liệu gia
công, chế độ cắt mà có thể tạo ra phoi vụn, phoi xếp hay phoi dây.
Như vậy, kết quả của biến dạng kim loại là tách ra khỏi phôi một phần
vật liệu, phần còn lại chính là chi tiết gia công. Tuy nhiên, do vùng biến dạng
của kim loại xảy ra ở cả phần vật liệu giữ lại (phía dưới điểm O) nên bề mặt
chi tiết sau khi gia công có tính chất khác hẳn trước khi gia công và thường có
độ cứng cao hơn. Hiện tượng đó chính là hiện tượng biến cứng lớp bề mặt.
Ngoài ra trong vùng cắt còn có rất nhiều hiện tượng vật lý khác xảy ra mà ta
sẽ nghiên cứu cụ thể ở các phần sau. Quá trình cắt kim loại khi phay về
nguyên tắc không khác quá trình cắt khi tiện. Ở đây tập trung nghiên cứu một
số hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt. Lớp kim loại được cắt gọi là phoi, có
thể có nhiều dạng khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện gia công.
Theo giáo sư I.A.Time thì phoi có các dạng sau đây: Phoi dây, phoi xếp
và phoi vụn.
- Phoi vụn: Là phoi tồn tại ở dạng hạt, thường nhận được khi gia công vật liệu
có tính dẻo thấp như gang, đồng thau, hình 1.3a.
Hình 1. 3 Các dạng phoi khi gia công cắt gọt kim loại [5]
Quá trình biến dạng của vật liệu trong vùng cắt thường không qua giai
đoạn biến dạng dẻo (vì các vật liệu đó có tính dẻo rất thấp).

19
Khi cắt tạo thành phoi vụn thì có một số đặc điểm như: Chiều cao nhấp
nhô bề mặt không cao, tính chất lớp bề mặt ít thay đổi, lực cắt không ổn định,
ít gây mất an toàn [5].
- Phoi xếp: Là phoi tồn tại ở dạng đoạn ngắn, mặt dưới của phoi (mặt
tiếp xúc với mặt trước của dao) nhẵn, mặt trên xù xì như răng cưa. Dạng phoi
này thường có khi gia công vật liệu dẻo như thép có lượng các bon thấp, được
gia công với chiều dày cắt lớn, vận tốc cắt không cao, hình 1.3b.
Khi cắt tạo thành phoi xếp có một số đặc điểm: Chiều cao nhấp nhô bề
mặt không cao lắm, bề mặt chi tiết gia công bị biến dạng dẻo nên có tính chất
cơ lý khác một ít so với tính chất của vật liệu gia công. Phoi xếp thu được sau
khi gia công thép, có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2÷3
lần. Điều đó chứng tỏ vật liệu đã được hoá bền ở mức độ cao.
- Phoi dây: Là phoi tồn tại ở dạng dây dài, bề dày không lớn. Tuỳ theo
vật liệu gia công, hình dáng hình học đầu dao và chế độ công nghệ mà phoi
tồn tại ở dạng dây dài hay xoắn lò xo. Dạng phoi này thường có khi gia công
vật liệu có tính dẻo với tốc độ cắt cao, hình 1.3c.
Khi cắt hình thành phoi dây có đặc điểm: Chiều cao nhấp nhô bề mặt
gia công cao, lực cắt đơn vị nhỏ và ít thay đổi. Tuy nhiên cần chú ý tìm biện
pháp bẻ phoi vì phoi dây đặc biệt là dây dài rất dễ gây mất an toàn [5].
Khi gia công các vật liệu có tính dẻo cao như thép và nhôm, trên mặt
trước của dao (ngay gần mũi dao) thường xuất hiện những lớp kim loại có cấu
trúc khác hẳn so với cấu trúc của phoi và vật liệu gia công. Lớp kim loại này
bám rất chắc vào dao và tham gia cắt gọt như một mũi dao vì nó có độ cứng
rất cao. Hiện tượng này còn được gọi là hiện tượng lẹo dao (built up edge).
Hiện tượng lẹo dao được phân tích xem xét dưới nhiều góc độ khác nhau
nhưng đều có điểm thống nhất chung về nguyên lý hình thành. Khi cắt, do
nhiệt phát sinh nên một lớp mỏng kim loại nằm giữa mặt trước của dao và mặt
dưới của phoi bị nóng chảy; lớp kim loại này hầu hết chuyển động theo

20
phoi ra ngoài. Tuy nhiên, do bề mặt dao không tuyệt đối nhẵn nên có lực ma
sát cản trở chuyển động đó làm cho nó di chuyển chậm lại và trong một điều
kiện nhất định, khi lực cản lớn hơn lực liên kết giữa lớp kim loại đó với phoi
thì nó bị giữ lại bám rất chắc vào mũi dao gây ra hiện tượng lẹo dao [5].
Chiều cao của lớp kim loại bám trên bề mặt càng ngày càng lớn nhưng nó
không tồn tại mãi mà đến một lúc nào đó nó lại bị cuốn theo phoi ra ngoài,
tiếp tục hình thành lớp kim loại bám tiếp theo.
Hiện tượng lẹo dao hình thành trong quá trình cắt có ưu điểm bảo vệ
đầu mũi dao và làm tăng khả năng thoát phoi (do góc trước của dao được tăng
lên). Tuy nhiên, sự xuất hiện lẹo dao lúc gia công có ảnh hưởng rất lớn đến
quá trình gia công và chất lượng bề mặt chi tiết. Lẹo dao làm thay đổi các
thông số hình học của dụng cụ cắt (góc cắt) do đó làm tăng lực cắt. Lực cắt
thay đổi, kéo theo các ảnh hưởng khác như tăng nhiệt cắt và rung độngDo đó,
mọi biện pháp để hạn chế sự xuất hiện của lẹo dao khi gia công tinh sẽ là yếu
tố rất quan trọng nhằm nâng cao chất lượng chi tiết gia công.
Để khử lẹo dao, cần phải mài bóng mặt trước của dao thật cẩn thận
hoặc thay đổi tốc độ cắt (thường thường tăng tới 30m/phút hoặc cao hơn),
đồng thời cũng có thể sử dụng dung dịch trơn nguội trong từng điều kiện gia
công cụ thể.
- Sự co rút phoi: Trong quá trình cắt phoi bị biến dạng và ngắn hơn so
với phần chi tiết được cắt ra. Hiện tượng phoi bị ngắn theo chiều dài được gọi
là sự co rút của phoi theo chiều dài. Thể tích của kim loại khi bị biến dạng
thực tế không thay đổi. Vì vậy, trong khi chiều dài của phoi giảm thì diện tích
tiết diện ngang của phoi tăng. Diện tích tiết diện ngang của phoi tăng được
gọi là sự co rút của phoi theo chiều ngang.
- Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt: Trong quá trình cắt chi tiết gia
công, dụng cụ cắt và phoi bị nung nóng. Khi tăng tốc độ cắt, đặc biệt là khi
cắt các phoi mỏng, nhiệt độ trong vùng cắt sẽ tăng tới 600oC. Nếu tốc độ cắt

21
tiếp tục tăng, trong nhiều trường hợp phoi cắt sẽ bị nung nóng tới 900oC (màu
đỏ sáng). Nhiệt độ ở vùng cắt tăng là do có hiện tượng cơ năng chuyển thành
nhiệt năng trong quá trình cắt. Nhiệt cắt xuất hiện bằng sự chuyển đổi từ công
cắt, gần như tất cả công cần thiết trong quá trình cắt đều biến thành nhiệt trừ
công biến dạng đàn hồi và công kín (tổng của hai loại công này nhỏ, không
vượt quá 5%), phần còn lại chuyển thành nhiệt trong quá trình cắt. Khoảng 97
- 98% công suất cắt biến thành nhiệt. Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì
thông thường nhiệt độ cắt giảm nhanh vì ngoài tác dụng làm nguội, dung dịch
còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát trong quá trình cắt. Hiệu quả làm
nguội càng lớn thì nhiệt cắt càng giảm nhiều.
1.2.3 Các chuyển động cơ bản khi phay
Chuyển động cơ bản là các chuyển động để thực hiện quá trình cắt gọt,
hình thành các bề mặt chi tiết gia công, bao gồm:
- Chuyển động chính (chuyển động cắt): là chuyển động chủ yếu thực
hiện quá trình cắt tạo ra phoi, ký hiệu là V (m/phút) hoặc n (vòng/phút).
Chuyển động chính khi phay là chuyển động quay tròn của dao phay được
truyền dẫn qua trục chính.
- Chuyển động chạy dao S là chuyển động để thực hiện quá trình cắt
tiếp tục và cắt hết chiều dài chi tiết. Đó là chuyển động dọc, ngang hoặc thẳng
đứng của bàn máy phay có gá phôi. Chúng thường vuông góc với trục dao.
1.2.4 Các thành phần của lớp bề mặt bị cắt khi phay
Các thông số của yếu tố cắt và chế độ cắt khi phay bao gồm chiều sâu
lớp cắt to, lượng chạy dao S, vận tốc cắt V, chiều sâu phay t, chiều rộng phay
B, chiều dày cắt a. Khi phay các yếu tố này ảnh hưởng đến tuổi bền của dao,
chất lượng bề mặt gia công, công suất cắt và năng suất cắt.
- Chiều sâu cắt t: Chiều sâu cắt là kích thước lớp kim loại được cắt đi ứng
với một lần chuyển dao, đo theo phương vuông góc với bề mặt gia công (mm).
- Lượng chạy dao S: Được phân làm 3 loại:

22
+ Lượng chạy dao răng Sz: là lượng dịch chuyển của bàn máy (mang
chi tiết gia công) sau khi dao quay được một góc răng (mm/răng).
+ Lượng chạy dao vòng Sv: là lượng dịch chuyển của bàn máy khi dao
quay được một vòng (mm/vòng). Sv= Sz.Z (1-1)
+ Lượng chạy dao phút Sph: là lượng dịch chuyển của bàn máy sau
thời gian 1 phút (mm/phút). Sph= Sz.Zn (1-2)
Tốc độ cắt: Tốc độ cắt khi phay được biểu diễn: (1-3)
(1-4)
Dấu (+) ứng với trường hợp phay nghịch, dấu (-) ứng với trường hợp
phay thuận.
Trong đó: Vn= π.D.n/1000 (m/phút) (1-5)
Vs= SzZn(mm/phút) (1-6)
Thực tế giá trị Vs rất nhỏ so với Vn khi tính toán chế độ cắt người ta
thường bỏ qua lượng Vs, khi đó công thức 1-3 có dạng: Vc= Vn= π.D.n/1000
(m/phút) (1-7)
- Chiều sâu phay t
Chiều sâu phay là kích thước lớp kim loại được cắt đi, đo theo phương
vuông góc với trục của dao phay ứng với góc tiếp xúc ψ
Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đường kính
dao, khi phay bề mặt vuông góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt to.
- Chiều rộng phay B
Chiều rộng phay là kích thước lớp kim loại được cắt theo phương chiều
trục của dao phay.

23
Khi phay bằng dao phay ngón thì chiều rộng phay bằng chiều sâu rãnh,
khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì chiều rộng phay bằng chiều
sâu cắt to (B = to).
- Góc tiếp xúc ψ Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc t giữa dao và
chi tiết.
Khi phay bằng dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay
định hình góc tiếp xúc được tính theo công thức sau:
(1-8)
Hình 1. 4 Góc tiếp xúc khi phay bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón
Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:
(1-9)
Khi phay không đối xứng bằng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón thì:
(1-10)

24
Hình 1. 5 Phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón
- Chiều dày cắt a khi phay
Chiều dày cắt khi phay là một trong những yếu tố quan trọng của quá
trình phay. Chiều dày cắt khi phay là khoảng cách giữa hai vị trí kế tiếp của
quỹ đạo chuyển động của một điểm trên lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng
Sz. Coi gần đúng quỹ đạo chuyển động tương đối của lưỡi cắt là đường tròn,
do đó chiều dày cắt a được đo theo phương đường kính của dao. Trong qúa
trình phay, chiều dày cắt a biến đổi từ trị số amin đến amax hoặc từ amax đến
amin tuỳ theo phương pháp phay.
Hình 1. 6 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón, dao phay mặt
đầu Chiều dày cắt tại điểm C: ac = AC

25
(1-11)
Gần đúng, coi ΔACB vuông tại C, ta có
Công thức tổng quát:
(1-12)
Với ψ là góc tiếp xúc tức thời giữa đường vuông góc với mặt gia công
và bán kính tại điểm tiếp xúc của đỉnh răng dao với chi tiết gia công.
Do góc ψ thay đổi từ 0 đến ϕ nên aC cũng thay đổi theo ψ
Với ψ = 00 có a = amin = 0.
Với ψ = φ có amax = SZ . sinφ
Vì chiều dày cắt a thay đổi từ a =0 đến amax = SZ . sinφ nên diện tích
cắt và lực cắt cũng bị thay đổi theo.

26
Hình 1. 7 Các phương pháp
phay Chiều rộng khi phay
Là kích thước lớp kim loại được cắt đo theo phương chiều trục của dao.
Khi phay bằng dao phay trụ, chiều rộng phay bằng chiều rộng chi tiết b= B.
Khi phay rãnh bằng dao phay đĩa, chiều rộng phay bằng chiều rộng rãnh.
Khi phay rãnh bằng dao phay ngón, chiều rộng phay bằng chiều sâu rãnh.
Khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu, chiều rộng phay bằng chiều
sâu cắt t.

27
1.3.Các chỉ tiêu đánh giá tính gia công của vật liệu
1.3.1.Tính chất cơ học của vật liệu
Vật liệu có độ bền, độ cứng càng cao thì ảnh hưởng không tốt của nó
đến quá trình gia công là rất lớn. Vì vậy, tính gia công sẽ tỷ lệ nghịch với tính
chất cơ lý của vật liệu gia công.
Khi gia công, độ cứng của vật liệu gia công thường được dùng như
phép đo tương đối để đánh giá tính gia công của vật liệu, vật liệu càng cứng
thì tính gia công càng kém. Tuy nhiên, thép với thành phần cacbon thấp, hợp
kim màu thường có tính dẻo cao và có xu hướng hình thành lẹo dao lại làm
giảm tính gia công của vật liệu. Ảnh hưởng của cơ lý tính vật liệu đến tính gia
công của vật liệu chế tạo máy là rất lớn, đôi khi nó quyết định đến tính gia
công của vật liệu [7].
1.3.2. Quá trình biến dạng và hình thành phoi
Khi cắt, để tạo ra phoi, lực tác dụng từ dao cần phải đủ lớn để tạo ra
trong lớp kim loại bicắtmột ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu gia công.
Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng, lớp kim
loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy. Việc nghiên cứu quá
trình tạo phoi có ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công suất cắt, độ mòn của
dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào quá trình tạo phoi [4-
7]. Đánh giá biến dạng phoi dùng hệ số co giãn phoi:
- Hệ số co giãn phoi theo chiều dọc: Trong
đó: L0 là chiều dài lớp kim loại bị cắt đo trên phôi
Lf là chiều dài thực tế đo của phoi
KL là hệ số co giãn phoi theo chiều dọc
- Hệ số co giãn phoi theo chiều dày:
Trong đó: a là chiều dày lớp kim loại bị cắt đo trên phôi
af là chiều dày thực tế đo của phoi

28
Ka là hệ số co giãn phoi theo chiều dày
- Hệ số co giãn phoi theo chiều rộng:
Trong đó: b là chiều rộng lớp kim loại bị cắt đo trên
phôi bf là chiều dài thực tế đo của phoi
Kb là hệ số co giãn phoi theo chiều dọc
Hệ số co giãn phoi biểu thị mức độ biến dạng trung bình của phoi. Căn
cứ vào hệ số co giãn, có thể tìm ra các quan hệ ảnh hưởng giữa các yếu tố khi
cắt với quá trình biến dạng khi cắt.[6-7]
1.3.3. Lực cắt
Trong quá trình cắt, dưới tác dụng của dụng cụ cắt, kim loại gia công bị
biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Cùng một lúc, khi biến dạng lớp cắt, dao
chịu tác dụng lên mặt trước và mặt sau các lực tương ứng. Đây là một trong
những chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả quá trình gia công từ quan điểm lực cắt.
Lực cắt chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như tốc độ cắt, vật liệu gia
công, vật liệu làm dao...
Tính gia công phụ thuộc rất nhiều vào lực cắt. Lực cắt lớn thì tính gia
công sẽ thấp và ngược lại. Đánh giá theo quan điểm lực cắt là vật liệu cắt với
lực cắt nhỏ thì tính gia công tốt trong cùng điều kiện: phương pháp gia công,
dao, chế độ cắt, điều kiện cắt.[7]
1.3.4.Nhiệt cắt
Nguồn nhiệt phát sinh trong quá trình cắt là do công tiêu hao để
lại như: biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo lớp bị cắt và lớp tiếp xúc
giữa bề mặt đã gia công với dao, hay để khắc phục ma sát trên mặt
trước của dao với phoi và mặt sau của dao với phôi.
Đánh giá tính gia công theo quan điểm nhiệt cắt là cắt vật liệu
gia công với nhiệt cắt càng nhỏ thì tính gia công của vật liệu càng tốt,
nhiệt cắt là hệ quả của lực cắt. Khảo sát ảnh hưởng của tính gia công vật
liệu theo nhiệt cắt cũng như với lực cắt.[7]

29
1.3.5.Mòn dụng cụ cắt
1.3.5.1 Cơ bản về mòn dụng cụ cắt
a, Khái niệm
Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt và sự tách vật liệu từ một hoặc cả
hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau.
Eyre và Davis định nghĩa mòn liên quan đến về khối lượng hoặc thể tích, dẫn
đến sự thay đổi vượt quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của
bề mặt. Nói chung mòn xảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt.
Trong quá trình chuyển động tương đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc
có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo,
nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào tách ra, sau đó
vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành
những hạt mài rời.
Do áp lực, nhiệt độ và tốc độ cắt, các bề mặt tiếp xúc của dao trong quá
trình sử dụng bị mài mòn. Tất cả các loại dụng cụ đều bị mài mòn: theo mặt
sau (dạng mài mòn thứ nhất) hoặc theo mặt sau và mặt trước (dạng mòn thứ
hai). Cả hai loại mòn này đều tồn tại khi gia công với mọi chế độ cắt được
dùng trong sản xuất.
b, Các cơ chế mòn của hai bề mặt trượt tương
đối * Mòn do dính
Khi hai bề mặt tiếp xúc với nhau, đỉnh các nhấp nhô sẽ bị biến dạng
dẻo dưới tác dụng của ứng suất pháp. Khi hai bề mặt chuyển động tương đối
với nhau lớp màng mỏng ôxy hoá và hấp thụ bị phá vỡ và vật liệu ở đỉnh các
nhấp nhô tiếp xúc trực tiếp gây dính.
Nếu sức bền dính đủ lớn để cản trở chuyển động trượt tương đối, một
vùng của vật liệu sẽ bị biến dạng dưới tác dụng của ứng suất nén và tiếp là sự
trượt xảy ra mạnh dọc theo các mặt phẳng trượt tạo thành các mảnh mòn dạng

30
lá mỏng. Nếu biến dạng xảy ra trên diện rộng ở vùng tiếp xúc đôi khi mảnh
mòn sinh ra có dạng như hình nêm và dính sang bề mặt đối tiếp.
Loladze và Rabinowicz cho rằng khi hai bề mặt làm từ vật liệu khác
nhau trượt tương đối với nhau các mảnh mòn của vật liệu cứng hơn cũng bị
tách ra khỏi vùng bề mặt. Nguyên nhân do sự dính ngẫu nhiên của vùng bề
mặt có sức bền bị giảm cục bộ với vùng bề mặt có sức bền cao cục bộ của vật
liệu mềm. Archard đã đưa ra mô hình tính toán mòn dính theo công thức sau:
(1-13)
Trong đó: Q là lượng mòn trên một đơn vị chiều dài quãng đường trượt
[khối lượng/chiều dài].
k - là xác suất của một tiếp xúc tạo ra một hạt mòn.
σ là giới hạn bền của vật liệu mềm
hơn. * Mòn do mỏi
Theo Bayer mòn do mỏi xảy ra vùng gần bề mặt do vật liệu chịu ứng
suất biến đổi theo chu kỳ. Các vết nứt về mỏi xuất hiện, phát triển từ bề mặt
và tự cắt nhau tạo nên các hạt mòn. Hiện tượng này xảy ra chủ yếu khi hai bề
mặt lăn và va chạm đối với nhau. Halling cho rằng khi các đỉnh nhấp nhô
không bị dính hoặc mòn do hạt mài thì sẽ bị biến dạng dẻo. Sau một số lần
tiếp xúc đủ lớn nhấp nhô có thể bị phá huỷ do mỏi tạo nên hạt mòn. Lý thuyết
mòn do dính không giải thích được tại sao các hạt mòn rời lại được tạo ra, đặc
biệt là hạt mòn từ bề mặt cứng hơn. Nhưng lại có thể giải thích bằng quá trình
mòn do mỏi. Vì thế Armarego cho rằng hai cơ chế mòn do mỏi và dính đều là
bộ phận của một quá trình mòn.
* Mòn do hạt mài
Trong nhiều trường hợp mòn bắt đầu do dính tạo nên các hạt mòn ở
vùng tiếp xúc chung, các hạt mòn này sau đó bị ôxy hoá biến cứng và tích tụ

31
lại là nguyên nhân tạo nên mòn hạt cứng ba vật, trong một số trường hợp hạt
cứng sinh ra và đưa vào hệ thống trượt từ môi trường. Vật liệu tách khỏi bề
mặt thông qua biến dạng dẻo trong quá trình mòn do cào xước có thể xảy ra
theo vài chế độ.
Cày là hiện tượng tạo rãnh do hạt mài cứng trượt và gây ra biến dạng
dẻo của vật liệu mềm hơn. Khi các nhấp nhô của bề mặt cứng và ráp hoặc các
hạt cứng trượt trên bề mặt mềm hơn và phá huỷ bề mặt tiếp xúc chung bằng
biến dạng dẻo hoặc nứt tách, trong trường hợp vật đối tiếp là vật liệu dẻo có
độ dai va đập cao, đỉnh các nhấp nhô cứng hoặc các hạt cứng sẽ gây nên biến
dạng dẻo của vật liệu mềm hơn trong cả trường hợp tải nhẹ nhất, trong trường
hợp vật liệu giòn có độ dai va đập thấp mòn xảy ra do nứt tách.
Mòn dụng cụ cắt do hạt mài có nguồn gốc từ các tạp chất cứng trong
vật liệu gia công như oxides và nitrides hoặc những hạt các bít của vật liệu gia
công trong vùng tiếp xúc giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công tạo nên
các vết cào xước trên bề mặt dụng cụ.
Hình 1. 8 Sơ đồ thể hiện các khả năng tương tác của hạt mài với bề mặt của
vật liệu, vết mòn và mặt cắt ngang của nó.
* Mòn do khuếch tán
Nhiệt độ cao phát triển trong dụng cụ đặc biệt là trên mặt trước khi cắt
tạo phoi dây là điều kiện thuận lợi cho hiện tượng khuếch tán giữa vật liệu

32
dụng cụ và vật liệu gia công. Colwell đã đưa ra nghiên cứu của Takeyama cho
rằng có sự tăng đột ngột của tốc độ mòn tại nhiệt độ 9300C khi cắt bằng dao
hợp kim cứng. Điều này liên quan đến một cơ chế mòn khác đó là hiện tượng
mòn do khuếch tán, ôxy hoá hoặc sự phân rã hoá học của vật liệu dụng cụ ở
các lớp bề mặt. Theo Brierley và Siekman hiện nay mòn do khuếch tán đã
được chấp nhận rộng rãi như một dạng mòn quan trọng ở chế độ cắt cao, họ
chỉ ra các quan sát của Opitz cho thấy trong cấu trúc tế vi của các lớp dưới
của phoi thép cắt bằng dao hợp kim cứng chứa nhiều các bon hơn so với phôi.
Điều đó chứng tỏ rằng các bon từ các bít volfram đã hợp kim hoá hoặc
khuếch tán vào phoi làm tăng thành phần các bon của các lớp này.
Min và Youzhen đã phát hiện hiện tượng khuếch tán khi phay hợp kim
titan bằng dao phay gắn mảnh hợp kim cứng ở vận tốc cắt 200m/phút. Họ đã
quan sát một lớp giàu các bon dọc theo mặt tiếp xúc giữa bề mặt dụng cụ và
vật liệu gia công, dưới bề mặt dụng cụ xuất hiện một lớp thiếu các bon.
* Mòn do ôxy hoá
Dưới tác dụng của tải trọng nhỏ, các vết mòn kim loại trông nhẵn và
sáng. Mòn xảy ra với tốc độ thấp và các hạt mòn ôxits nhỏ được hình thành.
Bản chất của cơ chế mòn này là sự bong ra của các lớp ôxy hoá khi đỉnh các
nhấp nhô trượt lên nhau. Sau khi lớp ôxy hoá bị bong ra thì lớp khác lại được
hình thành theo một quá trình kế tiếp nhau liên tục. Tuy nhiên theo Halling
lớp màng ôxits và các sản phẩm của tương tác hoá học với môi trường trên bề
mặt tiếp xúc có khả năng ngăn ngừa hiện tượng dính của đỉnh các nhấp nhô.
Khi đôi ma sát trượt làm việc trong môi trường chân không thì mòn do
dính xảy ra mạnh do lớp màng ôxits không thể hình thành được.
1.3.5.2 Ảnh hưởng của mòn dụng cụ cắt tới tính gia công của vật liệu
Trong quá trinh cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động
tiếp xúc với mặt sau của dao gây lên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ. Mài

33
mòn dụng cụ cắt là hiện tượng phức tạp xảy ra theo các hiện tượng lý hóa ở
các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công. Khi mài mòn, dạng
và thông số hình học của phần cắt dụng cụ cắt thay đổi gây nên các hiện
tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt (nhiệ tcắt,lực cắt...) và ảnh hưởng xấu
đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công. Trong quá trình cắt, áp lực lên bề mặt
tiếp xúc lớn hơn rất nhiều sovới áplực làm việc của chi tiết máy và dụng cụ bị
mài mòn theo nhiều dạng khác nhau như mòn theo mặt sau, mòn theo mặt
trước...[7]
Đánh giá tính gia công của vật liệu theo quan điểm độ mòn và tuổi bền
của dụng cụ cắt có nghĩa là xem xét ảnh hưởng của vật liệu gia công tới mòn
và tuổi bền của dụng cụ cắt.Vật liệu khi cắt cho tuổi bền của dao thấp thì tính
gia công thấp và ngược lại.[7]
1.3.6. Chất lượng bề mặt gia công
Chất lượng bề mặt (CLBM) gia công như một tiêu chí đánh giá tính gia
công của vật liệu. Chất lượng bề mặt càng tốt thì vật liệu càng dễ gia công.
Trong thực tế, chất lượng bề mặt của chi tiết máy có ý nghĩa quan trọng để
dảm bảo tuổi thọ của chúng. CLBM chi tiết máy ảnh hưởng trực tiếp đến tính
chất ma sát trong vùng làm việc; đến khá năng chống mài mòn cơ học; chống
ăn mòn hóa,... CLBM còn ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu tải trọng va đập,
đến độ bền mỏi,... của chi tiết máy. Chất lượng bề mặt chi tiết gia công chịu
ảnh hưởng rất lớn bởi phương pháp, qúa trình và chế độ công nghệ gia công.
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt bao gồm:
+ Độ nhám bề mặt hay còn gọi là độ nhấp nhô tế vi
+ Độ sóng bề mặt.
+ Độ cứng tế vi hay cấu trúc tế vi lớp bề mặt
+ Ứng suất dư bề mặt

34
Đánh giá tính gia công theo chất lượng bề mặt thường được sử dụng khi
gia công tinh. [7]
Mặt cắt ngang cấu trúc bề mặt chi tiết được tạo thành bởi quá trình gia
công cho ở (hình 1.9).
Hình 1. 9 Cấu trúc tế vi lớp bề mặt gia công
Chất lượng bề mặt được cấu thành bởi tính chất hình học tế vi lớp bề
măt (cấu trúc bề mặt -Surface texture), tính chất cơ lý lớp bề mặt gồm lớp hư
hỏng bề mặt (Surface integrity) và thay đổi cấu trúc tế vi (Microstructural
transformations). Cấu trúc lớp bề mặt và tính chất cơ lý lớp bề mặt phải được
đảm bảo và kiểm soát được trong suốt quá trình gia công.
Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt tác động vào bề mặt gia
công tạo thành phoi đồng thời hình thành những vết xước cực nhỏ trên bề mặt
gia công gọi là độ nhám bề mặt.
Độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tê vi) là tập hợp tất cả những bề mặt lồi,
lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trên một khoảng ngắn tiêu chuẩn.
1.3.6.1 Cấu trúc bề mặt (Surface texture)
Cấu trúc bề mặt liên quan đến những yếu tố về hình học đến bề mặt gia
công. Cấu trúc bề mặt gồm Profin bề mặt (nhám bề mặt; sóng bề mặt) và các
lỗi hình dáng trên bề mặt như vết gia công (Lay), các vết nứt, vết cào
xước,v.v. như hình 1.10.

35
a. Profin bề mặt(surface profile)
+ Nhám bề mặt (Surface roughness): tập hợp các mập mô bề mặt quan
sát trong khoảng ngắn tiêu chuẩn (theo TCVN TCVN 5120 : 2007: Profin độ
nhám (roughness profile)là Profile thu đƣợc từ profin ban đầu bằng cách loại
bỏ thành phần sóng dài thông qua sử dụng bộ lọc profin λc)..
+ Sóng bề mặt (Waviness): Độ không bằng phẳng của bề mặt quan sát
trong khoảng lớn tiêu chuẩn (theo TCVN TCVN 5120 : 2007: Profin độ
sóng (waviness profile) là Profin thu được bằng các ứng dụng tiếp sau của bộ
lọc profin λf và bộ lọc profin λc đối với profin ban đầu, bằng cách loại bỏ
thành phần sóng dài nhờ bộ lọc profin λf và loại bỏ thành phần sóng ngắn nhờ
bộ lọc profin (λc).
- Các lỗi hình dáng: các vết gia công (Lay); vết nứt, khuyết tật (Flaws);
vết chầy xước (cracks),v.v.
Hình 1. 10 Nhám bề mặt, sóng bề mặt và các vết nứt vết gia công trên bề mặt

36
b. Tiêu chuẩn Quốc gia về nhám bề mặt
Tiêu chuẩn Quốc gia đặc tính hình học của sản phẩm – Nhám bề mặt:
các thuật ngữ, định nghĩa và các thông số nhám bề mặt được quy định trong
TCVN 5120 : 2007 (ISO 4287 : 1999); phương pháp Profin quy định trong
TCVN 2511: 2007 (ISO 12085 : 1996); cách ghi nhám bề mặt trên tài liệu kỹ
thuật của sản phẩm quy định trong TCVN 5707 : 2007 (ISO 1302 : 22002).
Hai thông số thường dùng để đánh giá nhám bề mặt gồm:
- Sai lệch trung bình cộng của profin được đánh giá Ra (Hình 1.11). Ra
được xác định theo công thức: (1.14)
Lm là chiều dài đo nhám, được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế.
Thực tế nhám là đại lượng không liên tục, phép tính tích phân (2.1)
được thay bằng phép cộng số để tính Ra:
(1.15)
- n là chỉ số nhấp nhô có giá trị đo yi.
Đơn vị đo chiều cao nhấp nhô làm hoặc-in do kích thước nhấp nhô
thường rất bé. Khi đo nhám theo Ra, quy định đo ngắt đoạn (Cutoff length)
trên khoảng 1:5 chiều dài chuẩn để kết quả đo không bị ảnh hưởng bởi các
đỉnh lượn sóng trên bề mặt.
Theo TCVN 2511-1995 quy định, nhám bề mặt có14 cấp độ (bảng 1.1).
Chất lượng bề mặt ở cấp độ “thô” và “siêu tinh”, đánh giá nhám theo chỉ số
Rz; ở cấp độ tinh và bán tinh, đánh giá nhám bề mặt theo chỉ số Ra.

37
Bảng 1.1. Các cấp độ nhám bề mặt theo TCVN 2511-1995
Hình 1. 11 Xác định nhám bề mặt Rz
RZ được xác định theo công thức sau:
(1.17)
1.3.6.2 Phương pháp xác định nhám bề mặt
Tất cả những nguyên tắc vật lý được nhắc đến trong kỹ thuật đo độ dài
cũng có thể áp dụng cho đo bề mặt. Do phương pháp đo cơ học và quang học
đã được chứng minh là có hiệu quả nhất trong lĩnh vực này, phần dưới đây chỉ
thảo luận về hai phương pháp này:
Dụng cụ đo bề mặt hoạt động dựa trên nguyên lý chức năng cơ học
thƣờng được gọi là dụng cụ đầu dò (stylus instruments). Phương pháp đo cơ

38
học được phân thành phương pháp quét và phương pháp cảm biến. Đối với
phương pháp quét (scanning), một đầu dò tiếp xúc được hạ xuống bề mặt
kiểm tra với tần số xác định.
Hướng bề mặt dưới mũi kim với tốc độ cấp liệu (tốc độ đưa vào) không
đổi. Đường tiếp xúc của đầu dò có thể nhận biết được một cách cơ học, quang
học, điện hoặc điện tử. Có thể nâng đầu dò tiếp xúc lên một mức cố định
(nguyên lý WOXEN) hoặc có thể nâng lên một lượng xác định từ điểm tác
động bề mặt tƣơng ứng (quá trình tiếp xúc phân tốc/ vi sai-differential tactile
procedure) (Hình 1.12).
Hình 1. 12 Đo nhám bằng phương pháp cơ học
Hình 1. 13 Đo nhám trên các bề mặt khác nhau
Trong quá trình tiếp xúc phân tốc, vi sai, năng lượng tác động của đầu
dò tiếp xúc thấp hơn sơ với nguyên lý WOXEN và cho thấy độ phân tán biên.
Do đó, độ sâu cắt của kim là không đổi, độ chính xác đo cao hơn so với
phƣơng pháp WOXEN. Trong trường hợp thiết bị hoạt động theo

39
phương pháp cảm biến, đầu dò được hứng liên tục trên bề mặt. Kim nâng lên
và hạ xuống phù hợp với mặt cạnh.
Chuyển động nâng chỉ ra tương ứng đối với điểm đối chiếu trong thiết
bị hoặc tương ứng với mức đối chiếu. Lúc này, bộ chuyển đối cơ học, điện,
quang học và điện tử đƣợc sử dụng.
Phương pháp cảm biến cạnh được sử dụng rất nhiều. Độc lập với kiểu
dáng thiết kế đầu dò được sử dụng, ba thiết kế hệ thống được phân biệt (Hình
1.13). Mặt phẳng hệ thống đối chiếu/ hệ thống tham chiếu Trong hệ thống
này, bộ phận quét được hướng trên mặt phẳng đối chiếu (mặt phẳng/ bào, cọc/
hình trụ) tƣơng ứng với mặt phẳng hình học lý tƣởng của mẫu thử nghiệm và
hướng dọc theo mặt phẳng đo. Ngoài các lỗi do hình dạnh thước cặp, hệ thống
quét này cho giá trị đáng tin cậy của độ nhám và độ lượn sóng của mẫu thử
nghiệm. Tuy nhiên, khi đo bề mặt rất nhỏ hoặc rất rộng, thao tác hệ thống
quét này dễ sai số. Một phương pháp thay thế là hệ thống tiếp xúc bề mặt đối
chiếu. Tại đây, phôi di chuyển theo chiều ngang trên bàn máy định hướng
chính xác dưới hệ thống quét được cố định chắc chắn. Bên cạnh độ nhám, có
thể xác định cấu trúc vĩ mô của bề mặt ở những khoảng nhất định.
1.3.7. Độ chính xác gia công
Độ chính xác gia công là mức độ đạt được khi gia công các chi
tiết thực so với độ chính xác thiết kế đề ra. Trong thực tế, độ chính xác
gia công thường được biểu hiện bằng sai lệch về kích thước và sai lệch
về hình dáng. Sai lệch gia công càng lớn tức là độ chính xác gia công
càng kém Trong quá trình gia công bằng bất kì phương pháp nào đều
phải dựa vào hình dáng và kích thước đã thiết kế. Trong thực tế, khó có
thể đạt được yêu cầu lý tưởng. Hình dáng kích thước thực so với yêu
cầu thiết kế có những sai lệch nhất định, dovậy người tađánh giá tính
gia công trên quan điểm độ chính xác gia công thông qua sai số của quá
trình gia công.[7]

40
1.3.8. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế về quá
trình phay chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng
Trong quá trình gia công các chi tiết thành mỏng, các vách mỏng thường
bị biến dạng đàn hồi dưới tác động của lực cắt, như hình 1.14. Các chi tiết
dạng thành mỏng thường dễ bị biến dạng do có độ cứng thấp, rất khó có thể
kiểm soát độ chính xác gia công, thường dẫn đến làm tăng chi phí của quá
trình sản xuất. Vì vậy vấn đề quan trọng là phải kiểm soát được độ chính xác
gia công và sự biến dạng của chi tiết trong quá trình gia công.
Hình 1. 14 Biến dạng của chi tiết trong quá trình gia công
Trong gia công cắt gọt, phay là quá trình phổ biến được sử dụng để gia
công các chi tiết thành mỏng. Quá trình phay chi tiết dạng thành mỏng đã
được nhiều nhà nghiên cứu tập trung tìm hiểu và nghiên cứu, điển hình là các
nghiên cứu sau:
Các nghiên cứu về ứng suất dư gia công thường tập trung vào phân tích
và dự đoán dạng ứng suất dư bang cách xem xét các thông số xử lý khác
nhau, thông số dụng cụ và các thông số khác. Khabeery và Fattouch (1988) đã

41
phát hiện ra rằng biên độ của ứng suất dư thường tăng lên khi tăng lượng chạy
dao, chiều sâu cắt và độ bền kéo của vật liệu chi tiết [8]. Kuang và Wu (1995)
phát hiện ra rằng vận tốc cắt, lượng chạy dao, bán kính mũi dao có tác động
đáng kể tới ứng suất dư [9]. Coto et al. (2011) chỉ ra rằng lượn chạy dao tăng
sẽ làm tăng ứng suất dư kéo, tuy nhiên bằng cách tăng vận tốc cắt sẽ làm giảm
ứng suất dư kéo [10]. Navas et al. (2012) lưu ý rằng bằng cách giảm lượng
chạy dao và tăng vận tốc cắt có thể làm giảm ứng suất dư kéo khi gia công
thép AISI4340 [11].
Như vậy, rất khó có thể kiểm soát được dạng và độ lớn của ứng suất dư
của bề mặt gia công. Và không có quy luật rõ ràng nào được đưa ra khi sử
dụng vật liệu gia công khác nhau và với các thông số công nghệ khác nhau.
Ví dụ, Mohammadpour et al. (2010) cho thấy giá trị lớn nhất của ứng suất dư
lớp bề mặt (MMSRS) là 680MPa, và chiều sâu cắt ứng với ứng suất dư nén
tối đa là 200 micomet [12]. Liang và Su (2007) đã đo được MMSRS là 900
MPa, DMCRS dao động từ 25 đến 100 micromet [13]. Tuy nhiên, Ulutan et
al. (2007) tìm thấy MMSRS là 1200 MPa vàDMCRS có thể thậm chí nhỏ hơn
10 micomet [14]. Ảnh hưởng của các yếu tố tới các cấu trúc khác nhau trong
quá trình giảm nhiệt được nghiên cứu và tính toán. Robinson et al. (2011) đã
thảo luận về cơ chế phân phối lại ứng suất dư sau gia côn đối với vật liệu
Al7449 sau khi gia nhiệt [15]. Bằng cách loại bỏ vật liệu theo lớp, ảnh hưởng
của sự phân phối lại ứng suất dư tới biến dạng được thảo luận. Trong khi
không có dấu hiệu nào về giảm ứng suất, và mô hình được giới hạn trong quy
tắc dạng khối. Tóm lại, tất cả các nghiên cứu đều dựa trên chiều dày của mỗi
lớp (bằng hoặc gần bằng nhau) của chi tiết gia công, do đó khó có thể áp dụng
cho quá trình gia công chi tiết thành mỏng, khi mà chiều sâu cắt gia công thay
đổi. Do đó cần phân tích sâu hơn sự phân bố lại ứng suất dư của chi tiết dạng
thành mỏng với chiều sâu cắt khác nhau trong quá trình gia công, từ đó giảm
biến dạng của chi tiết thành mỏng.

42
Nhiều nhà nghiên cứu đã tập trung nghiên cứu quá trình gia công chi
tiết thành mỏng, hiện tượng biến dạng xảy ra trong suốt quá trình phay chi
tiết. Một vài nghiên cứu tập trung xác định ảnh hưởng của các thông số công
nghệ tới biến dạng và độ nhám bề mặt. Ning và cộng sự, [16] đã sử dụng
phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để tính toán các biến dạng cấu trúc
thành mỏng trong quá trình gia công. Budak [17] phát triển mô hình phân tích
để tránh hiện tượng rung động khi phay hiệu suất cao mà không làm giảm
năng suất. Tang và Liu [18] đã mô phỏng và tính toán biến dạng của chi tiết
bằng FEM. Shamsuddin et al. [19] đã nghiên cứu chiến lược chạy dao tốt nhất
để gia công các chi tiết thành mỏng bằng hợp kim nhôm. Seguy et al. [20] đã
xây dựng một mô hình số sử dụng lý thuyết vùng ổn định để nghiên cứu độ
nhám bề mặt và rung động khi gia công chi tiết dạng thành mỏng. Tương tác
động lực học giữa dụng cụ cắt và trục chính được phân tích bằng cách sử
dụng FEM bởi Mane et al. [21]. Davies et al. [22] nghiên cứu các dao động
của thành mỏng trong quá trình phay. Benardos và cộng sự [23] đã sử dụng
các phương pháp khác nhau để dự đoán sự thay đổi của độ nhám bề mặt.
Thevenot et al. [24] nhằm mục đích tối ưu hóa các điều kiện cắt và xác định
chính xác các trường hợp phay mà các dao động không rõ ràng trong quá trình
gia công chi tiết thành mỏng.
Một số bài báo cũng mô tả các nghiên cứu về ảnh hưởng của các chiến
lược lập kế hoạch đường chạy dao và các thông số liên quan đến dụng cụ cắt
như lớp phủ, đường kính dao, góc xoắn đến độ nhám bề mặt và độ chính xác
chiều dày các chi tiết. Wan et al. [25] đã phát triển một phương pháp lý thuyết
mới để nghiên cứu cơ chế làm việc của góc xoắn và thu được góc xoắn tối ưu
cho các dao phay khi phay biên dạng ngoài. Tác giả đã chứng minh rằng giá
trị lớn nhất của lực cắt giảm khi tăng góc xoắn trong trường hợp cắt một cạnh.
Jabbaripour et al. [26] đã cải thiện độ chính xác hình học và tính toàn vẹn bề
mặt của các chi tiết thành mỏng trong quá trình phay tinh. Họ đã phân tích

43
ảnh hưởng của hướng cắt và vận tốc cắt tới biên độ của lực cắt, chất lượng bề
mặt gia công. Durakbasa et al. [27] tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của lớp
phủ dụng cụ và bán kính dụng cụ lên chất lượng bề mặt trong quá trình phay
tinh thép AISI H13. Herranz et al. [28] đề xuất các chiến lược chạy dao bằng
cách phân tích các hiện tượng tĩnh và động lực học xảy ra trong quá trình
phay cao tốc. Các tác giả đã đưa ra một số lời khuyên hữu ích khi gia công
các chi tiết có độ cứng thấp. Polishetty et al. [29] nghiên cứu mòn dụng cụ, độ
nhám bề mặt và lực cắt trong gia công hợp kim titan Ti-6Al-4V sử dụng
đường chạy dao trochoidal. Izamshah et al. [30] đã nghiên cứu ảnh hưởng của
ba chiến lược chạy dao gồm “water line-step”, “overlapping-step” và “tree
wise-steps” đến độ chính xác gia công. Kết quả cho thầy chiến lược chạy dao
ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết thành mỏng và kết quả chỉ ra rằng
chiến lược chạy dao waterline-step ảnh hưởng nhiều nhất tới độ chính xác gia
công. Vakondios et al. [31] cũng nghiên cứu ảnh hưởng của các chiến chạy
dao tới độ nhám bề mặt trong quá trình phay tinh hợp kim nhôm.
Subramanian et al. [32] đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của
các thông số hình học dao phay tới rung động trong suốt quá trình phay.
Kadirgama et al. [33] đã nghiên cứu tối ưu hóa độ nhám bề mặt khi phay hợp
kim nhôm (AA6061-T6) với dụng cụ cắt phủ cacbit. Karkalos et al. [34] sử
dụng RSM để phát triển mối quan hệ bậc hai giữa các tham số đầu vào và đầu
ra trong quá trình phay ngoại vi của hợp kim titan. Hơn nữa, một mô hình mô
phỏng dựa trên mạng nơron nhân tạo (ANN) cũng được phát triển.
Như vậy, theo các tài liệu đã công bố về quá trình phay các chi tiết
thành mỏng thì nghiên cứu xác định chế độ công nghệ hợp lý khi gia công các
chi tiết thành mỏng bằng hợp kim nhôm chưa được nhiều tác giả quan tâm.
Và đặc biệt nghiên cứu công nghệ gia công các chi tiết thành mỏng đang còn
khá mới ở Việt Nam.. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu xác
định chế độ công nghệ hợp lý khi phay các chi tiết hợp kim nhôm thành

44
mỏng”, góp phần hoàn thiện bổ sung kiến thức lý thuyết cũng như cải thiện và
nâng cao hiệu quả sản xuất.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ
tới lực cắt, độ nhám, ứng suât dư, biến dạng của chi tiết và độ chính xác kích
thước khi phay các chi tiết thành mỏng, từ đó xác định được chế độ công nghệ
hợp lý.

45
CHƯƠNG 2:
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI BIẾN DẠNG VÀ NHÁM BỀ MẶT
KHI PHAY CÁC CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM THÀNH MỎNG A6061
2.1 Giới thiệu về hợp kim nhôm A6061
2.1.1 Hợp kim nhôm A6061
Hợp kim nhôm A6061 là hợp kim nhôm hóa bền với thành phần chủ
yếu là nhôm, magie và hợp kim silicon. Hợp kim nhôm A6061 có tính chất cơ
học tốt, có khả năng chống ăn mòn, có hình hàn tốt và có khả năng định hình
tốt. Do đó hợp kim nhôm A6061 được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
công nghiệp như sản xuất linh kiện tự động hóa, khuôn gia công thực phẩm,
khuôn chế tạo và các chi tiết cơ khí.
Thành phần hóa học của hợp kim nhôm A6061 được thể hiện trong
bảng 2.1 và đặc điểm cơ tính của nhôm A6061 được thể hiện trong bảng 2.2.
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của hợp kim nhôm A6061
Tên nguyên tố
Tỷ lệ phần trăm về
khối lượng (%)
Nhôm (Al) 95.85–98.56
Silicon 0.4-0.8
Đồng (Cu) 0.15-0.4
Sắt (Fe) 0-0.7
Magan (Mn) 0-0.15
Magie (Mg) 0.8-1.2
Crom (Cr) 0.04-0.35
Kẽm (Zn) 0-0.25
Titan (Ti) 0-0.15
Các nguyên tố khác 0.05-0.15
Bảng 2.2 Đặc điểm cơ học của hợp kim nhôm A6061

46
Tính chất Giá trị
Độ cứng 95HB
Độ bền kéo 260MPa
Độ giãn dài tới hạn 12%
Modul đàn hồi 68.9 GPa
Hệ số poisson 0.33
Độ bền mỏi 96.5MPa
Độ dai va chạm 29Mpa-m1/2
Khả năng gia công so với hợp kim 50%
nhôm khác
Modul đàn hồi trượt 26Mpa
Độ bền cắt 207MPa
Nhiệt độ nóng chảy 5850
C
Nhiệt dung riêng 897 J/(kg.K)
2.2 Phay chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm A6061
2.2.1 Tính gia công của hợp kim nhôm A6061
Hợp kim nhôm A6061 là một trong những vật liệu có tính gia công tốt
vì lực cắt thấp, có khả năng dẫn nhiệt tốt và có tốc độ mòn dụng cụ cũng thấp.
Tuy nhiên, vấn đề thường gặp và được quan tâm nhiều khi gia công hợp kim
nhôm là tuổi bền dụng cụ cắt, chất lượng bề mặt và quá trình hình thành phoi
do hiện tượng thoát phoi khó và dễ hình thành lẹo dao khi gia công. Với đặc
tính dễ gia công nên hợp kim nhôm A6061 có thể được gia công bằng nhiều
dụng cụ cắt khác nhau như dụng cụ cắt bằng thép gió, dao phủ PCD, hoặc dao
carbide. Do tính hòa tan silic vào nhôm cao nên các dụng cụ cắt gốm có nền
silic thường ít được sử dụng khi gia công nhôm.
Khi gia công nhôm, có thể tăng vận tốc cắt lên cao mà vẫn đảm bảo
tuổi bền dao hợp lý. Thành phần của nhôm cũng ảnh hưởng lớn tới khả năng

47
gia công của hợp kim nhôm. Thành phần đồng trong hợp kim nhôm giảm sẽ
làm tăng tốc độ mòn dao và giảm tính gia công của hợp kim nhôm. Thành
phần tạp chất trong hợp kim nhôm cũng làm hạn chế tốc độ cắt và giảm tuổi
bền dụng cụ cắt khi gia công. Các hạt silic tự do trong nhôm cứng hơn nhiều
so với nền hợp kim, làm tăng ứng suất và nhiệt độ cục bộ làm cho quá trình
mòn dao diễn ra nhanh hơn với vật liệu PCD. Tốc độ cắt giới hạn khi tiện dao
carbide không phủ là 100m/ph nhưng có thể tăng tới 1000m/ph khi phủ PCD
[13], [19]. Sắt là một loại tạp chất có trong tất cả các hợp kim nhôm, sắt cũng
tạo ra các hợp chất cứng gây ra mòn dao và giảm tính gia công của hợp kim
nhôm.
Hợp kim nhôm A6061có thành phần hợp kim chính là Mg, Cu và
silicon. Đây là loại hợp kim mềm có tính gia công cao (50%), mặc dù quá
trình thoát phoi khó khăn thường làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt và chất lượng
bề mặt gia công.
2.2.2 Phay chi tiết thành mỏng
Các chi tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm được sử dụng phổ
biến trong ngành hàng không, như hình 2.1 và bảng 2.3 thể hiện hình dáng và
thông số của một chi tiết thành mỏng điển hình được sản xuât bởi Fokker
Aerost. Do tính chất chiểu dày của thành nhỏ, chỉ từ 1-5mm, nên ảnh hưởng
rất lớn tới việc lập kế hoạch cũng như chu trình gia công chúng. Nguyên nhân
chủ yếu là do chi tiết thành mỏng thường có độ cứng thấp và giảm liên tục
theo quy trình gia công chúng.

48
Hình 2. 1 Chi tiết thành mỏng được gia công bởi bởi Fokker Aerost
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật đặc trưng của chi tiết thành mỏng bằng
hợp kim nhôm
Kích thước Dải kích thước (mm)
Chiều dài 1000 – 1700
Chiều cao 400 - 900
Chiều sâu 100 - 150
Chiều dày thành 1-5 (thường 1.1mm)
Dung sai 0.1
Dung sai lỗ 0.03
Quá trình phay chi tiết thành mỏng được thực hiện trên trung tâm phay
đứng. Do phôi gia công có độ cứng thấp nên khó gia công do nó bị biến dạng
hoặc rung động xảy ra dưới ảnh hưởng của lực cắt. Khi phay các chi tiết thành
mỏng thường sử dụng kiểu chạy dạo song song, độ cứng chi tiết giảm dần khi
phoi được bóc tách đi. Khi chiều dày phôi còn vài milimet có thể gây ra các

49
biến dạng đáng kế của chi tiết. Để giải quyết các vấn đề này, các nhà nghiên
cứu thường tập trung nghiên cứu các nội dụng sau:
- Tối ưu hoa điều kiện cắt hoặc hình dạng dụng cụ cắt để giảm biến dạng
và rung động của chi tiết thành mỏng.
- Tối ưu hóa đường chạy dao
- Thiết kế vị trí kẹp và lực kẹp hợp lý
- Phay đồng thời hai mặt của chi tiết thành mỏng bằng máy có hai trục
chính.
2.3 Nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới nhám bề mặt khi phay chi
tiết thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm
2.2.1 Ảnh hưởng của chế độ cắt
2.2.1.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt
Vận tốc cắt có ảnh hưởng lớn tới nhám bề mặt khi gia công, do vận tốc
cắt thay đổi làm thay đổi quá trình tạo phoi, ảnh hưởng đến độ lớn và mức độ
biến dạng của quá trình tạo phoi, từ đó ảnh hưởng tới nhiệt cắt, quá trình hình
thành lẹo dao khi gia công.
Quá trình gia công bằng cắt là quá trình nén kim loại. Kim loại bị biến
dạng trong miền tạo phoi AOE cũng trải qua ba giai đoạn: biến dạng đàn hồi,
biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy. Trong quá trình cắt, miền tạo phoi AOE
di chuyển cùng với dao và khi tốc độ cắt lớn, miền tạo phoi co hẹp lại, chiều
rộng miền tạo phoi chỉ còn khoảng vài phần trăm milimet. Trong trường hợp
này, sự biến dạng của vật liệu gia công có thể xem như lân cận mặt OF. Để
đơn giản có thể xem như quá trình biến dạng xảy ra ngay trên mặt phẳng đi
qua lưỡi cắt và hợp với phương chạy dao góc F– góc trượt quy ước. Góc trượt
đặc trưng cho hướng và trị số của biến dạng dẻo trong miền tạo phoi. F càng
nhỏ biến dạng càng lớn [5].

Nghiên Cứu Xác Định Chế Độ Công Nghệ Hợp Lý Khi Phay Các Chi Tiết Hợp Kim Nhôm Thành Mỏng.doc

Nghiên Cứu Xác Định Chế Độ Công Nghệ Hợp Lý Khi Phay Các Chi Tiết Hợp Kim Nhôm Thành Mỏng.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên Cứu Xác Định Chế Độ Công Nghệ Hợp Lý Khi Phay Các Chi Tiết Hợp Kim Nhôm Thành Mỏng.doc

Similar to Nghiên Cứu Xác Định Chế Độ Công Nghệ Hợp Lý Khi Phay Các Chi Tiết Hợp Kim Nhôm Thành Mỏng.doc (20)

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Nghiên Cứu Xác Định Chế Độ Công Nghệ Hợp Lý Khi Phay Các Chi Tiết Hợp Kim Nhôm Thành Mỏng.doc