Luận án: Phay khô hợp kim nhôm A7075 bằng dụng cụ phủ TiN và so sánh với phay ướt

BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ NHƯ TRANG NGHIÊN CỨU PHAY KHÔ HỢP KIM NHÔM A7075 BẰNG DỤNG CỤ PHỦ NITRIDE TITAN VÀ ĐỐI SÁNH VỚI PHAY ƯỚT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ NHƯ TRANG NGHIÊN CỨU PHAY KHÔ HỢP KIM NHÔM A7075 BẰNG DỤNG CỤ PHỦ NITRIDE TITAN VÀ ĐỐI SÁNH VỚI PHAY ƯỚT Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Trần Xuân Thái 2. Nguyễn Trọng Hải Hà Nội – 2021 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Trần Xuân Thái, TS Nguyễn Trọng Hải hai người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo và động viên tôi thực hiện luận án. Tôi vô cùng biết ơn đến GS.TSKH Bành Tiến Long đã định hướng đề tài, góp ý và tận tình giúp đỡ và động viên tôi hoàn thành luận án.

Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện tốt nhất và giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cám ơn tới Thầy, Cô bộ môn Gia Công Vật Liệu Và Dụng Cụ Công Nghiệp - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã đóng góp ý kiến, hỗ trợ và giúp đỡ tôi. Tôi xin cảm ơn khoa Cơ khí – Phòng thí nghiệm Đo lường khoa Cơ khí, Trung Tâm Hồng Hải Foxcon– Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ, hỗ trợ tôi hoàn thành thực nghiệm của luận án. Tôi gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Trường, khoa Cơ Khí, Bộ môn CNCTM - Trường Đại học kinh tế kỹ thuật công nghiệp đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi về thời gian giúp tôi hoàn thành luận án.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã luôn ở bên động viên khích lệ và mong muốn tôi hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày 16 tháng 09 năm 2021 Tác giả Lê Như Trang i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS Trần Xuân Thái và TS Nguyễn Trọng Hải. Kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Hà Nội, ngày 16 tháng 09 năm 2021 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1 TÁC GIẢ TS TRẦN XUÂN THÁI LÊ NHƯ TRANG HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2 TS.

NGUYỄN TRỌNG HẢI ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. i LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .vii DANH MỤC HÌNH ẢNH. ix DANH MỤC BẢNG BIỂU.

xiii MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ CÁC YẾU TỐ KHI GIA CÔNG HỢP KIM NHÔM A7075 .1 Đặc điểm và ứng dụng của hợp kim nhôm A7075 .1 Đặc điểm của hợp kim nhôm .2 Phân loại hợp kim nhôm.3 Ứng dụng của hợp kim nhôm A7075 .4 Các nghiên cứu về hợp kim nhôm A7075 .2 Cơ sở vật lý quá trình tạo phoi khi gia công A7075 .1 Quá trình tạo phoi khi gia công kim loại .2 Các dạng phoi hình thành trong quá trình cắt.3 Dụng cụ cắt khi gia công hợp kim nhôm A7075 .1 Đặc điểm của vật liệu làm dụng cụ cắt .2 Một số vật liệu dùng làm dụng cụ cắt khi gia công hợp kim nhôm A7075 17 1.4 Những vấn đề khi gia công khô và gia công có dung dịch trơn nguội hợp kim nhôm A7075 .5 Nghiên cứu trong và ngoài nước trong những năm gần đây .1 Nghiên cứu trong nước .2 Nghiên cứu ngoài nước .6 Kết luận chương 1. ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG XẢY RA KHI PHAY HỢP KIM NHÔM A7075 .1 Lực cắt và các yếu tố ảnh hưởng .1 Lực cắt khi phay hợp kim nhôm A7075 .2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi phay .2 Rung động và ổn định trong quá trình phay hợp kim nhôm A7075 .1 Hiện tượng rung động khi cắt .2 Mô hình rung động khi phay .3 Sự ổn định trong quá trình gia công .3 Hiện tượng mài mòn dụng cụ cắt[9] khi phay hợp kim nhôm A7075.1 Các dạng mài mòn dụng cụ cắt .2 Cơ chế mài mòn của dụng cụ cắt khi phay hợp kim nhôm A7075 .3 Các yếu tố ảnh hưởng đến mài mòn dụng cụ cắt.4 Hiện tượng nhiệt sinh ra trong quá trình gia công hợp kim nhôm A7075 .5 Chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi gia công hợp kim nhôm A7075 .1 Sự biến cứng lớp bề mặt khi gia công .2 Độ nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng khi phay hợp kim nhôm A7075 .6 Kết luận chương 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN LỰC CẮT, ĐỘ NHÁM VÀ MÒN DỤNG CỤ KHI PHAY HỢP KIM NHÔM A7075 BẰNG DAO PHAY PHỦ NITRIDE TITAN .1 Mục tiêu của nghiên cứu thực nghiệm .2 Nội dung của nghiên cứu thực nghiệm .3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm khi phay hợp kim nhôm A7075.1 Tiến trình nghiên cứu thực nghiệm .2 Thiết kế các thông số và ma trận thực nghiệm khi phay hợp kim nhôm A7075.4 Lựa chọn trang bị thí nghiệm .1 Dụng cụ cắt .2 Vật liệu gia công và máy dùng cho thí nghiệm .3 Các thiết bị đo dùng khi phay hợp kim nhôm A7075 .5 Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến lực cắt khi phay hợp kim nhôm A7075.1 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến lực cắt FU (N) khi phay ướt hợp kim nhôm A705.Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt (FK) khi phay khô hợp kim nhôm A7075 .6 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám khi phay hợp kim nhôm A7075.1 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám (RaU) khi phay ướt hợp kim nhôm A7075.2 Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến độ nhám (RaK) khi phay khô hợp kim nhôm A7075.7 Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến độ mòn dao HS khi phay hợp kim nhôm A7075 .1 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ độ mòn dao (HsU) khi phay ướt hợp kim nhôm A7075.2 Kết quả phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ mòn dao HsK khi phay khô hợp kim nhôm A7075.8 Kết luận chương 3.

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH PHAY KHÔ HỢP KIM NHÔM A7075 BẰNG DAO PHAY PHỦ NITRIDE TITAN .1 Nghiên cứu đánh giá các thông số đầu ra của quá trình phay khô so với phay ướt hợp kim nhôm A7075 .1 Đánh giá lực cắt khi phay khô so với phay ướt hợp kim nhôm A7075. Đánh giá độ nhám bề mặt khi phay khô so với phay ướt hợp kim nhôm A7075 .3 Đánh giá độ mòn dao khi phay khô so với phay ướt hợp kim nhôm A7075 .2 Phân tích mối quan hệ của các thông số đầu ra trong khi phay hợp kim nhôm A7075.1 Phân tích mối quan hệ giữa lực cắt và độ nhám khi phay khô hợp kim nhôm A7075. Phân tích mối quan hệ giữa lực cắt và lượng mòn dao mặt sau khi phay khô hợp kim nhôm A7075. Phân tích mối quan hệ giữa độ nhám và lượng mòn dao mặt sau khi phay khô hợp kim nhôm A7075 .3 Nghiên cứu tối ưu một số thông số khi phay hợp kim nhôm A7075 bằng dao phay phủ Nitride Titan .2 Các phương pháp tối ưu hóa .1 Tối ưu hóa theo phương pháp sử dụng thuật toán di truyền GA .2 Tối ưu hóa theo phương pháp qui hoạch tuyến tính .3 Tối ưu hóa quá trình phay.

Hàm mục tiêu.2 Điều kiện biên và miền giới hàn .3 Tối ưu hóa đơn mục tiêu.4 Tối ưu hóa đa mục tiêu .4 Kết luận chương 4. 125 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO. 127 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

130 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị CNC (Computer Numerical Control)- Điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính Hs Độ mòn dụng cụ cắt m HsU Độ mòn dụng cụ cắt khi phay ướt m HsK Độ mòn dụng cụ cắt khi phay khô m F Lực cắt khi phay N FU Lực cắt khi phay ướt N FK Lực cắt khi phay khô N Ra Nhám bề mặt chi tiết m RaU Nhám bề mặt chi tiết khi phay ướt m RaK Nhám bề mặt chi tiết khi phay khô m xy Rung động theo phương x và phương y Lf Chiều dài của lớp phoi mm L Chiều dài quãng đường dao đi mm t Chiều sâu cắt mm t1 Chiều dày phoi chưa biến dạng mm t2 Chiều dày phoi đã biến dạng mm Vc Vận tốc cắt m/phút F1 Lực tác dụng lên mặt trước N F2 Lực tác dụng lên mặt sau N R1 Lực cắt N Fx Lực cắt theo phương x N Fy Lực cắt theo phương y N Fz Lực cắt theo phương z N Ft Lực tiếp tuyến N Fc Lực cắt chính N Ai() Diện tích phoi chưa cắt của răng thứ I tại góc  mm2 D Đường kính dụng cụ cắt mm Ff Lực ma sát tác dụng dọc theo dòng chảy của phoi N Fn Lực pháp tuyến thẳng góc tới góc cắt của dao N vii KR Hằng số không thứ nguyên liên quan đến lực hướng tâm và lực tiếp tuyến KA Hằng số không thứ nguyên liên quan đến lực dọc trục và lực tiếp tuyến  Góc biến dạng độ n Góc cắt pháp tuyến tức thời độ m Góc quay của lưỡi cắt độ Cm Chiều dày phoi trung bình mm ANOVA Phân tích phương sai R Hệ số tương quan bội R2 Hệ số xác định R Square Hệ số điều chỉnh Df Số bậc tự do Tổng bình phương mức động và sai lệch bình phương của SS chúng MS Phương sai hay số bình quân của tổng bình phương sai lệch viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Góc nhôm của giản đồ Al-nguyên tố hợp kim. Các sản phẩm của hợp kim nhôm A7075. Sự thay đổi ứng suất khi thay đổi tốc độ cắt (a) và lượng tiến dao (b).

Vết nứt ở các giai đoạn khác nhau trên bề mặt gia công. Ảnh hưởng của tốc độ cắt và chiều sâu cắt. Ảnh hưởng của công nghệ làm mát đến độ nhám bề mặt ở tốc độ cắt khác nhau. Ảnh hưởng của tốc độ cắt (a) và lượng tiến dao (b) đến nhiệt.

Phoi hình thành trong quá trình cắt. Cơ chế hình thành phoi .