Nghiên cứu thực nghiệm lực cắt khi phay thép SKD11 được hỗ trợ gia nhiệt bằng cảm ứng từ

 hơn được chọn. Tỷ số S/N 
với mục tiêu thấp hơn tốt hơn được biểu diễn theo 
hàm toán học như sau [8]: 
𝑆𝑆
𝑁𝑁
= −10 log10 �1𝑛𝑛 ��𝑦𝑦𝑖𝑖2𝑛𝑛
𝑖𝑖=1
�� (1) 
Trong đó: ∑ yi2ni=1 là tổng bình phương tất cả kết quả 
của mỗi thí nghiệm. n là số lần đo của mỗi thí 
nghiệm. 
Để nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia 
công gia nhiệt bằng cảm ứng từ được đề xuất trong 
nghiên cứu này so với phương pháp gia công thông 
thường, các thực nghiệm tại nhiệt độ phòng với các 
tham số chế độ cắt (Vc, f, t) được thực hiện trước. Sau 
đó, biến nhiệt độ T được bổ sung vào các thí nghiệm 
tại nhiệt độ cao khác nhau theo bảng trực giao 
Taguchi để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến lực 
cắt. Bảng 3 là bộ tham số chế độ cắt và nhiệt độ gia 
nhiệt cho phôi với vùng nghiên cứu của tốc độ cắt, 
tốc độ chạy dao, chiều sâu cắt và nhiệt độ tương ứng 
theo thứ tự là (Vc: 190 – 280 m/ph), (f: 230 – 380 
mm/ph), (t: 0,5 – 1,5 mm), (T: 200 – 400oC). Thực 
nghiệm được thiết kế theo phương pháp mảng trực giao 
Taguchi L9 (Bảng 4) với kết quả lực cắt tương ứng tại 
nhiệt độ phòng (FR), tại nhiệt độ cao (FT). Độ giảm lực 
cắt ΔF được tính theo công thức (2): 
∆𝐹𝐹(%) = 𝐹𝐹𝑅𝑅 − 𝐹𝐹𝑇𝑇
𝐹𝐹𝑅𝑅
∙ 100% (2) 
Bảng 3. Tham số điều khiển và cấp độ thí nghiệm 
STT 
Tham số 
điều 
khiển 
Đơn vị Mức 
độ 1 
Mức 
độ 2 
Mức 
độ 3 
1 Vc (A) m/ph 190 235 280 
2 f (B) mm/ph 230 305 380 
3 t (C) mm 0,5 1,0 1,5 
4 T (D) oC 200 300 400 
Bảng 4. Thí nghiệm sử dụng mảng trực giao L9 tại nhiệt 
độ phòng, khi có sự hỗ trợ của nhiệt độ cao và kết quả 
lực cắt tương ứng FR, FT 
STT Vc f t T 
FR (N) FT (N) 
ΔF 
(%) 
Thí nghiệm tại nhiệt 
độ phòng 
Thí nghiệm tại nhiệt độ cao 
1 1 1 1 1 135,98 62,205 54,3 
2 1 2 2 2 298,69 129,917 56,5 
3 1 3 3 3 434,06 155,140 64,3 
4 2 1 2 3 213,65 90,248 57,8 
5 2 2 3 1 360,17 224,962 37,5 
6 2 3 1 2 160,46 74,014 53,9 
7 3 1 3 2 262,67 112,068 57,3 
8 3 2 1 3 118,77 39,256 66,9 
9 3 3 2 1 239,34 134,258 43,9 
4. Kết quả và thảo luận 
4.1. Ảnh hưởng của quá trình gia nhiệt đến lực cắt 
khi phay thép SKD11 
 Giá trị lực cắt khi thực nghiệm gia công tại nhiệt độ 
phòng và điều kiện có gia nhiệt được thực hiện 3 lần 
ứng với mỗi chế độ gia công. Kết quả lực cắt trung bình 
tương ứng được cho trong Bảng 4. Kết quả cho thấy, 
lực cắt giảm mạnh khi gia công có sự hỗ trợ của nhiệt 
độ. Độ giảm lực cắt cao nhất là 66.9% tại thí nghiệm số 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 129 (2018) 032-037 
35 
8 với nhiệt độ hỗ trợ quá trình gia công là 400oC. Độ 
giảm lực cắt thấp nhất là 37.5% tại thí nghiệm số 5 với 
nhiệt độ hỗ trợ quá trình gia công là 200oC. Nguyên 
nhân là do dưới tác dụng của nhiệt độ cao thì cơ tính 
của vật liệu giảm, vật liệu dễ biến dạng hơn dẫn đến lực 
tác dụng cần thiết để tách phoi ra khỏi bề mặt gia công 
cũng giảm đáng kể. Hình 3 là đồ thị lực cắt khi gia công 
tại nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao T = 200oC với cùng 
chế độ cắt Vc = 280 m/p, f = 380 mm/p, t = 1 mm. 
Hình 3. Đồ thị lực cắt với chế độ cắt Vc = 280 m/ph, f = 
380 mm/ph, t = 1 mm khi thí nghiệm tại nhiệt độ phòng 
và tại nhiệt độ cao 200oC. 
4.2. Tối ưu hóa lực cắt khi phay thép SKD11 có sự hỗ 
trợ của nhiệt độ cao 
Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các tham số 
điều khiển đến lực cắt khi gia công thép SKD11 có sự 
hỗ trợ của nhiệt độ cao và xác định bộ tham số tối ưu, tỷ 
số S/N được tính toán theo công thức (1). Bảng 5 trình 
bày tỷ số S/N từng thí nghiệm. Tổng hợp phân tích ảnh 
hưởng của các tham số điều khiển đến lực cắt khi phay 
có hỗ trợ nhiệt độ cao như Bảng 6. ΔS/NX được tính 
theo công thức: 
 ΔS/NX = max(S/N)X – min(S/N)X (3) 
Trong đó: max(S/N)X và min(S/N)X theo thứ tự là giá 
trị lớn nhất và nhỏ nhất của tỷ lệ S/N các mức độ của 
tham số điều khiển X. 
Bảng 5. Bảng kết quả tỷ lệ S/N tại nhiệt độ cao 
TN số 1 2 3 4 5 
S/N -35,88 -42,27 -43,81 -39,11 -47,04 
TN số 6 7 8 9 
S/N -37,39 -40,99 -31,89 -42,56 
Bảng 6. Tổng hợp phân tích mức độ ảnh hưởng của các 
thông số đến lực cắt khi gia công gia nhiệt 
Ý nghĩa tỷ số S/N từng mức 
độ Δ 
S/N 
Thứ tự 
ảnh 
hưởng 1 2 3 
A -40,65 -41,18 -38,48* 2,70 3 
B -38,66* -40,40 -41,25 2,59 4 
C -35,05* -41,31 -43,95 8,90 1 
D -41,83 -40,22 -38,27* 3,56 2 
* Giá trị tối ưu 
Kết quả phân tích trên Bảng 6 cho thấy thứ tự ảnh 
hưởng như sau: chiều sâu cắt có ảnh hưởng lớn nhất 
đến lực cắt, tiếp theo là nhiệt độ phôi, tốc độ cắt và tốc 
độ chạy dao ít ảnh hưởng nhất đến lực cắt. 
Từ kết quả phân tích ý nghĩa tỷ số S/N cho từng 
tham số điều khiển với 3 mức, ta chọn bộ tham điều 
khiển tối ưu đạt mục tiêu lực cắt nhỏ nhất là 
A3B1C1D3 (Hình 4). Bộ tham số điều khiển tối ưu là: 
Vc = 280 (m/ph), f = 230 (mm/ph), t = 0,5 (mm), T = 
400oC. 
Hình 4. Tỷ lệ S/N lực cắt khi gia công gia nhiệt 
Hình 4 cho thấy quan hệ giữa nhiệt độ và tỉ sổ 
nhiễu (S/N) là đồng biến, cụ thể: lực cắt giảm khi nhiệt 
độ tăng và đạt giá trị nhỏ nhất tại nhiệt độ 400oC trong 
giới hạn của miền khảo sát. 
4.3 Xây dựng mô hình toán học lực cắt phụ thuộc chế 
độ cắt và nhiệt độ khi gia công gia nhiệt 
Mô hình lực cắt phụ thuộc bộ tham số công nghệ 
(Vc, f, t) và nhiệt độ phôi tại thời điểm gia công T được 
miêu tả theo công thức: FT = a ∙ Vcb ∙ f c ∙ td ∙ Te (4) 
Trong đó: a, b, c, d, e là các hệ số được xác định từ thực 
nghiệm; Ft là lựccắt tổng hợp được phân tích thành ba 
lực cắt thành phần Fxt, Fyt, Fzt theo công thức: FT = �Fxt2 + Fyt2 + Fzt2 (5) 
Hình 5. So sánh lực cắt xác định từ mô hình và thực 
nghiệm 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 129 (2018) 032-037 
36 
200oC
400oC
300oC
t (mm)
f (mm/phút) v (m/phút)
F 
(N
)
t (mm)
F 
(N
)
200oC F
 (N
)
v (m/phút)
f (mm/phút)
200oC
300oC
400oC
 a) Cố định Vc b) Cố định f c) Cố định t 
Hình 6. Mối quan hệ giữa F với Vc, f và t tại các nhiệt độ khác nhau 
a) Cố định Vc, b) Cố định f, c) Cố định t 
Để xây dựng mô hình lực cắt tại nhiệt độ cao, 
nghiên cứu sử dụng phương pháp tìm hàm hồi quy phi 
tuyến Gauss – Newton.Phương pháp này được ứng 
dụng trong công cụ Nonlinear Regression của phần 
mềm Minitab 17. Mảng trực giao L9 và kết quả lực cắt 
được trình bày như Bảng 4 được sử dụng là dữ liệu đầu 
vào của phương pháp. Với dữ liệu 9 điểm thí nghiệm tại 
nhiệt độ cao, hàm hồi quy phi tuyến lực cắt khi phay 
thép SKD11 có gia nhiệt được xác định như phương 
trình (6). FT = 36235,7 ∙ Vc−0,737867 ∙ f 0,453832
∙ t0,964106 ∙ T−0,770712 (6) 
Hình 5 là đồ thị đánh giá độ chính xác của mô 
hình lực cắt phụ thuộc vào nhiệt độ gia nhiệt (phương 
trình (6)) khi so sánh với dữ liệu thực nghiệm thu được. 
Trong đó, chấm hình vuông đỏ là kết quả lực cắt xác 
định từ mô hình; dữ liệu thu được từ thực nghiệm được 
mô tả bằng chấm hình thoi xanh. Kết quả cho thấy dữ 
liệu lực cắt xác định từ mô hình và thực nghiệm có độ 
tương đồng cao. 
Từ phương trình (6), bằng công cụ của phần mềm 
Maple, đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực cắt với 
các tham số chế độ cắt tại các nhiệt độ khác nhau được 
thể hiện như Hình 6. 
Hình 6 cho thấy, nhiệt độ phôi càng tăng thì lực 
cắt càng giảm. Tuy nhiên, độ giảm lực cắt giảm dần khi 
nhiệt độ phôi tăng lên theo thứ tự tương ứng từ nhiệt độ 
phòng đến 200oC, 300oC và 400oC. Hình 6.a và 6.b theo 
thứ tự là đồ thị lực cắt khi cố định vận tốc cắt (Vc) và 
lượng tiến dao (f) cho thấy, độ dốc của đồ thị lực cắt 
lớn nhất khi thay đổi chiều sâu cắt hay nói cách khác 
chiều sâu cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến lực cắt. Hình 
6.c là đồ thị lực cắt khi cố định chiều sâu căt (t) cho 
thấy độ dốc của đồ thị lực cắt khi thay đổi vận tốc cắt 
(Vc) lớn hơn khi thay đổi lượng tiến dao (f). Điều đó có 
nghĩa là mức độ ảnh của vận tốc cắt (Vc) đến lực cắt (F) 
lớn hơn ảnh hưởng của lượng tiến dao (f) đến lực cắt 
(F). 
5. Kết luận 
Mô hình lực cắt khi phay thép SKD11 có sự hỗ 
trợ gia nhiệt bằng cảm ứng từ đã được xây dựng trong 
nghiên cứu này. Kết quả mô hình đã được kiểm chứng 
thông qua việc so sánh với dữ liệu thực nghiệm. Nghiên 
cứu thực nghiệm được thực hiện tại nhiệt độ phòng và 
nhiệt độ cao với cùng bộ tham số công nghệ chế độ cắt 
cho thấy lực cắt giảm mạnh khi gia công tại nhiệt độ 
cao. Bộ thông số hợp lý nhất với mục tiêu lực cắt nhỏ 
nhất được xác định tương ứng là: vận tốc cắt (Vc) = 280 
(m/phút), lượng tiến dao (f) = 230 (mm/phút), chiều sâu 
căt (t) = 0,5 (mm) và nhiệt độ nung (T) = 400oC. 
Lời cám ơn 
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ phát triển 
khoa học và công nghệ quốc gia (NAFOSTED) trong 
đề tài mã số “107.02-2016.01”. 
Tài liệu tham khảo 
[1] Bành Tiến Long (chủ biên), Nguyên lý gia công vật 
liệu, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2013. 
[2] C. Brecher, M. Emonts, C. Rosen, and J. Hermani, 
“Laser-assisted Milling of Advanced Materials,” vol. 
12, pp. 599–606, 2011. 
[3] A. K. M. Nurul Amin and T. L. Ginta, Heat-Assisted 
Machining, vol. 11. Elsevier, 2014. 
[4] K. Sadeghipour, J. A. Dopkin, and K. Li, “A 
computer aided finite element/experimental analysis 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 129 (2018) 032-037 
37 
of induction heating process of steel,” Comput. Ind., 
vol. 28, no. 3, pp. 195–205, 1996. 
[5] T. L. Ginta and A. K. M. N. Amin, “Thermally-
assisted end milling of titanium alloy Ti-6Al-4V 
using induction heating,” Int. J. Mach. Mach. Mater., 
vol. 14, no. 2, pp. 194–212, 2013. 
[6] M. Baili, V. Wagner, G. Dessein, J. Sallaberry, and 
D. Lallement, “An experimental investigation of hot 
machining with induction to improve Ti-5553 
machinability,” vol. 62, pp. 67–76, 2011. 
[7] [C. Wang, Y. Xie, L. Zheng, Z. Qin, D. Tang, Y. 
Song, "Research on the Chip Formation Mechanism 
during the high-speed milling of hardened steel,” Int. 
J. Mach. Tools Manuf., vol. 79, pp. 31–48, 2014. 
[8] S. Du, M. Chen, L. Xie, Z. Zhu, X. Wang, 
“Optimization of process parameters in the high-
speed milling of titanium alloy TB17 for surface 
integrity by the Taguchi-Grey relational analysis 
method,” vol. 8, no. 10, pp. 1–12, 2016.