Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:137

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC" nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến quá trình sửa đá và quá trình mài, từ đó đề xuất được bộ thông số hợp lý khi sửa đá và khi mài chi tiết có bề mặt trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC

i BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÙI THANH HIỀN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ MÀI HỢP LÝ CHI TIẾT TRỤ NGOÀI VUÔNG THÉP SKD11 BẰNG ĐÁ CBN TRÊN MÁY PHAY CNC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ HÀ NỘI - 2024
ii BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÙI THANH HIỀN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ MÀI HỢP LÝ CHI TIẾT TRỤ NGOÀI VUÔNG THÉP SKD11 BẰNG ĐÁ CBN TRÊN MÁY PHAY CNC LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103 Xác nhận Người hướng dẫn 1 Người hướng dẫn 2 của Viện Nghiên cứu Cơ khí Giám đốc Trung tâm Đào tạo PGS.TS. Lê Thu Quý GS.TS. Vũ Ngọc Pi TS. Vũ Văn Khoa HÀ NỘI - 2024
iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án:"Nghiên cứu xác định chế độ mài hợp lý chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC" là công trình nghiên cứu của chính mình dưới sự hướng dẫn khoa học của tập thể hướng dẫn khoa học là GS.TS. Vũ Ngọc Pi và TS. Vũ Văn Khoa. Luận án sử dụng thông tin trích dẫn từ nhiều nguồn tham khảo khác nhau và các thông tin trích dẫn được ghi rõ nguồn gốc. Các kết quả nghiên cứu của tôi được công bố chung với các tác giả khác đã được sự nhất trí của đồng tác giả khi đưa vào luận án. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác ngoài các công trình công bố của tác giả. Luận án được hoàn thành trong thời gian tôi làm nghiên cứu sinh tại Viện Nghiên cứu Cơ khí. Hà Nội, ngày tháng năm 2024. Tác giả luận án Bùi Thanh Hiền
iv LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy giáo, cô giáo và tập thể nghiên cứu khoa học. Trước tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể người hướng dẫn khoa học GS.TS. Vũ Ngọc Pi và TS. Vũ Văn Khoa, những người thầy đã tận tình hướng dẫn, định hướng nghiên cứu, đào tạo và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo Viện Nghiên cứu Cơ khí và Trung tâm Đào tạo thuộc Viện Nghiên cứu Cơ khí cũng như Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận án. Để có được những kết quả như ngày hôm nay, tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của cán bộ, công nhân của Doanh nghiệp tư nhân Cơ khí chính xác Thái Hà, trung tâm Thí nghiệm thực hành khoa Cơ khí, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành các công việc liên quan đến thí nghiệm, thực nghiệm và đo đạc. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự hỗ trợ giúp đỡ của đồng nghiệp tại Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Robot, khoa Cơ khí, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã dành những điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án của mình. Cuối cùng tôi gửi lời cảm ơn và biết ơn sâu sắc tới gia đình, những người đã luôn động viên, chia sẻ giúp đỡ tôi về mặt tinh thần trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày tháng năm 2024. Tác giả luận án Bùi Thanh Hiền
v MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .......................................................................... v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................... xi DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................... xiv MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MÀI VÀ MÀI BỀ MẶT TRỤ NGOÀI ĐỊNH HÌNH ................................................................................................................. 8 1.1. THÉP SKD11 VÀ VẬT LIỆU MÀI CBN ................................................ 8 1.1.1. Thép SKD11............................................................................................ 8 1.1.2. Hạt mài CBN và đá mài CBN ............................................................... 10 1.2. MÁY MÀI CNC VÀ MÁY PHAY CNC ................................................ 14 1.2.1. Máy mài CNC ....................................................................................... 14 1.2.2. Máy phay CNC ..................................................................................... 15 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ................... 16 1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ......................................................... 17 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................... 26 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1................................................................................ 28 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 30 2.1. ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH MÀI ................................................. 30 2.1.1. Quá trình tạo phoi khi mài .................................................................... 30 2.1.2. Lực cắt trong quá trình mài ................................................................... 31 2.1.3. Lưỡi cắt trong quá trình mài ................................................................. 33 2.1.4. Chiều dài cung tiếp xúc giữa đá mài và phôi khi mài ........................... 34 2.1.5. Chiều dày cắt khi mài ............................................................................ 35 2.1.6. Đường kính tương đương ...................................................................... 35 2.1.7. Năng suất gia công ................................................................................ 35 2.2. MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI .................................... 36 2.2.1. Mòn đá mài ........................................................................................... 36
vi 2.2.2. Tuổi bền đá mài ..................................................................................... 38 2.2.3. Nhám bề mặt khi mài ............................................................................ 38 2.3. SƠ ĐỒ NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH MÀI ............................ 40 2.4. ĐẶC ĐIỂM CỦA CHẾ ĐỘ MÀI BẰNG ĐÁ CBN TRÊN MÁY PHAY CNC ................................................................................................................. 41 2.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................. 42 2.5.1. Lựa chọn số lượng phương pháp MCDM ............................................. 42 2.5.2. Luận giải lý do chọn ba phương pháp MCDM cụ thể .......................... 44 2.5.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi..................................... 45 2.5.4. Phương pháp phân tích phương sai ANOVA ....................................... 47 2.5.5. Phương pháp TOPSIS ........................................................................... 49 2.5.6. Phương pháp MAIRCA ........................................................................ 51 2.5.7. Phương pháp EAMR ............................................................................. 52 2.5.8. Các phương pháp xác định trọng số ...................................................... 53 2.5.8.1. Phương pháp Entropy......................................................................... 54 2.5.8.2. Phương pháp MEREC........................................................................ 54 2.6. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM .......................................... 55 2.6.1. Quá trình sửa đá .................................................................................... 55 2.6.2. Quá trình mài......................................................................................... 56 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2................................................................................ 56 Chương 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ HỢP LÝ ......................... 58 3.1. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM .............................................. 58 3.1.1. Mục đích thí nghiệm ............................................................................. 58 3.1.2. Thiết bị thí nghiệm ................................................................................ 58 3.1.3. Sơ đồ thí nghiệm ................................................................................... 65 3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN QUÁ TRÌNH SỬA ĐÁ .......................................................................................................... 67 3.2.1. Lựa chọn thông số và điều kiện thí nghiệm .......................................... 68
vii 3.2.2. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ sửa đá đến nhám bề mặt ....... 70 3.2.3. Xác định bộ thông số sửa đá hợp lý ...................................................... 72 3.2.4. Tính toán dự đoán ................................................................................. 74 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3................................................................................ 75 Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ MÀI HỢP LÝ........................................................................................................... 76 4.1. LỰA CHỌN THÔNG SỐ THÍ NGHIỆM MÀI ...................................... 76 4.2. CHẾ ĐỘ MÀI HỢP LÝ THEO CHỈ TIÊU NHÁM BỀ MẶT ................ 79 4.2.1. Mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến nhám bề mặt ...... 79 4.2.2. Chế độ mài hợp lý để nhám bề mặt nhỏ nhất........................................ 85 4.3. CHẾ ĐỘ MÀI HỢP LÝ THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT GIA CÔNG 87 4.3.1. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến năng suất gia công . 87 4.3.2. Chế độ mài hợp lý để năng suất gia công lớn nhất ............................... 90 4.4. CHẾ ĐỘ MÀI HỢP LÝ THEO ĐỒNG THỜI CHỈ TIÊU NHÁM BỀ MẶT VÀ NĂNG SUẤT GIA CÔNG............................................................. 94 4.4.1. Kết quả giá trị trọng số .......................................................................... 94 4.4.2. Thông số mài hợp lý theo phương pháp TOPSIS ................................. 95 4.4.3. Thông số mài hợp lý theo phương pháp MAIRCA .............................. 97 4.4.4. Thông số mài hợp lý theo phương pháp EAMR ................................. 100 4.4.5. Thông số mài hợp lý để đạt đồng thời nhám nhỏ nhất và năng suất gia công lớn nhất ................................................................................................. 103 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4.............................................................................. 109 KẾT LUẬN CHUNG VÀ CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .... 111 1. Kết luận chung .......................................................................................... 111 2. Hướng nghiên cứu tiếp theo ...................................................................... 112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ........................................... 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 114 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 120
viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị aed Chiều sâu cắt mm Rpm Tốc độ quay của đá vòng/phút Fe Bước tiến đá mm/phút d Đường kính đá mài mm DOE Thiết kế thí nghiệm Ra Giá trị nhám bề mặt m Ra1 Giá trị nhám bề mặt đo lần 1 m Ra2 Giá trị nhám bề mặt đo lần 2 m Ra3 Giá trị nhám bề mặt đo lần 3 m ̅̅̅ Ra Giá trị nhám bề mặt trung bình m i Số thí nghiệm N Tổng số thí nghiệm CI Khoảng phân bố Em Giá trị tối ưu Ne Số lần lặp hiệu quả R Số lần lặp của thí nghiệm fe Bậc tư do của lỗi Ve Sai số trung bình của lỗi
ix SS Tổng bình phương SSB Tổng bình phương của thông số B SSe Tổng bình phương các lỗi SST Tổng các bình phương S/N Tỉ số tín hiệu/nhiễu DOF Bậc tự do t pij Giá trị chuẩn hóa có tính đến trọng số theo phương pháp MAIRCA t rij Giá trị chuẩn hóa theo phương pháp chuẩn hóa số liệu Weitendorf theo phương pháp MAIRCA gij Hiệu giá trị chuẩn hóa của tiêu chí j ở phương án I theo phương pháp MAIRCA Qi Tổng các giá trị chuẩn hóa gij theo phương pháp MAIRCA nij Giá trị chuẩn hóa theo phương pháp EAMR
x DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt ANOVA Analysis of Variance Phân tích phương sai CBN Cubic Boron Nitride Khối bo nitorat dạng lập phương CNC Computer Numerical Control Máy điều khiển số DLC Diamond-like carbon Cacbon có cấu trúc giống kim cương EAMR Evaluation by an Area based Đánh giá theo phương pháp Method of Ranking xếp hạng dựa trên khu vực HRC Hardness Rockwell C Độ cứng Rockwell MAIRCA Multi Attributive Ideal-Real Phân tích so sánh lý tưởng- Comparative Analysis thực tế đa thuộc tính MCDM Multi Criteria Decision Making Ra quyết định đa tiêu chí MEREC Method based on the Removal Phương pháp dựa trên tác Effects of Criteria dụng loại bỏ của tiêu chí MQL Minimum quantity lubrication Bôi trơn tối thiểu MRS Material removal Speed Năng suất gia công TOPSIS Technique for Order of Preference Kỹ thuật sắp xếp thứ tự ưu by Similarity to Ideal Solution tiên theo sự tương đồng với giải pháp lý tưởng WCJ Wheel cleaning jet Tia làm sạch đá mài
xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Trục cam động cơ ô tô [1] ..................................................................... 1 Hình 2. Chày cối dập thép định hình [2] ............................................................ 2 Hình 3. Chày dập viên nén định hình................................................................. 2 Hình 1.1. Các mặt phát triển của tinh thể CBN và hình thái hình học [18]...... 10 Hình 1.2. Hình dáng hạt mài kim cương và hạt mài CBN [22]........................ 12 Hình 1.3. Mài trục cam trên máy mài CNC [23].............................................. 15 Hình 1.4. Máy mài trục cam CNC [24]............................................................ 15 Hình 1.5. Máy phay đứng CNC [7] ................................................................. 16 Hình 1.6. Đồ thị tương quan giữa tốc độ bóc tách riêng vật liệu với công suất mài và nhám bề mặt chi tiết [26]...................................................................... 18 Hình 1.7. Mài trục vít sử dụng đá mài CBN [27]............................................. 19 Hình 1.8. Sơ đồ thí nghiệm [28] ...................................................................... 18 Hình 1.9. Mài bề mặt răng của bánh răng sử dụng đá mài CBN [29] .............. 20 Hình 1.10. Quan hệ nhiệt sinh ra khi mài với chiều sâu cắt [31].................... 21 Hình 1.11. Quan hệ nhiệt khi mài với lượng chạy dao [31] ........................... 21 Hình 1.12. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến mòn hướng kính khi mài bằng đá CBN [33] ............................................................................................ 23 Hình 1.13. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhám bề mặt khi mài [33] ......................................................................................................................... 23 Hình 1.14. So sánh ảnh hưởng của các loại dung dịch bôi trơn khi mài [34]... 24 Hình 1.15. Thí nghiệm mài trên máy phay NC (040-743) [35] ...................... 25 Hình 1.16. Nhám bề mặt cho các loại thép khác nhau [37] ............................ 26 Hình 2.1. Hình dạng hạt mài [42] .................................................................... 30 Hình 2.2. Sơ đồ quá trình tạo phoi khi mài [20] .............................................. 31 Hình 2.3. Lực cắt tác dụng lên hạt mài [11]..................................................... 32 Hình 2.4. Lưỡi cắt động và lưỡi cắt tĩnh khi mài [20], [12] ............................. 33 Hình 2.5. Chiều dài cung tiếp xúc khi mài [43] ............................................... 34 Hình 2.6. Mòn đá mài [44] .............................................................................. 36
xii Hình 2.7. Mòn hạt mài [44] ............................................................................. 36 Hình 2.8. Trạng thái mòn của đá mài [12] ....................................................... 37 Hình 2.9. Nhám bề mặt khi mài [43] ............................................................... 39 Hình 2.10. Sơ đồ nâng cao hiệu quả của quá trình mài .................................... 41 Hình 3.1. Máy phay CNC dùng cho thí nghiệm .............................................. 58 Hình 3.2. Đá mài CBN dùng cho thí nghiệm ................................................... 60 Hình 3.3. Máy sửa đá dùng cho thí nghiệm ..................................................... 60 Hình 3.4. Mẫu thí nghiệm ................................................................................ 61 Hình 3.5. Máy đo nhám dùng cho thí nghiệm.................................................. 62 Hình 3.6. Cân điện tử dùng cho thí nghiệm ..................................................... 63 Hình 3.7. Kính hiển vi quang học dùng cho thí nghiệm .................................. 64 Hình 3.8. Panme đo kích thước ....................................................................... 64 Hình 3.9. Dưỡng đo bán kính .......................................................................... 65 Hình 3.10. Sơ đồ sửa đá mài trên máy phay CNC ........................................... 65 Hình 3.11. Quá trình sửa đá ............................................................................ 65 Hình 3.12. Sơ đồ mài trên máy phay CNC ...................................................... 66 Hình 3.13. Quá trình mài ................................................................................. 66 Hình 3.14. Mài công tua bề mặt trụ vuông ..................................................... 67 Hình 3.15. Thiết lập ma trận thí nghiệm .......................................................... 69 Hình 3.16. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến Ra ........................... 71 Hình 3.17. Đồ thị ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến tỷ số S/N của Ra ......................................................................................................................... 73 Hình 4.1. Đồ thị xu hướng ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến giá trị nhám trung bình khi mài ................................................................................. 82 Hình 4.2. Phần trăm ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến nhám bề mặt ......................................................................................................................... 83 Hình 4.3. Đồ thị ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến tỷ số S/N .......... 84 Hình 4.4. Đồ thị xu hướng ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến năng suất gia công .................................................................................................... 89
xiii Hình 4.5. Đồ thị xu hướng ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến tỉ số S/N của năng suất gia công qua các mức khảo sát.......................................... 91 Hình 4.6. Biểu đồ so sánh các phương pháp TOPSIS, MAIRCA, EAMR, ... 105 Hình 4.7. Ảnh bề mặt chi tiết gia công phóng to 500 lần ............................... 107 Hình 4.8. Hình ảnh bề mặt đá mài CBN d = 125 mm .................................... 108 Hình 4.9. Hình ảnh cấu trúc bề mặt đá CBN d = 125 mm ............................. 108 Hình 4.10. Kiểm tra kích thước mẫu thí nghiệm .......................................... 109
xiv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Các thông số công nghệ thí nghiệm sửa đá...................................... 68 Bảng 3.2. Ma trận thí nghiệm L9 ..................................................................... 69 Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm và tính toán nhám bề mặt Ra ............................ 70 Bảng 3.4. Kết quả phân tích ANOVA giá trị Ra ............................................ 71 Bảng 3.5. Mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến Ra .................. 71 Bảng 3.6. Kết quả phân tích ANOVA tỉ số S/N của Ra ................................... 73 Bảng 3.7. Mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến tỉ số S/N của Ra ......................................................................................................................... 73 Bảng 4.1. Thông số sửa đá trước khi mài ........................................................ 76 Bảng 4.2. Thông số cắt và các mức của nó ...................................................... 78 Bảng 4.3. Kế hoạch thí nghiệm và kết quả thí nghiệm ................................... 79 Bảng 4.4. Giá trị nhám bề mặt và tỷ số S/N..................................................... 80 Bảng 4.5. Kết quả phân tích ANOVA cho giá trị nhám trung bình ................. 81 Bảng 4.6. Mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến giá trị nhám trung bình......................................................................................................... 81 Bảng 4.7. Kết quả phân tích ANOVA cho tỷ số S/N khi mài .......................... 82 Bảng 4.8. Thứ tự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến tỷ số S/N ......... 83 Bảng 4.9. Các thông số công nghệ đầu vào hợp lý cho nhám bề mặt nhỏ nhất 85 Bảng 4.10. Kết quả thí nghiệm kiểm chứng tỉ số Ra và sai lệch (%)................ 86 Bảng 4.11. Năng suất gia công và tỷ số S/N .................................................... 87 Bảng 4.12. Kết quả phân tích ANOVA cho năng suất gia công ...................... 88 Bảng 4.13. Mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến năng suất gia công ................................................................................................................. 89 Bảng 4.14. Kết quả phân tích ANOVA tỷ số S/N của năng suất gia công ....... 90 Bảng 4.15. Thứ tự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến tỷ số S/N ....... 90 Bảng 4.16. Thông số cắt tối ưu cho năng suất gia công tối đa ......................... 92 Bảng 4.17. Kết quả thí nghiệm kiểm chứng MRS và sai lệch (%)................... 93
xv Bảng 4.18. Giá trị ma trận được chuẩn hóa trong phương pháp TOPSIS ........ 95 Bảng 4.19. Các thông số tính toán và xếp hạng theo phương pháp TOPSIS ... 96 Bảng 4.20. Bảng giá trị tpij và trij theo phương pháp MAIRCA .................... 98 Bảng 4.21. Giá trị gij , Qi và xếp hạng các thí nghiệm .................................... 99 Bảng 4.22. Giá trị của nij và vij theo phương pháp EAMR .......................... 101 Bảng 4.23. Giá trị Gj , Sj và xếp hạng các phương án bằng phương pháp EAMR ........................................................................................................... 102 Bảng 4.24. Xếp hạng phương án khi sử dụng phương pháp TOPSIS, ........... 104 Bảng 4.25. Hệ số tương quan xếp hạng của Spearman .................................. 106
1 MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài luận án Gia công mài nói chung và mài bề mặt trụ ngoài nói riêng được sử dụng rất rộng rãi để gia công các chi tiết chính xác. Mài đặc biệt chiếm ưu thế khi gia công tinh các chi tiết đã tôi cứng, các chi tiết có độ cứng, độ bền cao vv.. Nó có thể gia công với chiều sâu cắt rất nhỏ, vận tốc cắt lớn (30-50 m/s với mài thông thường và đến 200 m/s với mài cao tốc). Mài cho độ chính xác và độ bóng bề mặt rất cao (cấp chính xác thường từ 5-7 và nhám bề mặt từ 0,2-3,2 μm). Trên thực tế, nguyên công mài chiếm khoảng 20-25% tổng chi phí cho gia công cơ. Trên thực tế, các chi tiết có biên dạng định hình được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp khác nhau, ví dụ như biên dạng cam của trục cam động cơ (Hình 1), chày đột thép tấm (Hình 2) hay chày dập viên nén định hình (Hình 3). Việc gia công chính xác các biên dạng định hình này là rất phức tạp và thường khó khăn hơn nhiều so với gia công các bề mặt thông dụng như mặt trụ, mặt phẳng, … Vì lý do đó, các chi tiết có bề mặt định hình này luôn có giá thành cao (Ví dụ trục cam trên Hình 1 có giá bán là 389,95 USD, …). Bên cạnh đó, các bề mặt định hình thường được gia công bằng phương pháp mài và được thực hiện trên các máy mài chuyên dùng hoặc máy mài CNC hoặc phay trên các trung tâm CNC. Phương pháp mài các bề mặt định hình bằng máy mài CNC hoặc máy mài chuyên dùng thường được sử dụng cho gia công tinh hoặc gia công lần cuối cho năng suất và chất lượng gia công cao mà đôi khi phay không thể đạt được do hạn chế bởi đường kính dao. Hình 1. Trục cam động cơ ô tô [1]
2 Hình 2. Chày cối dập thép định hình [2] Hình 3. Chày dập viên nén định hình Trong thực tế sản xuất, bề mặt định hình được sử dụng phổ biến, trong đó bề mặt chày dập viên định hình được sử dụng khá rộng rãi để sản xuất thuốc viên định hình các loại. Theo số liệu của công ty PENGLAI INDUSTRIAL CORPORATION LIMITED (Trung Quốc) [16], viên nén định hình chiếm 56,25% loại viên nén. Ở Việt Nam hiện nay cũng tương tự, theo báo cáo của Doanh nghiệp tư nhân Cơ khí Chính xác Thái Hà (là doanh nghiệp cung cấp chày cối dập viên nén cho hơn 50 công ty dược phẩm ở Miền Bắc nước ta), số lượng cặp chày cối dập viên nén định hình chiếm khoảng 52% tổng số cặp chày cối do doanh nghiệp sản xuất ra trong năm 2018 [3]. Đặc biệt, các chày cối của doanh nghiệp cho đến nay chủ yếu sản xuất bằng phương pháp nguội nên chất lượng và năng suất thấp. Hiện nay, ở Miền Bắc có nhiều cơ sở sản xuất chày dập viên nén, tuy nhiên các cơ sở này không dùng máy mài CNC chuyên dùng để mài các bề mặt trụ ngoài định hình. So sánh giữa máy phay CNC và máy mài chuyên dùng ta nhận thấy máy phay CNC có một số ưu điểm nổi bật như:
3 Ưu điểm thứ nhất, máy phay CNC linh hoạt hơn, tức là máy phay CNC có khả năng thực hiện nhiều loại công việc khác nhau trên cùng một máy như phay mặt phẳng, phay bao hình, khoan,… Đặc biệt, máy phay CNC có chuyển động trục chính giống với máy mài, trong khi máy mài thường được thiết kế để thực hiện một công việc cụ thể. Ưu điểm thứ hai, việc lập trình và điều khiển máy phay CNC thuận tiện và thông dụng hơn so với máy mài chuyên dùng. Ưu điểm thứ ba, trong trường hợp sản xuất hàng loạt, máy phay CNC thường có chi phí sản xuất thấp hơn so với máy mài chuyên dùng, đặc biệt khi cần sản xuất các chi tiết có hình dạng và kích thước khác nhau. Ưu điểm thứ tư, máy phay CNC có thể làm việc trên nhiều loại vật liệu, từ kim loại đến nhựa và gỗ, trong khi máy mài thường được sử dụng chủ yếu cho các công việc mài kim loại. Việc khai thác máy phay CNC vào nguyên công mài chẳng những tiết kiệm được chi phí trang bị máy mài chuyên dùng mà còn tận dụng được những ưu điểm nổi bật của máy phay CNC như đã đề cập đến ở trên. Nghiên cứu này ứng dụng khả năng công nghệ của máy phay CNC để mài bề mặt trụ ngoài vuông theo phương pháp mài công tua chạy theo biên dạng định hình của chi tiết. Gia công các bề mặt định hình chi phí thường cao nên các chi tiết có biên dạng định hình thường được chế tạo bằng vật liệu có cơ tính tốt như: SKD11, 90CrSi, SUS304,… Trong đó, thép dụng cụ SKD11 là loại thép cho độ cứng, độ bền mòn của chi tiết cao nên được sử dụng khá phổ biến để chế tạo các dụng cụ trong ngành cơ khí. Thép SKD11 đặc biệt hiệu quả khi dùng làm chày dập viên nén định hình. Do vậy, nghiên cứu để nâng cao chất lượng, tăng năng suất và hạ giá thành khi gia công chúng là rất cần thiết. Thép SKD11 được chọn là vật liệu gia công cho nghiên cứu này. CBN là một vật liệu nhân tạo có khả năng chống mài mòn cao, tương tự như kim cương và thường được sử dụng để gia công các vật liệu khó mài. CBN có đặc tính cơ học và tính chịu nhiệt tốt. Đá mài CBN được biết đến với nhiều ưu điểm vượt trội như có khả năng cắt tới 200 m/s, độ bền nhiệt cao, có thể duy trì độ sắc của hạt mài trong một thời gian dài và đặc biệt là có thể sử dụng ở chế độ mài khô. Những ưu điểm này của đá mài CBN đã khiến nó được nghiên cứu và ứng dụng mạnh mẽ trong khoảng mười lăm năm trở lại đây. Việc sử
4 dụng đá mài CBN để mài các chi tiết trụ biên dạng định hình lồi bằng thép SKD11 là một hướng cần được nghiên cứu chuyên sâu để chẳng những có thể áp dụng trực tiếp kết quả nghiên cứu vào quá trình sản xuất mà cũng đóng góp những luận điểm mới vào hướng nghiên cứu về công nghệ mài hiện đại. Từ phân tích nêu trên, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng của quá trình mài chi tiết trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC là luận án có ý nghĩa thực tiễn và mang tính cấp thiết. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến quá trình sửa đá và quá trình mài, từ đó đề xuất được bộ thông số hợp lý khi sửa đá và khi mài chi tiết có bề mặt trụ ngoài vuông thép SKD11 bằng đá CBN trên máy phay CNC. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Mài trên máy phay CNC với đối tượng thực nghiệm là phôi thép SKD11 có bề mặt trụ ngoài vuông sử dụng đá mài CBN B91 KSSRY A V240 của hãng Norton (Đức). - Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu công nghệ mài trên máy phay CNC với vật liệu thép SKD11 qua tôi sử dụng đá mài CBN. + Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến quá trình sửa đá và mài để từ đó xác định bộ thông số sửa đá và mài hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả quá trình mài đạt nhám bề mặt và năng suất gia công là tốt nhất. Phương pháp nghiên cứu + Nghiên cứu lý thuyết: - Phương pháp tiếp cận: Khảo sát các kết quả nghiên cứu đã công bố, kế thừa và phát triển từ kết quả nghiên cứu đã có; Phân tích các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, từ đó xác định hướng nghiên cứu, đối tượng, mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận án. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mài chi tiết có bề mặt trụ ngoài định hình; Phân tích và lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm.
5 + Nghiên cứu thực nghiệm: - Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến quá trình sửa đá và quá trình mài. - Thực nghiệm xác định chế độ sửa đá và chế độ mài hợp lý. Nội dung nghiên cứu 1- Nghiên cứu tổng quan về mài chi tiết có bề mặt trụ ngoài định hình. 2- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ như chiều sâu cắt aed, tốc độ quay trục chính Rpm, bước tiến đá Fe đến quá trình sửa đá, từ đó đề xuất bộ thông số sửa đá hợp lý. 3- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ như chiều sâu cắt aed, tốc độ quay trục chính Rpm, bước tiến đá Fe, đường kính đá mài d đến quá trình mài, từ đó đề xuất bộ thông số mài hợp lý với hàm đơn mục tiêu là nhám nhỏ nhất, năng suất gia công là lớn nhất và hàm đa mục tiêu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học của luận án: Kết quả của luận án đóng góp quan trọng trong việc nâng cao hiểu biết về phương pháp mài bề mặt trụ ngoài định hình trên máy phay CNC, xác định chế độ sửa đá và chế độ mài hợp lý, đặc biệt là đối với mài các chi tiết bề mặt trụ ngoài định hình sử dụng đá mài CBN. Luận án đã xác định được giá trị hợp lý của các thông số sửa đá, xác định được bộ giá trị hợp lý của các thông số mài (chiều sâu cắt, tốc độ quay trục chính, bước tiến đá, và đường kính đá mài) để đảm bảo nhám bề mặt có giá trị nhỏ, đảm bảo năng suất gia công có giá trị lớn và đảm bảo đồng thời hai chỉ tiêu này. Điều này đã cung cấp thông tin quý báu để tối ưu hóa quá trình mài sử dụng đá mài CBN. Kết quả nghiên cứu đã đóng góp vào việc phát triển và tối ưu hóa phương pháp gia công mài nói chung và mài sử dụng đá mài CBN nói riêng. Các thông tin từ nghiên cứu này có thể hỗ trợ các nghiên cứu, làm tài liệu tham khảo và cũng giúp mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc gia công mài sử dụng đá mài CBN để mài các chi tiết có bề mặt trụ ngoài định hình. - Ý nghĩa thực tiễn của luận án: