Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt răng và lượng mòn dao khi cắt tinh bánh răng côn cung tròn bằng đầu dao hợp kim cứng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:178

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nhằm nghiên cứu ảnh hưởng một số yếu tố công nghệ đến nhám bề mặt răng và lượng mòn dụng cụ cắt, tìm ra bộ thông số công nghệ tối ưu nhằm nâng cao nhám bề mặt răng và tuổi bền dụng cụ cắt khi gia công tinh bánh răng côn cung tròn bằng đầu dao hợp kim cứng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt răng và lượng mòn dao khi cắt tinh bánh răng côn cung tròn bằng đầu dao hợp kim cứng

BỘ CÔNG THƯƠNG 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---------o0o--------- HOÀNG XUÂN THỊNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT RĂNG VÀ LƯỢNG MÒN DAO KHI CẮT TINH BÁNH RĂNG CÔN CUNG TRÒN BẰNG ĐẦU DAO HỢP KIM CỨNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2021
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---------o0o--------- HOÀNG XUÂN THỊNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT RĂNG VÀ LƯỢNG MÒN DAO KHI CẮT TINH BÁNH RĂNG CÔN CUNG TRÒN BẰNG ĐẦU DAO HỢP KIM CỨNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. PHẠM VĂN ĐÔNG PGS.TS. TRẦN VỆ QUỐC Hà Nội - Năm 2021
i LỜI CẢM ƠN Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành và biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Phạm Văn Đông và PGS.TS Trần Vệ Quốc đã hướng dẫn và hỗ trợ tận tình cho tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu. Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Trung tâm đào tạo sau đại học, phòng Tổ chức Hành chính đã tạo điều kiện tốt nhất và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin được gửi lời cảm ơn các nhà khoa học, tập thể giảng viên Khoa Cơ khí, Trung tâm Cơ khí, Trung tâm Việt Nhật Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã tư vấn, hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình làm luận án. Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn đến Trung tâm đào tạo kỹ thuật HaUI- Foxconn, công ty TNHH YAMAHA Việt Nam, công ty TNHH KEYENCE Việt Nam, Viện khoa học vật liệu, Viện vũ khí, Công ty TNHH SANDVIK Việt Nam đã tư vấn, hỗ trợ tôi trong quá trình thực nghiệm của luận án. Cuối cùng tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bố, mẹ, vợ, con, anh, chị, em đã luôn động viên, giúp đỡ tôi về vật chất và tinh thần trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2021 Tác giả luận án Hoàng Xuân Thịnh
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm Văn Đông và PGS.TS Trần Vệ Quốc. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2021 Tác giả luận án Hoàng Xuân Thịnh
iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT............................... vi DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ .................................................................... ix DANH MỤC BẢNG ...................................................................................... xiii PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BÁNH RĂNG CÔN CUNG TRÒN .......................................................................................... 6 1.1. Đặc điểm, phân loại và phạm vi sử dụng bánh răng côn cung tròn .................. 6 1.1.1. Đặc điểm ................................................................................................. 6 1.1.2. Phân loại .................................................................................................. 6 1.1.3. Phạm vi sử dụng ...................................................................................... 7 1.2. Thông số cơ bản của bánh răng côn cung tròn .................................................... 9 1. 3. Nguyên lý tạo hình bề mặt răng côn cung tròn .................................................12 1. 4. Các phương pháp cắt bánh răng côn cung tròn.................................................14 1.5. Thiết bị và dụng cụ sử dụng để gia công bánh răng côn cung tròn. ................15 1.5.1. Máy gia công bánh răng côn cung tròn ................................................. 15 1.5.2. Đầu dao phay bánh răng côn cung tròn ................................................ 18 1.5.3. Vật liệu làm dụng cụ cắt bánh răng côn cung tròn. .............................. 22 1.6. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng bộ truyền bánh răng côn cung tròn. .......28 1.6.1. Độ chính xác vết tiếp xúc ...................................................................... 28 1.6.2. Độ chính xác truyền động ..................................................................... 28 1.6.3. Độ ổn định khi làm việc ........................................................................ 29 1.6.4. Độ chính xác khe hở cạnh răng ............................................................. 29 1.6.5. Nhám bề mặt răng ................................................................................. 29 1.7. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................................30
iv 1.7.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước. ........................................................ 30 1.7.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.......................................................... 31 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1................................................................................ 33 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT RĂNG VÀ LƯỢNG MÒN DAO....................................................................................... 34 2.1. Chất lượng bề mặt răng bánh răng côn cung tròn..............................................34 2.1.1. Đặt vấn đề.............................................................................................. 34 2.1.2. Tính chất hình học bề mặt gia công ...................................................... 34 2.1.3. Sự hình thành nhám trên bề mặt sườn răng. ......................................... 36 2.1.4. Tính chất cơ lý lớp bề mặt .................................................................... 39 2.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhám bề mặt .........................................................41 2.2. Mòn dụng cụ cắt ...................................................................................................51 2.2.1. Đặt vấn đề.............................................................................................. 51 2.2.2. Đặc điểm quá trình mòn dao khi gia công cắt gọt kim loại .................. 51 2.2.3. Các dạng mài mòn phần cắt của dụng cụ cắt. ....................................... 52 2.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến mòn dụng cụ cắt ......................................... 57 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2................................................................................ 70 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ............................... 71 3.1. Mô hình thực nghiệm ...........................................................................................71 3.1.1. Sơ đồ thực nghiệm ................................................................................ 71 3.1.2. Chỉ tiêu đánh giá ................................................................................... 72 3.1.3. Chọn thông số đầu vào .......................................................................... 72 3.1.4. Các yếu tố điều khiển được ................................................................... 74 3.1.5. Nhiễu khi phay bánh răng côn cung tròn .............................................. 75 3.2. Hệ thống thí nghiệm .............................................................................................75 3.2.1. Yêu cầu chung đối với hệ thống thí nghiệm ......................................... 75 3.2.2. Thiết bị gia công bánh răng côn cung tròn chuyên dùng ...................... 76 3.2.3. Vật liệu và mẫu thí nghiệm ................................................................... 77
v 3.2.4. Dụng cụ cắt thí nghiệm .....................................................................................80 3.2.5. Thiết bị đo ............................................................................................. 82 3.2.6. Dung dịch trơn nguội ............................................................................ 88 3.3. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm ......................................................................88 3.3.1. Cơ sở lựa chọn dạng quy hoạch thực nghiệm ....................................... 88 3.3.2. Quy hoạch thực nghiệm dạng Box - Behnken ...................................... 89 3.3.3. Thiết kế thí nghiệm. .............................................................................. 90 3.3.4. Mô hình hồi quy thực nghiệm. .............................................................. 92 3.3.5. Tiến trình thí nghiệm............................................................................. 99 3.3.6. Thu thập số liệu thực nghiệm. ............................................................. 102 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.............................................................................. 105 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ĐÁNH GIÁ ................................................................................................... 106 4.1. Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt răng và lượng mòn dao.......................................................................................................106 4.1.1. Kết quả thí nghiệm đối với hàm mục tiêu Ra ..................................... 107 4.1.2. Kết quả thí nghiệm đối với hàm mục tiêu U ....................................... 114 4.1.3. Tối ưu thông số công nghệ .................................................................. 120 4.2. Thực nghiệm xác định tuổi bền của dụng cụ cắt……………………....130 4.2.1. Thông số thực nghiệm ......................................................................... 129 4.2.2. Kết quả thực nghiệm ........................................................................... 130 KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................... 133 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .................. 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 138 PHỤ LỤC 1 ................................................................................................... 152 PHỤ LỤC 2 ................................................................................................... 156 PHỤ LỤC 3 ................................................................................................... 161
vi DANH MỤC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT Ký TT Ý nghĩa Đơn vị hiệu 1 V Vận tốc cắt. m/phút 2 S Lượng chạy dao. giây/răng 3 t Chiều sâu cắt. mm 4 Ra Sai lệch profin trung bình của bề mặt chi tiết. m 5 Rz Chiều cao nhấp nhô trung bình của bề mặt chi tiết. m 6 𝜔𝑒 Góc nâng trên vành ngoài của bánh răng. độ 7 𝜔𝑠 Góc nâng trên vành trung bình của bánh răng. độ 8 𝜔𝑖 Góc nâng trên vành trong của bánh răng. độ 9 βe Góc xoắn răng tại vành ngoài của bánh răng. độ 10 βs Góc xoắn răng tại vành trung bình của bánh răng. độ 11 βi Góc xoắn răng tại vành trong của bánh răng. độ Góc áp lực trong tiết diện mặt đầu trên vành tròn độ 12 𝛼𝑐𝑒 chia tại vành ngoài của bánh răng. Góc áp lực trong tiết diện mặt đầu trên vành tròn độ 13 𝛼𝑐𝑠 chia tại vành trung bình của bánh răng. Góc áp lực trong tiết diện mặt đầu trên vành tròn độ 14 𝛼𝑐𝑖 chia tại vành trong của bánh răng. 15 𝑚𝑐𝑒 Mô đun mặt đầu tại vành ngoài của bánh răng. mm 16 𝑚𝑐𝑠 Mô đun mặt đầu tại vành trung bình của bánh răng. mm 17 𝑚𝑐𝑖 Mô đun mặt đầu tại vành trong của bánh răng. mm 18 dr1, dr2 Đường kính vòng chia của bánh răng. mm 19 𝛿𝑟1 , 𝛿𝑟2 Góc côn chia của bánh răng. độ 20 𝑅𝑑𝑒 Chiều dài côn chia. mm
vii 21 𝑏 Chiều rộng vành răng. mm 22 h Chiều cao răng. mm 23 ha Chiều cao làm việc của răng. mm 24 hh1, hh2 Chiều cao đầu răng. mm 25 hp1, hp2 Chiều cao chân răng. mm 26 fce, fcs Hệ số chiều cao răng tại mặt đầu. 27 𝜈ℎ1 , 𝜈ℎ2 Góc đỉnh bánh răng. độ 28 𝜈𝑝1 , 𝜈ℎ2 Góc chân bánh răng. độ 29 δh1, δh2 Góc côn đỉnh. độ Chiều dày răng của bánh răng nhỏ trên cung côn chia 30 𝑆𝑟1𝜋 trong tiết diện pháp tuyến trên khoảng cách bất kỳ mm của đường sinh côn chia. Chiều dày răng trên cung côn chia tại tiết diện pháp 31 𝑆𝑟1𝑠 mm tuyến trung bình. 32 𝑚𝑛𝑠 Mô đun pháp tuyến trung bình. mm 33 ξ Hệ số dịch chỉnh chiều cao. 34 ξφ Hệ số dịch chỉnh tiếp tuyến. 35 hh1k, hh2k Chiều cao đầu răng (đối với bánh răng điều chỉnh). mm 36 hp1k, hp2k Chiều cao chân răng (đối với bánh răng điều chỉnh). mm 37 HB Đơn vị đo độ cứng theo phương pháp Brinell. HB 38 HRC Đơn vị đo độ cứng theo phương pháp Rockwell C. HRC 39 K Hệ số mài mòn tương đối dụng cụ cắt. 40 hf Lượng mòn mặt trước dụng cụ cắt. m 41 U Lượng mòn mặt sau dụng cụ cắt. m 42 T Tuổi bền dụng cụ cắt theo thời gian. phút 43 MQL Lưu lượng của dung dịch tưới nguội ở mức tối thiểu.
viii Central Composite Design - Dạng kế hoạch hỗn hợp 44 CCD tâm xoay. 45 GA Genetic Algorithm – Thuật toán di truyền. 46 NM Thuật toán Nelder – Mead. Generalized Reduced Gradient – Thuật toán giảm 47 GRG gradient tổng quát. 48  Góc sắc lưỡi dao. độ 49  Góc trước lưỡi dao. độ 50  Góc nâng lưỡi. độ 51 az Lượng dư gia công. mm
ix DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Nguyên lý truyền động ổ trục sau ô tô .............................................. 7 Hình 1.2. Các bánh răng côn làm việc trong các bộ phận máy bay .................. 8 Hình 1.3. Chân vịt tàu thủy ............................................................................... 8 Hình 1.4. Thông số cơ bản của bánh răng côn cung tròn ................................. 9 Hình 1.5. Sự hình thành profin răng theo nguyên lý bao hình........................ 12 Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý cắt bánh răng côn cung tròn ................................. 13 Hình 1.7. Máy gia công bánh răng côn 527B ................................................. 16 Hình 1.8. Máy gia công bánh răng côn Phoenix- Gleason ............................. 17 Hình 1.9. Máy gia công bánh răng côn Oelikon-Klingelnberg ...................... 17 Hình 1.10. Kết cấu đầu dao phay tinh 9 inch kẹp bằng cơ khí. ...................... 18 Hình 1.11. Thông số hình học dao cắt trong ................................................... 19 Hình 1.12. Thông số hình học dao cắt ngoài .................................................. 19 Hình 1.13. Đầu dao phay Klingelnberg .......................................................... 20 Hình 1.14. Đầu dao phay Oerlicon ................................................................. 21 Hình 1.15. Các điều kiện của sự ăn khớp cong............................................... 28 Hình 2.1. Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi của bề mặt chi tiết máy ............. 35 Hình 2.2. Sự hình thành profin răng khi gia công bằng nguyên lý bao hình ........ 37 Hình 2.3. Sự hình thành nhám trên bề mặt răng ............................................. 37 Hình 2.4. Đo nhám bằng phương pháp đầu dò ............................................... 38 Hình 2.5. Đo nhám bằng máy quang học........................................................ 39 Hình 2.6. Nhám bề mặt phụ thuộc vào tốc độ cắt ........................................... 41 Hình 2.7. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến nhám bề mặt khi phay thép hợp kim Ti-6242S .......................................................................................................... 42 Hình 2.8. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến nhám bề mặt khi phay hợp kim Ti-6242S .......................................................................................................... 43 Hình 2.9. Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến nhám bề mặt khi phay AISI 316L SS ......................................................................................... 45
x Hình 2.10. Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến nhám bề mặt khi phay thép 42CrMo4 trong trường hợp chiều sâu cắt tăng dần........................ 45 Hình 2.11. Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến nhám bề mặt khi phay thép 42CrMo4 trong trường hợp chiều sâu cắt cố định bằng 1.25mm .. 45 Hình 2.12. Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và chiều sâu cắt đến nhám bề mặt khi phay SKD11 ....................................................................................... 46 Hình 2.13. Ảnh hưởng tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao đến nhám bề mặt khi phay SKD11 .................................................................................. 46 Hình 2.14. Ảnh hưởng tương tác giữa lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến nhám bề mặt khi phay SKD11 ........................................................................ 47 Hình 2.15. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến nhám bề mặt tại những giá trị khác nhau của vận tốc cắt khi phay thép AISI 304 ......................................... 48 Hình 2.16. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhám bề mặt tại những giá trị khác nhau của lượng chạy dao khi phay thép AISI 304 .......................................... 48 Hình 2.17. Vùng sinh nhiệt trong quá trình cắt............................................... 52 Hình 2.18. Mòn mặt sau dao phay bánh răng côn cung tròn .......................... 53 Hình 2.19. Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian .......................................... 54 Hình 2.20. Mòn mặt trước dao phay bánh răng côn cung tròn ....................... 54 Hình 2.21. Mòn mặt trước và mặt sau dao phay bánh răng côn cung tròn........... 56 Hình 2.22. Mòn tù lưỡi cắt dao phay bánh răng côn cung tròn ...................... 56 Hình 2.23. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến lượng mòn dao khi gia bằng dụng cụ cắt có phủ lớp (Al,Cr)N .............................................................................. 58 Hình 2.24. Tuổi bền của dao khi gia công hợp kim Ti5533 ở những giá trị khác nhau của chế độ cắt ......................................................................................... 59 Hình 2.25. So sánh tuổi bền của dao khi gia công hai loại hợp kim Ti5533 và Ti6Al4V ở những giá trị khác nhau của chế độ cắt ........................................ 60 Hình 2.26. Lượng mòn mặt sau của dao khi phay Ti6Al4V) dao Walter JDXTIZY4GWT/20*40*50R0 ....................................................................... 62
xi Hình 2.27. Ảnh hưởng tương tác của lượng chạy dao và vận tốc cắt đến lượng mòn dao khi gia công thép AISI 1020 bằng dao P20 ..................................... 63 Hình 2.28. Ảnh hưởng tương tác của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến lượng mòn dao khi gia công thép AISI 1020 bằng dao P20 ..................................... 63 Hình 2.29. Ảnh hưởng tương tác của vận tốc cắt và chiều sâu cắt đến lượng mòn dao khi gia công thép AISI 1020 bằng dao P20 ..................................... 64 Hình 2.30. Ảnh hưởng của vận tốc cắt và vật liệu dụng cụ cắt đến lượng mòn dao khi gia công thép Inconel 718 .................................................................. 65 Hình 2.31. Tuổi bền của dao khi thay đổi độ cứng vật liệu gia công và vận tốc cắt .................................................................................................................... 66 Hình 2.32. Ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội đến lượng mòn dao khi gia công thép Inconel 718 ..................................................................................... 67 Hình 2.33. Ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội đến lượng mòn dao khi gia công vật liệu Waspaloy ................................................................................... 67 Hình 2.34. Ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội đến lượng mòn dao khi gia công vật liệu Ti6Al4V ..................................................................................... 68 Hình 3.1. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm ....................................................... 71 Hình 3.2. Máy phay răng 525 ......................................................................... 77 Hình 3.3. Bản vẽ chi tiết mẫu thí nghiệm ....................................................... 79 Hình 3.4. Máy tiện CNC ................................................................................. 79 Hình 3.5. Mẫu thí nghiệm ............................................................................... 79 Hình 3.6. Bản vẽ chi tiết bánh răng côn cung tròn ......................................... 80 Hình 3.7. Mảnh hợp kim cứng phủ CVD Ti(C,N)-Al2O3-TiN ....................... 81 Hình 3.8. Đầu dao phay tinh hệ Gleason ........................................................ 81 Hình 3.9. Thông số hình học dao cắt trong ..................................................... 82 Hình 3.10. Thông số hình học dao cắt ngoài .................................................. 82 Hình 3.11. Phát hiện lỗi trên biên dạng chi tiết .............................................. 83 Hình 3.12. Kính hiển vi toàn ảnh số (DHM) ................................................. 84
xii Hình 3.13. Hình ảnh kiểm tra các lỗi trên bề mặt bằng kính hiển vi toàn ảnh số (DHM) ............................................................................................................ 85 Hình 3.14. Nguyên lý đo nhám bằng công nghệ DHM .................................. 86 Hình 3.15. Phân tích nhám bề mặt bằng công nghệ DHM ............................. 86 Hình 3.16. Kính hiển vi kỹ thuật số VHX-6000 ............................................ 88 Hình 3.17. Bộ đầu đo kính hiển vi kỹ thuật số VHX-6000 ............................ 88 Hình 3.18. Sơ đồ thí nghiệm Box-Behnken 3 biến ......................................... 90 Hình 3.19. Bánh răng sau khi gia công ........................................................... 99 Hình 3.20. Mảnh cắt hợp kim cứng .............................................................. 100 Hình 3.21. Vùng xác định nhám trên mặt răng ............................................. 100 Hình 3.22. Vị trí xác định lượng mòn của dụng cụ cắt ................................. 101 Hình 3.23. Giới hạn mòn mặt sau của dụng cụ cắt theo thời gian ................ 102 Hình 3.24. Hình ảnh đo nhám trên mặt răng................................................. 103 Hình 3.25. Hình ảnh đo mòn dao .................................................................. 104 Hình 4.1. Ảnh hưởng của các thông số đến nhám bề mặt răng (Ra) ............ 109 Hình 4.2. Ảnh hưởng tương tác giữa các thông số đến nhám bề mặt răng... 111 Hình 4.3. So sánh nhám bề mặt khi thí nghiệm và khi tính .......................... 113 Hình 4.4. Ảnh hưởng của các thông số chính đến U .................................... 115 Hình 4.5. Ảnh hưởng tương tác giữa các thông số đến lượng mòn dao ....... 117 Hình 4.6. So sánh lượng mòn dao khi thí nghiệm và khi tính ...................... 119 Hình 4.7. Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu Ra ............................................... 123 Hình 4.8. Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu U ................................................. 125 Hình 4.9. Đồ thị tối ưu hóa hàm đa mục tiêu ................................................ 128 Hình 4.10. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn mặt sau của dụng cụ cắt với nhám bề mặt răng theo thời gian ................................................................... 131
xiii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Một số thông số cơ bản của bánh răng côn cung tròn ........................... 9 Bảng 1.2. Một số đặc tính của một số loại vật liệu dụng cụ cắt........................... 24 Bảng 1.3. Ảnh hưởng các nguyên tố đến tính năng cắt gọt của dụng cụ ............ 25 Bảng 2.1. Giá trị của một số thông số công nghệ đã được sử dụng .................... 62 Bảng 3.1. Thành phần hóa học chính của mẫu thí nghiệm ( %) .......................... 78 Bảng 3.2. So sánh ba phương pháp đo nhám ........................................................ 87 Bảng 3.3. Ma trận thí nghiệm dạng Box-Behnken 3 yếu tố................................. 91 Bảng 3.4. Giá trị của các thông số đầu vào tại các mức khi thí nghiệm.............. 91 Bảng 4.1. Các thông số đầu vào và đầu ra của thí nghiệm................................. 106 Bảng 4.2. Bảng kết quả thí nghiệm...................................................................... 107 Bảng 4.3. Kết quả đo nhám bề mặt răng (Ra) ..................................................... 108 Bảng 4.4. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu Ra ................... 109 Bảng 4.5. Các hệ số của phương trình hồi quy đối với hàm mục tiêu Ra ......... 112 Bảng 4.6. Giá trị nhám bề mặt khi thí nghiệm và khi tính ................................. 113 Bảng 4.7. Kết quả đo mòn mặt sau dụng cụ cắt (U) ........................................... 114 Bảng 4.8. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu U ..................... 115 Bảng 4.9. Các hệ số của phương trình hồi quy đối với hàm mục tiêu U .......... 118 Bảng 4.10. Giá trị lượng mòn dao khi thí nghiệm và khi tính ........................... 119 Bảng 4.11. Thông tin tối ưu hóa hàm mục tiêu Ra ............................................. 122 Bảng 4.12. Giá trị tối ưu của thông số V, S, t và giá trị hàm mục tiêu Ra ........ 123 Bảng 4.13. Kết quả thí nghiệm kiểm chứng giá trị tối ưu hàm mục tiêu Ra..... 124 Bảng 4.14. Thông tin tối ưu hóa hàm mục tiêu U............................................... 125 Bảng 4.15. Giá trị tối ưu của các thông số V, S, t và giá trị hàm mục tiêu U .. 126 Bảng 4.16. Kết quả thí nghiệm kiểm chứng giá trị tối ưu hàm mục tiêu U ...... 126 Bảng 4.17. Thông tin tối ưu hóa hàm đa mục tiêu.............................................. 127
xiv Bảng 4.18. Giá trị tối ưu của các thông số V, S, t và giá trị hàm mục tiêu Ra và U ................................................................................................................................ 128 Bảng 4.19. Kết quả kiểm chứng giá trị tối ưu hàm đa mục tiêu Ra và U.......... 129 Bảng 4.20. Lượng mòn mặt sau của dao theo thời gian (U) .............................. 130
1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bộ truyền bánh răng côn cung tròn được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp ô tô, máy kéo, tàu thủy, hàng không... Dùng để truyền chuyển động giữa hai trục giao nhau hoặc không giao nhau trong không gian với nhiều ưu điểm vượt trội như: làm việc với hiệu suất cao, khả năng chịu tải lớn, truyền động êm, ít va đập và thực hiện tỷ số truyền lớn. Việc nghiên cứu, chế tạo bộ truyền bánh răng côn cung tròn đã được thực hiện bởi một số nước trên thế giới, với phương pháp gia công khác nhau sẽ tạo ra biên dạng răng khác nhau (gọi là hệ bánh răng), chẳng hạn như hệ Gleason (răng cung tròn), hệ Klingelnberg (răng dạng đường thân khai kéo dài), hệ Oerlicon (Răng dạng cong Epicycloit kéo dài) [23]. Độ chính xác bộ truyền bánh răng côn cung tròn được đánh giá qua nhiều chỉ tiêu, như: Chất lượng bề mặt, độ chính xác biên dạng, độ chính xác ăn khớp, năng suất gia công, mòn dụng cụ cắt…Trong đó, nhám bề mặt răng và mòn dụng cụ cắt là hai thông số thường được chọn chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của quá trình gia công [4], [6]. Ở Việt Nam, bộ truyền bánh răng côn cung tròn cũng đã được sử dụng nhiều trong những năm gần đây. Việc nghiên cứu các giải pháp công nghệ đã được thực hiện bởi một số nhà khoa học và một số doanh nghiệp… Tuy nhiên, chất lượng của bộ truyền sản xuất trong nước chưa được cải thiện nhiều như nhám bề mặt răng, sai số lớn,… và giá thành tương đối lớn. Nguyên nhân là do: nguyên lý tạo hình bề mặt răng rất phức tạp, độ chính xác gia công phụ thuộc vào nhiều thông số (thông số về hệ thống công nghệ, thông số về chế độ công nghệ) làm cho các nhà công nghệ chưa giải quyết trọn vẹn việc gia công bánh răng côn cung tròn đảm bảo đồng thời cả hai chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật [4]. Mặt khác, dụng cụ cắt hầu hết được nhập khẩu, với vật liệu làm dụng cụ cắt thường là thép gió, qua đó ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công cũng như hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất. Phương pháp và trang thiết bị kiểm tra các thông số của bộ truyền bánh răng còn hạn chế.
2 Khi gia công bộ truyền bánh răng côn nói chung và bộ truyền bánh răng côn cung tròn nói riêng, nhám bề mặt, biên dạng răng và mòn dụng cụ cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như chế độ cắt, vật liệu chế tạo bánh răng, vật liệu làm dụng cụ cắt,… Trong đó, theo các nghiên cứu [6], [22] các thông số về chế độ cắt có ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt răng và mòn của dụng cụ cắt. Việc xác định mức độ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến nhám bề mặt răng và lượng mòn dụng cụ cắt sẽ là cơ sở cho việc lựa chọn và điều khiển các thông số công nghệ để gia công được bộ truyền bánh răng côn cung tròn có giá trị nhám nhỏ, dụng cụ cắt có tuổi bền cao. Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình nêu trên, tác giả chọn đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt răng và lượng mòn dao khi cắt tinh bánh răng côn cung tròn bằng đầu dao hợp kim cứng” 2. Mục tiêu của đề tài 2.1. Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu ảnh hưởng một số yếu tố công nghệ đến nhám bề mặt răng và lượng mòn dụng cụ cắt, tìm ra bộ thông số công nghệ tối ưu nhằm nâng cao nhám bề mặt răng và tuổi bền dụng cụ cắt khi gia công tinh bánh răng côn cung tròn bằng đầu dao hợp kim cứng. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Xác định được mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ (V, S, t) đến nhám bề mặt răng và lượng mòn dụng cụ cắt; - Xác định mối quan hệ toán học giữa các thông số công nghệ (V, S, t) với nhám bề mặt răng và lượng mòn dụng cụ cắt; - Xác định bộ thông số công nghệ tối ưu (V, S, t) để đảm bảo giá trị nhám bề mặt răng theo yêu cầu và lượng mòn dao cho phép khi cắt tinh bánh răng côn cung tròn bằng đầu dao hợp kim cứng theo phương pháp bao hình;
3 - Xác định được tuổi bền của dụng cụ cắt khi gia công bánh răng côn cung tròn đảm bảo nhám theo yêu cầu, từ đó chủ động thời gian thay dao góp phần nâng cao năng suất và chất lượng gia công. 3. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu mối quan hệ giữa thông số chế độ cắt (V, S, t) đến độ nhám bề mặt sườn răng của bánh răng được chế tạo bởi thép 20XM và lượng mòn dao khi cắt tinh bánh răng côn cung tròn theo phương pháp bao hình bằng đầu dao hợp kim cứng có lớp phủ. 4. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ (V, S, t) đến độ nhám bề mặt sườn răng và lượng mòn dụng cụ cắt; - Bánh răng được chế tạo bởi thép 20XM; Vật liệu làm đầu dao là hợp kim cứng có lớp phủ; Gia công theo phương pháp bao hình trên máy 525, sử dụng dung dịch tưới nguội là dầu công nghiệp 32 với lưu lượng 15 lít/phút. 5. Nội dung nghiên cứu Để đạt được những mục tiêu kể trên, nội dung nghiên cứu chính của luận án bao gồm: - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ gia công bánh răng côn cung tròn. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về chất lượng bề mặt răng và lượng mòn dao - Nghiên cứu xây dựng hệ thống thí nghiệm. - Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt răng và lượng mòn dao. - Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu và tuổi bền của dụng cụ cắt. 6. Phương pháp nghiên cứu Đề tài được thực hiện bằng cách kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm.
4 - Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và các hướng nghiên cứu về công nghệ gia công bánh răng côn cung tròn đang được các nhà khoa học và các nhà công nghệ quan tâm; Phân tích những vấn đề cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu, từ đó xác định hướng nghiên cứu. - Nghiên cứu thực nghiệm: Bằng thực nghiệm, xác định giá trị nhám bề mặt răng của bánh răng côn cung tròn và lượng mòn dao với thông số công nghệ đã chọn. Sử dụng phần mềm Minitab để xác định mức độ ảnh hưởng của thông số công nghệ (V, S, t) đến nhám bề mặt răng và lượng mòn dao. Từ đó, xác định bộ thông số tối ưu để nâng cao chất lượng sản phẩm, xác định tuổi bền của dụng cụ cắt khi gia công đảm bảo độ nhám theo yêu cầu. 7. Ý nghĩa của đề tài 7.1. Ý nghĩa khoa học - Xác định được mô hình thực nghiệm để đánh giá chất lượng nhám bề mặt răng của bánh răng côn cung tròn và lượng mòn dao khi gia công trên máy 525. - Bằng kết quả nghiên cứu thực nghiệm xác định mức độ ảnh hưởng của thông số công nghệ (V, S, t) đến nhám bề mặt răng (Ra) và lượng mòn dao (U). - Xác định được bộ thông số công nghệ tối ưu để nâng cao chất lượng nhám bề mặt răng khi gia công bánh răng côn cung tròn theo phương pháp bao hình trên máy 525. - Xác định thời gian làm việc tới hạn cho phép (độ bền lâu T) của dụng cụ cắt khi gia công bánh răng côn cung tròn đảm bảo nhám bề mặt răng theo yêu cầu. - Ứng dụng thành công thuật toán để giải quyết bài toán tối ưu với hàm mục tiêu Ra và U khi gia công bánh răng côn cung tròn. 7.2. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất khi gia công bánh răng côn cung tròn bằng vật liệu 20XM trên máy 525 với vật liệu làm dụng cụ cắt là hợp kim cứng phủ CVD Ti(C,N)-Al2O3-TiN.