Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng khi mài tinh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:151

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài là nghiên cứu nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình mài phẳng khi mài tinh thông qua các thông số đường kính thay đá, chế độ bôi trơn làm mát, chế độ cắt và chế độ sửa đá. Từ đó lựa chọn được bộ thông số công nghệ hợp lý để giảm chi phí đồng thời nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt gia công.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng khi mài tinh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LƯU ANH TÙNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG KHI MÀI TINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN, NĂM 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9.52.01.03 NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH MÀI PHẲNG KHI MÀI TINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. VŨ NGỌC PI 2. GS. TSKH. BÀNH TIẾN LONG THÁI NGUYÊN, NĂM 2020
i CAM ĐOAN Tác giả của luận án này xin cam đoan: Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án (trừ những điểm được trích dẫn) là hoàn toàn do bản thân tự nghiên cứu, không sao chép từ bất kỳ ai hay nguồn nào. Các bản vẽ, bảng biểu, kết quả đo đạc thí nghiệm và các kết quả tính toán (trừ những điểm được trích dẫn) đều được thực hiện nghiêm túc, trung thực, không chỉnh sửa và sao chép của bất kỳ nguồn nào. Nếu có điều gì sai trái, tác giả của bản luận án xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 TM. TẬP THỂ TÁC GIẢ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Lưu Anh Tùng PGS. TS. Vũ Ngọc Pi
ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS. TS. Vũ Ngọc Pi và GS. TSKH. Bành Tiến Long, những người thầy đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong nhiều năm tháng học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cám ơn tập thể Bộ môn Chế tạo máy, BCN Khoa Cơ khí, các vị lãnh đạo và các Nhà Khoa học của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã luôn quan tâm, giúp đỡ cũng như đóng góp các ý kiến để tôi hoàn thành luận án! Tôi xin chân thành cám ơn PGS. TS Nguyễn Văn Dự và TS. Hồ ký Thanh đã góp ý về chuyên môn, động viên và hỗ trợ tài liệu giúp tôi thực hiện luận án này! Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành tới Doanh nghiệp Tư nhân Cơ khí Chính xác Thái Hà đã hỗ trợ máy móc và nhân lực để giúp tôi tiến hành thí nghiệm cho nội dung nghiên cứu của luận án! Tôi xin chân thành cám ơn các Nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp và bố, mẹ hai bên gia đình, đặc biệt là vợ tôi Đỗ Thái Phượng và các con Lưu Đỗ Minh Ngọc, Lưu Đức Quang đã luôn quan tâm, động viên giúp tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập và hoàn thành bản luận án này! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 TÁC GIẢ Lưu Anh Tùng
iii MỤC LỤC CAM ĐOAN ................................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................. vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ..................................................................................... ix DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................xiii MỞ ĐẦU..................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1 2. Mục đích của đề tài .............................................................................................. 2 3. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 2 3.1. Phương pháp và đối tượng nghiên cứu ........................................................... 2 3.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: ...................................................................... 3 4. Ý nghĩa của đề tài................................................................................................. 3 4.1. Ý nghĩa khoa học ........................................................................................... 3 4.2. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................... 3 5. Các điểm mới (đóng góp mới) của đề tài .............................................................. 3 6. Cấu trúc của luận án ............................................................................................. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÀI PHẲNG ........................................................... 5 1.1. Đặc điểm và các sơ đồ mài phẳng...................................................................... 5 1.2. Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu ................................................................. 7 1.2.1. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ cắt .............................................. 8 1.2.2. Các nghiên cứu về các thông số công nghệ sửa đá mài.............................. 14 1.2.3. Các nghiên cứu về chế độ bôi trơn làm mát khi mài .................................. 20 1.2.4. Các nghiên cứu về xác định chi phí quá trình mài phẳng ........................... 27 1.3. Định hướng nghiên cứu ................................................................................... 31 Kết luận Chương 1 ................................................................................................. 32 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀI PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ............................................................................. 33 2.1. Đặc trưng của quá trình mài phẳng .................................................................. 33 2.1.1. Quá trình tạo phoi khi mài [14, 48] ........................................................... 33 2.1.2. Lưỡi cắt [4, 7, 48] ..................................................................................... 33 2.1.3. Chiều dài cung tiếp xúc [48, 62] ............................................................... 34 2.1.4. Chiều dày lớp cắt. ..................................................................................... 35 2.1.5. Quá trình sửa đá [7, 34, 36]....................................................................... 35 2.1.5.1. Sửa đá ................................................................................................. 35 2.1.5.2. Dụng cụ sửa đá .................................................................................... 36
iv 2.1.5.3. Topography của đá [7, 34, 36] ............................................................. 37 2.1.6. Bôi trơn làm mát ....................................................................................... 38 2.1.6.1. Nhiệt cắt trong quá trình mài ............................................................... 38 2.1.6.2. Vai trò của dung dịch trơn nguội ......................................................... 39 2.1.6.3. Phân loại dung dịch trơn nguội ............................................................ 40 2.1.6.4. Các phương pháp bôi trơn làm mát thường dùng khi mài .................... 40 2.2. Một số chỉ tiêu đánh giá quá trình mài ............................................................. 41 2.2.1. Mòn và tuổi bền của đá mài ...................................................................... 41 2.2.1.1. Mòn đá mài ......................................................................................... 41 2.2.1.2. Tuổi bền của đá mài ............................................................................ 42 2.2.2. Nhám bề mặt khi mài [4, 48]..................................................................... 44 2.2.3. Lực cắt khi mài [14] .................................................................................. 45 2.2.4. Năng suất gia công [14] ............................................................................ 46 2.2.5. Sóng bề mặt [62]....................................................................................... 46 2.3. Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình mài phẳng.............................................. 46 2.3.1. Sơ đồ và cơ sở của nghiên cứu nâng cao hiệu quả quá trình mài phẳng ..... 47 2.3.2. Lựa chọn thông số đầu vào ....................................................................... 47 2.3.3. Các giải pháp nâng cao hiệu quả quá trình mài phẳng ............................... 49 2.4. Xây dựng mô hình hệ thống thí nghiệm và lựa chọn thiết bị nghiên cứu .......... 50 2.4.1. Yêu cầu chung đối với hệ thống thí nghiệm .............................................. 50 2.4.2. Sơ đồ kết nối các thiết bị thí nghiệm ......................................................... 50 2.4.3. Lựa chọn thiết bị và phôi thí nghiệm ......................................................... 51 2.4.3.1. Máy mài .............................................................................................. 51 2.4.3.2. Phôi thí nghiệm ................................................................................... 52 2.4.3.3. Đá mài................................................................................................. 53 2.4.3.4. Dụng cụ sửa đá .................................................................................... 53 2.4.3.5. Dung dịch trơn nguội .......................................................................... 53 2.4.3.6. Các dụng cụ đo kiểm ........................................................................... 54 2.5. Phương pháp thiết kế thí nghiệm và quy hoạch thực nghiệm ........................... 55 2.5.1. Lựa chọn phương pháp ............................................................................. 55 2.5.2. Các bước thực hiện theo phương pháp Taguchi [45] ................................. 57 2.5.3. Các bước tối ưu hóa sử dụng phân tích quan hệ mờ (Grey Relational Analysis – GRA) [26] ....................................................................................................... 58 Kết luận Chương 2 ................................................................................................. 60 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN LÀM MÁT, CHẾ ĐỘ CẮT VÀ CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ HỢP LÝ............................................. 61
v 3.1. Thực nghiệm xác định chế độ bôi trơn làm mát và chế độ cắt hợp lý ............... 61 3.1.1. Lựa chọn thông số và điều kiện thí nghiệm ............................................... 61 3.1.2. Xác định theo chỉ tiêu nhám bề mặt Ra ..................................................... 62 3.1.2.1. Mức độ ảnh hưởng của các thông số:................................................... 62 3.1.2.2. Xác định chế độ hợp lý ........................................................................ 65 3.1.2.3. Tính toán dự đoán ............................................................................... 65 3.1.3. Xác định theo chỉ tiêu lực cắt pháp tuyến Fy ............................................. 67 3.1.3.1. Xác định mức độ ảnh hưởng của các thông số. .................................... 67 3.1.3.2 Xác định chế độ hợp lý......................................................................... 68 3.1.4. Bài toán đa mục tiêu cả nhám bề mặt và lực cắt pháp tuyến nhỏ nhất bằng phân tích quan hệ mờ trong phương pháp Taguchi ............................................. 69 3.2. Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ sửa đá hơp lý .................................. 73 3.2.1. Lựa chọn các thông số và các điều kiện thí nghiệm ................................... 73 3.2.2. Xác định theo chỉ tiêu nhám bề mặt .......................................................... 74 3.2.2.1. Phân tích ảnh hưởng ............................................................................ 74 3.2.2.2. Xác định bộ thông số chế độ sửa đá hợp lý .......................................... 77 3.2.2.3. Tính toán dự đoán giá trị nhám bề mặt ................................................ 78 3.2.3. Xác định theo chỉ tiêu lực cắt pháp tuyến .................................................. 79 3.2.3.1. Phân tích ảnh hưởng ............................................................................ 79 3.2.3.2. Xác định bộ thông số sửa đá hợp lý ..................................................... 81 3.2.3.3. Tính toán dự đoán giá trị Fy ................................................................ 82 3.2.4. Xác định theo chỉ tiêu tuổi bền đá mài Tw ................................................. 83 3.2.4.1. Phân tích ảnh hưởng ............................................................................ 83 3.2.4.2. Xác định bộ thông số sửa đá hợp lý ..................................................... 85 3.2.4.3. Tính toán dự đoán giá trị Tw ................................................................ 85 3.2.5. Xác định theo chỉ tiêu dung sai độ phẳng .................................................. 87 3.2.5.1. Phân tích ảnh hưởng ............................................................................ 87 3.2.5.2. Xác định bộ thông số sửa đá hợp lý ..................................................... 88 3.2.5.3. Tính toán dự đoán giá trị Fl ................................................................. 89 3.2.6. Xác định theo chỉ tiêu năng suất gia công ................................................. 91 3.2.6.1. Phân tích ảnh hưởng ............................................................................ 91 3.2.6.2. Xác định chế độ sửa đá hợp lý ............................................................. 92 3.2.6.3. Tính toán dự đoán giá trị năng suất gia công MRR .............................. 93 3.2.7. Bài toán đa mục tiêu về nhám bề mặt và dung sai độ phẳng khi sửa đá ..... 95 3.2.7.1. Thực hiện phân tích trị số quan hệ mờ ................................................. 96
vi 3.2.7.2. Xác định mức hợp lý của các thông số khảo sát nhằm đạt cả hai mục tiêu Ramin và Flmin khi sửa đá ............................................................................ 97 3.2.7.3. Tính toán trị số quan hệ mờ và trị số của Ra và Fl ứng với mức hợp lý của các thông số sửa đá .................................................................................... 98 3.2.8. Bài toán đa mục tiêu nhằm cả bốn mục tiêu nhám bề mặt Ra, dung sai độ phẳng Fl, năng suất gia công MRR và tuổi bền của đá mài Tw khi sửa đá ........... 99 3.2.8.1. Phân tích quan hệ số quan hệ mờ ....................................................... 100 3.2.8.2. Xác định mức và trị số của thông số sửa đá nhằm cả bốn mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax .................................................................................. 101 3.2.8.3. Tính toán trị số quan hệ mờ và trị số của Ra, Fl, MRR và Tw ứng với mức hợp lý của các thông sửa đá.................................................................... 103 Kết luận Chương 3 ............................................................................................... 106 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH THAY ĐÁ TỐI ƯU .... 108 4.1. Phân tích chi phí gia công mài phẳng ............................................................ 108 4.1.1. Xác định chi phí đá mài cho một chi tiết gia công ................................... 108 4.1.2. Xác định thời gian gia công mài một chi tiết tgc....................................... 110 4.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí mài phẳng ................... 110 4.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến đường kính thay đá tối ưu ....... 114 4.3.1. Xác định hàm mục tiêu và xây dựng kế hoạch thực hiện ......................... 114 4.3.2. Đánh giá các ảnh hưởng của các thông số ............................................... 116 4.3.2.1. Đánh giá các ảnh hưởng của thông số khảo sát đến De,op ................... 116 4.3.2.2. Phân tích hồi quy - phương sai .......................................................... 118 4.4. Kiểm chứng mô hình xác định đường kính thay đá tối ưu bằng thực nghiệm . 120 4.4.1. Điều kiện thực nghiệm ............................................................................ 121 4.4.2. Cách thức tiến hành thí nghiệm ............................................................... 121 4.4.3. Kết quả thực nghiệm ............................................................................... 122 4.5. Áp dụng mô hình thay đá tối ưu với chế độ sửa đá và chế độ trơn nguội tối ưu ............................................................................................................................. 125 Kết luận Chương 4. .............................................................................................. 126 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ........................... 127 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 129
vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị ae,tot Lượng dư mài mm aed Chiều sâu sửa đá tổng cộng mm aedf Chiều sâu sửa đá tinh mm aedr Chiều sâu sửa đá thô mm ACO Thuật toán đàn kiến ANOVA Phân tích phương sai c1 Hệ số phụ thuộc vật liệu gia công c2 Hệ số phụ thuộc vào đường kính đá mài c3 Hệ số phụ thuộc vào thời gian làm việc liên tục của máy mài C% Phần trăm ảnh hưởng Cđm Giá của một viên đá mài VNĐ/viên Cmh Chi phí giờ máy VNĐ/h Cđm,p Chi phí đá mài cho một chi tiết VNĐ Cp,t Chi phí gia công một chi tiết VNĐ CI Khoảng phân bố ct Chi tiết d Đường kính danh nghĩa của hạt mài mm Ds Đường kính đá khi đang mài mm D0 Đường kính ban đầu của viên đá mài khi còn mới mm De Đường kính viên đá mài khi thay mm De,op Đường kính thay đá tối ưu mm DF Bậc tự do DOE Thiết kế thí nghiệm fd Lượng chạy dao đứng (chiều sâu cắt) mm/HT fd,t Lượng chạy dao đứng tra bảng mm/HT Fl Dung sai độ phẳng m Fy Lực mài pháp tuyến N Fz Lực mài tiếp tuyến N GA Thuaatj toans di truyền GR Thể tích đá mài bị tiêu hao mm3 HRC Độ cứng Rockwell của chi tiết gia công HRC i Số thí nghiệm Lc Chiều dài mài tính toán mm Lw Chiều dài của một chi tiết mm LL Lưu lượng của dung dịch trơn nguội Lít/phút Mp Mật độ xếp phôi trên bàn máy mài MRR Năng suất gia công mm3/s
viii n Số vòng quay của trục đá mài Vòng/phút nCT,d Số chi tiết mài được sau mỗi lần sửa đá nCT,w Số chi tiết mà một viên đá mài được nf Số lần sửa đá tinh Lần nr Số lần sửa đá thô Lần nnon Số lần sửa đá chạy không ăn dao Lần N Tổng số thí nghiệm NRa Cấp độ nhám bề mặt Nt Số chi tiết mài trong một lần gá đặt ND Nồng độ của dung dịch trơn nguội % OA Ma trận trực giao QP Phương pháp lập trình bậc hai S Lượng chạy dao dọc khi sửa đá m/phút Sd Lượng chạy dao dọc mm/HT SS Tổng bình phương SSB Tổng bình phương của thông số B SSe Tổng bình phương các lỗi SST Tổng các bình phương SS’B Phương sai tổng của biến B tính toán lại S/N Tỉ số tín hiệu nhiễu tc Thời gian cắt khi mài h tcw Thời gian thay một viên đá h tcw,p Thời gian thay đá cho một chi tiết gia công h td Thời gian sửa đá một viên đá mài h td,p Thời gian sửa đá cho một chi tiết gia công h tgc Thời gian gia công mài một chi tiết h tlu Thời gian gá đặt và tháo chi tiết h tsp Thời gian mài hết hoa lửa h Tw Tuổi bền đá mài h VB Vận tốc bàn m/phút Wc Chiều rộng mài tính toán mm Wgw Chiều rộng của đá mài mm Wpd Lượng mòn đá mài sau mỗi lần sửa đá mm Ww Chiều rộng của một chi tiết mm  Dung sai yêu cầu của quá trình mài mm  Độ quan hệ mờ  Hệ số phân biệt
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ mài phẳng [48] ................................................................................... 6 Hình 1.2. Các chuyển động khi mài phẳng bằng chu vi đá trên máy mài có bàn máy hình chữ nhật [4] ................................................................................................................. 7 Hình 1.3. Ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến các tham số của quá trình mài và đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của sản phẩm gia công [4, 7, 36] ............................. 7 Hình 1.4. Quan hệ giữa lực cắt và loại chất dính kết của đá kim cương [35] ................ 8 Hình 1.5. Quan hệ giữa lực cắt và nhám bề mặt gia công [35] với: .............................. 9 Hình 1.6. Ảnh hưởng của vận tốc bàn và vận tốc cắt của đá đến lực cắt, nhám bề mặt gia công và độ mòn của đá kim cương [35].................................................................. 9 Hình 1.7. Quan hệ giữa lực cắt và chiều sâu cắt với lượng chạy dao khi mài [35]: 1) Sd = 0,07 mm/vòng; 2) Sd = 0,14 mm/vòng; 3) Sd = 0,305 mm/vòng ................................ 9 Hình 1.8. Quan hệ giữa tốc độ bóc tách vật liệu với năng lượng riêng [48] ................ 10 Hình 1.9. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực mài [48] ................................................ 10 Hình 1.10. Quan hệ giữa tốc độ bóc tách riêng vật liệu với công suất mài (a) và nhám bề mặt gia công (b) [59] ............................................................................................. 11 Hình 1.11. Ảnh hưởng của các thông số đến nhám bề mặt [30]. ................................. 12 Hình 1.12. Ảnh hưởng đến nhám bề mặt của [33]: ..................................................... 13 Hình 1.13. Sơ đồ sửa đá bằng bút sửa đá một hạt [50] ............................................... 14 Hình 1.14. Chế độ cắt khi sửa đá [34, 36]. ................................................................. 15 Hình 1.15. Ảnh hưởng của hệ số trùng khít đến nhấp nhô bề mặt đá mài Rts [34, 36] 15 Hình 1.16. Ảnh hưởng của Ud đến kết quả đầu ra khi mài [36]. ................................. 15 Hình 1.17. Ảnh hưởng của lượng chạy dao khi sửa đá đến lực mài và độ nhám bề mặt khi mài [36] ............................................................................................................... 16 Hình 1.18. Ảnh hưởng lượng chạy dao dọc, chiều sâu sửa đá và góc gá mũi sửa đá đến nhám bề mặt gia công [54]......................................................................................... 17 Hình 1.19. Cách gá mũi sửa đá kim cương một hạt [54]............................................. 17 Hình 1.20. Hình dạng của một hạt mài sau sửa đá [54] .............................................. 18 Hình 1.21. Sơ đồ gá đặt khi sửa đá bằng bút sửa đá một hạt [55] ............................... 18 Hình 1.22. Sơ đồ gá đặt khi sửa đá bằng bút sửa đá nhiều hạt [55]. ............................ 19 Hình 1.23. Các phương pháp cung cấp dung dịch trơn nguội vào vùng cắt [71] ......... 20 Hình 1.24. Các cách cơ bản cung cấp dung dịch trơn nguội khi mài [71]. .................. 21 Hình 1.25. Một phương án cung cấp dung dịch trơn nguội khi mài phẳng [71]. ......... 21 Hình 1.26. Lượng mòn hướng kính khi mài bằng đá CBN với các loại dung dịch trơn nguội khác nhau [64] ................................................................................................. 21 Hình 1.27. Nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN khi sử dụng các loại dung dịch trơn nguội khác nhau [64] ................................................................................................. 21 Hình 1.28. Lực mài thu được trong các điều kiện mài khác nhau [65] ........................ 22 Hình 1.29. Tỉ số lực mài thu được trong các điều kiện mài khác nhau [65] ................ 23
x Hình 1.30. Nhám bề mặt thu được trong các điều kiện mài khác nhau [65] ................ 23 Hình 1.31. Nhiệt cắt trong các điều kiện mài khác nhau [65] ..................................... 23 Hình 1.32. Kết quả so sánh ảnh hưởng của các loại dung dịch đến [60] ..................... 24 Hình 1.33. Ảnh hưởng của loại đá mài, loại dung dịch trơn nguội và kiểu vòi phun đến độ nhám bề mặt mài [58]. .......................................................................................... 24 Hình 1.34. Sự thay đổi lực tiếp tuyến và pháp tuyến ứng với số hành trình chạy dao trong suốt quá trình mài thép hợp kim thấp với chiều sâu mài [29]: .................................... 25 Hình 1.35. So sánh nhám bề mặt Ra ở chiều sâu mài khác nhau ứng với 10 hành trình chạy dao [29] ............................................................................................................. 25 Hình 1.36. Ảnh hưởng của môi trường làm mát đến nhiệt cắt khi mài (giữ tốc độ bóc tách ở khoảng 30 mm3/mm.ph) [53] ........................................................................... 27 Hình 1.37. Ảnh hưởng của môi trường làm mát đến ứng suất dư khi mài (giữ tốc độ bóc tách ở khoảng 30 mm3/mm.ph) [53] ........................................................................... 27 Hình 1.38. Biểu đồ chi phí quá trình mài phẳng cho một chi tiết [49] ........................ 29 Hình 1.39. Cấu trúc phân tích chi phí vòng đời của một trung tâm mài [61]............... 30 Hình 1.40. Biểu đồ một số chi phí vận hành [61] ....................................................... 30 Hình 1.41. Biểu đồ quan hệ giữa chi phí sản xuất một chi tiết với nhám bề mặt [25] . 31 Hình 1.42. Biểu đồ quan hệ giữa chi phí sản xuất một chi tiết với thể tích bóc tách [25] .................................................................................................................................. 31 Hình 2.1. Quá trình bóc tách phoi khi mài [48] 33 Hình 2.2. Lưỡi cắt tĩnh và lưỡi cắt động..................................................................... 34 Hình 2.3. Vùng tiếp xúc đá – chi tiết mài [48, 63] ...................................................... 34 Hình 2.4. Chiều dày và hình dạng phoi [63] ............................................................... 35 Hình 2.5. Quá trình sửa đá [34, 36]. ........................................................................... 35 Hình 2.6. Mòn đá mài vĩ mô [34, 36]. ........................................................................ 36 Hình 2.7. Sửa đá bằng bút sửa đá kim cương [7] ........................................................ 36 Hình 2.8. Dụng cụ sửa đá kim cương một hạt [55] ..................................................... 37 Hình 2.9. Dụng cụ sửa đá kim cương nhiều hạt [55] .................................................. 37 Hình 2.10. Phân bố năng lượng và dòng nhiệt trong quá trình mài [36] ..................... 38 Hình 2.11. Mòn đá mài vĩ mô .................................................................................... 42 Hình 2.12. Các dạng mòn đá mài vi mô [34, 36] ........................................................ 42 Hình 2.13. Quá trình mòn đá mài [4, 11, 34, 36]. ....................................................... 42 Hình 2.14. Mô hình mô tả nhám bề mặt chi tiết máy khi mài [4, 63] .......................... 44 Hình 2.15. Mô hình tính toán nhám bề mặt khi mài phẳng [4, 63].............................. 44 Hình 2.16. Lực cắt tác dụng lên hạt mài [14]. ............................................................ 45 Hình 2.17. Mô hình mô tả bước sóng bề mặt khi mài [63] ......................................... 45 Hình 2.18. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm khi mài phẳng .......................................... 47 Hình 2.19. Mô hình nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng ................................ 49 Hình 2.20. Quan hệ giữa tuổi thọ của đá với chi phí mài ............................................ 49
xi Hình 2.21. Sơ đồ kết nối các thiết bị thí nghiệm......................................................... 50 Hình 2.22. Kết nối các thiết bị thí nghiệm .................................................................. 51 Hình 2.23. Khu vực mài trong kết nối thiết bị thí nghiệm .......................................... 51 Hình 2.24. Kích thước và hình ảnh phôi thí nghiệm của luận án ................................ 52 Hình 2.25. Đá mài Hải Dương Cn46TB2GV1.300.32.127.30 m/s .............................. 53 Hình 2.26. Bút sửa đá kim cương nhiều hạt ............................................................... 53 Hình 2.27. Đầu đo lực Kistler 9257BA ...................................................................... 54 Hình 2.28. Thước đo nồng độ dầu REF-511............................................................... 54 Hình 2.29. Đồng hồ đo lưu lượng Z-5615 Panel Flowmeter ....................................... 54 Hình 2.30. Máy đo độ nhám SJ-201 của hãng Mitutoyo – Nhật Bản .......................... 55 Hình 2.31. Máy đo tọa độ CMM 544, Hãng Mitutoyo ............................................... 55 Hình 2.32. Dung sai độ phẳng bề mặt [24] ................................................................. 55 Hình 2.33. Kính hiển vi kỹ thuật số VHX - 6000 ....................................................... 55 Hình 3.1. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các thông số đến Ra khi bôi trơn làm mát. 64 Hình 3.2. Biểu đồ ảnh hưởng tương tác giữa ND và LL đến Ra ................................. 64 Hình 3.3. Biểu đồ các ảnh hưởng chính đến tỉ số S/N của Ra ..................................... 65 Hình 3.4. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến Fy ......................................... 68 Hình 3.5. Ảnh hưởng của các thông số đến tỉ số S/N của Fy....................................... 69 Hình 3.6. Trị số quan hệ mờ trung bình theo thứ tự thí nghiệm .................................. 71 Hình 3.7. Ảnh hưởng của các thông số đến tỉ số S/N của hệ số quan hệ mờ ............... 72 Hình 3.8. Biểu đồ các ảnh hưởng chính của các yếu tố đến Ra khi sửa đá .................. 77 Hình 3.9. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến tỉ số S/N của Ra khi sửa đá ... 78 Hình 3.10. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến Fy khi sửa đá ...................... 80 Hình 3.11. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến tỉ số S/N của Fy khi sửa đá . 81 Hình 3.12. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến Tw khi sửa đá ...................... 84 Hình 3.13. Biểu đồ các yếu tố ảnh hưởng chính đến tỉ số S/N của Tw khi sửa đá........ 85 Hình 3.14. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các yếu tố đến Fl khi sửa đá ....................... 88 Hình 3.15. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số sửa đá khảo sát đến tỉ số S/N của Fl 89 Hình 3.16. Biểu đồ các ảnh hưởng chính của các yếu tố đến MRR khi sửa đá ............ 92 Hình 3.17. Biểu đồ ảnh hưởng chính của các thông số khảo sát đến tỉ số S/N của Fl khi sửa đá ........................................................................................................................ 93 Hình 3.18. Hệ số quan hệ mờ trung bình nhằm hai mục tiêu Ramin và Flmin cho từng thí nghiệm sửa đá............................................................................................................ 96 Hình 3.19. Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thông số khảo sát đến trị số trung bình quan hệ mờ khi sửa đá nhằm Ramin và Flmin ................................................................ 97 Hình 3.20. Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thông số khảo sát đến trị số trung bình quan hệ mờ khi sửa đá mong muốn Ramin và Flmin ...................................................... 98 Hình 3.21. Hệ số quan hệ mờ trung bình cho mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax cho từng thí nghiệm sửa đá............................................................................................. 100
xii Hình 3.22. Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thông số đến trị số trung bình quan hệ mờ khi sửa đá mong muốn Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax ....................................... 102 Hình 3.23. Đồ thị các ảnh hưởng chính của tỉ số S/N của trị số trung bình quan hệ mờ khi sửa đá mong muốn Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax ............................................. 102 Hình 3.24. Cấu trúc bề mặt đá mài sau khi sửa đá với chế độ: aedr = 0,025 mm, nr= 3 lần, nnon = 3 lần, nf = 2 lần, aedf = 0,01 mm, S = 1,6 m/ph................................................ 105 Hình 3.25. Cắt lớp bề mặt đá mài sau khi sửa đá với chế độ: aedr = 0,025 mm, nr= 3 lần, nnon = 3 lần, nf = 2 lần, aedf = 0,01 mm, S = 1,6 m/ph................................................ 105 Hình 3.26. Cấu trúc bề mặt đá mài sau khi mài hết tuổi bền với chế độ sửa đá: aedr = 0,025 mm, nr = 3 lần, nnon = 3 lần, nf = 2 lần, aedf = 0,01 mm, S = 1,6 m/ph ............. 106 Hình 3.27. Cắt lớp bề mặt đá mài khi mài hết tuổi bền với chế độ sửa đá: aedr = 0,025 mm, nr = 3 lần, nnon = 3 lần, nf = 2 lần, aedf = 0,01 mm, S = 1,6 m/ph ....................... 106 Hình 4.1. Ảnh hưởng của đường kính đá ban đầu đến chi phí mài một chi tiết 111 Hình 4.2. Ảnh hưởng của chiều rộng đá đến chi phí mài một chi tiết ....................... 111 Hình 4.3. Ảnh hưởng của chiều sâu sửa đá tổng cộng đến chi phí mài một chi tiết... 112 Hình 4.4. Ảnh hưởng của lượng mòn đá mài đến chi phí mài một chi tiết ................ 112 Hình 4.5. Ảnh hưởng của độ cứng của phôi đến chi phí mài một chi tiết.................. 112 Hình 4.6. Ảnh hưởng của chi phí máy và con người đến chi phí mài một chi tiết ..... 113 Hình 4.7. Ảnh hưởng của giá thành một viên đá mài đến chi phí mài một chi tiết .... 113 Hình 4.8. Ảnh hưởng tuổi bền đá mài đến chi phí mài một chi tiết ........................... 113 Hình 4.9. Ảnh hưởng của đường kính đá khi thay đến chi phí mài một chi tiết ........ 114 Hình 4.10. Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thông số khảo sát đến De,op ............. 116 Hình 4.11. Biểu đồ thị ảnh hưởng chuẩn hóa thể hiện ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến đường kính thay đá tối ưu ............................................................................ 117 Hình 4.12. Đồ thị Pareto của các yếu tố ảnh hưởng thể hiện ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến đường kính thay đá tối ưu .................................................................... 117 Hình 4.13. Đồ thị các ảnh hưởng tương tác của các thông số khảo sát đến đường kính thay đá tối ưu. .......................................................................................................... 118 Hình 4.14. Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và tuổi bền của đá ........................ 124 Hình 4.15. Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và năng suất gia công................... 124 Hình 4.16. Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và thời gian mài một chi tiết ........ 124 Hình 4.17. Quan hệ giữa đường kính đá khi thay và chi phí mài .............................. 125
xiii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Chế độ sửa đá khi sử dụng đầu sửa đá kim cương nhiều hạt [77] ............... 14 Bảng 1.2. Lựa chọn lượng chạy dao sửa đá bằng bút kim cương một hạt theo nhám bề mặt [55] ..................................................................................................................... 18 Bảng 1.3. Lựa chọn lượng chạy dao sửa đá bằng bút kim cương nhiều hạt theo nhám bề mặt [55] ..................................................................................................................... 19 Bảng 1.4. Chế độ sửa đá khi sử dụng đầu sửa đá kim cương nhiều hạt của Winter [72]. .................................................................................................................................. 19 Bảng 2.1. Phân bố nhiệt cắt trong mài [21] ……………………………………..39 Bảng 2.2. Các thông số kỹ thuật của máy mài phẳng MOTO – YOKOHAMA .......... 51 Bảng 2.3. Thành phần hóa học của thép 90CrSi [8] ................................................... 52 Bảng 2.4. Chế độ nhiệt luyện thép 90CrSi [8] ............................................................ 52 Bảng 2.5. So sánh số lượng thí nghiệm giai thừa đầy đủ và thiết kế thí nghiệm OA [45]. .................................................................................................................................. 56 Bảng 3.1. Các mức thí nghiệm của các thông số ND, LL, Sd, VB và fd. ……….61 Bảng 3.2. Ma trận thí nghiệm L16 ............................................................................. 61 Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm bôi trơn làm mát cho Ra và Fy. .................................... 62 Bảng 3.4. ANOVA giá trị và tỉ số S/N của Ra ...................................................... 63 Bảng 3.5. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến và tỉ số S/N của Ra ................... 64 Bảng 3.6. ANOVA giá trị khi đưa fd vào phân tích lỗi.......................................... 66 Bảng 3.7. ANOVA giá trị và tỉ số S/N của Fy ....................................................... 67 Bảng 3.8. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến và đến tỉ số S/N của Fy ............. 68 Bảng 3.9. Tỉ số S/N, giá trị chuẩn hóa Zij và độ sai lệch 0j(k) của tỉ số S/N của Ra và Fy .............................................................................................................................. 70 Bảng 3.10. Trị số quan hệ mờ ứng với các thông số đầu ra và trị số quan hệ mờ trung bình ........................................................................................................................... 70 Bảng 3.11. ANOVA trị số  và tỉ số S/N của  .......................................................... 71 Bảng 3.12. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến trị số  và tỉ số S/N của  ......... 72 Bảng 3.13. Kết quả so sánh giá trị tính toán và thực nghiệm của nhám bề mặt và lực cắt khi bôi trơn làm mát .................................................................................................. 73 Bảng 3.14. Các mức thí nghiệm của các thông số đầu vào S, aedr, nr, aedf, nf và nnon.... 73 Bảng 3.15. Mục tiêu của từng chỉ tiêu đánh giá khi sửa đá ......................................... 74 Bảng 3.16. Kế hoạch thí nghiệm theo các thông số đầu vào aedr, nr, aedf, nf, nnon và S . 74 Bảng 3.17. Kết quả thí nghiệm khi sửa đá .................................................................. 75 Bảng 3.18. ANOVA giá trị và tỉ số S/N của Ra khi sửa đá. .................................. 76 Bảng 3.19. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến khi sửa đá. .............................. 76 Bảng 3.20. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của Ra khi sửa đá .......... 78 Bảng 3.21. ANOVA giá trị Ra khi đưa S vào phân tích lỗi ........................................ 78
xiv Bảng 3.22. ANOVA giá trị và tỉ số S/N của Fy khi sửa đá .................................... 79 Bảng 3.23. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến ................................................ 80 Bảng 3.24. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của Fy khi sửa đá........... 81 Bảng 3.25. ANOVA giá trị Fy khi sửa đá sau khi đưa aedf vào phân tích lỗi ............... 82 Bảng 3.26. ANOVA giá trị Tw và tỉ số S/N của Tw khi sửa đá................................... 83 Bảng 3.27. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến Tw ............................................... 83 Bảng 3.28. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của Tw khi sửa đá .......... 85 Bảng 3.29. ANOVA giá trị khi sửa đá khi đưa nnon, nf, aedf và S vào phân tích lỗi 86 Bảng 3.30. ANOVA giá trị khi sửa đá .................................................................. 87 Bảng 3.31. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến khi sửa đá ............................ 88 Bảng 3.32. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của Fl khi sửa đá ........... 89 Bảng 3.33. ANOVA giá trị khi đưa S vào phân tích lỗi ........................................ 89 Bảng 3.34. ANOVA giá trị và tỉ số S/N của MRR khi sửa đá ........................... 91 Bảng 3.35. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến khi sửa đá ........................... 91 Bảng 3.36. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của MRR khi sửa đá ...... 93 Bảng 3.37. ANOVA giá trị khi đưa S vào phân tích lỗi .................................... 93 Bảng 3.38. Trị số S/N, giá trị chuẩn hóa của S/N và sai lệch của dãy tham chiếu của các thí nghiệm nhằm Ramin và Flmin .................................................................................. 95 Bảng 3.39. Trị số quan hệ mờ và trị số quan hệ mờ trung bình khi sửa đá cho hai mục tiêu Ramin và Flmin ...................................................................................................... 95 Bảng 3.40. ANOVA  và tỉ số S/N của  cho mục tiêu cả Ramin và Flmin khi sửa đá... 96 Bảng 3.41. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến hệ số quan hệ mờ nhằm Ramin và Flmin khi sửa đá........................................................................................................... 96 Bảng 3.42. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến tỉ số S/N của hệ số quan hệ mờ nhằm Ramin và Flmin khi sửa đá.................................................................................... 97 Bảng 3.43. ANNOVA hệ số quan hệ mờ sau khi đưa S vào phân tích lỗi khi sửa đá nhằm Ramin và Flmin ............................................................................................................. 99 Bảng 3.44. Trị số S/N và giá trị chuẩn hóa của tỉ số S/N nhằm đạt mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax ....................................................................................................... 99 Bảng 3.45. Độ sai lệch của dãy tham chiếu, trị số quan hệ mờ và trị số quan hệ mờ trung bình khi sửa đá cho mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax .................................... 100 Bảng 3.46. ANOVA trị số  và tỉ số S/N của  cho mục tiêu cả Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax khi sửa đá ....................................................................................................... 101 Bảng 3.47. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến hệ số quan hệ mờ nhằm Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax khi sửa đá ................................................................. 101 Bảng 3.48. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến tỉ số S/N của trị số quan hệ mờ nhằm Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax khi sửa đá ............................................. 102
xv Bảng 3.49. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến hệ số quan hệ mờ sau khi đưa S vào phân tích lỗi nhằm cả 4 mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax .............................. 103 Bảng 3.50. Kết quả so sánh giữa tính toán và thực nghiệm khi tối ưu hóa đồng thời bốn mục tiêu Ramin, Flmin, MRRmax và Twmax ................................................................... 104 Bảng 4.1. Phạm vi khảo sát các thông số đến đường kính thay đá tối ưu ……...115 Bảng 4.2. Kế hoạch thí nghiệm sàng lọc theo D0, Wgw, aed, HRC, Tw, Wpd, Cmh, Cđm đến De,op ......................................................................................................................... 115 Bảng 4.3. Thông tin mô hình hồi quy sau khi loại bỏ các yếu tố và tương tác có ảnh hưởng yếu đến De,op. ................................................................................................ 119 Bảng 4.4. Bảng phân tích phương sai của mô hình hồi quy De,op .............................. 120 Bảng 4.5. Kết quả thí nghiệm năng suất khi mài ...................................................... 122 Bảng 4.6. Kết quả tính toán chi phí mài cho mỗi chi tiết .......................................... 123 Bảng 4.7. Hiệu quả của sử dụng đường kính thay đá tối ưu...................................... 125 Bảng 4.8. Hiệu quả của sử dụng đường kính thay đá, chế độ trơn nguội, chế độ sửa đá tối ưu ....................................................................................................................... 126
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Gia công mài bắt đầu được ứng dụng trong sản xuất cơ khí từ thế kỷ 19. Khoảng giữa thế kỷ 20, người ta đã nhận thấy rằng mài là gia công chiến lược và là nguyên công then chốt để đạt được độ chính xác và nhám bề mặt cần thiết. Mài có thể gia công với chiều sâu cắt rất nhỏ, từ 0,05÷0,09 mm; vận tốc cắt lớn, 20÷40 m/s với mài thông thường và đến 200 m/s với mài cao tốc. Độ chính xác của các chi tiết mài cao với cấp chính xác đạt được từ 5÷7 và nhám bề mặt sau mài đạt thấp, có thể đạt từ 0,2÷3,2 μm hoặc thấp hơn. Chính nhờ các ưu điểm trên nên mài là nguyên công gia công tinh và bán tinh phổ biến nhất trong gia công cơ khí, nhất là các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao và nhám bề mặt thấp. Mài đặc biệt chiếm ưu thế khi gia công tinh các chi tiết có độ cứng cao, độ bền cao, thông thường là các chi tiết sau khi tôi v.v… Người ta đã thống kê rằng gia công mài chiếm đến 20÷25% tổng chi phí cho gia công cơ nói chung [14, 63]. Nhờ tiến bộ kỹ thuật đạt được trong lĩnh vực vật liệu dụng cụ cắt mà hiện nay nhiều nguyên công mài phẳng đã được thay thế bằng nguyên công phay cứng cho năng suất và hiệu quả kinh tế cao hơn hẳn. Tuy nhiên, mài phẳng vẫn là nguyên công không thể thay thế khi gia công tinh lần cuối các chi tiết dạng tấm, dạng đĩa mỏng (như lá van máy nén khí, lá ly hợp, phanh đĩa, khuôn ép, dập….) hoặc dụng cụ cắt. Các quá trình lý – hóa xảy ra ở vùng mài rất phức tạp và gây khó khăn cho việc điều khiển quá trình mài để đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật mong muốn. Do vậy, phương pháp mài hiện vẫn vẫn được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Với gia công mài, vận tốc cắt (vận tốc của đá mài Vđ) là thông số quan trọng quyết định đến năng suất, chi phí và lợi nhuận của nguyên công mài nói riêng và quá trình gia công nói chung. Khi mài, vận tốc cắt Vđ tỉ lệ thuận với đường kính của đá mài Ds và số vòng quay của trục mang đá nđ. Như vậy, với cùng một đường kính đá thì vận tốc cắt càng lớn nếu số vòng quay của trục mang đá càng cao. Với các máy mài có số vòng quay trục mang đá không đổi, khi đá mài mới thì đường kính đá lớn nên vận tốc cắt cao do đó năng suất mài cao. Giả sử với cùng một viên đá mài, chi phí đá mài/h sẽ cao nếu tuổi thọ của đá nhỏ, chẳng hạn giá mua một viên đá mài 360.000 đ/viên, tuổi thọ đá là 18h thì chi phí đá mài/h sẽ là 20.000 đ/h. Ngược lại, chi phí đá mài/h sẽ rất nhỏ nếu tuổi thọ của đá lớn, ví dụ với cùng viên đá mài như trên, tuổi thọ đá là 30h thì chi phí đá mài/h sẽ là 12.000 đ/h. Tuy vậy, khi đường kính đá khi thay nhỏ, nghĩa là kéo dài tuổi thọ của đá, thì vận tốc cắt rất thấp và dẫn đến năng suất mài sẽ rất thấp. Như vậy, tồn tại một giá trị tuổi thọ của đá tối ưu, hay đường kính thay đá tối ưu, mà với tuổi thọ này chi phí nguyên công mài là nhỏ nhất. Thêm vào đó, tồn tại một giá trị tuổi thọ tối ưu của đá mà ở đó lợi nhuận của quá trình mài đạt được lớn nhất. Trong thực tế điều kiện sản xuất cơ khí ở Việt Nam, phần lớn các cơ sở đều sử dụng máy mài phẳng vạn năng - tốc độ quay của trục mang đá thường không đổi và hầu
2 hết đều sử dụng đá mài Hải Dương - loại đá có tính năng cắt tốt, chi phí ban đầu thấp và hiện được xuất khẩu nhiều. Với máy mài phẳng vạn năng, như trên đã phân tích, đường kính đá khi thay (hay tuổi thọ của đá) là thông số ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chi phí của nguyên công mài phẳng. Ngoài ra, các cơ sở sản xuất ở nước ta thường có thói quen sử dụng đá mài cho đến khi không thể dùng được nữa, nghĩa là mài đến khi đá mòn đến sát bích kẹp đá, vì thường cho rằng sử dụng đá mài như vậy sẽ tiết kiệm. Lúc đó, đường kính đá nhỏ, vận tốc cắt thấp dẫn đến năng suất mài giảm, chi phí mài phẳng tăng và hiệu quả kinh tế giảm. Vì lý do đó, việc xác định tuổi thọ tối ưu của đá (hay xác định đường kính đá khi thay tối ưu) nhằm mục đích đạt được chi phí gia công mài phẳng là nhỏ nhất hoặc lợi nhuận gia công là lớn nhất có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong sản xuất mài ở nước ta. Từ phân tích nêu trên cho thấy có thể nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng khi mài tinh (tăng năng suất hay giảm giá thành mài) bằng việc xác định đường kính tối ưu khi thay (hay tuổi thọ tối ưu) của đá mài. Ngoài vấn đề nêu trên, thực tế gia công mài cho thấy, việc sử dụng dung dịch trơn nguội là biện pháp rất hiệu quả nhằm làm giảm nhiệt khi mài, giảm mòn của đá và dẫn tới nâng cao năng suất và chất lượng của quá trình mài [48]. Thêm vào đó, các nghiên cứu trong [16] và [68] cho thấy chế độ sửa đá có ảnh hưởng nhiều đến topography của đá mài và qua đó ảnh hưởng đến khả năng cắt của đá. Như vậy, ngoài biện pháp xác định đường kính tối ưu khi thay của đá mài như đã nêu ở trên, để nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng (nâng cao năng suất, đảm bảo chất lượng và giảm chi phí gia công) có thể thực hiện bằng việc xác định chế độ bôi trơn làm mát hợp lý và chế độ sửa đá hợp lý hoặc chế độ sửa đá tối ưu nếu có thể. Từ những vấn đề nêu trên, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả của quá trình mài phẳng khi mài tinh” cho luận án của mình. 2. Mục đích của đề tài Mục đích của đề tài là nghiên cứu nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình mài phẳng khi mài tinh thông qua các thông số đường kính thay đá, chế độ bôi trơn làm mát, chế độ cắt và chế độ sửa đá. Từ đó lựa chọn được bộ thông số công nghệ hợp lý để giảm chi phí đồng thời nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt gia công. 3. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu 3.1. Phương pháp và đối tượng nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết: Khảo sát các kết quả nghiên cứu đã công bố, 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. Phân tích và lựa chọn phương pháp quy hoạch thực
3 nghiệm để giảm số lượng thí nghiệm. Xây dựng mô tính tính toán xác định đường kính đá mài khi thay tối ưu. Nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đến hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình mài phẳng khi mài tinh. Từ đó xác định các thông số chế độ công nghệ bôi trơn làm mát, chế độ cắt và chế độ sửa đá hợp lý. Đồng thời kiểm chứng mô hình tính toán xác định đương kính đá mài khi thay tối ưu. - Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ mài tinh phẳng bằng chu vi đá với đối tượng thực nghiệm là thép 90CrSi qua tôi bằng đá mài Hải Dương. Thép 90CrSi là loại thép hợp kim dụng cụ hiện được sử dụng rất phổ biến làm các chi tiết dạng đĩa mỏng và dạng tấm và dụng cụ cắt như: Van máy nén khí, lá ly hợp, phanh đĩa, khuôn dập, khuôn ép, chày - cối dập viên nén, dụng cụ cắt cắt và chấn tôn góc… và thường được tôi cứng để đáp ứng được yêu cầu chống mài mòn và gia công mài phẳng mài tinh là nguyên công gia công tinh lần cuối không thể thay thế. Trong khi ở Việt Nam, đá mài truyền thống, đặc biệt là đá mài Hải Dương - loại đá mài có tính năng cắt gọt tốt, chi phí ban đầu hợp lý và được xuất khẩu nhiều hiện đang được sử dụng phổ biến trên các máy mài phẳng vạn năng. 3.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: - Xác định đường kính thay đá tối ưu khi mài phẳng bằng lý thuyết và thực nghiệm; - Xác định chế độ bôi trơn làm mát hợp lý khi mài phẳng bằng thực nghiệm; - Xác định chế độ sửa đá hợp lý bằng thực nghiệm. 4. Ý nghĩa của đề tài 4.1. Ý nghĩa khoa học - Phân tích chi phí của nguyên công mài phẳng từ đó xây dựng mô hình tính toán xác định đường kính khi thay tối ưu; - Làm rõ ảnh hưởng của chế độ bôi trơn làm mát và chế độ cắt đến nhám bề mặt và lực cắt; chế độ công nghệ sửa đá đến nhám bề mặt, lực cắt, dung sai độ phẳng, tuổi bền và năng suất gia công khi mài phẳng thép 90CrSi bằng đá mài Hải Dương; - Kết quả của nghiên cứu sẽ góp phần hoàn thiện lý thuyết về quá trình mài (đặc biệt là mài phẳng khi mài tinh) và làm cơ sở khoa học cho các công trình khác nhằm tối ưu hóa quá trình mài. 4.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu khoa học và ứng dụng vào sản xuất thực tế để nâng cao năng suất, chất lượng đồng thời giảm chi phí mài phẳng khi mài tinh. 5. Các điểm mới (đóng góp mới) của đề tài - Đề xuất mô hình xác định chi phí mài phẳng để tính toán đường kính thay đá tối ưu để đạt được chi phí thấp nhất bằng lý thuyết và kiểm chứng thực nghiệm;