Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:228

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về gia công phay hợp kim Ti-6Al-4V trong điều kiện bôi trơn tối thiểu; các thông số đặc trưng khi phay mặt phẳng trong điều kiện bôi trơn tối thiểu; xây dựng mô hình thực nghiệm và thực nghiệm khảo sát;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN VĂN CẢNH NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM Ti-6Al-4V LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – Năm 2024
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN VĂN CẢNH NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM Ti-6Al-4V Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí Mã số : 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : 1. PGS.TS. HOÀNG TIẾN DŨNG 2. GS.TS. PHẠM VĂN HÙNG Hà Nội – Năm 2024
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Hoàng Tiến Dũng và GS.TS. Phạm Văn Hùng. Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất cứ công trình nghiên cứu nào khác. Hà Nội, ngày 11 tháng 03 năm 2024 Tác giả luận án Nguyễn Văn Cảnh
ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và lòng trân trọng nhất tới tập thể hướng dẫn khoa học của tôi, PGS.TS. Hoàng Tiến Dũng và GS.TS. Phạm Văn Hùng, những người thầy không chỉ là nguồn cảm hứng mà còn là kim chỉ nam cho bước đường nghiên cứu của tôi. Sự hướng dẫn tận tâm, kiên nhẫn và hỗ trợ không ngừng nghỉ của các Thầy trong suốt quá trình thực hiện luận án này là điều không thể diễn tả hết bằng lời. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về mặt điều kiện làm việc và trang thiết bị nghiên cứu, giúp tôi có thể tập trung vào luận án một cách tốt nhất. Sự ủng hộ và hỗ trợ này thật sự là nguồn động viên lớn lao đối với tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Bên cạnh đó, tôi không thể không nhắc đến sự giúp đỡ của các Thầy, Cô, đồng nghiệp tại Trường Cơ khí - Ô tô, Trung tâm Việt Nhật, Trung tâm đào tạo sau đại học đã hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ về tài chính, thời gian và tạo điều kiện giúp đỡ của Ban giám hiệu, phòng Tổ chức hành chính, Trường Đại học công nghiệp Hà Nội Tôi cũng muốn bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới bố mẹ của tôi, những người đã luôn bên cạnh, động viên và hỗ trợ tôi không chỉ trong quá trình này mà còn trong cuộc sống. Sự hy sinh và tình yêu thương của bố mẹ là nguồn động lực vô giá giúp tôi vượt qua mọi khó khăn. Cuối cùng, lời cảm ơn sâu sắc nhất của tôi dành tới người vợ thương yêu của tôi, người bạn đồng hành, người luôn ủng hộ, chia sẻ mọi điều trong cuộc sống và công việc trong gần 20 năm qua. Sự ủng hộ, chia sẻ và sư yêu thương từ vợ và các con là nguồn động viên lớn lao giúp tôi luôn tiến về phía trước. Hà Nội, ngày 13 tháng 03 năm 2024 Tác giả luận án Nguyễn Văn Cảnh
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... ii MỤC LỤC .......................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................... viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................... xii DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT................................................ xiii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ......................................................................... xvi MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1 1. Lý do lựa chọn đề tài ........................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án......................................................... 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................... 3 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................ 4 5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 5 6. Nội dung nghiên cứu ........................................................................... 5 7. Những đóng góp mới của đề tài .......................................................... 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG PHAY HỢP KIM TI-6AL-4V TRONG ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN TỐI THIỂU ................................................. 8 1.1. HỢP KIM TITAN TI-6AL-4V ........................................................ 8 1.1.1. Titan ........................................................................................... 8 1.1.2. Hợp kim titan ............................................................................. 8 1.2. ỨNG DỤNG CỦA HỢP KIM TI-6AL-4V ................................... 11 1.3. GIA CÔNG HỢP KIM TI-6AL-4V ............................................... 16 1.3.1. Khả năng gia công của hợp kim Ti-6Al-4V ............................ 17 1.3.2. Bôi trơn – làm mát khi gia công cắt gọt hợp kim Ti-6Al-4V . 21
iv 1.4. BÔI TRƠN TỐI THIỂU VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT ...................................................................................................... 23 1.4.1. Tổng quan về công nghệ bôi trơn tối thiểu MQL ................... 24 1.4.2. Phân loại hệ thống MQL và ứng dụng .................................... 28 1.4.3. Dầu bôi trơn sử dụng trong MQL ........................................... 29 1.5. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ....................................................................................................................... 30 1.5.1. Tổng quan nghiên cứu ngoài nước .......................................... 30 1.5.2. Tổng quan nghiên cứu trong nước .......................................... 34 1.6. KẾT LUẬN .................................................................................... 36 CHƯƠNG 2. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI-6AL-4V ...................................................................................... 37 2.1. KHÁI QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH PHAY ......................................... 37 2.2. ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHAY MẶT PHẲNG .............. 38 2.2.1. Lực cắt trong quá trình phay mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V . 38 2.2.2. Rung động trong quá trình phay hợp kim Ti-6Al-4V ............. 43 2.3. NHIỆT CẮT KHI PHAY TRONG ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN TỐI THIỂU ........................................................................................................... 45 2.3.1. Sự sinh nhiệt trong quá trình phay .......................................... 45 2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt ........................................ 46 2.4. MÒN DỤNG CỤ CẮT KHI GIA CÔNG ...................................... 48 2.4.1. Cơ chế mài mòn dụng cụ cắt ................................................... 49 2.4.2. Các dạng mòn dụng cụ cắt ...................................................... 50
v 2.5. ĐẶC TRƯNG/TÍNH CHẤT BỀ MẶT SAU KHI PHAY ............. 52 2.5.1. Độ nhám bề mặt sau khi phay ................................................. 54 2.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám ........................................ 55 2.6. GIA CÔNG PHAY HỢP KIM TI-6AL-4V TRONG ĐIỀU KIỆN BÔI TRƠN TỐI THIỂU ............................................................................... 56 2.6.1. Đặc điểm của quá trình gia công phay hợp kim Ti-6Al-4V ... 57 2.6.2. Ứng dụng bôi trơn tối thiểu khi gia công hợp kim Ti-6Al-4V. ................................................................................................................... 60 2.6.3. Đặc điểm dụng cụ cắt khi gia công hợp kim Ti-6Al-4V......... 61 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ...................................................................... 62 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ....................................................................................................... 64 3.1. MỤC TIÊU VÀ YÊU CẦU ........................................................... 64 3.1.1. Mục tiêu ................................................................................... 64 3.1.2. Yêu cầu .................................................................................... 64 3.2. HỆ THỐNG THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM ... 64 3.2.1. Đối tượng thực nghiệm ........................................................... 64 3.2.2. Thiết bị thực nghiệm ............................................................... 65 3.3. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC MÔI TRƯỜNG BÔI TRƠN KHÁC NHAU TỚI ĐỘ NHÁM, LỰC CẮT MÒN DỤNG CỤ CẮT ......... 70 3.3.1. Ma trận thực nghiệm ............................................................... 70 3.3.2. Tiến hành thí nghiệm............................................................... 72 3.3.3. Kết quả và bình luận................................................................ 73
vi KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ...................................................................... 80 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM, TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI- 6AL-4V ............................................................................................................. 82 4.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................... 82 4.1.1. Mục tiêu ................................................................................... 82 4.1.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................... 82 4.2. XÂY DỰNG MA TRẬN VÀ TỔ CHỨC THỰC NGHIỆM ........ 84 4.2.1. Xác định các thông số thực nghiệm ........................................ 84 4.2.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm ............................................... 85 4.2.3. Tổ chức thực nghiệm ............................................................... 88 4.3. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ ĐẦU VÀO TỚI CÁC CHỈ TIÊU ĐẦU RA ............................................................................ 91 4.3.1. Ảnh hưởng của thông số đầu vào tới Ra .................................. 91 4.3.2. Ảnh hưởng của thông số đầu vào đến lực cắt Fc ..................... 94 4.3.3. Ảnh hưởng của thông số đầu vào đến năng suất bóc tách vật liệu MRR .......................................................................................................... 96 4.4. PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA ................................................... 97 4.4.1. Xây dựng mô hình hồi quy với vec tơ hỗ trợ SVR ................. 97 4.4.2. Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu ....................................... 99 4.5. TỐI ƯU HÓA QUÁ MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI PHAY MẶT PHẲNG HỢP KIM TI-6AL-4V ... 107 4.5.1. Xác định hàm mục tiêu.......................................................... 108
vii 4.5.2. Tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình phay hợp kim Ti-6Al-4V . 109 Kết luận chương 4 ............................................................................... 117 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................... 119 KẾT LUẬN ......................................................................................... 119 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................................... 120 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .......... 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 123 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 138 PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ ĐO MÒN DỤNG CỤ CẮT ........................ 138 PHỤC LỤC 2: CODE TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU SỬ DỤNG KẾT HỢP SVR-NSGA 2 - TOPSIS .................................................................... 141 PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ ĐO LỰC CẮT ............................................ 146 PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ ĐO ĐỘ NHÁM........................................... 153 PHỤ LỤC 5: MỘT SỐ HÌNH ẢNH QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM163
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1- 1. Nguyên tố titan............................................................................................. 8 Hình 1- 2. Phân loại hợp kim titan [14] ........................................................................ 9 Hình 1- 3. Ứng dụng vật liệu hợp kim Ti-6Al-4V trong một số lĩnh vực[105] .......... 11 Hình 1- 4. Ứng dụng của hợp kim Ti-6Al-4V trong y tế [16] .................................... 12 Hình 1- 5. Implant nha khoa sử dụng vật liệu hợp kim Titan [17] ............................. 12 Hình 1- 6. Khớp và xương sườn, xương ngực làm từ hợp kim titan .......................... 12 Hình 1- 7. Cánh quạt tàu biển được chế tạo từ hợp kim titan [19] ............................. 13 Hình 1- 8. Một số linh kiện ô tô được chế tạo từ hợp kim titan.................................. 13 Hình 1- 9. Tỉ trọng vật liệu hợp kim titan trong máy bay Boing 787 [23] ................. 14 Hình 1- 10. Vật liệu titan trong chế tạo một số bộ phận chính của động cơ máy bay [15] .............................................................................................................................. 15 Hình 1- 11. Chi tiết máy bay được gia công bằng hợp kim titan [15] ........................ 15 Hình 1- 12. Một số chi tiết khung máy bay được làm từ hợp kim titan [15] .............. 16 Hình 1- 13. Phay mặt ứng dụng trong chế tạo một số chi tiết, bộ phận của máy bay sử dụng dụng cụ cắt của hãng Sandvik [27] .................................................................... 17 Hình 1- 14. Phân bố nhiệt khi gia công hợp kim tian [32].......................................... 19 Hình 1- 15. Sự phân bố tải nhiệt khi gia công hợp kim titan và một số kim loại [26]21 Hình 1- 16. Định mức chi phí trong quá trình gia công cắt gọt [43] .......................... 22 Hình 1- 17. Ý tưởng về “dầu trên nước” trong bôi trơn tối thiểu [126]...................... 24 Hình 1- 18. Vòi phun trong hệ thống bôi trơn tối thiểu [49] ...................................... 25 Hình 1- 19. Cơ chế làm mát và bôi trơn trong MQL .................................................. 25 Hình 1- 20. Các bộ phận của một hệ thống MQL [44]. .............................................. 26 Hình 1- 21. Phương pháp MQL bên ngoài.................................................................. 28 Hình 1- 22. Mô hình khảo sát tuổi bền dụng cụ khi gia công Ti-6Al-4V trong điều kiện bôi trơn tối thiểu [102] ........................................................................................ 31
ix Hình 1- 23. So sánh lượng mòn dụng cụ cắt và độ nhám bề mặt khi gia công trong điều kiện bôi trơn tối thiểu với gia công khô [54]. ..................................................... 31 Hình 1- 24. So sánh lực cắt và độ nhám bề mặt khi gia công trong điều kiện tưới tràn, bôi trơn tối thiểu với gia công khô [55]. ..................................................................... 32 Hình 1- 25. Đặc tính bề mặt của sản phẩm được gia công trong các điều kiện gia công khác nhau: a) Dry – Gia công khô; b) Flood – Tưới tràn; c) MQL – bôi trơn tối thiểu ............................................................................................................................. 33 Hình 1- 26. Biểu đồ so sánh tuổi bền dụng cụ khi phay khô và phay có sử dụng MQL ..................................................................................................................................... 35 Hình 2- 1. Cơ chế của quá trình cắt - quá trình tạo phoi ............................................. 37 Hình 2- 2. Các thành phần lực cắt khi phay ................................................................ 38 Hình 2- 3. Các thành phần lực cắt khi phay với dao phay mặt đầu [64] .................... 39 Hình 2- 4. Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới lực cắt khi phay hợp kim Ti-6Al-4V ở các điều kiện bôi trơn khác nhau [71] ............................................................................... 42 Hình 2- 5. Cơ chế mòn và các dạng mài mòn dụng cụ cắt ......................................... 48 Hình 2- 6. Sự sinh nhiệt trong kim loại cắt [121] ....................................................... 48 Hình 2- 7. Các loại mòn dụng cụ cắt........................................................................... 50 Hình 2- 8. Sự thay đổi ứng suất dư theo chiều sâu lớp bề mặt kim loại ..................... 52 Hình 2- 9. Độ cứng nguội K và chiều sâu lớp cứng nguội [69] .................................. 53 Hình 2- 10. Profile độ nhám bề mặt [71] .................................................................... 54 Hình 2- 11. Biểu đồ xương cá các thông số công nghệ và chỉ tiêu chất lượng khi nghiên cứu về quá trình cắt gọt ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu ..................... 56 Hình 2- 12. Lựa chọn dụng cụ cắt theo độ cứng và nhiệt độ gia công ....................... 61 Hình 3- 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bôi trơn tối thiểu tích hợp trên máy phay CNC ..................................................................................................................................... 65 Hình 3- 2. Bơm dầu micro pump ................................................................................ 66 Hình 3- 3. Sơ đồ mô tả hệ thống MQL sử dụng trong nghiên cứu ............................. 67 Hình 3- 4. Dao phay mặt đầu Sandvik sử dụng trong thực nghiệm ............................ 68
x Hình 3- 5. Sơ đồ đo nhám .......................................................................................... 69 Hình 3- 6. Thiết bị đo lực Kistler 9139AA ................................................................. 70 Hình 3- 7. Kính hiển vi VHX-7000, Keyence ............................................................ 70 Hình 3- 8. Trình tự thực hiện các thí nghiệm .............................................................. 72 Hình 3- 9. Sơ đồ phay phẳng hợp kim Ti-6Al-4V trong các thí nghiệm .................... 73 Hình 3- 10. So sánh độ nhám Ra với các chế độ bôi trơn khác nhau ......................... 74 Hình 3- 11. Hình chụp bề mặt sau gia công với các chế độ bôi trơn khác nhau......... 75 Hình 3- 12. Biểu đồ tương tác đối với Ra.................................................................... 76 Hình 3- 13. So sánh giá trị lực cắt Fc với các chế độ bôi trơn khác nhau ................... 77 Hình 3- 14. Biểu đồ tương tác cho giá trị lực cắt Fc ................................................... 78 Hình 3- 15. So sánh lượng mòn dụng cụ cắt Vb với các chế độ bôi trơn khác nhau .. 79 Hình 3- 16. Biểu đồ tương tác cho giá trị lượng mòn dụng cụ Vb .............................. 80 Hình 4- 1. Sơ đồ quy trình thực nghiệm ..................................................................... 83 Hình 4- 2. Sơ đồ thiết kế thực nghiệm và phân tích theo phương pháp Taguchi [114] ..................................................................................................................................... 86 Hình 4- 3. Sơ đồ thực nghiệm ..................................................................................... 88 Hình 4- 4. Kết quả đo lực của thí nghiệm số 18 ......................................................... 89 Hình 4- 5. Biểu đồ khoảng tin cậy 95% của độ nhám Ra với vận tốc cắt Vc ............. 92 Hình 4- 6. Biểu đồ khoảng tin cậy 95% của độ nhám Ra với áp suất nguồn khí P ..... 93 Hình 4- 7. Biểu đồ khoảng tin cậy 95% của lực cắt Fc với chiều sâu cắt ap. .............. 95 Hình 4- 8. Biểu đồ khoảng tin cậy 95% của lực cắt Fc với áp suất nguồn khí P ........ 96 Hình 4- 9. Lưu đồ thuật toán SVR sử dụng trong nghiên cứu .................................... 99 Hình 4- 10. Lưu đồ thuật toán NSGA – II ................................................................ 101 Hình 4- 11. Sơ đồ giải thuật tối ưu hóa sử dụng kết hợp SVR-NSGA II – TOPSIS 109 Hình 4- 12. Kết quả so sánh giá trị độ nhám Ra dự doán và thực tế ......................... 110 Hình 4- 13. Kết quả so sánh giá trị độ nhám Fc dự doán và thực tế ......................... 110
xi Hình 4- 14. Kết quả so sánh giá trị năng suất bóc tách vật liệu MRR dự doán và thực tế ................................................................................................................................ 111 Hình 4- 15. Biểu đồ bề mặt Pareto cho Ra, Fc và MRR ............................................ 111
xii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1- 1. Xếp hạng khả năng gia công cho một số vật liệu phổ biến [29] ............... 18 Bảng 1- 2. Cơ tính của vật liệu hợp kim Ti-6Al-4V [34] ........................................... 20 Bảng 2- 1. Khả năng gia công của một số hợp kim titan ............................................ 59 Bảng 3- 1. Thông số kỹ thuật hệ thống bôi trơn tối thiểu ........................................... 66 Bảng 3- 2. Thông số kỹ thuật của trung tâm gia công DMU50 .................................. 67 Bảng 3- 3. Thông số kỹ thuật mảnh cắt ...................................................................... 68 Bảng 3- 4. Thành phần hóa học của hợp kim Ti-6Al-4V [102].................................. 69 Bảng 3- 5. Các biến khảo sát mòn dụng cụ với các mức giá trị tương ứng ................ 71 Bảng 3- 6. Ma trận thực nghiệm và các kết quả đo (ghi chú: nt = như trên)............. 71 Bảng 3- 7. Bảng phản ứng cho trung bình của giá trị độ nhám Ra ............................. 76 Bảng 3- 8. Bảng phản ứng cho độ lệch chuẩn của lực cắt Fc ...................................... 77 Bảng 3- 9. Bảng phản ứng cho độ lệch chuẩn của lượng mòn mặt sau Vb ................. 79 Bảng 4- 1. Bảng tổng hợp các biến khảo sát và giá trị các mức tương ứng ............... 85 Bảng 4- 2. Ma trận thực nghiệm Taguchi L27(313) cho tối đa 13 biến 3 mức [117] ... 87 Bảng 4- 3. Ma trận thực nghiệm Taguchi L27(313) ...................................................... 90 Bảng 4- 4. Phân tích ANOVA độ nhám bề mặt Ra ..................................................... 91 Bảng 4- 5. Phân tích ANOVA lực cắt Fc .................................................................... 94 Bảng 4- 6. Tập hợp các bộ giá trị tối ưu tiềm năng (Pareto Front) theo phương pháp SVR-NSGA 2- TOPSIS ............................................................................................ 115 Bảng 4- 7. Thực nghiệm kiểm chứng đánh giá độ tin cậy của phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu SVR-NSGA 2 - TOPSIS ....................................................................... 116
xiii DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Ý nghĩa Bôi trơn tối thiểu MQL (“Mimimum Quantity Lubrication”) Hệ thống mã số định danh cho vật liệu của CHLB Đức WNR (“Werkstoffnummer”) Viện tiêu chuẩn CHLB Đức. DIN (“Deutsches Institut für Normung”) Cắt gọt dưới áp lực khí cao. HPC (“High Pressure Cutting”) Hiệp hội kỹ sư ô tô. SAE (“Society of Automotive Engineers”) Sai số toàn phương trung bình. MSE (“Mean Squared Error”) Trung bình cộng của phương sai hiệu chỉnh Adj MS (“Adjusted Mean Square”) Tổng số độ lệch bình phương hiệu chỉnh Adj SS (“Adjusted Sum Square”) Phân tích phương sai ANOVA (“Analysis of Variance”) Số bậc tự do. DF (“Degrees of Freedom”) HRC Thang đo độ cứng Rockwell Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản. JIS (“Japanese Industrial Standards”) SVR Mô hình hồi quy véc tơ hỗ trợ
xiv Từ viết tắt Ý nghĩa (“Support Vector Regression”) Cục Quản lý An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp của Hoa Kỳ. OSHA (“U.S. Occupational Safety and Health Administration.”) Viện Quốc gia về An toàn và Sức khỏe Công việc của Hoa Kỳ. (NIOSH) (“U.S. National Institute for Occupational Safety and Health”) Phương pháp ra quyết định đa tiêu chí. MCDM (“Multi-Criteria Decision Making”) Kỹ thuật xác định thứ tự ưu tiên bằng sự tương đồng với giải pháp lý tưởng. TOPSIS (“Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution”) Giải thuật di truyền sắp xếp không trội II NSGA II (“Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) Phương pháp bay hơi lắng đọng vật lý. PVD (“Physical Vapor Deposition.”) Phương pháp bay hơi lắng đọng hóa học. CVD (“Chemical Vapor Deposition.”) Phương pháp máy học. ML (“Machine Learning”) Hệ số xác định. R2 (“Coefficient of determination”)
xv Từ viết tắt Ý nghĩa Hệ số xác định điều chỉnh. R2adj (“Coefficient of determination adjusted”) CHLB Cộng hòa liên bang. TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam CL Chế độ bôi trơn Flood Chế độ tưới tràn khi gia công cắt gọt
xvi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Diễn giải Đơn vị Ra Độ nhám bề mặt. µm Vb Lượng mòn măt sau dụng cụ cắt µm P Áp suất nguồn khí làm mát chọ hệ thống bôi trơn tối thiểu bar Q Lưu lượng dầu bôi trơn cho hệ thống bôi trơn tối thiểu ml/h Vc Vận tốc cắt m/ph fz Lượng chạy dao răng mm/r ap Chiều sầu cắt mm ae Chiều rộng lớp cắt mm MRR Tốc độ loại bỏ vật liệu mm3/ph Dry Gia công khô - Flood Tưới tràn -
1 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI Hợp kim titan là vật liệu quan trọng được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực y sinh, công nghiệp quốc phòng, hàng không – vũ trụ.. trong đó, Ti-6Al-4V là hợp kim phổ biến nhất, với tỉ trọng trên 50% lượng hợp kim titan được tiêu thụ trên toàn cầu [1]. Có nhiều phương pháp gia công hợp kim titan như gia công công biến dạng, in 3D... tuy nhiên, cắt gọt vẫn là phương pháp gia công phổ biến nhất. “Trong quá trình gia công cắt gọt hợp kim Ti-6Al-4V, nhiệt sinh ra do ma sát giữa dụng cụ cắt và vật liệu gia công tại vùng tiếp xúc cắt gọt là rất lớn, gây ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác, chất lượng bề mặt gia công, và độ bền của dụng cụ cắt. Để tăng tốc độ gia công và giảm nhiệt và lực cắt, dung dịch trơn nguội thường được sử dụng. Phương pháp bôi trơn và làm mát bằng dung dịch trơn nguội phổ biến nhất là “tưới tràn” với việc hướng vòi phun dung dịch trơn nguội tưới tràn vào vùng cắt gọt. Tuy nhiên, phương pháp tưới tràn có một số hạn chế nhất định về hiệu quả kinh tế, môi trường, và sức khỏe người sử dụng. Trong đó, chi phí mua và xử lý dung dịch trơn nguội sau khi sử dụng rất tốn kém [2] và do dung dịch trơn nguội có độc tính không phân hủy sinh học [3]. Hiện nay, để khắc phục những hạn chế của phương pháp tưới tràn, bôi trơn tối thiểu (MQL) đã được nghiên cứu triển khai. Phương pháp này cho cho phép giảm thiểu lượng chất lỏng bôi trơn làm mát và sử dụng những chất lỏng không gây hại cho môi trường đồng thời không ảnh hưởng đến sức khỏe của người vận hành [4]. Do đó MQL được đánh giá là phương pháp bôi trơn làm mát cho phù hợp cho quá trình gia công cơ khí theo định hướng “gia công bền vững – sustainable machining” và “sản xuất xanh – green manufacturing”.”
2 Trong phương pháp MQL một lượng nhỏ hỗn hợp dầu và khí điều áp được phun trực tiếp vào khu vực cắt gọt với lưu lượng dưới 1.000 ml/h. Do đó, lưu lượng dầu bôi trơn trong phương pháp MQL ít hơn tới 10.000 lần so với phương pháp tưới tràn [5], [6], [7] và có thể tiết kiệm đến 15% chi phí [8]. “Hiện nay, phương pháp MQL chưa được sử dụng phổ biến trong gia công cắt gọt tại Việt Nam. Tuy nhiên, với việc hiện thực hóa chủ trương “Phát triển kinh tế đi đôi với bảo vệ môi trường” [9] một số nghiên cứu áp dụng phương pháp MQL trong gia công các vật liệu phổ biến như thép dụng cụ SKD 11 [10] hay thép 9XC (9CrSi) qua tôi [11] đã được nghiên cứu và công bố. Các nghiên cứu này đã so sánh chất lượng bề mặt gia công và tuổi thọ dụng cụ khi sử dụng phương pháp bôi trơn MQL và phương pháp bôi trơn làm mát tưới tràn. Nghiên cứu sử dụng các loại dầu bôi trơn truyền thống và dầu bôi trơn gốc thực vật trong MQL bước đầu cho thấy hiệu quả ưu điểm của các loại dầu bôi trơn gốc thực vật trong việc đảm bảo chất lượng bề mặt và tăng tuổi bền dụng cụ cắt. Trong quá trình tham gia vào chuỗi cung ứng toàn cầu trong lĩnh vực công nghiệp ô tô, hàng không, quốc phòng… việc nâng cao năng lực gia công hợp kim titan của ngành chế tạo máy Việt Nam đang ngày càng cấp thiết. Nghiên cứu phay tinh mặt phẳng hợp kim Ti-6Al-4V sử dụng phương pháp bôi trơn MQL sẽ tạo điều kiện để phát triển phương pháp MQL trong gia công các tại Việt Nam…Do đó, nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ và bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng hợp kim Ti-6Al- 4V” hướng tới “sản xuất xanh và bền vững”, đồng thời xây dựng nền tảng cho việc hội nhập chuỗi cung ứng toàn cầu trong gia công các sản phẩm có giá trị gia tăng cao.”