Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy phay FA3AU

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy phay mã hiệu FA3AU. Từ cơ sở đó xác lập chế độ cắt tối ưu góp phần xây dựng ngân hàng dữ liệu đảm bảo sử dụng kỹ thuật hiệu quả nhất cho các máy phay. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy phay FA3AU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PHẠM VĂN KHIÊM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY FA3AU LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PHẠM VĂN KHIÊM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY FA3AU Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp Mã Số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Hoàng Việt Hà Nội - 2011
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Chế tạo máy là một ngành quan trọng của nền kinh tế quốc dân. Phạm vi sử dụng sản phẩm của ngành chế tạo máy rất rộng rãi. Từ con tầu vũ trụ cho đến giày, dép và quần áo - tất cả những sản phẩm này đều được chế tạo ra nhờ các máy và thiết bị khác nhau. Trong xu thế toàn cầu hoá, để nâng cao sức cạnh tranh trong quá trình hội nhập chúng ta cần phát triển sản xuất theo hướng tối giảm chi phí gia công trên cơ sở đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm. Tối ưu hoá quá trình sản xuất là một công cụ hữu hiệu để đạt được mục tiêu đó. Tuy nhiên tối ưu hoá toàn bộ quá trình sản xuất nói chung, trong chế tạo cơ khí nói riêng là một bài toán rất lớn và chỉ có thể giải quyết được sau khi đã thực hiện được nhiệm vụ tối ưu hoá các nguyên công của quá trình gia công cơ. Nghiên cứu tối ưu hoá nguyên công chẳng những nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của từng nguyên công mà còn tạo ra các dữ liệu quan trọng phục vụ việc tự động hoá quá trình chuẩn bị công nghệ, rút ngắn thời gian và khối lượng lao động khi chuẩn bị sản xuất, đồng thời còn tạo ra các điều kiện cơ bản cho việc điều khiển nguyên công tiến tới tự động hoá quá trình sản xuất. Khi tố i ưu hoá các chế đô ̣ của các quá trình công nghê ̣, cũng như các chế đô ̣ làm viê ̣c của máy gia công sẽ diễn ra viêc̣ giải nhiề u bài toán. Một trong những vấn đề mấu chốt cần phải giải quyết để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình gia công chế tạo cơ khí là phải xác định được chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công khác nhau trong từng điều kiện sản xuất cụ thể. Máy phay FA3AU là thiết bị chủ đạo phục vụ đào tạo và sản xuất tại Trường Cao đẳng Cơ điện và Nông nghiệp Nam Bộ, máy với tính năng gia công các mặt phẳng, các mặt định hình, các mặt xoắn ren… Tuy nhiên quá
2 trình gia công sản xuất các chi tiết, sản phẩm cơ khí và chuyển giao công nghệ ở các cơ sở còn có nhiều bất cập như chất lượng, năng suất thấp, giá thành cao làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây không ít khó khăn trong khâu tiêu thụ. Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu tạo lập cơ sở khoa học xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng gia công, chưa đề cập đến mô hình toán học bài toán tối ưu hoá qúa trình và nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị trong điều kiện gia công vật liệu, sản phẩm cụ thể. Hơn nữa, công nghệ sản xuất không ngừng phát triển và đổi mới. Nhiều vấn đề từ thực tiễn sản xuất trong nước đang đặt ra: Với qui mô sản xuất vừa và nhỏ loại hình thiết bị nào là phù hợp? Hầu hết các thiết bị được nhập từ nước ngoài, thiếu nhiều tài liệu sử dụng, vậy để có được năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm gia công tối ưu cần giải quyết nhiệm vụ cụ thể nào? Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn nêu trên, được sự đồng ý của Hội đồng Khoa học - Công nghệ cơ sở đào tạo Sau đại học trường Đại học Lâm Nghiệp, chúng tôi tiến hành thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy phay FA3AU ”. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho tính toán thiết kế, cải tiến và sử dụng hiệu quả các thiết bị phục vụ đào tạo cán bộ kỹ thuật và thực tiễn sản xuất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt bằng phương pháp phay và máy phay trên thế giới Phay là phương pháp gia công cắt gọt trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra chuyển động cắt. Chuyển động tiến dao thông thường do máy, cũng có khi do dao hoặc do cả máy và dao cùng thực hiện theo các hướng khác nhau. Theo nguyên liệu và sản phẩm được gia công có thể phân ra gia công kim loại và gia công vật liệu phi kim loại. Gia công kim loại bằng phương pháp phay được dùng rộng rãi ở các nước công nghiệp phát triển từ nửa sau thế kỷ 19. Từ đó đến nay, trải qua một thời kỳ dài phát triển, quá trình phay - quá trình gia công bằng cơ học - một trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông dụng nhất của ngành chế ta ̣o máy đã thu hút sự chú ý của nhiều học giả. Nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại phải kể đến là các nhà bác học Xô Viết (Liên Xô cũ) như giáo sư viện sĩ V.A. Arsinop, giáo sư G.C. Andrev, V.F. Bobrov, C.H. Philonenko, Iacố p Bachisep, Paven Dakhaba, Lép Sôbakin, các nhà bác ho ̣c Mỹ như Boston O.W., Ernst H., Merchant M.E.,… Lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i đi sâu nghiên cứu về qúa trình tạo phoi, các lực phát sinh trong quá trình gia công bằng cơ giới, công suất của thiết bị, chất lượng sản phẩm khi gia công… những đại lượng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính toán kích thước của các công cụ cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công. Nhiều công trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên dùng như: phay, tiện của G.C. Andrev, A.V. Rudnev, V.F. Bobrov; cơ sở lý thuyết mài nhẵn của E. H. Maclov… đã đưa ra những phân tích cụ thể về động học các quá trình cắt gọt. Đó là những công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những
4 kinh nghiệm thực tế trong gia công kim loại mà trên thế giới lúc đó ít có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời. Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i ngày càng được hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh trong quá trình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn về những cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt. Lực cắt đơn vị và các qui luật của lực cắt được xác định thông qua công thức lý thuyết [15, 42, 47]. Nghiên cứu quá trình cắt vật theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M.P. Semko, E.M.Trent; Granôpxki (Nga); V. Gazda (Tiệp Khắc cũ); P. Korecky (Pháp); J. Shinozuka (Nhật); Bhattacharya A. (Ấn Độ)... với những kết luận quan trọng về các sơ đồ cắt động học, sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt. Chế độ cắt được đặc trưng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt. Chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu hao năng lượng và năng suất các máy. Nhiều công trình của các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự hao mòn của công cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - dao cắt - đồ gá - chi tiết gia công” cũng như các hiện tượng lý - hoá xảy ra trong vùng cắt. Điển hình là công trình của nhà bác học Nga Granôpxki về phân nhóm các sơ đồ cắt động học, công trình của Zorev N.N. về các lực cắt trên các bộ phận của dao cắt, các công trình của các nhà khoa học Đức Kronenberg, Friedrich, Hippler… về các qui luật cơ bản của lực cắt, các công trình lý thuyết và thực nghiệm của các nhà khoa học Sokolovski, Kasirin, Tlusty, Tolias, Bhattacharya … đã đi sâu và chính xác hoá nhận thức về nguyên lý và qui luật tự rung khi gia công, hay các công trình của các nhà khoa học Ostermann, Laladze, Malkin, Smith về phương pháp giải tích của trường nhiệt độ trong dụng cụ cắt, phoi và chi tiết gia công.
5 Trong lĩnh vực gia công vật liệu phi kim loại mà điển hình là vật liệu gỗ với đặc tính phức tạp (không đồng nhất và bất đẳng hướng) đã có nhiều công trình nổi tiếng về khoa học cắt gọt gỗ, vật liệu từ gỗ. Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sĩ I. A. Time xác định cho các trường hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm [17, 22, 41]. Năm 1933, giáo sư tiến sĩ M. A. Đesevôi đã tổng hợp và xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ. Năm 1939, ông cho ra đời cuốn sách “Kỹ thuật gia công gỗ”, đó là một công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ mà trên thế giới lúc đó chưa có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời [17]. Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy khi phay gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A. L. Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm [17, 41]. Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học Mỹ tiến hành như C. Fraz [37], với những kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt, chất lượng gia công. GS. TS. B.M.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng gia công gỗ mà phay, bào được quan tâm nhiều nhất. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy gia công phay nói riêng đã đươ ̣c các nhà khoa ho ̣c nghiên cứu từ khá sớm. Nhiều kiểu loại máy phay được thiết kế, chế tạo như máy phay nằm, máy phay đứng, máy phay giường, máy phay vạn năng, máy phay chuyên môn hoá và chuyên dùng v.v… Cùng với sự phát triển của quá trình phay, dao phay ngày càng được cải tiến và hoàn thiện với nhiều kiểu loại khác nhau. Nhiều hãng trên thế giới như PLL (Pittler Ludnig Low - Đức), Tập đoàn LMT (Leitz metalworking technology), RSK (Anh) đã nổi tiếng với những máy và công cụ cắt hiện đại…
6 Nhằm không ngừng nâng cao khả năng làm việc của các công cụ cắt, nhiều công trình đã đi sâu nghiên cứu động học, động lực học quá trình gia công. Điển hình là các công trình của G.I.Granovski, A.M. Danielian; A.S. Kondratiev [1, 5]. Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại và các vật liệu phi kim loa ̣i khác, các nhà khoa học Spirindonov A.A, Fedorov V.B., Molchanov G.I., Aliabiev V.I., F.M. Manjốt, N. V. Makovski,… [18,19,20,22,44] đã chỉ rõ chất lượng gia công bao gồm chất lượng bề mặt gia công và độ chính xác gia công là những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy và thiết bị, biểu thị sự hoàn thiện kỹ thuật trong việc sử dụng chúng để tạo ra các sản phẩm. Chất lượng gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với từng điều kiện sản xuất cụ thể sẽ có các chỉ tiêu đánh giá định lượng thông qua những biểu thức toán học miêu tả sự tác động tương hỗ của những yếu tố ảnh hưởng tới chúng. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và thiết bị sản xuất gia công kim loại, vật liệu phi kim loại phục vụ sản xuất đã được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Mỹ, Đức, Nhâ ̣t, Thụy Điển, Úc… nghiên cứu sâu rộng. Nhiều hãng nổi tiếng như: MAC (Đức) sản xuất các loại máy phay CNC mã hiệu PDM-600 (hình 1.1); Hãng Kaida (Nhật) với các máy mã hiệu KDVM1000L (hình 1.2). Thế hệ các máy này có thể thực hiện phay 3D, 4D và 5D, ngoài ra máy có thể thực hiện các nguyên công như tiện, khoan, doa, tarô, v.v... Độ chính xác lặp lại là 0.01- 0.003 (mm). Điều khiển 3 trục x, y, z hiệu quả và có thể phay theo chiều thẳng đứng, tiện, doa theo các mặt tọa độ như XY, XZ, YZ. Cổng truyền dữ liệu RS232 thích hợp với chương trình CIMCO9.6 pro. Bộ điều khiển Fanuc, Hanuc, Simenuc, Heidelheil, v.v... Do tiến bộ của khoa học - công nghệ, các trang thiết bị dùng cho quá trình gia công cắt gọt ngày càng hiện đại dẫn tới vốn đầu tư cho sản xuất ngày càng tăng. Nếu chế độ công nghệ không hợp lý sẽ không khai thác hết khả năng của thiết bị, gây lãng phí lớn và hiệu quả thu được sẽ không đủ bù cho chi phí sản xuất đặc biệt là khấu hao
7 Hình 1.1. Máy phay CNC PDM-600 Hình 1.2. Máy phay CNC KDVM 1000L
8 thiết bị. Vì vậy, một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để giảm chi phí gia công là phải nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công ứng với các điều kiện gia công cụ thể để cung cấp dữ liệu cho việc chuẩn bị công nghệ. Vấn đề mô hình hoá và tối ưu hoá quá trình công nghệ gia công cùng với những phương pháp luận hiện đại, nghiên cứu cắt gọt kim loại đã được các nhà khoa học, giáo sư C.C. Rudnik, E.I. Pheldstein, G. Spur, W. Koenig, F. Klocke,… tập trung nghiên cứu và phát triể n rô ̣ng với nhiều công trình nổi tiếng về tối ưu hoá các quá trình gia công cắt gọt [1, 5, 30, 36]. Chế độ cắt gọt - tổ hợp của 3 thông số cơ bản vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt là một trong những vấn đề có tầm quan trọng, đặc biệt là trong nghiên cứu sử dụng thiết bị công nghệ. Chế độ cắt hợp lý đã góp phần quyết định đến chất lượng và năng suất gia công. Tối ưu hoá quá trình cắt gọt được nghiên cứu và phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp tiên tiến như Đức, Mỹ, Nhật, Nga, Pháp, Thụy Sĩ,… Ở những nước này song song với việc nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt người ta tiến hành xây dựng ngân hàng dữ liệu về chế độ gia công cơ để tạo lập cơ sở cho việc tự động hoá chuẩn bị công nghệ. Điển hình về lĩnh vực này có các công trình nghiên cứu của C.C. Rudnik, F. Lierath, W. Koenig, K. Essen, và trong gia công gỗ có A.A.Pizurin, M.S.Rozenblit ...[ 1, 5, 36, 45]. 1.2. Công nghệ và thiết bị gia công phay trong sản xuất ở Việt Nam Trong nền kinh tế quốc dân, ngành Cơ khí đóng một vai trò rất quan trọng. Ngay từ khi mới ra đời, ngành công nghiệp cơ khí ở nước ta đã được Đảng và Nhà nước xác định là ngành có vai trò then chốt và luôn được ưu tiên phát triển, đã có nhiều nhà máy cơ khí lớn được xây dựng, có nhiều trung tâm đào tạo, nghiên cứu ra đời. Theo số liệu thống kê, số lươ ̣ng cơ sở cơ khí có khoảng 53.000 cơ sở và số lươ ̣ng công nhân tham gia trực tiế p khoảng 500.000 lao đô ̣ng chiế m khoảng 12% lao đô ̣ng công nghiêp̣ của cả nước, góp phần đáng kể trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
9 Máy phay là một trong những thiết bị chủ đạo của ngành chế tạo máy do vậy đã được tập trung thiết kế chế tạo ở trong nước từ những thập niên 60 của thế kỷ 20. Trải qua thời kỳ dài phát triển chúng ta đã có khá nhiều loại máy phay và được sử dụng nhiều trong các doanh nghiệp, xưởng cơ khí vừa và nhỏ. Thời gian gần đây trước yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm cơ khí chúng ta đã phải nhập khẩu nhiều các máy hiện đại với mức độ tự động hoá cao. Các máy phay thông dụng được nhập từ Đài Loan, Hàn Quốc, các máy CNC và công nghệ CAD-CAM-CNC được nhập chủ yếu từ Đức, Nhật. Trong lĩnh vực đào tạo và nghiên cứu về máy công cụ chúng ta đã có nhiều thành tựu về nghiên cứu cơ bản và ứng dụng. Những nghiên cứu về sự tác động tương hỗ giữa công cụ (máy gia công) và đối tượng gia công gồm một số công trình nghiên cứu của các tác giả như: Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý về “Nguyên lý gia công vật liệu” [15]. Các tác giả đã đưa ra những cơ sở lý luận khoa học về gia công kim loại bằng cắt go ̣t, gia công các vật liệu khác và các phương pháp gia công mới. Về các thiết bị gia công kim loại nói chung, các máy phay kim loa ̣i nói riêng đã được các nhà khoa học Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Đức Lộc, Phạm Đắp giới thiệu trong tài liệu “Máy cắt kim loại” [20]. Những nghiên cứu chỉ ra phương pháp tính toán và tra cứu chế đô ̣ cắ t hơ ̣p lý hỗ trơ ̣ cho viêc̣ ho ̣c tâ ̣p, sử du ̣ng và điề u khiể n thiế t bi ̣ cắ t kim loa ̣i đã đươ ̣c các tác giả Nguyễn Ngo ̣c Đào, Trầ n Thế San, Hồ Viế t Bình giới thiêụ trong tài liêụ “Chế đô ̣ cắ t gia công cơ khi” và Nguyễn Văn Huyền trong “Cẩm nang kỹ thuật cơ khí” [10]. Động học và động lực học quá trình phay vật liệu gỗ đã được tác giả Hoàng Nguyên giới thiệu trong giáo trình “Nguyên lý cắt gọt gỗ” năm 1980 [17].
10 Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ và phân loại các máy phay vật liệu gỗ đã được tác giả Hoàng Việt đề cập nhiều trong giáo trình “Máy và thiết bị chế biến gỗ” năm 2003, [22]. Trong tài liệu “Tối ưu hoá các quá trình gia công cắt gọt” PGS.TS. Nguyễn Trọng Bình [1] đã đưa ra nhiều công trình nghiên cứu của GS. Friedhelm Lierath Viện trưởng Viện công nghệ và đảm bảo chất lượng, trường Đại học tổng hợp kỹ thuật Magdeburg Cộng hòa liên bang Đức – giáo sư danh dự của nhiều trường đại học trên thế giới, về các phương pháp tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt. Trong đó khẳng định vai trò của nghiên cứu mô tả toán học sự ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công, giá thành sản phẩm có vai trò quyết định để tạo lập các mô hình toán học của bài toán tối ưu hoá. Vấn đề miêu tả toán học các quá trình gia công gỗ bằng cơ giới cũng đã được T.S. Hoàng Việt đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu, các bài giảng dành cho học viên cao học [23, 24, 27]. Liên quan tới mô tả toán học ảnh hưởng của các thông số chế độ gia công khi cắt vật liệu thép xây dựng đã được đề cập trong đề tài luận văn "Nghiên cứu máy GMC 2400w sử dụng cắt vật liệu thép xây dựng" của Thạc sĩ Nguyễn Văn Kiều [28]. Kết quả nghiên cứu cho thấy dạng lưỡi cắt, vận tốc cắt, vận tốc đẩy ảnh hưởng lớn đến hai chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt vật liệu thép xây dựng. Nhận xét Liñ h vực cơ khí chế ta ̣o nói chung và gia công phay nói riêng có những bước phát triển đáng kể . Tuy nhiên, từ khi bước sang cơ chế thị trường, ngành cơ khí Việt Nam đã bộc lộ rất nhiều yếu kém, trong đó vấn đề nổi cộm nhất là khả năng cạnh tranh của ngành rất hạn chế ngay cả ở thị trường trong nước. Thị trường tiêu thụ sản phẩm bị thu hẹp, không đủ sức cạnh tranh với hàng
11 hóa ngoại nhập, hoạt động sản xuất kinh doanh gặp rất nhiều khó khăn... nhiều doanh nghiệp đứng trước nguy cơ bị phá sản. Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị. Thiết bị công nghệ và các quá trình gia công cơ vật liệu kỹ thuật trong đó có các loa ̣i máy phay đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh. Đó là những cơ sở và luận chứng khoa học nền tảng cho các nghiên cứu phát triển và ứng dụng. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật nói chung, kỹ thuật máy và thiết bị gia công cơ khí nói riêng, việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị công nghệ một cách có hiệu quả và thu được những sản phẩm theo yêu cầu là một trong những nhiệm vụ cấp thiết và quan trọng hàng đầu trong mọi quá trình sản xuất. Vấn đề nghiên cứu tối ưu hoá các quá trình gia công cắt gọt vật liệu ở nước ta cho tới nay chưa được đặt ra. Phần lớn trong quá trình chuẩn bị sản xuất các nhà công nghệ vẫn phải dựa vào các sổ tay để tra cứu. Số liệu trong các sổ tay là các số liệu kinh nghiệm thu được trong các điều kiện sản xuất và công nghệ cụ thể, vì thế chúng không phải là các thông số công nghệ tối ưu. Máy phay FA3AU tại xưởng thực hành Trường Cao đẳng Cơ điện và Nông nghiêp̣ Nam Bô ̣ đươ ̣c nhập khẩu từ Cộng hoà Sec. Máy phay FA3AU với cấu tạo không phức tạp, dễ sử dụng nên cũng rất phổ biến trên các xưởng gia công của các nhà máy chế ta ̣o, xưởng thực tâ ̣p cho ho ̣c sinh, sinh viên trong các trường đào tạo kỹ thuật cơ khí. Tuy nhiên qua khảo sát chung và thực tế sử dụng chúng tôi thấy trong điều kiện sản xuất cụ thể vấn đề cấp thiết đặt ra là phải nghiên cứu sử dụng hiệu quả nhất các tính năng kỹ thuật của máy, xác lập chế độ gia công hợp lý, đảm bảo yêu cầu chất lượng sản phẩm, tối giảm chi phí điện năng, nguyên vật liệu, tạo cơ sở tối ưu hoá khâu sản xuất.
12 Vì vậy, cần phải có những công trình nghiên cứu cụ thể về sự ảnh hưởng của các yếu tố đến chấ t lươ ̣ng sản phẩm gia công, năng suất… khi gia công chi tiế t máy để tạo lập cơ sở tính toán thiết kế, cải tiến thiết bị, lựa chọn chế độ gia công tối ưu, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế thích ứng với các điều kiện sản xuất cụ thể. Từ những phân tích trên một lần nữa cho thấy vấn đề mà luận văn cần giải quyết là thời sự và cấp thiết. 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu Ý nghĩa lý luận: - Bổ sung dữ liệu khả năng công nghệ của máy phay FA3AU, là cơ sở để sử dụng loại máy này trong các quá trình sản xuất gia công chi tiế t trong các xưởng gia công cơ khí. - Xác định được định lượng ảnh hưởng một số yếu tố chế độ cắt đến độ nhám bề mă ̣t và độ chính xác gia công khi sản xuất các chi tiết máy là cơ sở cho thiết lập mô hình toán học bài toán tối ưu hoá quá trình cắt gọt đồng thời là cơ sở để tính toán thiết kế, cải tiến hoàn thiện các máy phay. Ý nghĩa thực tế: - Khẳng định các thông số chế độ cắ t hợp lý trên máy phay FA3AU phục vụ tra cứu áp dụng khi lựa chọn và sử dụng máy. - Định hướng cho các cơ sở sản xuất tổ chức và chỉ đạo kỹ thuật khâu gia công đảm bảo nâng cao chất lượng sản phẩm, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất.
13 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy phay mã hiệu FA3AU. Từ cơ sở đó xác lập chế độ cắt tối ưu góp phần xây dựng ngân hàng dữ liệu đảm bảo sử dụng kỹ thuật hiệu quả nhất cho các máy phay. Mục tiêu cụ thể: - Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt (vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu phay) đến độ nhám bề mặt và độ chính xác kích thước gia công tạo chi tiết máy dạng thanh trên máy phay mã hiệu FA3AU. - Xác định chế độ cắt hợp lý khi phay tạo chi tiết máy trên máy đảm bảo yêu cầu chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước gia công cao. 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Trong đề tài luận văn giới hạn ở các đối tượng và phạm vi nghiên cứu cụ thể sau: Thiết bị gia công: Thiết bị nghiên cứu được sử dụng là máy phay mã hiệu FA3AU. Đây là loại máy sản xuất tại Cộng hoà Sec và hiện đang được sử dụng phổ biến trong các xưởng gia công cơ khí của các Công ty, Trường đào tạo nghề ở Việt Nam. Vật liệu, chi tiết gia công và dao cắt: Đề tài không nghiên cứu tất cả các loại vật liệu kim loại, cũng không nghiên cứu ở nhiều loại dao cắt của các hãng khác nhau mà chỉ tập trung nghiên cứu loại vật liệu phổ biến trong ngành cơ khí là thép C45, sản phẩm là chi tiết được phay tạo mặt phẳng phục vụ làm các dẫn hướng hay đưa đến các công đoạn gia công tiếp theo như chế
14 tạo các thanh răng, hoàn thiện bề mặt… Dao phay được lựa chọn là một chủng loa ̣i - dao phay trụ. Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu: Các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng gia công là độ nhám bề mặt chi tiết và sai số kích thước - độ lệch song song của mặt phẳng chi tiết. Các tham số của chế độ cắt được lựa chọn để nghiên cứu sự ảnh hưởng của chúng tới các chỉ tiêu chất lượng gia công là vận tốc cắt V, lượng chạy dao S và chiều sâu phay t. 2.3. Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục tiêu của đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những nội dung sau: - Nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp những cơ sở khoa học quá trình gia công cắt gọt vật liệu, quá trình phay và thiết bị công nghệ phay. Xác lập cơ sở lý thuyết những yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt và độ chính xác gia công trên máy phay . - Nghiên cứu thực nghiệm: Xác lập mục tiêu, nội dung và tổ chức thí nghiệm, thu nhận kết quả thí nghiệm, xây dựng mô hình toán học của các hàm mục tiêu trong mối tương quan với các tham số điều khiển. Xác định chế độ làm việc hợp lý khi gia công tạo chi tiết trên máy phay mã hiệu FA3AU. 2.4. Phương pháp nghiên cứu 2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu chung Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung nghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp kế thừa và phương pháp thực nghiệm. - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: được sử dụng trong nghiên cứu các công trình khoa học, tổng hợp cơ sở lý luận để giải quyết các nội dung: tổng quan về vấn đề nghiên cứu, tạo lập cơ sở lý luận của đề tài.
15 - Phương pháp kế thừa: được sử dụng trong phân tích lựa chọn, sử dụng các kết quả đã được nghiên cứu trên thế giới và trong nước có liên quan phục vụ giải quyết nội dung thực nghiệm, nhận xét đánh giá kết quả. - Phương pháp thực nghiệm: được sử dụng là qui hoạch thực nghiệm đơn và đa yếu tố để giải quyết các nội dung nghiên cứu thực nghiệm. Quá trình gia công cơ khí nói chung, gia công cắt gọt kim loại nói riêng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau như: Các yếu tố đặc trưng cho đối tượng gia công (loại kim loại, các tính chất cơ - lý - hoá học của kim loại); Các yếu tố đặc trưng cho công cụ gia công như: các tính chất cơ lý của vật liệu chế tạo công cụ; các thông số hình học, độ sắ c của dao cắt, chất lượng bề mặt các cạnh biên lưỡi cắt, bề dày công cụ, số cạnh cắt tham gia làm việc, độ chính xác của công cụ; Các yếu tố đặc trưng cho máy móc thiết bị như: độ cứng của hệ "Máy - Công cụ cắt - Thiết bị gá - Chi tiết gia công", động học và động lực học của hệ v.v…; Các yếu tố đặc trưng quá trình gia công cơ giới: bề dày phoi cắt, chiều rộng phoi, quỹ đạo mặt phẳng cắt, các góc cắt, vận tốc đẩy và vận tốc cắt; lực cắt, sự đốt nóng công cụ và vật liệu gia công, đặc tính của quá trình cắt (cắt kín, cắt hở, cắt nửa kín...). Giữa các yếu tố lại có những tác động qua lại tương hỗ với nhau. Như vậy, để giải quyết đầy đủ nội dung cần có thực nghiệm đơn và đa yếu tố. 2.4.2. Nội dung và phương pháp luận nghiên cứu thực nhiệm Theo [2, 14, 29] nội dung của nghiên cứu thực nghiệm gồm: xác định mục tiêu thực nghiệm; chọn tham số điều khiển và khoảng biến động của chúng; chọn các thiết bị đo; tiến hành công tác chuẩn bị; tiến hành thí nghiệm thăm dò; tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố; tiến hành thực nghiệm đa yếu tố. 2.4.2.1. Thí nghiệm thăm dò Tiến hành thí nghiệm thăm dò (ở mức cơ sở với số thí nghiệm n = 50  140) để xác định qui luật phân bố của đại lượng cần nghiên cứu [14].
16 Quy luật phân bố của đại lượng nghiên cứu có thể khái quát hóa thành phân bố lý thuyết gọi là phân bố thực nghiệm. Xây dựng các phân bố thực nghiệm để khái quát hóa thành các phân bố lý thuyết là một trong những nhiệm vụ quan trọng. Để có thể phát hiện ra qui luật phân bố khách quan trong tổng thể dựa vào những tài liệu thu thập được ở đại lượng nghiên cứu, trước hết ta cần sắp xếp các trị số quan sát được của đại lượng theo một trật tự nhất định, rồi thống kê các phần tử nằm trong những khoảng xác định. Để lập được phân bố thực nghiệm phải tiến hành chia tổ ghép nhóm các trị số thu thập được theo công thức kinh nghiệm của Brooks và Carruther [13]: m = 5.lgn (2.1) x max  x min k= (2.2) m Trong đó: a- số tổ được chia; k- cự ly tổ; xmax, xmin- trị số thu thập lớn nhất, bé nhất của đại lượng nghiên cứu. Xác định các đặc trưng của phân bố thực nghiệm: Sai số trung bình mẫu: n x 1 x1  x 2  ... x n   1  x i (2.3) n n 1 Sai tiêu chuẩn: trường hợp mẫu lớn (n > 30): 1 n S=  ( xi  xtb )2 n 1 1 (2.4) Ở đây: n Qx=  fi .x 2  f .x    i i 2 (2.5) i 1 n Phương sai mẫu là bình phương sai tiêu chuẩn: S2 S Hệ số biến động: S% = .100 (2.6) x Phạm vi biến động: R = xmax - xmin (2.7)
17 n  (x i  x)3 Độ lệch: Sk= 1 (2.8) n.S3 Nếu: Sk = 0 thì phân bố là đối xứng; Sk > 0 thì đỉnh đường cong lệch trái so với số trung bình; Sk < 0 thì đỉnh đường cong lệch phải so với số trung bình; Độ nhọn phân bố: n  (x i  x) 4 Ex = 1 3 (2.9) n.S4 Nếu: Ex = 0 thì đường cong thực nghiệm tiệm cận chuẩn; Ex > 0 thì đỉnh đường cong nhọn so với phân bố chuẩn; Ex < 0 thì đỉnh đường cong bẹt hơn so vơi phân bố chuẩn; Xác định luật phân bố: l (f i  f l ) 2 χn 2 =  (2.10) 1 fl Trong đó: l- số tổ hợp sau khi đã gộp những tổ hợp có tần số lý luận f i Nếu χn2 > χα2(k) thì luật phân bố của đại lượng nghiên cứu là phân bố chuẩn. χα2(k) được xác định bằng cách tra bảng phụ lục 5 [13], với k = n - 1 là bậc tự do và mức ý nghĩa α = 0,05. Xác định số lần lặp cho các thí nghiệm. Việc xác định số lần lặp cho các thí nghiệm có ý nghĩa rất quan trọng, nó phải đủ lớn để đảm bảo mức độ chính xác của luật phân bố chuẩn, nhưng lại phải tối thiểu để giảm bớt khối lượng thực nghiệm. Số lần lặp cho mỗi thí nghiệm được tính theo kết quả của thí nghiệm thăm dò và theo công thức: τ2..S2 m= (2.11) Δ%2.Y Trong đó: m- số lần lặp; τ- tiêu chuẩn Student tra bảng với mức ý nghĩa φ = 0,05; ∆%- sai số tương đối, ≤ 5%; Y - giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu.
18 2.4.2.2. Thực nghiệm đơn yếu tố Nhiệm vụ cơ bản của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông số ảnh hưởng để xem thông số nào thực sự ảnh hưởng đến các chỉ tiêu đánh giá, xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của chúng đến chỉ tiêu quan tâm. Thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành qua các bước sau: - Thực hiện thí nghiệm với từng thông số thay đổi với số mức không nhỏ hơn 4, khoảng thay đổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình của phép đo giá trị thông số đó. Số thí nghiệm lặp lại n có thể lấy theo kết quả từ thí nghiệm thăm dò. - Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới độ nhám bề mặt và sai số kích thước. Đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm, để chứng tỏ ảnh hưởng khác đối với thông số cần xét là không có hoặc không đáng kể. Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần nhất [11, 13, 29] cụ thể như dưới đây. a. Đánh giá tính đồng nhất của phương sai Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren. S2max G N (2.12) S u 1 2 u S 2max - Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm; S 2u - Phương sai của thí nghiệm thứ u với số lần lặp lại mu; 2  Yui -Yu  2 1 m u S= u (2.13) mu -1 i=1 mu - Số lần lặp lại ở mỗi điểm thí nghiệm; Yui - Giá trị của thông số ra tại điểm u, lần lặp thứ i; Yui - Giá trị trung bình của thông số ra tại điểm u;