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 tiện T18A

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

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của một số tham số chủ yếu của chế độ cắt (vận tốc cắt V, lượng chạy dao S, chiều sâu cắt t) đến chất lượng gia công (độ nhám bề mặt, độ chính xác gia công) tạo chi tiết trục trên máy tiện T18A. Từ cơ sở đó xác lập chế độ cắt hợp lý góp phần xây dựng ngân hàng dữ liệu đảm bảo sử dụng kỹ thuật hiệu quả nhất cho các máy tiện. 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 tiện T18A

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ----------***--------- NGUYỄN VĂN CHIẾN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN T18A 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 ---------***--------- NGUYỄN VĂN CHIẾN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN T18A 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 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 viê ̣c giải nhiề u bài toán. Các bước cơ bản hoàn thành chúng đươ ̣c tổ ng quát la ̣i như sau: Xác đinh ̣ mục đích và phân tích tổ ng quát bài toán tối ưu; Luâ ̣n chứng và lựa cho ̣n các chỉ tiêu tố i ưu hoá; Lựa cho ̣n các yế u tố tham số điề u khiể n và phân tích ảnh hưởng của chúng tới tiêu chuẩ n tố i ưu; Tính toán và phân tích tấ t cả các thông tin, thiế t lâ ̣p và cho ̣n lo ̣c các điề u kiê ̣n giới ha ̣n; Xây dựng mô hình toán ho ̣c của quá trình, kiể m tra sự thích hơ ̣p của nó đố i với viêc̣ bao hàm các yế u tố quan tro ̣ng nhấ t, các yế u tố này ảnh hưởng tới quá trình công nghê ̣; Thiế t lâ ̣p thuâ ̣t toán giải tố i ưu của quá trình; Tố i ưu hoá quá trình trên mô hình; Nghiên cứu quá triǹ h trên mô hình, đánh giá các kế t quả, thiế t lâ ̣p và trình bày các kiế n nghị. 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
2 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? Như vậy, tối ưu hoá quá trình gia công cắt gọt là một yêu cầu tất yếu khách quan. 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, thích ứng với điều kiện sản xuất cụ thể. Máy tiện T18A - thiết bị chủ đạo phục vụ đào tạo và sản xuất tại Trường Cao đẳng Cơ điện và PTNT Nam Bộ, máy với tính năng gia công tạo các mặt trụ ngoài, mặt côn, tiện lỗ, tiện ren, tiện mặt đầu, tiện cắt đứt, tiện các bề mặt định hình trong và ngoài…Tuy nhiên quá trình sản xuất các chi tiêt, sản phẩm cơ khí 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, thiết lập mô hình toán học bài toán tối ưu hoá qúa trình và nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị nhập nội trong điều kiện Việt Nam. Từ những luận điểm khoa học và yêu cầu thực tiễn nêu trên 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 tiện T18A ”. 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, 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 tiện và máy tiện trên thế giới Tiện là phương pháp gia công cắt gọt được thực hiện nhờ chuyển động chính thông thường do phôi quay tròn tạo thành chuyển động cắt V c kết hợp với chuyển động tiến dao là tổng hợp của hai chuyển động tiến dao dọc Sd và tiến dao ngang Sng do dao thực hiện. Theo nguyên liệu và sản phẩm được gia công có thể phân ra gia công cơ khí và gia công vật liệu phi kim. Gia công tiện cơ khí là quá trình gia công kim loại bằng cơ học - một trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông dụng nhất của ngành chế ta ̣o máy. Cùng với sự phát triển của gia công kim loại bằng cơ học, lý thuyết cắt gọt kim loại đã ra đời và phát triển không ngừng. Nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại phải kể đến 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 quá 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. 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. Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i ngày càng đ- ược 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 [5, 15, 31, 42, 47]. 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, 37]. 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 tiện gỗ 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. B.M.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng gia công gỗ. Theo khả năng của máy, dao cắt và theo yêu cầu của các khâu công nghệ. Ông đã phân thành 10 cấp độ nhẵn bề mặt gia công, độ nhẵn cao nhất có thể đạt là 16 m và thấp nhất là 1600 m [17,25]. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy gia công tiêṇ nói riêng đã đươ ̣c các nhà khoa ho ̣c nghiên cứu từ khá sớm. Năm 1712 ông Nartôp, một thợ cơ khí người Nga [6,28]. đã chế tạo được máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình. Việc chép hình theo mẫu được thực hiện tự động. Chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng - thanh răng thực hiện. Cho đến năm 1798 (86 năm sau) ông Henry Nandsley người Anh mới nghiên cứu thay thế chuyển động này bằng chuyển động của vit me - đai ốc. Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự
6 động có ổ tiếp phôi và trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng. Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới như Pittler Ludnig Low (Đức), RSK (Anh) đã chế tạo được máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh. 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 [15,38, 40]. Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại, vật liệu phi kim loa ̣i các nhà khoa học Spirindonov A.A, Fedorov V.B., Molchanov G.I., Aliabiev V.I., Manjốt F.M. , Makovski N. V. ,… [5,18, 20, 41, 42, 48] 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. Công nghệ và thiết bị sản xuất gia công các loại vật liệu phục vụ sản xuất đã được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Mỹ, Đức, Nhâ ̣t, Thuỵ Điển, Úc…nghiên cứu sâu rộng với các dây chuyền sản xuất hiện đại [6, 28] . Nhiều hãng nổi tiếng như: MAC (Đức) sản xuất các loại máy tiện CNC mã hiệu CJK1640 (hình 1.1) với khả năng gia công linh hoạt, đường kính chi tiết gia công có thể tới 410 mm, chiều dài chi tiết 800mm, dải vận tốc vô cấp 8 – 2000 rpm; Hãng Fanuuc (Mỹ) chế tạo các máy tiện, khoan liên hợp mã hiệu PDL-T6/8 (hình 1.2), máy có thiết kế hiện đại, đặc biệt cho phép gia công nhiều chủng loại sản phẩm tinh xảo, vận hành an toàn, tiếng ồn nhỏ, năng suất cao và vận hành dễ dàng hơn, bộ điều khiển FAGOR có giao diện thân thiện sử dụng ngôn ngữ ISO cùng với hệ thống Simulation hiện đại, dễ hiểu, độ an toàn đáng tin cậy, cổng truyền Pro
7 RS-232 thích ứng với Windows 98/ 2000/ XP; Hãng Hyundai (Hàn quốc) đã thiết kế, chế tạo Hình 1.1. Máy tiện CNC CJK1640
8 Hình 1.2. Máy tiện CNC PDL-T6/8 Hình 1.3. Trung tâm gia công tiện CNC- HYUNDAI WIA
9 Trung tâm gia công tiện CNC- HYUNDAI WIA (hình 1.3), trung tâm với 10 dao, vận tốc trục chính đạt 3000 rpm, đường kính tiện 410mm, chiều dài tiện đạt tới 1070 mm, quá trình gia công với điều khiển chương trình tối ưu. 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 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 mở rô ̣ng với nhiều công trình nổi tiếng về tối ưu hoá các quá trình gia công cắt gọt [1, 5, 34]. 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, Thuỵ Sĩ, Pháp,..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, 45].
10 1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở trong nước 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 hiện nay, 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. Liñ h vực cơ khí chế ta ̣o nói chung và ngành Tiê ̣n nói riêng có những bước phát triên đáng kể về số lươ ̣ng và chấ t lươ ̣ng như đã đươ ̣c giới thiêụ trong tài liêụ “Giáo trin ̣ của các nhà khoa ho ̣c Nguyễn Thi ̣ Quỳnh, ̀ h Tiên” Pha ̣m Minh Đa ̣o, Trầ n Sỹ Tuấ n, năm 2009. Máy tiện chiếm khoảng 25% đến 35% tổng số thiết bị trong phân xưởng gia công cắt gọt. Máy tiện được chế tạo ở trong trong nước nhờ sự giúp đỡ của Liên Xô (cũ) từ những thập niên 60 của thế kỷ 20. Trải qua thời kỳ dài phát triển chúng ta đã có khá nhiều loại máy tiện được chế tạo trong nước và nhập khẩu từ các nước tiên tiến. Trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và ứng dụng về gia công vật liệu kỹ thuật chúng ta đã có những thành tựu đáng kể như: Những nghiên cứu về sự tác động tương hỗ giữa công cụ (máy gia công) và đối tượng gia công là kim loại của các tác giả: Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý với công trình “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.
11 Về các thiết bị gia công kim loại nói chung, các máy cắt, tiện 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 tiń h 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”. Động học và động lực học quá trình tiện vật liệu gỗ đã được tác giả Hoàng Nguyên giới thiệu trong giáo trình “Nguyên lý cắt gọt gỗ” năm 1980 [17]. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ và phân loại các máy tiện 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 hoà liên bang Đức – giáo sư danh dự của nhiều trường đại học trên thế giới, về các phương pháp tối ưu hoá 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, 25]. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá tới Topografie của đá mài tác giả Trần Minh Đức trong tài liệu [1] đã đưa ra kết
12 luận quan trọng: thông số công nghệ của quá trình sửa đá bao gồm chiều sâu sửa đá và tốc độ tiến dao dọc là một trong những yếu tố có ảnh hưởng quyết định tới khả năng cắt và tuổi bề của đá. 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 ngành Tiê ̣n nói riêng có những bước phát triên 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 hoá 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 tiê ̣n 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 cơ giới hoá nông lâm nghiệp nói riêng, việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị công nghệ một cách có hiệu quả và thu đ- ược 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.
13 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 Tiê ̣n T18A tại xưởng thực hành Trường Cao đẳng Cơ điện và Nông nghiêp̣ Nam Bô ̣ đươ ̣c sản xuấ t ta ̣i Viê ̣t Nam. Máy Tiê ̣n T18A với cấu tạo đơn giản, 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. 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 vấ n đề nghiên cứu - Ý nghĩa lý luận: + Bổ sung dữ liệu khả năng công nghệ của máy tiêṇ T18A, là cơ sở để sử dụng loại 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 trục là cơ sở
14 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 tiện . - Ý nghĩa thực tế: + Khẳng định các thông số chế độ cắ t hợp lý trên máy tiê ̣n T18A 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.
15 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu Xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của một số tham số chủ yếu của chế độ cắt (vận tốc cắt V, lượng chạy dao S, chiều sâu cắt t) đến chất lượng gia công (độ nhám bề mặt, độ chính xác gia công) tạo chi tiết trục trên máy tiện T18A. Từ cơ sở đó xác lập chế độ cắt hợp lý góp phần xây dựng ngân hàng dữ liệu đảm bảo sử dụng kỹ thuật hiệu quả nhất cho các máy tiện. 2.2. Đố i tươ ̣ng, pha ̣m 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 tiêṇ mã hiệu T18A. Đây là loại máy sản xuất tại Viê ̣t Nam và hiện đang được sử dụng phổ biến trong các xưởng gia công cơ khí của các Công ty, các Trường đào tạo chuyên ngành kỹ thuật và đào tạo nghề cơ khí ở nước ta. 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 tiện ngoài phục vụ làm các trục hay đưa đến các công đoạn gia công tiếp theo như chế tạo các trục vit me, hoàn thiện bề măt…. Dao tiện được lựa chọn là một chủng loa ̣i. 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 đường kính 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 cắt t.
16 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 tiện và thiết bị công nghệ. Xác lập cơ sở lý thuyết những yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt và độ chính xác gia công trên máy tiện. - 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 tiện T18A. 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. - 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 hưỏng 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
17 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 kẹp phôi", động học và động lực học của hệ..; 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. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà chúng tôi sử dụng không phải là thực nghiệm thuần tuý mà là sự kết hợp hài hoà giữa lý thuyết và thực nghiệm; lấy lý thuyết làm cơ sở, làm định hướng ban đầu hỗ trợ giảm bớt khối lượng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm. Trong nghiên cứu thực nghiệm, có thể tiến hành thí nghiệm bằng phương pháp cổ điển. Nhà thực nghiệm chỉ dựa vào kinh nghiệm và trực giác để chọn hướng nghiên cứu. Các thí nghiệm được tiến hành lần lượt với sự thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố còn lại. Phương pháp cổ điển chỉ cho phép tìm kiếm cái mới phụ thuộc đơn định giữa các chỉ tiêu đánh giá và các yếu tố ảnh hưởng một cách riêng biệt trong khi làm thực nghiệm một cách riêng rẽ theo từng yếu tố. Mặc dù có trong tay một tập hợp các phương trình thực nghiệm đơn yếu tố nhưng vì chúng chỉ là những trường hợp riêng nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố trong mối tác động qua lại giữa chúng, và như vậy cũng không thể tìm kiếm phương án phối hợp tối ưu các yếu tố ảnh hưởng. Với bài toán tìm kiếm điều kiện tối ưu thì phương pháp này không cho thấy hướng chuyển dịch của các tương quan. Các thực nghiệm đó thuộc dạng
18 thụ động. Từ phân tích trên cho thấy việc áp dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm để thực hiện đề tài luận văn là cần thiết vì qui hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại. Đó là phương pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực. Cơ sở toán học, nền tảng của lý thuyết qui hoạch thực nghiệm là toán học thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui. Theo nghĩa rộng, qui hoạch thực nghiệm là tập hợp các tác động nhằm đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tượng (từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo ra mô hình toán, xác định các điều kiện tối ưu). Trong điều kiện đã hoặc chưa hiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối tượng. Ưu điểm của qui hoạch thực nghiệm là: Giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết; Giảm thời gian tiến hành thí nghiệm và chi phí phương tiện, vật chất; Hàm lượng thông tin nhiều hơn, rõ ràng hơn nhờ đánh giá được vai trò của sự tác động qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàm mục tiêu; Nhận được mô hình toán học thực nghiệm, đánh giá được sai số thí nghiệm, cho phép ảnh hưởng của các thông số thí nghiệm với mức tin cậy xác định; Xác định được điều kiện tối ưu đa yếu tố của quá trình nghiên cứu một cách khá chính xác bằng các hàm toán học, hay cho cách giải gần đúng, tìm tối ưu cục bộ như trong các thực nghiệm thụ động. 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 mu ̣c 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.